制定分度盤零件（圖5-28）的加工工藝設(shè)計鉆4×Ф 10孔的鉆床夾具課程設(shè)計

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18 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院課程18 設(shè)計 18 目錄 設(shè)計任務(wù)書 2 序言 3 正文 4 一 檢驗、分析 4 （一）零件的作用 4 （二）零件的工藝性分析 4 二 確定零件毛坯 4 （一） 確定毛坯，繪制毛坯圖 5 （二）擬定分度盤工藝路線 6 三 工藝路線的制定 8 四 加工余量、工序尺寸和公差的確定 9 五 確定切削用量及基本工時 11 （一）鉆φ10㎜孔 11 （二）擴φ10㎜孔 13 （三）鉸孔φ10㎜ 14 六 專用夾具設(shè)計 15 （一）定位方案確定 16 （二）刀具導(dǎo)向方案確定 16 （三）夾緊方案確定 16 （四）夾緊力的計算分析 17 （五）夾具體的設(shè)計 17 （六）定位誤差分析與計算 18 七 方案綜合評價 18 總結(jié) 19 參考文獻 20 序言 機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計是機械設(shè)計中的一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是機電一體化技術(shù)專業(yè)應(yīng)該學(xué)習(xí)的一門主要專業(yè)課。其目的在于： （1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運用機械設(shè)計基礎(chǔ)以及其他課程的理論知識和生產(chǎn)實際知識去分析和解決工程實際問題的能力，通過課程設(shè)計訓(xùn)練可以鞏固和加深有關(guān)機械設(shè)計方面的理論知識。 （2）學(xué)習(xí)和掌握一般機械制造基礎(chǔ)的基本方法和步驟，培養(yǎng)獨立設(shè)計能力，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)、做好準(zhǔn)備。 （3）是學(xué)生具有運用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范手冊、圖冊和查詢有關(guān)設(shè)計的能力。 就我個人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國現(xiàn)代化建設(shè)打下一個良好的基礎(chǔ)。 由于能力所限，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。 正文 一 檢驗、分析 （一）零件的作用 分度盤 分度盤是將工件夾持在卡盤上或兩頂尖間，并使其旋轉(zhuǎn)、分度和 定位的機床附件。按其傳動、分度形式可分為蝸桿副分度盤、度盤分度盤、孔盤分度盤、槽盤分度盤、端齒盤分度盤和其它分度盤(包括電感分度盤和光柵分度盤)。按其功能可分為萬能分度盤、 半萬能分度盤等分度盤。按其結(jié)構(gòu)形式又有立臥分度盤、可傾分度盤、懸梁分度盤。分度盤作為通用型機床附件其結(jié)構(gòu)主要由夾持部分、分度定位部分、傳動部分組成。分度盤主要用于銑床，也常用于鉆床和平面磨床，還可放置在平臺上供鉗工劃線用。分度盤主要有通用分度頭和光學(xué)分度頭兩類。 （二）零件的工藝性分析 1、 該工件鍛造比比較大，很容易造成應(yīng)力的分布不均。因此，鍛造后進行正火處理，粗加工后進行調(diào)質(zhì)處理。以改善材料的切削性能。 2、 工序安排以臺階面和Φ110mm 的外圓表面定位，裝夾工件，達(dá)到了設(shè)計基準(zhǔn)，工藝基準(zhǔn)的統(tǒng)一。 3、 分度盤大端面對Φ22H7mm 孔中心線有垂直度要求； 外圓臺階面對Φ110mm 外圓軸心線有垂直度要求；Φ110mm 外圓與Φ 22H7mm 孔有同軸度要求；4×Φ10H6螺紋EQS與和3×Φ9mm孔和3×Φ13mm對Φ110mm 外圓軸心線有位置度要求，可在偏擺儀上用百分表檢查同軸度及垂直度。 