毕业设计-加工工艺与钻床夹具设计

题目：加工工艺与钻床夹具设计摘 要本设计是CA6140操纵机构杠杆零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。CA6140杠杆零件的主要加工表面是平面及孔。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔的加工精度。基准的选择以杠杆45外圆面作为粗基准，以25孔及其下表面作为精基准。先将底面加工出来，然后作为定位基准，在以底面作为精基准加工孔。整个加工过程选用组合机床。在夹具方面选用专用夹具。考虑到零件的结构尺寸简单，夹紧方式多采用手动夹紧，夹紧简单，机构设计简单，且能满足设计要求。关键词 杠杆零件，加工工艺，夹具，定位，夹紧I河南工业职业技术学院毕业设计目录摘要..........................................................................Ⅰ1绪论.......................................................................11.1课题背景及发展趋势...................................................11.2夹具的基本结构及设计内容...........................................12杠杆加工工艺规程设计...............................................32.1零件的分析.....................................................32.1.1零件的作用................................................32.1.2零件的工艺分析............................................32.2杠杆加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施.............42.2.1确定毛坯的制造形式........................................42.2.2基面的选择................................................42.2.3确定工艺路线..............................................42.2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定....................52.2.5确定切削用量..............................................72.2.6确定基本工时.............................................122.3小结..........................................................143专用夹具设计......................................................153.1加工工艺孔Φ25夹具设计........................................153.1.1定位基准的选择...........................................153.1.2切削力的计算与夹紧力分析.................................163.1.3夹紧元件及动力装置确定...................................173.1.4钻套、衬套、钻模板及夹具体设计...........................173.1.5夹具精度分析.............................................193.1.6夹具设计及操作的简要说明.................................213.2粗精铣宽度为30mm的下平台夹具设计.............................213.2.1定位基准的选择...........................................213.2.2定位元件的设计...........................................211河南工业职业技术学院毕业设计3.2.3 定位误差分析 223.2.4 铣削力与夹紧力计算 233.2.5 夹具体槽形与对刀装置设计 233.2.6 夹紧装置及夹具体设计 263.2.7 夹具设计及操作的简要说明 273.4小结 274 总结 28参考文献 29致谢 302河南工业职业技术学院毕业设计绪论加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展 ,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。1.1课题背景及发展趋势材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，对中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。