杠杆（二）加工工艺及钻M4底孔夹具设计【气动夹具】带图纸
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气动夹具
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17辽宁工程技术大学课程设计目录1.零件图分析11.1零件的功用11.2零件的技术要求11.3审查杠杆的工艺性21.4确定杠杆的生产类型22.确定毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图22.1确定毛坯制造方法22.2确定毛坯尺寸公差和加工余量22.2.1确定毛坯尺寸22.2.2确定毛坯尺寸公差等级和公差32.3绘制毛坯图43.制定零件工艺路线43.1选择定位基准43.1.1精基准的选择43.1.2粗基准的选择43.2表面加工方法的确定53.3加工阶段的划分63.4工序集中与分散63.5工序顺序的安排73.5.1机械加工工序的安排73.5.2热处理工序及表面处理工序的安排83.5.3辅助工序安排83.6确定工艺路线84.工序设计(加工M4螺孔)94.1确定加工方案94.2确定加工余量94.3计算两次工序尺寸的基本尺寸104.4两次工步计算104.4.1钻孔工步104.4.2攻丝孔工步105.时间定额的计算115.1两工步时间定额的计算115.1.1钻孔工步115.1.2丝攻工步115.2辅助时间的计算116.夹具设计116.1问题的提出126.2.1定位方案设计126.2.2上述方案的比较126.2.3夹紧力方向的选择126.2.4夹紧力作用点的选择136.2.5切削力及夹紧力计算136.2.6夹具操作简要说明137.体会与展望13参考文献15附录117附录2181.零件图分析1.1零件的功用本零件为用于某些机械中的杠杆，其功用是传递驱动力。1.2零件的技术要求加工表面尺寸及偏差/mm公差/mm及精度等级表面粗糙度Ra形位公差/mm20孔外端面150.23.235孔外端面150.23.216孔外端面60.053.210孔上端面48.512.5插槽内表面50.053.28H7孔加工8H71.620H7孔加工20H71.6/ 0.1 AB8F9孔加工8F91.610孔加工1012.5M4螺孔加工M4左端缺口812.5该杠杆形状复杂、结构简单，属于典型的杠杆类零件。为实现传递驱动力的功能，其杠杆各孔与机器有配合要求，因此加工精度要求较高。杠杆左端两臂内表面在工作中需承受较大的冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理；为保证装配时有准确的位置，8H7、20H7、8F9三个端面孔有平行度要求，中间孔与两端的孔的平行度为0.1mm。综上所述，该杠杆的各项技术要求制定的较合理，符合该零件在传递驱动力中的功用。1.3审查杠杆的工艺性分析零件图可知，杠杆零件中的8H7、20H7、8F9孔的外端面均要求铣削加工,并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了其接触刚度；8H7和20H7孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头偏离，以保证加工精度；另外，该零件除主要工作表面外，其余表面加工精度较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。1.4确定杠杆的生产类型依题目可知，该杠杆生产类型为中批量生产。2.确定毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图2.1确定毛坯制造方法零件材料是QT450-10。零件年产量为中批量，而且零件加工的轮廓尺寸不大，在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型中的金属模铸造。零件形状复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，8H7、8F9三个小孔不铸出，中间20H7大孔铸出。毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。2.2确定毛坯尺寸公差和加工余量2.2.1确定毛坯尺寸分析本零件，所有加工表面Ra1.6，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的余量即可加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量/mm说明8H7两孔外端面15mmCT81.25单边余量20H7孔外端面15mmCT81.25单边余量8F7孔外端面6mmCT71.00单边余量10孔上端面48.5mmCT93.0单边余量两8H7孔之间的表面5mmCT81.25单边余量缺口8mmCT72.00单边余量2.2.2确定毛坯尺寸公差等级和公差（1） 确定毛坯尺寸公差等级由课程设计指导书中表2-1大批量生产的毛坯铸件的公差等级表确定毛坯的尺寸的公差等级。