转速器盘加工工艺规程及夹具设计

1、转速器盘的钻床夹具设计专业名称：机械设计制造及其自动化班 级：1206961班学生姓名：白占士 指导教师：李明学 号：120696101摘 要：夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响着机械加工的质量，生产效率和成本，因此，夹具设计是机械工艺准备和施工中的一项重要工作。本课程设计对转速器盘的结构和工艺进行了分析，确定了机械加工工艺路线，并为加工零件上直径mm的孔设计了一套专用钻床夹具。 一、机械加工工艺规程制订组成机械加工工艺过程的基本单元是工序。工序又是由安装、工位、工步及走刀组成的。 工序是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。 安装是工件经

2、一次装夹后所完成的那一部分工序。 在一次装夹中，工件（或刀具）相对于机床要经过几个位置依次进行加工，在每一个工作位置上所完成的那一部分工序，称为工位。 工步是加工表面在切削刀具和切削用量（仅指主轴转速和进给量）都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。 在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切削，每切削一次就称为一次走刀。二、夹具设计2.1 夹具的概念及组成在机床上装夹工件所使用的工艺装备称为机床夹具。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。机床夹具由定位元件、夹紧装置、对刀及

3、导引元件、连接元件、夹具体、其他装置或元件组成。定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分。2.2 夹具的类型及作用按夹具的应用范围分类有通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具等；按夹具上的动力源分类有手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具、切削力及离心力夹具等。机床夹具的主要作用为：易于保证加工精度，并使一批工件的加工精度稳定；缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低生产成本；减轻工人操作强度，降低对工人的技术要求；扩大机床的工艺范围，实现一机多能；减少生产准备时间，缩短新产品试制周期。2.3 夹具的定位和夹紧定位是指确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。夹紧是指工件定

4、位后将其固定，使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作。工件在夹具中的定位通常有以下四种情况：完全定位、部分定位、欠定位、重复定位。工件在夹具中的夹紧是由夹具的夹紧装置完成的。夹紧装置通常由动力装置和夹紧机构两大部分组成。典型的夹紧机构有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、圆偏心夹紧机构、定心夹紧机构、铰链夹紧机构、联动夹紧机构等。夹紧动力装置有气动夹紧装置、液压夹紧装置、电磁夹紧装置、真空夹紧装置等。三：零件分析3.1 零件的生产纲领在本课程设计题目中，转速器盘轮廓尺寸小，属于轻型零件。该零件的生产类型属于中批生产，所以需要专用机床夹具。3.2 零件的作用课程设计题目给定的零件是转速器盘，从整体上来

5、说，其径向尺寸比轴向尺寸大，因此，可以将其划定为不规则的盘类零件。零件上直径为10mm的孔装一偏心轴，此轴一端通过销与手柄相连，另一端与油门拉杆相连。转动手柄，偏心轴转动，油门拉杆即可打开油门（增速）或关小油门（减速）；两个直径为6mm孔装两个定位销，起限位作用。手柄可在120°内转动，实现无级变速。转速器盘通过两个直径为9mm的螺栓孔用M8螺栓与柴油机机体相连。3.3 零件的加工工艺分析转速器盘共有九个机械加工表面，其中，两个直径为9mm的螺栓孔与10mm孔有位置要求；120°圆弧端面与10mm孔的中心线有位置度要求。现分述如下： 两个直径为9mm的螺栓孔两个直径为9mm

6、的螺栓孔与直径为10mm的孔中心线距离为mm 10mm的孔10mm的孔尺寸为10mm，表面粗糙度为Ra3.2，其孔口倒角0.5×45°。从以上分析可知，转速器盘的加工精度不是很高。因此，可以先将精度低的加工面加工完后，再以加工过的表面为定位基准加工精度较高的10mm。3.4 零件主要技术条件分析及技术关键问题从转速器盘的各个需要加工的表面来分析：后平面与机体相连，其长度尺寸精度不高，而表面质量较高；两个9mm的螺栓孔，因需要装配螺栓进行连接，还要用于夹具 定位，其加工精度可定为IT9级10mm孔需要装配偏心轴，其表面质量要求高；各加工面之间的尺寸精度要求不高。从以上分析可知

