手柄零件机械加工工艺及工装设计

网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目： （手柄）零件的机械加工工艺及工装设计学习中心： 重庆奥鹏学习中心1 层 次： 专科起点本科 专 业：机械设计制造及其自动化 年 级： 2012 年 春 季 学 号： 121505311277 学 生： 夏 勇 指导教师： 王 爽 完成日期： 2013 年 12 月 25 日 内容摘要工艺学是以研究机械加工工艺技术和夹具设计为主技术学科，具有很强的实践性，要求学习过程中应紧密联系生产实践，同时它又具有很强的综合性， 本次毕业设计的课题是（连接座）零件的机械加工工艺及工装设计，主要内容如下：首先，对零件进行分析，主要是零件作用的分析和工艺分析，通过零件分析可以了解零件的基本情况，而工艺分析可以知道零件的加工表面和加工要求。根据零件图提出的加工要求，确定毛坯的制造形式和尺寸的确定。第二步，进行基面的选择，确定加工过程中的粗基准和精基准。根据选好的基准，制订工艺路线，通常制订两种以上的工艺路线，通过工艺方案的比较与分析，再选择可以使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证的一种工序。第三步，根据已经选定的工序路线，确定每一步的切削用量及基本工时，并选择合适的机床和刀具。对于粗加工，还要校核机床功率。第四，设计第7至10道工序手柄中心孔加工的夹具。先提出设计问题，再选择定位基准，然后开始切削力、夹紧力的计算和定位误差的分析。然后把设计的过程整理为图纸。最后，论文总结。通过以上的概述，整个设计基本完成。关键词：机械；加工工艺；夹具设计目 录内容摘要I引 言11 绪论22、零件的分析32.1零件的作用32.2零件的工艺分析33、工艺规划设计43.1 毛坯的制造形式43.2 基面的选择43.3 工艺路线的拟定53.4毛坯尺寸及其加工余量的确定63.5其他尺寸极其加工余量的确定83.6确定各工序切削用量84、夹具设计164.1定位方案的确定164.2夹紧方案的确定185、自我小结196、参考文献19引 言毕业设计是我们在学完大学的全部课程后进行的，是我们对大学几年的学习的一次深入的综合性的总考核，也是一次理论联系实际的训练，这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（连接座）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。 因此，它在我们大学生活中占有重要地位。就我个人而言，我也希望通过这次设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性心理，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，对未来的工作发展打下一个良好的基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。1 绪论本次设计的题目是（手柄零件的机械加工工艺及工装设计）。这个题目是机械设计课题，在做这个设计题目过程中，涉及了很多工艺规程设计方面的知识。本次的设计任务是：制定一给定的零件的机械加工工艺及就加工该零件的某一道工序的夹具设计。设计内容包括：最终零件图1张；毛坯零件图1张； 夹具装配图1张； 夹具体图4张； 机械加工过程卡片1张；论文1份；相关3D图档一份（XT）2 零件的分析2.1零件的作用该零件为典型的杆类零件，而且为连杆类。因此，其主要的要素包括两侧面，大、小头孔。另外，还有其它辅助要素：小头的槽盒大头的径向孔以及杆身的部分的锻造机构。手柄一头通过38mm孔连接，另一头通过22mm孔其它部件连接，即该手柄的作用是实现运动的传递作用。2.2零件的工艺分析该手柄的加工表面分三种，主要是孔的加工，两侧面的加工，槽的加工，各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求，特别是孔的加工，几乎都要保证Ra3.2um的表面粗糙度，因而需精加工，现将主要加工面分述如下：2.2.1孔的加工该零件共有3个孔要加工：38mm孔是零件的主要加工面，多组面，大头孔与两侧面的垂直度为0.08，孔口倒角为1X45，尺寸精度为38H8，因而是后续工序的主要精基准面，需精加工且尽早加工出来；22mm小头孔与38mm大头孔有中心距为1200.2，小头孔孔口倒角为1X45，尺寸精度为22H9，也要精加工；4mm注油孔是通孔，通过两孔中心连线及对两侧对称面，没有位置尺寸度要求，只需要转床粗加工。2.2.2面的加工该零件共有2个侧面要加工：两个侧面是配合38mm孔后续工序的主要精基准面，需要精加工。2.2.3槽的加工该零件仅有1个槽需加工：22mm小头孔键槽两侧面粗糙度为Ra6.3um，尺寸精度为10H9，需精加工。3 工艺规划设计3.1毛坯的制造形式零件材料为45，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较小，形状较复杂，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为成批，大批生产，而砂型铸造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用普通模锻。由于零件上两孔都较大，且都有严格的表面精度要求，故都要留出足够的加工余量。3.2基面的选择基面选择是工艺规划设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。