设计支座零件的机械加工工艺规程及工艺装备.doc

课程设计指导书

题 目： 设计支座零件的机械加工工艺规程及工艺装备

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指导教师：

2003年6月

目录
1 支座零件的分析及毛坯的确定 3
1.1支座的作用和工艺分析 3
1.1.1 零件的作用 3
1.1.2 零件的工艺分析 3
1.2 零件毛坯的确定 4
1.2.1 毛坯材料的制造形式及热处理 4
1.2.2 毛坯结构的确定 4
2 支座的加工工艺设计 6
2.1 工艺过程设计中应考虑的主要问题 6
2.1.1 加工方法选择的原则 6
2.1.2 加工阶段的划分 6
2.1.3 加工顺序的安排 7
2.1.4 工序的合理组合 8
2.2 基准的选择 8
2.2.1 粗基准和精基准的具体选择原则 8
2.2.2 选择本题零件的基准 9
2.3支座的工艺路线分析与制定 10
2.3.1 工序顺序的安排的原则 10
2.3.2 工艺路线分析及制定 10
2.4 机械加工余量 12
2.4.1 影响加工余量的因素 12
2.4.2 机械加工余量、工序尺寸以及毛坯余量的确定 13
3 专用夹具设计 15
3.1 定位基准及定位元件的选择 15
3.2 夹具设计及操作的简要说明 15
致 谢 16
参考文献 17
附 录 18

1 支座零件的分析及毛坯的确定

机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，安全生产，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种，上质量，上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。
在实际生产中，由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求等不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上，用某一种加工方法就能完成的，而是要经过一定的工艺过程才能完成其加工。因此，不仅要根据零件的具体要求，结合现场的具体条件，对零件的各组成表面选择合适的加工方法，还要合理地安排加工顺序，逐步地把零件加工出来。对于某个具体零件，可采用几种不同的工艺方案进行加工。虽然这些方案都可以加工出来合格的零件，但从生产效率和经济效益来看，可能其中有种方案比较合理且切实可行。因此，必须根据零件的具体要求和可能的加工条件等，拟订较为合理的工艺过程。

1.1支座的作用和工艺分析

1.1.1 零件的作用

题目所给的是支撑轴的一个支座.该零件的主要作用是利用底座两Ø11的孔用螺丝固定使穿过Ø32H7()的孔的轴固定。

1.1.2 零件的工艺分析

支座加工表面现叙述如下:
一、底座A面。
二、以Ø32H7()内孔为中心的加工表面包括: Ø32H7()mm孔的大端面(面C和D)以及大端的内圆倒角及孔内表面加工。
三、两个Ø11mm的底座通孔。
由上述分析可知，对于以上几组加工表面,可以先加工其中一组，然后再借助于专用夹具加工另一组加工表面，并且保证其位置精度。

1.2 零件毛坯的确定

1.2.1 毛坯材料的制造形式及热处理

一、支座零件材料为:HT200在工作过程中起支撑作用,所受的动载荷和交变载荷较小.由于零件的生产类型是中批量生产,而且零件的轮廓尺寸不大,故可以采取金属模机械砂型铸造成型，这样有助于提高生产率,保证加工质量.
灰铸体一般的工作条件：
1.承受中等载荷的零件。
2.磨檫面间的单位面积压力不大于490KPa。
二、毛坯的热处理
灰铸铁（HT200）中的碳全部或大部分以片状石墨方式存在铸铁中，由于片状石墨对基体的割裂作用大，引起应力集中也大；因此，使石墨片得到细化，并改善石墨片的分布，可提高铸铁的性能。可采用石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），以便于切削加工。

1.2.2 毛坯结构的确定

根据零件材料确定毛坯为铸件,其生产类型为中批生产。毛坯的铸造方法选用金属模机械砂型铸造成型。又由于支座零件Ø32孔需铸出，故还应安放型芯，此外，为清除残余应力，铸造后应安排人工时效。
由参考文献可知，该种铸件的尺寸公差等级CT为7～10级，加工余量等级MA为H级，故选取尺寸公差等级CT为10级，加工余量等级MA为H级。
铸件的分型面选择肋板中心线，把铸件平分为对称的两份。浇冒口位置位于底座的上顶面。
由参考文献用查表法确定参考面的总余量如表1-1所示。

