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1、第一部分第一节 序 言本次课程设计的任务是针对生产实际中的一个零件红75推土机铲臂右支架,制定其机械生产加工工艺规程。该零件的工艺过程总共包括了十四道工序,可分类为铣平面、镗孔、钻孔、扩孔、攻螺纹、倒角、铣开、去毛刺等工序。由于所加工的推土机铲臂右支架是带孔的零件,55mm孔不但是精度要求最高的孔,而且也是该零件的设计基准、装配基准与测量基准,所以加工此孔时需要经过粗镗、半精镗、精镗三道工序加工而成,而其他表面的加工都为粗加工,经一道工序即可完成。本次课程设计从机械加工工艺分析对零件进行制造和研究,用二维CAD制图软件夹具的总装配图,并手工绘制夹具体零件图。第二节 零件图的工艺分析一、零件的功
2、用分析 题目所给的零件是红75推土机铲臂右支架5.它位于推土机的前部,其作用是用来支撑铲臂上油缸3的支座,如图2-1所示。推土机在工作过程中,其铲臂1应能绕其回转中心上下摆动。摆动的动力是由油缸3 提供的。通过油缸油腔的进油与出油,可使得油缸活塞杆2伸出与缩回,从而实现铲臂1的上下摆动。同时,油缸3和活塞杆2本身亦需做微幅摆动。活塞杆2伸出端与铲臂1铰接,油缸3的尾部与轴线固定的轴4铰接。右支架5的作用是在轴4的一端对其进行固定.右支架5都分上盖和支架座两部分,每一部分都有一与轴接触的55mm半圆孔,上盖与支架座通过螺钉与轴4连接在一起。支架体上有轴线空间交叉成 4610的两个43.5mm的叉
3、孔,叉孔与杆6焊死。杆6的另外一端与一块钢板7焊接在一起,钢板7与推土机底盘铆接,最终把轴4与底盘固定在一起。从零件的实际功用看,右支架5的主要作用是连接与紧固。1-铲臂 2-活塞杆 3-油缸 4-轴 5-右支架 6-杆 7-钢板图2-1 右支架功用是意图二、零件的工艺分析从零件图上可以看出,标有表面粗糙度符号的表面有平面、退刀槽、孔等。其中,表面粗糙度要求最高的是55mm孔,公差等级达到IT8级,表面粗糙度为Ra1.6m。该孔是右支架的主要设计基准。从表面间的位置精度要求来看,A、B两端面即前、后两端面应与55mm孔轴线垂直,两个43.5mm孔的轴线应垂直与55mm孔轴线,且两43.5mm轴
4、线的夹角应为4610,夹角顶点在55mm孔的轴线上。从工艺上看,43.5mm孔的轴线对55mm孔的轴线的垂直度要求为 0.2100,相当于公差等级10级,可以通过使用专用夹具来保证。55mm孔公差等级为IT8级,表面粗糙度为Ra1.6m,可通过精镗保证。平面A、B用于轴的轴向定位,小凸台C平面与B平面在同一平面上,在零件的工作过程中不起作用。由于工艺凸台C平面面积较小,为保证铸件质量,将B、C平面取为浇铸的底面位置,将A面作为浇铸时的顶面位置。对右支架零件图进行工艺审核后,可知该零件图视图正确、完整、尺寸、公差及技术要求齐全,加工要求合理,零件的结构工艺性较好。机械加工工序的安排一、确定零件的
5、生产类型按设计任务书,红75推土机年产量为4500台/年,其上有左、右支架各一件。若右支架备品率为8%,机械加工废品率为1%,则该零件的年生产纲领为45001+8+1件/年=4905件/年 3-1可见,右铲臂支架的年生产量为4905件。推土机铲臂支架可看成独立的一部分,属轻型机械。因此,根据表,有生产纲领与生产类型的关系可确定该零件的生产为中批生产,其毛坯制造、加工设备及工艺装备的选择应呈现中批生产的工艺特点,如多采用通用设备配以专用的工艺装备等。二、确定毛坯制造形式由该零件的功用及推土机的工作状况知,铲臂支架与连接支架上盖与支架座的螺钉承受的都是冲击性载荷,故要求该支架材料应具备较高的强度与
