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一种衬套的加工工艺及其夹具设计【三维图】,衬套加工工艺及夹具设计,加工的工艺设计,衬套加工及其夹具设计,衬套工艺及夹具设计,加工工艺及夹具设计【,衬套加工工艺及,设计【夹具设计

内容简介：

摘 要衬套零件结构工艺性是在满足其性能的要求下，能否在节省资源和提高加工效率这方面是否能够优化。为了方变简洁的把设计的零件按照合理的工艺规程加工出来，就需要对零件的结构进行仔细的分析，并大胆论证。衬套是机械产品中比较常见的零件，是设备及管道经常用到的。因此衬套一直在不断的优化结构和加载新材料，因而其在节省生产成本的前提下材料上变得更加坚固，无疑给衬套零件加工带来了很大的影响。故而在保证衬套的生产成本和其加工可行性等，设计车床专用夹具。主要是针对衬套零件图进行数学性分析，分析技术要求等，审查零件的工艺性是否符合批量生产的需求，其次设计工艺基准，拟定加工工艺路线。最后设计车床专用设计，分析此夹具的校核以及简要操作说明等等。保证此夹具能在现实当中投入应用进行加工。关键词：衬套零件；工艺规程；车床夹具设计AbstractThe structural technicality of elbow joint parts is whether it can save resources and improve the performance of low processing efficiency under the requirement of its performance. In order to process the designed parts quickly and economically, it is necessary to analyze the structural and technological characteristics of the parts in detail. Elbow joint is a common part in mechanical products, which is often used in equipment and pipeline. Therefore, the elbow joint has been continuously optimizing the structure and loading new materials, so it becomes more solid on the premise of saving production costs, which undoubtedly has a great impact on the elbow joint parts processing. Therefore, in order to ensure the production cost of elbow joint and its processing feasibility, special fixture for lathe is designed.Mainly for the elbow joint parts drawings for mathematical analysis, analysis technology requirements, etc., to examine whether the workability of the parts meets the needs of mass production, followed by the design of process benchmarks, the formulation of processing route. Finally, the special design of lathe is designed, and the check of the fixture and the brief