移动手柄的工艺工装设计

ZHENJIANG GAOZHUAN 毕 业 设 计移动手柄的工艺工装设计The design of the connecting rod cap stechnical frock系 名： 机械系 专业班级： 模具 041 学生姓名： 学 号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 二七 年 三 月 二十 日1目 录 引言 3第一章 零件的分析 31.1 零件的作用 31.2 零件的工艺分析 3第二章 确定毛坯，画毛坯图 4第三章 工艺规程设计 53.1 定位基准的选择 53.2 加工工艺路线 63.3 选择加工设备及刀具，夹具，量具73.4 加工工序设计7第四章 夹具设计 114.1 第 30 道工序的夹具设计114.1.1 确定设计方案114.1.2 计算夹紧力并确定螺杆的直径124.1.3 定位精度分析 124.2 第 50 道工序的夹具设计 134.2.1 确定设计方案 134.2.2 定位精度分析 13结论 14致谢 15参考文献 162移动手柄的工艺工装设计摘要 现代机械加工行业发生着深刻的结构性变化，工艺工装的设计与改良已成为企业生存和发展的必要条件。工艺工装的设计与改良直接影响着连杆盖的质量与性能。连杆盖行业作为一个传统而富有活力的行业，近十几年取得了突飞猛进的发展。在新经济时代，连杆盖行业呈现了新的发展趋势，由此对其连杆盖质量、性能产生了新的变化。本文首先介绍了连杆盖的作用和工艺分析，其次确定毛坯尺寸，然后进行了工艺规程设计，最后对第 30 道工序和第 50 道工序进行了夹具设计关键词：工艺分析 工艺规程设计 夹具设计The design of the connecting rod cap s technical frockAbstract A profound structural movement is taking place in the modern machine process industry, so the design and improvement of the technical frock have become the necessary condition for the corporation to live and develop. the design and improvement of the technical frock directly affect the quality and performance of the connecting rod cap. The connecting rod cap industry which is traditional and vivid has much developed in recent ten years. In new economy times , The cap industry presents a new developing trend. So there is a new requirement to its quality and performance.This paper introduces the effect and technical analyse of the Connecting rod cap at first , then makes sure the roughs size, planning the technical rules , at last designs the modular for the 30th and 50th working procedure .Key words technical analyse the technical rules plan modular design引 言这次设计使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习3中学到的实践经验知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（手柄）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，为未来从事的工作打下良好的基础。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。第一章 零件的分析1.1 零件的作用 该零件为手柄。42H7 的孔和 35H7,20H7 的孔是用来装入轴类零件由动力源提供动力通过手柄，有孔和轴的配合传递动力。宽为 35+0.34 的槽也是套入且有一定配合关系的零件来传递动力。1.2 零件的工艺分析1.2.1 分析、审查产品的零件图和装配图制定工艺规程时，首先应分析零件图及该件所在部件的装配图。