毕业设计（论文）油缸后盖及其联接盖工艺和夹具设计

目 录引 言1第一章 零件的分析21.1零件的结构特点21.2零件的工艺分析2第二章 工艺规程设计42.1计算生产纲领确定生产类型42.2毛坯的选择42.2.1确定毛坯的制造形式42.2.2毛坯形状和尺寸的确定52.2.3毛坯-工件综合图72.3制订工艺路线72.3.1工艺路线方案一82.3.2工艺路线方案二82.3.3工艺方案的比较与分析92.4机床的选择和工艺装备的选择92.5各主要工序的技术要求和作用122.6确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差132.7切削用量的确定13第三章 专用机床夹具设计183.1加工工件零件图的研究183.2拟订夹具的结构方案183.2.1确定夹具的类型183.2.2确定工件的定位方案，设计定位装置183.2.3设计夹紧装置及计算夹紧力193.2.4确定刀具的对刀装置及夹具体的结构类型223.2.5定位误差分析233.2.6夹紧元件的强度校核243.2.7工序单件时间的概念243.2.8工序的时间定额25第四章 量规设计274.1工件尺寸要求和设计量规的意义274.2量规尺寸的确定274.3量规材料和结构28结 论30参考文献31致 谢32附 录33天津理工大学2012届本科毕业设计说明书（毕业论文）引 言金属切削加工时，工件在机床的安装位置一般有找正安装和采用机床夹具安装两种，成批、大量生产常采用机床夹具安装。夹具是机床与工件之间的连接装置，使工件相对于机床或刀具获得正确位置。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。我的毕业设计是油缸后盖及其联接盖工艺和钻油缸后盖合装孔的夹具设计。这其中主要在于工艺规程的制定及专用夹具的设计。工艺规程是规定产品或零部件制造过程和操作方法等的工艺文件。工艺规程是企业生产中的指导性技术文件，也是企业生产产品的科学程序和科学方法的具体反映。在生产上用来说明机械加工工艺规程的工艺文件主要有机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡。机械加工工艺规程是组织车间生产的主要技术文件，是生产准备和计划的调度的主要依据，是新建或扩建工厂、车间的基本技术文件。工艺规程应可靠地保证产品质量和生产率的要求。其次，经济上要合理，即要在保证产品质量的前提下，生产成本要低。另外，还要保证工人安全和良好的劳动条件。 机床夹具一般分为三大类：1.通用夹具，这种机床夹具用得最广泛。目前它们已经标准化，具有一定得通用性，可以用来安装一定尺寸范围的各种工件。通用夹具往往作为机床的附件，与机床配套交给用户使用，以保证机床的使用性能。2.组合夹具，它是有各种标准元件组装而成的一种专用性夹具。由于其设计和制造特点比较不同，特类为一类。这类夹具在中小批生产得到一定得应用。3.专用夹具，是专门的为某一工件的某一工序设计制造的家具。在成批大量生产中应用广泛，特点提升生产效率显著。机床夹具一般由以下几个部分组成：1.定位元件,用于确定工件在夹具中的位置。2.加紧装置，用于夹紧工件。3.对刀、引导元件或装置，用于确定刀具相对于夹具定位元件的位置，防止刀具在加工过程产生偏斜。4.连接元件，用于确定夹具本身在工作台或机床主轴上的位置。5.其他装置或元件，如用于分度的分度元件，用于自动上下料的上下料装置等。6.夹具体，用于将夹具上的各种元件和装置连接成一个有机的整体。定位元件、夹紧装置和加具体是夹具的基本组成部分。我的毕业设计中根据工件的生产类型，工件尺寸材料等，采用了专用夹具的设计。通过完成的钻油缸后盖合装孔的夹具设计，让我对夹具各个部分的组成有了一定得了解，包括定位元件、夹紧机构、导向元件和夹具体等有了很深的认识。此外，还详细了解了油缸后盖及其连接盖的工艺以及量规的设计过程和方法，对我四年来的学习进行了一次总结,并在此基础上拓宽自己的理论知识和业务水平，为以后参加工作做好充分的准备。第一章 零件的分析1.1零件的结构特点油缸后盖是油箱中除缸体外的又一个主要零件，通过弹簧和螺栓与油缸后盖连接盖连接在一起，并与油缸的其它零件连接成一个整体，使之保持正确的相对位置及密封性，按预定工作关系共同构成一个完整的油缸。 油缸后盖与其它箱体零件一样，除尺寸大小和结构形式随着机器的结构和箱体在机器中功用的不同存有一定的差异。但从工艺上分析它们仍有许多共同之处。即结构特点是：内部呈空腔状，结构形状较复杂，壁厚不均，刚度较低，加工面多，且加工精度要求较高等等。 1.2零件的工艺分析油缸后盖这个零件从零件图上可以看出，它一共有两组加工表面。每组加工表面之间有定的位置要求，现在这六组加工表面分述如下：1、以110mm圆柱为主的加工表面。这一组加工表面包括：110mm端面，槽底尺寸为5 mm角度为10º-14º的梯形槽，上偏差为-0.05，下偏差为-0.14的110mm外圆表面。2、以14.3mm孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括：零件底部14.3的小孔和与其相接和上偏差为+0.045，下偏差为0的26的孔。3、以与后盖连接盖相接面为中心的加工表面。