杠杆(CA1340自动车床)(一)加工工艺及钻3斜孔夹具设计

目录TOC\o"1-3"\h\u20864摘要 摘要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。杠杆加工工艺规程及其夹具设计，包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺、切削用量、定位误差1第1章序言夹具最早出现在1787年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期。机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全。夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。1.1夹具的现状及生产对其提出新的要求现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，企业中多品种生产的工件已占工件种类数的85%左右。然而目前，一般企业习惯与采用传统的专用夹具，在一个具有大批量生产的能力工厂中约拥有13000～15000套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有15%左右，特别最近年来柔性制造系统（FMS）、数控机床（NC），加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术被应用和推广，使中小批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求：1.能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期2.能装夹一组相似性特征的工件3.适用于精密加工的高精度的机床4.适用于各种现代化制造技术的新型技术5.采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率1.2现代夹具的发展方向 现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面：1.精密化随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度可达正负0.1，用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5um，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆读可达0.2~0.5um。2.高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时的和辅助时的，以提高劳动生产率，减少工人劳动强度，常见的高效化夹具有：自动化夹具、告诉化夹具、具有夹紧动力模块的夹具等。例如使用电动虎钳装夹工件，可使工件效率比普通虎钳提高了5倍左右；而高速卡盘则可保证卡爪在转速9000r/min的条件下能正常夹紧工件，使切削速度大幅度提高。3.柔性化夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是通过调组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等，具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数控夹具等，在较长时间内，夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。4.标准化夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面，在制造典型夹具，结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和不见的形成：舍弃一些功能低劣的结构，通用化方法包括：夹具、部件、元件、毛呸和材料的通用化夹具的标准化阶段是通用化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。目前，我国已有夹具零件、部件的国家标准：GB2148~2249-80，GB2262~2269-80以及通用夹具标准，组合夹具标准等。夹具的标准化也是夹具柔性化高效化的基础，作为发展趋势，这类夹具的标准化，有利于夹具的专业化生产和有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。第2章零件的分析2.1零件的作用题目所给定的零件是杠杆，在力学里，典型的杠杆（lever）是置放连结在一个支撑点上的硬棒，这硬棒可以绕着支撑点旋转。古希腊人将杠杆归类为简单机械。，并且严谨地研究出杠杆的操作原理。某些杠杆能够将输入力放大，给出较大的输出力，这功能称为“杠杆作用”。杠杆的机械利益是输出力与输入力的比率。