万向节滑动叉加工工艺及铣39孔端面和钻39孔夹具设计【2套】【10张CAD图纸、工艺卡片和说明书】

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In addition also processes two parts of the stent design special fixture Many types of machine tool fixture, wherein, the use scope broadest generaljig, sizes have been standardized, and has a professional production plant. But widely uses in the volume production, specially dedicated fixture for the cardan sliding fork parts processing services, requires the factory according to the workpiece processing technology to design and manufacture. The main content of this thesis is to design two sets of fixture design fixture. Keywords：the cardan sliding fork, machining process, fixture, design 目 录 前 言 1 1 零件的分析 2 1.1零件的作用 2 1.2零件的工艺分折 2 2 工艺规程设计 3 2.1确定毛坯的制造形式 3 2.2基面的选择 3 2.3制订工艺路线 3 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 4 2.5确定切削用量及基本工时 8 3 铣Φ39mm孔的两个端面 23 3.1 研究原始质料 23 3.2 定位、夹紧方案的选择 23 3.3切削力及夹紧力的计算 23 3.4 误差分析与计算 25 3.5 夹具设计及操作的简要说明 26 4 钻39孔夹具设计 26 4.1设计要求 26 4.2夹具设计 26 4.2.1 定位基准的选择 26 4.2.2 切削力及夹紧力的计算 26 4.3定位误差的分析 30 4.4夹具设计及操作的简要说明 30 结 论 32 参考文献 33 致　　谢 35 前 言 机械制造工艺学毕业设计是在学完了机械制造工艺学（包含机床夹具设计）和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这是我们在进行毕业离校走向工作岗位之前对所学课程的一次深入的全面的复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，毕业设计的好坏是检验我们所学知识的最好方法。 这次毕业设计的零件是汽车上的一个零件——万向节滑动叉。包括工艺设计及有关夹具的设计。通过工装设计全面了解机械加工车间的生产过程，通过去实习工厂考察和学习，了解该零件的用途、加工性能及其有关的所有资料，有针对性的去收集和查找，设计加工该零件的材料，先初步完成其的工艺过程，最后经指导老师指点进行补充，完成这次毕业设计。 就我个人而言，希望通过这次的毕业设计。来检验自己这三年来所学知识的成效，来查看自己在哪些方面的不足，为以后工作做好充分的准备。同时，也是对自己今后将从事的工作，进行一次适应性的训练。通过毕业设计来锻炼自己分析问题、解决实际生产问题的能力。更为自己在以后的工作中打下一个良好的基础。 虽然时间有限，但是我们还都能以严谨、认真、高效的设计为宗旨，来完成这次的毕业设计。在这次的设计的过程中，得到了老师和同学们的大力帮忙，同时指导老师也对这次的毕业设计提出了宝贵的意见和建议，在此，我非常感谢他们。 由于知识、经验、能力的不足，在本次的设计中尚有许多不足之处，希望各位老师给予批评和指导。 1 零件的分析 1.1零件的作用 题目所给定的零件是解放牌汽车底盘传动轴上的万向节滑动叉(见附图1)，它位于传动轴的端部。主要作用一是传递扭距,使汽车获得前进的动力；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同的状态时，由本零件可以调整传动轴的长短及其位置。零件的两个叉头部位上有两个E mm的孔，用以安装滚真轴承并与十字轴相连，起万向联轴节的作用。零件E65mm外圆内为E50mm花键孔与传动轴端部的花建轴相配合，用于传递动力之用。 1.2零件的工艺分折 万向节滑动叉共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求。现分述如下： 1.以E39mm孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：两个E mm孔及其倒角，尺寸为mm的与两个孔E mm相垂直的平面，还有在平面上的四个M8螺孔。 其中，主要加工表面为E mm的两个孔。 2.