这一组加工表面包括：零件两侧端面，相接面上4个M16的孔及其螺纹表面。4依次、零件底部4-M18的孔。5、零件内部14.3斜孔。6、油缸后盖与联接盖处的上偏差为+0.4，下偏差为+0.2的75大孔。由以上分析可知，对于这六组加工表面而言，我们可以设计并使用专用夹具进行加工，并且保证它的之间的位置精度要求，孔的尺寸精度及几何形状精度。油缸后盖上的孔主要是用来安装螺栓起固定作用的，孔径的公差是IT7-IT6级，几何形状精度为公差是孔径公差的一半左右。 保持孔距位置精度公差的，同一轴线上各孔的同轴度应在误差范围内，否则会使后盖和联接盖装配后产生歪斜。各孔轴线平行度误差将影响安装质量，故为IT7-IT6级。 平面的形状和位置精度也应在误差要求范围之内否则会影响安装质量。作为装配基准的平面有平面度要求，基准之间还有位置精度要求。A端面对110mm表面A的跳动在端面尺寸范围内允许误差为0.1 mm， 75mm与110mm中心线的垂直度在100mm，允许长度误差为0.1mm。 为满足油缸加工中的定位需要及与机器总装要求，油缸的装配基准面与加工中的定位基准面应有一定表面粗糙度要求。各表面的粗糙度除底部为Ra12.5m外，其它平面为Ra6.3mRa3.2m左右。第二章 工艺规程设计根据被加工的油缸后盖零件图和任务书中提出的设计要求，产品质量的验收标准，产品的生产纲领与生产类型，毛坯的有关资料，工厂的现场生产条件，如加工设备和工艺装备的规格及性能，工人的技术水平，专用设备及工艺装备的制造能力，国内外生产技术的状况以及有关机械工艺手册与图册等资料。通过分析产品零件图及有关的装配图，了解零件在产品中的功用.在此基础上，进一步审查图纸的完整性与正确性，对图纸的视图，尺寸、公差的错误和遗漏，做出了相应修改。同时，对零件的技术要求进行了分析，如被加工表面的尺寸精度和几何形状精度，各个被加工表面之间的相互位置精度，被加工表面的表面质量，热处理要求等。通过分析，了解这些技术要求的作用，从中找出主要的技术要求以及在工艺上难以达到的技术要求，特别是对制订工艺方案起决定作用的技术要求。在分析技术要求时，考虑到影响达到技术要求的主要因素，进一步明了制订工艺规程时应解决的主要问题，为制订合理的工艺规程做好准备。由原始图可知，其材料为HT200。该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。2.1计算生产纲领确定生产类型根据设计技术条件可知，该零件年产量为8000件/年。设其备品率为2%，机械加工废品率为1%。 （件/年） （2-1） =件/年 = 8242 件/年油箱后盖年产量为8242件/年，因为产品的数量很大，其结构和规格比较固定，大多数工作地点长期进行某一道工序的加工，由此可知，其生产类型为大批量生产。2.2毛坯的选择2.2.1确定毛坯的制造形式考虑到油缸工作时存在震动和冲击，油缸体相对于缸盖会形成一定的相对运动，使缸体、前缸盖在处的密封接触面受到磨损，导致压头油缸泄漏，当油缸以最大速度工作时难以保证油缸盖在整个行程中保持稳定。因此零件毛坯采用HT200铸铁，保证零件工作可靠。铸铁件可保证致密无气孔、缩孔、缩松，工艺出口率高。且尺寸精度高，表面光洁，加工量少且易加工（退火后）。还有便于集成化、自动化生产和应用先进检、控技术科学管理手段和生产率高等优点，适用于大批量生产。另外，考虑到毛坯制造的经济性会直接影响机械加工的经济性，所以综合考虑热加工方面的因素兼顾冷加工方面的要求， 且考虑到零件年产量为8000件已达到大批量生产的水平，零件的轮廓尺寸不大，因此选择铸件毛坯，以降低零件的制造成本。采用铸造成型，选择精度和生产率都比较高的金属模机器造型或精密铸造等毛坯制造方法， 做成整体毛坯，这从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。2.2.2毛坯形状和尺寸的确定毛坯形状和尺寸，基本上取决零件形状和尺寸。零件和毛坯的主要差别在于在零件需要加工的表面上，加上一定的机械加工余量，即毛坯加工余量。毛坯制造时，同样会产生误差，毛坯制造的尺寸公差称为毛坯公差。毛坯加工余量和公差的大小，直接影响机械加工的劳动量和原材料的消耗，从而影响产品的制造成本。所以现代机械制造的发展趋势之一，便是通过毛坯精化，使毛坯的形状和尺寸尽量和零件一致，力求做到少，无切削加工。考虑到毛坯制造，机械加工和热处理等多方面工艺因素的影响，下面从机械加工工艺的角度，分析确定毛坯的形状和尺寸。在确定了毛坯种类、形状和尺寸后，绘制了油缸后盖毛坯图（见附录），作为毛坯生产单位的产品图样。毛坯图在零件图的基础上绘制，在相应的加工表面上加上毛坯余量。考虑到具体制造条件，制定了铸件和锻件表面的起模斜度（拔模斜度）和圆角；分型面和分模面的位置等，还包括铸造毛坯形状、尺寸及公差、工艺余量、工艺基准及其他有关技术要求。毛坯加工余量和公差的大小，与毛坯的制造方法有关，参考机械设计工艺手册确定如下：（1）铸件尺寸公差 由于是大量生产，毛坯制造方法采用砂型机器造型，由表查得，铸件尺寸公差等级为级。（2）铸件机械加工余量 查有关资料确定各表面的铸件机械加工余量。