机械工艺夹具毕业设计162汽车变速箱上盖的工艺工装设计.doc
机械工艺夹具毕业设计162汽车变速箱上盖的工艺工装设计
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机械毕业设计论文
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机械工艺夹具毕业设计162汽车变速箱上盖的工艺工装设计,机械毕业设计论文
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1 绪 论 制造业是国家发展与社会进步的基础，而汽车制造将是未来面对普通消费者的主要的机械制造产品，而随着国家的发展人民生活水平的提高，人们对汽车的需求和要求必定变的更多，所以我们有必要对汽车及汽车零件的设计与加工投入更多的精力 。而我将在毕业后前往一家以机械生产为 主的企业工作，所以了解 机械中 零件的加工工艺特点及工艺工装设计是非常必要的。 通过对汽车变速箱上盖 工艺工装设计可以对大学四年里所学习的机械制造工艺学，机床夹具设计，金属切削原理与刀具，互换性与技术测量等许多课程进行复习与提高，并掌握综 合应用专业知识的能力。在此设计中，我将绘制一张变速箱上盖零件图；编写上盖加工的工艺规程；设计两套专用夹具；设计专用刀、量具各一套。通过这些对汽车变速器制造活动有一个总体的，全貌的了解与把握，能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床，刀具，夹具及加工参数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决现场工艺问题的能力，了解当今先进制造技术和先进制造模式的发展状况。并为将来毕业后的工作打下良好的基础。 为了更好的进行此次毕业设计我在校图书馆与辽宁 省图书馆借阅了许多资料，其中对设计帮助比较大的有侯家驹编的汽车制造工艺学，张耀宸编的机械加工工艺设计实用手册， 杨黎明主编的机床夹具设计手册， 现代机械制造工艺装备标准应用手册编委会编的现代机械制造工艺装备标准应用手册等许多图书。 由于本人 水平有限， 经验不足，设计中 必定有许多错误的地方，还 请各位老师批评，指正。 nts 2 1 机械加工工艺规程的制定 1.1 零件的工艺性分析 1.1.1 零件的功用 此次设计的课题是关于汽车变速箱上盖的工艺工装设计。变速箱的上盖 是汽车变速箱的重要组成部 分。汽车变速箱内有很多的精密的齿轮，轴等零件，结构体系也较为复杂。为了保证内部的全部零件不再暴露的环境下工作，防止灰尘油污以及其他一些物质进入到箱体内部腐蚀零件，为箱体做一个上盖是很必需的。 1.1.2 零件的结构特点与工艺性 变速箱上盖是典型的 铸造 箱盖 类零件。结构上的特点 就是扁平 ，长度宽度尺寸大，高度方向尺寸不大 。 考虑到上盖零件的毛坯 选择铸造加工 而成 ， 在构型方面基本符合毛坯 铸造方法的要求。 非加工的成形面都采用了利于脱模的倒圆角设计。为了能在不拆卸上盖全体的条件下观察与检修内部元件 的运作和故障情况，在零件 设计时考虑到了在上盖的顶部设计一个检查口 ，为一凸台结构。 与箱体装配的接合面尺寸很大，当用 螺栓和定位销将其与变速箱主体结合的时候，大的接合面能保证接合的密封性。 但是考虑到加工的 质量和经济性，零件设计中简化了加工平面。在能保证接合的要求的前提下，加工表面的粗糙度等精度要求尽量降低。 并且还在接合面上设计了装配定位孔和工艺定位孔，保证了装配的精度。 1.1.3 主要加工表面及其技术要求 变速箱上盖的加工内容主要是关于平面和孔的加工。 平面的加工主要包括 ： 1、 底部大接合面的加工， 技术要求 ：表面粗糙度 Ra6.3m。 2、 凸台小平面的加工， 技术要求：表面粗糙度 Ra6.3m，至大接合面距离要求90 2.02.0mm 3、 上盖内侧两端面的加工 ,技术要求：表面粗糙度 Ra12.5m，两端面之间距离要求 90 2.02.0mm。 孔的加工包括 ： nts 3 1、 大接合面上 14 个直径 11mm 的通孔加工， 没有特别的技术要求。 2、 2 个直径 13mm 的装配定位孔的加工， 技术要求：表面粗糙度 Ra1.6m，直径精度要求 13 03.003.0mm 3、 2 个直径 11mm 的工艺定位孔 的加工， 技术要求：表面粗糙度 Ra1.6m，直径精度要求 11 027.00mm 4、 内壁顶部的 4 个 9.6mm 的深孔加工 ， 技术要求：表面粗糙度 Ra6.3m，相对D 基准位置度要求 0.2mm，孔最深处至大接合面距离要求 78 2.02.0m 5、 顶平面的 4 个 M10 螺纹孔的加工， 技术要求：相对于 D 基准位置度要求0.4mm，深 18mm。 6、 凸台上 M16 螺纹孔的加工， 技术要求：表面粗糙度 Ra6.3m，相对于 D 基准位置度要求 0.4mm，通孔。 7、 上盖上 M14 螺 纹斜孔的加工， 技术要求：孔中心轴线与 Z 轴角度 45 度，高度方向尺寸要求 55 15.015.0mm,深度尺寸要求 26 2.02.0mm。 