手柄座零件机械加工工艺和典型夹具设计

本科毕业设计 ( 论文 )题目：手柄座零件机械加工工艺和典型夹具设计系别：专业：机械设计制造及其自动化班级：学生：学号：指导教师：2013年 5月手柄座零件机械加工工艺和典型夹具设计摘要手柄座零件是车床操纵部分的组成零件之一，该手柄座的作用相当于一个连杆，车床外部手柄的运动是通过车床手柄座传递到车床内部实现人为对机床的操纵。在设计中，主要目的是根据零件选择合理的工艺路线，然后制定出一套可行的夹具。本文涉及两大部分，第一部分是对手柄座零件的分析及工艺规程的制定；第二部分是对于零件中的两次钻孔加工采用不同的定位、夹紧方式进行典型夹具的设计。通过设计一方面使我们更进一步熟悉了产品加工设计的全过程，在制定加工方案的时候，充分考虑其经济性和可行性。另一方面通过对手柄座零件的机械加工工艺规程设计和钻孔用夹具设计，试图找出一种简单、实用的加工方法，以供生产同类零件的企业参考。Handle Parts Machining Process and Typical Fixture DesignIAbstractHandle seat parts is one of the component parts of lathe parts manipulation, the handle seat ACTS as a connecting rod. Movement is handle by lathe external handles to the lathe internal implementation artificial control for machine tools. In the design, the main task is according to the parts during the design and calculation, including processing machine tools, spindle speed, the three elements of cutting the reasonable selection of the processing technology, as well as the typical fixture design. This article involves two parts, the first part is the analysis of the handle seat parts and processing procedures. Two drilling in the second part is for parts with different way of positioning, clamping typical fixture design. Through the design on the one hand, make us more familiar with the whole process of the product processing design, at the time of processing plan formulation, give full consideration to its economical efficiency and feasibility. On the other hand through the handle parts of the machining process planning design and drilling fixture design, trying to find out a simple and practical processing methods, to provide the reference for the manufacture of similar parts.Key words: the handle seat; process; fixtureII目录1 绪论 .11.1前言 .11.2题目背景及意义 .21.3国内外相关研究情况 .21.4本课题研究内容 .31.5夹具分类 .32 零件的分析 .52.1生产纲领 .52.2零件作用 .52.3零件工艺分析 .63 工艺规程设计 .73.1毛坯制造 .73.2基面选择 .73.2.1粗基准选择 .73.2.2精基准选择 .73.3制定工艺路线 .73.3.1工艺路线方案一 .73.3.2工艺路线方案二 .83.3.3工艺方案分析 .83.4加工余量确定 .错误！未定义书签。3.5确立切削用量及基本工时 .错误！未定义书签。4 钻螺纹孔夹具设计 .错误！未定义书签。4.1任务提出 .错误！未定义书签。4.2定位方案及定位装置设计 .错误！未定义书签。4.2.1定位方案确定 .错误！未定义书签。4.2.2 定位元件设计 .错误！未定义书签。4.2.3 定位误差分析 .错误！未定义书签。4.3导引元件（装置）设计 .错误！未定义书签。4.4夹紧方案设计 .错误！未定义书签。4.4.1夹紧方案确定 .错误！未定义书签。4.4.2夹紧力大小分析 .错误！未定义书签。4.4.3夹紧机构及装置设计 .错误！