机械制造技术课程设计-机油泵传动轴支架工艺及铣上平面夹具设计

机油泵传动轴支架机械加工工艺及夹具设计学生姓名xxx学院名称机电工程学院专业名称指导教师xxxxxx大学毕业设计(论文)PAGEII摘要本次设计是对机油泵传动轴支架零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。机油泵传动轴支架零件的主要加工表面是平面及孔。由加工工艺原则可知，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。所以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加工精度。基准选择以机油泵传动轴支架端面作为粗基准，以上表面作为精基准。关键词机械加工，加工工艺，专用夹具。xxx大学毕业设计(论文)PAGE1目录摘要 I1绪论 12机油泵传动轴支架加工工艺规程设计 22.1机械加工基准介绍 22.2基准的选择 22.3制定工艺路线 32.4选择加工设备及刀、夹、量具 42.4.1设备的选择 42.4.2刀具量具的选择 62.5加工工序设计 73夹具设计 103.1定位方案的选定 103.2夹具夹紧装置的确定 113.2.1夹紧力的方向和作用点的确定 113.2.2夹紧力大小的估算 113.3夹紧机构及元件的选择 133.4定位误差分析 133.5夹具设计及操作的简要说明 14参考文献 15致谢 161绪论对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。用夹具装夹工件时，工件相对于道具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工极度趋于一致，稳定的保证工件的加工精度。同时使用夹具装夹工件方便、快捷，工件不需要划线找正，可显著的减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切屑用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显得降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上。每个工件增加的成本时极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。2机油泵传动轴支架加工工艺规程设计2.1机械加工基准介绍基准：基准是用来确定生产对象上几何要素的几何关系所依据的那些点、线、面。基准根据其功用的不同可分别为设计基准和工艺基准。在工件工序图中，用来确定本工序加工表面位置的基准，加工表面与工序基准之间一般有两次核对位置要求：一是加工表面对工序基准的距离要求，即工序尺寸要求；另一次是加工表面对工序基准的形状位置要求，如平行度，垂直度等。所以工件定位时，用以确定工件在夹具中位置的表面（或点，线）称为定位基准，定位基准的选择，一般应本着基准重合原则，尽可能选用工序基准作为定位基准，工件在定位时，每个工件的夹具中的位置是不确定的，一般是限制工件的六个自由度，分别是指：沿三坐标轴的移动自由度，和绕三坐标轴转动的自由度。基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一，基面选择正确合理，可以使加工质量的到保证，减轻劳动强度，生产效率得到提高。否则，会使加工困难，甚至造成加工零件报废。2.2基准的选择粗基准的选择粗基准选择原则：选择粗基准，主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续工序提供精基准。为了方便地加工出精基准，使精基准面获得所需加工精度，选择粗基准，以便于工件的准确定位。选择粗基准的的出发点是：一要考虑如何合理分配各加工表面的余量；二要考虑怎么样保证不加工表面与加工表面间的尺寸及相互位置要求，一般应按下列原则来选择：1)若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应优先选择该表面为粗基准。2)若工件每个表面都有加工要求，为了保证各表面都有足够的加工余量，应选择加工量最少的表面为粗基准。3)若工件必须保证某个加工表面与加工表面之间的尺寸或位置要求，则应选择某个加工面为粗基准。4)选择基准的表面应尽可能平整，没有铸造飞边，浇口，冒口或其他缺陷。粗基准一般只允许使用一次。