柴油机摇杆座支座零件工艺规程及专用夹具设计（含CAD图纸和说明书）

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Discussion in the design of the machining process after the process used in the process of milling and boring special fixture design into the surface when the design. Through the design of our products more familiar with the design of the whole process of the development process in the program, take full account of its economic and feasibility. . key words: Technology Process Allowance Fixture Design 目录 摘要、关键词．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 第一章 零件的分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.1 零件的作用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 1.2 零件的工艺分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 第二章 确定毛坯、画毛坯图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2.1 确定毛坯种类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2.2 确定铸件加工余量及形状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 第三章 工艺规程设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 3.1 选择定位基准．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 3.1.1 精基准的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 3.1.2 粗基准的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 3.2 制定工艺路线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 3.3 选择加工设备及刀、夹、量具．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 3.4 加工工序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 第四章 夹具设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 引 言 毕加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。 机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。 材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。 技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。 工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，对中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对 机床夹具提出更高的要求。 按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类: (1)定位元件及定位装置； (2)夹紧元件及定位装置(或者称夹紧机构)； (3)夹具体； (4)对刀,引导元件及装置(包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等)； (5)动力装置； (6)分度,对定装置； (7)其它的元件及装置(包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉,销钉,键和各种手柄等)； 每个夹具不一定所有的各类元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之,按照加工等方面的要求,有些夹具上还需要设有其它装置及机构,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。 专用夹具的设计主要是对以下几项内容进行设计：（1）定位装置的设计；（2）夹紧装置的设计；（3）对刀-引导装置的设计；（4）夹具体的设计；（5）其他元件及装置的设计。 第一章 零件的分析 1.1零件的作用 该支座零件由图分析应为柴油机一个主要零件。是柴油机摇杆座的结合部，Φ22H8孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个孔用螺杆与汽缸盖相连，轴向槽用于锁紧摇杆轴，使之不转动。 零件图如下图所示： 1.2零件的工艺分析 零件的材料为HT200，灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。但灰铸铁的铸造性能和切削加工性能优良。以下是支座零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求： (1) 通孔 (2) 大端面表面粗糙度为3.2 (3) 通槽表面粗糙度要求均较严. (4) 顶部M8-6H螺纹孔 (5) 6处M6-6H螺纹孔 由参考文献（1）中有关孔的加工的经济精度机床能达到的位置精度可知上述要求可以达到的零件的结构的工艺性也是可行的。 第二章 确定毛坯、画毛坯图 2.1确定毛坯种类 零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构不是太复杂，生产类型为大批生产，故选择砂型机器造型毛坯。 2．2确定铸件加工余量及形状 根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的生产纲领为6000件/年，通过计算，该零件质量约为3Kg，由参考文献（5）表1—4、表1—3可知，其生产类型为大批生产，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。参考文献（1）表2.3—12；该种铸造公差等级为CT10~11，MA-H级。