手柄座零件机械加工工艺和典型夹具设计.doc

本科毕业设计(论文)题目：手柄座零件机械加工工艺和典型夹具设计系 别： 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013年5月手柄座零件机械加工工艺和典型夹具设计摘要手柄座零件是车床操纵部分的组成零件之一，该手柄座的作用相当于一个连杆，车床外部手柄的运动是通过车床手柄座传递到车床内部实现人为对机床的操纵。在设计中，主要目的是根据零件选择合理的工艺路线，然后制定出一套可行的夹具。本文涉及两大部分，第一部分是对手柄座零件的分析及工艺规程的制定；第二部分是对于零件中的两次钻孔加工采用不同的定位、夹紧方式进行典型夹具的设计。通过设计一方面使我们更进一步熟悉了产品加工设计的全过程，在制定加工方案的时候，充分考虑其经济性和可行性。另一方面通过对手柄座零件的机械加工工艺规程设计和钻孔用夹具设计，试图找出一种简单、实用的加工方法，以供生产同类零件的企业参考。Handle Parts Machining Process and Typical Fixture DesignAbstractHandle seat parts is one of the component parts of lathe parts manipulation, the handle seat ACTS as a connecting rod. Movement is handle by lathe external handles to the lathe internal implementation artificial control for machine tools. In the design, the main task is according to the parts during the design and calculation, including processing machine tools, spindle speed, the three elements of cutting the reasonable selection of the processing technology, as well as the typical fixture design. This article involves two parts, the first part is the analysis of the handle seat parts and processing procedures. Two drilling in the second part is for parts with different way of positioning, clamping typical fixture design. Through the design on the one hand, make us more familiar with the whole process of the product processing design, at the time of processing plan formulation, give full consideration to its economical efficiency and feasibility. On the other hand through the handle parts of the machining process planning design and drilling fixture design, trying to find out a simple and practical processing methods, to provide the reference for the manufacture of similar parts. Key words: the handle seat; process; fixtureIV目录1绪论11.1前言11.2题目背景及意义11.3 国内外相关研究情况11.4本课题研究内容21.5夹具分类22零件的分析42.1生产纲领42.2零件作用42.3零件工艺分析53工艺规程设计63.1毛坯制造63.2基面选择63.2.1粗基准选择63.2.2精基准选择63.3制定工艺路线63.3.1工艺路线方案一63.3.2工艺路线方案二73.3.3工艺方案分析73.4加工余量确定83.5确立切削用量及基本工时84钻螺纹孔夹具设计184.1 任务提出184.2 定位方案及定位装置设计184.2.1 定位方案确定184.2.2定位元件设计184.2.3定位误差分析184.3导引元件（装置）设计184.4夹紧方案设计194.4.1 夹紧方案确定194.4.2 夹紧力大小分析194.4.3 夹紧机构及装置设计194.5夹具操作及维护简要说明195钻孔夹具设计215.1任务提出215.2定位方案及定位装置设计215.2.1定位方案确定215.2.2定位元件及装置设计215.2.3确定最佳定位方式225.2.4定位误差分析225.2.5定位元件型号尺寸和安装方式225.3夹紧方案确定235.4夹具的操作及维护246结论26参考文献28致谢29毕业设计（论文）知识产权声明30毕业设计（论文）独创性声明31设计图纸及说明书联系球球：二二九七八零六九二1 绪论1.1前言在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷、热工艺过程中，使用着大量的夹具。所谓夹具就是一切用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或者检测的装置。在机械制造中采用大量的夹具，机床夹具就是夹具中的一种。它装在机床上，使工件相对刀具与机床保持正确的相对位置，并能承受切削力的作用。