杠杆零件粗铣环形槽内槽的铣床夹具

辽宁工程技术大学课程设计 1414摘要11 设计杠杆零件的机械加工工艺规程31.1 杠杆的工艺性分析及生产类型的确定31.1.1 杠杆的作用31.1.2 杠杆的技术要求31.1.3 审查杠杆的工艺性31.1.4 确定杠杆的生产类型41.2 机械加工工艺规程设计41.2.1 选择毛坯41.2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量41.2.3 绘制杠杆毛坯简图61.3 拟定杠杆工艺路线61.3.1 定位基准的选择61.3.2 表面加工方法的确定71.3.3 加工阶段的划分71.3.4 工序的集中与分散71.3.5 工序顺序的安排81.3.6 确定工艺路线81.4 工序尺寸（工序5）91.5 切削用量、时间定额的计算（工序5）91.5.1切削用量的计算91.5.2 时间定额的计算92 相关工序夹具的设计102.1 定位方案102.2 定位误差分析102.3 夹紧机构102.4 对刀装置112.5 夹具与机床联接元件122.6 夹具体122.7 方案综合评价和总结123 设计体会134 参考文献14摘要机械加工工艺与工艺装备课程设计是学生学完了机械制造工艺与装备课程后，对机械加工工艺过程、机械加工工艺和机床夹具结构进一步了解的练习性的教学环节，是学习深化与升华的重要过程，是对学生综合素质与工程实践的能力培养应在指导教师指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。在课程设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。应学会依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。该课程设计是学完本课程之后的一项重要的实践，是我们步入社会的一次深刻的链接，考察了我们独立设计，计算，绘图和分析的能力，同时提高了我们查阅各种设计手册的能力，通过该课程设计我了解了夹具设计的一般步骤，需要用到的一些结构都需要我认真查阅后绘制到图纸上，通过课程设计我学会了很多课本上没有的知识由于本人能力有限，设计中一定存在很多不足之处，还请各位老师多多斧正。AbstractMachining process and process equipment, curriculum design is of mechanical manufacturing processes and equipment course, the process of machining, machining technology and a better understanding of the structure of machine tool fixture of teaching practice is to learn the importance of deepening and distillation process is the overall quality of the students practice with capacity-building projectsShould be independent, under the guidance of the guiding teachers to complete a given design task, the preparation of the design specification to meet the requirements and the correct rendering of the chart.Work in curriculum design should be integrated use of multi-disciplinary theory, knowledge and skills, analyze, and solve engineering problems.Pursuant to a technical issue should learn tasks, information research, collection, processing and finishing and the proper use of tool; train students to master the procedures related to engineering design, methods and technical specifications to improve the engineering design calculation, drawing drawings, the ability of the preparation of technical documents ; train students to experiment, testing the basic method of scientific research; training engineering students to analyze and solve practical problems.The course was designed after the completion of this course as an important practice in our society into a deep link, independent of our study design, computing, graphics and analysis capabilities.Due to my limited capacity, there must be a lot of design deficiencies, but also called upon teachers more.1 设计杠杆零件的机械加工工艺规程1.1 杠杆的工艺性分析及生产类型的确定1.1.1 杠杆的作用1.1.2 杠杆的技术要求根据杠杆的零件图纸将该杠杆的全部技术要求列于表中。