毕业设计（论文）-直连杆夹具设计.doc

毕业设计说明书毕业设计说明书题 目：直连杆夹具设计19摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。直连杆加工工艺规程根据直连杆外型确定钻夹具方案，绘制钻夹具装配图，及其拉长45的键槽的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:工艺分析；钻夹具；车夹具；切削用量；误差分析；定位；装配；调试AbstractThe second line of board based on process, Determine a reasonable process plans, Calculation Rough of margin. According to the second line drill jig plate appearance to determine program, Drill fixture assembly diagram drawing, Positioning of the drill fixture error analysis. Identified from the assembly drawing standard parts and non-standard parts, purchased standard parts, and then produce non-standard parts.First, determine the process of non-standard parts, then the physical process.Finally, standard parts and non-standard items, assembly and debugging.Key words:process Analysis ; drill Fixture; error Analysis; physical processing; assembly; debugging目 录摘要AbstractII1. 引言11.1零件作用11.2课题的主要内容11.3课题的构思21.4本人已完成的工作量22. 任务内容22.1工艺设计22.2夹具设计82.3车夹具设计13主要参考文献17致谢.191. 引言直连杆的加工工艺规程及其拉长45的键槽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、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。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。1.1零件作用是摩托车前叉部件的一个主要零件，每辆摩托车前叉部件由两支导管零件、下联板、上横板、横板压紧帽、减震弹簧帽、减震弹簧、前轮轴接头、前轮轴、前轮、前轮轴锁紧帽等组成前叉部件。共同作用可以改变摩托车的运动方向及缓解震动等1.2课题的主要内容熟悉直连杆零件在产品中的作用、结构特点、主要加工表面和技术要求。根据下联板零件的工艺加工要求，编写直连杆零件机械加工工艺路线卡和零件机械加工工序卡。熟悉在任一工序加工中所使用的机床、刀具、量具及辅具的型号、规格、主要参数、机床与夹具连接部分的结构和尺寸。收集有关资料，确定夹具设计方案，绘制结构示意图。完成夹具结构示意图后，对夹具的精度进行分析计算，校核制订的夹具公差和技术要求能否满足工件工序尺寸公差和技术要求。根据经过讨论、审订、修改而定稿的夹具结构示意图，便可绘制正式的装配图，并拆绘零件图。待夹具装配图和零件图绘制完毕后，为使夹具能够满足使用功能要求，同时又具有良好的装配工艺性和加工工艺性，应对图样进行必要的审核。然后，购买标准件及非标准件的材料在车间进行生产，在生产过程遇到问题需对图纸进行应及时修改，完成夹具制造后编写设计说明书。有关设计计算过程包括几何关系的尺寸换算及误差计算，对工件工序尺寸公差的误差分析，特殊结构中力的分析和计算，以及必要的强度校核等。1.3课题的构思根据图纸给出的直连杆零件，对直连杆进行工艺分析，并对拉长45的键槽的进行专用钻夹具设计，应考虑在保证加工质量的前提下降低夹具体的重量，尽量使用标准件。本次设计给出的生产批次为大批量生产，应尽量考虑提高生产效率，保证加工质量，降低生产成本。