《典型零件制造工艺-以项目为导向》-项目四

任务4.1针杆曲柄的制造工艺工艺任务:a.根据图4-1所示的零件图,分析其结构、技术要求、主要表面的加工方法,拟订加工工艺路线;b.确定详细的工艺参数,编制工艺规程。缝纫机针杆曲柄的零件图如图4-1所示。4.1.2分析零件图缝纫机针杆曲柄是缝纫机的主关键零件,根据其结构特征,可归属于盘盖类零件的一种非对称圆盘零件,除了具备盘类零件的一些特性外,还具有中心距呈14.5mm的两个内孔,其中中间大孔ϕ15H7为旋转中心孔,与主动轴相配合,单端偏孔ϕ8H7为曲柄中心孔,与曲柄销轴配合,并分别用两个M6紧定螺钉与配合轴固定,针杆曲柄的偏重部分主要起平衡作用,以便于实现针杆的高速运动。上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺主动轴旋转带动针杆曲柄的曲柄销轴,将旋转运动转换成针杆机构的上下直线往复运动,并传递运动和动力,其曲柄半径为14.5mm,则针杆行程为29mm,最终实现缝纫机的针杆缝纫功能。从零件图可以得知:两内孔(ϕ15H7和ϕ8H7)与各配合轴一般以过渡配合(H7/k6)形式固定,属于静配合,单端定位并用紧定螺钉紧固后,起支承和传递扭矩作用,零件的两端面或肩面主要起定位和支承作用。该零件的主要加工表面为两内孔、两端各平面或肩面等,次要表面为R25圆弧面、4-M6螺孔及2-ϕ10×5沉孔等。零件的关键工艺有:上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺(1)两内孔ϕ15H7和ϕ8H7的尺寸与形位精度较高,且具有较小的表面粗糙度值;(2)ϕ8H7孔中心线对ϕ15H7内孔中心线的平行度公差为0.03mm,且两孔中心距尺寸精度较高,允差为0.03mm。缝纫机针杆曲柄三维图如图4-2所示。4.1.3确定毛坯的制造方法及毛坯尺寸该零件对材料的力学性能要求不是很高,这里选用了最常用的优质碳素结构钢———45钢,该钢属于中碳钢,适合于调质处理,具有良好的综合力学性能,即具有较高的强度和硬度,较好的塑性、韧性。上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺从外部结构及尺寸看,毛坯选择锻件较为合适,由于是大批量生产,且具有非对称圆盘,为使加工余量均匀,这里采用了45钢模锻件。毛坯制造时,首先对模锻件的体积进行计算,折算成圆钢型材下料;其次按照模锻图要求,外形按模锻成型,所有内孔和螺孔均锻成实心,为便于定位,使右端ϕ17端面加长2mm作为工艺基准,使ϕ17右端面与R25右端面接平。R25圆弧面放加工余量2mm,其余各加工面均放单边余量1.5mm;最后对锻后件进行退火(或正火)处理,以消除内应力,并改善切削加工性。缝纫机针杆曲柄毛坯图如图4-3所示。4.1.4确定各表面的加工方法及选择机床与工装上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺根据缝纫机针杆曲柄的图纸要求及其结构特点,各表面的加工方法主要选择铣、车和钻(扩、铰、攻、锪)等。由于是大批量生产,因此对两端面加工可选择铣削;对左端大平面、ϕ20圆柱面及R25圆弧面加工可选择车削;由于所有孔、螺孔和沉孔等直径均较小,因此对于孔加工可选择钻、扩、铰、攻和锪等。对于机床与工装的选择具体归纳如下:1)对于两端面的铣削加工:机床选择数控立铣床XK52,夹具选用平虎钳或专用铣夹具,刀具选用端面铣刀ϕ60,量具选用游标卡尺等;2)对左端大平面、ϕ20圆柱面及R25圆弧面的车削加工:上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺选择CM6125型卧式车床或CK6125型数控车床,专用车夹具(可涨芯棒),车床顶尖,拔盘,外圆车刀(偏刀),游标卡尺等;3)对于各孔、螺孔和沉孔的加工:选择摇臂钻床Z3025,专用钻夹具(钻模或回转式钻模),各种钻头、扩孔钻、铰刀、锪钻和丝锥及游标卡尺、塞规、螺纹塞规等。本零件关键工艺的加工特点:(1)两内孔ϕ15H7和ϕ8H7的尺寸、形状精度及表面粗糙度要求,由钻→扩→铰保证;(2)两内孔ϕ15H7与ϕ8H7的中心距尺寸精度和平行度要求,由专用钻夹具(钻模)来保证;上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺(3)为便于定位,使右端ϕ17端面加长2mm作为工艺基准,使ϕ17右端面与R25右端面接平,待零件全部加工后再切除(半精铣)右端ϕ17×2工艺凸台至图纸要求。具体参数详见缝纫机针杆曲柄的工艺过程卡片。4.1.5划分加工阶段和安排加工顺序根据加工阶段划分的原则和零件表面加工精度要求,该针杆曲柄加工可划分为三个阶段:(1)粗加工阶段:粗铣两端面、钻孔和锪沉孔,粗车左端大平面、ϕ20圆柱面及R25圆弧面等;上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺(2)半精加工阶段:半精铣两端面、扩孔、半精车左端大平面、ϕ20圆柱面及R25圆弧面等;(3)精加工阶段;铰两内孔ϕ15H7与ϕ8H7至要求。按照机械加工顺序的安排原则:先加工针杆曲柄两端面,再粗加工、半精加工和精加工;调质处理安排在粗加工后,半精加工之前。再根据“基准先行”的原则,首先,在调质处理前,为了纠正调质处理后零件的变形,先将孔ϕ15H7由钻→铰至ϕ14.4H7作为定位精基准,粗车左端大平面、ϕ20圆柱面及R25圆弧面。上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺其次,在调质处理后,再将孔ϕ14.4H7由扩→铰至ϕ15H7准,然后以内孔ϕ15H7为精基准,借助专用车夹具(可涨芯棒),半精车左端大平面、ϕ20圆柱面及R25圆弧面等至图纸要求。其余工序还要遵守“先面后孔、先主后次和先难后易”等的安排原则,经综合考虑,最终确定加工顺序,详见工艺卡片。4.1.6基准选择及其工件装夹方式1)粗基准的选择及工件装夹方式:针杆曲柄加工的粗基准主要是左端大平面、小圆弧面R9.5与大圆弧面(毛坯尺寸为R27)。上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺(1)在粗铣右端面时,以左端大平面为粗基准贴平定位,用平虎钳夹紧ϕ20外圆;或以左端大平面与两圆弧面(R9.5和R27)组合定位,用V型块定位并夹紧。(2)在钻铰ϕ15H7与ϕ8H7内孔过程中,除右端大平面作为精基准外,增加了两圆弧面(R9.5和R27)为粗基准,进行组合定位,以限制工件6个自由度,用V型块定位并夹紧,借助专用钻夹具(钻模)进行加工。(3)在半精铣两端面和扩铰ϕ15H7与ϕ8H7内孔时,都用到了R9.5圆弧面为粗基准,并与其他精基准进行组合定位,用V型块定位并夹紧。2)精基准的选择及工件装夹方式:上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺由以上分析可知,针杆曲柄加工的精基准主要是两端大平面、两内孔ϕ15H7与ϕ8H7及R25圆弧面。