弯杆零件的加工工艺规程及专用夹具设计.doc

摘要目录第一章 前 言1第二章 机械加工工艺规程的制定2第一节 分析零件的工艺规程21.1 工艺规程的作用21.2 制定工艺规程的方法与步骤2第二节 坯料的选择42.1 毛坯的种类42.2 选择毛坯时应考虑的因素5第三节 基准的选择与确定63.1 精基准的选择63.2 粗基准的选择6第四节 工艺路线的制定7第五节 机械加工工艺过程卡片10第三章 夹具的设计12第一节 对直角摇板机构的定位分析12第二节 夹紧方案分析14第三节 夹具总装配设计16结束语18参考资料19第一章 前言机械设计制造行业是国民经济的支柱产业，是国家创造力，竞争力和综合国力的重要体现。它不仅为现代化工业社会提供物质基础，为信息与知识社会提供物质基础，为信息与知识社会提供先进装备和技术平台，也是实现具有中国特色军事变革和国防安全的基础。经过近三十年的改革、开放、发展，中国机械制造业取得了举世瞩目的成就，我国目前已崛起成为全球第三制造大国。2005年到2007年统计显示，制造业增加值占中国GDP的30%以上，工业产品出口占中国出口贸易额的90%以上。然而，我国机械制造行业仍然存在着能源资源消耗大、污染排放严重、自主创新能力薄弱、区域产业结构趋同、服务增值率低、高水平人才短缺等亟待解决的问题。机械加工工艺是以机械制造中的工艺问题为研究对象的一门应用性学科。所谓工艺，是使各种原材料、半成品成为产品的方法、技术和过程。机械制造工艺的内容极其广泛，它覆盖了从零件的原材料到机械产品的全过程，包括零件的毛坯制造、机械加工、热处理和产品的装配等。机械加工工艺主要的研究对象是零件加工和机械装配过程中所具有的共同性规律，是生产实践和科学研究成果的长期积累和总结。由于机床夹具在机械制造过程中能够保证精度、提高生产率和降低加工成本等方面的重要作用，近年来机床夹具也作为机械制造工艺学的一部分内容。近几十年来，夹具的基本组成部分虽无明显的变化，但对夹具设计的要求却不断提高。机械加工中的工装水平往往代表着一个国家的工艺水平。在现代制造企业中，夹具已成为保证产品质量，实行全面质量管理的重要手段。利用加工中心、坐标测量机可使零件的装卸、检测、刀具的更换自动化，夹具及装夹已成为制造系统发展的关键。夹具的标准化、自动高效化、精密化和柔性化是夹具发展的主要趋势，也是实现产品更新换代和老产品改造的需要。弯杆零件的加工工艺及夹具设计是对自己所学专业课和自己今后所要从事的工作方向进行的一次综合性训练，也是对自己四年所学的一次检测。通过本次毕业设计，综合运用所学专业知识，学会正确的设计思路，设计构思，掌握工艺设计的一般程序和方法；学会使用技术资料，国家标准，进行设计计算，数据处理的能力；培养自己分析问题，解决问题，理论联系实际的能力；能够运用所学的工艺及夹具的基本理论知识，制定合理的工艺规程，解决工艺尺寸，工件的夹紧，定位等问题。第二章 机械加工工艺规程的制定第一节 零件的工艺规程机械加工工艺规程简称工艺规程，是规定零件加工工艺过程和操作方法的工艺文件。它是在具体的生产条件下将最合理或较合理的工艺过程与操作方法按规定的形式制成工艺文本，用来指导生产的技术文件。工艺规程是机械加工中最主要的技术文件，它一般包括工件加工工艺路线及所经过的车间和工段、各工序的内容及采用的机床和工艺工装、工件的检验项目及检验方法、切削用量和工时定额及工人的技术等级等。1.1工艺规程的作用（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件。工艺规程是在总结工人和技术人员实践的基础上，依据工艺理论和有关的工艺试验而制定的。