左支架前刹车凸轮加工工艺规程及钻3-φ13孔夹具设计

PAGE4PAGEIVPAGEI左支架前刹车凸轮加工工艺和夹具设计摘要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，工序，切削用量，夹紧，定位，误差AbstractIntheprocessofdesignshouldfirstofallpartstoanalyze,understandpartsoftheprocessandthendesignablankstructure,andchoosethegoodpartsofthemachiningdatum,designstheprocessroutesoftheparts;thenthepartseachstepprocessdimensioncalculation,thekeyistodeterminetheprocessequipmentandcuttingtheamountofeachworkingproceduredesign;thenaspecialfixture,fixtureforthevariouscomponentsofadesign,suchastheconnectingpartpositioningdevice,clampingelement,aguideelement,clampandthemachinetoolandothercomponents;thepositioningerrorcausedcalculatefixturewhenpositioning,analysisoftherationalityanddeficiencyoffixturestructure,payattentiontoimprovingandwilldesignin.Keywords:process,process,cutting,clamping,positioning目录

目录TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章绪论 1第2章加工工艺规程设计 22.1零件的分析 22.1.1零件的作用 22.1.2零件的工艺分析 22.2左支架前刹车凸轮零件加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 32.2.1孔和平面的加工顺序 32.2.2孔系加工方案选择 32.3左支架前刹车凸轮零件加工定位基准的选择 42.3.1粗基准的选择 42.3.2精基准的选择 42.4左支架前刹车凸轮零件加工主要工序安排 42.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 62.6确定切削用量及基本工时（机动时间） 7第3章钻3×Φ13孔夹具设计 143.1问题的提出 143.2切削力及夹紧力的计算 143.3误差分析与计算 153.4钻套、衬套、钻模板设计与选用 163.5确定夹具体结构和总体结构 183.6夹具设计及操作的简要说明 19总结 19参考文献 20第1章绪论学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生综合运用本课程及有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计。其目的如下：①培养学生解决机械加工工艺问题的能力。通过课程设计，熟练运用机械技术基础课程中的基本理论及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中定位、加紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量，初步具备设计一个中等复杂程度零件的能力。②培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。③进一步培养学生识图、制图、运用和编写技术文件等基本技能。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。PAGEPAGE20第2章加工工艺规程设计2.1零件的分析2.1.1零件的作用题目给出的零件是左支架前刹车凸轮零件。左支架前刹车凸轮零件的主要作用是支架轴，保证轴之间的中心距及平行度，并保证正确安装。,2.1.2零件的工艺分析由左支架前刹车凸轮零件图可知。左支架前刹车凸轮零件是一个左支架前刹车凸轮零件，它的外表面上有4个平面需要进行加工。支承φ38孔系在前后端面上。此外各表面上还需加工一系列孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：以φ38孔左端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：左端面的铣削加工；其中表面粗糙度要求为以φ38孔右端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：左端面的铣削加工；其中表面粗糙度要求为以φ38孔为主要加工表面的加工孔。（4）以3-φ13孔为主要加工表面的加工孔。以2-φ13孔为主要加工表面的加工孔。以宽度为20的左右端面为主要加工面。锪φ13三个孔的两端面为主要加工面。2.2左支架前刹车凸轮零件加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该左支架前刹车凸轮零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于左支架前刹车凸轮零件来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。