(1)在加工两端各平面时,是以一端大平面为精基准,加工另一端平面,并遵循了“互为基准”的原则,用平虎钳或V型块进行定位和夹紧;(2)在加工ϕ15H7和ϕ8H7内孔时,以右端面作为精基准,并与两圆弧面(R9.5和R25)组合定位,用V型块定位并夹紧,借助专用钻夹具(钻模)进行加工;(3)在加工左端大平面、ϕ20圆柱面及R25圆弧面时,以ϕ15H7内孔为定位精基准(粗加工以ϕ14.4H7内孔定位),借助专用车夹具(可涨芯棒),并配以车床顶尖,拔盘等进行加工;上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺(4)在钻各螺纹底孔、锪沉孔和攻螺孔时,以右端大平面和ϕ15H7、ϕ8H7两孔(一面二孔)为精基准进行组合定位,以限制工件6个自由度,并加开口垫片和螺母M8夹紧,借助专用钻夹具(回转式钻模或普通钻模)进行加工。4.1.7拟定加工工艺路线对缝纫机大批量生产,大多采用工序集中的方法来安排工序和组织生产,这样可以减少工件的安装次数,保证零件各表面间的位置精度。同时,每道工序所包含的工步也不能太多,所以本零件总共安排了16道工序,其工艺路线安排见表4-2,具体见工艺过程卡片。上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺4.1.8确定加工余量、工序尺寸与公差缝纫机针杆曲柄为45钢模锻件,外形按模锻成型,所有内孔和螺孔均锻成实心,R25圆弧面放加工余量2mm,其余各加工面均放单边余量1.5mm。具体可根据毛坯图或模锻工序简图,结合零件图的最终加工要求,算出每道工序、各个表面的加工余量,也可参考各工序简图进行换算。各工序的工序尺寸可以从最终加工工序开始,向前推算;公差按各自采用加工方法的经济精度确定,按入体原则进行标注。各加工方法的经济精度和各加工阶段的加工余量可查相关资料或手册。具体见后面的缝纫机针杆曲柄大批量生产的制造工艺流程表。上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺表4-3列出了两内孔ϕ15H7和ϕ8H7的各道工序的工序尺寸与公差。4.1.9确定零件的检测方法针杆曲柄零件图是检测的依据。首先检测各表面的尺寸精度和形状精度是否合格,然后检测表面粗糙度,最后在专用检测量具上检测位置精度。成批大量生产、工艺稳定时,也可采用抽检。1)尺寸精度的检测。针杆曲柄的ϕ8H7、ϕ15H7两内孔和工序尺寸ϕ14.4H7内孔,精度达到IT7级,尺寸精度最终可用内径卡尺或塞规测量;所有螺孔用螺纹塞规检测;其余尺寸及各工序尺寸,用游标卡尺测量即可满足其使用要求。上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺2)位置精度的检测。位置精度的检测则需要一定的专用检测量具。本零件主要的位置精度是内孔ϕ8H7中心线对内孔ϕ15H7中心线的平行度公差为0.03mm。可用两根直径为ϕ8h6和ϕ15h6的可涨芯轴和百分表等,在专用检测量具上进行检测。3)表面粗糙度的检测。表面粗糙度可采用比较法或表面轮廓仪检测。4.1.10绘制工序简图,编制工艺文件上一页下一页返回任务4.1针杆曲柄的制造工艺根据确定的工艺路线及各工序的工艺参数,填写机械加工工艺过程卡片,见表4-4(表见书);同时为了便于阅读和理解,增加了每道工序均附有工序简图的制造工艺流程表,具体见缝纫机针杆曲柄的制造工艺流程表(表4-5(表见书))。上一页返回任务4.2底板零件的制造工艺底板零件图是制定工艺规程最主要的原始资料,在制定工艺时,必须首先加以认真分析。其目的有两个:一是明确零件在产品中的功用,各加工表面的作用、精度、表面质量等;二是审查图样上的视图、尺寸和技术要求是否完整、正确和统一,并对零件进行工艺审查。缝纫机底板三维图如图4-4所示。4.2.1底板零件的功用分析底板是缝纫机的主要大零件,与机壳相连接,将机壳机构内主传动传递到底板下面的一些机构,包括主轴及挑线杆机构、旋梭驱动轴机构及送料机构等,底板的上平面安装针板,反面内部安装着缝纫机的重要零部件旋梭,旋梭是缝纫机的关键核心零部件。下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺底板零件是仅次于机壳的重要大零件,也就是说机壳和底板是缝纫机制造的核心和关键。底板的零件图和机加工图如图4-5和图4-6所示,零件材料采用HT200,主要技术要求有:(1)铸件应时效处理,以消除内应力;(2)未注明铸造圆角为R2~5;(3)铸造不得有砂眼、裂纹、夹渣和疏松等铸造缺陷;(4)所有孔口倒角为1×45°;(5)去毛刺、周边锐角修光或倒钝。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺4.2.2底板零件的结构工艺性分析零件材料为灰铸铁HT200,表明其抗拉强度为σb≥200MPa,该材料的强度不高,但其耐磨性、耐热性及减震性很好,且具有良好的铸造性能,适用于承受较小应力,要求耐磨、减震等的零件。零件上标有粗糙度符号的主要加工表面有上下两平面、三路孔、四周边、U形针板槽、腰形沉槽、矩形沉槽和四角刮平圆角,以及螺钉连接孔、定位销孔和螺纹小孔、油孔等。其中主要加工面为上下两平面(Ra3.2μm)、三路孔(Ra1.6μm)、U形针板槽(Ra6.3μm)、腰形沉槽(Ra12.5μm)和矩形沉槽(Ra6.3μm)等。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺其中表面粗糙度要求较高的是三路孔及上下两平面。三路孔的公差等级达到IT7级,该零件的主要设计基准是大平面和中心大孔(ϕ26H7),其中大平面的平面度要求为≤0.08mm,上下两平面的平行度要求为≤0.08mm,中心大孔对大平面的平行度要求为≤0.08mm,三路孔的平行度要求为≤0.05mm,针板槽对中心孔的对称度要求为≤0.10mm等。三路孔主要安装三根传动轴,大平面上的U形槽安装针板,底板大平面与机壳底平面相接触,采用两个圆柱销(2-ϕ6)定位、四个螺钉(2-M10和2-M12)固定,以实现底板与机壳的正确连接。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺其中2-ϕ11和2-ϕ13孔为螺钉连接孔,2-ϕ6为定位销孔,大平面的平面度要求直接影响底板与机壳之间的接触精度与密封精度,而中心大孔对大平面的平行度要求及三路孔的平行度要求均影响缝纫机的传动精度,并且三路孔中每一路孔中的三挡孔必须同轴,所以加工每路孔时最好在一次装夹下,将三路孔依次一刀加工出来,或采用专用夹具来保证三路孔的平行度要求及每路孔的同轴度要求。针板槽对中心孔的对称度直接影响缝纫机的装配质量和缝纫质量,故必须用专用夹具给予保证。对底板零件图进行工艺审核后,可知该零件图视图正确、完整,尺寸、公差及技术要求齐全,加工要求合理,零件的结构工艺性较好。