制动器杠杆机械加工工艺与车外圆面夹具设计

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《机械制造技术》课程设计任务书 机械加工工艺与夹具课程设计任务书 设计题目： 制动器杠杆机械加工工艺与 车φ24p9外圆面 夹具设计 设计依据：1.零件图 2.生产纲领：产品年产量10000台/年 3.设定生产条件。 设计任务：根据给定零件图和生产纲领，设计该零件机械加工工艺 与指定工序的机床夹具。完成工艺过程卡和全部工序卡设 计；完成夹具总装配图和制定零件图设计；完成工艺与 夹具设计说明书的撰写工作。 指导教师： 教研室主任： 任务下达日期：xxx年12月29日 完成任务日期：xxx年1月4日 目录 第一节 生产目的.............................................................................6 第二节 零件的分析.........................................................................6 第三节 工艺规程的设计.................................................................6 3.1、 确定毛坯的的制造形式......................................................6 3.2、 基面的选择..........................................................................7 3.3、 选择加工方法......................................................................8 3.4、 制订工艺路线......................................................................9 3.5、 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.................10 3.6、 确定加工顺序及进给路线.................................................10 3.7、 工艺规程确切削用量..........................................................11 第4节 车Φ24p9外圆面专用夹具的设计...................................11 4.1、 车Φ24p9夹具设计...........................................................12 4.2 定位方案和定位基准的选择..........................................12 4.3 定位元件的设计，定位误差分析..................................13 4.4 夹具设计及简要操作说明..............................................14 4.5 夹具精度分析..................................................................14 第5节 附图 一 制动器杠杆的零件图..........................................................15 二 机械加工工艺过程卡..........................................................16 三 夹具装配图及零件图..........................................................17 四 设计夹具的机械加工工序卡..............................................17 上交材料： 1，所加工的零件图 1张 2，编制机械加工工艺过程 1套 3，编制所设计夹具所对应的那个工序的机械加工工序卡片 1套 4，绘制夹具装配图， 1张 5，绘制装配图其中的一个零件图（夹具体） 1张 6，机械设计说明书，包括机械加工工艺过程的编制和机床夹具设计的全部内容 1份 进度安排： 第一天：查资料，绘制零件图。 第二天：完成零件的工艺性分析，确定毛坯的类型，制造方法，编制机械加工工艺过程和所加工工序的机械加工工序卡片。 第三天：完成夹具整体方案设计。 第四天：完成夹具装配图的设计。 第五天：夹具零件图的绘制。 第六天：整理并完成设计说明书的编写。 第七天：完成图纸和说明书的输出打印，答辩。 摘要 本次设计是对制动器杠杆零件的加工工艺规程和一些工序的专用夹具的设计，制动器杠杆零件的主要加工表面的铣键槽，本设计主要是通过设计车外圆面的夹具保证外圆面的同轴度。由加工工艺原则可知，保证平面的加工精度比保证孔的加工精度容易很多。所以本设计遵循先面后孔的原则，并将孔与平面的加工明确划分为粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以大外圆端面作为粗基准，以制动器大外圆端面和两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以加工制动器大外圆端面互为基准加工出端面，再以端面定位为基准加工出工艺孔。在后续工序中，除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔和平面。整个加工过程均选用组合机床及加工中心。  第一节 生产目的 本次课程设计的任务之一就是针对生产实际中的一个零件——制动器杠杆。制定其机械加工工艺规程。该零件的工艺过程中包括了铣平面、车外圆面、钻孔、铣键槽等工序。其中，要为其φ24p9外圆面进行精车设计一合适的夹具。 该零件生产按照其生产纲领和生产关系可知，其为大批量生产，其毛坯制造、加工设备及工艺装备的选择应呈现大批量生产的工艺特点。 