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机床床鞍体加工工艺规程及其工装夹具的设计.rar

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    机床 床鞍体 加工 工艺 规程 及其 工装 夹具 设计
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    沈阳理工大学学士学位论文I摘要本文主要是对机床床鞍体加工工艺规程及其工装夹具的设计。查阅相关资料,详细了解该零件的结构和功能。再根据零件图分析其相关技术要求,使用材料的性能和零件的结构工艺性。依据分析结果设计了零件的毛坯和机械加工工艺规程。毛坯的设计确定了毛坯的种类,毛坯的余量和公差,相关工艺要求。加工工艺规程制定了加工工艺路线,确定了各工序定位基准和工序尺寸,并选择了各工序所用机床、夹具、刀具和量具。最后,进行了切削用量和时间定额的计算。设计了一种针对该零件 370 工序钻孔的专用夹具。分析该工序加工孔的精度要求,结合零件具体结构和质量,提出了该夹具的总体方案。分别对夹具的定位装置,夹紧装置,引刀装置和其它特殊结构进行了设计。并进行了定位误差和夹紧力的计算。关键词:机械加工;机床床鞍体;机械加工工艺规程;夹具沈阳理工大学学士学位论文IIAbstractThe main contentof the article is design of processing technology and fixture for machining on saddle. The structure and function of the part is understood by referring to relevant information.The design of blank and processing technology was based on the result of analyzing the technical requirements, material properties and structural machinability about the part. The blank design indicates the kind of blank, machining allowance and tolerances and the relevant process requirements.The processing technology shows machining process route, position basis and process size and machine tools, fixtures, tools, gauges for eachmachining process. Finally, the article accomplishes calculation of cutting parameters and cutting time.This paper presents a special fixture for borehole of 370 process. The overall scheme was presented by analyzing machining precision, structure and mass about the part. Then a detailed design for positioning device was made, the clamping device, tools guide device and other special structures.Location error and clamp force were calculated.Key words:Machining;Saddle;Processing technology;Fixture沈阳理工大学学士学位论文III目录1 绪论 .........................................................................................................................................11.1 课题的背景和意义 .......................................................................................................11.2 国内外研究现状 ...........................................................................................................11.3 课题主要内容 ...............................................................................................................12 床鞍加工工艺规程 .................................................................................................................22.1 零件图工艺分析 ............................................................................................................22.1.1 零件的作用 ..........................................................................................................22.1.2 零件的技术条件分析 .........................................................................................32.1.3 床鞍体零件材料及其切削加工性 .....................................................................42.1.4 零件热处理 .........................................................................................................52.1.5 零件的结构工艺性分析 .....................................................................................52.2 毛坯的设计 ...................................................................................................................62.2.1 毛坯种类的确定 .................................................................................................62.2.2 毛坯的工艺性要求 .............................................................................................62.2.3 毛坯的余量和公差 .............................................................................................72.3 工艺规程的制定 ............................................................................................................92.3.1 工艺路线的制定 .................................................................................................92.3.2 工艺路线的分析 ...............................................................................................152.3.3 工序尺寸的确定 ...............................................................................................182.3.4 机床、夹具、刀具、量具的选用 ...................................................................202.3.5 切削用量确定 ...................................................................................................212.3.6 时间定额计算 ...................................................................................................253 机床夹具设计 .......................................................................................................................273.1 夹具方案的设计 .........................................................................................................273.2 夹具各组成部分的设计 .............................................................................................283.2.1 定位装置设计 ....................................................................................................283.2.2 夹紧装置设计 ...................................................................................................293.2.3 削边心轴伸缩装置设计 ...................................................................................30沈阳理工大学学士学位论文IV3.2.4 引刀装置设计 ....................................................................................................313.2.5 钻模板翻转装置设计 ........................................................................................313.2.6 夹具体结构设计 ................................................................................................333.3 夹具操作说明 .............................................................................................................343.4 夹具的定位误差 .........................................................................................................353.5 夹紧力计算 .................................................................................................................353.5.1 钻削力计算 .......................................................................................................353.5.2 夹紧力计算 .......................................................................................................363.5.3 夹紧装置强度校核 ...........................................................................................364 工艺方案的经济分析 ...........................................................................................................37总结 ...........................................................................................................................................38致谢 ...........................................................................................................................................39参考文献 ...................................................................................................................................40附录 A: ...................................................................................................................................41附录 B:......................................................................................................................................51沈阳理工大学学士学位论文11 绪论1.1 课题的背景和意义制造业是国民经济发展的支柱产业,也是科学技术发展的载体及使其转化为规模生产力的工具与桥梁。装备制造业是一个国家综合制造能力的集中体现,重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。机床作为工业母机是机械制造装备的重要组成部分,因此对组成机床零件的生产加工显得尤为重要。制造需通过工艺过程实现。机械加工工艺是利用机械加工的方法改变原材料的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全部过程。加工工艺贯穿着整个生产加工过程,对各工序的加工内容及操作方法有明确规定,是工人进行零件加工的依据,指导和监督着整个加工过程,以保证产品质量,提高生产效率,降低生产成本。本课题的主要任务是机床床鞍体加工工艺规程及工装夹具设计。床鞍是卧式车床的关键零件之一, 该零件的加工精度直接影响成品车床纵向、横向的进给精度,所以床鞍加工工艺的合理编制非常重要。