操纵杆支架加工工艺及夹具设计

XX 学 院 本科毕业论文（设计）题目操纵杆支架加工工艺及夹具设计作者 学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化学号指导教师 二一五 年 五 月 五十三 日摘 要 本次设计的主要内容是操纵杆支架加工工艺及夹具设计，操纵杆支架主要是与其它零件配对使用，其主要加工表面及控制位置为两侧面和支架底面。由零件要求分析可知，保证外侧端面和底座厚度尺寸的同时应该尽量保证其垂直度，这对于后工序装配和总成使用上来说都有重要影响。所以，工序安排时，采取以底面粗定位夹紧加工后，对两侧面进行铣削加工同时成型。因其粗糙度为Ra12.5，可通过粗铣、半精铣来满足。对于钻孔时，主要以操纵杆支架的内孔定位，控制其自由度，以达到加工出来的产品满足要求并且一致性好的目的。本文的研究重点在于通过对操纵杆支架的工艺性和力学性能分析，对加工工艺进行合理分析，选择确定合理的毛坯、加工方式、设计高效、省力的夹具，通过实践验证，最终加工出合格的操纵杆支架零件。关键词：操纵杆支架；加工余量；工艺；夹具IABSTRACTEnable producing the target in process of production raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally.At present, part of the processing of domestic have begun to close to the machine tool, but also need to clamp the workpiece, that is to say, although the technology has been greatly improved but his nature has not changed much, on the flip side, because of his skill and precision is high, so a high quality tool holder of machine tools is an absolute necessity. As everyone knows, because our technology in the unceasing development, technical requirements for processing of the knife is also more and more high, before an ordinary lathe is clamped four tool, and now there is a large number of will not meet the work requirements, therefore, tool holder part can clamp the tool also needs our staff to develop.KEYWORDS:fixture multi-function; Die forging links; Group technology;clipping tightI目录摘要IABSTRACTII第一章 绪论1第二章 零件的分析5 2.1零件的作用5 2.2零件的工艺分析5第三章 确定毛坯，绘制毛坯图、零件图8 3.1确定毛坯的制造形式及材料8 3.2机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定8第四章 工艺规程设计10 4.1定位基准的选择10 4.2制定工艺路线10 4.3选择加工设备及刀、夹、量具14 4.4 确定切削用量及基本工时16 4.4.1粗、精铣底部端面17 4.4.2粗、精铣端面，保证厚度至尺寸20 4.4.3粗铣两侧端面20 4.4.4精铣两侧端面19 4.4.5粗铣内侧端面19 4.4.6精铣内侧端面20 4.4.7粗铣内侧端面20 4.4.8钻、绞内孔至尺寸20 4.4.9 钻、绞内孔至尺寸20 第五章 钻孔夹具设计265.1定位基准的选择265.2定位元件的设计265.3切削力及夹紧力的计算275.4钻套的设计285.5夹紧装置的设计29小 结28致 谢29参考文献30第一章 绪论本文首先对操纵杆支架的零件进行分析，通过对操纵杆支架进行的研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算等相关内容。为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，与指导老协商后，觉得用夹具比较合适。在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查阅相关资料和书籍，了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤，并运用这些方法和步骤进行了操纵杆支架的机械加工工艺及夹具设计。