河南科技大学主离合器分离杠杆夹具设计课设设计

河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计1目 录前 言 .2第一章 零件的分析 .31.1 零件的作用 .31.2 零件的工艺分析 .3第二章 工艺规程设计 .32.1 确定毛坯的制造形式 .32.2 基面的选择 .42.3 制定工艺路线 .42.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 .52.5 确定切削用量及基本工时 .6第三章 夹具设计 .123.1 问题的提出 123.2 夹具设计 123.3 小结.15结 论 .16参考文献 .17河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计2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。本设计是主离合器分离杠杆零件加工工艺及铣大头端面夹具设计。主离合器分离杠杆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。基准的选择以杠杆大头外圆 外圆面作为粗基准，42以杠杆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。考虑到零件年产量 5000 件，属于大中批量，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。河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计3一、零件的分析1.1零件的作用题目给出的零件是主离合器分离杠杆。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 45 钢锻造件，HB217255。现分析如下：主要加工面：1) 杠杆大头下表面；2) 小头两侧端面；3) 花键底孔、 mm 孔及 4mm 孔；0.16524) 花键、12.5mm 及 M12mm 螺纹孔。5） 槽。104主要基准面：1) 以杠杆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、12.5mm 孔、M12mm 螺纹孔、 mm 孔、4mm 孔、0.1652mm 槽及其倒角。其中主要加工面是内孔花键和 mm 孔。 104 0.1652这两组加工面之间有着一定的位置要求。现分述如下：杠杆大头端面与花键孔轴线要求相互垂直以保证杠杆曲臂尺寸 85±1mm花键孔轴线与 孔有距离 230±0.75mm 的要求以及与 12.5 孔、M120.1652螺纹孔距离 22mm 的要求。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，并保证它们之间的位置精度要求。二、工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式零件材料为 45 钢，硬度 HB217255，由于零件是一个传递扭矩的杠杆，工作时承受较大的负荷，因此此零件应该选用锻件；由于该零件年产量为 5000 件，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。河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计42.2基面的选择粗基准的选择 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杠杆大头侧肩、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；用一个挡板对圆头定位和一个支撑销定对小头部杆身定位，xyz以限制 、 自由度；再以一个垫板支承 42 圆的底面作主要定位消除 自由度，z达到完全定位。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，采用杠杆大头下端面和花键底孔作为精基准。2.3确定工艺路线表 2.1 工艺路线方案一工序 5 热处理工序 10 铣杠杆大头下端面工序 15 钻、铰孔花键底孔至 mm0.324工序 20 铣杠杆小头两端面至 mm.18工序 25 钻 和 4 孔0.1652工序 30 钻 M12 螺纹底孔，扩 12.5 阶梯孔，攻 M12 螺纹孔工序 35 拉杠杆大头 36 槽内孔花键工序 40 铣杠杆大头 4mm 槽工序 45 检查表 2.2 工艺路线方案二工序 5 热处理工序 10 铣杠杆大头上端面工序 15 钻、铰孔花键底孔至 mm0.32工序 20 钻 、锪 mm 平面以及钻 4mm 孔0.16521.54工序 25 锪 mm 另一面.4工序 30 钻 M12 螺纹底孔，扩 12.5 阶梯孔，攻 M12 螺纹孔工序 35 拉杠杆大头 36 槽内孔花键工序 40 铣杠杆大头 4mm 槽工序 45 检查河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计5工艺路线的比较与分析：第二条工艺路线不同于第一条是将“工序 3 铣宽度为 mm 的杠杆小头两0.18端面”变为“锪 mm 两个端面面”其它的先后顺序均没变化。通过分析发10.524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 5 热处理。调质处理，保证硬度 HB217255工序 10 铣杠杆大头下表面。保证尺寸 mm，粗糙度是 25。选用立式升降0146台铣床 X52K，专用夹具。工序 15钻、铰孔花键底孔至 mm。钻孔 mm 的毛坯0.320.32.48H到 22mm；铰孔 22mm 到 mm。保证粗糙度是0.386.3；锪孔口 倒角至 1.5mm。采用立式钻床 Z535，专用夹具。45工序 20 铣杠杆小头两端面。