光杆零件的加工工艺及铣键槽的铣床夹具 长键槽铣夹具设计【含CAD图纸、说明书】
第 1 页 共 26 页毕业设计(论文)说明书作 者: 学 号: 系 部: 专 业: 题 目: 光杆加工工艺及长键槽铣夹具设计 指导者:评阅者:年 月 第 2 页 共 26 页毕 业 设 计 ( 论 文 ) 中 文 摘 要本设计是基于光杆加工工艺及长键槽铣夹具设计长键槽铣夹具。长键槽零件的主要加工表面是外圆及孔系。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,本设计遵循先面后槽的原则。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。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出顶平面,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。夹具选用专用夹具,夹紧方式多选用手动夹紧,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。关键词:长键槽类零件;工艺;夹具第 3 页 共 26 页毕 业 设 计 ( 论 文 ) 外 文 摘 要Title: The long shaft fork processing technology and fixture design Abstract:This design is the special fixture for machining process for long shaft parts and process design based on. The main processing surface of long shaft parts is cylindrical and holes. In general, ensure the machining accuracy of plane than to ensure the accuracy of the processing easily. Therefore, follow the groove surface after the first principle of the design. And the hole and the plane processing clearly divided into roughing and finishing stages to ensure machining precision. The main process of machining technology is first to support hole positioning processing the top plane, in addition to the follow-up processes are individual processes with the top plane positioning technology and other processing Kong and plane. The special fixture fixture, clamping means more choice of manual clamping, clamping reliable, agencies can not self-locking. Therefore, higher production efficiency. Suitable for large batch, the processing pipeline. Can meet the design requirements.Keywords:long shaft, processing, special fixture, design第 4 页 共 26 页目 录1 加工工艺规程设计 51.1 零件的分析 51.1.1 零件的作用 51.1.2 零件的工艺分析 51.2 长键槽加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 51.3 长键槽加工定位基准的选择 61.3.1 粗基准的选择 61.3.2 精基准的选择 61.4 长键槽加工主要工序安排 61.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 81.6 选择加工设备及刀、量具 81.7 确定切削用量及基本工时(机动时间) 91.8 时间定额计算及生产安排 162 铣槽夹具设计 182.1 工序尺寸精度分析 182.2 定位方案确定 182.3 切削力及夹紧力的计算 182.4 定位元件确定 202.5 定位误差分析计算 212.6 夹具设计及操作的简要说明 22结 论 23参考文献 24致 谢 25第 5 页 共 26 页1 加工工艺规程设计1.1 零件的分析1.1.1 零件的作用题目给出的零件是长键槽。长键槽的主要作用是传动连接作用,保证各轴各挡轴能正常运行,并保证部件与其他部分正确安装。因此长键槽零件的加工质量,不但直接影响的装配精度和运动精度,而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。图 1 长键槽1.1.2 零件的工艺分析由长键槽零件图可知。长键槽是一个轴类零件,它的外表面上有 2 个平面需要进行加工。此外各表面上还需加工一系列螺纹孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下:(1)以 42 外圆面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括:42 外圆面的加工;,其中表面粗糙度要求为 。mRa2.3(2)以 12 宽度的平面为主要加工表面的槽。