填料箱盖夹具设计

* 填料箱盖课程设计 指导老师：设计者： 机械加工工艺规程卡片，工艺分析 零件毛坯图，夹具装配总图和零件图 所有相关计算 课程设计说明书课 程 设 计 任 务 书 自动化工程 系 模具设计与制造 专业学生姓名 班级 模具设计与制造11-1、11-2 课程名称： 机械制造工艺学课程设计 设计题目： 填料箱盖的夹具设计 课程设计应完成的内容：填箱料盖零件 如图所示进行夹具设计，生产批量为中批量1. 完成论文相关资料的收集2. 在摇臂钻床上加工13.5的通孔。3. 要求绘制零件一毛坯合图一张、夹具装配总图一张、夹具零件图一张、设计说明书一份。4. 夹具设计合理，有利于提高加工精度，保证加工质量，降低加工成本，提高劳动生产率和减轻工人的劳动强度，便于批量生产。原始资料：夹具设计手册、机械制造基础、机床夹具设计等设计 开始日期 2013 年 05月 13日 指导老师：张俊纪 目录前言 .1一 夹具的发展史.2二 零件的分析.3 2.1 零件的作用.3 2.2 零件的工艺分析.4三 工艺规程设计.4 3.1毛坯的制造形式和零件毛坯图.4 3.2 定位基准的选择 .4 3.3 制定工艺路线.5 四 夹具设计.74.1零件本工序的加工要求分析.7 4.2确定夹具的类型.74.3拟定定位方案和选择定位元件.74.4定位误差计算.84.5薄璧套筒计算.84.6确定夹紧方案.104.7切削力及夹紧力的计算.104.8分度装置.124.9切削用时.12五 CAD装配图.14六 三维PRO/E建模.14总结.16参考文献.16错误纠正1 联动夹紧机构，左边的螺钉应该是固定的改正：添加螺帽固定2底座用的实体板料，支撑不平稳改正：底座挖空3浮动元件应该打销钉改正：查手册P229，销钉直径d=22,长度L=604压板太厚改正：查手册P297得标准件，长度L=100，宽度B=44，板上螺钉孔直径d=18为M16.5耳座太窄，无扳手位置。改正：查手册得标准件P446,槽长度L=18，半圆孔直径d=10,D=12,D1=24.6钻模板太厚改正：由计算得钻套高度：H=d=13.5x=13.533.75排屑间隙：h=d=13.5x=4.059.45改正后装配总图前 言 工艺课程设计是在学完了机械制造工艺学及机床夹具设计课程，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，它要求学生全面地综合运用本课程及有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具设计。其目的在于：（1) 培养学生运用机械制造工艺学及有关课程的知识，结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。（2) 能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高结构设计能力。（3) 培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。（4) 进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。零件在工艺规程之后，就要按工艺规程顺序进行加工。在加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床获得正确的位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而使工件的既有位置遭到破坏，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具在生产中应用十分广泛。一 夹具的发展史夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1、机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：（1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；（2）能装夹一组具有相似性特征的工件；（3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；（4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；（5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；（6）提高机床夹具的标准化程度。2、现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。（1）标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。（2）精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5m。（3）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。（4）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。