齿爪式21窄机体车中心孔端面夹具设计(全套设计含CAD图纸)
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I 四川职业技术学院 Sichuan Vocational and Technical College 毕业设计(论文) 题 目 齿爪式 21 窄机体加工工艺及(车中心孔端面)夹具设计 所属系部 机械工程系 所属专业 机械设计与制造 所属班级 学 号 学生姓名 指导教师 起讫日期 2012.092013.04 四川职业技术学院教务处制 3 摘 要 齿爪式 21 窄机体零件零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说,保证平面的 加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此,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成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。基准选择以变速 箱箱体的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准,以顶面与两个工艺孔作为精基准。主 要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出顶平面,再以顶平面与支承孔系定位加工 出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用顶平面和工艺孔定位加工其他孔系与平面。 支承孔系的加工采用的是坐标法镗孔。整个加工过程均选用组合机床。夹具选用专用 夹具,夹紧方式多选用气动夹紧,夹紧可靠,机构可以不必自锁,因此生产效率较高, 适用于大批量、流水线上加工,能够满足设计要求。 本文是对齿爪式 21 窄机体零件加工应用及加工的工艺性分析,主要包括对零件图 的分析、毛坯的选择、零件的装夹、工艺路线的制订、刀具的选择、切削用量的确定、 加工工艺文件的填写。选择正确的加工方法,设计合理的加工工艺过程。此外还对零 件的两道工序的加工设计了专用夹具. 机床夹具的种类很多,其中,使用范围最广的通用夹具,规格尺寸多已标准化, 并且有专业的工厂进行生产。而广泛用于批量生产,专为某工件加工工序服务的专用 夹具,则需要各制造厂根据工件加工工艺自行设计制造。本论文夹具设计的主要内容 是设计车中心孔夹具。 关键词:齿爪式 21 窄机体,加工工艺,加工方法,工艺文件,夹具 4 Abstract 21 double rotor body parts parts of the main plane of the surface and pore system. In general, the plane guarantee processing precision than that of holes machining precision easy. Therefore, this design follows the surface after the first hole principle. Plane with holes and the processing clearly divided into roughing and finishing stages of holes to ensure machining accuracy. Datum selection to the gearbox input shaft and the output shaft of the supporting hole as a rough benchmark, with top with two holes as a precision technology reference. Main processes arrangements to support holes for positioning and processing the top plane, and then the top plane and the supporting hole location hole processing technology. In addition to the follow-up processes individual processes are made of the top plane and technological hole location hole and plane processing. Supported hole processing using the method of coordinate boring. The whole process of processing machine combinations were selected. Selection of special fixture fixture, clamping means more choice of pneumatic clamping, clamping reliable, institutions can not be locked, so the production efficiency is high, suitable for large batch, line processing, can meet the design requirements. This article is on the 21 double rotor body parts processing application and processing technology and analysis, including the parts of the plan, the choice of blank, the clamping, the craft route making, tool selection, the determination of cutting conditions, processing documents. Choose the correct processing methods, design the reasonable process. In addition to the parts of the two process designing special fixture. Machine tool fixture of many kinds, among