泵体加工工艺及螺纹孔工装课程设计说明书.docx
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泵体加工工艺及螺纹孔工装课程设计说明书
第1章绪论
在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷热工艺过程中,使用着大量的夹具,用以安装加工对象,使之占有正确的位置,以保证零件和产品的质量,并提高生产效率。
在机床上加工工件时,为了保证加工精度,必须正确安装工件,使其相对机床切削成形运动和刀具占有正确的位置,这一过程称为“定位”。
为了不因受切削力、惯性力、重力等外力作用而破坏工件已定的正确位置,还必须对其施加一定的夹紧力,这一过程称为“夹紧”。
定位和夹紧的全过程称为“安装”。
在机床上用来完成工件安装任务的重要工艺装备,就是各类夹具中应用最为广泛的“机床夹具”。
机床夹具的种类很多,其中,使用范围最广的通用夹具,规格尺寸多已标准化,并且有专业的工厂进行生产。
而广泛用于批量生产,专为某工件加工工序服务的专用夹具,则需要各制造厂根据工件加工工艺自行设计制造。
因此,专用夹具的设计是一项重要生产准备工作,每一个从事加工工艺的工装设计人员,都应该掌握有关夹具设计的基础知识。
机械零件上往往都有各种不同用途和不同精度的孔需要加工。
在机械加工中,孔的加工量所占比例较大,其中钻头、扩孔钻、铰刀等定尺寸刀具加工占相当多数。
这时,除了要保证孔的尺寸精度外,还要达到孔的位置精度要求。
在单件小批量生产中,用划线后找正孔轴线位置方法加工,更因钻头刚性差、易变形,因此生产效率低且精度差。
在批量生产中一般都采用钻床夹具,钻床夹具又称钻模,通过钻套引导刀具进行加工可准确地确定刀具与工件之间的相对位置,是钻模的主要特点。
钻削时,被加工孔的尺寸和精度主要由刀具本身的尺寸和精度来保证;而孔的位置精度则由钻套在夹具上相对于定位元件的位置精度来确定。
因为通过钻套引导刀具进行加工,这就既可能提高刀具系统刚性,又能防止钻头引偏。
机床夹具是随机械加工技术发展而发展的。
机床夹具由
适用于单件小批量生产的用夹具发展到大批量生产的专用夹具、随行夹具,经历了市场的发展和技术的推动。
随着现在市场需要的多样化、多品种、中小批量及短周期的生产方式在世界贸易中逐渐成为主导方式,传统的专为某个零件的一道工序设计制造的专用夹具已经不能适应这种生产方式的要求。
因此,适用于多品种、中小批量生产特点的通用可调夹具、组合夹具、成组夹具等应运而生。
数控技术的进步与发展,使得数控机床、加工中心在机械加工中广泛运用,数控机床夹具也迅速的发展起来。
以上这些现代机床夹具技术的出现和发展,代表了现代机床夹具的发展趋势。
具体的发展方向有以下几个方面:
1)功能柔性化;
2)传动高效化、自动化;
3)制造精密化;
4)旋转夹具高速化;
5)结构标准化、模块化;
6)设计自动化;
7)机床夹具方面的基础研究的强化。
第2章编制机械加工工艺规程
2.1确定生产纲领
课设要求中已提出生产纲领为10000件/年,且零件尺寸为96X68X95,属于轻型零件,据《典型零件工艺设计》书中表1-2可查出该零件生产纲领为大批生产。
2.2成批生产类型的工艺特点
成批生产类型的零件大部分有互换性,少数用钳工修配;
部分铸件用金属模造型铸造,部分锻件用模锻。
毛坯精度中等,加工余量中等;
所用机床为部分通用机床和部分高生产率专用机床。
按加工零件类别分工段排列;
广泛采用专用夹具,部分靠画线法达到精度要求;
较多采用专用刀具及专用量具,需要一定熟练程度的工人,有工艺规程对零件有详细的工艺规程;