8、 上盖两端 4 个直径 16mm 的深孔钻扩加工， 技术要求：表面粗糙度 Ra6.3m，钻孔 16 077.0050.0mm,外扩孔 要求 20 05.005.0mm,孔中心线间距 30.1mm，高度方向距大接合面距离 37 1.01.0mm.其中一 端两个深孔的加工提出更高的形位要求：直线度 0.03mm,相对 D 基准位置度 0.2mm，相对 E 基准位置度 0.3mm。（参见变速箱上盖零件图）。 9、 上盖内壁阶梯孔的加工， 技术要求： 孔直径 为 8.5 2.00mm, 9mm,12mm，深139mm,形位要求有 2 个，相对 C 基准的位置度要求 0.3mm,相对 F 基准的垂直度要求 0.06mm. 1.2 确定生产类型 因变速箱上盖的生产产量很大，采用专用设备和专用工艺装备，广泛采用高效的专用机床等，且大多数设备经常重复进行某个工序的 加工。根据变速箱上盖的这些生产特点，确定生产类型为大量生产。 nts 4 1.3 零件毛坯选择 1.3.1 零件毛坯材料选择 考虑到变速箱上盖的生产类型是大批量生产，结构形状较为复杂，制造精度不高，几何尺寸也比较大，以及考虑到生产经济性。 所以其毛坯的材料选用容易成型，吸震性好，加工工艺性好和成本低的灰口铸铁 ， HT20-40. 其性能 HB170-241 203。 1.3.2 变速箱上盖的毛坯 毛坯图是毛坯制造和编制零件加工工艺的重要零件。制定工艺过程时，需要分析毛坯 图，主要是分析粗加工的定位基准，其次分析铸件毛坯的分型面，浇口，冒口的位置，拔模斜度，圆角半径的大小。 铸件毛坯如图 2.1 所示： （ a） (b) (c) 图 1.1 1.3.3 毛坯的制造方式 毛坯制造方法的选择时应考虑下列因素，生产类型；工件结构和尺寸；工件的机械nts 5 加工性能要求；工件的工艺性能要求。 分析此减速器箱体，毛坯采用砂型浇注成 型，在砂型中保温 20-30min，直到冷却消除铸件的应力，最终进行喷漆处理。分型面选用在轴承孔的轴向垂直面，取外面一侧为上盖，便于浇注，排气和出砂 3。 1.4 零件加工工艺规程的制定 1.4.1 选择加工方法和加工方案 上盖零件各个加工表面的加工方法和加工方案具体如下： 1、 底部大接合面：粗铣 精铣 ； 2、 凸台小平面：粗铣 精铣 ； 3、 内侧两端面：粗铣 半精铣 ； 4、 大接合面上 14 个 11mm 的通孔：钻 孔 ； 5、 2 个 13mm 的装配定位孔的 ： 钻孔 -铰孔 ； 6、 2 个 11mm 的工艺定位孔：钻孔 -铰孔 ； 7、 内壁顶部的 4 个 9.6mm 的深孔：钻孔 粗铰 ； 8、 顶平面的 4 个 M10 螺纹孔：钻螺纹预孔 攻丝 ； 9、 凸台上 M16 螺纹孔：钻螺纹预孔 攻丝 ； 10、 上盖上 M14 螺纹斜孔：钻螺纹预孔 攻丝 ； 11、 上盖两端 4 个 16mm 的深孔：钻孔 扩孔 ； 12、 上盖内壁阶梯孔：钻孔 扩孔 ； 1.4.2 定位基准的选择 由于各加工阶段的加工性质不同，所以对定位基准的要求也有所不同。粗加工阶段的主要任务是 切除大部分余量，切削力大，对定位基准的要求主要是稳定可靠。定位基准表面应该足够大，并便于施加较大的夹紧力而不致引起工件变形。精加工阶段的主要任务是保证 精度问题。此时大 部分余量都已经被切除，工件的刚度有所下降，而加工精度要求更高，因此要在选择定位基准是要保证因定位而引起的误差很小。 由于工序性质不同，定位基准也不同。如在第一道工序中只能用毛坯表面来定位，这是粗基准。在以后各工序的加工中，可以采用已经切削加工的表面作为定位基准，这nts 6 就是精基准。 根据以上关于定位基准选择的概述，具体到变速箱上盖的工艺加工过程，定位基准的选择大致如下：开始，先是凸台小平面和上盖底部大接合面两个加工表面互为基准进行粗精铣加工。 先是以大接合面为粗基准加工小平面，然后在以加工过的小平面为基准加工大接合 面；在 工序 钻、扩、铰接合面上一系列孔以及螺纹预孔的工序当中，考虑到工件加紧的稳定可靠，以及考虑到与设计基准的重合，宜选择大接合面为精基准加工；在铣削内壁两端面的工序时， 考虑铣削的力度加大，为保证加紧稳定可靠，依然 宜选大接合面为精基准加工 ；在内壁顶部钻、铰 4 个 9.6mm 深孔工序中，考虑到保证工件在加工中不变形，宜选小平面为定位基准； 在钻、扩内壁阶梯孔、两端 16mm 深孔，以及攻丝螺纹预孔的工序中，考虑到加工方便、加紧可靠、且与设计基准重合等因素，还是选择大接合面为定位基准。 1.4.3 热处理及检验的选择 与安排 在本次设计中，因为 设计相关的 零件材料为铸件， 在其装配工作时承受的作用力很小， 且 没有较高要求的接合或者配合工作面，所以不需要安排调质，正火、退火等等的热处理工序。但需要安排一个清理砂冒口，喷砂的工序。 至于检验工序，考虑到零件本身的加工精度不是很高，且加工过程中变形破坏的可能性不大，所以不需要特别安排中间检验的工序。每道工序结束后，正常用游标卡尺、极限量规等检验。