them, the most widely used common fixture, size specifications have been standardized, and a professional production plant. While widely used in batch production, specially for a workpiece processing services for the fixture, it needs each factory according to workpiece machining technology to design and manufacture. In this paper, the fixture design is the main content of the design truck center hole clamp. Key words: 21 double rotor body, processing technology, processing method, process documentation, fixture 5 目 录 摘 要 2 ABSTRACT 3 1 序言 6 2 零件的分析 8 2.1 零件的工艺分析 8 2.2 零件的工艺要求 8 3 工艺规程设计 9 3.1 加工工艺过程 9 3.2 确定各表面加工方案 9 3.2.1 影响加工方法的因素 9 3.3 加工方案的选择 10 3.3 确定定位基准 10 3.2.1 粗基准的选择 10 3.2.1 精基准选择的原则 11 3.4 工艺路线的拟订 11 3.4.1 工序的合理组合 12 3.4.2 工序的集中与分散 12 3.4.3 加工阶段的划分 13 3.4.4 加工工艺路线方案的比较 13 3.5 零件的偏差,加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸的确定 15 3.5.1 毛坯的结构工艺要求 15 3.5.2 零件的偏差计算 16 3.6 确定切削用量及基本工时(机动时间) 17 3.7 时间定额计算及生产安排 20 4 车 中 心 孔m7端面夹具设计 22 4.1 车床夹具的主要类型 22 4.2 车床夹具的设计要点 23 4.3 定位机构 24 4.4 夹紧机构 25 6 4.5 零件的车床夹具的加工误差分析 25 4.6 零件的车床专用夹具简单使用说明 26 总结 28 参考文献 29 致 谢 30 7 1 序言 齿爪式 21 窄机体零件是机器或部件的基础零件,它把有关零件联结成一个整体, 使这些零件保持正确的相对位置,彼此能协调地工作。因此,壳类零件的制造精度将 直接影响机器或部件的装配质量,而其决定因素就是如何保证在对壳类零件进行加工 时能够获得足够的精度要求,从而转化为机械加工时机床的加工精度,以及夹具是否 可靠 1。 夹具是机械制造过程中最常用的一种工艺装备。在机械制造过程中,它装在机床 上,使工件相对刀具与机床保待正确的位置,并能承受切削力。夹具的主要作用是保 证加工精度、提高劳动生产率、扩大机床的使用范围和保证生产安全,因此,机床夹 具在机械制造中占有很重要的地位。 采用的机床夹具设计方法设计整体式壳类零件,设计过程可以在简洁、明了的三 维操作界面中进行,减少重复绘图工作量。更重要的是最终可以自动生成夹具零件及 装配体的三维实体图和二维工程图。这种设计方法不仅可以把夹具设计技术人员从繁 杂重复的设计劳动中解脱出来,更可缩短夹具的开发周期,提高其设计制造水平和质 量,从而使夹具行业的整体劳动生产率得到提高 6。 计算机辅助机床夹具设计是利用计算机辅助设计 CAD 技术来完成夹具设计的先进 方法。由于夹具种类繁多,结构复杂,其设计过程涉及控制条件多,因此,用于夹具 设计的专业软件甚少,目前还没有一种软件系统能够将夹具设计完全数字化。目前, 计算机辅助夹具设计一般是采用二维 CAD 软件进行。采用二维 CAD 软件进行夹具设计, 可以提高设计效率和质量,但是其缺点是设计人员首先要阅读工件二维零件图,了解 零件的加工要求,并将二维零件图在头脑中三维实体化;再选择或设计合适的定位、 夹紧等元件和装置;接下来将上述结构在头脑中形成夹具三维实体,用二维图表示, 完成夹具的设计。在设计过程中,思维要在三维和二维模型中反复转换,最终绘制二 维的总装图。由于绘制三维实体效果的装配图难度大,效率低,一般不绘制三维装配 图。这对夹具设计质量和效率,以及加工和装配均有不利的影响。3D 软件是一个基于 特征的参数化实体建模设计工具,该软件完全采用 Windows 图形用户界面,易学易用。 借助 3D 软件平台,可以创建三维实体模型;编辑零件装配体并进行简单的运动仿真; 利用它的动画功能不仅可以检查夹具工作的可行性,还能得到夹具零部件装配和运动 8 过程的动画文件。 计算机辅助设计(CAD)的功能在于能协助设计者完成产品设计各阶段的工作。本 文针对机床夹具进行计算机辅助设计,借助 3D 软件平台,将设计时所用标准零件建立 实体模型库;对于非标准零件,采用交互方式建模方法直接在设计平台建模并建立非 标准模型库。 采用二维 CAD 软件进行设计,它使我们甩掉了图板,解决 r 使用绘图板带来的诸 多弊端。现在,大量三维实体造型软件崛起,如 PR0E、UG、3D、SoIidedge 等,推 动了设计领域的新革命由于这些三维软件不仅仅可创建三维实体模型,还可利用 设计出三维模型进行模拟装配和静态干涉检查、机构分析、动态干涉检查、动力学分 析、强度分析等,并且与其它软件配合可进行零件的数控加工演示和数控代码的生成。 这些功能是以往的二维 CAD 无法比拟的。结合夹具设计的复杂性、高精度性等特 点采用了易学易懂的 3D 三维实体造型软件来实现设计过程。 采用基于 3D 的机床夹具设计方法后,设计者在新的夹具设计时不需对标准零件进 行建模,直接从标准零件库选择或调用即可。设计过程在简洁、明了的三维操作界面 中进行,减少了重复绘图工作量。更重要的是最终可以自动生成夹具零件及装配体的 三维实体图和二维工程图。这种设计方法不仅可以把夹具设计技术人员从繁杂重复的 设计劳动中解脱出来,更可缩短夹具的开发周期,提高其设计制造水平和质量,从而 使夹具行业的整体劳动生产率得到提高 6。 9 2 零件的分析 2.1 零件的工艺分析 齿爪式 21 窄机体是一个很重要的零件,因为其零件尺寸比较小,结构形状较复杂, 但其加工孔和底面的精度要求较高,此外还有齿爪式 21 窄机体小端面端要求加工,对精 度要求也很高。零件的底面、中心孔 250 孔粗糙度要求都是 ,所以都要求精加6.1Ra 工。