后钢板弹簧吊耳钻孔工序夹紧设计.docx

目录一零件的分析11.1 零件概况及功用11.2零件的工艺分析2二 工艺规程设计32.1 确定毛坯的制造形式32.2 基面的选择32.2.1粗基准的选择42.2.2精基准的选择42.3 制订工艺路线52.3.1 工艺难点及解决方案52.3.2 确定工艺路线52.3.3 工艺路线分析62.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定62.5 确定切削用量及基本工时7三夹具设计133.1定位基准的选择143.2切削力及夹紧力的计算143.3定位误差分析153.4夹具设计以及简要说明153.4.1 V型块定位及手动夹紧部分设计153.4.2钻套、衬套以及钻模板设计163.4.3其他部分设计173.5夹具问题分析17四课程设计总结18五参考文献19一零件的分析1.1 零件概况及功用本设计的选题是CA10B解放牌汽车后钢板弹簧吊耳（零件编号831010），是汽车后钢板部分的重要零件，材料是35钢，重量为2.6kg。该后钢板弹簧吊耳在汽车中的主要功用有三：(1)随着载重重量的增加，能使后钢板基体得以在长度方向上扩展；(2)吊耳与弹簧相接，且承受后桥重量，可以起到减震、缓冲的功用；(3)导向功能。因此汽车后钢板弹簧吊耳零件的加工质量及加工精度会影响汽车的性能及寿命，甚至会影响到运输物的稳定性和驾驶员的舒适性。 后钢板弹簧吊耳零件示意图 后钢板弹簧吊耳零件效果图1.2零件的工艺分析由后钢板弹簧吊耳零件图知可将其分为两组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：（1）以60mm两外圆端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：60mm两外圆端面的铣削，钻削加工37 0+0.05mm的孔，其中60mm两外圆端面表面粗糙度要求为Ra6.3m, 37 0+0.05mm的孔表面粗糙度要求为Ra61.6m。其中主要加工表面为37 0+0.05mm的孔。（2）以30 0+0.045mm孔为主要加工表面的加工面。 这一组加工表面包括：两个30 0+0.045mm的孔，两个10.5mm的孔，两个30 0+0.045mm孔的内外两侧面的铣削，宽度为4mm的开口槽的铣削，在两个30 0+0.045mm中心线上有0.01mm的同轴度要求。其中两个30 0+0.045mm的孔表面粗糙度要求为Ra1.6m，两个30 0+0.045mm孔的内侧面表面粗糙度要求为Ra12.5m，两个30 0+0.045mm孔德外侧面表面粗糙度要求为Ra50m，宽度为4mm的开口槽的表面粗糙度要求为Ra50m。其中主要加工表面为两个30 0+0.045mm的孔和两个30 0+0.045mm孔的内侧面。（3）将所有技术要求归纳如下： 技术要求总表加工表面尺寸技术要求公差及精度等级表面粗糙度Ra/m形位公差/mm60mm两外圆端面76-0.6-0.2mmIT126.337 0+0.05mm孔37 0+0.05mmIT91.630 0+0.045mm孔内侧面77mmIT1212.530 0+0.045mm孔外侧面121mmIT125030 0+0.045mm孔30 0+0.045mmIT91.60.01mmA10.5mm孔10.5mmIT12开口槽4mmIT1250二 工艺规程设计2.1 确定毛坯的制造形式零件为后钢板弹簧吊耳，考虑到零件在工作过程中要承受冲击载荷，为增强零件的强度和抗冲击能力，故毛坯选用锻件，零件材料为35号钢，硬度（HBS）149187。又由于零件年产量4000件，属于大批生产，故可以采用模锻成型，从而提高生产效率、保证加工精度。2.2 基面的选择分析零件精度要求及零件功用可知，零件的主要加工表面为孔系及各孔的端面。加工过程中的主要问题是保证平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度，由于一般来说保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。所以该类零件的加工过程大体为：先加工零件的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。2.2.1粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）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。