1.2夹具的基本结构及夹具设计的内容按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类 :定位元件及定位装置；夹紧元件及定位装置(或者称夹紧机构)；夹具体；对刀,引导元件及装置(包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等)；动力装置；分度,对定装置；1河南工业职业技术学院毕业设计其它的元件及装置(包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉,销钉,键和各种手柄等)；每个夹具不一定所有的各类元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之,按照加工等方面的要求,有些夹具上还需要设有其它装置及机构,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。专用夹具的设计主要是对以下几项内容进行设计：（1）定位装置的设计；（2）夹紧装置的设计；（3）对刀-引导装置的设计；（4）夹具体的设计；（5）其他元件及装置的设计。2杠杆加工工艺规程设计2.1零件的分析2.1.1零件的作用题目给出的零件是 CA6140的杠杆。它的主要的作用是用来支承、固定的。要求零件的配合要符合要求。2.1.2零件的工艺分析零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，为此以下是杠杆需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下：（1）主要加工面：1）小头钻Φ2500.023以及与此孔相通的Φ14阶梯孔、M8螺纹孔；2）钻Φ12.700.1锥孔及铣Φ12.700.1锥孔平台；3）钻2—M6螺纹孔；4）铣杠杆底面及 2—M6螺纹孔端面。（2）主要基准面：1）以Φ45外圆面为基准的加工表面这一组加工表面包括：Φ2500.023的孔、杠杆下表面2）以Φ2500.023的孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：Φ14阶梯孔、M8螺纹孔、Φ12.700.1锥孔及Φ12.700.1锥孔平台、2—M6螺纹孔及其倒角。其中主要加工面是 M8螺纹孔和Φ12.700.1锥孔平台。杠杆的Φ25孔的轴线合两个端面有着垂直度的要求。现分述如下：本套夹具中用于加工Φ25孔的是立式钻床。工件以Φ25孔下表面及Φ45孔外圆面为定位基准，在定位块和V型块上实现完全定位。加工Φ25时，由于孔表面粗糙度为Ra1.6m。主要采用钻、扩、铰来保证其尺寸精度。本套夹具中用于加工杠杆的小平面和加工 Φ12.7是立式铣床。工件以 2500.0233孔及端面和水平面底为定位基准，在长销、支承板和支承钉上实现完全定位。加工表面：包括粗精铣宽度为 30mm的下平台、钻Ф12.7的锥孔，由于30mm的下平台的表面、孔表面粗糙度都为 Ra 6.3m。其中主要的加工表面是孔 Ф12.7，要用Ф12.7钢球检查。本套夹具中用于加工与 Φ25孔相通的 M8螺纹底孔是用立式钻床。工件以0.023250 孔及其下表面和宽度为 30mm的下平台作为定位基准，在大端面长圆柱销、支承板和支承钉上实现完全定位。 加工M8螺纹底孔时，先用Φ7麻花钻钻孔，2.2杠杆加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施2.2.1确定毛坯的制造形式零件的材料HT200。由于年产量为4000件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。2.2.2基面的选择（1）粗基准的选择 对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的不加工表面是加强肋所在的肩台的表面作为加工的粗 基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用一个 V形块支承 45圆的外轮廓作主要定位，以限制 z、z、y、y四个自由度。再以一面定位消除 x、x两个自由度，达到完全定位 ,就可加工Φ25的孔。2）精基准的选择主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用Φ25的孔作为精基准。2.2.3确定工艺路线表2.1工艺路线方案一工序1粗精铣Φ25孔下表面工序2钻、扩、铰孔使尺寸到达0.023mmФ2504工序3粗精铣宽度为30mm的下平台工序4钻Ф12.7的锥孔工序5加工M8螺纹孔，锪钻Ф14阶梯孔工序6粗精铣2-M6上端面工序7钻2-M6螺纹底孔孔，攻螺纹孔2-M6工序8检查表2.2工艺路线方案二工序1粗精铣Ф25孔下表面工序2钻、扩、铰孔使尺寸到达Ф2500.023mm工序3粗精铣宽度为30mm的下平台工序4钻Ф12.7的锥孔工序5粗精铣2-M6上端面工序6钻2-Ф5孔，加工螺纹孔2-M6续表2.2工序7加工M8螺纹孔，锪钻Ф14阶梯孔工序8检查工艺路线的比较与分析：第二条工艺路线不同于第一条是将 “工序5钻Ф14孔，再加工螺纹孔M8”变为“工序7粗精铣M6上端面”其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动影响生产效率。而对于零的尺寸精度和位置精度都没有太大程度的帮助。以Ф25mm的孔子外轮廓为精基准，先铣下端面。再钻锥孔，从而保证了两孔中心线的尺寸与右端面的垂直度。符合先加工面再钻孔的原则。