大学毕业论文-尾接杆工艺及铣床夹具设计

本科毕业设计论文题目尾接杆工艺及铣床夹具设计专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师毕业时间2014.6设计论文毕业任务书设计论文 一、题目尾接杆工艺及铣床夹具设计二、指导思想和目的要求毕业设计（论文）是培养学生自学能力、综合应用能力、独立工作能力的重要教学实践环节。通过毕业设计培养学生制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，以及设计机床夹具的能力。在设计过程中，学生应熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库，着重培养独立工作能力和分析解决问题的能力，严谨踏实的工作作风，理论联系实际，以严谨认真的科学态度，进行有创造性的工作，认真、按时完成任务。三、主要技术指标1、对指定的零件图进行结构分析和工艺分析，并绘制零件图；2、确定毛坯类型，查阅相关余量，设计与绘制毛坯图；3、确定各加工表面加工方法，确定工序余量，制定工艺路线；4、编制全部工艺规程；5、设计尾接杆铣床夹具，绘制一张夹具体零件图；6、编写说明书（论文）。四、进度和要求1、分析并绘制零件图1周2、绘制毛坯图1周3、设计工艺路线及编制工艺规程4周4、设计工艺装备3周5、编写说明书（论文）2周五、主要参考书及参考资料[1]阎光明,侯忠滨.现代制造工艺基础.西安:西北工业大学出版社,2007.[2]毛平淮.互换性与测量技术基础.北京:机械工业出版社,2010.[3]孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导.北京:冶金工业出版社.2010.[4]王先逵.机械加工工艺手册(工艺基础卷).北京:机械工业出版社，2007.第一章尾接杆零件机械加工工艺规程设计1.1基本概念机械加工工艺过程是指用机械加工方法逐步改变毛坯的状态（形状、尺寸和表面质量等），使之成为合格零件所进行的全部过程。把工艺过程的有关内容，用文件的形式确定下来，称为机械加工工艺规程。工艺过程用来指导零件的加工过程。机械加工工艺过程可分为：工序。一个（或一组）工人，在一台机床对一个工件所连续完成的那部分工艺过程。工序是组成工艺过程的基本单元。（2）工步。在加工表面不变、切削工具不变、切削用量不变的情况下，所连续完成的那一部分工艺过程。（3）走刀。走刀是切削工具在加工表面上切削一次所完成的那一部分工艺过程。整个工艺过程由若干个工序组成，每一个工序可包括一个工步或几个工步，每一个工步包括一次或几次走刀。（4）安装。使工件在机床上定位并将它夹紧的过程。（5）工位。工件在机床上一次安装后，要经过的若干个位置依次进行加工，则工件在机床上所占据的每一个位置所晚上的马一部分工艺过程。1.2零件的生产类型的确定及工艺分析1.2.1确定生产类型工艺过程必须根据给定的生产量的大小来设计。生产量的大小决定着生产类型，一般可分为三种基本类型：单件小批量生产。（2）成批生产。（3）大量生产。根据要求及查阅相关手册可确定该连杆件生产类型为中小批生产生产。1.2.2加工零件工艺分析图1尾接杆零件图（1）零件的作用尾接杆零件(图1）是飞机液压助力器执行机构中的主要部件之一。从整体上来看。飞机液压助力器是安装在飞机副翼操纵机构中或方向舵操纵系统中，用于不可逆的液压助力器操纵。当飞机液压系统损坏或压力下降时，液压助力器外筒左右两腔沟通，即助力器当一拉杆使用，以实现人力应急操纵。每架飞机上装有两台液压助力器。分别操纵左右副翼或方向舵。尾接杆零件在产品中一端与液压助力器外筒组件连接，另一端通过关节轴承与飞机的副翼连接，其作用是带动飞机操纵系统的摇臂和拉杆，而使飞机的副翼偏转，在工作时能够传递3800公斤以上的力，是一个能承受复杂力的受力件。零件的结构分析零件的主要加工表面：外圆C表面及Φ50轴端面,Φ61.5左右端面（表面粗糙度Ra值1.6），Φ42的孔，Φ26的孔，Φ32的孔（表面粗糙度Ra值1.6），球面SR30。主要形位误差：Φ50端面和Φ61.5两端面对C表面的圆跳动公差为0.02mm。Φ32中心线对C面的位置度公差0.1mm，垂直度公差为100:0.08,Φ32圆柱度公差为0.005mm。Φ2的孔相对于C面的对称度公差为0.05mm。设计基准：径向Φ50中心线，轴向Φ50左端面。零件的材质30CrMnSiA是高强度合金钢，具有很高的强度和韧性，淬透性较高，冷变形塑性中等，切削加工性能良好，有回火脆性倾向，横向的冲击韧度差，焊接性能较好，但厚度大于3mm时，应预热到150℃，焊后需热处理，一般调质后使用。