K122-制动器杠杆的机械加工工艺规程及铣键槽夹具设计
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K122
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K122-制动器杠杆的机械加工工艺规程及铣键槽夹具设计,K122,制动器,杠杆,机械,加工,工艺,规程,键槽,夹具,设计
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车辆与交通工程学院课程设计说明书车辆与交通工程学院课程设计说明书设计类型 设计题目专业班级学生姓名完成日期指导教师说明书包含内容及装订顺序1. 课程设计任务书2. 工艺过程卡片3. 机械加工工序卡片4. 目录5. 正文（正文应包含：零件分析、工艺规程设计、夹具设计等内容）6. 结论7. 参考文献目录摘 要4第一章 生产目的5第二章 零件的分析5第三章 工艺规程的设计73.1、确定毛坯的的制造形式73.2、基面的选择73.3、选择加工方法73.4、制订工艺路线83.5、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定103.6、确定加工顺序及进给路线103.7、工艺规程确切削用量11第四章 制动器杠杆铣键槽铣床夹具174.1、研究原始质料174.2、定位、夹紧方案的选择174.3、切削力及夹紧力的计算174.4、误差分析与计算194.5、定向键与对刀装置设计214.6、确定夹具体结构和总体结构224.7、夹具设计及操作的简要说明24总结25参考文献26摘 要本次设计是对制动器杠杆零件的加工工艺规程和一些工序的专用夹具的设计，制动器杠杆零件的主要加工表面的铣键槽，本设计主要是通过设计车外圆面的夹具保证外圆面的同轴度。由加工工艺原则可知，保证平面的加工精度比保证孔的加工精度容易很多。所以本设计遵循先面后孔的原则，并将孔与平面的加工明确划分为粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以大外圆端面作为粗基准，以制动器大外圆端面和两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以加工制动器大外圆端面互为基准加工出端面，再以端面定位为基准加工出工艺孔。在后续工序中，除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔和平面。整个加工过程均选用组合机床及加工中心。 26第一章 生产目的 本次课程设计的任务之一就是针对生产实际中的一个零件制动器杠杆。制定其机械加工工艺规程。 该零件生产按照其生产纲领和生产关系可知，其为大批量生产，其毛坯制造、加工设备及工艺装备的选择应呈现大批量生产的工艺特点。第二章 零件的分析 制动器械杆有多处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下： 以24p9为中心的台阶轴类端面。本零件上由圆柱面、内孔、轴肩圆、弧面、键槽、退刀槽等部分组成。零件车削加工成形轮廓的结构形状较复杂、需两头加工，零件的加工精度和表面质量要求都很高。该零件重要的径向加工部位有24p9圆柱段（表面粗糙度R=0.8m）、30f10圆柱段（表面粗糙度R=0.8m）、R0.5mm圆弧、12H11的内孔,退刀槽表面粗糙度Ra=50,其余表面粗糙度均为R=12.5m。轮廓描述清楚完整零件材料为45钢，毛胚为40145110mm。 由上面的分析可知加工时应满足基准统一原则即先加工完一组表面，再以这组加工后的表面为基准加工另外一组。 第三章 工艺规程的设计3.1、确定毛坯的的制造形式 由零件图可知，其材料为45钢，具体技术要求如下所示：A、 热处理：调质处理硬度207-255HBW；B、 24p9对30f10轴线的径跳不大于0.04；C、 尺寸13处的两端面对24轴线的垂直度公差为1/100;D、 键槽对24p9轴线的对称线公差为0.05；E、 不许有毛刺；F、 冲压抽模角为7，未注圆角为R2-R3；G、 杠杆端面上允许有中心孔；H、 线性尺寸未注公差为GB/T1804-m。 根据零件材料确定毛坯为锻件，已知零件的类型为大批量生产，在加工过程中它对定位有一定保证作用，故采用锻造成型。此外，为消除残余应力，锻造后安排调质处理。该零件的形状并不十分复杂，因此毛坯形状与零件形状应尽量相近。由机械加工工艺手册查得该种锻造公差等级为CT1011，加工余量等级MA选择H级。3.2、基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。由图可知24p9和30外圆面的精度要求最高，而24p9也是该零件的设计基准、装配基准与测量基准。所以以24p9圆端面是为定位基准加工35端面然后以35端面为基准加工阶梯、槽和键。3.3、选择加工方法A：毛坯处理：由加工要求及生产数额可知，毛坯料需锻造成型，退火（消除内应力）B：平面处理：由13h13的两端面表面粗糙度Ra12.5um，其余端面尺寸为未注公差，根据GB/T1804-2000规定，选用中等级（m），相当于IT13级，考虑粗车。C：外圆面处理：由24P9和30f10外圆面表面粗糙度Ra0.8um，根据GB/T1804-2000规定，选用精密等级（f），应精车。