若选第二条工艺路线而先上端面， 再“钻Ф14孔，加工螺纹孔 M8”不便于装夹，并且毛坯的端面与轴的轴线是否垂直决定了钻出来的孔的轴线与轴的轴线是非功过否重合这个问题。所以发现第二条工艺路线并不可行。从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第一个方案也比较合理想。所以5我决定以第一个方案进行生产。具体的工艺过程如表2.3所示。表2.3最终工艺过程工序1粗精铣杠杆下表面。保证粗糙度是3.2选用立式升降台铣床X52K。工序2加工孔Φ25。钻孔Φ25的毛坯到Φ22mm；扩孔Φ22mm到Φ24.7mm；铰孔Φ24.7mm到Ф2500.023mm。保证粗糙度是1.6采用立式钻床Z535。采用专用夹具。工序3粗精铣宽度为30mm的下平台，仍然采用立式铣床X52K，用组合夹具。工序4钻Ф12.7的锥孔，采用立式钻床Z535，为保证加工的孔的位置度，采用专用夹具。工序5加工螺纹孔M8，锪钻Ф14阶梯孔。用组合夹具，保证与垂直方向成10゜。工序6粗精铣M6上端面。用回转分度仪加工，粗精铣与水平成36゜的台肩。用卧式铣床X52K，使用组合夹具。工序7钻2-M6螺纹底孔、攻2-M6螺纹用立式钻床Z535，为保证加工的孔的位置度，采用专用夹具工序8检查2.2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定杠杆的材料是HT200，毛坯的重量0.85kg，生产类型为大批生产。由于毛坯用采用金属模铸造,毛坯尺寸的确定如下：由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。毛坯与零件不同的尺寸有：(具体见零件图)故台阶已被铸出,根据参考文献[14]的铣刀类型及尺寸可知选用 6mm的铣刀进行粗加工,半精铣与精铣的加工余量都6为0.5mm。1）加工Φ25的端面，根据参考文献[8]表4-35和表4-37考虑3mm，粗加工2mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工 1mm，同理上下端面的加工余量都是2mm。2）对Φ25的内表面加工。由于内表面有粗糙度要求 1.6。可用一次粗加工1.9mm，一次精加工0.1mm就可达到要求。3）加工宽度为30mm的下平台时，用铣削的方法加工台肩。由于台肩的加工表面有粗糙度的要求 Ra 6.3m，而铣削的精度可以满足，故采取分四次的铣削的方式，每次铣削的深度是 2.5mm。4）钻锥孔Φ12.7时要求加工一半，留下的余量装配时钻铰，为提高生产率起见，仍然采用Φ12的钻头，切削深度是 2.5mm。5）钻Ф14阶梯孔，由于粗糙度要求 Ra 3.2m，因此考虑加工余量 2mm。可一次粗加工1.85mm，一次精加工0.15就可达到要求。6）加工M8底孔，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量1.2mm。可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹 0.1就可达到要求。7）加工2-M6螺纹，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量1.2mm。可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹0.1mm就可达到要求。8）加工2-M6端面，粗加工2mm到金属模铸造的质量和表面粗糙度要求，精加工1mm，可达到要求。2.2.5确定切削用量工序1：粗、精铣 25孔下平面1）粗铣25孔下平面加工条件：工件材料：HT200，铸造。机床：X52K立式铣床。查参考文献[7]表30—34刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT15，D 100mm，齿数Z 8，此为粗齿铣刀。7因其单边余量：Z=1.9mm所以铣削深度ap：ap1.9mm每齿进给量af：根据参考文献[3]表2.4-75，取af0.12mm/Z铣削速度V：参照参考文献[7]表30—34，取V1.33m/s。机床主轴转速n：n1000V式（2.1）d式中V—铣削速度；d—刀具直径。由式2.1机床主轴转速n：1000V10001.3360254r/minn3.14100d按照参考文献[3]表3.1-74n300r/min实际铣削速度v：vdn3.1410030010001.57m/s100060进给量Vf：VfafZn0.128300/604.8mm/s工作台每分进给量fm：fmVf4.8mm/s288mm/mina：根据参考文献[7]表2.4-81,a40mm2）精铣25孔下平面加工条件：工件材料：HT200，铸造。机床：X52K立式铣床。参考文献[7]表30—31刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：YT15，D100mm，齿数12，此为细齿铣刀。精铣该平面的单边余量： Z=0.1mm铣削深度ap：ap 0.1mm每齿进给量af：根据参考文献[7]表30—31，取af0.08mm/Z铣削速度V：参照参考文献[7]表30—31，取V0.32m/s8机床主轴转速n，由式（）有：2.11000V10000.326061r/minn3.14100d按照参考文献[7]表3.1-31n75r/min实际铣削速度v：vdn3.141007510001000600.4m/s进给量Vf，由式（1.3）有：VfafZn0.151275/602.25mm/s工作台每分进给量fm：fmVf2.25mm/s135mm/min工序2：加工孔Φ25到要求尺寸工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为25mm，公差为H7，表面粗糙度Ra1.6m。