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1、机械制造课程设计(论文)题 目:支架的机械加工工艺规程及钻孔夹具设计 所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日目 录1 引言22 课程设计的目的23 支架的工艺分析33.1支架的结构及其工艺性分析33.2支架的技术要求分析34 毛坯的选择35 支架机械加工工艺路线的制定45.1定位基准的选择4 5.1.1 精基准的选择45.1.2 粗基准的选择45.2拟定工艺路线45.2.1 加工方法的选择和加工阶段的划分45.2.2 工艺路线的拟定55.3加工余量和工序尺寸的拟定65.3切削用量的确定76 夹具设计设计156.1确定设计方案166.2选择定位方式及定位元件166.3确定导向装置1
2、66.4定位误差的分析与计算166.5设计夹紧机构167 致谢16参考文献171 引言 工艺综合课程设计是机械类专业的一门主干专业基础课，内容覆盖金属切削原理和刀具、机械加工方法及设备、互换性与测量技术、机械制造工艺学及工艺装备等，因而也是一门实践性和综合性很强的课程，必须通过实践性教学环节才能使我们对该课程的基础理论有更深刻的理解，也只有通过实践才能培养我们理论联系实际的能力和独立工作能力。因此，工艺综合课程设计应运而生，也成为机械类专业的一门重要实践课程。2 课程设计的目的工艺综合课程设计旨在继承前期先修基础课程的基础上，让我们完成一次机械零件的机械加工工艺规程和典型夹具设计的锻炼，其目的
3、如下。 （1） 在结束了机械制造基础等前期课程的学习后，通过本次设计使我们所学到的知识得到巩固和加深。培养我们全面综合地应用所学知识去分析和解决机械制造中的问题的能力。（2） 通过设计提高我们的自学能力，使我们熟悉机械制造中的有关手册、图表和技术资料，特别是熟悉机械加工工艺规程设计和夹具设计方面的资料，并学会结合生产实际正确使用这些资料。（3） 通过设计使我们树立正确的设计理念，懂得合理的设计应该是技术上先进的，经济上合理的，并且在生产实践中是可行的。（4） 通过编写设计说明书，提高我们的技术文件整理、写作及组织编排能力，为我们将来撰写专业技术及科研论文打下基础。3 支架的工艺分析3.1支架的
4、结构及其工艺性分析由支架零件图可知，该支架结构形状对称布置。主要由底板、肋板和圆柱孔等部分构成。支架的主要加工表面有：支架底面、肋板孔与圆柱孔、肋板孔内端面及圆柱孔上端面等。其中支架底面的表面粗糙度Ra1.6m，肋板内表面的表面粗糙度Ra3.2m，定位孔6H7，肋板上的孔径40H7，圆柱孔的孔径60H8，两肋板间的距离75H8，以及圆柱孔的内表面与上端面的表面粗糙度Ra3.2m是重要尺寸。3.2支架的技术要求分析该支架零件的主要技术要求为：1. 未注明圆角半径R5；2. 240H7孔的同轴度允许误差为0.01；3. 240H7孔与A面的平行度允许误差为0.02；4. 60H8孔与A面垂直度允许
5、误差为0.01；5. 两圆柱孔中心距极限偏差为0.25mm；6. 肋板孔中心线距支架底板的距离的极限偏差为0.05mm；7. 圆柱孔与肋板孔的中心距极限偏差为0.15mm。4 毛坯的选择题目给定的是支架零件，该零件年产量为4000件，设其备品率为4%，机械加工废品率为1%，则该零件的年生产纲领为：N=Qn(1+%+%)=40001（1+4%+1%)=4200(件/年)。查表可知该产品为大批生产。在毛坯的制造方法及加工余量、机床设备及机床布置、夹具及尺寸保证、刀具量具、生产率、成本等各方面需要结合零件自身的特点，采用先进铸造方法、自动机床与专用机床、高效专用夹具、刀具量具以提高生产率和加工质量，
6、降低生产成本。该支架零件的结构形状较复杂以及大批量生产的生产纲领确定采用熔模铸造方式生产，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，铸造出肋板孔与圆柱孔。毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。毛坯材料是HT200。5 支架机械加工工艺路线的制定支架的工艺特点是：外形较复杂，尺寸精度、形状精度、和位置精度及表面粗糙度要求较高。上诉工艺特点决定了支架在机械加工时存在一定的困难，因此在确定支架的工艺过程时应注意定位基准的选择，以减少定位误差；夹紧力方向和夹紧点的选择要尽量减少夹紧变形；对于主要表面，应粗、精加工分阶段进行，以减少变形对加工精度的影响。5.1定位基准的选择 基面选择是工艺规程中的重要工作之一。
