顶杆的工艺规程及铣键槽夹具设计

设计说明书题目：顶杆的工艺规程及铣键槽夹具设计学 生：学 号：专 业：班 级： 指导老师：摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。顶杆加工工艺规程及其夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。全套图纸，加 153893706ABSTRCTThis design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error目 录序 言 .1一 零件的分析 .21.1 零件的作用 21.2 零件的工艺分析 2二. 毛坯的确定 42.1 确定毛坯的制造形式 .42.2 毛坯形状及尺寸 .5三 拟定加工工艺路线 .63.1 基准的选择 63.1.2 粗基准选择 63.1.2 精基准的选择 .73.2 制定工艺路线 8四 零件加工工序设计 .114.1 车右端面，钻中心孔 .114.2 车左端面，钻中心孔 .124.3 粗车各段外圆及端面 .134.4 精车各段外圆及宽 7.2mm 的槽 .144.5 铣宽 6mm 键槽 .15五、 夹具设计 .175.1 问题的提出 175.2 定位基准的选择 175.3 切削力及夹紧力计算 175.4 定位误差分析 195.5 夹具设计及操作简要说明 20总 结 .21致 谢 .23参 考 文 献 .24第 1 页 共 30 页序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。顶杆的加工工艺规程设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。第 2 页 共 30 页一 零件的分析1.1 零件的作用顶杆的作用主要调节扭矩。1.2 零件的工艺分析工艺分析的目的，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。 第 3 页 共 30 页该零件为大量生产的小型零件，在生产时要注意零件的：1 便于装夹 零件的结构应便于加工时的定位和夹紧，装夹次数要少。2 便于加工 零件的结构应尽量采用标准化数值，以便使用标准化刀具和量具。同时还注意退刀和进刀，易于保证加工精度要求，减少加工面积及难加工表面等。顶杆的工艺有 2 组加工面的分别为1，以外圆为基准的加工面，这组加工面包括车右端面、钻中心孔，车左端面、钻中心孔且保证总长。2：以端面中心孔为基准的加工面，这组加工面主要是粗车各段外圆端面，精车各段外圆及宽 7.2mm 的槽，车 M16 螺纹，铣宽19mm 的 2 端面，铣宽 6mm 键槽，钻扩铰 14 孔。第 4 页 共 30 页二. 毛坯的确定2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯包括选择毛坯类型及其制造方法。毛坯类型有铸、锻、压制、冲压、焊接、型材和板材等。确定毛坯时要考虑下列因素：1）零件的材料及其力学性能。当零件的材料选定后，毛坯的类型就大致确定了。例如，材料是铸铁，就选铸造毛坯；材料是钢材，且力学性能要求高时，可选锻件；当力学性能要求较低时，可选型材或铸钢。2）零件的形状和尺寸。形状复杂的毛坯，常用铸造方法。薄壁零件，不可用砂型铸造；尺寸大的铸件宜用砂型铸造；中、小型零件可用较先进的铸造方法。3）生产类型。大量生产应选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件应采用金属模机器造型或精密铸造；锻件应采用模锻、冷轧和冷拉型材等。单件小批生产则应采用木模手工造型或自由锻。4）生产条件。确定毛坯必须结合具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。有条件时，应积极组织地区专业化生产，统一供应毛坯。5）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性。目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的发展很快。例如，精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械中的应用日益增加。应用这些方法后，可大大减少机械加工量，有时甚第 5 页 共 30 页至可不再进行机械加工，其经济效果非常显著。顶杆零件的材料 45 钢，45 钢的可锻性好，因此可用锻造的方法 因为是成批生产，采用模锻的方法生产锻件毛坯，既可以提高生产率，又可以提高精度而且加工余量小等优点。2.2 毛坯形状及尺寸毛 坯 的 形 状 及 尺 寸 毛 坯 的 形 状 和 尺 寸 主 要 由 零 件 组 成表 面 的 形 状 、 结 构 、 尺 寸 及 加 工 余 量 等 因 素 确 定 的 ， 并 尽 量 与零 件 相 接 近 ， 以 达 到 减 少 机 械 加 工 的 劳 动 量 ， 力 求 达 到 少 或 无切 削 加 工 。 但 是 ， 由 于 现 有 毛 坯 制 造 技 术 及 成 本 的 限 制 ， 以 及产 品 零 件 的 加 工 精 度 和 表 面 质 量 要 求 愈 来 愈 来 高 ， 所 以 ， 毛 坯的 某 些 表 面 仍 需 留 有 一 定 的 加 工 余 量 ， 以 便 通 过 机 械 加 工 达到 零 件 的 技 术 要 求 。 毛 坯 尺 寸 与 零 件 图 样 上 的 尺 寸 之 差 称 为毛 坯 余 量 。 锻件 公 称 尺 寸 所 允 许 的 最 大 尺 寸 和 最 小 尺 寸 之 差称 为 锻 件 尺 寸 公 差 。 毛 坯 余 量 与 毛 坯 的 尺 寸 、 部 位 及 形 状 有 关 。第 6 页 共 30 页三 拟定加工工艺路线3.1 基准的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出。3.1.2 粗基准选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。第 7 页 共 30 页（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取外圆为定位基准，利用三爪卡盘为定位元件。3.1.2 精基准的选择精基准的选择应满足以下原则：1)为了保证零件各个加工面都能分配到足够的加工余量，应选加工余量最小的面为粗基准。2)为了保证零件上加工面与不加工面的相对位置要求，应选不加工面为粗基准。当零件上有几个加工面，应选与加工面的相对位置要求高的不加工面为粗基准。3)为了保证零件上重要表面加工余量均匀，应选重要表面为粗基准。零件上有些重要工作表面，精度很高，为了达到加工精度要求，在粗加工时就应使其加工余量尽量均匀。4)为了使定位稳定、可靠，应选毛坯尺寸和位置比较可靠、平整光洁面作粗基准。作为粗基准的面应无锻造飞边和铸造浇冒口、分型面及毛刺等缺陷，用夹具装夹时，还应使夹具结构简单，操作方便。5)粗基准应尽量避免重复使用，特别是在同一尺寸方向上只允许装夹使用一次。