以E50mm花键孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：Emm十六齿方齿花键孔，E55mm阶梯孔，以及E65mm的外圆表面和M60×1mm的外螺纹表面 这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是： (1) Emm花键孔与E mm二孔中心联线的垂直度公差为100：0.2； (2) E39mm二孔外端面对E39mm孔垂直度公差为0.1mm； (3) Emm花键槽宽中心线与E39mm中心线偏转角度公差为2º。 由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。 2 工艺规程设计 2.1确定毛坯的制造形式 零件材料为45钢。考虑到汽车在运行中要经常加速及正、反向行驶，零件在工作过程中则经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量为4000件，已达到大批量生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。 2.2基面的选择 基面选择是工艺设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺工程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 (1)粗基准的选择。对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。但对本零件来说，如果以E65mm外圆(或E62mm外圆)表面作基准(四点定位)，则可能造成这一组内外圆柱表面与零件的叉部外形不对称。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面时，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为粗基准），现选取叉部两个Emm孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两个短V形块支承这两个Emm的外轮廓作主要定位面，以消除 四个自由度．再用一对自动定心的窄口卡爪，夹持在E65mm外圆柱面上，用以消除 两个自由度，达到完全定位。 (2)精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 2.3制订工艺路线 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。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 工序I 车端面及外圆E62mm，E60mm并车螺纹M60×1mm。以两个叉耳外轮廓及E65mm外圆为粗基准，选用C620-1卧式车床并加专用夹具。 工序II 钻、扩花键底孔E43mm，并锪沉头孔E55mm。以E62mm外圆为基准，选用C365L转塔车床。 工序III 内花键孔5×30º倒角。选用C620-1车床加专用夹具。 工序Ⅳ 钻锥螺纹Rc1/8底孔。选用Z 525立式钻床及专用钻模。这里安排Rc1/8底孔主要是为了下道工序拉花键孔时为消除回转自由度而设置的一个定位基准。本工序以花键内底孔定位，并利用叉部外轮廓消除回转自由度。 工序Ⅴ 拉花键孔.利用花键内底孔、E55mm端面及Rc1/8锥螺纹底孔定位，选用L6120卧式拉床加工。 工序Ⅵ 粗铣E39mm二孔端面，以花键孔定位，选用X 65卧式铣床加工。 工序Ⅶ 钻、扩E39mm二孔及倒角。以花键孔及端面定位，选用Z 535立式钻床加工。 工序Ⅷ 精、细镗E39mm二孔，选用T740卧式金刚镗床及专用夹具加工，以花键内孔及其端面定位。 工序Ⅸ 磨E39mm二孔端面，保证尺寸118mm，以E39mm孔及花键孔定位，选用M7130平面磨床及专用夹具加工。 工序Ⅹ 钻叉部四个M8mm螺纹底孔并倒角。选用Z 525立式钻床几专用夹具加工，以花键孔及E39mm孔定位。 工序Ⅺ 钻螺纹4-M8mm及Rc1/8。 工序XII 冲箭头。 工序XIII 终检。 以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”。 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “万向节滑动叉”零件材料为45钢，硬度207～241HBS，毛坯重量约为6kg，生产类型为大批生产，采用在锻锤上合模模锻毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： 2.4.1外圆表面（E62mm及M60 ×1mm） 考虑其加工长度为90mm，与其联结的非加工外圆表面直径为E65mm，为简化模锻毛坯的外形，现直接取其外圆表面直径为E65mm。E62mm表面为自由尺寸公差，表面粗糙度值要求为Rz200μm，只要求粗加工，此时直径余量2Z=3mm已能满足加工要求。 2.4.2外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差（M60×1mm端面） 查《机械制造工艺设计简明手册》（以下简称《工艺手册》）表2.2-14，其中锻件重量为6kg，锻件复杂形状系数为S1，锻件材质系数M1，锻件轮廓尺寸（长度方向）>180 ~ 315mm,故长度方向偏差为。 长度方向的余量查《工艺手册》表2.2 ~ 2.5，其余量值规定为2.0 ~ 2.5mm，现取2.0mm。 2.4.3两内孔E（叉部） 毛坯为实心，不冲出孔。