按照工艺规程组织生产可以达到优质、高产和最佳的经济效益。（2）工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据。在生产管理中可以看出，原材料和毛坯的供应，机床设备、工艺装备的调配，专用工艺装备的设计和制造，作业计划的编排，劳动力的组织以及生产成本的核算等都是以工艺规程作为基本依据的。（3）工艺规程是生产准备和技术准备的基本依据。根据工艺规程能正确地确定生产所需的机床和其它设备的种类、规格、数量，车间的面积，机床的不知，工人的工种、等级和数量以及辅助部分的安排等，给生产的准备和过程的组织带来极大的方便。1.2工艺规程制定的原则工艺规程制定的原则是，保证质量、提高效率、降低成本。三者关系是，在保证质量的前提下，最大限度地提高生产效率，满足生产量要求；尽可能地节约耗费、减少投资、降低制造成本。首先，零件的工艺过程要能可靠地保证图纸上所有的技术要求的实现，这是制定工艺规程的基本原则。零件的加工质量是机器质量的基础，而产品的质量又是企业的生命，每个企业都要贯彻质量第一的方针。其次，经济的观点对于一个工程技术人员来说，是一个很基本的观点，要尽量节省耗费。当然这里指的最经济应该从全局来着眼，不能只从局部出发，如当某一零件时整个机器生产过程中的薄弱环节是，有时会选最高的生产率方案，此时虽然专用设备有一些闲置，从局部来看也许并不是最经济的，但从全局来看却是最经济的。1.3工艺规程制定的方法与步骤工艺规程制定的方法在工艺规程制定前，首先要广泛收集有关的原始资料，这些原始资料应包括以下内容：（1）零件工作图和装配图，从中可了解零件的加工要求以及该零件在装配图中的位置与要求。（2）零件的生产纲领，投产批量，用以确定其生产类型，才能合理地选择设备及工艺装备，合理地安排好工作规程。（3）本单位的生产条件、加工能力与设备及工装资料以便能最大限度地挖掘本单位的潜力，确定能适应本单位生产的工艺过程。（4）外部工艺协作条件。（5）毛坯资料，了解毛坯的工艺特性及总的加工余量及精度，以便采用相适应的加工工艺。（6）国内外有关工艺技术的发展情况，积极引进先进的工艺技术以提高工艺水平，不断提高工艺技术水平，做到优质、高产、低成本。（7）有关的工艺手册、图册，以便于查找所需资料。其次，要深入现场调查研究，集思广益，集中广大群众的经验与智慧，选择出最合理的工艺方法与加工方法。最后，要注意的是，如果采用新工艺时，应做工艺试验以保证在投入生产后能稳定可靠地加工出符合图形要求的产品。工艺规程制定的步骤（1）对零件进行工艺性分析。首先明确零件在产品中的作用、地位和工作条件，并找出其主要的技术要求和规定的依据，然后对零件图进行工艺审查。审查的内容有：零件图上的视图是否完整和正确；零件图上所标注的技术要求、尺寸、粗糙度和公差是否齐全、合理;零件的结构是否便于加工、便于装配和便于提高生产率；零件材料是否立足于国内而且是资源丰富又容易加工。（2）确定毛坯。确定毛坯种类的主要依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。当前常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等。毛坯选择通常由设计者来完成，工艺人员在编制工艺规程前需熟悉毛坯的特点，如铸件的分型面、浇口、冒口的位置，拔模斜度及铸件公差等，这些是编制工艺规程必不可少的原始材料。对于原设计毛坯选择不当的情况，工艺人员应提出修改建议。（3）拟定工艺路线。这是制定工艺规程的核心。其主要内容是：选择工艺基面，确定几个加工方法，划分加工阶段，合理安排各表面的加工顺序等。