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遼寧工程技術大學課程設計 20 端蓋零件圖 1、端蓋的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 1.1、端蓋的用途 端蓋主要用于零件的外部，起密封，阻擋灰塵的作用。故其在機器中只是起輔助作用，對機器的穩(wěn)定運行影響不是很大，其在具體加工的時候，精度要求也不是很高，加工起來也十分容易。 1.2、端蓋的技術要求： 該端蓋的各項技術要求如下表所示： 加工表面 尺寸偏差（mm） 公差及精度等級 表面粗糙度(um) 形位公差(mm) 端蓋左端面 58 IT13 12.5 ↗ 0.03 B 端蓋右端面 58 IT13 3.2 ↗ 0.03 B 方形端面 115X115 IT13 12.5 ↗ 0.03 B 端蓋中心孔 φ250+0.03 IT8 3.2 φ14孔 φ14 IT10 12.5 φ10孔 φ100+0.03 IT9 6.3 φ9孔 φ9 IT13 12.5 φ4孔 φ4 IT13 12.5 φ75外表面 φ75-0.04+0.O1 IT9 3.2 R33弧 R33 IT13 12.5 1.3、審查端蓋的工藝性 該端蓋結構簡單，形狀普通，屬一般的盤蓋類零件。主要加工表面有端蓋左、右端面，方形端面，要求其端面跳動度相對中心軸線滿足0.03mm，其次就是φ25孔及φ10孔，φ25孔的加工端面為平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏，以保證孔的加工精度；另外φ10孔的加工表面雖然在圓周上，但通過專用的夾具和鉆套能夠保證其加工工藝要求。該零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均較低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鉆床的粗加工就可以達到加工要求。由此可見，該零件的加工工藝性較好。 1.4、確定端蓋的生產(chǎn)類型 依設計題目知：Q=5000件/年，m=1件/年，結合生產(chǎn)實際，備品率a%和廢品率b%分別取3%和0.5%。代入公式得： N=5000臺/年X1件/臺X（1+3%）X（1+0.5%）=5175.75 端蓋重量為0.5kg，由表1-3知，端蓋屬輕型零件；由表1-4知，該端蓋的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。 2、確定毛胚、繪制毛胚簡圖 2.1選擇毛胚 端蓋在工作過程中不承受沖擊載荷，也沒有各種應力，毛胚選用鑄件即可滿足工作要求。該端蓋的輪廓尺寸不大，形狀亦不是很復雜，故采用砂型鑄造。 2.2確定毛胚的尺寸公差和機械加工余量 由表2-1至表2-5可知，可確定毛胚的尺寸公差及機械加工余量。 2.2.1公差等級 由端蓋的功用和技術要求，確定該零件的公差等級為CT=9。 2.2.2端蓋鑄造毛坯尺寸工差及加工余量 項目 機械加工余量/mm 尺寸工差/mm 毛坯尺寸/mm 備注 方形端面115*115 1.5*2=3 2.5 119.25-1.251.25 表2-1至表2-5 厚度58 0.5*2=1 2 60-11 表2-1至表2-5 方形斷面厚度15 0.5 1.6 16.3-0.80.8 表2-1至表2-5 φ75外圓面 1*2=2 2.2 78.1-1.11.1 表2-1至表2-5 φ75外圓長度7 0.5 1.6 8.3-0.80.8 表2-1至表2-5 φ25孔 0.5*2=1 1.7 23.15-0.850.85 表2-1至表2-5 2.2.3繪制端蓋毛坯簡圖 3、擬定端蓋工藝路線 3.1、定位基準的選擇 3.1.1．精基準的選擇 根據(jù)該端蓋零件的技術要求，選擇端蓋右端面和φ25孔作為精基準，零件上的很多表面都可以采用它們作基準進行加工，即遵循“基準統(tǒng)一”原則。φ25孔的軸線是設計基準，選用其作竟基準定位端蓋兩端面，實現(xiàn)了設計基準和工藝基準的重合，保證了被加工表面的端面跳動度要求。選用端蓋右端面作為精基準同樣是遵循了“基準重合”原則，因為該端蓋在軸向方向上的尺寸多以該端面作設計基準。 3.2.2．粗基準的選擇 作為粗基準的表面應平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面欠缺。