其他未注外圆面尺寸为未注公差，根据GB/T1804-2000规定，选用中等级（m），相当于IT13级，考虑粗车。3.4、制订工艺路线工艺路线方案一：工序05：锻造工序10：调质处理工序15：车左端面，钻中心孔工序20：车外圆面、退刀槽和倒角工序25：铣宽13h13的两端面工序30：钻孔至10.8，铰10.8孔至12H11工序35：钻32孔及6孔工序40：钻4孔工序45：精车30外圆面工序50：精车24外圆面工序55：磨30外圆面工序60：磨24外圆面工序65：清洗去毛刺工序70：验收工序75：入库工艺路线方案二：工序05：锻造工序10：调质处理工序15：车外圆面、退刀槽和倒角工序20：铣宽13h13的两端面工序25：钻孔至10.8，铰10.8孔至12H11工序30：钻32孔及6孔工序35：钻4孔工序40：精车30外圆面工序45：精车24外圆面工序50：磨30外圆面工序55：磨24外圆面工序60：清洗去毛刺工序65：验收工序70：入库（3）、工艺方案的分析：上述两个工艺方案的特点在于：方案一与方案二的区别是：方案二没有车左端面、钻中心孔这道工序，车床的加工原理是：工件跟着花盘做高速旋转，如不用顶针顶住，工件的夹紧方式比较麻烦，如果加工了中心孔后，后面工序的加工，夹具设计相对简单，减少了生产夹具的成本，提高了生产率，故采用方案一。具体的工艺过程如下：工序05：锻造工序10：调质处理工序15：车左端面，钻中心孔工序20：车外圆面、退刀槽和倒角工序25：铣宽13h13的两端面工序30：钻孔至10.8，铰10.8孔至12H11工序35：钻32孔及6孔工序40：钻4孔工序45：精车30外圆面工序50：精车24外圆面工序55：磨30外圆面工序60：磨24外圆面工序65：清洗去毛刺工序70：验收工序75：入库3.5、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“制动器杠杆”零件材料45钢，毛坯的重量约为1.4g，生产类型为大批量生产，采用锻造成型。1、左端面，表面粗糙度为Ra50，查切削用量手册表2-8得，单边总余量Z=0.5，车削一次即可满足要求。2、13h13两端面，表面粗糙度为Ra12.5，查切削用量手册表2-8得，单边总余量Z=0.5，车削一次即可满足要求。3、12H11孔，因孔的尺寸不大，很难锻造成型，故采用实心锻造4、32孔、6孔，因孔的尺寸不大，很难锻造成型，故采用实心锻造5、4孔，因孔的尺寸不大，很难锻造成型，故采用实心锻造6、不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由铸造可直接获得。制动器械杆零件材料为ZG45,硬度为207-255HBW,生产类型为中小批量生产,采用锻造。相关数据参见零件图。据以上原始资料及加工路线分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下:3.4.1外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差。 查机械制造工艺设计简明手册以下称工艺手册表2.22.5取端面长度余量均为12.5(均为双边加工) 铣削加工余量为1mm 粗铣 6mm 3.4.2内孔(12H11、4无锻造孔） 工序尺寸加工余量充足 3.4.3车（24P9、30f10、351.5） 其他尺寸直接铸造得到，由于本设计规定的零件为中小批量生产应该采用调整加工。3.6、确定加工顺序及进给路线 加工顺序按粗到精、由近到远、由左到右的原则确定、由左到右进行外轮廓粗车(留0.9mm余量精车)，精加工外轮廓，切退刀槽，倒圆角。先粗后精 先安排粗加工中间安排半精加工最后安排精加工和光整加工。 先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工后安排，如键槽、紧固用的光孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后精加工之前进行。 先面后孔 对于12H11的孔可以先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。 基面先行 用作精基准的表面要首先加工出来。所以第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)然后再以精基面定位加工其它表面。工艺 3.7、工艺规程确切削用量 3.7.1车削工艺 3.7.1车削部分刀具的选择 刀具的选择是加工中的重要的工艺加工内容之一它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。在制定切削用量时应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。 选取刀具时要使刀具的尺寸与被加工共建的表面尺寸和形状相适应。根据零件的分析所选择的刀具有 1. 车端面选用硬质合金钢45车刀、粗、精车用同一把车刀完成。2. 粗、精车外圆硬质合金90车刀 2 车槽：选用硬质合金车槽刀(刀长12mm，刀宽3mm) 3.7.2切削用量的选择和分析： 切削用量包括： 进给速度 是机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工进度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。