未定义书签。III4.5夹具操作及维护简要说明 .错误！未定义书签。5 钻孔夹具设计 .错误！未定义书签。5.1任务提出 .错误！未定义书签。5.2定位方案及定位装置设计 .错误！未定义书签。5.2.1定位方案确定 .错误！未定义书签。5.2.2定位元件及装置设计 .错误！未定义书签。5.2.3确定最佳定位方式 .错误！未定义书签。5.2.4定位误差分析 .错误！未定义书签。5.2.5定位元件型号尺寸和安装方式 .错误！未定义书签。5.3夹紧方案确定 .错误！未定义书签。5.4夹具的操作及维护 .错误！未定义书签。6 结论 .错误！未定义书签。参考文献.错误！未定义书签。致谢 .错误！未定义书签。毕业设计（论文）知识产权声明 .错误！未定义书签。毕业设计（论文）独创性声明 .错误！未定义书签。IV1 绪论设计图纸及说明书联系球球：二二九七八零六九二1 绪论1.1 前言在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷、热工艺过程中，使用着大量的夹具。所谓夹具就是一切用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或者检测的装置。在机械制造中采用大量的夹具，机床夹具就是夹具中的一种。它装在机床上，使工件相对刀具与机床保持正确的相对位置，并能承受切削力的作用。机床夹具的作用主要有以下几个方面：较容易、较稳定地保证加工精度，因为用夹具装夹工件时，工件相对机床（刀具）的位置由夹具来保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、较稳定地保证工件的加工精度 , 提高劳动生产率，因为采用夹具后，工件不需要划线找正，装夹也方便迅速，显著地减少了辅助时间，提高了劳动生产率，扩大机床的使用范围。因为使用专用夹具可以改变机床的用途、扩大机床的使用范围，例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工。改善劳动条件、保证生产安全，因为使用专用机床夹具可以减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，降低对1工人操作技术水平的要求，保证安全，所以设计机床夹具显得尤为重要1 。1.2 题目背景及意义机械加工工业是国民经济的基础工业，也是一个国家发展的重要经济来源。在机械零件的加工过程中，机械加工工艺是相当重要的一环。因为机械工艺对产品的质量控制起着重要作用，直接影响到产品的生产成本和生产效率，以及价格的高低。所以作为一名机械设计者，应该具备以下基本要求：零件的结构设计基本合理；制定良好的加工工艺路线；在此基础上尽可能优化结构，降低成本，提高生产率。对于机械产品的设计可以从到零件到装配有一个完整的了解和初步的掌握。 以进一步的熟练掌握 Pro/E 和 CAD 的运用。锻炼自己的独立思考能力和创造能力，进一步将所学知识和实践结合，为更好更快的适应工作作准备。1.3 国内外相关研究情况a. 国内发展情况目前国内机械行业的基本情况是，随着工业及汽车制造业的迅速发展，机械设计制造日渐受到人们的广泛关注，已形成一个热门行业。但是我国机械加工行业缺乏技术人员，存在制造周期长、寿命短、供不应求的现状。目前存在的主要问题是：（1）从设计结构上看，我们的设计还不够细致，许多细节考虑的欠周到，以至于零件使用受命不长，特别是加工工艺和热处理技术，在这方面与国外的差距更大。（2）从零件材料看，我国的机械加工行业起步时间不长，而国际上产品的材料品种则有很多可供选择。目前，我国虽然也有个别品种诸如高速钢具有较好的质量，但应用较少，主要是国产的钻头、端铣刀等切削工具难以切削，诸如HRC40等很硬的钢。（3）从加工工艺水平看，主要是设备水平不高，专门设备使用的少，加工出来的零件表面精度很难达到国外水平，检测手段落后，装配水平不高，导致容易出现报废或裂痕现象。为了提高企业的设计水平和加工能力， 国家推荐适合于机械企业用的 CAD/CAM 系统。但国内优秀的 CAD/CAM系统很少，只有少数适合应用。而国外购买的虽有强大的三维曲面造型能力、强大的结构有限元分析能力、强大的计算机辅助制造能力、产品数据管理能力等，但价格昂贵，一般企业难以支持。b. 国外的发展情况 进入 21世纪，发达国家把机械制造工艺装置置于更为优先发展的重要地位，机械制造工艺的基础地位毫不动摇。机械制造工艺位居工业的核心地位，担负着为国民经济发展和国防建设提供技术装备的责任，是工业化国家的主导地位。工业发达国家不断加大对机械制造工艺的研发投入，持续加强核心技术创新，增强高技术在机械制造工艺发展的影响力和渗透力， 从而更加凸显了现代机械制造工艺对于推动产业技术升级和国民经济发展的重要性。21.4 本课题研究内容本设计题目为：设计手柄座零件的机械加工工艺规程及专用夹具设计。零件图样、生产纲领和生产条件是设计的主要原始资料，由指导教师提供给学生。零件复杂程度以中等为宜，生产类型为成批生产。根据教师设计任务书中规定的设计题目，按照所给零件编写出相应的加工工艺规程，设计出其中由教师指定的一道重要工序（如：工艺规程中所要求的车、铣、钻夹具中的一种）的专用夹具，并撰写说明书。