其中心孔 250 孔有同轴度公差要求因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精 度,以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量,进而影响其性能与工作寿 命,因此它们的加工是非常关键和重要的。 3 零件的工艺要求 一个好的结构不但要应该达到设计要求,而且要有好的机械加工工艺性,也就是 要有加工的可能性,要便于加工,要能够保证加工质量,同时使加工的劳动量最小。 而设计和工艺是密切相关的,又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师 要考虑如何从工艺上保证设计的要求。 10 图 2.1 零件零件图 该加工有七个加工表面:平面加工包括零件底面、底部平面;孔系加工包括大、 小头孔、小孔。 以平面为主有: 零件底面的粗、精铣加工,其粗糙度要求是 ;2.3Ra 齿爪式 21 窄机体小端面的粗、精铣加工,其粗糙度要求是 。2.3Ra 孔系加工有: 125 粗、精镗加工,其表面粗糙度为 ;. 47 的小孔钻铰加工, 2.3Ra 零件毛坯的选择铸造,因为生产率很高,所以可以免去每次造型。单边余量一般 在 ,结构细密,能承受较大的压力,占用生产的面积较小。因其年产量是中批13m 量生产。 上面主要是对零件零件的结构、加工精度和主要加工表面进行了分析,选择了其 毛坯的的制造方法为铸造和中批的批量生产方式,从而为工艺规程设计提供了必要的 准备。 11 3 工艺规程设计 3.1 加工工艺过程 由以上分析可知,该零件零件的主要加工表面是平面、孔系。一般来说,保证平 面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此,对于零件来说,加工过程中的主 要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度,处理好孔和平面之间的相互关系以各尺寸精 度。 由上面的一些技术条件分析得知:零件的尺寸精度,形状精度以及位置关系精度 要求都不是很高,这样对加工要求也就不是很高。 3.2 确定各表面加工方案 一个好的结构不但应该达到设计要求,而且要有好的机械加工工艺性,也就是要 有加工的可能性,要便于加工,要能保证加工的质量,同时使加工的劳动量最小。设 计和工艺是密切相关的,又是相辅相成的。对于我们设计零件的加工工艺来说,应选 择能够满足平面孔系和孔加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效 率两方面考虑以外,也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下,应 选择价格较底的机床。 3.2.1 影响加工方法的因素 要考虑加工表面的精度和表面质量要求,根据各加工表面的技术要求,选择加 工方法及分几次加工。 根据生产类型选择,在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生 产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工,在小批量生 产时,采用钻、扩、铰加工方法;而在大批量生产时采用拉削加工。 要考虑被加工材料的性质,例如:淬火钢必须采用磨削或电加工;而有色金属 由于磨削时容易堵塞砂轮,一般都采用精细车削,高速精铣等。 要考虑工厂或车间的实际情况,同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备, 推广新技术,提高工艺水平。 此外,还要考虑一些其它因素,如加工表面物理机械性能的特殊要求,工件形 状和重量等。 选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。再选 择前面各工序的加工方法,如加工某一轴的主要外圆面,要求公差为 IT6,表面粗糙度 为 Ra0.63m,并要求淬硬时,其最终工序选用精度,前面准备工序可为粗车半精 车淬火精车。 12 3.3 加工方案的选择 由参考文献3表 2.112 可以确定,平面的加工方案为:粗铣精铣( ) ,粗糙度为 6.30.8,一般不淬硬的平面,精铣的粗糙度可以较小。79IT:aR 由参考文献3表 2.111 确定,125 和 47 孔的表面粗糙度要求为 6.3,则 选择孔的加方案序为:粗镗精镗。 47 孔的表面粗糙度要求为 6.3,则选择孔的加方案序为:粗车精车。 10、8 的小孔钻铰孔加工方法: 因为孔的表面粗糙度的要求 ,所以我们采用钻扩铰的加工方法。6.1Ra 小头端面的加工方法是: 因孔两侧面表面粗糙度的要求较高,为 ,所以我们采用粗铣精铣。. 3.3 确定定位基准 3.2.1 粗基准的选择 选择粗基准时,考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量,使不加工表面 与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。 粗基准选择应当满足以下要求: 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相 互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面,则应选择其中与加工 表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹 等。 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如:机床床身导轨面是其余 量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准,加工床身的底面,再 以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量,使表层保留而 细致的组织,以增加耐磨性。 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准,以保证定位准确夹 紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准,必要时需经初加工。 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置,能保证零件在整个加工过 程中基本上都能用统一的基准定位。从零件零件图分析可知,主要是选择加工零件底 面的装夹定位面为其加工粗基准。 