（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。为了满足上述要求，选择后钢板弹簧吊耳60mm外圆端面作为粗基准。先用两平面同时卡紧外圆定心，然后以V型块定位卡紧，再撤去上述两平面铣削60mm外圆端面。此后则用端面定位加工370+0.05mm工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面。2.2.2精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题，根据该弹簧吊耳零件的技术要求，选择加工后的60mm两外圆端面作为精基准。2.3 制订工艺路线2.3.1 工艺难点及解决方案（1）对于该轴对称型的零件，要求毛坯一定按对称制造，因此铣销60 mm左右两外圆端面时，两端面应关于中心面对称，而找到毛坯中心面是一个难点。在制订工艺路线之前，拟将该工艺难点的解决归于夹具的设计，可在夹具中设计一自定心机构，以确定中心面。（2）370+0.05 mm孔的加工精度较高，而且表面粗糙度为Ra1.6m，也较高，拟采用钻、扩、铰连续加工，以达到要求精度和表面粗糙度。（3）叉口300+0.045mm孔的内外侧面的有关技术要求中，尺寸精度要求比较高，包括770+0.074mm,980.02mm，而且这四个面属悬臂结构，若单独加工，一定会产生应力变形，很难保证精度尺寸，这里拟采用复合盘状铣刀同时铣叉口300+0.045mm孔的内外侧面，可以克服该加工难点。（4）钻10.5mm孔时，叉口也处于长悬臂位置，钻孔时必有向下的较大切削力，也使悬臂产生变形，会影响到10.5mm孔的同轴度，使之难以达到要求，这里的解决方案也是归于夹具的设计方案，采用特殊结构抵抗使之变形的切削力。2.3.2 确定工艺路线对于工艺路线的确定，由于生产类型是大批生产，应尽量使工序集中来提高生产率，同时尽量降低生产成本，这里的工艺路线确定如下： 工艺路线表工序1同时铣60 mm左右两外圆端面工序2钻、扩、铰370+0.05 mm孔工序3370+0.05mm孔倒角1.530工序4同时铣叉口300+0.045mm孔的内外侧面（22个）工序5钻叉口300+0.045mm孔工序6叉口300+0.045mm孔倒角145工序7钻两个10.5mm孔工序8铣4 mm开口槽工序9去毛刺、清洗工序10终检2.3.3 工艺路线分析 该工艺路线方案有以下几个特点：（1）采用复合盘状铣刀同时铣60 mm左右两外圆端面，这里需要夹具拥有自定心的功能，可以很容易保证尺寸精度76-0.6-0.2mm，以及表面粗糙度。（2）采用复合盘状铣刀同时铣叉口300+0.045mm孔的内外侧面，共22个面，一者可以极好的保证技术要求中的尺寸精度，包括770+0.074mm,980.02mm及22mm,二者又获得了极佳的平行度，三者可以很容易地满足图纸中要求的表面粗糙度Ra12.5m和Ra50m，惟一的难点是复合盘状铣刀的设计与制造。（3）由于零件的特点，工艺中需要多次确定中心面的位置，这需要在夹具中加以设计。 总之，这条确定的工艺路线充分利用复合刀具，工序少、换刀少、效率高；同时由于零件特点，对夹具要求较高，夹具的设计制造成本较高。2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定后钢板弹簧吊耳，零件材料为35钢，硬度（HBS）149187。由此估计毛坯重量在4kg5kg之间。由参考文献3表2.2-102.2-11锻件材质系数取M1，锻件形状复杂系数为S1。又由参考文献3表2.2-13，2.2-16查得，60mm外圆端面铣削加工余量1.72.2mm，暂取1.7mm,尺寸公差为79.4-0.6+1.2mm。下部两吊耳铣削加工余量1.72.2mm，暂取1.7mm，下部两吊耳内侧间距尺寸公差为73.6-0.5+1.1mm。水平两端面1.72.2， 暂取1.7 尺寸公差 +1.2 -0.6吊耳四端面1.72.2， 暂取1.7 尺寸公差 +1.1 -0.5后钢板弹簧吊耳毛坯效果图2.5 确定切削用量及基本工时工序1：铣37 0+0.05mm孔两端面，保证尺寸76-0.6-0.2mm。机床的选择：有3表4.2-38查得，选用X63型卧式铣床。