毕业设计（论文）-制动缸前盖机加工艺设计及钻模设计.doc

毕业设计制动缸前盖机加工艺设计及钻模设计112011315李国帅机械工程系学生姓名： 学号： 机械设计制造及其自动化系 部： 武晋国专 业： 指导教师： 二一五年 六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 制动缸前盖机加工艺设计及钻模设计 系部：机械工程系 专业：机械设计制造及其自动化 学号：112011315 学生： 李国帅 指导教师（含职称）： 武晋国（高工） 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解机械加工工艺方案的选择、工艺方法的确定、加工过程设备选型等；及机械加工过程中使用的专用夹具设计、夹具各零部件材料选择、性能参数确定、应力计算方法等机械加工方面的设计规范、计算方法及设计思想等，为学生在毕业后从事机械加工技术工作打好基础。2主要任务1）制定所提供零件的机械加工工艺流程，选择合适的工艺方法。2）将确定的工艺方法按工艺流程分工序展开进行详细说明，包含设备选型、加工基准选择、加工步骤描述、加工过程尺寸确定、所需工装需求、量具选择等。3）根据加工设备种类和零件定位、加工需要设计联合钻孔夹具（简称钻模），绘制该钻模的装配图及各零部件的分解图，并对设计过程和设计思路进行详细介绍，包含各零部件的材料选定、直径或厚度确定、热处理参数等进行分步骤详细阐述。4）完成设计说明书一本，内容包括两部分：详细的机械加工工艺过程展开说明；机加夹具装配图和零件图及设计说明。3主要参考资料1 陈宏钧.实用机械加工工艺手册.-2版.北京:机械工业出版社,2003.1. 2 任嘉卉.公差与配合手册. -2版.北京: 机械工业出版社,2000.4. 3 李维荣.五金手册. -2版.北京: 机械工业出版社,2002（2007.3重印）.4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1根据提供的零件图纸及设计要求，确定加工工艺方案和工艺流程2015年3月3日3月23日2完成零件加工工艺过程的设计3月24日4月13日3设计机加夹具，确定机加夹具的总体结构及零件结构，并进行强度和内力计算4月14日5月4日4完成夹具的装配图及零件图绘制5月5日6月1日5完成毕业论文及答辩工作6月2日6月22日审核人： 年 月 日制动缸前盖机加工艺设计及钻模设计摘 要：在现代机械制造工业中，机械加工占机器总制造量的40%60%。机械加工成的工件具有较高精度的形状、尺寸和较高表面质量。本设计对制动缸前盖的成形工艺进行研究，综合运用所学过的基础理论知识了解机械加工工艺方案的选择、工艺方法的确定、加工过程设备选型等。设计还对钻床所用的钻模进行了细致的研究，通过对专用钻模的选型、钻模各零部件材料选择、尺寸参数确定等机械加工方面的设计规范、计算方法及设计思想等，为学生在毕业后从事机械加工技术工作打好基础。关键词：机械加工，制动缸前盖，钻模Process Design for Front Cover Machining of Brake Cylinder and JigsAbstract: In modern machinery manufacturing industry, machining process accounts for 40%60% of the total manufacturing capacity with its workpieces of highly precise shape, size and surface quality. This project studies the forming process of the front cover of brake cylinder and, with the comprehensive use of basic knowledge, throws light upon the process of selecting a specific machining scheme, a processing method and equipment. In addition, this project also conducts a detailed research in jigs used for drilling in the aspects of design specifications, calculation and design ideas of selecting the model, parts and size, which lays a solid foundation for students engaged in machining technology after graduation. Keywords: Machining, front cover of brake cylinder, drill jig目 录1 前言11.1 制动缸前盖简介及加工要求12 编制工艺规程32.1 制定加工工艺路线32.2 工艺方案的比较与分析52.3 机械加工精度工序尺寸、切削用量、工艺装配的计算63 孔613.5mm钻模的设计143.1 钻模143.2 钻模的作用153.3 选择钻模类型153.4 钻模设计思路173.5制定制动缸前盖钻模定位方案，并设计定位元件183.6 确定钻套钻模板类型，并设计专用的钻套钻模板203.7设计制动缸前盖钻模夹紧方案，并设计夹紧机构253.8设计制动缸前盖钻模夹具体及其他部分274总结与体会30参考文献32致谢. 33III太原工业学院毕业设计1 前言当今世界机械工业发展的技术水平及其生产力，是平衡一个国家的现代化程度的重要因素。机械行业是我国产值比例最大的几个传统行业之一，占全国工业的2025%。而我国的设计技术、可靠性技术、制造工艺流程、基础制造装备等相对其他发达国家有所落后。工艺设计是机械制造企业的基础技术，工艺管理是企业的基础管理，加强工艺创新，提高工艺水平，增强工艺快速反应能力，促进装备工业振兴，才能更好的提高我国机械制造技术水平。通过对车间的参观和导师的指导，在设计中综合应用所学理论知识和技能，提高自己在分析和解决机械工程实际问题的能力，并能熟悉生产技术工作的一般程序和方法。工艺设计方面通过对车间的参观实习，并在导师的指导下，对制动缸前盖进行了系统的分析，以获得一种合理的工艺编排方法。提供的制动缸前盖毛坯是已经经过冲压成型的，通过钻床和车床共同加工而成。制动缸前盖为铁路货车制动系统中的重要零件，生产批量大，质量要求较高，凸缘不允许有起皱，侧壁不许有印痕。制动缸前盖的质量的好坏直接影响货车制动性能和使用寿命。机械加工工艺设计在零件的加工制造过程中有着重要的作用。工艺性的好坏，直接影响着零件的加工质量及生产成本，在设计中为了适应大批批量的生产情况，以提高产品的生产效率，在设计中所采用的零件尽量采用标准件，以降低产品的生产费用。钻模设计方面根据制动缸前盖上孔的位置分布选择具体的钻套和钻模板类型，再根据制动缸前盖的尺寸参数设计平台、底板、压板、支柱、双头螺柱等。其中13.5是下面加工中的一些工序的定位基准孔。因此，加工13.5mm孔的位置精度要求相对较高。1.1制动缸前盖简介及加工要求1.1.1 制动缸前盖简介制动缸前盖为铁路货车制动系统中的重要零件，生产批量大，质量要求较高，凸缘不允许有起皱，侧壁不许有印痕。制动缸前盖的质量的好坏直接影响货车制动性能和使用寿命。制动缸前盖的主要作用是紧固、导向、通气、滤尘。如图1.1、1.2其中顶端孔77是为活塞杆导向，使活塞运动更平稳；侧孔65.5内侧有一滤尘网，有通气、滤尘作用，为活塞运动提供气体；端面6个13.5是与法兰盘连接紧固。 图1.1 制动缸前盖主视图图1.2 制动缸前盖左视图1.1.2 零件的加工要求制动缸前盖的材料是Q235A碳素结构钢，抗拉强度b=375500MPa，硬度在120140HBS。主要加工轴孔、外圆、侧孔和端面的6个小孔，它们之间有一定的位置度要求，现分述其技术要求如下：轴孔孔壁的表面粗糙度Ra为25，且与外圆的同轴度为0.3。侧孔孔壁的表面粗糙度Ra为50。零件端面平面度为0.5.端面上的6个小孔均匀分布在356的圆周上。2 编制工艺规程2.1 制定加工工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是是零件的几何形状，尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理保证，在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用专用机床与专用夹具。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。制动缸毛坯图2.1如下：图2.1 制动缸前盖毛坯2.1.1 方案一：（1）钻端面6个小孔（2）以4个13.5的孔定位，车外圆391（3）扩孔21的孔至40（4）车孔77（5）预钻30的孔（6）扩孔30的孔至40（7）车孔65.5（8）去毛刺（9）自检方案一工艺路线：钻端面6个小孔以4个13.5的孔定位，车外圆391扩孔21的孔至40车孔77预钻30的孔扩孔30的孔至40车孔65.5去毛刺自检2.1.2 方案二：（1）钻端面6个小孔（2）以4个13.5的孔定位，车外圆391（3）夹紧外圆391，扩孔21的孔至40（4）车孔77（5）预钻30的孔（6）扩孔30的孔至40（7）车孔65.5（8）去毛刺（9）自检方案二工艺路线：钻端面6个小孔以4个13.5的孔定位，车外圆391夹紧外圆391，扩孔21的孔至40车孔77预钻30的孔扩孔30的孔至40车孔65.5去毛刺自检2.2 工艺方案的比较与分析上述方案中方案一工序简单，在车床上比方案二少了一次装夹提高了一定的生产效率，但它比起方案二不能保证外圆与77的同轴度，使产品的质量得不到保证，次品率大大提高。