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺4.2.3确定底板的生产类型和毛坯制造形式及其生产流程缝纫机属于轻型机械,底板和机壳零件的年生产纲领均大于5万件,经计算,底板和机壳的质量分别约为6kg和14kg,故其生产类型为大批量生产,其毛坯生产、加工设备及工装等的选择应体现大批量生产的工艺特点,如采用通用设备与数控相结合,并配以专用工装等。底板和机壳零件的材料均为HT200(灰口铸铁),为铸造成型的铸件。铸造可分为砂型铸造和特种铸造两种,目前以砂型铸造应用最广。砂型铸造是用型砂紧实成型的铸件方法,其生产流程如图4-7所示。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺由以上流程图可知,整个砂型铸造可归纳划分为如下三个阶段:1.造型和制芯模样是在造型时形成铸型型腔,浇注后形成铸件外形。单件小批量生产时,模样常用木材制成,成批大量生产时,常用铸造铝合金、塑料等材料制成。砂型铸造用的造型材料主要指型砂和芯砂。黏土砂应用最广,适用于各类铸件;水玻璃砂强度高,主要用于铸钢件的生产;树脂砂强度较高,透气性和复用性好,清理容易,便于实现机械化和自动化,适用于成批大量生产。根据缝纫机大批量生产特点,毛坯的制造形式或生产方法选用树脂砂造型。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺造型方法可分为手工造型和机器造型两类。手工造型是指全部用手工或手动工具完成的造型。手工造型有较大的灵活性和适应性,但生产率低,劳动强度大,铸件质量不高,主要用于单件小批量生产。机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序,机器造型可显著提高铸件质量和生产率,改善劳动条件,但需要专用的设备、砂箱和模板,并且只能采用两箱造型,主要用于大批量生产。所以,缝纫机底板和机壳均应采用机器造型,即毛坯的制造形式或生产方法选用树脂砂机器造型较合适。型芯主要用来形成铸件的内腔。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺在单件小批量生产时,常采用手工造(制)芯;大批量生产时,采用机器制芯,如图4-8所示。由于型芯处于金属液的包围之中,故应使芯砂的性能高于型砂;造芯时,还应在型芯内放置芯骨,以提高强度;开设通气孔,以增加排气能力。型芯大多要烘干,以进一步提高强度和透气性。最后是合型,即将铸型的各个部分组合成一个完整铸型的操作过程。合型前应对铸型的各个部分进行检查,再安装型芯,最后将上型盖上,并将上下型压紧。2.熔炼和浇注熔炼的目的是获得一定化学成分和温度的金属液。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺铸铁的熔炼常采用冲天炉,铸钢的熔炼采用电炉,非铁合金的熔炼采用坩锅炉。故缝纫机底板和机壳熔炼时均应采用冲天炉。浇注是将金属液从浇包注入铸型的过程。浇注时应注意安全,并控制好浇注温度和浇注速度。金属液的出炉温度一般应高些,浇注温度应适当低些。浇注速度应适当,以免产生铸造缺陷。对缝纫机底板和机壳浇注时,先把几十个铸型按直线排列,再用熔炼好的大浇包,依次将几十个铸型逐一浇注,对于每个铸型,浇注时不得中断,直到充满型腔为止。3.落砂和清理上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺落砂是指用手工或机械使铸件和型砂、砂箱分开的过程。铸件在砂型中要冷却到一定温度才能落砂。落砂后从铸件上清除浇冒口、型芯、毛刺、表面黏砂等的过程称为清理。灰铸铁件、铸钢件、非铁合金铸件的浇冒口可分别用敲击、气割、锯割等方式去除和清理。清理后的铸件还应进行质量检验。缝纫机底板零件的形状不是十分复杂,因此毛坯的形状与零件的形状应尽量接近,但由于所有孔径(包括螺孔)均小于ϕ30,故毛坯上所有孔均铸成实心,腰形沉槽和矩形沉槽均铸成平面。为便于造型、取模和保证铸件质量,可将底板大平面朝上作为浇铸时的顶面位置,水平放置,并采用二箱造型。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺对机壳铸造时,也采用二箱造型,放置原则是使铸件的高度最低,水平卧式布置,并取机壳箱体的中心剖面为分型面。铸造后还应进行充分的时效处理,以消除残余内应力。时效处理分为自然时效和人工时效,主要目的是消除内应力,稳定尺寸。人工时效可以采用类似热处理或其他特殊方法,周期较短,但成材较高;自然时效是将零件毛坯露天放置,随它风吹雨淋,短则几个月、半年,长则一年,甚至几年,以逐渐消除其内应力的方法,此方法虽周期较长,但成材低,适用于不急于使用的铸锻毛坯件。对缝纫机底板、机壳等较大零件的大批量生产,宜采用自然时效。4.2.4确定毛坯表面的加工余量及其公差上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺查相关资料确定该铸件的尺寸公差等级(即铸造的精度等级)为CT9级(GB/T6414—1999),加工余量等级为F级(GB/T6414—1999),底板毛坯的主要铸造加工余量是上下两平面及四周边,查相关资料得加工余量为2~3mm,为简化和安全起见,各面、各边的余量均取3mm,公差按铸件基本尺寸查阅有关资料(根据GB/T6414—1999标准),按CT9级精度获得,按“对称”公差标注。具体如图4-9所示。4.2.5选择定位基准及零件装夹方式定位基准的选择是工艺规格设计中的重要工作,它是工艺路线是否正确合理的前提。正确与合理地选择定位基准,可以确保加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类,并提高生产率。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺1.选择粗基准及零件装夹方式底板大平面既是设计基准,又是重要表面和最大平面,加工时要求余量小和均匀,因此本零件机加工开始(工序3)即选择了底板大平面为粗基准。由于是大批量生产,为使零件定位迅速,再加其相邻两侧边组合定位,即大平面与相邻两侧边共三面组合作为粗基准定位,这样限制了零件6个自由度,定位准确又迅速;并在底板两端透孔处配两副浮动压板进行夹紧,这样夹紧牢固可靠。同时也使粗基准与精基准得到了统一。2.选择精基准及零件装夹方式上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺底板零件除了大平面是重要表面外,中间大孔ϕ26H7不但是精度要求最高的孔,而且也是该零件的设计基准、装配基准与测量基准。为避免由于基准不重合而产生误差,保证加工精度,应选ϕ26H7孔为精基准,即遵循“基准重合”的原则。同时为了使定位可靠,使加工过程稳定,夹紧方案简单、可靠,操作方便,可利用已加工好的大平面与孔ϕ26H7组合定位,也体现了该零件“一面一孔”较典型的定位方式,并且其余的各面和孔的加工也能用它们定位,所以又遵循了“基准统一”的原则。