支架课程设计

中物院工学院机械制造与

数控技术

课程设计说明书

设计题目：设计“支架”零件的机械加工工艺规程及工艺装备（生产纲领：6000件）

班级：2012级数控3班

设计者：张栩铭、文兴举、漆光强

指导教师：宋老师

评定成绩：

设计日期：2014年5月19日星期一

中物院工学院

机械制造工艺学课程设计任务书

设计题目：设计“支架”零件的机械加工工艺规程及工艺装置（生产纲领：6000件）

设计内容：1.产品零件图1张

2.产品毛坯图1张

3.机械加工工艺过程卡片1份

4.机械加工工序卡片1套

5.夹具设计装配图1份

6.夹具设计零件图1套

7.课程设计说明书1份

班级：2012级数控3班

设计者：张栩铭、文兴举、漆光强

指导教师：宋老师

2014年5月19日

序言

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程的一次重要而深入的综合性连接，也是一次理论联系实际的训练。因此，他在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。

就我们而言，希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给与指导。

一、零件的分析

（一）零件的作用

支架是起支撑作用的构架，承受较大的力，也具有定位作用，使零件之间保持正确的位置。主要用于固定建筑及结构中管道电缆的支架，提升空间利用，生产效率等，可分为一般支架和成品支架等分类，这里我们分析的是立柱支架。本零件下端有两个?11的螺钉孔，用于安装并固定支架，上端有两个销孔，其中大的?10的销孔用于连接，M6的螺纹孔用于固定连接大销孔的物体。

（二）零件的工艺分析

本零件用35号钢铸成，立柱支架共有两组加工表面，他们之间要求互相垂直。现分析如下：

先用铣床把外形铣出来，长200mm宽高为30mm的长方体，然后铣出一面高为25mm至160mm，然后打磨45°斜面，保证余量35mm.以顶端为基准面，?10H7孔为中心的加工表面。这一组加工中有?10销孔，还有孔边缘的倒角C1，M8螺纹孔。深度为30mm，M8孔深15Mmm，?10孔深15mm。以底面中心为加工表面。这一组加工表面包括：两个?17深11mm的孔及两个以?17同心?11的通孔第一个孔距离底端15mm，第二个孔距离底端43±0.2，距离第一个孔28±0.2。一个M6的螺纹孔，打至15mm深。对于图中的精度要求而言，尺寸公差要求不高，只有?10要求精度为H7，形位公差也没做要求。而表面粗糙度只有45°台阶面和上端门面要求的为Ra1.6,其余为6.3。精度高的面要贴近零件加工，可作为精基准，也方便基准互换。

由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一表面，并且保证他们互相垂直。

二、工艺规程设计

（一）确定毛坯的制造形式

该零件材料为35钢，零件在工作过程中经常承受交变载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量为6000件，已达到大批量生产的水平，且轮廓尺寸不大，总体呈长条形，所以，可以采用锻模成型。这对提高生产效率、保证加工质量也是有利的。

（二）基面选择

1、粗基准的选择

该零件支架为长条形的方形零件，对于此类零件而言，按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），一般选用不加工的底面作为粗基准。

2、精基准的选择

精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。一般选用高精度的45°台阶面为精基准。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

（三）制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以采用万能铣床配以专用工、夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。