由于铸件材料为球墨铸铁加工方法为金属型铸造，确定毛坯尺寸公差等级为CT8-10.（2） 确定毛坯尺寸公差 查铸造工艺手册中表1-9确定本零件的毛坯尺寸公差如下。杠杆尺寸公差零件毛坯尺寸公差8H7两孔外端面 16.25mm0.1420H7孔外端面 16.25mm0.148F7孔外端面 7.00mm0.2010孔上端面 51.5mm0.24两8H7孔之间的表面7.50.10缺口 8mm0.122.3 绘制毛坯图3.制定零件工艺路线3.1选择定位基准基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确与否，可以是加工质量得到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。3.1.1精基准的选择根据该杠杆零件的技术要求和装配要求,对于精基准而言，主要考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算，本题目以20H7的孔为精基准，基本满足要求。3.1.2粗基准的选择重点考虑到既要保证在各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，又要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以选杠杆零件20H7孔及8H7孔外端面为粗基准。3.2表面加工方法的确定1、杠杆零件中零件20H7、8H7孔的外端面，它是毛坯铸造出来之后第一个加工的端面，此面将作为粗基准，表面粗糙度为3.2。根据表面粗糙度要求我们采取粗铣、半精铣的加工方式，即节省时间又能达到技术要求。2、10孔上端面，表面粗糙度为12.5，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣的加工方式。3、8F9孔的外端面，表面粗糙度为3.2，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣半精铣的加工方式。4、两8H7孔之间的表面，该表面需要检查，要求检查范围与8H7同心在20内，根据表面粗糙度要求我们采取粗铣半精铣的加工方式。5、20H7孔加工，它将作为精基准以完成以后的加工，为达到题目要求我们采取粗扩精扩铰的工序过程，最终完成20H7孔加工。6、8H7、8F9孔加工，加工时对于20H7孔有平行度要求，表面粗糙度为1.6，根据表面粗糙度要求我们采取钻精铰的加工方式。7、10孔加工，表面粗糙度为12.5，根据表面粗糙度要求我们采取钻孔就能达到要求。8、缺口的加工，表面粗糙度为12.5，根据表面粗糙度要求我们采取粗车就能达到要求。9、M4螺孔加工，考虑到工艺要求，我们采取钻、攻丝两步工序。在加工的适当工艺过程中我们对产品进行质量检查，以满足工艺要求。各表面加工方案如下表加工表面尺寸精度等级表面粗超度Ra/m加工方案备注20H7、8H7孔外端面IT113.2粗铣半精铣表1-810孔上端面IT1012.5粗铣表1-88F9孔的外端面IT113.2粗铣半精铣表1-8两8H7孔之间的表面IT113.2粗铣半精铣表1-820H7孔加工IT71.6粗扩精扩铰表1-78H7孔加工IT81.6钻精铰表1-78F9孔加工IT71.6钻精铰表1-710孔加工IT1112.5钻表1-7缺口的加工IT1112.5粗铣表1-7M4螺孔加工3.2钻攻表1-103.3加工阶段的划分该杠杆加工质量要求一般，可将加工阶段划分成粗加工和精加工两个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（20H7孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣三个圆孔的外端面、粗铣10孔上端面以及两8H7孔之间的表面、钻8H7及8F9孔、缺口的粗铣、钻10孔及M4螺孔；在精加工阶段，进行三个圆孔的外端面的半精铣、8H7及8F7孔的精铰、M4螺孔的攻丝加工。3.4工序集中与分散在生产纲领一确定成批生产的情况下，考虑到经济效益，工艺简单，尽量降低成本等因素我们采用工序集中。该杠杆的生产类型为中批生产，可以采用万用型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。