活动钳口零件的机械加工工艺规程及专用夹具设计说明书

前 言 机制工艺与夹具技术被引入工业领域已经有一百多年的历史了，随着工业的迅猛发展机制工艺与夹具技术更加日新月异。伴随着数学、控制理论计算机、电子器件的发展，出现了机制工艺与夹具技术系统，并作为一门应用科学已发展成熟，形成了自己的体系和一套行之有效的分析和设计方法。机制工艺与夹具课程是机械设计制造及其自动化专业的技术基础课程，介绍了机械产品的生产过程及生产活动的组织、机械加工过程及其系统。包括了金属切削过程及其基本规律、机床、刀具、夹具的基本知识、机械加工和装配工艺规程的设计、机械加工中精度及表面质量的概念，制造技术发展的前沿与趋势。通过设计与学习，使学生能对制造活动有一个总体的、全貌的了解与把握，能掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床、刀具、夹具及加工参数，具备制订工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识，初步具备分析解决现场工艺问题的能力。了解当今先进制造技术和先进制造模式的发展概况，初步具备对制造系统、制造模式选择决策的能力。机制工艺与夹具技术的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等，行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等，钢铁工业用的冶金机械、提升装置等。应该提及的是，近年来，世界科学技术不断迅速发展，各部门对机制工艺与夹具技术提出了更高的要求。同时，机制工艺与夹具技术与电子技术的配合，广泛应用于智能机器人、海洋开发、高精度零件的制造与加工等，使机制工艺与夹具技术的应用提高到一个崭新的高度。通过设计实践进一步树立正确的设计思想。在整个设计过程中，坚持实践是检验真理的唯一标准，坚持理论联系实际，坚持与机械制造生产情况相符合，使设计尽可能做到技术先进、经济合理、生产可行、操作方便、安全可靠。由于时间和水平有限，本设计难免有不少缺点和错误，恳请老师批评指正。第一节 零件的结构分析一、零件的作用 平口钳是用来夹持工件进行加工用的部件。它主要由固定钳身、活动钳口、钳口板、丝杠和套螺母等组成。丝杠固定在固定钳身上。转动丝杠可带动套螺母作直线移动。套螺母与活动钳口用螺钉连成整体，因此，当丝杠转动时，活动钳口就会沿固定钳身移动。这样钳口闭合或开放用以加紧或放松工件。图一：由零件图拼画的平口钳装配图 图二：活动钳口装配图 二、零件的工艺分析通过熟悉零件图，了解零件的用途及工作条件，并根据机械加工对零件结构的要求和装配、维修对零件结构的要求。分析零件图上各项技术条件，确定主要加工表面。活动钳口共有两组加工表面，他们之间有一定的位置关系要求。现分述如下： 图三：零件左视图1、以36mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：两个28mm、36mm的孔及其倒角，尺寸为48和100与孔28mm中心线相互垂直的两个平面A与B。2、以28mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：以孔28mm中心线为基准的C、D、E三个平面，还有在C平面上的两个M6的螺孔。由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面A、B，然后借助于专用夹具加工另一组表面C、D、E，并且保证它们之间的位置精度要求。第二节 工艺规程设计一、确定毛坯的制造形式 活动钳口零件的材料为灰铸铁。考虑到活动钳口在工作中要经常正、反向用力不均匀，经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用铸件，以使金属纤维尽量不被裁断，保证零件工作可靠。二、确定毛坯的制造方法 假设活动钳口零件已达大批量生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，同时从提高生产率、保证加工精度方面考虑，故可采用铸造成型。三、基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会出问题，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。