并在指导教师的指导下，参考相关内容的设计指导书，认真地、有计划地、独立按时完成设计任务。具体设计内容如下： 1、对零件进行工艺分析，拟定工艺方案，绘制零件工作图1张。2、确定毛坯种类及制造方法， 绘制毛坯图 1 张。3、拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序加工设备及工艺装备（刀具、夹具、辅具） ，确定某一代表工序的切削用量及工序尺寸。编制机械加工工艺规程卡片（工艺过程卡片和工序卡片）1 套。4、设计重要工序中的一种专用夹具，绘制夹具装配总图和大件零件图（通常为夹具体）各1 张。5、撰写设计说明书1 份。1.5 夹具分类a通用夹具 通用夹具是指已经标准化的， 在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如， 车床上的三爪卡盘和四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。它们有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。这类夹具一般已经标准化，由专业工厂生产，作为机床附件供应给用户。b专用夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序的加工而专门设计的夹具， 具有结构紧凑，操作迅速、方便等优点 2 。专用夹具通常由使用厂家根据要求自行设计和制造，适用于产品固定且批量较大的生产中。c组合夹具 组合夹具是在机床夹具零部件标准化的基础上，由一整套预先制造好的，具有各种不同形状、不同规格尺寸的标准元件和组件，按照组合化的原理，针对工件的加工要求组装成各种专用夹具。夹具使用完毕后，可以拆卸，留待组装新夹具时使用。组合夹具的应用范围十分广泛，它最适合于品种多、产品变化快、新产品试制和单件小批生产等场合，在批量生产中也可利用组合夹具代替临时短缺的专用夹具，以满足生产要求，用组合夹具元件可以组装成各类机床夹具。 数控机床和柔性制造单元的出现，更加推动了组合夹具技术的进步，扩大了组合夹具的应用范围。组合夹具具有以下特点： 组合夹具元件可供多次使用， 但其一旦组装成某个夹具后，该夹具结构仍属专用性，只能一次使用。当变换加工对象时，一般仍需全部拆开，重新组装成新夹具结构，以满足新工件的加工要求。和专用夹具不一样，组合夹具的最终精度，是靠各组成元件的精度，直接组合来保证的，不允许进行任何补充加工，否则无法保证元件的互换性。由于组合夹具是由各标准元件组合起来的，因此刚性较差，尤其是3元件连接的结合面接触刚度，对加工精度影响较大。一般组合夹具的外形尺寸较大，不及专用夹具那样紧凑。这种夹具不受生产类型的限制，可以随时组装，以应生产之急。d拼装夹具 拼装夹具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由标准化、系列化的夹具元件，直接按专用夹具的装配方法（销钉定位、螺栓紧固）装配成的专用夹具。采用拼装夹具大大缩短了专用夹具的设计与制造周期， 而且当产品改型时原来夹具的大部分元件仍可拆下重新使用，适用于多品种、小批量生产中。e通用可调夹具 通用可调夹具是指根据不同尺寸或种类的工件，调整或更换个别定位元件或夹紧元件而形成的专用夹具。加工对象不很确定，通用范围较大，适用于多品种、小批量生产中。f成组夹具 成组夹具是指专为加工成组工艺中某一组零件而设计的可调夹具。加工对象明确，只需调整或更换个别定位元件或夹紧元件便可使用，调整范围只限于本零件组的工件，适用于成组加工。通用可调夹具和成组夹具都是一种比较先进的、继承性好的新型夹具。采用这两种夹具可大大减少专用夹具数量，缩短生产准备周期，降低生产成本，加快产品的更新换代，并可以有效地促进并实现机床夹具标准化、系列化和通用化。通用可调夹具与成组夹具的区别在于：前者的加工对象不很确定，其更换调整部分的结构设计，往往具有较大的适应性，通用范围大；而成组夹具则是为成组加工工艺中一组零件而专门设计的，加工对象十分明确，可调范围也只限于本组内的零件，因此后者亦称为专用可调夹具。42 零件的分析2 零件的分析2.1 生产纲领任务书上的题目内容为：加工一个手柄座零件，该零件年产量为 20000 台，设其备品率为 10%，机械加工废品率为 1%，试进行该零件的工艺规程设计。现制定该手柄座零件的机械加工工艺规程。N Qn（1+a%）（1+b%）=20000 1 （1+10%）（1+1%）=22220（件 / 年）该零件的年产量为 22220 件，根据机械制造技术基础教材中生产类型与生产纲领的关系，确定其生产类型为大批生产3 。2.2 零件作用题目所给的零件是CA6140 车床的手柄座，它位于车床操作机构中，可同时操纵离合器和制动器，即同时控制主轴的开、停、换向和制动。操作过程如下：当手把控制手柄座向上扳动时，车床内部的拉杆往外移，则齿扇向顺时针方向转动，带动齿条轴往右移动，通过拨叉使滑套向右移，压下羊角形摆块的右角，从而使推拉杆向左移动，于是左离合器接合，主轴正转；同理，当手把控制手柄座向下扳动时，推拉杆右移，右离合器接合，主轴反转。