转速器盘的机械加工工艺编制及钻床专用夹具三维设

转速器盘的机械加工工艺编制及钻床专用夹具三维设计摘要随着我国现代化制造业的不断完善，机械工程制造业也得到了飞速的发展，因此，对机械加工零件的质量要求也在不断提升，伴随着科学技术的发展与市场环境的不停变动，我们必须根据市场的需求不断改进我们的机械加工工艺，使之能够更好的满足加工需求，提高生产效率。本次设计的转速器盘是柴油机中的调速机构，每台柴油机中只有一个这样的零件。主要包括机械制造过程以及机床夹具设计等知识。在本次论文设计过程中，首先分析零件图的结构，对零件图的尺寸精度，形位公差，表面粗糙度有一个充分的认识，确定主要加工表面，留出加工余量，之后，选择定位基准面，拟定机械加工工艺路线，选出最优的加工方案，通过查阅手册，选取加工设备，准确计算出各工序的切削用量和加工工时。最后，根据钻孔工序要求，设计出钻床专用夹具，选出合适的定位方案和夹紧机构，计算出钻孔所需的切削力、夹紧力，绘制出夹具装配图，确保零件的正常加工。关键词：转速器盘；加工工艺；专用夹具目录TOC\o"1-3"\h\u10567第1章绪论 第3章工艺规程编制3.1确定毛坯种类本次设计转速器盘材料选择HT200号铸铁，因为这些产品都是大批量制造，而且构造比较复杂，所以必须要按照图纸，制作一个模具，然后进行浇铸，为了降低加工余量，确保产品的结构精度，最好是采用成形的铸造方法。图3.1转速器盘图3.2定位基准的选择定位基准可以被划分成粗定位基准、精定位基准和辅助定位基准三类。辅助定位基准只起到辅助支撑的作用，对零件的装配和使用过程影响不大，因此设计主要研究对象一般为粗定位基准和精定位基准。3.2.1粗基准的选择对于粗糙的参考要在初始的数个步骤中选取，将原始的毛坯面做为参考面，使其具有较大的余度和较大的均匀性。并且粗基准不允许重复使用。因此本次毕业设计选择零件图中转速器盘上表面为粗基准。3.2.2精基准的选择在选取精参考时，要确保零件的加工精度，确保零件的装夹准确可靠。为此，必须遵守下列原则。（1）基准重合的原则尽量选择工序基准为定位基准。（2）基准不变的原则尽可能使各个工序的定位基准相同。（3）互为基准、反复加工的原则在两个曲面彼此的位置精度相对较高的情况下，将两个曲面彼此作为参考进行重复加工，能够持续地提升两个曲面的定位参考的精度，从而确保两个曲面彼此的位置精度。3.2.3定位基准的选择本次毕业设计选择转速器盘，首先，将下表面铣削，并将其作为参考，将其上端面与上表面进行机械加工，然后，以其为参考，对下端面进行机械制造，并在以上端面为参考，钻出I、II、III三个孔；在对前后端面进行加工时，首先以上端面和I,II，为参考，在铣床上铣出后端面，然后以后端面为参考，对2个φ9的孔的前端面进行加工。因为扇状截面的表面较为难于机械制造，所以，以已制造出的下端面为参考，先制造一、二、三个孔处的各上端面，然后以此为参考，制造一、二、三个孔的下端面；两个Φ9型孔口的上部边缘面不能用作安装标准。3.3确定加工工艺路线3.3.1加工阶段的划分分为：粗加工、半精加工和精加工阶段。表3.1工艺路线一工序号工序名称工序内容工序1钳工划线；以上边缘面为粗基准，划下表面的加工线工序2铣以上端面为定位粗基准，粗铣出零件下表面工序3铣在以下表面为基准，粗铣出I,II,III,孔的上端面和其他次要表面；倒角工序4铣以上端面为定位基准，粗铣出零件下端面工序5精铣以下端面为基准，对上端面进行精铣，使表面粗糙度达到R6.3的要求工序6钻孔以下端面为基准，预钻出I,II,III孔，留出1mm左右的加工量工序7铰在铰床上进行铰孔，粗铰φ10孔I；粗铰2个φ6孔；倒角工序8粗铣以I为基准，对上表面进行精铣，使表面粗糙度达到R6.3的要求工序9铣以I,和下表面为基准，铣出前端面工序10精铣φ9孔前端面工序11铣以前端面为基准，铣出后端面。