刀具的选择：由1表3.2查得，选用高速钢镶齿三面刃铣刀刀具参数：由1表3.1查得铣刀直径dW=200mm ，齿数 Z=19，前角0=5，后角0=8，副后角0=5，主偏角s=-10，刃倾角r=60,r=5,刀片材料YT15由1表3.5查得 fZ=0.13mm/齿切削速度由1表3-17查得v=190mm/min则，ns=1000vdW=10001903.14200=302.5r/min由3表4.2-39取nW=300r/min故实际切削速度为v=dWnW1000=3.142003001000=188.4m/min当nW=300r/min时工作台每分钟进给量fm=fzZnW=0.1319300=741mm/min根据3表4.2-40取fm=750mm/min机动工时：铣刀行程为l+l1+l2=260mm则tm=l+l1+l2fm=260750=0.35min工序2钻扩铰37 0+0.。05mm孔1、 钻25mm机床的选择：由参考文献3 4.2-14 ，选立式钻床Z535。确定进给量：由参考文献1表2.7查得，d=25mm时，f=0.450.56mm/r由参考文献34.2-16中Z535机床说明书取f=0.43mm/r。切削速度：根据参考文献1表2.13及2.14查得切削速度为v=15m/min所以ns=1000vdW=1000153.1425=191.1r/min根据参考文献3表4.2-15机床说明书取nW=195r/min,故实际切削速度为v=dWnW1000=315.3m/min切削工时：L=l+l1+l2=76+10+4=90mmtm=l+l1+l2nWf=901950.43=1.703min2、 扩钻35mm确定进给量：利用35的钻头对25的孔扩钻，根据有关手册规定扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取f=1.21.80.60.75=0.540.81mm/r由参考文献34.2-16中Z535机床说明书取f=0.57mm/r。切削速度：根据参考文献1表2.13及2.14查得切削速度为v=15m/minv=1213v钻=121315=57.5m/min所以ns=1000vdW=1000(57.5)3.1435=45.563.0r/min根据参考文献3表4.2-15机床说明书取nW=68r/min,故实际切削速度为v=dWnW1000=3.1435681000=7.5m/min切削工时：L=l+l1+l2=76+10+4=90mmtm=l+l1+l2nWf=900.5768=2.320min3、 扩孔36.5mm刀具选择：36.5mm专用扩孔钻确定进给量：利用36.5mm的钻头对35mm的孔进行扩孔。由参考文献1表2.10查得f=0.91.20.70.75=0.630.84mm/r由参考文献34.2-16中Z535机床说明书取f=0.75mm/r。切削速度：根据参考文献1表2.13及2.14查得切削速度为v=15m/min所以ns=1000vdW=1000153.1436.5=120.9r/min根据参考文献3表4.2-15机床说明书取nW=100r/min,故实际切削速度为v=dWnW1000=3.1436.51001000=11.5m/min切削工时：L=l+l1+l2=76+10+4=90mmtm=l+l1+l2nWf=901000.75=1.200min4、 铰37mm铰刀的选择：由参考文献3 3.1-17 ，选锥柄机用铰刀确定进给量：由参考文献1表2.11查得，d=37mm时，f=0.952.1mm/r由参考文献34.2-16中Z535机床说明书取f=0.96mm/r。切削速度：根据参考文献1表2.13及2.14查得切削速度为v=10m/min所以ns=1000vdW=1000103.1437=86.1r/min根据参考文献3表4.2-15机床说明书取nW=100r/min,故实际切削速度为v=dWnW1000=311.6m/min切削工时：L=l+l1+l2=76+10+4=90mmtm=l+l1+l2nWf=901000.96=0.936min工序3采用60锪钻，机床型号选择为摇臂钻床Z3025，取倒角时的主轴转速为(参考文献1表4-2-12)n=50r/min手动进给。工序4：铣叉口四侧面，保证尺寸77 0+0.074mm。机床的选择：有3表4.2-38查得，选用X63型卧式铣床。