YA19005连接板 零件机械加工工艺钻孔夹具设计【含7张图纸及及档全套】

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机械制造技术基础课程设计是我们学完了大学全部基础课，技术基础课以及大部分专业课之后进行的，这是我们在进行毕业设计之前对所有各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 本次课程设计内容包括零件的分析，工艺路线的制定，工艺规划设计，某道工序的夹具设计以及该道工序的工序卡，机械加工综合卡片，夹具装配图以及夹具底座零件图的绘制等等。 就我个人而言，希望能通过这次课程设计对未来即将从事的工作进行一次适应性的训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，并学会将所学到的理论知识应用到具体的实际生产问题中来，为以后走向社会打下坚实的基础。 由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师批评指正。 2.设计目的 机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础课程进行了生产实习之后的一个重要的实践教学环节。学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生综合运用本课程及有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计。其目的如下： ①培养学生解决机械加工工艺问题的能力。通过课程设计，熟练运用机械技术基础课程中的基本理论及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中定位、加紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量，初步具备设计一个中等复杂程度零件的能力。 ②培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。 ③进一步培养学生识图、制图、运用和编写技术文件等基本技能。 二、零件的分析 2.1零件的作用 该零件为典型的杆类零件，而且为连杆类。因此，其主要的要素包括两侧面，孔。另外，还有其它辅助要素通过孔连接即该YA19005连接板的作用是实现运动的传递作用。 2.2零件的工艺分析 该YA19005连接板的加工表面分三种，主要是孔的加工，两侧面的加工各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求，特别是孔的加工，几乎都要保证Ra3.2um的表面粗糙度，因而需精加工，现将主要加工面分述如下： 2.2.1孔的加工 该零件共有2个孔要加工：孔是零件的主要加工面，多组面，，通过两孔中心连线及对两侧对称面，没有位置尺寸度要求，只需要转床粗加工。 2.2.2面的加工 该零件共有2个侧面要加工：两个侧面是配合孔后续工序的主要精基准面，需要精加工。 三、工艺规划设计 3.1毛坯的制造形式 零件材料为铝合金，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较小，形状较复杂，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为成批，大批生产，而砂型锻造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用普通模锻。 由于零件上孔都较大，且都有严格的表面精度要求，故都要留出足够的加工余量。 3.2基面的选择 基面选择是工艺规划设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 3.2.1粗基准的选择 粗基准选择应为后续加工提供精基准，由于两侧面较平整且加工精度较高，故以2个主要侧面为基准。  3.2.2精基准的选择 精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，该零件上重要表面是大头孔φ38H8，由于其与底面有垂直度关系，所以底面自然成为精基准面，考虑到第二基准面选择的方便性，将其精度由原来的φ37H11提高到φ38H8，该定位基准组合在后续孔的加工中，以及孔上径向孔的加工中都将作为精基准面。 3.3工艺路线的拟定 拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。 3.3.1工艺路线方案 10.模锻毛坯; 20.粗铣端面B; 30.粗铣端面A; 40.精铣端面B; 50.精铣端面A; 60.粗钻小头孔φ8; 70.精钻小头孔φ8; 80.倒角; 90.检验入库。 3.3.2工艺方案的确定 10.模锻毛坯; 20.粗铣端面B，以端面A为定位基准; 30.粗铣端面A，以端面B为定位基准; 40.精铣端面B，以端面A为定位基准; 50.精铣端面A，以端面B为定位基准; 60.精钻孔φ8，定位与Ⅵ工序相同; 70.精钻孔φ8，定位与Ⅵ工序相同; 80.