这次设计采用的一面两孔定位，采用圆锥销和菱销定位，压板将工件加紧。在考虑整个夹具体的设计。1.4本人已要完成的工作量1. 绘制直连杆零件图和三维立体图2. 编制直连杆零件机械加工工艺路线卡3. 编制直连杆零件机械加工工序卡4. 设计绘制钻213孔夹具装配图及全部零件图5. 设计绘制拉长45的键槽夹具装配图及全部零件图5. 编制全部钻孔夹具零件的械加工工艺过程卡6. 进行钻孔夹具的制造、装配和调试2.1工艺设计2.1.1零件的功用及工艺分析2.1.1.1功能直连杆零件如图1所示，是摩托车前叉部件的一个主要零件，每辆摩托车前叉部件由两支导管零件、下联板、上横板、横板压紧帽、减震弹簧帽、减震弹簧、前轮轴接头、前轮轴、前轮、前轮轴锁紧帽等组成前叉部件。共同作用可以改变摩托车的运动方向及缓解震动等。 图 1直连杆三维图 2.1.1.2零件的工艺分析如图2所示直连杆零件的主要加工有正反端面，垂直水平上、下端面，尺寸为213及，尺寸为长45的斜槽 。其中最主要的是对长45的斜槽加工，在加工过程有较高的表面粗糙度要求，213 两孔的中心距离为77。 图2直连杆由上面分析可知，对正反端面进行加工，先铣一端面，再以加工端面为基准加工铣一端面。铣垂直水平上下端面，采用类似的方法先铣一端面，在一加工端面为基准铣另一端面，可以保证两面的平行。在加工213孔时要注意孔的位置关系，在生产中采用孔镗床对孔加工，可以有效的保证孔的位置关系，而且可以减少工件的加紧次数。然后对外轮廓的孔加工，也是本次设计钻床夹具的目的，以213定位，是典型的一面两孔定位，两孔间的距离为77是设计中必须保证的。最后对尺寸为长45的斜槽加工，但是铣刀一般都是水平铣的，在加工是必须将工件倾斜放置，以达到加工要求。2.1.2工艺过程设计 零件材料为45钢。考虑零件是大批量生产而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用精铸毛坯，这对提高生产率、保证加工质量。下联板零件是安装在摩托车上的，震动很激烈所以对工件进行调质处理，可以保证HRC2530。2.1.2.1基准的选择基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。 （1）粗基准的选择。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为粗基准；若零件有若干个不加工表面作为粗基准时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现选精铸毛坯的外轮廓及三内孔做为粗基准。（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题，但在此次设计中基准是重合的。2.1.2.2确定工艺路线按照先加工基准面，先面后孔、先粗后精的原则，布置工艺路线如下：（1）工艺路线方案一:工序一：粗铣上表面工序二：粗铣下表面工序三：以下底面为基准，粗铣，半精铣，精铣外轮廓工序四：以外轮廓为基准，钻，扩半径12.5的圆工序五：以下表面为基准，铣槽工序六：以50圆为基准，钻，扩半径26的圆（2）工艺路线方案二:工序一：粗铣上表面工序二：粗铣下表面工序三：以下表面为基准，铣槽工序四：以外轮廓为基准，钻，扩半径12.5的圆工序五：以下底面为基准，粗铣，半精铣，精铣外轮廓工序六：以50圆为基准，钻，扩半径26的圆（3）工艺路线方案三:工序一：粗铣上表面工序二：粗铣下表面工序三：以外轮廓为基准，钻，扩半径12.5的圆工序四：以下底面为基准，粗铣，半精铣，精铣外轮廓工序五：以下表面为基准，铣槽工序六：以50圆为基准，钻，扩半径26的圆工序七：半精铣，精铣上表面方案一分析1）.方案一是以上表面为基准铣外轮廓，然后以外轮廓为基准，钻，扩半径12.5的圆，这样做很难加工，而且精度很难达到要求，以下底面为基准，粗铣，半精铣，精铣外轮廓，这样做违反了基准重合原则，造成了不必要的基准不重合的误差。2).方案一中工序六加工后再加工下面的工序的话，会由于工序六降低了工件的刚度，使后面的加工不能保证加工质量和加工要求.方案二分析1）.方案二是以下表面为基准，铣槽，然后以外轮廓为基准，钻，扩半径12.5的圆，这样做很难加工，而且精度很难达到要求，以下底面为基准，粗铣，半精铣，精铣外轮廓，这样做违反了基准重合原则，造成了不必要的基准不重合的误差2).