基于PROE的手柄机械加工工艺与工装毕业设计.docx

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1、基于PRO/E的手柄机械加工工艺及工装设计摘要：本文主要介绍了手柄零件的工艺分析，指出手柄零件的形状特点及主要加工表面， 按照零件图上的技术要求，分析零件的加工工艺，主要的设计容包括手柄零件的毛坯图， 零件图，手柄钻夹具装配图及装配图上的部分零件图* 一份工艺过程卡片和4工序卡。 按照零件图上的技术要求，逐步确定各个表面的加工方法，设计出手柄零件的机械加工 工艺规程，然后是机械加工工序设计，最后是机床夹具的结构设计，同时利用proe绘 出设计出来的毛坯夹具及其冬零部件的三维图。关键词：手柄；工艺规程；加工工序；夹具设计Based on the handle Pro/E machining pr

2、ocess planning andprocess equipment design*Col lege of Engineering aixl 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 m

3、ain, according to the technical rcquirenicnts in detai 1 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 detai 1 drawings, a part process card and 4 zhang process ca

4、rd. According to the techoical requirements in detai1 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 tooT s fixture structural design, and using proc draw design

5、the blank, fixture and out of parts of three-dimensional diagram.Key Words : handle ； process ； mechanical processing process ； fixture design0文献综述0.1机械制造业机械制造指从事各种动力机械、农业机械、冶金矿山机械、化工机械、纺织机械、 机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备等生产的行业。机械制造业为整个国民经济 提供技术装备，其发展水平是国家工业化程度的主要标志之一。机械制造业是每个国家技术进步和社会发展的支柱产业之一，它已经历了几个世 纪的发展，完

6、成了三种模式的演变，即：从早期的手工作坊式的单件小批量生产模式， 到后期的机械自动化的大批量生产模式，再到现代计算机控制的柔性化多品种的成批 大量生产模式。近年来，随着计算机、微电子、信息处理、自动控制等现代技术与机 械制造的交叉渗透与融汇，让古老的机械制造业重新焕发了生机，产生了许多新的制 造技术和装备。例如特种加工（激光束加工、等离子体加工、超声加工、快速成形技 术等）的出现是近代物理、化学和机械工艺学的产物；数控机床则是典型的机电触合 的机电一体化产品；CAD/CAM/CAPP是计算机科学和机械制造交叉融合的结果。计算 机集成制造、并行工程、敏捷制造、虚拟制造等先进制造模式正深刻影响和引

7、导制造 技术的应用于发展，将成为21世纪制造技术的主要发展方向。近年来，随着机械制造工业的迅猛发展，基于全球化发展的环境，我国机械制造 工程技术水平也得到了显著的提高，一个自立的机械工业体系已基本形成。但与发达 国家相比较，我们还存在着相当明显的差距。如果定义出口额与进口额之比为竞争力， 发达国家机械产品名义竞争力一般为1，而我国2000年为0.466,2003年为0. 376, 2005年为0.28。可以看出我国的机械制造业还处于一个相对落后的阶段，未来的发 展之路还是任重而道远。0.2机械加工工艺规程任何零件的机械加工工艺过程都可以是各种各样的。将其中最合理的机械加工工 艺过程的各项容编写

8、成文件并经审批后用来指导生产，这种文件就称为机械加工工艺 规程，简称工艺规程。一个合理的工艺规程，应该有利于可靠地保证零件的加工质量，有利于提高生产 效率，有利于取得好的经济效益。为了更好实现这些目的，制定工艺规程时必须遵行 以下原则：1. 工艺规程应保证加工质量，达到图纸所要求的各项技术要求。2. 在保证质量的基础上，应使工艺过程具有较高的生产率和较好的经济性。一般在制定工艺规程时，应根据零件产量和现有设备条件，综合考虑加工质量、 生产率、经济性要求，经过反复分析比较，确定最优或最合适的工艺过程。1引言工艺规程和工艺装备的设计是对大学本科所学知识的综合及应用，在这样的设计 中需要应用到多门课