7、基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常运行。 5.1.1粗基准的选择 遵照“保证不加工表面与加工表面相互精度原则”的粗基准选择原则（即零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时则应与这些加工表面要求相对精度较高的不加工表面作为粗基准）这里先选择圆柱孔上端面为粗基准。 5.1.2精基准的选择 根据精基准的选择原则，选择精基面时，首先应考虑基准重合的问题，即在可能的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准作为定位基准。本支架零件 以加工好的支架底面作为后续工序如铣圆
8、柱孔上端面、镗肋板孔等工序的精基准。 5.2 拟定工艺路线5.2.1加工方法的选择和加工阶段的划分支架底面的表面粗糙度要求较高，Ra1.6，所以确定最终加工方法为精铣。精铣前要进行粗铣、半精铣。肋板内表面与圆柱孔上端面的表面粗糙度要求较高，Ra3.2，所以确定最终加工方法为精铣。精铣前要进行粗铣、半精铣。肋板上的孔与圆柱孔的位置精度和表面粗糙度要求较高，Ra3.2，所以确定最终加工方法为半精镗。半精镗前要进行粗镗。装配孔的精度要求较高，最终加工方法为精铰。精铰前要进行钻孔。沉头孔没有位置精度与表面粗糙度要求，故采用钻孔、锪孔就能达到图纸上的设计要求。完成其他次要表面的加工。5.2.2工艺路线的
9、拟定在工艺路线的拟定过程中要遵循机械加工工序顺序的安排原则。即：（1） 基准先行 按照“先基面后其它”的顺序，先加工精基准面，再以加工 出的精基准面为定位基准，安排其它表面的加工。（2） 先粗后精 按先粗后精的顺序，对精度要求高的各主要表面进行粗加 工、半精加工和精加工。 （3） 先主后次 先考虑主要表面加工，再考虑次要表面加工。次要表面的加 工，通常从加工方便与经济角度出发进行安排。次要表面和 主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加 工后，以主要表面定位加工主要表面。（4） 先面后孔 当零件有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来， 再以面定位孔加工，这样可以保证定位准确、
10、稳定。（5） 关键工序 对易出现废品的工序，精加工或光整加工可适当提前。在一 般情况下，主要表面的精加工和光整加工应放在最后阶段进 行。制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序分散来提高生产效率。除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。方案分析与比较，方案一是先钻扩铰对角线上两个8孔到工序尺寸，方案二是先铣75H8开挡到工序尺寸，比较发现方案一的设计可以方便为后续方案寻找定位基准，利用8定位销孔加工其他部位比较精确。故选择方案一。 5.3 加工余量
11、和工序尺寸的拟定工序余量是指相邻两工序的工序尺寸之差，也就是在一道工序中所切除的金属层厚度，在确定工序间加工余量时，应遵循两个原则：1. 加工余量应尽量小，以缩短加工时间；提高效率；降低制造成本；延长机床刀具使用寿命。2. 加工余量应保证按此余量加工后，能达到零件图要求的尺寸、形状、位置公差和表面粗糙度，工序公差不应超出经济加工精度范围；本工序的余量应大于上工序留下的尺寸公差、行为公差和表面缺陷厚度。根据经验法选取毛坯公差取T=2mm。其余各工序尺寸及公差查机械加工工艺手册可得。表1 各工序尺寸及公差的计算结果加工表面工步（工步）名称工序（工序）余量工序（工步）基本尺寸 经济精度公差表面粗糙度
12、工序尺寸及公差支架底面毛坯282 粗铣 1.526.5IT12Ra6.3半精铣 1.025.5IT10Ra3.2精铣 0.525.0IT9Ra1.6圆柱孔上端面毛坯882 粗铣1.586.5IT12 半精铣1.085.5IT10Ra6.3 精铣0.585IT9Ra3.2 圆柱孔毛坯54.02 粗镗2Z=4.058.0IT12Ra6.3 半精镗2Z=2.060.0IT9Ra3.2 肋板内表面毛坯722 粗铣2.574.5IT12Ra12.5 半精铣0.575.0IT10Ra3.2 肋板孔毛坯352 粗镗 2Z=3.038.0IT12Ra6.3 半精镗2Z=2.040.0IT9Ra3.2 沉头孔钻
13、孔8.0IT12Ra12.5 钻孔14.5IT12Ra12.5 锪孔0.515.0IT12Ra12.5 装配孔钻孔5.8IT12Ra12.5 精铰0.26.0IT8Ra1.6 5.4 切削用量的确定工序 40 粗铣圆柱孔上端表面（1）选择加工设备与工艺装备 本工序及随后两道工序是加工出圆柱孔上端面，以达到要求的表面粗糙度及要求尺寸。根据工艺综合课程设计表5-5选择X5032立式铣床。工作台面尺寸宽320mm、长1320mm，工作台面最大行程纵向700mm、横向255mm、垂向370mm，主电动机功率7.5kW、总功率9.09kW。根据机械加工工艺手册表9.2-1，选用镶齿套式面铣刀，刀片材料选