表1-1 杠杆零件技术要求表加工表面尺寸及偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙度Ra(um)形位公差杠杆脚部左端面5IT1512.5杠杆脚部右端面5IT1512.5杠杆头部左端面10IT1512.5杠杆头部左端面10IT1512.5孔IT73.2孔IT123.2杆杆槽宽度IT103.2杆杆槽深度18IT153.21.1.3 审查杠杆的工艺性分析零件图可知，杠杆的两端面均要求切削加工，该零件除主要工作表面（杠杆的的槽、孔、孔）外其余加工表面加工精度较低，通过铣削，钻床的粗加工就可以达到要求， 虽然主要工作表面加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件的公艺性较好。1.1.4 确定杠杆的生产类型Q=5000件/年；结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。代入公式（1-1）得N=5000件/年X（1+3%）X（1+0.5%）=5175.8件/年拔叉重量为2.0kg，由查表1-3知，拔叉属于轻型零件；由表1-4知，该拔叉的生产为大批生产。1.2 机械加工工艺规程设计1.2.1 选择毛坯由零件要求可知，不但要有高的抗拉、压强度和高的疲劳强度，而且要有足够的刚性和韧性，选择材料为45钢。为增强杠杆的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛胚选用锻件。该零件轮廓尺寸不大，且生产类型数大批生产，为提高生产率和锻件精度，采用模锻方法制造毛胚，毛胚拔模斜度为5。1.2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量1.2.2.1 公差等级 根据杠杆的功用和要求，确定该零件的公差等级为普通级。1.2.2.2 锻件重量加工后工件重量为2.0kg,初步估计锻件加工前毛胚重量为4.0kg。1.2.2.3 锻件形状复杂系数对杠杆零件图分析，大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度、和高度， (详见毛胚简图)；有公式（2-3）和（2-5）可计算出杠杆锻件的形状复杂系数S = mt/ mN = 6/（lbh）=(97mm53207.8 10-6kg/mm3) 6/8.010.74由于0.74介于0.63和1之间故形状复杂系数属S1级1.2.2.4 材质系数该材料属45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故锻件材质系属M1级。1.2.2.5 锻件分模线形状 根据杠杆形位特点，选高度方向的对称平面为为分模面，属平直分模线，如图杠杆锻造毛胚见图所示。1.2.2.6 零件表面粗糙度有零件图所示，该杠杆各加工表面的粗糙度Ra均大于1.6。根据上述综因素，查机械制造技术基础课程设计指导书中表2-102-12确定该段间的尺寸公差和机械加工余量。所得结果列于表2-1。确定此铸造毛坯的尺寸公差和机械加工余量如下表所示：表2-1 杠杆铸造毛坯尺寸公差及机械加工余量表项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm备注孔2.0表2-142.2表2-10孔2.0 表2-14 2.2表2-10中心距32 0.3表2-12 杠杆脚部厚度52.02.2（取2.0）表2-131.6表2-11杠杆脚部宽度92.02.2（取2.0）表2-132.2表2-10杆杆槽宽度62.02.2（取2.0）表2-132.2表2-10杆杆槽深度182.02.2（取2.0）表2-132.2表2-101.2.3 绘制杠杆毛坯简图由表2-1所得结果，绘制毛坯简图如下所示：图3-1 杠杆铸造毛坯简图1.3 拟定杠杆工艺路线1.3.1 定位基准的选择基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确与否，可以是加工质量的到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。1.3.1.1 精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，选择零件左视图中的左楔面和中心轴孔中心线作为精基准。1.3.1.2 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，选取零件左视图中的右端面为粗基准。