机油泵传动轴支架加工工艺及钻11孔夹具设计 【8张CAD图纸、工艺卡片和说明书】
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机油泵传动轴支架加工工艺及钻11孔夹具设计
【8张CAD图纸、工艺卡片和说明书】
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钻斜30度孔 夹具设计图形,毕业设计(论文)机油泵传动轴支架机械加工工艺及夹具设计学生姓名xxx学院名称机电工程学院专业名称指导教师xxx xxx大学毕业设计(论文)摘要本次设计是对机油泵传动轴支架零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。机油泵传动轴支架零件的主要加工表面是平面及孔。由加工工艺原则可知，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。所以本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以机油泵传动轴支架端面作为粗基准，以上表面作为精基准。关键词 机械加工，加工工艺，专用夹具。xxx大学毕业设计(论文)目 录摘要I1 绪论12机油泵传动轴支架加工工艺规程设计22.1机械加工基准介绍22.2基准的选择22.3 制定工艺路线32.4选择加工设备及刀、夹、量具42.4.1设备的选择42.4.2刀具量具的选择62.5加工工序设计73 夹具设计103.1定位方案的选定113.2夹具夹紧装置的确定113.2.1夹紧力的方向和作用点的确定113.2.2夹紧力大小的估算123.3夹紧机构及元件的选择133.4夹具体上排屑措施的确定153.5钻模的设计153.5.1钻套的选定153.5.2钻模板的设计164夹具定位方案的分析184.1工件定位自由度分析184.2工件定位精度分析19参 考 文 献21致谢22211 绪论对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。用夹具装夹工件时，工件相对于道具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工极度趋于一致，稳定的保证工件的加工精度。同时使用夹具装夹工件方便、快捷，工件不需要划线找正，可显著的减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切屑用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显得降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上。每个工件增加的成本时极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。2机油泵传动轴支架加工工艺规程设计2.1机械加工基准介绍基准：基准是用来确定生产对象上几何要素的几何关系所依据的那些点、线、面。基准根据其功用的不同可分别为设计基准和工艺基准。在工件工序图中，用来确定本工序加工表面位置的基准，加工表面与工序基准之间一般有两次核对位置要求：一是加工表面对工序基准的距离要求，即工序尺寸要求；另一次是加工表面对工序基准的形状位置要求，如平行度，垂直度等。所以工件定位时，用以确定工件在夹具中位置的表面（或点，线）称为定位基准，定位基准的选择，一般应本着基准重合原则，尽可能选用工序基准作为定位基准，工件在定位时，每个工件的夹具中的位置是不确定的，一般是限制工件的六个自由度，分别是指：沿三坐标轴的移动自由度，和绕三坐标轴转动的自由度。基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一，基面选择正确合理，可以使加工质量的到保证，减轻劳动强度，生产效率得到提高。否则，会使加工困难，甚至造成加工零件报废。2.2基准的选择(1) 粗基准的选择粗基准选择原则：选择粗基准，主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续工序提供精基准。为了方便地加工出精基准，使精基准面获得所需加工精度，选择粗基准，以便于工件的准确定位。选择粗基准的的出发点是：一要考虑如何合理分配各加工表面的余量；二要考虑怎么样保证不加工表面与加工表面间的尺寸及相互位置要求，一般应按下列原则来选择：1) 若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应优先选择该表面为粗基准。2)若工件每个表面都有加工要求，为了保证各表面都有足够的加工余量，应选择加工量最少的表面为粗基准。3)若工件必须保证某个加工表面与加工表面之间的尺寸或位置要求，则应选择某个加工面为粗基准。4)选择基准的表面应尽可能平整，没有铸造飞边，浇口，冒口或其他缺陷。粗基准一般只允许使用一次。