工序12钻以I,和下表面为基准，钻出2个φ9孔工序13钳钳工去毛刺工序14终检工序15涂油入库表3.2工艺路线二工序号工序名称工序内容工序1钳钳工划线；以上表面为粗基准，划下表面的加工线工序2粗铣以上端面为定位粗基准，粗铣出零件下表面；在以下表面为精基准，粗铣出2个φ9孔的上端面，以及I,II,III,孔的上端面和其他次要表面；倒角工序3精铣以下表面为基准，对这3个孔的上端面进行精铣，使表面粗糙度达到R6.3的要求工序4精铣以φ10孔的上表面为基准，精铣φ10孔I的下端面工序5粗铣以下表面为基准，在铰床上半精铣出后端面，再以后端面为基准，加工出2个φ9的孔的前端面工序6钻以后表面为基准，预钻出I,II,III孔，留出1mm左右的加I余量；再以下端面为基准，预钻出2个φ9孔，留出1mm的加工余量工序7粗铰在铰床上进行铰孔，粗铰φ10孔I；粗铰2个φ9孔；倒角工序8精铰φ6孔II、III，使粗糙度达到R3.2的要求工序9钳去毛刺工序10终检工序11涂油入库在切削时，还可以采用车床、刨床等方法对工件进行曲面切削，并采用铰接机床对工件进行铰接。但因为零件的构造比较复杂，如果使用车床或者刨床进行加工，将会使零件的制造变得非常困难，从而使工作人员的劳动强度增大；若采用铰接机床，亦能实现，但此设计所给出的部件对孔位的精度不是很高，可用一般的钻机进行加工，即可满足设计的需要。所以选工艺一更符合实际情况！3.3.2工序的集中与分散一般情况下，单件小批采用工序集中，而大批量生产则既可以工序集中，也可以工序分散，根据本课题要求年批量5000件，属于大批量生产，运用工序分散原则可以减少生产准备工作量，对工人的技术要求低，调整容易，因此，本次生产方式采取工序分散原则。3.4工艺规程设计3.4.1确定毛坯的尺寸和机械加工余量针对零件图的生产类型以及精度要求，毛坯采用模锻的方法可以使锻件尺寸精确，并且有较低的加工余量。毛坯，上表面厚度为13.5毫米，粗处理为11.5毫米，半精处理为11毫米，总的切削余度为2.5毫米；板料的上截面为两面12.5毫米，两面粗处理10.5毫米，半精处理7.8毫米，总的切削余度为3.7毫米；毛坯下切面为8.5毫米，总的加工余度为2毫米；坯料正面19毫米（两个方向），表面17毫米（两个方向），半精处理14毫米（两个方向），总的切削余度为3毫米；后表面（两侧）进行了15毫米的粗化，并有2毫米的加工余量；直径为10的螺纹坯料0，直径为9的螺纹粗加工，φ10+0.049-0.0013的螺纹半精加工，φ6孔毛坯0，粗加工φ5，半精加工φ5.7，精加工φ6+0.049-0.013；φ9孔毛坯0，粗加工φ9。3.4.2机床与刀具的选择按照加工零件的材料性质，零件的加工表面的表面粗糙度，和加工余量来选择机床、刀具和量具，2,3,4,8,9,11和5,10,使用的是铣床，分别进行粗铣，精铣。一般使用X62W通用卧式卧式铣床就可以了。步骤6和步骤7是一个分别为粗铰和半精铰的铰接过程。一般的绞床就可以用。第6步、7步、12步，加工一个φ10孔，2个φ6孔，2个φ9孔，使用花盘抓紧，在垂直钻床上就可以了。可以选择Z518型立式钻床。在工序2,3,4,8铣平面的时候，铣刀可以选用直齿或错齿的端铣刀和周铣刀，在工序中分为两种，一种是粗铣，另一种是精铣，在粗铣之后，要留出一定的加工余量，让精铣工序进行加工。