制定杠杆零件加工工艺设计Φ10孔的钻床夹具设计

哈尔滨理工大欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321学课程设计说明书 机械制造技术课程设计说明书 设计题目：制定杠杆零件加工工艺，设计10孔的钻床夹具 专 业： 机械电子工程 班 级： 12-3 学 号： 1230120329 姓 名： 周爱国 指导教师： 张中然 机械工程系 2015年11月21日目录序言- 1 -一 零件的分析- 2 -1.1零件的作用- 2 -1.2零件的工艺分析- 2 -二 工艺规程的设计- 3 -2.1确定毛坯的制造形式- 3 -2.2基面的选择- 3 -2.3.工件表面加工方法的选择及制定工艺路线- 5 -2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定- 6 -2.5 确定切削用量及基本工时- 8 -三 夹具设计- 14 -3.1问题的提出- 14 -3.2设计方法和步骤- 14 -3.3夹紧装置的设计- 18 -3.4导向装置的设计及其他装置结构.- 21 -3.5确定夹具技术要求和有关尺寸，公差配合- 22 -3.6夹具精度分析与计算- 23 -总结- 24 -参考文献- 25 - 26 -序言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。杠杆零件加工工艺，设计10孔的钻床夹具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。一 零件的分析1.1零件的作用题目所给的零件是杠杆结构零件，此零件的作用是支撑、固定，传递扭矩，帮助改变机床工作台的运动方向，要求零件的配合符合要求。1.2零件的工艺分析杠杆的30H7孔的轴线和两个端面有着垂直度的要求。现分述如下：本夹具用于立式铣床上，加工44凸台端面。工件以30H7孔及端面和水平面底、10的凸台分别用定位销实现完全定位。铣44端面时为了防止加工时变形，采用螺旋辅助支承与工件接触后，用螺母锁紧。要加工的主要工序包括：粗精铣宽度为44的上下平台、钻10的孔、粗精铣30 H7的上下表面。 加工要求有：44的平台的表面粗糙度各为Ra6.3um（上平台）、Ra3.2um（下平台）、30H7的孔为Ra3.2um。杠杆有过渡圆角为R5，其他的过渡圆角为R3，其中主要的加工表面是30H7得端面，要用游标卡尺检查。二 工艺规程的设计 2.1确定毛坯的制造形式零件的材料是模锻。模锻是利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法。模锻与自由锻相比,具有生产率高,锻件外形复杂,尺寸精度高,表面粗糙度值小,加工余量小等优点,但模锻件质量受设备能力的限制一般不超过150kg,锻模制造成本高。模锻适合中小锻件的大批量生产。模锻方法较多,常用的有锤上模锻。考虑到零件在工作中处于润滑状态，采用润滑效果较好的模锻。由于年生产量很高，达到了大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，模锻加工的表面要求质量高，故可以采用质量稳定的，适合大批生产的模锻加工，便于模锻加工工艺过程，而且还可以提高生产率。查参考文献得：各加工表面表面总余量、加工表面、基本尺寸、加工余量等级、加工余量数值说明 2.2基面的选择 基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。1、粗基准选择 粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的加工表面就是宽度为44的肩面表面作为加工的粗基准，可用压板对肩台进行加紧，利用一组V型块支承44的外轮廓作主要定位，以消除以消除z、z、y、y四个自由度。再以一面定位消除x、x两个自由度，达到完全定位,就可加工30H7的孔。2、 精基准的选择精基准的选择应满足以下原则：（1）“基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。（2）“基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。（3）“自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。（4）“互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。（5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。以基准面A及另外两侧面作为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。 对于本零件而言，按照精基准的选择原则，主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用30H7的孔作为精基准。2.3.工件表面加工方法的选择及制定工艺路线(1) 工件表面加工方法的选择 本零件的加工面有个圆、内孔、端面、车槽等，材料为45钢。参考机械制造工艺设计简明手册表1.46、表1.47、表1.48实用机械加工工艺手册表3-5、表3-6、表3-8、表3-31 等，其加工方法选择如下： 130 H7mm内孔：公差等级为IT7IT8，表面粗糙度为1.6 ，采用钻扩铰精铰的加工方法，倒角用车刀加工。 244 mm外圆面：公差等级为IT6IT7，表面粗糙度为0.4 ，采用粗车精车磨削的加工方法。 