尾架体零件加工工艺,设计镗Φ75孔的镗床夹具
机械制造技术课程设计说明书
设计题目：制定尾架体零件加工工艺，设计
镗Φ75孔的镗床夹具
专业：机械电子工程
班级： 12-3 学号： 1230120317 姓名：孟令熙
指导教师：张中然
机械工程系
2015年11月20日
目录
序言 (1)
第1章尾座体加工工艺规程设计 (3)
1.1 零件的分析 (3)
1.2 零件的作用 (3)
1.3 零件的工艺分析 (4)
1.4 确定毛坯的制造形式 (4)
1.5 基面的选择 (4)
1.6 确定工艺路线 (5)
1.7 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (6)
1.8 确定主要工序工程中的切削用量 (8)
第2章专用夹具设计 (24)
2.1 镗Ф75H6孔夹具设计 (24)
2.2 定位基准的选择 (24)
2.3 夹紧力的计算 (25)
2.4 夹紧元件及动力装置确定 (26)
2.5 镗套、镗模板及夹具体设计 (26)
2.6 夹具精度及定位误差分析 (26)
2.7 夹具设计及操作的简要说明 (27)
总结 (29)
致谢 (30)
参考文献 (31)
序言
机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。
加工工艺及夹具课程设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。
机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。
材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。
技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。
工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，
种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。
第1章 尾座体加工工艺规程设计
1.1 零件的分析
尾座体零件图如图2-1所示
B - B
A - A
图2-1 尾座体
1.2 零件的作用
题目所给的零件是机床尾座体，Φ75H6的孔与顶尖研配，底面与工作台相连，通过Φ20mm 孔用螺栓将“尾座体”紧固在工作台上。主要作用是固定顶尖。圆柱体形的部分有一个Φ75H6孔，并且有一个Φ25孔，顶尖穿过Φ75H6孔，将螺钉拧紧，这样就将顶尖固定。
1.3零件的工艺分析
“尾座体”共有三组加工表面，其中两组有位置度要求。
1．以A为基准的加工表面。这一组表面包括110x390的上平面，两侧表面，Φ75mm孔，Φ25×5的沉头孔，Φ35H9孔以及Φ42H7孔。
2．以B为基准的加工表面。这一组表面包括Ra=3.2μm的前端面，Ra=1.6μm的后端面，底平面60x20与32x3的槽，Φ20H7和Φ22的孔。
3．以C为基准的加工表面。这一组表面包括Φ25H7孔。
加工表面有位置度要求，如下：
底面平面度要求为0.04；Φ75H6孔圆度公差为0.004，轴线与底面平行度为0.05；后端面与Φ75H6轴线垂直度为0.04；Φ25H7孔与Φ42H7同轴度公差为0.02；底面60x20槽壁与孔Φ75H6轴线垂直度要求
0.1；Φ75H6的孔需精加工、研配。
1.4确定毛坯的制造形式
零件的材料HT200。由于尾座体年产量一般为几千件，达到中批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合中批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。
1.5基面的选择
1．粗基准的选择对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零件的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用底面定位块支承和底面作为主要定位基准，以限制z、xz、y、xy、yz
2．精基准的选择主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用已加工结束的上、下平面作为精基准。
1.6确定工艺路线
表2.1工艺路线方案一
第二条工艺路线不同于第一条是将“镗孔工序放在除前后端面外的各面加工结束后再进行加工。其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动提高了生产效率。而且对于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的帮助,并且符合先面后孔的加工原则。采用基准重合的原则，先加工底平面，然后以底平面为精基准再加工其它平面上的各孔与平面，这样便保证了Φ75H6和Φ42H7孔的轴线，同时满足了以两轴轴线为基准加工的要求。符合先加工面再钻孔的原则。若选第一条工艺路线，加工不便于装夹，并且毛坯的端面与轴的轴线是否垂直决定了钻出来的孔的轴线与轴的轴线是非平行这个问题。所以发现第一条工艺路线并不可行。选取第二条工艺方案，先镗上、下平面，各孔，然后以这些已加工的孔为精基准，加工其它各孔，槽的形位公差要求。
