基于PROE的手柄機械加工工藝及工裝設計畢業(yè)設計論文.doc

西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 基于PRO/E的手柄機械加工工藝及工裝設計摘要：本文主要介紹了手柄零件的工藝分析，指出手柄零件的形狀特點及主要加工表面，按照零件圖上的技術要求，分析零件的加工工藝，主要的設計內容包括手柄零件的毛坯圖，零件圖，手柄鉆夾具裝配圖及裝配圖上的部分零件圖，一份工藝過程卡片和4張工序卡。按照零件圖上的技術要求，逐步確定各個表面的加工方法，設計出手柄零件的機械加工工藝規(guī)程，然后是機械加工工序設計，最后是機床夾具的結構設計，同時利用proe繪出設計出來的毛坯、夾具及其各零部件的三維圖。關鍵詞：手柄；工藝規(guī)程；加工工序；夾具設計Based on the handle Pro/E machining process planning and process equipment design*College of Engineering and Technology, Southwest University, Chongqing 400716, ChinaAbstract：This paper mainly introduces the handle, and points out that the analysis of the technology of parts of the handle parts processing surface shape features and main, according to the technical requirements in detail drawing, analyzes the processing of this part, the design of the main content includes the blank figure, handle parts part drawings, handle drill fixture on the assembly drawings and detail drawings, a part process card and 4 zhang process card. According to the technical requirements in detail drawing, gradually determine various surface processing methods, design the handle machining process planning, and then is mechanical processing process design, the last is the machine tools fixture structural design, and using proe draw design the blank, fixture and out of parts of three-dimensional diagram.Key Words：handle；process；mechanical processing process；fixture design0文獻綜述0.1機械制造業(yè)機械制造指從事各種動力機械、農業(yè)機械、冶金礦山機械、化工機械、紡織機械、機床、工具、儀器、儀表及其他機械設備等生產的行業(yè)。機械制造業(yè)為整個國民經濟提供技術裝備,其發(fā)展水平是國家工業(yè)化程度的主要標志之一。機械制造業(yè)是每個國家技術進步和社會發(fā)展的支柱產業(yè)之一，它已經歷了幾個世紀的發(fā)展，完成了三種模式的演變，即：從早期的手工作坊式的單件小批量生產模式，到后期的機械自動化的大批量生產模式，再到現(xiàn)代計算機控制的柔性化多品種的成批大量生產模式。近年來，隨著計算機、微電子、信息處理、自動控制等現(xiàn)代技術與機械制造的交叉滲透與融匯，讓古老的機械制造業(yè)重新煥發(fā)了生機，產生了許多新的制造技術和裝備。例如特種加工（激光束加工、等離子體加工、超聲加工、快速成形技術等）的出現(xiàn)是近代物理、化學和機械工藝學的產物；數(shù)控機床則是典型的機電融合的機電一體化產品；CAD/CAM/CAPP是計算機科學和機械制造交叉融合的結果。計算機集成制造、并行工程、敏捷制造、虛擬制造等先進制造模式正深刻影響和引導制造技術的應用于發(fā)展，將成為21世紀制造技術的主要發(fā)展方向。近年來，隨著機械制造工業(yè)的迅猛發(fā)展，基于全球化發(fā)展的環(huán)境，我國機械制造工程技術水平也得到了顯著的提高，一個自立的機械工業(yè)體系已基本形成。但與發(fā)達國家相比較，我們還存在著相當明顯的差距。如果定義出口額與進口額之比為競爭力，發(fā)達國家機械產品名義競爭力一般為1，而我國2000年為0.466,2003年為0.376,2005年為0.28?？