根据以上方案的比较分析，制动缸前盖关系到火车制动系统的安全，为了保证火车安全决定为采用方案二。方案二中多个工序可以合为一个工序包含多个工步的形式，叙述更合理，工人师傅理解也相对容易，所以对方案二进行优化：（1）钻孔613.5，保证位置度要求（2）车削1）以4个13.5的孔定位，车外圆391-0.4 -1.22）掉头夹紧外圆391，扩孔21的孔至403）车孔77+1 0，保证同轴度要求4）预钻30的孔5）扩孔30的孔至406）车孔65.5（3）去毛刺（4）自检2.3 机械加工精度及工序尺寸、切削用量、工艺装配的计算。2.3.1 工序一：钻孔613.5，保证位置度要求图2.2 孔613.5mm 1) 钻床的选择制动缸前盖毛坯最大直径为395mm，高度159mm。其上所需钻的孔直径为13.5mm通孔，且小孔均匀分布在同一圆周上，再有生产类型为大批量生产，所以采用Z3050型摇臂钻床。而且613.5mm的表面粗糙度Ra为25m，加工精度不高，Z3050型摇臂钻床完全可以满足要求。 2) 钻头的选择麻花钻是迄今最广泛应用的孔加工工具。因为它的结构适应性较强，又有成熟的制造工艺及完善的刃磨方法，特别是加工小于30的孔，麻花钻仍为主要工具且孔深只有5mm，所以此处加工613.5孔用麻花钻。孔直径13.5小于20，所以麻花钻柄部用直柄。综上所述，钻头用13.5直柄麻花钻GB/T1436-1985，钻头几何形状为（根据切削用量简明手册表2.1及表2.2）：双锥、修磨和横刃，后角=11，横刃长度b=1.5mm，弧面长度l=3mm。3) 基准的选择孔613.5mm均匀分布在356mm上，每个孔与圆心的连线呈60角。在Z3050上钻孔的时候钻模固定在机床的工作台上，钻头沿着钻套在专用钻模上工作。因为加工613.5mm孔位置精度不好保证，且加工时划线确定613.5mm的位置过程过于繁杂，所以设计专用钻模以提高613.5mm的位置精度和减少工作量。具体钻模情况见下面钻模设计。4) 切削用量的选择 按加工要求决定进给量：根据切削用量简明手册表2.7，当工件硬度200HBS，d=13.5mm时，有f=0.61 0.75mm/r。 决定切削速度：根据切削用量简明手册表2.15，当硬度=140HBS时，f=0.61，d=13.5mm，则v=18m/min n=424.41r/min 根据Z3050 摇臂钻床的使用说明书，主轴转速有n=25，40，63，80，100，125，160，200，250，320，400，500，630，800，1250，2000r/min；16级转速。取主轴转速n=500 r/min.5) 检验孔613.5的尺寸因为所需检测的孔直径是13.5mm；表面粗糙度Ra为25m，加工精度也不高；所以，选用量程是100mm、精度是0.02mm的游标卡尺（游标卡尺100/0.02）逐一对6个13.5mm的小孔检测。2.3.2工序二：车削1) 车床的选择车床要加工制动缸前盖外圆391-0.4 -1.2mm；顶端孔77+1 0mm，Ra为25m；侧孔65.5mm，Ra为50m，加工精度要求一般。根据机械工人切削实用技术手册 图6-9，CA6140粗车的精度可以达到IT12，表面粗糙度Ra为12.550m。满足外圆391-0.4 -1.2mm（精度要求IT12）；顶端孔77+1 0mm（精度要求IT14），表面粗糙度Ra为25m；侧孔65.5mm表面粗糙度Ra为50m。所以，外圆391-0.4 -1.2mm、顶端孔77+1 0mm和侧孔65.5mm都只需粗车即可达到精度要求。还有工件是大批量生产要求机床有高生产效率。综上所述车床采用CA6140。2) 车刀的选择根据机械工人切削实用技术手册表6-11，选择硬质合金车刀YT15加工制动缸前盖外圆391-0.4 -1.2mm，车刀形状为：前角=30，后角=10，主偏角90 ，刃倾角5 ，副偏角10 ，副后角8 ，刀尖半径1mm 。加工顶端孔77+1 0mm和侧孔65.5mm用一般的内孔车刀即可。3) 工步一：以4个13.5mm的孔定位，车外圆391-0.4 -1.2mm图2.3 外圆391mma.基准的选择制动缸前盖和制动缸法兰盘要连接紧固在一起，所以，对外圆391-0.4 -1.2中心线也提出位置度要求，提取中心线应限定在直径等于0.3mm的圆柱面内，该圆柱面的中心线应处于6条13.5mm孔中心线和理论正确尺寸178mm确定的理论正确位置上。在6个孔中取4连线个呈长方形的孔用专用装置把制动缸前盖紧固到CA6140上，用所选车刀切削外圆391-0.4 -1.2mm。b.切削用量的选择选择背吃刀量a制动缸前盖毛坯外圆直径为395mm，零件外圆391mm。根据机械工人切削实用技术手册得知：粗车时背吃刀量a=25mm，所以， 取背吃刀量a=2mm。 