刀具的选择：由1表3.2查得，选用高速钢镶齿三面刃铣刀刀具参数：由1表3.1查得铣刀直径dW=180mm ，齿数 Z=19，前角0=5，后角0=8，副后角0=5，主偏角s=-10，刃倾角r=60,r=5,刀片材料YT15由1表3.5查得 fZ=0.13mm/齿切削速度由1表3-17查得v=190mm/min则，ns=1000vdW=10001903.14180=336.2r/min由3表4.2-39取nW=300r/min故实际切削速度为v=dWnW1000=3.141803001000=169.6m/min当nW=300r/min时工作台每分钟进给量fm=fzZnW=0.1319300=741mm/min根据3表4.2-40取fm=750mm/min机动工时：铣刀行程为l+l1+l2=228mm则tm=l+l1+l2fm=228750=0.3min工序5钻30mm两孔1、 钻25mm孔机床的选择：由参考文献3 4.2-14 ，选立式钻床Z535。确定进给量：由参考文献1表2.7查得，d=25mm时，f=0.450.56mm/r ，由于本零件在加工25mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则f=0.450.560.75=0.340.42mm/r由参考文献34.2-16中Z535机床说明书取f=0.43mm/r。切削速度：根据参考文献1表2.13及2.14查得切削速度为v=15m/min所以ns=1000vdW=1000153.1425=191.1r/min根据参考文献3表4.2-15机床说明书取nW=195r/min,故实际切削速度为v=dWnW1000=315.3m/min切削工时：L=l+l1+l2=121+10+4=135mmtm=l+l1+l2nWf=1351950.43=1.610min2、 扩钻30mm确定进给量：利用30的钻头对25的孔扩钻，根据有关手册规定扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取f=1.21.80.60.75=0.540.81mm/r由参考文献34.2-16中Z535机床说明书取f=0.57mm/r。切削速度：根据参考文献1表2.13及2.14查得切削速度为v=15m/minv=1213v钻=121315=57.5m/min所以ns=1000vdW=1000(57.5)3.1430=53.179.6r/min根据参考文献3表4.2-15机床说明书取nW=68r/min,故实际切削速度为v=dWnW1000=3.1430681000=6.4m/min切削工时：L=l+l1+l2=121+10+4=135mmtm=l+l1+l2nWf=1350.5768=3.483min工序6采用90锪钻，机床型号选择为摇臂钻床Z3025，取倒角时的主轴转速为(参考文献1表4-2-12)n=50r/min手动进给。工序7钻10.5mm两孔机床的选择：由参考文献3 4.2-14 ，选立式钻床Z535。确定进给量：由参考文献1表2.7查得，d=10.5mm时，f=0.250.31mm/r ，由于本零件在加工25mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则f=0.250.310.75=0.190.23mm/r由参考文献34.2-16中Z535机床说明书取f=0.20mm/r。切削速度：根据参考文献1表2.13及2.14查得切削速度为v=20m/min所以ns=1000vdW=1000203.1410.5=606.6r/min根据参考文献3表4.2-15机床说明书取nW=530r/min,故实际切削速度为v=dWnW1000=530=17.5m/min切削工时：L=l+l1+l2=48+10+4=62mmtm=2l+l1+l2nWf=21635300.20=1.170min工序8：铣宽度为4mm的开口槽，保证尺寸4mm。机床的选择：有3表4.2-38查得，选用X63型卧式铣床。刀具的选择：由1表3.2查得，选用切断铣刀（圆锯片）刀具参数：由1表3.2查得铣刀直径dW=150mm ，齿数 Z=20，前角0=15，,r=0.5,刀片宽度B=4mm,刀片材料YT15由1表3.5查得 fZ=0.18mm/齿切削速度由1表3-17查得v=140mm/min则，ns=1000vdW=10001403.14150=297.2r/min由3表4.2-39取nW=300r/min故实际切削速度为v=dWnW1000=3.141503001000=141.3m/min当nW=300r/min时工作台每分钟进给量fm=fzZnW=0.1820300=1080mm/min根据3表4.2-40取fm=950mm/min机动工时：铣刀行程为l+l1+l2=271mm则tm=l+l1+l2fm=271950=0.29min三夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经组内讨论，决定设计工序钻、扩、铰370+0.05mm孔的钻床专用夹具。