梢钥闯鑫覈臋C械制造業(yè)還處于一個相對落后的階段，未來的發(fā)展之路還是任重而道遠。0.2機械加工工藝規(guī)程任何零件的機械加工工藝過程都可以是各種各樣的。將其中最合理的機械加工工藝過程的各項內容編寫成文件并經審批后用來指導生產，這種文件就稱為機械加工工藝規(guī)程，簡稱工藝規(guī)程。一個合理的工藝規(guī)程，應該有利于可靠地保證零件的加工質量，有利于提高生產效率，有利于取得好的經濟效益。為了更好實現(xiàn)這些目的，制定工藝規(guī)程時必須遵行以下原則：1. 工藝規(guī)程應保證加工質量，達到圖紙所要求的各項技術要求。2. 在保證質量的基礎上，應使工藝過程具有較高的生產率和較好的經濟性。一般在制定工藝規(guī)程時，應根據(jù)零件產量和現(xiàn)有設備條件，綜合考慮加工質量、生產率、經濟性要求，經過反復分析比較，確定最優(yōu)或最合適的工藝過程。1引言 工藝規(guī)程和工藝裝備的設計是對大學本科所學知識的綜合及應用，在這樣的設計中需要應用到多門課程的知識并要將它們融合起來做綜合的分析和比較。本文通過對手柄零件的結構分析和工藝分析，對手柄零件的機械加工工藝規(guī)程設計、機械加工工序設計和夾具設計三大部分進行了具體設計說明。其中，機械加工工藝規(guī)程設計部分包括生產類型的確定，零件結構工藝性和技術要求的分析，毛坯選擇，加工余量的確定，工藝路線的安排，機床、夾具、刀具的選擇。機械加工工序設計部分包括切削用量的確定，工序余量的計算，工時的計算等。夾具設計部分包括夾具總體方案的確定，各類夾具元件的選用，夾具動作原理及操作說明方法等。2零件分析2.1零件的生產綱領及生產類型生產綱領是指企業(yè)在計劃期內應當生產的產品產量和進度計劃。在畢業(yè)設計題目中，手柄的生產綱領為5000件/年。生產類型是企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地）生產專業(yè)化程度的分類。不同生產類型的零件的加工工藝有很大的不同。產量大、產品固定時，有條件采用各種高生產率的專用機床和專用工裝，因而勞動生產率高、成本低。但在產量小、產品品種多時，就不宜采用專用設備和工裝，因為調整時間長，機床利用率低、折舊率高，成本反而增加。因此，在制定工藝規(guī)程時，首先應根據(jù)零件的生產綱領確定其相應的生產類型。生產類型的劃分主要取決于生產綱領，但也要考慮產品本身的大小和結構的復雜程度。本次設計的零件為手柄，輪廓尺寸小，屬于輕型零件。因此，按生產綱領與生產類型的關系確定，該零件的生產類型屬于中批生產。2.2零件的作用如圖1-1所示為手柄零件圖。從該零件圖可以判斷出圖示典型的桿類零件，而且為連桿類。手柄一頭通過38mm孔連接，另一頭通過22mm孔其它部件連接，即該手柄的作用是實現(xiàn)運動和動力的傳遞。圖1-1 手柄零件圖Fig.1-1 handle parts drawing2.3零件的工藝分析如圖1-1所示為手柄零件圖。從該零件圖可以判斷出圖示典型的桿類零件，而且為連桿類。因此，其主要的要素應該包括兩側面，大、小頭孔。另外，還有其他的輔助要素：小頭的槽和大頭的徑向孔以及桿身部分的鍛造結構。由此，該零件的主要技術要求如下：（1） 兩側面主要要保證其表面粗糙度Ra為6.3m，并要求有一定的對中性；（2） 大頭孔直徑為,與側面垂直度0.08，其表面粗糙度Ra為3.2m；（3） 小頭孔直徑為，與大頭孔中心距為1280.2，其表面粗糙度Ra為3.2m；（4） 小頭孔槽槽寬為，槽長控制與大頭孔中心距離為85，其表面粗糙度Ra為6.3m；（5） 大頭徑向孔直徑為，通過兩孔中心連線及兩側面對稱面；（6） 桿身部分的鍛造結構主要保證其壁厚為8mm，并要求有一定的對中性。3 確定毛坯3.1確定毛坯的制造方式零件材料為45鋼，根據(jù)選擇毛坯應考慮的因素，該零件體積較小，形狀較簡單，外表面采用不去除材料方法獲得粗糙度要求，由于零件生產類型為中批生產，故本零件毛坯選擇鍛件。 選擇模鍛加工工藝有如下幾點優(yōu)勢： 生產率較高，對工人技術水平要求不高。模鍛時，金屬變形是在模膛內進行變形，故能較快獲得所需形狀。 鍛件的形狀和尺寸較精確，表面質量較好，機械加工余量和鍛造公差較小，允許零件上有不經加工的黑皮毛面，故節(jié)省加工工時，材料利用率高。 可以鍛制形狀較復雜的模鍛件，一般外形都不必簡化，不用余塊，可省工省料。 操作簡單，易于實現(xiàn)機械化生產，工人勞動強度較小。從零件材料及力學性能要求，零件的結構形狀與大小，生產類型，現(xiàn)有生產條件，充分利用新工藝、新材料等多方面綜合考慮選擇模鍛加工工藝中的錘上模鍛。3.2 錘上模鍛工藝規(guī)程制訂錘上模鍛生產的的工藝規(guī)程包括繪制鍛件圖、計算坯料重量和尺寸、確定模鍛工序、鍛模模膛設計、選擇模鍛設備、坯料的加熱、模鍛件的修整工序(切飛邊、沖孔、校正、熱處理)等。3.2.1模鍛鍛件圖的繪制模鍛鍛件圖是根據(jù)零件圖繪制的，是供設計和制造鍛模、計算坯料以及成品檢驗用的技術文件。