这一组加工表面包括:12 宽度的槽,粗糙度为 。mRa2.31.2 长键槽加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该长键槽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,对于长键槽来说,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。由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。长键槽孔系加工方案,应选择能够满足孔系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。在满足精度要求第 6 页 共 26 页及生产率的条件下,应选择价格最底的机床。1.3 长键槽加工定位基准的选择1.3.1 粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求:(1)保证各重要支承的加工余量均匀;(2)保证装入长键槽的零件与箱壁有一定的间隙。为了满足上述要求,应选择的主要支承孔作为主要基准。即以长键槽的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度,再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此,以后再用精基准定位加工主要支承孔时,孔加工余量一定是均匀的。1.3.2 精基准的选择从保证长键槽孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证长键槽在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从长键槽零件图分析可知,它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大,适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度,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。至于前后端面,虽然它是长键槽的装配基准,但因为它与长键槽的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系,在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难,所以不予采用。1.4 长键槽加工主要工序安排对于大批量生产的零件,一般总是首先加工出统一的基准。长键槽加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到长键槽加工完成为止,除了个别工序外,都要用作定位基准。因此,结合面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面,再粗加工孔系。对于长键槽,需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系,但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此,实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系,然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面,这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝,由于切削力较小,可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。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c908及 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。保证零件内部杂第 7 页 共 26 页质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于 。mg20根据以上分析过程,现将长键槽加工工艺路线确定如下:工艺路线一:10 下料 型材开料毛坯52160420 粗车 车两端,总长车至 1602mm,打中心孔 A230 粗车 两顶尖装夹工件,车外圆至 mm40 热处理 热处理 HRC28-3250 粗车 车两端面至图纸尺寸,重打中心孔 A2.560 半精车 (1) 车外圆至 mm,倒角 C2。(2) 调头车外圆至 mm,倒角 C2。不允许在键槽长度范围内接刀70 两顶尖装夹工件,磨外圆至图纸要求。不允许在键槽长度范围内接刀80 铣键槽至图纸尺寸90 检验100 油封、入库工艺路线二:10 下料 型材开料毛坯52160420 粗车 车两端,总长车至 1602mm,打中心孔 A230 粗车 两顶尖装夹工件,车外圆至 mm40 粗车 车两端面至图纸尺寸,重打中心孔 A2.550 半精车 (1) 车外圆至 mm,倒角 C2。(2) 调头车外圆至 mm,倒角 C2。不允许在键槽长度范围内接刀60 热处理 热处理 HRC28-3270 两顶尖装夹工件,磨外圆至图纸要求。不允许在键槽长度范围内接刀80 铣键槽至图纸尺寸90 检验100 油封、入库以上加工方案大致看来合理,但通过仔细考虑,零件的技术要求及可能采取的加工手段之后,就会发现仍有问题,从提高效率和保证精度这两个前提下,发现该方案一比较合理。综合选择方案一:10 下料 型材开料毛坯521604第 8 页 共 26 页20 粗车 车两端,总长车至 1602mm,打中心孔 A230 粗车 两顶尖装夹工件,车外圆至 mm40 热处理 热处理 HRC28-3250 粗车 车两端面至图纸尺寸,重打中心孔 A2.560 半精车 (1) 车外圆至 mm,倒角 C2。