operation instructions are analyzed. Ensure that this fixture can be put into practice for processing.Key words: Elbow joint parts; process regulations; lathe fixture design目 录摘 要IIABSTRACTIII第一章 绪论11.1 机械加工的作用11.2夹具在加工的作用11.3工艺在机械加工的作用11.4本衬套工艺及夹具设计的主要内容.2 1.4.1衬套的三维建模.2 1.4.2衬套的加工工艺设计.2 1.4.3 4-6孔加工专用夹具设计.2第二章 衬套的三维建模32.1 衬套的零件图32.2衬套三维模型的绘制.3第三章 衬套的加工工艺规程设计93.1衬套的加工工艺流程图93.2衬套的加工工艺分析93.2.1零件图图样分析9 3.2.2零件的工艺分析.93.3毛坯的选择113.4基准的选择12 3.4.1粗基准的选择.12 3.4.2精基准的选择.123.5工艺路线制定133.6加工余量、工序尺寸、公差的确定14第四章 6孔夹具设计174.1 夹具在机械加工中的作用174.2定位与夹紧方案设计174.2.1定位方案设计184.2.2夹紧方案设计194.3夹具体194.4夹具总装图与三维图204.5夹具简要操作说明21总 结23致 谢24参考文献25III 第一章 绪论1.1 机械加工的作用随着科学技术与时代的发展，在无数科研人才的拼搏研发下，无数的新材料，新工艺和新技术不断出现，机械加工制造工艺朝着高质高量和低成本发展。这些成果已经让传统的加工范畴突破界限，各种高难，复杂的加工得到突破解决。机械加工发展的最大作用莫过于生产出各种低成本的零件，也让设计人员的辛勤创作成为现实。1.2夹具在加工中的作用夹具在其发展的百余年来，历经大约三个阶段，每个阶段都是夹具作用出现革命性的突破。其中第一个阶段，夹具在机械加工中的各个工序中处于最基本的夹持装置，发挥着加固工件的最最基本的作用。第二个阶段是随着军工汽车制造业的发展，逐渐在规模生产中发挥了稳定高效的作用，各种夹紧定位装置也日趋完善，也成为了机械加工中重要组成部分。第三阶段，随之电子与信息技术的发展，现代夹具的自动化和高适应性以及让夹具和机床融为一体，这使得小批量的加工生产已经和大批量的专业生产水平，得到了长足进步。三个阶段的发展让我们几乎可以预见夹具的下一趋势将会是智能化。1.3工艺在机械加工的作用工艺在机械加工行业中占着极为重要的地位，因为加工一个零件首先要对他的材料进行分析，随之分析他的加工精度，加工难度。在对零件的零件图详细分析后，才能对零件的加工方案进行排比。选用什么样的加工方案对零件的精度控制和生产效率有着重要的影响，因此我们要慎重选用加工方案，在加工方案新选择完成后，再对零件的毛坯图进行分析，详细叙述加工余量，尺寸公差，粗糙度的要求等，最后根据零件的特性，对是否选用专用夹具，选用什么样的夹具进行详细分析，本零件选用了专用夹具加工，可以方便快速定位，提高加工生产效率，控制精度。通过对零件的分析，我们发现工艺规程在机械加工中的重要性，工艺规程是工厂中的指导性文件，对工厂生产有着十分重要的影响，合理的选用工艺，能够有效降低生产成本，加工精度等。1.4本衬套工艺及夹具设计的主要内容1.4.1衬套的三维建模过程本衬套建模过程选用了Soildwork软件作为建模使用软件，通过选择拉伸命令等，先画草图再拉伸到零件要求的距离。通过不断的拉伸建模，整个零件就建模完成，具体建模过程详见下文。1.4.2衬套的加工工艺设计查阅资料现代夹具设计手册1,选择合适的加工工艺对于零件加工及其重要，在加工过程中，合适的加工工艺能够提高效率，降低工件的精度损失。因此在本衬套的加工中设计了两套加工方案，经过选择后，选择了先加工工件的右端面，再加工左端面及孔的加工工艺路线。