繪制模鍛鍛件圖時，應考慮以下幾個問題：1. （1）確定分模面位置 分模面即是上下鍛模在模鍛件上的分界面。制定模鍛鍛件圖時必須首先確定分模面，分模面位置選擇是否合理，關系到鍛件成形、鍛件出模、模具加工、工步安排和材料利用率等一系列問題。根據(jù)分模面的選擇原則：保證順利出模；保證能及時發(fā)現(xiàn)錯模；保證金屬易于充滿模膛；保證減少余塊，節(jié)約金屬材料；保證鍛模制造簡單。所以，該鍛件的分模面選在鍛件上下兩側面的中部，以便發(fā)現(xiàn)上下錯模，分模應盡可能呈直線狀。 （2）確定加工余量和鍛件公差 模鍛時金屬坯料是在鍛模內成形的，因此模鍛件的精度和表面質量都較好，其加工余量和鍛造公差比自由鍛鍛件小得多。加工余量一般為14mm，鍛造公差一般取0.33mm。模鍛件也要規(guī)定鍛造公差，以防鍛件由于上、下模沒有閉合，金屬沒有完全充滿模膛，上、下模發(fā)生錯模，以及模膛磨損和變形所產生的誤差。對于重量約為15N，材質系數(shù)為M1，鍛件復雜系數(shù)為S1，鍛件尺寸為26mm的手柄零件。查參考文獻7表10-14得，鍛造公差?。徊閰⒖嘉墨I7表10-16得，厚度方向余量為1.52.0mm，取為2.0mm；查參考文獻7表10-17得，內孔直徑加工余量為2.0mm。故毛坯尺寸為30，內孔為。 （3）確定沖孔連皮 鍛件在模鍛時不能鍛出透孔，只能鍛出盲孔，即中間有一層金屬，稱為沖孔連皮。對于孔徑d25mm的帶孔模鍛件上的孔應鍛出，但應留出沖孔連皮，模鍛后再進行沖孔，將沖孔連皮沖去。沖孔連皮不宜太薄，以免損壞鍛模。沖孔連皮的厚度與孔徑d有關：當孔徑為3080mm時，沖孔連皮的厚度為48mm(孔徑小取下限，孔徑大取上限)，但當d25mm時，則因鍛模的沖孔部分太弱，易折斷，一般不鍛出，由于小頭孔直徑為22mm，所以選擇不鍛出。 （4）模鍛斜度 為了便于金屬坯料充滿模膛，并從模膛中取出鍛件，模鍛件的側面即平行于錘擊方向的表面必須具有一定斜度，這個斜度稱為模鍛斜度。模鍛斜度一般為515。模鍛斜度增加了金屬消耗和機械加工量，故應盡量取小一些。查參考文獻2表2-9得，取外模鍛斜度為5。內模鍛斜度比外模鍛斜度大25，這是因為內壁在鍛件冷卻后容易被夾緊，使鍛件很難取出。故內模鍛斜度為7。 （5）模鍛圓角半徑 在模鍛件上所有面與面的交接處，都必須采用圓角過渡。這樣可以增大鍛件強度；模鍛時金屬易于流動而充滿模膛；避免鍛模內尖角處產生裂紋。減緩鍛模外尖角處的磨損，從而提高鍛模的使用壽命。查參考文獻2表2-10得，內圓角半徑 （3-1）優(yōu)先取；外圓角半徑 （3-2）優(yōu)先取。3.2.2模鍛工藝分析手柄零件屬于短軸類鍛件，模鍛時坯料軸線方向與打擊方向相同，金屬沿高度、寬度和長度方向同時流動。鍛造工藝過程為：制坯(鐓粗、壓扁)終鍛。3.2.3修整工序終鍛并不是模鍛過程的終結，只是完成了鍛件最重要的成形過程，還需要經過切邊、沖孔、校正、清理等一系列精整工序，才能得到合格的模鍛件。對于精度和表面質量要求嚴格的模鍛件，還要進行精壓。 4制定零件的機械加工工藝路線 擬定工藝路線的內容除選擇定位基準外，還要選擇各加工表面的加工方法，安排工序的先后順序，確定加工設備，工藝裝備等。工藝路線的擬定要考慮使工件的幾何形狀精度，尺寸精度及位置精度等技術要求得到合理保證，成批生產還應考慮采用組合機床，專用夾具，工序集中，以提高效率，還應考慮加工的經濟性，以便使生產成本盡量下降。4.1基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)劃設計中的重要工作之一，基準選擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得到提高，否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產無法正常進行。4.1.1粗基準的選擇 按照保證零件加工表面相對于不加工表面具有一定的位置精度的粗基準選擇原則，我們知道，如果必須保證工件某重要的表面的余量均勻，應該選擇該表面作為粗基準。很顯然，在手柄的粗基準的選擇上應該考慮到兩側面的加工余量要均勻而且要求有一定的對中性，所以選擇兩側面作為粗基準，并按互為基準原則來加工兩側面。4.1.2精基準的選擇 考慮到要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”和“基準統(tǒng)一”原則，以加工后的兩側面為主要的定位精基準。4.2工藝路線的擬定 擬定零件的機械加工工藝路線是制定工藝規(guī)程的一項重要工作。擬定工藝路線時需要解決的主要問題是：選定各表面的加工方法，劃分加工階段，安排工序的先后順序，確定工序的集中與分散程度。4.2.1零件表面加工方法的選擇 在選擇加工方法時應注意：（1）被加工材料的性質；（2）生產率和經濟性；（3）生產現(xiàn)場的生產條件。根據(jù)零件圖中對各加工表面的加工要求，再綜合考慮上述幾點要求，確定各加工表面的加工方法如下表1所示。