合开螺母零件的机械加工工艺规程及工序的设计计算课程设计--本科毕业设计.doc

荆楚理工学院课程设计成果 学院： 机 械 工 程 学 院 班 级： 11级模具一班 学生姓名： 第 三 组 学 号：201130302011116号设计地点（单位）： 教 学 楼 设计题目：开合螺母零件的机械加工工艺规程及工序的设计计算 完成日期： 2013 年 6 月 28 日 指导教师评语： _ 成绩（五级记分制）： 教师签名： 荆楚理工学院课程设计任务书设计题目： 开合螺母 零件的机械加工工艺规程及工序的设计计算学生姓名 宋雄、蒋远达、李建、刘浩成、马梨哲、高杰课程名称机械制造基础专业班级 11模具1班地 点教学楼起止时间2013年6月10号2013年6月28日设计内容及要求完成开 合 螺 母零 件 的 机械加工工艺规程设计（零件图见附图），内容及要求如下：手绘一张零件图；选择热处理方法；选择毛坯制造方法和工艺参数，绘制详细的毛坯图一张（A4）；拟定零件的机加工工艺路线，选择加工设备、刀具、夹具、量具，进行详细的机加工工序设计（工序余量。尺寸、工序公差、切削用量、工时定额），工时要求只选个别工步计算即可；完成工艺过程卡一张（A4）；完成所有机加工工序的工序卡（A4）；完成设计说明书编写（格式见课程设计管理规定），并装订成册，装订顺序为：封面、任务书、目录、正文、卡片图纸。同组学生设计参数一致率不能超过30%。进度要求算中间周六、周日共18天。准备资料、读图、绘图2天毛坯制造工艺设计1天加工路线拟定2天加工装备选择1天工序设计及计算4天工艺卡、工序卡、工序图填画3天说明书编写2天电子稿排版2天整理装订1天参考资料机械制造工艺手册机械制造技术互换性与技术测量机床手册机械制造课程设计指导书等方面书籍或手册资料其它说明1本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份，教研室审批后交学院院备案，一份由负责教师留用。2若填写内容较多可另纸附后。3一题多名学生共用的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。教研室主任： 指导教师：贾 伟 杰 2013年 6月 8日机械工程学院 开 合 螺 母 课程设计答辩记录单班 级 模具 一班学 号201130302011116组 别第三组指导教师 贾伟杰设计题目 开合螺母零件的机械加工工艺规程及工序的设计计算 提问记录 答辩委员会评语 答辩委员会主任签名 学院审核意见 教学主管院长签名 201 年 月 日设计图纸： 目 录1、零件的工艺分析.1 1.1、开合螺母零件的用途.1 1.2、开合螺母零件的结构特点及技术要求.2 1.3、开合螺母零件的工艺分析.2 1.4、开合螺母零件的生产类型.22、确定毛坯、绘制毛坯简图.3 2.1、毛坯的确定.3 2.2、毛坯的制造形式.3 2.3、毛坯尺寸及机械加工总余量的确定.3 2.4、绘制毛坯简图.43、开合螺母的工艺路线.5 3.1、定位基准的选择.5 3.1.1、粗基准的选择.5 3.1.2、精基准的选择.5 3.2、零件加工表面的加工方案.6 3.3、加工阶段的划分.6 3.4、各工序的安排.6 3.4.1、机械加工工序.7 3.4.2、辅助工序.7 3.5、开合螺母零件工艺方案的确定及比较.7 3.5.1开合螺母零件工艺方案.7 3.5.2开合螺母零件工艺方案的确定及比较.84、确定加工余量及加工尺寸.85、确定切削用量和时间定额.12 5.1、确定切削用量.12 5.2、时间定额的计算.156、总结.20 参考文献.21 附图： 零件图纸.22 零件机械加工工艺过程卡片.23 零件机械加工工艺工序卡片.24 一、零件的工艺分析在编制零件机械加工工艺规程前，首先应研究零件的工作图样，熟悉该产品的用途、性能及工作条件，明确该零件在产品中的位置和作用；了解并研究各项技术条件制订的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟订工艺规程时采用适当的措施加以保证。