9、程的知识并要将它们触合起来做综合的分析和比较。本文通过对 手柄零件的结构分析和工艺分析，对手柄零件的机械加工工艺规程设计、机械加工工 序设计和夹具设计三大部分进行了具体设计说明。其中，机械加工工艺规程设计部分 包括生产类型的确定，零件结构工艺性和技术要求的分析，毛坯选择，加工余量的确 定，工艺路线的安排，机床、夹具、刀具的选择。机械加工工序设计部分包括切削用 量的确定，工序余量的计算，工时的计算等。夹具设计部分包括夹具总体方案的确定， 各类夹具元件的选用，夹具动作原理及操作说明方法等。2零件分析2. 1零件的生产纲领及生产类型生产纲领是指企业在计划期应当生产的产品产量和进度计划。在毕业设计题目

10、 中，手柄的生产纲领为5000件/年。生产类型是企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。不同生 产类型的零件的加工工艺有很大的不同。产量大、产品固定时，有条件采用各种高生产 率的专用机床和专用工装，因而劳动生产率高、成本低。但在产量小、产品品种多时， 就不宜采用专用设备和工装，因为调整时间长，机床利用率低、折旧率高，成本反而增 加。因此，在制定工艺规程时，首先应根据零件的生产纲领确定其相应的生产类型。生 产类型的划分主要取决于生产纲领，但也要考虑产品本身的大小和结构的复杂程度。本 次设计的零件为手柄，轮廓尺寸小，属于轻型零件。因此，按生产纲领与生产类型的关 系确定，该零件的生产

11、类型属于中批生产。2.2零件的作用如图1-1所示为手柄零件图。从该零件图可以判斷出图示典型的杆类零件，而且 为连杆类。手柄一头通过38mm孔连接，另一头通过（P22nnn孔其它部件连接，即该 手柄的作用是实现运动和动力的传递。图1-1手柄零件图Fig IT handle parts drawing2. 3零件的工艺分析如图1-1所示为手柄零件图。从该零件图可以判斷出图示典型的杆类零件，而且为连杆类。因此，其主要的要素应该包括两侧面，大、小头孔。另外，还有其他的辅 助要素：小头的槽和大头的径向孔以及杆身部分的锻造结构。由此，该零件的主要技 术要求如下：(1) 两侧面主要要保证其表面粗糙度Ra为6

12、.3/m，并要求有一定的对中性；(2) 大头孔直径为038H8,与侧面垂直度0. 08，其表面粗糙度Ra为3.2/m ；(3) 小头孔直径为022H9，与大头孔中心距为1280.2，其表面粗糙度Ra为3. 2/m ；(4) 小头孔槽槽宽为10/79，槽长控制与大头孔中心距离为85,其表面粗糙度 Ra 为 6. 3/in ；(5) 大头径向孔直径为04，通过两孔中心连线及两侧面对称面；(6) 杆身部分的锻造结构主要保证其壁厚为8mm，并要求有一定的对中性。3确定毛坯3. 1确定毛坯的制造方式零件材料为45钢，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较小，形状较简单， 外表面采用不去除材料方法获得粗糙

13、度要求，由于零件生产类型为中批生产，故本零 件毛坯选择锻件。选择模锻加工工艺有如下几点优势： 生产率较高，对工人技术水平要求不高。模锻时，金属变形是在模膛进行变形， 故能较快获得所需形状。 锻件的形状和尺寸较精确，表面质量较好，机械加工余量和锻造公差较小，允 许零件上有不经加工的黑皮毛面，故节省加工工时，材料利用率高。 可以锻制形状较复杂的模锻件，一般外形都不必简化，不用余块，可省工省料。 操作简单，易于实现机械化生产，工人劳动强度较小。从零件材料及力学性能要求，零件的结构形状与大小，生产类型，现有生产条件， 充分利用新工艺、新材料等多方面综合考虑选择模锻加工工艺中的锤上模锻。3.2锤上模锻工