工序集中或分散的程度；热处理及检验工序的安排；其他辅助工序（如清洗、去毛刺、去磁、倒角等）的安排等。在拟定工艺路线时一般是提出几个可能的方案，进行分析对比，最后确定一个最佳的方案。工艺路线中适当安排热处理工序，常见的热处理工序有：一种是普通热处理，包括：退火 正火 淬火 回火等；另一种是表面热处理 表面淬火 化学热处理。工艺路线中还要按照产品要求，适当安排表面处理工序，例如：油漆、电镀等。工艺路线中适当安排检验、清洗、去毛刺等辅助工序。（4）确定工序内容。a.确定工序尺寸，即各工序的工序余量、工序公称尺寸及其公差。b.确定工艺装备，及各工序的设备、刀具、夹具、量具和辅助工具。设备的性能、精度要满足零件加工的需要，既不要超负荷使用，也不要大马拉小车；设备的数量要满足产品产量的需求。c.确定切削用量及时间定额。合理确定各工序的切削用量及时间定额。d.确定技术要求及检验方法。合理确定各主要工序的技术要求及检验方法。（5）拟定各工序的工艺装备（包括夹具、刀具、量具）和辅助工具。工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，应与生产批量和生产节拍相适应，并应充分利用现有条件，以降低生产费用。对必须改装或重新设计的专用或组成工艺装备，应与进行经济分析和论证的基础上提出设计任务书。（6）工艺过程的技术经济分析。对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定最优工艺方案。（7）填写零件加工工艺文件。本零件要求批量生产，所以在加工过程中要充分考虑经济成本。在节约劳动力的情况下尽量提高生产效率。同时要注意所选用的加工工艺水平及生产条件。本零件的轮廓尺寸较小，重量轻，但刚性差，结构较为复杂，所以选择模锻件采用翻转式钻模，精度较高，这可以使工件加工时定位可靠，同时兼顾了经济性因素。第二节 坯料的选择根据零件（或产品）所要求的形状、尺寸等制成的供进一步加工用的生产对象称为毛坯。在制定工艺规程时，合理选择毛坯不仅影响到毛坯本身的制造工艺和费用，而且对零件机械加工工艺、生产率和经济性也有很大影响。因此，选择毛坯时应从毛坯制造和机械加工两方面综合考虑，以降低零件的制造成本。毛坯的选择主要包括以下几方面内容。2.1 毛坯的种类（1）轧制件 主要包括各种热轧和冷拉圆钢、方钢、六角钢八角刚等型材，热轧毛坯精度较低，冷轧毛坯精度较高。（2）铸件 其材料主要有铸铁、铸钢及铜、铝等有色金属。形状复杂、力学性能要求不高的毛坯宜采用铸造的方法制造。铸件毛坯的制造方法常采用的有砂型铸造、金属型铸造、精密铸造、压力铸造、离心铸造等。（3）锻件 可分为自由锻件和模锻件。自由锻件毛坯精度低加工余量大生产率低，适用于单件小批量生产的大型零件毛坯。模锻件毛坯精度高加工余量小生产率高，适用于中批以上生产的中小型零件毛坯。常用的锻件材料为中低碳合金钢。（4）焊接件 将型材或板料等焊接成所需要的毛坯，简单方便，但需要经过时效处理消除应力后才能进行机械加工。（5）其他毛坯 如冲压件粉末冶金和塑料压制件等。2.2 选择毛坯时应考虑的因素（1）零件的材料及力学性能要求零件的材料选定后，毛坯的种类一般可大致确定。例如，铸铁和某些金属只能铸造，对于主要的钢质零件为获得良好的力学性能，应选用锻件毛坯。（2）零件的结构形状和尺寸毛坯的形状和尺寸应尽量与零件的形状和尺寸接近，形状复杂和大型零件的毛坯多用铸造；板状钢制零件多用锻造；轴类零件毛坯，如各台阶直径相差不大，可选用棒料；如各台阶直径相差较大，易用锻件。