钻孔的孔径有三种，分别为：Φ10，Φ6，Φ9，这些孔径要预留一些加工余量，可以使用Φ5，Φ8麻花钻。铰接孔有三种类型，分别为：Φ10、Φ6、Φ9，有粗、精两种，可以使用YT15进行粗加工，也可以使用YT30进行精加工。3.4.3粗铣上下端面和上表面计算在参照文件[2]的表2.3-21中，发现加工余量是Z=2毫米，Z2=2毫米。知道了顶部末端的加工余量为Z=5.7毫米，那么顶部表面的加工余量为：Z=2.5毫米。参照[1]从粗铣的每个齿进给的fz=0.2mm/Z，从表4-29中获得粗铣走刀一次，ap=1mm取主轴转速n=150r/min，则：校核机床功率铣削时的切削功率为：根据该机器X52K的参数，该机器的功率为7.5kw，该机器的传动效率为0.75-0.85，并得到η=0.85。然后，需要的机器马达功率则主轴的转速合理。3.4.4钻φ10和2个φ6孔铰的余量为0.5(单边)。孔因是一次钻出，故钻削的余量为：(10/2-0.5)=4.5mm，(6/2-0.5)=2.5mm。各工步余量和工序尺寸公差，加工表面φ10，采用钻孔加工方法，余量4.5mm，工序尺寸φ9；2个φ6，采用钻孔加工方法，余量2.5mm，工序尺寸φ5；参考文献[1]表4-70、4-76，取钻φ9的进给量为f=0.3mm/r,切削速度Vt=22m/min由此算出转速为:按钻床实际转速取n=630r/min3.4.5铰φ10和2个φ6孔在铰孔之后直径为φ10毫米。各个工作步骤的余度和工艺的尺寸的公差，对加工的表面进行了φ6的处理，使用了铰接的方式，在单侧的余度为0.3mm，公差级别为H8，工艺的尺寸为φ80H9+0.087；切削面为φ10，使用铰链切削法，切削误差为0.5毫米，精度为H9，工艺参数为φ10(+0.049、-0.013)；铰孔的位置应根据毛坯的下端表面来确定。由于在粗、精加工时，Φ10与其下端面是相互参照的，因此，Φ10与其下端面的垂直度可以相互修正。3.4.6精铣上表面3.4.7粗铣前端面和后端面3.4.8精铣前端面后端面因为要求不高，所以可以一次铣出，其工序余量即等于总余量2mm。定位和尺寸基准为粗加工后的前面。粗后端面的切削用量都和粗铣前端面的一样，但ae小于粗铣A面的值，因此机床动力充足。3.4.9钻2个φ9孔第4章夹具设计4.1问题的提出对于转速器盘结构复杂，装夹定位相对困难等问题应该如何解决？首先需要用到较为特殊的夹具进行定位如花盘，然后也可以用一些垫块进行辅助。比如，在对上端面进行加工时，由于一些部分处于悬空状态，则需要用到一些辅助零件用来支撑，以防止零件的变形。如图4.1所示.图4.1转速器盘花盘辅助支撑示意图4.2夹具设计首先在进行每台机床的夹具设计时，要保证机床夹具的构造应与它的用途和生产规模互相适应，对于不同加工批量，采用的夹紧方式也各有不同，其次，选取组成机床夹具的零部件时，标准化零部件是首选，以提高夹具的标准化程度，缩短夹具设计时间，提高夹具设计质量和生产经济效益。机床夹具结构的属性要求具有一定的刚度、强度和良好的稳定性，在受到冲击载荷时仍可以正常工作。4.2.1定位方案的确定本次采用平面和削边销组合定位方案：以φ18mm的圆柱端面和φ10孔作定位基准，其中平面与长削边销和阶梯小面分别限制3个自由度，6个自由度被完全限制。4.2.2夹紧方案的确定本次采用手动夹紧方可满足生产率要求。夹紧力与钻孔时产生的力方向相同，所以可免去夹紧力的计算。4.2.3钻模板及导向套的确定钻在本次转速器的设计中我们采用固定式钻模板，选用JB/T8045.2-1999。