14、艺规程制订锤上模锻生产的的工艺规程包括绘制锻件图、计算坯料重量和尺寸、确定模锻工 序、锻模模膛设计、选择模锻设备、坯料的加热、模锻件的修整工序(切飞边、冲孔、 校正、热处理)等。3. 2.1模锻锻件图的绘制模锻锻件图是根据零件图绘制的，是供设计和制造锻模、计算坯料以及成品检验 用的技术文件。绘制模锻锻件图时，应考虑以下几个问题：(1) 确定分模面位置 分模面即是上下锻模在模锻件上的分界面。制定模锻锻 件图时必须首先确定分模面，分模面位置选择是否合理，关系到锻件成形、锻件出模、 模具加工、工步安排和材料利用率等一系列问题。根据分模面的选择原则：保证顺利 出模；保证能及吋发现错模；保证金属易于充满

15、模膛；保证减少余块，节约金属材料； 保证锻模制造简单。所以，该锻件的分模面选在锻件上下两侧面的中部，以便发现上 下错模，分模应尽可能呈直线状。(2) 确定加工余量和锻件公差 模锻时金属坯料是在锻模成形的，因此模锻件 的精度和表面质量都较好，其加工余量和锻造公差比自由锻锻件小得多。加工余量一 般为14mm，锻造公差一般取0.33miii。模锻件也要规定锻造公差，以防锻件由于 上、下模没有闭合，金属没有完全充满模膛，上、下模发生错模，以及模膛磨损和变 形所产生的误差。对于重量约为15N，材质系数为Mi 锻件复杂系数为锻件尺寸 为26mm的手柄零件。査参考文献7表10-14得锻造公差取(：)；查参考

16、文献7 表10-16得，厚度方向余量为1.52. Omni，取为2.0mm ；查参考文献7表10-17得， 孔直径加工余量为2. Oinm。故毛坯尺寸为30(蛊)，孔为034。(3) 确定冲孔连皮锻件在模锻时不能锻出透孔，只能锻出盲孔，即中间有一层金属，称为冲孔连皮。对于孔径d25nnn的带孔模锻件上的孔应锻出，但应留出冲 孔连皮，模锻后再进行冲孔，将冲孔连皮冲去。冲孔连皮不宜太薄，以免损坏锻模。 冲孔连皮的厚度与孔径d有关：当孔径为卩30(p80min时，冲孔连皮的厚度为4 8伽(孔径小取下限，孔径大取上限)，但当d 扩小头孔工序05精铳B面；-扩大头孔；工序06钻小头孔；工序05铳槽；工序

17、07扩小头孔；工序06钻大头径向孔；工序08扩大头孔；工序07较小头孔钱大头孔；工序09铳槽；工序08倒大头孔角；工序10钻大头径向孔；工序09去锐边，去毛刺；工序11钱小头孔；工序10终检，入库。工序12钱大头孔；工序13倒大头孔角；工序15 终检，入库。方案一工序分散，其特点为：工序多，工艺路线长，每道工序所包含的加工容 少，每道工序只有一个工步；所使用的工艺设备与装备比较简单，易于调整与掌握； 有利于选用合理的切削用量，减少基本时间；设备数量多，生产面积大；设备投资少， 易于更换产品。方案二 工序比较集中，其特点为：零件各个表面的加工集中在少数几道工序完 成，每道工序的容和工步都较多；有

18、利于采用高效的专用设备和工艺装备，生产率较 高；生产计划和组织工作得到简化；生产面积和操作工人数量减少；工件装夹次数减 少，辅助时间缩短。加工表面的位置精度易于保证；设备、工装投资大，调整、维护 复杂，生产设备工作量大，更换新产品困难。本设计采用通用机床加工，此时对于方案二来说工件的装夹和刀具的调整使得工序的 辅助时间延长，效率低。再根据生产规模（中批量）、零件的结构特点和技术要求、 机床设备等具体生产条件综合分析，最后决定采用方案一所述的加工工艺路线，如表 3所示。表3 手柄零件加工工艺路线Tab. 3 Handle parts processing process line工序号加工容说明

19、01模锻毛坯锤上模锻02粗铳A面03粗铳B面04精铳A面留B面的精铳余董05精桃B面达到A B面图样要求06钻小头孔以A面为定位基准，保证大、小头孔中心距128mm07扩小头孔以A面为定位展准，保证大、小头孔中心距128mm08扩大头孔以A面为定位基准，保证大、小头孔中心距128mm09桃槽达到图样要求10钻大头径向孔达到图样要求11较小头孔达到图样要求12钱大头孔达到图样要求13倒大头孔角手工倒角14去锐边，去毛刺15终检入库4. 3选择机床及工艺设备4. 3.1机床的选择正确选择机床设备是一件很需要的工作，它不但直接影响工件的加工质量，而且 还影响工件的加工效率和制造成本。选择机床时应考虑