這里選擇端蓋左端面和φ60外圓面作為粗基準。采用φ60外圓面定位加工內(nèi)孔可保證孔的壁厚均勻；采用端蓋右端面作為粗基準加工左端面，可以為后續(xù)工序準備好精基準。 3.2 、表面加工方法的確定 根據(jù)端蓋零件圖上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法，如下表所示： 加工表面 尺寸精度等級 表面粗糙度Ra/um 加工方案 備注 φ75端面 IT11 12.5 粗銑-精銑 表1-6至表1-8 115x115端面 IT11 3.2 粗銑-精銑 表1-6至表1-8 φ60端面 IT11 3.2 粗銑-精銑 表1-6至表1-8 φ25孔 IT8 3.2 鉆-擴-鉸 表1-6至表1-8 φ10孔 IT9 6.3 鉆-鉸-精鉸 表1-6至表1-8 4xφ9孔 IT13 12.5 鉆 表1-6至表1-8 φ4孔 IT13 12.5 鉆 表1-6至表1-8 4xφ14孔 IT13 12.5 鉆-擴 表1-6至表1-8 φ75外圓面 IT9 3.2 粗車-半精車 表1-6至表1-8 3.3、加工階段的劃分 該端蓋加工質(zhì)量要求一般，可將加工階段劃分為粗加工、半精加工兩個階段。 在粗加工階段，首先將精基準（端蓋右端面和φ25孔）準備好，使后續(xù)工序都可采用精基準定位加工，保證其他表面的精度要求；然后粗銑端蓋左端面、方形端面、車φ75外圓、3X.0.5倒角。在半精加工階段，完成端蓋左端面的精銑加工和φ10孔的鉆-鉸-精鉸加工及φ14孔等其他孔的加工。 3.4、工序的集中與分散 選用工序集中原則安排端蓋的加工工序。該端蓋的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可以采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面的相對位置精度要求。 3.5、工序順序的安排 3.5.1機械加工工序 （1）遵循“先基準后其他”原則，首先加工精基準——端蓋右端面和φ250+0.03mm孔。 （2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （3）遵循“先面后孔”原則，先加工端蓋右端面，再加工φ25孔。 3.5.2．熱處理工序 鑄造成型后，對鑄件進行退火處理，可消除鑄造后產(chǎn)生的鑄造應力，提高材料的綜合力學性能。該端蓋在工作過程中不承受沖擊載荷，也沒有各種應力，故采用退火處理即可滿足零件的加工要求。 3.5.3．輔助工序 在半精加工后，安排去毛刺、清洗和終檢工序。 綜上所述，該端蓋工序的安排順序為：在、熱處理——基準加工——粗加工——精加工。 3.6、確定工藝路線 在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎上，下表列出了端蓋的工藝路線。 工序號 工序名稱 機床設備 刀具 量具 1 熱處理——退火 2 粗銑端蓋左右端面、方形端面 立式銑床X51 端銑刀 游標卡尺 3 精銑端蓋左右端面、方形端面 立式銑床X51 端銑刀 游標卡尺 4 粗車、半精車φ75外圓 CA6140 外圓車刀 游標卡尺 5 車3X0.5倒角 CA6140 端面車刀 6 鉆-擴-鉸φ25孔 四面組合鉆床 麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀 卡尺、塞規(guī) 7 鉆φ4孔 四面組合鉆床 麻花鉆 卡尺、塞規(guī) 8 鉆-鉸-精鉸φ10孔 四面組合鉆床 麻花鉆、鉸刀 卡尺、塞規(guī) 9 鉆φ9孔 四面組合鉆床 麻花鉆 卡尺、塞規(guī) 10 鉆φ14孔 四面組合鉆床 麻花鉆、鉸 卡尺、塞規(guī) 11 銑R33圓弧 數(shù)控銑床 立銑刀 游標卡尺 12 去毛刺 鉗工臺 平銼 13 清洗 清洗機 14 終檢 塞規(guī)、卡尺、百分表等 4、加工余量、工序尺寸和工差的確定 在這只確定鉆-鉸-精鉸φ10孔的加工余量、工序尺寸和公差。 由表2-28可查得，精鉸余量Z精鉸=0.04mm；粗鉸余量Z粗鉸=0.16mm;鉆孔余量Z鉆=9.8mm。查表1-20可依次確定各工序尺寸的加工精度等級為，精鉸：IT7；粗鉸：IT10；鉆：IT12。