3.2.1 精基准选择的原则 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准 与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。 13 基准统一原则,应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面 间的位置精度,避免基准转换所带来的误差,并且各工序所采用的夹具比较统一,从 而可减少夹具设计和制造工作。例如:轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨 削都以顶针孔定位,这样不但在一次装夹中能加工大多书表面,而且保证了各外圆表 面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。 互为基准的原则。选择精基准时,有时两个被加工面,可以互为基准反复加工。 例如:对淬火后的齿轮磨齿,是以齿面为基准磨内孔,再以孔为基准磨齿面,这样能 保证齿面余量均匀。 自为基准原则,有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀,可以选择加工表 面本身为基准。例如:磨削机床导轨面时,是以导轨面找正定位的。此外,像拉孔在 无心磨床上磨外圆等,都是自为基准的例子。 此外,还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准,以保证定位稳固可靠。 并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置,能保证零件在整个加工过 程中基本上都能用统一的基准定位。从零件零件图分析可知,它的底平面,适于作精 基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不够,如果使用典型的一面两 孔定位方法,则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于 两侧面,因为是非加工表面,所以也可以用 的孔为加工基准。4 选择精基准的原则时,考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。 3.4 工艺路线的拟订 对于中批量生产的零件,一般总是首先加工出统一的基准。零件的加工的第一个 工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔和面定位粗、精加工零件底面底部平 面。 后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。 3.4.1 工序的合理组合 确定加工方法以后,就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具 体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则: 工序分散原则 工序内容简单,有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工 艺装备。生产准备工作量少,产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设 备和工人数量多,生产面积大,工艺路线长,生产管理复杂。 工序集中原则 工序数目少,工件装,夹次数少,缩短了工艺路线,相应减少了操作工人数和生 产面积,也简化了生产管理,在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的 14 相互位置精度。使用设备少,大量生产可采用高效率的专用机床,以提高生产率。但 采用复杂的专用设备和工艺装备,使成本增高,调整维修费事,生产准备工作量大。 一般情况下,单件小批生产中,为简化生产管理,多将工序适当集中。但由于不 采用专用设备,工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生 产。 加工工序完成以后,将工件清洗干净。清洗是在 的含 0.4%1.1%苏打及809c: 0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、 铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于 。mg20 3.4.2 工序的集中与分散 制订工艺路线时,应考虑工序的数目,采用工序集中或工序分散是其两个不同的 原则。所谓工序集中,就是以较少的工序完成零件的加工,反之为工序分散。 工序集中的特点 工序数目少,工件装夹次数少,缩短了工艺路线,相应减少了操作工人数和生产 面积,也简化了生产管理,在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相 互位置精度。使用设备少,大量生产可采用高效率的专用机床,以提高生产率。但采 用复杂的专用设备和工艺装备,使成本增高,调整维修费事,生产准备工作量大。 工序分散的特点 工序内容简单,有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备,简单的机床工 艺装备。生产准备工作量少,产品更换容易。对工人的技术水平要求不高。但需要设 备和工人数量多,生产面积大,工艺路线长,生产管理复杂。 工序集中与工序分散各有特点,必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况 进行综合分析决定采用那一种原则。 一般情况下,单件小批生产中,为简化生产管理,多将工序适当集中。但由于不 采用专用设备,工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生 产。 由于近代计算机控制机床及加工中心的出现,使得工序集中的优点更为突出,即 使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量,从而可取的 良好的经济效果。 3.4.3 加工阶段的划分 零件的加工质量要求较高时,常把整个加工过程划分为几个阶段: 粗加工阶段 粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属,为以后的精加工创造较好的条件,并 为半精加工,精加工提供定位基准,粗加工时能及早发现毛坯的缺陷,予以报废或修 补,以免浪费工时。 