倒角，手工倒角，去毛刺; 90.检验入库。 3.4毛坯尺寸及其加工余量的确定 YA19005连接板零件材料为铝合金,毛坯重量约为1.56kg，生产类型为中批或大批生产，采用普通模锻生产。 查表确定加工余量： 普通模锻，材料为铝合金钢，分模线平直对称，材质系数M1,复杂系数=1.56/1.8≈0.87,为S1级，厚度为26mm，普通级，查的上下偏差分别为+1.4和-0.6 3.4.1两侧面毛坯尺寸及加工余量计算 根据工序要求，两侧面经过四道工序，先粗铣端面B，再粗铣端面A，精铣端面B，最后精铣端面A，各步余量如下： 粗铣：由《机械加工工艺手册第一卷》表3.2-23，其余量值规定，零件厚度大于6mm到30mm，宽度小于100mm，其加工余量为1.0mm。 精铣：由《机械加工工艺手册第一卷》表3.2-25，其余量值规定，零件厚度大于6mm到30mm，宽度小于100mm，其加工余量为0.5mm。 故锻造造毛坯的基本尺寸为26＋1＋1＋0.5＋0.5＝29mm 。又根据前面铸件尺寸公差标准值，取尺寸公差的上偏差为1.4mm，下偏差为-0.4mm。故： 毛坯的名义尺寸：26＋1.0＋1.0＋0.5＋0.5＝29mm； 毛坯的最小尺寸：29―0.4＝28.6mm； 毛坯的最大尺寸：29＋1.4＝30.4mm； 粗铣端面B后的最大尺寸：26＋1.0＋0.5＋0.5＋1.4＝29.4mm； 粗铣端面B后的最小尺寸：26＋1.0＋0.5＋0.5―0.4＝27.6mm； 粗铣端面A后的最大尺寸：:26＋0.5＋0.5＋1.4＝28.4mm； 粗铣端面A后的最小尺寸：: 26＋0.5＋0.5―0.4＝26.6mm。 精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按《机械加工工艺手册》表5.29，粗铣→精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。 3.4.2小头孔毛坯尺寸及加工余量计算 根据工序要求，查《机械加工工艺手册》得粗镗的公差上偏差0.21mm，下偏差为0，故： 毛坯的名义尺寸：22－0.8－3.2＝18mm； 毛坯的最大尺寸：18＋1.4＝19.4mm； 毛坯的最小尺寸：18－0.4＝17.6mm； 粗镗小头孔后的最大尺寸：18＋3.2＋0.4＋0.21＝21.81 mm； 粗镗小头孔后的最小尺寸：18＋3.2－1.4＝19.8 mm。 精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按《机械加工工艺手册》表5.29，粗铣→精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。 3.5确定各工序切削用量及基本工时 工序20：粗铣端面B （1）粗铣端面B 取背吃到量，选用X52型立式铣床 ，每齿进给量 工件材料 铝合金 ，锻造 ，高速钢镶齿铣刀、 齿数 ，查表5.8 确定铣削速度 采用X52立式铣床 ，查表3.6，取转速 ， 故实际铣削速度 当工作台每分钟进给 为 由《工艺手册》得 工序30：粗铣端面A （1）粗铣端面B 取背吃到量，选用X52型立式铣床 ，每齿进给量 工件材料 铝合金 ，锻造 ，高速钢镶齿铣刀、 齿数 ，查表5.8 确定铣削速度 采用X52立式铣床 ，查表3.6，取转速 ， 故实际铣削速度 当工作台每分钟进给 为 由《工艺手册》得 3.6.3工序40：精铣端面B 每齿进给量 查表 X52 故实际铣削速度 当 ，工作台每分钟进给量 3.6.4工序50：精铣端面A 每齿进给量 查表 X52 故实际铣削速度 当 ，工作台每分钟进给量 3.6.5工序60：钻、扩、铰孔 钻孔—标准高速钢麻花钻，扩孔—标准高速钢扩孔钻，铰孔—标准高速铰刀。 （1）钻孔 切屑用量： 取背吃刀量，由参考文献[2]可查出，根据z525立式钻床，取进给量，切屑速度：，，，则修正后的切屑速度，即 查参考文献[2]表3.17，取， 故实际切屑速度为。 切屑用时： =10mm，，， 故，， ， （2）扩孔 切屑用量： 取背吃刀量，由参考文献[2]可查出，根据z525立式钻床，取进给量，切屑速度：，，，则修正后的切屑速度，即， 查参考文献[2]表3.17，取， 故实际切屑速度为。 切屑用时： =10mm，，， 故，， ， （3）铰孔 切屑用量： 取背吃刀量，由参考文献[2]可查出，根据z525立式钻床，取进给量，切屑速度：，，，则修正后的切屑速度，即， 查参考文献[2]表3.17，取， 故实际切屑速度为。 切屑用时： =10mm，，，， 故，， ，。 3.6.6工序130：倒角 机床：Z525钻床 刀具：倒角钻头 量具：游标卡尺Ⅱ型 夹具：专用夹具 四、钻孔专用夹具设计 4.1问题的指出 由于生产类型为成批，大批生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需设计专用夹具。 由于对加工精度要求不是很高，所以在本道工序加工时，主要考虑如何降低降低生产成本和降低劳动强度。 本次设计选择设计是针对、钻、扩、铰孔，它将用于Z525钻床。 