7、，该零件在中批量生产条件下，不需要采用专用的机床进行加工，用普通机床配专用夹具即可保证其加工精度和表面质量要求。为提高孔的表面质量，在孔加工工序中采用铰削对其进行精加工。 4 机械加工工艺规程设计 4.1零件加工基准的选择开始选取转速器盘的底平面作为粗基准，加工出后平面。而加工25mm圆柱上端面、120º圆弧端面时，选择转速器盘的底平面为粗基准；在加工9mm螺栓孔、18mm圆柱端面时，以加工过的后平面为定位基准；加工10mm孔和6mm孔时，则以后平面和两个9mm孔为定位基准。为方便加工，各工序中运用专用夹具进行夹持。4.2 表面加工方案的选择1) 后平面 表面粗糙度为Ra6.3，经济

8、精度为IT9，加工方案确定为：粗铣精铣；2) 9mm螺栓孔 表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：钻削铰孔；3) 10mm孔 表面粗糙度为Ra6.3，经济精度为IT9，加工方案确定为：钻削粗铰精铰孔倒角； 根据以上要求加工路线如下：工序60 钻削、铰削加工直径为9mm的两个螺栓孔，以经过精加工的后平面和底平面为基准，选用Z525立式钻床，并加专用夹具；工序70 钻、铰10mm的孔，并锪倒角0.5×45º，以9mm的孔及后平面为基准，选用Z525立式钻床，并加专用夹具； 4.3确定机械加工余量及工序尺寸根据以上原始资料及机械加工工艺，确定加工表面的机械加工

9、余量、工序尺寸、毛坯尺寸如下： 钻10mm孔毛坯为实心，而孔的精度要求界于IT8IT9之间（参照机械制造工艺设计简明手册表2.3-9及表2.3-12），确定工序尺寸及余量：钻孔9.8mm；粗铰孔：9.96mm，2Z = 0.16mm；精铰孔：10mm，2Z = 0.04mm。具体工序尺寸见表1表1 工序尺寸表工序名称工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/m表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度/m精铰孔0.04H9Ra6.310Ra6.3粗铰孔0.16H10Ra6.39.96Ra6.3钻孔9.8H12Ra12.59.8Ra12.54.4 确定切削用量工序70：钻削、铰削加工10

10、 mm的孔并锪倒角0.5×45°1. 钻削9.8mm孔选择刀具和机床查阅机械制造工艺设计简明手册，由钻削深度= 8mm，选择=9.8mm的H12级高速钢麻花钻(GB1438-85)，机床选择立式钻床Z525。2.粗铰9.96H10mm孔 选择刀具和机床查阅机械制造工艺设计简明手册，选择= 9.96mm的H10级高速钢锥柄机用铰刀(GB1133-84)，机床选择立式钻床Z525。3.精铰10H9mm孔 选择刀具和机床查阅机械制造工艺设计简明手册，选择=10mm的F9级高速钢锥柄机用铰刀(GB1133-84)，机床选择立式钻床Z525。4.锪10mm孔0.5×45&#

11、176;选择刀具90°直柄锥面锪钻，机床为Z525。5夹具设计根据课程设计题目要求，设计工件工序70钻、铰削加工10H9mm的孔并锪倒角0.5×45°的钻床夹具。该夹具用于Z525立式钻床，并配上9.8H12mm的高速钢麻花钻、9.96H10mm的高速钢锥柄机用铰刀、10H9mm的高速钢锥柄机用铰刀，按工步对孔进行加工。5.1 夹具设计1、工件的加工工艺分析转速器盘需要加工的10mm孔的位置尺寸精度要求不高，孔的表面粗糙度值为Ra6.3，并且10H9为浅孔。在机械加工工艺规程中，分钻、粗铰、精铰、倒角0.5×45°进行加工。依靠所设计的夹具来保