二 確定零件毛坯 （一） 確定毛坯，繪制毛坯圖 1、零件材料 45 鋼，切削加工性良好。 2、分度盤Φ110mm 外圓與Φ22H7mm 孔有同軸度要求，為保證加工精度，工藝安排應(yīng)粗、精加工分開。 3、主要表面雖然加工精度較高，但可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟的方法保證質(zhì)量地加工出來。 （1）毛坯選擇 根據(jù)材料 45 鋼，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)及零件形狀要求，可選擇模鍛件；毛坯圖如： 圖2-1 （2）確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 1、公差等級 由分度盤零件的功用和技術(shù)要求，確定該零件的公差等級為普通級。 2、鍛件重量 根據(jù)機械加工后零件的形狀及零件材料，估算鍛件毛坯重量為mt=7.50kg。 3、鍛件復(fù)雜系數(shù) 對分度盤零件圖進行分析計算，可大致確定鍛件外廓包容體的直徑 d=Φ120mm，H=55mm。高由公式S=mt/m=7.50kg/12.0kg≈0.63。由此可確定該分度盤零件的復(fù)雜系數(shù)為 S 2 級。 4、鍛件材質(zhì)系數(shù) 由于該分度盤零件材料為 45 鋼，是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.65%的碳素鋼，故該鍛件的材質(zhì)系數(shù)為M1級。 5、鍛件分模線形狀與零件表面粗糙度 根據(jù)該分度盤零件的形位特點，采用平直分模面。由零件圖可知，該分度盤零件各加工表面的粗糙度 Ra 均大于等于0.8μm 。 根據(jù)上述諸因素，可查表確定該鍛件的尺寸公差和機械加工余量，所得結(jié)果列于表2-2中 表 2-2 分度盤鍛造毛坯尺寸公差及機械加工余量 包容體重量/kg 形狀復(fù)雜系數(shù) 材質(zhì)系數(shù) 經(jīng)濟精度級 加工方案 7.3 11.9 S2 M1 普通級 項目/mm 機械加工余量/mm 尺寸公差/mm 備注 Φ110 外圓 IT8 粗車-半粗 車-精車 2.0 Φ35h6 外 圓 IT10 粗車-半精 車 2.6 Φ10H6 孔 IT8 粗車-半粗 車-精車 2.0 R1.5 的油槽 IT11 粗車 3.0 Φ22H7孔 IT8 粗車-半粗 2.0 注：根據(jù)表 2-10 的表注，將此表中所有公差按±1/2 分配 （二）擬定分度盤工藝路線 （1）定位基準(zhǔn)的選擇 1 、精基準(zhǔn)的選擇 根據(jù)該分度盤零件的技術(shù)要求和裝配要求，選擇分度盤大端面為精基準(zhǔn)，零件上的很多表面都可以采用它們作為基準(zhǔn)進行加工，即遵 循了“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則。 分度盤Φ22H7mm的軸線是設(shè)計基準(zhǔn)，選用其作為精基準(zhǔn)定位加工分度盤Φ110mm 外圓柱面和臺階面，實現(xiàn)了設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)的重合，保證了被加工表面的垂直度和同軸度要求。在鉆削均布圓周孔時采用Φ110mm的軸心線作為精基準(zhǔn)，做到了設(shè)計基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)的統(tǒng)一。 2 、粗基準(zhǔn)的選擇 作為粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面缺欠。此處選擇分度盤Φ110mm 軸線作為粗基準(zhǔn)，可以為后續(xù)工序準(zhǔn)備好精基準(zhǔn)。 （2）表面加工 根據(jù)分度盤零件圖上個加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工工件各表面的加工方法，如表 2-3 所示。 