K047-调速杠杆（135调速器）工艺及铣小凸台夹具设计【三维SW模型】
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三维SW模型
K047
调速
杠杆
135
调速器
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三维
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一、工序设计1. 选择加工设备与工艺装备（1）选择机床工序1和2是粗车。工序工步不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外圆长度精度要求不高，选用最常用的CA6140型卧式车床（表5-62）。工序3、4、5是钻-粗铰-精铰、粗镗、倒角。为了加工方便，结合零件外形，选择CA6140型卧式车床。工序6和7是铣侧面。从加工的要求及尺寸的大小考虑，选择X51型立式铣床较合适（表5-78）。工序8钻孔。从加工要求来看，选择Z550型立式钻床比较合适（表5-71）。工序9和10是铣槽和凸台。根据加工要求和尺寸，选择X62型立式铣床。（表5-78）（2）选择夹具本零件6H9除钻-铰、8H9内孔、铣削凸台、杠杆两侧面和20槽需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。车床使用三角自定心卡盘。（3）选择刀具车床一般选择硬质合金车刀和镗刀。加工钢制零件采用YT类硬质合金，粗加工选择YT5。钻刀选择相应大小的钻刀即可。铣刀选择镶齿盘三面刃铣刀即可（表2-17）。（4）选择量具本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状的特点，参考本书有关资料，选择如下。厚度采用测量读书值为0.01mm的千分尺、槽和凸块的测量采用读数值为0.02的游标卡尺进行测量。孔径采用530mm的内径千分尺即可。2. 确定工序尺寸（1）计算过程工序4，粗镗12.5孔，查表5-50，铸造时尺寸12，其双边余量为0.5mm，单边余量0.25mm，精度为H12，粗糙度为Ra25；工序5，精铰12孔，查表5-49，从粗铰到精铰之间加工余量为0.05mm，精度为H7，粗糙度为Ra3.2。工序7，粗铣杠杆右端面，其加工尺寸查表H90.05mm，铸造尺寸13-0.3+0.0，根据5-56，根据被加工表面的长度和宽度，总加工余量为4mm，工序间余量为2mm。工序8，粗铣杠杆左端面，其加工尺寸查表H90.05mm，铸造尺寸13-0.3+0.0，根据5-56，根据被加工表面的长度和宽度，总加工余量为4mm，工序间余量为2mm。（2）工序尺寸列表圆柱面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精12.5孔12H12Ra2512孔11.850.10.05H12H8H7Ra12.5Ra6.3Ra3.2各端面的工序加工余量工序加工表面总加工余量工序加工余量6杠杆左端面427杠杆右端面42二、切削用量、工时定额的计算工序4（1）切削用量确定粗镗中12.5mm孔的切削用量。所选刀具为YT5硬质合金、杆部直径为8mm的机夹单刃镗刀(机械加工工艺师手册杨叔子主编，P652表20-77和表20-78)。i.确定被吃刀量。双边余量为0.50mm，显然单边余ap=0.502=0.325mm。ii.确定进给量f根据表5-115，当粗镗钢料、镗刀直径为8mm、ap2mm、镗刀伸出长度为80mm时，f=0.10-0.20mm/r，按CA6140车床的进给量(表5-57)，选择f=0.15mm/r。切削速度查得v=30m/min，则n=1000vd=1000308=764r/min=12.73r/s由于本工序采用CA6140型卧式车床，由表5-56得，nw=710r/min，故实际切削速度为vc=dnw1000=12.57101000=27.88m/min=0.465m/s（2）工时定额计算：基本时间：根据表2-24，车镗孔的基本时间tj=Lfni=l+l1+l2+l3fni式中l=21.5mm，l1=aptankr+23，kr=90，l2=0,l3=0 ，f=0.15mm/r,nw=710r/min,i=1则Tj=21.5+20.157100.221min=13.24s（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s粗镗0.3250.150.46512.7313.24倒角工序5（1）切削用量i.确定背吃刀量ap由于钻孔时背吃刀量为孔的半径，故ap=0.05/2=0.025mmii.确定进给量f由表5-127查取f=0.15mm/r。ii.选择刀具磨钝标准及耐用度由p190表5-130得，用莫氏椎柄麻花钻加工锻钢，后刀面最大磨损限度为1. 0mm, .刀具寿命T=30min。iv.