整个设计的指导思想“简便、高效、经济”。力求生产处符合要求的产品。第二章 零件的分析2.1 夹具的发展史题目所给的零件是操纵杆支架，而操纵架一般是铸造件，上面钻或铣有直孔，其作用是用来与其它部件进行连接的。本课题的任务就是”操纵杆支架加工工艺及夹具“这个课题。2.2 零件的工艺分析（1）以主视图为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：操纵杆支架外侧面的铣削加工，内侧端面的铣削加工以及、内孔的钻、绞削加工。内孔钻、绞削加工。其中30H7内孔的表面粗糙度要求为，60H11内孔表面粗糙度要求为，其余加工表面的粗糙度均为。 以下是该操纵杆支架的零件图。 图1-1 操纵杆支架零件图主视图 图1-2 操纵杆支架左视图第三章 确定毛坯，绘制毛坯图、零件图3.1 确定毛坯的制造形式及材料“操纵杆支架”零件材料采用铸造。法兰材料为HT200，需表面电镀处理，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。由于零件尺寸不大，结构比较复杂，因此我们采用铸造的形式，从而提高劳动生产率，降低成本。3.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定3.2.1 外侧端面的加工余量 根据工序要求，操纵杆支架的外侧端面的加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：参照实用机械制造工艺设计手册表7-23。其余量值规定为2.16.5mm，现取5mm。 表7-27粗铣时厚度偏差取-0.28mm。半精铣：参照实用机械制造工艺设计手册表7-24。其余量值规定为0.81.0mm，现取1mm。毛坯的基本尺寸为70+2.5+2.5=75mm。 根据实用机械制造工艺设计手册表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得毛坯尺寸公差为1.6mm。 毛坯的名义尺寸为：66+3+3=72mm 毛坯最小尺寸为： 72-0.8=71.2mm 毛坯最大尺寸为： 72+0.8=72.8mm 粗铣后最大尺寸为 72-1-1=74mm 精铣后最小尺寸为72-3-3=66mm 操纵杆支架计铣尺寸与零件图尺寸相同，即。3.2.2、内侧端面的加工余量 根据工序要求，该孔的加工分为粗铣、半精铣两个工序完成，各工序余量如下：粗铣：参照实用机械制造工艺设计手册表7-13，其余量值为2.0mm;精铣：参照实用机械制造工艺设计手册表7-13，其余量值为0.3mm。毛坯的基本尺寸分别为：毛坯基本尺寸为36+3+3=42；根据实用机械制造工艺设计手册表2-5，HT200尺寸公差等级选用CT7，可得毛坯尺寸公差为1.1mm。毛坯名义尺寸为36+3+3=42；毛坯最大尺寸为42+0.55=42.25；毛坯最小尺寸为42-0.55=41.45；粗铣工序尺寸为38；精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即；3.2.3、两端面的加工余量根据工序要求，两端面的加工只要粗铣、半精铣两个工序完成，各工序余量如下：粗铣：参照实用机械制造工艺设计手册表7-13，其余量值为2.5mm；毛坯的基本尺寸分别为：毛坯基本尺寸为23+3+3=29mm；根据实用机械制造工艺设计手册表2-5，HT200尺寸公差等级选用CT7，可得毛坯尺寸公差为1.1mm。毛坯名义尺寸为29-2-1.3-0.3=25.7mm；毛坯最大尺寸为25.7mm+0.55=26.25mm；毛坯最小尺寸为25.7m45mm；第四章 工艺规程设计4.1 定位基准的选择 4.1.1、粗基准的选择： 粗基准选择应当满足以下要求：A、保证各重要支承孔的加工余量均匀；B、保证操纵杆支架的内壁有一定的间隙。为了满足上述要求，应选择操纵杆支架的主要面作为定位基准。即以操纵杆支架的两个端面上的内孔作为粗基准来限制工件的四个自由度，再以另一个面作为定位基准来限制第五个自由度。这样就能够很好地保证工件的定位，从而达到了加工各个工序的目的。4.1.2、精基准的选择：从保证操纵杆支架孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证操纵杆支架零件在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从操纵杆支架零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是操纵杆支架箱体的装配基准，但因为它与操纵杆支架箱体的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。4.2、制定工艺路线对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。