机床夹具的作用主要有以下几个方面：较容易、较稳定地保证加工精度，因为用夹具装夹工件时，工件相对机床（刀具）的位置由夹具来保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、较稳定地保证工件的加工精度,提高劳动生产率，因为采用夹具后，工件不需要划线找正，装夹也方便迅速，显著地减少了辅助时间，提高了劳动生产率，扩大机床的使用范围。因为使用专用夹具可以改变机床的用途、扩大机床的使用范围，例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工。改善劳动条件、保证生产安全，因为使用专用机床夹具可以减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，降低对工人操作技术水平的要求，保证安全，所以设计机床夹具显得尤为重要1。1.2题目背景及意义 机械加工工业是国民经济的基础工业，也是一个国家发展的重要经济来源。在机械零件的加工过程中，机械加工工艺是相当重要的一环。因为机械工艺对产品的质量控制起着重要作用，直接影响到产品的生产成本和生产效率，以及价格的高低。所以作为一名机械设计者，应该具备以下基本要求：零件的结构设计基本合理；制定良好的加工工艺路线；在此基础上尽可能优化结构，降低成本，提高生产率。 对于机械产品的设计可以从到零件到装配有一个完整的了解和初步的掌握。以进一步的熟练掌握Pro/E和CAD的运用。锻炼自己的独立思考能力和创造能力，进一步将所学知识和实践结合，为更好更快的适应工作作准备。1.3国内外相关研究情况 a. 国内发展情况 目前国内机械行业的基本情况是，随着工业及汽车制造业的迅速发展，机械设计制造日渐受到人们的广泛关注，已形成一个热门行业。但是我国机械加工行业缺乏技术人员，存在制造周期长、寿命短、供不应求的现状。目前存在的主要问题是： （1）从设计结构上看，我们的设计还不够细致，许多细节考虑的欠周到，以至于零件使用受命不长，特别是加工工艺和热处理技术，在这方面与国外的差距更大。 （2）从零件材料看，我国的机械加工行业起步时间不长，而国际上产品的材料品种则有很多可供选择。目前，我国虽然也有个别品种诸如高速钢具有较好的质量，但应用较少，主要是国产的钻头、端铣刀等切削工具难以切削，诸如HRC40等很硬的钢。 （3）从加工工艺水平看，主要是设备水平不高，专门设备使用的少，加工出来的零件表面精度很难达到国外水平，检测手段落后，装配水平不高，导致容易出现报废或裂痕现象。为了提高企业的设计水平和加工能力，国家推荐适合于机械企业用的CAD/CAM系统。但国内优秀的CAD/CAM系统很少，只有少数适合应用。而国外购买的虽有强大的三维曲面造型能力、强大的结构有限元分析能力、强大的计算机辅助制造能力、产品数据管理能力等，但价格昂贵，一般企业难以支持。 b. 国外的发展情况 进入21世纪，发达国家把机械制造工艺装置置于更为优先发展的重要地位，机械制造工艺的基础地位毫不动摇。机械制造工艺位居工业的核心地位，担负着为国民经济发展和国防建设提供技术装备的责任，是工业化国家的主导地位。工业发达国家不断加大对机械制造工艺的研发投入，持续加强核心技术创新，增强高技术在机械制造工艺发展的影响力和渗透力，从而更加凸显了现代机械制造工艺对于推动产业技术升级和国民经济发展的重要性。1.4本课题研究内容本设计题目为：设计手柄座零件的机械加工工艺规程及专用夹具设计。零件图样、生产纲领和生产条件是设计的主要原始资料，由指导教师提供给学生。零件复杂程度以中等为宜，生产类型为成批生产。根据教师设计任务书中规定的设计题目，按照所给零件编写出相应的加工工艺规程，设计出其中由教师指定的一道重要工序（如：工艺规程中所要求的车、铣、钻夹具中的一种）的专用夹具，并撰写说明书。并在指导教师的指导下，参考相关内容的设计指导书，认真地、有计划地、独立按时完成设计任务。具体设计内容如下：1、对零件进行工艺分析，拟定工艺方案，绘制零件工作图1张。2、确定毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图1张。3、拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序加工设备及工艺装备（刀具、夹具、辅具），确定某一代表工序的切削用量及工序尺寸。编制机械加工工艺规程卡片（工艺过程卡片和工序卡片）1套。4、设计重要工序中的一种专用夹具，绘制夹具装配总图和大件零件图（通常为夹具体）各1张。5、撰写设计说明书1份。1.5夹具分类 a通用夹具 通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如， 车床上的三爪卡盘和四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。它们有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。这类夹具一般已经标准化，由专业工厂生产，作为机床附件供应给用户。b专用夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序的加工而专门设计的夹具，具有结构紧凑，操作迅速、方便等优点2。专用夹具通常由使用厂家根据要求自行设计和制造，适用于产品固定且批量较大的生产中。c组合夹具 组合夹具是在机床夹具零部件标准化的基础上，由一整套预先制造好的，具有各种不同形状、不同规格尺寸的标准元件和组件，按照组合化的原理，针对工件的加工要求组装成各种专用夹具。夹具使用完毕后，可以拆卸，留待组装新夹具时使用。组合夹具的应用范围十分广泛，它最适合于品种多、产品变化快、新产品试制和单件小批生产等场合，在批量生产中也可利用组合夹具代替临时短缺的专用夹具，以满足生产要求，用组合夹具元件可以组装成各类机床夹具。数控机床和柔性制造单元的出现，更加推动了组合夹具技术的进步，扩大了组合夹具的应用范围。组合夹具具有以下特点：组合夹具元件可供多次使用，但其一旦组装成某个夹具后，该夹具结构仍属专用性，只能一次使用。