第二节 零件的分析 2.1零件的分析 制动器械杆有多处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下： 以φ24p9为中心的台阶轴类端面。本零件上由圆柱面、内孔、轴肩圆、弧面、键槽、退刀槽等部分组成。零件车削加工成形轮廓的结构形状较复杂、需两头加工，零件的加工精度和表面质量要求都很高。该零件重要的径向加工部位有φ24p9圆柱段（表面粗糙度Rɑ=0.8μm）、φ30f10圆柱段（表面粗糙度Rɑ=0.8μm）、R0.5mm圆弧、φ12H11的内孔,退刀槽表面粗糙度Ra=50,其余表面粗糙度均为Rɑ=12.5μm。轮廓描述清楚完整零件材料为45钢，毛胚为φ40145110mm。 由上面的分析可知加工时应满足基准统一原则即先加工完一组表面，再以这组加工后的表面为基准加工另外一组。 第三节 工艺规程的设计 3.1、确定毛坯的的制造形式 由零件图可知，其材料为45钢，具体技术要求如下所示： A、 热处理：调质处理硬度207-255HBW； B、 φ24p9对φ30f10轴线的径跳不大于0.04； C、 尺寸13处的两端面对φ24轴线的垂直度公差为1/100; D、 键槽对φ24p9轴线的对称线公差为0.05； E、 不许有毛刺； F、 冲压抽模角为7，未注圆角为R2-R3； G、 杠杆端面上允许有中心孔； H、 线性尺寸未注公差为GB/T1804-m。 根据零件材料确定毛坯为锻件，已知零件的类型为大批量生产，在加工过程中它对定位有一定保证作用，故采用锻造成型。此外，为消除残余应力，锻造后安排调质处理。该零件的形状并不十分复杂，因此毛坯形状与零件形状应尽量相近。由《机械加工工艺手册》查得该种锻造公差等级为CT10~11，加工余量等级MA选择H级。 3.2、基面的选择 基面选择是工艺规程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。由图可知φ24p9和Φ30外圆面的精度要求最高，而φ24p9也是该零件的设计基准、装配基准与测量基准。所以以φ24p9圆端面是为定位基准加工Φ35端面然后以Φ35端面为基准加工阶梯、槽和键。 3.3、选择加工方法 A：毛坯处理：由加工要求及生产数额可知，毛坯料需锻造成型，退火（消除内应力） B：平面处理：由13h13的两端面表面粗糙度Ra12.5um，其余端面尺寸为未注公差，根据GB/T1804-2000规定，选用中等级（m），相当于IT13级，考虑粗车。 C：外圆面处理：由Φ24P9和φ30f10外圆面表面粗糙度Ra0.8um，根据GB/T1804-2000规定，选用精密等级（f），应精车。其他未注外圆面尺寸为未注公差，根据GB/T1804-2000规定，选用中等级（m），相当于IT13级，考虑粗车。 3.4制订工艺路线 工艺路线方案一： 工序05：锻造 工序10：调质处理 工序15：车左端面，钻中心孔 工序20：车外圆面、退刀槽和倒角 工序25：铣宽13h13的两端面 工序30：钻孔至Φ10.8，铰Φ10.8孔至Φ12H11 工序35：钻Φ32孔及Φ6孔 工序40：钻Φ4孔 工序45：精车Φ30外圆面 工序50：精车Φ24外圆面 工序55：磨Φ30外圆面 工序60：磨Φ24外圆面 工序65：清洗去毛刺 工序70：验收 工序75：入库 工艺路线方案二： 工序05：锻造 工序10：调质处理 工序15：车外圆面、退刀槽和倒角 工序20：铣宽13h13的两端面 工序25：钻孔至Φ10.8，铰Φ10.8孔至Φ12H11 工序30：钻Φ32孔及Φ6孔 工序35：钻Φ4孔 工序40：精车Φ30外圆面 工序45：精车Φ24外圆面 工序50：磨Φ30外圆面 工序55：磨Φ24外圆面 工序60：清洗去毛刺 工序65：验收 工序70：入库 （3）、工艺方案的分析： 上述两个工艺方案的特点在于：方案一与方案二的区别是：方案二没有车左端面、钻中心孔这道工序，车床的加工原理是：工件跟着花盘做高速旋转，如不用顶针顶住，工件的夹紧方式比较麻烦，如果加工了中心孔后，后面工序的加工，夹具设计相对简单，减少了生产夹具的成本，提高了生产率，故采用方案一。 具体的工艺过程如下： 工序05：锻造 工序10：调质处理 工序15：车左端面，钻中心孔 工序20：车外圆面、退刀槽和倒角 工序25：铣宽13h13的两端面 工序30：钻孔至Φ10.8，铰Φ10.8孔至Φ12H11 工序35：钻Φ32孔及Φ6孔 工序40：钻Φ4孔 工序45：精车Φ30外圆面 工序50：精车Φ24外圆面 工序55：磨Φ30外圆面 工序60：磨Φ24外圆面 工序65：清洗去毛刺 工序70：验收 工序75：入库 3.5、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “制动器杠杆”零件材料45钢，毛坯的重量约为1.4g，生产类型为大批量生产，采用锻造成型。 1、左端面，表面粗糙度为Ra50，查《切削用量手册》表2-8得，单边总余量Z=0.5，车削一次即可满足要求。 2、13h13两端面，表面粗糙度为Ra12.5，查《切削用量手册》表2-8得，单边总余量Z=0.5，车削一次即可满足要求。 3、Φ12H11孔，因孔的尺寸不大，很难锻造成型，故采用实心锻造 4、Φ32孔、Φ6孔，因孔的尺寸不大，很难锻造成型，故采用实心锻造 5、Φ4孔，因孔的尺寸不大，很难锻造成型，故采用实心锻造 6、不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由铸造可直接获得。 制动器械杆零件材料为ZG45,硬度为207-255HBW,生产类型为中小批量生产,采用锻造。相关数据参见零件图。据以上原始资料及加工路线分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下: 3.4.1外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差。 查《机械制造工艺设计简明手册》以下称《工艺手册》表2.22.5取端面长度余量均为12.5(均为双边加工) 铣削加工余量为1mm 粗铣 6mm 3.4.2内孔(φ12H11、φ4无锻造孔） 工序尺寸加工余量充足 3.4.3车（φ24P9、φ30f10、φ351.5） 其他尺寸直接铸造得到，由于本设计规定的零件为中小批量生产应该采用调整加工。 