表1手柄零件加工方法選擇Tab.1 Handle parts processing methods selection加工面加工精度要求表面質量要求加工方法選擇兩側面A、B厚度為26，為注公差尺寸要求并要求有一定的對中性Ra6.3粗銑A粗銑B精銑A精銑B大頭孔直徑，孔口倒角145，與側面垂直度0.08Ra3.2擴孔鉸孔小頭孔直徑，與大頭孔中心距離為1280.2Ra3.2鉆孔擴孔鉸孔小頭槽孔槽寬，槽長控制與大頭孔中心距離為85Ra6.3銑槽大頭徑向孔注油孔，通過兩孔中心連線及兩側面對稱面Ra12.5鉆孔輔助工序孔口及銳邊手工倒角、去毛刺4.2.2加工階段的劃分和工序的排序加工階段的劃分有利于保證零件的加工質量；有利于合理使用設備和保持精密機床的精度；有利于熱處理工序的安插；有利于及早發(fā)現(xiàn)毛坯或在制品的缺陷，以減少損失。手柄零件的加工階段劃分如下表2所示。機加工工序的排序應遵行以下幾點原則：(1) 工件上的定位精基準面，一般在工藝過程一開始就進行粗、精加工。這就是“基準先行” ；(2) 先安排粗加工工序，再安排精加工工序，即“先粗后精” ；(3) 精度要求較高的主要表面的粗加工一般安排在次要表面的加工之前，這樣有利于及時發(fā)現(xiàn)原材料缺陷和防止浪費次要表面的加工工時，但重要表面的最終加工應安排在最后。這就是“先主后次” ；(4) 一般先安排平面加工，再安排孔的加工，有利于提高孔加工刀具的耐用度和保證孔的位置精度。這就是“先面后孔” ；(5) 工序安排要與工廠條件、機床類型、機床布置結合起來。表2 手柄零件加工階段的劃分和工序的排列 Tab.2 Handle parts processing stage division and process arrangement加工階段加工內容說明基準面加工粗銑A面互為基準，反復加工；基準先行，先面后孔。 先主后次，但次要表面的加工并非是安排在最后面加工，次要表面的加工要考慮到對主要表面加工質量的影響粗銑B面精銑A面精銑B面粗加工鉆小頭孔擴小頭孔擴大頭孔銑槽 若放在鉸孔工序之后，將會使得大、小頭孔內的毛刺難以去除鉆大頭徑向孔精加工鉸小頭孔鉸大頭孔4.2.3確定工藝路線 根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經濟精度，在生產綱領已經確定的情況下，可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具，并盡量用工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：33（1）工藝路線方案一工序01 模鍛毛坯；工序02 粗銑A面；工序03 粗銑B面；工序04 精銑A面；工序05 精銑B面；工序06 鉆小頭孔；工序07 擴小頭孔；工序08 擴大頭孔；工序09 銑槽；工序10 鉆大頭徑向孔；工序11 鉸小頭孔；工序12 鉸大頭孔；工序13 倒大頭孔角； （2）工藝路線方案二工序01 模鍛毛坯；工序02 粗銑A面粗銑B面；工序03 精銑A面精銑B面；工序04 鉆小頭孔擴小頭孔擴大頭孔；工序05 銑槽；工序06 鉆大頭徑向孔；工序07 鉸小頭孔鉸大頭孔；工序08 倒大頭孔角；工序09 去銳邊，去毛刺；工序10 終檢,入庫。 工序15 終檢,入庫。方案一 工序分散，其特點為：工序多，工藝路線長，每道工序所包含的加工內容少，每道工序只有一個工步；所使用的工藝設備與裝備比較簡單，易于調整與掌握；有利于選用合理的切削用量，減少基本時間；設備數(shù)量多，生產面積大；設備投資少，易于更換產品。方案二 工序比較集中，其特點為:零件各個表面的加工集中在少數(shù)幾道工序內完成，每道工序的內容和工步都較多；有利于采用高效的專用設備和工藝裝備，生產率較高；生產計劃和組織工作得到簡化；生產面積和操作工人數(shù)量減少；工件裝夾次數(shù)減少，輔助時間縮短。加工表面的位置精度易于保證；設備、工裝投資大，調整、維護復雜，生產設備工作量大，更換新產品困難。本設計采用通用機床加工，此時對于方案二來說工件的裝夾和刀具的調整使得工序的輔助時間延長，效率低。再根據(jù)生產規(guī)模（中批量）、零件的結構特點和技術要求、機床設備等具體生產條件綜合分析，最后決定采用方案一所述的加工工藝路線，如表3所示。表3 手柄零件加工工藝路線Tab.3 Handle parts processing process line工序號加工內容說明01模鍛毛坯錘上模鍛02粗銑A面03粗銑B面04精銑A面留B面的精銑余量05精銑B面達到A、B面圖樣要求06鉆小頭孔以A面為定位基準，保證大、小頭孔中心距128mm07擴小頭孔以A面為定位基準，保證大、小頭孔中心距128mm08擴大頭孔以A面為定位基準，保證大、小頭孔中心距128mm09銑槽達到圖樣要求10鉆大頭徑向孔達到圖樣要求11鉸小頭孔達到圖樣要求12鉸大頭孔達到圖樣要求13倒大頭孔角手工倒角14去銳邊，去毛刺15終檢入庫4.3選擇機床及工藝設備4.3.1機床的選擇正確選擇機床設備是一件很需要的工作，它不但直接影響工件的加工質量，而且還影響工件的加工效率和制造成本。