一般粗车选用较高的进给速度，以便较快去除毛坯余量，精车以考虑表面粗糙和零件精度为原则，粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。进给速度可以按公式=fn计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.30.8mm/r；精车时常取0.10.3mm/r；切断时常取0.050.2mm/r。 主轴转速 主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。根据本例中零件的加工要求，考虑工件材料为45钢，刀具材料为硬质合金钢，粗加工选择转速500r/min,精加工选择1000r/min车削外圆，切槽的切削刀较大，采用350 r/min更稳妥。 背吃刀量 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量(除去精车量)，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量。 对于不同的加工方法需选择不同的切削用量。 合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济和加工成本;半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的想能，兼顾切削效率，经济型和加工成本。切削用量的选择与计算： 因选取YT类硬质合金到的硬度为125175HBS经查询 主轴转速 s/(r/min)进给量f/(mm/r)背吃刀量/mm粗车外圆8000.20.457精车外圆8000.10.20.20.3车退刀槽1150.020.04 根据零件分析与道具的选择及其查阅资料所计算的切削用量如下： 粗车d=24的端面 确定端面的最大加工余量，已知毛坯的单边余量为3mm，则毛坯长度方向最大加工余量为4mm,分两次加工，=2mm计算，长度加工方向取IT12级，取0.04mm。根据切削用量用量简明手册 当刀杆16mm25mmm，2mm时，以及工件直径为d=40 的时候，按照切削用量用量简明手册表 切削速度的计算公式：=1.58 =0.15 =0.4 m=0.2 修正系数见切削用量用量简明手册 =1.44, =0.8, =1.04, =0.81, =0.97 =1.58/(4020.5) 1.440.81.040.810.97 =66(m/min) 确定机床主轴转速 n=1000Vc/dn=100066.7/3.1428=253 ( r/min ) 按机床说明书见工艺手册表与253 r/min相近的机床转速有230 r/min及305 r/min。如果选230 r/min则速度损失比较大。所以实际切削速度V=80 m/min 车床CA6140 专用夹具24 30 35外圆及槽和倒角 检验机床功率:主切削力 =C 式中=900, =1.0 , =0.75 =-0.15 所以 Fc=9001.5151.020.73=598N切削时消耗功率 由切削手册中得知CA6140主动机的功率为7.8KW 当主轴转速为230 r/min时,主轴最大功率为2.4KW,所以机床功率足够,可以正常加工。 1. 粗车外圆时,选取=110m/min ap=3mm f=0.3mm 加工时候选取加工直径为:d=40 因:=dn/1000 F=fn 故主轴转速: n=(1000110)/3.1440=875 r/min 进给速度:F=fn =0.3875=262 mm/min 考虑到刀具强度、机床强度等时机情况选择n=600 r/min F=200 mm/min ap=3mm 2. 半精车外圆时,选取,Vc=130 m/min ap=0.2mm f=0.1mm 加工时选取加工直径为:d=36.2 故主轴转速为:n=(1000110)/ ( 3.1436.2 ) = 960 r/min 进给速度:F=fn =0.1960=96 mm/min 根据实际情况选择n=900 r/min F=90 mm/min ap=0.2mm 3车槽时,选取Vc=100 m/min f=0.1mm 加工直径d=23mm 故主轴转速:n=(1000100)/ ( 3.1423) = 102r/min 进给速度:F=fn =0.1102=10.2 mm/min 根据实际情况,选择n=100r/min F=20mm/min 加工过程: 1.加工24的圆柱 粗车直径为24mm的圆柱,毛坯为40mm,分为3次加工得到 24.9mm。再通过一次半精车,获得直径为24mm的圆柱体。 2.加工30的圆柱 粗车直径为30mm的圆柱,毛坯为40mm,分为2次加工得到30.9mm。 再通过一次半精车获得直径为30mm的圆柱体。 3.加工35的圆柱 因为其精度要求Ra=12.5,我们不需要对其进行半精车。因此只需要对其进行一次粗车就可满足其要求因而获得了35的圆柱。 R4的两个圆角粗加工 毛坯尺寸为R6。 查有关手册平面加工余量表得粗加工余量 ZN粗=6-4mm=2mm ap=1mm 因此可以走刀2次。 进给量: 见切削手册 =62.3(m/min) 确定机床主轴转速: 按机床选取=230 r/min。所以实际切削速度 V= 关于机床功率检验在非常重要的轴向部分已经完成。考虑其在整个工作过程及其功能,此部分已经初略验算,不再进行书面描述。 