(2) 调头车外圆至 mm,倒角 C2。不允许在键槽长度范围内接刀70 两顶尖装夹工件,磨外圆至图纸要求。不允许在键槽长度范围内接刀80 铣键槽至图纸尺寸90 检验100 油封、入库1.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定(1)毛坯种类的选择零件机械加工的工序数量、材料消耗和劳动量等在很大程度上与毛坯的选择有关,因此,正确选择毛坯具有重要的技术和经济意义。根据该零件的材料为 45、生产类型为批量生产、结构形状很复杂、尺寸大小中等大小、技术要求不高等因素,在此毛坯选择型材成型。(2)确定毛坯的加工余量根据毛坯制造方法采用的型材造型,查取机械制造工艺设计简明手册表 2.2-5, “长键槽”零件材料采用灰铸铁制造。材料为 45,硬度 HB 为 170241,生产类型为大批量生产,采用型材毛坯。(2)面的加工余量。根据工序要求,结合面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下:粗铣:参照机械加工工艺手册第 1 卷表 3.2.23。其余量值规定为 ,m4.371现取 。表 3.2.27 粗铣平面时厚度偏差取 。m0. m28.0精铣:参照机械加工工艺手册表 2.3.59,其余量值规定为 。差等级选用 CT7。再查表 2.3.9 可得铸件尺寸公差为 。6.11.6 选择加工设备及刀、量具由于生产类型为大批量生产,所以所选设备宜以通用机床为主,辅以少量专用机车。起生产方式为以通用机床加专用夹具为主,辅以少量专用机床加工生产。工件在各机床上的装卸及各机床间的传递,由于工件质量较大,故需要辅助工具来完成。第 9 页 共 26 页平端面确定工件的总长度。可选用量具为多用游标卡尺(mm),测量范围01000mm(参考文献2表 67) 。采用车床加工,床选用卧式车床 CA6140(参考文献2表 43) ,专用夹具。钻孔、扩孔、攻丝所选刀具见(参考文献2第五篇金属切削刀具,第 2、3 节) ,采用相匹配的钻头,专用夹具及检具。1.7 确定切削用量及基本工时(机动时间)工序 10 无切削加工,无需计算工序 20. 车两端,总长车至 1602mm,打中心孔 A2已知工件材料: 45,型材,有外皮,机床 CA6140 普通车床,工件用内钳式卡盘固定。所选刀具为 YG6 硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表 1.1,由于CA6140 机床的中心高为 200 (表 1.30) ,故选刀杆尺寸 = ,刀mHBm2516片厚度为 。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面,前角 = ,后角5.4 0V= ,主偏角 = ,副偏角 = ,刃倾角 = ,刀尖圆弧半径06vK09vK01s0= 。srm8.确定切削深度 pa由于单边余量为 ,可在一次走刀内完成2.确定进给量 f根据切削加工简明实用手册可知:表 1.4刀杆尺寸为 , ,工件直径 400 之间时,m1625pam410进给量 =0.51.0fr按 CA6140 机床进给量(表 4.29)在机械制造工艺设计手册可知:=0.7f确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求,故需进行校验根据表 130,CA6140 机床进给机构允许进给力 =3530 。maxFN根据表 1.21,当强度在 174207 时, , , =HBSp4f75.0rmrK时,径向进给力: =950 。045RFN切削时 的修正系数为 =1.0, =1.0, =1.17(表 1.292) ,故实f roFfKsFfkrFfK际进给力为:=950 =1111.5 (1-f17.N2)第 10 页 共 26 页由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力,故所选 = 可用。frm7.0.选择刀具磨钝标准及耐用度根据切削用量简明使用手册表 1.9,车刀后刀面最大磨损量取为 ,车5.1刀寿命 = 。Tmin60.确定切削速度 0V切削速度可根据公式计算,也可直接有表中查出。根据切削用量简明使用手册表 1.11,当 硬质合金刀加工硬度 2002196YG的铸件, , ,切削速度 = 。HBSpa4frm75. Vmin3切削速度的修正系数为 =1.0, =0.92, 0.8, =1.0, =1.0(见tvKvsvKTvKv表 1.28) ,故:= tVv=63 (1-3)00.184.920.1in= = =120 (1-4)nDc1748mr根据 CA6140 车床说明书选择=1250nir这时实际切削速度 为:cV= = (1-1c01257min5).校验机床功率切削时的功率可由表查出,也可按公式进行计算。由切削用量简明使用手册表 1.25, = , ,HBS160245pam3f,切削速度 时,rm75.0min50V=CPKW7.1切削功率的修正系数 =0.73, =0.9,故实际切削时间的功率为:krcPcr0=1.7 =1.2 (1-3.6)根据表 1.30,当 = 时,机床主轴允许功率为 = , ,故nmi125r EPKW9.5CEP所选切削用量可在 C6201 机床上进行,最后决定的切削用量为:=3.75 , = , = = , =paf7.0ni25rsr08.Vmin0第 11 页 共 26 页工序 30 两顶尖装夹工件,车外圆至 mm0.146所选刀具为 YG6 硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表 1.1,由于C6140 机床的中心高为 200 (表 1.30) ,故选刀杆尺寸 = ,刀mHBm2516片厚度为 。