图2-1杠杆零件图2.2零件的工艺分析杠杆共有十组加工平面，现分述如下：杠杆Φ35右端面杠杆Φ35左端面、Φ20端面杠杆Φ20H7孔、Φ10孔、M12螺纹、Φ8H8孔杠杆Φ20端面杠杆宽8槽杠杆Φ8H7孔杠杆M5螺纹杠杆M6螺纹杠杆Φ3孔、60°沉孔杠杆油槽R2×1第3章工艺规程设计3.1确定毛坯的制造形式杠杆材料为HT200，较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处理。3.2基面的选择3.2.1粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，它对零件的生产是非常重要的。3.2.2精基准的选择精基准的选择应满足以下原则：（1）“基准重合”原则应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。（2）“基准统一”原则尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。（3）“自为基准”原则某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。（4）“互为基准”原则当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。（5）所选的精基准应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。3.3制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。I金属型浇注II时效处理以消除内应力05粗铣、半精铣Φ35右端面10粗铣、半精铣Φ35左端面；Φ20端面15钻孔至Φ18；扩Φ18孔至Φ19.8孔；铰Φ19.8孔至Φ20H7；钻Φ10孔；攻M12螺纹深18；钻孔至Φ7.8；铰Φ7.8孔至Φ8H720铣Φ20端面25铣宽8槽30钻孔至Φ7.8；铰Φ7.8孔至Φ8H835钻M5螺纹底孔Φ4；攻M5螺纹40钻M6螺纹底孔Φ5.1；攻M6螺纹45钻Φ3孔；锪60°深3沉孔50插油槽R2155去毛刺60检验至图纸要求65包装、入库3.4机械加工余量及公差的确定杠杆零件材料为HT200，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.3-1知，毛坯精度等级CT7～9，取CT8，加工余量等级MA-F。再根据表《机械制造工艺设计简明手册》2.2-4，各表面加工余量如下所述：杠杆Φ35右端面毛坯余量杠杆Φ28孔右端面毛坯余量，根据《机械制造工艺设计简明手册》2.2-4知，单边加工余量Z=2.0mm，杠杆Φ35右端面表面粗糙度Ra3.2，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8知，两步铣削即粗铣——半精铣方可满足其精度要求。粗铣单边余量Z=1.5mm半精铣单边余量Z=0.5mm杠杆Φ35左端面毛坯余量杠杆Φ28孔右端面毛坯余量，根据《机械制造工艺设计简明手册》2.2-4知，单边加工余量Z=2.0mm，杠杆Φ35右端面表面粗糙度Ra3.2，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8知，两步铣削即粗铣——半精铣方可满足其精度要求。粗铣单边余量Z=1.5mm半精铣单边余量Z=0.5mm杠杆Φ20H7孔毛坯余量杠杆Φ20H7孔毛坯余量，因孔尺寸不大，故采用实心铸造，杠杆Φ28孔表面粗糙度Ra1.6，由《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-8知，三步钻削即钻——扩——铰方可满足其精度要求。首先钻孔至Φ18，再扩Φ18孔至Φ19.8，最后铰Φ19.8孔至Φ20H7。杠杆Φ10孔、M12螺纹毛坯余量杠杆Φ10孔、M12螺纹，因孔和螺纹的尺寸不大，故采用实心铸造，表面精度要求不高，故首先钻Φ10孔、再攻M12螺纹，即可满足精度要求。杠杆Φ8H7孔毛坯余量杠杆Φ8H7孔，因孔的尺寸不大，故采用实心铸造，杠杆Φ8H7孔表面粗糙度Ra1.6，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-7和2.3-8知，两步钻削即钻——铰方可满足其精度要求。首先钻孔至Φ7.8，再铰Φ7.8孔至Φ8H7。杠杆Φ20端面毛坯余量杠杆Φ20端面毛坯余量，杠杆Φ20端面毛坯余量，根据《机械制造工艺设计简明手册》2.2-4知，单边加工余量Z=2.0，杠杆20端面表面粗糙度Ra6.3，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8知，一步铣削即可满足其精度要求。杠杆宽8槽毛坯余量杠杆宽8槽毛坯余量，因尺寸不大，故采用实心铸造，宽8槽表面粗糙度Ra6.3，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8知，一步铣削即可满足其精度要求。