14、用硬质合金钢，牌号为YT15，查表9.2-8选铣刀的规格尺寸为，D=50。夹具选用专用夹具。（2）确定切削用量 a. 确定背吃刀量 粗铣时，为提高切削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量，一个工作行程铣完。因为粗铣的余量为1.5mm，一次走刀完成，所以选择背吃刀量a=1.5mm b. 确定进给量 根据工艺综合课程设计表5-72，选择每齿进给量fz为0.3mm/z。 c. 初选切削速度 根据工艺综合课程设计表5-72，选择切削速度Vc=34.6m/min。（3）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表9.4-6取粗铣时镶齿套式面铣刀的磨钝标准为1.7mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度
15、T=180min。（4）确认机床主轴转速 和切削速度 =r/m220r/m按照X5032铣床说明书选取实有的机床主轴转速为270r/m,故实际的切削速度为=r/m=42.4r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1；查表3-3，得=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=11181.50.311.20N=603.7N切削功率 =/60000=603.742.4/60000kW=0.43kW由机床说明书知，X5032机床主电动机功率=7.5kW,取机床效率=0.55，则 /=0.43/0.55kW=0.57kW故机床功率够用。工序50半精铣圆柱孔
16、上端面表面（1）选择刀具 根据工艺综合课程设计表5-18，选用镶齿套式面铣刀。（2）确定切削用量a. 确定背吃刀量半精铣时的背吃刀量一般为0.52mm，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=1.0mm。b. 确定进给量根据工艺综合课程设计表5-72，选择每齿进给量fz为0.2mm/z。c. 初选切削速度根据工艺综合课程设计表5-72，选择切削速度Vc=40m/min。（3）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表9.4-6取半精铣时镶齿套式面铣刀的磨钝标准为1.8mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。（4）确认机床主轴转速 和切削速度 =r/m255r/m按照X
17、5032铣床说明书选取实有的机床主轴转速为270r/m,故实际的切削速度为=r/m=42.4r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1；查表3-3，得=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=11181.50.311.20N=603.7N切削功率 =/60000=603.742.4/60000kW=0.43kW由机床说明书知，X5032机床主电动机功率=7.5kW,取机床效率=0.55，则 /=0.43/0.55kW=0.57kW故机床功率够用。工序60精铣圆柱孔上端面（1）选择刀具 根据工艺综合课程设计表5-18，选用镶齿套式面铣刀。（2）确
18、定切削用量a. 确定背吃刀量 精铣时一般为0.1-1mm或更小，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=0.5mm。b. 确定进给量根据工艺综合课程设计表5-72，选择每齿进给量fz为0.12mm/z。c. 初选切削速度根据工艺综合课程设计表5-72，选择切削速度Vc=58.5m/min。（3）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表9.4-6取精铣时镶齿套式面铣刀的磨钝标准为0.4mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。（4）确认机床主轴转速 和切削速度 =r/m373r/m按照X5032铣床说明书选取实有的机床主轴转速为360r/m,故实际的切削速为=r/m=5