選擇機床時應考慮以下幾個因素：(1) 機床尺寸規(guī)格與工件的形狀尺寸應相適應(2) 機床精度等級與本工序加工需求相適應(3) 機床電動機功率與本工序所需功率應相適應(4) 機床自動化程度和生產效率與生產類型相適應綜合以上因素，手柄零件各機械加工工序機床選擇如表4所示。表4 手柄零件各機械加工工序機床選擇 Tab.4 Handle various machining process machine parts choice工序號加工內容機床設備01模鍛毛坯02粗銑A面X503203粗銑B面X503204精銑A面X503205精銑B面X503206鉆小頭孔Z5150A07擴小頭孔Z5150A08擴大頭孔Z5150A09銑槽X623010鉆大頭徑向孔Z5150A11鉸小頭孔Z5150A12鉸大頭孔Z5150A13倒大頭孔角14去銳邊，去毛刺15終檢入庫4.3.2刀具的選擇刀具的選擇主要取決于所采用的加工方法、工件材料、加工尺寸、精度和表面粗糙度的要求，生產率要求和加工經濟性等。應盡量采用標準刀具，在大批量生產中應采用高生產率的復合刀具。本設計中各機械加工工序刀具選擇如表5所示。表5 手柄零件各機械加工工序刀具選擇 Tab.5 Handle various machining processes parts of cutters工序號加工內容機床設備刀具說明01模鍛毛坯符合要求02粗銑A面X5032鑲齒套式面銑刀，刀盤直徑選用YT15硬質合金刀片，大頭直徑，查表可以選擇刀盤直徑為 03粗銑B面X503204精銑A面X503205精銑B面X503206鉆小頭孔Z5150A直柄麻花鉆（見表6）07擴小頭孔Z5150A整體高速鋼擴孔鉆（見表6）08擴大頭孔Z5150A整體高速鋼擴孔鉆（見表6）09銑槽X6230直齒三面刃銑刀鋸片銑刀的厚度太小，不能滿足槽寬10mm的要求10鉆大頭徑向孔Z5150A直柄麻花鉆根據(jù)加工直徑選擇11鉸小頭孔Z5150AB型直柄機用鉸刀12鉸大頭孔Z5150AB型直柄機用鉸刀13倒大頭孔角14去銳邊，去毛刺15終檢入庫4.4工序余量、工序間尺寸及公差的確定 4.4.1銑削兩側面 毛坯設計時已確定毛坯尺寸為30，雙邊加工余量為4mm。查參考文獻7表1-21得，精銑加工余量為0.60.8mm，取0.6mm。故粗銑加工余量為1.4mm。根據(jù)側面的精度要求，參照參考文獻7，確定工序尺寸及余量，具體如下表6所示。4.4.2加工小頭孔查參考文獻2確定各道工序的加工余量如下。鉆孔加工余量=18mm；擴孔加工余量=1.5mm；鉸孔加工余量=0.5mm。工序尺寸的公差按加工方法所能達到的經濟精度確定，按照參考文獻2進行選擇：鉸孔取IT9級，得T3=0.052m擴孔取IT12級，得T2=0.21mm；鉆孔取IT12級，得T3=0.33mm。各道工序的加工余量及公差具體如下表6所示。4.4.3加工大頭孔查參考文獻2確定各道工序的加工余量如下。擴孔加工余量=1.5mm；鉸孔加工余量=0.5mm。工序尺寸的公差按加工方法所能達到的經濟精度確定，按照參考文獻2進行選擇：鉸孔取IT8級，得T=0.039mm；擴孔取IT12級，得T=0.25mm。各道工序的加工余量及公差具體如下表6所示。4.4.4鉆徑向孔 該孔加工精度要求不高，可以一次鉆孔加工出來，加工余量為4mm。表6 工序尺寸表Tab.6 Procedure sizes table工序名稱工序間余量/mm加工精度等級工序尺寸及公差/mm表面粗糙度/m銑削兩側面精銑B面0.6IT8266.3精銑A面0.6IT826.66.3粗銑B面1.4IT1227.212.5粗銑A面1.4IT1228.612.5加工小頭孔鉸孔0.5IT93.2擴孔1.5IT126.3鉆孔18IT1312.5加工大頭孔鉸孔0.5IT83.2擴孔1.5IT126.3毛坯25鉆徑向孔鉆徑向孔4IT13412.54.5切削用量及工時的確定確定切削用量，就是要在已經選擇好刀具材料和幾何角度的基礎上，合理的確定背吃刀量、進給量和切削速度。所謂合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和機床性能，在保證加工質量的前提下，獲得高的生產率和低的加工成本的切削用量。正確的選用切削用量，對保證產品質量、提高切削效率和經濟效益，具有重要作用。切削用量的選擇主要依據(jù)工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求，還應考慮刀具合理的耐用度、工藝系統(tǒng)剛度及機床功率的條件。4.5.1粗銑A面 選擇背吃刀量。單邊加工余量為1.4mm，在粗加工中可以一次性去除，故取 =1.4mm。選擇進給量。銑床X5032的功率為9.09kW；工藝系統(tǒng)剛度為中級；采用鑲齒式面銑刀；零件材料為45鋼。查參考文獻7表11-22得，粗銑時每齒進給量=0.080.18mm/z，粗加工中主要是保證加工效率，故可取=0.18mm/z。選擇切削速度和每分鐘進給量。由于刀具直徑d0=80mm，查參考文獻6表3.8得刀具壽命T=180min。