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔——Φ22mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ24.7mm标准高速钢扩孔钻；铰孔——Φ25mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。（1）确定钻削用量1）确定进给量f 根据参考文献[7]表28-10可查出f表 0.47~0.57mm/r，由于孔深度比l/d0 30/22 1.36，klf 0.9，故f表 (0.47~0.57) 0.9 0.42~0.51mm/r。查Z535立式钻床说明书，取f 0.43mm/r。根据参考文献[7]表28-8，钻头强度所允许是进给量 f' 1.75mm/r。由于机床进给机构允许的轴向力Fmax 15690N（由机床说明书查出），根据表28-9，允许的进给量f" 1.8mm/r。由于所选进给量 f远小于f'及f"，故所选f可用。2）确定切削速度v、轴向力F、转矩T及切削功率Pm 根据表28-15，由插入法得：9v表17m/min，F表4732NT表51.69NM，Pm表1.25kW由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。由参考文献[7]表28-3，kMv0.88，klv0.75，故v'表17m/min0.880.7511.22(m/min)n'1000v'表100011.22mm/min162r/mind022mm查Z535机床说明书，取n195r/min。实际切削速度为：d0n22mm195r/min14m/minv10001000由表28-5，kMFkMT1.06，故F4732N1.065016(N)T 51.69Nm1.06 54.8Nm3）校验机床功率 切削功率Pm为（'n/n)kMMPmPm表1.25kW (195/246) 1.06 1.05kW机床有效功率P'E PE 4.5kW 0.81 3.65kW Pm故选择的钻削用量可用。即d0 22mm，f 0.43mm/r，n 195r/min，v 14m/min相应地F5016N，T54.8Nm，Pm1.05kW（2）确定扩孔切削用量1）确定进给量f根据参考文献[7]表28-31，f表（0.70.8）mm/r0.7=0.490.56mm/r。根据Z535机床说明书，取10=0.57mm/r。2）确定切削速度v及n 根据参考文献[7]表28-33，取v表 25m/min。修正系数：k0.88，kapR24.7221.02(根据/1.50.9)mvapvap2故v'表25m/min0.881.02m11.22/min'1000v'（d0)n表/100011m.2m2/min/(mm24286r/min查机床说明书，取 n 275r/min。实际切削速度为vdn103024.m7m327r5/min1021.m3/min（3）确定铰孔切削用量1）确定进给量f根据参考文献[7]表28-36，f表1.3~2.6mm，按该表注4，进给量取小植。查Z535说明书，取f1.6mm/r。2）确定切削速度v及n由参考文献[7]表28-39，取v表8.2m/min。由参考文献[7]表28-3，得修正系数kMv0.88，kapv0.99apR2524.71.2)(根据2/0.125ap故v'表8.2m/min0.880.99m7.14/minn'1000v'表/(d0)10007.14(m/min)/(25mm)91.5r/min查Z535说明书，取n100r/min，实际铰孔速度11vdn103025mm10r0/min310m7.8/min（4）各工序实际切削用量根据以上计算，各工序切削用量如下：钻孔：d022mm，f0.43mm/r，n195r/min，v14m/min扩孔：d024.7mm，f0.57mm/r，n275r/min，v21.3m/min铰孔：d025mm，f1.6mm/r，n100r/min，v7.8m/min注：其他工序的切削用量省略。2.2.6确定基本工时1）粗铣、精铣Φ25孔下平面加工条件：工件材料：HT200铸铁，b200MPa机床：X525K机床刀具：高速钢镶齿套式面铣刀粗铣的切削工时被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l90mm，刀具切入长度l1：l10.5(DD2a2)(1~3)0.5(1001002402)(1~3)7mm刀具切出长度l2：取l22mm走刀次数为1机动时间tj1：tj1ll1l29072fm0.34min288根据参考文献[5]表2.5-45可查得铣削的辅助时间 tf1 0.41精铣的切削工时被切削层长度l：由毛坯尺寸可知 l 90mm12刀具切入长度l1：精铣时l1 D 100mm刀具切出长度l2：取l2 2mm走刀次数为1机动时间tj2：tj2ll1l29010021.42minfm135根据参考文献[5]表2.5-45可查得铣削的辅助时间tf20.41铣Φ25孔下表面的总工时为：t=tj1+tj2+tf1+tf2=0.34+1.42+0.41+0.41=2.58min2）钻孔加工条件：工件材料：HT200铸铁，b200MPa机床：Z535立式钻床刀具：钻孔——标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——标准高速钢扩孔钻；铰孔——标准高速铰刀钻孔工时：切入3mm、切出1mm，进给量f 