毕业设计（论文）-固定耳板的加工工艺与钻4-φ11夹具设计

IXX大学毕业设计论文固定耳板的加工工艺与钻夹具设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日II摘要固定耳板零件加工工艺及钻床夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词工艺，工序，切削用量，夹紧，定位，误差IIIABSTRACTTHEFIXEDLUGPARTSPROCESSINGTECHNOLOGYANDDRILLINGFIXTUREDESIGNISTHEDESIGNOFPROCESSDESIGN,INCLUDINGMACHININGPROCESSDESIGNANDFIXTURETHREEINPROCESSDESIGNSHOULDFIRSTOFALLPARTSFORANALYSIS,TOUNDERSTANDPARTOFTHEPROCESSTODESIGNBLANKSTRUCTURE,ANDCHOOSETHEGOODPARTSMACHININGDATUM,DESIGNTHEPROCESSROUTESOFTHEPARTSTHENTHEPARTSOFEACHSTEPINTHEPROCESSTOTHESIZECALCULATION,THEKEYISTODETERMINETHECRAFTEQUIPMENTANDTHECUTTINGDOSAGEOFEACHWORKINGPROCEDUREDESIGNTHENTHESPECIALFIXTURE,THEFIXTUREFORTHEVARIOUSCOMPONENTSOFTHEDESIGN,SUCHASTHECONNECTINGPARTPOSITIONINGDEVICES,CLAMPINGELEMENT,AGUIDEELEMENT,FIXTUREANDMACHINETOOLSANDOTHERCOMPONENTSPOSITIONINGERRORCALCULATEDBYTHEANALYSISOFFIXTURE,JIGSTRUCTURETHERATIONALITYANDTHEDEFICIENCY,PAYATTENTIONTOIMPROVINGANDWILLDESIGNINKEYWORDSPROCESS,CUTTINGDOSAGE,CLAMPING,POSITIONING,IV目录摘要IIABSTRACTIII目录IV第1章序言6第2章零件的分析721零件的形状722零件的工艺分析7第3章工艺规程设计831确定毛坯的制造形式832基面的选择833制定工艺路线8331工艺路线方案一8332工艺路线方案二9333工艺方案的比较与分析934选择加工设备和工艺装备10341机床选用10342选择刀具10343选择量具1035机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定1136确定切削用量及基本工时12第4章加工411夹具设计2141夹具设计要求说明2142定位原理及其实现2143定位原件选择2144夹紧机构的选择22V45零件的夹具的加工误差分析2246确定夹具体结构尺寸和总体结构2347零件的专用夹具简单使用说明24总结26致谢27参考文献28全套设计加197216396或401339828VIVIIVIIIIXX11第1章序言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。固定耳板零件加工工艺及钻床夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证尺寸证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。12第2章零件的分析21零件的形状题目给的零件是固定耳板零件，主要作用是起连接作用。零件的实际形状如上图所示，从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单。具体尺寸，公差如下图所示。22零件的工艺分析由零件图可知，其材料为Q235，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。固定耳板零件主要加工表面为1铣削底面，表面粗糙度值为125。ARM2铣削左端面，表面粗糙度值125。ARM3铣削右端面，表面粗糙度值125。4钻扩铰45和钻扩铰11，及表面粗糙度值32。AR固定耳板共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下1端面的加工表面这一组加工表面包括端面，内孔。这一部份只有端面有63的粗糙度要求。其要求并不高，粗车后半精车就可以达到精度要求。245和11的加工表面这一组加工表面包括钻扩铰45和11孔。13第3章工艺规程设计本固定耳板假设年产量为10万台，每台车床需要该零件1个，备品率为19，废品率为025，每日工作班次为2班。该零件材料为Q235，依据设计要求Q100000件/年，N1件/台；结合生产实际，备品率和废品率分别取19和025代入公式得该工件的生产纲领N2XQN1（1238595件/年31确定毛坯的制造形式零件材料为Q235，年产量已达成批生产水平，而且零件轮廓尺寸不大，可以采用型材，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成本上考虑，也是应该的。