壳体支架加工工艺及其夹具设计说明书

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）②确定进给量：查铰孔切削用量表，取切削速度v为7m/min。由式n=1000v/(πd)可求得该工序铰刀转速n=1000×7/(3.14×8)r/min=111.5r/min，查卧式铣床主轴转的实际切削速度v=nπd/1000=300×3.14×40/1000m/min=37.68m/min。2.5.2时间定额的计算第三章专用夹具设计3.1铣床夹具设计3.1.1铣床夹具的设计要点（1）定位装置的设计要点铣削时一般切削用量和切削力较大，又是多刃连续切削，因此铣削时极易产生振动。设计定位装置时，应特别注意工件定位的稳定性及定位装置的刚性。如尽量增大主要支承的面积，导向支承的两个支承点要尽量相距远些，止推支承应布置在工件刚性较好的部位并要有利于减小夹紧力。还可以通过增大定位元件和夹具体厚度尺寸，增大元件之间的连接刚性，必要时可采用辅助支承等措施来提高工件安装刚性。（2）夹紧装置设计要点夹紧装置要求具有足够的夹紧力和良好的自锁性能，以防止加紧机构因振动而松动；夹紧力的施力方向和作用点要合理，，必要时可采用辅助支承或浮动夹紧机构，以提高夹紧刚度。由于夹紧元件和传力机构等要直接承受较大的切削力和夹紧力，尤其是夹具体，要承受各种作用力，因此要求有足够的强度和刚度。此外，在成品批量较大的情况下，为提高生产率，因尽量采取快速联动夹紧装置及机械化传动装置，以节省装卸工件的辅助时间。（3）定位键和对刀块装置的设计定位键安装在夹具体底面的纵向槽中，一般使用两个，其距离尽可能布置得远些。通过定位键与铣床工作台T形槽配合，使夹具上定位元件的工作表面对工作台的进给方向具有正确的相对位置。定位键还能承受部分切削力矩，以减小夹具体与工作台连接螺栓的负荷，并增强铣床夹具在加工过程中的稳定性。对刀装置由对刀块和塞尺两部分组成，用以确定刀具对夹具体的相对位置。对刀块通常制成单独元件，用定位销和螺钉紧固在夹具体上，为操作方便及使用安全，对刀块因布置在进给方向的后方。（4）夹具体的设计由于铣削时的切削力和振动较大，因此，铣床夹具的夹具体不仅要有足够的刚度和强度，还因使工件的加工面尽可能靠近工作台面，以降低夹具的重心，提高加工时夹具的稳定性。3.1.2定位基准的选择和定位误差的分析1.定位基准的选择本夹具主要用来粗铣Φ35孔右端面。粗铣Φ35孔右端面时，均有表面粗糙度要求。本道工序仅是对通孔的右端面进行粗加工。工件以机架上左边的挡板及底面为定位基准。夹紧时，由右端可调节螺母通过螺杆带动V型块向左运动，从而实现工件的夹紧。在本道工序加工时，还应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。2.定位误差的分析本工序选用的工件以圆孔在定位销上定位，定位销为水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向，且向下。式中——定位副间的最小配合间隙（mm）；——工件圆孔直径公差（mm）；——定位销外圆直径公差（mm）。3.1.3铣削力和夹紧力的计算查相关资料得：铣削力计算公式为圆周分力式（3-1）查表可得：代入公式（3-1）得=查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为：铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡。即：（）计算出的理论夹紧力F再乘以安全系数k既为实际所需夹紧力即：取k=23.1.4夹具的结构组成1.对刀块的结构组成对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。由于本道工序是完成Φ35孔右端面的粗铣加工，所以选用方形对刀块。方形对刀块的结构和尺寸如图所示：图3.1对刀块图2.塞尺的结构组成塞尺选择平塞尺，其结构如图3.2所示：图3.2平塞尺图3.夹紧装置的设计考虑到夹紧装置的夹紧力，加工的可靠性，加工的效率，夹具生产的经济性，本夹具可选择手动螺旋夹紧。3.1.5夹具的操作方法本夹具主要用来粗铣Φ35孔的右端面。粗铣Φ35孔的右端面时，均有表面粗糙度要求。工件以机架上左边的挡板及底面为定位基准。夹紧时，由右端可调节螺母通过螺杆带动V型块向左运动，从而实现工件的夹紧。当工件加工完成后，将可调节螺母向右旋出，带动V型块一起向后运动，从而实现工件的松开，即可取下工件。3.2镗床夹具设计3.2.1镗床夹具的设计要点设计镗床夹具时，除合理确定其类型并处理好工件的定位及夹紧外，还必须解决镗套、镗杆、支架和底座等设计问题。1.镗套的选择和设计（1）镗套的结构形式镗套的结构和精度对被镗孔的精度及表面粗糙度有直接影响，因此应根据工件的不同加工要求和加工条件合理设计或选用，常用的镗套有两类，即固定式镗套和回转镗套。1）固定式镗套图3.3固定式镗套与快换钻套结构相似，加工时镗套不随镗杆转动。2）回转式镗套在镗孔过程过随镗杆一起转动，镗杆相对镗套只有相对移动而无转动，从而减少了镗套的磨损，不会因摩擦发热出现“卡死”现象。因此，此类镗套适用于高速镗孔。回转式镗套又分为滑动式和滚动式两种。图3.4回转式镗套1,6-镗套；2-滑动轴承；3-镗模支架；4-滚动轴承；5-轴承端盖滚动式回转镗套一般用于镗削孔距较大的孔隙，当被加工孔径大于镗套孔径时，需在镗套上开引刀槽，使装好刀的镗孔能顺利进入。为确保镗刀进入引刀槽，镗套上有时设置尖刀槽，如图3-5所示。（2）镗套的尺寸镗套的内径取决于镗杆引导部分的直径d；镗套的长度H则与镗套的类型和布置方式有关，一般取：固定式镗套H=(1.5~2)d，滑动回转式镗套H=(1.5~3)d；滚动回转式镗套，H=0.75d。对于单支承所采用的镗套，H=0.75d。（3）镗套的技术要求1）镗套材料及热处理图3.5回转镗套的引刀槽及尖头键镗套材料可选用铸铁、青铜、粉末冶金或刚制成，硬度一般低于镗杆的硬度。当生产批量不大或孔径较大时，多选铸铁；负荷大时采用50钢或20钢，渗碳淬硬至55~60HRC；青铜比较贵，多用于高速镗削及生产批量较大的场合。2）镗套的公差和粗糙度镗套内径的公差带为H6或H7；镗套外径的公差带，粗镗用g6，精镗用g5；镗套内径与外径的同轴度公差一般为Φ0.01mm，内径的圆度误差对被镗孔的形状精度影响极大，故其圆柱度公差一般按0.01~0.02mm取值，粗糙度值为0.4~0.1um。外圆粗糙度值取0.8~0.4um。2.镗杆设计（1）镗杆的结构镗杆有整体式和镶条式两种。图3-6为用于固定式镗套的镗杆导向部分结构。当镗杆导向部分直径d<50mm时，常采用整体式结构。当镗杆导向部分直径d>50mm时，常采用镶条式结构。镶条应采用摩擦因数小和耐磨的材料，如铜或钢。镶条磨损后，可在底部加垫片，重新修磨使用。这种结构的摩擦面积小，容屑量大，不易“卡死”。图3-7为用于回转镗套镗杆引进结构。在镗杆前设置平键，键下装有压缩弹簧，键的前部有斜面，适用于开有键槽的镗套。无论镗杆以何位置进入镗套，平键均能自动进入键槽，带动镗套回转。