3.2.1粗基准的选择粗基准选择应为后续加工提供精基准，由于两侧面较平整且加工精度较高，故以2个主要侧面为基准。3.2.2精基准的选择精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，该零件上重要表面是大头孔38H8，由于其与底面有垂直度关系，所以底面自然成为精基准面，考虑到第二基准面选择的方便性，将其精度由原来的37H11提高到38H8，该定位基准组合在后续孔的加工中，以及孔上径向孔的加工中都将作为精基准面。3.3工艺路线的拟定拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。3.3.1工艺路线方案10.模锻毛坯;20.毛坯热处理；30.粗铣端面B;40.粗铣端面A;50.精铣端面B;60.精铣端面A; 70.粗钻小头孔;80.粗钻大头孔; 90.精钻小头孔22;100.精钻大头孔38; 110.粗铣小头槽; 120.精铣小头槽;130.钻大头径向孔4;140.倒角;150.检验入库。3.3.2工艺方案的确定10.模锻毛坯;20.毛坯热处理；30.粗铣端面B，利用端面A，大头孔外圆与两侧面定位;40.粗铣端面A，利用端面B，大头孔外圆与两侧面定位;50.精铣端面B，定位与30工序相同; 60.精铣端面A，定位与40工序相同; 70.粗钻小头孔，定位与40工序相同，保证120mm;80.粗钻大头孔，定位与40工序相同; 90.精钻小头孔22，定位与40工序相同;100.精钻大头孔38，定位与40工序相同; 110.粗铣小头槽，利用端面A B，大头孔和小头孔中心定位，保证85mm;120.精铣小头槽，定位与110工序相同; 130.钻大头径向孔4，利用端面A B，大头孔和小头孔中心连定位;140.倒角，手工倒角，去毛刺;150.检验入库。3.4毛坯尺寸及其加工余量的确定手柄零件材料为45,毛坯重量约为1.0kg，生产类型为中批，采用普通模锻生产。查表确定加工余量：普通模锻，材料为45钢，分模线平直对称，材质系数M1,复杂系数=1.56/1.80.87,为S1级，厚度为26mm，普通级，查的上下偏差分别为+1.4和-0.6，确定毛坯尺寸为29mm。3.4.1两侧面毛坯尺寸及加工余量计算根据工序要求，两侧面经过四道工序，先粗铣端面B，再粗铣端面A，精铣端面B，最后精铣端面A，各步余量如下：粗铣：由机械加工工艺手册第一卷表3.2-23，其余量值规定，零件厚度大于6mm到30mm，宽度小于100mm，其加工余量为1.0mm。精铣：由机械加工工艺手册第一卷表3.2-25，其余量值规定，零件厚度大于6mm到30mm，宽度小于100mm，其加工余量为0.5mm。故锻造造毛坯的基本尺寸为26110.50.529mm。又根据前面铸件尺寸公差标准值，取尺寸公差的上偏差为1.4mm，下偏差为-0.4mm。故：毛坯的名义尺寸：261.01.00.50.529mm；毛坯的最小尺寸：290.428.6mm；毛坯的最大尺寸：291.430.4mm；粗铣端面B后的最大尺寸：261.00.50.51.429.4mm；粗铣端面B后的最小尺寸：261.00.50.50.427.6mm；粗铣端面A后的最大尺寸：:260.50.51.428.4mm；粗铣端面A后的最小尺寸：: 260.50.50.426.6mm。精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按机械加工工艺手册表5.29，粗铣精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。故精铣后尺寸为26mm。3.4.2小头孔毛坯尺寸及加工余量计算根据工序要求，22H9mm孔由粗钻到精钻得到，查机械加工工艺手册得粗钻的公差上偏差0.21mm，下偏差为0，故：毛坯的名义尺寸：220.83.218mm；毛坯的最大尺寸：181.419.4mm；毛坯的最小尺寸：180.417.6mm；粗钻小头孔后的最大尺寸：183.20.40.2121.81 mm；粗钻小头孔后的最小尺寸：183.21.419.8 mm。精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按机械加工工艺手册表5.29，粗铣精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。故精铣后尺寸为22H9mm。3.4.3大头孔毛坯尺寸及加工余量计算根据工序要求，38H8mm孔由粗钻到精钻得到，查机械加工工艺手册得粗钻的公差上偏差0.25mm，下偏差为0故：毛坯的名义尺寸：381334 mm；毛坯的最大尺寸：341.435.4mm；毛坯的最小尺寸：340.433.6mm；粗钻大头孔后的最大尺寸：3430.40.25=37.65mm；粗钻大头孔后的最小尺寸：3431.40.25=35.85mm。精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按机械加工工艺手册表5.29，粗铣精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。故精铣后尺寸为38H8mm。3.5其他尺寸极其加工余量的确定其他工序尺寸包括1个孔，1个槽，现仅分析主要的1个槽的加工余量及尺寸偏差。精铣槽，Ra6.3um；根据机械加工工艺手册，按粗铣到精铣的加工为：粗铣：9H11mm；精铣：精铣。