定位基准的选择对保证加工面的位置精度，确定零件加工顺序具有决定性影响，同时也影响到工序数量、夹具结构等问题，因此，必须根据基准选择原则进行选择。 1、粗基准的选择 对于一般的零件而言，按照有关粗基准的选择原则,当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准。现选取100mm的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组V形块支撑100mm的外轮廓表面作主要定位面，以消除四个自由度，再用条形块，夹持在A、C面上，用以消除两个自由度，达到完全定位。 2、精基准的选择 主要应该考虑基准重合的问题。当活动钳口零件的设计基准与工序不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，在此不再重复。四、制订工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领（生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。）已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。1、工艺路线方案一工序一 铸造； 工序二 粗铣两孔端面A、B面； 工序三 钻28mm的孔； 工序四 扩钻28mm的孔至图样尺寸，并镗36mm的孔至图样尺寸要求，同时倒角245； 工序五 粗铣C、D、E平面； 工序六 钻M6螺纹的底孔并倒角；工序七 攻螺纹2-M6；工序八 检验。2、工艺路线方案二工序一 铸造； 工序二 钻28mm的孔； 工序三 扩钻28mm的孔至图样尺寸，并锪36mm的孔至图样尺寸要求，同时倒角245； 工序四 粗铣两孔端面A、B面及C、D、E平面； 工序五 钻M6螺纹的底孔并倒角； 工序六 攻螺纹2-M6；工序七 检验。 3、工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：工艺方案一是先加工以孔为中心的一组表面，然后以些为基面加工孔；而工艺方案二则与此相反，先是加工孔，然后再以此孔为基准加工外表面。两相比较可以看出，先加工外表面再以外表面定位加工孔，这时的位置精度较容易保证，并且定位及装夹等都比较方便。同时，工艺方案二中的锪36mm的孔较工艺方案一中的镗36mm的孔，由于内孔的精度要求比较低，无论从工序的方便程度，还是定位等都来的方便，也减少了装夹次数。因此决定将工艺方案作一定的调整。具体工艺方案如下：最终工艺路线方案： 工序一 铸造； 工序二 粗铣两孔端面A、B面，及C、D、E平面； 工序三 钻28mm的孔； 工序四 扩钻28mm的孔至图样尺寸，并锪36mm的孔至图样尺寸要求，同时倒角245； 工序五 钻M6螺纹的底孔并倒角； 工序六 攻螺纹2-M6； 工序七 检验。五、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 活动钳口零件材料为灰铸铁，硬度150HBS，生产类型为大批生产，采用铸造成型。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、零件内孔28mm毛坯为实心，不冲出孔。孔的表面粗糙度为R12.5，参照机械加工工艺师手册（主编杨叔子，机械工业出版社）表2.3-9及表2.3-12确定工序尺寸及余量为：钻孔：6mm钻孔：25mm扩钻：28mm 2Z=3mm 锪孔：36mm 2Z=8mm2、孔外端面的加工余量（1）按照机械加工工艺师手册（主编杨叔子，机械工业出版社）表2.2-25，取加工精度，复杂系数，则孔外端面的单边加工余量为2.03.0mm，取Z=2mm。铸件的公差按机械加工工艺师手册（主编杨叔子，机械工业出版社）表2.2-14，材质系数，复杂系数，则铸件的偏差为。（2）铣削余量 铣削的公称余量（单边）为： Z=20.-0.2=1.8(mm)铣削公差：由于表面粗糙度为R25，因此可知本工序的加工公差为-0.22mm（入体方向）。由于毛坯及以后各道工序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是的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。 由于本设计规定的零件为大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式进行确定。 