15 粗加工可采用功率大,刚性好,精度低的机床,选用大的切前用量,以提高生产 率、粗加工时,切削力大,切削热量多,所需夹紧力大,使得工件产生的内应力和变 形大,所以加工精度低,粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为 IT11IT12。粗糙度 为 Ra80100m。 半精加工阶段 半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备,保证合 适的加工余量。半精加工的公差等级为 IT9IT10。表面粗糙度为 Ra101.25m。 精加工阶段 精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺 寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止 或减少工件精加工表面损伤。 精加工应采用高精度的机床小的切前用量,工序变形小,有利于提高加工精 度精加工的加工精度一般为 IT6IT7,表面粗糙度为 Ra101.25m。 此外,加工阶段划分后,还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同, 有的需安排于粗加工之前,有的需插入粗精加工之间。 但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中,对于刚性好,精度要求 不高或批量小的工件,以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段,在满足加 工质量要求的前提下,通常只分为粗、精加工两个阶段,甚至不把粗精加工分开。必 须明确划分阶段是指整个加工过程而言的,不能以某一表面的加工或某一工序的性质 区分。例如工序的定位精基准面,在粗加工阶段就要加工的很准确,而在精加工阶段 可以安排钻小空之类的粗加工。 3.4.4 加工工艺路线方案的比较 在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下,成批量生产可以考 虑采用专用机床,以便提高生产率。但同时考虑到经济效果,降低生产成本,拟订三 个加工工艺路线方案。 方案一: 1、铸造 2、时效处理 3、铣底面 4、钻底面孔 4X10 5、粗镗半精镗 250 孔,留余量 1mm,半精镗内端面 6、精镗 250 孔,达到尺寸公差要求 7、粗车,精车 47 孔,达到尺寸公差要求 8、钻 70 外端面各孔并攻丝 16 9、钻 70 内端面各孔并攻丝 10、终检 11、清洗入库 方案二: 1、铸造 2、时效处理 3、钻底面孔 4X10 4、铣底面 5、粗镗半精镗 250 孔,留余量 1mm,半精镗内端面 6、精镗 250 孔,达到尺寸公差要求 7、粗车,精车 47 孔,达到尺寸公差要求 8、钻 70 外端面各孔并攻丝 9、钻 70 内端面各孔并攻丝 10、终检 11、清洗入库 方案三: 1、铸造 2、时效处理 3、铣底面 4、钻底面孔 4X10 5、粗镗半精镗 250 孔,留余量 1mm,半精镗内端面 6、精镗 250 孔,达到尺寸公差要求 7、钻 70 外端面各孔并攻丝 8、钻 70 内端面各孔并攻丝 9、粗车,精车 47 孔,达到尺寸公差要求 10、终检 11、清洗入库 加工工艺路线方案的论证: 从前两步工序可以看出:方案把粗、精加工都安排在一个工序中, 以便装夹、安装工件。 再看后面的镗孔、铣孔工序,方案把粗、精加工分在两个不同的工序中,而 方案都在一个工序中,这样不但有利于工件的安装,且在设计专用夹具时也可以减 少工件的安装次数。 方案二与方案三区别在于先镗孔磨孔后再钻各凸台面小孔。这样钻孔后导致孔内 17 的粗糙度受到影响。 方案 1 中其工序较为集中,如粗、精加工都安排在一个工序中,以便装夹、安装 工件。 由以上分析:方案 1 为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程如下表: 方案一: 1、铸造 2、时效处理 3、铣底面 4、钻底面孔 4X10 5、粗镗半精镗 250 孔,留余量 1mm,半精镗内端面 6、精镗 250 孔,达到尺寸公差要求 7、粗车,精车 47 孔,达到尺寸公差要求 8、钻 70 外端面各孔并攻丝 9、钻 70 内端面各孔并攻丝 10、终检 11、清洗入库 3.5 零件的偏差,加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸的确定 零件的锻造采用的是 HT150 铸造制造,其材料是 HT150,生产类型为中批量生产, 采用铸造毛坯。 3.5.1 毛坯的结构工艺要求 零件为锻造件,对毛坯的结构工艺性有一定要求: 由于铸造件尺寸精度较高和表面粗糙度值低,因此零件上只有与其它机件配合 的表面才需要进行机械加工,其表面均应设计为非加工表面。 为了使金属容易充满模膛和减少工序,铸造件外形应力求简单、平直的对称, 尽量避免铸造件截面间差别过大,或具有薄壁、高筋、高台等结构。 铸造件的结构中应避免深孔或多孔结构。 铸造件的整体结构应力求简单。 工艺基准以设计基准相一致。 便于装夹、加工和检查。 结构要素统一,尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。 在确定毛坯时,要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近,可以减少加工 余量,提高材料的利用率,降低加工成本,但这样可能导致毛坯制造困难,需要采用 昂贵的毛坯制造设备,增加毛坯的制造成本。因此,毛坯的种类形状及尺寸的确定一 18 定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类 形状及尺寸确定后,必要时可据此绘出毛坯图。 3.5.2 零件的偏差计算 零件底平面和底部平面的偏差及加工余量计算 底平面加工余量的计算。根据工序要求,其加工分粗、精铣加工。各工步余量如 下: 粗铣:由参考文献4表 1119。其余量值规定为 2-3mm,现取 3mm。查3可知其 粗铣时精度等级为 IT12,粗铣平面时厚度偏差取 0.21m 精铣:由参考文献3表 2.359,其余量值规定为 。 又由参考文献4表 1119 可得铸件尺寸公差为 。.406 毛坯的名义尺寸为: 42.1045. 毛坯最小尺寸为: 56 毛坯最大尺寸为: .m 粗铣后最大尺寸为: 3 粗铣后最小尺寸为: 420.1.79 精铣后尺寸与零件图尺寸相同,且保证各个尺寸精度 15d8。 大小头孔的偏差及加工余量计算 参照参考文献3表 32,325,2.313 和参考文献15表 18,可以查得: 孔: 钻孔的精度等级: ,表面粗糙度 ,尺寸偏差是 。