基于上述的要求和考虑到安装装配面的精度要求和便于夹紧等实际情况，粗基准选用前机体内一个较大的非加工面在毛坯图上已经标出。(2)精基准的选择精基准选择原则：选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑如何保证工件的尺寸精度和位置精度，并要达到使用起来方便可靠。一般应按下列原则来选择：1)基准重合原则；应选择设计基准作为定位基准。2)基准统一原则；应尽可能在多数工序中选用一组统一的定位基准来加工其他各表面，采用统一基准原则可以避免基准转换过程所产生的误差，并可使各工序所使用的夹具结构相同或相似，从而简化夹具的设计和制造。3)自为基准原则；有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择加工表面本身来作为定位基准。4)互为基准原则；对于相互位置精度要求高的表面，可以采用互为基准，反复加工的方法。5)可靠，方便原则；应选择定位可靠，装夹方便的表面作为精基准。本零件是铸造件，要用毛坯面定位先加工出一个精基准。然后以精基准定位，加工零件。精基准放在工序最前面加工。以上表面毛坯面定位。详见工艺卡片。2.3制定工艺路线（1）热处理工序的安排加工工艺安排热处理，因为零件精度要求较高HT200要铸造完成要进行时效处理，防止工件变形。（2）定位基准的选择粗基准选择下表面，则由非加工面为定位基准，铣精基准。精基为上表面，则加工时稳定性差一些，加工精度就受到了影响，角向定位也是这样。因此，拟订工艺路线方案如下：工序1：清沙，去除非加工表面铸造积瘤工序2：时效处理，去除内应力工序3：毛坯面定位，铣上表面，保证尺寸12及72.3+0.1/0工序4：钻2-Φ8H7(+0.015/0)沉孔Φ10x90°及3-Φ11孔工序5：以底面为基准，粗镗Φ32孔至Φ31.5工序6：以底面为基准，精镗Φ31孔至32H7(+0.015/0)工序7：以底面为基准，铣端面，保证30°及11尺寸，工件总长度250工序8：检验工序9：入库2.4选择加工设备及刀、夹、量具由于生产类型为大批量生产，加工设备易以通用机床为主，配以专用夹具，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。2.4.1设备的选择1) 摇臂钻床Z3040X16主要参数：最大钻孔孔直径 40mm主轴中心线至立柱母线距离最大 1600mm最小 350mm主轴端面至底座工作面距离最大 1250mm最小 350mm主轴行程 315mm主轴锥孔（莫氏） 4#No.主轴轴转速范围 25-2000r/min主轴转速级数 16主轴进给量范围 0.04-3.20mm/r主轴进给级数 16工作台尺寸 500×630mm主轴箱水平移动距离 1250mm主电机功率 3kw机床重量 3500kg机床外型尺寸（长×宽×高) 2500×1070×2840mm2)立式铣床X52K主要参数：单位 /X52K工作面积宽*长 mm 320*1250承载重量 kg 500T型槽数目 个 3T型槽宽度 mm 18T型槽间距 mm 70X向（工作台纵向）手动/机动 mm 700/680Y向（滑座横向）手动/机动 mm 255/240Z向（升降台垂向）手动/机动 mm 370/350最大回转角度 deg ±45转速 r/min 30-1500转速级数 Step 18锥孔 . ISO7：24NO.50轴向移动距离 mm 85主轴端面至工作台距离最小/最大 mm 45/415主轴中心线至床身垂直导轨面距离 mm 350切削进给速度 mm/min X，Y：23.5-1180，Z：8-394快速移动进给速度 mm/min X，Y：2300，Z：770进给级数 Step 18主轴电机功率 KW 7.5进给电机功率 KW 1.5机床外形尺寸（长*宽*高） mm 2272*1770*2094机床净重（约） kg 28004） 立式钻床Z5140主要参数:工作台尺寸（长X宽） mm 450X500工作台行程 mm 300主轴中心线至导轨面距离 mm 335主轴端面至工作台面距离 mm 0-750主电机功率 kw 3.0最大钻孔直径 mm 40最大送刀抗力 N 16000主轴最大输送扭矩 N.m 350主轴孔锥度 Morse 4主轴变速级数 级 12主轴变速范围 r/min 31.5-1400主轴行程 mm 250主轴箱行程 mm 200送刀级数 级 9送刀范围 mm/r 0.056-1.80外形尺寸（长X宽X高） mm 1080X810X2510机床重量 kg 20002.4.2刀具量具的选择依据〈〈金属机械加工工艺人员手册〉〉所选量具公布如下：测量范围为：0～100的深度规深度规用于精确测量凹台和沟槽深度。