0.43mm/r，机床主轴转速n 195r/min，铰孔：d0 25mm，f 1.6mm/r，n 100r/min，v 7.8m/mint1=（30+3+1）/0.43×195=0.41min根据参考文献[5]表2.5-41可查得钻削的辅助时间 tf1 1.77扩孔工时：切入3mm、切出1mm，进给量f 0.57mm/r，机床主轴转速n 275r/mint2=（30+3+1）/0.57×275=0.22min根据参考文献[5]表2.5-41可查得钻削的辅助时间 tf2 1.77铰孔工时：切入3mm、切出1mm，进给量f 1.6mm/r，机床主轴转速n 100r/mint3=（30+3+1）/1.6×100=0.21min根据参考文献[5]表2.5-41可查得钻削的辅助时间 tf3 1.77总工时：t=t1+t2+t3+tf1+tf2+tf3=0.41+0.22+0.21+1.77+1.77+1.77=6.15min13注：其他工序的基本工时省略。2.3小结机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。对加工工艺规程的设计，可以了解了加工工艺对生产、工艺水平有着极其重要的影响。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现。14专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工杠杆零件时，需要设计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，需要设计加工工艺孔Φ25夹具、铣宽度为30mm的下平台夹具及钻 M8底孔夹具各一套。其中加工工艺孔的夹具将用于组合钻床，刀具分别为麻花钻、扩孔钻、铰刀对工件上的工艺孔进行加工。铣宽度为 30mm的下平台将用于组合铣床，刀具为硬质合金端铣刀 YG8对杠杆的Φ25孔下表面进行加工。钻M8底孔夹具采用立式钻床，先用麻花钻钻孔，再用丝锥攻螺纹。3.1加工工艺孔Φ25夹具设计本夹具主要用来钻、扩、铰工艺孔Φ25。这个工艺孔有尺寸精度要求为 +0.023，表面粗糙度要求，表面粗糙度为Ra 1.6m，与顶面垂直。并用于以后各面各孔加工中的定位。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本到工序为杠杆加工的第二道工序，加工到本道工序时只完成了杠杆下表面的粗、精铣。因此再本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。3.1.1定位基准的选择由零件图可知，工艺孔位于零件中心偏左，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。为了保证所钻、铰的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣Φ25下表面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择选用Φ45外圆面作为定位基准，用 V型块定位限制4个自由度。再以Φ25下表面加3个支撑钉定位作为主要定位基面以限制工件的三个自由度。为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准高速钢麻花钻刀具对工艺孔 Φ进行钻削加工；然后采用标准高速钢扩孔钻对其进行扩孔加工；最后采用标准高速铰刀对工艺孔Φ25进行铰孔加工。准备采用手动夹紧方式夹紧。153.1.2切削力的计算与夹紧力分析由于本道工序主要完成工艺孔的钻、扩、铰加工，而钻削力远远大于扩和铰的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由参考文献 [9]得：钻削力F26Df0.8HB0.6钻削力矩T10D1.9f0.8HB0.6式中：D25mmHBHBmax1HBmaxHBmin255125518723233f 0.15mmr

1F26250.80.63N755.20.15232T101.90.0.80.62N61m7m42515232本道工序加工工艺孔时，工件的 Φ45外圆面与V形块靠紧。采用带光面压块的压紧螺钉夹紧机构夹紧，该机构主要靠压紧螺钉夹紧，属于单个普通螺旋夹紧。根据参考文献[11]可查得夹紧力计算公式：W0QL式（3.1）'tg1rZtg(2'r)式中： W0—单个螺旋夹紧产生的夹紧力（ N）；Q—原始作用力（N）；L—作用力臂（mm）；r'—螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（ mm）；1—螺杆端部与工件间的摩擦角（°）；rZ—螺纹中径之半（mm）；—螺纹升角（°）；2'—螺旋副的当量摩擦角（°）。由式（3.1）根据参考文献[11]表1-2-23 可查得点接触的单个普通螺旋夹紧力：16W035501895N4(310'950')3.1.3夹紧元件及动力装置确定由于杠杆的生产量很大，采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应用也比较广泛。因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。