28mm孔外端面尺寸加工余量和工序间余量及公差分布图（如图）。 图四：28mm孔外端面工序间公差分布图由图可知：毛坯名义尺寸：36+22=40(mm)毛坯的最大尺寸：36+1.32=38.6(mm)毛坯的最小尺寸：36-0.72=34.6(mm)粗铣后最大尺寸：36+0.22=36.4(mm)粗铣后最小尺寸：36.4-0.22=36.18(mm) 六、确定切削用量及基本工时工序一 铸造（省略）工序二 粗铣两孔端面A、B面，及C、D、E平面； 1、加工条件 工件材料：灰铸铁，铸造。 加工要求：粗铣两孔的两端面A、B，平面D、E，公差IT14；粗铣C平面，表面粗糙度R12.5。 机床：XA6132万能立式升降铣床（查机械制造工艺手册表4-16） 刀具：查金属切削手册（上海科学出版社）选圆柱形铣刀铣平面，粗铣选用=38mm。由于铸造加工余量（+6.5mm-4.5mm），查金属机械加工工艺人员手册（第三版）P1012表12-2选精度等级为14级。 （1）铸造件在表面粗糙度许可的要求下，一般通过一次粗铣就能达到尺寸要求，但由于尺寸有余，故考虑一次进行铣削。此时，在确定好铣削量的同时，使刀尖避开工件表面的铸硬度=3mm。 （2）进给量的选择 查金属切削手册（上海科学出版社）表6-12取圆柱铣刀铣削铸造件的进给量=0.25mm/齿。 （3）切削速度 查金属切削手册（上海科学出版社）表6-14由于粗铣铸造件时，切削负载和载荷较大，故V应取较小值。V=15m/min。 （4）铣刀直径和工作台的进给量 查金属切削手册（上海科学出版社）表10-38和10-39得 d=60mm则 =100015/3.1460=76.12mm 取=76mm 按机床（XA6132万能立式升降铣床）选取=80r/minv=3.146080/1000=15m/min当时，工作台的每分钟的进给量，=0.25680=120m/min （5）切削工时 查金属切削手册（上海科学出版社）选 =100mm，=8.3mm, =3mm 111.3/120=0.93工序三 钻28mm的孔； 刀具材料：高速钢。 刀具：直柄麻花钻（查机械制造工艺手册）（1） 确定进给量查金属切削手册（上海科学出版社）表2-7，当加工材料为HT150800，= 25mm时，=0.390.47mm。由于本零件在加工28mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则 =（0.390.47）0.75=0.290.35 mm/r根据Z535机床说明书，现取=0.25 mm/r（2） 切削速度 根据金属切削手册（上海科学出版社）表2-13和表2-14，查得切削速度V=18m/min。所以 取，故实际切削速度为 （3） 切削工时 =19mm，=3mm, =3mm=19+9+3/1950.25=0.635（min）工序四 扩28mm的孔至图样尺寸，并锪36mm的孔至图样尺寸要求，同时倒角245； (1) 扩孔至图样尺寸利用28mm的钻头对25mm的孔进行扩钻。根据机械制造工艺手册表4-8的规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取。条件：1、灰铸铁； 2、HB=150200； 3、有提高表面粗糙度的要求； 4、扩孔的深度较小（本次扩钻深度3mm）； 根据有关规定，利用钻头进行扩孔时，其进给量、切削速度与钻同样尺寸的实心孔时进给量与切削速度的关系为：查金属切削手册表2-10得 进给量=（0.91.2）3=（2.73.6 ）mm/r按机床取=3 mm/r。机床主轴转速：n=68r/min，则切削速度v=8.26m/min。机床：Z3030摇臂钻床（最大钻孔直径30mm）故实际切削速度：v=3.143068/1000=6.4(m/min)机动工时：查金属机械加工工艺人员手册表15-5选取：=14mm，=3mm, =3mm=14+3+3/683=0.15（min） (2) 锪圆柱式沉头孔36mm根据有关规定和资料的介绍，锪圆柱式沉头孔时进给量及切削速度为钻孔时的1/21/3，故=1/3=1/30.25=0.083mm/r =1/3=1/315.3=5.1m/min按机床选取，所以实际切削速度 切削工时；查金属机械加工工艺人员手册表15-5选取：切入=4mm, =0mm，=16mm （3）倒角245 采用90锪钻。