未来发展趋势多为采用成组技术、数控机床或柔性制造系统等进行加工。
2.3分析零件图
由零件图可知该零件与其它泵零部件相配合使用。
由于此零件与其它零件相配合,又是机械中的支承件,因此它的精度会对整个泵体工作有着很大的影响。
分析零件图可知:
零件圆孔面因需要装配进行连接,还要用于夹具定位,其加工精度较高;端面粗糙度要求不高,也没有形位误差要求;其它面和螺纹孔的要求也不高,由此可以分析出该零件在成批生产条件下,不需要采用专用机床进行加工,用普通机床配专用夹具即可保证其加工精度和表面质量要求。
因此,该零件的加工不存在技术难题。
2.4基准的选择
合理的选择定位基准,对于保证加工精度和确定加工顺序都有决定性的影响。
在最初的每一道工序中,只能用毛坯上为经加工的表面作为定位基准,这种定位基准称为粗基准,经过加工的表面所组成的定位基准称为精基准。
(1)粗基准的选择原则及确定
a选择不加工表面作粗基准,可以保证加工面与不加工面之间的相互位置精度;
b若工件必须保证某个重要表面加工余量均匀或足够,则应该选择该表面作为粗基准;
c选作粗基准的表面应尽可能平整光洁、无飞边、毛刺等缺陷,使定位准确、夹紧可靠;
d在同一尺寸方向上,粗基准原则上只能使用一次。
考虑综上原则除去要加工的端面,可选择的粗基准只有外圆表面了,所以粗基准我们应该选择外圆表面。
(2)精基准的选择原则
a基准重合原则,即尽量选择设计基准作为定位基准,以避免基准不重合误差;
b基准统一原则,即在尽可能多的工序中选用相同的精基准定位;
c互为基准原则,即互为基准,反复加工;
d自为基准原则,某些精加工或光整加工工序中要求余量小而均匀,可选择加工表面本身作为精基准。
2.5设计毛坯零件图及确定其制造方式
(1)确定毛坯种类
由《典型零件工艺设计》表1-4和零件材料为HT200及生产纲领为大批生产可以查得毛坯种类为铸件,毛坯制造方式为金属模机器造型,其特点是铸件毛坯可获得复杂形状,其中灰铸铁因其成本低廉、耐磨性和吸振性好而广泛用作机架、箱体类零件毛坯。
(2)确定毛坯形状
从减少机械加工工作量和节约金属材料出发,毛坯应尽可能接近零件形状。
最终确定的毛坯形状取决于零件形状、各加工表面总余量和毛坯种类外,还要考虑一下方面。
a是否需要制作出工艺凸台,以利于工件的装夹;
b是一个零件制成一个毛坯,还是多个零件制成一个毛坯,该零件毛坯为一个零件制成一个毛坯;
c哪些表面不要求制出;
d铸件分型面、拔模斜度及铸造圆角,锻件敷料、分模面、拔模斜度及圆角半径等。
从上述方面出发考虑,查《机械加工工艺手册》表3-16可以查出铸件孔最小尺寸为10~20mm,表3-17可以查出铸件最小壁厚为4mm,铸件垂直于分型面上,需要铸造斜度且各面的斜度数值应尽可能一致,以便于制造铸模,查表3-20可查出外表面为0°30′,内表面为1°,铸件壁部连接处的转角应有铸造圆角,主要为了减少应力集中,防止冲砂、裂纹等缺陷,从表3-21查出铸件圆角半径R3~R5mm,铸件的重要加工面或主要工作面一般应处底面或侧面,应避免气孔、砂眼、疏松、缩孔等缺陷出现在工作面上,大平面尽可能朝下或采用倾斜浇注,避免夹砂或夹渣缺陷,铸件的薄壁部分放在下部或侧面,以免产生浇注不足的情况。
(3)加工余量的确定
加工余量的确定主要有计算法、经验估计法和查表修正法三种方法,这里我们主要以查表修正法确定加工余量。
查《机械加工工艺手册》表3-10查出该铸件的尺寸公差等级为7~9CT,表3-9查出铸件尺寸公差数值7CT的为1.1mm,8CT的为1.6mm,9CT的为2.2mm,表3-13查出铸件机械加工余量等级为F,查表3-12查出加工余量等级为F的铸件单侧加工的加工余量数值为2.0mm,双侧加工的每侧加工余量为1.5mm。