表1-1 各加工表面总余量（mm）
加工表面
基本尺寸
加工余量等级
加工余量
说明
A面
14
G
3.5
底面，单侧加工
Ø32孔
32
H
6
单侧加工
Ø32孔端面
30
H
36
两面加工

由参考文献可知铸件主要尺寸的公差，如表1-2所示。

表1-2 毛坯主要尺寸及公差（mm）
主要尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
A 面
14
3.5
17.5
3.2
Ø32孔
32
6
26
1.6

2 支座的加工工艺设计

2.1 工艺过程设计中应考虑的主要问题
2.1.1 加工方法选择的原则

（1） 所选加工方法应考虑每种加工方法的经济、精度要求相适应。
（2） 所选加工方法能确保加工面的几何形状精度，表面相互位置精度要求。
（3） 所选加工方法要与零件材料的可加工性相适应。
（4） 加工方法要与生产类型相适应。
（5） 所选加工方法企业现有设备条件和工人技术水平相适应。

2.1.2 加工阶段的划分

为保证零件加工质量和合理地使用设备、人力，机械加工工艺过程一般可分为一下几个阶段：
1.粗加工阶段
主要任务是切除毛坯的大部分加工余量，使毛坯在形状和尺寸上尽可能接近成品。因此，此阶段应采取措施尽可能提高生产率。
2.半精加工阶段
完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做好准备。
3.精加工阶段
保证各主要表面达到图样的全部技术要求，此阶段的主要目标是保证加工质量。
4.光整加工阶段
对质量要求很高的表面，应安排光整加工，以进一步提高尺寸精度和减少表面粗糙度。但一般不能用以纠正形状误差和位置误差。
通过划分加工阶段：（1）可以逐步消除粗加工因余量大、切削力大等因素造成的加工误差，保证加工质量。（2）可以合理使用机床设备。（3）便于安排热处理工序，使冷热加工工序配合得更好。（4）可以及时发现毛坯缺陷，及时修补或决定报废，以免因继续盲目加工而造成工时浪费。

2.1.3 加工顺序的安排

零件的加工顺序包括切削加工顺序、热处理先后顺序及辅助工序。在拟定工艺路线时，工艺人员要全面地把切削加工、热处理和辅助工序三者一起加以考虑。
一、机械加工顺序的安排原则
1.基面先行
2.先主后次
3.先粗后精
4.先面后孔
有些表面的最后精加工安排在部装或总装工程中进行，以保证较高的配合精度。
二、热处理工序的安排
热处理工序在工艺路线中的位置安排，主要取决于零件材料及热处理的目的。
预热处理的目的是改善材料的切削工艺性能、消除残余应力和为最终热处理作好组织准备。正火和退火常安排在粗加工之前，以改善切削加工性能和消除毛坯的残余应力：调质一般安排在粗加工和半精加工之间进行，为最终热处理作好组织准备：时效处理用以消除毛坯制造和机械加工中生产的内应力。
最终热处理的目的是提高零件的强度、表面硬度和耐磨性及防腐美观等。淬火及渗碳淬火、氰化、氮化等安排在精加工磨削之前进行；由于调质后零件的综合机械性能较好，对某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作为最终热处理，其工序位置安排在精加工之前进行；表面装饰性镀层、发蓝处理，安排在机械加工完毕后进行。
三、辅助工序的安排
辅助工序主要包括：检验、清洗、去毛刺、去磁、到棱边、涂防锈油及平衡等。其中检验工序是主要的辅助工序，是保证产品质量的主要措施。除各工序操作者自检外，在关键工序之后、送往外车间之前、粗加工结束之后，精加工之前、零件全部加工结束之后，一般均安排检验工序。

2.1.4 工序的合理组合

确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：
1.工序分散原则
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。
2.工序集中原则
工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。中批及大批大量生产中，多采用工序工序分散的加工原则，生产中可以采用结构简单的专用机床和通用夹具，组织流水线生产。