了解该零件在件中的作用及零件的技术要求，找出其主要技术关键，以便在拟定工艺规程时采取适当的措施加以保证。1.2.2.零件的结构工艺分析所谓零件的结构工艺性是指设计的零件在满足使用要求的前提下，其制造。的可行性和经济性 由附图零件图得知,其材料为 HT200,该材料具有较高的强度,耐磨性,耐热性及减振性.适用于承受较大应力,要求耐磨的零件.该零件的主要加工面为 N 面 R 面 Q 面 D 面及宽为 35 的两槽面和42H7,35H7, 42,20H7 的孔.N 面 R 面的粗糙度为 Ra12.5um,Q 面 D 面的粗糙度为 Ra3.2um. 442H7,35H7 的孔的同轴度为 0.03 且两孔的粗糙度 Ra 为 3.2um, 42 的孔内壁粗糙度为 12.5um, 2-20H7 的孔内壁粗糙度 Ra 为 1.6um,宽度为35+0.34 的槽两侧壁的粗糙度 Ra 为 3.2um,在前部 42H7 的孔与 2-20H7的孔圆心距为 46.37mm 加工这些时最好能在一次装夹下同时加工出来,同时也可以采用互为基准的原则进行互定位.由参考文献(1)中的有关方面和孔加工,面槽铣的经济精度及机床所能达到的位置精度可知,上述技术要求是可以达到的,零件的结构工艺性也是可行的.第二章. 确定毛坯，画毛坯零件合图在拟订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很大影响。毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，机械加工的劳动量就越少，但毛坯制造的成本可能会越高。由于原材料消耗的减少，会抵消或部分抵消毛坯成本的增加。所以，应根据生产纲领、零件的材料、形状、尺寸、精度、表面质量及具体的生产条件等作综合考虑，以选择毛坯。在毛坯选择时，应充分注意到采用新工艺、新技术、新材料的可能性，以降低成本、提高质量和生产率。毛坯的种类包括：铸件、锻件、型材、冲压件、冷或热压制件、焊接件等。合理的选择毛坯，通常从下面几个方面综合考虑：1、零件材料的工艺特性；2、生产纲领的大小；3、零件的形状和尺寸；4、现有的生产条件。根据毛坯材料确定毛坯为铸件,又由题目已知零件的生产纲领一 2000 件/ 年由文献(1)P139 表 4-2 可知其生产类型为成批生产中的中批生产,毛坯的铸造方法选用砂型手工造型.又由于手柄中有内腔,均铸出,故还应放型心,此外为消除应力,铸造后应安排人工时效.参考文献1表 2.3-6，该种铸件的尺寸公差等级 CT 为 11-13 级，加工余量等级 MA 为 H 级。故取 CT 为 12 级，MA 为 H 级。铸件的分型面选择通过正视图铸造内腔中心平面，且与 N 面（或 Q 面）平行5的面。浇口位置位于分型面上。本零件主要加工面为 R 面 N 面 Q 面 D 面和槽以及 42H7,35H7, 42,20H7，2-20H7 的孔。由于槽和孔是后序加工出来的，因此只在 R 面 N 面 Q 面 D 面上在铸造时留有余量。参考文献1表 2.3-5，用查表法确定各表面的总余量如表 2-1 所示。各加工表面的总余量表 2-1加工表面 基本尺寸（mm）加工余量等级（mm）加工余量数值（mm）说 明R 面 85 H 3.5 底面双侧加工（取下行据）N 面 85 J 4.5 顶面降一级双侧加工D 面 35 H 3.5 底面双侧加工（取下行据）Q 面 35 J 4.5 顶面降一级双侧加工由参考文献1表 2.3-9 可得，铸件主要尺寸的公差如表 2-1 所示。主要毛坯尺寸及公差 （mm）主要面尺寸 零件尺寸总余量 毛坯尺寸 公差 CTR 面 N 面间 轮廓尺寸85 8 93 6D 面 Q 面间 轮廓尺寸35 8 43 5.6第三章 工艺规程设计3.1 定位基准的选择：粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择零件的重要孔的毛坯孔和轴面作粗基准：1、在保证各加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；2保证定位准确、夹紧可靠。因此选择铸造孔的轴线作为粗基准选择精基准的出发点是保证加工精度，特别是加工表面的相互位置精度，以及安装的方便可靠。其选择的原则如下：1、基准重合原则；2、基准统一原则；3、自为基准原则；4、互为基准原则；5、所选精基准 应能保证工件定位6准确稳定，装夹方便可靠，夹具结构简单适用。R 面是装配基准又是设计基准，用它们作精基准能使加工遵循“基准重合”的原则，其余各表面也能用它们定位。这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外 R 面的面积相比较大，定位比较稳定，夹紧方案相对简单可靠，操作方便。最先进行机械加工的表面是精基准 R 面，此时的定位夹紧方案 1 为：R 面用铣床夹紧，对工件进行定位，夹紧。