参考文献（1）表2.3-12，用查表方法确定各表面的加工余量如下表所示： 如下表：各加工表面总余量 加工表面 基本尺寸 加工余量等级 加工余量数值 说明 上端面 56mm H 4mm 单侧加工 下端面 100mm H 5mm 单侧加工 左端面 53mm H 4mm 单侧加工 右端面 60mm H 4mm 单侧加工 .最终确定毛坯图如下： 第三章 工艺规程设计 3．1选择定位基准 正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容，也是保证零件加工精度的关键。 定位基准分为精基准、粗基准和辅助基准。在最初加工工序中，只能用毛坯上未经加工 的表面作为定位基准(粗基准)。在后续工序中，则使用已加工表面作为定位基准(精基准)。 在制定工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求并把各个表面加工出来，然后再考虑选择合适的粗基准把精基准面加工出来。另外，为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度，可在工件上某部位作一辅助基准，用以定位。应从零件的整个加工工艺过程的全局出发，在分析零件的结构特点、设计基准和技术要求的基础上，根据粗、精基准的选择原则，合理选择定位基准。 3.1.1精基准的选择 ①“基准重合”原则 应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，即“基准重合”的原则。这样可以避免因基准不重合而引起的误差。 ②“基准统一”原则 应选择多个表面加工时都能使用的定位基准作为精基准，即“基准统一”的原则。 这样便于保证各加工表面间的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并简化夹具的设计制造工作。 ③“互为基准”原则 当两个表面的相互位置精度及其自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可采用这两个表面互为基准，反复多次进行精加工。 ④“自为基准”原则 在某些要求加工余量尽量小而均匀的精加工工序中，应尽量选择加工表面本身作为定位基准。 此外，精基准的选择还应便于工件的装夹与加工，减少工件变形及简化夹具结构。需要指出的是，上述四条选择精基准的原则，有时是相互矛盾的。例如，保证了基准统一就不一定符合基准重合等等。在使用这些原则时，要具体情况具体分析，以保证主要技术要求为出发点，合理选用这些原则。 精基准的选择：支座的下端面既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准，能使加工遵循基准重合的原则，实现V形块十大平面的定位方式（V形块采用联动夹紧机构夹紧）。22mm孔及左右两端面都采用底面做基准，这使得工艺路线又遵循“基准统一”的原则，下端面的面积比较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单，可靠，操作方便。 3.1.2 粗基准的选择 ①若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。 ②在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件上每个表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。这样可使这个表面在加工中不致因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工件报废。 ③在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工时，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。若既需保证某重要表面加工余量均匀，又要求保证不加工表面与加工表面的位置精度，则仍按本原则处理。 ④选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其他缺陷，以便定位准确，装夹可靠。 ⑤粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。但是，当毛坯是精密铸件或精密锻件，毛坯质量高，而工件加工精度要求又不高时，可以重复使用某一粗基准。 粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择零件的重要面和重要孔做基准。 在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，此外，还要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以粗基准为上端面。 镗削Φ22mm孔的定位夹紧方案： V形块采用联动夹紧机构实现对外圆柱表面进行定位，再加底面实现完全定位。 3．2制定工艺路线 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用各种机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下： 工序号 工序内容 铸造 时效 涂底漆 010 粗铣小端面 020 粗铣半精大端面 030 粗铣半精铣底面 040 粗镗半精镗Φ22孔 050 粗镗半精镗Φ30孔,达要求 060 半精铣小端面 070 粗铣半精铣通槽,达图示要求. 080 钻6-M6-6H螺纹孔 090 钻底面2-Φ9孔,锪孔Φ20 100 钻Φ12孔 110 钻M8-6H螺纹孔 120 检验 130 入库 3.3选择加工设备及刀、夹、量具 由于生产类型为大批生产，故加工设备适宜通用机床为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传动均由人工完成。 粗铣小端面：考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣选择X1632立式铣床。（参考文献（1）表6-18），选择直径D为Ø80mm立铣刀，参考文献（1）表7-88，通用夹具和游标卡尺。 粗铣大端面：采用上述相同的机床与铣刀，通用夹具及游标卡尺。 精铣底面：采用上述相同的机床与铣刀，通用夹具及游标卡尺。 钻孔：采用Z3025B, 参考文献（1）表6—26，通用夹具。刀具为直柄麻花钻，参考文献（1）表7—111。 镗孔：粗镗：采用卧式组合镗床，选择功率为1.5KM的ITA22镗削头，选择镗通孔镗刀及镗杆，专用夹具，游标卡尺。 3.4加工工序设计 工序4粗镗Φ20孔工序。 Φ20粗镗余量参考文献［１］表３－８３取粗镗为2mm，粗镗切削余量为0.2mm,铰孔后尺寸为22H8。 孔轴线到底面位置尺寸为83mm 因精镗与粗镗的定位的下底面与V型块，精镗后工序尺寸为22.02±0.08mm，与下底面的位置精度为0.05mm,与左右端面的位置精度为0.06mm,且定位夹紧时基准重合，故不需保证。0.06mm跳动公差由机床保证。 