机械制造技术课程设计-调节盘加工工艺设计及夹具设计

摘要随着计算机的兴盛发展，机械制造业日益机械化、自动化。加工技术是机械制造业的衍生技术之一。其技术范围横跨多种机械制造体系。其中包括零件的材料、尺寸精度等。其蕴含着无穷的潜力尚未挖掘。本文针对调节盘的机械加工工艺和夹具设计问题进行研究。首先，通过对调节盘零件的结构和技术要求进行综合分析，以此为基准，选每个加工表面所需要的加工方法，按照规律编写机械加工工艺技术路线。其次，选择重要的工序进行夹具设计。考虑到零件的形状和加工表面的位置等因素，合理布局夹具每个零部件的位置，使设计夹具布局合理化、实际化。最后，专用夹具也是加工零件准备阶段中重要的一部分，进一步优化加工，不仅大大的降低劳动强度，也进一步提高调节盘零件本身的产量和质量，从而使调节盘的加工达到现场加工要求。通过实践加深对理论知识的理解，在设计中培养理论与实际相结合的能力，从而为未来的职业发展打下坚实基础。关键词：调节盘，工序设计，夹具设计

1前言随着我国机械制造业工业的发展，随着机床的功能及作用进一步解放生产力，核心工具——机床已具有不可替代的意义和发展意愿。但随着机床技术的更新，许多传统的工艺规程和夹具跟不上时代的脚步，需要经过结构优化和技术的进步设计新颖工艺方法和夹具装配。进一步解放生产力，提高效率。通过资料的查阅，进一步加强了对核心零件——调节盘结构的了解，优化和改进机械加工路线每个步骤所需要的理论参数。设计专用夹具的装配，清晰的表达对工艺规程及夹具装配的知识。通过这次设计，锤炼所学知识运用，在平台上出色的发挥。第一步，利用AUTOCAD软件对零件进行绘制，深刻的了解零件的每个结构以及尺寸等方方面面，为下步骤打好基础。第二步，进一步研究零件的表面应采取何种工艺达到图纸的目的。且分析零件结构对加工的不同应用、影响等。制订合理的工艺计划，满足图纸的需求。第三步，利用AUTOCAD软件绘制每一处零件。根据构思好的方案，合理的设计零件的形状，初步确定草图。进一步挖掘可利用的空间，完成成本低廉化、结构合理化、操作快速化的三个目标。

2零件的机构工艺分析2.1零件的功能调节盘零件通过AUTOCAD软件绘制，具体如图2.1所示。图2.1零件图调节盘主要用于调节和改变机械或者设备中的运动速度、力度和方向。在机械制造、汽车工业和电子设备等行业广泛应用。2.2零件的技术要求分析技术要求可影响的因素据图2.1可知：需要加工的部位为平面的加工、圆柱面的加工以及内圆面结构的加工。左端端面表面粗糙度（精度）为3.2。Φ64H7孔和Φ74内环槽表面粗糙度（精度）均为3.2。Φ100g6外圆表面粗糙度（精度）为1.6。Φ180左端面表面粗糙度（精度）为6.3。其他内孔部位的表面粗糙度（精度）的要求均为3.2。最后剩下的表面粗糙度（精度）的要求均为12.5。可知此零件的整体加工精度要求高。加工难度较大。2.3零件的结构特征分析1.零件的结构特征从上图2.1可知构造紧凑，调节盘零件结构较简单，并且内孔和端面能够有效的定位，减少定位误差分析。所有孔的轴线与端面垂直。材料为45钢，强度和耐磨性较高。2.工艺性分析（1）加工难度较大。在加工和测量中，可用以下特征做参照：外圆面适合卡盘夹持。（2）便于工件的安装，初加工时，通过毛坯的圆柱面适合三爪卡盘装夹定位。（3）为保证加工质量，内孔表面应采用多次加工。（4）未注尺寸公差需要保证加工精度要求。2.4毛坯的确定1.材质分析根据零件的设计和运用领域等方面，零件材料、性能以及现有的，选择零件的材料，板料钢件为未经淬硬处理的45钢锻件。材料名称:优质碳素钢，GB699-88。抗拉强度:≥600(MPa)；屈服强度:≥355(MPa)；延长率:≥16%断面收缩率:≥40%；布氏硬度:≤197。2.选择锻造方法锻有中心通孔，在批量生产时（不采用下料毛坯。）应选用合适的坯料，以减少材料的浪费。通过降低材料消耗和降低加工成本，可以制造出高精度、高生产率的制造方法。