根據(jù)參考文獻6表3.15，當d0=80mm，Z=8，=1.4mm，=0.18mm/z時，m/min，mm/min，r/min；各修正系數(shù)為 ；。 代入修正系數(shù)計算得銑削速度為： （4-1）進給速度為： （4-2）主軸轉速為： （4-3）根據(jù)X5032型立銑床說明書（見參考文獻6表3.30）選擇475r/min；375mm/min因此，實際切削速度和每齒進給量為 （4-4) （4-5)校驗機床功率。根據(jù)參考文獻6表3.23，670MPa，=54mm，=1.4mm，d0=80mm，375mm/min，Z=8時，可近似取切削功率。根據(jù)X5032型立銑床說明書（見參考文獻6表3.30）知，主電動機功率,機床效率為，則 （4-6）故機床功率夠用，所選擇的切削用量可以采用，即=1.4mm，375mm/min，475r/min，m/min，=0.10mm/z。計算基本工時 （4-7）式中，,根據(jù)參考文獻6表3.26,按不對稱安裝銑刀方式查得入切量及超切量25mm，則=170+25=195mm，故基本工時為 4.5.2粗銑B面 由于該工序與粗銑A面時所用機床設備一樣，且加工方法和加工余量都一樣，所以該工序的切削用量及工時與上一工序完全一樣，即切削用量選擇為=1.4mm，375mm/min，475r/min，m/min，=0.10mm/z；基本工時為 。4.5.3精銑A面 選擇背吃刀量。單邊加工余量為0.6mm，在粗加工中可以一次性去除，故取 =0.6mm。選擇進給量。精銑后的表面粗糙度Ra要求達到,根據(jù)參考文獻7表5-72查得，銑刀每轉進給量=0.51.2mm/r，可取=1.2mm/r。選擇切削速度和每分鐘進給量。由于刀具直徑d0=80mm，查參考文獻6表3.8得刀具壽命T=180min。根據(jù)參考文獻6表3.15，當d0=80mm，Z=8，=0.6mm，=1.2mm/r時，m/min，mm/min，r/min；各修正系數(shù)為 ；。 將修正系數(shù)代入式4-1、4-2和4-3計算得 根據(jù)X5032型立銑床說明書（見參考文獻6表3.30）選擇600r/min；300mm/min因此，實際切削速度和每齒進給量為 （見式4-4） （見式4-5）校驗機床功率。根據(jù)參考文獻6表3.23，670MPa，=54mm，=0.6mm，d0=80mm，300mm/min，Z=8時，可近似取切削功率。根據(jù)X5032型立銑床說明書（見參考文獻6表3.30）知，主電動機功率,機床效率為，則 （見式4-6）故機床功率夠用，所選擇的切削用量可以采用，即 =0.6mm，300mm/min，600r/min，m/min，=0.06mm/z。計算基本工時 （見式4-7）式中，,根據(jù)參考文獻6表3.26,知道精銑時的取值與銑刀直徑相等，即入切量及超切量80mm，則=170+80=250mm，故基本工時為 4.5.4精銑B面 由于該工序與粗銑A面時所用機床設備一樣，且加工方法和加工余量都一樣，所以該工序的切削用量及工時與上一工序完全一樣，即切削用量選擇為=0.6mm，300mm/min，600r/min，m/min，=0.06mm/z；基本工時為 。4.5.5鉆小頭孔 根據(jù)鉆孔直徑為18mm，則選用高速鋼直柄麻花鉆，其直徑為18mm。選擇進給量。（1）按加工要求選擇進給量：根據(jù)參考文獻6表2.7，當加工精度要求為IT13級，45鋼的強度為670MPa，18mm時，0.350.43mm/r。（2） 按鉆頭強度選擇進給量：根據(jù)參考文獻6表2.8，當670MPa，18mm時，鉆頭強度允許的進給量為=1.11mm/r,。采用線性插值法有，計算得=1.02mm/r。 （3）按機床進給機構強度選擇進給量：根據(jù)參考文獻6表2.9，當670MPa，18mm，機床進給機構允許的最大軸向力為24520N（查參考文獻6表2.36，Z5150型立式鉆床說明書）時，進給量=1.6mm/r。以上三個進給量比較可以看出，按加工要求選擇的進給量最小，即受限制的進給量是工藝要求，其值為0.350.43mm/r。查Z5150型立式鉆床說明書，選擇進給量為0.4mm/r。由于是加工通孔，為了避免鉆頭在孔即將鉆通時容易折斷，故宜在孔即將鉆通時停止自動進給采用手動進給。選擇切削速度。查參考文獻6表2.14，知670MPa的45鋼的加工性屬5類。由參考文獻6表2.13，當加工性為5類，0.4mm/r，雙橫刃磨得鉆頭，18mm時，16m/min。切削修正系數(shù)為：1.0，1.0，1.0，1.0，0.8，故有161.01.01.01.00.8=12.8m/min （見式4-1） （4-8） 根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，可以考慮選擇250r/min。 檢驗機床扭矩及功率。根據(jù)參考文獻6表2.20，當0.4mm/r，18mm時，45.03Nm。扭矩的修正系數(shù)均為1.0，故 。 （4-9）根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，當250r/min時，284.5Nm。