机油泵传动轴支架加工工艺及钻11斜孔夹具设计

毕业设计(论文)机油泵传动轴支架机械加工工艺及夹具设计学生姓名xxx学院名称机电工程学院专业名称指导教师xxx 全套图纸三维加153893706摘要本次设计是对机油泵传动轴支架零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。机油泵传动轴支架零件的主要加工表面是平面及孔。由加工工艺原则可知，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。所以本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以机油泵传动轴支架端面作为粗基准，以上表面作为精基准。关键词 机械加工，加工工艺，专用夹具。II全套图纸三维加153893706目 录摘要I1 绪论12机油泵传动轴支架加工工艺规程设计22.1机械加工基准介绍22.2基准的选择22.3 制定工艺路线32.4选择加工设备及刀、夹、量具42.4.1设备的选择42.4.2刀具量具的选择62.5加工工序设计73 钻11孔夹具设计103.1概述103.2方案设计113.3定位基准的选择113.4切削力计算113.5夹紧力的计算123.6 定位误差分析133.7 导向装置设计143.8确定夹具体结构和总体结构153.9夹具设计及操作的简要说明16参 考 文 献16171 绪论对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。用夹具装夹工件时，工件相对于道具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工极度趋于一致，稳定的保证工件的加工精度。同时使用夹具装夹工件方便、快捷，工件不需要划线找正，可显著的减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切屑用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显得降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上。每个工件增加的成本时极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。2机油泵传动轴支架加工工艺规程设计2.1机械加工基准介绍基准：基准是用来确定生产对象上几何要素的几何关系所依据的那些点、线、面。基准根据其功用的不同可分别为设计基准和工艺基准。在工件工序图中，用来确定本工序加工表面位置的基准，加工表面与工序基准之间一般有两次核对位置要求：一是加工表面对工序基准的距离要求，即工序尺寸要求；另一次是加工表面对工序基准的形状位置要求，如平行度，垂直度等。所以工件定位时，用以确定工件在夹具中位置的表面（或点，线）称为定位基准，定位基准的选择，一般应本着基准重合原则，尽可能选用工序基准作为定位基准，工件在定位时，每个工件的夹具中的位置是不确定的，一般是限制工件的六个自由度，分别是指：沿三坐标轴的移动自由度，和绕三坐标轴转动的自由度。基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一，基面选择正确合理，可以使加工质量的到保证，减轻劳动强度，生产效率得到提高。否则，会使加工困难，甚至造成加工零件报废。2.2基准的选择(1) 粗基准的选择粗基准选择原则：选择粗基准，主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续工序提供精基准。为了方便地加工出精基准，使精基准面获得所需加工精度，选择粗基准，以便于工件的准确定位。选择粗基准的的出发点是：一要考虑如何合理分配各加工表面的余量；二要考虑怎么样保证不加工表面与加工表面间的尺寸及相互位置要求，一般应按下列原则来选择：1) 若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应优先选择该表面为粗基准。2)若工件每个表面都有加工要求，为了保证各表面都有足够的加工余量，应选择加工量最少的表面为粗基准。3)若工件必须保证某个加工表面与加工表面之间的尺寸或位置要求，则应选择某个加工面为粗基准。4)选择基准的表面应尽可能平整，没有铸造飞边，浇口，冒口或其他缺陷。粗基准一般只允许使用一次。基于上述的要求和考虑到安装装配面的精度要求和便于夹紧等实际情况，粗基准选用前机体内一个较大的非加工面在毛坯图上已经标出。(2) 精基准的选择精基准选择原则：选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑如何保证工件的尺寸精度和位置精度，并要达到使用起来方便可靠。一般应按下列原则来选择：1)基准重合原则；应选择设计基准作为定位基准。2)基准统一原则；应尽可能在多数工序中选用一组统一的定位基准来加工其他各表面，采用统一基准原则可以避免基准转换过程所产生的误差，并可使各工序所使用的夹具结构相同或相似，从而简化夹具的设计和制造。