4.2定位基准的选择 该工序要求中心线与端面（有位置要求，因此可以得出该孔在两个侧面的正中心上，并且还要求其孔为通孔，由于端面经过精铣，精度比较高，因而工序基准为端面A，为了便于加工，选取适当的定位基准，保证其加工要求。夹具设计应首先满足这些要求，在保证较高的生产效率的前提下，还应考虑夹具体制造工艺性和生产经济性。加工过程中夹具的操作应方便，定位夹紧稳定可靠，并且夹具体应具有较好的刚性。 据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。圆台外圆及两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以已加工好的端面作为定位夹具。 4.3夹具方案的设计 如图所示，为了加工通孔，必须使其完全定位。因此初步的设计方案如下, 方案： 首先必须明确其加工时应如图所示，这样水平放置，便于钻床加工。那么要使其完全定位，可以采用:一面加固定V型块和滑动V型块定位，这样既简单又方便。如上图所示，一底面限制的自由度有3个，一个固定V型块限制两个自由度，一个滑动V型块限制限制一个自由度，为使定位可靠，加工稳定，我所设计的定位方案，总共限制了工件的全部6个自由度，属于完全定位。 在该定位方案中，一个支撑面顶住，限制了z轴的移动，z轴的旋转，y轴的旋转三个移动自由度。一个固定V型块限制了y轴的移动，x轴的移动，一个滑动V型块限制了z轴的旋转，这样6个自由度全部被限制 根据上面叙述选择方案。 4.4.切削力和夹紧力计算 （1）刀具：刀具用高速钢刀具钻头 机床： Z525机床 切削力公式： 式中 查表得： 其中：, 即： 实际所需夹紧力：由参考文献[5]表得： 有： 安全系数K可按下式计算有： 式中：为各种因素的安全系数，见参考文献[5]表 可得： 所以 4.5夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=20mm，材料铝合金钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅： 许用应力幅： 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 [s]=2.5~4 取[s]=4 得 满足要求 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 五.定位误差分析 （1）定位元件尺寸及公差确定。 夹具的主要定位元件为一平面和V型块间隙配合。 （2） 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。本夹具是用来在卧式镗床上加工，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 该夹具以一面两销定位，两定位销孔尺寸公差为80。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。 与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献[5]可得： ⑴ 两定位销的定位误差 ： 其中： ， ， ， 且：L=100mm ，得： ⑵ 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查[5]表1～2～15有。 ⑶ 磨损造成的加工误差：通常不超过 ⑷ 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。 六、钻套零、部件的设计与选用 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。 .尺寸表 d D D1 H t 基本尺寸 极限偏差F7 基本尺寸 极限偏差D6 ＞0～1 +0.016 +0.006 3 +0.010 +0.004 6 6 9 -- 0.008 ＞1～1.8 4 +0.016 +0.008 7 ＞1.8～2.6 5 8 ＞2.6～3 6 9 8 12 16 ＞3～3.3 +0.022 +0.010 ＞3.3～4 7 +0.019 +0.010 10 ＞4～5 8 11 ＞5～6 10 13 10 16 20 ＞6～8 +0.028 +0.013 12 +0.023 +0.012 15 ＞8～10 15 18 12 20 25 ＞10～12 +0.034 +0.016 18 22 ＞12～15 22 +0.028 +0.015 26 16 28 36 ＞15～18 26 30 0.012 ＞18～22 +0.041 +0.020 30 34 20 36 铝合金 ＞22～26 35 +0.033 +0.017 39 ＞26～30 42 46 25 铝合金 56 ＞30～35 +0.050 +0.025 48 52 ＞35～42 55 +0.039 +0.020 59 30 56 67 ＞42～48 62 66 ＞48～50 70 74 0.040 钻模板选用翻转钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。 