1IT12.5Raumm2.0 扩孔的精度等级: ,表面粗糙度 ,尺寸偏差是 。034 铰孔的精度等级: ,表面粗糙度 ,尺寸偏差是 。8.6.3 孔 47、125 粗镗孔的精度等级: ,表面粗糙度 ,尺寸偏差是 。13IT12.5Rau0.9 精镗孔的精度等级: ,表面粗糙度 ,尺寸偏差是 。mm 根据工序要求,小头孔加工分为钻、扩、铰三个工序,而大头孔加工分为粗镗、 精镗二个工序完成,各工序余量如下: 钻孔 10 参照参考文献3表 2.347,表 2.348。确定工序尺寸及加工余量为: 加工该孔的工艺是:钻扩铰 镗孔 125 加工该孔的工艺是:粗镗精镗 3.6 确定切削用量及基本工时(机动时间) 工序 1:铣底面。 19 机床:卧式铣床 X62W 刀具:硬质合金可转位端铣刀(面铣刀) ,材料: , ,齿数 ,15YT0Dm5Z 此为粗齿铣刀。 因其单边余量:Z=3mm 所以铣削深度 : =3mmpa2.m 精铣该平面的单边余量:Z=1.0mm 铣削深度 :p1.0 每齿进给量 :根据参考文献3表 2.473,取 :根据参考文献f 0.15/famZ 3表 2.481,取铣削速度 2.8/Vs 每齿进给量 :根据参考文献3表 2.473,取 根据参考文献3表fa f/8. 2.481,取铣削速度 .47/m 机床主轴转速 :n102.601.97/in31rd 按照参考文献3表 3.174,取 45 实际铣削速度 :v .402.9/106nms 进给量 : fV.185701/ffaZ 工作台每分进给量 : m./47.5infV :根据参考文献3表 2.481,取aa6 切削工时 被切削层长度 :由毛坯尺寸可知 , l 1lm8l 刀具切入长度 :1 20.5()(3lDa206)2 刀具切出长度 :取2l 走刀次数为 1 机动时间 : jt1240.36min7.5jmlf 机动时间 :1j 682.19.j 所以该工序总机动时间 1ijjtt 工序 2:钻底面 4X10 切削深度 :pa5.6 20 进给量 :根据机械加工工艺手册表 2.4.39,取f rmf/35.0 切削速度 :参照机械加工工艺手册表 2.4.41,取V sV47 机床主轴转速 : ,取n in/9134.60701rdV in/6 实际切削速度 : sn8.0 被切削层长度 :lm2 刀具切入长度 :1 mctgctgkDr 3.62105)21( 刀具切出长度 : 取2l4l3 走刀次数为 1 机动时间 :jt in15.065.021fnlj 工序 5:粗镗半精镗 250 孔,留余量 1mm,半精镗内端面 机床:镗床 T68 刀具:高速钢刀具 VCWr418 (1)粗镗 孔m20 切削深度 :pa 进给量 :根据机械加工工艺手册表 2.4.66,刀杆伸出长度取 ,切削f m20 深度为 。因此确定进给量 rmf/6.0 切削速度 :参照机械加工工艺手册表 2.4.66,取V in/15/.sV 机床主轴转速 : ,取nin/5.07914.30dV i6r 实际切削速度 : sn2.6 工作台每分钟进给量 :mf mi/3.f 被切削层长度 :l19 刀具切入长度 : tgtgkarp 4.520)32( 刀具切出长度 : 取2l5l 行程次数 :i1 机动时间 :1jt min79.0136.1921mjf 工序 3:钻 70 外端面各孔并攻丝 机床:立式钻床 Z525 刀具:根据参照参考文献3表 4.39 选高速钢锥柄麻花钻头。 钻孔 切削深度 : pa 21 进给量 :根据参考文献3表 2.438,取 。f rmf/3.0 切削速度 :参照参考文献3表 2.441,取 。V48Vs 机床主轴转速 :n ,100.486539./in317vrd 按照参考文献3表 3.131,取 0 所以实际切削速度 : .176.5/dnms 切削工时 被切削层长度 :l42m 刀具切入长度 :1 117()05.96rDlctgkctg 刀具切出长度 : 取2l4ml32 走刀次数为 1 机动时间 : jt60.5in.3jLfn 扩孔 刀具:根据参照参考文献3表 4.331 选择硬质合金锥柄麻花扩孔钻头。 片型号:E403 切削深度 :pa1.35m 进给量 :根据参考文献3表 2.452,取 。f 0.6/fmr 切削速度 :参照参考文献3表 2.453,取 。V4Vs 机床主轴转速 :n100.462.78/in319vrD 按照参考文献3表 3.131,取 5n 所以实际切削速度 :v.0.52/06dms 切削工时 被切削层长度 :l42m 刀具切入长度 有:11 19.7()20.863rDdlctgkctg 刀具切出长度 : ,取2l4ml3 走刀次数为 1 机动时间 :2jt30.16in.5jLfn 22 工序 10:端面上螺孔攻丝 机床:组合攻丝机 刀具:钒钢机动丝锥 进给量 :由于其螺距 ,因此进给量fmp5.1rmf/5.1 切削速度 :参照机械加工工艺手册表 2.4.105,取V min/8./4.0sV 机床主轴转速 : ,取nin/28304.30dV25 丝锥回转转速 :取0in/25rn 实际切削速度 : s/1.615.0 由工序 4 可知: ml3l402l 走刀次数为 1 机动时间 :jt min18.05.1435.02121 fnfj 工序 15:小端面上螺孔攻丝 机床:组合攻丝机 刀具:钒钢机动丝锥 进给量 :由于其螺距 ,因此进给量fmp5.1rf/. 切削速度 :参照机械加工工艺手册表 2.4.105,取V in/8./14.0sV 机床主轴转速 : ,取nmin/28304.30dV25 丝锥回转转速 :取0in/25rn 实际切削速度 : s/1.615.0 由工序 2 可知: mll402l 走刀次数为 1 机动时间 :jt min13.05.145.02121 fnfj 3.7 时间定额计算及生产安排 根据设计任务要求,该零件的年产量为 5000 件。一年以 240 个工作日计算,每天 的产量应不低于 21 件。设每天的产量为 21 件。再以每天 8 小时工作时间计算,则每 个工件的生产时间应不大于 22.8min。 