十字头滑套的加工工艺及夹具设计.doc

设计（论文）报告纸 装 订 线 0 设计说明书 课题名称 十字头滑套的加工工艺与夹具设计 系/专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师： 二一六年四月 设计（论文）报告纸 装 订 线 1 摘摘 要要 十字头滑套，典型的配套类零件,主要由车床加工完成，用途较大，尺寸精 度，表面质量和公差的准确度要求较高，但是数控车床加工只是设计表面粗加 工和精加工部分，最主要的钻孔由夹具来完成。 此设计是对十字头滑套零部件加工的分析和工艺的分析及夹具的制造。工 艺分析为零件的尺寸和加工工序的分析，要确定零件的尺寸和零件的加工顺序 计算切削的多少。夹具绘图包含零件图和装配图，用此夹具夹紧加工的零件然 后钻孔。 关键词：关键词：夹具；工艺设计；十字头滑套 设计（论文）报告纸 装 订 线 2 AbstractAbstract Cross sliding sleeve, a typical supporting parts, mainly completed by lathe processing, use large, dimensional accuracy, surface quality and the accuracy of the tolerance requirement is higher, but the numerical control lathe processing just design surface roughing and finish machining parts, the main drilling are done by the fixture. This design for the crosshead sliding sleeve parts machining process analysis and process design analysis and fixture manufacturing. The size of the process analysis of parts and the machining process analysis, to determine the size of the parts and components processing sequence calculation of cutting. Fixture manufacturing can be divided into the design of the part drawing and assembly drawing, want to use the fixture clamping part and drilling. Key words: fixture；process design；cross sliding sleeve 设计（论文）报告纸 装 订 线 3 目目 录录 摘 要 Abstract 第一章绪 论.4 1.1 引言.4 1.2 设计的背景.4 1.3 本文研究的内容.4 1.4 十字头滑套的内容和设计意义.4 第二章 零件的分析.5 2.1 零件的作用.5 2.2 零件的工艺分析.5 第三章 加工工艺设计.7 3.1 毛坯的制造.7 3.2 基面的选择.7 3.3 制定大概加工步骤.7 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.8 3.5 确定切削用量及基本工时.9 第四章 夹具的设计.14 4.1 夹具的特点.14 4.2 夹具的设计要点.14 4.3 设计任务.14 4.4 定位方案.15 4.5 夹紧方案.16 4.6 夹具零件.18 4.6.1 钻套选择.18 4.6.2 钻模板.18 4.6.3 夹具体.19 4.7 钻床夹具总装图.19 总 结.21 参考文献.22 致 谢.23 设计（论文）报告纸 装 订 线 4 第一章 绪 论 1.1 引言 毕业设计是毕业必过的坎之一，在所有必修与选修完成后，它就是我最后 的考验。这对我意义重大，让我懂得自己动手设计的快乐，使我有了自我的能 力加强的机会，通过自我完成的这套设计，给了我在一次的适应自己的将来的 工作中，磨炼自己解决各种难题的能力，感受自己的不足后享受自己的获得的 成功。 1.2 设计的背景 近年来，制造技术急速发展，传统的加工逐渐被淘汰。但是，各国的学者 在各种理论上深入地研究各种各样的特殊加工技术，获得卓越的理论成果，定 量的实际有一定的距离。但是，根据特殊加工方法得到的加工精度和表面的质 量和加工条件的参数的之间有规律。