1.4.3 46孔加工的专用夹具设计查阅资料机床夹具设计2,通过对零件的分析，我们发现不设计专用夹具的情况下，4个6孔无法进行精准加工，因此我们选择对4个6孔进行专用夹具设计，以此来解决孔加工的问题。而夹具的主要作用就是定位和夹紧元件，专用夹具对生产特殊零件有着决定作用，不同的零件形状大小都不同，功能也不尽相同。而本次设计课题目的主要是衬套车床夹具设计。其具体设计流程主要包括以下：1.针对衬套零件的工艺性分析；2.设计衬套零件的工艺规程；3.拟定加工工艺路线并计算；4.最后针对车床专用夹具进行设计分析，旨在设计夹具的可行性。第二章 衬套的三维建模2.1 衬套的零件图衬套零件图属于套类零件，在机械行业中大部分轴类零件中都会用到衬套，衬套是对设备进行保护的重要部件，衬套的使用能够对轴承套等机械零件有着保护作用。在不同的领域中，衬套有着不同的作用，衬套的应用领域广泛，且不可缺少。本次设计衬套零件的产品具体形状和大小如下图2.1表示。图2.1零件图2.2衬套三维模型的绘制三维建模能够逼真的模拟现实以及精确的描绘，三维建模的技术实质上就是研究对象的空间模型建构，三维建模是一种参数化的设计方法，能够根据零件图进行建模，通过对零件的建模，我们能够直观的感受到零件的图形形状。它具有很高的精准性和层次性，设计人员可以更改几何图形来达到目的。三维建模技术可以对所有产品零件按照个人思路进行修改。通过三维建模，我们可以更加快捷的了解零件的加工路线和过程。建模过程如下：1. 绘制草图，单击圆画直径为105的外圆。如下图2.2表示图2.2 绘制草图2. 凸台拉伸32mm，如下图2.3表示图2.3 凸台拉伸3. 绘制104的外圆，如下图2.4所示图2.4绘制外圆4. 凸台拉伸2mm，如下图2.5所示图2.5凸台拉伸5. 绘制130的外圆，如下图2.6所示图2.6绘制外圆6. 拉伸4mm，如下图2.7所示图2.7拉伸7. 绘制104的外圆，如下图2.8所示图2.8绘制外圆8. 拉伸2mm，如下图2.9所示图2.9拉伸9. 绘制105的外圆，如下图2.10所示图2.10绘制外圆10. 拉伸10mm，如下图2.11所示图2.11拉伸11. 绘制90的外圆，如下图2.12所示图2.12绘制外圆12. 拉伸切除，如下图2.13所示图2.13拉伸切除13. 倒角，如下图2.14所示图2.14倒角14. 钻46孔，如下图2.15所示图2.15钻孔第3章 衬套的加工工艺规程设计3.1衬套的加工工艺流程图衬套的工艺分析零件毛坯的选择工艺路线的制定加工余量，工序尺寸及公差的确定图3.1加工工艺流程图3.2衬套的加工工艺分析3.2.1零件图图样分析图3.2 零件图参考文献机械制造技术基础3,通过对图3.2 衬套零件图分析，此零件属于套座类零件。该零件有一个90的内孔，四个6的外圆端内孔，零件的主体为同心零件，90的内孔公差等级为H6，105的外圆的表面粗糙度为1.6，精度等级为IT6。130的外圆端面表面粗糙度同样为1.6。衬套零件图中基本设计基准A为90内孔，其形位公差为105与设计基准A之间有一定的同轴度要求，其公差不得超过0.02mm；130的左右端面与设计基准A之间单跳动，其公差不得超过0.02mm。因此在加工中先加工外圆，再钻孔，倒角是位于外圆端面的两端位置，需要倒1*45角4个。3.2.2零件工艺分析参考文献机械设计4，由零件图可知，该件为薄壁衬套，特点是孔壁较薄，尺寸精度，几何公差和表面质量要求都很高。该件内孔是基准，在精镗时，用专用夹具以外圆定位，由螺母压盖轴压在130的端面上，使夹紧力轴向作用，以避免内孔变形。参考文献机械加工工艺施工员手册5为了保证衬套各端面的垂直度，外圆与内孔的同轴度，应把工件安装在同心轴上，以内孔为定位基准，车削外圆和端面。衬套根据加工工艺方法的不同，材料也会跟着有很多不同。下图显示衬套的零件的材料牌号为ZCuSn5Zn5Ph5。衬套零件的结构看上去比较对称简单。为了保证零件批量生产的需求，因此保证衬套零件材质具备良好的切削性能以及铸造工艺性。