在最后的工序里，再按图样要求做全面检查即可。 1.4.4 拟定工艺路线 拟订工艺路线是制订工艺规程的关键。工艺路线不仅影响加工质量和效率， 而且影响工人劳动强度，设备投资，车间面积，生产成本等，必须进行多种方案的分析比较。加工方法的选择首先要保证加工质量；其次还要考虑生产率和经济性。 机加工工序安排应满足先基准后其他；先主后次，先粗后精，先面后孔等原则。 1、 工艺路线表 表 1.4.1 的第一套工艺方案是根据机加工序安排的原则，参考类似零件的加工工艺编排的。 nts 7 表 1.1 第一套工艺路线方案 (mm) 工序号 工序名称 1 铸造毛坯 2 清理烧冒口，喷砂 3 粗铣，半精铣上盖凸台小平面 4 粗铣，半精铣底部大接合面 5 钻、铰 14 个 11 孔 6 钻、铰 2 个 13 的装配定位孔。 7 钻、铰 2 个 11 工艺定位孔 8 中间检查 9 粗铣、半精铣内侧两端面 10 在内壁顶部钻铰 4 个 9.6 的深孔 11 在凸台上钻 M10， M16 的螺纹孔预孔 12 钻 M14 的螺纹斜孔的预孔 13 对 M10,M16 螺纹预孔攻丝 14 对 M14 螺纹预孔攻丝 15 钻、扩上盖内壁 8.5、 9、 12 的阶梯深孔 16 在上盖一端钻、扩 16 深孔 17 在上盖另一端钻、扩 16 深孔 18 钳，去毛刺，清洗上油 19 按图样要求检查入库 表 1.4.2 第二套工艺方案是参考长春一汽变速箱加工的现场工艺编排的。 表 1.2 第二套工艺路线方案 (mm) 工序号 工序名称 1 铸造毛坯 2 清理烧冒口，喷砂 nts 8 3 粗铣，半精铣上盖凸台小平面 4 粗铣，半精铣底部大接合面 5 钻、铰 2-11 工艺定位孔 ；钻、铰 2-13 的装配定位孔；钻、铰 14-11 孔 6 粗铣、半精铣内侧两端面 7 在内壁顶部钻铰 4 个 9.6 的深孔 8 在上盖一端钻、扩 、铰 16 通孔 9 在上盖另一端钻、扩 、铰 16 通 孔 10 钻、 铰、 扩上盖内壁 8.5、 9、 12 的阶梯深孔 11 在凸台上钻 M10， M16 的螺纹孔预孔并攻螺纹 12 钻 M14 的螺纹斜孔的预孔并攻螺纹 13 钳，去毛刺，清洗上油 14 按图样要求检查入库 2、 两套工艺路线方案比较 第一套方案 ， 虽然也能达到加工要求，但是工序明显不如第二套工序集中。 钻铰上盖表面的一系列孔可以集中到一个工序中完成，减少装夹的次数，提高效率。 钻螺纹预孔完全可以像第二套方案中集中到一个工序中完成 。 在第八个工序中，方案一安排了一次中间检查，其实也是没有必要的。因为总体上前面这些加工工序精度要求都不是很高的，而且每道工序 完成后都有专用的量具检验。 增加一道工序不妥。还有就是第二套方案中将钻扩阶梯孔的工序安排在钻扩两端 16mm 深孔之后，因为阶梯孔很深，且与16mm 的深孔相贯穿，当加工完 16mm 孔时，在阶梯孔钻铰的时候自然就没有那么多的钻铰深度了，难度降低，更易保证精度。 第二套方案 联结紧凑，适当选用一些专用工装、设备，效率和加工精度都更加有保障。对于大批量生产是比较合理的方安，加工中辅助时间少，可以高质、高效达到各工序所需达到的要求。所以选用第二套工艺方案。 1.4.5 选择各工序加工机床设备及工艺装备 各个工序加工机 床设备及工艺装备的选用情况具体如下： 1、 粗精铣凸台小平面：立式铣床 X53,专用夹具，立 铣刀，游标卡尺。 nts 9 2、 粗精铣上盖底部大接合面：卧式（万能）铣床 X62W,专用夹具，端 铣刀，游标卡尺。 3、 钻铰 14 个 11mm 孔：立式钻床 Z550,专用夹具，专用复合钻铰刀具，游标卡尺。 4、 钻 、铰装配定位孔 2-13 03.003.0：立式钻床 Z550，专用夹具， 专用钻铰复合刀具，专用塞规 。 5、 钻、 铰工艺定位孔 2-11 027.00：立式钻床 Z550，专用夹具，专用钻铰复合刀 具，专用塞 规。 6、 铣内侧两端面：卧式（万能）铣床 X62W，专用夹具，端 铣刀，游标卡尺。 7、 在内壁顶部钻、铰 4 个 9.6mm 的深孔：立式钻床 Z550，专用夹具， 直径 9.4mm的直柄麻花钻， 直径 9.6mm 锥柄长刃机用铰刀，专用塞 规，深度卡尺，孔距量规。 8、 在凸台上钻 M10、 M16 螺纹孔的螺纹预孔：立式钻床 Z550，专用夹具，直径分别为 14.5mm 和 8.5mm 的短麻花钻，游标卡尺。 9、 钻 M14 螺纹斜孔的预孔：立式钻床 Z550，专用夹具，短麻花钻，游标卡尺。 10、 钻、扩上盖内壁阶梯孔：立式钻床 Z550，专用夹具，直径 8.2mm 的锥柄加长麻花钻，直径分别为 9mm 和 12mm 的标准扩孔钻 ，直径 8.5mm 专用加长铰刀 ,专用塞规，深度卡尺。 11、 对 M10、 M16 螺纹预孔攻丝： 立式钻床 Z550，专用夹具，直径分别 10.0mm和 14.00mm 的细柄机用丝锥，游标卡尺。 12、 对 M14 螺纹斜孔预孔攻丝：立式钻床 Z550，专用夹具，直径 14.00mm 的细柄机用丝锥，游标卡尺。 