转向臂 机械加工工艺规程及夹具设计(钻孔)说明书.doc
K932-转向臂 机械加工工艺规程及夹具设计带机械图
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K932-转向臂
机械加工工艺规程及夹具设计带机械图
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1宁课程设计转向臂机械加工工艺规程及夹具设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日2目目 录录前前 言言.3一、零件的分析一、零件的分析.51.1 零件的作用.51.2 零件的工艺分析.5二、确定毛坯二、确定毛坯.62.1 确定毛坯的制造方法.62.2 绘制毛坯图.7三、工艺规程设计三、工艺规程设计.83.1 选择定位基准.83.2 制定工艺路线.83.3 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.103.4 确定切削用量及基本工时.10四、专用夹具设计四、专用夹具设计.154.1 问题的指出.154.2 定位基准的选择.154.3 夹具方案的设计.164.4.切削力和夹紧力计算.164.5 夹紧力的计算.174.6 定位误差分析.184.7 零、部件的设计与选用.194.7.1 挡销选用.194.7.2 钻套、衬套、钻模板设计与选用.194.8 确定夹具体结构尺寸和总体结构.20总结总结.22参考文献参考文献.233前 言机械制造工艺学课程设计是我们融会贯通大学所学的知识，将理论与实践相结合，对专业知识的综合运用训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下良好的基础。机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。它们的研究对机械工业有着很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。 本设计是转向臂零件加工工艺及铣端面夹具设计。转向臂零件的主要加工表面是平面及孔。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔、基准先行前道工序为下道工序做准备的工艺设计原则。基准的选择以转向臂大头外圆面作为粗基准，以转向臂大头花键底孔及其下表面作为精基准。先将大头底面加工出来，然后作为定位基准，在以底面作为精基准加工孔。由于内孔花键较细小且精度要求较高故采用拉削加工最为合理。大批量，但是零件的结构简单尺寸较小，所以整个加工过程选用通用机床；在夹具方面选用专用夹具，夹紧方式多采用手动夹紧，夹紧简单，机构设计简单，且能满足设计要求。45一、零件的分析1.1 零件的作用题目给出的零件是转向臂。是发动机动力输出系统的一个零件，它的主要的作用是把离合器踏板产生的机械位移通过花键转变成扭矩，带动拨叉动作使离合器分离或者接合，控制发动机动力的输出与停止。1.2 零件的工艺分析零件的材料为 40Cr 钢锻造件， 217255 HBW。现分析如下：主要加工面：1) 转向臂大头下表面；2) 小头两侧端面；3) 花键底孔；4) 花键键齿。5）21 锥形孔。主要基准面：1) 以转向臂大头下表面为基准的加工表面。这一组加工表面包括：花键底孔、小头端面2) 以花键底孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括：内孔花键。其中主要加工面是内孔花键和 21 锥形孔孔。 由上述分析可知，对于两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并保证它们之间的6位置精度要求。二、确定毛坯2.1 确定毛坯的制造方法零件材料为 40Cr 钢，硬度 217255HBW，由于零件是一个传递扭矩的转向臂，工作时承受较大的负荷，因此此零件应该选用锻件；由于该零件年产量已达大批生产的的水平，而且零件的轮廓尺寸也不大，故可锻造成型。这从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。72.2 绘制毛坯图8三、工艺规程设计3.1 选择定位基准粗基准的选择 对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的不加工表面是转向臂大头侧肩、面圆头和下端面作为加工的粗基准，可用支撑板对侧肩进行定位，以限制 、 、 自由度；用一个挡板对xyz圆头定位和一个支撑销定对小头部杆身定位，以限制 、 自由度；yx再以一个垫板支承42 圆的底面作主要定位消除 自由度，达到完z全定位。就可加工上端面和花键底孔。精基准的选择 主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用转向臂大头下端面和花键底孔作为精基准。