机械制造技术课程设计-虎口乙座加工工艺及钻φ7孔夹具设计

零件的材料为HT200，硬度适中，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，拨动叉中间圆柱体连有两翼板，以下是虎口乙座需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：F面：表面粗糙度要求为Ra6.3μmAC1、AC2面：表面粗糙度要求为Ra1.6μmE面：精度要求为±0.4mmB孔：尺寸精度为H7，表面粗糙度要求为Ra1.6μm，相对于A面有平行度要求精度为0.03mm，相对于C面有垂直度精度要求为0.03mmL孔：尺寸精度为H8，表面粗糙度要求为Ra1.6微米，相对于B面有垂直度精度要求为0.15mmH1、H2孔，G1，G2孔：有位置度要求为±0.2mm零件总体特点是一个典型的铸造类零件。4）确定毛坯、画毛坯在仔细分析了零件的基础上，选择零件的加工方法，首先从毛坯开始，在毛坯的选择上，既要考虑工艺性，又要考虑到经济性，综合两项因素进行毛坯的选择。毛坯的选择对零件工业过程的经济性有很大影响，工序数量，材料消耗加工工时等都取决于所选择的毛坯，但要提高毛坯的质量往往会使毛坯制造困难，需要复杂的工艺和昂贵的设备，增加了毛坯的成本，这两者是矛盾的。因此毛坯的种类和制造方法的选择要根据毛坯的类型和具体的生产条件决定。同时应该主要到，充分使用新工艺、新技术、新材料的可能性，以便降低零件生产总成本提高质量。毛坯的类型有：铸件、锻件、型材、焊接件、压制件、冲压件等，由于本零件是中批生产，则优先考虑锻件和铸件，虽然成本高，但提高了生产率，零件材料为HT200。零件在机床运行过程中所受冲击不大，结构又比较简单，在考虑零件的力学性能，形状大小等因素后，选择铸件。铸件采用机器造型，木模，精度等级选8级，查《金属机械加工工艺人员手册》表12-2和12-3得，浇注顶面、侧面的余量为6mm，底面余量为4mm。2.5工艺过程设计1）定位基准的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。基准选择的原则有：粗基准的选择原则：a)尽可能用精度要求高的主要表面作粗基准；b）不加工面作粗基准，且该面与要加工面有一定的位置精度要求；c）余量均匀原则；d）粗基准的表面要尽量光整、光洁、有一定的面积以便于装夹；e)不能重复使用原则。精基准的选择原则：a）基准重合原则——尽可能使设计基准和原始基准重合；b）互为基准原则——两个位置精度要求较高的表面互为基准；c）基准不变原则——统一基准。虎口乙座是一个典型的铸造类零件，它仍具有一般铸造类零件的加工规律，根据以上原则及对零件的分析，拟订出如下的定位基准：a)加工D面和E面时，可先将D面作粗加工，再以加工好的D面作为基准加工E面。b)加工F面及AC1面、AC2面时，可以加工好的D面或者E面作为基准进行加工。c)加工孔H1、G1、H2、G2时，可以以加工好的F面作为定位基准进行加工。d)加工孔B、孔L时，仍可以以加工好的F面作为定位基准进行加工。2）制定加工工序和选择加工设备及刀、夹、量具加工工序设计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，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。因此确定工艺路线方案如下：工艺路线工序Ⅰ装夹毛坯AB两个面，为受力方向；粗铣C面至此次46.8mm，留0.2余量；精铣C面至图纸尺寸45mm。注意其余尺寸的加工余量。工序Ⅱ以C面为装夹基准，毛坯尺寸45为夹持力方向；粗铣平D至尺寸78.84；粗铣槽10至尺寸9.8，留0.2精铣余量；精铣D面图纸尺寸要求；精铣槽10至图纸尺寸要求；数控打孔Φ8至深度尺寸20。工序Ⅲ钳工打孔Φ7及钻沉孔Φ12深7。工序Ⅳ以CD面为基准，装夹力方向；粗铣A面留0.1mm余量：精铣A面至图纸尺寸要求，保证表面粗超度1.6。工序Ⅴ以AD面为基准面，夹持力方向；粗铣B面留0.1mm余量至尺寸78.1：精铣B面图纸尺寸要求78，保证AB面平行度要求0.02。工序Ⅵ以AD面为装夹基准，夹持方向；粗镗Φ48H7孔至尺寸Φ47.9：留精镗余量0.1mm；精镗Φ48H7孔至图纸尺寸要求。工序Ⅶ攻螺纹M10.工序Ⅷ线切割加工两边2x2-12.5槽。工序Ⅸ钳工去毛刺、清洗工序Ⅹ终检工序Ⅺ入库根据经验，大多数情况下都应该先铣平面再加工孔，会更能容易满足零件的加工要求，因此，工艺路线方案一较为合理，工序集中，工序排列最优，效率也比较高，因此选择工艺路线方案一作为本虎口乙座的工艺生产路线。主要表面可能采用的终加工方法，按照精度要求，Ra1.6µm应为精铣或磨削。按照零件材料，批量大小，现场条件等因素，并对照各加工方法特点及适应范围确定采用铣削加工底面及两端面。结合主要表面加工及表面形状特点，B孔和L孔采用钻、扩、铰的加工方式。底面上的键宜采用铣削加工方法。铣削采用立式铣床，B孔和L孔的加工采用立式钻床。