开合螺母加工工艺流程及车削夹具设计论文

学士学位论文 论文题目 : 开合螺母加工工艺流程以及车削夹 具设计 院 (部 )名 称 : 学 生 姓 名 : 专 业 : 学 号 : 指导教师姓名 : 论文提交时间 : 论文答辩时间 : 学位授予时间 : 摘 要 本次毕业设计主要介绍了开合螺母的加工工艺流程以及车削专用夹具的设计。工作内容包括主要分为工艺过程设计以及夹具设计两个部分 加工工艺过程设计中主 要工作包括：对开合螺母结构进行了分析，对生产工艺进行了分析，制定了加工工艺路线，确定了重要工序尺寸、加工余量、切削用量、车床以及刀具，最后完成了加工工艺过程卡和加工工序卡。 夹具设计中主要工作包括：分析任务要求，确定夹具体型式，分析定位原理与定位误差，确定加紧方案，计算加工过程中切削力、夹紧力并对其进行了校核，设计了夹具的主要零件。 关键字： 加工工艺，工艺流程，工艺卡片，夹具 of of on n of I of at In of I of of of at of 目 录 第 1章 绪论 . 1 计任务 . 1 务分析 . 1 论文有关的部分背景资料调研 . 1 合螺母的用途 . 1 艺流程 . 1 具 . 2 第 2章 工艺部分 . 3 言 . 3 . 3 . 4 . 4 准面的选择 . 5 艺路线的制定 . 5 工方法的选择 . 5 . 6 定加工工艺路线 . 6 要工序尺寸、加工余量、精度的确定 . 7 52孔 . 7 2孔 . 7 1 面、底面的加工 . 8 床以及刀具的选择 . 8 床的选择 . 8 具的选择 . 9 要切削用量的确定 . 9 工工序卡片 . 12 第 3章 夹具设计部分 . 13 . 13 位原理分析以及确定 . 13 位销尺寸以及定位误差分析 . 14 定两销中心距 . 14 定圆柱销尺寸 . 14 定削边尺寸 . 14 形销的公差以及尺寸 . 14 位误差的分析与计算 . 15 紧方案的确定 . 15 . 16 具体和机床的连接与固定 . 16 体的安装及尺寸公差的分析 . 16 具体的要求 . 17 削力的计算 . 17 紧力的计算以及校核 . 19 具体主要零件的选择与设计 . 20 渡盘 . 20 重块 . 20 板 . 21 型块 . 21 位板 . 22 具体中销轴的校核 . 22 第 4章 结论 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 附录 外语文献译文 . 26 英文原文 . 26 译文 . 32 附录 开合螺母加工工艺过程卡 . 错误 !未定义书签。 附录 开合螺母加工工序卡 . 错误 !未定义书签。 第 1章 绪论 计任务 本次毕业设计的任务分为两个部分，一是开合螺 母的加工工艺流程，主要包括分析任务给定工件尺寸要求，形位要求，表面粗糙度的要求，以及制定一套工艺流程使工件达到任务要求。二是设计在车床上精镗 52孔的夹具。 务分析 工艺部分先要考虑加工工件的结构特点以及生产批量，并按照其结构特点考虑在加工的过程中用何种手段能实现工件各个面、孔的加工，在提高效率的同时还要保证保证加工精度。 夹具部分 重点考虑的两个部分一个是定位，另一个则是加紧，定位部分的设计需要保证工件在夹具上处于完全定位，即 6 个方向上的自由度完全被限定，加紧则需要保证工件在切削力的作用下依然能在正确位置不发生偏移，并且夹紧力的施加需要保证不能破坏工件。 论文有关的部分背景资料调研 合螺母的用途 开合螺母又称为“对合螺母”，主要由上下两个半螺母构成，装在机床溜板箱体后壁的导轨中。开合螺母的底部各有一个圆孔，圆孔与槽盘的滑槽相连接。扳动机床手柄，经轴带动槽盘顺时针或逆时针转动，通过销钉的作用与上下两个开合螺母使其 分离或者闭合，从而与开合螺母中的丝杠啮合或脱开，从而起到一个相当于“离合器”的作用，完成机床从手动到机动的转换 艺流程 工艺流程指的是劳动者通过生产工具将各类原料、半成品，按照一定的顺序进行连续加工，最终使其成为成品的过程 工艺流程的设计应当遵循以下基本要求： 1、能满足产品的质量以及数量的指标。 2、符合经济性。 3、具有合理性。 4、环保。 5、生产过程具有可操作性。6、生产过程具有可控制性。