叉架加工工艺及夹具设计[铣叉口槽+钻Φ12孔]【含CAD高清图纸和文档】【WG系列】
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XX 学院 叉架加工工艺及夹具设计铣+钻 学生姓名: 学生学号: 院 (系): 年级专业: 指导教师: 年 月 I 摘 要 此次设计是对叉架零件的加工工艺和夹具设计,其零件为锻件,具有体积小, 零件复杂的特点,由于面比孔易加工,在制定工艺规程时,就先加工面,再以面 为基准来加工其它,其中各工序夹具都采用专用夹具以操作简单的手动夹紧方式 夹紧,其机构设计简单,方便且能满足要求。 关键词 叉架,加工工艺,专用夹具,设计 II Abstract This design is the processing technology and fixture design of the fork parts, the parts for the forgings, has the advantages of small volume, part of the complex features, easy to process becausespecific pore surface, in the development process, on the first surface, and then to surface as a benchmark to process the other, including the processes used the special fixture to operation manual clamping clamping way is simple, the design is simple, convenient and can meet the requirements of. Key words: fork, processing technology and fixture design III 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 一、绪 论 1 二、叉架的分析 2 2.1 叉架的工艺分析 2 2.2 叉架的工艺要求 2 三、工艺规程设计 5 3.1 加工工艺过程 5 3.2 确定各表面加工方案 5 3.2.1 影响加工方法的因素 5 3.2.2 加工方案的选择 6 3.3 确定定位基准 6 3.4 加工工艺路线方案的比较 6 3.5 叉架的偏差,加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸的确定 8 3.5.1 毛坯的结构工艺要求 8 3.5.2 叉架的偏差计算 9 3.6 确定切削用量及基本工时(机动时间) 9 3.7 时间定额计算及生产安排 15 四、专用夹具设计 18 4.1 问题的指出 18 4.2 定位基准的选择 18 4.3 夹具方案的设计 18 4.4 切削力和夹紧力计算 19 4.5 夹紧力的计算 19 五、定位误差分析 20 六、零、部件的设计与选用 22 6.1 挡销选用 22 IV 6.2 钻套、衬套、钻模板设计与选用 22 七、确定夹具体结构尺寸和总体结构 23 八、铣 40 槽夹具设计 25 8.1 问题的提出 25 8.2 夹具设计 25 九 钻 12H7 孔夹具设计 28 9.1 夹具的夹紧装置和定位装置 28 9.2 夹具的导向 29 9.3 钻孔与工件之间的切屑间隙 29 9.4 钻模板 30 9.5 定位误差的分析 30 9.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用 30 9.7 确定夹具体结构和总体结构 32 9.8 夹具设计及操作的简要说明 33 结 论 34 参考文献 35 致 谢 36 1 一、绪 论 机械设计制造及其夹具设计是我们融会贯通四年所学的知识,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。 而本次对于叉架加工工艺及夹具设计的主要任务是: 完成叉架零件加工工艺规程的制定; 完成铣槽、钻孔 2 个专用夹具的设计。 通过对叉架零件的初步分析,了解其零件的主要特点,加工难易程度,主 要加工面和加工粗、精基准,从而制定出叉架加工工艺规程;对于专用夹具的 设计,首先分析零件的加工工艺,选取定位基准,然后再根据切销力的大小、 批量生产情况来选取夹紧方式,从而设计专用夹具。 2 二、叉架的分析 2.1 叉架的工艺分析 叉架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,此外还有小头孔端要求加工,对精度要求也 很高。叉架的底面、大头孔上平面和小头孔粗糙度要求都是 ,所以都要6.1Ra 求精加工。其小头孔与底平面有垂直度的公差要求,叉架底面与大头孔上平面 有平行度公差要求,所要加工的槽,在其槽边有平行度公差和对称度公差要求 等。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。 2.2 叉架的工艺要求 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。 3 图 2.1 叉架零件图 叉架毛坯的选择模锻,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13m 年产量是 5000 件,由3表 2.13 可知是中批量生产。 上面主要是对叉架零件的结构、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模锻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。 5 三、工艺规程设计 3.1 加工工艺过程 由以上分析可知,该叉架零件的主要加工表面是平面、孔系和槽系。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,对于叉架来 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 之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。 由上面的一些技术条件分析得知:叉架的尺寸精度,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。对于我们设计叉架的 加工工艺来说,应选择能够满足平面孔系和槽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 6 备工序可为粗车半精车淬火粗磨。 3.2.2 加工方案的选择 1、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79IT:aR 以较小。 