杠杆Φ8H8孔毛坯余量杠杆Φ8H8孔，因孔的尺寸不大，故采用实心铸造，杠杆Φ8H7孔表面粗糙度Ra1.6，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-7和2.3-8知，两步钻削即钻——铰方可满足其精度要求。首先钻孔至Φ7.8，再铰Φ7.8孔至Φ8H8。杠杆M5螺纹毛坯余量杠杆M5螺纹毛坯余量，因螺纹尺寸不大，故采用实心铸造，螺纹精度要求不高，故首先钻M5螺纹底孔Φ4，再攻M5螺纹。杠杆M6螺纹毛坯余量杠杆M6螺纹毛坯余量，因螺纹尺寸不大，故采用实心铸造，螺纹精度要求不高，故首先钻M6螺纹底孔Φ5.1，再攻M6螺纹。杠杆Φ3孔、60°深3沉孔毛坯余量杠杆Φ3孔、60°深3沉孔毛坯余量，因孔尺寸不大，故采用实心铸造，孔的精度要求不高，故首先钻Φ3孔，再锪60°深3沉孔，即可满足其精度要求。杠杆R21油槽毛坯余量杠杆R21油槽毛坯余量，因油槽尺寸不大，故采用实心铸造，油槽精度要求不高，故一步铣削即可满足其精度要求。杠杆不加工表面，金属型浇注即可满足其精度要求。3.5确定切削用量及基本工时45钻Φ3孔；锪60°深3沉孔工步一：钻Φ3孔选用高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.1－6）由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得（《切削》表2.15）531r/min与531r/min相近的转速有545r/min和680r/min，在此选取n=545r/min切削工时：，，则机动工时为工步二：锪60°深3沉孔1.选择钻头选择60°锪孔钻2．选择切削用量（1）选择进给量按加工要求决定进给量：根据《切削用量手册》表2.7，当铸铁硬度>200H有。（2）计算切削速度根据《切削用量手册》表2.15，当铸铁硬度=200～220HBS时，,切削速度的修正系数为：，，，，故根据Z525型钻床技术资料（见《简明手册》表4.2-12）可选择n=680r/mm，。3．计算基本工时50插油槽R21根据B5020型插座说明书，其功率为为3.0kw，中等系统刚度。则机动工时为，L=++为走刀长度mm为插刀每双行程刀具进给量（mmm/双行程）为插刀的每分钟双行程次数315考虑插削空回行程快于工作行程的系数，=0.4～0.75为滑枕工作行程速度m/min1.7～27.5手动进给时H=h=2查《机械制造工艺简明手册》表6.2-4知+=35mm现取=0.5，=10m/min，L=++=55mm+35mm=85mm,则查《机械制造工艺简明手册》表4.2-44知，插床B5020滑枕每往复一次工作台进给量=0.08～1.24mm,现取=0.52mm≈0.049min第4章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，需要设计专用夹具。有老师分配的任务，我被要求设计45：钻Φ3孔；锪60°深3沉孔，选用机床：Z525立式钻床4.1定位基准的选择以杠杆Φ35左端面、Φ20端面、Φ20H7孔和Φ8H7孔定位，对应的定位元件为心轴、浮顶销和削边销，定位分析如下：心轴Φ50端面、浮顶销Φ20端面作为第一定位基准，与杠杆Φ35左端面、Φ20端面相配合，限制三个自由度，即X轴转动、Y轴转动和Z轴移动。心轴Φ20f6外圆作为第二定位基准，与杠杆Φ20H7孔相配合，限制两个自由度，即X轴移动、Y轴移动。削边销Φ8f6外圆作为第三定位基准，与杠杆Φ8H7孔相配合，限制一个自由度，即Z轴转动。工件六个自由度被完全限制，属于完全定位。4.2夹紧力的确定1、切屑力计算查表1-2-3圆周力：径向力：轴向力：其中：查《机床夹具手册》表1-2-4，表1-2-5表1-2-6由上得：Fc=725N，Fp=459N，Ff=695N2、夹紧力的计算选用夹紧螺钉夹紧机由其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+GG为工件自重夹紧螺钉：公称直径d=8mm，材料45钢性能级数为6.8级螺钉疲劳极限：极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为[s]=3.5~4取[s]=4得满足要求经校核：满足强度要求，夹具安全可靠4.3定位误差分析一批工件在卡具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一1、移动时基准位移误差（式4-1）式中：————心轴孔的最大偏差————心轴孔的最小偏差————心轴孔与心轴最小配合间隙代入（式4-1）得：=0.021+0+0.02=0.041（mm)2、转角误差（式4-2）式中：————心轴孔的最大偏差————心轴孔的最小偏差————心轴孔与心轴最小配合间隙————B型固定式销孔的最大偏差————B型固定式销孔的最小偏差————B型固定式销孔与B型固定式销最小配合间隙其中：则代入（式4-2）得：则：=0.01647°4.4钻套设计钻Φ3孔；锪60°深3沉孔，因为钻后还要锪孔，故选用快换钻套（其结构如下图示）。根据工艺要求：即用Φ3的麻花钻钻孔。查机床夹具标准件可知Φ3相配的快换钻套的具体结构如下具体的尺寸如下因为