12、证加工表面的下列位置尺寸精度：待加工孔10H9和已加工孔9H11的中心距离尺寸为72±0.1mm；待加工孔10HF9和后平面的距离尺寸为56±0.1mm。2、确定夹具的结构方案 确定定位方案，设计定位元件该孔为通孔，沿着孔轴线方向的自由度可不予以限制，但是为增强加工时零件的刚性，必定限制孔轴线方向的自由度，故应按完全定位设计夹具，并力求遵守基准重合原则，以减少定位误差对加工精度的影响。由于工件在钻10mm孔时两筋板的刚性较差，从保证工件定位稳定的观点出发，采用“一面两孔”定位，即以已加工的后平面和两个9mm孔为定位基准，这样，既增加了工件的稳定性，又兼顾了基准重合原则。为实

13、现定位方案，所使用的定位元件：圆柱销和菱形销在后平面和9mm孔定位，可以限制工件的五个自由度，25mm外圆柱下端面使用薄壁圆柱孔支承，限制工件沿Z轴的移动自由度，从而达到完全定位。 确定夹紧方式和设计夹紧机构两个9mm孔中的圆柱销和菱形销共同承受钻孔时的切削扭矩。在钻9.8H12mm孔时，由于孔径较小，切削扭矩和轴向力较小，并且轴向力可以使工件夹紧，因此，在确定夹紧方式时就可以不考虑轴向切削力的影响，即可以不施加夹紧力来克服轴向切削力。但由于切削扭矩会使工件产生旋转，因此需要对工件施加向下压的夹紧力来克服切削扭矩。为便于操作和提高机构效率，采用螺旋夹紧机构中的转动压板夹紧机构，其力的作用点落在

14、靠近加工孔的120º圆弧端面上。 夹紧力计算计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在钻削加工过程中的切削力可以分解为切削扭矩和轴向切削力，因轴向切削力的作用方向与夹具的夹紧方向相同，有助于工件的夹紧，因此，在计算夹紧力时可以不计算轴向切削力。而为保证夹紧可靠，应将理论夹紧力乘上安全系数作为工件加工时所需要的夹紧力，即：其中，查机床夹具设计手册表1-2-1得：（）、（加工性质为粗加工）、1.15（材料为钢在钻床上）、（连续切削）、（手动加紧）、（手动加紧操作方便）、（接触点确定），所以，= 2.691。查机床夹具设计手册表1-2-7得：切削扭矩查机床夹具设计手册表1-

15、2-8得：修正系数由于钻头的直径为d = 9.8mm，所以，(N· mm)。因此，实际所需要的夹紧力为：(N· mm)。夹紧机构采用压板机构，机构的传动效率为，螺母产生的夹紧力为：。查机床夹具设计手册表1-2-20，得：（当量摩擦半径） = 6.22mm，查表1-2-21，得：（中径之半）= 3.675mm，升角，查表1-2-22得螺旋副当量摩擦角，。= 2810.23(N)则作用在转动压板上的夹紧力为：夹紧机构受力如图2所示。1图2 夹紧机构受力示意图由公式得：在工件上的夹紧力作用点到钻头在工件上加工时作用点的距离为49mm。因此，夹紧力产生的扭矩为： (N·

16、mm)。工件受力如图3所示。图3 工件受力示意图因，故该铰链机构能满足钻孔加工要求。 加工误差分析用工件的“一面两孔”定位，使设计基准和工序基准重合，即遵守“基准重合”和“基准统一”原则，以减少定位误差，所采用的定位元件为定位销和菱形销，考虑薄壁圆柱孔支承形状，将支承和夹具体铸成整体，即把支承铸成薄壁凸台。工件定位如图4所示。圆柱销和菱形销的设计计算：两定位销中心距LL= L式中，L 工件两基准孔的中心距。L= L= 28mm。图4 工件定位示意图两定位销中心距公差=式中，工件两基准孔的中心距公差。= 0.025(mm)。圆柱销最大直径= 9mm，公差取g6，所以，圆柱销直径为mm。补偿值(m