确定切削速度v由表钻头钻30钢时的切削速度为vc=14m/minns=1000d=10001412=371.5r/min=6.192r/s由本工序采用CA6140型卧式车床，查表取转速nw=400r/min,故实际铣削速度vc=124001000=15m/min=0.25m/s（2）工时定额计算：基本时间：根据表2-26,车钻孔的基本时间为tj=Lfn=l+l1+l2fn式中，l=50,l1=D-d12cotkr+12mm=12-11.952cot15mm0.093mm，l2=13mm ，(表2 -27)，则该工步的基本时间为Tj=50+0.093+130.154001.05min=63.1s（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s精铰0.025mm0.150.256.19263.1工序6（1）切削用量该工序分为两工步，先以右端面为基准粗铣左端面，以左端面为基准粗铣右端面，因为这两个工步是在一台机床上经一次走刀完成的，因此他们的切削速度vc和进给量f是一样的，只有背吃刀量不同，而本题中背吃刀量也是相同的。i,背吃刀量由上文中的工序尺寸得，背吃刀量ap=3mmii.进给量X51型立式铣床功率为4. 5kW，本工序的表面粗糙度R, 12.5pom，查表的高速钢套式面铣刀精铣平面进给量。每转进给量f取为0.4mm/r ,故每齿进给量f为0.04mm/z。iii.铣削速度由于本工序采用高速钢镶齿铣刀，d=80mm,齿数z=10，主偏角kr=45。查表高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度vc=48.4m/min则n=1000vd=100048.480=192.58r/min=3.21r/s由本工序采用X51型立式铣床，查表取转速nw=180r/min，故实际铣削速度vc=801801000=45.2m/min=0.753m/s当n=180r/ min时，工作台的每分钟进给量fm应为fm=fzznw=0.0410180mm/min=72mm/min也可根据表差的机床进给量为fm=65mm/min。（2）工时定额计算：基本时间：其中l=24，l1=0.5d-d2-ae2+aptanr+12=9mm，l2=13=3mm则Tj=I+I1+I2fmzi=9+24+3655=2.77min=166.2s。（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s粗铣左端面20.40.7533.21166.2s工序7（1）切削用量该工序分为两工步，先以右端面为基准粗铣左端面，以左端面为基准粗铣右端面，因为这两个工步是在一台机床上经一次走刀完成的，因此他们的切削速度vc和进给量f是一样的，只有背吃刀量不同，而本题中背吃刀量也是相同的。i,背吃刀量由上文中的工序尺寸得，背吃刀量ap=2mmii.进给量X51型立式铣床功率为4. 5kW，本工序的表面粗糙度Ra12.5m，查表的高速钢套式面铣刀精铣平面进给量。每转进给量f取为0.4mm/r ,故每齿进给量f为0.04mm/z。iii.铣削速度由于本工序采用高速钢镶齿铣刀，d=80mm,齿数z=10，主偏角kr=45。查表高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度vc=48.4m/min则n=1000vd=100048.480=192.58r/min=3.21r/s由本工序采用X51型立式铣床，查表取转速nw=180r/min，故实际铣削速度vc=801801000=45.2m/min=0.753m/s当n=180r/ min时，工作台的每分钟进给量fm应为fm=fzznw=0.0410180mm/min=72mm/min也可根据表差的机床进给量为fmz=65mm/min。（2）工时定额计算：基本时间：其中l=24，l1=0.5d-d2-ae2+aptanr+12=9mm，l2=13=3mm则Tj=I+I1+I2fmzi=9+24+3655=2.77min=166.2s。（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s粗铣左端面20.40.7533.21166.2s三、夹具总体设计1. 定位方案（1）定位方案设计由于是中批或大批生产，主要考虑提高劳动生产率。因此设计时，需要更换零件加工时速度要求快。本夹具设计，用2个V型块，进行调节定位自由度。工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。（2）定位方案草图（3）定位误差计算为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。j+wg与机床夹具有关的加工误差j，一般可用下式表示：j=Wz+DA+DW+jj+jl定位误差DW=D1+d1+lninJ.W=arctgD1+d1+loin+D2+d2+2min2L其中：D1=0.052mm,D2=0mma1=0.011mm,d2=0.023mm1min=0mm,2min=0.034mm 夹紧误差 ：jj=(ymax-ymin)cos其中接触变形位移值：y=(kRazRaz+kHBHB+c1)(Nz19.62l)n查表3-6有KRaz=0.004,KHB=-0.0016,C1=0.412,n=0.7。