3.10mm的孔：未注公差等级,根据GB180079 规定公差为IT13，表面粗糙度为6.3 ，采用的加工方法为钻削。 4.20mm的外圆面：未注公差等级,根据GB180079 规定公差为IT13，表面粗糙度为6.3 ，采用的加工方法为钻削。(2) 制定工艺路线制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以志用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本。工序01：锻造工序02：退火，去应力工序03：铣44上端面，铣10上端面工序04：将25的孔扩到29.5，铰29.5的孔到30H7工序05：钻10孔用专用夹具定位，铰10孔工序06：铣台阶面采用一面两孔定位工序07：铣44外圆面，铣10外圆面工序08：铣44下端面，铣10下端面工序09：去毛刺 工序10：检验至图纸要求工序11：入库2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 支架材料为45钢、 由于零件不算是比较的复杂，所以这里采用铸件，中大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用铸造成型。这对于提高生产率、保证加工质量也是有利的。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，工序及毛坯尺寸如下： 1.44 mm外圆表面，此外圆表面为IT6级，参照实用机械加工工艺手册1.确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及偏差精磨外圆0.2440.01244 精车外圆0.445.20.026 45.2半精车外圆1.445.60.145.6粗车外圆3470.347毛坯5501.050220mm外圆表面，参照实用机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及偏差精车外圆0.5200.24半精车外圆1.52050.30粗车外圆4220.6毛坯6261.63孔30H7mm，参照实用机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精铰0.1300.04520铰孔0.229.50.08429.5扩孔1.727.50.127.5钻孔1825+0.625毛坯2004孔10m，参照实用机械加工工艺手册确定各工序尺寸及加工余量工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸的公差工序尺寸及公差精铰0.1100.02510铰孔0.29.50.0649.5扩孔1.47.50.17.5钻孔85+0.35毛坯1002.5 确定切削用量及基本工时工序01：锻造工序02：退火，去应力工序03：铣44上端面，铣10上端面 工步一：粗铣44上端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度 根据X52型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取4003）计算工时切削工时：，则机动工时为 工步二：精铣44上端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度 根据X52型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取4003）计算工时切削工时：，则机动工时为 工步三：粗铣10上端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度 根据X52型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取5003）计算工时切削工时：，则机动工时为 工步四：半精铣10上端面1. 选择刀具刀具选取端面铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度 根据X52型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取5003）计算工时切削工时：，则机动工时为工序04：将25的孔扩到29.5，铰29.5的孔到30H7工步一：粗车25孔至27.5 选择内孔车刀1） 车削深度， ap=1.0mm。2）机床功率为7.5kw。查切削手册f=0.140.24mm/z。选较小量f=0.14 mm/z。3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度 按切削手册，查得 Vc98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s据CA6140卧式车床车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。5)校验机床功率 查切削手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为PcmPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(15+1+3)/（4750.16）min=0.250min。工步二：半精车27.5孔至29.5 选择内孔车刀1） 车削深度， ap=0.4mm。2）机床功率为7.5kw。查切削手册f=0.140.24mm/z。选较小量f=0.14 mm/z。