方案 2，用磁力工作台把 N 面牢牢吸住，消除三个自由度，在用 V 型块消除另外三个自由度。3.2 制定工艺路线根据各表面加工要求和各加工方法所能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：R 面 N 面：粗铣；D 面 Q 面：粗铣精铣；42H7,35H7, 42,：钻粗镗精镗；20H7，2-20H7：钻扩铰；宽 35+0.34 的槽：粗铣精铣。因为 42H7 的孔与 35H7 的孔有较高同轴度要求，故它们的加工宜采用工序集中的原则，即在一次装夹下将两孔同时加工出来，以保证其位置精度。根据先面后孔、先主要面后次要面和先粗后精的原则，将 N 面 R 面 Q 面 D面及宽为 35mm 的两槽面和 42H7,35H7, 42, 20H7 的孔的粗加工防在前面，精加工放在后面。每一阶段中首先加工 R 面再加工孔，在特殊情况如铣槽和铣面不在同一工序中，故在面、孔.加工后在加工。工艺路线如下：铸造时效（消除内应力）10 粗铣 R 面及 N 面 先加工基准面20 粗铣 D 面及 Q 面 先加工面30 钻扩铰 20H7 的孔至 19H9 和钻 35H7 的孔至 30 留工序余量40 粗镗 42H7,35H7 的孔 留精镗余量50 粗铣 35+0.34/0 的槽至宽为 32 留精铣余量 60 精铣 D 面及 Q 面 70 精镗 42H7,35H7 的孔 780 精铣宽 35+0.34/0 的槽 90 检验100 入库 3.3 选择加工设备及，刀，夹，量具由于生产类型大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式为以通用机床及专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床的的装卸及各机床间的传送均由工人完成。粗铣 R 面 N 面。考虑到工件的定位夹紧及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择 X52K 立式铣床（参考文献1表 3.1-73） 。选择直径 D 为 100mm 的 A 类可转位面铣刀（参考文献1 表 4.4-40） 、专用夹具和游标卡尺。粗铣 D 面 Q 面。采用立式铣床，因切削功率较大，故采用功率为 5.5KW 的1Tx32 型铣削头（参考文献1表 3.2-43） 。选择直径为 80mm 的 A 类可转位面铣刀（参考文献1表 4.4-40） 、专用夹具和游标卡尺。精铣 D 面 Q 面。采用功率为 1.5KW 的 1TXb20M 的型铣削头的立式铣床。精铣刀具类型与粗铣的相同。采用专用夹具。粗镗 42H7,35H7 的孔。采用卧式双面组合镗床。选择功率为 2.2KW 的TA25 镗削头（参考文献1 表 3.2-44） 。分别选择镗盲孔和通孔的镗刀、专用夹具和游标卡尺。精镗 42H7,35H7 的孔。也采用卧式双面组合镗床。选择功率为 2.2KW的 TA25 镗削头，分别选择镗盲孔和通孔的镗刀、专用夹具。在 N 面上钻扩铰 2-20H7 的孔，在 Q 面钻扩铰 20H7 的孔。选用摇臂钻床 Z3063x20(1) （参考文献1表 3.1-30） 。 选用锥柄麻花钻（参考文献 1表4.3-9） ，选用锥柄扩孔钻（参考文献1表 4.3-31） ，锥柄长刃机用铰刀（参考文献1 表 4.3-50） ，专用夹具和游标卡尺。粗铣宽为 35+0.34 的槽。考虑到工件的定位夹紧及夹具结构设计等问题，采用卧铣，选择 X52K 卧式铣床（参考文献1表 3.1-73） 。选择直径为200mm，宽为 32mm 的错齿三面刃铣刀（参考文献1表 4.4-8） ，专用夹具和游标卡尺。8精铣宽为 35+0.34 的槽。仍采用卧铣，选择 X52K 卧式铣床，选择粗铣槽的刀具，只是调整刀具达到宽为 35mm，专用夹具和游标卡尺。3.4 加工工序设计3.4.1 工序 30 钻扩铰 20H7 的孔和钻 35H7 的孔至 30。20H7 的扩铰余量参考文献1表 2.3-48 取 Z 扩=1.6mm ，Z 铰=0.15mm。由此可算出 Z 钻=19.9/2-1.6-0.15=8.2mm 。35H7 的孔因一次钻出，故其钻削余量为 Z 钻=30/2=15mm 。各工步的余量和工序尺寸及公差列于下表：各工步的余量和工序尺寸及公差 (mm)加工表面 加工方法 余量 公差等级 工序尺寸及公差20H7 钻孔 8.2 16.520H7 扩孔 1.6 J10 19.7+0.042/-0.04220H7 粗铰孔 0.15 H9 19.9+0.052/020H7 精铰孔 0.05 H7 20+0.021/035H7 钻孔 15 30孔与孔之间的位置尺寸如 46.37+0.25/0.17mm 由钻模保证。