工艺分析的目的，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。 1.1、开合螺母零件的用途 此次设计的对象是开合螺母也称对开螺母，其主要作用是传递一些机床丝杆的动力。一般的走刀是用光杆传动，加工螺纹时用丝杆传动，而这两者是不可同时咬合的，否则会因传动比不一样而造成传动系统被破坏，此时开合螺母的作用就相当于一个离合器，用来决定车床上溜板箱是否用丝杆传动。1.2、开合螺母零件的结构特点及技术要求开合螺母由上下两个半螺母组成，装在溜板箱体后壁的燕尾槽导轨中，可上下移动。上下半螺母的背面各装有一个圆销，其伸出端分别嵌在槽盘的两条曲线槽中，扳动手柄，经轴使槽盘逆时针转动时，曲线槽迫使两圆销互相靠近，带动上下半螺母合拢与丝杆啮合，刀架便由丝杆螺母经溜板箱传动进给。槽盘顺时针转动时，曲线槽通过迫使圆销使两半螺母相互分离，与丝杆脱开啮合，刀架便停止进给。由零件可知，加工开合螺母的材料为QT700-2（球墨铸铁）具有较高强度和耐磨性，低韧性，适用于强度要求较高的零件。通常采用800正火的方式来进行热处理。根据零件图纸和查阅参考书1得知零件的具体加工技术要求如下表1-1所示。 表1-1 开合螺母零件加工技术要求表 加工表面尺寸偏差/mm公差/mm及精度 表面粗糙度/um形位公差/mm40孔内表面0.027IT7 Ra1.640孔两端面0.023IT6 Ra1.6燕尾槽底面 Ra0.8燕尾槽底面B、C面 Ra0.812锥形孔0.019IT7燕尾槽C面到40孔中心线处距离0.1IT612锥形孔中心距0.2IT712锥形孔到左沟槽出距离0.2IT712锥形与孔40孔中心线距离0.1IT71.3、开合螺母零件的工艺分析从开合螺母这个零件所给零件图可以看出该零件表面由内外圆柱面，顺圆弧，逆圆弧及坠孔等表面所组成。其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。该工件的燕尾槽面和两个孔已经被加工成形，因此可以作为其它加工部位的定位基准。加工开合螺母上 孔的车床夹具，为使基准符合，工件用燕尾面B与C在固定支撑板和活动支撑板上定位（保证两板高度相等），共限制5个自由度，再用 孔与活动菱形销配合，共限制1个自由度，最终形成完全定位。工件装卸时可从上方推开活动支撑板将工件插入，靠弹簧力使工件靠紧固定支撑板，并略微推移工件使活动菱形销弹入定位孔 内。采用带摆动V型块的回旋式螺旋压板机构夹紧，用平衡块保持夹具平衡。另外该工件左右两端面有较高的精度要求，应该采取精铣的方式来进行加工孔，应该采取粗车精车的方式来进行加工，以保证其精度要求。1.4、开合螺母零件的生产类型 生产纲领是企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。零件在计划期为一年的生产纲领N可按下式计算： N=Qn(1+a%)(1+b%) 式中 N产品的年生产纲领（台/年） Q 产品的年生产量 （件/年） n每台产品中该零件的数量（件/台） a%备品的百分数 b%废品的百分数。此次生产类型属于大批量生产，年产量至少在50000个以上，因此在选用夹具时 要结合零件的尺寸、形状以及加工要求来选择专用开合螺母夹具，以便更好地完成加工要求。 二、确定毛坯、绘制毛坯简图毛坯是用来加工零件的基础材料。它的确定对整个加工的成本和加工的生产效率都有极大的影响。尤其是材质的确定更是决定着整个零件的加工质量和使用寿命。另外毛坯的形状也会对加工的工艺过程带来很大的影响，因此在加工开合螺母零件时，必须要确定好毛坯的材料、形状以及其性能。这样才可以保证整个加工的质量和效率。2.1、毛坯的确定开合螺母的材料为QT700-2（球墨铸铁）具有抗铁口敏感性、减震性和耐磨性能，满足该零件的工作条件，而却该零件的生产类型为大批量生产。零件的轮廓尺寸为90mmX77mmX87mm不算太大，故可以采用铸造成型来制造出开合螺母的毛坯，同时这样也可以大大提高生产效率和表面加工质量。2.2、毛坯的制造形式零件的材料为球墨铸铁，考虑到零件的工作性能和生产要求，则应该将融化的金属液体浇入旋转着的模型中，由于离心力的作用使金属液体粘贴在模型的内壁上，这样可以大大地减少金属的损耗，获得毛坯铸件具有紧密与微细化的颗粒结构以及较好的机械性能。