32基面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，生产效率得以提高。否则，不但使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。粗基准的选择，对像固定耳板这样的零件来说，选好粗基准是至关重要的。对本零件来说，如果外圆的端面做基准，则可能造成这一组内外圆的面与零件的外形不对称，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做粗基准，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应位置精度较高的不加工表面做为粗基准。对于精基准而言，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时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。33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。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。331工艺路线方案一1410开料型材开料毛坯20铣铣大端面30铣铣四周侧面40车车R193圆弧面50钻钻扩铰4560钻钻扩铰41170去毛刺钳工去毛刺80终检按图样要求检验90入库入库332工艺路线方案二10开料型材开料毛坯20铣铣大端面30铣铣四周侧面40车车R193圆弧面50钻钻扩铰4560钻钻扩铰41170去毛刺钳工去毛刺80终检按图样要求检验90入库入库333工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于方案一的定位和装夹等都比较方便，但是要更换多台设备，加工过程比较繁琐，而且在加工过程中位置精度不易保证。方案二减少了装夹次数，但是要及时更换刀具，因为有些工序在车床上也可以加工，镗、钻孔等等，需要换上相应的刀具。而且在磨削过程有一定难度，要设计专用夹具。因此综合两个工艺方案，取优弃劣，具体工艺过程如下10开料型材开料毛坯1520铣铣大端面30铣铣四周侧面40车车R193圆弧面50钻钻扩铰4560钻钻扩铰41170去毛刺钳工去毛刺80终检按图样要求检验90入库入库34选择加工设备和工艺装备341机床选用工序40用6140车床加工，各工序的工步数不多，成批量生产，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大，精度要求属于中等要求，选用最常用的CA6140型卧式车床。参考根据机械制造设计工工艺简明手册表427。工序50、60是钻孔，选用Z525摇臂钻床。工序2030是铣削加工,这两个面的要求精度不高,从经济角度看,采用X52K铣床。342选择刀具在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用YG6类硬质合金车刀，它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。为提高生产率及经济性,可选用可转位车刀GB5343185,GB5343285。钻孔时选用高速钢麻花钻，参考机械加工工艺手册（主编孟少农），第二卷表102147及表10253可得到所有参数。343选择量具本零件属于成批量生产，一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。1635机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“固定耳板”零件材料为Q235，查机械加工工艺手册（以后简称工艺手册），表2217各种铁的性能比较，铁的硬度HB为143269，表2223铁的物理性能，HT200密度7273（），计算零件毛坯的重量约为2。3CMGKG表31机械加工车间的生产性质同类零件的年产量件生产类别重型（零件重2000KG）中型（零件重1002000KG）轻型（零件重11801320151101表37通用型麻花钻的主要几何参数的推存值（根据GB613785）（）DMM2F86180030118124060表38钻头、扩孔钻和铰刀的磨钝标准及耐用度（1）后刀面最大磨损限度MM钻头直径D0（MM）刀具材料加工材料20高速钢铸铁0508（2）单刃加工刀具耐用度TMIN刀具类型加工材料刀具材料刀具直径D0（MM）231120钻头（钻孔及扩孔）铸铁、铜合金及合金高速钢60钻头后刀面最大磨损限度为0508MM刀具耐用度T60MIN确定进给量查机械加工工艺手册孟少农主编，第二卷表104高速钢钻头钻孔的进给量为F025065,根据表413中可知，进给量取F060。ZMRM确定切削速度查机械加工工艺手册孟少农主编，表10417高速钢钻头在灰口铸铁（190HBS）上钻孔的切削速度轴向力，扭矩及功率得，V12，参考机械加工IN工艺手册孟少农主编，表10410钻扩铰孔条件改变时切削速度修正系数K10，R085。MVTVV121032（3850MIN17）则131（3NIR18）查表4212可知，取N150MINR则实际切削速度118V实确定切削时间查机械加工工艺手册孟少农主编，表10443，钻孔时加工机动时间计算公式T（3IFNLLW119）其中LL5L23F2MDRKCOTWM1M则T913S确定钻孔的切削用量钻孔选用机床为Z525摇臂机床，刀具选用GB143685直柄短麻花钻，机械加工工艺手册第2卷。