基于上述的要求和考虑到安装装配面的精度要求和便于夹紧等实际情况，粗基准选用前机体内一个较大的非加工面在毛坯图上已经标出。(2) 精基准的选择精基准选择原则：选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑如何保证工件的尺寸精度和位置精度，并要达到使用起来方便可靠。一般应按下列原则来选择：1)基准重合原则；应选择设计基准作为定位基准。2)基准统一原则；应尽可能在多数工序中选用一组统一的定位基准来加工其他各表面，采用统一基准原则可以避免基准转换过程所产生的误差，并可使各工序所使用的夹具结构相同或相似，从而简化夹具的设计和制造。3) 自为基准原则；有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择加工表面本身来作为定位基准。4) 互为基准原则；对于相互位置精度要求高的表面，可以采用互为基准，反复加工的方法。5) 可靠，方便原则；应选择定位可靠，装夹方便的表面作为精基准。本零件是铸造件，要用毛坯面定位先加工出一个精基准。然后以精基准定位，加工零件。精基准放在工序最前面加工。以上表面毛坯面定位。详见工艺卡片。2.3 制定工艺路线（1）热处理工序的安排加工工艺安排热处理，因为零件精度要求较高HT200要铸造完成要进行时效处理，防止工件变形。（2）定位基准的选择粗基准选择下表面，则由非加工面为定位基准，铣精基准。精基为上表面，则加工时稳定性差一些，加工精度就受到了影响，角向定位也是这样。因此，拟订工艺路线方案如下：工序1：清沙，去除非加工表面铸造积瘤工序2：时效处理，去除内应力工序3：毛坯面定位，铣上表面，保证尺寸12及72.3+0.1/0工序4：钻2-8H7(+0.015/0) 沉孔10x90及3-11孔工序5：以底面为基准，粗镗32孔至31.5工序6：以底面为基准，精镗31孔至32H7(+0.015/0)工序7：以底面为基准，铣端面，保证30及11尺寸，工件总长度250工序8：检验工序9：入库2.4选择加工设备及刀、夹、量具由于生产类型为大批量生产，加工设备易以通用机床为主，配以专用夹具，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。2.4.1设备的选择1)摇臂钻床 Z3040X16 主要参数：最大钻孔孔直径40 mm主轴中心线至立柱母线距离 最大1600 mm最小350 mm主轴端面至底座工作面距离 最大1250 mm最小350 mm主轴行程315 mm主轴锥孔（莫氏）4# No.主轴轴转速范围25-2000 r/min主轴转速级数16 主轴进给量范围0.04-3.20 mm/r主轴进给级数16工作台尺寸500630 mm主轴箱水平移动距离1250 mm主电机功率3 kw 机床重量3500 kg机床外型尺寸（长宽高)250010702840 mm2)立式铣床 X52K 主要参数：单 位/X52K工作面积 宽*长mm320*1250承载重量kg500T型槽数目个3T型槽宽度mm18T型槽间距mm70X向（工作台纵向）手动/机动mm700/680Y向（滑座横向）手动/机动mm255/240Z向（升降台垂向）手动/机动mm370/350最大回转角度deg45转速r/min30-1500转速级数Step18锥孔.ISO7：24 NO.50轴向移动距离mm85主轴端面至工作台距离最小/最大mm45/415主轴中心线至床身垂直导轨面距离mm350切削进给速度mm/minX，Y：23.5-1180，Z：8-394快速移动进给速度mm/minX，Y：2300，Z：770进给级数Step18主轴电机功率KW7.5进给电机功率KW1.5机床外形尺寸（长*宽*高）mm2272*1770*2094机床净重（约）kg28004）立式钻床 Z5140 主要参数:工作台尺寸（长X宽）mm450X500 工作台行程mm300 主轴中心线至导轨面距离mm335 主轴端面至工作台面距离mm0-750 主电机功率kw3.0 最大钻孔直径mm40 最大送刀抗力N16000 主轴最大输送扭矩N.m350 主轴孔锥度Morse4 主轴变速级数级12 主轴变速范围r/min31.5-1400 主轴行程mm250 主轴箱行程mm200 送刀级数级9 送刀范围mm/r0.056-1.80 外形尺寸（长X宽X高）mm1080X810X2510 机床重量kg20002.4.2刀具量具的选择依据金属机械加工工艺人员手册所选量具公布如下：测量范围为：0100的深度规深度规用于精确测量凹台和沟槽深度。塞规具有独特的导向圆柱体设计，方便、快、准。适用于现场测量。测量范围为1030的内槽卡钳 内槽卡钳适用于测量各种筒形工件、管材内径以及凹槽尺寸。2.5加工工序设计1. 铣上表面，保证尺寸12及72.3查参考文献3表2.3-59，得平面加工余量为0.9mm，已知A面总余量为2mm，故粗加工余量=4-0.9=3.1mm。