例如镗孔75，由油缸后盖图零件图可知，此孔的粗糙度要求为3.2um，由下表可知，若想达到此粗糙度，需要进行粗扩和精扩，粗扩需要加工余量为1-2mm，精扩需要加工余量为0.1-0.5mm，所以加工余量定为1.5mm。表2-1模具常用加工方法的加工余量、加工精度、表面粗糙度制造方法本道工序经济加工余量（单面）/mm经济加工精度表面粗糙度Ra/m铣削靠模铣130.04mm1.66.3粗铣12.5IT10113.212.5精铣0.5IT791.63.2仿形雕刻130.1mm1.63.2车削靠模车0.610.24mm1.63.2成形车0.610.1mm1.63.2粗车1IT11126.312.5半精车0.6IT8101.66.3精车0.4IT670.81.6精细车、金刚车0.15IT560.10.8钻IT11146.312.5扩粗扩12IT126.312.5细扩0.10.5IT9101.66.3镗削粗镗1IT11126.312.5半精镗0.5IT8101.66.3高速镗0.050.1IT80.40.8精镗0.10.2IT670.81.6精细镗、金刚镗0.050.1IT60.20.8磨削粗磨0.250.5IT783.26.3半精磨0.10.2IT70.81.6精磨0.050.1IT670.20.8注：经济加工余量是指本道工序的比较合理、经济的加工余量。本道工序加工余量要视加工基本尺寸、工件材料、热处理状况、前道工序的加工结果等具体情况而定。根据同样的原理，可得到油箱后盖连接盖零件毛坯图。图2.1油缸后盖毛坯图Fig.2.1 The fuel tank of the rear cover blank map2.2.3毛坯-工件综合图 2.3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、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领己确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，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。拟定机械加工工艺路线，这是制订机械加工工艺规程的核心。其中主要包括：（1） 选择定位基准 正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容，也是保证零件加工精度的关键。（2） 确定各个加工表面的加工方案 确定工件各加工表面的加工方案是拟定工艺路线的重要问题。主要依据零件各加工表面的技术要求来确定，同时还要综合考虑到生产类型、零件的结构和加工表面的尺寸、工厂现有的设备情况、工件材质和毛坯情况等。在明确了各主要加工表面的技术要求后，即可据此选择能保证该要求的最终加工方法，然后确定前面一系列准备工序的加工方法和顺序，再选定各次要表面的加工方法。（3） 划分加工阶段，安排加工顺序 对于精度和表面质量要求较高的零件，应将粗精加工分开进行。当零件的精度要求比较高时，若将加工面从毛坯开始到最终的精加工或精密加工都集中在一个工序中连续完成，则难以保证零件的精度要求或浪费人力、物力资源。这是因为粗加工时，切削层厚，切削热量大，无法消除因热变形带来的加工误差，也无法消除因粗加工留在工件表层的残余应力产生的加工误差。后续加工容易把已加工好的加工面划伤，不利于合理地使用设备。把精密机床用于粗加工，使精密机床过早地丧失精度，不利于及时发现毛坯的缺陷。若在最后一个表面时才发现毛坯有缺陷，则前面的加工就浪费了，不利于合理地使用技术工人。高技术工人完成粗加工任务是人力资源的一种浪费。一般将高精度零件的工艺过程划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段和光整加工等几个阶段。安排加工顺序，应包括切削加工、热处理工序，以及检验、表面纯利、去毛刺等辅助工序的安排。机械加工顺序安排一般应：先粗后精、先面后孔、先主后次、基面先行，热处理按段穿插，检验按需安排。（4）确定工艺集中和分散倾向 安排完加工顺序之后，就可将各加工表面的每一次加工，按不同的加工阶段和先后的顺序组合成若干个工序。组合时可采用工序分散或工序集中的原则。工序集中和分散各有特点，应根据生产纲领、技术要求、现场的生产条件和产品的发展情况来综合考虑。从发展角度来看，当前一直宜按工序集中原则来考虑。一般情况下，单件、小批量生产多遵循工序集中的原则，大批、大量生产则为工序集中与工序分散两者兼有。但从今后的发展看随着数控机床应用的普及，工序集中程度将日益增加。2.3.1工艺路线方案一工序I：对零件进行车外圆及端面，这是为了保证零件的精度。可将这个工序分为三个工步：车端面、切槽、车外圆。工序II：紧接着钻零件右上的孔，同样的这个工序也可分成三个工步。按照机械加工的顺序，先进行粗扩，而后进行精扩。工序III：钻14.3斜孔，由于该工序中要求的精度比较低，故只需要用精度低的钻孔就可以满足要求。工序IV：铣零件左端的端面。工序V：接着钻4-M16孔，为了保证粗糙度，这个工序也要分二个工步完成。首先用15.5的钻头进行钻孔，不用16的钻头钻孔是为后面的攻丝留有余量。最后用16的丝锥攻丝，确保有较高的精度。工序VI：该工序是钻4-M18的孔，该工序可分为两个工步。