钻套高度4.2.4夹具体的设计第一，设计夹具体保证其进行加工时不会发生严重的变形和这还振动；第二，尽量使其结构简单，体积小，重量轻，为了便于操作，其质量不宜过大；第三，对不同材料的夹具体进行相应的热处理加工，保证尺寸稳定。第四，在设计夹具体时，要考虑切屑的清洗问题，工件不能定位、夹具无法工作这都是加工中切屑堆积导致的。该夹具具体设计简单，整体结构简单，同时用筋板增强夹具体的刚度，确保加工过程中夹具体不会断裂，夹具体采用铸造，加工出定位元件的安装处。4.3选择量具由于该产品批量制造，所以使用了一般的测量工具。测量仪器的选取有两种方式：一是根据测量仪器的不确定度来选取；二是根据量具的实际使用情况，根据其所采用的量具的最小偏差进行选取。在这里选择了第一种方式。4.3.1选择平面的量具由零件图上看，各平面的相互位置最小不确定度为0.2mm,选用分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺，因为其不确度为0.02mm，满足要求。4.3.2选择内孔的量具由零件图上看，对于孔的精度要求较高，其中I孔的下偏差要求在0.013之内，可采用0.01mm的分度值，测量范围为0-150mm的内径百分尺，其不确定度为0.008mm，测量精度符合。4.4夹具设计及操作的简要说明在工装的设计中，要重视工装的生产效率。因此，应该从机械装夹开始，逐步取代人工装夹。这是一个很好的方法，可以促进生产力的发展。正如前面提到的，应当关注生产力的改善。另外，夹紧装置存在加工错误、工作中产生的损耗、工件的尺寸发生改变等都会对定位和夹紧的可靠性产生影响。为了避免这种情况，采用了可更换的定位针。这样才能更好的配合。在此之前，应对三种方法进行改进：一是为了增加坯料的加工精度，减小最大切割深度，减少切割压力；二是选取两种较为理想的装夹机构，并尽可能增大此装夹机构的膨胀系数；三是如有条件，应加大工作强度。以提高压合力。因此，该夹紧的整体感受仍较为紧密。4.5环境保护和可持续发展4.5.1环境保护问题目前，调速器圆盘的制造工艺主要是以浇铸方式进行，造成了大量的废品。要对这些废料进行有效的处置，如果不加以合理的处置，就会对周围的环境造成极大的影响，因此，我们在进行设计的时候要对此加以重视，在产品制作结束之后，要对全部废料进行回收并进行统一的处置，同时还要对其它一些有潜在的对周围环境造成影响的问题给予足够的重视，从而更好地维护我们居住的地球。4.5.2可持续发展问题①采用对环境无污染或可二次利用的材料：②建设完整的工业化体系；③不断的技术创新，采用低碳环保的新技术：4.6夹紧说明夹紧说明具体如图4.1、图4.2所示：图4.1转速器盘夹具图箭头位置为定位位置：①.为圆柱定位销②.是垫铁③.菱形销该定位方案为2销一面，垫铁定位底面。2销定位2个工件孔，①和③限制Y轴移动、Z轴的移动、X轴转动，共限制3个自由度，②限制了X轴移动、Y轴转动、Z轴转动，共限制3个自由度，从而限制6个自由度。图4.2转速器盘夹具夹紧图夹紧方案，通过旋转活动手柄将固定好的工件锁紧，通过旋转手柄锁紧。第5章产品使用与维护5.1夹具的使用（1）对于减低人工成本、提高生产效率方面来说，尽量减少加紧次数（2）在进行加工前务必保证实用工具的清洁度，对于一些有污垢的工具使用前一定要进行清洗。（3）为了延长各部件的使用寿命应添加润滑剂以减低各部件的磨损。5.2产品的维护（1）定期检查清理夹具，及时清理表面。（2）检查定位点、螺钉、线夹是否紧固。（3）定位块、定位销要定时检查清理，若有异常及时维修。工件的制造依赖于工装，工装的工作状况直接影响到工件的加工质量。随着时间的推移，这些工具的价值也会越来越低。所以，操作人员要特别注意工装的维修和保养。