6、抗冲击能力。因此,原设计单位选用了既满足要求,价格有相对低廉的铸钢材料ZG310-570,因此可以确定毛坯的制造形式为铸造。一般工程用铸钢的特性和应用见表。由于该支架为成批生产,由表可知,选择砂型机器造型,铸钢件的公差等级为CT9级。该零件的形状不是十分复杂,因此毛坯的形状与零件的形状应尽量接近。由于在55mm孔的轴线方向上还有一个49mm孔,从减少加工余量考虑,此处的毛坯孔可以与55mm的毛坯孔一起铸成阶梯孔。2个43.5mm孔径也较大,因此在铸造时也应铸成出毛坯孔。三、选择定位基准定位基准的选择是工艺规程制定中的重要工作,它是工艺路线是否正确合理的前提。正确与合理地选择定位基准,可以确保加
7、工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类、提高生产率。 精基准的选择精基准的选择原则为：基准重合原则、基准统一原则、互为基准原则、自为基准原则。可根据以上原则进行精基准的选择。右支架是带孔的零件。55mm孔不但是精度要求最高的孔,而且也是零件的设计基准。装配基准与测量基准。为避免由于基准不重合而产生的误差,保证加工精度,应选55mm孔为基准,即遵循基准重合的原则。同时为了定位可靠,使加工过程稳定、减小振动,还可选B、C平面为精基准。即选55mm孔及地面B、工艺凸台面C所构成的组合平面作为精基准,以一个长孔与一个大端面定位。为了避免过定位可采用55mm孔一段短孔与端面的组合,或采用55mm孔
8、长孔与 55mm孔一小部分端面的组合。考虑到该零件精度不是太高以及加工时的稳定性,最终选底面B和工艺凸台C作为第一定位基准,限制三个自由度,55mm短孔作为第二定位基准,限制二个自由度。为了限制右支架绕55mm孔中心线的旋转自由度,还可选二个43.5mm孔之一的外缘表面作为第三定位基准,在此设置一个挡销。在右支架的加工过程中,该组合表面还可作为大部分工序的定位基准,加工其他的次要表面,体现了基准统一的选择原则。 粗基准的选择粗基准的选择原则为：合理分配加工余量的原则、保证相互位置的要求的原则、便于装夹的原则。55mm孔为重要表面,加工时要求余量小而均匀,因此应选择该55mm长孔为粗基准。但此时
9、的定位、夹紧装置结构复杂。考虑到该零件精度要求不是太高,可选底面B与工艺凸台面C的组合表面作为粗基准,这样可使定位和加紧方便、可靠。由于采用机械造型,铸件有一定的精度,基本可以保证55mm孔的加工余量均匀。由上可看出,粗、精基准选择结果基本上是一致的,均选择了底面B与工艺凸台面C所构成的组合表面。四、选择加工方法 平面的加工平面的加工方法很多,有车、刨、铣、磨、拉等。对于本支架,面A与面B的粗糙度要求Ra12.5m,其距离尺寸100mm为未注公差尺寸。由表5-11,根据 GB/T1804-2000规定,选用中等级m,相当于IT13级,故可考虑粗车或粗端铣,但车削加工底面的工艺凸台C时会出现断续
10、车削,冲击较大,故选择端铣加工方式。 孔及退刀槽的加工孔的加工方式有钻、扩、镗、拉、磨等。对于已铸出55mm孔和49mm孔的阶梯型毛坯,可采取在车床上镗孔的方式。原因之一是该零件的结构紧凑,重量也不大,适用于车削加工；原因之二是该零件精度不是很高,使用车床镗孔较为经济。对于49mm孔,其公差等级为IT14,退刀槽属未注公差尺寸,两孔都可一次镗出。55mm孔的公差等级为IT8级,表面粗糙度要求为Ra1.6m,可采取 粗镗半精镗精镗的加工方式。对于右支架座上四个M20mm螺纹底孔及6个20mm孔,都属于未注公差尺寸,可在实体上一次钻出。对于二个43.5mm孔,要求其轴线与55mm孔轴线垂直,且二个