3.5工序顺序的安排3.5.1机械加工工序的安排方案一： 1、粗扩精扩铰20H7孔 2、粗铣半精铣20H7、8H7孔外端面 3、粗铣两8H7孔之间的表面 4、粗铣半精铣8F9孔的外端面 5、检验 6、粗铣10孔上端面 7、粗铣缺口 8、钻精铰8H7孔及8F9孔 9、钻10孔 10、钻攻M4螺孔方案二： 1、粗扩精扩铰20H7孔 2、钻精铰8H7孔及8F9孔 3、粗铣半精铣20H7、8H7孔外端面 4、粗铣两8H7孔之间的表面 5、检验 6、钻10孔 7、粗铣10孔上端面 8、粗铣半精铣8F9孔的外端面 9、粗铣缺口 10、钻攻M4螺孔3.5.2热处理工序及表面处理工序的安排1、铸造成型后，为改善工件材料切削性能和消除毛坯内应力而安排的热处理工序：时效处理。2、在粗加工之后，为消除切削加工过程中工件的内应力而安排的热处理工序：人工时效处理3.5.3辅助工序安排在粗加工和热处理后，安排去毛刺；在精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述：该杠杆工序的安排顺序为：基准加工主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工热处理主要表面精加工。3.6确定工艺路线 对于上述工序安排的两个方案进行比较：方案一工序相对集中，便于管理。方案二则采用工序分散原则，各工序工作相对独立。考虑到该零件生产批量较大，工序集中可简化调整工作，易于保证加工质量，且采用气动夹具，可提高加工效率，故采用方案一较好。 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表列出了杠杆的工艺路线。 杠杆工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1粗扩、精扩、铰20H7孔四面组合钻床麻花钻、扩孔钻、铰刀卡尺、塞规2粗铣20H7、8H7孔外端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺3半精铣20H7、8H7孔外端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺4粗铣两8H7孔之间的表面立式铣床X51端铣刀游标卡尺5粗铣8F9孔的外端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺6半精铣8F9孔的外端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺7去毛刺钳工台平锉8检验塞规、百分尺、卡尺等9粗铣10孔上端面立式铣床X51端铣刀游标卡尺10粗铣缺口立式铣床X51端铣刀游标卡尺11钻精铰8H7孔及8F9孔四面组合钻床麻花钻、扩孔钻卡尺、塞规12钻10孔立式钻床ZX525麻花钻塞规13钻、攻M4螺孔四面组合钻床麻花钻、丝锥塞规14清洗清洗机15终检塞规、百分表、卡尺等4. 工序设计(加工M4螺孔)4.1确定加工方案根据课程设计指导书中表2-40，螺孔最大公称直径为4mm公差等级为IT8级，公差为0.018mm.确定加工方案为：钻-攻。4.2确定加工余量由表2-1和2-5查得对于中批生产，采用金属型铸造成型，取其尺寸公差等级为8级，加工余量等级为F级.1. 由表2-28（孔的加工余量），查得：钻孔的加工余量为0.1mm2. 由表2-39（攻螺纹孔前钻孔用麻花钻直径），查的：钻孔用的麻花钻直径为3.3mm。3. 由表3-37（机用丝锥的参数），查的：丝锥的公称直径为4.0mm。4.3计算两次工序尺寸的基本尺寸 攻螺纹后孔的最大公称直径尺寸为4mm，查表2-39知普通粗牙螺纹内孔的直径为3.3mm，则钻孔工序的加工尺寸为： 3.30-0.10=3.20mm。4.4两次工步计算4.4.1钻孔工步 1、背吃刀量的确定 取ap=1mm 2、进给量的确定 查表5-22选取该工步的每钻进给量f=0.10mm/r 3、切削速度的计算 查表5-22得 v=15m/min 由公式（5-1）得： n=1000v/3.14d=100015/(3.143.3)=1447r/min参照表4-8 四面组合钻床，主轴钻速可取n=1360r/min，将此带入公式（5-1）实际钻削速度v=nd/1000=14.09m/min4.4.2攻丝孔工步 1、背吃刀量的确定 取ap=0.07mm 2、进给量的确定 查表5-22选取该工步的每钻进给量f=0.10mm/r 3、切削速度的计算 查表5-22得 v=10m/min 由公式（5-1）得： n=1000v/3.14d=100010/(3.144.0)=796r/min参照表4-8 四面组合钻床，主轴钻速可取n=780r/min，将此带入公式（5-1）实际钻削速度v=nd/1000=9.79m/min5.