13、 在上盖一端钻、扩 16mm 深孔：立式钻床，专用夹具， 直径 15.7 的锥柄加长麻花钻 ， 直径 20mm 的标准扩孔钻，直径 16mm 的专用铰刀， 专用 塞规，孔距量规，深度卡尺 。 14、 在上盖另一端钻、扩 16mm 深孔：立式钻床，专用夹具， 直径 15.7 的锥柄加长麻花钻，直径 20mm 的标准扩孔钻，直径 16mm 的专用铰刀，专用塞规，孔距量规，深度卡尺。 nts 10 1.4.6 确定各工序 的 工序尺寸、 表面粗糙度 及检验方法 各个工序 的 工序尺寸、表面粗糙度及检验方法如表 1.3 所示 3： 表 1.3 各工序 的 工序尺寸、表面粗糙度及检验方法 (mm) 工序号 工序尺寸 检验方法 1 铸造毛坯 2 清理 3 粗洗上盖凸台小平面到尺寸（件高） 95.3-95 半精铣小平面到尺寸（件高） 94，保证图 纸尺寸 80,保证 Ra为 6.3 游标卡尺 0125； 0.1 粗糙度比较样块 4 粗铣上盖底部大接合面 至尺寸（件高） 91.3-91 半精铣底部大接合面至尺寸 90 2.0 保证 Ra 为 6.3 游标卡尺 0125； 0.05 5 钻两个工艺定位孔达到 10.8-10.82 铰孔至尺寸 11 027.00，保证 Ra 为 1.6 钻两个装配定位孔至尺寸 12.7-12.8 铰孔至尺寸 13 03.003.0，保证 Ra 为 1.6 钻 14 个 11 的通孔至尺寸 10.5-10.6 粗铰孔至尺寸 11 专用 量规 粗糙度比较样块 孔距量规 6 粗铣内壁 一 端面至尺寸（两端面间距 ） 92 半精铣内壁一端面至尺寸（两端面间距） 91.5，距定位孔尺寸保证 147 1.0 粗铣内壁另一端面至尺寸（两端面间距） 90.5 半精铣此端面至尺寸（两端面间距） 90 2.0 ,保证表面粗糙度 Ra12.5 游标卡尺 0150;0.05 粗糙度比较样块 7 在内壁顶部钻 4 个 深孔，直径至 9.4-9.42，深度 59 精铰孔至图纸尺寸 9.6 15.00，保证 Ra6.3 专用塞规 孔距量规 深度卡尺 粗糙度比较样块 nts 11 8 在上盖一端钻 2 个通孔 至尺寸 15.7-15.8 扩两孔至 20 05.0 ,深 3，保证 Ra 为 6.3 铰两孔，至尺寸 16 017.0050.0，保证 Ra 为 6.3 专用塞规 孔距量规 深度卡尺 粗糙度比较样块 9 在上盖另一端钻 2 个通孔至尺寸 15.7-15.8 扩两孔至 20 05.0 ,深 3，保证 Ra 为 6.3 铰两孔，至尺寸 16 017.0050.0，保证 Ra 为 6.3 专用 塞规 孔距量规 深度卡尺 粗糙度比较样块 10 在上盖内壁钻深孔至尺寸 8.38.35,深 151 半精铰孔至尺寸 8.5 2.00扩孔至尺寸 9,扩孔深 13 扩孔至尺寸 12,扩孔深 3 专用 塞规 深度卡尺 11 在凸台上钻 M10 螺纹预孔至尺寸 8.5,深度 20 对 M10 螺纹预孔攻丝，有效螺纹长度 18 钻 M16 螺 纹预孔至尺寸 14.5，通孔 对 M16 预孔攻丝，攻透，保证 Ra 达 6.3 专用 塞规 深度卡尺 粗糙度比较样块 12 钻 M14 斜孔的预孔至尺寸 12.5,通孔 对预孔攻丝，攻透，保证 Ra 达 6.3 专用塞规 角度仪器 粗糙度比较样块 13 清洗 14 检查 入库 1.4.7 确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额 选择第 7 道工序，钻铰内壁顶部 4-9.6 15.00mm 的深孔。 加工条件：立式钻床 Z550，专用刀具，专用夹具。 1、 钻 孔至 9.4-9.42mm ，深 59mm 确定背吃刀量 ap=1/2*d=4.7mm ； 钻头： 9.4mm 由于工件材料是 HT20-40； HB=170， nts 12 查得 ： 进给量 f=0.22mm ， T=2100s=35min7,3； 刀具材料选用高速钢，由 资料查 知 ： 125.0,55.0,0,25.0,7.14 mYXZC VVVV7； 又查表得 ： 75.0,88.0,0.1 sva p vTV KKK ； 0.1,0.1 tvCv KK7； 由于： VYpXamVV KfTZdCvVV0（ 1.1） 式中 v 钻削速度（ m/s）； f 钻削进给量（ mm/r）； pa背吃刀量（ mm）； T 耐用度（ t）； 0d钻头直径 (mm)； mYXZCVVVV 、系数 ,由被加工的材料性质和钻削条件决定； 所以由以上数据可知道： smv /62.160.10.188.075.00.10.122.07.435 4.97.14 55.001 2 5.0 25.0 ； 由于： 01000d vn （ 1.2） 式中 n 钻头转速 （ r/min） ； v 钻头切削速度 （ r/min） ； 0d钻头直径（ mm）。 