根據(jù)上述結果，再查標準公差數(shù)值表可確定各工步的公差值分別為，精鉸：0.015mm;粗鉸：0.058mm;鉆：0.15mm。 綜上所述，該工序各工步的工序尺寸及公差分別為，精鉸：φ1000+0.015mm;粗鉸 φ9.9600+0.058mm;鉆：φ9.800+0.15mm,它們的相互關系如下圖所示。 5、切削用量、時間定額的計算 在這只計算鉆-鉸-精鉸φ10孔此工序的切削用量和時間定額。 5.1、切削用量的計算 5.1.1鉆孔工步 1）背吃刀量的確定 取ap=9.8mm. 2) 進給量的確定 由表5-22，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量f=0.1mm/r。 3）切削速度的計算 由表5-22，按鑄鐵硬度為200~241HBS計算，切削速度v選取為12m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得該工序鉆頭轉(zhuǎn)速n=389.96 r/min ,參照Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=392 r/min ,再將此轉(zhuǎn)速代入公式（5-1），可求出該工序的實際鉆削速度為v=3.14nd/1000=12.06 m/min。 5.1.2 粗鉸工步 1）背吃刀量的確定 取ap=0.16mm。 2) 進給量的確定 由表5-31，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量f=0.4mm/r。 3）切削速度的計算 由表5-31，切削速度v選取為2m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得該工序鉆頭轉(zhuǎn)速n=63.95 r/min ,參照Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=97r/min ,再將此轉(zhuǎn)速代入公式（5-1），可求出該工序的實際鉆削速度為v=3.14nd/1000=3.0 m/min。 5.1.3精鉸工步 1）背吃刀量的確定 取ap=0.04mm。 2) 進給量的確定 由表5-31，選取該工步的每轉(zhuǎn)進給量f=0.3mm/r。 3） 切削速度的計算 由表5-31，切削速度v選取為4m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得該工序鉆頭轉(zhuǎn)速n=127.4r/min ,參照Z525型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=140r/min ,再將此轉(zhuǎn)速代入公式（5-1），可求出該工序的實際鉆削速度為v=3.14nd/1000=4.4m/min。 5.2、時間定額的計算 5.2.1．基本時間tj的計算 （1） 鉆孔工步 根據(jù)表5-41，鉆孔的基本時間可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中l(wèi)=20mm; l2=1mm; l1=D/2*cotkr+(1~2)=9.8/2*cot54+1mm=5.3mm; f=0.1mm/r;n=392mm/r.。將上述結果代入公式，則該工序的基本時間。 （2） 粗鉸工步 根據(jù)表5-41，鉸圓柱孔的基本時間可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08的條件查得l1=0.37mm; l2=15mm; 而l=12mm; f=0.4mm/r; n=97r/min.。將上述結果代入公式，則該工序的基本時間tj=(12mm+0.37mm+15mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.7min=42s。 （3） 精鉸工步 同上，根據(jù)表5-41可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得該工步的基本時間。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02的條件查得l1=0.19mm; l2=13mm; 而l=12mm; f=0.3 mm/r; n=140 r/min.。