1.3.2 表面加工方法的确定表3-1 杠杆零件各表面加工方法加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/um加工方案备注左视图的有端面IT1212.5粗铣表1-8脚部圆角IT1212.5粗铣表1-8孔IT71.6钻-粗铰-精铰表1-76孔IT71.6钻-粗铰-精铰表1-7脚部槽IT63.2粗铣-半精加工精铣表1-81.3.3 加工阶段的划分该杠杆加工质量要求一般，可将加工阶段划分成粗加工，半精加工和精加工阶段。，在粗加工阶段。首先将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣杠杆端面，脚步圆角。粗扩两个孔再精铰两个孔。粗铣脚部槽，半精铣再精铣。1.3.4 工序的集中与分散选用工序集中原则安排杠杆的加工工序。该杠杆的生产类型为大批或者中批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。1.3.5 工序顺序的安排1.3.5.1 机械加工工序1.3.5.1.1 遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准杠杆下部外园柱表面和左右楔面。1.3.5.1.2 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。1.3.5.1.3 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，后加工次要表面。1.3.5.1.4 遵循“先面后孔”原则，先加工主要表面，后加工孔。1.3.5.2热处理工序1.3.5.3 辅助工序在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去前的工序以后，再加强毛刺、清洗和终检工序。1.3.6 确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了杠杆的工艺路线。表3-2 杠杆工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床装备刀具量具1粗铣左视图的左端面X62卧式铣床铣刀游标卡尺2粗铣脚部2的圆角。X62卧式铣床铣刀游标卡尺3钻、粗铰、精铰8的孔。Z525组合钻床麻花钻、铰刀内径千分尺、塞规4钻、粗铰、精铰6的孔。Z525组合钻床麻花钻、铰刀内径千分尺、塞规5粗铣6的槽X62卧式铣床铣刀游标卡尺6清洗清洗机7终检塞规、卡尺等1.4 工序尺寸（工序5）由零件图及查表可得，此工序的工序尺寸为6mm，加工精度等级为IT6。从零件图中可以得知，此工序的加工公差值为0.043mm，上下极限偏差值分别为+0.043mm、0mm.1.5 切削用量、时间定额的计算（工序5）1.5.1切削用量的计算该工序就是通过多次走刀，完成窄槽的铣削加工。只要选择合适的背吃刀量、切削速度和进给量就可以。通过一次粗铣就能完成工序内容。1.5.1.1 背吃刀量的确定由于机床刚度和刀具尺寸的限定，此工序需要多次走刀，完成要求的机械加工要求。由课程设计指导书表516查得选直径6mm的铣刀，被吃刀量为0.3mm，总铣削深度为18mm共走刀60次。1.5.1.2 进给量的确定由课程设计指导书表516查得进给量为14mm/min.1.5.1.3 铣削速度的计算铣削速度由课程设计指导书表516查得v=28m/min由公式（5-1）n=1000v/d可求得n=1000*28m/*6mm=1486.2r/min参照表418铣床主轴转速为1500r/min,再将此转速带回公式（5-1）求出实际切削速度v=nd/1000=1500r/min*6mm/1000=28.26m/min 1.5.2 时间定额的计算由课程设计指导书表516查得，每分钟垂直切入的进给量为14mm由于选择被吃刀量为0.3mm，总铣削深度为18mm由此可算得铣削的基本时间为=78.3s。可以知道辅助时间0.2=0.278.3=15.66s。布置工作地时间=0.0578.3=3.915s。休息和生理需要时间。则单件时间定额78.3+15.66+3.915+2.349=100.224s。2 相关工序夹具的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。根据老师给定的题目，设计工序5粗铣环形槽内槽的铣床夹具。本专用夹具将用于卧式铣床X62W。刀具为锯片铣刀，制造夹具体毛坯的材料为HT200。通过铸造得到。2.1 定位方案工件以左端面及8轴孔中心线和6轴孔中心为定位基准，采用两个定位销和一个平面，及一个压板组成定位方案。两个定位销限制了零件的两个平动的自由度和三个转动的自由度，利用左端面限制了一个平动自由度。通过压板压在右端面上组成夹紧装置。这些定位装置可以保证对零件六个自由度的限制，工件在夹具中定位，若六个自由度都被限制时，称为完全定位。2.2 定位误差分析零件的工序尺寸用V形块定位，选工件的定位基准和工序基准都在圆形截面的圆心上。由于基准重合，不存在基准不重合误差。基准移位误差=0.04mm，就是此定位方案的定位误差。2.3 夹紧机构根据生产要求，选用气动压板夹紧机构进行夹紧，利用压板直接夹紧工件。使用气动夹紧装置，适应工件的大批量生产要求，并有效的提高了工作效率。确定夹紧力的基本原则，夹紧力包括大小，方向和作用点三个要素，它们的确定是夹紧机构设计中首先要解决的问题。应依据工件的结构特点，加工要求并结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和布置方式等中和考虑。1，夹紧力方向的选择夹紧力的方向与工件定位基准所处的位置，以及工件所受外力的作用方向等有关。