零件在铣床上或者钻床上的加工都应采用专用夹具进行装夹。立式铣床的主要参数如下：型号：X5032A功率：7.5KW主轴转速：30-1500转/分立式钻床的主要参数如下：型号：Z5025功率：1.5kW主轴转速：100~1360转/分3)机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定虎口乙座零件材料为HT250，毛坯为铸件，毛重2.25kg，数量为4000件/年，属于中批量生产。3夹具设计3.1夹具的基本知识夹具最早出现在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。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，尽管国际生产研究协会的统计表明中不批，多品种生产的工价已占工件种类数的85%左右。然而目前，一般企业习惯于采用传统的专用夹具，在一个具有只能同等生产能力工厂中约拥有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）等新技术被广泛应用和推广，使中小批量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：A、能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期；B、能装夹一组相似性特征的工件；C、适用于精密加工的高精度的机床；D、适用于各种现代化制造技术的新技术；E、采用液压泵站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率。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：A、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量，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5μm，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度可达0.2-0.5μmB、高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时间和辅助时间，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、高速化夹具、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。C、柔性化夹具的柔性化和机床的柔性化相似，它是通过调节组合等方式，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。D、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部件的形成；舍弃一些功能低劣的结构，通用化方法包括：夹具、部件、元件、毛坯和材料的通用化，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。夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工，热处理装配，焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床工件中使用的夹具称为机床夹具，在现代生产过程中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度，劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具的设计在企业产品设计和制造以及生产技术装备中占有极其主要的地位，机床夹具设计是一项重要的技术工作。在机械加工中，机床夹具在机械加工中的功用主要有以下六个方面，然而在不同的生产条件下，应该有不同的侧重点。夹具设计时应综合考虑加工的技术要求，生产成本和工人操作方面的要求以达到预期的效果。A、保证加工精度用夹具装夹工件时，能稳定的保证加工精度，并减少对其他工作条件的依赖性，故在精密加工中广泛的使用该夹具，并且它还是全面质量管理的一个重要环节。B、提高劳动生产率使用夹具是否能使工件迅速的定位和夹紧并能够显著的缩短辅助加工的时间和基本时间，提高劳动生产率。C、改善工人的劳动条件用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气压、液压等装夹工件时，可减少工人的劳动强度保证生产安全。D、保证工艺纪律在生产过程中使用夹具可确保生产周期，生产强度等工艺秩序，例如：夹具设计也是工程技术人员解决高难度零件加工的主要手段之一。E、降低生产成本在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可明显降低生产成本。