锻件应采用模锻的锻造方法。3.毛坯图分析为避免加工余量混乱，则确定每个加工余量为2.5mm。具体毛坯尺寸如下图2.2。图2.2零件毛坯图3工艺规程的制订3.1基准的选择定位基准，是零件在加工的过程中，用以零件在装夹中处于正确的位置。因此需要经过慎重的考虑。且在选取的过程中，考虑到形位公差、工序尺寸等方方面面的因素。因此合理选用定位基准，可以促进生产效率。减少相对位置定位误差等因素。本次粗基准的选用在于未加工的毛坯表面。或是平坦的面、或是回转的圆面、或是其他的加工表面。根据零件图可知，首先加工的或是下端平面、或是顶端平面，因此可选择毛坯的平面或圆柱面作为粗基准。本次精基准的选用在于加工过的加工表面。或是遵循“基准重合”、或是遵循“互为基准”等原准则，需要考虑到尽可能的缩小尺寸误差。因此确定Φ60通孔及左端端面作为精基准。3.2制订工艺路线前述的各项工艺规程，包括零件的分析、结构等多种信息，在加工工艺路线的原则下交织在一起，且考虑到毛坯的类型、技术要求、定位基准等需求。因此可以草拟各种加工方案，确定每个工序所包含的加工信息是否满足当前零件的图纸精度要求等。以及加工完成后，还要考虑到后续的工序是否会对加工好的表面有所影响。设计工艺路线，如下表3.1和表3.2所示。表3.1加工工艺路线方案（一）工序号工序名称工序内容00锻造锻造毛坯10热处理调质处理后硬度为230~250HBW20粗车1.车左端端面见光2.粗车φ60φ64内孔留量1mm3.粗车外圆φ100留量1mm30粗车1.掉头平端面总长留量1mm2.粗车φ104内孔留量1mm3.粗车外圆φ180留量1mm40半精车1.半精车右端面2.半精车内孔φ64留量0.2mm，φ74台阶孔至尺寸3.车内环槽φ74至尺寸4.半精车外圆100留量0.2mm5.车外环槽5x1至尺寸50半精车1.掉头平端面保证总长64mm2.半精车外圆φ180至尺寸60精车1.精车内孔φ64至尺寸2.精车外圆100至尺寸70铣1.铣6-R7圆弧槽80钻1.钻φ8通孔2.铰φ8通孔90钻1.钻φ10通孔2.铰φ10通孔100淬火1.淬硬40~45HRC110钳1.去毛刺检1.按图纸检验工件表3.2加工工艺路线方案（二）工序号工序名称工序内容00锻造锻造毛坯10热处理调质处理后硬度为230~250HBW20钻1.钻φ8通孔2.铰φ8通孔30钻1.钻φ10通孔2.铰φ10通孔40粗车1.车左端端面见光2.粗车φ60φ64内孔留量1mm3.粗车外圆φ100留量1mm50粗车1.掉头平端面总长留量1mm2.粗车φ104内孔留量1mm3.粗车外圆φ180留量1mm60半精车1.半精车右端面2.半精车内孔φ64留量0.2mm，φ74台阶孔至尺寸3.车内环槽φ74至尺寸4.半精车外圆100留量0.2mm5.车外环槽5x1至尺寸70半精车1.掉头平端面保证总长64mm2.半精车外圆φ180至尺寸80精车1.精车内孔φ64至尺寸2.精车外圆100至尺寸90铣1.铣6-R7圆弧槽100淬火1.淬硬40~45HRC110钳1.去毛刺检1.按图纸检验工件经过方案一和方案二的加工方案的对比，发现方案二的钻铰φ8φ10通孔后进行车加工的工序。而方案一是加工完端面后钻铰孔，从加工顺序原则等的角度来看，先主后次的原则，该内孔并不是重要加工表面，在工步加工顺序中该内孔定位是在车的工序后，因此选择为方案一作为调节盘的加工工艺路线。3.3确定机床与工艺装备3.3.1装夹方式的选择（1）车削外圆面和端面时，这里装夹时选用大尺寸三爪自定心卡盘。零件为旋转体，平面不适用与卡钳装夹，容易造成形变。加上选择用单轴立式车床，可用车床附带机零件——三爪卡盘进行装夹。三爪卡盘见图3.1所示。图3.1三爪自定心卡盘（2）其他工序选用专用夹具。选用专用工装夹具。合理的定位、夹紧元件等装置，可缩小重合、非重合误差。缺点设计周期长，成本高。