表 2-3 分度盤零件各表面加工方案 加工表面 尺寸精度等級 表面粗糙度 加工方案 大端面 IT8 0.8 粗車—半精車—精車 小端面 IT10 3.2 粗車—半精車 3xΦ9孔 IT9 3.2 鉆—鉸 3xΦ13孔 IT9 3.2 鉆—鉸 Φ22孔 IT9 0.8 鉆—擴--鉸 Φ5孔 IT9 12.5 鉆 4xΦ10孔 IT13 0.8 鉆—鉸 2xΦ6孔 IT9 3.2 鉆—鉸 R1.5油槽 IT7 3.2 粗鏜—精鏜 弧形槽面 IT13 3.2 銑 （3）加工階段劃分 該分度盤加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段劃分成粗加工、半精加工和精加工幾個階段 （4）工序集中與分散 采用工序集中原則，盡可能在一次安裝中加工許多表面，或盡量在同一臺設(shè)備上連續(xù)完成較多的加工要求。 1、機械加工工序 遵循“先基準(zhǔn)后其他”、“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”的原則。 2、熱處理工序 因模鍛件的表面層有硬皮，會加速刀具磨損和鈍化，為改善切削加工性，模鍛后對毛坯進行正火處理，軟化硬皮；零件Φ110mm 外圓面和臺階面需進行淬火，由于零件壁厚小，易變形，加之加 工精度要求高，為盡量控制淬火變形，在零件粗加工后安排調(diào)質(zhì)處理作預(yù)處理。 毛坯圖2-1 3、輔助工序 在粗加工和半精加工后各安排一次中間檢驗，精加工后安排去毛刺、清洗和終檢工序。 三 工藝路線的制定 制定工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證，使工序集中來提高生產(chǎn)效率。除此之外還應(yīng)考慮經(jīng)濟效果，以便降低生產(chǎn)成本。 在綜合考慮上述工序安排原則基礎(chǔ)上， 列出了分度盤的工藝路線工藝路線方案： 工序1：正火 工序2：粗車大端面 工序3：粗車大外圓 工序4：鉆—擴—鉸Φ22孔 工序5：粗車小端面 工序6：粗車小外圓 工序7：粗車臺階面 工序8：鉆Φ5孔 工序9：中間檢驗 工序10：調(diào)質(zhì)處理硬度230～250HB 工序11：半精車大端面 工序12：鏜油槽R1.5 工序13：半精車小外圓 工序14：半精車臺階面 工序15：車削退刀槽 工序16：鉆—擴孔4×Φ10孔 工序17：鉆—鉸3×Φ13、3×Φ3孔 工序18：銑弧形槽 工序19：鉆—鉸2×Φ6錐孔 工序20：中間檢驗 工序21：熱處理—淬硬 40～45HRC 工序22：精車小外圓 工序23：精車臺階面 工序24：去毛刺 工序25：清洗 工序26：終檢 四 加工余量、工序尺寸和公差的確定 零件材料為碳素工具鋼，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，可采用鍛造中的自由鍛造。零件圖如：圖4-1、4-2所示 圖4-1 主視圖 圖4-2 俯視圖 φ10的表面粗糙度都為0.8um，所以 鉆孔：φ9mm 擴孔:φ9.75mm 2Z=0.75 mm 鉸孔：φ10mm 2Z=0.1mm 五 確定切削用量及基本工時 加工材料：碳素工具鋼，=736MPa 加工要求：鉆孔φ22㎜ 機床：立式鉆床Z550 刀具：鉆刀、擴孔刀和鉸刀 （一）鉆φ10㎜孔 莫氏圓錐2號，d=9,L=15，β=30，2φ=118°，ψ=40°，=12°，當(dāng)25㎜，鉆頭后刀面磨損極限值為0.8㎜，耐用度T=60min 背吃刀量：鉆孔時=4㎜ 進給量： f=（0.35～0.43）×0.75=（0.26~0.32），f=0.3mm/r查《切削手冊》表2.7 計算切削速度： V = 式中=4.4,=0.4,=0,=0.7，m=0.2，=1.0， =0.88，=1.1，=1.0，=0.87，=0.87查《切削手冊》表2.31所以==1×0.88×1.1×1×0.87×0.85=0.72 V = ×0.72=13.19 m/min =r/min=466.5r/min 根據(jù)z3025機床標(biāo)準(zhǔn)主軸轉(zhuǎn)速，n=500r/min，實際轉(zhuǎn)速為 ===14.2m/min 校驗機床，查《工藝手冊》轉(zhuǎn)距T和切削功率，計算公式如下： =（kW） 式中=0.117,=2.2,=0.8,= ,=1.11, =1.0, =0.87 因此，總修正系數(shù)為=1.11×0.87×1.0=0.97 所以鉆孔時轉(zhuǎn)矩為 T=0.117×××0.97N·m=22 N·m 切削功率為 ==0.46kw Z3025機床主軸的最大轉(zhuǎn)矩=196.2 N·m,主電動機率=2.2kw 由于T＜,＜,故選擇的切削刀量可用。