我国近年更加注重以下几个方面： 1、尽量采用先进成熟的生产设备与生产技术。 2、尽量采取机械化自动化。 3、减少三 废的排放。4、保障安全生产 。 具 夹具是指机械加工中用来固定加工工件使之具有正确的位置，以便于接受施工或者检测设备。 本次设计的是一种用于车床上的加工工件内回转面的夹具，安装于车窗主轴上。 第 2 章 工艺部分 言 本 章主要任务是分析任务给定图样的技术要求，加工零件的各尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度达到图纸要求。并编制零件加工工艺流程、填写零件加工工艺卡片以及说明书。 合螺母的结构分析 图 1 本次任务给定的开合螺母由左右两个结构对称的半螺母组成， 底部有 55的燕尾，燕尾凸台地面有 2孔深 20 的光孔，开合螺母中间开 52 的螺孔，根部留有空刀槽。 燕尾凸台 2 以及 C 面表面质量要求 尾凸台底面 2 个 12 光孔要求达到 7 级精度内表面质量要求 间距 52孔要求达到 7级精度。 根据任务给定的二维图尺寸约束通过 拉伸建模出三维造型如下图 2所示 图 2 艺分析 将开合螺母的加工分为两类： 表面）的加工 主要加工面有长度尺寸为 个倒角， 合螺母圆筒部左右两个端面， 52 中心线到燕尾凸台底面 33 线到左边端面距离 49，上表面总长 96，下表面总长 燕尾凸台底面到 C 面距离 18 。 表面）的加工 主要有 52以及两个 12的孔， 12 孔间距要求 达到 定工艺规程 定毛坯的型式 任务给定工件轮廓不大，大批量生产，加工条件较高，选择离心铸造毛胚。 离心铸造得来的铸件具有紧密与微细的颗粒结构及较好的机械性能。材料选用灰口铸铁 摩性好；减震性强；切削加工性良好；缺口敏感性较低；价格便宜，制造方便。 准面的选择 基准面是用来作为基准以确定其他点、线、面尺寸之间尺寸的平面，所以选择正确的基准面可以提高生产效率，保证加工质量。 开合螺母的加工当以底面以及两个直径 12 的光孔为精基 准，而为精基准的表面应该提前加工完。粗基准选择的重点应当是如何确保加工面有足够的余量，使得不加工面的位置尺寸符合任务给定的要求。因此依据粗基准选择原则，选取 后以燕尾槽为面为基准加工 52 的螺孔。 艺路线的制定 开合螺母的形状比较复杂，需要加工的表面不便于集中加工，为保障大批量生产的效率，需要在各个工序中选用高效率的专用机床，采取工序分散的原则拟定路线。 工方法的选择 依据机械制造工艺学表 及零件图精度要 求查询经济加工精度，选择主要加工面的加工方法 加工面 表面质量要求 精度 加工方法 孔 52 粗镗 精镗 孔 12 钻 粗绞 C 2 无 粗刨 精刨 圆筒端面 无 粗铣 底平面 无 粗铣 工的顺序安排 依据零件图，质量要求比较高，一道工序显然不可以满足质量要求，所以需要多道工序逐步达到质量要求，依照加工性质的不同，将加工顺序分为，粗加工、半精加工、精加工三个阶段。 粗加工：切除毛坯大部分加工余量。使毛坯大体上接近于成品 半精加工：留出精加工的加工余量为精加工做好准备。 精加工：保证各个主要加工面达到图纸要求。 工过程中应当遵循的原则 ： 先安排粗加工工序，再安排精加工工序。 先将底平面加工，然后以底平面和 2 该先加工平面，后加工孔，这样利用加工 后 的平面定位稳定 可靠， 而且容易加工 ，提高孔的加工精度 。 定加工工艺路线 工序 1 铸造 工序 5 退火 工序 10 以 外圆以及 2面定位 粗铣下底面 工序 15 对要加工的两个 12孔划线以底平面以及侧端面定位 钻孔 2 20 扩孔至 序 20 以底平面以及工序 20 中加工出的两个 孔定位 粗铣半圆筒两侧端面、空刀槽、侧导轨面。 