选择进给量f 根据加工要求选择进给量f 根据切削用量简明手册表1.4查得：进给量f0=0.81.2mm/r，又因为制动缸前盖是拉伸件，所以其毛坯外圆是断续面，车刀加工时有冲击，需乘以修正系数k=0.750.85，取k=0.75。 f1= f0k=0.60.9mm/r 根据机械工人切削实用技术手册知：车床粗加工外圆时f2=0.30.8mm/r。 所以，取进给量f=0.30.8mm/r。 根据车床参数取进给量f 根据切削用量简明手册表1.31，CA6140横进给量的标准进给参数为：0.04，0.045，0.050，0.055，0.060，0.065，0.070，0.075，0.080，0.09，0.10，0.11，0.12，0.13，0.14，0.15，0.16，0.17，0.20，0.22，0.24，0.25，0.28，0.030，0.33，0.35，0.40，0.43，0.45,0.47，0.48，0.50,0.51，0.56，0.57，0.61，0.64，0.73，0.79。 综上所述，取进给量f=0.73 mm/r 选择切削速度V 根据切削用量简明手册表1.10，Vc=170m/min，则车床主轴转速为： n=136.99r/min 根据切削用量简明手册表1.31，CA6140主轴转速有n=10，12.5，16，20，25，32，40，50，63，80，100，125，160，200，250，320，400，450，500，560，710，900，1120，1400 r/min；25级转速，取n=160 r/min c.检验外圆391-0.4 -1.2 因为制动缸前盖外圆直径为391mm，加工精度是IT12。所以采用量程500mm，精度是0.02mm（游标卡尺500/0.02）的游标卡尺对制动缸前盖外圆391-0.4 -1.2进行检验。 4）工步二：掉头夹紧外圆391mm，扩孔21mm的孔至40mm图2.4 孔21mma.基准的选择由于顶端孔77mm和外圆391mm有同轴度要求，所以要夹紧外圆391mm，以外圆为基准。具体是40mm的中心线应限定在直径等于0.3mm，以外圆391mm的中心线为中心的圆柱面内。b.切削用量的选择将40mm钻头装在尾座套筒内，并通过找正使钻头轴线与工作回转中心（外圆391mm中心线）重合，再把尾座固定在适当位置上，然后开动车床，手动进给钻削。工进长度大约50mm即可。 5) 工步三：车孔77+1 0mm，保证同轴度要求图2.5 顶端孔77mma.基准的选择顶端孔77mm和外圆391mm有同轴度要求 。77mm的中心线应限定在直径等于0.3mm，以外圆391mm的中心线为中心的圆柱面内，所以要夹紧外圆391mm以外圆为基准。b.切削用量的选择用内孔车刀以背吃刀量a=2mm加工40mm至76mm后退刀，再以背吃刀量a=0.5mm加工至77+1 0mmc.检验顶端孔77+1 0mm因所需检测的制动缸前盖顶端孔直径是77mm；表面粗糙度Ra为25m，加工精度也不高；所以，选用量程是100mm、精度是0.02mm的游标卡尺（游标卡尺100/0.02）对77mm的顶端孔检测是否合格。6) 工步四：预钻30mm的孔图2.6 侧孔65.5mm a.基准的选择 用专用夹具把制动缸前盖装夹在CA6140上，这套专用夹具在本设计中不做叙述。孔30mm的位置在图7中的65.5mm处。b.切削用量的选择将30mm钻头装在尾座套筒内，并通过找正使钻头轴线与工作回转中心重合，再把尾座固定在适当位置上，然后开动车床，手动进给钻削。工进长度大约20mm即可。7) 工步五：扩30mm的孔至40mm a.基准的选择在此基准与工步四的基准一样，也是依靠工步四中专用夹具定位。孔40mm的位置在图7中的65.5mm处。b.切削用量的选择将40mm钻头装在尾座套筒内，并通过找正使钻头轴线与工作回转中心重合，再把尾座固定在适当位置上，然后开动车床，手动进给钻削。工进长度大约20mm即可。8) 工步六：车削侧孔65.5mma.基准的选择在此基准与工步四的基准一样，也是依靠工步四中专用夹具定位。侧孔65.5mm位置如图7。b.切削用量的选择用内孔车刀以背吃刀量a=2mm加工40mm至64mm后退刀，再以背吃刀量a=0.75mm加工至77+1 0mmc.检验侧孔65.5mm因为所需检测的制动缸前盖侧孔直径是65.5mm；表面粗糙度Ra为50m，加工精度也不高；所以，选用量程是100mm、精度是0.02mm的游标卡尺（游标卡尺100/0.02）对65.5mm的侧孔检测是否合格。2.3.3工序三：去毛刺机床加工端面孔613.5mm、外圆391-0.4 -1.2mm、顶端孔77+1 0mm、侧孔65.5mm孔口和外圆边会有很多毛刺。毛刺虽然不大，但却是直接影响到制动缸前盖的品质，而制动缸前盖质量要求较高，所以必须除去。去毛刺主要有这么几种：手工去毛刺、化学去毛刺、电解去毛刺、超声波去毛刺、超声波去毛刺等。