操纵杆支架体加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以底面作为定位基准来加工顶面，然后已经铣削好的顶面为基准来加工底面。第二个工序是铣削加工操纵杆支架零件的四侧端面及倒角C3。由于顶平面加工完成后一直到操纵杆支架体加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。后续工序安排应当遵循先面后孔的原则。先粗、精加工平面，再粗、精加工孔系。因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段后分散进行。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。根据以上分析过程，现初步拟定操纵杆支架加工工艺路线如下；方案一：铸造毛坯92X74人工时效处理工序30粗、精铣底部端面粗、精铣端面，保证厚度至尺寸 粗铣两侧端面精铣两侧端面粗铣内侧端面精铣内侧端面粗铣内侧端面精铣内侧端面钻、绞内孔至尺寸钻、绞内孔至尺寸去毛刺倒棱角。验收、入库 方案二：铸造毛坯92X74人工时效处理粗、精铣底部端面粗、精铣端面，保证厚度至尺寸粗铣内侧端面精铣内侧端面粗铣内侧端面精铣内侧端面粗铣两侧端面精铣两侧端面钻、绞内孔至尺寸钻、绞内孔至尺寸去毛刺倒棱角。验收、入库 方案三：铸造毛坯92X74人工时效处理粗、精铣底部端面粗铣两侧端面精铣两侧端面 粗、精铣端面，保证厚度至尺寸粗铣内侧端面精铣内侧端面粗铣内侧端面精铣内侧端面 钻、绞内孔至尺寸钻、绞内孔至尺寸去毛刺倒棱角。验收、入库 其中，方案二的工艺路线虽能方便工人安装加工，但在装夹加工过程中会对零件已加工好表面造成破坏，造成零件损失；方案三，能加工出所要的零件，但加工时对零件的装夹和拆卸较频繁，时间耽搁较长，生产率下降；所以，综合选定，方案一可用。4.3、选择加工设备及刀、夹、量具 由图样分析，该图样需要铣削底面和两侧面，在这里我们在铣端面时选用端面铣刀。而钻削加工时我们可以选择直柄麻花钻头，量具可选用0-150mm为75-100mm的测量游标卡尺，外径千分尺，游标深度卡尺等。4.4 确定切削用量及基本工时 4.4.1粗、精铣底部端面查表可知，由于刀杆伸出长度为，切削深度为。于是就有：铣刀的进给量；切削速度：通过查找相关手册可知由表可知，机床主轴转速的计算公式为：，有于是就有机床的切削速度： =计算每分钟进给量：铣削的长度l的计算：计算刀具的切入长度：计算刀具的切出长度： 有计算行程次数：计算机动时间：4.4.2粗、精铣端面，保证厚度至尺寸 本工序为 粗、精铣端面的工序,我们选择机床：铣床 X5032，功率P=11kw； 刀具：选用高速钢圆镶齿三面刃铣刀 查 机械制造工艺设计简明手册3.139，刀具数据如下：d=20 1)铣削进宽度的选择根据实际工况，我们通过机械制造工艺设计简明手册3.127可知12 这里取1.52)铣削每齿进给量的选择查机械制造工艺设计手册表328 329可知 0.25 3)铣削速度的选择查机械制造工艺设计手册表330可知所以：4)计算切削时间 查机械制造工艺、金属切削机床设计指导表1.415 可知：机床功率足够。4.4.3粗铣两侧端面（1）、铣削宽度的选择查机械制造工艺设计简明手册表3.127有半精铣 这里取（2）、铣削每齿给量的选择查机械制造工艺设计手册表328有 （3）、铣削深度的选择查机械制造工艺设计手册表329有 （4）、铣削速度的选择 查机械制造工艺设计手册表330有 所以：（5） 计算切削时间 查机械制造工艺、金属切削机床设计指导表1.415 可知： 所以，（6）计算铣削力 查机械制造工艺设计手册表325有 ：式中： 所以， 4.4.4精铣两侧端面机床：X5032铣床刀具：硬质合金钢刀具YG3X 切削深度：进给量：根据实际工况，我们通过实用机械工艺简明手册中2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：由实用机械工艺简明手册中，可以知道4-66，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 即工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：4.4.5粗铣内侧端面切削深度=2mm进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量。