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺以上的“一面一孔”定位相当于一个长孔与一个大平面组合定位,限制了5个自由度,为了避免过定位,长孔采用削边芯轴,或采用圆柱形芯轴与专用夹具上的U形槽相配合进行组合定位,夹具结构见后,此处采用第二种方案较好。由于大批量生产,为了使定位迅速与准确,在以上“一面一孔”的基础上,再增加底板一端面组合定位,这样就限制了工件6个自由度,达到了定位迅速与准确之目的。其中“一面一孔”作为第一定位基准,单端定位面作为第二定位基准。为了保证加工精度,在选择装夹方式时要注意,尽可能采用基准重合和统一的原则来进行加工,故本零件工序9~17均采用了大平面与中间大孔ϕ26H7的“一面一孔”定位来进行加工,并采用1~2副浮动压板夹紧。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺而根据“基准先行”的原则,在选择上述“一面一孔”定位进行加工之前,首先要把大平面与中间大孔ϕ26H7加工出来。在加工大平面时,选择了已加工好的反平面为精基准,加相邻两侧边粗基准组合定位,一条长侧面用两副浮动压板夹紧,粗铣、半精铣底板大平面至图纸要求;在加工中间大孔ϕ26H7时,以大平面加两相邻侧面组合定位,限制工件6个自由度,并用两副浮动压板夹紧;在加工底板周边和四角圆弧R28刮平时,也以大平面为主要精基准定位,并需限制零件6个自由度,用两副浮动压板夹紧后进行加工。由此可见,本零件的精基准主要是“一面一孔”,夹紧采用浮动压板。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺其中“浮动”的作用是使夹紧力的分布大小能自动调节,使零件夹紧部位受力均匀,夹紧可靠。4.2.6确定各表面的加工方法及选择机床与工装缝纫机底板的主要表面为上下两平面(Ra3.2μm)、三路孔(Ra1.6μm)、U形针板槽(Ra6.3μm)、腰形沉槽(Ra12.5μm)和矩形沉槽(Ra6.3μm)等;次要表面是四周边、四角刮平圆弧、螺钉连接孔、定位销孔和螺纹小孔、油孔等。底板零件的生产类型为大批量生产,其毛坯生产、加工设备及工装等的选择应体现大批量生产的工艺特点,如采用通用设备与数控相结合,并配以专用工装,其中夹具应选用专用夹具等。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺底板零件的机加工主要采用铣和钻(包括铰、攻、锪等),各主要表面的加工方法及所选择的机床与工装归纳如下:1)上下两平面、U形针板槽、腰形沉槽、矩形沉槽、四周边和四角刮平圆弧等的加工:(1)机床:U形针板槽采用XQ6125B型卧式铣床,其余均采用XA5032型数控立铣床(改装)加工;(2)夹具:均采用各自的专用铣夹具;(3)刀具:铣刀有端面铣刀ϕ200和ϕ56,立铣刀(周边专用)ϕ68,硬质合金双面刃盘铣刀(针板槽专用)ϕ64,键槽铣刀ϕ28和ϕ11,其中ϕ11键槽铣刀也可采用ϕ11立铣刀代替;上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺(4)量具:主要是游标卡尺和R规等。2)三路孔的加工:均采用钻→铰。(1)机床:采用CD6140A型卧式车床和Z35型摇臂钻床;(2)夹具:专用钻夹具(钻模)、动力头等;(3)刀具:各种钻头和铰刀等;(4)量具:游标卡尺和塞规等。3)螺钉联接孔、定位销孔和螺纹孔、油孔等小孔的加工:采用钻、钻→锪或钻→攻等加工。(1)机床:采用Z3025型摇臂钻床和CD6140A型卧式车床;上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺(2)夹具:专用钻夹具(钻模)、动力头等;(3)刀具:各种钻头、锪钻和丝锥等;(4)量具:游标卡尺和螺纹塞规等。4.2.7划分加工阶段和安排加工顺序根据加工阶段划分的原则和零件表面加工精度要求,该底板加工可划分为三个阶段:(1)粗加工阶段:粗铣相关平面、钻孔等(Ra12.5μm);(2)半精加工阶段:半精铣相关平面、锪沉孔和攻螺纹等(Ra3.2μm和Ra6.3μm);上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺(3)精加工阶段;钻→铰三路内孔等(IT7,Ra1.6μm)。根据机械加工顺序的安排原则来安排加工顺序:(1)先面后孔:先加工底板上下两平面,再加工孔及其他表面;(2)先粗后精:按粗加工→半精加工→精加工的顺序进行加工;(3)基准先行,先主(难)后次(易):先加工底板大平面和中心大孔,然后以底板大平面和中心大孔为精基准定位,加工其他两路孔、侧面孔及其余各面和小孔等;在加工其余各面和小孔时,要遵循先主(难)后次(易)的原则,先加工U形针板槽,再加工腰形沉槽和矩形沉槽,最后加工其余各小孔和螺孔等。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺经综合考虑,最终确定底板零件的加工顺序,具体见工艺卡片。4.2.8拟定加工工艺路线由零件图可知,底板零件表面的尺寸精度最高为IT7级,表面粗糙度值最小为Ra1.6μm。在确定加工方法后就要划分工序,在零件加工的工步、顺序已经排定后,如何将这些工步组成工序,还需要考虑采用工序集中方式还是工序分散方式的问题。对缝纫机大批量生产,大多采用工序集中的方法来安排工序和组织生产的,这样可以减少工件的安装次数,保证零件各表面间的位置精度。同时,每道工序所包含的工步也不能太多,所以本零件总共安排了20道工序,其工艺路线见表4-6,具体见工艺过程卡片。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺4.2.9确定加工余量、工序尺寸与公差底板零件的毛坯生产为砂型铸造,机器造型。各加工面均放3mm加工余量,所有孔都铸成实心。具体可根据毛坯图或铸造工序简图,结合零件图的最终加工要求,算出每道工序、各个表面的加工余量,也可参考各工序简图进行换算。各工序的工序尺寸可以从最终加工工序开始,向前推算;公差按各自采用加工方法的经济精度确定,按入体原则进行标注。各加工方法的经济精度和各加工阶段的加工余量可查相关资料或手册。加工余量、工序尺寸与公差具体可参考缝纫机底板零件的机加工过程卡片和制造工艺流程表中的各工序简图。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺表4-7列出了底板大平面和中心大孔ϕ26H7各道工序的工序尺寸与公差。4.2.10确定切削用量和基本工时这里以铣U形针板槽64H9×100×2和钻螺钉连接孔ϕ13为例,分别介绍铣削和钻削加工的切削用量和基本工时的确定方法。1.铣U形针板槽64H9×100×2的切削用量和基本工时的确定机床:卧式铣床XQ6125B;刀具:硬质合金双面刃盘铣刀(针板槽专用)ϕ64;1)确定切削用量。