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面,前角 = ,后角5.4 0V= ,主偏角 = ,副偏角 = ,刃倾角 = ,刀尖圆弧半径06vK09vK01s0= 。srm8.确定切削深度 pa由于单边余量为 ,可在一次走刀内完成,故m5.2= = p.251.确定进给量 f根据切削加工简明实用手册可知:表 1.4刀杆尺寸为 , ,工件直径 400 之间时,m1625pam410进给量 =0.51.0fr按 CA6140 机床进给量(表 4.29)在机械制造工艺设计手册可知:=0.7f确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求,故需进行校验根据表 130,CA6140 机床进给机构允许进给力 =3530 。maxFN根据表 1.21,当强度在 174207 时, , , =HBSp4f75.0rmrK时,径向进给力: =950 。045RFN切削时 的修正系数为 =1.0, =1.0, =1.17(表 1.292) ,故实f roFfKsFfkrFfK际进给力为:=950 =1111.5 f17.N由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力,故所选 = 可用。frm7.0.选择刀具磨钝标准及耐用度根据切削用量简明使用手册表 1.9,车刀后刀面最大磨损量取为 ,车5.1刀寿命 = 。Tmin60.确定切削速度 0V切削速度可根据公式计算,也可直接有表中查出。根据切削用量简明使用手册表 1.11,当 硬质合金刀加工硬度 20021915YT第 12 页 共 26 页的铸件, , ,切削速度 = 。HBSpam4fr75.0Vmin63切削速度的修正系数为 =1.0, =0.92, 0.8, =1.0, =1.0(见tvKmvsvKTvKv表 1.28) ,故:= tVv=63 (3-00.184.920.112)in48= = =120 (3-nDc127mir13)根据 CA6140 车床说明书选择=1250nir这时实际切削速度 为:cV= = (3-1cD01257min14).校验机床功率切削时的功率可由表查出,也可按公式进行计算。由切削用量简明使用手册表 1.25, = , ,HBS160245pam3f,切削速度 时,rm75.0min50V=CPkw7.1切削功率的修正系数 =0.73, =0.9,故实际切削时间的功率为:rcPcrK0=1.7 =1.2 3.k根据表 1.30,当 = 时,机床主轴允许功率为 = , ,故ni125EPkw9.5CEP所选切削用量可在 CA6140 机床上进行,最后决定的切削用量为:=1.25 , = , = = , =pamfr7.0nmi125rsr08.Vmin0.计算基本工时(3-flt15)式中 = + + , = m127Llyl由切削用量简明使用手册表 1.26,车削时的入切量及超切量 y+ = ,m1则 =126+ =128第 13 页 共 26 页= =mt7.0125in4工序 40 车两端面至图纸尺寸,重打中心孔 A2.5所选刀具为 YG6 硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表 1.1,由于C6140 机床的中心高为 200 (表 1.30) ,故选刀杆尺寸 = ,刀mHBm2516片厚度为 。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面,前角 = ,后角5.4 0V= ,主偏角 = ,副偏角 = ,刃倾角 = ,刀尖圆弧半径06vK09vK01s0= 。srm8.确定切削深度 pa由于单边余量为 ,可在一次走刀内完成,故m5.2= = p.251.确定进给量 f根据切削加工简明实用手册可知:表 1.4刀杆尺寸为 , ,工件直径 400 之间时,m1625pam410进给量 =0.51.0fr按 CA6140 机床进给量(表 4.29)在机械制造工艺设计手册可知:=0.7f确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求,故需进行校验根据表 130,CA6140 机床进给机构允许进给力 =3530 。maxFN根据表 1.21,当强度在 174207 时, , , =HBSp4f75.0rmrK时,径向进给力: =950 。045RFN切削时 的修正系数为 =1.0, =1.0, =1.17(表 1.292) ,故实f roFfKsFfkrFfK际进给力为:=950 =1111.5 f17.N由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力,故所选 = 可用。frm7.0.选择刀具磨钝标准及耐用度根据切削用量简明使用手册表 1.9,车刀后刀面最大磨损量取为 ,车5.1刀寿命 = 。Tmin60.确定切削速度 0V第 14 页 共 26 页切削速度可根据公式计算,也可直接有表中查出。根据切削用量简明使用手册表 1.11,当 硬质合金刀加工硬度 20021915YT的铸件, , ,切削速度 = 。HBSpam4fr75.0Vmin63切削速度的修正系数为 =1.0, =0.92, 0.8, =1.0, =1.0(见tvKmvsvKTvKv表 1.28) ,故:= tVv=63 (3-00.184.920.112)in48= = =120 (3-nDc127mir13)根据 CA6140 车床说明书选择=1250nir这时实际切削速度 为:cV= = (3-1cD01257min14).校验机床功率切削时的功率可由表查出,也可按公式进行计算。