为了缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与扩孔时相同： v=3.143068/1000=6.4(m/min)工序五 钻M6螺纹的底孔； （1）进给量查金属切削手册（上海科学出版社）表2-7，当加工材料为HT150800，= 6mm时，=0.140.27mm。由于本零件在加工6mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则 =（0.140.27）0.75=（0.1050.2025） mm/r根据Z535机床说明书，现取=0.15 mm/r（2）切削速度 根据金属切削手册（上海科学出版社）表2-13和表2-14，查得切削速度V=12m/min。所以 取，故实际切削速度为 （3）切削工时 =12mm，=3mm, =3mm=12+9+3/1500.25=0.64（min）工序六 攻螺纹2-M6；（1）由于是公制螺纹M6，查机械制造工艺手册得：V=0.1m/s=6m/min所以，=238r/min。按机床选取，则。（4） 攻M6孔的机动工时查机械制造工艺手册得： =19mm，=3mm, =3mm 最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片。（阅机械加工工艺过程综合卡片）第三节 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，需要设计专用夹具。经过与指导老师协商，决定设计第四道工序扩钻28mm的孔至图样尺寸，并锪36mm的孔至图样尺寸要求，同时倒角245的钻床夹具。刀具为两把高速钢的直柄麻花钻和锪钻，对工件的内孔和沉头孔分别进行扩钻和锪钻。一、 问题的提出本夹具主要用来对工件的内孔28mm和沉头孔36mm分别进行扩钻和锪钻，这两个内孔和沉头孔与端面C、D、E都有一定的位置关系和技术要求。当加工本工序之前，由于工件的内孔要进行钻加工，并与端面C、D、E有一定的位置关系，但精度要求不是很高，所以，在加工本道工序时，主要应考虑如何提高劳动生产率和降低加工劳动强度。二、夹具的设计 1、定位基准的选择 由零件图可知，28mm孔的两端面A、B和中心线与C、D面有一定的位置要求，其设计基准为孔的中心线。为了使定位误差较小或为零，应该选择以28mm孔的两端面定位的夹具，因此这里选用28mm孔的B端面为主要定位基面。2、切削力及加紧力的计算(1)钻孔时轴向力的计算由加工可锻铸铁、150HBS等条件，查机械加工工艺师手册表28-4得：刀具采用高速钢。其中，;查机械加工工艺师手册表27-15得：所以，钻6mm的螺纹底孔时：轴向力F=42560.701=1785N钻28mm的零件内孔时： 轴向力F=425250.701=7437.5N（2）V形块由于是100mm的半圆柱体，查金属机械加工工艺人员手册（赵如福，主编，第三版）表9-52选N=58，B=46，L=40，A=73，=55，=60，h=8。（3）工件在夹具中的夹紧 由于采用螺旋夹紧机构，查机械制造工艺学(王先奎主编)公式2-4得: 其中 作用在扳手上的力;L作用力的力臂; 螺纹中径; 螺纹副的当量摩擦角。 故作用力Q=1125N，夹紧力W=3000N。 3、定位误差分析 （1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为零件的底面B面，该定位面的尺寸与公差现规定为与本零件在工作时与有位置关系的各面的尺寸与公差相同。零件安装在夹具中时的最大侧向间隙为： 由此而引起的零件最大转角为： 所以 =0.154 查机械制造工艺手册，中心线的转角公差为2，故最大侧隙能满足零件的精度要求。 （2）计算外端面铣加工后与28mm孔中心线的最大平行度误差。 零件28mm孔与定位心轴的最大间隙为： 由零件图可知，28mm孔的深度为36mm，则由上述间隙引起的最大倾角为0.033/36。此即为由于定位问题而引起的28mm孔端面对中心线的最大平行度误差。由于28mm外端面的公差等级较低，故上述平行度误差值是允许的。 4、夹具设计及操作的简要说明 在设计夹具时，应该注意劳动生产率。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径。本工序由于加工精度等级较低，切削力较大。为了加紧工件，势必要增大受力面积，而这样将使整个夹具过于庞大。因此，应设法降低切削力。