工序 25 以底平面和侧端面定位 粗刨 2 工序 30 以底平面以及底面两个 孔定位 打倒角 粗镗孔 50 工序 35 以孔 50以及 2面为定位 半精铣下底面 工序 40 以侧端面以及底平面定位 粗绞孔 精绞孔 12 工序 45 以底平面以及工序 40中加工出的两个 12孔为定位 半精铣半圆筒 两侧端面 工序 50 以底平面和侧端面定位 半精刨 2 精刨 2 工序 55 以底平面以及两个 12孔定位 半精镗孔 50至 精镗孔 2 镗螺纹 工序 60 以底平面以及两个 12孔定位 切开 要工序尺寸、加工余量、精度的确定 52 孔 最终需要加工至尺寸 52 ，查互换性测量技术可得 7 级精度 查机械制造工艺学需要经过一次粗镗，二次粗镗，半精镗，精镗，可以达到要求 查表金属机械加工表 4粗镗阶段，第一次粗镗至 47 ( 第二次粗镗至 50 ( 半精镗阶段，半精镗至 (精镗阶段， 精镗至 52 (工序间加工余量：粗加工阶段 5精加工阶段 加工阶段 则镗 52孔总加工余量为 6 22 孔 最终需要加工尺寸至 12 ，查互换性测量技术可得 7 级精度 查机械制造工艺学需要经过钻孔 扩孔 粗绞 精绞可以达到要求 其中可以将钻孔、扩孔视为粗加工阶段 查表金属机械加工表 4 粗绞、精绞视为半精加工、精加工阶段 钻孔阶段 钻孔至 11 （ 扩孔阶段 扩孔至 （ 粗绞阶段 粗铰至 （ 精绞阶段 精铰至 12 （ 工序间加工余量（排除钻孔）扩孔 绞 绞 则加工 12孔总余量为 1 2 C 面、底面的加工 查表金属机械加工表 4精刨 2 C 面后，下底面到 工余量 此，半精刨加工时下底面到 半精刨 2 C 面后，由之前推出的尺寸下底面到 半精刨加工余量 在半精铣底面之后，下底面到 6（ 半精铣底面，加工余量 1之前总高度应达到（粗刨 C 之后）高度 82( 粗刨 2 C 面，加工余量 2之前底平面到 4 粗铣底平面，加工余量 粗铣前，总高度应为 (毛坯尺寸 ) 床以及刀具的选择 床的选择 工序 10、 25、 45 为铣削加工，工步少，依据工件尺寸选择 式铣床 工序 20、 40 为钻孔、扩孔、绞孔加工，依据工件尺寸选择 工序 35、 55 为粗镗、精镗、半精镗加工，依据工件尺寸选择 工序 30、 50 为粗刨、半精刨、精刨加工，依据工件尺寸选择 床 具的选择 底面铣削选择硬质合金刀端面铣刀。 钻孔 ，选用直柄麻花钻。 扩孔 ，选用高速钢锥柄。 绞孔 12用直柄机用铰刀。 铣削端面时选择硬质合金端面 铣刀。 镗孔时选用硬质合金 60内孔车刀 刨削，粗刨时选用平面刨刀，精刨时选用圆头精刨刀 要切削用量的确定 查询机械制造技术基础课程设计表 择进给量、切削速度并计算出主轴转速。 工序 10 粗铣下底面 在粗铣工序时，取加工余量为背吃刀量以提高铣削效率，所以 每齿进给量 z 取切削速度 床主轴转速 n=1000v/ d=1000*0=137r/工序 40 半精铣下底面 半精铣时，背吃刀量取 背吃刀量 于半精铣工序时的加 工余量 =1每齿进给量 z 取切削速度 0m/床主轴转速 n=1000*40/(0)=159r/工序 25 粗铣左右两侧端面 在粗铣工序时，取加工余量为背吃刀量以提高铣削效率，所以 于粗铣工序时的加工余量 =3手册 取每 齿进给量 z 取切削速度 床主轴转速 n=1000*5)=170r/工序 50 半精铣左右两端面 半精铣时，背吃刀量取 吃刀量 于半精铣工序时 的加工余量 =1每齿进给量 z 取切削速度 0m/床主轴转速 n=1000*40/(5)=196r/工序 20 钻孔、扩孔 工步 1 钻孔至 11 第一次钻孔加工余量为 11次行程钻完，故选择背吃刀量 于钻孔工步时的加工余量 =11件材料 氏硬度 180择进给量 f=r 选择切削速度 r 钻床主轴转速 n=60000V/( d)=60000*1)=工步 2 扩孔至 孔时加工余量 次行程扩完，故选择背吃刀量 于扩孔工步时的加工余量 =件材料 氏硬度 180择进给量 f=r 选择切削速度 s 钻床主轴转速 n=60000V/( d)=60000*工序 45 绞孔 工步 1 粗绞孔至 绞孔的加工余 量为 次行程绞完。背吃刀量 于粗绞孔工步时的加工余量 =择进给量 f=r 切削速度 0m/轴转速 n=1000 d)=1000*10/(267r/工步 2精绞孔至 12 精绞孔的加工余量为 次行程绞完。 