查参考文献3表2.4-73，取粗铣的每齿进给量为，取精度铣的每转进给量=，粗铣走刀1次，=3.5mm，精铣走刀1次，=1.5mm。查参考文献3表3.1-74，取粗铣的主轴转速为，取精铣的主轴转速为。又前面已选定铣刀直径D为40mm，故相应的切削速度为:校核机床功率(只校核粗加工工序)：切削功率为:=取z=10个齿，则 代入式中得：168102.51=由文献3表得机床功率为7.5kw，取效率为0.85，则7.50.85=6.375kw6.62kw故重新选择主轴转速为，则：带入公式得：1681015.2kw6.375kw故机床功率足够。2. 钻2-8H7(+0.015/0)因8孔不是一次钻出，故其钻削余量为=11/2=5.5mm，8孔的精度较高，要分2次加工。参考文献3表2.4-41，用插入法求得钻8孔的切削速度v=，由此算出转速为：n=1000v/d=100026.7/3.1411=按机床实际转速取n=，则实际切削速度为：v=3.1411630/1000=参考文献3表2.4-69，得：=9.8142.7(N)M=9.810.021(Nm)分别求出钻8孔和M如下：=9.8142.7111=2427NM=9.810.0211=15.63Nm它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm，故机床刚度足够。3以底面为基准，粗镗32孔至31.5取粗镗的每齿进给量为，粗镗走刀1次，=3.5mm 查参考文献3表3.1-74，取粗镗的主轴转速为。又前面已选定镗刀直径D为19mm，故相应的切削速度为:4以底面为基准，精镗31孔至32H7(+0.015/0)取精镗的每齿进给量为，粗镗走刀1次，=1.5mm 查参考文献3表3.1-74，取精镗的主轴转速为。又前面已选定镗刀直径D为19mm，故相应的切削速度为:5. 以底面为基准，铣端面，保证30及11尺寸，工件总长度1250取进给量为f=0.7mm/r，则v=25.4m/minn=622.2按机床实际转速取n=650则实际切削速度为: v=3.1413650/1000=26.53参考文献3表2.4-41，得： =98.142.7kF(N)M=9.810.021kM(Nm)分别求出11的和M如下： =98.142.7131=2616N M=9.810.0211=16.73Nm它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm，故机床刚度足够。3 夹具设计对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。用夹具装夹工件有下列优点：1) 能稳定的保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于道具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工极度趋于一致。2) 能提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快捷，工件不需要划线找正，可显著的减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切屑用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。3) 能扩大机床的使用范围 4) 能降低成本 在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显得降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上。每个工件增加的成本时极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体。因此，夹具体的形状及尺寸取决于夹具上各种装置的布置及夹具于机床的连接。对于夹具体有以下几点要求：1) 有适当的精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要表面，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。2) 有足够的强度和刚度 加工过程中，夹具体要承受较大的切屑力和夹紧力。为保证夹具体不产生不允许的变形和震动，夹具体应有足够的强度和刚度。3) 结构工艺性好 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。夹具体结构形式应便于工件的装卸。4) 排屑方便 切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。5) 在机床上安装稳定可靠 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，重心越高则支撑面应越大；夹具底面四边应凸台，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。