如今的传统切削加工机构虽然可以实际应 用，但是系统性欠缺，受限制较多，现在先进的加工技术，参数依然根据经验 选择，通常以优化和自动化，和以前的加工作为主要加工手段。 1.3 本文研究的内容 (1) 零件的工艺分析 分析零件的材料，尺寸，加工表面。 (2) 零件的绘制及加工步骤 用 cad 绘出毛坯图和零件图，分析加工尺寸 并写出加工工序进行加工。 (3) 夹具的设计方法 夹具由多部分组成，要查阅资料写出夹具的特点和 设计方法，运用 cad 画出夹具零件图螺杆，压板，中间板等和装配图。 (4) 定位原件 定位原件要求充分的精度，刚度和良好的抗磨性。定位的 方式要求严谨但允许有误差。 1.4 十字头滑套的内容和设计意义 十字头滑套配套元件加工，主要内容由车床加工完成，用途较大，尺寸精 度，表面质量和形式的公差要求高，数控车床加工完成主要内容，保证形式公 差，设计车床。对十字头滑套零件加工过程的分析，是对滑套零件的了解的第 设计（论文）报告纸 装 订 线 5 一步，使我十字头滑套更加熟悉，设计此零件有助于科学的发展与进步。 第二章 零件的分析 2.1 零件的作用 题目所给定的零件是十字头滑套，十字头滑套位于轴的端部，连接轴与下 一级的传动部件，起到传递扭矩与动力的作用。 图 2.1 零件二维图 2.2 零件的工艺分析 十字头滑套共有两个加工表面，现分述如下： （1）190mm 内止口为中心的加工表面。 这一组加工表面包括：1900.10 0.20mm 定位内止口、1900 -0.10mm 定 位凸台，1800.15 0.06mm 内孔，335mm、320mm 的外圆表面，左右两端各 14 个 14mm 的孔。 设计（论文）报告纸 装 订 线 6 （2）螺孔为主要中心的加工表面。 这一组加工表面包括：8 个 M6 的螺孔。 加工表面的位置要求： 1900.10 0.20mm 定位凸台与 1800.15 0.06mm 滑道孔同轴度公差为 0.05mm。 1900.10 0.20mm 定位内止口与 mm 滑道孔同轴度公差为 0.05mm。 对这 2 组的加工方面，首先可以加工，保证专用治具加工的另组方面，保证它 们的位置精度要求。主要是划线，铸件的墙的厚度也为主，各部分的加工量完 成最精准化，保证废品率减少。 1800.15 0.06mm 内孔，中间部分由两段圆弧组成，但是孔的表面粗 糙度要求较高，在工作中会出现很长时间的不间断切削，我们在工作中，切削 用量的多少及选用刀具的合理性是主要问题，应该要多加注意。 设计（论文）报告纸 装 订 线 7 图 2.2 零件三维示意图 设计（论文）报告纸 装 订 线 8 第三章 加工工艺设计 3.1 零件毛坯的制造 零件为 40Cr 锻件。由于零件年产量大。此零件为大批生产，零件为小型零 件。有助于生产率的保证、不亏本，加工出的零件质量较高。 已经确定的零件材料是 HT 200，考虑到零件在车床中的加工不断续，要保 证零件的实用性，零件应少量生产，而且部件的尺寸不是很大，所以，采用砂 型铸造来提高效率。 3.2 基面的选择 基准面选择是过程中的重要工作之一。基准面正确，合理，可提升加工品 质，提高生产效率。但是，一旦在加工的过程问题出现，会出现意想不到的麻 烦。严重的话会导致零件大量废弃，生产成为无用功。 （1）粗基准选择 其它的轴类零件，外圆作为粗基准是合理的方法。但对本零件来说，应以 两端的外圆表面作为基准，现定以 335mm 外表面为粗基准，利用止口盘定位， 螺栓压板夹紧，达到定位要求。 （2）精基准选择 主要考虑的问题是考虑到参考标准的问题。设计基准和工艺基准不相符合 时，应进行尺寸换算。 3.3 制订大概加工步骤 制订要求首先，零件的形状、加工的精度、各种尺寸等的技术要求得到合 理的保证。以生产纲领为生产的条件，万能机床为专用夹具提高生产效率。同 时，为了降低经济效率，生产成本，考虑经济效率，降低成本。 工艺路线方案 工序 铸造。 工序 清砂 工序 热处理 工序 清砂 工序 涂漆 非加工表面涂防锈漆 设计（论文）报告纸 装 订 线 9 工序 划线 划十字线 工序 粗车加工。 工序 精车加工。 工序 划线 划两个方法兰线 215mm 工序 铣 工序 XI 钻 工序 XII 质检，入库 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “十字头滑套”零件材料为 40cr，生产类型为大批生产。 根据所画的各种零件图确定加工表面的加工零件余量、尺寸及毛坯尺寸如下: （1）外圆表面（335mm 及 320mm） 分析毛坯，根据其零件图。两端的外圆的直径余量取 2Z=3mm，所以取外圆 表面直径为 338mm、323mm。 （2）外圆表面加工余量（350mm） 考虑加工工艺的需要，切削两端面时各留 5mm。 （3）内孔（1800.15 0.06mm） 车孔尺寸及余量为： 粗车孔：175mm 精车孔：180 mm 2Z=5mm 本设计规定的零件是大量生产，调整法加工，采用最大最小加工余量的时 候，使用调整法加工方式规定。 设计（论文）报告纸 装 订 线 10 图 2.3 十字头滑套毛坯图 3.5 确定切削用量及基本工时 工序 1：车切削外圆、端面、凸台及内孔 粗车加工顺序为:夹 335mm 毛坯外圆，找正，车右端 320mm 至图样尺寸车端 面及凸台，留加工余量 5mm。法兰盘厚度尺寸 18mm。完成加工后，使零件换头 反向夹，即加工 320mm 那头，以内孔为 175mm 正反向，车 335mm 孔至应 达到的要求，1900.10 0.20mm 的加工口各自余下 5mm，法兰盘厚度尺寸 18mm。 精车加工工序为：夹 320mm 外圆，按内孔按内孔 175mm 找正，车 335mm 端面及 1900.10 0.20mm 内止口至图样尺寸。换一头再加工，以 1900.10 0.20mm 口及 335mm 端面为基准夹紧，320mm 孔开始精车加工，然后进行 1900.10 0.20mm 凸台和端面的加工，保证总长 350mm。 取 a 2.5mm，f 0.81mm/r， 切削速度：硬质合金车刀切削灰铸铁的平均切削速度为 1.17m/s，即 uc=70.2m/min。 ns =1000uc/dw=(1000 x70.2)/ *175128r/min 设计（论文）报告纸 装 订 线 11 按机床的标准速度为主进行计算 切削工时： t=(l+l1+l2）/nf 式中，l=180, l1=4, l2=0 所以， t=(l+l1+l2）/nf=（180+4）/(160*0.8)=1.438min 工序 2：335mm 的外圆粗车加工，并粗车左右的端面及 1900.10 0.20mm 口 CA6140 的卧式机床为加工机床。计算过程如下： 1）确定端面加工余量：考虑内止口的影响，取毛坯长度的加工余量为： Zmax=5mm,分两次加工，ap=2.5mm，取整数 ap=3mm 计。 2）速度： 切削速度为 70.2m/min。 确定机床主轴转速: ns =1000uc/dw=(1000*70.2)/ *33866r/min 按机床说明书，与 66 r/min 相近的机床转速为 63 r/min、80 r/min。 计算切削工时： l=(338-40)/2=149mm,l1=2mm,l2=0,l3=0 tm=i(l+ l1+ l2+ l3)/ nwf=2*(149+2)/(100*0.8)=3.775min 粗车 335mm 外圆 1）背吃刀量：单边余量 Z=1.5mm,可一次切除。 2）进给量：选用 f=0.8mm/r。 3）计算切削速度： Vc=242/(600.2*1.50.15*0.80.35)*1.44*0.8*0.81*0.97=98m/min 4）确定主轴转速： ns =1000uc/dw=（1000*98）/(*338)=92.34r/min 速度的计算如下： u=dn/1000=*338*98/1000=104.01m/min 切削工时：t=(l+l1+l2）/nf 式中，l=18, l1=4, l2=0 所以，t=(l+l1+l2）/nf=（18+4）/(100*0.8)=0.275min 工序 3：335mm 和 320mm 端面精车及 1900.10 0.20mm*5mm 内止口的， 1900.10 0.20mm*5mm 凸台的加工，精车内孔 1800.15 0.06mm 切削速度：硬质合金车刀切削灰铸铁的平均切削速度为 1.17m/s，即 设计（论文）报告纸 装 订 线 12 uc=70.2m/min。ns =1000uc/dw=(1000*70.2)/ *185121r/min 取 ns =125 r/min 则此时： u=72.61m/min 切削工时： t=(l+l1+l2）/nf 式中，l=5, l1=4, l2=0 所以， t=(l+l1+l2）/nf=（5+4）/(125*0.8)=0.09min 铣和钻工序。 工序 4：钻左端兰盘 14*22mm 所有孔，锪 36mm 面 以 1900.10 0.20mm*5mm 口与 335mm 端面为定位找正（按线）压紧，再铣装 两侧平面（端铣） ，加工后精确要求为 215mm。完成后进行钻工序。 钻左端兰盘 14*22mm 各孔，锪 36mm 平面。 最后进行钻模，按法兰盘外形找正，钻，攻 8*M6,深 10MM 螺纹。 