3.6确定各工序切削用量及基本工时3.6.1工序20：热处理3.6.2工序30：粗铣端面B机床：X52立式铣床刀具：高速钢端铣刀 量具：游标卡尺型 夹具：专用夹具铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.73，取铣削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.81,被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：3.6.3工序40：粗铣端面A机床：X52立式铣床刀具：高速钢端铣刀 量具：游标卡尺型夹具：专用夹具铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.73，取铣削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.81,被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：走刀次数为1机动时间：3.6.4工序50：精铣端面B 机床：X52立式铣床刀具：高速钢端铣刀 量具：游标卡尺型夹具：专用夹具铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.73，取铣削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： 本工序机动时间3.6.5工序60：精铣端面A机床：X52立式铣床刀具：高速钢端铣刀 量具：游标卡尺型夹具：专用夹具铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.73，取铣削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： 本工序机动时间3.6.6工序70：粗钻小头孔机床：X52立式铣床刀具：钻头 量具：游标卡尺型夹具：专用夹具切削深度：进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.39，取切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.41，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间：3.6.7工序80：粗钻大头孔 机床：X52立式铣床刀具：钻头 量具：游标卡尺型夹具：专用夹具切削深度：进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.39，取切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.41，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间：3.6.8工序90：精钻小头孔 机床：X52立式铣床刀具：钻刀 量具：游标卡尺型夹具：专用夹具刀具：麻花钻、扩孔钻扩孔切削深度：进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.52，取切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.53，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间： 加工加油孔机动时间：由于 本工序机动时间铰孔切削深度：进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.58，取切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.60，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间：3.6.9工序100：精钻大头孔 机床：X52立式铣床刀具：钻刀 量具：游标卡尺型夹具：专用夹具刀具：麻花钻、扩孔钻扩孔切削深度：进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.52，取切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.53，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间： 加工加油孔机动时间：由于 本工序机动时间铰孔切削深度：进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.58，取切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.60，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间：3.6.10工序110：粗铣小头槽 机床：X62W立式铣床刀具：锯片铣刀 量具：游标卡尺型夹具：专用夹具铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.73，取铣削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.81,被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：3.6.11工序120：精铣小头槽 机床：X62W立式铣床刀具：锯片铣刀 量具：游标卡尺型夹具：专用夹具刀具：硬质合金端铣刀YG8 铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.73，取铣削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：由工序3可知： 走刀次数为1机动时间： 3.6.12工序130：钻大头径向孔4机床：Z525钻床刀具：麻花钻 量具：游标卡尺型夹具：专用夹具切削深度：进给量：根据参考文献7中表2.4-52，取切削速度：参照参考文献7中表2.4-53，取机床主轴转速，由式（2-1）有：，取实际切削速度，由式（2-2）有：被切削层长度：刀具切入长度：，式（2-8）刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间： 3.6.13工序140：倒角机床：Z525钻床刀具：倒角钻头 量具：游标卡尺型夹具：专用夹具4 夹具设计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。 