2.2.1孔和平面的加工顺序左支架前刹车凸轮零件类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工左支架前刹车凸轮零件上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。左支架前刹车凸轮零件的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。左支架前刹车凸轮零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，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系加工精度。2.2.2孔系加工方案选择左支架前刹车凸轮零件孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最低的机床。2.3左支架前刹车凸轮零件加工定位基准的选择2.3.1粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）保证各重要孔的加工余量均匀；（2）保证装入左支架前刹车凸轮零件的零件与箱壁有一定的间隙。为了满足上述要求，应选择的主要支承孔作为主要基准。即以左支架前刹车凸轮零件的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。2.3.2精基准的选择从保证左支架前刹车凸轮零件孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置。精基准的选择应能保证左支架前刹车凸轮零件在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从左支架前刹车凸轮零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是左支架前刹车凸轮零件的装配基准，但因为它与左支架前刹车凸轮零件的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。2.4左支架前刹车凸轮零件加工主要工序安排对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。左支架前刹车凸轮零件加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到左支架前刹车凸轮零件加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，顶面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于左支架前刹车凸轮零件，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%—1.1%苏打及0.25%—0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。根据以上分析过程，现将左支架前刹车凸轮零件加工工艺路线确定如下：工艺路线一：工序号工名序称工序内容010铣端面铣φ56圆柱体的左端面，铣φ55圆柱体的的右端面020钻孔以φ55圆柱体的外圆面为粗基准钻φ20的孔精钻φ36的孔车镗φ37.7的孔扩φ37.75的孔铰φ38的孔030钻孔钻φ12.8三个孔，以孔38的内圆面为基准铰φ13的孔040铣端面铣宽度为20的左右端面，以孔38的轴线为基准050钻孔钻φ13的两孔，以孔38的轴线为基准060锪平面锪φ13三个孔的两端面，以孔38的轴线为基准工艺路线二：工序号工名序称工序内容010铣端面铣φ56圆柱体的左端面，铣φ55圆柱体的的右端面020铣端面铣宽度为20的左右端面，以孔38的轴线为基准030钻孔以φ55圆柱体的外圆面为粗基准钻φ20的孔精钻φ36的孔车镗φ37.7的孔扩φ37.75的孔铰φ38的孔040钻孔钻φ12.8三个孔，以孔38的内圆面为基准铰φ13的孔050钻孔钻φ13的两孔，以孔38的轴线为基准060锪平面锪φ13三个孔的两端面，以孔38的轴线为基准以上加工方案大致看来合理，但通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，以上工艺过程详见机械加工工艺过程综合卡片。综合选择方案一：工艺路线一：工序号工名序称工序内容010铣端面铣φ56圆柱体的左端面，铣φ55圆柱体的的右端面020钻孔以φ55圆柱体的外圆面为粗基准钻φ20的孔精钻φ36的孔车镗φ37.7的孔扩φ37.75的孔铰φ38的孔030钻孔钻φ12.8三个孔，以孔38的内圆面为基准铰φ13的孔040铣端面铣宽度为20的左右端面，以孔38的轴线为基准050钻孔钻φ13的两孔，以孔38的轴线为基准060锪平面锪φ13三个孔的两端面，以孔38的轴线为基准2.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“左支架前刹车凸轮零件”零件材料采用1号可锻铸铁制造，硬度HB为170—241，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。（1）底面的加工余量。根据工序要求，顶面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：参照《机械加工工艺手册第1卷》表3.2.23。其余量值规定为，现取。表3.2.27粗铣平面时厚度偏差取。精铣：参照《机械加工工艺手册》表2.3.59，其余量值规定为。（3）孔毛坯为实心，不冲孔。（4）端面加工余量。根据工艺要求，前后端面分为粗铣、半精铣、半精铣、精铣加工。各工序余量如下：粗铣：参照《机械加工工艺手册第1卷》表3.2.23，其加工余量规定为，现取。半精铣：参照《机械加工工艺手册第1卷》，其加工余量值取为。