(4)确定毛坯零件图
绘制毛坯零件图,见附图。
(绘制该图参考后边工序尺寸的确定)
2.6拟定工艺路线
(1)确定零件表面加工方案
泵体的底面表面粗糙度为Ra6.3,需进行粗铣。
泵体的右端面表面粗糙度为Ra3.2,需进行粗铣-半精铣。
泵体两侧的凸台表面粗糙度为Ra12.5,需进行粗铣。
Φ60H7的孔公差等级为IT7,内表面粗糙度为Ra3.2,由于该孔在铸造是已经铸出来了,所以需要先进行粗镗,再进行半精镗,可达到7级精度。
泵体的左端面表面粗糙度为Ra3.2,需先进行粗铣,再进行半精铣。
Φ16H7的孔公差等级为IT7,内表面粗糙度为Ra3.2,需先钻,再粗铰,然后进行精铰可达到要求。
Φ22的孔表面粗糙度为Ra12.5,只需锪钻就能达到要求。
底座上两个Φ9的孔表面粗糙度为Ra25,只需钻即可。
底座上两个Φ20的孔表面粗糙度为Ra25,需用平底锪钻。
6个M3的螺纹孔先钻孔,再用丝锥攻螺纹。
3个M6的螺纹孔先钻孔,再用丝锥攻螺纹。
2个M6的螺纹通孔先钻孔,再用丝锥攻螺纹。
30°的锥面表面粗超度为Ra12.5,只需用车床粗车就可以。
45°倒角只需用车床粗车就可以。
(2)确定加工设备
该零件加工工艺有铣、镗和钻,根据工艺手册查机床加工范围结合生产纲领和零件要求选择X62和T68,由于为钻孔及螺纹需选择立式钻床或摇臂钻床,结合钻孔直径选择Z525,至于倒角和锥面用CA6140车就可以了。
(3)确定工序余量及工序尺寸
攻螺纹前钻孔用麻花钻直径查《机械加工工艺手册》表3-103知M3麻花钻直径为
2.5mm,M6麻花钻直径为
5mm,M12麻花钻直径为
10.2mm。
所以工序余量可以确定M3螺纹第一次钻孔直径
2.5,钻M3螺纹预钻孔时工序余量为2.5mm(双边),钻螺纹工序余量0.5mm(双边)。
查工艺手册加工方法的经济精度来确定工序尺寸公差得出其工序尺寸如下:
钻螺纹孔M3预钻孔时工序尺寸为
2.5
0.1mm,钻螺纹孔M6预钻孔时工序尺寸为
0.1mm。
底座孔加工精度不高,一次钻即可则其工序尺寸为
0.1mm和
0.1mm。
精镗
孔之后工序尺寸为
60H7,精镗孔双边余量为0.6mm,工序经济精度公差为0.04mm,则精镗孔前尺寸为
;半精镗孔工序双边余量为3.2mm,公差值为0.1mm,则半精镗工序尺寸为
0.05mm,半精镗孔前尺寸为
56.2;粗镗孔工序双边余量为6.0mm,公差值巍峨0.25mm,则粗镗工序尺寸为
0.125mm,粗镗孔前尺寸为毛坯尺寸
,之前查得毛坯公差值双侧为3mm,则毛坯尺寸为
1.5mm。
(依据书本中入体原则标注)
粗镗孔
22工序尺寸为
22.125
0.125mm,粗镗孔之前为毛坯铸造孔其尺寸为
14.5
1.5mm。
查《机械加工工艺手册》表3-92可以查出直径
16H7基孔制的孔需要第一次钻直径
15,扩孔钻到
15.85,粗铰到
15.95,精铰到
16H7。
查机械加工工艺手册表3-106粗铣加工余量1.0mm,半精铣0.7mm,公差值粗铣为0.3mm,半精铣为0.15mm,毛坯公差值为2mm。
则粗铣底面的工序尺寸为零件要求尺寸,毛坯尺寸为高度为56
1mm,粗铣
20后端面时工序尺寸为加工要求尺寸,毛坯尺寸宽度要求为88
1mm,粗铣
20前端面时工序尺寸为加工要求尺寸,毛坯宽度要求尺寸为89
1mm;
半精铣左端面工序尺寸为加工要求尺寸,精铣前最小宽度要求尺寸为68.7mm,则半精铣右端面工序尺寸为68.775