切削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66取机床主轴转速，由式（1.1）有：，取实际切削速度，由式（1.2）有：工作台每分钟进给量： 式（1.7）被切削层长度：刀具切入长度： 式（1.6）刀具切出长度： 取行程次数：机动时间，由式（1.5）有：4.4.6精铣内侧端面切削深度：,进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，取：机床主轴转速，由式（1.1）有，取实际切削速度，由式（1.2）有： 工作台每分钟进给量，由式（1.7）有：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.6）有：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间，由式（1.5）有：切削深度： 进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，取机床主轴转速，由式（1.2）有：，取实际切削速度，由式（1.2）有： 工作台每分钟进给量，由式（1.7）有：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.6）有：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间，由式（1.5）有：4.4.7粗铣内侧端面切削深度：,进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，取：机床主轴转速，由式（1.1）有，取实际切削速度，由式（1.2）有： 工作台每分钟进给量，由式（1.7）有：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.6）有：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间，由式（1.5）有：切削深度： 进给量：根据参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照参考文献7机械加工工艺手册表2.4-66，取机床主轴转速，由式（1.2）有：，取实际切削速度，由式（1.2）有： 工作台每分钟进给量，由式（1.7）有：被切削层长度：刀具切入长度，由式（1.6）有：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间，由式（1.5）有：4.4.8钻、绞内孔至尺寸工件材料为HT200铸铁。孔的直径为20mm，表面粗糙度12.5。加工机床为Z3050，加工工序为钻，加工刀具为：钻孔18mm。确定进给量 根据参考文献7表28-10可查出，由于孔深度比，故。查Z3050立式钻床说明书，取。根据参考文献7表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据参考文献7表28-9，允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 根据表28-15，由插入法得：，由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。由参考文献7表28-3，故查Z3050机床说明书，取。实际切削速度为由参考文献7表28-5，故校验机床功率 切削功率为 机床有效功率故选择的钻削用量可用。即，相应地，4.4.9 钻、绞内孔至尺寸工件材料为HT200铸铁。孔的直径为11mm，表面粗糙度12.5。加工机床为Z3050，加工工序为钻，加工刀具为：钻孔11mm。确定进给量 根据参考文献7表28-10可查出，由于孔深度比，故。查Z3050立式钻床说明书，取。根据参考文献7表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据参考文献7表28-9，允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 根据表28-15，由插入法得：，由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。由参考文献7表28-3，故查Z3050机床说明书，取。实际切削速度为由参考文献7表28-5，故校验机床功率 切削功率为 机床有效功率故选择的钻削用量可用。即，相应地，第五章 钻孔夹具的设计本夹具主要用来钻底面孔，所考虑的要确定定位基准面和定位基准中心，钻孔要考虑使用钻套，夹紧装置要考虑用手动还是自动夹紧方式。5.1定位基准的选择根据钻孔夹具的定位方式相同，也采用一面两孔定位，一面即为加工好的内部底面，两孔选择2-。5.2定位元件的设计本工序选用的定位基准为一面两孔定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对阶梯式定位销进行设计。由加工工艺孔工序简图可计算出两工艺孔中心距。由于两工艺孔有位置度公差，所以取其尺寸公差为。所以两工艺孔的中心距为 ，而两工艺孔尺寸为。根据削边销与圆柱销的设计计算过程如下：图5-1 定位元件示意图（1）确定两定位销中心距尺寸及其偏差 = （2）确定圆柱销直径及其公差 （基准孔最小直径） 取f7 所以圆柱销尺寸为 （3）削边销的宽度b和B （由机床夹具设计手册） （4）削边销与基准孔的最小配合间隙 其中： 基准孔最小直径 圆柱销与基准孔的配合间隙（5）削边销直径及其公差 按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为，则削边销的定位圆柱部分定位直径尺寸为 。 