2.6确定切削用量及基本工时（机动时间）工序010：铣φ56圆柱体的左端面，铣φ55圆柱体的的右端面机床：铣床X52K刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）齿数[10]（1）粗铣左支架前刹车凸轮零件端面铣削深度：每齿进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.73，取铣削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：：根据《机械加工工艺手册》表2.4.81,被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：（2）精铣左支架前刹车凸轮铣上端面铣削深度：每齿进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.73，取铣削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：本工序机动时间工序2：以φ55圆柱体的外圆面为粗基准钻扩铰φ38孔,机床：立式钻床Z525刀具：根据参照《切削用量简明手册》表4.3～9选高速钢锥柄麻花钻头。=1\*GB2⑴扩φ37.75的孔进给量：根据《切削用量简明手册》表2.4～38，取。切削速度：参照《切削用量简明手册》表2.4～41，取。机床主轴转速：，按照《切削用量简明手册》表3.1～31，取所以实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：（2）铰孔φ38刀具：根据参照《切削用量简明手册》表4.3～54，选择硬质合金锥柄机用铰刀。切削深度：，且。进给量：根据《切削用量简明手册》表2.4～58，取。切削速度：参照《切削用量简明手册》表2.4～60，取。机床主轴转速：按照《切削用量简明手册》表3.1～31取实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度，刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：该工序的加工机动时间的总和是：工序030：钻φ12.8三个孔，铰φ13的孔机床：立式钻床Z525（1）钻孔工序1）背吃刀量=6.4mm2）进给量由表5-12，选取每转进给量f=0.2mm/r3)切削速度由表5-22查得，因为工件为45号钢，v=20m/min，带入公式得参照表4-15所列Z525的主轴转速取n=590r/min。实际转速为确定铰孔切削用量

（1）确定进给量f根据参考文献[7]表28-36，，按该表

注4，进给量取小植。查Z535说明书取。（2）确定切削速度v及n由参考文献[7]表28-39取。由参考文献[1]表28-3，得修正系数，

故查Z515说明书，取n=100r/min,实际铰孔速度基本时间的计算1）钻孔查表5-41，=24mm，=2mm=5mmf=0.2mm/r,n=590r/min带入3）铰孔根据表5-41及表5-42查得=20mm，=22mm，l=24mmf=0.4mm/r,n=140r/min辅助时间的计算根据经验公式，辅助时间与基本时间的关系为=（0.15～0.2）,本例取=0.15，则各工步的辅助时间为：钻孔工步：=0.15×15.8=2.37s精铰工步：=0.15×45.6=6.84s其他时间计算除了作业时间之外，每件工序的单位时间还包括布置工作地点时间、休息时间与生理需要时间和准备与终结时间。由于是大批生产，分摊到每个工件的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作时间是作业时间的2%～7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%～4%,在此均取3%，则各工序的其他时间（+）可按关系式（3%+3%）+×(+)计算，他们分别为：钻孔：+=6%×（2.37+15.8）=1.09s铰孔：+=6%×（6.84+45.6）=3.15s单件总时间的计算钻孔工步：=15.6+2.37+1.09=19.06s铰孔工步：=45.6+6.84+3.15=55.51s工序040：铣宽度为20的左右端面，以孔38的轴线为基准机床：铣床X52K刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：，，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=3mm所以铣削深度：=3mm每齿进给量：根据《切削用量简明手册》表2.4～73，取：根据《切削用量简明手册》表2.4～81，取铣削速度每齿进给量：根据《切削用量简明手册》表2.4～73，取根据《切削用量简明手册》表2.4～81，取铣削速度机床主轴转速：按照《切削用量简明手册》表3.1～74，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：：根据《切削用量简明手册》表2.4～81,取切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知，刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：工序50：钻φ13的两孔，以孔38的轴线为基准钻孔选用机床为Z525摇臂机床，刀具选用GB1436-85直柄短麻花钻，《机械加工工艺手册》第2卷。根据《机械加工工艺手册》第2卷表10.4-2查得钻孔进给量为0.20～0.35。则取确定切削速度，根据《机械加工工艺手册》第2卷表10.4-9切削速度计算公式为（3-20）查得参数为，刀具耐用度T=35则==1.6所以==72选取所以实际切削速度为=2.64确定切削时间（一个孔）=工序060：锪φ13三个孔的两端面，以孔38的轴线为基准切削深度：进给量：根据《切削用量简明手册》表2.4～38，取。