2、小头孔 加工方法:27H 加零件毛坯不能直接锻出孔,只能锻出一个小坑,以便在以后加工时找正 其中心,但其表面粗糙度的要求为 ,所以选择加工的方法是钻扩6.1Ra 铰。 3、大头端面槽 的加工方法是:40 因槽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 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,能保证叉架在整个 加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从叉架零件图分析可知,主要是选 择加工叉架底面的装夹定位面为其加工粗基准。 3.4 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 7 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,拟订两个加工工艺路线方案。见下表: 表 3.1 加工工艺路线方案比较表 方案 方案工序号 工序内容 定位基准 工序内容 定位基准 010 粗铣平面 B、A 平面和 孔209H粗、精铣 B 平面 平面和 孔209H 020 精铣平面 B、A 平面和 孔 粗、精铣 A 平 面 平面和 孔 030 钻、扩、铰: 孔209底面和侧面 钻、扩、铰: 孔209底面和侧面 040 粗铣 槽.35底面、 孔 和 孔4粗、精铣 槽.305底面、 孔20和 孔4 050 精铣 槽0.3底面和 孔 检验 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、铣槽工序,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 2 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:方案为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程 如下表: 表 3.2 加工工艺过程表 工序号 工 种 工作内容 说 明 010 锻造 模锻 铸件毛坯 020 热处理 退火 030 铣 粗、精铣 B 平面 工件用专用夹具装夹;双 立轴圆工作台铣床 )52(KX 040 铣 粗、精铣 A 平面 工件用专用夹具装夹;双 立轴圆工作台铣床 )( 8 050 钻、扩、 铰 将孔 钻到直径 再127H9dm 将 扩孔到 最后进行铰加. 工到要求尺寸 工件采有专用夹具装夹, 机床选用摇臂钻床( )3025Z 070 粗、精 铣 粗、精铣 40 槽 工件用专用夹具装夹; 铣床 X6132 100 检验 110 入库 清洗,涂防锈油 3.5 叉架的偏差,加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸的确定 叉架的锻造采用的是 45 钢模锻制造,其材料是 45,生产类型为中批量生 产,采用模锻毛坯。 3.5.1 毛坯的结构工艺要求 叉架为锻造件,对毛坯的结构工艺性有一定要求: 由于模锻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,模锻件外形应力求简单、平直的 对称,尽量避免模锻件截面间差别过大,或具有薄壁、高筋、高台等结构。 模锻件的结构中应避免深孔或多孔结构。 模锻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。 9 3.5.2 叉架的偏差计算 叉架底平面和大头孔上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 ,现取2.05m 。查3可知其粗铣时精度等级为 IT12,粗铣平面时厚度偏差取2.m01 精铣:由参考文献3表 2.359,其余量值规定为 。1. 小头孔的偏差及加工余量计算 参照参考文献3表 2.22,2.225,2.313 和参考文献15表 18, 可以查得: 孔 :127H 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 。03. 84. 铰孔的精度等级: ,表面粗糙度 ,尺寸偏差是 。8IT1.6Rau0.3 钻 孔 127H 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 钻孔: 9 扩孔: (Z 为单边余量)1.72.7Zm 铰孔: (Z 为单边余量)203 粗、精铣 40 槽 10 参照参考文献1表 215,得其槽边双边粗加工余量 2Z=2.0mm,槽深加工 余量为 1.0mm 3.6 确定切削用量及基本工时(机动时间) 工序 1:粗、精铣 B 平面。 机床:铣床 X52 刀具:硬质合金可转位端铣刀(面铣刀) ,材料: , ,齿15YT0Dm 数 ,此为粗齿铣刀。5Z 因其单边余量:Z=2.2mm 所以铣削深度 :pa2.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fa 0.15/famZ 考文献3表 2.481,取铣削速度 2.8/Vms 每齿进给量 :根据参考文献3表 2.473,取 根据参考f f/8. 文献3表 2.481,取铣削速度 .47/ 机床主轴转速 :n102.601.9/in31Vrd 按照参考文献3表 3.174,取 475m 实际铣削速度 :v .402.9/106ns 进给量 : fV.1857/0.1/ffaZ 工作台每分进给量 : m.2475minfVs :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 14l8l 刀具切入长度 :1 20.5()(3lDa2.061)2m 11 刀具切出长度 :取2lm 走刀次数为 1 机动时间 : jt12420.36min7.5jmlf 机动时间 :1jt1268.19i.jlf 所以该工序总机动时间 105injjtt 工序 2:粗、精铣 A 面。 机床:铣床 X52 刀具:硬质合金可转位端铣刀(面铣刀) ,材料: , ,齿15YT0Dm 数 8,此为细齿铣刀。 因其单边余量:Z=2.2mm 所以铣削深度 :pa2.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fa Zmaf/18.0 文献3表 2.481,取铣削速度 2.47/Vs 每齿进给量 :根据参考文献3表 2.473,取 :根据参f .5/f 考文献3表 2.481,取铣削速度 .8/m 机床主轴转速 :n102.6053/in314Vrd 按照参考文献3表 3.131,取 实际铣削速度 :v.10.14/06dnms 进给量 :fV.58/2/ffaZ 工作台每分进给量 : m170infVs 被切削层长度 :由毛坯尺寸可知 ,l 4lm68l 刀具切入长度 :精铣时110lD 刀具切出长度 :取2l 走刀次数为 1 12 机动时间 :2jt12402.34min7jmlf 机动时间 :2jt1268.ijlf 所以该工序总机动时间 20.5injjtt 工序 3:钻、扩、铰 孔。