30CrMnSiA是飞机制造业中使用最广的一种调质钢，用于制造飞机重要锻件，机械加工件和焊接件。30CrMnSiA属中碳调质钢，30CrMnSiA调质后有很高的强度和足够的韧性，淬透性也好。调质后该材料做砂轮轴，齿轮，链轮都可以。30CrMnSiA具有良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。用于轴类、活塞类零配件等。用于汽车、飞机各种特殊耐磨零配件等。零件的其他技术要求螺纹倒角120º至丝底。磁力探伤。毛坯锻制，供应为无发纹钢，钢锻件按HB5024-77/Ⅱ类。„外表面镀镉5-8µm,除表面B外，螺纹M6-6H和其余表面发兰。1.3确定毛坯1.3.1选择毛坯毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用，而且也与零件的机械加工工艺和加工质量密切相关，为此需要毛坯制造和机械加工两方面的工艺人员密切配合，合理地确定毛坯的种类、结构形状，并绘出毛坯图。①常见的毛坯种类有以下几种：（一）铸件对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。（二）锻件锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。（三）型材型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。（四）焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。（五）其它毛坯其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。②毛坯的选择原则（一）零件的生产纲领大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件采用金属模机器造型或精密铸造；锻件采用模锻、精锻；选用冷拉和冷轧型材。单件小批生产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。（二）零件材料的工艺性例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯；钢质零件当形状不复杂，力学性能要求又不太高时，可选用型材；重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻造件毛坯。（三）零件的结构形状和尺寸形状复杂的毛坯，一般采用铸造方法制造，薄壁零件不宜用砂型铸造。一般用途的阶梯轴，如各段直径相差不大，可选用圆棒料；如各段直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，则宜采用锻造毛坯，尺寸大的零件一般选择自由锻造，中小型零件可考虑选择模锻件。（四）现有的生产条件选择毛坯时，还要考虑本厂的毛坯制造水平、设备条件以及外协的可能性和经济性等。本次尾接杆零件生产类型为中小批，含有多个加工表面，外形比较复杂，同时采用钢质材料，属于航空方面零件，力学性能要求较高，所以选择毛坯时采用模锻件。1.3.2钢质模锻件毛坯尺寸及其公差的确定钢质模锻件毛坯公差和机械加工余量均通过查表以及计算获得，该表格适用于重量小于或等于250千克，长度小于或等于2500毫米的模锻件、热模锻压力机、螺旋压力机和平锻机上成批生产的钢质热模锻件。确定各种锻件公差和机械加工余量的主要因素锻件重量。根据锻件的基本尺寸进行计算，并可按此重量查表确定公差和余量。锻件形状复杂系数S。简单：S1大于0.63，小于1。一般：S2大于0.32，小于0.63。较复杂：S3大于0.16，小于0.32。复杂：S4小于等于0.16。分模线形状：可分为平直分模线和对称弯曲分模线。锻件材质系数。（分为M1和M2两级）M1：最高碳的质量分数小于0.65％的碳钢，或合金元素最高总的质量分数小于3.0％的合金钢。M2：最高碳质量分数大于等于0.65％，或合金元素最低总的质量分数大于等于3.0％的合金钢。零件的加工表面粗糙度，该图表适用于表面粗糙度Ra值大于1.6μm。加热条件。尾接杆零件的锻件重量在图表适用范围内，锻件形状复杂系数为简单，分模线形状为直线，锻件材质系数为M1。钢质模锻件的公差。长度、宽度和高度极限偏差（查表如图2）。