精铣右端面之前最小宽度要求尺寸为69.4mm,则粗铣右端面工序尺寸为69.55
粗铣右端面之前最小宽度要求尺寸为70.4mm,则粗铣左端面工序尺寸为70.55
,粗铣左端面前毛坯尺寸为72.4
1mm;
半精
60孔内右端面工序尺寸深度要求为零件要求尺寸,则粗铣该面工序尺寸为29.375
0.075mm,粗铣前最小深度尺寸为28.3mm,则该面毛坯深度尺寸为27.3
1mm。
(4)确定切削用量及时间定额
半精铣削背吃刀量0.7mm,粗铣1.0mm,粗镗孔单侧1.5m,半精镗孔单侧1.6mm,精镗孔单侧0.3mm;钻削用量参考之前查表所得数据来填写工序卡;
查《切削用量手册》表2-7知钻
16第一次钻孔进给量为0.3mm/r,钻
20孔进给量为0.28mm/r,钻
9孔进给量为0.28mm/r,钻M3预钻孔进给量0.28mm/r,钻M6预钻孔进给量为0.28mm/r,钻M12预钻孔进给量为0.39mm/r;铣削进给量查切削用量手册表3-5知每齿进给量为0.14~0.24mm/z,取0.24mm/z,镗削进给量0.08~0.8mm/z选取0.8mm/z;
查《机械切削用量手册》表8铣削所用面铣刀依据后刀面最大磨损得寿命T=180min,计算切削速度和主轴转速计算切削速度按《切削手册》表14,查得切削速度80m/min,n=230r/min,镗削一样查得刀具寿命T=180min,切削速度63m/min,n=800r/min精镗时切削速度为80m/min,转速796r/min,钻削M6时刀具寿命为180min,切削速度1.5m/min,转速191r/min,钻M3螺纹孔时切削速度为1.4m/min,转速为191r/min。
2.7填写工艺文件
制定工艺路线:
工序1:
粗铣泵体底面
工序2:
粗铣泵体的右端面
工序3:
粗铣泵体两侧的凸台
工序4:
粗镗-半精镗Φ60H7的孔
工序5:
粗铣-半精铣泵体的左端面
工序6:
钻-粗铰-精铰Φ16H7的孔
工序7:
钻Φ22的孔
工序8:
钻底座上两个Φ9的孔
工序9:
钻底座上两个Φ20的孔
工序10:
钻底孔及丝锥功6个M3的螺纹孔
工序11:
钻底孔及丝锥功3个M6的螺纹孔
工序12:
钻底孔及丝锥功2个M6的螺纹通孔
工序13:
车30°的斜面,车45°倒角
工序14:
终检入库。
第3章夹具设计
3.1定位方案及定位元件
(1)应限制自由度
分析该道工序为数控钻6-M3深度为12的螺纹孔,六个螺纹孔中心要求在零件孔中心轴线周围直径为70的圆上均布,则该工序在定位上应限制六个自由度,为完全定位。
(2)定位基准及定位元件
该零件螺纹孔用来与其它零件配合连接使用,同时为满足螺纹孔在零件孔中心轴线周围均布,应该选择零件孔轴线为定位基准,选择零件圆孔面为定位基面。
那么可以选择在直径16配合孔以短圆柱销定位限制两个自由度,再配合大平面共限制五个自由度,最后可以加上挡销就限制六个自由度了,实现完全定位。
(3)定位误差
由于定位基准与工序基准一致,所以基准不重合误差为0。
由于定位销与泵体配合可以选择,这样定位销的精度就决定了定位精度,这里可以选择H7/h7那么最小间隙为0,根据之前查的公差数值可知7级精度公差为0.03mm,那么定位误差为孔和定位销公差合为0.06mm。
3.2夹紧装置设计
(1)夹紧装置的组成和设计要求
夹紧装置是指工件定位后将其固定,使其在加工过程中保持定位位置不变的装置。
典型的夹紧装置是由力源装置、中间传力机构和夹紧元件3部分组成。
力源装置是指产生夹紧作用的装置,中间传力机构是介于力源和夹紧元件之间传递力的机构,夹紧元件是指夹紧装置的最终执行件,与工件直接接触完成夹紧作用。