参照参考文献3表 2.52,机械加工单件(生产类型:中批以上)时间定额的计 算公式为: (大量生产时 ) Ntktt zfjd /%)1( 0/Ntz 因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为: ttfjd 其中: 单件时间定额 基本时间(机动时间)jt 辅助时间,用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消ft 耗的时间,包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 23 布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值k 粗、精铣面 粗加工机动时间 :jt0.5minj粗 精加工机动时间 : 8精 辅助时间 :参照参考文献3表 2.545,取工步辅助时间为 。由于在ft min41.0 生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为 ,in1 则 in41.0ft :根据参考文献3表 2.548,k 3k 单间时间定额 有:dt()(%(0.541)(%)2.1in.8ifdjtk粗 粗 185mt精 精 因此应布置二台粗、精机床即可以完成此二道工序的加工,达到生产要求。 钻、扩、铰 孔29H 机动时间 : jt0.5.60.7.4inj 辅助时间 :参照参考文献3表 2.541,取工步辅助时间为 。由于在f in75.1 生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为 ,mi1 则 min.17.ft :根据参考文献3表 2.543,k 4.2k 单间时间定额 :dt()%(0.4875)(1.%)2.04in.8idjftk 因此应布置一台机床即可完成本工序的加工,达到生产要求 粗、精镗孔 粗镗孔:机动时间 :jt.minj粗 辅助时间 :参照参考文献3表 2.537,取工步辅助时间为 。由于在ft min81.0 生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为 ,in3 则 i81.3.0ft :根据参考文献3表 2.539, 。k 8.4k 单间时间定额 有:dt()(%(.)(1.3%).50in2.8idfjtk粗 因此应布置一台机床即可以完成本工序的加工,达到生产要求。 精镗孔到要求尺:机动时间 :jt0.4mij精 辅助时间 :参照参考文献3表 2.537,取工步辅助时间为 。由于在ft min1. 生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为 ,in3 则 in81.3.0ft 24 :根据参考文献3表 2.539, 。k 83.14k 单间时间定额: ()(1%(0.)(.%)4.9min2.8idfjttk精 因此应布置一台机床即可以完成本工序的加工,达到生产要求。 钻各小孔 机动时间 : jt.minj 辅助时间 :参照参考文献3表 2.541,取工步辅助时间为 。由于在f in75.1 生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为 ,min1 则 i75.1.ft :根据参考文献3表 2.543, 。k 4.2k 单间时间定额 ,由式(1.11)有:dt 因此应()%(0.175)(.%)2.1in.8mijfk 布置一台机床即可完成本工序的加工,达到生产要求 4 车 端面夹具设计中 心 孔m7 车床夹具主要用于零件的旋转表面以及端面。因而车床夹具的主要特点是工件加 工表面的中心线与机床主轴的回转轴线同轴。 4.1 车床夹具的主要类型 (1) 安装在车床主轴上的夹具。这类夹具很多,有通用的三爪卡盘、四爪卡盘, 花盘,顶尖等,还有自行设计的心轴;专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、 角铁式和花盘式。这类夹具的特点是加工时随机床主轴一起旋转,刀具做进给运动 定心式车床夹具 在定心式车床夹具上,工件常以孔或外圆定位,夹具采用定心 夹紧机构。 角铁式车床夹具 在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时, 由于零件形状较复杂,难以装夹在通用卡盘上,因而须设计专用夹具。这种夹具的夹 具体呈角铁状,故称其为角铁式车床夹具。 花盘式车床夹具 这类夹具的夹具体称花盘,上面开有若干个 T 形槽,安装定位 元件、夹紧元件和分度元件等辅助元件,可加工形状复杂工件的外圆和内孔。这类夹 25 具不对称,要注意平衡。 (2) 安装在托板上的夹具。某些重型、畸形工件,常常将夹具安装在托板上。刀 具则安装在车床主轴上做旋转运动,夹具做进给运动。 由于后一类夹具应用很少,属于机床改装范畴。而生产中需自行设计的较多是安 装在车床主轴上的专用夹具,所以零件在车床上加工用专用夹具。 4.2 车床夹具的设计要点 (1)定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求 当加工回转表面时,要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合,夹具上定位装置的 结构和布置必须保证这一点。 当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时,则应以夹具的 回转轴线为基准来确定定位元件的位置。 工件的夹紧应可靠。由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转,故在加工过程 中工件除受切削力矩的作用外,整个夹具还要受到重力和离心力的作用,转速越高离 心力越大,这些力不仅降低夹紧力,同时会使主轴振动。因此,夹紧机构必须具有足 够的夹紧力,自锁性能好,以防止工件在加工过程中移动或发生事故。对于角铁式夹 具,夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。 (2)夹具与机床主轴的连接 车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的加工精度有一定的影响。因此,要求夹 具的回转轴线与卧式车床主轴轴线应具有尽可能小的同轴度误差。 心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接,用螺杆拉紧。有的心轴则 以中心孔与车床前、后顶尖安装使用。 根据径向尺寸的大小,其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式: 1)对于径向尺寸 D140mm,或 D(23)d 的小型夹具,一般用锥柄安装在车床主 轴的锥孔中,并用螺杆拉紧,如图 1-a 所示。这种连接方式定心精度较高。 2)对于径向尺寸较大的夹具,一般用过渡盘与车床主轴轴颈连接。过渡盘与主轴 配合处的形状取决于主轴前端的结构。 