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺(1)背吃刀量:ap=2mm;(2)进给量:根据半精铣(Ra6.3μm)和镶齿圆盘铣刀等条件,查相关表格或资料可得半精铣时每转进给量:f=1.2~2.7mm/r,取平均值得:f=1.95mm/r,刚好符合机床进给量挡数;(3)切削速度:根据硬质合金铣刀和加工材料为灰铸铁(HBS100~140)等条件,查相关表格或资料可得铣削速度:vc=110~115m/min,取平均值得:vc=112.5m/min。再根据半精铣和精铣时,铣削速度允许增加30%左右的条件,得半精铣时的铣削速度vc=112.5×1.3=146.3(m/min);(4)确定主轴转速:上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺根据卧式铣床XQ6125B主轴转速挡,最接近的是n=725r/min,故可取n=725r/min。所以实际铣削速度为:2)计算基本工时。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺

,用作图法得L=84.4,查表得L1=1~2,取L1=1.5,则

=0.06(min)=3.6(s)2.钻螺钉连接孔ϕ13的切削用量和基本工时的确定机床:摇臂钻床Z3025;刀具:ϕ13高速钢麻花钻;1)确定切削用量。(1)背吃刀量:ap=d/2=6.5(mm);上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺(2)进给量:查表可得,f=0.52~0.64mm/r,查摇臂钻床Z3025的主轴进给量得:f=0.63mm/r符合要求;(3)切削速度:查表可得各系数,并根据公式计算:(4)确定主轴转速:上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺2)计算基本工时。所以钻一个孔的基本工时为:4.2.11确定零件的检测方法底板零件图是检测的依据。首先检测各表面的尺寸精度和形状精度是否合格,然后检测表面粗糙度,最后在专用检测量具上检测位置精度。成批大量生产、工艺稳定时,也可采用抽检。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺1)尺寸精度的检测。三路内孔ϕ15H7、ϕ21H7和ϕ26H7,粗糙度为Ra1.6μm,精度达到IT7级,尺寸精度最终可用内径卡尺或塞规检测;U形针板槽中的R32半圆弧(Ra6.3μm)、底板大平面的四圆角R15和四角R28刮平圆弧均采用R规检测;所有螺孔用螺纹塞规检测;其余尺寸及各工序尺寸,用游标卡尺测量即可满足其使用要求。2)形位精度的检测。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺本零件主要的形状精度是底板大平面的平面度公差为0.08mm;位置精度是上下两平面的平行度公差为0.08mm,中心大孔ϕ26H7轴心线对底板大平面的平行度公差为0.08mm,另两路孔对中心大孔的平行度公差为0.05mm,U形针板槽两侧面对中心大孔的对称度公差为0.10mm,以及每路孔的同轴度要求等。由于是大批量生产,这些形位精度的检测,需要一定的专用检测量具,目前应用较多的是三坐标检测仪。3)表面粗糙度的检测。表面粗糙度可采用比较法或表面轮廓仪检测。上一页下一页返回任务4.2底板零件的制造工艺4.2.12绘制工序简图,编制工艺文件根据确定的工艺路线及各工序的工艺参数,填写机械加工工艺过程卡片,见表4-8(表见书);同时为了便于阅读和理解,增加了每道工序均附有工序简图的制造工艺流程表(表4-9(表见书));另外还选定了三个工序(工序4、12、15),作为编制机加工工序卡片的范例(表4-10（表见书）)。上一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述夹具是在机床上用于装夹工件或引导刀具的装置,是工装(夹具、刀具和量具)的重要组成部分。4.3.1机床夹具的组成(1)定位元件———用于确定工件在夹具中的加工位置;(2)夹紧装置———用于将定位后的工件压紧固定,以保证在加工时保持所限制的自由度;(3)导向元件或对刀装置———用于保证刀具相对于夹具的位置。对钻、镗用导向元件(钻套和镗套);对铣、刨用对刀装置(对刀块);(4)连接元件———用于保证夹具与机床工作台之间的相对位置。下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述对铣夹具,用定位键定位,用梯形螺栓固定;对钻夹具,不需要定位键定位,只需用梯形螺栓固定即可;(5)夹具体———是整个夹具的基座,支撑并保持各元件的相对位置。要求便于装卸工件以及在机床上的固定;(6)其他元件或装置———如分度机构、靠模装置和操作元件等。4.3.2专用夹具必须满足的三个基本要求(1)定位迅速;(2)夹紧可靠;(3)对刀或导向准确。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述4.3.3机床夹具的分类(1)按使用特点分为:通用夹具(图4-10)、专用夹具(图4-11和图4-12)、成组夹具、组合夹具、随行夹具;(2)按使用机床分为:车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具;(3)按动力源分为:手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。4.3.4机床夹具的功用(1)保证加工精度(或质量):零件加工精度包括尺寸精度、几何形状和表面相互位置精度。夹具的最大功用是保证加工表面的位置精度;上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述(2)提高生产率,降低生产成本:快速将工件定位夹紧,免除了找正、对刀等,缩短辅助时间,提高了成品率,降低了成本;(3)扩大机床的加工范围:如在车床上加镗夹具,可完成镗孔加工;(4)减轻工人劳动强度。4.3.5工件在夹具中的定位工件定位目的:使同批工件在机床或夹具上处于正确一致的加工位置。安装=装夹=定位+夹紧;定位与夹紧的区别:定位是使工件占有一个正确的位置,夹紧是使工件保持这个正确位置。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述1)完全定位与不完全定位:工件的6个自由度被完全限制的定位称完全定位;允许少于6点的定位称为不完全定位。都是合理的定位方式。2)欠定位与过定位;工件应限制的自由度未被限制的定位为欠定位,在实际生产中是绝对不允许的;工件一个自由度被两个或两个以上支承点重复限制的定位称为过定位或重复定位。过定位一般来说是不合理的,也是不允许的,但在精加工时也可看到,即精度高时允许,精度低时不允许。