保证厚度为 mm，保证尺寸 85±1，粗糙度0.18是 25,采用卧式铣床 XA6132，用专用夹具。工序 25 钻 和 4 孔。粗糙度是 25,采用摇臂钻床 Z3032，为保证加0.1652工的孔的位置度，采用专用夹具。工序 30 钻 M12 螺纹底孔，扩 12.5 阶梯孔，攻 M12 螺纹。采用立式钻床Z535，专用夹具。工序 35 拉杠杆大头 36 槽内孔花键。用内花键拉刀拉孔 至0.32.48H36 槽内花键，粗糙度是 3.2,采用卧式拉床 L6120C，组合夹具。工序 40 铣杠杆大头 4mm 槽。铣杠杆大头开槽，保证宽度为 mm，保证粗糙10度是 25,采用卧式铣床 XA6132，用专用夹具。工序 45 检查2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定杠杆的材料是 45 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，因此计算最大与河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计6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杠杆大头厚度 46mm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。故厚度毛坯值为 48mm2内孔花键考虑到锻模的简单方便，将内孔花键锻成实心，内孔花键钻、铰、拉出。钻孔：22mm铰孔： mm0.3.4H8拉花键：专用拉刀拉成3杠杆小头厚度 0.18h2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。故厚度毛坯值为 17mm4杠杆小头面上 mm 孔及 4mm 孔0.1652D考虑到孔径很小锻造很难实现，将内孔锻成实心，内孔钻出。钻孔：4mm钻孔： mm+0.1655M12-3 螺纹、12.5mm 孔由上可知，此处锻成实心，不用考虑留加工量。64mm 槽由上可知，此处锻成实心，不用考虑留加工量。2.5 确定切削用量及基本工时工序 1：铣杠杆大头下表面机床：X52K 立式铣床。刀具：硬质合金端铣刀，材料： ， ，齿数 ，此为粗15YT0Dm5Z齿铣刀。因其余量：=2mm所以铣削深度 ：pa2m每齿进给量 ：查，取f 0.12/faZ铣削速度 ：参照参考文献，取 。V45/inV河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计7机床主轴转速 ：n1043.m/inVd查机床说明书 5/ir实际铣削速度 ：v.1054./in10进给量 ： fV.287/iffaZnm工作台每分进给量 ： m9/in切削行程 124t 0.5ifwll工序 2 钻、铰孔 22.4mm，并锪倒角 1.5×45°1 钻孔 22 mm确定进给量 :查表 28-10，当钢的 表 28-10，当钢的 表 28-10 及表 28-14，查得切削速度v=26m/min。所以 10v2607/min4swnrd根据机床说明书，取 =2000r/min，故实际切削速度为205.1/in10wnv切削工时：h=13mm1钻 4mm 孔3.8mi2.0mwtnf2. 钻 12mm 孔确定进给量 :查表 28-10，当钢的 表 28-10 及表 28-14，查得切削速度v=16m/min。所以 10v16425/minswnrd根据机床说明书，取 =400r/min，故实际切削速度为12405.1/in0wdnv切削工时：h=13mmh3.6mi4.20mwtnf工序 5 钻 12.5mm 孔，钻 M12 螺纹底孔，攻 M12 螺纹孔。机床：Z535 立式钻床，刀具：锥柄钻头 12.5mm、10.2mm，加长柄机用河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计10丝锥（ ）12.75M1钻孔 12.5mm确定进给量 :查表 28-10，当钢的f表 28-10 及表 28-14，查得切削速度v=16m/min。所以 10v16407/min2.5swnrd根据机床说明书，取 =400r/min，故实际切削速度为12.540.7/in0wdnv切削工时：h=22mmh.8mi4.20mwtnf2钻 M12 螺纹底孔确定进给量 :查表 28-10，当钢的f表 28-10 及表 28-14，查得切削速度v=16m/min。所以 10v1650/min.2swnrd根据机床说明书，取 =500r/min，故实际切削速度为10.256/inwdnv河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计11切削工时：h=21mmh20.min5.mwtnf1. 攻 M12 螺纹孔切削速度 ：查表 40-8，取V 12m/inV:由式（2.1）机床主轴转速 ：， 012938/in3.4n rd:根据机床说明书，取丝锥回转转速 0/min实际切削速度 ：V0.121.3/ind确定进给量 ：由于其螺距 ,因此进给量f.75p.75/fr切削工时：h=20mmh20.4min31.mwtnf工序 6 拉 36 槽内花键确定进给量 :当钢 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： 12ml6041t .8minv工序 7 铣大头 4mm 开槽采用高速钢锯片铣刀， =160mm，齿数 z=80。wd切削速度：查表 30-23，确定 v=15-35m/min，取v=30m/min，则10v2754/min60swnrd现采用 X63 卧式铣床，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河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计121603.1/minwdnv当 =60r/min 时，工作台的每分钟进给量 应为：wn f= =0.08×18×60=86.4mm/minmfzwn查机床说明书，取 =75mm/min，f切削工时：铣刀的行程=60+24mm，则机动工时为841.2in75mtf最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果连同其他加工数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片，见附表。