最后所確定的切削量為 =8㎜，f=0.3，VC=14.2 m/min（n=500r/min） 基本時間 = 式中已知=15㎜，=7.45，=3㎜，f=0.3，n=500r/min，所以孔的基本時間： ==0.2min （二）擴φ10㎜孔 錐柄擴孔鉆，莫氏錐度2號d=9.75，L=15 背吃刀量=0.375㎜ 進給量：f=0.6~0.7，按機床選取f=0.63 計算切削速度V = 式中=11.1,=0.4,=0.2,=0.5，m=0.2，=1.0， =0.88， =1.0， =1.0 所以 ==0.88 V = ×0.88=17.01 m/min =r/min=555.3r/min 根據(jù)z3025機床標(biāo)準(zhǔn)主軸轉(zhuǎn)速，n=650r/min，實際轉(zhuǎn)速為 = ==19.9m/min 基本時間 = 式中已知=15㎜，=2.6，=4㎜，f=0.63mm/r，n=250r/min，所以孔的基本時間： ==0.2min （三）鉸孔φ10㎜ 直柄機用鉸刀，L=15mm，d=22mm 背吃刀量=0.125㎜ 進給量：f=0.65～1.4，按機床選取f=1.0 計算切削速度V = 式中=12.1,=0.3,=0.2,=0.65，m=0.4，=1.0， =0.66，=1.0，查《切削手冊》表2.31 所以 ==0.66 V = ×0.88=5.2m/min =r/min=170r/min 根據(jù)z3025機床標(biāo)準(zhǔn)主軸轉(zhuǎn)速，n=200r/min，實際轉(zhuǎn)速為 = ==6.13m/min 基本時間 = 式中已知=15㎜，=2.2，=1.8㎜，f=0.63，n=100r/min，所以孔的基本時間： ==0.1min 六 專用夾具設(shè)計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，通常需要設(shè)計專用夾具。 設(shè)計地7道工序---鉆擴鉸φ10的孔 對于工件進行機械加工時為了保證加工表面相對于其他表面的尺寸和位置精度，首先要使工件相對于機床有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動。因此，進行機械加工之前，先要將工件夾好。 夾具主要由四部分組成：（1）定位元件、（2）夾緊機構(gòu)、（3）夾具體、（4）其他機構(gòu)或元件，專用夾具也不例外，同樣由夾具的四部分組成。 專用夾具裝夾，工件相對于刀具的位置由夾具保證，不需要畫線找正，裝夾方便，基本上不受工人技術(shù)水平影響。 圖3-1所示為鉆分度盤4×10mm孔的工序簡圖。已知：零件材料為45鋼，毛坯為模鍛件，所用機床為立式鉆床Z550，中批量生產(chǎn)規(guī)模。 （一）定位方案確定 按基準(zhǔn)重合原則選擇110mm軸心線和外圓臺階面作為定位基準(zhǔn)，定位方案如圖所示。圓柱襯套的內(nèi)表面限制工件四個自由度，襯套端面限制工件三個自由度，屬于過定位。因兩個定位面經(jīng)過精加工，垂直度較高，允許過定位。此外，由于分度盤直徑比較大、壁薄，采用如上定位方案，有利于提高定位的穩(wěn)定性與支撐剛度。 （二）刀具導(dǎo)向方案確定 為能迅速、準(zhǔn)確地確定刀具與夾具的相對位置，鉆夾具上都應(yīng)設(shè)置引導(dǎo)刀具的元件——鉆套。鉆套一般安裝在鉆模板上，此處，采用鉆模板與夾具體一體的結(jié)構(gòu)，有利于提高夾具剛度。鉆套與工件之間留有排削間隙。 （三）夾緊方案確定 夾緊機構(gòu)的選擇 圖3-2 圖 3-3 采用簡單手動螺旋夾緊機構(gòu)，使工件的裝卸迅速、方便，如圖3-2所示。 (四) 夾緊力的計算分析 夾緊力的大小，對工件裝夾的可靠性，工件和夾具的變形，夾緊裝置的復(fù)雜程度等都有很大的影響，可根據(jù)公式計算夾緊力?？