参考文献1表 2.4-38，并参考 Z306320(I)机床说明书，取钻30mm 孔的进给量 f=1mm/r，取钻 16.5mm 的孔的进给量 f=0.63mm/r.参考文献1表 2.4-41，用插入法求得钻 30mm 孔的切削速度v=0.37m/s= 22.2m/min,由此算出转速为n=1000v/d=100022.2 /(3.1430)r/min=235.67 r/min按机床实际转速取 250 r/min。则实际切削速度为 v=3.1430250/1000 m/min =23.55 m/min同例可得用插入法求得钻 16.5mm 孔的切削速度 v=0.44m/s= 26.4m/min,由此算出转速为9n=1000v/d=100026.4 /(3.1416.5)r/min=509.6 r/min按机床实际转速取 500r/min。则实际切削速度为 v=3.1416.5500/1000 m/min =25.905 m/min参考文献1表 2.4-69 得：Ff=9.8142.7d0f0.8Kf (N) M=9.810.021d02f0.8Km (Nm) 分别求出钻 30mm 孔的 Ff 和 M 及 15.5mm 孔的 Ff 和 M 如下： Ff=9.8142.73010.81=12566.6 (N) M=9.810.02130210.81=185.4 (Nm) Ff=9.8142.716.50.630.81=4775.87 (N) M=9.810.02116.520.630.81=38.76 (Nm) 它们均小于机床的最大进给力 24500 N 和最大扭转力矩 980 Nm 故机床刚度足够。扩 19.7mm 孔参考文献1表 2.4-50 并参考机床实际进给量，取 f=0.4mm/r参考文献4表 3-54，扩孔的切削速度为（1/2 1/3）v 钻，故取 v扩=1/2v 钻=1/225.91m/min=12.955m/min由此算出转速 n=1000v/d=10002.95/(3.1419.7)=209 r/min按机床实际转速取 n=180r/min 则实际切削速度 v=d n/1000=3.1419.7180/1000=11.13 m/min 粗铰 19.9mm 的孔参考文献1表 2.4-58，粗铰孔的进给量取 f=1.6 mm/r 参考文献1表 2.4-60，取粗铰孔的切削速度 v=0.15mm/s=9m/min由此算出转速 n=1000v/d=10009/(3.1419.9)=144 r/min 按机床实际转速取 n=125r/min 则实际切削速度 v=d n/1000=3.1419.9125/1000=7.81 m/min 10粗铰 19.9mm 的孔参考文献1表 2.4-58，粗铰孔的进给量取 f=1 mm/r 参考文献1表 2.4-60，取粗铰孔的切削速度 v=2mm/s=18m/min由此算出转速 n=1000v/d=100018/(3.1420)=287 r/min 按机床实际转速取 n=250r/min 则实际切削速度 v=d n/1000=3.1420250/1000=15.7 m/s 3.4.2 工序 40 粗镗 42H7,35H7 的孔和工序 70 精镗 42H7,35H7 的孔查文献1表 2.4-183 得粗镗的直径为 40.5mm，34mm，余量为 2故两孔的精镗余量为，Z 精=（42-40.5 ）/2=0.75 mm Z 精= （35-34）/2=0.5 mm粗镗及精镗工序的余量和工序尺寸及公差列于下表：镗孔余量和工序尺寸及公差 （mm）加工表面 加工方法 余量 公差等级 工序尺寸及公差42H7 粗镗 3.75 10 40.5+0.1/042H7 精镗 0.75 7 42+0.025/035H7 粗镗 2 10 34+0.1/035H7 精镗 0.5 7 35+0.025/0孔的位置，中心孔的位置精度均由机床、夹具、划线来保证。粗镗 42H7,35H7 的孔粗镗 42 孔时因余量为 3.75 mm，故 ap=3.75 mm。查文献1表 2.4-180，取 v=0.6 m/s=36m/min，取进给量为 f=0.8 mm/r所以 n=1000v/d=100036/(3.1440.5)=283 r/min。粗镗 35 孔时因余量为 2 mm，故 ap=2 mm。查文献1表 2.4-180，取 v=0.6 m/s=36m/min，取进给量为 f=1 mm/r所以 n=1000v/d=100036/(3.1434)=337 r/min。查文献1表 2.4-21 得：Fz=9.8160nFzCFzapxFz fyFzv yFz kFz (N)11Pm=Fzv/1000 (KW)取 CFz=92，xFz=1，yFz=0.75, nFz=0, kFz=1则 Fz=9.81600923.751 0.80.750.601=2862.9 NPm=2862.90.6/1000=1.72 KW Fz=9.816009221 10.750.601=1805 NPm=18050.6/1000=1.08 KW取机床效率为 0.85，则 2.2 0.85=1.87 KW 故机床效率足够。