当手把在中间位置时，推拉杆处于中间位置，左、右离合器均不接合，主轴的传动断开，此时齿条轴上的凸起部分正压在制动器杠杆的下端，制动带被拉紧，使主铀制动。零件的三维图如图2.1 所示。图 2.1CA6140 车床手柄座零件三维模型图5）2.3 零件工艺分析CA6140 车床手柄座有多处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：以 25H8 为中心的加工表面这一组的加工表面有 25H8 的孔，以及上下端面，下端面为 45 的圆柱端面；孔壁上有距下端面 11mm、与 25H8 孔中心轴所在前视面呈 30 角的螺纹孔，尺寸为 M10-7H ，另外还有一个尺寸为 6H9 的槽，孔与槽的总宽度为 27.3H11。以 14H7 为中心的加工表面该组的加工表面有 14H7 的螺纹孔 (有位置要求 )，加工时测量深度为 25mm，钻孔深度为 28mm。上孔壁有一个 5 配铰的锥销通孔，该通孔有位置要求。以 10H7 为中心的加工表面本组的加工表面有 10H7 的孔 (两个 )，及其两个内端面 (对称 )，两端面均有位置要求，端面之间的距离为 140 0.24 mm，孔除了有位置要求以外还有平行度的形状公差要求 (与 25H8 孔壁之间的平行度公差为 0.2)。以 5.5 为中心的加工表面这组的加工表面有5.5 的孔，该孔通至 25H8 上的槽，并有位置要求 4 。由上面的分析可知，加工时应先加工完一组表面，再以这组加工后的表面为基准加工另外一组。63 工艺规程设计3 工艺规程设计3.1 毛坯制造零件材料为 HT200，手柄座在使用过程中不经常的变动，它只起支撑的作用，受到的冲击不是很大，只是在纵向上受到很大的压力。在加工过程中的精度保证很重要，它对工件的定位有一定的保证作用。3.2 基面的选择基面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，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。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精度较高的不加工表面作粗基准。 根据这个基准选择原则，现选取 25H8 孔的下端面作为粗基准， 利用一组共两块V 形块分别支承 25H8 和R13 作主要定位面，限制 5 个自由度，再以一个销钉限制最后 1 个自由度，达到完全定位，然后进行铣削 5 。精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不作介绍。3.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，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，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用加工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺路线方案一工序一：备料；工序二：铸造毛坯；工序三：粗铣上、下表面，精铣下表面；工序四：钻 25H87工序五：插键槽 6H9；工序六：铣槽 1443 mm；工序七：钻、拉孔10H7；工序八：钻孔 5.5；工序九：钻、扩 14H7 螺纹孔；工序十：钻、钳 5 锥销通孔、 M10-7H ；工序十一：终检。工艺路线方案二工序一：备料；工序二：铸造毛坯；工序三：钻 25H8；工序四：粗铣上、下表面；工序五：精铣下表面；工序六：插键槽 6H9 mm；工序七：铣槽 14 mm43 mm；工序八：钻孔 5.5；工序九：钻、拉孔10H7；工序十：钻、扩 14H7；工序十一：钻、钳5 锥销通孔、 M10-7H ；工序十二：终检。工艺方案的分析：上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工上下表面为中心的一组工艺，然后加工 25H8 的孔，再以 25H8 的孔的孔为基准加工10H7 的孔。方案二则是先加孔25H8 后再加工上下表面，再加工孔10H7，此时方案二采用车床加工工序一，这样有利提高效率，节省成本。经比较可知，先加工上下表面，再以上下表面为基准加工25H8 及插键槽，最后完成对10H7 的孔的定位。显然方案一比方案二的装夹次数减少了，同时也更好的保证了精度要求。综上所述，零件的具体工艺过程如下：工序一：备料；工序二：铸造毛坯；工序三：粗铣、半精铣 45 凸台端面，选用 X51 立式铣床；工序四：铣，半精铣大端面，选用 X51 立式铣床；工序五：钻，扩，铰 25H8 内孔，选用 Z535 立式钻床；工序六：钻，粗铰，精铰 10H7 孔，选用 Z525 立式钻床；8工序七：铣槽140 0.24 mm，选用 X63 卧式铣床；工序八：钻、粗铰、精铰14H7 螺纹孔，选用 Z525 立式钻床；工序九：钻底孔，攻螺纹孔M10-H7mm ，选用 Z525 立式钻床；工序十：钻 5 锥销通孔，选用Z525 立式钻床；工序十一：拉键槽6H9mm，选用 L6120 卧式拉床；工序十二：钻槽底通孔钻 5.5，选用 Z525 立式钻床；工序十三：终检 。9