毛坯效果如下图，本夹具将用于Z535立式钻床。刀具分别为25mm，35mm钻头，36.5mm扩孔钻以及37mm铰刀。本道工序主要精度要求为370+0.05mm，以及粗糙度要求Ra1.6。本工序加工孔用于以后30mm孔加工中的定位，其加工质量影响以后各道工序的加工精度。本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求。毛坯效果图3.1定位基准的选择由零件图可知，待加工孔设计基准为孔中心线，在选择工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序，即粗、精铣端面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。所以选用有定心作用的长V型块定位，限制四个自由度；一端面采用小平面定位，限制一个移动自由度，同时起到支撑作用；最后用挡销限制工件一个自由度(实际上这个自由度不必要限制，用挡销只是起到辅助定位以及承受切削扭矩的作用)。这样零件六个自由度全部被限制。同时实现定位基准与设计基准的重合。由于通常钻孔轴向力由工作台承受，而扭矩通常不大，故暂时采用手动夹紧。3.2切削力及夹紧力的计算刀具选用高速钢钻头，扩孔钻，以及铰刀。本工序刀具要完成钻、扩、铰三种工艺而钻的切削力又远大于扩和铰的。所以只需要对钻25mm孔这个工步进行切削力计算。由参考文献1，表2.32,2.33查得：轴向力：Ft=CFd0zFfyFKF=6002510.570.70.91.330.9=10902N式中：KF=KMFKXFKHF KMF力学性能系数0.9； KXF刃磨形状系数1.33； KHF刀具磨钝系数0.9。扭距： MC=CMd0zMfyMKM=0.3052520.570.80.91.00.87=95Nm式中：KM=KMMKXMKXM KMM力学性能系数0.9; KXM刃磨形状系数1.0; KXM刀具磨钝系数0.87。由以上计算可知，虽然有很大轴向力，但是都由工作台承受。而扭矩很小，靠V型块夹紧的摩擦力已经足够，况且又加挡销，夹具能够轻松承担切削扭矩。故为简化设计，完全可以省去夹紧力的验算。3.3定位误差分析由于定位基准与设计基准重合，所以不存在基准不重合误差。而基准位置误差是由钻模板孔中心线的位置决定的，在这里由于零件的精度要求不是很高，这种定位方式可以满足，而且计算麻烦，为简化设计，这里不进行计算。3.4夹具设计以及简要说明本道工序加工370+0.05mm孔，主要保证其尺寸精度以及表面粗糙度要求，双V快定位现在四个自由度，小平面限制一个自由度，同时由浮动平面支持两吊耳部分，起到辅助支撑作用。另外一个挡销限制工件的转动同时承受切削力。虽然批量生产要提高生产效率，但是由上计算得出的扭矩很小，没有必要用气动夹具，故使用手动夹紧。此外，由于钻扩铰三个工步都在本道工序完成，为提高生产效率，应该选用快换钻套。3.4.1 V型块定位及手动夹紧部分设计首先需要选用合适的长V型块，查得标准V型块形状如图，而根据夹紧部分外圆直径52mm，选择相应的V型块尺寸。但是由soildwork仿真得出，由于B值和T值太大，出现V型块与工件圆角出现干涉的情况。因此设计了专用V型块。适当减小了B值和T值。满足了工艺要求。夹紧机构采用手动，虽然节省成本，但是考虑到生产效率问题，应该选用快速手动夹紧机构。参照图册以及查阅资料决定这里选用空间凸轮快速夹紧机构。其机构以及推杆内部如下图。3.4.2钻套、衬套以及钻模板设计由于本道工序要分别钻25mm，35mm，扩钻36.5mm以及铰37mm孔。所以要选用快换钻套（其结构如下图），以减少辅助时间。查标准快换钻套表，得出，如果用标准件，需要用内径为2226,3035,3542三种不同规格的快换钻套，由于不同规格外径不同，则无法配合一种规格的衬套。为解决上述问题，决定扩钻36.5mm以及铰37mm孔时选用3542的标准快换钻套，及其配套的螺钉、衬套。钻模板孔与衬套过赢配合。而钻25mm，35mm时的快换钻套要利用标准结构自行设计，达到能同一套螺钉、衬套配合的目的。此外，钻模板与夹具底座的连接一定要有配做定位销孔，保证装配时钻模板孔中心线与夹具底面垂直。3.4.3其他部分设计设计时选用的底面定位为小平面限制一个移动自由度，由于端面已经加工过，所以选用一块环形挡板支撑工件，理论上出现了过定位的问题。但是实际上，夹紧后会出现工件部分不与底