夹紧装置是夹具重要组成部分,合理设计夹紧装置有利于保证工件的加工质量、提高生产率和降低工人劳动强度。
通常夹紧装置的组成并非一成不变,须根据工件的加工要求、安装方法和生产规模等条件来确定。
但无论其组成如何,都必须满足一下基本要求:
夹紧时应保持工件定位后所占据的正确位置;夹紧力大小要适当,夹紧机构既要保证工件在加工过程中不产生松动或震动,同时又不得产生过大的夹紧变形和表面损伤;夹紧机构的自动化程度和复杂程度应和工件的生产规模相适应,并有良好的结构工艺性,尽可能采用标准化元件;夹紧动作要迅速、可靠,且操作要方便、省力、安全。
(2)夹紧力的确定
夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性,一般要求夹紧力的方向应指向主要定位基准面;夹紧力方向应使工件变形尽可能小;夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小。
夹紧力作用点的位置和树木,将直接影响工件定位后的可靠性和夹紧后的变形。
夹紧力的作用点应靠近支承元件所形成的支承面内;夹紧力作用点应作用在工件刚度较好的部位上,这对刚度较差的工件尤其重要;夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面,这样可减小切削来对工件造成的翻转力矩。
钻螺纹孔夹紧力大小:
轴向力:
(N)[1]表15-31
式中:
[1]表15-32
所以轴向力为
=1172.8
扭矩:
M=9.81
(
)[1]表15-31
式中:
[1]表15-32
所以扭矩为
=16.8
受力分析:
在钻削过程中,轴向力纵向施加在工件上,由设计装配图分析可知,轴向支撑力由夹具体提供,故只需用扭矩计算。
由
可得工件所受到的横向力为
=3230.8N
所以总的夹紧力应大于3230.8N才能够保证夹紧
则
=2.2
32
=4125N
故本夹具可安全工作。
3.3钻套及其它装置设计
钻套和钻模板是钻床夹具的特殊元件钻套装配在钻模板或夹具体上,而钻模板则以各种形式与夹具体或支架连接。
当工件为单一钻孔工步、生产批量较大,需要更换磨损的钻套时,则用这种钻套较为方便。
可换钻套装于衬套中,而衬套则是压配(H7/n6)于钻模板的孔内。
特殊钻套因工件的形状或工序的加工条件而不能使用以上三种标准钻套时,需自行设计的钻套称特殊钻套。
为减少刀具与钻套的摩擦,可将钻套引导高度H以上的孔径放大。
小孔距钻套,用定位销来确定钻套位置。
钻套的设计要点是在确定钻套的结构类型之后,需要确定钻套的内孔(即导引孔)尺寸,公差及其他有关尺寸,同时还要确定钻套的材料。
所以钻套导引孔与这类孔加工刀具的配合,应按基轴制选取。
最终选可换钻套。
设计钻模板时应注意如下问题:
在保证钻模板有足够刚度的前题下,要尽量减轻其重量。
在实际使用中,钻模板的厚度根据钻套高度而定,一般在15~30mm之间。
如果钻套较长,可将钻模板局部加厚,加强钻模板的周边以及合理布置加强筋,以提高其刚性。
此外,钻模板一般不宜承受夹紧力。
钻模板上安装钻套的孔与定位元件的位置应具有足够的精度。
这和钻模板的形式以及钻模板在夹具上的定位方式有关。
如固定式钻模板(用销,螺钉装配),钻套孔的位置精度较高,对于悬挂式钻模板,由于钻模板定位靠两导柱与夹具体的间隙配合连接,其位置精度较低。
焊接结构的钻模板往往因焊接内应力不能彻底消除,而不易保证精度。
当工件孔距公差大于±0.1mm时方可采用。
若其孔距公差小于±0.05mm时,应采用装配式钻模板。
在夹具体上的两侧设计座耳,用T形螺栓固定。