对于锻件，尺寸大时可选用自由锻，尺寸小且批量较大时可选用模锻。（3）生产纲领的大小大批量生产时，应选用精度和生产率较高的毛坯制造方法，如模锻金属型机器造型铸造等。单件小批量生产时应选用木模手工造型的铸造及自由锻造的毛坯再造方法。（4）现有生产条件选用毛坯时，要充分考虑现有生产条件，如现有毛坯制造的实际水平和能力，外协生产的可能性等，有条件时应积极组织地区专业化生产，统一供应毛坯。（5）充分考虑利用好技术新工艺新材料的可能性为节约材料和能源，随着毛坯专业化生产的发展，精铸冷轧冷挤压等毛坯制造方法的日益广泛，应用这些方法后，可大大减少机械加工量，甚至不需要切削加工，大大提高经济效益。本零件考虑到灰铸铁的抗拉强度低，塑形，韧性差，但石墨对铸铁的抗拉强度和硬度影响不大，所以灰铸铁的抗拉强度和硬度与相同基体的钢差不多。由于石墨的存在，也使得灰铸铁获得良好的耐磨性和抗震性，切削加工性和铸造性能。灰铸铁具有良好的性能且价格低廉，所以在生产中得到广泛的应用，常用于形状复杂，力学性能要求不高的零件承受压力，要求消震的零件及耐磨零件。该零件的材料为铸件，所以是铸件毛坯，小批量生产可以采用木模手工造型的毛坯，成批生产时，用金属模机器造型的毛坯。前者采用级精度铸件，后者采用级精度的铸件，本零件采用砂模铸造。二维图第三节 定位基准的选择与确定机械加工时，为使本零件的被加工表面获得规定的尺寸和位置精度，首先要求工件必须在机床上或夹具中占有正确的位置，工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程便为定位。工件的装夹过程就是工件在机床上或夹具中定位与夹紧的过程。工件只有在机床上装好与夹紧，才能进行机械加工。装夹是否正确就、稳定、迅速和方便，对于保证加工质量就、提高生产效率、降低本零件的加工成本具有重要的作用。正确选择定位基准是制定机械加工工艺规程和进行夹具设计的关键。从定位的作用来看，它主要是为了保证加工表面的位置精度，所以选择定位基准的原则是从有位置精度要求的表面中进行选择。定位基准分为精基准和粗基准。3.1 精基准的选择选择精基准时，主要考虑的问题是便于保证加工精度和装夹方便、可靠。为此一般应遵循以下原则。（1）基准重合原则（2）基准统一原则（3）互为基准原则（4）自为基准原则3.2 粗基准的选择在起始工序中中，只能选用未经加工过的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。粗基准的选择，主要考虑如何保证加工表面与不加工表面之间的位置和尺寸要求、加工表面的加工余量是否均匀和足够以及减少装夹次数等。选择粗基准时应遵循如下原则。（1）以不加工表面作为粗基准（2）以重要表面、加工余量较小的表面作为粗基准（3）粗基准应尽量避免重复使用，在同一尺寸方向上通常只允许使用一次（4）以质量较好的毛坯作为粗基准本零件精基准的选择应以设计基准为精基准从而消除基准不重合误差，也就是所谓的“基准重合”原则，精基准的选择应尽量选择在多数工序采用的某一组精基准进行定位遵守“基准统一”原则，当精加工或先整加工工序要求余量尽量小而且均匀时应选择加工表面本身作为精基准，而该表面与其他表面之间的位置精度则要求先行工序保证遵守“自为基准”原则。为了获得均匀的加工余量获较高的位置精度，在选择精基准时可遵循“互为基准”原则，精基准的选择还应时精基准，加紧可靠。本零件加工过程中，先加工铣 28H7孔的两端面，有工序简图可知，该孔及其端面K为本工序的定位基准。