采用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。本道工序夹具的夹紧元件选用带光面压块的压紧螺钉。旋紧螺钉使其产生的力通过光面压块将工件压紧。带光面压块的压紧螺钉的结构如图 3.1所示。图3.1 带光面压块的压紧螺钉3.1.4钻套、衬套、钻模板及夹具体设计工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔Φ25mm分钻、扩、铰三个工步完成加工。钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔——Φ22mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ24.7mm标准高速钢扩孔钻；铰孔——Φ2500.023mm标准高速铰刀。根据参考文献[11]表2-1-47 可查得钻套孔径结构尺寸如图 3.2及表3.1所示。17图3.2快换钻套表3.1铰工艺孔钻套结构参数如下表：DdHD1D2hh1mm1r公称尺寸公差+0.0212225304642125.5181829.555°+0.008衬套选用固定衬套其结构如图 3.3所示。图3.3 固定衬套衬套选用固定衬套其结构参数如表 3.2所示。表3.2 固定衬套的结构尺寸dDCC1H公称尺寸允差公称尺寸允差18+0.041+0.03330254213+0.020+0.017根据参考文献[11]表2-1-27固定V型块的结构及主要尺寸如图 3.4及表3.3所示。图3.4V型块表3.3V型块的主要尺寸NDBHLllAA1dd1d2hb4245522068201426221011181012注：T=L+0.707D-0.5N钻模板选用固定式钻模板，工件以底面及 Φ45外圆面分别靠在夹具支架的定位快及V型块上定位，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧。夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装配图ZJZ-01所示。3.1.5夹具精度分析利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工19系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。由工序简图可知，本道工序由于工序基准与加工基准重合，又采用顶面为主要定位基面，故定位误差dw很小可以忽略不计。本道工序加工中主要保证工艺孔尺寸Φ2500.023mm及表面粗糙度Ra1.6m。本道工序最后采用铰加工，选用标准高速铰刀，直径为Φ2500.023mm，并采用钻套，铰刀导套孔径为d2500021039mm，外径为D3000012023mm同轴度公差为0.005mm。固定衬套采用孔径为3000016034mm，同轴度公差为0.005mm。该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求。即要求：（1）各孔的实际轮廓受最大实体实效边界的控制即受直径为250.124.9mm的理想圆柱面的控制。（2）各孔的体外作用尺寸不能小于最大实体实效尺寸25mm。（3）当各孔的实际轮廓偏离其最大实体状态，即其直径偏离最大实体尺寸25mm时可将偏离量补偿给位置度公差。（4）如各孔的实际轮廓处于最小实体状态即其实际直径为25.023mm时，相对于最大实体尺寸25mm的偏离量为0.023mm，此时轴线的位置度误差可达到其最大值0.10.0230.123mm。即孔的位置度公差最小值为0.1mm。工艺孔的尺寸 250.023mm，由选用的铰刀尺寸 2500..015008mm满足。工艺孔的表面粗糙度 Ra1.6m，由本工序所选用的加工工步钻、扩、铰满足。影响两工艺孔位置度的因素有（如下图所示） ：（1）钻模板上两个装衬套孔的尺寸公差： 1 0.005mm2）两衬套的同轴度公差：20.005mm3）衬套与钻套配合的最大间隙：325.03425.0120.022mm4）钻套的同轴度公差：40.005mm（5）钻套与铰刀配合的最大间隙： 5 25.039 25.008 0.031mm222222dw2mm0.11234520.0390m.0m7820所以能满足加工要求。3.1.6夹具设计及操作的简要说明钻铰Φ25孔的夹具如夹具装配图 ZJZ-01所示。装卸工件时，先将工件放在定位块上；再把工件向固定 V行块靠拢，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧；然后加工工件。当工件加工完后，将带光面压块的压紧螺钉松开，取出工件。3.2粗精铣宽度为 30mm的下平台夹具设计本夹具主要用来粗精铣杠杆宽度为 30mm的下平台。由加工本道工序的工序简图可知。粗精铣杠杆宽度为 30mm的下平台时，杠杆宽度为 30mm的下平台有粗糙度要求Ra 6.3m，杠杆宽度为30mm的下平台与工艺孔轴线分别有尺寸要求2500.23mm。本道工序是对杠杆宽度为 30mm的下平台进行粗精加工。因此在本道工序加工时，主要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。3.2.1定位基准的选择由零件图可知Φ25孔的轴线所在平面和右端面有垂直度的要求是 10゜，从定位和夹紧的角度来看，右端面是已加工好的，本工序中，定位基准是右端面，设计基准是孔Φ25的轴线，定位基准与设计基准不重合，需要重新计算上下端面的平行度，来保证垂直度的要求。在本工序只需要确定右端面放平。