同上个工序一样，首先也要用17.5的钻头进行钻孔，留有一定的加工余量，而后用18的丝锥进行攻丝。工序VII：该序是合装油缸后盖及其连接盖在钳工台上进行，然后放到铣床上铣75两端面。工序VIII：由于加工的孔比较大，精度比较大，而且切削的深度较小。故可以用镗孔加工。根据机械加工的原则，先粗后精。先用75的镗刀进行粗镗，再进行精镗。2.3.2工艺路线方案二工序I：钻零件右上的孔，这个工序也可分成三个工步。按照机械加工的顺序，应先粗后精，故先钻14.3的小孔。而26的孔精度要求比较高，所以要选用扩孔，先进行粗扩，而后进行精扩。由于是第一步加工的工艺，即说明把该加工的孔作为定位基准。工序II：对零件进行车外圆及端面，这是为了保证零件的精度。在这里，可将这个工序分为三个工步：车端面、切槽、车外圆。这里也要遵循从简单到复杂的加工原则。工序III：该工序是钻4-M18的孔，由图可知，该工序可分为两个工步。首先也要用17.5的钻头进行钻孔，这样做是为了给后面的加工留有一定的加工余量。再用18的丝锥进行攻丝，可以达到精度要求。工序IV：钻4-M16孔，为了保证粗糙度，这个工序也要分三个工步完成。首先，铣零件左端的端面。接着用15.5的钻头进行钻孔，不用16的钻头钻孔是为后面的攻丝留有余量。最后用16的丝锥攻丝，确保有较高的精度。工艺V：由于该工序中要求的精度比较低，故只需要用精度低的钻孔就可以满足要求。而该工序中是钻斜孔，要确保尺寸要求和加工方便，这里需要设计专用的夹具。工艺VI：由于加工的孔比较大，精度比较大，而且切削的深度较小，故可以用镗孔加工。根据机械加工的原则，先粗后精。先用75的镗刀进行粗镗，再进行精镗。2.3.3工艺方案的比较与分析工艺路线一的加工路线是：车外圆及端面钻孔钻斜孔钻4-M16孔钻4-M18孔铣75两端面镗75孔。工艺路线二的加工路线是：钻零件右上的孔车外圆及端面钻4-M18孔钻4-M16孔钻斜孔镗75孔。从工艺路线方案二大致看来还是合理的，但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，主要表现在孔及其端面加工要求上，不满足机械加工工艺的基本原则，即是先面后孔的原则。而且把先加工的孔作为定位基准，肯定不能保证后面工艺的尺寸和精度要求。综合比较以上两方案，可以看出工艺路线一更为合理和切合实际加工要求。最后确定工艺路线一中各个工序所采用的设备，其中包括机床的选定、夹具、刀具和量具的选择。2.4机床的选择和工艺装备的选择选择机床设备的原则是：1机床的主要规格尺寸应与被加工零件的外廓尺寸相适应。2机床的精度应与工序要求的加工精度相适应。3机床的生产率应与被加工零件的生产类型相适应。4机床的选择应适应工厂现有的设备条件。如果需要改装或设计专用机床，则应提出设计任务书，阐明与加工工序内容有关的参数、生产率要求，保证零件的条件以及机床总体布置形式等。根据以上原则，参考机械加工工艺手册，本设计中应选择的机床型号和主要参数如下：表2.2车床机床型号Table.2.2 Lathe machine models名称型号工作精度圆度圆柱度平面度粗糙度卧式车床CA61400.010.03/3000.02/300Ra1.6表2.3铣床机床型号Table.2.3 Milling Machine Tool Model名称型号 工作精度卧式升降台铣床X63工作台最大行程平行度 0.03平面度 0.02工作台B工作面L纵向横向垂直垂直度 0.02 400 1600 900 315 390粗糙度 Ra1.6表2.4钻床机床型号Table.2.4 Drilling Machine Model机床名称型号最大钻孔直径主轴转速主轴行程摇臂钻床Z340级数范围315401625-2000选择工艺装备，即是确定各工序所用的刀具、夹具、量具和辅助工具等。夹具的选择要与工件的生产类型相适应，单件小批量生产，应尽量选用通用工具，如各种卡盘、虎钳和回转台等，为提高生产率可积极推广和使用成组夹具或组合夹具。生产可采用高效的液压气动等专用工具。夹具的精度应与工件的加工精度要求相适应。由于各个工序中都要用到夹具，这里不一一介绍。而刀具的选择主要取决于各工序的加工方法、工件材料、加工精度、所用机床的性能、生产率及经济性等。选择时主要确定刀具的材料、型号、主要切削参数等。 在生产中，应尽量采用标准刀具，必要时可采用高效复合刀具和其他一些专用刀具。刀具的类型、规格和精度应符合零件的加工要求。根据刀具的选择原则，该设计中要用到的刀具如下：工序一中分三个工步，分别是车端面、切槽、车外圆。由于是同一工序，故选用的机床不变。选用的刀具对应的是端面车刀、切槽刀、外圆车刀。工序二是钻孔，该工序也分三个工步，分别是钻14.3、粗扩26孔、精扩26孔，根据以上的原则，选择的刀具为14.3、26扩孔刀。工序三是钻斜孔，由于该孔的精度不是很高，所以只要用14.3的钻刀直接钻孔即可满足精度要求。 工序四是铣零件左端面。工序五是钻4-M16的孔，同样该工序也分二个工步，分别是、钻4-M16孔、攻螺纹4-M16，这里需要注意的是钻孔时不能钻M16的孔，要给后面的攻丝留有一定的余量，选用的刀具分别为端面铣刀、15.5钻刀、16的丝锥。工序六是钻4-M18的孔，同工序五一样，不过本工序没上个工序精度那么高，还要钻4-M18孔和攻螺纹4-M18两个工步。