从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第二个方案比较合理。所以我决定以第二个方案进行生产。具体的工艺过程见工艺卡片所示。
1.7机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
尾座体的材料是HT200，生产类型为中批生产。由于毛坯采用金属模铸造, 毛坯尺寸的确定如下：
由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
由于本设计规定零件为中批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。这里就不讲述如何铸造成毛坯的过程了，只分析从毛坯加工成成品零件的过程如下：1．加工尾座体的底平面，底平面粗糙度要求为Ra=1.6μm，平面
2mm，精加工1mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求。最后刮研底面，保证平面度0.04。加工上平面和侧面时，用铣削的方法加工上平面和两侧面。由于上平面和两侧面的加工表面粗糙度未标注，所以按照粗糙度要求为Ra=6.3μm来加工，根据参考文献[8]表4-35和表4-37考虑2mm，粗铣加工2mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求。
2．加工前后端面时，用铣削加工方法加工。考虑到加工方便，按照粗糙度都是Ra=1.6μm加工，根据参考文献[8]表4-35和表4-37考虑可用镗刀一次加工2mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求。因为后端面要求与基准B垂直度为0.04，所以等Φ75H6孔加工之后，再刮研保证垂直度。
3．镗直径Φ75H6孔时，由于粗糙度要求Ra=0.8μm，因此考虑加工余量 2.5mm。可一次粗加工2mm，一次精加工0.5mm就可达到要求。并且要保证从前端面开始的340mm锥度在0.04以内。
4．加工Φ42H7孔，内壁粗糙度要求Ra=1.6μm，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量 2.5mm。可一次钻削加工余量2mm，一次精镗0.5mm就可达到要求。以Φ42H7孔加工Φ25H7孔同轴度0.02，余量与Φ42H7孔相同。同时粗铣Φ42H7孔两个端面和Φ25H7孔的两个端面，保证各自长度值。
5．加工Φ35H9孔，轴线距前端面为80mm，内壁粗糙度为Ra=3.2μm，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量2mm。可一次粗镗1.5mm，一次精镗0.5mm就可达到要求。
6．加工上平面Φ25H7孔，先加工Φ25H7孔，内壁粗糙度要求Ra=1.6μm，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量1.5mm。可一次钻削加工余量1mm，一次铰孔0.5mm就可达到要求。然后锪粗糙度为
7．加工底平面上的孔、槽。
先分析孔的加工：
Φ20H7孔内壁粗糙度Ra=1.6μm，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量1.5mm。可一次钻削加工余量1mm，一次铰孔0.5mm可达到要求。
Φ22孔及上面Φ45沉头孔粗糙度为Ra=6.3μm，一次粗加工即可完成，只需留1mm余量，需要考虑的是如何安排加工顺序，使用可调刀径的钻头，先钻削Φ22的孔，然后将刀径调大回拉，锪钻出沉头孔，最后调小刀径退刀即可。
然后分析槽的加工：
宽度为60的槽，侧壁粗糙度要求为Ra=1.6μm，且侧壁要求与基准B的垂直度为0.1，因此根据参考文献[8]表4-35和表4-37考虑3mm，粗铣2mm，然后精铣1mm，还要刮研以保证垂直度要求，最后清根。
宽度为32mm，40mm及55mm的槽都没有精度要求，因此是铸造出来的孔，留2mm加工余量，只需要粗铣一下，保证其大致尺寸即可。
1.8确定主要工序工程中的切削用量
工序1：粗、精铣尾座体底平面
底平面粗糙度要求为Ra=1.6μm，平面度要求为0.04，根据参考文献[8]表4-35和表4-37考虑3mm，粗加工2mm，精加工1mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求。
下面就是铣底平面的具体余量及工时的计算
图1-1 加工底平面过程图
粗铣底平面
加工条件：
工件材料： HT200，铸造。
机床：X52K 立式铣床。
查参考文献[7]表30—34
刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT15，D=100mm ，齿数8，此为粗齿铣刀。
因其单边余量：Z=2mm
所以铣削深度ap ：ap=2mm
每齿进给量af ：根据参考文献[3]表2.4-75，取af =0.12mm/Z ，铣削速度V ：参照参考文献[7]表30—34，取V=1.33m/s 。
机床主轴转速n ：
D 1000πV
n （1.1） 式中 V —铣削速度；
D —刀具直径。
由1.1机床主轴转速n ：
254r/min 1003.14601.331000D 1000≈???==πV n
按照参考文献[3]表3.1-74，得： n=300r/min