方案一中工序六加工后再加工下面的工序的话，会由于工序六降低了工件的刚度，使后面的加工不能保证加工质量和加工要求.方案三分析1）.方案三是以外轮廓为基准，钻，扩半径12.5的圆，然后以下底面为基准，粗铣，半精铣，精铣外轮廓，这样加工容易加工，容易装夹，而且这样加工很合理，没有违反了基准重合原则，2).方案一中工序六加工后再加工下面的工序的话，会由于工序六不会降低了工件的刚度，使后面的加工能保证加工质量和加工要求.2.1.2.3加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “直连杆”零件的材料是45钢，抗拉强度为500Mpa，零件的毛坯质量为？。鉴于零件最大外廓尺寸111mm44mm，形状的复杂程度中等，生产类型是大量生产，根据铸造方法的经济合理性，参考机械加工工艺手册，P3-11表3.1-20适合的铸造方法有：金属型铸造、融模型铸造、压力铸造、壳型铸造；再根据铸造的类别、特点和应用范围，参考 机械加工工艺手册P3-9表3.1-19选择“直连杆”零件的毛坯铸造方法为金属型铸造。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1上表面大端其加工尺寸为111mm40mm的平面和上端面。表面粗糙度值Ra=3.2m，需要精加工。参考机械加工实用技术手册，P242表5-2大批量生产铸件的尺寸公差等级，可得：金属型铸造的灰铸铁公差等级CT为79级，取8级；再参考P243表5-3铸件尺寸公差数值，可得：1.8mm的铸造尺寸公差。参考机械加工实用技术手册P242表5-2铸件机械加工余量等级MA为F级；再参考P240表5-1机械加工余量可得2.0mm2.5mm，取2mm的加工余量。2下表面大端其加工尺寸为111mm40mm的平面和上端面。表面粗糙度值Ra=3.2m，需要精加工。参考机械加工实用技术手册，P242表5-2大批量生产铸件的尺寸公差等级，可得：金属型铸造的灰铸铁公差等级CT为79级，取8级；再参考P243表5-3铸件尺寸公差数值，可得：1.8mm的铸造尺寸公差。参考机械加工实用技术手册P242表5-2铸件机械加工余量等级MA为F级；再参考P240表5-1机械加工余量可得2.0mm2.5mm，取2mm的加工余量。3. 钻半径12.5的圆的加工余量1）.表面粗糙度值Ra=3.2，需要粗镗、精镗。参考机械加工实用技术手册，P24:3表5-3铸件尺寸公差数值，可得：1.6mm的铸造尺寸公差，可得：IT1.6mm。再参考P240表5-1机械加工余量可得1.5mm2.0mm，取2.0mm的加工余量。 2）.珩磨加工余量：参考机械加工实用技术手册，P259表5-26，可得：孔的珩磨直径余量：2Z0.1mm。3）.精镗加工余量：参考机械加工实用技术手册，P258表5-23扩孔、镗孔、铰孔的余量，可得：镗孔余量Z1.5mm2.0mm，取1.5mm的加工余量。镗削公差：现规定本工序（精镗）的加工精度IT7级，因此可知本工序的加工公差为0.03mm（入体方向）。 4）.粗镗加工余量：除珩磨的加工余量和精镗的加工余量剩下的余量都给粗镗。镗削公差：现规定本工序（半精镗）的加工精度IT10级，因此可知本工序的加工公差为0.35mm（入体方向）。 由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。由于本设计规定的零件为大量生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按照调整法加工方式予以确定。4. 钻直径13的圆的加工余量1）.表面粗糙度值Ra=3.2，需要粗镗、精镗。参考机械加工实用技术手册，P24:3表5-3铸件尺寸公差数值，可得：1.6mm的铸造尺寸公差，可得：IT1.6mm。再参考P240表5-1机械加工余量可得1.5mm2.0mm，取2.0mm的加工余量。 2）.珩磨加工余量：参考机械加工实用技术手册，P259表5-26，可得：孔的珩磨直径余量：2Z0.1mm。 3）.精镗加工余量：参考机械加工实用技术手册，P258表5-23扩孔、镗孔、铰孔的余量，可得：镗孔余量Z1.5mm2.0mm，取1.5mm的加工余量。镗削公差：现规定本工序（精镗）的加工精度IT7级，因此可知本工序的加工公差为0.03mm（入体方向）。 4）.粗镗加工余量：除珩磨的加工余量和精镗的加工余量剩下的余量都给粗镗。