这里选用的刀具是17.5的钻刀和18的丝锥。工序七是该序是合装油缸后盖及其连接盖在钳工台上进行，然后放到铣床上铣75两端面。工序八是工艺中的最后一道工序，既是镗75的孔。本工序也要分两个工步，分别是粗镗75的孔和精镗75的孔，镗床上用的刀具较多，如单刃镗刀、微调镗刀和浮动镗刀。为了消除镗孔时径向力对镗杆的影响，可采用浮动镗刀。工作时刀块在切削力的作用下保持平衡位置，可减少镗刀快安装误差及镗杆径向跳动所引起的加工误差，故这里选用75的浮动镗刀。 2.5各主要工序的技术要求和作用表2.4 工艺过程Table.2.3 Process工序工步工序内容机床夹具刀具量具101车端面普通车床C6140专用顶尖端面车刀游标卡尺2切槽普通车床C6140专用顶尖切槽刀专用卡规3车外圆普通车床C6140专用顶尖外圆车刀201钻14.3孔摇臂钻床Z340钻孔夹具14.3钻刀2粗扩26孔摇臂钻床Z340钻孔夹具26扩孔刀专用量规3精扩26孔摇臂钻床Z340钻孔夹具26扩孔刀游标卡尺301钻斜孔摇臂钻床Z525专用顶尖14.3钻刀游标卡尺401铣端面万能铣床X62专用顶尖端面铣刀501钻4-M16孔立式钻床Z525钻孔夹具13.9钻刀游标卡尺2攻螺纹4-M16摇臂钻床Z340钻孔夹具16丝锥601钻4-M18孔摇臂钻床Z340钻孔夹具17.5钻刀游标卡尺2攻螺纹4-M18摇臂钻床Z340钻孔夹具18丝锥701合装油缸后盖及其连接盖2铣75孔两端面万能铣床X62专用夹具端面铣刀801粗镗75孔单面金刚镗床镗孔夹具镗孔刀2精镗75孔单面金刚镗床镗孔夹具镗孔刀专用量规工序一中端面上的小槽主要是用来装密封圈用的，起到密封的作用，故在切槽时要求这里的精度特别高；14.3的斜孔是用做出油口，用于循环油的，所以这里没有太多的精度要求，只要符合基本尺寸要求即可；而扩26的孔及110的端面是作为工艺用孔和定位基准的，在加工时，应不但要满足尺寸要求，同时也要满足公差的要求。因为它直接关系到后面的加工精度和尺寸，从而保证零件是否满足最终的精度。镗75的孔是油缸安装孔，从图中可知，该油缸是摆动油缸。钻4-M16的孔和4-M18的是起连接作用的，通过铰链把油缸后盖和油缸后盖连接盖连接起来，取紧固和连接的作用。综合以上所选择的机床、夹具、刀具和量具等工艺装备，制订的工艺规程过程卡片如上表所示。2.6确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差油缸后盖零件材料为HT200，硬度HB170241，生产类型为成批生产。采用在砂型铸造毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工发面的机械加工余量、尺寸如下：1、端面和外圆表面()考虑其加工长度为14mm，表面为自由尺寸公差，表面粗糙度要求为Ra3.2，要求粗加工和精加工，此时直径余量1mm已能基本满足加工要求。2、钻4-M16孔 毛坯为实心，不种出孔。两内孔精度要求界于IT7-IT8之间，参照机械制造工艺设计手册表1-52,确定工序尺寸及余量为： 钻孔：15.5mm 二次钻孔：16mm3、75mm孔端面表面(1)毛坯余量根据机械制造工艺设计手册查得：不平度；Rz=240µm、缺陷层:=250µm 空间偏差：模锻毛坯公差；T2200µm(按手册表1-52查得宽度公差)2.7切削用量的确定确定切削用量时，应在机床、刀具、加工余量等确定以后，应当从保证工件加工表面的质量、生产率、刀具耐用度以及机床功率等考虑选择切削用量，同时综合考虑工序的具体内容、加工精度等因素。1、粗加工切削用量的选择粗加工毛坯余量大，加工的精度有与表面的粗糙度要求不高。因此，粗加工切削用量的选择应在保证必要的刀具耐用度的前提下，尽可能提高生产率和降低成本。通常生产率以单位时间内的金属切除率Zw 表示：Zw =1000 fap mm3/s 。可见。提高切削速度、增大进给量和背吃刀量都能提高切削加工生产率。其中对刀具耐用度T影响最大，ap 最小。在选择粗加工切削用量时，应首先选用尽可能大的背吃刀量，其次选用较大的进给量f，最后根据合理的刀具耐用度，用计算法或查表法确定合适的切削速度。（1）背吃刀量的选择 粗加工时，其由工件加工余量和工艺系统的刚度决定。在保留后续工序余量的前提下，尽可能将粗加工余量一次切除掉；在本设计中，由于毛坯余量不是太大，故可以一次粗切削完。（2）进给量的选择 限制进给量的主要因素是切削力。在工艺系统的刚度和强度良好的情况下，可选用较大的f值，具体可参考手册。（3）切削速度的选择 切削速度主要受刀具耐用度的限制，在ap及f选定后，可按公式计算得到。切削用量、 、f三者决定切削功率，确定时应考虑机床的许用功率。2、精加工切削用量的选择在精加工时，加工精度和表面粗糙度的要求都较高，加工余量小而均匀。因此，在选择精加工的切削用量时，着重是考虑保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。（1）背吃刀量的选择 由粗加工后留下的余量决定，一般ap不能太大，否则会影响加工质量。（2）进给量的选择 限制进给量的主要因素是表面粗糙度。（3）切削速度的选择 主要考虑表面粗糙度要求和工件的材料种类，当表面粗糙度要求较高时，切削速度也较大。