3.2 制定工艺路线表 2.1 工艺路线方案一工序 1锻造工序 2铣削 21 孔的上、下端面工序 3铣削 36 孔的上、下端面工序 4钻、扩、铰孔 21 锥形孔,钻、扩、铰孔 36 锥形孔工序 5插削出 36 孔的键齿工序 6去毛刺工序 7检验表 2.2 工艺路线方案二9工序 1锻造工序 2铣削 21 孔的上、下端面工序 3钻、扩、铰孔 21 锥形孔,钻、扩、铰孔 36 锥形孔工序 4铣削 36 孔的上、下端面工序 5插削出 36 孔的键齿工序 6去毛刺工序 7检验工艺路线的比较与分析：通过分析发现这样的变动可以一定程度提高生产效率，但是不能很好保证零件的尺寸精度和位置精度。所以发现第二条工艺路线并不可行。从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第一个方案也比较合理想。所以我决定以第一个方案进行生产。具体的工艺过程如表2.3 所示。表 2.3 最终工艺过程工序 1锻造工序 2铣削 21 孔的上、下端面工序 3铣削 36 孔的上、下端面工序 4钻、扩、铰孔 21 锥形孔,钻、扩、铰孔 36 锥形孔工序 5插削出 36 孔的键齿工序 6去毛刺工序 7检验103.3 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定转向臂的材料是 40Cr 钢锻件，毛坯的重量约 3kg，生产类型为大批生产。由于毛坯用采用模锻件, 毛坯尺寸的确定如下：由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1转向臂大头厚度考虑到花键孔端面的铣削加工方便性，故锻造厚度方向的余量查工艺手册表 2.22.5，其余量值为2.02.5mm，现取 2mm。2转向臂小头厚度考虑到端面的铣削加工方便性，故锻造厚度方向的余量查工艺手册表 2.22.5，其余量值为 2.02.5mm，现取 2mm。321mm 孔由上可知，此处锻成实心，不用考虑留加工量。3.4 确定切削用量及基本工时工序 2：铣削 21 孔的上、下端面机床：X52K 立式铣床。刀具：硬质合金端铣刀，材料：， ，齿数，15YT100Dmm5Z 11此为粗齿铣刀。（1）铣削 21 孔的上端面因其余量：=2mm所以铣削深度：pa2pamm每齿进给量：查，取fa0.12/famm Z铣削速度：参照参考文献，取。V45/ minVm机床主轴转速 ：n1000143.3m/ minVnd查机床说明书 145 / minnr实际铣削速度 ：v3.14 100 14545.5/ min10001000dnvm进给量： fV0.12 5 14587/ minffVa Znmm 工作台每分进给量： mf90/ minmfmm切削行程 12mm429t0.57minf90wlll（2）铣削 21 孔的下端面机床：X52K 立式铣床。刀具：硬质合金端铣刀，材料：， ，齿数，15YT100Dmm5Z 此为粗齿铣刀。因其余量：=2mm所以铣削深度：pa2pamm每齿进给量：查，取fa0.12/famm Z铣削速度：参照参考文献，取。V45/ minVm机床主轴转速 ：n1000143.3m/ minVnd12查机床说明书 145 / minnr实际铣削速度 ：v3.14 100 14545.5/ min10001000dnvm进给量： fV0.12 5 14587/ minffVa Znmm 工作台每分进给量： mf90/ minmfmm切削行程 12mm429t0.57minf90wlll工序 3 铣削 36 孔的上、下端面切削速度：参考有关手册，确定 v=0.40Crm/s 即 27m/min采用镶齿三面刃铣刀，=160mm，齿数 z=18。则wd 1000v1000 2754 / min160swnrd现采用 X52K 铣床，根据机床使用说明书（见工艺手册表4.2-39） ，取=60r/min，故实际切削速度为wn 160 6030.1/ min10001000wwd nvm当=37.5r/min 时，工作台的每分钟进给量应为：wnmf =0.081860=86.4mm/minmfzwf zn查机床说明书，取 =75mm/min，mf切削工时：铣刀的行程=60+24mm，则机动工时为 84841.12min75mmtf工序 4 钻、扩、铰孔 21 锥形孔,钻、扩、铰孔 36 锥形孔13 1 钻孔确定进给量:查表 28-10，当钢的f800MPa，=21mm 时，=0.390.47mm/r。由于本零件在加b0df工 21mm 孔时属于中等刚度零件，故进给量应乘系数 0.75，则 =（0.390.47）x0.75=0.290.35mm/rf根据 Z525 机床说明书，现取=0.25mm/r。f切削速度：根据切削手册 ，查得切削速度 v=18m/min。所以 1000v1000 18260 / min21swnrd根据机床说明书，取=215r/min，故实际切削速度为wn 21 22515.5/ min10001000wwd nvm切削工时：h=46mm h460.82min225 0.25mwtn f2铰孔：采用刀具：专用铰孔钻。进给量：=（0. 91.2）0.7=0.630.84mm/r （切削手册f表 2.10）查机床说明书，取=0.72mm/r。