切削速度：参照《切削用量简明手册》表2.4～41，取。机床主轴转速：，按照《切削用量简明手册》表3.1～31，取所以实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：第3章钻3×Φ13孔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，需要设计通用夹具。决定设计——钻3×Φ13孔的钻床卡具。3.1问题的提出在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上。定位基准的选择：该夹具以一个平面和和1个心轴和活动V型块定位，共限制6个自由度，采用手动螺旋机构夹紧。3.2切削力及夹紧力的计算钻该孔时选用：钻床Z525，刀具用高速钢刀具。由参考文献[5]查表可得：切削力公式：钻φ13孔D=22mm式中查表得：其中：即：实际所需夹紧力：由参考文献[5]表得：有：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献[5]表可得：所以由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。取，，查参考文献[5]1～2～26可知移动形式压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：式中参数由参考文献[5]可查得：螺旋夹紧力：由上述计算易得：因此采用该夹紧机构工作是可靠的。3.3误差分析与计算该夹具以一个平面和和1个心轴和活动V型块定位，要求保证孔轴线间的尺寸公差。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尺寸公差。由[5]和[6]可得：定位误差：当以任意边接触时当短以固定边接触时通过分析可得：因此：当以任意边接触时夹紧误差：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。3.4钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。图6.1可换钻套表dDD1Ht基本极限偏差F7基本极限偏差D6＞0～1+0.016+0.0063+0.010+0.004669--0.008＞1～1.84+0.016+0.0087＞1.8～2.658＞2.6～36981216＞3～3.3+0.022+0.010＞3.3～47+0.019+0.01010＞4～5811＞5～61013101620＞6～8+0.028+0.01312+0.023+0.01215＞8～101518122025＞10～12+0.034+0.0161822＞12～1522+0.028+0.01526162836＞15～1826300.012＞18～22+0.041+0.02030342036HT200＞22～2635+0.033+0.01739＞26～30424625HT20056＞30～35+0.050

+0.0254852＞35～4255+0.039+0.02059305667＞42～486266＞48～5070740.040钻模板选用钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。3.5确定夹具体结构和总体结构对夹具体的设计的基本要求（1）应该保持精度和稳定性在夹具体表面重要的面，如安装接触位置，安装表面的刀块夹紧安装特定的，足够的精度，之间的位置精度稳定夹具体，夹具体应该采用铸造，时效处理，退火等处理方式。（2）应具有足够的强度和刚度保证在加工过程中不因夹紧力，切削力等外力变形和振动是不允许的，夹具应有足够的厚度，刚度可以适当加固。（3）结构的方法和使用应该不错夹较大的工件的外观，更复杂的结构，之间的相互位置精度与每个表面的要求高，所以应特别注意结构的过程中，应处理的工件，夹具，维修方便。再满足功能性要求（刚度和强度）前提下，应能减小体积减轻重量，结构应该简单。（4）应便于铁屑去除在加工过程中，该铁屑将继续在夹在积累，如果不及时清除，切削热的积累会破坏夹具定位精度，铁屑投掷可能绕组定位元件，也会破坏的定位精度，甚至发生事故。因此，在这个过程中的铁屑不多，可适当增加定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间：对切削过程中产生更多的，一般应在夹具体上面。（5）安装应牢固、可靠夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹安装在重力的中心，夹具应尽可能低，支撑面积应足够大，以安装精度要高，以确保稳定和可靠的安装。夹具底部通常是中空的，识别特定的文件夹结构，然后绘制夹具布局。图中所示的夹具装配。加工过程中，夹具必承受大的夹紧力切削力，产生冲击和振动，夹具的形状，取决于夹具布局和夹具和连接，在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便于铁屑。此外，夹点技术，经济的具体结构和操作、安装方便等特点，在设计中还应考虑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便排出铁屑。3.6夹具设计及操作的简要说明如前所述，该工件不但可以采用V型块夹紧经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式。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。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，