镗削公差：现规定本工序（半精镗）的加工精度IT10级，因此可知本工序的加工公差为0.35mm（入体方向）。由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。由于本设计规定的零件为大量生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按照调整法加工方式予以确定。5.拉键槽的加工余量1拉键槽加工尺寸为16mm40mm 表面粗糙度值Ra=3.2m，需要精加工。参考机械加工实用技术手册，P242表5-2大批量生产铸件的尺寸公差等级，可得：金属型铸造的灰铸铁公差等级CT为79级，取8级；再参考P243表5-3铸件尺寸公差数值，可得：1.8mm的铸造尺寸公差。参考机械加工实用技术手册P242表5-2铸件机械加工余量等级MA为F级；再参考P240表5-1机械加工余量可得2.0mm2.5mm，取2mm的加工余量。 2.2钻夹具设计2.2.1精铣连杆两端面的夹具设计连杆端面是整个连杆加工过程的主要定位基准,应首先加工出来。由零件图可知,连杆大小头端面厚度的基本尺寸是相同的,但其精度要求不同。若在铣大小头端面时,也按不同的要求加工,会增加夹具制造与机床调整的复杂性。故在加工中使大小头端面处在同一平面上,简化了后续工序的夹具结构,减少了机床的调整工作。图3钻夹具根据钻夹具图所示确定生产过程中所需的标准件及非标准件如表1所示。表1钻夹具零件2.2.2夹具设计方案分析确定2.2.2.1方案分析在夹具设计过程中会遇到很多问题，也会产生很多解决问题的方案。如下联板夹具体的中的竖板和底座的连接方式，在现实生产中的很多夹具体都是将它们一体化了如图5所示这种夹具体的刚性强，生产简单，外表制作美观。但是这种方式生产的夹具体需要铸造生产。将夹具体的竖板和底板分开加工，使用圆锥销与圆柱销加紧定位。采用这种方法加工比较方便，精度容易 保证。在选择钻模板时采用一板两孔的钻模板，此种钻模板在加工时两孔间的位置精度容易保证，装卸方便。 图5固定式钻模本次设计采用一孔一板，使用两块钻模板对两个孔进行加工，此种类型的钻模板质量轻，节省加工材料，但是在装配钻模板时两钻模板中心距需要精确测量，误差必须在公差范围之内，在钻模板上安装了定位圆锥销可以调节两中心距，起到定位作用。 2.2.2.2比较确定夹具体上安装有平面定位元件(两个支承板，每个支承板分为三段以便屑。),固定V形块、活动V形块和圆形平面对刀块。三者组合共同作为该夹具的定位元件.对于支承板和对刀块都有较高的尺寸和位置精度要求.其中,支承板与工件接触的平面与夹具体底座平行。所有的支承板与夹具体都采用普通螺丝钉进行联接，一旦支承板受磨损，可拆换。至于活动V形块，因在加工过程中它必须要沿着工件长度方向左右移动。为了保证夹紧后良好的对中性，故在夹具体上沿着V形块的两侧安装了两块移动导向板。导向板与工件接触的内表面与夹具横向轴线应保持较高的平行度。导向板的定位采用圆柱销。 图4圆锥销连接在选择钻模板时，考虑到夹具体的重量所以采用采用一孔一板制使用两块钻模板的方式。在装夹钻模板时要保证两孔间的距离，两孔距离需要在配作圆锥销是保证。2.2.2.3定位误差的分析工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：一是定位基准与限位基准不重合产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合产生的基准不重合误差。 由于定位基准与工序基准不重合以及定位基准与限位基准不重合是造成定位误差的原因，因此，定位误差应是基准不重合误差与基准位移误差的合成。计算时，可先算出和，然后将两者合成而得。若工序基准在定位基面上，即和有相关的公共变量，则=。在定位基面尺寸变动方向一定（由大变小或由小变大）的条件下，和的变动方向相同时，取“+”号；变动方向相反时，取“”号。合成时，若工序基准不在定位基面上（工序基准与定位基面为两个独立的表面），即和无相关公共变量，则=+。在设计中如图7所示采用一面两孔定位，工件以平面作为主要定位基准，限制三个自由度，圆柱销限制二个自由度，菱形销限制一个自由度。菱形销作为防转支承，其长轴方向应与两销中心连线相垂直，并应正确地选择菱形销直径的基本尺寸和经削边后圆柱部分的宽度。在设计过程中定位基准与工序基准是重合不存在定基误差，所以不存在定位误差 。