因此可以采用离心铸造的形式来制造毛坯，从而提高毛坯的生产率，同时也加快了零件的加工效率，提高了企业的经济效益。2.3、毛坯尺寸及机械加工总余量的确定开合螺母零件的毛坯形式为铸造，根据实际毛坯预制的要求，必然会留下足够的加工余量，以便于下一步的机加工。根据参考资料【2】中第二章“加工余量和工序尺寸的确定”等有关的内容，并结合该零件的毛坯尺寸要求，通过相关计算工作，从而确定该零件的毛坯尺寸如表表2-1所示。 表2-1开合螺母毛坯机械加工总余量及毛坯尺寸零件尺寸/mm机械加工总余量/mm尺寸公差/mm 毛坯尺寸/mm 1.8x2= 3.6 2.4x2=4.8 2.0 63 2.0 2.4、绘制毛坯简图根据表2-1“开合螺母毛坯机械加工总余量及毛坯尺寸” 绘制出开合螺母的毛坯简图如下图2-1所示 图2-1 开合螺母毛坯图 三、开合螺母的工艺路线 3.1 定位基准的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证、生产率得到提高。一般采用“先粗后精的方式来选择零件的加工表基准面。否则不但加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行，给企业带来了严重的利益损失。 3.1.1粗基准的选择 对于一般轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。从开合螺母零件图上可以看出，燕尾槽的凸台底面和半圆筒的两个端面无需加工，符合粗基准的选择要求，另外燕尾槽凸台的高度是以底面标出的，圆筒左侧也标出了数值，因此粗基准应选择燕尾槽的凸台底面和半圆筒的两个端面。 3.1.2 精基准的选择 通常在保证加工精度和装夹准确方便的条件下，应遵循基准重合和基准统一的原则，从零件图上可以提看出C面是最主要的定位基准，两个B面为辅助定位基准，这样可以避免基准不重合和基准不统一的而引起的误差。开合螺母加工过程中各个加工具体的加工基准选择如表3-1所示。 表3-1各基准选择表 工序号 加工部位选择基准 03粗铣燕尾槽B、C面，保证其角度55°以底面为基准 04精铣燕尾槽B、C面，保证其角度55°以底面为基准 05铣沟2x1沟槽以B、C面为基准 06钻2X12孔以B、C面为基准 07铰2X12孔，保证两孔间距为380.1以B、C面为基准 08粗铣40两端面以底面为基准 09精铣40两端面，保证长度为90以底面为基准 10粗车40圆孔以C面为基准 11精车40圆孔以C面为基准 12精倒40角为2X45以B、C面为基准3.2 零件加工表面的加工方案市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，提高工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：开合螺母各表面加工具体方案如表3-1所示。 表3-2开合螺母零件各加工表面的加工方案. 加工表面 经济精度表面粗糙度/um 加工方案工件底面 IT6Ra0.8 粗铣精铣燕尾槽B.C面 IT6Ra0.8 粗铣精铣40孔两端面 IT7Ra1.6 粗铣精铣40孔内表面 IT7Ra1.6 粗车精车2×12孔 IT6IT7 Ra1.6Ra0.8钻削-粗绞精绞2×45°倒角 IT6Ra0.8 精车3.3 加工阶段的划分当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。 粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工40内圆及4个端面。 半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备。 精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。3.4 各工序的安排 3.4.1 机械加工工序 1）.