选取Vc=62.3m/min ap=2mm f=1mm 4.23.7.3 铣削工艺 1选择加工设备及工艺装备 由于生产类型为小批量生产故加工设置宜以通用机床为主辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。 (1).粗铣铣26两端面。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题,采用立铣,选择X52K立式铣床。选择直径D为50的C类可转位面铣刀,专用夹具和游标卡尺。 (2).粗铣斜面通过专用夹具的角度转化,选择X52K立式铣床。选择直径D为50的C类可转位端面铣刀,专用夹具和游标卡尺。 (3).粗铣键槽选用6的立铣刀,专用夹具和游标卡尺。3.7.4 钻、扩孔工艺 采用钻孔后再铰孔的方法加工12H11的孔,加工余量见下表。根据参考文献表2-25，得查参考文献表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取，实际切削速度。切削工时：，则机动工时为第四章 制动器杠杆铣键槽铣床夹具4.1、研究原始质料利用本夹具主要用来加工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。决定设计制动器杠杆铣键槽铣床夹具。加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。4.2、定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对加工前，外圆都进行了车削加工，外圆面24进行了车外圆加工。因此，定位、夹紧方案有：为了使定位误差达到要求的范围之内，采用2个V型块定位方式，限制4个自由度，这种定位在结构上简单易操作。左边加一个支撑钉限制轴向移动。再加一个菱形销限制一个旋转自由度，一共实现6点定位。4.3、切削力及夹紧力的计算刀具：立铣刀（硬质合金） 刀具有关几何参数： 由参考文献55表129 可得铣削切削力的计算公式： 有：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，查参考文献5121可知其公式参数： 由此可得： 所以 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可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5表可得： 所以有： 参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F夹与切削力之间的关系F夹KF轴向力：F夹KF （N）扭距：Nm4.4、误差分析与计算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。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 1 V型块定位误差： 注：V型块夹角=90。基准位移误差：工件以外圆柱面在V型块定位，由于工件定位面外圆直径有公差D，因此对一批工件来说，当直径由最小DD变大到D时，工件中心（即定位基准）将在V型块的对称中心平面内上下偏移，左右不发生偏移，即工件由变大到,其变化量（即基准位移误差）从图（a）中的几何关系退出：Y=基准不重合误差：从图（b）中设计基准与定位基准不重合，假设定位基准不动，当工件直径由最小DD变到最大D时，设计基准的变化量为，即基准不重合误差B=。从图(c)中可知，设计基准为工件的下母线。即，上述方向由a到a与定位基准变到的方向相反，故其定位误差D是Y与B之差. D=YB=0.207D=0.2070.01=0.00207D=0.00207T 即满足要求 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：4.5、定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。根据GB220780定向键结构如图所示： 图5.1 夹具体槽形与螺钉根据T形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如表5.4：表5.4 定向键 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D180.0120.03525124124.518+0.0195对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。塞尺选用平塞尺，其结构如图5.3所示： 图5.3 平塞尺塞尺尺寸参数如表5.5：表5.5 塞尺公称尺寸H允差dC30.0060.25上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。4.6、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。4.7、夹具设计及操作的简要说明为提高生产率，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹
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