如图3-7（b）所示的镗杆上开有键槽，其头部做成小于45°的螺旋引导结构，可与如图3-5所示装有尖头键的镗套配合使用。图3.6用于固定式镗套的镗杆导向部分结构图3.7用于回转镗套镗杆引进结构（2）镗杆的尺寸镗杆的尺寸对镗杆刚性的影响很大，镗杆尺寸的设计主要是确定恰当的直径和长度。确定镗杆直径时，应保证镗杆的刚度和镗孔时应有的容屑空间，一般取d=(0.6~0.8)D。设计镗孔时，镗孔直径D、镗杆直径d、镗刀截面B×B之间的关系，一般符合下式(D-d)/2=(1~1.5)B（3）镗杆的技术要求及材料镗杆的制造精度对其回转精度有很大影响，所以其导向部分的直径公差要求较高，一般取：镗杆引导表面的直径公差：粗镗取g6，精镗取g5。镗杆要求表面硬度高而芯部有较好的韧性。因此，镗杆材料一般多采用45钢或40Cr钢经热处理后制成，也可采用20钢、20Cr钢经渗碳淬火后制成，对要求较高的镗杆，可用氮化钢38CrMoAlA制成，但其热处理工艺较复杂。3.浮动街头双支承镗模的镗杆均采用浮动接头与机床主轴连接。如图3-8所示，镗杆1上拨动销3插入接头体2的槽中，镗杆与接头体之间留有浮动间隙，接头体的锥柄安装在主轴锥孔中。主轴的回转可通过接头体。拨动销传给镗杆。图3.8浮动接头1-镗杆；2-接头体；3-拨动销3.2.2镗床夹具的结构分析和误差分析1.镗床夹具的结构分析图3-9为支架壳体镗孔的工序图。该支架的装配基准a面及侧面b均已精加工，本工序采用粗精镗Φ35H7和Φ40H7两个孔。除应保证各孔尺寸精度外，还需满足两孔同轴度公差为Φ0.01mm。遵循基准重合原则，选择a、b、c面作为定位基准，其中a面为主要定位基准。定位元件选用两块带侧力面的支承板3限制工件的五个自由度，挡销5限制一个自由度，从而达到完全定位。夹紧力的方向指向主要定位基准面a，为装卸工件方便，采用四块开槽压板，用螺栓螺母手动夹紧。由于切削速度不大，同时为了易于保证加工技术要求，加工Φ35H7和Φ40H7孔采用固定式镗套，并采用双支承引导，以增强镗杆刚度。为了镗模在镗床上安装方便，底板上加工出找正基面D。镗模底板下部采用多条十字加强肋，以增强刚度。为了起吊镗模，底座上还设计了四个起吊螺栓。图3.9支架壳体工序图1.镗床夹具的误差分析分析影响Φ35H7和Φ40H7两孔同轴度的加工误差。（1）定位误差△D由于两孔同轴度与定位方式无关，故△D=0（2）导向误差△T它包括镗套和镗杆的配合间隙所产生的导向误差和两镗套位置误差所产生的导向误差。镗套和镗杆的配合为Φ25，其最大间隙为=0.013+0.009=0.022mm两镗套间最大距离为440mm，故tana=0.022/440=0.00005mm被加工孔的长度为40mm，这样，由于镗套与镗杆的配合间隙所产生的导向误差为△T1=2×40×0.00005=0.004mm又因前后两镗套孔轴线的同轴度公差为0.005mm，故由于两镗套位置误差所产生的导向误差为△T2=0.005mm总的导向误差△T为△T=△T1+△T2=0.004+0.005=0.009mm（3）安装误差△A因两孔同时镗削，且镗杆由两镗套支承，则两孔同轴度与夹具位置误差无关，故△A=0（4）加工方法误差△G（5）使用该夹具时容易产生变形的环节在镗杆，但由于采用了双支承结构，且加工面力镗套较近。故可认为△G=0支架壳体镗孔加工精度计算列于表3-1中。表3.1支架壳体镗孔加工精度计算误差名称加工要求Φ35H7和Φ40H7两孔同轴度0.01定位误差△D0导向误差△T0.009夹具误差△A0加工方法误差△G0加工总误差夹具精度储备=0.01-0.009=0.001>0经计算，该夹具具有一定的精度储备，能满足Φ35H7和Φ40H7两孔同轴度的精度要求。