本工艺用中平锉250手工去毛刺，不需要技术处理，节约成本并且环保。2.3.4工序四：自检因为加工尺寸最大为391-0.4 -1.2mm，所以选用游标卡尺500/0.02对端面孔613.5mm、外圆391-0.4 -1.2mm、顶端孔77+1 0mm、侧孔65.5mm进行检验。3 孔613.5mm钻模的设计3.1 钻模钻模是由定位装置、夹紧装置、对刀和引导装置、夹具体、其他元件及装置等部分组成。定位装置包括定位元件及其组合，其作用是确定零件在夹具中的具体位置。即通过它使工件加工时相对于刀具及切削运动处于正确的位置。夹紧装置它通常是一种机构，包括夹紧元件（压板），增力及动力装置等，其作用是将工件压紧牢固、保证工件在定位时所占据的位置在加工过程中不因受重力，惯性力以及切削力等外力作用而产生位移，同时防止或减少振动。对刀-引导装置的作用是找正夹具相对刀具的位置，或引导刀具进行加工。夹具体用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件，并与机床有关部位连接，以确定夹具相对机床的位置。3.2 钻模的作用钻模是引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具。钻模的作用除有工件的定位、夹紧装置外，还有根据被加工孔的位置分布而设置的钻套和钻模板，用以确定刀具的位置，并防止刀具在加工过程中倾斜，从而保证被加工孔的位置精度。并且降低对工人的技术要求和减轻工人的劳动强度国内外夹具一致向功能柔性化、结构标准化、模块化、精密化、高效、自动化发展。3.3 选择钻模类型钻床夹具的种类的种类有很多，根据被加工零件孔的位置分布和钻模板的特点，通常分为固定式钻模、回转式钻模、移动式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模、滑柱式钻模等六种类型。3.3.1各类钻模的特点1) 固定式钻模在零件加工过程中，零件和夹具固定在机床上位置保持不变，一般用于立式钻床上较大单孔的加工或用于摇臂钻床上加工平行孔系。2) 回转式钻模 回转式钻模在钻削加工中使用较多，位于同一圆周上的平行孔系或分布在同一圆周上的径向孔都用回转式钻模加工。3) 移动式钻模 移动式钻模用于小型工件同一表面上多孔的钻削。4）翻转式钻模 翻转式钻模主要用于小型工件分布在不同表面上的孔的钻削。5）盖板式钻模盖板式钻模和其他钻模最大区别是没有夹具体，除钻套装在钻模板上外，一般还装有夹紧装置和定位装置，只需将它覆盖在所需加工的零件上即可进行加工。6）滑柱式式钻模滑柱式式钻模最显著的特点是它的钻模板可以升降，所以它是一种通用可调夹具。3.3.2确定钻模工序一中6个孔在同一平面内且在同一圆周上，所以可以选用回转式钻模，但根据钻模类型选择要求，当被钻的孔直径大于10mm或加工精度要求高时，应选用固定式钻模，固定式钻模配合摇臂钻床也可以加工分布在同一圆周上的平行孔系。制动缸前盖钻模装配图如图3.1： 图3.1钻模装配图 1手柄 2双头螺柱 3支柱 4压板 5钻套 6底板 7平台 8钻模板 9,10螺母，垫片3.4 钻模设计思路3.4.1工序一加工要求由上述工艺分析过程可知工序一加工精度不高具体加工要求如下：钻613.5mm通孔，孔深5mm，孔壁表面粗糙度Ra为25m。该工序在摇臂钻床上加工，零件属大批量生产。为了保证加工精度，提高劳动生产率，降低劳动强度，需要为工序一设计专用夹具。3.4.2确定钻模设计步骤1）制定制动缸前盖定位方案，并设计定位元件；2）确定钻套和钻模板的类型，并设计专用的钻套和钻模板；3）制定制动缸前盖夹紧方案，并设计夹紧机构；4）设计制动缸前盖钻模夹具体及其他部分。3.5 制定制动缸前盖钻模定位方案，并设计定位元件3.5.1定位方案的确定根据613.5mm加工要求可知，工序一必须限制制动缸前盖四个自由度，即X移动、Y移动、X转动、Y转动，但是为了保护刀具和提高613.5mm表面粗糙度，还应该限制Z方向上的移动，所以总共限制了制动缸前盖的五个自由度。根据制动缸前盖毛坯（图1.3）形状以21mm的内孔和端面B为定位基准。3.5.2设计定位元件1）选择定位元件因为工序一是以21mm的内孔和端面B为定位基准，再考虑到21mm孔和端面B的位置，所以夹具上相应的定位元件选为一个心轴和一个平台。其中平台应该根据制动缸前盖毛坯设计成圆环状。2）设计定位元件心轴因为工序一中613.5mm和内孔21mm之间没有严格的位置要求，所以心轴的直径取20mm。由于底板、平台和钻模板的厚度都没有设计，故心轴的长度现在还无法确定。心轴下端需连接钻模的底板，上端需连接螺母紧固，所以心轴选用双头螺柱。其形状如图3.2：图3.2双头螺柱双头螺柱下端连接钻模的底板，而底板与钻床紧固，因而双头螺柱的下端螺纹长度不宜太长，取其长度l1=17mm；根据机械设计手册表4-1-126选择与双头螺柱上端紧固的螺母M20 GB/T6170，其高度h=15mm，所以双头螺柱上端螺纹长度l2=30mm。