3.3.2机床的选择机床设备是制造机器的“机器”。严格来说，机床在机械制造业现代化建设起到重大的作用。因此，机床的种类丰富，各有各的优势和缺点。应根据当前工艺的要求适宜选择机床。根据零件外形尺寸和加工精度确定各表面的机床。见表3.3所示。表3.3机床选择表工序名称机床名称机床型号车两端面，各内孔，各外圆和倒角卧式车床CA6140铣6-R7圆弧槽立式铣床X51钻φ8、φ10通孔立式钻床Z5253.3.3刀具的选择刀具是机床加工的“利器”，其机床的主轴转速对机械刀具的材料影响颇大。不同零件的材料对刀具的磨损程度也不尽相同。故需要合理的选择合乎实际需求的刀具，必要的时候设计专门设计特殊刀具。当然基于成本的条件下，首先考虑到采取国家规定标准尺寸、规格等的刀具。相比自定义刀具之下，更换迅速，成本低。表3.4刀具卡刀具号刀具规格、名称刀具材质加工表面T01端面车刀硬质合金左端端面、右端端面T02内孔车刀硬质合金Φ60、φ64、φ104内圆T03外圆车刀硬质合金Φ180、Φ100外圆T05Φ14立铣刀高速钢6-R7圆弧槽T06Φ7.8麻花钻高速钢φ8通孔T07Φ8铰刀高速钢φ8通孔T08Φ9.8麻花钻高速钢Φ10通孔T09Φ10铰刀高速钢Φ10通孔3.3.4量具的选择量具是测量零件的尺寸、角度、形状精度和相互位置精度等所用的测量工具。常用游标量具包括:游标卡尺、深度游标卡尺、高度游标卡尺、千分尺以及百分表等。应根据零件的加工精度以及各方面的测量因素进行测量。表3.5量具卡序号检验内容检验工具（或设备）名称规格1检验φ180外圆游标卡尺0-200(0.02)2检验φ100g6外圆外径千分尺100-125(0.01)3检验φ60H7、φ64H7内孔内径千分尺50-75(0.01)4检验φ104内孔游标卡尺0-200(0.02)5检验φ74x13内沟槽沟槽游标卡尺0-200(0.02)6检验φ8内孔塞规Φ87检验φ10内孔塞规Φ103.4切削用量和基本工时的确定（1）工序60-1精车内孔φ64至尺寸切削余量0.1mm确定进给量：，择选确定切削速度：，择选=100m/min换算成主轴转速相近的转速为500r/min。换算成实际切削速度：基本工时：被切削长度11mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：辅助时间：（2）工序60-2精车外圆100至尺寸切削余量0.1mm确定进给量：，择选确定切削速度：，择选=100m/min换算成主轴转速相近的转速为320r/min。换算成实际切削速度：基本工时：被切削长度37mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：辅助时间：（21）工序80-1钻φ8通孔至φ7.8切削余量3.9mm，确定进给量，取确定切削速度：，取=16m/min换算成主轴转速相近的转速为680r/min。换算成实际切削速度：基本工时：孔深长度22mm，因而切入长度取切出长度，取，进给次数是，基本时间：辅助时间：（24）工序80-2铰φ8通孔至尺寸切削余量0.1mm确定进给量：，择选确定切削速度：，择选=8m/min换算成主轴转速相近的转速为392r/min。换算成实际切削速度：基本工时：孔深度22mm，因此切入长度0.1mm；切出长度，进给次数是，基本时间：辅助时间：0.064调节盘加工专用工装设计4.1夹具设计的作用机床夹具在机械生产的过程中起到的作用是无法替代的。不仅可以提高生产效率缩短辅助时间，还能保证产品的加工质量。设计工序80——钻铰φ8通孔至尺寸。4.2确定定位方案、选择定位元件对定位元件所占据的位置精度不必要求完全一致，但是必须控制在因定位产生的误差允许的范围之内。4.2.1定位方式的选择常见的定位元件有“平面”、“内孔”、“外圆”的定位方式。除此之外还有组合定位方式。根据工件的实际情况确定定位种类。定位方式是根据零件结构和形状进行合理的支承定位。