七、确定夹具体结构尺寸和总体结构 夹具体：夹具的定位、引导、夹紧装置装在夹具体上，使其成为一体，并能正确的安装在机床上。夹具体是将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体的最大最复杂的基础件。夹具体的形状和尺寸取决于夹具上各种装置的布置以及夹具与机床的连接，而且在零件的加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动，因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。切削加工过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上，切屑积聚过多将影响工件的可靠的定位和夹紧，因此设计夹具体时，必须考虑结构应便于排屑。此外，夹具体结构的工艺性、经济性以及操作和装拆的便捷性等，在设计时也应加以考虑。 夹具体设计的基本要求 （1）应有适当的精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面，应有适当的尺寸精度和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。 为使夹具体的尺寸保持稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。 （2）应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。 （3）应有良好的结构工艺性和使用性 夹具体一般外形尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，因此应特别注意其结构工艺性，应做到装卸工件方便，夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下，应尽量能减轻重量，缩小体积，力求简单。 （4）应便于排除切屑 在机械加工过程中，切屑会不断地积聚在夹具体周围，如不及时排除，切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度，切屑的抛甩可能缠绕定位元件，也会破坏定位精度，甚至发生安全事故。因此，对于加工过程中切屑产生不多的情况，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间：对于加工过程中切削产生较多的情况，一般应在夹具体上设置排屑槽。 （5）在机床上的安装应稳定可靠 夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，支承面积应足够大，安装基面应有较高的配合精度，保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空，大型夹具还应设置吊环或起重孔。 工件装夹方案确定以后，根据定位元件及夹紧机构所需要的空间范围及机床工作台的尺寸，确定夹具体的结构尺寸，然后绘制夹具总图。详见绘制的夹具装配图。 八、本章小结 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压紧螺钉夹紧方式。本工序为铣余量小，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，使用快速螺旋夹紧机构。 九、总结 本次课程设计是在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性复习，是一次对我们所学的专业基础知识的掌握情况的重要考察和检验，更是培养我们理论联系实际，分析并解决问题能力的重要内容和阶段。使我更好的掌握了CAD和PROE制图软件。 这次课程设计，其设计图主要用CAD制图软件完成。自我感觉尚有很多不足和错误，首先，在设计夹具装配件时过于匆忙，装配YA19005连接板时放在了左手边，不符合工人正常劳作习惯；其次是课程设计前准备工作没做好，在图书馆很多资料和文献都没能借到（早已借空了），在借阅同学的相关资料时没有时间认真琢磨和分析相关信息和数据；最后就是课程设计说明书的编写过于匆忙，时间很紧，很多文字和标准，公式，数据，计算上的错误没有时间一一改正（确实，在打这篇文稿，发现了很多错误和缺憾）。 课程设计，是一个系统性、知识点广泛的学习过程。通过这样一个系统性的学习和结合，使自己把学过的知识联系起来，运用到各个方面上去。同时，广泛地运用设计手册及各种参考资料，学会了在实际中运用工具书，和独立完成每一步查找工作；整个零件的加工过程是和其他同学分工完成的，集中体现了团队精神，合作分工能很好的提高办事效率！在这次设计中培养了我独立分工合作的能力！为以后出身社会的工作打下基础！ 十、参考文献 1、徐洪本 ．机床夹具设计手册．辽宁科技大学出版社．2004.3 2、邓文英等．金属工艺学．高等教育出版社．2008.4 3、付风岚等．公差与检测技术．科学出版社．2006.9 4、王先逵等．机械加工工艺手册．机械工业出版社．2007.9 5、陈宏钧．金属切削速算手册．机械工业出版社．2007.9