背吃刀量 于精绞孔工步时的加工余量 =择进给量 f=r 切削速度 0m/轴转速 n=1000 d)=1000*10/(2)=267r/66r/工序 35 粗镗 50 在粗镗工序时，取加工余量为背吃刀量以提高铣削效率，所以 5择进给量为 f=r 取削速度为 s 车床主轴转速 n=60000( d)=60000* 0） =工序 60 半精镗、精镗大孔 工步 1 半精镗 半精镗工序时，背吃刀量通常取 取背吃刀量 于半精镗工序时的加工余量 =择进给量为 f=r 切削速度为 s 车床主轴转速 n=60000 d)=60000* 0） =工步 2 精镗 取背吃刀量 于精镗工序时的加工余量 =择进给量为 f=r 切削速度为 s. 车床 主轴转速 n=60000 d)=60000* 0） =工艺过程卡 （见后附加工工过程卡） 工工序卡片 （见后附加工工过程卡） 第 3 章 夹具设计部分 具的任务要求以及夹具体型式的确定 本次设计的的是专门用于镗中心孔 52夹具， 精度要求较高，粗糙度为 底面 C 平行度 100:其他面没有任何位置精度要求。 考虑到工件以燕尾面为主要定位基准， 及其结构的特点，以及需要在车床上进行加工，所以不适用心轴类、卡盘类以及花盘类夹具，只能选用角铁式的夹具结构，角铁式夹具具有不对称式的结构，适用于 壳体、支座、杠杆、接头等零件上回转面和端面的加工。 位原理分析以及确定 定位以底面和两个圆柱孔为基准，实现一面两孔定位，以底平面为第一定位基准，限制 Z 方向上的移动， X， Y 方向上的转动，以底面其中一个空的中心线为第二定位基准，以短圆柱销为定位元件，限制 X， Y 方向上的移动，以另一个孔的中心线为第三定位基准，以短菱形销为定位元件，限制工件在 Z 方向上的移动 。 依照以上定位原理做出定位元件与定位方式的简图如图 3 所示 图 3 1 菱形销 2 圆柱销 3 工件 4 定位板 5 夹具体 位销尺寸以及定位误差分析 定两销中心距 两销中心距基本尺寸等于工件两定位孔中心距的基本尺寸 其公差一般为 1/3 1/5) 取 1/5 依据任务给定图纸，工件两个 定位孔中心距离 （ 36 两销中心距 36 确定圆柱销尺寸 圆柱销基本尺寸为该销配合孔的最小极限尺寸，公差取 工本工序时开合螺母底面孔已经加工完成，尺寸为 12 所以取圆柱销直径 12 12 定削边尺寸 b 以及 B 现代机床夹具设计表 24 B=120 菱形销的公差以及尺寸 依据现代机床夹具设计中对 公式 2叙述菱形销与其配合的孔之间的最小间隙 X 2a= 2*(形销公差等级一般取 者 为 以菱形销直径 12 位误差的分析与计算 镗孔加工时，加工方向与定位方向相互垂直，所以只需计算转角误差。 =2L=(*36= 转角误差非常小，符合定位要求。 紧方案的确定 车床夹具夹紧装置必须保证安全可靠， 在加工过程中夹紧装置提供的夹紧力必须克服切削力等力的作用。 夹紧力的方向以及作用点应遵守以下四条原则 (a)主要夹紧力应朝向主要定位基准，作用点应靠近支承面的几何中心。 (b)夹紧力的方向应有利于减少夹紧力，尽量垂直于工件的主要定位基面，尽量和切削力、重力方向一致。 (c)夹紧力的方向和作用点应施于工件刚性较好的方向和部位。 (d)夹紧力的作用点应适当靠近加工表面。 因为角铁结构的刚性好，压板弯曲变形不影响加工精度，依据现代机床夹具设计图 2所示 图 4 螺旋压板夹紧机 a)、 b)移动压板式 c)铰链压板式 d)固定压板式 e)、 f)通用压板式 夹紧动力源：手动夹紧 主夹紧机构：螺栓压板 工件通过 压板用螺栓和螺母压紧 体结构的确定 根据以上论述，可以采用把工件固定在圆盘上，然后通过圆盘与车床的三角卡盘相连接，从而使其工件在卡盘运转的情况下运转。根据以上想法和原理设计出装配图。如图 5 所示 图 5 具体和机床的连接与固定 夹具体径向尺寸比较大，需要通过过渡盘与机床的三爪卡盘相联， 夹具体以定位止口按 H7/ H7/且通过螺钉固定。 体的安装及尺寸公差的分析 首先底板与圆盘焊接，焊接是一个重要的过程，为保证要求，焊接后需要加工，所以焊接后的加工要求为以圆盘中心线为基准，焊接的底板的上 面的平行度以及垂直度的公差要控制在 0板与定位板的安装公差要控制在 位板与工件底面的公差要控制在 0总公差为 0题目要求中的条件相互吻合，故设计是可以的，具有合理性。 具体的要求 夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面（与机床相连接的表面）等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。 