1、工艺路线方案一

工序一：粗铣外轮廓至201x31

工序二：钻φ11通孔

工序三：粗铣φ11孔两端面

工序四：精铣φ11孔两端面至尺寸

工序五：精铣其它不加工面至尺寸

工序六：扩φ11孔至φ17，深11

工序七：钻φ8至深30

工序八：扩φ8至φ10H7，深15

工序九：倒φ10H7顶角C1

工序十：攻φ8至M8

工序十一：钻φ6至尺寸，攻螺纹至M6

工序十二：加工台阶面，斜面45°

工序十三：终检

2、工艺路线方案二

工序一：粗铣支架外轮廓面

工序二：精铣外轮廓面至尺寸

工序三：粗铣右端面，台阶

工序四：精铣右端面，台阶至45°

工序五：钻M8孔，深30

工序六：倒M8顶角C2

工序七：扩M8至φ10H7，深15

工序八：倒φ10H顶角C1

工序九：攻M8至螺纹层

工序十：钻φ11通孔

工序十一：扩φ11至φ17，深11

工序十二：钻M6至尺寸

工序十三：攻M6至尺寸

工序十四：终检

3、上述两个工艺方案特点在于：方案一时先加工有孔表面，且以钻台阶孔为优先，再加工其余小孔及螺纹，最后铣出台阶面；而方案二是先把所有外轮廓面以及台阶加工，再加工小孔，再加工大孔。经比较可见先整体加工外轮廓以及台阶面，不仅可以保证表面粗糙度，而且可以保证加工孔时的位置精度，而先加工大阶梯孔，后加工各小孔可方便快速加工，且可以减少换刀次数。故方案二中

工序1~4可代替方案一中外轮廓加工，而方案二中工序2、6~12可行。

工序一：粗铣支架外轮廓面

工序二：精铣外轮廓面至尺寸

工序三：粗铣右端面，台阶

工序四：精铣右端面，台阶至45°

工序五：加工台阶面，斜面45°

工序六：钻φ11通孔

工序七：扩φ11孔至φ17，深11

工序八：钻φ8至深30

工序九：扩φ8至φ10H7，深15

工序十：倒φ10H7顶角C1

工序十一：攻φ8至M8

工序十二：钻φ6至尺寸，攻螺纹至M6

工序十三：终检

这样做，可以修正由于基准不重合造成的加工误差，同时也照顾了原有的加工路线中装夹方便的特点。因此，最后加工路线确定如下：

工序一：粗铣支架外轮廓面；φ8面铣刀：X6140万能工具铣床

工序二：精铣外轮廓面至尺寸；φ8面铣刀

工序三：粗铣右端面，台阶；φ8面铣刀

工序四：精铣右端面，台阶至45°；φ8面铣刀

工序五：加工台阶面，斜面45°；φ8面铣刀

工序六：钻φ11通孔；φ11麻花钻；Z3025钻床

工序七：扩φ11孔至φ17，深11；φ17平头钻

工序八：钻φ8至深30；φ8麻花钻

工序九：扩φ8至φ10H7，深15；φ10麻花钻

工序十：倒φ10H7顶角C1；φ15麻花钻

工序十一：攻φ8至M8；M8丝锥

工序十二：钻φ6至尺寸；φ6麻花钻

工序十三：攻螺纹至M6；M6丝锥

工序十四：终检

以上工艺过程详见机械加工工序卡和刀具卡。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确定

该零件为“支架”零件材料为35钢，未热处理时硬度为197HBS，生产类型为大批量生产，可采用锻锤上合模模锻毛坯。

根据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：

1.外表面（主表面200x30，侧面200x25，45°斜台阶面）

考虑其加工长度为200mm，与其连接的方形外轮廓为30mm，加工宽度也为30mm，为简化模锻毛坯外形。表面粗糙度值要求为Ra6.3，部分高精度表面要求为Ra1.6，要求为精加工。在此基础上，还要精加工45°斜台阶面，则我们可把毛坯余量剩余为2~3mm能满足要求。

2.长度方向

由图可知，因为没有对图形外面长度进行长度和行为公差的规定，所以按照

一般的加工精度为IT13，在满足要求的前提下可以减轻加工难度以及加工成本。长度方向的余量查《机床制造工艺与机床夹具课程设计指导》（以下简称《课程设计》）表2-13可知，其余量值规定为2.0~2.5mm ，现可取2.0mm 。

3.两阶梯孔φ11，φ17深11

毛坯为实心，φ11为通孔，φ17为平底沉孔，对表面粗糙度及形位公差没有要求，所以φ11可以一次性加工完成。因为材料为35钢，根据《机械工程材料》表5-3所知其抗拉强度b σ=530Mpa ，满足b σ≤784MPa 的条件，所以确定进

给量为0.22~0.28.我们取0.24.

对于φ17深11平头沉孔，根据《课程设计》表2-8可得加工余量可留0.22.