f机床主轴转速：取 n=68r/min，则其切削速度 v=8.26m/min机动工时 l=46mm h460.94min68 0.72mwtn f14工序 5 插削出 36 孔的键齿确定进给量:当钢800MPa，属于中等刚度零件，查表 32-1 根据零件材料选拉削速度分组，则查表 32-2 拉削速度选 v=4.53.5m/min根据 LG120C 机床说明书，现取 v=4m/min。切削工时： 12mlll66046 10t0.18minv10004 1000 15四、专用夹具设计4.1 问题的指出由于生产类型为成批，大批生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需设计专用夹具。由于对加工精度要求不是很高，所以在本道工序加工时，主要考虑如何降低降低生产成本和降低劳动强度。本次设计选择设计是针对工序 4 钻、扩、铰孔 21 锥形孔,钻、扩、铰孔36 锥形孔，它将用于 Z525 钻床。4.2 定位基准的选择该工序要求中心线与端面（有位置要求，因此可以得出该孔在两个侧面的正中心上，并且还要求其孔为通孔，由于端面经过精铣，精度比较高，因而工序基准为端面 A，为了便于加工，选取适当的定位基准，保证其加工要求。夹具设计应首先满足这些要求，在保证较高的生产效率的前提下，还应考虑夹具体制造工艺性和生产经济性。加工过程中夹具的操作应方便，定位夹紧稳定可靠，并且夹具体应具有较好的刚性。据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。圆台外圆及两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以已加工好的端面作为定位夹具。164.3 夹具方案的设计如图所示，为了加工通孔，必须使其完全定位。因此初步的设计方案如下,方案方案：首先必须明确其加工时应如图所示，这样水平放置，便于钻床加工。那么要使其完全定位，可以采用:一面加固定 V 型块和滑动 V 型块定位，这样既简单又方便。如上图所示，一底面限制的自由度有 3 个，一个固定 V 型块限制两个自由度，一个滑动 V 型块限制限制一个自由度，为使定位可靠，加工稳定，我所设计的定位方案，总共限制了工件的全部 6 个自由度，属于完全定位。一面加固定 V 型块和固定 V 型块定位，这样既简单。如上图所示，一底面限制的自由度有 3 个，一个固定 V 型块限制两个自由度，一个固定 V 型块限制限制一个自由度，为使定位可靠，加工稳定，我所设计的定位方案，总共限制了工件的全部 6 个自由度，属于完全定位。可是这种方案无法调节。如果毛坯超差还得通过螺丝调节。在该定位方案中，一个支撑面顶住，限制了 z 轴的移动，z 轴的旋转，y 轴的旋转三个移动自由度。一个固定 V 型块限制了 y 轴的移动，x 轴的移动，一个滑动 V 型块限制了 z 轴的旋转，这样 6 个自由度全部被限制根据上面叙述选择方案一。4.4.切削力和夹紧力计算（1）刀具：刀具用高速钢刀具钻头机床： Z525 机床切削力公式： 1.20.7667fPFDfK式中 0.22/fmm r查表得： 8210.75()736bpK其中： 0.6b0.0048pK 即：955.08()fFN实际所需夹紧力：由参考文献5表得：1 2 12 12KFKW17 有：120.7,0.16安全系数 K 可按下式计算有：6543210KKKKKKKK 式中：为各种因素的安全系数，见参考文献5表 可得： 60 KK121 1.2 1.0 1.0 1.0 1.3 1.0 1.01.56K 所以 955.08 1.561489.92()KfWK FN4.5 夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由FKffN21 其中 f 为夹紧面上的摩擦系数，取25. 021 ff F=+G G 为工件自重zP NffFN4 .355121夹紧螺钉： 公称直径 d=20mm，材料 45 钢 性能级数为 6.8 级 MPaB1006MPaBs480108螺钉疲劳极限： MPaB19260032. 032. 01极限应力幅：MPakkkma76.511lim许用应力幅： MPaSaaa3 .17lim螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 ss s=2.54 取s=4 得 MPa120 满足要求 8 . 2242cHdF MPadNc1543 . 1218经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠， 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力4.6 定位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尺寸公差。