17H 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 2 钻孔时先采取的是钻 孔,再扩到 ,所以 。91.79Dm 切削深度 :pa4.5m 进给量 :根据参考文献3表 2.438,取 。f rf/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./min31vrd 按照参考文献3表 3.131,取 0 所以实际切削速度 :v.176.5/dns 切削工时 被切削层长度 :l42m 刀具切入长度 :1 117()05.96rDlctgkctgm 刀具切出长度 : ,取2l4l32 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:B403 切削深度 :pa1.35m 13 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()20.8632rDdlctgkctgm 刀具切出长度 : ,取lm42l32 走刀次数为 1 机动时间 :2jt30.16in.5jLfn 铰孔 刀具:根据参照参考文献3表 4.354,选择硬质合金锥柄机用铰刀。 切削深度 : ,且 。pa0.15m20D 进给量 :根据参考文献3表 2.458, 取f rmf/0.21 。rmf/0.2 切削速度 :参照参考文献3表 2.460,取 。V sV/3. 机床主轴转速 :n10.32605.7/in14rD 按照参考文献3表 3.131 取 1mn 实际切削速度 :v.63/00s 切削工时 被切削层长度 :l42 刀具切入长度 ,1 14 01 2019.7()20.92rDdlctgkctgm 刀具切出长度 : 取lm41l32 走刀次数为 1 机动时间 :3jt2.09.7in35jLnf 该工序的加工机动时间的总和是 :jt.2016.70.48minj 工序 5:粗、精铣 40 槽。 机床:双立轴圆工作台铣床 KX5 刀具:错齿三面刃铣刀 粗铣槽 切削深度 :pa9.m 根据参考文献3表 查得:进给量 ,根据参考文献124760.6/famz 表 查得切削速度 。302/inV 机床主轴转速 :n ,102.1/i3.45rd 按照参考文献3表 3.174,取 7n 实际切削速度 :v.0.5/106nms 进给量 :fV.87/1.3/ffaZ 工作台每分进给量 : m.58infVs 被切削层长度 :由毛坯尺寸可知 , l 20lm 刀具切入长度 :1 0.5()lD =63mm 刀具切出长度 :取2l 走刀次数为 1 机动时间 : jt120631.05min8jmlf 精铣槽 15 切削深度 :pa2.0m 根据参考文献3表 查得:进给量 ,根据参考文献14760.8/famz 表 查得切削速度 ,3023/inV 机床主轴转速 :n ,10245./in.160rd 按照参考文献3表 3.174,取 。7 实际切削速度 :v3.04/nms 进给量 :fV0.8247.5/61.39/ffaZ 工作台每分进给量 : m8infVs 被切削层长度 :由毛坯尺寸可知 , l 0lm 刀具切入长度 :1 0.5(2)lD =81mm 刀具切出长度 :取2l 走刀次数为 1 机动时间 : 2jt12081.23min.6jmlf 本工序机动时间: 125.ijjtt 3.7 时间定额计算及生产安排 根据设计任务要求,该叉架的年产量为 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ft 16 作所消耗的时间,包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 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 B、A 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 。ft min41.0 由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为 ,i 则 in41.0ft :根据参考文献3表 2.548,k 13k 单间时间定额 有:dt()(%(0.54)(%)2.1min.8ifdjtk粗 粗 18135fjt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209H 机动时间 : jt.5.160.7.48minj 辅助时间 :参照参考文献3表 2.541,取工步辅助时间为 。f min75.1 由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为 ,i 则 in75.1.ft :根据参考文献3表 2.543,k 14.2k 单间时间定额 :dt()1%(0.4875)(.%)2.04min.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、精铣 40 槽 加工机动时间 :jt2.8minj 辅助时间 :参照参考文献3表 2.545,取工步辅助时间为 。f in41.0 由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为 ,mi 则 i41.0ft :根据参考文献3表 2.548, 。k 3k 单间时间定额 有:dt()1%(2.814)(%)4.17in2.8ijf 17 因此应布置一台机床即可以完成此道工序的加工,达到生产要求。 钻 孔6 机动时间 : jt0.1minj 辅助时间 :参照参考文献3表 2.541,取工步辅助时间为 。f min75.1 由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为 ,i 则 i75.ft :根据参考文献3表 2.543, 。k 14.2k 单间时间定额 ,由式(1.11)有:dt()1%(0.75)(.%)2.1min.8ijfk 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 铣断 加工机动时间 :jt0.61minj 辅助时间 :参照参考文献3表 2.545,取工步辅助时间为 。f in41.0 由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为 mi 则 i4.1.0ft :根据参考文献3表 2.548, 。