通常选择“平面”、“孔”、“圆柱”等特征进行定位。为了保证精度和自由度能够满足夹具的需求，因此可选组合方式进行定位。前述定位基准为“圆柱和平面”组合定位方式。故在设计定位方式会选择“平面”和“内孔”组合。此类的定位条件优点是适宜空心端盖结构的定位。根据前述组合定位方式，设计零件芯轴零件。综上为非标准零件，不具备量产化。但优点是能够精确的定位。芯轴分别制约沉孔Φ104端面和内孔Φ60共5点，制约方向；缺乏旋转方向的制约，定位销夹在芯轴的定位销头盘，制约内孔Φ14共1点，制约方向。综上满足6点定位自由度。属于完全定位。则定位装置示意图如图4.1所示。图4.1定位装置示意图4.2.2定位误差分析芯轴是定心芯轴定位，由于内孔定位存在轴向转动间隙，因此必将引起轴向基准位移误差。在重力作用下定位内孔只存在单边间隙，即工件始终以孔的轴线与芯轴的母线重合。式——工件内孔直径公差（mm）存在误差。经机床夹具设计书查定位误差小于加工要求的公差1/5~1/3为合格。所以定位能满足加工精度要求4.3确定夹紧方案、选择夹紧元件4.3.1夹紧元件的选择夹紧装置是通过对工件的夹紧面施加夹紧力的装置。一般情况下，夹紧点选择靠近定位平面综合的中心。此外施加夹紧力的装置——动力源也要加以考虑。例如手动动力、电动动力、气压动力等装置。这里选择手动夹紧。适宜性广，结构相对简单。4.3.2夹紧方案的确定从上述定位元件的分布安装位置可知此零件除了在芯轴相对应的夹紧装置，也可选择在与支承点相对的面上设计夹紧元件。因此可保证工件在切削的过程中不移动。因此设计方案设计是以快换垫圈-A型零件为主的单螺旋夹紧机构。原理是快速安装，结构简洁。其中组成是在芯轴的定位销上端面设计单螺柱，便于连接垫圈和六角螺母-C型。4.4确定导向装置在工件的夹板上，如果按顺序进行若干加工步骤，如钻孔、扩孔、铰链孔或攻丝等，则需要一个不同孔径的钻套来指导刀具。此时应使用快速钻套。当改变钻套时，只需逆时针转动钻套将边缘平面转向螺旋位置，即可快速向上取出钻套。固定衬套与快换钻套配合使用，衬套的材质为HT200,在后续磨损后，可以直接换衬套，这样既节省成本有节约时间。4.5夹具体的设计夹具体从“一”型板类开始，两侧安装U型槽通过T型螺栓安装在机床工作台上增加稳定性上平面，就需要做出相互配合的安装凸台。减少摩擦的影响。并钻或铰孔等便于连接各装置。最后工艺完结加工后，将倒角、锐角等倒钝。检验合格后投入使用。图4.2夹具体4.6切削力和夹紧力的计算4.6.1切削力计算由于本道工序主要完成钻孔加工，得：式中F——轴向力（N）——钻头直径（mm）——每转进给量（mm）——修正系数为0.75；；代入切削力计算得：F=491.50N4.6.2夹紧力计算刀进给的方向与夹紧的方向互相同，则见下式。式中：——实际所需夹紧力，N；；公式如下：式中：——系数。由于系数时，就会使。则计算结果由公式得：。因此满足夹具的夹紧条件。4.7简要操作说明夹具体通过T型螺栓、定位凸台及起重螺栓在工作台上定位，快速拧松夹紧螺母–C型，移动快换垫圈。空出空间便于工件的安装。工件定位校准满足条件后，经过量尺无误后，即可将快换垫圈复位，然后将夹紧螺母–C型拧紧复位。在使用的过程中，使用专用扳手。经过测量后即可校准尺寸精度进行切削加工。图4.3装配图结论本次设计着重放在了调节盘零件设计的三部分：一是调节盘零件图形、技术要求等分析；二是编写调节盘零件的加工工艺路线，并通过合理的计算满足图纸的精度要求；三是设计钻孔夹具，满足工件的需求。通过三部分的展开，针对零件的工艺规程、专用工装设计有了清晰的认识。进一步加深知识的灵活运用。从而进一步完善设计。零件的几何结构相对复杂，尺寸精度等技术要求比较严格。通过普及率较广的“查表法”方法，完整的设计零件从毛坯到成型，多次引用可靠性较强的“查表修正法”进行编写机械加工工艺路线。计算切削参数，发现引用参数繁杂，需经过精