19、6.5r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1；查表3得=1.20；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=11181.50.311.20N=603.7N切削功率 =/60000=603.756.5/60000kW=0.57kW由机床说明书知，X5032机床主电动机功率=7.5kW,取机床效率=0.55，则 /=0.57/0.55kW=0.56kW故机床功率够用。工序110粗镗肋板孔（1）选择机床与刀具 根据工艺综合课程设计表5-9，选择T618卧式镗床，由表5-26选择机夹单刃镗刀的杆部直径d（g7）为25mm，最小镗孔直径D为32mm。（2）确定切
20、削用量a. 确定背吃刀量 由表5-69，选择粗镗的刀具材料为高速钢，刀具类型为刀头。取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=3mm。b. 确定进给量 由表5-69知，f=0.2mm/rc. 初选切削速度由表5-69知，Vc=0.4m/s（3）确定镗刀的磨钝标准及耐用度根据工艺综合课程设计表3-7取粗镗时单刃镗刀刀具的耐用度T=50min。（4）确认机床主轴转速 和切削速度 =r/m191r/m按照T618镗床说明书选取实有的机床主轴转速为200r/m,故实际的切削速度为=r/m=25.1r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1.06；查表3-3，得=1
21、.40；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=111830.21.061.40N=995.5N切削功率 =/60000=995.525.14/60000kW=0.42kW由机床说明书知，T618机床主电动机功率=5.5kW,取机床效率=0.55，则 /=0.42/0.55kW=0.56kW故机床功率够用。工序120半精镗肋板孔（1）选择机床与刀具 根据工艺综合课程设计表5-9，选择T618卧式镗床，由表5-26选择机夹单刃镗刀的杆部直径d（g7）为25mm，最小镗孔直径D为32mm。（2）确定切削用量a. 确定背吃刀量 由表5-69，选择粗镗的刀具材料为高速钢，刀具类型为刀头。取背吃刀量等
22、于其在此工序的加工余量，即a=2mm。b. 确定进给量 由表5-69知，f=0.5mm/rc. 初选切削速度由表5-69知，Vc=0.6m/s（3）确定镗刀刀的磨钝标准及耐用度根据工艺综合课程设计表3-7取半精镗时单刃镗刀刀具的耐用度T=50min。（4）确认机床主轴转速 和切削速度 =r/m287r/m按照T618镗床说明书选取实有的机床主轴转速为300r/m,故实际的切削速度为=r/m=37.7r/m（5）校验机床功率 根据工艺综合表3-1知，单位切削力=1118N/,=1.06；查表3-3，得=1.40；其它切削条件修正系数为1，故切削力 =f=111820.51.061.40N=165
23、9.1N切削功率 =/60000=1659.137.7/60000kW=1.04kW由机床说明书知，T618机床主电动机功率=5.5kW,取机床效率=0.55，则 /=1.04/0.55kW=1.39kW故机床功率够用。工序160钻6装配孔（1） 选择刀具根据工艺综合课程设计表5-21，选用直径为5.8的标准高速钢麻花钻。由表5-6选择Z5125A立式钻床，工作台面尺寸为（550400）mm，总功率为2.3Kw，主电动机功率为2.2Kw。（2） 确定切削用量 a. 确定背吃刀量 因为第一次钻孔的加工余量为5.8mm。一次工作行程钻完，所以选择背吃刀量a=5.8mm。 b. 确定进给量 根据工艺
24、综合课程设计表5-64，选择进给量f为0.27mm/r c. 确定切削速度 根据工艺综合课程设计表5-66,选择切削速度Vc=0.42m/s（3）确定铰刀的磨钝标准及耐用度根据工艺综合课程设计表3-7,取钻削时麻花钻刀具的耐用度T=100min。（4）钻削基本时间的计算根据工艺综合课程设计表3-11知,钻孔的基本时间计算公式为:式中,=(D/2)cot=计算得=1.2s工序170精铰6装配孔（1）选择刀具 根据工艺综合课程设计表5-21，选择d=6mm的直柄机用铰刀。由表5-6选择Z5125A立式钻床，工作台面尺寸为（550400）mm，总功率为2.3Kw，主电动机功率为2.2Kw。（2）确定
25、切削用量 a. 确定背吃刀量 因为铰孔的加工余量为0.2mm。一次工作行程铰完，所以选择背吃刀量a=0.2mm。 b. 确定进给量 根据工艺综合课程设计表5-68，选择进给量f为1.00mm/r c. 确定切削速度 根据工艺综合课程设计表5-66,选择切削速度Vc=0.20m/s6 夹具的设计为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。下面即为钻5-8孔的专用夹具，本夹具将用于Z5125A立式钻床。6.1设计要求本夹具无严格的技术要求，因此，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，面精度不是主要考虑的问题。6.2夹具设计6.2.1 定位基准的选择为了提高加工效率及方便加