3) 自为基准原则；有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择加工表面本身来作为定位基准。4) 互为基准原则；对于相互位置精度要求高的表面，可以采用互为基准，反复加工的方法。5) 可靠，方便原则；应选择定位可靠，装夹方便的表面作为精基准。本零件是铸造件，要用毛坯面定位先加工出一个精基准。然后以精基准定位，加工零件。精基准放在工序最前面加工。以上表面毛坯面定位。详见工艺卡片。2.3 制定工艺路线（1）热处理工序的安排加工工艺安排热处理，因为零件精度要求较高HT200要铸造完成要进行时效处理，防止工件变形。（2）定位基准的选择粗基准选择下表面，则由非加工面为定位基准，铣精基准。精基为上表面，则加工时稳定性差一些，加工精度就受到了影响，角向定位也是这样。因此，拟订工艺路线方案如下：工序1：清沙，去除非加工表面铸造积瘤工序2：时效处理，去除内应力工序3：毛坯面定位，铣上表面，保证尺寸12及72.3+0.1/0工序4：钻2-8H7(+0.015/0) 沉孔10x90及3-11孔工序5：以底面为基准，粗镗32孔至31.5工序6：以底面为基准，精镗31孔至32H7(+0.015/0)工序7：以底面为基准，铣端面，保证30及11尺寸，工件总长度250工序8：检验工序9：入库2.4选择加工设备及刀、夹、量具由于生产类型为大批量生产，加工设备易以通用机床为主，配以专用夹具，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。2.4.1设备的选择1)摇臂钻床 Z3040X16 主要参数：最大钻孔孔直径40 mm主轴中心线至立柱母线距离 最大1600 mm最小350 mm主轴端面至底座工作面距离 最大1250 mm最小350 mm主轴行程315 mm主轴锥孔（莫氏）4# No.主轴轴转速范围25-2000 r/min主轴转速级数16 主轴进给量范围0.04-3.20 mm/r主轴进给级数16工作台尺寸500630 mm主轴箱水平移动距离1250 mm主电机功率3 kw 机床重量3500 kg机床外型尺寸（长宽高)250010702840 mm2)立式铣床 X52K 主要参数：单 位/X52K工作面积 宽*长mm320*1250承载重量kg500T型槽数目个3T型槽宽度mm18T型槽间距mm70X向（工作台纵向）手动/机动mm700/680Y向（滑座横向）手动/机动mm255/240Z向（升降台垂向）手动/机动mm370/350最大回转角度deg45转速r/min30-1500转速级数Step18锥孔.ISO7：24 NO.50轴向移动距离mm85主轴端面至工作台距离最小/最大mm45/415主轴中心线至床身垂直导轨面距离mm350切削进给速度mm/minX，Y：23.5-1180，Z：8-394快速移动进给速度mm/minX，Y：2300，Z：770进给级数Step18主轴电机功率KW7.5进给电机功率KW1.5机床外形尺寸（长*宽*高）mm2272*1770*2094机床净重（约）kg28004）立式钻床 Z5140 主要参数:工作台尺寸（长X宽）mm450X500 工作台行程mm300 主轴中心线至导轨面距离mm335 主轴端面至工作台面距离mm0-750 主电机功率kw3.0 最大钻孔直径mm40 最大送刀抗力N16000 主轴最大输送扭矩N.m350 主轴孔锥度Morse4 主轴变速级数级12 主轴变速范围r/min31.5-1400 主轴行程mm250 主轴箱行程mm200 送刀级数级9 送刀范围mm/r0.056-1.80 外形尺寸（长X宽X高）mm1080X810X2510 机床重量kg20002.4.2刀具量具的选择依据金属机械加工工艺人员手册所选量具公布如下：测量范围为：0100的深度规深度规用于精确测量凹台和沟槽深度。塞规具有独特的导向圆柱体设计，方便、快、准。适用于现场测量。测量范围为1030的内槽卡钳 内槽卡钳适用于测量各种筒形工件、管材内径以及凹槽尺寸。2.5加工工序设计1. 铣上表面，保证尺寸12及72.3查参考文献3表2.3-59，得平面加工余量为0.9mm，已知A面总余量为2mm，故粗加工余量=4-0.9=3.1mm。查参考文献3表2.4-73，取粗铣的每齿进给量为，取精度铣的每转进给量=，粗铣走刀1次，=3.5mm，精铣走刀1次，=1.5mm。查参考文献3表3.1-74，取粗铣的主轴转速为，取精铣的主轴转速为。又前面已选定铣刀直径D为40mm，故相应的切削速度为:校核机床功率(只校核粗加工工序)：切削功率为:=取z=10个齿，则 代入式中得：168102.51=由文献3表得机床功率为7.5kw，取效率为0.85，则7.50.85=6.375kw6.62kw故重新选择主轴转速为，则：带入公式得：1681015.2kw6.375kw故机床功率足够。2. 钻2-8H7(+0.015/0)因8孔不是一次钻出，故其钻削余量为=11/2=5.5mm，8孔的精度较高，要分2次加工。