因粗基准是毛面，表面粗糙、形状误差大，如果二次装夹使用同一粗基准，两次装夹中加工出的表面就会产生较大的相互位置误差。以加工好两端面中心孔为定位精基准，加工其它表面及孔。第 8 页 共 30 页主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。3.2 制定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。通过仔细考虑零件的技术要求后，制定以下两种工艺方案：方案一工序号工 名序 称工 序 内 容1 锻造 锻造2 退火处理 退火处理3 车 粗车左端端面，钻中心孔4 车 粗车右端端面，钻中心孔5 车 粗车各段外圆端面6 休研中心孔7 车 精车各段外圆及宽 7.2mm 的槽8 车 车 M16 螺纹9 铣 铣宽 19mm 的 2 端面10 铣 铣宽 6mm 键槽11 钻 钻扩铰 14 孔12 检验 检验第 9 页 共 30 页13 入库 入库方案二工序号工 名序 称工 序 内 容1 锻造 锻造2 退火处理 退火处理3 车 粗车左端端面，钻中心孔4 车 粗车右端端面，钻中心孔5 车 粗车各段外圆端面6 车 车 M16 螺纹7 铣 铣宽 19mm 的 2 端面8 铣 铣宽 6mm 键槽9 钻 钻扩铰 14 孔10 检验 检验11 入库 入库工艺方案一和方案二的区别在于方案二没有精车各段外圆及宽 7.2mm 的槽和修研中心孔的工序，不能很好的保证加工精度要求。而方案一安排了精车各段外圆及宽 7.2mm 的槽和修研中心孔，更好地保证了工件的加工精度，综合考虑我们选择方案一。具体的工艺路线如下：工序号工 名序 工 序 内 容第 10 页 共 30 页称1 锻造 锻造2 退火处理 退火处理3 车 粗车左端端面，钻中心孔4 车 粗车右端端面，钻中心孔5 车 粗车各段外圆端面6 修研中心孔7 车 精车各段外圆及宽 7.2mm 的槽8 车 车 M16 螺纹9 铣 铣宽 19mm 的 2 端面10 铣 铣宽 6mm 键槽11 钻 钻扩铰 14 孔12 检验 检验13 入库 入库第 11 页 共 30 页四 零件加工工序设计4.1 车右端面，钻中心孔1) 切削深度 单边余量为 Z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.8mm/r3) 计算切削速度 vyxpmckfaTCvv其中： =342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数 见vCvxv vk切削手册表 1.28,即=1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。MvksvkvkrvBv所以1.44 0.8 1.04 0.81vc 35.015.02. 8640.97=89m/min4) 确定机床主顶杆转速 ns= = 809r/minWd10cv89x35与 809r/min 相近的机床转速为 800r/min。现选取=800r/min。wn所以实际切削速度 = =cv10sdn35807.92/minx5) 切削工时， 第 12 页 共 30 页t = i ;其中 l=35mm; =4mm; =0mm;mfnlw211l2lt = i= =0.06(min)fl213980.4.2 车左端面，钻中心孔1) 切削深度 单边余量为 Z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.8mm/r3) 计算切削速度 vyxpmckfaTCvv其中： =342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数 见vCvxv vk切削手册表 1.28,即=1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。MvksvkvkrvBv所以1.44 0.8 1.04 0.81vc 35.015.02. 8640.97=89m/min4) 确定机床主顶杆转速 ns= = 1417r/minWd10cv89x20与 1417r/min 相近的机床转速为 1500r/min。现选取=1500r/min。wn第 13 页 共 30 页所以实际切削速度 = =cv10sdn215094.2/minx5) 切削工时， t = i ;其中 l=20mm; =4mm; =0mm;mfnlw211l2lt = i= =0.02(min)fl21450.84.3 粗车各段外圆及端面1) 切削深度 单边余量为 Z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.8mm/r3) 计算切削速度 vyxpmckfaTCvv其中： =342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数 见vCvxv vk切削手册表 1.28,即=1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。MvksvkvkrvBv所以1.44 0.8 1.04 0.81vc 35.015.02. 8640.97=89m/min4) 确定机床主顶杆转速 ns= = 472r/minWd10cv89x60第 14 页 共 30 页与 472r/min 相近的机床转速为 500r/min。现选取=500r/min。wn所以实际切削速度 = =cv10sdn65094.2/minx5) 切削工时 t = i ;其中 l=60mm; =4mm; =0mm;mfnlw211l2lt = i= =0.16(min)mfnlw216450.84.4 精车各段外圆及宽 7.2mm 的槽1) 切削深度 单边余量为 Z=0.3mm 分两次切除。2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.2mm/r3) 计算切削速度 vyxpmckfaTCvv其中： =342, =0.15, =0.35, m=0.2。vCvxv=1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , Mkskkvkrv=0.97。Bvk所以 1.44 0.8 1.04 0.81 0.97=96mvc 35.015.02.64/min4) 确定机床主顶杆转速 第 15 页 共 30 页ns= = 873r/minWd10cv9635与 873r/min 相近的机床转速为 900r/min。现选取=900r/min。wn所以实际切削速度= =cv10sdn35908./min5)切削工时，按工艺手册表 6.2-1。t = i ;其中 l=60mm; =4mm; =0mm;mfnlw211l2lt = i= =0.711(min)fl216490.4.5 铣宽 6mm 键槽1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 YG8,， ， ， 。map5.106d25/minv4z2. 