所以： m in/3.5634.9 62.1610001 rn ； 查表 1n 取标准值 500r/min 由文献中知： nts 13 fnlllT 3210（ 1.3） 式中 1l 为钻孔深度（ mm）； 32 ll、分别为刀具切入、退出长度 （ mm） ； n 钻头转速 （ r/min） ； f 钻头纵向进给量 (mm/r)。 而 mmDlmmlmml91.24.931.031.05.759321 所以： m in63.022.0500 91.25.7590 T 2、 铰孔至 9.6 15.00，达图纸要求 铰刀选用直径 9.6mm 锥柄长刃机用铰刀， 由于工件材料是 HT20-80； HB=170，所以查 资料 知：进给量 f=1.3mm/r。 刀具材料选用高速钢 3,7。 查 知 ： 3.0,5.0,0,2.0,6.15 mYXZC VVVV ； 又查表得： 95.0,88.0,0.1 sva p vTV KKK ； 7.00.1,0.1 dvtvCv KKK ，3,7， 由于： VYXPmmZV KfaTdCvVVV)10160 （m/s （ 1.4） 式中 v 铰削速度（ m/s）； f 铰削进给量（ mm/r）； pa背吃刀量（ mm）； T 耐用度（ t）； 0d铰刀直径 (mm)； mYXZC VVVV 、 系数 ,由被加工的材料性质和铰削条件决定 。 nts 14 所以由以上数据可知 ： smv /59.895.00.188.07.00.10.13.14560 6.96.15 5.03.07.0 2.01 由于： 01000d vn （ 1.5） 式中 n 铰刀转速（ r/min）； v 铰刀切削速度（ r/min）； 0d铰刀直径（ mm）。 所以： m in/7.2 8 56.9 59.81 0 0 02 rn 查表 1n 取标准值 250r/min 由文献中知： fnlllT 3210而 mmlmmDlmml5.2976.26.931.031.05912查表可知为 所以： m in198.03.1250 976.25.259,0 T 3、 辅助时间计算 由文献查表得： a.装卸工件时间：工件重量为 30-40kg 之间， t1=0.1min b.钻换时间 t2=0.10min c.铰换时间 t3=0.10min d.排屑时间 t4=0.06min e.电机起动 t5=0.02min f.快进，快退 t6=0.05min nts 15 g.工作台移动 t7=0.1min h.液压缸夹紧时间 t8=0.05min i.快速工作其他时间： t9=0.13min1,3 总的辅助时间为： m in3.21.013.005.0)1.0205.002.006.01.01.0(4). . .(4 98172,0 tttttT 4、 加工此工序所需的总时间 加工此工序所需的总时间 T 计算如下： m in62.53.2)20.063.0(4)(4 ,0,00 TTTT 1.4.8 工艺过程的技术经济性分析 制订工艺规程时，在保证质量的前提下，往往会出现几种不同的方案。其中有些方案生产率很高，但设备和工夹具的投资比较大；另一些方案可能投资比较省，但生产率较低。因此，不同的方 案就有不同的经济效果。本设计的减速器壳体属于大量生产。其长年生产所以本设计中采用大投资建立生产线将有利于提高生产率。 nts 16 2 夹具设计 广义上说，为使工艺过程的任何工序保证质量，提高生产效率，减轻工人劳动强度及工作安全等的一切附加装置称为夹具。机床夹具是将工件进行定位，夹紧，将刀具进行导向和对刀，以保证工件和刀具之间相对位置关系的附加装置，简称夹具。 夹具主要起保证加工质量，提高劳动生产效率；降低生产成本；扩大机床的工艺范围；减轻劳动强度等功用。 在本毕业设计中主要设计两道工序的专用夹具 ，一套为铣上盖凸台小平面的铣床夹具 ;一套为钻、扩上盖内壁阶梯孔的钻床夹具 。 2.1 铣床 夹具的设计 2.1.1 夹具功能简图和工作原理 一般夹具由以下几个部分组成： 1.定位元件 2.夹紧装置 3.夹具体 4.连接元件 5.对刀和导向装置 6.其他元件与装置。 举例用图 2.1 来说明夹具的功能及其工作原理。 图 2.1 图中表示铣槽夹具安装在立式铣床工作台上的情况。 工件的底面支撑在两个支承板nts 17 上，侧面支承在两齿纹顶支承钉上，端面靠在一支承钉上，这样就确定了工件在夹具中的正确位置。然后旋 紧螺母通过压板将工件夹紧，完成了工件的装夹过程。下一工件进行加工时，夹具在机床上的位置不动，只需松开螺母装卸工件即可。 夹具上支承板 2 的支承工作面与夹具底板 7 的底面保持平行，当夹具安装在铣床工作台上后，就相应保证了支承板 2 的支承工作面与铣床工作台面的平行。夹具利用定位键与 T 型槽配合，保证了与铣床纵向进给方向平行。 夹具上装有对刀块 5，利用对刀塞尺塞入对刀块工作面与立铣刀切削刃之间来确定铣刀相对对刀块的正确位置。 从以上实例中，可归纳出夹具的工作原理要点如下： 1、 是工件在 夹具中占有正确的加工位置。这是通过工件各定位 面与夹具的对 应定为元件的定位工作面接触、配合或对准来实现的。 2、 夹具对于机床应先保证有准确的相对位置。