3.4.3 工序 50 粗铣 35+0.34/0 的槽至宽为 32 和工序 80 精铣宽 35+0.34/0 的槽参考文献1表 3.1-74，取粗铣的主轴转速为 150r/min，精铣的主轴转速为 300r/min 又前面已选定的铣刀直径为 200 mm故切削速度分别为：v 粗=d n/1000=3.14200150/1000=94.2 m/minv 精=d n/1000=3.14200300/1000=188.4m/min参考文献1表 2.4-76，取粗铣的每齿进给量为 f=0.06mm/z，取精铣的每转进给量为 f=0.3mm/r.粗铣走刀一次，ap=32mm.精铣走刀一次，ap=3mm参考文献1表 2.4-85,取粗铣槽切削速度为 v=1.58m/s,=94.8 m/min.Pm=6.1KW又由文献1表 3.1-73 得机床功率为 7.5kw，若取效率为 0.85 则7.50.85=6.375KW6.1KW.故机床效率足够。第四章 夹具设计这次设计的夹具为第 30 道工序钻扩铰 20H7 的孔和钻 35H7 的孔至 30该夹具适用于摇臂钻床 Z306320（I） （参考文献（1）表 3.1-30）和第 50道工序铣 35+0.34/0 的槽,该夹具适用于铣床 X52K（参考文献（1）表 4.3-50）124.1 第 30 道工序钻扩铰 20H7 的孔和钻 35H7 的孔至 30的夹具设计4.1.1 确定设计方案这道工序所加工的孔在 R 面 D 面上，按照基准重合原则并考虑到目前 R面经过加工后，为避免重复使用粗基准，所以以 R 面定位，又因为 42H7 的孔为后加工的孔，所以 30 应从 N 面上钻孔，又为避免更换夹具，2-20H7 的孔在 N 面上钻，又为避免钻头引偏，20H7 的孔在 D 面上钻，这就要求钻孔时N 面必须朝上，D 面朝外。这给装夹工具带来了一定的困难。工件以底面 R 面在两块支承板上定位，消除三个自由度，以 R45mm 圆弧面在V 形块上定位，消除二个自由度，又以 R40mm 弧面在上下活动 V 形块上定位，从而实现六点定位。工件在支承板及 V 形块上定位后，先用两块移动压板将工件轻轻压住，再拧螺母，由钩头螺栓使上下活动 V 形块互相移近，直至将工件 R40mm 圆弧面抱住，然后将活动支板上推至图示位置，利用滚花螺钉使工件在 V 形块上可靠地定位，最后再使移动压板及上下活动 V 形块将工件完全夹紧。在工件 R40mm 圆弧面被夹紧的同时，钩头螺栓的钩头沿下活动 V 形块的斜面上升，迫使活动 V 形块下部的弹性涨套涨开，锁紧于导套中。本夹具结构紧凑，合理；利用上下活动 V 形块对工件进行定位并浮动辅助夹紧，设计构思较好，对一些异形件的加工颇有启发作用。4.1.2 计算夹紧力并确定螺杆的直径参考文献（3）表 1-2-11，因为夹具的夹紧力与切削方向相反，实际所需要夹紧力 F 夹与切削力 F 之间的关系 F 夹=KF式中 K 为安全系数，参考文献（6） ，当夹紧力与切削力方向相反时，取K=3当前面的计算可知 F 夹=KF=312566.6=37699.8N由于采用移动压板，故 F0=F 夹/3=37699.8/3=12566.6N参考文献（3）表 1-24，从强度，刚度上考虑度及整体结构考虑，这里选用 M16 的螺栓。134.1.3 定位精度的分析30，20 的孔是在一次装夹下完成的，它们之间的精度由钻模保证。30，20 的孔偏 32 度角的距离为 46.37+0.25/+0.17mm夹具钻模上的钻套孔相距尺寸公差，参考文献3表 1.10-1，取工件公差的 1/4，即夹具尺寸公差为+0.625mm/+0.425mm。故两钻套偏 32 度角，相距为46.37+0.625/+0.425mm 即水平相距为 39.46+0.015/-0.05mm,垂直相距为24.66+0.01/-0.01mm参考文献3表 1.10-6，取：衬套与夹具体模板的配合为 H7/r6;钻套，扩孔套和铰套与衬套的配合为 H7/g6; 钻，扩孔时的刀具与导套内孔的配合为 F8/h6;铰孔时取刀具与导套内孔的配合为 H7/h6;此外，夹具上还应标注下列技术要求：钻套孔中心轴线与支承板平面的垂直度为 30:0.02;钻 20 的钻套孔中心轴线与支承板平面和夹具的侧平面的平行度为0.02mm夹具定位孔与卧轴转台定位销配合为 30H7/g6mm4.2 第 50 道工序铣 35+0.34/0 的槽夹具设计4.2.1 确定设计方案工件用 35H7 的内壁作为定位基准，用台阶销来限制工件的五个自由度。并通过拧紧螺母使移动压块等速移动，实现定心夹紧，在用一长销来限制最后一个自由度。本夹具定位合理，夹紧可靠，结构完整，操作方便，适用于成批生产。4.2.2 定位精度的