塞规具有独特的导向圆柱体设计，方便、快、准。适用于现场测量。测量范围为10～30的内槽卡钳内槽卡钳适用于测量各种筒形工件、管材内径以及凹槽尺寸。2.5加工工序设计1.铣上表面，保证尺寸12及72.3查参考文献[3]表2.3-59，得平面加工余量为0.9mm，已知A面总余量为2mm，故粗加工余量=4-0.9=3.1mm。查参考文献[3]表2.4-73，取粗铣的每齿进给量为，取精度铣的每转进给量ƒ=，粗铣走刀1次，=3.5mm，精铣走刀1次，=1.5mm。查参考文献[3]表3.1-74，取粗铣的主轴转速为，取精铣的主轴转速为。又前面已选定铣刀直径D为φ40mm，故相应的切削速度为:校核机床功率(只校核粗加工工序)：切削功率为:=取z=10个齿，则代入式中得：××××168×10×2.5×1=由文献[3]表得机床功率为7.5kw，取效率为0.85，则7.5×0.85=6.375kw<6.62kw故重新选择主轴转速为，则：带入公式得：××××168×10××1≈5.2kw<6.375kw故机床功率足够。2.钻2-∅8H7(+0.015/0)因φ8孔不是一次钻出，故其钻削余量为=11/2=5.5mm，φ8孔的精度较高，要分2次加工。参考文献[3]表2.4-41，用插入法求得钻φ8孔的切削速度v=，由此算出转速为：n=1000v/πd=1000×26.7/3.14×11=按机床实际转速取n=，则实际切削速度为：v=3.14×11×630/1000=参考文献[3]表2.4-69，得：=9.81×42.7(N)M=9.81×0.021(Nm)分别求出钻φ8孔和M如下：=9.81×42.7×11××1=2427NM=9.81×0.021×××1=15.63Nm它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm，故机床刚度足够。3．以底面为基准，粗镗∅32孔至∅31.5取粗镗的每齿进给量为，，粗镗走刀1次，=3.5mm查参考文献[3]表3.1-74，取粗镗的主轴转速为。又前面已选定镗刀直径D为φ19mm，故相应的切削速度为:4．以底面为基准，精镗∅31孔至32H7(+0.015/0)取精镗的每齿进给量为，，粗镗走刀1次，=1.5mm查参考文献[3]表3.1-74，取精镗的主轴转速为。又前面已选定镗刀直径D为φ19mm，故相应的切削速度为:5.以底面为基准，铣端面，保证30°及11尺寸，工件总长度1250取进给量为f=0.7mm/r，则v=25.4m/minn===622.2按机床实际转速取n=650则实际切削速度为:v=3.14×13×650/1000=26.53参考文献[3]表2.4-41，得：=98.1×42.7kF(N)M=9.81×0.021kM(Nm)分别求出11的和M如下：=98.1×42.7×13××1=2616NM=9.81×0.021×××1=16.73Nm它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm，故机床刚度足够。3夹具设计对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。用夹具装夹工件有下列优点：能稳定的保证工件的加工精度用夹具装夹工件时，工件相对于道具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工极度趋于一致。能提高劳动生产率使用夹具装夹工件方便、快捷，工件不需要划线找正，可显著的减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切屑用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。能扩大机床的使用范围能降低成本在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显得降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上。每个工件增加的成本时极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。3.1定位方案的选定该零件的定位方案我选择的是一孔二面定位方式。这种定位方式在箱体、杠杆、盖板等类零件的加工中用的很广。