3.1定位方案的选定该零件的定位方案我选择的是一孔一面定位方式。这种定位方式在箱体、杠杆、盖板等类零件的加工中用的很广。工件的定位面一般是加工过的精基面，定位方式如下图：3.2夹具夹紧装置的确定3.2.1夹紧力的方向和作用点的确定 (1) 夹紧力的方向，主要夹紧力的方向一般应垂直于主要定位基准，当夹紧力和切削力，重力同方向时，需要的夹紧力最小；完全利用摩擦力来克服切削力和重力时，所需的夹紧力最大。因此本设计的夹紧力方向应正好和重力方向平行。(2) 夹紧力的作用点，夹紧力的作用点应在支承点上，或在几个支承点所组成的平面内。在多点夹紧时，如果平紧点在支承面之外，应采用联动夹紧机构，以保证各点的夹紧力同时均匀地作用到工件上。夹紧力的作用点应选在工件刚性最好的部位，否则应设置辅助支承，夹紧力的作用点应靠近切削部位。(3)夹紧力的大小，夹紧力的大小应根据所需夹紧力最大时的加工位置来决定，并分析此时受力情况，然后进行计算。为了安全应将计算值的安全系数(一般取23)作为所需要的夹紧力。3.2.2夹紧力大小的估算加工过程中，工件受到切屑力、离心力、惯性力及重力的作用。理论上，夹紧力的作用应与上述力的作用平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。估算时应找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力。由机床夹具设计手册上提供的公式：式中 -实际所需夹紧力（N）； -在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力（N）；K安全系数。安全系数K可按下式计算：取 则 确定: 根据机床夹具设计手册P32表1-2-3 刀具材料为硬质合金 Pz=902ts0.75Kp；Py=530t0.9s0.75Kp；Px=451ts0.4Kp；式中，Pz圆周切削分力（N）； Py径向切削分力（N）； Px轴向切削分力（N）； s-每转进给量（mm）； t切削深度（mm）； -考虑工件材料机械性能的系数； -考虑刀具几何参数的系数。 查表1-2-4，得，Kmp=（）nKmp考虑工件材料机械性能的系数；KmpKpKpKpKrp考虑刀具几何参数的系数；计算Pz时，n取0.4；计算Py时，n取0.4； 计算Px时，n取0.4.计算Pz时，Kp=1.0， Kp =1.0， Kp =1.0， Krp=1.0；计算Py时，Kp=1.0， Kp = 1.0， Kp=0.75， Krp=1.07；计算Px时，Kp=1.0， Kp =1.0， Kp=1.07， Krp=1.07； 取s=1mm, t=1mm 算得： Pz = 991.4(N )Py =467(N)Px =397.8（N） 夹紧力一般为估算，考虑X、Y方向的摩擦，所以在Z方向的力约为：400（N）。 由公式，算得所要的夹紧力为1216（N）。3.3夹紧机构及元件的选择本零件夹紧采用螺旋夹紧机构，夹紧机构如图： 图4.3采用的螺母为六角螺母（GB56-76）（1） 材料：45按优质碳素结构钢钢号和一般技术条件。（2） 热处理：HRC3540。（3） 细牙螺母的支承面对螺纹轴心线的垂直度按GB1184-80形状和位置公差附录一表3规定的9级公差。（4） 其他技术条件按GB2259-80机床夹具零件及技术条件。 螺母规格：56-76-M121.5。 螺栓为活节螺栓，规格为：M16240或M16220（GB798-76）。 根据机械设计上对紧螺栓联接的强度计算，有： 根据上述计算，此夹紧方案符合要求。3.4夹具体上排屑措施的确定切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。排屑措施有两种：1）增加容纳排屑空间。在夹具体上增设容屑沟或增大定位元件工作表面与夹具体之间的距离。适用于加工时产生的切屑不多的场合。如图4.7所示。图4.72）采用切屑自动排除结构。在夹具体上专门设计排屑用的斜面和缺口，使切屑自动由斜面处滑下而排至夹具体外。a图是在夹具体上开出排屑用的斜弧面，使钻孔的切屑，沿斜弧面排出。b图是在铣床夹具的夹具体内，设计排屑腔，切屑落入腔内后，沿斜面排出。适用于切屑较多的场合。3.5钻模的设计3.5.1钻套的选定钻模的导向元件是钻套，钻套用来引导刀具以保证被加工孔的位置精度和提高工艺系统的刚度，在加时可增强刀具刚性和防止偏斜。钻套的结构尺寸已标准化，设计时可按工厂有关图册或参考有关夹具设计手册选用。固定钻套(JB/T 8045.1-1999)，如图4.9。钻套直接压入钻模板或夹具体上，其外圆与钻模板采用H7/n6或H7/r6配合。磨损后不易更换。适用于中、小批生产的钻模上或用来加工孔距甚小以及孔距精度要求较高的孔。为了防止切屑进入钻套孔内，钻套的上、下端应稍突出钻模板为宜，一般不能低于钻模板。带肩固定钻套主要用于钻模板铰薄时，用以保持必要的引导长度，也可做为主轴头进给时轴向定程挡块用。