26 图 1-b 所示的过渡盘,其上有一个定位圆孔按 H7/h6 或 H7/js6 与主轴轴颈相配合, 并用螺纹和主轴连接。为防止停车和倒车时因惯性作用使两者松开,可用压板将过渡 盘压在主轴上。专用夹具则以其定位止口按 H7/h6 或 H7/js6 装配在过渡盘的凸缘上, 用螺钉紧固。这种连接方式的定心精度受配合间隙的影响。为了提高定心精度,可按 找正圆校正夹具与机床主轴的同轴度。 对于车床主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构,如图 1-c 所示,过渡盘在其长锥面 上配合定心,用活套在主轴上的螺母锁紧,由键传递扭矩。这种安装方式的定心精度 较高,但端面要求紧贴,制造上较困难。 图 1-d 所示是以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式。过渡盘推入主轴后,其端 面与主轴端面只允许有 0.050.1mm 的间隙,用螺钉均匀拧紧后,即可保证端面与锥 面全部接触,以使定心准确、刚度好。 图 1 车床夹具与机床主轴的连接 过渡盘常作为车床附件备用,设计夹具时应按过渡盘凸缘确定专用夹具体的止口 尺寸。过渡盘的材料通常为铸铁。各种车床主轴前端的结构尺寸,可查阅有关手册 4.3 定位机构 由零件图分析孔 F 的加工要求,必须保证孔轴向和径向的加工尺寸,得出,夹具必 须限制工件的六个自由度,才可以达到加工要求。先设计夹具模型如下: 27 选择定位元件为:支承板,支撑钉,定位销,上下盖板。支撑板限制了 X,Y,Z 方向 的移动自由度,X,Y 方向的转动自由度,支撑钉限制了 Z 方向的转动自由度。可见,定 位方案选择合理。 4.4 夹紧机构 选择工件的夹紧方案,夹紧方案的选择原则是夹得稳,夹得劳,夹得快。选择夹紧 机构时,要合理确定夹紧力的三要素:大小、方向、作用点。夹紧装置的基本要求如 下: 1. 夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置; 2. 夹紧力要适当,既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不震动,又不因 夹紧力过大而使工件表面损伤、变形。 3. 夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力。 4. 机构应尽量简单,制造、维修要方便。 分析零件加工要素的性质,确定夹紧动力源类型为手动夹紧,夹紧装置为压板,压 紧力来源为螺旋力。夹具的具体结构与参数见夹具装配图和零件图。 4.5 零件的车床夹具的加工误差分析 工件在车床夹具上加工时,加工误差的大小受工件在夹具上的定位误差 、夹具D 误差 、夹具在主轴上的安装误差 和加工方法误差 的影响。JAG 如夹具图所示,在夹具上加工时,尺寸的加工误差的影响因素如下所述: (1)定位误差 D 28 由于 C 面既是工序基准,又是定位基准,基准不重合误差 为零。工件在夹具上B 定位时,定位基准与限位基准是重合的,基准位移误差 为零。因此,尺寸 的Y05.-21 定位误差 等于零。D (2)夹具误差 J 夹具误差为限位基面与轴线间的距离误差,即夹具总图上尺寸 的公差为02.-1 0.02,以及限位基面相对安装基面 C 的平行度误差是 0.01. (3)安装误差 A 因为夹具和主轴是莫氏锥度配合,夹具的安装误差几乎可以忽略不计。 (4)加工方法误差 G 如车床主轴上安装夹具基准与主轴回转轴线间的误差、主轴的径向跳动、车床溜 板进给方向与主轴轴线的平行度或垂直度等。它的大小取决于机床的制造精度、夹具 的悬伸长度和离心力的大小等因素。一般取 = /3=0.05/3=0.017mmGK 零件的车床夹具总加工误差是: 2A2JDG 062.17.0. 精度储备: 238.6.50CJ 故此方案可行。 4.6 零件的车床专用夹具简单使用说明 (1) 夹具的总体结构应力力求紧凑、轻便,悬臂尺寸要短,重心尽可能靠近主 轴。 (2) 当工件和夹具上个元件相对机床主轴的旋转轴线不平衡时,将产生较大的 离心力和振动,影响工件的加工质量、刀具的寿命、机床的精度和安全生产,特别是 在转速较高的情况下影响更大。因此,对于重量不对称的夹具,要有平衡要求。平衡 的方法有两种:设置平衡块或加工减重孔。在工厂实际生产中,常用适配的方法进行 29 夹具的平衡工作。 (3)为了保证安全,夹具上各种元件一般不超过夹具的圆形轮廓之外。因此,还 应该注意防止切削和冷却液的飞溅问题,必要时应该加防护罩。 30 总结 通过这次完整的毕业设计,我们系统地回顾和复习了大学所学的相关专业知识, 同时也深刻体会到学习的重要性并领会到设计也是一种学习的方式。在设计的过程中, 我们综合运用了系统的设计方法和相关设计软件(如AutoCAD) ,且应用熟悉相关设计 资料(包括手册、标准和规范等)以及进行经验估算等方面有了一定程度的提高,深 刻的感受到计算机和工具书及手册在设计中带来的便利和帮助。 通过这次机毕业设计,更加系统的了解机械制造工艺的一般过程,并且学会了对工 艺设计的整体把握,也有了较为严谨的科学设计方法。在本次课程设计中,能运用所 学基本理论知识,正确解决工件在加工时的定位和夹紧问题,选择合理的设计方案, 进行必要的计算,根据课题设计出符合要求、 优质、高效、低成本的夹具。并能运用 所学基本理论知识,正确解决工件在加工时的定位和夹紧问题,选择合理的方案,进 行必要的计算,根据题意设计出符合优质、高效、低成本的钻孔夹具。也明确工序要 求,了解所用机床,刀具及工序前加工情况,所以,这次毕业设计对我来说收获很大。 但也有很多地方还有在努力学习。 31 参考文献 1 机床夹具设计手册 燕山大学 洛阳工学院 长春汽车工业高等专科学校 编 上 海科学技 术出版社 2000. 2 机床夹具设计手册 王光斗 上海科学技术出版社,2002. 3 机械设计 王宁侠 时其昌 西安电子科技大学出版社2008. 4 机械制造基础周桂莲 付平 西安电子科技大学出版社2009. 5 机械加工余量与公差手册 冯贤智 中国标准出版社1994. 6 机械制造工艺学 郭宗莲 中国建材工业出版社出版,1997. 7 机械零件切削加工工艺与技术标准使用手册 冯道 安徽文化音像2003. 8 机械制造工艺设计简明手册 李益民主编 机械工业出版社出版 1983. 9 切削用量简明手册 艾兴、肖诗刚主编 机械工业出版社出版 1994. 10 夹具工程师手册 刘文剑 黑龙江科学技术出版社 2002. 11 k.Lee
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