目前采取的措施有三：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择一种比较理想的夹紧机构，尽量增加该夹紧机构的扩力比；三是在可能的情况下，适当提高工作压力，以增加夹紧力。结果，本夹具总的感觉还比较紧凑。设计总结“操千曲而后晓声，观千剑而后识器。”在参加本次机制工艺及夹具课程设计的过程中，获益匪浅，对所学的专业课程知识有了更系统的理解和掌握。第一次系统地参加了一个零件的整个设计过程，包括对零件机械加工工艺规程的制定、某一工序专用夹具的设计等，对于设计程序有了深刻的了解和掌握。在本次为期二周的机制工艺及夹具课程设计中，通过查阅有关书籍，了解和掌握了的机制工艺及夹具设计的一般步骤和方法，并运用了这些方法和步骤进行了活动钳口的机械加工工艺规程的编制与工序四的专用夹具的设计，使我们对机制工艺及夹具设计的基本原理和步骤有深入的了解，打好了一定的基础。只有在基础知识扎实后才可根据工程实际的需要对一些不是十分必要的步骤和计算进行简化，达到满足要求，又简化设计的目的。在这次设计过程中，我们学会了充分利用图书馆的资源，查阅了大量相关书籍。在对采用节流调速回路的液压系统，液压缸的最大功率和液压泵的最大功率往往并不对应。在确定电动几功率是应以泵的最大功率作为依据。管路的长度在确定电动机功率时应以详尽的方法能计算确定，但往往也很难做到，工程设计中一般按遵守原则进行。同时深入实际，通用零件的调查，使我们开拓了视野，巩固了学过的知识，还让我们加深了对许多概念的理解。同时在整个设计过程中我们遇到很多困难，也有很多体会，知道了怎样合理利用资料。譬如在设计过程中，由于学过制图，我们最初觉得很容易，但是实际情况切实大相径庭。如零件专用夹具的设计，就算一个看似简单的条形块，在设计时还要考虑到其他零件的配合和功能的实现等，而根本就是自相矛盾，一改再改。总之，通过参与本次创新设计大赛，对我来说是对自己能力的一次考验，不仅提高了理论联系实践的能力，还培养了团队合作精神，为走向社会打下了坚实的基础。感 谢 信在本次的课程设计中，要求通过设计，能对制造活动有一个总体的、全貌的了解与把握，能掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床、刀具、夹具及加工参数，具备制订工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识，初步具备分析解决现场工艺问题的能力。为此要查阅和使用大量的手册及图表资料，工科文献中心最大限度为我们提供了借阅资料的平台。各种性能参数需要非常繁重的计算，同学之间的合作互助为我们这次能够按时完成任务起到至关重要的作用，之间的讨论加深了我们对知识的理解及应用。对于比较关键的知识点同学之间讨论不出来的，郭老师给予我们及时的指导，培养了我们理论联系实践的能力，为以后在工程技术中的应用打下了基础，在此感谢老师在百忙之中为我们按时辅导。最后感谢学校为我们安排了这次课程设计，为进一步培养我们的实际应用能力，给予我们机会，以及一个良好的学习环境，从学生的切身利益考虑，为我们将来从事的工作岗位，积累经验。至此，我们体会到作为一个未来工科的工程技术人员需要扎实的理论基础及严谨的治学态度，为保证要求要达到的程度，必须实事求是，事必躬亲，解决所遇到的问题。参考资料1、胡永生编，机械制造工艺学，机械工业出版社。2、薛源顺 主 编，机床夹具设计机械工业出版社2000年。3、戴 曙主编，金属切削机床设计，机械工业出版社，1985年。4、宋 殷 主 编，机床夹具设计华中理工大学出版社 1990年。5、机床设计手册编写组主编，机械工业出版社，1986年12月。6、刘朝儒、高政一等主编，机械制图，高等教育出版社，2000年。7、沈乐年、范珍良等编，机械设计基础，清华大学出版社，1989年9月。8、龚定安等主编，机床夹具设计原理，陕西科学技术出版社，1981年8月。9、大连组合机床研究所编，组合机床设计，机械工业出版社，1973年2月。10、大连组合机床研究所编，组合机床设计参考图册，机械工业出版社，1978年。11、东北重型机械学院、洛阳农业机械学院编机床夹具设计手则，上海科学技术出版社。09/20 11:46 102机体齿飞面孔双卧多轴组合机床及CAD设计09/08 20:02 3kN微型装载机设计09/20 15:09 45T旋挖钻机变幅机构液压缸设计08/30 15:32 5吨卷扬机设计10/30 17:12 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