以下是几种不同切削方式的切削用量的确定一.车削用量车削要素： FZ切削深度（mm） 进给量 (mm/r) (2-2)式中 工件直径 (mm) 切削速度 (m/s)工件转速 (r/s)1、确定粗加工时的切削用量1）.确定切削深度，由图可知单边余量=110-103/2=3.5mm ，留0.5 mm作为精车余量，取粗车切削深度为3 mm。2）.确定进给量 ，查表可得，=0.60.9 mm/r，根据机床说明书，初步选定=0.8 mm/r。3）.选择切削速度=1.51.83 m/s，取=1.7 m/s=112m/min4）.确定主轴转速，由公式 = = = 4.24（r/s）根据机床说明书，取=4.0 r/s，切削速度为 = = 1.382 （m/s）5）.校核机床功率，查表可得主切削力 FZ = 9.81×60-0.15×270×3×0.610.75×1.368-0.15×0.92×0.95 = 2380 (N)切削功率：Pm = FZ.10-3 =2380×1.382×10-3 =3.29 (KW) 由机床说明书查得，机床电机功率 PE =7.5(KW)，取机床传动效率=0.8时 P = 3.29 PE . =7.5 ×0.8 =6 (KW)故机床的功率足够，最后选定粗车的切削用量为 ：= 3 mm =0.8 mm/r =1.7 m/s2、确定精车时的切削用量 1）.确定精车切削深度 ，取= 0.5 mm 2）.确定进给量 ，查表，初估切削速度1.6 m/s，查得=0.550.7 mm/r，根据机床说明书，取=0.6 mm/r 3）.确定切削速度与机床主轴转速，查表= 2.172.667 m/s，考虑到进给量取得较大，故取=2.5，按公式的主轴转速 = = 7.66 （r/s）根据机床说明书，取n=7.65 r/s，按公式算的实际切削速度为 = = = 2.50 （m/s） 此速度大于初估切削速度，故可用。由于精车切削力较小，故一般不需验算，最后选定精车切削用量为：= 1mm =0.6 mm/r =2.50 m/s =7.65 r/s二. 钻、扩切削用量1、钻孔切削用量1）、钻削要素： (2-3)切削深度 （mm） - 钻头直径 （mm） 钻头（或工件）的转速 （r/s） 进给量（mm/r）切削速度（m/s）2）、切削深度 斜孔的ap1 = = 7.15 mm M16孔的ap2 = = 7.75 mm 查表=0.180.25 M18孔的ap3 = = 8.75 mm 由于l/d 1故允许进给量乘以修正系数 = 0.9 故 = 0.160.23按机床说明书，取=0.65 mm/r切削速度查表得：=0.35 m/s，按公式计算主轴转速； 斜孔的 = = 7.80 （r/s） M16孔 = = 8.02 （r/s） M18孔 = = 6.37（ r/s）根据机床说明书 ， 取n = 6.25 r/s = = 0.27（m/s）校核可知计算结果与机床允许值相比，均允许，确定采用切削用量： =0.18 mm/r = 0.27 m/s 6.25 r/s2、扩孔切削用量 取=0.65 mm/r，参考有关文献资料，扩孔的切削速度为钻孔时的1/21/3，故取扩=1/2 × 21 m/min = 10.5 m/min = 129 r/min 在这里取130 r/min3、镗孔切削用量Z精= =0.2 mm Z总= 1 mm ，故Z粗=（Z总Z精）=0.75 mm粗镗孔时因余量为Z精 ，故=0.25 mm，查有关资料取=1 m/s = 60 m/min取进给量=0.2 mm/r= 103 r/min查有关资料得： (2-4)=9.81×2.75×0.20.75×10×1 = 1452.3 N (2-5)= 1452.3 ×0.4×10-3 KW = 0.58 KW取机床效率为0.80，则所需机床功率为 1.5KW，故机床功率足够,精镗孔时，因余量为0.25 mm，故=0.25 mm 根据所查手册，取C = 1.2 m/s = 72 m/min ，取f =0.12 mm/r = 306 r/min第三章 专用机床夹具设计3.1加工工件零件图的研究主要了解该工件的结构形状、尺寸、材料、热处理要求，主要表面的加工精度、表面粗糙度及其它技术要求，这些要求在油缸后盖零件图都已详细标出，见附录。 (1) 毛坯的种类、形状、加工余量及其精度。 (2) 工件的加工工艺过程、工序图、本工序所处的地位，本工序前已加工表面的精度及表面粗糙度，基准面的状况。 (3) 本工序所使用的机床、刀具及其它辅具的规格。 (4) 本工序所采用的切削用量。本次设计的夹具是油缸后盖钻合装孔的专用夹具，属于工序三的部分。设计夹具的目的为了保证产品质量、提高效率，在加工设备上搞高速化和高性能化是一方面，缩短安装时间，降低消耗是另一重要方面。夹具在制造厂来说属于工艺装备部分，它是保证零件准确定位、有效加工的手段之一。夹具要求定位精度高、装卸方便，适于粗加工、精加工和各种多工序复合加工的形式。分析零件图可知：表面粗糙度为Ra6.3m。 在选择定位基准时要全面考虑工位的加工情况，达到下面三个目的： 1、所选基准应能保证工件定位准确，装卸方便、迅速，夹紧可靠，且结构简单。2、所选定的基准与加工部位的各个尺寸计算简单。 3、保证各项加工精度。 