粗镗孔时因余量为1.9mm,故ap=1.9mm, 查文献［１］表２. 4-8 取V=0.4m/s=24m/min 去进给量为f=002mm/r n=1000V/πd=1000*24/3.14*20=380r/min 查文献的Fz=9.81*60^nFzCFzapXFzV^nFzKFz pm=FzV*10^-3 CF2=180, XFz=1 Yfz=0.75 nFz=0 Rfz=9.81*60°*180*2.75ˊ*0.2^0.75*0.4°*1 =1452 N P=0.58 kw 　　　　取机床效率为０.８５ 0.78*0.85=0.89kw>0.58kw 故机床的功率足够。 时间定额计算 （１） 机动时间 粗镗时：L/(f*n)=61/0.2*380=7.5s 精镗时：f取0.1mm/s L/(f*n)=61/0.1*380=15s 总机动时间:T=7.5+15=22.5s (2)辅助时间： 操作内容 每次时间 (min) 粗镗 精镗 操作次数 时间min 操作次数 时间min 装夹 2 1 2 - - 换刀 1 1 1 1 1 测量 0.1 1 0.1 1 0.1 卸夹 1.5 - - 1 1.5 开机到开始的时间 0.3 1 1 1 0.3 退刀 0.1 1 1 1 0.1 所以辅助时间Ta为： 　　　　　　　Ta=2+1+0.1+1.5+0.3*2+0.1*0.1*2 =6.5min 作业时间为Ta+Tb=605+0.37=6.87 min 该工序单位加工时间为6.87min　　　　　　　　　　　 工序9钻底面2-Φ9孔 工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为9mm，公差为默认公差，表面粗糙度。加工机床为Z535立式钻床。钻头为Φ9mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃。 确定钻削用量 ①确定进给量 根据参考文献[2]，表28-10可查出，查Z535立式钻床说明书，取。 根据参考文献[2]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[2]，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。 ②确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 根据参考文献[2]，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。 根据参考文献[2]，由表28-3，，，故 查Z535机床说明书，取。实际切削速度为 由参考文献[2]，表28-5，，故 ③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 ，， 切削工时 被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： 取 走刀次数为1 机动时间： 查机械加工手册，表2.5-41工步辅助时间为：1.76min 第四章 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。在加工此支座零件时，需要设计专用夹具。 根据任务要求中的设计内容，需要设计镗孔夹具。 本次设计的夹具为第4道工序粗——精镗Φ22H8mm孔。该夹具为双支承前后引导镗床夹具。 确定设计方案 该孔的设计基准为下端面，故以下端平面做定位基准，实现“基准重合”原则；另加两Ｖ形块从前后两方向实现对Ｒ１０的外圆柱面进行夹紧，从对工件的结构形状分析，若工件以下端面朝下放置在支承板上，定位夹紧就比较稳定，可靠，也容易实现。 工件以下端面在夹具上定位，限制了三个自由度，其余三个自由度也必须限制。用哪种方案合理呢？ 　 用两个Ｖ形块夹紧前后两外圆柱面，用两铰链压板压在工件的下端，这样就限制了两个移动自由度和一个转动自由度，这种方案定位可靠，可实现完全定位。 计算夹紧力并确定螺杆直径 参考文献（３）表１－２－１１，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力Ｆ夹与切削力Ｆ之间的关系Ｆ夹＝ＫＦ 安全系数Ｋ在夹紧力与切削力方向相反后时，Ｋ＝３，由前面的计算可知Ｆ＝１４５２.３Ｎ 所以Ｆ夹＝ＫＦ＝３*１４５２.３＝４３５６.９Ｎ F0= F夹/2=1178.4（N） 参考文献3表1-24，从强度考虑，用一个M10的螺柱完全可以满足要求，M10的许应夹紧为3924N，所以螺杆直径为d=10mm 定位精度分析 Φ22孔的精加工是在一次装夹下完成的，具体采用的是前后支撑引导的夹具机构，机床与镗杆之间所采用的是浮动连接，故机床主轴振动可略不计，Φ22孔的加工精度主要由镗模来保证。 图见附表。 因为孔的轴线与底面的平行度要求为0.05。故两镗模装配后同轴度要求应小于0.05，又因为镗套与镗杆Ø18 H6（+0.03—0）/h5(0—-0.009)，其最大间隙为 Xmax=0.013+0.009=0.022mm =0.022/310=0.00007 被加工孔的长度为60mm 取两孔同轴度误差为0.03mm 则 ΔT1=2×60×0.00007=0.006 ΔT2=0.03mm 所以ΔT=ΔT1+ΔT2=0.036 又以为 0.036<0.05 0.006<0.06 所以夹具能满足零件加工精度的要求。 结 论 经过几个月的毕业实习，我有以下几点心得： 1． 能够运用机械制造工艺学及有关课程的知识，结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺有关问题，初步具备设计中等复杂零件的能力。 2． 能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案。 3． 熟悉并运用有关手册规范图表等技术能力。 4． 有一定的识图，制图和运算能力。 通过毕业设计，我综合运用理论知识和专业知识的能力得到一步提高，对一般机械零件的加工工艺过程有更深的了解，设计夹具的能力得到提高。 机械产品的开发与设计具有广阔的前景，需要我们努力学习新知识，发展新技术，在以后的工作中，我会以认真负责的工作态度去迎接新的挑战，解决新的问题。 致 谢 几个月的毕业设计已经进入尾声了，在毕业设计的过程中，我完成了支座零件工艺工装的设计。我要感谢我的设计指导教师XXX老师，若没有他的指导，我的毕业设计绝对不可能如此顺利地完成。在整个设计过程中我在老师的指导下学到了很多有关专业方面的知识，在一些探索性问题上得到了深层次的理解，更在老师的身上学到了许多为人处事的道理，我想这些都是我人生中最宝贵的财富，在我以后的学习和工作中一定会受益匪浅。 由于本人所掌握的知识技能水平有限，在设计中难免存在一些问题，在此恳请广大的老师和同学们给予批评与指正，以便我在今后的工作和学习中获得更大的提高。 参考文献 [1]陈宏均 主编 实用加工工艺手册 [2]孟少农 主编 机械加工工艺手册 [3]郑修本 编 机械制造工艺学 [4]艾兴等 主编 切削用量简明手册 [5]王光斗 主编 机床夹具设计手册 [6]龚定安 主编 机床夹具设计原理 19