2.2 基准的选择

2.2.1 粗基准和精基准的具体选择原则

一、粗基准的选择
粗基准选择的要求应能保证加工面与非加工面之间的位置要求及合理分配各加工面的余量，同时要为后续工序提供精基准。一般按下列原则选择：
1.为保证不加工面与加工面之间的位置要求，应选不加工表面作粗基准。如果零件上有多个不加工表面，则应以其中与加工表面相互位置要求较高的表面作为粗基准。
2.合理分配个加工面的余量。
3.粗基准应避免重复使用。
4.选作粗基准的表面应平整，没有注口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。
二、精基准的选择
1.基准重合原则
应当尽量使定位基准与设计基准相重合，以避免因基准不重合而引起定位误差。
2.基准统一原则
在零件加工的整个工艺过程中或者有关的某几道工序中尽可能采用同一个(或一组)定位基准来定位，称为基准统一原则。
3.自为基准原则
当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，应选择加工表面作为基准，称为自为基准原则。
4.互为基准原则
对于相互位置精度要求很高的表面，可以采用基准反复加工的方法，这称为互为基准原则。
5.便于装夹原则
所选精基准应能保证工件定位准确、稳定，夹紧方便可靠。精基准应该是精度较高、表面粗糙度较小、支撑面积较大的表面。
三、辅助基准的选择
选择辅助基准时应尽可能使工件安装定位方便，便于实现基准统一，便于加工。

2.2.2 选择本题零件的基准

一、粗基准的选择原则
按照有关粗基准的选择原则，当零件有不加工表面的时候,应该选取这些不加工的表面为粗基准;若零件有若干个不加工表面时，则应以其加工表面相互位置要求较高的表面作为粗基准。现取R55的外圆柱表面作为定位基准，消除X,Y的转动和X,Y的移动四个自由度,再用Ø32H9()mm的小端端面可以消除Z周的移动。
二、精基准的选择原则
精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算。Ø32孔和A面既是装配基准，又是设计基准，用它们做精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺规程路线遵循了“基准统一”的原则。此外，A面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。
由于生产类型为中批生产，故应该采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外还应降低生产成本。

2.3支座的工艺路线分析与制定

2.3.1 工序顺序的安排的原则

1.对于形状复杂、尺寸较大的毛坯，先安排划线工序，为精基准加工提供找正基准
2.按“先基准后其他”的顺序，首先加工精基准面
3.在重要表面加工前应对精基准进行修正
4.按“先主后次，先粗后精”的顺序
5.对于与主要表面有位置精度要求的次要表面应安排在主要表面加工之后加工

2.3.2 工艺路线分析及制定

一、工艺路线方案一
工序一：粗铣、精铣Ø32H7()mm的C端端面。
工序二：粗镗、精镗孔Ø32H7()mm孔的内圆。
工序三：镗Ø32H7()mm C端处的1×45°倒角。
工序四：粗铣、精铣Ø32H7()mm的D端端面。
工序五：镗Ø32H7()mm D端处的1×45°倒角。
工序六：粗铣、精铣底座A面。
工序七：在底座钻2-Ø11mm的通孔，锪2-Ø18mm的沉头螺栓孔。
工序八：终检。
二、工艺路线方案二
工序一：粗铣、精铣底座A面。
工序二：在底座钻2-Ø11mm的通孔，锪2-Ø18mm的沉头螺栓孔。
工序三：粗铣、精铣Ø32H7()mm的C端端面。
工序四：粗镗、精镗孔Ø32H7()mm孔的内圆。
工序五：镗Ø32H7()mm C端处的1×45°倒角。
工序六：粗铣、精铣Ø32H7()mm的D端端面。
工序七：镗Ø32H7()mm D端处的1×45°倒角。
工序八：终检。
三、工艺方案分析
工艺方案路线一：本路线是先加工孔后加工平面，再以加工后的平面来加工孔。这样减少了工件因为多次装夹而带来的误差。有利于提高零件的加工尺寸精度，但是在工序中如果因铸造原因引起的底端不平整，则容易引起Ø32H7()mm的孔在加工过程中引偏。使Ø32H7()mm的内孔轴线与底座的平行度受到影响，造成圆筒的局部强度不够而引起废品。
工艺路线方案二则是先加工平面再加工孔。本工艺路线可以减小Ø32H7() mm的孔轴线与底座平行度误差，先镗孔便于装夹固定。
四、工艺方案的确定
由上述分析，工艺路线二优于工艺路线一，可以选择工艺路线二进行加工，在工艺路线二中也存在问题，粗加工和精加工放在一起也不能保证加工质量和加工要求，所以我们得出如下的工艺路线：
工序一：粗铣、精铣底座A面，选用X52K立式升降铣床和专用夹具。
工序二：在底座钻2-Ø11mm的通孔，锪2-Ø18mm的沉头螺栓孔，选用Z5150立式钻床和夹具。
工序三：粗铣、精铣Ø32H7()mm的C端端面，选用X620卧式升降铣床和专用夹具。
工序四：粗镗、精镗孔Ø32H7()mm孔的内圆。选用T611卧式镗床和专用夹具。
工序五：镗Ø32H7()mm C端处的1×45°倒角。选用T611卧式镗床和专用夹具。
工序六：粗铣、精铣Ø32H7()mm的D端端面，选用X620卧式升降铣床和专用夹具。
工序七：镗Ø32H7()mm D端处的1×45°倒角。选用T611卧式镗床和专用夹具。
工序八：终检。