而夹具结构又保证了定位元件的定 位工作面对夹具与机床 相连接的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置精度要求。 3、 使刀 具相对有关的定位元件的定位工作面定位到准确位置，这就保证了刀具在 工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸 6,7。 2.1.2 铣床 夹具的定位方案设计 1、 定位方式的选择 设计夹具是从减 小加工误差考虑，应尽可能的选用工序基准为定位基准，即遵循所谓的基准重合原则。当用多个 表面定位的时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准，有利于工件装夹的平稳，保证夹具能有效夹紧以及保证工件不至于变形等。 所以在本次铣床夹具设计中，根据在制订工艺规程所选用的定位基准 上盖底部大接合面，所以选择底部大接合面为定位基准。 工件的定位基准一旦被确定则其定位方案基本上被确定。铣床夹具是为了 加工上盖凸台小平面。在此工序之中，选用的机床是立式铣床 X63W。所以上盖需要被限定的自由度主要就是 y ， x ,z 但考虑到铣面时工件的的平稳以及装夹定位的方便，决定也将其他的两个 自由度 x ， y 加以限制。即采用 不 完全定位方式。 2、 定位元件的设计 定位元件的设计包括定位元件的结构，形状，尺寸及布置方式等。工件的定位设计nts 18 主要决定与工件的加工要求和工件定位基准的形状尺寸精度等因素，所以在设计时应分析定位基准的形态。 在此铣床夹具的 设计中，选的粗基准是底部大接合面。 由于是粗基准，所以不宜选择支承板定位，而宜选择固定支承钉定位。 在底面需要布置三后固定支承钉，但考虑到装夹时候工件受力的平衡，保证有效装夹和加工平稳，在底面另外布置了一个可调支承钉，起辅助支承的作用。增加刚性，但不限制自由度。 夹具体的后面和右侧也分别布置一个支承钉。底面支承钉选择 B 型粗基准用支承钉，侧面则选用 C 型侧面定位用支承钉。 各种支承钉如图 2.2 所示： (a) 可调支承钉 (b) B型固定支承钉 (c) C型固定支承钉 图 2.2 2.1.3 铣床 夹具的定位误差分析 一批工件的定位误差 D 由基准位移误差 Y 和基准不重合误差 B 组成。 Y 这种由于定位元件和工件的制造误差而引起的定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动范围就称为基准位移误差，用 Y 表示；因工序基准与定位基准不重合而引起的工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动的范围，称为基准不重合误差，用 B 表示。 对于此次设计的铣床夹具，工件的设计基准为上盖底部大接合面，而工序基准也为地不大接合面，所以，基准不重合误差 B =0；由于此次用到的定位元件是固定球面支承钉， 定为元件 制造上的误差可以忽略，基准位移误差 Y =0。 2.1.4 切削力与夹紧力的计算 1、 切削力的计算 在铣床夹具的设计中，需要铣削 的平面是上盖凸台小平面，且选用的机床是立式铣床，所以选用莫氏锥柄立铣刀铣削小平面。联系到加工表面的尺寸，选择的立铣刀直径 nts 19 d=20mm,z=47，查的高速钢立铣刀的背吃刀量 ap=3mm,进给量 af=0.08mm/z7， 查得铣削力的计算公式为： （ 2.1） 式中 ZF 圆周铣削力（ N）； zFK铣削条件改变时铣削 力修正系数； 0d立铣刀的直径（ mm）； pa背吃刀量（ mm）； fa进给量（ mm/z）； wa切削宽度（ mm）； z 铣刀齿数； FFFFF wuyxC 、 系数，由被加工的材料性质和铣削条件决定。 查得： CF =294,xF =1.0,yF =0.65,uF =0.83,wF =0,qF =0.837 将上述数据代入公式得： = 2612.15N 2、 夹紧力的计算 在计算夹紧力时，应先确定在加工过程中施与工件上夹紧力的作用点和方向，切削力的大小和作用在被加工零件上的力矩及其方向。为简化计算工作，通常将机床、辅具、夹具和刀具的工艺系统视为绝对刚体。并假定在切削过程中的经验和实验的公式进行计算，求得近似的 切削力，然后根据工件所受的切削力、所需的夹紧力、重力和摩擦力所组成的力系均处于静平衡条件，计算出理论所需要的夹紧力；再根据具体条件和经验乘以加紧可靠性的安全系数。 