根據(jù)參考文獻6表2.22，當670MPa，0.4mm/r，18mm，v=12.8m/min時，1.1kW。根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，。由于，,故所選擇的切削用量均可用，即0.4mm/r，250r/min，12.8m/min。計算基本工時。 （4-10）式中，查參考文獻6表2.29得，入切量及超切量，故基本工時為。4.5.6擴小頭孔本工序采用整體高速鋼擴孔鉆在Z5150型立式鉆床上完成，擴孔鉆直徑為21mm，即21mm。 選擇背吃刀量。單邊加工余量為1.5mm，在擴孔加工中可以一次性去除，故取 =1.5mm。選擇進給量。根據(jù)參考文獻6表2.10，當加工精度要求為IT12級，45鋼的強度為670MPa，21mm時，0.70.9mm/r,查Z5150型立式鉆床說明書，選擇進給量為0.9mm/r。選擇切削速度。查參考文獻2表5-67，得切削速度為（1/21/3）。 （4-11） 當采用直徑為21mm的麻花鉆鉆孔時，選擇切削速度如下：查參考文獻6表2.14，知670MPa的45鋼的加工性屬5類。由參考文獻6表2.13，當加工性為5類，0.9mm/r，雙橫刃磨得鉆頭，21mm時，11m/min。切削修正系數(shù)為：1.0，1.0，1.0，1.0，0.8，故有111.01.01.01.00.8=8.8m/min。所以得到擴孔時的切削速度為（1/21/3）（1/21/3）8.8=4.42.9m/min （見式4-11）則66.744.0r/min，根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，可以考慮選擇63r/min。故實際切削速度為。 檢驗機床扭矩及功率。根據(jù)參考文獻6表2.20，當0.9mm/r，21mm時，110Nm。扭矩的修正系數(shù)均為1.0，故 。 （見式4-9）根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，當63r/min時，814Nm。根據(jù)參考文獻6表2.22，當670MPa，0.9mm/r，21mm，時，1.1kW。根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，。由于，,故所選擇的切削用量均可用，即0.9mm/r，63r/min，4.2m/min。計算基本工時。 （見式4-10）式中，查參考文獻6表2.29得，入切量及超切量，故基本工時為。4.5.7擴大頭孔本工序采用整體高速鋼擴孔鉆在Z5150型立式鉆床上完成，擴孔鉆直徑為37mm，即37mm。 選擇背吃刀量。單邊加工余量為1.5mm，在擴孔加工中可以一次性去除，故取 =1.5mm。選擇進給量。根據(jù)參考文獻6表2.10，當加工精度要求為IT12級，45鋼的強度為670MPa，37mm時，0.91.1mm/r,查Z5150型立式鉆床說明書，選擇進給量為0.9mm/r。選擇切削速度。查參考文獻2表5-67，得切削速度為（1/21/3）。（見式4-11） 當采用直徑為37mm的麻花鉆鉆孔時，選擇切削速度如下：查參考文獻6表2.14，知670MPa的45鋼的加工性屬5類。由參考文獻6表2.13，當加工性為5類，0.9mm/r，雙橫刃磨得鉆頭，37mm時，12m/min。切削修正系數(shù)為：1.0，1.0，1.0，1.0，0.8，故有121.01.01.01.00.8=9.6m/min。所以得到擴孔時的切削速度為（1/21/3）（1/21/3）8.8=4.83.2m/min （見式4-11）則41.327.5r/min，根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，可以考慮選擇32r/min。故實際切削速度為。 檢驗機床扭矩及功率。根據(jù)參考文獻6表2.20，當0.9mm/r，37mm時，264.9Nm。扭矩的修正系數(shù)均為1.0，故 。 （見式4-9）根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，當32r/min時，814Nm。根據(jù)參考文獻6表2.22，當670MPa，0.9mm/r，37mm，時，1.1kW。根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，。由于，,故所選擇的切削用量均可用，即0.9mm/r，32r/min，3.7m/min。計算基本工時。 （見式4-10）式中，查參考文獻6表2.29得，入切量及超切量，故基本工時為。4.5.8鉸小頭孔本工序采用整體高速鋼擴孔鉆在Z5150型立式鉆床上完成，鉸孔鉆直徑為22mm，即22mm。選擇背吃刀量。單邊加工余量為0.5mm，在擴孔加工中可以一次性去除，故取 =0.5mm。選擇進給量。根據(jù)參考文獻6表2.24，當670MPa，22mm時，進給量0.50.6mm/r。