3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度 按切削手册，查得 Vc98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s据CA6140卧式车床车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。5)校验机床功率 查切削手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为PcmPcc。故校验合格。最终确定 ap=0.4mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(15+0.4+3)/（4750.16）min=0.242min。工步三：精车29.5孔至30H7 选择内孔车刀1） 车削深度， ap=0.1mm。2）机床功率为7.5kw。查切削手册f=0.140.24mm/z。选较小量f=0.14 mm/z。3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度 按切削手册，查得 Vc98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s据CA6140卧式车床车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。5)校验机床功率 查切削手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为PcmPcc。故校验合格。最终确定 ap=0.1mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(15+0.1+3)/（4750.16）min=0.238min。工序05：钻10孔用专用夹具定位，铰10孔工序06：铣台阶面采用一面两孔定位工序07：铣44外圆面，铣10外圆面工序08：去毛刺工序09：检验至图纸要求工序10：入库三 夹具设计 由于生产类型为成批，大批量生产，要考虑生产效率，保证加工质量，降低劳动强度，故要设计专用夹具。由指导老师的分配工序05：粗车、半精车、精车10孔的钻床夹具。3.1问题的提出 本次设计选择设计工序：钻扩铰孔10的夹具。该工序加工的精度要求较高，粗糙度要求0.8。工序基准为底面。需要保证的尺寸要求：保证孔10中心与孔30距离。两孔中心距60mm。夹具设计应首先满足这些要求，并保证较高的生产效率，还应该考虑夹具零件制造的工艺性和生产经济性，加工过程中夹具的操作应方便，定位加紧稳定可靠，夹具体应该有较好的刚性。3.2设计方法和步骤3.2.1.夹具类型的确定 由设计任务及条件可知，工件的外形轮廓尺寸小，重量轻，加工要求不高,生产批量不大。因此，设计的夹具不宜复杂，在保证质量和提高生产率的前提下，尽量简化结构，做到经济合理。根据被加工部位 的分布情况，拟采用翻转式钻夹具(快换钻套)。3.2.2.定位装置的设计(1) 确定定位方案A.定位方案分析 根据图纸要求，为保证加工质量，在工件上钻孔，工序基准应该与设计基准相同。本工序的加工要求是孔10与孔30及保证两空的距离60。两空的精度和距离由钻模板保证。而余下的就由定位方案决定，定位基准与工序基准重合。B.根据工件结构特点,其定位方案有两种： 方案一：如图4-3所示，以30H7孔及一组合面(K面与10孔下端面组合)为定位面，限制工件的五个自由度，以10孔端外缘毛胚一侧为防转定位面，限制工件Z自由度。该方案由于尺寸60mm的公差大,定位不稳定，定位误差大。 方案二：如图4-4所示，以孔30H7及端面K定位，限制工件5个自由度，为增强刚性，在10孔下端，增设一辅助支承.由于定位精度未受尺寸60mm的影响，定位误差小。图3-1 零件图比较上述两个方案，方案二为最佳方案。(2)选择定位元件 1)选用带台阶面的定位销，作为30H7孔及其端面定位的定位元件(见夹具总图4-8)，其结构和尺寸按要求确定。 2)以10孔端面外缘定位，采用的定位元件有两种形式(如图4-5所示):选用可调支承钉作为以10孔外缘定位的定位元件，其结构和尺寸按表3-19和表3-20确定，它可限制Z自由度。该方案可克服毛胚精度对定位精度的影响，在使用过程中根据每批毛胚的精度进行调整，结构如图4-5(a)所示。采用移动形块为定位元件，如图4-5(b)所示,限制了Z自由度，其定位精度不受毛胚精度的影响，但受夹具结构限制，并且结构复杂，布局较难。形块除定位作用外，还有夹紧作用，根据本工件的结构特点，易引起工件的变形。 比较上述两种形式，确定采用第一种形式，如图3-2，3-3所示。图3-2 支撑钉定位图3-3 V形块定位(3) 定位误差分析计算 A.定位误差分析 定位误差是指由于定位不准引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。对夹具设计中采用的定位方案，只可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置工差的三分之一，或满足装夹对定过程T，即可认为定位方案符合加工要求。 对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：保证孔30底面与孔10底面垂直距离为10mm，其中两孔中心距由钻模板强两钻套的中心距保证。孔与底面的距离靠钻模板与C型定位支承保证，尺寸都是以工件底面为基准的，基准不重合误差为0。 B.定位误差分析计算 1)加工10，要求保证中心距尺寸60mm及两孔轴线平行度0.30mm。 计算中心距尺寸60mm定位误差为 =B+V 由图4-4可知，B=0。 