图2模锻件长度、宽度、高度极限偏差厚度极限偏差（查表如图3）。图3模锻件厚度方向极限偏差加工余量和极限偏差的确定确定模锻件机械加工余量时，根据估算模锻件重量，加工精度及锻件复杂系数，查下图4可得。（其中余量为单边余量）图3模锻件内外表面加工余量Φ50和Φ35外圆表面，重量2千克，磨削加工精度F2，复杂系数S1，查的直径方向单边余量范围1.7-2.2。Φ50外圆上偏差+1.4，下偏差-0.4；Φ35外圆上偏差+1.4，下偏差-0.4。Φ61.5和Φ25外圆表面重量2千克，一般加工精度F1，复杂系数S1，查表可得直径方向单边余量1.7-2.2。Φ61.5外圆上偏差+1.5，下偏差-0.5；Φ25外圆上偏差+1.2，下偏差-0.4。外圆表面沿轴线长度方向的加工余量和公差：查表可得这些公差均为1.7-2.2.对所查公差数据进行圆整：直径方向余量均取2mm，外圆表面沿轴线长度方向的余量均取2mm，同时对各余量进行综合考虑，17.6左侧和右侧的余量值可以加入到17.6轴向方向的长度内，基本确定为14mm，其他轴线和圆周长度就在直径方向上加4mm（其中Φ61.5圆整为Φ61.5）。这样，毛坯的所有尺寸基本确定下来了。1.3.3设计毛坯图毛坯图的表示误差分析：δ定位=a+Δ+a定外圆锥面定位可消除其配合间隙，获得很高的径向定位精度。常用的有小锥度定位和大锥度定位。2.3工件的夹紧及夹紧装置2.3.1夹紧的基本概念定位和夹紧是安装工件时密切相关的两个问题，必须一起考虑，工件定位后，必须要靠夹紧装置来确保工件在整个加工过程中始终保持在准确位置上，保证加工质量，生产效率。一般夹紧装置由三部分组成：力源部分，中间传力机构，加紧元件。2.3.2夹紧装置分类和效用简单加紧机构①楔块夹紧：夹紧后能够自锁（楔块升角小于摩擦角），夹紧力不大，通常与其他夹紧方式组合使用，或用于夹紧力不大的工序中。②螺旋夹紧：构件主要是螺钉和螺母，结构简单，夹紧可靠，夹紧力大，自锁牢靠，通用性大。③偏心夹紧：操作迅速，构造简单，但工作行程小，自锁性差，夹紧力一般。组合夹紧①螺钉-压板夹紧机构。②偏心轮-压板夹紧机构。④其他形式组合夹紧机构。2.4专用夹具的设计2.4.1设计专用夹具的基本要求设计夹具必须满足工艺要求，结构性能可靠，使用省力安全，操作方便，有利于实现优质、高产、低耗，改善劳动条件，提高标准化，通用化，系列水平。要深入现场、联系实际、确定设计方案时，应征求教师意见，经审后进行设计。具有良好的结构工艺性，即所设计的夹具应便于制造、检验、装配、调整、维修，且便于切屑的清理和排除。夹具设计必须保证图样清晰、完整、正确、统一。对精密、重大、特殊的夹具应附有使用说明书和设计计算书。2.4.2设计夹具的依据工装设计任务书。（2）工件的工艺规程。（3）产品的图纸和技术要求。（4）有关国家标准、行业标准和企业标准。（5）国内外典型工装图样和有关资料。（6）工厂设备清单。（7）生产技术条件。2.4.3设计夹具的程序和内容明确设计任务熟悉被加工件的图样分析被加工间的工艺规程核对夹具设计任务书收集资料，深入调研确定夹具设计方案，绘制结构示意图绘制装配图第三章尾接杆工序75、80铣削加工夹具设计3.1机床夹具设计方法和步骤夹具是机械加工中的重要部分，夹具设计的合理与否，直接影响到被加工零件的加工精度等参数。首先确定工件的定位方式，然后进行误差分析，确定夹紧方式，夹紧力的计算，对夹具的主要零件进行结构设计。夹具的设计主要分为四个阶段：设计前的准备工作。熟悉工序图。了解所用的机床、刀具的情况。了解生产批量和对夹具的需用情况。了解夹具制造车间的生产条件和技术现状。准备好设计夹具要使用的各种标准、工厂规定、典型夹具图册和有关设计的指导性及参考性资料等。2、拟定夹具的结构方案工件的定位方案、夹紧方案、对刀或导引方案等。3、绘制夹具总图。4、绘制夹具零件图。3.2定位方法与定位元件的选用图8：工序75铣削加工过程和定位方式图9：工序80铣削加工过程和定位方式由工序图可知，该铣削过程分为两个工序，一个是工序75：铣凸R，以Φ30.7的中心线为基准，在万能铣床6H82采用专用刀具和专用夹具；工序80：铣平面，以Φ52.5的中心线为基准铣平面，保证铣后和表面A平齐，在立式铣床6H13上采用专用刀具和专用夹具。下面对铣削过程进行分析，并设计铣床用夹具。加工过程的分析分析可知，加工工件的两个工序对工件的定位和加紧要求是一样的，因此可以设计相同的铣床夹具。对铣削过程进行分析可知，加工要求限制工件的5个自由度，分别为沿X轴的移动，沿Z轴的移动，沿X轴、Y轴、Z轴的旋转。工件沿Y轴的移动并不影响工件的加工。