根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，選擇進給量為0.62mm/r。選擇切削速度。根據(jù)參考文獻6表2.24，當670MPa，22mm時，切削速度為57m/min，取6m/min。則 （見式4-8）根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，選擇切削速度為89r/min。 檢驗機床扭矩及功率。根據(jù)參考文獻6表2.20，當0.62mm/r，22mm時，109.4Nm。扭矩的修正系數(shù)均為1.0，故 。（見式4-9）根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，當89r/min時，814.2Nm。根據(jù)參考文獻6表2.22，當670MPa，0.62mm/r，22mm，時，1.3kW。根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，。由于，,故所選擇的切削用量均可用，即0.62mm/r，89r/min，6m/min。計算基本工時。 （見式4-10）式中，查參考文獻2表3-11和表3-12得，。故基本工時為。4.5.9鉸大頭孔本工序采用整體高速鋼擴孔鉆在Z5150型立式鉆床上完成，鉸孔鉆直徑為38mm，即38mm。選擇背吃刀量。單邊加工余量為0.5mm，在擴孔加工中可以一次性去除，故取 =0.5mm。選擇進給量。根據(jù)參考文獻6表2.24，當670MPa，38mm時，進給量0.50.6mm/r。根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，選擇進給量為0.62mm/r。選擇切削速度。根據(jù)參考文獻6表2.24，當670MPa，38mm時，切削速度為57m/min，取6m/min。則（見式4-8）根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，選擇切削速度為63r/min。 檢驗機床扭矩及功率。根據(jù)參考文獻6表2.20，當0.62mm/r，38mm時，317.8Nm。扭矩的修正系數(shù)均為1.0，故 。（見式4-9）根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，當63r/min時，814.2Nm。根據(jù)參考文獻6表2.22，當670MPa，0.62mm/r，38mm，時，2.2kW。根據(jù)Z5150型立式鉆床說明書，。由于，,故所選擇的切削用量均可用，即0.62mm/r，63r/min，6m/min。計算基本工時。（見式4-10）式中，查參考文獻2表3-11和表3-12得，。故基本工時為。5專用夾具的設計 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應用于機械制造過程地切削加工、熱處理、裝配等工藝過程中。機床夾具按在不同生產類型中的通用性，可以分為通用夾具、專用夾具、可調夾具和組合夾具等。為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，在一次裝夾中完成孔的加工，并根據(jù)零件圖實際需要，需要設計專用鉆模。5.1定位方案的確定用一個固定V型塊和一個滑動V型塊加支承底座來限制零件自由度，安裝方式見裝配圖，此方案簡單實用。5.1.1定位方案設計分析 在該定位方案中，下底面被夾具體上的一個支撐面頂住，限制了z軸的移動，y軸的旋轉，x軸的旋轉三個移動自由度。一個固定“V” 形塊限制了y軸的移動，x軸的移動，一個滑動“V” 形塊，限制了z軸的旋轉，這樣6個自由度全部被限制。定位方案如下圖所示。圖5-1 定位方案Fig.5-1 Positioning scheme5.1.2定位元件的選擇查參考文獻4表2-1-33和表2-1-35得，選擇固定V形塊A55(GB2209-1991)；選擇活動V形塊A32(GB2211-1991)。5.2導向方案及導向元件的選擇和設計 由于零件為中批生產，考慮到加工孔徑不太大，而且要完成孔的鉆、擴、鉸，所以可以選擇快換鉆套。根據(jù)參考文獻2表5-105，選擇鉆小頭孔用鉆套18F730k645 JB/T 8045.3-1999；擴小頭孔用鉆套21F730k645 JB/T 8045.3-1999；鉸小頭孔用鉆套22F730k645 JB/T 8045.3-1999；擴大頭孔用鉆套37F755k656 JB/T 8045.3-1999；鉸大頭孔用鉆套38F755k656 JB/T 8045.3-1999。查參考文獻4表2-1-163得快換鉆套的技術要求如下：（1） 材料：dmm26時，用T10A；d26mm時，用20鋼。（2） 熱處理方法：T10A為5864HRC；20鋼滲碳深度為0.81.2mm，5864HRC。其他技術要求按JB/T 8045-1999的規(guī)定。5.3夾緊方案的確定夾緊力方向原則：（1）夾緊力的作用方向不應破壞工件的既定位