为使夹具体尺寸稳定，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。 加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹具体不产生变形和振动，夹具体应有足够的强度和刚度。因此夹具体需要有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强筋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体。 夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为415具体结构型式应便于工件的装卸，分为开式结构、半开式结构、框 架式结构等。 削力的计算 镗孔切削力 (灰铸铁 质合金刀具 )： 依据现代机床夹具设计表 4向分力 02*ap*f p 径向分力 p 轴向分力 p 背吃刀量 f 每转进给量（最大） 修正系数 = （ 50） n 6080 180 指数 n=p: n=f: n= 与刀具有关 选用 铸铁 切削刀具） 查切削手册 刀具主偏角 0 度 前角 o=10度 p： e： 刃角 s=10度 三方 向力 1 刀尖圆弧半径 r=2 根据任务书要求，需要设计精镗工序时的车床夹具， 精镗时，由之前工艺部分所选取的参数 取背吃刀量 于精镗工序时的加工余 量 =择进给量为 f=r 切削速度为 s. 车床 主轴转速 n=60000 d)=60000* 0） =有周向分力 02*ap*f p=902*向分力 p=530*轴向分力 p=451* * F= 222 =紧力的计算以及校核 根据现代机床夹具设计表 4件以平面定位 根据夹紧力公式 F/( K=1*3*5*1 加工性质系数 粗加工取 加工取 具钝化系数 3 切削特点 取 1（连续切削） 紧力稳定性 取 动） 动夹紧时手柄位置系 数 取 便） 有力矩回转时，工件与支撑面接触情况系数 取 触点确定） 则有 际所需夹紧力 现代机床夹具设计表 48 螺纹许用夹紧力为 2550N 大于实际所需夹紧力。 具体主要零件的选择与设计 渡盘 本工件为一个过渡件，主要起到连接夹具和车床之间的一个圆盘，圆盘的左侧与车床的三角卡盘连接，采用三角卡盘夹紧同时车盘板的右侧与夹具体连接，连接中保证尺寸的公差，同时连接中保证尺寸的同轴度，光洁度为 重块 配重块的材料为 重块的作用起到配重的作用，因为在整个装配系统中，按照总图的方向看，左右关于中心线对称，上下则不，考虑到夹具的精确度，尽量使其上下的重量关于中心对称，故上部设计了一个铸造 件的配重块，使其重量基本相同。 板 压板的作用是压紧螺栓连接，中间部位与 V 型块连接，使其压住 V 型块，进而压紧工件，压板材料为 45，底部光洁度为 计了中间宽两侧窄的机构。 型块 V 形块是夹具中常用的元件，主要是适合于夹紧圆形的工件，因为成 V 型，所以夹紧圆形工件的时候是夹紧的两条线，也就是对整个工件进行两点压住，这样的话具有较强的牢固性，同时可以根据压板的压力方向，适当的调整。 位板 定位板 是设计的重点，同时他的精度的高低直接影响到工件的行为公差， 定位板 上有 3 个螺栓孔和 2 安装定位销的孔。本夹具的定位原则为一面两点定位。采用 定位板 为基准面。同时采用一根圆柱销和一根菱形销来定位。这样定位牢固，准确，符合定位基准的选择。 具 体中销轴的校核 销轴在加工过程中主要承受径向力。 选择销轴直径为 6，材料 45 号钢，查得 45 号钢 抗拉强度为 600则有剪切强度为（ *600=360 480 取值 360 故此 360*3=10173N 18086 远大于计算中切削力的大小为 故满足要求 第 4 章 结论 近半年的毕业设计至此行将结束，在此次设计中，我完成了对开合螺母结构、工艺的分析，并且基于这些分析完成设计了一整套合理的加工工艺过程，在夹具方面，通过 力学方面的计算，查阅图册，设计手册，以及前人的一些设计最终完成了一套合理的车床夹具。 在这半年的毕业设计过程中我收获良多，尤其对于工艺流程的设计、读图、识图、制图的能