2.4 机械加工余量

工艺路线确定以后，就需要安排各个工序的具体加工内容，其中最主要的一项任务就是要确定各个工序的工序尺寸及上下偏差。工序尺寸的确定与工序的加工余量有关。加工余量是指加工过程中从加工表面切去材料层厚度。余量有由工序余量和加工总余量之分。工序余量是同一被加工表面相邻两工序尺寸之差；加工总余量是某一表面毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。

2.4.1 影响加工余量的因素

确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下，越小越好。在确定时应该考虑一下因素：
1.上道工序产生的表面粗糙度和表面缺陷层深度。
2.上道工序的尺寸公差。
3.上道工序留下的空间位置误差。
4.本工序的装夹误差。

2.4.2 机械加工余量、工序尺寸以及毛坯余量的确定

支座零件的材料是HT200，抗拉强度为195Mpa-200Mpa。零件的生产类型是中批生产；参考《机械加工工艺简明手册》毛坯的制造方法及其工艺特点，选择左支座零件的毛坯制造类型选择为金属模机械砂型铸造成型。
由上述原始资料及加工工艺分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
一、Ø32H7()mm两端其加工尺寸为Ø50mm的平面。保证高度尺寸52mm。此尺寸是自由尺寸表面粗糙度值Ra=3.2µm，需要精加工。根据《机械加工工艺简明手册》成批生产铸件机械加工余量等级，可得：金属模机械砂型铸造成型的灰铸铁加工余量等级可取8～10级我们取9级，加工余量MA取G级，铸件尺寸公差可得1.8mm的铸造尺寸公差，可得2.5mm的加工余量。
二、Ø32H7()mm孔内表面，其加工长度为30mm，表面粗糙度值Ra=1.6µm.需要精铰和珩磨。查《机械加工工艺简明手册》铸件尺寸公差可得1.6mm的铸造尺寸公差，可得2.5mm的加工余量。
三、底座端面2个螺栓孔。只需要钻底孔和锪沉头孔即可。则加工余量为：
钻削Ø11mm的通孔 双边加工余量2Z＝12mm
锪沉头孔Ø18mm 双边加工余量2Z＝7mm
四、内孔Ø32H9()mm的加工余量计算：
1.内孔Ø32H9()mm为9级加工精度，铸件的毛坯重量约为6.5Kg。《机械加工工艺简明手册》铸件机械加工余量可以得到内圆的单边加工余量为Z＝2.5mm。机械加工工艺简明手册》铸件公差，可得：IT＝1.6mm。
2.珩磨加工余量：查《机械加工工艺手册》珩磨的加工余量，可得：珩磨的单边加工余量Z＝0.05mm。
3.精镗加工余量：查《机械加工工艺手册》扩孔、镗孔、铰孔的加工余量Z＝1.5mm～2.0mm。查《机械加工工艺手册》卧式镗床的加工公差，可得：IT＝±0.02mm～±0.05mm。这里取±0.02mm。
4.粗镗加工余量：除珩磨的加工余量和精镗的加工余量剩下的余量都给粗镗。查《机械加工工艺手册》卧式镗床的加工公差，可得IT＝±0.1mm～±0.3mm，我们这里取±0.1mm。
由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此规定都有加工公差，所以规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上的加工余量有最大及最小之分。
由于本次设计规定的零件为中批生产，应该采用调整法加工。因此在计算最大、最小加工余量时应该按照调整法加工方式予确定。
由此可知：
毛坯的名义尺寸：32-2.5×2＝27mm
毛坯的最大尺寸：27-0.2＝26.8mm
毛坯的最小尺寸：27＋0.2＝27.2mm
粗镗后最小尺寸：32-1.5×2＝29mm
粗镗后最大尺寸：29+0.1＝29.1mm
精镗后最小尺寸：32-0.05×2＝31.9mm
精镗后最大尺寸：31.9＋0.02＝31.92mm
珩磨后尺寸与零件图纸尺寸相同，即：Ø32H7()mm