又因为双头螺柱与底板和螺母连接是普通连接，对螺纹没有特殊要求，所以螺纹都选M201-6h-L。45号钢为优质碳素结构用钢 ，硬度虽然较低但是容易切削加工,在机床夹具中常用来做模板，梢子，心轴。调质处理后的45号钢双头螺柱具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在力和扭矩方向不断变化下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。所以，非常适合做双头螺柱的加工材料。螺母下的垫圈选GB/T95，内径20mm。由于压板、钻模板、支柱、底板等尺寸还没确定，所以双头螺柱的总长度还不能确定，其长度在夹具体设计中计算。3）设计定位元件平台平台形状如图3.3：图3.3 平台a.平台的内径d和外径D平台是呈圆环状和制动缸前盖毛坯端面下表面接触的，所以平台的内径d要大于制动缸前盖毛坯端面的内径250mm，即d250mm。在本工序中制动缸前盖毛坯要加工的通孔613.5mm均匀分布在356mm的圆周上，为了防止钻头钻孔后损坏平台，则平台的外径D35613.5=342.5mm而平台上还要留有与支柱配合的孔，故外径和内径之差不宜太小。综上所述，取平台的外径D=332mm，内径d=260mm。 b.平台上小孔的直径和位置因为平台的外径和内径之差为72mm，在不影响平台刚度的条件下，平台小孔直径取d1=18mm。平台上的孔的作用是连接支柱，为了使平台受力均匀，应取多个孔均匀分布在平台上。同样为了使平台受力均匀这6个小孔应均匀分布在平台外径与内径正中的圆周d2上。用角分度仪把圆均分成6等份，每条分度线和圆周d2的交点即为平台小孔18mm的位置。 d2=296mmc.平台的高度及材料为了使平台稳定，提高平台的刚性，所以平台应在符合生产纲领的情况下，其高度选较高一些。取平台高度h=20mm。平台只受挤压力，所以对材料没有特别要求，选用Q235A制作平台。3.6 确定钻套钻模板类型，并设计专用的钻套钻模板3.6.1钻套类型钻套一般可以分为标准钻套和特殊钻套两大类。标准钻套又可分为三种：固定钻套、可换钻套和快换钻套。1）固定钻套。它可以分为A、B型两种。钻套安装在钻模板中工作，它与钻模板的配合为H7/n6或H7/r6。固定钻套其优点是结构简单，钻孔精度高；缺点是磨损后不易更换。它主要用于单一钻孔工序（不对孔进行扩铰等工序）。2）可换钻套。当工件为单一钻孔工步的大批量生产时，为了便于更换磨损的钻套，即可选用可换钻套。其需要和衬套配合。3）快换钻套。当工件需要多工步（钻、扩、铰）加工时，为了可以快速更换不同孔径的钻套，应该选用快速钻套。4）特殊钻套。由于被加工孔位置或工件形状的特殊性，而设计的特殊结构钻套。综上所述，为保证加工精度和钻套和钻模板配合，在此夹具中选择固定钻套，且考虑到钻模板厚度不高，所以选择固定钻套B型。3.6.2钻套的设计钻套形状如图3.4：图3.4 钻套1）钻套高度钻套高度（H）对刀具的寿命和导向性能影响很大。H较大时 ，导向性能好，但是钻套和刀具的摩擦较大；当H过小时，则导向性能较差。一般取高度H和钻套孔径d之比H/d=12.5。取孔径比为1.4，而d=13.5mm，则：H=1.4h=1.413.5=18.9mm为便于制作取H=19mm2）排屑间隙钻套的底面和工件表面之间一般要留有排屑间隙（h），排屑间隙必须适中，否则会影响钻套的导向作用和顺利排屑。钻削易排屑的工件时， 常取h=（0.30.7）d，而d=13.5mm，则 h=（0.30.7）d=h=（0.30.7）13.5=4.059.45mm而工件厚度较小，只有5mm，所以钻削的时候产生的切屑很 少，排屑间隙不宜太大，取h=5mm。3）钻套的内径及公差钻套的内径尺寸及公差主要还是由刀具的种类和被加工孔的尺寸精度而决定的。钻套内径的公称尺寸d应为所用刀具的基本尺寸，其公差应按基轴制的间隙配合确定。一般钻孔的时候其公差选用F7或F8。由于下面工序还会用到613.5mm，所以钻套内径尺寸公差选13.5F7。根据互换性与技术测量表3.3得标准公差值 IT7=18m=0.018mm根据互换性与技术测量表3.6得内径孔下偏差EI=+16m=+0.016mm孔13.5F7上偏差ES=EI+IT7=0.016+0.018=+0.034mm所以钻套具体的内径尺寸d=13.5+0.034 +0.016mm。4）钻套的外径及公差根据夹具手册表3.3 钻套的内径d=13.5mm取其外径基本尺寸D=24mm。在上述介绍固定钻模时知道钻套与钻模的配合为或。因为在本工序中精度不是很高，所以钻套与钻模的配合取，所以钻套外径尺寸为24r6mm。