选择时注意，应垂直于主要定位基准面。以保证工件夹紧的稳定性，最好与切削力和工件重力的方向一致，这样所需夹紧力最小，应尽量与工件刚度最大的方向一致，以减少变形。2，夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择对夹紧的稳定性和工件变形有很大的影响。选择时注意：应落在支撑元件上或几个支撑元件所形成的支承面内，应落在工件刚度好的部位上，应尽量靠近加工面。3，夹紧力的计算（1）选择气动夹紧装置的气缸选择气缸类型为QGB无缓冲的普通气缸（查机械加工工艺装备设计手册表3-196），缸径为40mm,工作压力为0.4Mpa,周围介质温度为-10 +80摄氏度，输出力（在压力为0.4Mpa时）。推力为50daN，拉力为42daN。行程范围为40300mm。（2）数值计算夹紧力：: 工作缸活塞直径：工作缸气压力： 动力源气缸活塞直径： 动力源气缸活塞杆外径（活塞杆直径为0.25D0.2D）：动力源气缸压力为0.4Mpa： 当D小于100mm时，取=0.65 0.80，这里D=40mm，取=0.80= 30mm ，=0.25=10mm。经计算：夹紧力： 代入数值得到：2.4 对刀装置采用直角对刀块及平塞尺对刀。2.5 夹具与机床联接元件采用四个标准定为键，每两个定位键用螺钉固定在夹具体底面同一条直线位置上，用于确定铣床夹具相对于机床进给方向的正确位置。要保证定位键的宽度与机床工作台T型槽相匹配的要求。定位键可以承受一定的铣削扭矩，减轻夹紧螺栓、夹具体与机床的负荷，加强夹具加工过程的稳定性。夹具体上设置四个坐耳，夹具在机床工作台上定位后，用T形螺栓和螺母及垫片把夹具与机床固定夹紧。2.6 夹具体夹具体一般是夹具上最大和最复杂的基础元件，在夹具体上，要安放组成该夹具所需要的各种元件，机构，装置，并且还要考虑便于装卸工件以及在机床上的固定。因此夹具体的形状和尺寸应满足一定的要求，它主要取决与工件的外廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加工性质等。所以在专用夹具中，夹具体的形状和尺寸很多是非标准的。夹具体设计时应满足一下基本要求：1 有足够的强度和刚度2 减轻重量，便于操作3 安放稳定，可靠4 尺寸稳定，有一定的精度5 结构稳定，工艺性好6 排屑方便7 应吊装方便，使用安全2.7 方案综合评价和总结该夹具结构简单，操作方便。采用气动夹紧装置，使工件的夹紧与卸下过程更为方便快捷。夹具上装有直角对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀；同时，夹具体底面上的两对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。工作过程为气动夹紧装置为夹紧机构提供动力源，夹紧机构控制夹紧元件，夹紧元件直接与工件接触并对工件进行夹紧。对工件的夹紧可通过控制气动夹紧装置来完成，实现了工件的夹紧与卸下的自动化，这样有效的提高生产效率。此设计达到了铣床专用夹具的设计要求，能够满足加工条件的要求，达到完成加工的目的。3 设计体会为期三周的夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我在老师的指导下，取得了可喜的成绩，课程设计作为机械制造基础课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。本次课程设计主要经历了两个阶段，第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我运用了基准选择、机床选用等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。经过这三个星期的设计，我基本掌握了零件的加工过程分析及工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤，学会了查找相关手册、说明书等，以及选择使用工艺装备等等。总之，这次设计使我在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。由于个人能力有限，所学知识还不能完全掌握，设计中还有许多错误和不足，请各位老师和同学们多多斧正。4 参考文献1哈尔滨工业大学，机床夹具设计，上海科学技术出版社，1990。2顾崇衡，机械制造工艺学，陕西科学出版社，1995。3邹青，机械制造技术基础课程设计指导教程，机械工业出版社，200.8。4崇凯，机械制造技术基础课程设计指南，化学工业出版社，2006.12。5周开勤，机械零件手册，高等教育出版社，1994。6大连组合机床研究所，组合机床设计，机械工业出版社，1978。7李云.机械制造及设备指导手册.北京:机械工业出版社,1997.88孟少农.机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社,1991.99李庆寿.机床夹具设计.北京：机械工业出版社，198410于骏一.机械制造技术基础.北京：机械工业出版社，200011薛源顺.机床卡具设计.北京：机械工业出版社，200012赵家奇.机械制造工艺学课程设计指导书2版.北京:机械工业出版社,2000.1013陶崇德.葛鸿翰.机床夹具设计.第二版.上海：上海科技技术出版社,198914黄健求.机械制造技术基础. 机械工业出版社,200515 杨叔子. 机械加工工艺师手册. 机械工业出版社.2000