为了提高加工效率，现决定用两把铣刀对杠杆宽度为 30mm的下平台同时进行粗精铣加工。同时为了采用手动夹紧。3.2.2定位元件的设计本工序选用的定位基准为一面两销定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对固定挡销和带大端面的短圆柱销进行设计。根据参考文献[11]带大端面的短圆柱销的结构尺寸参数如图 3.5所示。21图3.5 带大端面的短圆柱销根据参考文献[11]固定挡销的结构如图 3.6所示。图3.6 固定挡销主要结构尺寸参数如下表3.4所示。表3.4固定挡销的结构尺寸DD1HLCdh1218142641243.2.3定位误差分析本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为：销与孔的配合0.05mm，铣/钻模与销的误差 0.02mm，铣/钻套与衬套0.029mm22由公式e=(H/2+h+b)×△max/Hmax=(0.052+0.022+0.0292)1/2=0.06mme=0.06×30/32=0.05625可见这种定位方案是可行的。3.2.4铣削力与夹紧力计算本夹具是在铣钻床上使用的，用于定位螺钉的不但起到定位用，还用于夹紧，为了保证工件在加工工程中不产生振动，必须对“17”六角螺母和”11”螺母螺钉施加一定的夹紧力。由计算公式’’式（3.2）Fj=FsL/(d0tg(α+ψ1)/2+rtgψ2)Fj－沿螺旋轴线作用的夹紧力Fs－作用在六角螺母L－作用力的力臂(mm)d0－螺纹中径(mm)α－螺纹升角(゜)1－螺纹副的当量摩擦(゜)2－螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角(゜)r’－螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径(゜)根据参考文献[6]其回归方程为Fj＝ktTs其中Fj－螺栓夹紧力(N)；kt－力矩系数(cm－1)Ts－作用在螺母上的力矩(N.cm)；Fj=5×2000=10000N3.2.5夹具体槽形与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台 U形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减23轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。根据参考文献[11]定向键的结构如图 3.7所示。图3.7定向键根据参考文献[11]夹具U型槽的结构如图 3.8所示。图3.8U 型槽主要结构尺寸参数如下表3.5所示。表3.5U型槽的结构尺寸螺栓直径dDD1L2412 14 30 20对刀装置由对刀块来实现，用来确定刀具与夹具的相对位置。由于本道工序是完成杠杆宽度为 30mm下平台的粗精铣加工，所以选用直角对刀块。根据GB2243—80直角对到刀块的结构和尺寸如图 3.9所示。80 51 27 1437图3.9 直角对刀块塞尺选用平塞尺，其结构如图 3.10所示。× 四周倒圆标记图3.10 平塞尺塞尺尺寸如表 3.6所示。表3.6 平塞尺结构尺寸25公称尺寸 H 允差d C3 -0.006 0.253.2.6夹紧装置及夹具体设计夹紧装置采用移动的A型压板来夹紧工件，采用的移动压板的好处就是加工完成后，可以将压板松开，然后退后一定距离把工件取出。移动压板的结构如图 3.11所示。图3.11移动压板主要结构尺寸参数如表 3.7所示。表3.7移动压板结构尺寸LBbll1KHhh1m973011364081641.512夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构夹具装配图26ZJX-02所示。3.2.7夹具设计及操作的简要说明本夹具用于在立式铣床上加工杠杆的小平面和加工 Φ12.7。工件以 2500.023孔及端面和水平面底为定位基准，在短销、支承板和支承钉上实现完全定位。采用转动A型压板夹紧工件。当加工完一边，可松开螺钉、螺母、支承钉来加工另一边。一次加工小平面和加工 Φ12.7，如夹具装配图 ZJX-02所示。3.4小结对专用夹具的设计，可以了解机床夹具在切削加工中的作用：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的给以性能。本夹具设计可以反应夹具设计时应注意的问题，如定位精度、夹紧方式、夹具结构的刚度和强度、结构工艺性等问题。27总结本设计研究过程中仍然存在不足之处，有的问题还待于进一步深入，具体如下：1）缺乏实际工厂经验，对一些参数和元件的选用可能不是非常合理，有一定的浪费。2）与夹具相关的刀具和量具的了解还不太清楚。3）系统的设计不太完善，在与计算机配合进行精确的数据采集和控制上还有一些不足。4）使用有一定的局限：人工操作多，零部件磨损度在实际中尚不明确。28参考文献[1]刘家平，机械制图，武汉：武汉理工大学出版社， 2008.8。郑国军，工程力学，郑州：河南科技出版社，2007.9。[3]冀秀焕，唐建生，工程材料与成型工艺，武汉：武汉理工大学出版社，2008.1。[4]董燕，公差配合与测量技术，武汉：武汉理工大学出版社，2008.8。刘家平，刘立新，AutoCAD应用教程，长春：长春师范大学出版社，2010.2。[6]《金属机械加工工艺人员手册》修订组，金属机械加工工艺人员手册 [M]，上海：上海科学技术出版社， 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