3)消除过定位及其干涉的途径:上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述(1)改变定位元件结构,消除对自由度的重复限制,如长销改成短销;(2)提高工件定位基面之间的位置精度,提高夹具定位元件之间的位置精度,减少或消除过定位引起的干涉,精加工时可增加刚度和定位稳定性。4.3.6常见定位方式与定位元件1)工件以平面定位。(1)固定支承钉(三点决定一个平面):多用于以平面作定位基准时的定位元件。如图4-13所示。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述(a)平顶支承钉,适用于已加工表面的定位;(b)圆顶支承钉,适用于毛坯面定位,以减小装夹误差,但支承钉容易磨损和压伤工件基准面;(c)网(花)纹顶面支承钉,用于工件的侧面定位,增大摩擦系数,但清除切屑不方便,不宜用在水平面定位;(d)带衬套支承钉,批量大、磨损快时使用,便于拆卸。支承钉与夹具体的配合可采用H7/r6或H7/n6。(2)固定支承板(两条决定一个平面):一般用作精基准面较大时的定位元件。如图4-14所示。(a)A型(平板式)支承板,结构简单、紧凑,但不易清除落入沉头螺钉孔内的碎屑;(b)B型(斜槽式)支承板,在支承面上开两个斜槽为固定螺钉用,使清屑容易又结构紧凑。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述无论采用支承钉或支承板作为定位元件,装入夹具体后,为使各支承面在一个水平面内,应再修磨一次(一次性磨平)。(3)浮动(自位)支承:可随工件定位基准面的变化而自动适应,一般只限制一个自由度,即一点定位,如图4-15所示。由于工件定位表面有几何形状误差,或当定位表面是断续表面、阶梯表面时,采用浮动支承可以增加与工件的接触点,提高刚度,又可避免过定位。2)工件以圆孔定位———常为孔与端面组合定位,即“一面一孔”定位。圆柱孔定位的特点:属于中心定位,定位面为圆柱孔,定位基准为中芯轴线(中心要素),通常要求内孔基准面有较高的精度。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述定位元件主要有定位销、圆锥销和芯轴。(1)定位销:分固定式和可换式,圆柱销和菱形销等,如图4-16所示。其中(a)(b)(c)为固定式定位销,结构简单,采用H7/r6与夹具体直接配合;(d)为带村套的可换式定位销,用于大批量生产,因工件装卸次数频繁,定位销易磨损,采用此结构便于更换,衬套外径与夹具体配合采用H7/n6,而内径与定位销的配合采用H7/h6或H7/g6。(2)圆锥销:常用于工件孔端的定位,可限制3个自由度,如图4-17所示。在加工套筒类工件时常用。(a)圆锥销,用于精基准定位;(b)削边圆锥销,用于粗基准定位。(3)定位芯轴:主要用于盘套类零件的定位,如图4-18所示。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述芯轴常用于套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中,以保证加工面(或齿轮分度圆)对内孔的同铀度公差。芯轴是夹具中一种结构较紧凑的单元体,芯轴以柄部或中心孔与机床连接。芯轴在定位过程中一般限制工件的4个自由度。芯轴的专业化程度很高,许多工厂都制订了自己的标准,如磨床、车床、滚齿、插齿、刨齿、磨齿等芯轴的标准。3)工件以外圆表面定位。(1)V型块定位:结构尺寸已标准化,斜面夹角有60°、90°和120°三种,其中以90°应用最广,如图4-19所示。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述V型块分固定V型块和活动V型块两种。V型块对中性好,能使工件的定位基准轴线在V型块两斜面的对称平面上,而不受定位基准直径误差的影响,并且安装方便,可用于粗、精基准的定位。活动V型块用于定位夹紧机构中,起消除一个自由度的作用。(2)定位套筒:常以工件外圆表面与一垂直端面组合定位,即“一面一圆”定位,如图4-20所示。(3)半圆孔定位座:常用于大型轴类工件的定位,如图4-21所示。4)组合表面定位。(1)一个平面和与其垂直的两个孔组合———“一面二孔”定位,如图4-22所示。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述但这种定位属于过定位,解决办法是将其中一销做成削边销,如图4-23所示。(2)一孔和与一平行于孔中心线的平面组合———“一孔一面”定位;但这种定位也属于过定位,常用解决办法是将用于孔定位的圆柱销改成削边销,或者平面采用双斜面组合定位,如图4-24所示。在加工零件(a)和(b)的两小孔时,为保证A1,A2的尺寸精度,并消除过定位,对零件(a)应采用图(c)的定位方式,对零件(b)应采用图(d)的定位方式。4.3.7定位误差的分析上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述1)定位误差的概念:指一批工件在夹具中定位时,工件的设计基准(或工序基准)在加工尺寸方向上的最大变动量,以ΔD表示。成批加工工件时,夹具相对机床的位置及切削运动的行程调定后不再变动,可认为加工面的位置是固定的。但因一批工件中每个工件在尺寸形状及表面相互位置上均存在差异,所以定位后各表面有不同的位置变动。另外,工序基准的位置变动也将对加工精度产生直接影响。2)产生定位误差的原因:定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差。(1)基准不重合误差ΔB:其大小等于设计基准与定位基准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量(公差)。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述(2)基准位移误差ΔY:是指工件的定位基准在加工尺寸方向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差以及两者之间的间隙、磨损等所引起,如图4-25所示。3)定位误差的计算公式:ΔD=ΔB+ΔY(矢量和)。4)保证加工精度实现的条件:若规定工件的加工允差为δ工件,以Δ夹具表示与采用夹具有关的误差,以Δ加工表示除夹具外与工艺系统其他因素(如机床误差、刀具误差、受力受热变形等)有关的加工误差,为保证工件的加工精度要求,必须满足误差计算不等式:δ工件≥Δ夹具+Δ加工。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述在制定夹具公差时,应保证夹具的定位、制造和调整误差的总和不超过零件公差的三分之一,也即ΔD≤1/3Δ加工。4.3.8常见定位方式的定位误差计算1)以平面定位时的定位误差计算:平面度误差很小,定位副制造不准确误差可忽略不计,所以定位误差主要由基准不重合引起;2)以圆孔定位时的定位误差计算:(1)工件孔与定位芯轴无间隙配合,不存在定位副制造不准确误差,定位精度较高;上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述(2)工件单向靠紧定位,如定位芯轴水平放置,或在夹紧力作用下单向推移工件靠紧定位(单边接触),如图4-26所示,则单边接触时基准位移误差为:(3)工件孔与垂直放置的芯轴间隙配合定位(任意边接触),如图4-27所示,则任意边接触时基准位移误差为:3)以外圆在V型块上定位时的定位误差计算:上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述如图4-28所示,最常见的是工件以外圆在V型块上定位铣键槽,工序尺寸(槽底尺寸)的标注方法有H1、H2和H3