由切削用量简明使用手册表 1.25, = , ,HBS160245pam3f,切削速度 时,rm75.0min50V=CPkw7.1切削功率的修正系数 =0.73, =0.9,故实际切削时间的功率为:rcPcrK0=1.7 =1.2 3.k根据表 1.30,当 = 时,机床主轴允许功率为 = , ,故ni125EPkw9.5CEP所选切削用量可在 CA6140 机床上进行,最后决定的切削用量为:=1.25 , = , = = , =pamfr7.0nmi125rsr08.Vmin0.计算基本工时(3-flt15)式中 = + + , = m127Llyl第 15 页 共 26 页由切削用量简明使用手册表 1.26,车削时的入切量及超切量 y+ = ,m1则 =126+ =L1m28= =t7.0125min4工序 50车外圆至 mm,倒角 C2。调头车外圆至 mm,倒角 C2。不4.42.05允许在键槽长度范围内接刀该工序与工序 20 的计算方法完全一样,在此不一一计算。工序 调质不需计算切削计算。工序 70 两顶尖装夹工件,磨外圆至图纸要求。不允许在键槽长度范围内接刀.选择砂轮 由机械加工工艺手册4.8 中磨料的选择各表选取:A46GV69 350 40127其含义为:砂轮磨料为棕刚玉,粒度为 46 号,硬度为中软 1 级,陶瓷结合剂,6 号组织手型砂轮其尺寸为 350 (D B d)40127.切削用量的选择 砂轮速度: n=1500r/min,V=30m/s轴向进给量:f =0.2B=8mm(双线程) 机械加工工艺设计实用手册表 15-67a径向进给量: f =0.02(双线程)r工件速度 v =100wV = =0.3(m/s) N= = =1.737r/m (3-w27.51010d0.34521).切削工时 查机械加工工艺手册表 2.5-11 k=1.1表 2.5-12t = = = (s) (3-22)j2barlzknf02.873.1456.19磨机床选择为 M2110A,刀具选择代号为 MY 的圆柱磨头,根据机械加工工艺设计实用手册表 13.4-16 确定砂轮直接为 20 ,则工件速度 =20 ,纵向mwvmin进给量 ,工作台一次往复行程磨削深度 ,根据以上rmfa20 stdap.021.数据计算出所耗工时为 41.5 s。第 16 页 共 26 页工序 90 铣键槽至图纸尺寸切削深度 ap:ap=6mm根据机械加工工艺手册表 查得:进给量 ,查机械加2.4760.5/famz工工艺手册表 2.4-82 得切削速度 ,3/minV机床主轴转速 :n,10345.8/i.160Vnrd查机械加工工艺手册表 3.1-74 取 47.5/innr实际切削速度 :v.1600Dnms进给量 :fV0.52./.9/ffaZ工作台每分进给量 : m1857infVs被切削层长度 :由毛坯尺寸可知深度为 3mm,l=3mml机动时间 = =0.052min=3.12s1jt573160 去毛刺 无切削计算170 清洗 无切削计算180 检验 无切削计算190 油封、入库 无切削计算工序 90、终检 无切削计算1.8 时间定额计算及生产安排假设该零件年产量为 10 万件。一年以 240 个工作日计算,每天的产量应不低于417 件。设每天的产量为 420 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 1.14min。参照机械加工工艺手册表 2.5.2,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ft消耗的时间,包括装卸工件时间和有关工步辅助时间第 17 页 共 26 页k布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值工序:粗、精铣结合面机动时间 :jtmin73.1j辅助时间 :参照机械加工工艺手册表 2.5.43,取工步辅助时间为 。f min15.0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 。则in1.0in25.01.ftk:根据机械加工工艺手册表 2.5.48, 3k单间时间定额 : dt min14.i2.%)1)(25.0731(%)( kfj因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时, min4.i12.4.2dt即能满足生产要求工序:粗铣平面机动时间 :jtin53.0j辅助时间 :参照机械加工工艺手册表 2.5.45,取工步辅助时间为 。f min31.0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 。则in1.0min41.03.ftk:根据机械加工工艺手册表 2.5.48, 3k单间时间定额 : dt min14.i06.%)1)(4.053(%)1( kfj因此布置一台机床即能满足生产要求。工序:铣端面机动时间 :jtmin53.0j辅助时间 :参照机械加工工艺手册表 2.5.45,取工步辅助时间为 。f in31.0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 。则mi.min41.03.ftk:根据机械加工工艺手册表 2.5.48, 3k单间时间定额 : dt in14.i06.%)1)(4.053(%)1( kfj第 18 页 共 26 页因此布置一台机床即能满足生产要求。第 19 页 共 26 页2 铣槽夹具设计2.1 工序尺寸精度分析本工序加工键槽,保证尺寸属于批量生产。为了提高劳动生产,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。本夹具无严格的技术要求,因此,应主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,精度不是主要考虑的问题。