26、工，决定钻头材料使用高速钢，用于对5孔进行加工，准备采用手动夹紧。6.2.2 切削力及夹紧力的计算刀具：高速钢麻花钻头，尺寸为8。则轴向力：见工艺师手册表28.4F=Cdfk3.1 式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35 k=(F=420转矩T=Cdfk式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8T=0.206功率 P=在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 K=KKKK式中 K基本安全系数，1.5; K加工性质系数，1.1;K刀具钝化系数, 1.1;K断续切削系数, 1.1则 F=KF=1.5钻削时 T=17.34 N切向方向所受力: F=取F=4416F
27、F所以,钻削时工件不会转动,故本夹具可安全工作。6.3定位误差的分析制造误差ZZ （1）钻套中心线对定位件中心线位置精度. 取.（2）钻套内外圆同轴度误差（查表P297）. （3）钻头纯倾斜时与钻套内孔中心不重合位置精度误差为，钻套底面到钻孔上表面高度为L（排屑用）。又 取。查表知取模板厚度， 钻套伸出部分为，故钻套高度的中点到钻孔底面距离.钻套孔，钻套孔查表P297.故，故，位置精度误差为 （4）钻套中心线与定位面不垂直度为0.01.则不垂直的角度误差为。. 故，.则.知此方案可行。6.4夹具设计及操作的简要说明由于是大批大量生产，主要考虑提高劳动生产率。因此设计时，需要更换零件加工时速度要
28、求快。本夹具设计，用移动夹紧的大平面定位三个自由度，定位两个自由度，用定位块定位最后一个转动自由度。此时虽然有过定位，但底面是经精铣的面，定位是允许的。20小结加工工艺的编制和专用夹具的设计，使对零件的加工过程和夹具的设计有进一步的提高。在这次的设计中也遇到了不少的问题，如在编写加工工艺时，对所需加工面的先后顺序编排，对零件的加工精度和劳动生产率都有相当大的影响。在对某几个工序进行专用夹具设计时，对零件的定位面的选择，采用什么方式定位，夹紧方式及夹紧力方向的确定等等都存在问题。这些问题都直接影响到零件的加工精度和劳动生产率，为达到零件能在保证精度的前提下进行加工，而且方便快速，以提高劳动生产率
29、，降低成本的目的。通过不懈努力和指导老师的精心指导下，针对这些问题查阅了大量的相关资料。最后，将这些问题一一解决，并夹紧都采用了手动夹紧，由于工件的尺寸不大，所需的夹紧力不大。完成了本次设计，通过做这次的设计，使对专业知识和技能有了进一步的提高，为以后从事本专业技术的工作打下了坚实的基础。参考文献参考文献1.机床夹具设计 第2版 肖继德 陈宁平主编 机械工业出版社2.机械制造工艺及专用夹具设计指导 孙丽媛主编 冶金工业出版社3.机械制造工艺学 周昌治、杨忠鉴等 重庆大学出版社4. 机械制造工艺设计简明手册李益民 主编 机械工业出版社5. 工艺师手册 杨叔子主编 机械工业出版社6. 机床夹具设计
30、手册王光斗、王春福主编 上海科技出版社7. 机床专用夹具设计图册南京市机械研究所 主编 机械工业出版社8. 机械原理课程设计手册 邹慧君主编 机械工业出版社9.金属切削手册第三版 上海市金属切削技术协会 上海科学技术出版社10.几何量公差与检测第五版 甘永立 主编 上海科学技术出版社11机械设计基础 第三版 陈立德主编 高等教育出版社12工程材料 丁仁亮主编 机械工业出版社13机械制造工艺学课程设计指导书， 机械工业出版社14机床夹具设计 王启平主编 哈工大出版社15.现代机械制图 吕素霞 何文平主编 机械工业出版社致 谢经过了的很长时间，终于比较圆满完成了设计任务。回顾这日日夜夜，感觉经过了
31、一场磨练，通过图书、网络、老师、同学等各种可以利用的方法，巩固了自己的专业知识。对所学知识的了解和使用都有了更加深刻的理解。此时此刻，我要特别感谢我的导师的精心指导，不仅指导我们解决了关键性技术难题，更重要的是为我们指引了设计的思路并给我们讲解了设计中用到的实际工程设计经验，从而使我们设计中始终保持着清晰的思维也少走了很多弯路，也使我学会综合应用所学知识，提高分析和解决实际问题的能力。不仅如此，老师的敬业精神更是深深的感染了我，鞭策着我在以后的工作中爱岗敬业，导师是真真正正作到了传道、授业、解惑。同时也要感谢其他同学、老师和同事的热心帮助，感谢院系领导对我们课程设计的重视和关心，为我们提供了作图工具和场所，使我们能够全身心的投入到设计中去，为更好、更快的完成课程设计提供了重要保障。17