gwj与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示：j MjjjWDADZWj由参考文献5可得： 两 V 型块的定位误差 ：111minD WDd 11221min2min.2DdDdJ WarctgL其中：，10.052Dmm20Dmm，10.011dmm20.023dmm， 1min0mm2min0.034mm且：L=215mm ，得： 0.063D Wmm .0.0032J Wmm 夹紧误差 ： cos)(minmaxyyjj其中接触变形位移值： 1()()19.62nHBZyRaZaZkNkRcHBl 查5表 1215 有。 10.004,0.0016,0.412,0.7RazHBKKCn cos0.0028j jymm 19 磨损造成的加工误差：通常不超过Mjmm005. 0 夹具相对刀具位置误差：取ADmm01. 0误差总和：0.0850.3jwmmmm 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。4.7 零、部件的设计与选用4.7.1 挡销选用本夹具选用一挡销来定位，其参数如下表： 表 2.2 挡销销ddH公称尺寸允差Lh1hb1bC1C122010+0.0340.0236553816 1.54.7.2 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。20.尺寸表dDD1Ht基本基本尺寸尺寸极限极限偏差偏差 F7基基本尺寸本尺寸极限极限偏差偏差 D6013+0.010+0.004611.8471.82.65869-2.63+0.016+0.00633.36+0.016+0.00893.34710458118121656+0.022+0.01010+0.019+0.01013681215101620810+0.028+0.0131518101218+0.023+0.01222122025121522260.0081518+0.034+0.0162630162836182230+0.028+0.01534222635392036452630+0.041+0.0204246303548+0.033+0.0175225455635425559424862660.0124850+0.050+0.02570+0.039+0.020743056670.040钻模板选用翻转钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。4.8 确定夹具体结构尺寸和总体结构夹具体：夹具的定位、引导、夹紧装置装在夹具体上，使其成为一体，并能正确的安装在机床上。夹具体是将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体的最大最复杂的基础件。夹具体的形状和尺寸取决于夹具上各种装置的布置以21及夹具与机床的连接，而且在零件的加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动，因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。切削加工过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上，切屑积聚过多将影响工件的可靠的定位和夹紧，因此设计夹具体时，必须考虑结构应便于排屑。此外，夹具体结构的工艺性、经济性以及操作和装拆的便捷性等，在设计时也应加以考虑。夹具体设计的基本要求（1）应有适当的精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面，应有适当的尺寸精度和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。 为使夹具体的尺寸保持稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。（2）应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。（3）应有良好的结构工艺性和使用性夹具体一般外形尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，因此应特别注意其结构工艺性，应做到装卸工件方便，夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下，应尽量能减轻重量，缩小体积，力求简单。（4）应便于排除切屑在机械加工过程中，切屑会不断地积聚在夹具体周围，如不及时排除，切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度，切屑的抛甩可能缠绕定位元件，也会破坏定位精度，甚至发生安全事故。因此，对于加工过程中切屑产生不多的情况，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间：对于加工过程中切削产生较多的情况，一
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