最后将上述的计算的工序间尺寸及公差整理成下表2-1：

表2-1 Ø32H7()mm孔的加工余量计算（单位：mm）
工序

加工尺寸公差
铸件毛坯Ø32H7()
粗镗
精镗
珩磨
加工前
最大

26.8
29
31.8
最小

27.2
29.1
31.78
加工后
最大
26.8
29
31.8
32
最小
27.2
29.1
31.78
32.025
加工余量（单边余量）
2.5
最大
1.8
1.41
0.1435
最小
0.6
1.25
0.1
加工公差（单边）
1.6／2
0.2／2
0.04／2
0.025／2

3 专用夹具设计

本次设计中为支座设计一台通用夹具，以便在加工过程中提高工作效率、保证加工质量。支座零件在本次夹具设计为加工Ø32H7()mm孔的加工专用夹具。专用夹具的特点：针对性强、结构简单、刚性好、容易操作、装夹速度快、以及生产效率高和定位精度高。
利用本夹具主要用来钻、锪加工顶面的四孔。加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔轴线对Ø32H7()mm孔的平行度公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。

3.1 定位基准及定位元件的选择

由零件图可知：根据底面2孔的轴线与Ø32H7()mm孔的尺寸要求，在对孔进行加工前，2孔已按其加工技术要求加工，因此，2个孔面定位精基准（设计基准）来满足Ø32H7()mm孔其加工的尺寸要求。

3.2 夹具设计及操作的简要说明

本夹具用于在镗床上加工Ø32H7()mm孔。工件以2孔面为定位基准，在定位螺丝和压紧元件以及防转销上实现完全定位。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率。为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸。本夹具总体的感觉还比较紧凑。

致 谢

通过这次的毕业设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解，本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析、铣镗钻夹具的设计与分析，对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。
1.本次设计是对所学知识的一次综合运用，充分的运用了大学所学的知识，也是对大学所学课程的一个升华过程。
2.掌握了一般的设计思路和设计的切入点，对机械加工工艺规程和机床夹具设计有了一个全面的认识，培养了正确的设计思路和分析解决问题的能力，同时提升了运用知识和实际动手的能力。
3.进一步规范了制图要求，学会运用标准、规范、手册和查阅相关资料的本领。
由于本人水平有限，加之时间短，经验少。文中定有许多不妥甚至错误之处，请老师给予指正和教导，本人表示深深的谢意。同时也要感谢谢老师在本次毕业设计中的指导与帮助！

参考文献

[1] 有关的教科书：机械制图、公差、机械工程材料、机械制造基础、机械制造工艺学等。
[2] 《实用机械加工工艺手册》陈宏钧主编 机械工业出版社出版
[3] 《机械加工工艺设计手册》张耀宸主编 航空工业出版社出版
[4] 《机械加工工艺手册》李洪主编 北京出版社出版
[5] 《机械加工工艺手册》孟少农主编 机械工业出版社出版
[6] 《机械加工工艺师手册》杨叔子主编 机械工业出版社出版
[7] 《金属切削机床夹具设计手册》上海柴油机厂工艺所编
机械工业出版社出版
[8] 《机床夹具设计手册》燕山大学等编 机械工业出版社出版
[9] 《机床夹具设计》林文焕等编 国防工业出版社出版

附 录

附录一：支座零件—毛坯合图 1张
附录二：支座零件图 1张
附录三：支座零件专用夹具装配图 1张
附录四：机械加工工艺规程卡片 1套