11、43.5孔轴线夹角成4610,考虑到毛坯上已有预铸孔,可采取一次扩孔实现。加工方法有两种：用麻花钻扩孔； 用扩孔钻扩孔。在实际生产中常用经修磨的麻花钻当扩孔钻使用。由表5-12知钻孔的公差等级为IT12IT13,可以满足加工要求,故这里使用锥柄麻花钻进行扩孔。 螺纹加工右支架座上4个M20mm螺纹孔应采取攻螺纹的方式。在攻螺纹工序之前应设置一道倒角工序,或在本工序中应先设一道倒角工步,以避免折断丝锥,使攻螺纹顺利进行。 零件的剖开右支架最终要分成上盖与支架座两部分,剖分面表面粗糙度要求为Ra12.5m,中心面应通过55mm孔的轴线。可利用心轴定位将其一次或分两次在铣床上用锯片铣刀铣开。为使定位
12、方便及使夹具的结构简单采取在一个工序中分两次安装铣开的方法,即在卧铣刀杆上装有两把锯片铣刀,分别用于铣开右支架的一半。五、制定工艺路线1右支架零件的生产类型是中批量生产,其工艺特点是尽量选用通用机床并配以专用夹具。在安排本零件工艺路线的过程中主要考虑了以下几个方面：底面B与55mm孔一部分短孔为精基准,同时底面B也是粗基准,根据先面后孔和基面先行的原则,最先开始加工顶面A与底面B,底面B与工艺凸台面C属于同一平面,装卡后一次加工。右支架加工表面中55mm孔精度最高,一切工序都是围绕保证该孔的精度开安排。根据先主后次的原则,55mm孔应安排在工艺路线的前部进行,但又不能一次加工到设计要求,否则在
13、后续的工序中利用该表面定位加工一些次要表面时,有可能损伤该表面。先粗后精是针对整个工艺路线而言的,而并非只对某一表面而言。对于55mm孔,它是其他次要表面的基准,必须先加工出来。在具体处理时可将 55mm孔半精加工后作为统一的精基准来加工其他次要表面,待这些次要表面加工完成之后在对其精加工至图样要求。2工艺路线安排如何安排工艺路线,一定要根据现场实际情况,具体情况具体分析。最终的工艺路线安排如下：工序05：粗铣顶面A 定位基准：底面B、工艺凸台C面。工序10：粗细底面B、工艺凸台C面 定位基准：顶面A。工序15：粗镗49mm孔工步一及退刀槽356mm工步二 定位基准：底面B、工艺凸台C面及55
14、mm毛坯孔。工序20：粗镗55mm孔工步一及倒角C2工步二 定位基准：顶面A及49mm孔。工序25：半精镗55mm孔 定位基准：顶面A及49mm孔。工序30：扩243.5mm孔定位基准：底面B、工艺凸台C面、55mm孔及43.5mm孔外缘。工序35: 243.5mm倒角C2 定位基准：底面B、工艺凸台C面、55mm孔及43.5mm孔外缘。工序40：钻620mm孔 定位基准：底面B。工艺凸台C面。55mm孔及一个43.5mm孔。工序45：钻4M202螺纹底孔18mm 定位基准：底面B、工艺凸台C面、55mm孔及一个20mm孔。工序50：精镗55mm孔工步一及倒角C2工步二定位基准：顶面A及49m
15、m孔。工序55；铣开两次安装 安装一：铣开零件一侧 定位基准：底面B、工艺凸台C面、55mm孔及一个20mm孔。 安装二：铣开零件另一侧 定位基准：底面B、工艺凸台C面、55mm孔及铣开的切口。工序60：扩上盖621mm孔定位基准：剖分面、55mm半圆孔及一端面。工序65：4M202底孔倒角工步一、攻4M202支架座螺纹工步二 定位基准：55mm半圆孔、端面及一个20mm孔。工序70：去毛刺、清洗、检验。六、确定毛坯余量及毛坯尺寸一确定加工余量该支架材料为ZG310-570,屈服强度=310MPa,抗拉强度=570MPa,采用砂型机器造型,且为成批生产。由表5-2知,铸钢件采用砂型机器造型时,铸件尺寸公差为CT8CT12级,此处选为CT9级。由表5-3选择加工余量为H级,根据机械加工后铸件的最大轮廓尺寸有表5-4可查的各加工表面加工余量,如下表所示： 右支架各加工表面加工余量加工表面单边余量/mm双