机床夹具实在金属切削中用以准确地确定工件位置，并将其牢固地加紧，以接受加工的工艺装备。它的主要作用是：可靠的保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动轻度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此，机床夹具在机械制造中占有重要的地位。无论是在传统制造业还是现代柔性制造系统中，由于大量的加工操作需要装夹，夹具设计在制造系统中就显得非常重要，它直接影响加工质量，生产效率和制造成本，在一个柔性制造系统（FMS）中，夹具设计制造的费用占整个系统费用的1020%。夹具在单件、成批、大量生产中得到广泛的应用，它是在制造加工过程中根据设计说明书，在合理的位置定位和牢固装夹工件，从完成所要求的加工过程的一种装置。80年代中期开始，从计算机辅助夹具设计（CAFD）到自动夹具设计在国际上普遍受到重视，同时正在发展成为一个独立的制造软件系统。二 零件的工艺分析2.1零件作用题目所给定的零件是汽车的填料箱盖如图1.1所示，其主要作用是保证对箱体起密封作用，使箱体在工作时不致让油液渗漏。填料箱主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。填料箱的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不使泵内的水流不流到外面来也可阻止外面的空气进入到泵内。始终保持水泵内的真空。当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管住水到水封圈内使填料冷却。保持水泵的正常运行。该零件对内表面的加工精度要求比较高，对配合表面的表面粗糙度要求也比较高。2.2零件的工艺分析由设计材料可知，材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减震性，适合用于承受较大的应力、要求耐磨的零件。该零件主要加工6-13.5孔以65H5（）轴为中心的加工表面。包括：尺寸为65H5（）的轴，表面粗糙度为1.6, 尺寸为80的与65H5（）相接的肩面, 尺寸为100f8()与65H5（）同轴度为0.025的面. 尺寸为60h5()与65H5（）同轴度为0.025的孔。6-13.5孔的尺寸精度、两孔距尺寸精度130mm以及孔深度15mm,影响钻模板高度，间隙和与夹具体的配合。其它未注表面的粗糙度要求为6.3，半精加工即可满足要求。三 工艺规程设计3.1毛坯的制造形式根据零件材料确定毛坯为铸件。由于属于中批生产的水平，而且零件轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型，这从提高生产率、保证加工精度上考虑，故采用砂型制造机器造型和壳型。3.2基准面的选择1粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置，对于一般轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。按照有关的粗基准选择原则（保证某重要表面的加工余量均匀时，选该表面为粗基准。若工件每个表面都要求加工，为了保证各表面都有足够的余量，应选择加工余量最小的表面为粗基准。精度较高的不加工表面作粗基准。2精基准的选择。选择精基准时应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。 按照有关的精基准选择原则（基准重合原则；基准统一原则；可靠方便原则），对于本零件，有中心孔，可以以中心孔作为统一的基准，但是随便着孔的加工，大端的中心孔消失，必须重新建立外圆的加工基面，一般有如下三种方法：当中心孔直径较小时，可以直接在孔口倒出宽度不大于2MM的锥面来代替中心孔。若孔径较大，就用小端孔口和大端外圆作为定位基面，来保证定位精度。采用锥堵或锥套心轴。精加工外圆亦可用该外圆本身来定位，即安装工件时，以支承轴颈本身找正。3.3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、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批生产的条件下，考虑采用普通机床以及部分高效专用机床，配以专用夹具，多用通用刀具，万能量具。部分采用专用刀具和专一量具。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。工艺线路方案一工序I：铣小端端面，粗车65外圆及台阶端面及各倒角。工序II：铣大端面、粗车155外圆面、粗车左端台阶面、粗镗60内孔、底面及沟槽，粗车环槽、粗车75、100、80外圆面及各倒角。工序III：扩孔32、锪孔47。工序IV：钻6-13.5小孔、钻M10螺纹孔及攻丝。工序V：半精车65外圆及台阶面。工序VI：半精车155、75、100、80、环槽及各倒角。工序VII：精细车65外圆。工序VIII：精、细镗60内孔。工序IX：磨60内孔底面。工序X：研磨孔60内端面、倒角。工序XI：去毛刺。工序XII：终检。工艺路线方案二工序I：粗车小端端面，粗车65外圆及台阶端面及各倒角。工序II：粗车大端面、粗车155外圆面、粗车左端台阶面、粗镗60内孔、底面及沟槽，粗车环槽、粗车75、100、80外圆面及各倒角。