20、以下几个因素：(1) 机床尺寸规格与工件的形状尺寸应相适应(2) 机床精度等级与本工序加工需求相适应(3) 机床电动机功率与本工序所需功率应相适应(4) 机床自动化程度和生产效率与生产类型相适应综合以上因素，手柄零件各机械加工工序机床选择如表4所示。表4手柄零件各机械加工工序机床选择Tab. 4 Handle various machining process machine parts choice工序号加工容机床设备01模锻毛坯02粗铁A面X503203粗铁B面X503204精铁A面X503205精铁B面X503206鮎小头孔Z5150A07扩小头孔Z5150A08扩大头孔Z5150A09

21、铁槽X623010钻大头径向孔Z5150A11钱小头孔Z5150A12钱大头孔Z5150A13倒大头孔角14去锐边，去毛刺15终检入库4.3.2刀具的选择刀具的选择主要取决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，生产率要求和加工经济性等。应尽量采用标准刀具，在大批量生产中应采用高生产率的复合刀具0本设计中各机械加工工序刀具选择如表5所示o表5 丰柄零件各机械加工工序刀具选择Tab.5 Handle various machining processes parts of cutters工序号加工容机床设备刀具说明01模锻毛坯符合要求02粗铳A面X5032选用YT15硬质

22、合金刀片，大头直径03粗铳B面X5032镶齿套式面铳刀，054,査表可以选择刀盘直径为04精铳A面X5032刀盘直径处0处005精铳B面X503206钻小头孔Z5150A直柄麻花钻018 （见表6）07扩小头孔Z5150A整体高速钢扩孔钻021 （见表6）08扩大头孔Z5150A整体高速钢扩孔钻037 （见表6）09桃槽X6230直齿三面刃铁刀050x10锯片铳刀的厚度太小，不能满足槽宽1 Onim的要求10钻大头径向孔Z5150A直柄麻花钻04根据加工直径选择11较小头孔Z5150AB型直柄机用钱刀022H912钱大头孔Z5150AB型直柄机用钱刀038H913倒大头孔角14去锐边，去毛刺1

23、5终检入库4. 4工序余量、工序间尺寸及公差的确定4.4.1钱削两侧面毛坯设计时已确定毛坯尺寸为30（：；），双边加工余量为4mm。查参考文献7 表1-21得，精铳加工余量为0. 60. 8mm 取0. 6inin。故粗铳加工余量为1. 4mm。根 据侧面的精度要求，参照参考文献7，确定工序尺寸及余量，具体如下表6所示。 4.4.2加工小头孔查参考文献2确定各道工序的加工余量如下。钻孔加工余量=18mm ；扩孔加工余量=1. 5min ；较.孔加工余量=0. 5mm。工序尺寸的公差按加工方法所能达到的经济精度确定，按照参考文献2进行选 择:钱孔取IT9级，得Ta=0. 05加扩孔取IT12级，

24、得T2=0. 21 mm ；钻孔取IT12级， 得T尸0. 33min。各道工序的加工余量及公差具体如下表6所示。4.4.3加工大头孔查参考文献2确定各道工序的加工余量如下。扩孔加工余量=1. 5niin ；较.孔加工余量=0. 5min。工序尺寸的公差按加工方法所能达到的经济精度确定，按照参考文献2进行选 择:较孔取IT8级，得T=0. 039mni ；扩孔取IT12级，得T=0. 25mm。各道工序的加工 余量及公差具体如下表6所示。4.4.4钻径向孔该孔加工精度要求不高，可以一次钻孔加工出来*加工余量为4mm 表6 工序尺寸表Tab. 6Procedure sizes table工序名称