jj=ycos=0.0028mm 磨损造成的加工误差：jm通常不超过0.005mm 夹具相对刀具位置误差：DA取0.01mm误差总和：j+w=0.085mmFJ需。旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：W0=QL/tg1+ztg+2其中：=6.22，rz=2.76，1=90，2=950，=229，L=33mm，Q=80(N)则螺旋夹紧力：W0=4748.2(N)该夹具采用螺旋夹紧机构， 由上述计算易得：WKWK由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。3. 对刀装置 （1）设计说明对刀块是用来确定夹具与刀具相对位置的元件，其结构尺寸已经标准化。对刀块共有四种：圆形对刀块，用于加工单一平面时对刀。图3-4(b)是直角对刀块或侧装对刀块，调整铣刀两相互垂直凸面位置时使用，如盘形铣刀及圆柱铣刀铣槽时的对刀。用两片对刀平塞尺来调整成形铣刀的位置、加工成形槽。)用两根对刀圆柱塞尺来调整成形铣刀位置、加工成形曲面。因为是要铣削小凸台，故采用直角对刀块及平面塞尺对刀。选用GB/T 2242-1991直角对刀块固定在夹具体上，保证对刀块工作面始终处在平行于走刀路线的方向上，保证刀具到被加工工件安装位置的尺寸。（2）对刀装置二维工程图4. 夹具与机床连接元件（1）设计说明经查表5-227，根据所选铣床为X62卧式铣床，选用B=18mm，公差带为h6的A型定位键，根据表5-228，T形槽宽度18mm，中心距70mm，槽数3，与之对应的定位键尺寸为251812。（2）夹具与机床连接元件二维工程图5. 夹具体（1）设计说明夹具体根据调速杠杆的定位要求进行设计工艺结构，并从减少成本的途径来降低成本，既可以减重又可以降低成本。采用HT200进行铸造，考虑到砂型铸造对铸件形状、尺寸、重量、合金种类、生产批量等几乎没有限制，故选用考虑到经济性的要去选用砂型铸造。（2）夹具体二维工程图6. 使用说明工件通过夹具体上的两个凸起的定位限制了绕Z轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。7. 结构特点螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。典型的螺旋夹紧机构的特点：（1）结构简单；（2）扩力比大；（3）自琐性能好；（4）行程不受限制；（5）夹紧动作慢。螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。8.夹具中标准件清单定位螺钉M6：GB/T65-2000;固定V形块：GB/T2209-191；内六角螺栓M8；BG/T70.1-2000；内六角螺栓M5；BG/T70.1-2000；对刀块：GB/T2242-1991；星形把手：GB 4141.29-1984；螺钉M6：GB/T 100-1986；弹簧：GB/T 1239.21989；垫片：GB/T 93-97；螺柱：GB/T 1168-1976；螺母：GB/T41-2000；定位键：GB/T 2206-1991；销：GB819-85；支撑钉：GB/T 2226-1991。9. 夹具装配总图四、设计总结经过为期三周的时间，完成铣小凸台的夹具体的课程设计，其中有小组合作也有自己独立完成的部分。小组主要完成了零件图和毛坯图的绘制，以及制定工艺路线，其中包括工艺分析表面加工方法和加工方案的选择；零件各表面的加工顺序的确定，机床及工艺装备的选择和填写机械制造工艺过程卡片。其余自己独立完成的主要有工序分析，夹具方案的拟定，对夹具进行结构设计，定位误差和夹紧力的计算及草图的绘制；对夹具装配体绘制夹具总图及夹具中的三张零件图。在课程设计中的遇到的难点是工序内容的设计中切削用量，工序尺寸和机械加工时间的计算。查阅了机械制造技术基础课程设计指南一书中的案例计算以及请教同学完成了这个环节的计算设计。还有是夹具体的尺寸的问题，不好直接确定，通过三维建模和各零件的装配，确定其相对位置，来确定其尺寸。夹具由于是专用夹具，适用性有所限制，在满足各项精度要求以及定位加紧的前提下应该从减重降低加工成本的方向发展。五、参考文献 1王先逵.机械制造工艺手册.第一卷.工艺基础卷M.北京:机械工业出版社,2006.2王先逵.机械制造工艺手册.第二卷.加工技术卷M.北京:机械工业出版社,2006.3郭娟.机械制造技术基础课程设计指南M. 北京:化学工业出版社,2006.4张俊冲. 铣床夹具设计J. 机械研究与应用, 2010, 23(2):149-150.5王春福.机床夹具设计手册.第三版M. 上海:上海科学技术出版,2000.6吴宗泽
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