工件受力 情况如图 2.3 所示： Y 方向平衡： 0Y 即： 042 1 NpWY y zFfFFFFwquwyfxpFZ KndzaaaCF012042208.0329483.083.065.01ZFnts 20 图 2.3 X 方向平衡 ： 0X 即 ： 042 1 xff pNWX 又相对与原点的转距和为 0 即 ： 0 EM 即 ： 0235984247436702 21 yxf ppWNNW 又由已知可知 ： Zyx Fppp 5.022 )(=N 211 fNN f 1fWW f 又由相关资料查得工件表面在夹具支承元件和夹紧接触元件间的摩擦因数为 ： 5.0,55.03.0 11 ff 取 20.0,25.018.0 22 ff 取4 由以上方程及相关数据，计算可得： W =1550 N nts 21 查资料选定安全系数： 6543210 KKKKKKKK （ 2.2） 式中 0K考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数； 1K 加工性质 的系数 ； 2K 刀具钝化程度系数； 3K切削特点系数； 4K 夹紧力的稳定性系数； 5K手动夹紧时手柄的位置系数 ； 6K仅有力矩作用与工件时与支撑面接触情况系数。 由 资料 查得： 4 所以 ： 434.20.10.10.12.13.12.13.1 K 工件夹紧需要的夹紧力大约为： NKWW K 3770434.21550 （ 2.3） 式中 KW 夹紧力（ N）； W 理论夹紧力（ N）； K 安全系数。 2.1.5 铣床 夹具的夹紧装置与机构设计 典型的夹紧装置是由力源装置，中间传力装置、夹紧元件与夹紧机构组成。夹紧装置的结构要简单，制造要容易，尽量做到体积小，重量轻，并有足够的强度；加紧动作要迅速，操作方便，使用安全，应有足够的夹紧行程和装卸工件的空间，其自动化程度要与工件的批量相适应；夹紧力的大小要恰当，要保证工件在夹具中不产生唯一和振动，要保证夹紧后的工件变形和表面损伤不超过允许的范围。 为此，夹紧力的方向要尽量垂直于工件的主要定位 基面，尽量和切削力、重力方向一致。夹紧力作用点应该落在主要定位基准面上，要选在刚性较好的部位，尽量靠近被加工表面。 因为工件是大量生产，夹紧力又比较大，所以采用液压夹紧，液压缸选用通用系列0.1,0.1,0.1,2.1,3.1,2.1,3.16543210KKKKKKKnts 22 查机床夹具设计手册，选用法兰式油缸。 本设计中铣床夹具选择由两个液压缸直接顶起压板进行压紧，压紧有效、快速。可以提高生产率。 具体的 机构设计如图 2.4 所示： 图 2.4 在上图的机构中，当工件在夹具上放置好后，人工将夹板旋转至夹紧得力位置，再启动液压系统，活塞杆向上伸出，顶杆自然顶起夹板尾部，夹板前部就能 有效夹紧了。考虑到保护工件不致因为夹紧力太大而变形，所以应该保证活塞杆在 接近其行程末端（留有适当余量）处顶杆开始顶起压板。余量也不能太小，否则夹紧力不够，不能有效夹紧。 夹紧装置中主要零件 夹板 ， 见图 2.5 图 2.5 nts 23 本夹紧装置中用到的法兰式液压缸的装配图如图 2.6 所示 ,其中各主要零件如表 2.1所示： 图 2.6 表 2.1 法兰式 液压缸零件列表 (mm) 件号 1 2 3 4 5 6 7 8 C L 名称 端盖 螺钉 活塞 密封圈 密封圈 缸体 弹簧 密封圈 20 100 数量 1 6 1 1 1 1 1 1 规格 M8*25 No.1 55 40 No.1 3*25*60 24 2.1.6 铣床 夹具的动力装置设计 由于液压装置系统有以下特点：液压油油压高，传动力大，同比条件下液压缸比气压钢小的多；油液的不可能性使压紧刚度高，工作平稳，可靠。液压传动噪声小，劳动条件比较好，所以本设计选用液压装置。 nts 24 图 2.7 液压装置的油路图设计：设计如图 2.7 油液经滤油器 12 进入柱塞泵 8，通过单向阀7 与快换接头 3 进入夹具液压缸 1。电接点压力表用于显示液压系统的工作压力，溢流阀的作用是防止系统过滤，电磁卸荷阀 10 兼有卸荷，换向，保压的作用 9。 2.2 钻床 夹具的设计 2.2.1 钻床 夹具的定位方案设计 1、 定位方式的选择 在本次钻床夹具设计中，和前面铣床夹具定位基准选择的原则一样， 尽可能的选用工序基准为定位基准，即遵循所谓的基准重合原则。当用多个表面定位的时，应选择其中一个较大的表面为主要定位基准，有利于工件装夹的平稳，保证夹具能有效夹紧以及保证工件不至于变形等。 本次钻床夹具设计中，根据在制订工艺规程所选用的定位基准上 盖底部大接合面，所以选择底部大接合面为定位基准。 此次设计的钻床夹具用于钻、扩上盖内壁阶梯孔，选用的机床为立式钻床 Z550，所以工件在夹具中应该是竖直放置。考虑到钻孔的精度要求较高，定位应该选择完全定位。具体的布置就是在大接合面上用两块支承板限制 x 、 z 、 y 三个自由度；在上盖的一侧用一个固定支承钉限制一个自由度 y ；在上盖竖直放置时候，为 了保证工件不在YOZ 平面内转动，所以在其底部用一托槽限制其两个自由度 z 、 x 。这样，支承板、支承钉、托槽三者就将工件的六个自由度都限制了，实现了完全定位。 2、 定位元件的设计 nts 25 1） 支承板 在前面的铣床夹具设计中，由于考虑到当时的底部大接合面尚未加工，作为 粗基准只能用支承钉定位。但在钻床夹具设计中，大接合面已经精加工，所以适合用两块支承板定位了。支承板较之前面的支承钉能大大的增大受力面积，更好的保证工件受力不变形。 支承板类型 选用 A 型（用于顶面和侧面定位）。由于采用了两个支承板，所以按照要求，在其装配后磨平工作面，以保证等高性。 