定位基准的选择：为了限制工件在加工过程中的5个自由度，同时为了保证加工过程中的加工质量，结合工件自身的结构特性，选取沿轴线方向Φ35外圆面、Φ50左端面作为定位基准面。定位件的选取通过分析加工过程，可知要限制工件的5个自由度，通过结合工件自身的结构特点，选取长V型块、圆柱销（为经过加工的圆柱销）和一平面组合件进行定位，并进行说明。分析可知，两个工序可以使用同一个铣床夹具，定位基准选取的是端面和外圆轴面，根据机床各类夹具的特点及其误差，在此选取平面和V形块组合定位的方法，根据“六点定则”和定位原则，综合分析诸多因素，得到以下定位方案：长V型块、圆柱销（为经过加工的圆柱销）和一平面组合定位。要进行凸R和平面铣削，同时在平面铣削中要保证加工厚度，必须限制工件的五个自由度，下面对这一设计进行综合分析：长V型块：作用于Φ35圆柱面，限制了工件沿Z轴的移动和绕Z轴的旋转、沿Y轴的移动和绕Y轴的旋转，共四个自由度；同时为了保证圆柱面在夹紧力作用下受力均匀和不被夹伤，与V型块配合的加紧装置，采用与圆柱面弧度相同的Φ35.7的圆弧面（如图10所示）。图10：V型块和配用的弧形夹紧装置加工后的圆柱销（如图11）：作用于工件Φ50左端面，限制工件沿X轴的移动，共一个自由度。图11：加工后的圆柱销定位平面定位（如图12）：使用一平面与工件要铣削部分相贴合限制工件沿X轴的旋转。共一个自由度。采用浮动支撑，同时，通过测算的的浮动支撑的支撑力可以抵消一部分铣削力，从而减少工件的变形。图12：平面定位综上可知：该定位方案限制了工件的六个自由度，产生了过定位。但分析可知，过定位并不会影响工件的加工。计算上述方案中存在的误差δ误差影响精度的因素（造成误差的原因）在加工工序所规定的精度要求中，与夹具密切相关的是被加工表面的位置精度——位置尺寸和相互位置关系的要求。影响该位置精度的因素可为δ定基δ安装δ加工，三部分，夹具设计应充分考虑估算各部分误差，使其综合影响不致超过工序所允许的限度。δ定基是指由于定位基准与原始基准不重合而引起的原始尺寸的误差，它的大小已由工艺规程所确定。家具设计者对它无法直接控制，且最好采用基准重合原则。δ安装是指与工件在夹具上以及夹具在机床上安装的有关误差，它包括以下因素：工件在夹具上定位时所产生的定位误差δ定位。工件因夹紧而产生的误差δ夹紧，是指在夹紧力作用下，因夹具和工件的变形而引起的原始基准或加工表面在原始尺寸方向上的位移。家具在机床上的安装误差δ安装，是指由于夹具在机床上的位置不正确而引起的原始基准的原始尺寸方向上的最大位移。δ加工是指在加工中由于工艺系统变形、磨损以及调整不正确等而造成的原始尺寸的误差。以上诸因素都是造成被加工表面位置误差的原因，它们在原始尺寸上的总和应小于该尺寸的公差δ，及满足公式：本方案中误差的分析在上述方案中定位基准和工序设计基准重合，所以δ定基=0。定位误差。主要使用长V型块进行定位，由于平面定位本身误差不计，V形块本身有定位误差，但产生的误差对水平方向上无误差影响。夹紧误差，因材料使用合金高，硬度很高，且夹紧力度并不是很大，因而夹紧误差甚小，可忽略不计。夹具的安装误差。由于夹具中V型块定位和底面B的平行度误差等会引起工件的倾斜，从而造成被加工平面的倾斜。其平行度要求为0.02。因此，在铣削平台上误差范围在0.02以内。与加工方法有关的误差δ加工。对刀块的位置尺寸误差，调刀误差、铣刀的跳动、机床工作台面的倾斜，均会引起加工误差，可根据生产经验并参照经济加工精度，大约取为0.005。以上诸项可能造成的最大误差为0.025mm，在所要要求的误差0.05的范围以内。因此可以得到结论：这个铣床夹具能保证工件的精度要求。3.3绘制尾接杆铣床夹具的装配图图13：铣床夹具主视图图14：铣床夹具左视图图15：铣床夹具俯视图参考文献[1]阎光明,侯忠滨,张云鹏.现代制造工艺基础.西安：西北工业大学出版社,2007.[2]王长春，孙步功.互换性与测量技术.北京：北京大学出版社,2010.[3]马兰.机械制图.北京:机械工业出版社,2006.[4]陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具.北京:机械工业出版社,2005.[5]濮良贵,纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社,2006.[6]王先逵.机械加工工艺手册(工艺基础卷).北京:机械工业出版社，2007.致谢历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了