根据油缸后盖零件的特点: 选择底面以及底座侧面为定位基准，增加一个菱形定位销限制六个自由度。3.2拟订夹具的结构方案 3.2.1确定夹具的类型 夹具的选择要与工件的生产类型相适应，各类机床夹具均有多种不同的类型，如车床夹具可有角铁式、圆盘式等，钻床专用夹具一般通称为“钻模”。钻模的结构型式很多。可按钻模有无夹具体，以及夹具体是否可动可分为：固定式钻模、回转式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模和滑柱式钻模。钻模的种类很多，在设计钻模时，首先要根据工件的形状尺寸、重量、加工要求和批量来选择钻模的结构类型。此夹具选用滑柱式钻模。3.2.2确定工件的定位方案，设计定位装置 需要加工的部分是油缸连接盖的合装孔。根据六点定位原则，需要限制六个自由度，因此采用两面一孔的完全定位方式，工件以圆盘和端面为基准定位。再用零件底部的一个26小孔套在菱形定位销上定位。如下图所示：1定位盘 2工件 3菱形定位销 4夹具体图3.1 夹具定位图Fig.3.1 Fixture location map这样就确定了工件的定位方案。根据零件图中的的标示可知定位基面的形状是一个带槽的圆盘，圆盘直径为110，为保证其尺寸精度确定配合公差为H7/f9。再根据零件底部小孔的尺寸确定菱形定位销的宽度尺寸为26，上偏差为0，下偏差为-0.030。3.2.3设计夹紧装置及计算夹紧力 夹紧机构应保证工件夹紧可靠、安全、不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。同时夹紧机构的复杂程度应与工件的生产类型相适应，实际所需夹紧力的计算是一个复杂的问题，一般只能作粗略估算。当采用估算法确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统，切削过程稳定不变。根据工件所受切削力、夹紧力的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力，即 (3-1)式中， FWK 实际所需夹紧力 (N)； FW 在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力 (N)； K 安全系数。 安全系数 K可由下式计算 K=K0·K1·K2·K3·K4·K5·K6 (3-2) 式中,K0K6为考虑各种因素的安全系数，见表 3.1。 表3.1 安全系数 K 0K 6的数值 Table.3.1 Safety factor K 0-K 6 Numerical符号考虑的因素系数值K0工件材料及加工余量均匀性1.2-1.5K1加工性质粗加工l.2精加工1.0K2刀具钝化程度1.0-1.9K3切削特点连续切削1.0断续切削1.2K4夹紧力的稳定性手动夹紧1.3机动夹紧1.0K5手动夹紧时的手柄位置操作方便1.0操作不方便1.2K6仅有力矩使工件回转时工件与支承面的接触情况操作点确定1.0接触点不确定1.5在开始钻削到钻削深度最大时，引起工件绕止推支承的翻转为最不利的状态，其翻转力矩为 FL。当时，根据静力平衡条件并考虑安全系数，得实际所需夹紧力： (3-3) 其中取K=2.5,K为夹紧元件安全系数数，因工件为未加工过的毛坯表面等因素，因此取2.5。 图3.2 钻削示意图Fig.3.2 Drilling diagramF为钻削切削力，根据刀具材料和工件材料可知： (3-4)式中 D钻头直径 mm f每转进给量mm/r HBW材料硬度，HBW一般取HBW的最大值根据经验值和手册查得相关数据代入上式得： =2449.3N切削转矩T= T= =10119.4N.mm如图所示，钻孔时会产生一个向下的切削力F和一个个扭矩T，切削力会对工件产生摩擦力，同时压板的夹紧力也会对工件产生摩擦力，这些摩擦力会用来抵消扭矩，根据上述简单的描述可以得到下面的平衡方程： 其中，为摩擦系数，查表得0.05，R为夹具定位支撑面半径，约为60mm。带入数值，得到夹紧力=1847.7N，实际所需夹紧力本次设计的夹紧机构为移动压板的螺旋压紧机构，受力见图图下： 图3.3构型压板夹紧力分析Fig.3.3 Platen clamping force structure analysis图中L=50mm,l=33mm,P=4619.3N,W=4619.3=2380N,所以施加在螺钉上的力为2380N，假设扳手的长度为S=40mm，则需要人用多大力气来拧这个扳手，计算过程如下：所用紧定螺钉为M8，故摩擦半径为r=4mm，人所用的力气设为F，则FS=rW，带入得：F40=42380,F=238N。3.2.4确定刀具的对刀装置及夹具体的结构类型 钻床夹具要合理地设置对刀装置，才能按要求的精度加工出零件。本夹具采用可换钻套对刀。刀具采用的是13.9钻刀，详情可见油缸后盖的夹具装配图。夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体。因此夹具体的形状及尺寸取决于夹具各种装置的布置及夹具与机床的连接。对夹具体的要求有适当的精度和尺寸稳定性；有足够的强度和刚度；结构工艺性好；排屑方便；在机床上安装稳定可靠。夹具的形状和尺寸见附录中的夹具图。 