2）支承钉 此次用到了一个侧面的固定支撑钉， 宜选用 C 型。参见 图 2.2(c)。 3）托槽 此次在工件定位中用到了托槽来限制 z 、 x 两个自由度。 具体形状参见图 2.8 所示： 图 2.8 托槽实际上是平面支承的一个演化。考虑到实际情况，工件的长侧边厚度较小（ 10mm），且长度尺寸较大（ 330mm），所以选用 标准的支承板来定位是不行的。托槽槽宽尺寸为 14mm，大于上盖侧边厚度 10mm，主要是考虑到托槽只是起到一个 “托 ”的作用，两边都留有 适当 间隙是为 防止 工件安装时 被槽的某一侧挡到，使得工件过定位。 2.2.2 钻床 夹具的定位误差分析 1、 钻孔 距底面高度 尺寸 37 1.0 mm的定位误差分析 对于此次设计的钻床夹具，工件的设计基准为上盖底部大接合面，而工序基准也为底部大接合面，所以，基准不重合误差 B =0。 因为不存在制造不准确的定位副， 所以，定位基准位移误差 Y =0mm。 所以，深度尺寸的定位误差为 D = B + Y =0 mm nts 26 2、 钻孔与工艺定位孔间距尺寸 134 1.0 mm的定位误差分析 阶梯孔尺寸 134 1.0 mm 的设计基准为工艺定位孔，而本工序中的工序基准为工件外侧边。所以存在基准不重合误差。由 零件图知其基准不重合误差值等于工序尺寸公差值，即 B =+0.05-(-0.05)=0.1mm. 因为不存在制造不准确的定位副，所以，定位基准位移误差 Y =0mm。所以该尺寸的定位误差 D = B + Y =0.1mm 2.2.3 钻 削力与夹紧力的计算 1、 钻削力的计算 采用的是高速钢 钻头，故而进 给力计算公式 查表得： FfYZff kfdCF FfFf（ 2.4） 式中 fF钻削进给力（ N）； Fyk安全系数； 0d钻头直径（ mm）； yy FFf YZC 、系数，由被加工的材料性质和钻削条件决定。 此工序 钻 8.5mm 孔 ， 由文献查表得安全系数为： 0.1,0.10.1,15.1,2.1,2.1643210 kk kkkk 6.0)190(HBk p （ 2.5） 所以 ， 935.0)190170( 6.0m i n pk 153.1)190290( 6.0m a x pk 取 1.1pk 所以钻削力为： FfYZff kfdGF FfFf中其他参数查表得： 3.0,5.88.0,420fdZC FfFf nts 27 所以 ， NF f 24 8 61.10.10.10.115.12.12.13.05.8420 8.00.1 2、 夹紧力的计算 由于工件受的钻削力在竖直平面上的分力 Py是方向大小恒定不变的力。但在水平面内，是一圆周力，大小不变，方向时刻变化。 在估算夹紧力的时候，应该考虑到钻削力分力 Px在垂直定位平面方向和垂直定位平面方向上的两种情况，并分别计算取大值。 1） 分力 Px在定位平面法线方向时 此时 工件受力情况如下图 2.9 所示： 图 2.9 根据受力情况对工件进行静平衡计算 ： Y 方向受力平衡： 0Y 即 ： 02 NGPY y X 方向平衡 : 0X 即 ： nts 28 022 1 WPNX x 又相对与原点的转距和为 0 即 0 OM 即 ： 0220375143251472 12 xy PPGNNW 又相对于钻削点处的转矩为零，即 03273232772 21 NWGN 又已知： NFPP fyx 2486)( 2122 G=500N(估算 ) 将数据带入上述方程解得 理论夹紧力 W=1153 N 2） 分力 Px在定位平面切向时 此时工件受力情况如 图 2.10 所示： 图 2.10 根据受力情况对工件进行静平衡计算 ： Y 方向受力平衡： 0Y 即 ： 02 NGPY y X 方向平衡 : nts 29 0X 即 ： 022 1 ffx NWP 又相对与原点的转距和为 0 即 ： 0 OM 即 ： 0220102143)(2 1 xyff PPNW 又有 ： NFPP fyx 2486)( 2122 1fWW f 211 fNN f G=500N(估算 ) 且由资料查得 夹紧块对工件的摩擦系数 ： 4.0,5.03.0 11 ff 取 支承板对工件的摩擦系数 ： 2.0,4.01.0 22 ff 取 将数据带入上述方程解得理论夹紧力 ： W=1520 N 所以，夹紧装置的夹紧力应该取较大值 W=1520 N。 查资料选定安全系数： 6543210 KKKKKKKK 由 资料 查得 ： 所以， 69.10.10.10.10.13.10.13.1 K 工件夹紧需要的夹紧力大约为： NKWW K 2 5 6 869.11 5 2 0 0.1,0.1,0.1,0.1,3.1,0.1,3.16543210KKKKKKKnts 30 2.2.4 夹具的夹紧装置与机构设计 因为工件是大量生产， 夹紧力又比较大，所以 采用液压夹紧，液压缸选用通用系列查 设计手册 ，选用凸缘
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