参考文献3表2.4-41，用插入法求得钻8孔的切削速度v=，由此算出转速为：n=1000v/d=100026.7/3.1411=按机床实际转速取n=，则实际切削速度为：v=3.1411630/1000=参考文献3表2.4-69，得：=9.8142.7(N)M=9.810.021(Nm)分别求出钻8孔和M如下：=9.8142.7111=2427NM=9.810.0211=15.63Nm它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm，故机床刚度足够。3以底面为基准，粗镗32孔至31.5取粗镗的每齿进给量为，粗镗走刀1次，=3.5mm 查参考文献3表3.1-74，取粗镗的主轴转速为。又前面已选定镗刀直径D为19mm，故相应的切削速度为:4以底面为基准，精镗31孔至32H7(+0.015/0)取精镗的每齿进给量为，粗镗走刀1次，=1.5mm 查参考文献3表3.1-74，取精镗的主轴转速为。又前面已选定镗刀直径D为19mm，故相应的切削速度为:5. 以底面为基准，铣端面，保证30及11尺寸，工件总长度1250取进给量为f=0.7mm/r，则v=25.4m/minn=622.2按机床实际转速取n=650则实际切削速度为: v=3.1413650/1000=26.53参考文献3表2.4-41，得： =98.142.7kF(N)M=9.810.021kM(Nm)分别求出11的和M如下： =98.142.7131=2616N M=9.810.0211=16.73Nm它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm，故机床刚度足够。3 钻11孔夹具设计3.1概述本夹具主要用于机油泵传动轴支架 钻11斜孔夹具设计，本夹具主要用于钻床Z525机床上， 在机床对零件进行机械加工时，为保证工件加工精度，首先要保证工件在机床上占有正确的位置，然后通过夹紧机构使工件正确位置固定不动，这一任务就是由夹具来完成。对于单件、小批生产，应尽量使用通用夹具，这样可以降低工件的生产成本。但由于通用夹具适用各种工件的装夹，所以夹紧时往比较费时间，并且操作复杂，生产效率低。本零件属于大量生产，零件外形也不适于使用通用夹具，为了保证工件精度，提高生产效率，设计专用夹具就显得非常必要。3.2方案设计方案设计是夹具设计的第一步，也是夹具设计关键的一步，方案设计的好、坏将直接影响工件的加工精度、加工效率，稍不注意就会造成不能满足工件加工要求，或加工精度不能达到设计要求，因此必须慎重考虑。设计方案的拟定必须遵循下列原则：1、 定位装置要确保工件定位准确和可靠，符合六位定位原理。2、 夹具的定位精度能满足工件精度的要求。3、 夹具结构尽量简单，操纵力小而夹紧可靠，力争造价低3.3定位基准的选择我们采用已经加工好的孔及其端面作为定位基准，采用一面二销孔和端面共限制6个自由度为了保证空间工件定位准确，我们需要限制6个自由度，一面是底面端面，二个孔是一个是2-8孔，形成一面2销进行定位。这样空间6个自由度就限制完了。3.4切削力计算由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由切削手册得：钻削力 式（5-2）钻削力矩 式（5-3）式中 刀具：钻头11。则轴向力：见工艺师手册表28.4F=Cdfk3.1 式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35 k=(F=420转矩T=Cdfk式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8T=0.206功率 P=在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 K=KKKK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钻削时 T=17.34 N本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧力计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。这样能较容易、较稳定地保证加工精度。用夹具装夹工件时，工件相对与刀具的位置由夹具保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、教稳定地保证工件的加工精度。能提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。采用夹具后，工件不需划线找正，装夹方便迅速，显著地减少了辅助时间，提高了劳动生产率。3.5夹紧力的计算根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5表可得： 所以有： 螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：式中参数由参考文献5可查得： 其中： 螺旋夹紧力：3.6 定位误差分析该夹具以一个平面和和2个定位销定位，要求保证孔轴线间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。