（单位）机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称零件名称填料箱盖材料牌号HT200毛坯种类铸件毛坯外形尺寸备注工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工时1粗车右端端面、外圆，粗镗内孔粗车小端端面，粗车65外圆，粗镗32、47内孔卧式车床CA6140YG8硬质合金刀具、游标卡尺2粗车左端端面、外圆，粗切环槽、粗镗内孔粗车大端端面，粗车155、100、80、75外圆，粗切91环槽，粗镗60内孔卧式车床CA6140YG8硬质合金刀具、高速钢刀具、游标卡尺3半精车右端端面、外圆半精车小端端面，半精车65外圆面卧式车床CA6140YG8硬质合金刀具、游标卡尺4半精加工左端端面、外圆、环槽、内孔半精车大端端面，半精车155、100、80、75外圆，半精切91环槽，半精镗60内孔卧式车床CA6140YG8硬质合金刀具、高速钢刀具、游标卡尺5精细车65外圆精车和细车65外圆面精密车床 C616AYG6X硬质合金车刀、游标卡尺6精加工环槽端面、内孔精车环槽端面，精镗60内孔精密车床 C616AYG6X硬质合金车刀、游标卡尺7钻孔钻613.5孔， M10螺纹孔（通孔和深24mm的孔）摇臂钻床 Z3040高速钢钻头8攻丝攻M10螺纹（通孔和深24mm的孔）摇臂钻床 Z3040丝锥9终检编 制审 核批 准共 页第 页工序III：扩孔32、锪孔47。工序IV：半精车65外圆及台阶面。工序V：半精车155、75、100、80、环槽及各倒角。工序VI：精细车65外圆。工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于：方案一是采用铣削方式加工端面，且是先加工12孔后精加工外圆面和60H8（孔。；方案二是使用车削方式加工两端面，12孔的加工放在最后。两相比较起来可以看出，由于零件的端面尺寸不大，应车削端面，在中批生产中，综合考虑，我们选择工艺路线二。但是仔细考虑，在线路二中，工序 精车65外圆及与80相接的端面。然后工序 钻6-13.5孔,2-M10-6H,4-M10-6H深20孔深24的孔及攻螺纹。这样由于钻孔属于粗加工，其精度要求不高，且切削力较大，可能会引起已加工表面变形，表面粗糙度的值增大。因此，最后的加工工艺路线确定如下：工序 车削左右两端面。工序 粗车65，85，75，155,100外圆及倒角。工序 钻30孔、扩32孔，锪43孔。工序 钻6-13.5孔,2-M10-6H,4-M10-6H深20孔深24的孔及攻螺纹工序 精车65外圆及与80相接的端面.工序 粗、精、细镗60H8（孔。工序 铣60孔底面工序 磨60孔底面。四 钻孔13.5的夹具设计4.1零件本工序的加工要求分析本夹具主要用来钻6孔，由于工艺要求不高，因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。4.2确定夹具的类型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。经过各方面的比较,决定设计第7道工序钻6孔的钻床专用夹具。本夹具将用于Z3025摇臂钻床，刀具为麻花钻。4.3拟定定位方案和选择定位元件4.3.1定位方案此道工序为加工孔，只要固定相对位置，钻孔时位置不偏差，不旋转就可以达到要求。以底面外圆65为定位基准，Ra为1.6，达到IT7。用翻边套桶与47配合，并用螺钉紧固。内圆47上配合底板凸台，防止零件旋转。4.3.2选择定位元件 定位元件如图所示4.4定位误差计算由于夹具是垂直安装，轴和孔任意点接触孔65 轴65B=0Y=XX=D-d=0.043D=B+Y=0.043综上所述：定位误差为D=0.0434.5薄璧套筒计算薄璧套筒直径：式中D=65mm 该套筒的公差按IT7计算 D=D=65mm套筒薄璧部分长L=(1-1.3)l(mm)=40mmDl以工件外圆定位：最大间隙：=D-D（mm）=65.03-64.97=0.06mm式中：D套筒定位面最大直径（mm） D工件外圆最小直径（mm）套筒最大允许径向变形量：D=D/EK(mm)=0.002565=0.1625式中：套筒材料的屈服极限P E套筒材料的弹性模量，一般为2.110P K安全系数，一般取1.2-1.5套筒壁厚：由于LD/2 h=0.025D=0.02565=1.625mm套筒固定部分长度 L=11套筒固定部分厚度 h=9套筒槽高 H=2=2=8.40由于套筒与夹具体的配合为过盈配合 =0.05套筒产生的夹紧力矩：M=2h/D=21.625/65=0.05=D-=0.1625-0.06=0.1025M=510mD（N.mm）=7.60510（N.mm）套筒产生的轴向加紧力：W=2M/D=27.60510/65=2.3410（N.mm）套筒与工件定位面的实际接触长度：由于2h/D=0.05 所以=0.75D=0.050.7565=24.38D(0.5-0.8)由以上可知薄壁套筒夹具合乎规定要求。4.6确定夹紧方案用联动夹紧机构预紧，达到加工要求，利用两个压板实现同时夹紧的联动机构。当对夹紧螺钉施加一作用力矩，使其顺时针转动时，通过与两个压板和铰链连接的可在垂直平面内浮动的浮动元件，实现对工件的两点同时夹紧。