第四节 工艺路线的制定工艺过程方案一01、铣 28H7孔的两端面02、钻、扩、铰 28H7孔并刮端面K03、铣 10H9孔的两端面04、钻、扩、铰 10H9孔和钻 11mm的孔05、铣mm的槽06、铣 11mm孔的两端台阶面工艺过程方案二01、铣 28H7孔的两端面02、铣 10H9孔的两端面03、钻、扩、铰 28H7孔并刮端面K04、钻、扩、铰 10H9孔和钻 11mm的孔05、铣 11mm孔的两端台阶面06、铣mm的槽工艺过程方案三01、铣 28H7孔的两端面02、钻、扩、铰 28H7孔并刮端面K03、铣 10H9孔的两端面04、钻、扩、铰 10H9孔和钻 11mm的孔05、铣 11mm孔的两端台阶面06、铣mm的槽对三套方案进行分析，选择最佳的方案编写工艺规程第一套方案中，根据工序顺序的安排原则，应先加工主要表面，后加工次要表面。这里所说的主要表面是指设计基准面和主要工作面，而次要表面是指键槽、螺孔等其他表面。次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求。因此，一般要在主要表面达到一定的精度之后，再以主要表面定位加工次要表面。而方案一中，则是先加工的槽，后加工的两端台阶面，是不够合理的。第二套方案中，根据工序顺序的安排原则，应先加工基准面，再加工其它表面。这条原则有两个含义：工艺路线开始安排的加工面应该是选择定位基准的精基准面，然后再以精基准定位，加工其它表面。为保证一定的定位精度，当加工面的精度要求很高时，精加工前一般应先精修一下精基准。例如，精度要求较高的轴类零件，其第一道机械加工工序就是铣端面，打中心孔，然后以顶尖孔定位加工其它表面。而方案二中在孔 28H7尚未加工完全的情况下即开始加工 10H9孔的两端面，明显不合理。第三套方案中，根据工序顺序的三个安排原则：先加工基准面，再加工其它表面。一般情况下，先加工平面，后加工孔。先加工主要表面，后加工次要表面。是最佳的工艺过程方案。最终工艺路线安排：铣端面扩 28H7孔刮平面K铣 10H9孔钻 11mm孔铣 11mm孔两端台阶面铣mm的槽第五节 机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片以工序为单位，简要地列出整个零件加工所经过的工艺路线（包括毛坯制造、机械加工和热处理等）。它是制订其它工艺文件的基础，也是生产准备、编排作业计划和组织生产的依据。在这种卡片中，由于各工序的说明不够具体，故一般不直接指导工人操作，而多作为生产管理方面使用。根据对该直角摇板零件的工艺分析制定如下的工艺过程卡片。三江机械工程学院机械加工工艺过程卡片零件图号w-01零件名称弯杆材料牌号HT200毛坯种类模锻件备注工序号工序名称工序内容设备工艺装备夹具刀具量具10铣铣端面X503220钻、扩、铰（1）钻孔（2）刮端面KZ5135专用夹具钻头铰刀塞规30铣铣两端面X6132A专用夹具铣刀千分尺40钻、扩、铰钻、扩、铰孔Z5125专用夹具钻头铰刀塞规50铣铣台阶面X6132A铣刀60铣槽铣槽X6132A铣刀编 制胡波审 核共 1 页第 1 页第三章 夹具的设计机床夹具的定义有多种说法。从广义上讲，为了使工艺过程的任何工序保证质量，提高生产率，减轻工人劳动强度及工作安全等的一切附加装置均称为夹具。本夹具毛坯为模锻件，精度较高，这可以使工件粗加工时定位可靠些。工件的轮廓尺寸较小，重量轻，但刚性差，结构较复杂。这就要求夹紧力应确定得合理，以防止工件变形。第一节 对弯杆零件的定位分析为了保证被加工面的精度与技术要求，加工前必须使工件相对于夹具、机床及刀具处于一个正确的加工位置，此即定位。六点定位原理一个自由物体在三维空间有六个独立活动的可能性，其中三个是沿x、y、z轴的移动，另三个是绕x、y、z轴的转动。