2.2 定位方案确定为了提高加工效率及方便加工,决定材料使用高速钢,用于对进行加工,准备采用手动夹紧。根据工件的加工要求,该工件必须限制工件的六个自由度,现根据加工要求来分析其必须限制的自由度数目及基准选择的合理性。(1) 必须限制 Z 向的移动及 X 向的转动。(2) 为了保证必须保证 Z 向的转动,X 向的移动,Y 向的转动。(3) 为了保证轴肩与键槽右端必须限制 Y 向的移动。2.3 切削力及夹紧力的计算刀具:键槽铣刀(硬质合金) 刀具有关几何参数: 015001顶 刃 0n侧 刃 601530rK2.5Lm2Z.8/famzmap.2由参考文献55 表 129 可得铣削切削力的计算公式:0.8.10.pzFafDBzn有: .9.8.1.10.135254836.2()N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:FKW安全系数 K 可按下式计算:6543210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:6123456.,.0,1.,3KK由此可得: 0.31.056第 20 页 共 26 页所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很836.241530.()KWFN大,为了使其夹具结构简单、操作方便,决定选用手动螺旋夹紧机构。夹紧力的确定夹紧力方向的确定夹紧力应朝向主要的定位基面。夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。(1) 夹紧力作用点的选择a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上,这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。(3)夹紧力大小的估算理论上确定夹紧力的大小,必须知道加工过程中,工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等,然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上,夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且,切削力的大小在加工过程中是变化的,因此,夹紧力的计算是个很复杂的问题,只能进行粗略的估算。估算的方法:一是找出对夹紧最不利的瞬时状态,估算此状态下所需的夹紧力;二是只考虑主要因素在力系中的影响,略去次要因素在力系中的影响。估算的步骤:a.建立理论夹紧力 FJ 理与主要最大切削力 FP 的静平衡方程:FJ 理= (FP)。b.实际需要的夹紧力 FJ 需,应考虑安全系数,FJ 需=KFJ 理。c.校核夹紧机构的夹紧力 FJ 是否满足条件:FJFJ 需。夹具的夹紧装置和定位装置1 2夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过,其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定好位在大多数场合下,还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧,才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置,以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下,不发生移动和震动,确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的,正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。第 21 页 共 26 页一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力,使之变为夹紧力,并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式,利用螺旋杆直接夹紧元件,或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋,实际上相当于把契绕在圆柱体上,因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋,使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。典型的螺旋夹紧机构的特点:(1)结构简单;(2)扩力比大;(3)自琐性能好;(4)行程不受限制;(5)夹紧动作慢。夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置,在此套夹具中,中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧,通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转,通过螺栓夹紧移动压板,实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板,通过精确的圆弧定位,实现定心。此套移动压板制作简单,便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动,以达到压紧的目的。压紧的同时,实现工件的定心,使其定位基准的对称中心在规定位置上。