25、工序间余董/mm加工精度等级工序尺寸及公差/inin表面粗糙度精铳B面0.6铳削两侧面IT8266.3精铳A面0.6IT826.66.3粗铳B面1.4IT1227.212.5粗铳A面1.4IT122& 612.5较孔0.5加工小头孔IT9022严 $3.2扩孔1.5IT12021带6.3钻孔18IT13018严12.5较孔0.5加工大头孔IT8038捫3.2扩孔1.5IT12037严6.3毛坯03425钻径向孔鮎径向孔IT130412.54. 5切削用量及工时的确定确定切削用量，就是要在已经选择好刀具材料和几何角度的基础上，合理的确定 背吃刀量知、进给量/和切削速度冬。所谓合理的切削用量是指充

26、分利用刀具的切 削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切 削用量。正确的选用切削用量，对保证产品质量、提高切削效率和经济效益，具有重要作 用。切削用量的选择主要依据工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求，还应考虑刀 具合理的耐用度、工艺系统刚度及机床功率的条件。4. 5.1粗铳A面选择背吃刀量。单边加工余量为1. 4mm，在粗加工中可以一次性去除故取 ap =1. 4 mm。选择进给量。铳床X5032的功率为9. 09kW ；工艺系统刚度为中级；采用镶齿 式面铳刀；零件材料为45钢。查参考文献7表11-22得，粗铳时每齿进给量 af =0. 080.18mm/z

27、 粗加工中主要是保证加工效率故可取=0.18nini/z。选择切削速度和每分钟进给量。由于刀具直径do=80mni 查参考文献6表3.8 得刀具寿命 T=180min。根据参考文献6表 3.15 当 d(i=80imn Z=8 ap =1. 4nnn =0.18mm/z 时 * vct =154m/min vft =393mm/min nt =491r/min ；各修正系数为K”、= K= KMvf =1.0； kTv =kT)l= kTvf =1.14； kn. =kni = khf =1.0；0.8。代入修正系数计算得铳削速度为:v. = vclkY = 154 x 1.0x 1.14x

28、1.0 x 0.8 = 140/n/nin(4-1 )进给速度为:与=vftkt =393 xl.Oxl. 14x 1.0 x 0.8 = 358mm/min(4-2)主轴转速为：n = ntkn = 491 x 1 .Ox 1.14x 1 .Ox0.8 = 448r/nin(4-3)根据X5032型立铳床说明书（见参考文献6表3. 30）选择nc =475r/min ； % =375iiini/inin因此 实际切削速度和每齿进给量为矶3.14x80x475.v = = 11932 / min1000 1000(4-4)%375 n in /af = 010/znez 475x8(4-5)校

29、验机床功率。根据参考文献6表3. 23、5b =670MPa，.=54inm * ap =1. 4inm，di）=80inm vfc =375inm/min , Z=8 时、可近似取切削功率匕=4.15kW。根据 X5032 型立铳床说明书（见参考文献6表3. 30）知，主电动机功率PE=7.5kW，机床效率为% =0.75 则Pm /rm =4.15 /0.75 =5.5kWJ0 = 18mm 时，钻头强度允许的进给量为/20=l. llmm/r, f6=0.93mm/r。采用线性插值法有20-16 _ 20-18计算得/=1.02mm/r o(3)按机床进给机构强度选择进给量：根据参考文献

30、6表2. 9，当J,=670MPa，= 18min，机床进给机构允许的最大轴向力为24520NC査参考文献6表2. 36，Z5150型立式钻床说明书)时进给量/=1. 6mm/r 以上三个进给量比较可以看出，按加工要求选择的进给量最小，即受限制的进给 量是工艺要求，其值为/ = 0.35043mni/r。查Z5150型立式钻床说明书选择进给 量为 / = 0. 4nmi/r。由于是加工通孔，为了避免钻头在孔即将钻通时容易折斷，故宜在孔即将钻通时 停止自动进给采用手动进给。选择切削速度。查参考文献6表2.14，知 =670MPa的45钢的加工性属5 类。由参考文献6表2.13，当加工性为5类/ = 0.4mm/r，双横刃磨得钻头= 18min 时 yvc = 16m/min。切削修正系数为-kTv =1.0 ykcv =1. 0 % =1. 0 kMv = 1. 0 yksv =0. 8 故有(见式4-1)(4-8)