通过参考机床夹具实例教材6得（1） 内孔90的孔壁先粗车留余量4mm，达到公差IT12，然后半精车留余量1mm，达到公差IT8，最后精车留余量0mm，达到公差IT6的方式得到的1.6m的粗糙度；（2） 外圆105的圆柱先粗车留余量4mm，达到公差IT12，然后半精车留余量1mm，达到公差IT8，最后精车留余量0mm得到的1.6m的粗糙度；（3） 端面先粗车留余量4mm，达到公差IT12，然后半精车留余量1mm，达到公差IT8，最后精车留余量0mm得到的1.6m的粗糙度；（4） 外圆130先粗车留余量4mm，达到公差IT12，然后半精车留余量1mm，达到公差IT6，最后精车留余量0mm得到1.6m；（5） 外圆2*0.5的退刀槽先粗车留余量2mm，达到公差IT12，然后精车留余量0mm，获得1.6m粗糙度；（6） 外圆小孔4-6的孔通过一次钻孔，达到IT6公差 ,粗糙度为3.2m；3.3毛坯的选择上述图3.2零件图的毛坯类型为铸件，通过参考文献机械制造技术与实训项目教程7得，可供选择的铸件的毛坯材料有很多毛坯的制造方法有很多，包括型材、铸造、锻造、焊接等等。其中使用铸造方法得到的零件精度高，各方面也性能一致。一般来说，制造套类型的材料是铸铜类零件，由于套类型零件产品的作用及用途都是为了是承载和装配的作用。虽然近年来一部分套类开始选用钢类零件，但是铸铜还是比较适合套类零件类型的加工。 通过查阅参考文献机械制造技术基础8得牌号铸铁铸铜的硬度为ZCuSn5Zn5Ph5，其中，它的被切削性能和抗振性非常优越，而且最重要的选择因素是铸造工艺性是非常优越的。上述套内孔结构是圆弧形的，因此铸造工艺性加工的话，可以提高零件的产品产量和工作效率。而且价格比钢铁材质便宜。成本低廉。这么多的优势最终选择为综合选择确定牌号ZCuSn5Zn5Ph5灰铸铁作为套类零件的材质。下图为毛坯效果图图3.3 毛坯图通过毛坯图，我们可以得之，毛坯外圆尺寸为109和134，零件的尺寸为105和130，公差为0.02mm，所以预留余量均为4mm，我们可以通过半精加工IT8和精加工IT6的方式，分两次车达到零件图要求。毛坯的内孔尺寸为86，零件图的尺寸内孔为90，公差H6，预留余量为4mm，我们通过先钻孔，然后精镗的方式获得零件图的要求。4-6孔是采用专用夹具的方案，通过定位方案可以得到4-6孔。3.4基准的选择通过查阅参考文献机械制造工艺及夹具设计9得，如何选择基准，首先明白基准的概念是什么。基准是一个比较统筹的概念，例如加工被加工的工件时，测量工具校验尺寸；位置精度要求；尺寸精度要求；面的粗糙度；内孔定位等等。可以说都可以是基准。其中本文的基准主要是定位基准，定位基准可分为三种概念即粗基准；精基准；辅助基准。3.4.1粗基准的选择其中粗基准一般是铸造毛坯后第一道加工工序的加工表面，可供选择的有很多，一般是表面加工余量匀均的面或孔、能够定位可靠的加工表面、只加工一次的表面等等。因此我们选择毛坯的右端面先加工，所以这里我们选择毛坯的左端面为粗基准。3.4.2精基准的选择通过查阅参考文献简明机床夹具设计手册10得，精基准一般是精加工的表面或孔（或者精度较高的表面或孔），其中可供选择的因素有很多，就是设计基准可以作为定位基准，这类基准的名称叫基准重合，这样的好处是可以避免基准不重合引起的误差分析；基准统一的原则就是同样的条件下，在被加工零件的同一个定位基准加工表面加工最多的加工表面或孔。这样可以减少基准的换算以及可以保证彼此之间的位置精度要求。再者就和粗基准一样，主要选择容易定位或者定位方便的加工表面或内孔，例如，两个内孔在被加工工件的同一个端面时，可以采取典型的一面两销的定位方案，很容易定位加工被切削的工件。这里当加工完毛坯的右端面，我们以毛坯的右外圆和右端面为精基准，加工毛坯左端的外圆，并钻通孔；然后以毛坯的外圆为精基准，取总长。精加工毛坯的外圆时，上芯轴，以内圆为精基准，精加工外圆，达到粗糙度1.6m的要求。精加工内圆时，以外圆为精基准，端面压紧，精车内圆，并倒角。加工4-6孔时，以下端面为精基准，上专用夹具，钻孔。3.5制定工艺路线由上述技术要求和粗糙度以及定位基准等条件进行合理的分析，该衬套零件加工表面是孔系和平面系。