两内孔精度要求界于IT7 ~ IT8之间，参照《工艺手册》表2.3-9及表2.3-13确定工序尺寸及余量为： 钻孔：E25mm 钻孔：E37mm 2Z = 12mm 扩钻：E38.7mm 2Z = 1.7mm 精镗：E38.9mm 2Z = 0.2mm 细镗：E39mm 2Z = 0.1mm 2.4.4花键孔（16-Emm × Emm × mm） 要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。 内孔尺寸为Emm，见图样。参照《工艺手册》表2.3-9确定孔的加工余量分配： 钻孔：E25mm 钻孔：E41mm 扩钻：E42mm 拉花键孔（16-Emm × Emm × mm） 花键孔要求外径定心，拉削时的加工余量参照《工艺手册》表2.3-19取2Z=1mm。 2.4.5E mm二孔外端面的加工余量（技工余量的计算长度为mm） （1）按照《工艺手册》表2.2-25，取加工精度F2 ，锻件复杂系数S3，锻件重6kg，则二孔外端面的单边加工余量为2.0 ~ 3.0mm，取 Z = 2mm。锻件的公差按照《工艺手册》表2.2-14，材质系数取M1 ，复杂系数S3 ，则锻件的偏差为。 （2）磨削余量：单边0.2mm（见《工艺手册》表2.3-21），磨削公差即零件公差 – 0.07mm。 （3）铣削余量：铣削的公称余量（单边）为： Z = 2.0 – 0.2 = 1.8 (mm) 铣削公差：现规定本工序（粗铣）的加工精度为IT11级，因此可知本程序的加工公差为 – 0.22mm（人体方向）。 由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。 由于本设计规定的零件为大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应该调整法家方式予以确定。 E39mm二孔外端面尺寸加工余量和工序间余量及公差分布图见下页图1。 图1 A39mm孔外端面工序间尺寸公差分布图（调整法） 由图可知： 毛坯名义尺寸： 118 + 2 × 2 = 122 (mm) 毛坯最大尺寸： 122 + 1.3 × 2 = 124.6 (mm) 毛坯最小尺寸： 122 – 0.7 × 2 = 120.6 (mm) 粗铣后最大尺寸： 118 + 0.2 × 2 = 118.4 (mm) 粗铣后最小尺寸： 118.4 – 0.22 = 118.18 (mm) 磨后尺寸与零件图尺寸应相符,即mm。 最后，将上述计算的工序间尺寸及公差整理成表1。 万向节滑动叉的锻件毛坯图见附图2。 表1 加工余量计算表 工 序 加工尺寸及公差 锻 件 毛 坯 （E39二端面，零件尺寸） 粗铣二端面 磨二端面 加工前尺寸 最 大 124.6 118.4 最 小 120.6 118.18 加工后尺寸 最 大 124.6 118.4 118 最 小 120.6 118.18 117.93 加工余量（单边） 2 最 大 3.1 0.2 最 小 1.21 0.125 加工公差（单边） +1.3 - 0.7 -0.22/2 -0.07/2 2.5确定切削用量及基本工时 2.5.1工序 Ⅰ：车削端面、外圆及螺纹。本工序采用计算法确定切削用量。 1. 加工条件 工件材料：45钢正火，σb = 0.60GPa、模锻。 加工要求：粗车E60mm端面及A60mm、A62mm外圆，;车螺纹M60 × 1mm。 机床：C620-1卧式车床。 刀具：刀片材料YT15，刀杆尺寸16 × 25mm2 ，κr = 90º，γo = 15º，αo = 12º， = 0.5mm 。 60º螺纹车刀：刀片材料：W18Cr4V。 2. 计算切削用量 (1)粗车M60 × 1mm端面 1）已知毛坯长度方向的加工余量为mm，考虑7º的模锻拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量= 7.5mm。但实际上，由于以后还要钻花键底孔，因此端面不必全部加工，而可以留出一个E40mm芯部待以后钻孔是加工掉，故此时实际端面最大加工余量可按= 5.5mm考虑，分两次加工， = 3mm计。 长度技工公差按IT12级，取 – 0.46mm（人体方向）。 2）进给量ƒ 根据《切削用量简明手册》（第三版）（以下简称《切削手册》）表1.4，当刀杆尺寸为16mm ×25mm，以及工件直径为60mm时 ƒ = 0.5 ~ 0.7mm/r 按C620-1车床说明书（见《切削手册》表1.30）取 ƒ = 0.5 mm/r 3)计算切削速度 按《切削手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T = 60min）。 其中：Cv = 242，xv =0.15，yv = 0.35，m = 0.2 。修正系数kv见《切削手册》表1.28，即 kMv = 1044，ksv = 0.8，kkv = 1.04，kkrv = 0.81，kBv = 0.97 。 所以 = 108.6（m/min） 4）确定机床主轴转速 （r/min） 按机床说明书（见《工艺手册》表4.2-8），与532r/min相近的机床转速为480r/min及600r/min。现选取如果选= 480r/min，则速度损失太大。 所以实际切削速度v = 122m/min。 5）切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。 （mm）， （min） （2）粗车E62mm外圆，同时应校验机床功率及进给机构强度。 1）切削深度 单边余量Z = 1.5mm，可一次切除。 2）进给量 根据《切削手册》表1.4，选用ƒ = 0.5mm/r。 3）计算切削速度 见 《切削手册》表1.27 （m/min） 4）确定主轴转速4)确定主轴转速 按机床选取n=600r/min 所以实际切削速度 5）检验机床功率 主切削力按《切削手册》表.所示公式计算 其实： 所以 切削时消耗功率为 由《切削手册》表.中C620-1机床说明书可知，C620-1主电动机功率为7.8KW，当主轴转速为600r/min时，主轴传递的最大功率为5.5KW，所以机床功率足够，可以正常加工。 6）校验机床进给系统强度 已知主切削力，径向切削力按《切削手册》表1.29所示公式计算 其中： 所以 而轴向切削力 其中： 轴向切削力 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为 而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530N（见《切削手册》表1.30），故机床进给系统可正常工作。 7） 切削工时 其中 所以 （3）车E60mm外圆柱面 （《切削手册》表1.6，，刀夹圆弧半径） 切削速度 其中： 按机床说明书取 则此时 切削工时 其中： 所以 （4） 车螺纹 1）切削速度的计算 见《切削用量手册》（艾米、肖诗纲编，机械工业出版社，1985）表21，刀具寿命T =60min，采用高速钢螺纹车刀，规定粗车螺纹时，走刀次数；精车螺纹时，走刀次数 其中：，螺距 所以粗车螺纹时： 精车螺纹时： 2）确定主轴转速 粗车螺纹时 按机床说明书取 实际切削速度 精挑螺纹时 按机床说明书取 n =184r/min 实际切削速度 3）切削工时 取切入长度 粗车螺纹工时 精车螺纹 所以车螺纹的总工时为 2.5.2工序Ⅱ：钻、扩花键底孔E43mm及锪沉孔E55mm，选用车床C365L。 1. 钻孔E25mm （见《切削手册》表2.7） （见《切削手册》表2.13及2.14， 按5类加工性考虑） 按机床选取（按《工艺手册》表4.2-2） 所以实际切削速度 切削工时 其中：切入，切出 2. 钻孔E41mm 根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为 （1.2～1.8） 式中、——加工实心孔时的切削用量。 现已知 （《切削手册》表2.7） （《切削手册》表2.13） 并令 按机床选取 按机床选取 所以实际切削速度为 切削工时 3. 扩花键底孔E43mm 根据《切削手册》表2.10规定，查得扩孔钻扩E43mm孔时的进给量，并根据机床规格选 扩孔钻扩时的切削速度，根据其他有关资料，确定为 其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度。故 按机床选取 切削工时怯入，切出 4.锪圆柱式沉头孔E55 根据有关资料介绍，锪沉头孔时进给量及切削速度约为钻孔时的1/2～1/3，故 按机床取0.21mm/r 按机床选取所以实际切削速度 切削工时 切入 t = = = 1.08 (min) 在本工步中,加工E55mm沉头孔的测量长度,由于工艺基准与设计基准不重合,故需要进行尺寸换算.按图样要求,加工完毕后应保证尺寸45mm. 图2 E55孔深的尺寸换算 尺寸链如图2所示,尺寸45mm为 终结环,给定尺寸185mm及45mm,由于基准不重合,加工时应保证尺寸A A = 185 – 45 = 140 (min) 规定公差值.因终结环公差等于各组成环公差之和,即 T(45)=T(185)+T(140) 现由于本尺寸链较简单,故分配公差采用等公差法.尺寸45mm按自由尺寸取公差等级IT10,其公差T(45) = 1.6mm,并令T= T= 0.8mm 2.5.3工序Ш： E43mm内孔5×30°倒角,选用卧式车床C620-1.由于最后的切削宽度很大,故按成行车削制订进给量.根据手册及车床取 = 0.08mm/r (见《切削手册》表1.8) 当采用高速钢车刀时,根据一般资料,确定切削速度 v=16m/min 则 n= = = 118(r/min) 按机床说明书取n= 120r/min,则此时切削速度为 v = = 16.2(m/min) 切削工时 t = = = 0.83 (min) 2.5.4工序Ⅳ：钻锥螺纹Rc1/8底孔(E8.8mm) f = 0.11mm/r ( 《切削手册》表2.7 ) v = 25m/min (《切削手册》表 2.13 ) 所以 n = = = 904 (r/min) 按机床选取n= 680r/min (《切削手册》表2.35) 实际切削速度 v = = = 18.8 (m/min) 切削工时 = 11mm, = 4mm, = 3mm t === 0.24 (min) 2.5.5工序Ⅴ：拉花键孔 单面齿升:根据有关手册,确定拉花键孔时花键拉力的单面齿升为0.06mm,拉切速度v = 0.06m/s (3.6m/min) 切削工时 t = 式中 Z---- 单面余量3.5mm(由E43mm拉削到E50mm); L ---- 拉削表面长度, 140mm; ---- 考虑校准部分的长度系数, 取1.2; k ---- 考虑机床返回行程系数,取 1.4; v ---- 拉削速度(m/min); ---- 拉刀单面齿升; z ---- 拉刀同时工作齿数,Z=; p ---- 拉刀齿距. P == 1.35= 16mm 所以 拉刀同时工作齿数z ==9 所以 t == 0.42 (min) 2.5.6工序Ⅵ：粗铣E39mm二孔端面,保证尺寸118.4_ = 0.08mm/齿 ( 《切削手册》 表3-3) 切削速度:参考有关手册,确定v = 0.45m/s即27m/min。 