基面先行原则 该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和40外圆面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。 2）、先粗后精 要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。 3）、先面后孔 对该零件应该先加工平面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于CA6140车床对开螺母来讲先加工40外圆面，做为定位基准再来加工其余的。 3.4.2 辅助工序辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。3.5、开合螺母零件工艺方案的确定及比较 3.5.1 开合螺母零件工艺方案 表3-3 工艺方案一 工序号工序名称 机床设备 刀具 量具 01粗铣工件底面立式铣床×51 面铣刀 游标卡尺 02粗铣燕尾槽B.C面卧式铣床×62燕尾槽铣刀 游标卡尺 03粗铣2X1沟槽立式铣床×51专用立铣刀 游标卡尺 04 钻2×12小孔立式钻床Z525 麻花钻 内径千分尺 05 粗铣40两端面立式铣床×51 面铣刀 游标卡尺 06 粗车40内圆孔卧式车床CA6140内圆车刀 内径千分尺 07 精铣两件底面立式铣床×51面铣刀 游标卡尺等 08 精铣燕尾槽B.C面卧式铣床×62燕尾槽铣刀 游标卡尺等 09 精铣40两端面立式铣床×51面铣刀 游标卡尺等 10 粗车40内圆孔卧式车床CA6140内圆车刀 内径千分尺 11绞2×12小孔立式钻床Z525 铰刀 内径千分尺 12精倒40角为2×45°卧式车床CA614045度车刀 游标卡尺等 13去毛刺，清洗钳工台，清洗机 平锉塞规，百分表 14检验，入库塞规，百分表 表3-4 工艺方案二 工序号工序名称 机床设备 刀具量具 01粗铣工件底面立式铣床×51面铣刀游标卡尺等 02精铣工件底面立式铣床×51面铣刀游标卡尺等 03粗铣燕尾槽B，C面卧式铣床×62 燕尾槽铣刀游标卡尺等 04精铣燕尾槽B，C面卧式铣床×62 燕尾槽铣刀游标卡尺等 05铣2×1沟槽立式铣床×51 专用立铣刀游标卡尺等 06钻2×12孔立式钻床Z525麻花钻内径千分尺 07绞2×12孔立式钻床Z525铰刀内径千分尺 08粗铣40两端面立式铣床×51面铣刀游标卡尺等 09精铣40两端面立式铣床×51面铣刀游标卡尺等 10 粗车40内圆孔卧式车床CA6140 内圆车刀内径千分尺 11精车40内圆孔卧式车床CA6140 内圆车刀内径千分尺 12精倒40角为2×45°卧式车床CA6140 45度车刀游标卡尺等 13去毛刺，清洗钳工台，清洗机 平锉塞规，百分表 14检验，入库塞规，百分表3.5.2、开合螺母零件工艺方案的确定及比较 从表3-3中可以看出该套方案中工序的设计不太集中，且涉及到多次重新定位（先粗后精）。操作十分麻烦，且加工效率极低，加工质量难以得到较好的保证，而从表3-4中可以看出其思路，是由下到上依次加工完成各个工序，遵循了一次装夹，一次加工到位的原则，大大缩短加工工时，而且很好多的保证了工件的精度要求。综上所述此次加工方案应该选择方案二来进行开合螺母的加工。 四、确定加工余量及加工尺寸4.1加工2X12孔（工序06和07） 由【2】表2-20查得，精铰余量=0.05mm：粗饺余量=0.10mm，钻孔余量=11.0mm。各工序尺寸按加工经济精度查【2】表1-10可依次确定为，精铰孔为IT7，粗饺孔为IT10，钻孔为IT12。查【2】的标准数值表2-30可确定各个工步的公差值为：精铰孔为0.019mm，粗饺孔为,0.070mm钻孔为0.19mm。综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为：精铰孔工序尺寸d=c=mm，粗饺孔工序尺寸b=mm，钻孔工序尺寸a=。它们的关系为下图4-1所示. 图4-1钻-粗饺-精铰孔示意图4.2加工40两端面（工序08和09） 4.3.1、（1）工序08的加工过程为： 1)以右端面F为定位，粗铣左端面E，保证工序尺寸为。 