基准位移误差V等于定位销与定位孔的最大间隙值Xmax,销孔配合代号为30H7,30H7为30,30g6为30,于是 Xmax=Dmax-dmin=30.02130.98=0.041mm D=Y=Xmax=0.041mm其中：G=0.4mm D允=1/3G=0.13mm则 DD允 该定位方案满足要求。 计算10与30H9两孔轴线的平行度定位误差。同理 D=B+Y，B=0 由基准位位移误差定义可知 Y=1+21是定位销圆柱部分与台阶面的垂直度误差。由于此两表面是在一次安装中加工出的，其误差很小，也是可忽略不计2=0。因此 D=B+Y=0 定位误差的允许值D允=1/3G=1/3*0.3=0.10（mm)显然 DD允 因而该定位方案也能满足两孔轴线平行度0.3mm的加工要求。3.3夹紧装置的设计3.3.1.夹紧机构根据加紧方向原则 （1），夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置 （2），夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小； （3），夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。根据夹紧力作用点的原则 （1），夹紧力的作用点应正对夹具定位支承元件或位于支承元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转； （2），夹紧力的作用点应在工件较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有事时可采用增大工件受力面积或合理布局夹紧点位置等来实施实现； （3），夹紧力的作用点应尽可能靠近工件加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减少工件的夹紧力，防止加工过程产生振动。 根据以上要求，考虑加工零件的特点及定位方式，确定夹紧方式，通过前面工序加工出的30孔用拉杆夹紧，方向水平向右，这样能保证主要定位基准面与定位原件的良好接触。3.3.2.夹紧力的计算 （1）加工10时受力分析如图3-4所示，加工时，钻削轴向力F与夹紧力F1同向，作用在定位支承上，而钻削扭距T1则有使工件紧靠于可调支承之势，所用钻头直径小，切削力矩不大。因此，对加工此孔来说，夹紧是可靠的，不必进行夹紧力校核。图3-4 加工10孔时工件受力图1）钻削轴向力F F=9.81Cd设f=0.25mm，已知d0=11mm其余参数查文献5得：F=9.8161.2110.250.70.866=2167.15（N）2）钻削力距T2 T=9.81=9.810.0311110.250.866=9.866（Nm）3）使工件转动的转距T3和使工件翻转的力距M0 T3=FL M0=F0L1式中：F0为翻转力，F0=T2/L1，L1为翻转力臂，L1=L=d0/2D0/2得T3=FL=2167.150.015=32.51（Nm） M0=F0L1=9.866/0.011（0.015+0.011/2-0.040/2）=0.48（Nm）4）防转夹紧力F3和防转夹紧力F3根据力学平衡原理，由图4-7知：F3fr+2FnfrKT3 F3D/2FM0其中，r为当量摩檫半径，查表3-3得：r=1/3(D1-D3/D1-D)=1/3(0.04-0.028/0.04-0.028)=0.018(mm)得：F3=KT3/2rf=1.532.51/20.0180.15=9.30.56(N)F3=2KM0/D=21.50.48/0.028=51.42(N)5)夹紧机构产生的夹紧为F3。 根据初步选用螺栓直径为M12mm,由参考文献9查得，采用M12的螺栓十，许用夹紧力F3=5800N。F3F3”，显然M12螺栓无法满足要求。现改用M16螺栓，许用夹紧力F3=10500N，F3F3”。M16螺栓可满足夹紧要求，同时，M16螺母的最大直径也小于定位孔30H7的尺寸，不妨碍工件的装卸。3.4导向装置的设计及其他装置结构. 3.4.1.加工10孔导向装置的确定 导向装置主要是钻模板，导向元件是钻套，加工中需要钻扩铰3个工步，为减少装夹时间，减少辅助时间。为适应钻、扩、铰的要求，现选用快换钻套及与之相适应的衬套，它们的主要尺寸和结构由表357和表358选取具体尺寸如表31所示。 表31 快换钻套及衬套尺寸名称内经外径快换钻套10(E7)15(k6)衬套15(F7)22(n6)钻套端面至加工面间的距离一般取（0.31）d(d为钻头直径），取8mm.3.4.3.其他装置的确定 为便于排屑，辅助支承采用螺旋套筒式；为便于夹具的制造和维修，钻模板与夹具体的联接采用装配式。夹具体采用开式，使加工、观察、清理切屑均方便。3.5确定夹具技术要求和有关尺寸，公差配合 夹具技术要求和有关尺寸，公差配偶和是根据教材、有关资料，手册规定的原则和方法确定的，本例的技术要求和公差配合如下：3.5.1.技术要求 定位元件与夹具底面的垂直度误差允许值在全长上为0.03mm。 导向元件与夹具底面的垂直度误差允许值在全长上为0.05mm 导向元件（件11）与夹具底面（F）的平行度误差允许值为0.05mm3.5.2.公差配合 （1）10孔钻套，衬套，钻模板上内孔之间的配合代号及精度分别为： 26H7/n6（衬套钻模板） 18H7/g6(钻套衬套) （2）其余部分的公差配合代号及精度如图4-8所示。3.6夹具精度分析与计算 由图4-1可知，所设计夹具需保证的加工要求有：尺寸（150.25）mm，尺寸60mm，尺寸14mm及10孔和30H7孔轴线间平行度误差0.30mm等四项。其中尺寸14mm和尺寸（150.25）mm要求较低，不必验算，其余各项精度要求分别验算如