采用高速刚镶齿三面刃铣刀,d= 225mm, 齿数z = 20。则 现采用X63卧式铣床,根据机床使用说明书(见 《工艺手册》表4.2-39),取n=37.5r/min, 故实际切削速度为 当n=37.5r/min时,工作台的每分钟进给量应为 查机床说明书,刚好有,故直接选用该值。 切削工时:由于是粗铣,故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件,利用作图法,可得出铣刀的行程,则机动工时为 2.5.7工序Ⅶ：钻、扩E39mm二孔及倒角。 1. 钻孔E25mm 确定进给量f:根据 《切削手册》表2.7，当刚的d= E25mm时，= 0.39~0.47mm/r由于本零件在加工E25mm孔时属于低刚度零件,故进给量应乘系数0.75,则 根据Z535机床说明书,现取= 0.25mm/r。 切削速度：根据《切削手册》 表2.13及表2.14，查得切削速度υ=18m/min。所以 根据机床说明书，取故实际切削速度为 切削工时 以上为钻一个孔时的机动时间。故本工序的机动工时 2. 扩钻E37mm孔 利用E37mm的钻头对E25mm的孔进行扩钻。根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 根据机床说明书，选取 则主轴转速为并按机床说明书取。 实际切削速度为 切削工时（一个孔）： 当扩钻两个孔时，机动工时为 3. 扩孔E38.7mm 采用刀具：E38.7专用扩孔钻。 进给量： （《切削手册》表2.10） =0.63(mm/r) 查机床说明书，取。 机床主轴转速：取，则其切削速度。 机动工时 当加工两个孔时 4. 倒角2双面 采用90锪钻。 为缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与扩孔时相同： 手动进给。 2.5.8工序Ⅷ：精、细镗E39mm二孔，选用机床：T740金刚镗床。 （1） 镗孔至φ38.9mm，单边余量Z=0.1mm,一次镗去全部余量，。 进给量 根据有关手册，确定金刚镗床的切削速度为，则 由于T74金刚镗床主轴转速为无级调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。 切削工时：当加工1个孔时 所以加工两个孔的机动时间为 (2) 细镗孔至E39mm。由于细镗与精镗孔共用一个镗杆，利用金刚镗床同时对工件精、细镗孔，故切削用量及工时均与精镗相同 2.5.9工序Ⅸ：磨E39mm二孔端面，保证尺寸118mm （1） 选择砂轮。见《工艺手册》第三章中磨料选择各表，结果为 其含义为：砂轮磨料为白刚玉，粒度为46，硬度为中软1级，陶瓷结合剂，6号组织，平型砂轮，其尺寸为。 （2） 切削用量的选择。砂轮转速（见机车说明书），。 轴向进给量（双行程） 工件转速 径向进给量 （3） 切削工时。当加工1个表面时 （见《工艺手册》表6.2-8） 式中 L——加工长度73mm; b ——加工宽度68mm; Z——单向加工余量，0.2mm; K ——系数，1.10； ——； ——工作台往返一次砂轮轴向进给量（mm）； ——工作台往返一次砂轮径向进给量（mm）。 当加工两端面时 2.5.10工序Ⅹ：钻螺纹底孔4-φ6.7mm并倒角120。 （《切削手册》表2.7） （《切削手册》表2.13及表2.14） ∴ 按机车取故。 切削工时（4个孔） 倒角仍取。手动进给。 2.5.11工序Ⅺ：攻螺纹4-M8mm及Rc1/8 由于公制螺纹M8mm与锥螺纹Rc1/8外径相差无几，故切削用量一律按加工M8选取 ∴ 按机车选取。 机动工时 攻M8孔 攻Rc1/4孔 最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一并填人机械加工工艺过程综合卡片，见附表1。 31 3 铣Φ39mm孔的两个端面 3.1 研究原始质料 利用本夹具主要用来加工铣Φ39mm二孔的两个端面，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 3.2 定位、夹紧方案的选择 由零件图可知：在对铣Φ39mm二孔的两个端面加工前，底平面进行了粗、精铣加工，底面孔进行了钻、扩加工。因此，定位、夹紧方案有： 选一面两销定位方式，工艺孔用短圆柱销，用棱形销定位，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。 由零件图可知，Φ39mm二孔端面应对花键孔中心线有平行度及对称度要求，其设计基准为花键孔中心线。为了使定位误差为零，应该选择以花键孔定位的自动定心夹具。但这种自动定心夹具在结构上将过于复杂，因此这里只选用以花键孔为主要定位基面。 为了提高加工效率，现决定用两把镶齿三面刃铣刀对两个Φ39mm孔端面同时进行加工。同时，为了缩短辅助时间，准备采用手动夹紧。 