k 13k 单间时间定额 有:dt()1%(0.6.4)(%)2.9in.8idjftk 因此应布置一台机床即可以完成此道工序的加工,达到生产要求。 18 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、钻、扩、铰 孔, 孔的夹具,它将29H38 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。 4.3 夹具方案的设计 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 19 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 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: 1.2076f PFDfK 式中 12m./r 查表 得: 80.75()36bp 其中: 0.b.48K 即: 95()fFN 实际所需夹紧力:由参考文献5表 得:12 12KFW 有: 120.7,.6 安全系数 K 可按下式计算有: 6543210K 式中: 为各种因素的安全系数,见参考文献5表 可得: 60 12 .10.56 所以 950816492()KfWFN 4.5 夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 FKfN21 其中 f 为夹紧面上的摩擦系数,取 25.01f F= +G G 为工件自重zP Nf4.321 20 夹紧螺钉: 公称直径 d=20mm,材料 45 钢 性能级数为 6.8 级 MPaB106MPaBs4801 螺钉疲劳极限: B9263.2.1 极限应力幅: akma7.51li 许用应力幅: MPSa3.li 螺钉的强度校核:螺钉的许用切应力为 s s=2.54 取s=4 得 Pa120 满足要求8.24cHdF MPaNc153.2 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 五、定位误差分析 (1)定位元件尺寸及公差确定。 夹具的主要定位元件为一平面和 V 型块间隙配合。 (2) 工件的工序基准为孔心,当工件孔径为最大,定位销的孔径为最小 时,孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本 夹具是用来在卧式镗床上加工,所以工件上孔与夹具上的定位销保持固 定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为 21 孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点 和销中心连线方向相同,则其定位误差为: Td=Dmax-Dmin 该夹具以一面两销定位,两定位销孔尺寸公差为 80。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 MjjWDAZWj 由参考文献5可得: 两定位销的定位误差 : 11minDWd 1 21min2i.DdJWarctgL 其中: ,10.52D20D ,d.3d , 1min2min4 且:L=80mm ,得: 0.63DWm .2J 夹紧误差 : cos)(minaxyj 其中接触变形位移值: 1()(9.62nHBZyRaZkNl 查5表 1215 有 。 10.4,0,.42,0.7zKCcos8jym 磨损造成的加工误差: 通常不超过Mj5. 夹具相对刀具位置误差: 取AD01. 22 误差总和: 0.85.3jwm 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。 六、零、部件的设计与选用 6.1 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 d d H 公称尺寸 允差 Lh1b1C1 12 20 10 +0.034 0.02 3 65 5 3 8 1 6 1.5 6.2 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。 .尺寸表 d D D1 H t 基本 极限 基 极限 23 尺寸 偏差 F7 本尺寸 偏差 D6 01 3 +0.010 +0.004 6 11.8 4 7 1.82 .6 5 8 6 9 - 2.63 +0.016 +0.006 33.3 6 +0.016 +0.008 9 3.34 7 10 45 8 11 8 12 16 56 +0.022 +0.010 10 +0.019 +0.010 13 68 12 15 10 16 20 810 +0.028 +0.013 15 18 101 2 18 +0.023 +0.012 22 12 20 25 121 5 22 26 0.008 151 8 +0.034 +0.016 26 30 16 28 36 182 2 30 +0.028 +0.015 34 222 6 35 39 20 36 45 263 0 +0.041 +0.020 42 46 303 5 48 +0.033 +0.017 52 25 45 56 354 2 55 59 424 8 62 66 0.012 485 0 +0.050 +0.025 70 +0.039 +0.020 74 30 56 67 0.040 钻模板选用翻转钻模板,用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。 七、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 24 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,一般应在夹具体上设置排屑槽。 (5)在机床上的安装应稳定可靠 夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的 接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时,夹具的重心应尽量低,支 承面积应足够大,安装基面应有较高的配合精度,保证安装稳定可靠。夹具底 部一般应中空,大型夹具还应设置吊环或起重孔。 工件装夹方案确定以后,根据定位元件及夹紧机构所需要的空间范围及机 床工作台的尺寸,确定夹具体的结构尺寸,然后绘制夹具总图。详见绘制的夹 具装配图。 25 八、铣 40 槽夹具设计 8.1 问题的提出 本夹具要用于铣拔叉叉口侧面铣床夹具精度等级为 IT12 级,粗糙度为 6.3。本道工序只精铣一下即达到各要求,因此,在本道工序加工时,我们应首 先考虑保证槽的各加工精度,如何提高生产效率,降低劳动强度。 8.
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