4.螺纹销M8，φ10H7孔

在加工此销控时先加工出φ8孔以便攻螺纹，根据《课程设计》表2-23可得，M8孔的进给量选用0.13~0.17.我们选用0.16

φ10H7扩孔根据《课程设计》表2-17可得，留余量0.2，进给量同样取0.24

5.定位螺纹孔M6

M6螺纹孔没有做精度要求，所以可以直接加工，根据《课程设计》表2-8和表2-23可得，余量可给0.09，进给量选用0.12.

(五)确定切削用量及基本工时

工序一：粗细支架外轮廓面

加工条件：工件材料为35钢退火，b σ=650Pa ，模锻，硬度197HBS

加工要求：粗铣206x36，表面粗糙度为Ra1.6

机床：X6140万能工具铣

刀具：φ8面铣刀，刀片材料为高速钢W18Cr4V

根据《课程设计》表2-21和表2-22得面铣刀进给量选0.05mm/z ，铣削速度取Vc=20m/min 。

工序二：精铣外轮廓面至尺寸

加工条件、加工要求、机床和刀具同工序一

考虑到是精加工铣削，工件左端台阶面和上面要达到Ra1.6的要求，所以，在铣削速度可保持不变的状态下，根据《切削用量简明手册》（以下简称：《切削手册》）表3.3可知，我们选择进给量为0.6mm/r 。

工序三、四、五同样为加工的是外表面，铣削方法相同，所以粗铣和精铣的切削用量相同。

工序六：钻φ11通孔

孔加工时，35钢的加工性为5类，查《切削手册》表2.7和2.13可知，进给量f=0.22mm/r, 切削速度Vc=17m/min

1000100017492/min 11

c s v n r

d ππ?===? 按照《机械制造工艺设计手册》（以下简称《工艺手册》）表4.2-12得，实际转速w n =500 所以实际切削速度为11500

/min 17.28/min 10001000w w

d n v m m ππ??===

工序七：扩φ11孔至φ17，深11

因为刀具为φ17扩孔钻，查《切削手册》表2.10可得f=0.6mm/r 根据《切削手册》表2.13扩孔钻扩孔是的切削速度为

0.4v v =钻=0.4x11=4.4m/min

10001000 4.482/min 17

c s v n r

d ππ?===? 根据机床选择80w n =。

工序八：钻孔φ8

根据有关资料介绍，利用钻头进行扩孔钻时其进给量和切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量和切削速度的关系

(1.2~1.8)f f =钻

11~23

v v =钻（） 式中f v 钻钻，为加工实心孔时的切削用量

根据《切削手册》表2.7和表2.13可得=0.22f 钻，=12m/min v 钻，所以

t=1.8f 钻=0.396mm/r （按机床取t=0.40mm/r ）

v=0.4v 钻=4.8m/min

10001000 4.8/min 19/min 8s v n r r D ππ

?=== 按机床选取24/min w n r =，所以实际切削速度为

824/min 0.60/min 1000

w v m m π??==，切削工时L=30min

因此：t=180/0.4x24min=15.62min

工序九：扩φ8的至φ10Η7

根据《切削手册》表2.10规定，查得扩φ10孔的进给量，并根据机床规格选f=0.5mm/r 扩孔钻扩孔时的切削速度，根据其他有关资料，确定为0.4v v =钻。式中，v 钻为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度。故

0.4v v =钻=0.4x12=4.8m/min

1000 4.8/min 15.29/min 10

s n r r π?=

=?，按机床选w n =24r/min 切削工时L=150mm ，150min 12.5min 240.5

t ==? 工序十和工序十一为攻螺纹和倒角，可按一般情况取切削用量。

工序十二：钻孔φ6 现已知=0.22f 钻，=12m/min v 钻

f=1.8x0.22m/min=0.40mm/r v=0.4x12m/min=4.8r/min

10001000 4.825/min 6s v n r d ππ

?=== 按机床可取w n =24r/min 所以：624452.16/min 1000v m π??=

= t=1500.2225?=100min 。