第6章三维设计6.1UG三维零件图建模6.1.1转速器盘的三维设计进入ug绘制草图：创建以XY为平面并绘制。如图6.1所示。图6.1转速器盘草图（1）用区域边界拉伸图6.1，橙色部分：对称值4mm；绿色部分：对称值3mm；红色部分：对称值5.5mm；蓝色部分；对称值4.5mm；粉色部分：开始10mm结束-14mm。如图6.2所示。图6.2转速器盘拉伸图（1）绘制草图：创建以XZ为平面绘制。如图6.3所示。1图6.3转速器盘草图（2）用区域边界拉伸图6.3，对称值100mm，布尔运算减去粉色部分和圆孔；橙色部分直至选中第一表面，距离-43mm。如图6.4所示。图6.4转速器盘拉伸图（2）以第4步橙色部分上表面为平面创建草图。如图6.5所示。图6.5转速器盘草图（3）用区域边界拉伸图6.5，贯通，布尔运算减去后。如图6.6所示。图6.6转速器盘拉伸图（3）进行倒圆角后，转速器盘零件图绘制完成。如图6.7。图6.7转速器盘零件图6.1.2专用夹具底座三维绘制过程1.绘制草图：创建以XZ为平面并绘制如6.8所示草图。图6.8底座草图（1）底座草图图6.8进行拉伸123.5mm，如图6.9所示。图6.9底座拉伸图（1）以长度为140mm的面为基准创建草图并绘制草图，如图6.10所示。图6.10底座草图（2）拉伸图6.10，绿色部分拉伸9mm，红色部分拉伸43mm，其余部分减去，如图6.11所示。图6.11底座拉伸图钻孔，大孔为4×M8深度18，小孔为2×M5，深度9；并倒圆角完成绘制，如图6.12所示。图6.12底座图6.1.3专用夹具压板三维绘制过程绘制压板（1）进入ug界面选择创建长方体，指定点选择坐标原点，并设置长、宽、高分别为71.1mm、32mm、12mm；再进行孔命令进行打孔，选择沉头孔，2个沉头用M6的规格并，深度贯穿。另一个螺纹孔，规格M3并贯穿。绘制完成，如图6.13所示。图6.13压板（1）绘制压板（2）进入ug界面选择创建长方体，指定点选择坐标原点，并设置长、宽、高分别为73mm、60mm、16mm；再进行孔命令进行打孔，选择沉头孔，2个沉头孔用M6的规格并贯穿，深度贯穿，另两个螺纹孔用M2.5的规格并贯穿，另一个螺纹孔规格M3深度10mm。中心大圆打孔直径22mm。如图6.14所示。图6.14压板（2）6.1.4专用夹具钻模板三维绘制过程绘制钻模板进入ug界面选择创建长方体，指定点选择坐标原点，并设置长、宽、高分别为87mm、53mm、12mm；再进行孔命令进行打孔。两个螺纹孔，规格M3并贯穿。另两个规格M2.5并贯穿，中心打孔直径10mm并贯穿，绘制完成，如图6.13所示。图6.15钻模板6.2转速器盘和专用夹具零件装配进入ug界面选择装配模板打开，点击菜单栏的文件，添加，选择部件，先导入底座将其约束到坐标原点，将底座约束为固定，再添加转速器盘，进行同心约束。如图6.16。图6.16装配图（1）导入钻模板并移动旋转至合适位置，然后进行同心约束，如图6.17。图6.17装配图（2）分别导入两个压板1压板2，进行旋转移动至合适位置进行同心约束，如图6.18。图6.18装配图（3）按上述步骤将其他零件导入并进行安装夹紧。如图6.19所示。图6.19装配图（4）6.3爆炸图进入装配模块，选择爆炸图，创建爆炸图，自动进行爆炸，如图6.21所示。图6.20爆炸图结论本次毕业设计通过对转速器盘的机械加工工艺编制及钻床专用夹具三维设计，完成了机械加工工艺规程的编制在本次设计中，认真的查阅了相关文献，在前人的研究成果上，进一步改进了设计方案，根据粗基准和精基准的选择原则，合理的选择了定位基