3.2.3切削力和夹紧力的计算1.镗孔切削力的计算查表可知，镗孔切削力的计算公式为其中，修正系数取0.75，故=412×××0.75=36997.68N2.夹紧力的计算因为工件以压板平面定位，切压紧力与切削力的方向垂直，故夹紧力的计算公式为其中，安全系数K取1.5，取1.2，取0.75，故=1.5×36997.68/(1.2+0.75)=28459.75N3.2.4镗床夹具的结构组成一般镗模由定位元件、夹紧装置、引导元件（镗套）、夹具体（镗模支架和镗模底座）四部分组成。总结持续两个多月制作毕业设计的过程即将就近尾声，毕业答辩也进入倒计时。回顾整个大四下学期，几乎都是逃不过毕业设计这个话题，总得而言，我们的时间是比较充分的，与此同时，我们的毕业设计的内容量及难度也是与之成正比，所以从开始时我便觉得，毕业设计是我们在大学里必须要重视的一件事，同时也可以说是大四毕业的象征。其实在大四上期，毕业设计老师的选择、设计题目的布置已经完成，还记得指导老师伍老师在大四那个寒假嘱咐我们说放假期间在家要好好看看毕业设计相关内容的书，为做毕业设计做好准备工作。于是放假前我特意去图书馆借了两本关于毕业设计的书。遗憾的是寒假里我并没有花什么时间在看书上，更别提毕业设计了。大四下期开学，伍老师便给我们开了一个动员会，敦促我们尽快开始毕业设计的准备工作。或许是意识到了时间的紧迫性，我们几个也变得忙碌起来，上网查资料，图书馆借书籍，我通过各种媒介来获取能够给毕业设计带来帮助的资料。同时自己也开始的毕业设计的制作，由于准备工作完成的不错，我的进度也是较快，并且任务量也在自己预留的时间安排下得以完成。我此次毕业设计的题目是支架壳体的加工工艺及其夹具设计，总得来说主要是分为加工工艺和夹具设计两部分，而其中加工工艺又占据更重要的地位，而夹具部分，则对图纸的要求更为看重。所以我的重心也比较明确，前期主要弄懂这个零件的加工工艺过程，为此我翻出了大二时的一本课程设计的教材，重新去回顾其中有关于加工工艺的内容，然后根据壳体零件的实际情况，慢慢开始了工艺规程的设计，从对零件的分析，到确定毛坯，再到拟定工艺路线，每一个步骤都是按照教材中的参考进行，因此也显得比较规范。在之后向老师汇报进度时，伍老师又给我指出了其中的不足和有待改进的地方，于是我便针对老师的建议和意见进行修改，让自己的加工工艺更加完善。在设计加工工艺规程的过程中，我发现不论是做什么事情，都要用心去弄懂，而不只是浮在纸面上，网络上的参考资料很多，不是我们随便拿来便可以应付了事。真正的是要自己去理解，看懂的同时也要知道为什么是这样，这样做有哪些好处等等。尤其是爱工艺路线上，不只有一种路线，所以我们就应该对比不同加工方法下彼此的优劣，哪种加工方法更优秀，我便选择它。然后是加工余量和工序尺寸的确定，这个步骤按照相关的计算方法计算便是，只需要花一点时间计算就好。到了后面的夹具设计时，虽然夹具零件图有参照，比较好画，但是夹具的装配图，在没有看足够多的资料的情况下，自己设计出来显然是有难度的，然而幸运的是我在图书馆借到了一本有关夹具设计的书籍，而上面正好有一个支架壳体的镗孔夹具装配图，于是便成了我极大的参考，我只需要稍作修改便可以参照着装配图画图了。等到图纸画完，基本上毕业设计也接近尾声。开题报告、外文翻译、工序卡片等等相关的附件也只需要逐一修改便可以直接打印出来。所有的工作量也都差不多完成，接下来就只需要给老师最后一次的检查，之后再稍作修改便是。回顾整个过