將上述結果代入公式，則該工序的基本時間tj=(12mm+0.19mm+13mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.6min=36s。 5.2.2．輔助時間ta的計算 根據(jù)第五章第二節(jié)所述，輔助時間ta與基本時間tj之間的關系為ta=(0.15~0.2) tj ,這里取ta=0.15 tj ,則各工序的輔助時間分別為： 鉆孔工步的輔助時間為：ta=0.15x28s=4.2s; 粗鉸工步的輔助時間為：ta=0.15x42s=6.3s; 精鉸工步的輔助時間為：ta=0.15x36s=5.4s; 5.2.3. 其他時間的計算 除了作業(yè)時間（基本時間和輔助時間之和）以外，每道工序的單件時間還包括布置工作的時間、休息與生理需要的時間和準備與終結時間。由于端蓋的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，分攤到每個工件上的準備與終結時間甚微，可忽略不計；布置工作的時間tb是作業(yè)時間的2%~7%，休息與生理需要時間tx是作業(yè)時間的2%~4%，這里均取3%，則各工序的其他時間可按關系式（3%+3%）（tj+ta）計算，它們分別為： 鉆孔工步的其他時間為：tb+tx =6%x(28s+4.2s)=1.93s; 粗鉸工步的其他時間為：tb+tx =6%x(42s+6.3s)=2.90s; 精鉸工步的其他時間為：tb+tx =6%x(36s+5.4s)=2.48s; 5.2.4．單件時間tdj的計算 這里的各工序的單件時間分別為： 鉆孔工步tdj鉆=28s+4.2s+1.08s=34.13s; 粗鉸工步tdj粗鉸=42s+6.3s+2.90s=51.20s; 精鉸工步tdj精鉸=36s+5.4s+2.48s=43.88s; 因此，此工序的單件時間tdj=tdj鉆+tdj粗鉸+tdj精鉸=34.13s+51.20s+43.88s=129.21s。 將上述零件工藝規(guī)程設計的結果，填入工藝文件。 6.夾具設計 夾具是一種能夠使工件按一定的技術要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝備，它廣泛地運用于機械加工，檢測和裝配等整個工藝過程中。在現(xiàn)代化的機械和儀器的制造業(yè)中，提高加工精度和生產(chǎn)率，降低制造成本，一直都是生產(chǎn)廠家所追求的目標。正確地設計并合理的使用夾具，是保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，從而降低生產(chǎn)成本的重要技術環(huán)節(jié)之一。同時也擴大各種機床使用范圍必不可少重要手段。 6.1提出問題 （1）怎樣限制零件的自由度；一個面限制3個自由度，長圓柱銷限制2個自由度，定位銷限制1個自由度。 （2）怎樣夾緊；設計夾具由螺旋夾緊工件。 （3）設計的夾具怎樣排削；此次加工利用麻花鉆和鉸刀，排削通過鉆模板與工件之間的間隙排削。 （4）怎樣使夾具使用合理，便于裝卸。 6.2設計思想 設計必須保證零件的加工精度，保證夾具的操作方便，夾緊可靠，使用安全，有合理的裝卸空間，還要注意機構密封和防塵作用，使設計的夾具完全符合要求。 本夾具主要用來對φ10孔進行加工，這個孔尺寸精度要求為IT9，表面粗糙度Ra3.2，鉆、粗鉸、精鉸以可滿足其精度。所以設計時要在滿足精度的前提下提高勞動生產(chǎn)效率，降低勞動強度。 6.3夾具設計 6.3.1定位分析 （1）定位基準的選擇 據(jù)《夾具手冊》知定位基準應盡可能與工序基準重合，在同一工件的各道工序中，應盡量采用同一定位基準進行加工。故加工φ10孔時，采用端蓋右端面和φ25孔內(nèi)圓柱面作為定位基準。 （2）定位誤差的分析 定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為一個面與兩個孔定位，因為該定位元件的定位基準為孔的軸線，所以基準重合△b=0，由于存在間隙，定位基準會發(fā)生相對位置的變化即存在基準位移誤差。 △j=（TD+T d+△S）/2 TD =0.050mm T d =0.011mm △S=0.010mm △j=0.0355mm 6.3.2切削力及夾緊力的計算 刀具：Φ9.8的麻花鉆，Φ10鉸刀。 ①鉆孔切削力：查《機床夾具設計手冊》P70表3-6，得鉆削力計算公式： 式中 P───鉆削力 t───鉆削深度,12mm S───每轉(zhuǎn)進給量, 0.1mm D───麻花鉆直徑, Φ9.8mm HB───布氏硬度，140HBS 所以 =762（N） 鉆孔的扭矩： 式中 S───每轉(zhuǎn)進給量, 0.1mm D───麻花鉆直徑, Φ9.8mm HB───布氏硬度，140HBS =8200(N·M) ②鉸孔時的切削力：查《機床夾具設計手冊》P70表3-6，得鉆削力計算公式： 式中 P───切削力 t───鉆削深度, 12mm S───每轉(zhuǎn)進給量, 0.4mm D───鉸孔鉆直徑, Φ10mm HB───布氏硬度，140HBS 所以 = 73（N） 鉸孔的扭矩： 式中 t───鉆削深度, 12mm S───每轉(zhuǎn)進給量, 0.4mm D───鉸刀直徑, Φ10mm HB───布氏硬度，140HBS =600（N·M） ③鉆孔夾緊力：查《機床夾具設計手冊》P70表3-6，查得工件以一個面和兩個孔定位時所需夾緊力計算公式： 式中 φ───螺紋摩擦角 ───平頭螺桿端的直徑 ───工件與夾緊元件之間的摩擦系數(shù),0.16 ───螺桿直徑 ───螺紋升角 Q ───手柄作用力 L ───手柄長度 則所需夾緊力 =766（N） 根據(jù)手冊查得該夾緊力滿足要求，故此夾具可以安全工作。 6.3.3夾具操作說明 此次設計的夾具夾緊原理為：通過φ25孔和側(cè)面為定位基準，在圓柱銷、平面和定位銷實現(xiàn)完全定位，以鉆模板引導刀具進行加工。采用手動螺旋快速夾緊機構夾緊工件。 定位元件： 定位元件是用以確定正確位置的元件。用工件定位基準或定位基面與夾具定位元件接觸或配合來實現(xiàn)工件定位。該設計用可換定位銷 6.3.4確定導向裝置 本工序要求對被加工的孔依次進行鉆、鉸的加工，最終達到工序簡圖上規(guī)定的加工要求，故選用快換鉆套作為刀具的導向元件，查表9-13，確定鉆套高度H=30d=2×10.5=21mm，排泄空間h=0.7d=7.35mm。 7. 體會與展望 通過這兩個星期的學習，我在老師的指導下，取得了可喜的成績，課程設計作為《機械制造基礎》課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實踐更加接近，加深了理論知識的理解，強化了生產(chǎn)實習中的感性認識。 本次課程設計主要經(jīng)歷了兩個階段，第一階段是機械加工工藝規(guī)程設計，第二階段是專用夾具設計。第一階段我運用了基準選擇、機床選用等方面的知識；夾具設計的階段運用了工件定位、夾緊機構及零件結構設計等方面的知識。 經(jīng)過這三個星期的設計，我基本掌握了零件的加工過程分析及工藝文件的編制、專用夾具設計的方法和步驟，學會了查找相關手冊、說明書等，以及選擇使用工藝裝備等等。 總之，這次設計使我在基本理論的綜合運用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設計的能力，為以后的設計工作打下了較好的基礎。 由于個人能力有限，所學知識還不能完全掌握，設計中還有許多錯誤和不足，請各位老師和同學們多多斧正。 通過這兩個星期的學習，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。 8.參考文獻 [1]孟少農(nóng)主編.機械加工工藝手冊.機械工業(yè)出版社，1991 [2]李益民主編.機械制造工藝設計簡明手冊.機械工業(yè)出版社，1993 [3]崇 凱主編.機械制造技術基礎.化學工業(yè)出版社，1993 [4]王紹俊主編.機械制造工藝設計手冊.機械工業(yè)出版社，1987 [5]黃如林主編.切削加工簡明實用手冊.化學工業(yè)出版社，2004 [6]薛源順主編.機床夾具設計.機械工業(yè)出版社，1995 [7]崇 凱主編.機械制造技術基礎課程設計指南. 化學工業(yè)出版社，2006.12 [8]陳于萍，高曉康主編.互換性與測量技術.北京高等教育出版社，2005. 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