17、m)式中，第一基准孔与圆柱销间最小配合间隙(mm)。(mm)菱形销宽度b根据表8： B = D2 = 92 = 7(mm)； b = 4mm。 表8 菱形销尺寸表D2 /mm36688202024243030404050b/mm2345568B/mmD20.5D21D22D23D24D25D25菱形销与基准孔的最小配合间隙=(mm)式中，第二基准孔定位销直径。菱形销最大直径（名义尺寸）（公差取h6）= 90.108 = 8.892(mm)所以，菱形销直径为mm。转角误差式中，工件定位孔的直径公差；圆柱定位销的直径公差(mm)；菱形定位销的直径公差(mm)；圆柱定位销与孔间的最小间隙(mm)；菱

18、形定位销与孔间的最小间隙(mm)；L 中心距(mm)。所以，需要加工的孔的公差mm，由该误差引起的定位误差为8= 80.0036= 0.028，该误差小于工件误差，即0.0280.036，方案可行。 钻套、钻模板设计为进行钻、铰加工，采用快换钻套，其孔径尺寸和公差如下：钻9.8H12孔：麻花钻的最大极限尺寸为9.8+0.15mm，则钻孔时所配的钻套取规定的公差为F8，即钻套尺寸为：9.95mm，圆整后可写成10mm。粗铰9.96H10孔：铰孔选用GB1133-84中的标准铰刀改制而成，其尺寸为9.96mm，按规定取铰孔时钻套的尺寸公差为9.96+0.044G7，即钻套尺寸为：10.004mm，

19、圆整后可写成10mm。精铰10F9孔：铰孔选用GB1133-84中的标准铰刀，其尺寸为10mm，按规定取铰孔时钻套的尺寸公差为10+0.023G6，即钻套尺寸为：10.023mm，圆整后可写成10mm。钻套形状尺寸在机床夹具设计手册中查取。为了安装快换钻套，确定选取固定衬套与之相配合使用。设计钻模板：将钻套用衬套安装在钻模板上，钻模板通过销子和螺栓与夹具体连接。钻模板的尺寸与形状自行设计。 夹具精度分析机械加工中，保证加工出合格零件的必要条件是：加工误差不大于被加工零件相应的公差。加工误差来源于两大方面：一方面是与机床有关的误差称加工方法误差；另一方面是与夹具有关的误差，而此误差可分为零件在夹

20、具中的定位误差、夹具的对刀或导向误差及夹具的制造及在机床上的安装误差。根据生产实际情况，与夹具有关的误差占加工误差的绝大部分，故按机率相等的原理，取零件公差的3/4作为判别依据得到保证加工零件合格的条件是：（零件相应加工尺寸的公差），因为加工方法误差取决于机床精度，所以只进行夹具精度的分析计算。满足上述条件，认为夹具精度满足加工要求，否则精度不足。钻孔夹具产生导向误差有五个因素：其一是钻模板底孔至定位基准尺寸误差，取其公差；其二、三是钻套、衬套内外圆同轴度误差 ；其四是钻套与衬套的配合间隙；其五是钻套与钻头配合间隙，于是得：钻套垂直度误差对孔位置影响折算为：心轴底面平行度误差对孔位置影响折算为：夹具精度分析简图如图5所示。图5 夹具精度分析示意图定位误差：基准重合。，（基准不重合）mm（定位销与孔配合最大间隙）mm导向误差：最后是铰刀，故按铰刀计算。mm，（同轴度误差忽略）(mm)(mm)=(m