F、扩大机床工艺范围这是生产条件有限的企业中常用的一种技术改造措施，如虎口乙座上的拉削，钻孔加工等，也可用夹具装夹的加工较复杂的成型面。设计夹具时，应满足下列四项基本要求：A、保证工件的加工精度；即在机械加工工艺系统中，夹具在满足以下三项要求，工件在夹具中的定位、夹具在机床上的位置、刀具的正确位置B、保证工人的操作安全C、达到加工精度的劳动生产率要求D、满足夹具一定的使用寿命和经济效应虽然各类机床夹具的结构有所不同但按照主要功能加以分析，机床夹具的基本组成部分是定位元件，夹紧装置和夹具体三个部分，这也好似夹具体的主要内容。（1）系统定位元件定位元件是夹具的主要功能元件之一，通常当工件定位基准面的形状确定后，定位元件的结构也就确定了。（2）夹紧元件夹紧装置也是夹具的主要元件之一，一般铰链压板、螺钉、夹紧装置等。（3）夹具体通常夹具作为铸件的机构、锻件结构、焊接结构、形状有回转体形和底座等多种定位元件，夹紧装置等分布在夹具体不同的位置上。（4）连接元件根据机床的工作特点，夹具在机床上的安装连接常有的两种方式：一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上，连接元件用于确定夹具本身在机床上的位置。（5）对刀和导向装置对刀装置常见在铣床夹具中，用以对刀块调节铣刀对刀前的位置，对刀时，铣刀不能与对刀块直接相连，以免碰伤铣刀的切削刃和对刀块工作表面。导向装置钻模板、钻套、镗模的镗模支架。镗套，它们能确定刃具的位置，并引导刀具进行切削。（6）其他元件或装置根据加工的需要，有些夹具分别采用分度装夹，靠模装置上下料加工工艺机器人等。3.2定位原理及方案分析为了提高生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本文将就工序一半精铣平面D面、E面的专用夹具进行设计。本夹具用于夹持工件方便对其进行加工，所使用的刀具为细齿硬质合金面铣刀。首先考虑夹具结构的总体方案，夹具结构方案经常是参考生产中已有结构加以改造，以适合本工序的加工要求。也往往需要把几个夹具中采用的结构或机构综合成自己需要的夹具。夹具总体结构也会有几个方案，同样需要从保证工序加工精度、结构简单、操作方便、满足该零件批量生产的生产效率等四个方面，从中选用较优的结构。由于各类机床自身的工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按照所使用的机床不同，夹具可分为：虎口乙座夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。本次设计的虎口乙座零件工序一的加工在铣床上完成，因此，本次夹具设计的任务是一个铣床夹具的设计。铣床夹具的组成主要包括：定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件和对刀元件。而铣床夹具的类型可分为：直线进给式铣床夹具圆周进给式铣床夹具仿形进给式铣床夹具对于铣床夹具的设计，由于铣削加工的切削力较大，又是断续切削，加工中易引起振动，因此：夹具的受力元件要有足够的强度和刚度；夹紧机构所提供的夹紧力应足够大；要求有较好的自锁性能。为了提高夹具的工作效率，应尽可能采用机动夹紧机构和联动夹紧机构。并在可能的情况下，采用多件夹紧和多件加工。铣床夹具的对刀装置，用以确定夹具相对于是刀具的位置。铣床夹具的对刀装置主要由对刀块和塞尺构成。常用的对刀块有：高度对刀块：用于加工平面时对刀直角对刀块：用于加工键槽或台阶面时对刀；成形对刀块：用于加工成形表面时对刀。本次设计零件虎口乙座为中批量生产，要求成本低，且在加工过程夹紧力要求不高。本道工序一半精铣平面D面、E面，在进行本道工序时，其他都是未加工表面。为了保证技术要求，最关键的是要找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。定位分析比较：方案1：采用压板用螺栓联接，利用汽缸夹紧，这种夹紧方式夹紧力可靠，辅助时间短，工人劳动强度小，但是成本高。方案2：采用压板，用螺栓、螺母联接，利用手动夹紧，这种夹紧方式夹紧力小，但成本低。本次设计零件为大批量生产，要求成本低，且在加工过程中夹紧力要求不高，因此夹具夹紧方案选用方案二，利用螺栓、螺母手动夹紧。压板选择为直压板，加工两个零件时，为了防止两工件在长度尺寸上的误差，而导致直压板不能完全压住两工件，因此，在压板两端设计了两个浮动压头，且压板也螺栓、螺母的连接采用球面垫圈，这样就能消除两工件的尺寸误差，因此方案2更合理。3.3夹具总体设计夹具是装夹工件的母体，所以，夹具制造要有相对较高的精度，夹具设计中，应首先选用典型的夹紧机构。在满足要求的前提下，选用的标准件越多越好，夹具越简单越好。首先，基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理可以使加工质量得到保障，生产得到保证，生产率得到提高。（1）夹具设计说明本夹具设计时以前道铸造工序成型后的表面作为粗基准，再以加工好的面作为基准加工另外一个面。