工件的定位面一般是加工过的精基面，定位方式如下图：3.2夹具夹紧装置的确定3.2.1夹紧力的方向和作用点的确定(1)夹紧力的方向，主要夹紧力的方向一般应垂直于主要定位基准，当夹紧力和切削力，重力同方向时，需要的夹紧力最小；完全利用摩擦力来克服切削力和重力时，所需的夹紧力最大。因此本设计的夹紧力方向应正好和重力方向平行。(2)夹紧力的作用点，夹紧力的作用点应在支承点上，或在几个支承点所组成的平面内。在多点夹紧时，如果平紧点在支承面之外，应采用联动夹紧机构，以保证各点的夹紧力同时均匀地作用到工件上。夹紧力的作用点应选在工件刚性最好的部位，否则应设置辅助支承，夹紧力的作用点应靠近切削部位。(3)夹紧力的大小，夹紧力的大小应根据所需夹紧力最大时的加工位置来决定，并分析此时受力情况，然后进行计算。为了安全应将计算值的安全系数(一般取2~3)作为所需要的夹紧力。3.2.2夹紧力大小的估算加工过程中，工件受到切屑力、离心力、惯性力及重力的作用。理论上，夹紧力的作用应与上述力的作用平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。估算时应找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力。由《机床夹具设计手册》上提供的公式：式中--实际所需夹紧力（N）；--在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力（N）；K—安全系数。安全系数K可按下式计算：取则确定:根据《机床夹具设计手册》P32表1-2-3刀具材料为硬质合金Pz=902ts0.75Kp；Py=530t0.9s0.75Kp；Px=451ts0.4Kp；式中，Pz——圆周切削分力（N）；Py——径向切削分力（N）；Px——轴向切削分力（N）；s--每转进给量（mm）；t—切削深度（mm）；--考虑工件材料机械性能的系数；--考虑刀具几何参数的系数。查表1-2-4，得，Kmp=（）nKmp——考虑工件材料机械性能的系数；KmpKpKpKpKrp——考虑刀具几何参数的系数；计算Pz时，n取0.4；计算Py时，n取0.4；计算Px时，n取0.4.计算Pz时，Kp=1.0，Kp=1.0，Kp=1.0，，Krp=1.0；计算Py时，Kp=1.0，Kp=1.0，Kp=0.75，Krp=1.07；计算Px时，Kp=1.0，Kp=1.0，Kp=1.07，Krp=1.07；取s=1mm,t=1mm算得：Pz=991.4(N)Py=467(N)Px=397.8（N）夹紧力一般为估算，考虑X、Y方向的摩擦，所以在Z方向的力约为：400（N）。由公式，算得所要的夹紧力为1216（N）。3.3夹紧机构及元件的选择本零件夹紧采用螺旋夹紧机构，采用的螺母为六角螺母（GB56-76）材料：45按《优质碳素结构钢钢号和一般技术条件》。热处理：HRC35～40。细牙螺母的支承面对螺纹轴心线的垂直度按GB1184-80《形状和位置公差》附录一表3规定的9级公差。其他技术条件按GB2259-80《机床夹具零件及技术条件》。螺母规格：56-76-M12×1.5。螺栓为活节螺栓，规格为：M16×240或M16×220（GB798-76）。根据《机械设计》上对紧螺栓联接的强度计算，有：根据上述计算，此夹紧方案符合要求。3.4定位误差分析该夹具采用支撑钉定位，为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示：由参考文献[13]可得：⑴支撑钉的定位误差：⑵夹紧误差：其中接触变形位移值：⑶磨损造成的加工误差：通常不超过⑷夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。3.5夹具设计及操作的简要说明如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。参考文献[1]李旦等，机床专用夹具图册，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005。[2]孙已德，机床夹具图册，北京：机械工业出版社，1984。[3]何玉林，机械制图，重庆：重庆大学出版社，20001983。[4]机械工程基础与通用标准实用丛书编委会，形状和位置公差，北京：中国计划出版社，2004。[5]淘济贤等，机床夹具设计，北京：机械工业出版社，1986。[6]李洪，机械加工工艺师手册，北京：机械工业出版社，