夹具体毛坯的类型有很多，如铸造夹具体、焊接夹具体、锻造夹具体等等。铸造夹具体的优点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚性和抗振性。但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。焊接夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻。但焊接式夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。锻造夹具体，它适用于形状简单、尺寸不大，要求强度、刚度大的场合。锻造后也需经热处理。此类夹具体应用较少。 型材夹具体可以直接用板料、棒料、管料等型材加工装配而成。这类夹具体取材方便、生产期短，成本低、重量轻。 本夹具采用装配夹具体，装配夹具体由标准的毛坯件、零件及个别非标准件通过螺钉、销钉连接，组装而成。标准件由专业厂生产。此类夹具体具有制造成本低、周期短，精度稳定等优点，有利于夹具标准化、系列化，也便于计算机辅助设计。3.2.5定位误差分析机械加工过程中，生产加工误差的因素很多。在这些因素中，有一想因素与机床夹具有关，使用夹具时，加工表面的位置误差与夹具在机床上的对定及工件在夹具中的定位密切相关，为满足工序的加工要求，必须使工序中各项加工误差之总和等于或小于该工序所规定的工序公差。在钻合装孔的夹具设计中包括工件与钻模板之间的误差，及钻模版与底座之间的误差。还有钻套的定位误差，夹具体与机床的定位误差等。这里我主要计算了夹具体与工件的定位误差分析。图3.4 定位元件(1)定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为菱形定位销，该定位销的尺寸为 。(2)零件图纸规定75mm与110mm中心线的垂直度在100mm允许长度误差为0.1mm,A端面对110mm表面A的跳动在端面尺寸范围内允许误差为0.1mm。则最大间隙满足零件的精度要求。3.2.6夹紧元件的强度校核在本夹具中，夹具的钩形压板转角处所受的剪切应力是比较大的，当作用在工件上的夹压力Pl=426N时，此时支点处所受的国为P=2Pl=5.46KN,它将受到的剪切及挤压如下：挤压应力：（MPa）压板的材料用45#钢，屈服强度为,取安全系数为,则许用挤压应力： （MPa）所以 ,故压板可安全工作。许用剪切应力=0.6=0.6×186.8=112 (MPa)。实际剪切应用为： （MPa）故安全3.2.7工序单件时间的概念工序单件时间是指在一定产品或完成一道工序所消耗的时间；用 t 单件 表示。其中包括以下几部分时间：（1）基本时间t基本 直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置以及表面状态或材料性质的工艺过程所消耗的时间，称为基本时间。对于加工而言，其是切除金属所消耗的时间，包括刀具的切入和切出时间，可用计算方法求出。（2）辅助时间 t辅助 其是为实现加工工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。对加工而言，包括装卸工件、操作机床、改变切削用量、试切和测量等所消耗的时间。辅助时间的确定有两种方法：一是将动作分解，确定各动作的时间，相加得到；二是按基本时间的百分比估算得到。（3）布置工作的时间 t布置 是只为使加工正常进行，工人照常工作所消耗的时间。一般按工作时间的27来计算。（4）休息和生理需要的时间 t休息 是指在工作班次内，为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间。一般按操作时间的2来计算。单件工序时间的计算公式为： t 单件 = t基本 + t辅助 + t布置 + t休息 （4-12）（5）准备与终结时间t准备 是指工人为生产一批产品或零、部件，进行准备和结束工作所消耗的时间。如加工进行前熟悉工艺文件、领取毛坯、领取和安装刀具和夹具、调整机床以及其他工艺装备，加工一批工件终结需拆卸和归还工艺装备、成品入库等。若一批工件的数量为n ，则每个工件所消耗的准备终结时间为 t准备/n 。将这部分时间加到单件时间上，称为单件核算时间t单核。则 t单核 = t 单件 + t准备/n （4-13）在大量生产中，工作地和工作内容固定，在单件核算时间中不计入准备终结时间 3.2.8工序的时间定额一.工序一的时间定额 车削时间定额的计算公式： = （4-14） 式中 n = l加工长度 mm l1刀具的切入长度 mm l2 刀具的切出长度 mm(1) 机动时间 进给次数车外圆时 = × = 0.625 min车端面时 = × = 0.44 min切槽 = × = 0.08 min总机动时间为 = 0.44+0.625+0.08 =1.145 min（2）辅助时间 ，参考有关资料，确定的辅助时间如下：各工步的辅助时间为，车外圆0.37 min车端面 0.63 min 切槽0.33 装卸工件时间参考机械制造技术取1.5 min所以 = 0.37 + 0.63 + 0.33 + 1.5 =2.83 min（3）作业时间 （4-15）1.145 +