4.1定位方案的确定4.1.1工序要求本次设计选择设计的是工序70至100的夹具，主要是针对钻,铰38 22mm孔的夹具，它将用于X52立式铣床。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B经过精铣，精度比较高，因而工序基准为端面B，为了便于X52立式铣床加工，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。4.1.2定位方案设计分析经过分析零件得知，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,首先必须明确其加工时应如图所示水平放置，便于X52立式铣床加工。那么要使其完全定位，可以采用两侧面固定块和滑动V型块定位，这样既简单又方便。4.1.2定位分析如下图所示，一底面限制的自由度有3个，两侧面固定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。手柄座夹具体装配图。4.1.3定位误差分析定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。对于夹具设计中采用的定位方案，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置公差的1/31/2，即可认为定位方案符合加工要求。对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：保证油孔轴线距侧面13mm，保证油孔轴线通过两孔轴线及两侧面的对称面。对于本工序要求，定位基准与工序基准同为两孔中心线，故基准不重合误差为0。基准位置误差则取决于两孔直径尺寸公差以及圆度误差，由于两孔的表面精度都达到Ra3.2mm，都经过精钻，故基准位置误差也可以忽略，只要两两侧面固定块和V型块的标准尺寸以及相对位置关系得到保证，定位误差也是很小的。综上所述，该定位方案是符合加工要求的。 4.1.4定位元件的型号，尺寸和安装方式4.1.4.1支撑面定位板面经过精磨得到精度较高的平面。4.1.4.2 V型块本设计方案选用两侧面固定块和一个滑动V型块，其外形见下图：4.2夹紧方案的确定4.2.1夹紧装置的设计夹紧力方向原则：（1）夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置；（2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小；（3）夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。夹紧作用点原则：（1）夹紧里的作用点应正对夹具定位支撑元件或位于支撑元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转；（2）夹紧力的作用点应正对工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理分布夹紧点位置等措施来实现；（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减少工件的夹紧力，防止加工过程中可能产生振动。根据以上要求，考虑加工零件的特点及定位方式，确定夹紧方式。本设计方案选用的是螺旋夹紧机构，夹紧方向水平向右，通过螺栓的转动，带动固定在滑动V型块上面的方块螺母向右移动，进而作用在工件30mm外圆面上，实现夹紧，具体夹紧装置的布置见A1图纸。这种夹紧方式和夹紧装置简单实用，且对于大批量生产能较快装夹工件，劳动强度较小，成本低，简单可靠。4.2.2夹具的操作及维护安装工件时，应先将螺栓转动退出足够的行程空间以便于安装工件，然后使工件的30mm外圆面套在滑动V型块上，两侧面贴在两固定块上，将端面B紧靠在定位板上的支撑面上，这样工件以端面B为定位基准安装。工件装好后，转动螺栓，使滑动V型块靠紧30mm外圆面并夹紧工件。加工完成后松开工件，只需反向转动螺栓，即可取下工件。夹具在使用中，应注意检查V型块。本夹具V型块是受力部件，夹紧时检查其是否发生受力变形，如有变形，应及时设法修正，才能保证加工精度。为使其变形减小，需要严格控制螺杆的夹紧力。5 自我小结本次课程设计是在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性复习，是一次对我们所学的专业基础知识的掌握情况的重要考察和检验，更是培养我们理论联系实际，分析并解决问题能力的重要内容和阶段。使我更好的掌握了CAD制图软件。6 参考文献1徐洪本 机床夹具设计手册辽宁科技大学出版社2004.32邓文英等金属工艺学高等教育出版社2008.43付风岚等公差与检测技术科学出版社2006.94王先逵等机械加工工艺手册机械工业出版社2007.95陈宏钧金属切削速算手册机械工业出版社2007.9