当变换加工对象时，一般仍需全部拆开，重新组装成新夹具结构，以满足新工件的加工要求。和专用夹具不一样，组合夹具的最终精度，是靠各组成元件的精度，直接组合来保证的，不允许进行任何补充加工，否则无法保证元件的互换性。由于组合夹具是由各标准元件组合起来的，因此刚性较差，尤其是元件连接的结合面接触刚度，对加工精度影响较大。一般组合夹具的外形尺寸较大，不及专用夹具那样紧凑。这种夹具不受生产类型的限制，可以随时组装，以应生产之急。d拼装夹具 拼装夹具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由标准化、系列化的夹具元件，直接按专用夹具的装配方法（销钉定位、螺栓紧固）装配成的专用夹具。采用拼装夹具大大缩短了专用夹具的设计与制造周期，而且当产品改型时原来夹具的大部分元件仍可拆下重新使用，适用于多品种、小批量生产中。e通用可调夹具 通用可调夹具是指根据不同尺寸或种类的工件，调整或更换个别定位元件或夹紧元件而形成的专用夹具。加工对象不很确定，通用范围较大，适用于多品种、小批量生产中。f成组夹具 成组夹具是指专为加工成组工艺中某一组零件而设计的可调夹具。加工对象明确，只需调整或更换个别定位元件或夹紧元件便可使用，调整范围只限于本零件组的工件，适用于成组加工。 通用可调夹具和成组夹具都是一种比较先进的、继承性好的新型夹具。采用这两种夹具可大大减少专用夹具数量，缩短生产准备周期，降低生产成本，加快产品的更新换代，并可以有效地促进并实现机床夹具标准化、系列化和通用化。通用可调夹具与成组夹具的区别在于：前者的加工对象不很确定，其更换调整部分的结构设计，往往具有较大的适应性，通用范围大；而成组夹具则是为成组加工工艺中 一组零件而专门设计的，加工对象十分明确，可调范围也只限于本组内的零件，因此后者亦称为专用可调夹具。92 零件的分析2 零件的分析2.1生产纲领 任务书上的题目内容为：加工一个手柄座零件，该零件年产量为20000台，设其备品率为10%，机械加工废品率为1%，试进行该零件的工艺规程设计。现制定该手柄座零件的机械加工工艺规程。该零件的年产量为22220件，根据机械制造技术基础教材中生产类型与生产纲领的关系，确定其生产类型为大批生产3。2.2零件作用题目所给的零件是CA6140车床的手柄座，它位于车床操作机构中，可同时操纵离合器和制动器，即同时控制主轴的开、停、换向和制动。操作过程如下：当手把控制手柄座向上扳动时，车床内部的拉杆往外移，则齿扇向顺时针方向转动，带动齿条轴往右移动，通过拨叉使滑套向右移，压下羊角形摆块的右角，从而使推拉杆向左移动，于是左离合器接合，主轴正转；同理，当手把控制手柄座向下扳动时，推拉杆右移，右离合器接合，主轴反转。当手把在中间位置时，推拉杆处于中间位置，左、右离合器均不接合，主轴的传动断开，此时齿条轴上的凸起部分正压在制动器杠杆的下端，制动带被拉紧，使主铀制动。零件的三维图如图2.1所示。图2.1 CA6140车床手柄座零件三维模型图2.3零件工艺分析CA6140车床手柄座有多处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：2.3.1以25H8为中心的加工表面 这一组的加工表面有25H8的孔，以及上下端面，下端面为45的圆柱端面；孔壁上有距下端面11mm、与25H8孔中心轴所在前视面呈角的螺纹孔，尺寸为M10-7H，另外还有一个尺寸为6H9的槽，孔与槽的总宽度为27.3H11。2.3.2以14H7为中心的加工表面 该组的加工表面有14H7的螺纹孔(有位置要求)，加工时测量深度为25mm，钻孔深度为28mm。上孔壁有一个5配铰的锥销通孔，该通孔有位置要求。2.3.3以10H7为中心的加工表面 本组的加工表面有10H7的孔(两个)，及其两个内端面(对称)，两端面均有位置要求，端面之间的距离为mm，孔除了有位置要求以外还有平行度的形状公差要求(与25H8孔壁之间的平行度公差为0.2)。2.3.4以5.5为中心的加工表面 这组的加工表面有5.5的孔，该孔通至25H8上的槽，并有位置要求4。由上面的分析可知，加工时应先加工完一组表面，再以这组加工后的表面为基准加工另外一组。3 工艺规程设计3 工艺规程设计3.1毛坯制造 零件材料为HT200，手柄座在使用过程中不经常的变动，它只起支撑的作用，受到的冲击不是很大，只是在纵向上受到很大的压力。在加工过程中的精度保证很重要，它对工件的定位有一定的保证作用。3.2基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面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，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。3.2.1粗基准的选择 对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准，而对有若干个不加工表面的工件，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粗基准。根据这个基准选择原则，现选取25H8孔的下端面作为粗基准，利用一组共两块V形块分别支承25H8和作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位，然后进行铣削5。3.2.2精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不作介绍。3.3制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用加工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。3.3.1工艺路线方案一 工序一：备料； 工序二：铸造毛坯；工序三：粗铣上、下表面，精铣下表面；工序四：钻