根据互换性与技术测量表3.3得标准公差值 IT6=13m=0.013mm根据互换性与技术测量表3.5得钻套外径下偏差ei=+28m=+0.028mm钻套外径上偏差es=ei+ IT6=0.028+0.013=+0.041mm所以钻套具体的外径尺寸D=24+0.041 +0.028mm5）钻套的其他尺寸钻套总高度是h=19mm，为了使钻套和钻模板装配稳固，它们之间的接触高度不宜太短，根据夹具手册上类似钻套，取钻套和钻模板接触高度h1=15mm。钻套肩部直径对工件和钻模都没有影响，但也要适中，根据夹具手册上类似钻套，取钻套肩部直径D1=30mm。因为钻套不高，所以钻套内径导向部分选用圆面导向且取圆面半径R1=2mm。6）钻套的材料钻套的材料必须要有很高的耐磨性，当钻套内孔直径d25mm时，用优质工具钢T10A制造，热处理硬度为6064HRC。3.6.3钻模板类型钻模板用于安装钻套，并且保证钻套在钻模板上的正确位置，常见的钻模板按与其夹具体连接的方式可分为固定式、铰链式、可卸式和悬挂式等几种。1）固定式钻模板。这种钻模板是直接固定在夹具体上的，这种钻模板的结构比较简单，制造方便，钻套的位置精度也相对较高，但设计时要注意工件装卸的问题。2）铰链式钻模板。当钻模板妨碍工件装卸或钻孔后需要攻螺纹时，可采用夹铰链式钻模板。3）可卸式钻模板。可卸式钻模板在加工工件完成后，必须将钻模板卸下来才能装卸工件，这种钻模板装卸时费时费力，且钻套的位置精度很低，所以此类钻模板应用较少。4）悬挂式钻模板。悬挂式钻模板是悬挂在机床主轴上，由机床主轴控制工件的靠近与离开，它是由滑柱来控制与夹具体的相对位置。综上所述，为了保证精度且被钻孔径大于10mm（特别是加工钢件），宜采用固定式钻模板。3.6.3钻模板的设计钻模板形状如图3.5：图3.5 钻模板1）钻模板与钻套配合小孔的直径尺寸公差在上述设计钻套外径时知，钻模板与钻套配合是24mm，所以钻模板上的6个小孔的公差代号为624H7mm。根据互换性与技术测量表3.3得标准公差值 IT7=21m=0.021mm孔24H7mm下偏差EI=0mm孔13.5F7上偏差ES=EI+IT7=0+0.021=+0.021mm所以钻模板上和钻套配合的小孔具体的内径尺寸为624+0.021 0mm2）钻模板的形状制动缸前盖的端面是呈圆环状且613.5mm均匀分布在356mm圆周上，所以钻模板的形状也设计成圆环状。3）钻模板的外径与内径因为制动缸前盖毛坯上需要加工的613.5mm均匀分布在356mm圆周上，所以钻模板上的624+0.021 0mm也必须均匀分布在356mm圆周上。则，钻模板的外径D356+24=380mm 钻模板的内径d35624=332mm再结合制动缸前盖毛坯端面外圆直径395mm，内径250mm取钻模板的外径D=390mm 内径d=300mm4）钻模板上孔624+0.021 0mm的位置精度利用角度分度仪CN2196536（包括带吸盘的基准块）把圆周分为6等份，每份圆周角为60，其与圆周356mm的交点即为624mm密码孔中心线所在的位置。5）钻模板的高度钻模板与钻套配合，根据它们的位置关系得：钻模板高度H等于钻模板与钻套配合高度h1与排屑间隙h之和，即 H= h1+h=15+5=20mm6）钻模板的材料在钻床切削工件时，钻模只承受挤压力而不受剪切力，所以钻模板的材料选用普通的Q235A即可3.7设计制动缸前盖钻模夹紧方案，并设计夹紧机构3.7.1夹紧装置组成夹紧装置是由动力源装置、传力机构、夹紧元件三部分组成。1）动力源装置。它是产生作用力的装置，一般分成手动夹紧和机动夹紧两种。2）传力机构。传力机构就是把动力从动力源装置传递到夹紧元件，它的主要作用就是改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，整套夹紧装置仍能保持可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤其重要。3）夹紧元件。它是直接与工件接触完成夹紧工作的最终执行元件。3.7.2夹紧装置的设计原则在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率，因此夹紧装置应遵循以下原则：1）工件不移动原则。夹紧过程中，不能改变工件定位后所占据的正确位置。2）工件不变形原则。夹紧力要适中，且其作用点应该在工件强度比较高的位置。3）工件不振动原则。对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及没有采用气缸直接加紧的情况，应该提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧元件靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。4）安全可靠原则。夹紧传力机构也要有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证加紧可靠。5）经济实用原则。夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应该力求简单，便与制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。3.7.3确定夹紧方案根据制动缸前盖毛坯的形状、加工孔的位置以及定位元件，钻模夹紧装置选择螺旋夹紧机构。遵循工件不变形原则，夹紧元件作用点应选在刚性较好的制动缸前盖毛坯端面上，螺母把向下的作用力传递给压板，压板通过钻模板压紧制动缸前盖毛坯。3.7.4压板的设计压板的作用是把螺母施加的力作用到钻模板上，根据螺母与钻模板的形状，在不影响工件加工的情况下，为了方便制造设计压板的形状为如图3.6，双头螺柱从压板中间的空隙伸出与螺母配合。图3.6 压板为了使压板的力更好地传递到钻模板，所以压板的长度L需大于钻模板外径D=390mm，则取压板的长度L=420mm。根据双头螺柱的直径为20mm，取压板中间的空隙宽度d=22mm，则压板的总宽度取D=62mm。因为压板上力的作用面积很小，所以压板需要更高的刚度和抗弯强度，所以压板的高度取h=20mm，且选择45#钢锻件（用于制造强度要求较高的零件）。3.8设计制动缸前盖钻模夹具体及其他部分。3.8.1支柱的设计支柱的作用就是支撑并保证平台水平，所以支柱的形状选择阶梯轴如图3.7， 图3.7 支柱其两端分别与平台和底板上的小孔配合，所以平台两端与平台和底板配合的部分直径为18mm，其长度根据平台高度h=20mm，支柱两端长度都取l1=15mm。支柱夹在平台与底板之间的部分长度L可以根据制动缸前盖毛坯高度H=159mm，端面厚度h1=5mm,平台高度h=20mm得： LH h1h=159520=134mm为了制动缸前盖毛坯不接触到底板，选其与底板距离为h0=10mm，则L=134+10=144mm，为了保证使工件水平，所以对L的长度要求比较高，参考相关资料取L的尺寸偏差为L=1440 -0.5mm。支柱只受挤压力，所以对材料没有特别要求，选用Q235A制作支柱。3.8.2底板的设计底板的形状如图3.8：图3.8 底板1）底板与钻床Z3050紧固部分根据Z3050摇臂钻床工作台规格，底板可以通过4根M20螺栓固定在Z3050摇臂钻床上，这4根螺栓连线可以构成边长为300mm的正方形，所以取底板为边长为400mm的正方形。在底板四个角分别取四个点，这四个点连线成边长为300mm的正方形，其与底板关于底板中心位似。用直径22mm(由4M20螺栓确定)的铣刀以中心线A方向铣到这四个点的位置，铣四个通槽，则这4个槽即可和螺栓配合紧固底板。2）底板与支柱连接的小孔直径及位置因为底板是通过支柱和平台连接在一起的，所以根据平台上孔618mm的分布可知，底板上也有6个孔均匀分布在直径296mm的圆周上，且由支柱两端直径18mm知，这6个孔的直径也为18mm。在中心线A确定两点，这两点距离底板中心都为148mm，以这两点为基准确定另外4个点，这6个点均匀分布在以底板中心为圆心，直径为296mm的圆上，相邻两个点与底板中心的连线夹角均为30，这6个点即为6个18mm孔中心线所在的位置。3）底板与双头螺柱连接的小孔底板与双头螺柱连接的小孔在底板的中心，根据双头螺柱与底板连接的螺纹特征代号是M201-6h-L，所以选择底板中心小孔的特征代号选择M201-7H-L。4）底板的高度因为底板与双头螺柱的配合长度为17mm，所以选择底板的高度h=20mm。为了降低底板重量以及节省材料，除了底板底部四个角每个留有边长为114mm的正方形，其他底板部分凹下去3mm。5）底板的材料底板只受挤压力，所以对材料没有特别要求，选用Q235A制作底板。3.8.3双头螺柱的长度根据螺母高度h1=15mm，压板高度h2=20mm，钻模板高度h3=20mm，工件高度h4=5mm，平台高度h5=20mm，平台与底板之间支柱长度L0=144mm，底板高度h6=20mm得双头螺柱长度L为： Lh1+ h2+ h3+ h4+ h5+ L0+ h6=244mm，取L=250mm3.8.4手柄的设计手柄是焊接在钻模板上的零件，它的作用是为了方便、快速的装卸工件。一般由细长圆柱弯曲而成。其形状如图3.9：图3.9因为钻模板的外径为390mm，高度h=20mm，所以选择直径10mm的细长圆柱制作手柄。根据钻模板的外径为D=390mm和手柄材料直径d=10mm，得出手柄与钻模板焊接部分圆弧半径R=200mm。根据成年人四指宽度大约90mm，使手柄弯曲成与钻模板构成长方形形状，其长L=100mm，宽D=50mm，弯曲部分半径r=15mm。为了保证焊接强度制作手柄的细长圆柱总长度取l=240mm，其材料选择焊接性能良好的10号钢。4 总结与体会 做毕业设计一个多月了，现在毕业设计即将结束了，在这段时间里受益非浅。在刚拿到制动缸前盖机加工艺设计及钻模设计这个课题时，感到的是深深无力感，看着制动缸前盖的图不知道从什么地方开始，