定位元件用于确定工件在夹具中的位置，使工件相对于刀具及运动轨迹有一个正确的位置。定位元件是夹具的主要功能元件之一，其定位精度将直接影响攻坚饿加工精度。定位元件主要有支承钉、支撑板、可调支承和辅助支承四种。由于虎口乙座零件在本道工序之间没有已经加工过的表面，因此使用支承钉作为定位元件较为合适，因此，在本设计中，分别以三个支承钉作为工件F面的定位，限制工件x轴旋转、y轴旋转、z向移动三个自由度。另外，由于虎口乙座零件的结构特点具有外圆表面，以外圆定位时，通常采用V型架装置。根据工件的特点，需要采用一个可调支承以使工件能完全定位。安装时，先将工件放在三个支承钉（消除x轴旋转、y轴旋转、z向移动三个自由度）之上，并靠在右边的支承钉之上（消除x向移动一个自由度），并由一个V型架定向（消除z轴旋转一个自由度），然后调节可调支承（消除y向移动一个方向自由度）转动手柄通过锁紧螺母动作，把工件夹紧，此时六个自由度全部消除。由于工件的后道工序加工孔时的精度要求不高，因此本夹具使用了工件毛坯底面作为定位基准，并且使用定位钉作为支承。本夹具夹紧方案为利用螺栓、螺母手动夹紧。压板选择为直压板，加工两个零件时，为了防止两工件在长度尺寸上的误差，而导致直压板不能完全压住两工件，因此，在压板两端设计了两个浮动压头，且压板也螺栓、螺母的连接采用球面垫圈，这样就能消除两工件的尺寸误差。（2）切削力的计算在铣削时夹紧力产生的力矩，必须满足《机床夹具设计手册》中所规定的要求，刀具材料：YG8细齿硬质合金面铣刀刀具有关几何参数：由《机床夹具设计手册》表1-2-9可得铣削切削力的计算公式：查参考文献[13]表得：对于灰铸铁：取，即所以由参考文献[3]表1-2可得：垂直切削力：（对称铣削）背向力：（3）夹紧力的计算根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：安全系数K可按下式计算：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献[13]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。单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：式中参数由《机床夹具设计手册》可查得：其中：螺旋夹紧力：易得：经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的，可以满足切削力的要求。（4）夹具的误差分析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平面定位心轴定心的定位误差：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。本课题所设计方案如下图所示：该夹具对工件的定位考虑合理，且夹具结构简单，可适合于中批量生产。3.4夹具体的设计夹具体是夹具的基础件，夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成为一个整体。在机械零件的结构设计中需要注意的内容主要有以下四个方面：（1）便于装夹零件的结构应便于加工时的定位和夹紧，装夹次数要少。（2）便于加工零件的结构应尽量采用标准化数值，以便使用标准化刀具和量具。同时还注意退刀和进刀，易于保证加工精度要求，减少加工面积及难加工表面等。（3）便于数控加工被加工零件的数控工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性与方便性来作工艺性分析。本道工序所用夹具体的材料为HT200。HT200是灰铸铁的牌号,灰铸铁HT200表ø30试样的最低抗拉强度200MPa.（4）便于测量设计零件结构时，还应考虑测量的可能性与方便性。基于以上机械零件结构设计的原则，本夹具的设计外形尺寸是127×95×200，设计壁厚最薄处为18mm.铣床夹具的夹具体承受较大的切削力，因此要有足够的强度、刚度和稳定性能。通常在夹具体上要适当布置筋板，夹具体的安装面应足够大，且尽可能作成周边接触的形式。铣床夹具通常通过定位键与铣床工作台T形槽的配合来确定夹具在机床上的方位。定位键与夹具体的配合采用H7/h6。为了降低夹具体的制造成本，铸造时铸出凸台，在夹具体加工时只加工夹具体上装配表面，这样夹具的精加工部分面积都很小，从而降低了夹具的制造成本。在夹具设计中，本夹具有以下特点：A、该夹具采用手动夹紧，可靠方便，省时省力，尺寸小，不需要增压装置，结构简单。B、该夹具采用一面两销定位，误差少，能够满足工件的加工要求；C、工件要求不太高，夹具各公差配合适当放宽，降低了夹具的制造精度，从而使夹具生产成本不太高，符合夹具设计要求。一批工件逐个的在夹具上定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，加工后，各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差：对于虎口乙