2)以左端面定位，粗铣右端面，保证工序尺寸为。（2）工序09的加工过程为：1）以右端面定位，精铣左端面，保证工序尺寸为达到零件图设计尺寸D的要求D=mm。2）查找工序尺寸链，并画出加工过程示意图查找全部工序尺寸链，如图4-3a所示，加工过程示意图如图4-2所示。3） 求解工序尺寸C，从图4-3a知，C=mm。 图4-240两端面加工过程示意图4) 确定工序尺寸B从图4-1b中可知，B=C+，其中为精铣余量，按2表2-25确定=1mm，则B=（90+1）=91mm。由于工序尺寸B是在精铣过程中保证的，故查2表1-8知粗铣工序的经济精度为IT7IT11。因此确定该工序的公差等级为IT9，其公差值为0.087mm，工序尺寸按照入体原则标注。由此可知B=mm 图4-340两端面加工工艺尺寸链图 5）确定工序尺寸链知A=B+，其中为粗铣余量，由于F面的加工余量是经粗铣一次切除的，故应等于F面的毛坯机械加工总余量，即=2mm，则A=91+2=93mm。查2表1-8知粗铣工序的经济精度为IT11，其公差值为0.22mm，工序尺寸按照入体原则标注。由此可知A=mm。 6）加工余量的校核，在图4-3b所示尺寸链中为封闭环，故=-=91+0.026-(90-0.003)=0.29mm=-=91-0.061-(90+0.026)=0.019mm 校核结果表明余量是合理的。 加工余量的校核，在图4-3c所示尺寸链中为封闭环，故=-=93+0.026-(91-0.061)=2.087mm=-=93-0.194-(91+0.026)=1.780mm校核结果表明余量是合理的。综上分析计算，可以确定各工序尺寸分别为B= mm C= mm A=mm 。4.3工序11：加工40圆孔（工序10和11）工序加工过程：（1） 以C面为基准，粗车40孔，保证工序尺寸（2） 以C面为基准，半精车40孔，保证工序尺寸（3） 以C面为基准，精车40孔，保证工序尺寸各工序尺寸按加工精度查【2】表1-10可依次确定，精车孔为IT7，半精车孔为IT10，粗车孔为IT12，查【1】标准公差数值表2-30可确定个工步的公差值为精车孔为0.027mm，半精车孔为0.07mm，粗车孔为0.18mm。综上所述，该工序工步的工序尺寸及公差分别为：精车孔尺寸d=c=mm，半精车孔工序尺寸mm，粗车孔工序尺寸mm。它们的相互关系如图4-4所示 图4-4粗车-精车40圆孔加工示意图 五、确定切削用量和时间定额 5.1、确定切削用量 1、工序01粗铣工件底面（1）确定背刀吃量：工步1的背刀吃量。（2）确定进给量：查【2】表57，按机床功率为510KW及工件材料、刀具材料选取，该工件每齿进给量fz=0.20mm/z。 （3）计算铣削速度 ：查【2】表513，按do/z=100/5，fz=0.20mm/z的条件选取，铣削速度v=64m/min。由式（51）：n=1000v/（d）可求得铣刀转速n=1000×64/（3.14×100）r/min=203.8r/min，参照【2】表416立式铣床X51的主轴转速，取转速n=210r/min。再将此转速代入式（51），求出该工序的实际铣削速度v=nd/1000=210×3.14×100/1000m/min=65.94m/min。 2、工序02精铣工件底面 （1）确定背刀吃量：工步1的背刀吃量 （2）确定进给量：查【2】表57，该工件每齿进给量fz=0.20mm/z。 （3）计算铣削速度 查【2】表513，按do=100/5，fz=0.20mm/z的条件选取，铣削速度v=72m/min。由式（51）：n=1000v/（d）可求得铣刀速度n=1000×72/(3.14×100)r/min=229.2r/min，参照表416立式铣床X51的主轴转速，取转速n=255r/min。再将此转速代入式（51），求该工序的实际铣削速度v=nd/1000=255×3.14 ×100 /1000=80.07 m/min. 3、工序03粗铣燕尾槽B.C面 （1）确定背刀吃量：工步1的背刀吃量=1.5mm。 （2）确定进给量：查【2】表58，按机刀具直径、工件材料、刀具材料以及加