5.3切削力及夹紧力的计算 由资料机床夹具设计手册查表可得：切削力公式： 式（2.17）式中 查表得： 即：实际所需夹紧力：由参考机床夹具设计手册表得： 安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献16机床夹具设计手册表 可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。取，螺旋夹紧时产生的夹紧力，由式（2.9）有：式中参数由机床夹具设计手册可查得： 其中： 由机床夹具设计手册表得：原动力计算公式：由上述计算易得： 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。5.4钻套的设计本次钻孔需钻的是底面上的共孔，由于分别都是均布分布的孔，要采用快换式钻套来对各孔进行钻孔加工。以下式快换式钻套的选择。图5-2 快换钻套钻套结构参数如下表：表5-1 钻套基本结构参数dHD公称尺寸允差255635+0.025+0.0095246125.52132.55.5夹紧装置的设计 本次夹紧装置采用手动夹紧装置，用压板直接夹紧操纵杆支架内部底面上的即可，一边采用一个压板，用阶梯式定位销对操纵杆支架两侧进行定位。具体夹具装配图如下图所示： 图5-5 所示 小 结这段时间以来，通过查阅各种需要用到的资料，和以往老师们传授的知识，通过日以继夜的计算和绘图，到如今论文总算完成了，心里充满了各种感想。觉得做一门学问，真的不容易，需要花费很多的时间和精力在上面，只有这样，才能做得更好，才能使论文得到大家都认可。做到这里，论文总算完成了，我觉得做一个零件的夹具设计，首先需要了解这个零件的作用以及使用场合，然后就是它的加工工艺，根据它最重要的加工工艺位置来做相对应的夹具，这样就很容易找到做夹具的切入点，通过定位基准，精基准的选择，从而设计出合理的有效的工装夹具，这样也便于实际生产。致 谢时间过得真快，转眼就要到了毕业的时候了，心里感概很多，在论文完成之际，我要向我的导师表示由衷的感谢！感谢您这四年对我们的谆谆教导，您不仅在学习学业上给我以精心的指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀支持和理解，给予我人生的启迪，使我在顺利地完成专科阶段的学业同时，也学到了很多有用的做人的道理，明确了人生目标。知道自己想要什么，知道以后的人生目标是什么，通过这几年的学习，让我知道了我们亲爱的导师严谨求实的治学态度，锐意创新的学术作风，认真加负责，公而忘私的敬业精神，豁达开朗的宽广胸怀，平易近人。经过近半年努力的设计与计算，通过查找了各类的夹具，编程手册论文终于可以完成了，我感到很开心，也很激动，因为这是我知识的积累。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为我自己已经尽力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学三年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识。参考文献1 王少军机械制造工艺学（M）北京：机械工业出版社，2009 352 寿主编机床夹具设计北京：机械工业出版社，2011 86973 王笑天金属材料学（M）北京：机械工业出版社，2012 22364 邱中怀技术，应用与开发EM）北京：机械工业出版社，2012 33655 张华机械原理(M)北京：高等教育出版社，2013：40556 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学机床夹具设计手册（M）上海：. 上海科学技术出版社，2012：1031217 杨立峰 黑客入侵网页攻防修炼，电子工业出版社，2011：56748 王平鸿机器维修工程学（M）北京：农业出版社，2013：19399 张耀鹅加工技术实用手册（M）北京：冶金工业出版社，2014：12014610 李民国内外焊丝简明手册北京：兵器工业出版社，2009：365811 李伊敏。和辩工艺设计工作的要求。机械工业出版社，2010：365812 姚晨。实际加工工艺设计手册。航空工业出版社，2014; 12014613Yon-chun Chou, R. A. Srinivas. Automatic design of machining fixture conceptual design J. Int J Adv Manuf Technol (2011) 9:3-12.14 J. Cecil. A Clamping Design Approach for Automated Fixture Design J. Int J Adv Manuf Technol (2011) 18:784789.XXIV