机床夹具是在金属切削加工中用以准确地确定工件的位置,并将其夹紧,从而保证工件与刀具间正确的相对位置的工艺装备。使用夹具保证机械加工精度,提高生产率,扩大机床的工艺范围,改善劳动条件、保证生产安全。1.2 国内外研究现状我国在机械制造行业发展的历史比较短,但随着国外先进技术的引入,已经有比较先进的工艺得到应用。比如运用激光技术进行快速切割成型和激光热处理技术。此外,随着计算机技术的发展,出现自动化制造单元,可根据不同产品进行组合,如数控机床,自动物料输送机。自动化生产线,可在较少人工间接或直接干预下实现零件的自动生产加工。自动化制造工厂,具有较高技术含量,可实现从原材料到产品的自动化生产过程。高精密技术也在制造业中得到应用,使研磨加工技术,超精密切削技术,微型机械迅速发展。制造技术向着高自动化,高效率,高质量发展。1.3 课题主要内容利用二维及三维软件绘制床鞍的结构,设计其毛坯图,编制其机械加工工艺规程,设计其中重要一道工序的夹具和绘制夹具体零件图,并结合文字说明使学生充分、综合运用大学期间所学知识,完成复杂零件的工艺规程及工装设计,为今后从事相关专业工作奠定综合基础。沈阳理工大学学士学位论文22 床鞍加工工艺规程2.1 零件图工艺分析床鞍体零件的三维模型如下图:图 2.1 床鞍体三维模型2.1.1 零件的作用床鞍是机床的关键零件之一,是实现机床进给运动功能的主要零件,其精度直接影响机床的进给精度 [2]。其下端有 4 个精度较高平面和安装孔对应安装 4 个滑块,置于床身导轨之上。此外,在其下端左侧有螺母座,用于安装丝杆螺母副,用以驱动床鞍实现纵向的进给。在床鞍的上端加工有安装导轨的平面,安装导轨用以支撑工作台沿导轨滑动,实现横向进给,如下图:1.工作台 2.滑块导轨副 3.丝杆螺母副 4.床身 5.床鞍体图 2.2 床鞍体工作图沈阳理工大学学士学位论文32.1.2 零件的技术条件分析由零件图可知,其多个表面需要加工,且要求加工质量较高。此外,多个表面需要加工通孔、阶梯孔和螺纹孔,具体情况如下:1.零件的表面粗糙度主视图:左右台阶端面 Ra=6.3;左视图:上端面 Ra=1.6;右端面 Ra=1.6;上侧左端面 Ra=3.2;上侧安装滑块凹槽的两个侧面 Ra=3.2,凹槽底部 Ra=1.6;螺母座底部表面 Ra=6.3;螺母座内回转表面 Ra=3.2,螺母座开口两侧面 Ra=6.3;下侧滑块斜楔安装斜面 Ra=1.6,底面 Ra=6.3;下侧滑块安装凹槽底面及侧面 Ra=1.6;下侧凹槽旁边突出表面 Ra=3.2;下端面 Ra=3.2;A-A 剖视图:左右导轨安装凹槽底面 Ra=1.6,侧面 Ra=0.8;左右斜楔安装凹槽底面 Ra=6.3,垂直侧面 Ra=6.3,倾斜侧面 Ra=1.6;左右凸台上表面 Ra=3.2;通孔内表面 Ra=12.5,沉孔底部 Ra=6.3;B-B 剖视图:底部右侧面 Ra=6.3,及凸台侧面 Ra=6.3;中部左侧凸台上表面 Ra=1.6;上部左侧凸台上表面 Ra=3.2;仰视图:两侧面 Ra=3.2;P 向视图:螺母座右侧 Ra=6.3;2.零件各表面间的位置精度基准是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线或面。本零件涉及位置精度的基准如下:基准 A:零件下侧与滑块上表面配合的表面。基准 B:零件上侧与导轨底面配合的表面。基准 C:零件下侧与滑块侧面配合的表面。沈阳理工大学学士学位论文4基准 D:零件下侧螺母座轴线。基准 F:零件上侧与导轨侧面配合的两个表面中的靠左侧面。零件要求的位置精度如下:基准 A 与基准 B 的平行度:基准 C 与基准 A 的垂直度:基准 F 与基准 B,基准 C 的垂直度:零件上侧与导轨配合的了两个表面中的靠右侧面与基准 F 的平行度,与基准 B,C 的垂直度;螺母座外侧表面与基准 F 的平行度,与基准 A,C 的垂直度:零件中部凸台表面与基准 B 的平行度:零件后侧凸台表面与基准 B 的垂直度:螺母座上 8 个 M8 的螺纹孔与基准 D 的位置度:2.1.3 床鞍体零件材料及其切削加工性本零件采用的材料是 HT300。铸铁的组织是由石墨和基体组成,基体可以是铁素体、珠光体和珠光体+铁素体。基体组织相当于钢的组织,因此铸铁的组织,可以看成是钢基体上分布着石墨。石墨的形态、大小和多少对铸铁的力学性能有很大影响。灰铸铁的石墨呈片状,对基体起割裂的作用,灰铸铁的抗拉强度和塑性较低。由沈阳理工大学学士学位论文5于石墨的存在使灰铸铁具有一些特殊的性能,由于石墨使切屑易断,故灰铸铁有优异的切削加工性能;石墨有良好的润滑作用,并能储存润滑油,使灰铸铁有良好的耐磨性;石墨对振动的传递起消弱作用,使灰铸铁具有良好的减振性;铸铁的熔点较低,在凝固时有石墨析出,减少了铸铁体积的收缩,降低了铸铁中的内应力,灰铸铁具有很好的铸造性能 [3]。其性能及用途如表 2.1 所示。表 2.1 灰铸铁牌号、性能、特性及应用(GB/T9439-1988)牌号 抗拉强度 𝜎𝑏/𝑀𝑃𝑎硬度HBS特性 应用HT300 300 210~260耐磨性、铸造性、减振性较好 机床床身,发动机缸体,缸盖对于灰铸铁的加工,切削常采用 YG 类硬质合金刀具,磨削采用黑色碳化硅磨料,硬度较软磨具 [4]。2.1.4 零件热处理铸件热处理的一般方法有:铸件整体热处理、铸件表面热处理和铸件化学热处理等。整体热处理是常用的一种热处理方法,主要包括:退火、正火、淬火、回火、固溶处理和时效处理等。本零件要求退火处理。灰铸铁件采用低温石墨化退火,可使部分渗碳体分解,最终得到铁素体基或铁素体加珠光体灰铸铁,改善铸件的切削加工性,铸铁件的强度、硬度和耐磨性,去除零件的残余应力。本零件采用退火处理后,改善其切削加工性,降低了机械加工的难度,减少了零件的加工变形,有利于提高加工精度,降低加工成本 [5]。2.1.5 零件的结构工艺性分析1.零件的铸造工艺性该零件各组成面排布规则,无特殊形状表面,便于减少分型面、型芯、便于起模。零件底部加强肋厚度均匀,无突然变化尺寸,布局结构对称,避免了冷却时铸件变形或产生裂纹。非机械加工面无尖角,各处圆角大小合理。采用 HT300 材料,铸造性能良好。2.零件结构的切削加工工艺性床鞍是机床的重要组成零件,机床作为“工业母机” ,是制造机器的机器,因此该零件要求较高的加工精度。其下侧与滑块配合的侧表面距螺母座孔中心的尺寸精度达沈阳理工大学学士学位论文6到 IT5 级精度。此外,该零件对形状和位置精度要求很高。比如,下侧安装滑块平面的平面度要求为 0.005,该平面与上侧导轨安装平面的平行度要求为 0.008,精度要求很高,对加工装备和加工工艺的编排提出更高要求。关于零件的表面粗糙度,除零件上侧导轨安装侧面要求表面粗糙度值达到 Ra0.8,需要磨削加工以外,其它加工表面粗糙度值都在 Ra1.6 以上,通过精加工即能够达到要求。零件下表面作为上下尺寸方向的设计基准,同时也是重要的工艺基准,在下表面的一侧增加了两个工艺凸台。提高了工艺系统的刚度,使定位可靠,装夹方便。完成加工后,通过铣削去除工艺凸台。零件各组成表面形状简单,加工表面只涉及矩形平面和回转表面加工,无曲面和复杂平面。因此,使用普通设备和标准刀具即能完成所有加工,加工成本降低。零件整体形状规则,同一尺寸方向的表面多为相互平行的表面,便于在加工过程中对零件进行装夹。也有利于同时装夹多个零件一次性加工,提高加工效率。零件中间各凸台以及两侧的台阶表面高度一致,可以减少刀具的调整和走刀次数,缩短加工时间。多个表面需加工数量众多的孔,多数为通孔,加工工艺性较好。各孔的位置精度多为 IT12 级,要求不高。可在一次装夹中,完成一个尺寸方向上的孔加工。3.零件结构的热处理工艺性从零件的肋板布置,各处断面形状可知零件结构对称,截面均匀,尖角、锐边较少。综上,该零件对尺寸、形状、位置精度要求较高,但总体工艺性较好,通过普通设备,合理编排工艺能较好完成该零件的加工。2.2 毛坯的设计2.2.1 毛坯种类的确定根据图纸,零件使用材料为 HT300,毛坯采用铸造的方式获得。铸件具有良好的机械、物理性能。床鞍作为机床重要的组成零件,要求零件具有良好的综合机械性能,铸件能满足其使用要求。铸造方法采用金属型铸造。该零件为成批生产,且要求精度加高。金属铸型可以重复使用,寿命长,能获得较高尺寸精度和表面质量,可减少加工余量。选用金属型铸造可降低生产成本 [6]。2.2.2 毛坯的工艺性要求
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