根据机械加工工艺手册第2卷表1042查得钻头直径小于10的钻孔进给M量为020035。RM则取RF302310DN05436057324确定切削速度，根据机械加工工艺手册第2卷表1049切削速度计算公式为（3MIN0KFATDCVVYXPMZV20）查得参数为，刀具耐用度T35150,25,18ZCVVVVMIN则165012502337IN所以72N46MIR选取I120所以实际切削速度为26473VIN确定切削时间（一个孔）TS208工序60钻扩铰411孔两端倒角。机床立式钻床Z525刀具根据参照参考文献3表439选高速钢锥柄麻花钻头。钻孔411MM钻孔411MM时先采取的是钻108MM孔，再铰孔到11，所以。108DM切削深度PA54M进给量根据参考文献3表2438，取。FRMF/30切削速度参照参考文献3表2441，取。V48VS机床主轴转速N，100486539/IN31VRD按照参考文献3表3131，取0N所以实际切削速度V1865/DMS切削工时被切削层长度L42M刀具切入长度11720596RDLCTGKCTGM25刀具切出长度取2LM41ML32走刀次数为1机动时间JT605IN3JLFN2铰孔11刀具根据参照参考文献3表4354，选择硬质合金锥柄机用铰刀。切削深度，且。PA015M10D进给量根据参考文献3表2458，取。FRMF/02RF/02切削速度参照参考文献3表2460，取。VSV3机床主轴转速N10032657/IN14RD按照参考文献3表3131取MN实际切削速度V063/0S切削工时被切削层长度L42刀具切入长度，100197209RDDLCTGKCTGM刀具切出长度取2LM4L32走刀次数为1机动时间3JT097IN315JLNF该工序的加工机动时间的总和是JT20167048MINJ26第4章加工411夹具设计41夹具设计要求说明夹具是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位、夹压、刀具的导向以及装卸工件时的限位等作用。因此，该臂板孔加工钻夹具的设计要求主要有以下几个方面1、满足尺寸精度要求长短臂板主要保证芯板组件组合后的产品安装连接尺寸，H1、H2。四个孔之间的相对位置关系。长短臂板与芯板连接后的H3尺寸。还要保证铰制孔与长短臂板两个侧面的垂直度，铰制孔与铰制孔之间的相对位置，铰制孔到芯板部件圆心的的距离，铰制孔与万向套孔之间的相对位置。2、夹具具备通用性由于离合器的类型多样性与各个厂家的要求不一样，所以加工类型属于多品种、小批量生产，为降低夹具的制作成本，要求一副夹具加工范围涵盖各个规格品种。在更换不同类的工件后夹具不需要大幅度调整，操作需要简单方便快捷。通用性也是本夹具考虑的重点，是本夹具的核心所在。通过观察图纸发现长短臂板有一个共同的特点，就是都有一个万向套孔，而且它的精度要求、形位公差要求都比较高适合以这个孔定位。所以一面两销的定位方法比较适合本工件。也能实现夹具的通用性。3、安装调试方便夹具要具有安装方便，调试简单，通用性强等优点。42定位原理及其实现根据被加工零件的结构特征，选择“一面两销”的定位原理，其定位基准如图3所示。根据六点定位原理，即以工件的内孔为定位基准面，约束了Z向的移动；X向的转动；Y向的转动3个自由度。套在万向套孔上的芯轴约束了X向的移动；Y向的移动2个自由度。轴承与工件上接触的两点形成一条线约束了Z向的1个转动自由度。这样工件的6个自由度被完全被消除，获得到了完全定位，所以本夹具完全符合六点定位原理。43定位原件选择如图3所示，定位套台阶面与定位顶块台阶面来保证工件的水平。定位套的定位27外圆和定位顶块上的两个轴承来保证工件XY平面上的位置。定位套选用CR12淬火件来增加使用寿命，轴承属于标准件采购方便也容易更换。44夹紧机构的选择夹紧装置中产生源动力的部分叫做力源装置，常用的力源装置有气动、液压、电动等夹紧装置中直接与工件的被夹压面接触并完成压夹作用的元件称为夹紧元件，本设计采用了手动螺母压板夹紧，夹紧点如图3黑色加粗点所示。因为本产品不是大批量单一性的工件，所以如果采用气动或者液压夹紧方式的话有点大材小用，浪费人力物力财力显得有点划不来。本工件只需要加工四个孔，切削力实验后发现手动夹紧方式完全满足要求。综合考虑手动压板压紧机构是最优的选择。5、使用说明工件安装时，用压板或者螺栓将夹具固定在工作台上，用百分表校准夹具的平行度。这样就可以保证长短臂板的万向套孔与加工后的四个铰制螺钉孔的圆弧中心在一直线上，从而保证芯板部件的技术尺寸要求。本套夹具的使用首先要根据长短臂板的万向套孔选择合适的定位套，然后根据长短臂板的大小调整定位楔块的前后距离留一定的微调距离，最后微调夹紧。45零件的夹具的加工误差分析工件在夹具上加工时，加工误差的大小受工件在夹具上的定位误差、夹具误差D、夹具在主轴上的安装误差和加工方法误差的影响。JAG如夹具图所示，在夹具上加工时，尺寸的加工误差的影响因素如下所述根据上述“一面两销”定位原理，产生的定位误差的的原因有两个一个是由于定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差B，由于定位芯轴的基准为轴线与工件内孔的定位基准轴线重合，此项误差为零；二是由于定位副制造误差引起的定位基准的位移，称为基准位移误差Y。MIN0MIN0MAXMAXXDDXYDD式中XMAX定位副最大的配合间隙；DMAX工件定位孔最大直径；D0MIN芯轴的最小直径；工件定位孔的直径公差；D芯轴的直径公差；0D定位所需的最小间隙。