通过两种固定钻套的对比，在加工孔时我选择了无肩式钻套。具体尺寸以及公差配合见图纸。图4.9可换钻套(JB/T 8045.2-1999)，如图4.10。钻套1装在衬套2中，而衬套则是压配在夹具体或钻模板3中。钻套由螺钉4固定。以防止它转动。钻套与衬套间采用F7/m6或F7/k6配合，以便于钻套磨损后迅速更换。适于大批量生产。图4.103.5.2钻模板的设计钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模上的正确位置。经过对零件的分析和夹具的整体设计，我选择了可卸式钻模板。在夹具体上为钻模板设有定位装置，以保持钻模板准确的位置精度。钻孔精度较高。可卸式钻模板具有以下特点如图4.11：(1)适用于中批量生产中在钻孔后继续进行其它工序或大型工件的局部加工；(2)它由两个定位套与夹具体上相对应的二个定位销（其中一个通常是菱形的）准确定位，并在结构上采取措施，防止钻模板装错方向；(3)覆盖式可卸钻模板定位部分直接安装在工件的定位部分，或钻模体的定位件上，然后进行夹紧；(4)钻模板应尽量轻，以不超过8Kg为宜，以减轻操作者的劳动强度，对尺寸大的钻模板可用铝合金铸件。 在设计尺寸的时候，我参照了钻模板孔径选择表（图4.12）。图4.12在加工孔时我选择了钻模板孔直径为，加工孔时我选择钻模板尺寸为。具体尺寸请查看图纸。4夹具定位方案的分析4.1工件定位自由度分析一个尚未定位的工件，其空间位置是不确定的，工件定位的实质就是要限制对加工有不良影响的自由度。无论工件的形状和结构怎么不同，它们的六个自由度都可以用六个支撑点限制，只是六个支撑点的分布不同罢了。支撑点的分布必须合理，否则六个支撑点限制不了工件的六个自由度，或不能有效地限制工件的六个自由度。工件的六个自由度都限制了的定位成为完全定位。工件被限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制;不影响加工要求的自由地，有时要限制，有时可不限制，视具体情况而定。按照加工要求确定工件必须限制的自由度，在夹具设计中是首要解决的问题。在工件定位时，一下几种情况允许不完全定位：1）加工通孔或者通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。2）毛坯（本工序加工前）是轴堆成的，绕对称轴的角度自由度可以不限制。3）加工贯通平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。按照加工要求应限制的自由度没有被限制的定位成为欠定位。确定工件在夹具中的定位方案时，欠定位是决不允许发生的。因为欠定位保证不了工件的加工要求。重复定位分两种情况：当工件的一个或几个自由度被重复限制，并对加工产生有害影响的重复定位，称为不可重复定位，不可用重复定位是不允许的；当工件的一个或几个自由度被重复限制，但仍能满足加工要求，即不但不产生有害影响，反而可增加工件装夹刚度的定位，称为可用重复定位。在生产实际中，可用重复定位被大量采用。这次所要加工的零件定位角向分析如图5.1。加工时前机体零件底面支靠在夹具定位平面上，这样控制了X、Z、Y零件三个自由度；此外用圆柱定位销及菱形销对零件定位孔定位时，则控制了零件Z、Y、X三个自由度。因此，零件压紧定位后，六个自由度都受到了控制，得到了准确的加工。4.2工件定位精度分析一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件以及定位原件的公差，使得各个工件所占的位置完全一致，加工后形成加工尺寸的不一致，为加工误差。这种只与工件定位有关的加工误差，称为定位误差。造成定位误差的原因有两个：一个是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差；二是定位基准与限位基准不重合，由此产生基准的位移误差。本工件的定位精度分析如下：1） 如图所示，在定位销A、B联线上，夹具中心距离为 = 282.069前机体定位孔中心距为： = 282.069两者中心距差=02） 前机体定位孔为，夹具圆柱销定位外径为。两者配合间隙 = 0.037 = 0.005故工件沿AB方向最大位移： （“”表示向两个方向的位移），此位移与1）中求出的中心距差合起来就会妨碍工件的第二定位孔在菱形销上定位，正式这个原因，第二定位销做成菱形。3） 由于圆柱销定位，工件在圆柱定位销各个方向可能发生的位移都是（包括Y轴、Z轴方向）。工件另一定位孔在菱形定位销沿AB方向的两侧最大位移也是，故工件定位时，可能发生角向偏差。 = =即：这个定位准确度对于零件主要三孔加工位置度要求（约为是完全足够了；对于各螺钉安装孔位置度精度影响要求为更为绰绰有余。各孔位置度极度影响因为尚有机床精度，夹具在机床安装精度，刀
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