如图所示：加工余量分析： 由于：6-13.5孔无精度要求，即此孔为自由精度。4.7切削力及夹紧力的计算综上所述：刀具采用高速钢麻花钻头，尺寸为13.5 则轴向力：F=Cdfk 由于：C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35 所以：k=（）=（）=1.07 F=420 转矩:T=Cdfk 由于: C=0.206, Z=2.0, y=0.8 所以：T=0.206 功率 P=P=T/30d=0.726KW 在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 K=KKKK 上式中：K基本安全系数，1.5; K加工性质系数，1.1; K刀具钝化系数, 1.1; K断续切削系数, 1.1 则 ： F=KF=1.5 气缸选用。当压缩空气单位压力P=0.6MP,夹紧拉杆。 N= /4=4416N 由于： NF 钻削时：=17.34 N 切向方向所受力: F=T/L=17.35/6510=267N 取 F=4416 F F所以,钻削时工件不会转动,故本夹具可安全工作。钻套类型及其结构确定因为是中批量，且加工孔直径不变化，故选用固定钻套。固定钻套是直接压入钻模板或夹具体的孔中，过盈配合，位置精度高，结构简单。 钻套设计时，要注意钻套的高度H和钻套底端与工件间的距离h。钻套高度是指钻套与钻头接触部分的长度。太短不能起到导向作用，降低了位置精度，太长则增加了摩擦和钻套的磨损。一般H=（12）d，此处钻孔直径为13.5，故H=13.5钻模板类型及其确定当钻套直接装在整体钻模上，致使夹具体内部加工不方便时，应采用单独制造的安装在夹具体上的铰链式钻模板。以便装卸工件，铰链轴销孔与轴销的配合一般为H7/g6，钻套与衬套为H7/m6,衬套与钻模板配合为H7/n6。铰链结构存在间隙，由于6-13.5要求一般精度，因此此结构能够满足加工要求。钻套高度：H=d=13.5x=13.533.75排屑间隙：h=d=13.5x=4.059.454.8分度装置4.8.1分度对定机构：采用齿轮齿条式对定操作机构。这种操作机构在对定销上加工又齿条并与轴齿轮啮合。当需要分度拔销时。转动手柄，通过齿轮齿条的啮合传动，使对定销从分度衬套孔中拔出。分度转位后，在弹簧的作用下，对定销便可插入下一个分度孔内，手柄反方向转动，即一次分度完成。4.8.2锁紧机构：采用螺杆，螺母锁紧机构4.9切削用时计算钻613.5f=0.35min/rV=17mm/minn=1000V/13.5按机床选取：n=400r/min实际切削：V=dn/1000=13.5400/1000=16.5mm/min切削工件时间：L=15mm L=4mm L=3mm则t=L+L1+L2/nf=15+4+3/4000.35=0.157mint总=6t=60.157=0.942min机械加工工序卡片机械加工工序卡片产品型号零件图号01-01-01共17页产品名称填料箱盖零件名称填料箱盖第 10 页(工序图) 车间工序号工序名称材料牌号机加工车间钻削HT200毛坯种类毛坯外型尺寸每坯件数每台件数铸造159x14211设备名称设备型号设备编号同时加工件数Z2031夹具编号夹具名称切削液ZY-02钻床专用夹具工序工时准终单件30s工步号工步内容工艺装备主轴转速(r/min)切削速度(m/min)进给量(mm/r)背吃刀量(mm)进给次数工时定额机动辅助7钻6-13.5小孔专用夹具、直柄麻花钻1360170.22112s18s 编制日期 2013-5-17五 CAD装配图六 三维PRO/E建模夹具总装配后的最后结果总结 为期一个星期的夹具课程设计马上就要接近尾声了，在这一个星期的时间里，我们小组四人在老师的帮助下，顺利的完成了填料箱盖的夹具设计，回顾这一周，我们收获了很多很多，在思考填料箱盖的夹具设计的过程中我们将理论知识与生产实践相结合，在加深理论知识的同时，对零件在实际生产中有了很好的认识，我们对于设计中出现的问题不断的修正，不断更改，直到做到最有效，最具有经济效益为止。在此次夹具设计中，我们复习、巩固了很多知识，比如说，基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识，零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤，CAD制图，Pro/E制图等，学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。 这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的独立思考、解决问题和动手的能力以及团队合作能力，当然我们要特别感谢指导老师张俊纪老师，对于我们一次次的提问不耐其烦的讲解，教我们反复审视设计中的不足之处，正因为张老师的指导以及我们团队的合作才顺利的完成了本次课程设计，感谢张老师以及每个组员的付出！参考文献机械制造工艺学课程设计指导书 张龙勋主编 机械工业出版社现代夹具设计手册 朱耀祥 浦林祥主编 机械工业出版社 机床夹具设计实例教程 李名望主编 化学工业出版社机械制造基础 颜伟 张安民主编 西南交通大学出版社机床夹具设计 余光国 马俊 张兴发主编 重庆大学出版社 1717