MINX28已知，定位内孔的直径公差为0018MM，最小间隙XMIN取01MM，最大的配合间隙为02MM，因此，只需要将芯轴的制造公差控制在008MM以内，即可保证定位精度。（1）定位误差D由于底面既是工序基准，又是定位基准，基准不重合误差为零。工件在夹具上B定位时，定位基准与限位基准是重合的，基准位移误差为零。因此，尺寸的定位误Y差等于零。D（2）夹具误差J夹具误差为限位基面与轴线间的距离误差，以及限位基面相对安装基面C的平行度误差是001（3）安装误差A因为夹具和主轴是莫氏锥度配合，夹具的安装误差几乎可以忽略不计。（4）加工方法误差G如车床主轴上安装夹具基准与主轴回转轴线间的误差、主轴的径向跳动、车床溜板进给方向与主轴轴线的平行度或垂直度等。它的大小取决于机床的制造精度、夹具的悬伸长度和离心力的大小等因素。一般取/3005/30017MMGK零件的夹具总加工误差是2A2JDG062170精度储备238650CJ故此方案可行。46确定夹具体结构尺寸和总体结构夹具体设计的基本要求（1）应有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面，应有适当的尺寸精度和形状精度，它们之间应有适当的位置精29度。为使夹具体的尺寸保持稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。（2）应有足够的强度和刚度为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。（3）应有良好的结构工艺性和使用性夹具体一般外形尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，因此应特别注意其结构工艺性，应做到装卸工件方便，夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下，应尽量能减轻重量，缩小体积，力求简单。（4）应便于排除切屑在机械加工过程中，切屑会不断地积聚在夹具体周围，如不及时排除，切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度，切屑的抛甩可能缠绕定位元件，也会破坏定位精度，甚至发生安全事故。因此，对于加工过程中切屑产生不多的情况，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间对于加工过程中切削产生较多的情况，一般应在夹具体上设置排屑槽。（5）在机床上的安装应稳定可靠夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，支承面积应足够大，安装基面应有较高的配合精度，保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空，大型夹具还应设置吊环或起重孔。确定夹具体的结构尺寸，然后绘制夹具总图。详见绘制的夹具装配图。47零件的专用夹具简单使用说明由于长短臂板的品种比较多，又是小批量生产。以前都是采用配做的方式来加工，所以造成了更换不易、加工困难、维护维修复杂同时也造成了极大的浪费。本夹具考虑到虽然长短臂板尺寸大小各有不同但是外形基本类似的特点，通过现有的万向套孔和圆弧上两点一线的一条边来定位。通用性的实现是通过更换定位套来配合长短臂板上的万向套孔。万向套的尺寸规格较少，完全可以每个尺寸配个定位套。然后前后移动中间可以移动的梯形滑块来控制能加工长短臂板的大小。这个方法非常方便，而且梯形滑块靠定位插销来定位可以30节省调节夹具的时间。拧动蝶形螺母来微调楔块找正长短臂板的中心线，定位顶块上与长短臂板接触的是两个小轴承更加方便找正中心，消除了定位不准确的可能。最后通过压板压紧。本夹具实现了一副夹具可以加工所有长短臂板的夹具设计要求。而且夹具结构简单，调试方便，更换零件容易，便于维修等优点。为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本次设计的长短臂板通用夹具可以加工各个型号规格的长短臂板，大大提高了生产效率，降低了劳动强度，从而降低了零件的加工成本。同时采用“一面一销一边”的定位方式和手动压板夹紧方法，保证了加工精度，提高了加工效率。并且在设计之中，尽量选用通用件，进一步减少了制造成本，从而增加了经济效益。本长短臂板通用夹具设计合理，符合实际应用，满足加工要求，且较大部分采用通用件和标准件，制造成本合理，操作简单，设备调整、维修方便。（1）夹具的总体结构应力力求紧凑、轻便，悬臂尺寸要短，重心尽可能靠近主轴。（2）当工件和夹具上个元件相对机床主轴的旋转轴线不平衡时，将产生较大的离心力和振动，影响工件的加工质量、刀具的寿命、机床的精度和安全生产，特别是在转速较高的情况下影响更大。因此，对于重量不对称的夹具，要有平衡要求。平衡的方法有两种设置平衡块或加工减重孔。在工厂实际生产中，常用适配的方法进行夹具的平衡工作。（3）为了保证安全，夹具上各种元件一般不超过夹具的圆形轮廓之外。因此，还应该注意防止切削和冷却液的飞溅问题，必要时应该加防护罩。31总结毕业设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入社会打下了好的基础。毕业设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此我们非常感谢老师给