三种,则可直接利用以下公式计算这三个尺寸的定位误差。(1)工序尺寸H1

的定位误差为:(2)工序尺寸H2

的定位误差为:上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述(3)工序尺寸H3

的定位误差为:(4)对三个定位误差的分析与结论:A.三个尺寸的定位误差均与工件外径的公差Td

成正比,所以要提高定位精度,必须提高工件外径的精度,即减小公差Td

。B.三个尺寸的定位误差均与V型块的斜面夹角α成反比,α越大,ΔD越小,但定位稳定性变差;α越小,ΔD越大,但定位稳定性变好,所以α不能太大,也不能太小,一般取α=90°为宜。C.三个定位误差公式中,以工序尺寸H3为最小,即定位精度最高,且检测方便,所以在设计轴类零件的键槽时,槽底的工序尺寸以H3

的标注方式最好。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述4.3.9工件在夹具中的夹紧1.夹紧装置的组成、作用和基本要求(图4-31)1)组成:a.力源装置;b.中间传力机构;c.夹紧元件。2)作用:a.改变作用力的方向;b.改变作用力的大小;c.使夹紧实现自锁。3)基本要求:(1)稳———夹紧时不破坏工件定位后的正确位置;(2)牢———夹紧力大小要适当;(3)快———夹紧动作要迅速、可靠;上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述(4)简———结构紧凑,易于制造与维修。2.合理确定夹紧力的三要素:大小、方向和作用点1)夹紧力方向的确定:(1)主要夹紧力方向应垂直于主要定位面(图4-32)。(2)夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小(图4-33)。(3)夹紧力的作用方向应使工件变形尽可能小(图4-34)。2)夹紧力作用点的确定:(1)夹紧力应作用在刚度较好部位(图4-35)。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述(2)夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件形成的支承面内。(3)夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面(图4-36)。3)夹紧力大小的估算:夹紧力的大小根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算,并乘以安全系数K,一般精加工K=1.5~2,半精加工K=2~2.5,粗加工K=2.5~3。4.3.10典型夹紧机构1)斜楔夹紧机构(图4-37):采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构称为斜楔夹紧机构。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述斜楔夹紧机构的特点:(1)有增力作用,扩力比i=FJ/FQ,约等于3;(2)夹紧行程小,h/s=tanα,故h远小于s;(3)当α<10°时能自锁,为安全起见,一般取α=6°~8°;(4)结构简单,但操作不方便,主要用于机动夹紧且毛坯质量较高的场合。2)偏心夹紧机构:最常见的是偏心轮-压板夹紧机构(图4-38)(1)偏心轮夹紧原理及其几何特性。偏心轮夹紧实质是一种斜楔夹紧,但各点升角不等,如图4-39所示,m、n处升角为0,P处升角最大。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述(2)偏心轮夹紧的自锁条件。P点夹紧时能自锁,则可保证其余各点均可自锁,自锁条件aP≤ϕ1+ϕ2D/e取值14~20时自锁,D/e叫偏心轮的偏心特性,表示偏心轮的工作可靠性。(3)偏心轮夹紧的夹紧力(图4-40)。根据斜楔夹紧原理,得P点产生的夹紧力为:一般取l=(2~2.5)D,ρ≈D/2,扩力比为12~13。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述(4)偏心轮夹紧的特点与应用。圆偏心轮夹紧力小,行程小,自锁性不太好。主要用于切削力小,无振动,工件尺寸公差不大的场合。3)螺旋夹紧机构(图4-41),是手动夹具上用得最多的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构的特点:(1)结构简单,自锁性好,夹紧可靠;(2)扩力比约为80,远比斜楔夹紧力大;(3)夹紧行程不受限制,在夹具中应用最广;(4)夹紧动作慢,辅助时间长,效率低。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述4)其他夹紧机构。(1)螺旋压板夹紧机构(图4-42);(2)螺旋定心夹紧机构(图4-43);(3)联动夹紧机构(图4-44);(4)多件夹紧机构(图4-45)。5)夹紧动力源装置。常用夹紧动力源装置有气动、液压、电动、电磁、真空等,还有气-液压组合夹紧装置等。4.3.11夹具的导向元件和对刀装置上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述1)导向元件———钻套和镗套(图4-46~图4-49)。固定钻套:直接压入钻模板或夹具体的孔中,位置精度较高,但磨损后不易拆卸,故多用于中、小批量生产;可换钻套:以间隙配合安装在衬套中,而衬套则压入钻模板或夹具体的孔中,为防止钻套在衬套中转动,加一固定螺钉,可换钻套在磨损后可以更换,故多用于大批量生产;快换钻套:具有快速更换的特点,更换时不需拧动螺钉,而只要将钻套逆时针方向转动一个角度,使螺钉头部对准钻套缺口即可取下钻套,多用于同一孔需经多个工步加工情况。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述钻套材料:必须有很高的耐磨性。当钻套孔径d≤26mm时,用T10A钢制造;当d>26mm时,用20钢制造。钻套高度与容屑间隙(如图4-49所示):钻套高度一般取H=(1.5~2)d;容屑间隙h的选取:加工铸铁时取h=(0.3~0.7)d,加工钢和有色金属时取h=(0.7~1.5)d。