时间定额的计算5.1两工步时间定额的计算5.1.1钻孔工步根据表5-41（钻削基本时间的计算），钻孔的基本时间可由下面公式计算Tj=L/fn=(l1+l2+l)/fn式中：l1=（D/2）cotkr+(12)=6.3mml2 =2,代入可得tj=21.32s5.1.2丝攻工步 根据表5-46（用丝攻螺纹基本时间的计算），攻孔的基本时间可由下面公式计算 Tj=(l1+l2+l)/fn+(l1+l2+l)/fn0i 式中：l1=（13）P L2=（23）P代入可得tj=12.2s5.2 辅助时间的计算由公式tf=0.15tj 计算钻孔工步的辅助时间tf=3.198s计算攻孔工步的辅助时间tf=1.830s6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。设计钻-攻M4孔，本夹具将用于四面组合钻床，刀具为麻花钻、丝锥。6.1问题的提出本夹具是用来加工M4螺纹孔时的夹具,加工该螺纹孔需要两道工序才能完成，并且螺孔的中心线与工件水平线有一定的角度要求,因此本工序加工时要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,保证精度。6.2.1 定位方案设计 对于该杠杆零件的夹具设计中的定位方案的设定，在课程设计前期设定方案一，在设计中后期设定了方案二，将其列于下面进行比较。 方案一： 分析该零件图的工艺性，采用一面一孔定位一面夹紧的定位方式。并采用手动夹紧的方式。选择20H7孔为定位孔，20H7一侧的外端面为定位面，另一端面受夹紧力。夹具体采用左右面宽，下端面窄的“G”形夹具体形式。 方案二： 分析该零件图的工艺性，并考虑到机床的结构限制，所以采用一面两孔的定位方法。选择20H7孔及20F9孔为定位孔，20H7孔一侧外端面为定位面，另一侧受夹紧力作用夹紧。夹具体采用结构均匀的“L”形夹具体形式。6.2.2上述方案的比较：分析加工M4螺纹孔时的工序定位要求可知，该工序定位需要限制六个自由度。方案一的定位方法，只能保证限制五个自由度，无法限制在工件在销的轴向上的转动，属于欠定位，在加工该工序时容易由于工件的转动而导致孔的中心的变动，从而导致孔径的变化。方案二，在方案一的基础上加了一个“削边销”来限制第六个自由度，将零件固定，其定位符合要求，能保证加工精度要求。分析夹具体的铸造问题，方案一的夹具体不符合铸造件的要求，铸造件要求壁厚均匀，并且“G”形工件无法铸造，相比方案二，保证了铸造件的壁厚均匀，并且“L”形工件，形状简单，铸造方便。分析夹紧力的动力源，方案一采用手动夹紧。对于该工件属于中批量生产，手动显得工作效率，不能满足生产纲领。相比之下方案一，采用气压作为夹紧的动力源，虽然存在一定的不稳定性，但对于总体加工并无影响，能保证工作效率，满足生产纲领。 综上所述，选择方案二比较好。该方案可靠，操作方便、工作效率高。6.2.3夹紧力方向的选择。考虑到夹紧力的方向与工件定位基准所处的位置，以及工件所受外力的作用方向等有关。所以选择夹紧力方向为垂直于主要定位基准面，以保证工件夹紧的稳定性。并与工件刚度最大的方向一致，以减少变形。即夹紧力方向向左。6.2.4夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择对夹紧的稳定性和工件变形有很大的影响。选择时注意：应落在支撑元件上或几个支撑元件所形成的支承面内，应落在工件刚度好的部位上，应尽量靠近加工面。下端面作用面积大，稳定，所以夹紧力作用在杠杆中间大圆的外端面上。6.2.5切削力及夹紧力计算在加工过程中,钻、攻螺纹孔时的主要切削力为钻头或丝锥的切削方向,即垂直于第一定位基准面,只要夹紧杠杆中间大圆的外端面即可，无须再对切削力进行计算。6.2.6夹具操作简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本夹具操作简单，省时省力，装卸工件时只需靠汽缸控制压力杆的收缩即可轻松实现。7.体会与展望在老师的指导下，顺利完成了机械制造课课程设计的全部内容。通过这次的课程设计，收获颇多。1、 对理论知识有了更深的理解 通过对实际零件的功用分析、工艺分析、机械加工工艺规程设计及 指定工序的专用机床夹具设计等学习，对于以往学过的课程中的知识点有了更系统化的复习，对于这些理论知识有了更深的理解。2、 对理论知识在实践中的应用有了更深的理解 通过这次专用夹具的设计，完全是自己运用所学知识，通过查找资料，根据实际工作情况完成该零件的夹具设计，使自己更加形象的理解了理论知识在实际中的运用。3、 激发了自己学习的积极性 通过该课程设计，使我全面系统的理解了专用夹具设计的基本实现方法。把僵硬的课本知识变的生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的机械制造知识强化，能够把课堂上的知识通过自己的设计实践化，加深了对理论知识的理解。4、 理解了该知识点以及学科之间的融合渗透 本次课程设计部分是运用机械制造基础课中的夹具设计知识点完成的，在设计的过程中运用了，机械制图、互换性与测量技术、工程材料等以往学过的课程，这次设计将各学科联系起来，把各学科之间的知识融合起来，把各门课程
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