根据参阅资料，可以得到平面的加工精度要比孔系的加工精度容易。因此，对于衬套零件来说，确保孔系和平面系在加工过程中保持着加工尺寸精度要求及他们彼此之间的位置精度要求。为此设计了两套加工方案以供比较参考。表3.1 加工方案一工序号工序内容01铸造02夹左端平端面见光粗车130105x12mm留量1mm03掉头软爪加紧平端面总长留量1mm粗车外圆105x34mm留量1mm粗镗内孔90留量1mm（续）04加衬套平两端端面保证总长50，保证光洁度Ra1.605上芯轴精车外圆130105x34mm，保证光洁度Ra1.6车外圆105x12mm，保证光洁度Ra1.6切2-2x0.5空刀槽成车外圆倒角C106以外圆为基准端面压紧精车内孔90成，保证光洁度Ra1.6车内孔倒角C107上专用夹具，钻6孔08按图纸检验工件表3.2 加工方案二工序号工序内容01铸造02夹右端平端面见光粗车105x34mm留量1mm粗镗内孔90留量1mm03精车外圆105x34mm，保证光洁度Ra1.6车外圆倒角C1，车内孔倒角C104掉头软爪加紧平端面总长留量1mm粗车130105x16mm留量1mm精车外圆130105x16mm，保证光洁度Ra1.6车外圆倒角C1，车内孔倒角C1切2-2x0.5空刀槽成05以外圆为基准端面压紧精车内孔90成，保证光洁度Ra1.6 (续)06上专用夹具，钻6孔07按图纸检验工件通过上面两个加工方案的对比，我们可以看出，方案一通过专用夹具的设计，可以令加工更加的简便，而方案二的设计方案可能会导致工件表面产生伤痕，故此我们选用方案一作为加工方案。3.6加工余量，工序尺寸，工差，粗糙度的确定通过查阅资料机械加工实用手册11，我们划分了加工阶段，该零件的粗糙度要求较低，因此设计了先粗加工，再半精加工，最后精加工的加工顺序。并确定了加工余量，工序尺寸，公差和粗糙度。结果如下105的圆柱的加工余量，工序尺寸，工差，粗糙度：表3.3 105的外圆面的余量及公差尺寸名称余量公差尺寸公差粗糙度粗车4mmIT121090.12mm12.5毛坯109半精车1mmIT81060.02mm6.3精车0IT61050.02mm1.6130的圆柱的加工余量，工序尺寸，工差，粗糙度：表3.4 130的外圆面的余量及公差尺寸名称余量公差尺寸公差粗糙度粗车4mmIT121340.12mm12.5毛坯134半精车1mmIT81310.02mm6.3精车0IT61300.02mm1.690的孔的加工余量，工序尺寸，工差，粗糙度：表3.5 90的孔的余量及公差尺寸名称余量公差尺寸公差粗糙度粗车4mmIT12860.12mm12.5毛坯86半精车1mmIT8890.02mm6.3精车0IT6900.02mm1.66的孔的加工余量，工序尺寸，工差，粗糙度：表3.5 6的孔的余量及公差尺寸名称余量公差尺寸公差粗糙度粗车2mmIT1240.12mm12.5毛坯4半精车1mmIT850.02mm6.3精车0IT660.02mm1.6衬套的端平面的加工余量，工序尺寸，工差，粗糙度：表3.6 衬套的端平面的余量及公差尺寸名称余量公差尺寸公差粗糙度粗车4mmIT12540.12mm12.5毛坯54半精车1mmIT8510.02mm6.3精车0IT6500.02mm1.6衬套的外圆端平面的加工余量工序尺寸，工差，粗糙度：表3.7 衬套的外圆端平面的余量及公差尺寸名称余量公差尺寸公差粗糙度粗车2mmIT12160.12mm12.5毛坯16半精车1mmIT8150.02mm6.3精车0IT6140.02mm1.6第四章 6孔专用夹具设计4.1夹具在机械加工中的作用通过查阅资料可知（1）机床夹具的目的是有效定位和夹紧被加工的工件，以此提高产品产量和减少定位误差。（2）机床夹具的设计时考验设计专用夹具过程中，将所学的知识综合运用，合理的分析夹紧原理和计算切削力、夹紧力等等。（3）机床夹具的设计最终的目的就是联系实际，让理论上的平面二维图的装配图及其零件成为现实当中可行的可能。