查参考文献51226 可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算:螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有: )(210 tgtQLWz式中参数由参考文献5可查得:6.2.76zr90105229其中: 3()Lm)(8N螺旋夹紧力: 04.该夹具采用螺旋夹紧机构, 由上述计算易得: KW由计算可知所需实际夹紧力不是很大,为了使其夹具结构简单、操作方便,决定选用手动螺旋夹紧机构。第 22 页 共 26 页2.4 定位元件确定综上分析:为了限制六个自由度,其中的 Z 移动 Z 转动 X 移动 X 转动用两个V 型块限制,Y 移动由右端 V 型块上带有一挡块挡的右端面限制,Y 的转动由的外圆柱面上的夹紧力限制。2.5 定位误差分析计算注: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1O2量 (即基准位移误差 )从图(a)中的几何关系退出:1O2第 23 页 共 26 页Y= =1O2DSIn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1O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=2D。2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.1O2D=YB= =0.207D=0.207 0.01=0.002072SInD=0.00207 T 即满足要求312.6 夹具设计及操作的简要说明由于是大批大量生产,主要考虑提高劳动生产率。因此设计时,需要更换零件加工时速度要求快。本夹具设计,用移动夹紧的大平面定位三个自由度,定位两个自由度,用定位块定位最后一个转动自由度。第 24 页 共 26 页结 论通过近一个月的毕业设计,使我们充分的掌握了一般的设计方法和步骤,不仅是对所学知识的一个巩固,也从中得到新的启发和感受,同时也提高了自己运用理论知识解决实际问题的能力,而且比较系统的理解了液压设计的整个过程。在整个设计过程中,我本着实事求是的原则,抱着科学、严谨的态度,主要按照课本的步骤,到图书馆查阅资料,在网上搜索一些相关的资料和相关产品信息。这一次设计是大学四年来最系统、最完整的一次设计,也是最难的一次。在设计的时候不停的计算、比较、修改,再比较、再修改,我也付出了一定的心血和汗水,在期间也遇到不少的困难和挫折,幸好有老师的指导和帮助,才能够在设计中少走了一些弯路,顺利的完成了设计。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。第 25 页 共 26 页参考文献1 刘德荣,组合夹具结构简图的初步探讨,组合夹具,1982. (1)2 孙已德,机床夹具图册M,北京:机械工业出版社,1984:20-23。3 贵州工学院机械制造工艺教研室,机床夹具结构图册M,贵阳:贵州任命出版社,1983:42-50。4 刘友才,机床夹具设计 ,北京:机械工业出版社,1992 。5 孟少龙,机械加工工艺手册第 1 卷M,北京:机械工业出版社,1991。6 金属机械加工工艺人员手册修订组,金属机械加工工艺人员手册M,上海:上海科学技术出版社,1979。7 李洪,机械加工工艺师手册M,北京:机械工业出版社,1990。8 马贤智,机械加工余量与公差手册M,北京:中国标准出版社,1994。9 上海金属切削技术协会,金属切削手册M,上海:上海科学技术出版社,1984。10 周永强,高等学校毕业设计指导M,北京:中国建材工业出版社,2002。11 薛源顺, 机床夹具设计(第二版) M,机械工业出版社,2003.112 余光国,马俊,张兴发,机床夹具设计M,重庆:重庆大学出版社,1995。13 东北重型机械学院,洛阳农业机械学院,长春汽车厂工人大学,机床夹具设计手册M,上海:上海科学技术出版社,1980 。14 李庆寿,机械制造工艺装备设计适用手册M,银州:宁夏人民出版社,1991。15 廖念钊,莫雨松,李硕根,互换性与技术测量M,中国计量出版社,2000:9-19 。16 哈尔滨工业大学 ,哈尔滨市教育局,专用机床夹具设计与制造,黑农江人民出版社,1979.12 17 乐兑谦,金属切削刀具,机械工业出版社,2005:4-17。18 Machine Tools N.chernor 1984.19 Machine Tool Metalworking John L.Feirer 1973.第 26 页 共 26 页20 Handbook of Machine Tools Manfred weck 1984 .21 Sors l.fatigue design of machine components.oxford:pergramon press.1971致 谢在本文完成之际,首先向我最尊敬的导师老师致以最诚挚的敬意和最衷心的感谢。几个月以来,他不遗余力地对我的设计进行了指导。在我毕业设计这段时间,无论在学习还是在生活上,恩师都给予了我无微不至的关怀。他以其渊博的知识,宽厚的胸怀、无私的敬业精神以及严谨的治学态度和开拓进取的精神激励着我,并言传身教,身体力行地不断培养我独立思考,深入探索,解决实际问题的能力,使我受益匪浅。老师给与了该设计关键性的技术指导,并指明了研究的方向,虽然平日里工作繁多,但在我做毕业设计的过程中,特别在说明书的撰写和修改上给予了我悉心的指导,特此向老师表示衷心的感谢和敬意!毕业设计虽已完成了,但由于知识水平的局限,实际经验缺乏,设计还存在许多不足,有很多地方需要改进。对于这些不足,我将在以后的工作中利用尽自已所能的去补充和完善,让自己成为对社会作更多的贡献,成为有用之才。此外还要感谢那些给予过我关心、帮助的老师和同学,正是有了大家的关怀、鼓力和我自己的努力,此设计才得以顺利完成。
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