由5和6可得：1 定位误差： 当短圆柱销以任意边接触时 当短圆柱销以固定边接触时 式中为定位孔与定位销间的最小间隙通过分析可得： 因此：当短圆柱销以任意边接触时 2 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。3.7 导向装置设计 工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。为了减少辅助时间采用可换钻套，以来满足达到孔的加工的要求。表dDD1Ht基本极限偏差F7基本极限偏差D601+0.016+0.0063+0.010+0.004669-0.00811.84+0.016+0.00871.82.6582.63698121633.3+0.022+0.0103.347+0.019+0.010104581156101110162068+0.028+0.01112+0.023+0.0121581015181220251012+0.034+0.0161822121522+0.028+0.01526162836151826300.0121822+0.041+0.02030342036HT200222635+0.033+0.017392630424625HT200563035+0.050+0.0254852354255+0.039+0.02059305667424811066485070740.040钻模板选用固定钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。3.8确定夹具体结构和总体结构对夹具体的设计的基本要求（1）应该保持精度和稳定性在夹具体表面重要的面，如安装接触位置，安装表面的刀块夹紧安装特定的，足够的精度，之间的位置精度稳定夹具体，夹具体应该采用铸造，时效处理，退火等处理方式。（2）应具有足够的强度和刚度保证在加工过程中不因夹紧力，切削力等外力变形和振动是不允许的，夹具应有足够的厚度，刚度可以适当加固。（3）结构的方法和使用应该不错夹较大的工件的外观，更复杂的结构，之间的相互位置精度与每个表面的要求高，所以应特别注意结构的过程中，应处理的工件，夹具，维修方便。再满足功能性要求（刚度和强度）前提下，应能减小体积减轻重量，结构应该简单。（4）应便于铁屑去除在加工过程中，该铁屑将继续在夹在积累，如果不及时清除，切削热的积累会破坏夹具定位精度，铁屑投掷可能绕组定位元件，也会破坏的定位精度，甚至发生事故。因此，在这个过程中的铁屑不多，可适当增加定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间：对切削过程中产生更多的，一般应在夹具体上面。（5）安装应牢固、可靠夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹安装在重力的中心，夹具应尽可能低，支撑面积应足够大，以安装精度要高，以确保稳定和可靠的安装。夹具底部通常是中空的，识别特定的文件夹结构，然后绘制夹具布局。图中所示的夹具装配。加工过程中，夹具必承受大的夹紧力切削力，产生冲击和振动，夹具的形状，取决于夹具布局和夹具和连接，在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便于铁屑。此外，夹点技术，经济的具体结构和操作、安装方便等特点，在设计中还应考虑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便排出铁屑。3.9夹具设计及操作的简要说明由于是大批大量生产，主要考虑提高劳动生产率。因此设计时，需要更换零件加工时速度要求快。参 考 文 献1 李旦等，机床专用夹具图册，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005。2 孙已德，机床夹具图册，北京：机械工业出版社，1984。3 何玉林，机械制图，重庆：重庆大学出版社，20001983。4 机械工程基础与通用标准实用丛书编委会，形状和位置公差，北京：中国计划出版社，2004。5 淘济贤等，机床夹具设计，北京：机械工业出版社，1986。6 李洪，机械加工工艺师手册，北京：机械工业出版社，1990。7 机械设计手册编委会，机械设计手册卷4，北京：机械工业出版社，1998。8 东北重型机械学院，机床夹具设计手册，上海：上海科学技术出版社，1979。9 贺光谊等，画法几何及机械制图，重庆：重庆大学出版社，1994。10 丁骏一，典型零件制造工艺，北京：机械工业出版社,1989。11 孙丽媛，机械制造工艺及专用夹具设计指导，北京：冶金工业出版社，2002。12 东北重型机械学院等，机床夹具设计手册，上海：上海科学技术出版社，1979。13 孟少龙，机械加工工艺手册第1卷，北京：机械工业出版社，1991。14 金属机械加工工艺人员手册修订组，金属机械加工工艺人员手册，上海：上海科学技术出版社，1979。16 马贤智，机械加工余量与公差手册，北京：中国标准出版社，1994。17 上海金属切削技术协会，金属切削手册，上海：上海科学技术出版社，1984。18 周永强，高等学校毕业设计指导，北京：中国建材工业出版社，2002。