由于Z525型立式钻床工作台槽宽a=14H11,所以T形螺栓的直径d取12,夹具体两侧座耳槽宽取14。
夹具体是夹具的基础件。
在夹具体上,要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构和装置等。
设计时应满足以下基本要求:
①应有足够的强度和刚度。
保证在加工过程中,夹具体在夹紧力、切等外力作用下,不至产生不允许的变形和振动。
②结构简单,具有良好的工艺性。
在保证强度和刚度的条件下,力求结构简单,体积小,重量轻,特别是对于移动和翻转夹具,其重量不应太大,以便于操作。
③尺寸要稳定。
对于铸造夹具体,要进行时效处理;对于焊接夹具,要进行退火处理,以消除内应力,以保证夹具体加工尺寸的稳定。
④便于排屑。
为防止加工中切屑聚集在定位元件工作表面或其他装置中,而影响工件的正确定位和夹具的正常工作,在设计夹具体时,要考虑排屑的问题。
夹具属单件生产性质,为缩短设计和制造周期,减少设计和制造费用,所以夹具体设计,一般不作复杂的计算。
通常都是参考类似的结构,按经验类比法估计确定。
实际在绘制夹具总图时,根据工件、定位元件、夹紧装置、对刀-引导元件以及其他辅助机构和装置在总体上的配置,夹具体的外形尺寸便已大体确定。
第4章数控加工编程
孔加工编程孔径尺寸由刀具保证,孔距的位置尺寸精度取决于数控系统和机械系统的精度。
这里首先设定坐标原点为零件加工放置的最坐下方,向上为Z轴,向右为X轴,朝外为Y轴,则根据已知钻孔深度12mm,对刀点上表面32mm处即表面上100mm处,长度补偿量2mm,到补号H01,主轴转速600r/min,进给速度1000mm/min,现加工程序如下:
G91;G00;X19,Y-48;
G43Z30T1H01;
S600;M03;
G01Z-12,F1000;
G04P2000;
G00Z12;
G00X17.5,Y-30.31;
G01Z-12;
G04P2000;
G00Z12;
G00X35;
G01Z-12;
G04P2000;
G00Z12;
G00X17.5,Y30.31;
G01Z-12;
G04P2000;
G00Z12;
G00X-17.5,Y30.31;
G01Z-12;
G04P2000;
G00Z12;
G00X-35;
G01Z-12;
G04P2000;
G00Z12;
G00X-36.5,Y17.69;
M05;M02;
总结
在这次设计中,我明确设计目的,综合应用了所学专业知识,培养了自主将理论与实际结合起来锻炼了自己分析实际问题、解决问题的能力,在这个过程中我独立地分析和解决了零件机械制造的工艺和工序安排的问题,设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备。
在本次课程设计中,我参考了很多文献,在获取我所要的知识的同时又学到了很多其它方面的知识。
由于这次设计全部的图纸都是用手绘的,因此,我的制图能力又有了一定的提高。
然而设计过程中,我也遇到了很多的困难,出现过很多的错误,但是这并没有影响到我学习知识的积极性。
经过这次课程设计,我对自己更有了信心。
我相信一切问题都会有解决的办法,同时通过这次设计为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
参考文献
《典型零件工艺设计》
《机械加工工艺手册》
《切削用量手册》
《机床夹具设计手册》
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- 加工 工艺 螺纹 工装 课程设计 说明书