紤]到切削力的變化和工藝系統(tǒng)變形等因素，一般在粗加工時取K=2.5～3；精加工時取K=1.5～2。此處，通過受力分析可知，夾緊力方向與與鉆頭進給方向相同，因此，所選夾緊機構(gòu)能夠滿足要求。 圖 3-4 圖 3-4 （五）夾具體的設(shè)計 夾具體必須將定位、導(dǎo)向、夾緊裝置鏈接成一體，并能正確地安裝機床上。本夾具采用鑄鐵夾具體，此方案安裝穩(wěn)定、剛性好，但周期較長，成本略高。 (六) 定位誤差分析與計算 定位誤差由基準(zhǔn)不重合誤差和基準(zhǔn)移位兩部分組成，定位誤差的大小是兩項誤差在工序尺寸方向上的代數(shù)和，即 =± 由定位方案可知定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)重合，所以=0。零件在定位襯套中定位時，由于（最小間隙）無法通過調(diào)整刀具預(yù)先予以補償，所以在加工尺寸方向上的最大基準(zhǔn)移位誤差可按最大孔和最小軸（配合代號H7/p6)求得（配合代號H7/p6)，則 ==0.087mm 綜上所述，夾具的定位誤差為=±=0.087mm，滿足要求。 七 方案綜合評價 機械加工工藝規(guī)程的制定較為合理。4×10mm孔加工夾具設(shè)計的定位方案合理，通過分度裝置可以實現(xiàn)在一次裝夾中不斷加工4個表面。但當(dāng)分度裝置在工作負(fù)荷較大時，容易產(chǎn)生振動，迫使定位銷受力變形，而影響加工精度。所以，應(yīng)當(dāng)設(shè)計鎖緊機構(gòu)，以防止分度盤松動。分度回轉(zhuǎn)體與夾具體的連接不穩(wěn)固，可以通過改善二者結(jié)構(gòu)形式解決這一問題。鉆模板與底板鑄成一體的夾具體結(jié)構(gòu)雖然有助于提高剛度，但是增加了鑄造和加工難度。此零件適合于采用組合機床（夾具：浮動鉆模板），進行加工，以提高生產(chǎn)效率。 總結(jié) 課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次的課程設(shè)計，我深深體會到了這句千古名言的真正含義。 通過課程設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心、細(xì)致。千言萬語難以表達(dá)我對這次課程設(shè)計的感想，這次的課程設(shè)計使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練。 本設(shè)計方案基本達(dá)到課程設(shè)計的要求，但仍然有許多需要改進之處： 1)對知識的掌握不夠準(zhǔn)確，操作不夠熟練。 2)作課程設(shè)計的正確態(tài)度：一是認(rèn)真, 二是快。 3）夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。 參考文獻 [1]陳國香，機械制造與模具制造工藝學(xué)，清華大學(xué)出版社，2006.5 [2]李彩霞，機械精度設(shè)計與檢測技術(shù)，上海交通大學(xué)出版社，2006.1 [3]黃健求，機械制造技術(shù)基礎(chǔ)，機械工業(yè)出版社，2005.11 [4]陳宏鈞，實用金屬切削手冊，機械工業(yè)出版社，2005.9 [5]楊峻峰，機床及夾具，清華大學(xué)出版社，2005.3 [6]方子良，機械制造技術(shù)基礎(chǔ)，上海交通大學(xué)出版社，2005.1 [7]王伯平，互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)，機械工業(yè)出版社，2004.4 [8]武良臣，敏捷夾具設(shè)計理論及應(yīng)用，煤炭工業(yè)出版社，2003.9 [9]孫麗媛，機械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo)，冶金工業(yè)出版社，2002.12 [10]楊叔子，機械加工工藝師手冊，機械工業(yè)出版社，2001.8 [11]秦寶榮，機床夾具設(shè)計，中國建材工業(yè)出版社，1998.2 18