（4）积累经验，为以后从事这份工作时积累实践操作经验和打下良好的基础。为了提高夹具的工作效率和生产效率，降低单个零件的生产成本，同时也要保证加工成型后的加工质量和精度加工需求，需要设计此单个工件的专用夹具设计车床夹具设计。决定设计的工序07以内圆为基准端面压紧钻孔6，保证光洁度Ra1.6孔之外其余加工表面或内孔均以加工完毕。4.2定位方案与夹紧方案设计钻6孔，因此为了钻孔加工。其中以内孔90的轴线水平上限制工件Z方向上下移动自由度、X方向转动自由度和Y方向转动自由度；满足钻孔的直径和一定的深度要求前，需要限制工件X、Y方向移动自由度和Z方向移动自由度。但考虑到加工时工件衬套零件内孔倾斜定位的稳定性，采取一面两销的方式加上夹紧机构的定位自由度可以将六个自由度全部限制。定位元件设计自由度限制条件如下表示：1.从零件图和工序卡得知此零件的定位基准为内圆和下端面定位。定位限制自由度如下：（1）工件内圆90与芯轴配合共限制2个自由度。这四个自由度分别是X轴和Z轴的移动自由度。（2）工件下端面与夹具体端面定位共限制3个自由度为Z轴的向下移动自由度。4.2.1定位方案设计（1）定位元件分析：芯轴与工件内孔配合，限制两个自由度，分别为X轴和Z轴的移动自由度。工件底面与芯轴大端面配合限制共三个自由度，分别为X轴和Z轴的旋转自由度，Y轴的移动自由度。图4.1 芯轴钻模板为定位钻孔位置的定位元件，它的定位方式是通过圆柱销同支撑钉和菱形螺母定位，但盖模板不与零件接触，只是单纯的起到定位作用。钻模板通过键销配合的方式固定在夹具上，为可翻转式。通过钻模板的4个孔对应衬套的四个孔。图4.2 钻模板4.2.2夹紧方案设计压紧方式为专用夹具设计的不可缺少的一部分，它是保证工件在加工时不会产生晃动等影响。该零件的压紧方式为通过标准压紧套压紧工件，用螺栓拧紧的方式夹紧。如下图4.3所示：图4.3压紧套图4.4压紧螺母如下图4.5所示，由于该零件的外圆端面较为薄，考虑加工的合理性，大规模加工时的不可抗力等因素的影响，我们增加了支撑套来保证加工外圆端面的小孔不会在钻孔时发生孔壁破裂等情况，保证了加工的完整性。图4.5 支撑套4.3夹具体夹具体是夹具的主体部分，主要是满足工件定位的准确性和牢靠性，需要有足够的承载力，夹具体的设计直接影响了工件的质量和生产工件的效率等，在此我们设计了如下图4.6所示的夹具体装配图及图4.7所示的三维图：图4.6夹具体装配图图4.7夹具体4.4夹具总装图与三维图图4.8夹具三维图图4.9夹具装配图4.5 简要操作说明通过选择被加工零件毛坯已经加工好的后端面及内圆90为定位基准。然后用压紧套达到夹紧目的，在夹具体上的各定位元件限制其自由度。加工此工件前，先把衬套放在夹具体上，装上压紧套，拧紧螺母，然后装在车床工作台上，获得正确的位置，紧接着安装定位钻模板。且安装好工件，旋动锁死装置，夹具体有加强筋，可延长夹具体的使用寿命。最后调节钻刀刀具进行加工。总 结为了做好毕业设计，我曾多次为解决技术上的问题，专门去查阅相关的书籍，也多次询问同学和老师。在设计过程中，通过对衬套零件图纸的分析，总结了在大学所学的知识和实践操作经验。在毕业设计的完成过程中有许多老师们的热情的帮助和建议，因此，在设计完成之际，特别感谢所有帮助我的老师。在本次设计过程中，本着认真实干态度进行了此次设计，但是由于本文的知识水平有限，毕业设计时间又紧迫。所以在设计中难免会出现一些错误的地方，诚恳请评阅老师给于批评和指正。本毕业设计内容主要是衬套零件车床夹具设计，根据衬套零件特点以及技术要求分析、然后针对零件的工艺的分析过程、加工中一些问题的解决方法。最后校核衬套零件的切削力、夹紧力、定位误差等，非常感谢老师在我写论文的时候的指导和讲解。了解到了衬套零件的设计和相关零部件的的作用。致 谢首先，本次毕业设计从题目的选择到最终完成设计的过程中，都有老师的热心的指导和不吝批平的建议。因为个人工作的原因，我不能有足够的时间在校进行论文的撰写，只能通过一边工作，晚上加班做毕业设计，李老师在这里对我