决定铣削用量1）决定铣削深度因为加工余量不大，一次加工完成 map5.2）决定每次进给量及切削速度根据 X51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。第 16 页 共 30 页根据表查出 ，则齿/2.0mfz105136insvnrd按机床标准选取 1450wn/64027.i10wvm当 1450r/min 时n.41506/mzwf r按机床标准选取 2mf3）计算工时切削工时： ， ， ，则机动工时为45ll91ml321230.6inmwtnfx第 17 页 共 30 页五、 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。由指导老师的分配，决定设计第 10 道工序铣宽 6mm 键槽的铣床夹具。5.1 问题的提出 本夹具主要用于铣宽 6mm 键槽，本道工序加工精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。5.2 定位基准的选择我们采用外圆和端面为定位基准，采用 V 型块和支承钉定位，为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用移动压板作为夹紧机构。5.3 切削力及夹紧力计算 （1）刀具： 采用键槽铣刀 6mm z=24机床： x51 立式铣床由3 所列公式 得FVzwqueyXpFndafC0查表 9.48 得其中： 修正系数 0.1vk3F83.FqFX第 18 页 共 30 页z=24 65.0Fy83.0Fu8Pa0Fw代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K= 4321K其中： 为基本安全系数 1.5为加工性质系数 1.12为刀具钝化系数 1.13K为断续切削系数 1.14所以 NF7.15（2）夹紧力的计算选用夹紧螺钉夹紧机 由 FKf21其中 f 为夹紧面上的摩擦系数，取25.01fF= +G G 为工件自重zPNfFN4.35121夹紧螺钉： 公称直径 d=12mm，材料 45 钢 性能级数为第 19 页 共 30 页6.8 级MPaB106MPaBs4801螺钉疲劳极限： B9263.2.1极限应力幅： Pakma7.51li 许用应力幅： MSa3.li螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 ss=3.54 取s=4得 MPa120满足要求8.24cHdFPaNc153.2经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力第 20 页 共 30 页5.4 定位误差分析工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在铣床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin=0.053-0.024=0.029 本工序采用 V 型块，一支承钉定位，工件始终靠近挡块的一面。故应当能满足定位要求。5.5 夹具设计及操作简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了直压板夹紧方式。本工序为铣切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。 本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用移动压板快速夹紧机构。第 21 页 共 30 页总 结这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现, 提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节, 更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设计与工艺等方面的知识； 以及自己独立思考能力和创新能力得到更进一步的锻炼与提高；再次体会到理论与实践相结合时，理论与实践也存在差异。回顾起此次设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到完成定稿，从理论到实践，在整整一学期的日子里，可以说学到了很多很多的的东西，同时巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才第 22 页 共 30 页能真正的实用，在生产过程中得到应用。在设计的过程中遇到了许多问题，当然也发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次毕业设计，让自己把以前所学过的知识重新复习了一遍。这次设计虽然顺利完成了，也解决了许多问题，也碰到了许多问题，老师的辛勤指导下，都迎刃而解。同时，在老师的身上我也学得到很多额外的知识，在此我表示深深的感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位教研室指导老师再次表示忠心的感谢！第 23 页 共 30 页致 谢这次设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见，在我遇到难题时给我指明了方向，最终我很顺利的完成了毕业设计。这次设计成绩的取得，与指导老师的细心指导是分不开的。在此，我衷心感谢我的指导老师，特别是每次都放下她的休息时间，耐心地帮助我解决技术上的一些难题，她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，她都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，她不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩指导老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。第 24 页 共 30 页参 考 文 献1. 切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版，1994 年2.机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994 年3.机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983 年4.机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学技术出版社出版，1990 年5.金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社，1981 年10 月6.机械制造工艺学，郭宗连、秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1997 年第 25 页 共 30 页