但是由于工件与圆锥销、菱销是间隙配合，所以在配合时存在着位移误差；图5一面两孔定位 根据图示对加工进行误差分析：两销中心距的基本尺寸应等于两孔中心距的平均尺寸，其公差为两孔中心距公差的 1/31/5 。即 ，本设计中Ld=120 0.15, 确定圆柱销直径和公差为，根据如图8所示计算菱形销直径和公差，选择菱形销宽度 b= 10。补偿量计算最小间隙 计算菱形销的直径 根据公式计算菱销直径。2.3车夹具设计2.3.1车夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用的夹具。有老师分配的任务，我被要求设计镗13孔的夹具，选用机床：CA6140卧式车床2.3.2车夹具设计方案分析确定本夹具主要用来车30孔，因为钻13孔本身没有什么精度要求，因此以提高生产效率为主。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高生产率、降低劳动强度、。2.3.2.1 定位基准的选择我们已已经加工好的13孔作为定位基准，采用一个圆柱销定位，26孔端面限制3个自由度，圆柱销限制2个自由度，最后一个方向的自由度我们采用一个定位挡销定位，这样空间的6个自由度都已经限制完了，我们就可以开始加工工件了。2.3.2.2切削力和夹紧力的计算查表1-2-3 圆周力： 径向力： 轴向力：其中：查机床夹具手册表1-2-4，表1-2-5表1-2-6由上得：Fc=725N，Fp=459N，Ff=695N夹紧力的计算：由机床夹具设计手册（表1-2-25）得：用扳手的六角螺母的夹紧力：M=12mm, P=1.75mm，L=140mm,作用力：F=70N，夹紧力：W0=5380N由于夹紧力大于切削力，即本夹具可安全使用。满足加工要求。2.3.2.3定位误差分析（1）定位元件尺寸及公差确定。夹具的主要定位元件为一平面和两定位销，孔与销间隙配合。（2） 工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在铣床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin 本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近挡销的一面，而定位销的会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。2.3.2.4夹具设计及简要操作说明 本工件采用圆柱销和挡销销定位，用移动压板压紧，这样操作更加简单，迅速，特别适合打批量生产，总体来说这套夹具是非常不错的。能满足批量生产要求图62.3.3制造中遇到的问题及解决方案在制造过程中遇到的最大的问题就是工作周期太短，加工工作量大，所以必须保证产品的加工质量，避免生产报废，重新投料，造成耽误工期。首先是直接参与购买加工材料，材料从台州一个很小的钢材市场购买，所以材料表面有很多凹凸不平，拿回实验室后必须对毛胚去毛刺。在加工的过程中对于机床的操作已经很陌生，必须请教实验室的老师指导并说明在操作中的注意事项。铣各个端面时，要保证工件的夹紧，以防工件撞坏刀具，在换面铣时要注意将同一基准面定位在定虎钳上。在粗铣是可以降低转速，将工件逆着刀具旋转方向铣（可以加大工件的进给量），精铣要提高转速，将工件顺着刀具旋转的方向铣。在车床上加工工件时，开机是手不能放在卡盘上，工件转动时，人不能正对工件站立，当工件表面粗糙度不够搞时可以提高旋转速度，降低进给速度。在铣床加工时很多工件的夹紧是必须考虑的问题在本次制造中很多采用了压板和垫块夹紧，在铣大孔时需要先钻中心孔，然后再铣孔。在加工螺纹孔时，攻丝必须十分小心，先在丝锥上加机油，在攻丝时手不能摇晃，先使用头攻然后再使用二攻。 以上所述只是加工过程中遇到的其中一部分问题，虽然遇到了很多问题但是学会了在制造过程中一些解决实际问题的方法，也提高了自己的动手能力。参考文献1 孙丽媛编著. 机械制造工艺及专用夹具M.北京：冶金工业出版社，2002.12.2 廖念钊主编. 互换性与技术测量M.北京：中国计量出版社，2000.1.3 陈明主编. 机械制造工艺学M.北京：机械工业出版社，2005.8.4 李名望主编. 机床夹具设计实例教程M.北京：化学工业出版社，2009.8.5 吴拓编著.现代机床夹具设计M.北京：化学工业出版社，2009.1.6 张克义主编.AutoCAD工程制图M.北京：中国林业出版社，2006.8.7 李旦主编.机械制造工艺学课程设计基础