3.3切削力及夹紧力的计算 刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，Φ225mm，z=20 F= CFFFFFZ/dρFF（见《切削手册》表3.28） 其中：CF=650，ap =3.1mm，xF=1.0，fz=0.08mm，yF=0.72， аe=40mm （在加工面上测量的近似值）uF=0.86，d0=225mm，qF=0.86，wF=0，z=20 所以 F=650×3.1×0.080.72×400.86×20/2250.86 =1456（N） 当用两把刀铣削时，F实=2F=2912（N） 水平分力：FH=1.1F实=3203（N） 垂直分力：Fv=0.3F实=873（N） 在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数K=K1K2K3K4。 其中：K1为基本安全系数1.5； K2为加工性质系数1.1； K3为刀具钝化系数1.1； K4为断续切削系数1.1。 所以 F′=KFH=1.5×1.1×1.1×1.1×3203=6395（N） 根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： 安全系数K可按下式计算有：： 式中：为各种因素的安全系数，查参考文献[5]表可得： 所以有： 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则；　参考文献，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 轴向力：F夹＝KF （N） 扭距： Nm 在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数 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：由参考文献[16]《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，决定选用螺旋夹紧机构。 3.4 误差分析与计算 （1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一花键轴， 该定位花剑轴的尺寸与公差现归定位与本零件在工作时与其相配花键轴的尺寸与公差相同，即16×43H11×50H8×5H10mm。 （2）零件图样规定Φmm花键孔键槽宽中心线与Φmm两孔中心线转角公差为2°。由于Φ39mm孔中心线应与其外端面垂直，故要求Φ39mm二孔端面之垂线应与Φ50mm花键孔键槽宽中心线转角公差为2°。此项技术要求主要应由花键槽宽配合中的侧向间隙保证。 已知花键孔键槽宽为mm，夹具中定位花键轴键宽为mm，因此当零件安装在夹具中时，键槽处的最大侧向间隙为 Δbmax=0.048-（-0.065）=0.113（mm） 由此而引起的零件最大转角а为 tanа=Δbmax /R=0.113/25=0.00452 所以 а=0.258° 即最大侧隙能满足零件的精度要求。 （3）计算Φ39mm二孔外端面铣加工后与花键孔中心线的最大平行度误差。 零件花键孔与定位心轴外径的最大间隙为： Δmax=0.048-（-0.083）=0.131（mm） 当定位花键轴的长度取100mm时，则由上述间隙引起的倾角为0.131/100。此即为由于定位问题而引起的Φ39mm孔端面对花键孔中心线的最大平行度误差。由于Φ39mm孔外端面以后还要进行磨削加工，故上述平行度误差值可以允许。 3.5 夹具设计及操作的简要说明 为提高生产率，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。 此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。 4 钻39孔夹具设计 4.1设计要求 为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本夹具将用于Z525钻床。成批生产，任务为设计一台阶轴钻孔φ39孔。 本夹具无严格的技术要求，因此，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，精度不是主要考虑的问题。 4.2夹具设计 4.2.1 定位基准的选择 为了提高加工效率及方便加工，决定材料使用高速钢，用于对进行加工，准备采用手动夹紧。 由零件图可知：进行加工前，外圆面进行了粗、精铣加工，进行了粗、精加工。因此，定位、夹紧方案有： 方案Ⅰ：选外圆面平面、和侧面和V型块定位夹紧方式用操作简单，通用性较强的螺旋压块来夹紧。 为了使定位误差达到要求的范围之内，这种定位在结构上简单易操作。 4.2.2 切削力及夹紧力的计算 钻该孔时选用：钻床Z525，刀具用高速钢刀具。 由参考文献[5]查表可得： 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 根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： 安全系数K可按下式计算： 式中：为各种因素的安全系数，查参考文献[5]1～2～1可知其公式参数： 由此可得： 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。 夹紧力的确定 夹紧力方向的确定 夹紧力应朝向主要的定位基面。 夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。 (1) 夹紧力作用点的选择 a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。 b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。 c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。 (3)夹紧力大小的估算 理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。 估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。 估算的步骤： a.建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程：FJ理=Ф (FP)。 b.实际需要的夹紧力FJ需，应考虑安全系数，FJ需=KFJ理。 c.校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件：FJ>FJ需。 夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。 仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。 夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。 一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。 考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。 螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。 螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。 典型的螺旋夹紧机构的特点： （1）结构简单； （2）扩力比大； （3）自琐性能好； （4）行程不受限制； （5）夹紧动作慢。 夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此套夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。 工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。 查参考文献[5]1～2～26可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有： 式中参数由参考文献[5]可查得： 螺旋夹紧力： 该夹具采用夹紧机构， 由上述计算易得： 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。 4.3定位误差的分析 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： ⑴定位误差 ： 其中： ， ， ， 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。 4.4夹具设计及操作的简要说明 由于是大批大量生产，主要考虑提高劳动生产率。因此设计时，需要更换零件加工时速度要求快。本夹具设计，用移动夹紧的大平面定位三个自由度，定位两个自由度，用定位块定位最后一个转动自由度。 夹具体是夹具的基础件，夹具体上所有组成部分都必须最终通过这一基础件连接成一个有机整体。为了满足加工要求，夹具体应有足够的刚度和强度，同时结构工艺性要好。 由于铸造工艺性好，几乎不受零件大小、形状、重量和结构复杂程度的限制，同时吸振性良好、抗压能力好，故此选用铸造夹具体，材料选取HT200，铸造成型后时效处理，以消除内应力。 由于工件采用V型块定位圆面，这就要求V型块固定在一个与水平面成45°的支撑面上。我们可以采用加工一有45°面的支撑块固定在夹具体上，经过切削加工达到我们要求的定位尺寸。 结 论 通过近一个月的毕业设计，使我们充分的掌握了一般的设计方法和步骤，不仅是对所学知识的一个巩固，也从中得到新的启发和感受，同时也提高了自己运用理论知识解决实际问题的能力，而且比较系统的理解了液压设计的整个过程。 在整个设计过程中，我本着实事求是的原则，抱着科学、严谨的态度，主要按照课本的步骤，到图书馆查阅资料，在网上搜索一些相关的资料和相关产品信息。这一次设计是大学四年来最系统、最完整的一次设计，也是最难的一次。在设计的时候不停的计算、比较、修改，再比较、再修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期间也遇到不少的困难和挫折，幸好有老师的指导和帮助，才能够在设计中少走了一些弯路，顺利的完成了设计。 本设计研究过程中仍然存在不足之处，有的问题还待于进一步深入，具体如下： （1）缺乏实际工厂经验，对一些参数和元件的选用可能不是非常合理，有一定的浪费。 （2）与夹具相关的刀具和量具的了解还不太清楚。 （3）系统的设计不太完善，在与计算机配合进行精确的数据采集和控制上还有一些不足。 （4）使用有一定的局限：人工操作多，零部件磨损度在实际中尚不明确。 参考文献 [1] 刘德荣，组合夹具结构简图的初步探讨，组合夹具，1982. 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