切削速度：确定 u=27m/min。 采用快速钢，三面刃铣刀，dw=225mm,齿数 z=20。则 ns=1000u/dw=1000*27/(*225)=38r/min nw = 37.5 r / min 时，作业台每分钟进给量： fm= fzZnw=0.08*20*37.5=60mm/min 机床的使用说明书进行调查，正好 fm = 60 毫米/ min，所以直接使用值。 因为是切削工数铣刀，所以在所有的铣刀上铣刀上的铣刀整体工件，使用作图 法，得铣刀的日程表 l+12+13= 105 毫米。因此，机动的工时： tm=（ l+l1+l2）/ fm =105/60min=1.75min 工序 4：钻右端兰盘 14*22mm 各孔，锪 36mm 平面。 采用钻模钻右端兰盘 14*22mm 各孔，锪 36mm 平面。 （1） 钻孔 20mm 转速的算法 ns=(1000*12.25)/25=155r/min 所以切削工时： t=3min (2)扩孔 22mm f=1.6*0.41=0.656mm/r , u=0.4*12.25=4.9m/min ns=(1000*4.9)/25=62.4r/min t=(150+3+1.5)/(68*1.24)=1.83min (3) 锪 36mm 平面 设计（论文）报告纸 装 订 线 13 f=1/3*0.5=0.17mm/r , 按机床取 0.19mm/r u=1/3*25=8.3m/min ns=1000u/D=1000*8.3/(*25)=106r/min 速度的确定 u=D nw/1000=(*36*132)/1000=14.9m/min 切削工时：切入时 l1=2mm ,切除时 l2=0mm ，l=8mm 则 t=(2+8)/(132*0.19)=0.40min 工序 5：钻、攻 8*M6、深 10mm 螺纹 (1)钻孔 =20mm f=0.41mm/r ，u=12.25m/min ns=(1000*12.25)/25=155r/min 速度计算 u=dwnw/1000=10.68m/min 切削工时： t=（ l+l1+l2）/ nw f=(150+10+4)/(136*0.41)=3min (2)扩孔 22mm ， f=1.6*0.41=0.656mm/r , u=0.4*12.25=4.9m/min ns=(1000*4.9)/25=62.4r/min 切入 l1=3mm ,切除 l2=1.5mm 得到答案 t=(150+3+1.5)/(68*1.24)=1.83min (3) 锪 36mm 平面 f=1/3*0.5=0.17mm/r , 按机床取 0.19mm/r u=1/3*25=8.3m/min ns=1000u/D=1000*8.3/(*25)=106r/min 实际速度 u=D nw/1000=(*36*132)/1000=14.9m/min 切削工时：切入时 l1=2mm ,切除时 l2=0mm ,l=8mm 则 t=(2+8)/(132*0.19)=0.40min 开始钻、攻 8*M6、深 10mm 螺纹。 （1）切削速度的计算 粗车螺纹时：uc=1.11*0.75*11.8/( 600.11*0.170.7*10.3)=21.57m/min 精车螺纹时：uc=1.11*0.75*11.8/( 600.11*0.080.7*10.3)=36.8m/min （2）确定主轴转速： 设计（论文）报告纸 装 订 线 14 粗车螺纹时：n1=1000 uc/D=1000*21.57/(*6)=1145r/min 机床转速 n=1400r/min 实际切削速度 uc=26.38m/min 精车螺纹时：n2=1000 uc/D=1000*36.8/(*6)=1953r/min 机床转速 n=2000r/min 实际切削速度 uc=37.68m/min （3）切削工：取切入的长度为 l1=3mm,粗车螺纹工： t1=(l+ l1)i/nf=4*(10+3)/(1145*1)=0.045min t2=(l+ l1)i/nf=2*(10+3)/(1953*1)=0.013min 所以车螺纹的总工时为：t=t1+ t2=0.058min 设计（论文）报告纸 装 订 线 15 第四章 夹具的设计 4.1 夹具的特点 （1）保证工件的加工精度 专用夹具使用比较严谨，它应合理，尺寸要求很高，并且要求公差的准确 度，确保加工的精度，使工件的加工方式简单。 （2）提高生产效率 和所有的专业夹具的复杂的生产方法和工件的生产纲领相适应，根据工件 生产要求的尺寸，高复杂度和高效率拧紧装置，减小生产时间，提高生产效率。 （3）工艺性好 专用夹具应该简单，使其组装起来方便，并且安全耐用，如果条件允许的 情况下，可设置漂亮的外表。 （4）使用性好 专用夹具应使用优秀的材料，外表可接受，方便拆分，零件应刷漆，使外 表美观。如果用途多，应设置保养装置。 （5）经济型好 夹具的各个材料成本要求低，零件数越少越好，但要求要每个零件都应精 准，经济效益要求最大化。 4.2 夹具的设计要点 夹具的要求，考虑到所有孔的加工方法，应该注意考虑以下几点： （1）各加工及品质要求，各加工方面的技术要求，考虑加工方法及分式加 工方法加工。 （2）由于生产类型选择，选择大量生产应使用专用的高效率的设备。 （3）考虑加工材料的性质进行选择。 （4）改善现有的加工方法和设备，普及新的技术，提高技术。 4.3 设计任务 这次主要的设计任务是设计一个钻床夹具，零部件端钻出同一尺寸，相互 设计（论文）报告纸 装 订 线 16 对称的孔，再在各个壁上钻孔，要求正确地固定零件的位置，精准的做出每个 零件后，使之以后可以正常使用。使用高效的夹紧方法、方便配合加工及装卸、 节约工人和机床时间、提高工作效率。加工的零件模拟图如下： 图 4.1 滑套零件图 4.44.4 定位方案 零件在夹具中定位过程是：使每个加工工序中的零部件都能在夹具中固定， 零件夹紧位置要反复试验，以加工的结果示例图来衡量的话，以最接近的图为 正确，如不行的话，要反复试验，不满足图要求为错误。零件在夹具上定位并 进行加工时，夹具应该与零件紧凑来减小误差，零件固定在定位销上，旋转钻 孔。 设计（论文）报告纸 装 订 线 17 图 4.2 定位销 4.54.5 夹紧方案夹紧方案 图 4.3 夹紧主视图 设计（论文）报告纸 装 订 线 18 加工零件表面上的孔时，由于钻削与零件表面接触，零件会抖动，加工孔 的位置和精度会产生较大误差。这种情况会经常发生，为了提高零件的加工精 度，在钻孔时，采用压紧装置来固定零件的位置。 方案的实行步骤：压板由螺杆固定。此时，压板相对于支板通过轴开始移 动，方便压紧或放开盖板，这样设计方便，简单。 图 4.4，用夹板夹紧的方式给零件钻孔，工作步骤方式如下：两个夹板通过 两个双头螺栓固定连接，在钻孔运动时，因为双头螺栓会发生转动，所以在设 计时，考虑零件之间的间隙，要让运动灵活，将阻碍减到最小。夹板和轴采用 螺纹与夹具体相互紧密连接，螺纹使用的是梯形螺纹，这样就变旋转运动为直 线运动；省力也省时；看上去也会很舒服。如果变直线运动为旋转运动的话， 这样的优点是传动效率高，定位准确；看似很不错：但会产生一些误差，所以 还是要用直线运动。当夹具运作时，零件就会与分度盘同步运转，然后钻孔开 始，每次钻一个孔后，停止工作再一遍旋转分度盘一边观察，然后再钻孔。 图 4.4 夹紧俯视图 设计（论文）报告纸 装 订 线 19 4.64.6 夹具零件夹具零件 钻孔是需要钻套和钻模板的，钻模板通过螺钉与夹具体相固定；而钻套也通过 螺钉与钻模板相连接。 4.6.14.6.1 钻套钻套 尺寸参考 JB/T8045.2-1999机床夹具零件及部件及零件尺寸 图 4.5 可换钻套 4.6.24.6.2 钻模板钻模板 设计（论文）报告纸 装 订 线 20 图 4.6 钻模板 4.6.34.6.3 夹具体夹具体 4.7 夹具体 4.7 钻床夹具总装图 为了提高加工效率，确保加工的质量，降低劳动成本，需要一个专用夹具 配合工作。该夹具主要用于钻孔，由于此零件的孔较多，要特别为之设计一个 专用夹具。图片如下： 设计（论文）报告纸 装 订 线 21 图 4.8 夹具主视图 夹具体由多部分组成，材料为 HT200。夹具体可以有效的固定零件，保证 零件在加工过程中的稳定来减少误差。其中两个双头螺栓 3 用来固定压板 7，4 为定位销用于定位。螺钉 6 用于支撑板 5 与中间夹具体 8 的连接与固定。同时 定位键 9 也用于中间夹具体 8 的底面定位。 加工零件时将其插入分度盘的定位圆柱面上，旋紧双头螺栓，使零件固定 在分度盘上然后装上钻套，将钻板翻转至工作位置，用螺钉将其固定住，即可 开始第一孔的钻孔加工。完成后，通过旋转轴，使锁紧轴上移。再通过分度操 纵杆，旋转端面凸轮，让对定销在弹簧的作用下退出分度盘的定位孔，旋转分 度盘至下一个孔位，反方向旋转端面凸轮，推动对定销重新插入定位孔中，再 旋转锁紧轴使其下移，将分度盘锁紧，再次钻孔。 设计（论文）报告纸 装 订 线 22 总 结 十字头滑套的设计让我明白工程师的辛苦与疲惫,十字头滑套的设计需要夹 具与精心计算，本课题的完成主要参考机械类书籍和上网查阅文件，该滑套的 完成，我主要学会了设计夹具，我认为该滑套偏向简单，但由于知识有限，制 造仍然很吃力，希望老师们见谅。 数周的奋战，自己