习惯上把这种独立活动的可能性称为自由度。活动可能性的个数称为自由度的数目。因此，空间任一自由物体共有六个自由度。工件沿x、y、z轴移动的三个自由度，称为转动自由度，绕x、y、z轴转动的三个自由度，称为转动自由度。在夹具中，用适当分布并与工件定位面接触的六个支撑点来限制工件六个自由度的原理，称为六点定位原理。 本零件的加工需要保证两平面的垂直度要求以及防止零件在加工过程中沿x，y，z轴出现的移动与转动问题导致加工精度问题，为此需要对其限制五个自由度，即x的移动，y的移动，z的移动，x的转动，y的转动，如下图：第二节 夹紧方案的确定2.1 夹紧方案有工序简图可知，本工序所加工的两孔，是位于互成90度角的平面内，孔径不大，工件重量轻，轮廓尺寸小及批量不大等原因，采用翻转式钻模。参考已有类似夹具资料，初步选用M12螺杆，在 28H7孔的上端面夹紧工件。这样在加工 10H9孔时，切削力方向与夹紧力方向一致，可减小夹紧力，同时，夹紧力方向指定定位面，使定位可靠。切削力还可通过辅助支承由夹具来承受，也有助于减小所需的夹紧力。在加工11mm孔时，钻销轴向力Fx有使工件转动的趋势，因而仅采用 28H7孔上方一处夹紧，能否满足要求，有待于进一步分析。为使夹具结构简单，操作方便，选择此夹紧方案为设计方案。由于生产批量不大，加工精度要求较低，此夹具的夹紧机构，不宜太复杂，所以可采用螺旋式夹紧方式。螺栓直径采用M12。为操作方便，缩短装卸工件的时间，垫圈采用开口的。图2.2 确定引导原件主要是钻套的结构类型和主要尺寸。对 10H9的孔，为适应钻、扩、铰选用快换式的钻套。对于11mm的孔，钻套类型本应选择固定式钻套，但为维修方便，也采用可换钻套。各引导原件至定位原件间的位置尺寸，按有关夹具设计资料确定。分别取为15mm和18mm；各钻套轴线对基面的垂直度为0.02mm。第三节 夹具总装配设计本专用夹具主要针对弯杆零件的加工而设计的，根据对弯杆零件的定位及夹紧的分析，及定位件及夹紧件的确定，最终本零件的夹具设计图如下。该夹具适合于弯杆零件的大批量生产，其结构简单，经济型合理。图结束语弯杆零件的加工工艺规程及专用夹具设计，当接到这个课题时，我感到了压力，不知道从何处开始着手，虽然在课堂上学过一些零件的工艺制定或夹具设计，但真正自己动手做的话，还是有很大的难度的，不管是从格式要求还是内容上。好在学院在分配课题的同时给我安排了一名很负责的指导老师王海巧老师。在整个设计工作中，她给予了我很大的支持与帮助。在拿到课题之初，王老师并没有让我立即下手，而是让我从图书馆和网上查阅大量的与机械工艺及夹具设计相关方面的书籍和期刊，然后最先完成开题报告。按照学校对毕业设计时间的安排，我先后对该零件的绘制，工艺规程的制定，定位夹紧的分析，以及专用夹具的设计过程，最终绘制出该零件夹具的装配图和论文的写作过程。在此期间，王老师也在有规律的关注我的毕业设计进展程度，并对我的课程设计不断的提出修正的意见和方法，这才使得我的课程设计能够得以顺利的完成。 毕业设计的过程中，我懂得了对一个零件进行工艺规程的制定及专用夹具设计的具体步骤，同时也学会了如何将理论知识应用到实际生产中去，充分的发挥自己的专业特长，为机械制造业设计出简便，可靠，经济的产品。机制工艺与夹具技术的应用非常广泛，不仅用于传统的机械加工、机床、农业机械、工程机械等，随着科技的不断进步，机械工艺及夹具设计将更为广泛的应用于高精度，高速度，智能化，柔性化的设计中去，这样，就必须对其提出更高的要求。所以，在完成设计之后，我需要更多的了解现代制造业的发展前景，不断学习新的知识，完善自己的设计水平。弯