实际铣削速度v ：
1.57m/s 6010003001003.141000D ≈???==n πv
进给量Vf ：
4.8mm/s 300/6080.12Z ≈??==n a V f f
工作台每分进给量fm ：
288mm/min =4.8mm/s ==f m V f
az ：根据参考文献[7]表2.4-81，知az=40mm
粗铣的切削工时
被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知l=316mm
刀具切入长度l1：
3)(1)D 0.5(D 22～+--=z 1a l
7m m 3)(1)401000.5(10022=+--
=～ 刀具切出长度l2：取l2=2mm
走刀次数为1
机动时间tj1：
1.13min 28827316≈++=++=m 21j1f l l l t
根据参考文献[5]表2.5-45，可查得铣削的辅助时间tf1=1.04min
精铣底平面
加工条件：
工件材料： HT200，铸造。
机床： X52K 立式铣床。
刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT15，D=100mm ，齿数12，此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量：Z=1mm
铣削深度ap ：ap=1mm
每齿进给量af ：根据参考文献[7]表30—31，取af =0.08mm/Z
铣削速度V ：参照参考文献[7]表30—31，取V=3.2m/s
机床主轴转速n ，由式（2.1）有：
610r/min 1003.14603.21000D 1000≈???== πV n
按照参考文献[7]表3.1-31，得n=800r/min
实际铣削速度v ：
41.9m/s 6010008001003.141000D ≈???==n πv
进给量Vf ：
24mm/s 800/60120.15Z =??==n a V f f
工作台每分进给量fm ：
1440mm/min =24mm/s ==f m V f
精铣的切削工时
被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知l=316mm
刀具切入长度l1：精铣时l1=D=100mm
刀具切出长度l2：取l2=1mm
走刀次数为1
机动时间tj2：
0.29min 14401100316≈++=++=m 21j2f l l l t
铣底平面的总工时为：
t= tj1+ tf1+ tj2+ tf2=1.13+1.04+0.29 +1.04=3.5min 工序2：加工上平面、侧平面
加工上平面和侧面时，用铣削的方法加工上平面和两侧面。由于上平面和两侧面的加工表面粗糙度未标注，所以按照粗糙度要求为Ra=6.3μm来加工，根据参考文献[8]表4-35和表4-37考虑2mm，粗铣加工2mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求。各切削用量与粗加工底平面时相近，因此省略不算，参照工序1执行。
加工上平面、侧平面过程如图1-2
图1-2 加工上平面、侧平面过程图
工序3：镗Φ75H6的孔
由于粗糙度要求Ra=0.8μm，因此考虑加工余量2.5mm。可一次粗加工2mm，一次精加工0.5mm就可达到要求。并且要保证从前端面开始的340mm锥度在0.04以内。前后端面也同时加工出来，用铣削加工方法加工。考虑到加工方便，按照粗糙度都是Ra=1.6μm加工，根据参考文献[8]表4-35和表4-37考虑可用镗刀一次加工2mm到金属模铸
0.04，因此先加工前端面，然后镗Φ75H6孔，最后加工后端面，这里只计算镗Φ75H6的孔所需的加工余量及工时。
加工过程如图1-3
图1-3 镗Φ75H6的孔过程图
粗镗Φ75H6的孔
加工条件：
工件材料：HT200，铸造。
机床：卧式镗床T618
刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5
切削深度ap：ap=2mm，毛坯孔径d0=70mm。
进给量f：根据参考文献[3]表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为ap=2mm。因此确定进给量f=0.2mm/r
切削速度V：参照参考文献[3]表2.4-9，取V=2.4m/s=144m/min
机床主轴转速n：
655r/min 703.141441000d 10000≈??==πV n
按照参考文献[3]表3.1-41，取n=1000r/min
实际切削速度v ：
3.66m/s 6010001000703.141000d 0 ≈???==n πv
工作台每分钟进给量fm ：
fm=f n=0.2?1000=200mm/min
被切削层长度l ：l=396mm
刀具切入长度l1：
6.33mm 23023)(2o ≈+=+=tg tgk a l γp 1～
刀具切出长度l2：l2=3～5mm 取l2=4mm
行程次数i ：i=1
机动时间tj1：
2.03min 20046.33396=++=++=m 21j1f l l l t
查参考文献[1]表2.5-37，工步辅助时间为：tf1=2.61min
精镗Φ75H6的孔
加工条件：
工件材料： HT200，铸造。
机床：卧式镗床T618
刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5
切削深度ap ：ap=0.5mm ，孔径d=74mm 。
进给量f ：根据参考文献[3]表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm ，切削深度为ap=0.5mm 。因此确定进给量f=0.15mm/r
机床主轴转速n ：
821r/min 743.14190.81000d 1000≈??==πV n
取n=1000r/min
实际切削速度v ：
3.87m/s 6010001000743.141000d ≈???==n πv
工作台每分钟进给量fm ：
fm=f n=0.15?1000=150mm/min
被切削层长度l ：l=396mm
刀具切入长度l1：
2.87mm 2300.53)(2o ≈+=+=tg tgk a l γp 1～
刀具切出长度l2：l2=3～5mm 取l2=4mm
行程次数i ：i=1
机动时间tj2：
2.69min 15042.87396≈++=++=m 21j2f l l l t
查参考文献[1]表2.5-37，工步辅助时间为：t f 2=1.86min
镗直径Φ75总工时为：
t= tj1+ tf1+ tj2+ tf2=2.03+2.61+2.69 +1.86=9.19min
工序4：镗Φ42H7和Φ25H7的孔
内壁粗糙度要求Ra=1.6μm ，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量 2.5mm 。可一次钻削加工余量2mm ，一次精镗0.5mm 就可达到要求。以Φ42H7孔加工Φ25H7孔同轴度0.02，余量与Φ42H7孔相同，同时两个孔也是一次完成。
图1-4 镗Φ42H7和Φ25H7孔过程图
粗镗Φ42H7的孔
加工条件：
工件材料： HT200，铸造。
机床：卧式镗床T618
刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5
切削深度ap ：ap=2mm ，毛坯孔径d0=37mm 。
进给量f ：根据参考文献[3]表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm ，切削深度为ap=2mm 。因此确定进给量f=0.2mm/r
切削速度V ：参照参考文献[3]表2.4-9，取V=1.92m/s=115m/min 机床主轴转速n ：
989.8r/min 373.141151000d 10000≈??==πV n
按照参考文献[3]表3.1-41，取n=1000r/min
1.94m/s 6010001000373.141000d 0 ≈???==
n πv
工作台每分钟进给量fm ：fm=f n=0.2?1000=200mm/min 被切削层长度l ：l=41mm
刀具切入长度l1：
6.33mm 23023)(2o ≈+=+=tg tgk a l γp 1～
刀具切出长度l2：l2=3～5mm 取l2=4mm
行程次数i ：i=1
机动时间tj1：
0.25min 20046.3341=++=++=m 21j1f l l l t
查参考文献[1]表2.5-37，工步辅助时间为：tf1=1.04min
精镗Φ42H7的孔
加工条件：
工件材料： HT200，铸造。
机床：卧式镗床T618
刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5
切削深度ap ：ap=0.5mm ，孔径d=41mm 。
进给量f ：根据参考文献[3]表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm ，切削深度为ap=0.5mm 。因此确定进给量f=0.15mm/r
切削速度V ：参照参考文献[3]表2.4-9，取V=2.86m/s=171.72m/min 机床主轴转速n ：
1334r/min 413.14171.721000d 1000≈??==πV n
实际切削速度v ：
3.22m/s 6010001500413.141000d ≈???==n πv
工作台每分钟进给量fm ：
fm=f n=0.15?1500=225mm/min
被切削层长度l ：l=41mm
刀具切入长度l1：
2.87mm 2300.53)(2o ≈+=+=tg tgk a l γp 1～
刀具切出长度l2：l2=3～5mm 取l2=4mm
行程次数i ：i=1
机动时间tj2：
0.32min 15042.8741≈++=++=m 21j2f l l l t
查参考文献[1]表2.5-37，工步辅助时间为：t f2=1.56min
镗直径Φ42总工时为：
t= t j1+ t f1+ t j2+ t f2=0.25+1.04+0.32 +1.56=3.17min
粗镗Φ25H7的孔
加工条件：
工件材料： HT200，铸造。
机床：卧式镗床T618
刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5
切削深度ap ：ap=2mm ，毛坯孔径d0=20mm 。
进给量f ：根据参考文献[3]表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm ，切削深度为ap=2mm 。因此确定进给量f=0.2mm/r