第三章 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，需设计专用夹具。经指导老师分配任务设计，设计铣大头端面专用夹具。本夹具将用于 X52K立式铣床。刀具为一把硬质合金端铣刀，对工件的端面进行加工。3.1 问题的提出本夹具主要用来铣花键孔口端面，由于这个端面图纸要求精度不是很高，因此在加工本道工序时，主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度；以及生产的经济性。3.2 铣花键孔口 42 端面夹具设计本夹具主要用来铣花键孔口 42 端面。由加工本道工序的工序简图可知。花键孔口 42 端面时，花键孔口 42 端面有粗糙度要求 ，杠杆铣削25aRm后高度要求 。本道工序是对花键孔口 46 端面铣削加工，因此在本道工1046m序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。3.2.1 定位基准的选择由零件图可粗基准的选择，按照本工序铣大头上端面加工要求，选择本零件的不加工表面是杠杆大头侧肩、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；用一个挡板对圆头定位和一个支撑销xyz定对小头部杆身定位，以限制 、 自由度；再以一个垫板支承 42 圆的底面作主要定位消除 自由度，达到完全定位，就可加工上端面了。z河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计133.2.2 定位元件的设计本工序选用的定位基准为三面一销定位，所以相应的夹具上的定位元件应是三面一销。因此进行定位元件的设计主要是对支撑板和支撑销钉进行设计。根据参考文献11 支撑销钉的结构尺寸参数如图 3.1 所示。图 3.1 带大端面的短圆柱销支撑板的结构如图 3.2 所示。图 3.2 固定挡销另外两个支撑板于此类似。3.2.3 定位误差分析本夹具选用的定位元件为三面一销定位。铣削加工时是靠调整机床保证其加工尺寸其定位误差主要由零件尺寸造成，夹具误差可以忽略。3.2.4 铣削力与夹紧力计算本夹具是在铣床上使用的，用螺钉夹紧，为了保证工件在加工工程中不产生振动，由计算公式Fj=FsL/(d0tg(+ 1)/2+rtg 2) 式（3.2）Fj沿螺旋轴线作用的夹紧力 Fs作用在六角螺母河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计14L作用力的力臂(mm) d0螺纹中径(mm)螺纹升角() 1螺纹副的当量摩擦() 2螺杆(或螺母) 端部与工件(或压块) 的摩擦角( )r螺杆 (或螺母 )端部与工件( 或压块)的当量摩擦半径 ()根据参考文献其回归方程为Fjk tTs其中 Fj螺栓夹紧力(N) ；kt力矩系数(cm 1 )Ts作用在螺母上的力矩(N.cm) ；Fj =5×2000=10000N3.2.5 夹具体槽形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 U 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。根据参考文献11定向键的结构如图 3.3 所示。图 3.3 定向键夹具 U 型槽的结构如图 3.4 所示。河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计15图 3.8 U 型槽主要结构尺寸参数如下表 3.5 所示。表 3.1 U 型槽的结构尺寸螺栓直径 dDL16 18 163.2.6夹紧装置及夹具体设计夹紧装置采用压紧螺钉来夹紧工件，采用压紧螺钉的好处就是加工完成后，可以将压紧螺钉松开，然后退后一定距离把工件取出。压紧螺钉的结构如图 3.6 所示。图 3.6 压紧机构夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。3.2.7夹具设计及操作的简要说明本夹具用于在立式铣床上加工杠杆的小平面。工件以 端面和大头侧面421为定位基准，在支承板和支承钉上实现完全定位。采用转动压紧螺栓夹紧工件。河南科技大学课程设计 3 专用夹具设计16当加工完，可松开压紧螺栓来取下工件。3.3 小结对专用夹具的设计，可以了解机床夹具在切削加工中的作用：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的给以性能。本夹具设计可以反应夹具设计时应注意的问题，如定位精度、夹紧方式、夹具结构的刚度和强度、结构工艺性等问题。总结本设计研究过程中仍然存在不足之处，有的问题还待于进一步深入，具体如下：（1）缺乏实际工厂经验，对一些参数和元件的选用可能不是非常合理，有一定的浪费。（2）与夹具相关的刀具和量具的了解还不太清楚。（3）系统的设计不太完善，在与计算机配合进行精确的数据采集和控制上还有一些不足。（4）使用有一定的局限：人工操作多，零部件磨损度在实际中尚不明确。17参考文献1机械加工工艺师手册/杨叔子主编，北京：机械工业出版社，2001.82 机械制造技术基础课程指导教程，北京：机械工业出版社，20043 机械制造工艺学课程设计指导书，北京：机械工业出版社，20074 机械制造工艺学 /陈明主编，北京：机械工业出版社，2005.85 机械制造工艺与机床夹具/刘守勇主编，北京：机械工业出版社，2000.56 金属切学原理与刀具/陆剑中孙家宁主编，北京：机械工业出版社，2001.8