2)对刀装置———对刀块(图4-50)。4.3.12夹具的连接元件———定位键图4-51所示为定位键结构。4.3.13常见机床专用夹具上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述(1)钻床夹具(钻模)(图4-52和图4-53);(2)铣床夹具(图4-54);(3)车床夹具(图4-55);(4)镗床夹具(镗模)(图4-56)。4.3.14机床专用夹具设计的方法与步骤机床专用夹具设计是工艺装备设计的一项重要工作,是工艺系统中最活跃的因素。首先应做好设计准备工作,收集原始资料,分析研究工序图,明确设计任务;其次再根据零件工艺规程中相关工序所规定的内容和要求来进行,如工序名称、加工技术要求、机床型号、前后工序关系、定位基准、夹紧部位和同时加工的零件数等。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述专用夹具设计可分为拟定方案、绘制装配图和拆画专用零件图三个阶段。下面重点简述专用夹具装配图设计绘制的方法与步骤:1)布置图面。选择适当比例(尽可能1∶1),在图纸上用双点划线绘制出被加工件各个视图的轮廓线及其主要表面(如定位基面、夹紧表面和本工序的加工表面等),各视图之间要留有足够空间,以便绘制夹具元件、标注尺寸和引出件号等。2)设计定位元件。根据选好的定位基准确定出定位元件的类型、尺寸、空间位置及详细结构,并将其绘制在相应的视图上(按接触或配合的状态)。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述3)设计导向元件或对刀装置。在分析加工方法及工件被加工表面的基础上,确定出用于保证刀具和夹具相应位置的对刀元件类型(钻、镗夹具用导套,铣床夹具用对刀块)、结构和空间位置,并将其绘制在相应的位置上。4)设计夹紧装置。夹紧装置的结构与空间位置的选择取决于工件形状、工件在加工中的受力情况以及对夹具的生产率和经济性等要求,其复杂程度应与生产类型相适应,并注意设置快卸结构。5)设计其他元件和装置。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述如定位夹紧元件的配套装置、辅助支撑和分度转位装置等。6)设计夹具体。通过夹具体将定位、夹紧、对刀等元件与其他元件等所有装置连接成一个整体。夹具体还用于保证夹具相对于机床的正确位置。铣夹具要有定位键;钻夹具注意钻模板的结构设计;车夹具注意与主轴连接的结构和整体平衡问题等。夹具体一般采用铸件结构,对中小型夹具体常采用灰口铸铁,对大型夹具体常采用铸钢。7)画工序图和标注。在装配图适当的位置画上缩小比例的工序图,以便于审核、制造和检验者在阅读时对照。上一页下一页返回任务4.3机床专用夹具设计概述在装配图上应标注三类尺寸(配合尺寸、性能尺寸和外形尺寸)、引出零件号、确定技术要求及编制零件明细表等。装配图标题栏及零件明细表格式应规范,符合机械制图标准。夹具设计过程示意如图4-57所示:上一页返回任务4.4底板零件的专用夹具设计根据生产纲领,缝纫机底板是大批量生产的零件,为了保证加工质量,提高生产率,降低生产成本,减轻工人的劳动强度,每道工序都采用了专用工装,所以必须设计专用夹具,本项目以铣U形针板槽(工序12)和钻四个螺钉连接孔(工序15)为例,介绍最常用的专用铣床夹具和专用钻床夹具的设计方法。4.4.1接受设计任务、明确加工要求1.专用铣夹具(1)用途:专用于工序12铣U形针板槽的加工;(2)机床:卧式铣床XQ6125B;下一页返回任务4.4底板零件的专用夹具设计(3)刀具:针板槽专用刀具,硬质合金双面刃盘铣刀ϕ64,半径定型,槽宽等于直径;(4)量具:游标卡尺0~150和R规等;(5)装夹方式:以大平面、中心大孔(芯轴不拆下)和右端面组合定位,以限制工件6个自由度,零件竖立使大平面垂直于工作台安装在专用铣夹具上,并用两副浮动压板夹紧;(6)切削用量:n=725r/min,v=146m/min,f=1.95mm/r,ap=2mm;(7)加工要求:半精铣U形针板槽64H9×100×2至图纸要求,即要求各表面粗糙度为Ra6.3μm,并保证U形针板槽两侧面对中心大孔的对称度公差为0.10mm,精度等级为IT9级。上一页下一页返回任务4.4底板零件的专用夹具设计2.专用钻夹具(1)用途:专用于工序15的钻四个螺栓连接孔;(2)机床:摇臂钻床Z3025;(3)刀具:钻头ϕ11和ϕ13各一支,平面锪钻ϕ18和ϕ22各一支;(4)量具:游标卡尺0~150等。(5)装夹方式:以大平面、中心大孔(芯轴不拆下)和左端面组合定位,以限制零件6个自由度,用一副浮动压板夹紧;(6)切削用量:见表4-11。上一页下一页返回任务4.4底板零件的专用夹具设计(7)加工要求:先依次钻2-ϕ11和2-ϕ13通孔准;更换快换导套后再依次锪2-ϕ18×14沉孔和2-ϕ22×3平面准,要求各表面粗糙度为Ra12.5μm,精度等级为IT11级。4.4.2确定定位方案、选择定位元件1.专用铣夹具工件在夹具中的定位方案与定位基准面的选择应与该工件同工序的机械加工工艺规程一致。即以大平面、中心大孔(芯轴不拆下)和右端面组合定位,以限制工件6个自由度,零件竖立使大平面垂直于工作台安装在专用铣夹具上。上一页下一页返回任务4.4底板零件的专用夹具设计在铣U形针板槽时,有一个工序尺寸为68mm或总长100mm,其工序基准是底板右端面,为了避免由于基准不重合带来的加工误差,选择右端面作为第三定位基准面;而大平面与中心大孔的“一面一孔”定位相当于一个大平面与一个长孔的组合定位,为了消除过定位,可采取两种定位方案:第一,长孔采用削边芯轴定位;第二,采用圆柱形芯轴与夹具上的U形槽相配合进行组合定位。此处采用第二种方案较好。而底板大平面与工作台的垂直度和U形针板槽两侧面对中心大孔的对称度要求,均由专用铣夹具的精度来保证。工件的定位是通过定位基准面与定位元件接触来实现的,故定位元件的选取应与定位方案和工件定位表面相适应。上一页下一页返回任务4.4底板零件的专用夹具设计此处的大平面定位可采用4条支承板B20×150(GB/T2236—91)来定位,作为第一定位基准,限制3个自由度,其中定位元件是4条支承板;圆柱芯轴ϕ26g6与夹具上的两端U形槽宽26H7相配合定位,作为第二定位基准,限制2个自由度,其中定位元件是圆柱芯轴;为简化夹具结构,底板右端面的定位元件不用定位销,而借用右端U形槽定位座的左端面直接与底板右端面相接触进行定位,虽然是过定位,但由于两U形槽中心线与右端U形槽定位座的左端面垂直精度很高,因此可作为第三定位基准,限制1个自由度即可,这样总共限制了零件的6个自由度,得到了完全定位。上一页下一页返回任务4.4底板零件的专用夹具设计另外,为了使定位迅速、准确和稳定,在夹具的左端面增加了一个锁紧螺钉,起辅助定位作用,以使底板右端面与第三定位基准面充分接触。2.专用钻夹具专用钻夹具也称钻模,由于4个连接孔的纵向定位尺寸均从底板左端面开始,即其工序基准是底板左端面,为了避免由于基准不重合带来的加工误差,选择左端面作为第三