3.6 确定加工顺序及进给路线 加工顺序按粗到精、由近到远、由左到右的原则确定、由左到右进行外轮廓粗车(留0.9mm余量精车)，精加工外轮廓，切退刀槽，倒圆角。①先粗后精 先安排粗加工中间安排半精加工最后安排精加工和光整加工。 ②先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工后安排，如键槽、紧固用的光孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后精加工之前进行。 ③先面后孔 对于Φ12H11的孔可以先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。 ④基面先行 用作精基准的表面要首先加工出来。所以第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)然后再以精基面定位加工其它表面。 工艺 3.7工艺规程确切削用量 3.7.1车削工艺 3.7.1车削部分刀具的选择 刀具的选择是加工中的重要的工艺加工内容之一它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。在制定切削用量时应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。 选取刀具时要使刀具的尺寸与被加工共建的表面尺寸和形状相适应。根据零件的分析所选择的刀具有 1. 车端面选用硬质合金钢45车刀、粗、精车用同一把车刀完成。2. 粗、精车外圆硬质合金90车刀 2 车槽：选用硬质合金车槽刀(刀长12mm，刀宽3mm) 3.7.2切削用量的选择和分析： 切削用量包括： ⑴进给速度 是机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工进度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。一般粗车选用较高的进给速度，以便较快去除毛坯余量，精车以考虑表面粗糙和零件精度为原则，粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。进给速度可以按公式=fn计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.3—0.8mm/r；精车时常取0.1—0.3mm/r；切断时常取0.05—0.2mm/r。 ⑵主轴转速 主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。根据本例中零件的加工要求，考虑工件材料为45钢，刀具材料为硬质合金钢，粗加工选择转速500r/min,精加工选择1000r/min车削外圆，切槽的切削刀较大，采用350 r/min更稳妥。 ⑶背吃刀量 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量(除去精车量)，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量。 对于不同的加工方法需选择不同的切削用量。 合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济和加工成本;半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的想能，兼顾切削效率，经济型和加工成本。 切削用量的选择与计算： 因选取YT类硬质合金到的硬度为125~175HBS经查询 主轴转速 s/(r/min) 进给量 f/(mm/r) 背吃刀量 /mm 粗车外圆 800 0.2—0.4 5—7 精车外圆 800 0.1—0.2 0.2—0.3 车退刀槽 115 0.02—0.04 根据零件分析与道具的选择及其查阅资料所计算的切削用量如下： 粗车d=24的端面 确定端面的最大加工余量，已知毛坯的单边余量为3mm，则毛坯长度方向最大加工余量为4mm,分两次加工，=2mm计算，长度加工方向取IT12级，取0.04mm。根据《切削用量用量简明手册》 当刀杆16mm25mmm，≤2mm时，以及工件直径为d=40 的时候，按照《切削用量用量简明手册》表 切削速度的计算公式： =1.58 =0.15 =0.4 m=0.2 修正系数见《切削用量用量 简明手册》 =1.44, =0.8, =1.04, =0.81, =0.97 =1.58/(4020.5) 1.440.81.040.810.97 =66(m/min) 确定机床主轴转速 n=1000Vc/πdn=100066.7/3.1428=253 ( r/min ) 按机床说明书见《工艺手册》表与253 r/min相近的机床转速有230 r/min及305 r/min。如果选230 r/min则速度损失比较大。所以实际切削速度V=80 m/min 车床CA6140 专用夹具Φ24 Φ30 Φ35外圆及槽和倒角 检验机床功率:主切削力 =C 式中=900, =1.0 , =0.75 =-0.15 所以 Fc=9001.5151.020.73=598N 切削时消耗功率 由切削手册中得知CA6140主动机的功率为7.8KW 当主轴转速为230 r/min时,主轴最大功率为2.4KW,所以机床功率足够,可以正常加工。 1. 粗车外圆时,选取=110m/min ap=3mm f=0.3mm 加工时候选取加工直径为:d=40 因:=πdn/1000 F=fn 故主轴转速: n=(1000110)/3.1440=875 r/min 进给速度:F=fn =0.3875=262 mm/min 考虑到刀具强度、机床强度等时机情况选择n=600 r/min F=200 mm/min ap=3mm 2. 半精车外圆时,选取,Vc=130 m/min ap=0.2mm f=0.1mm 加工时选取加工直径为:d=36.2 故主轴转速为:n=(1000110)/ ( 3.1436.2 ) = 960 r/min 进给速度:F=fn =0.1960=96 mm/min 根据实际情况选择n=900 r/min F=90 mm/min ap=0.2mm 3车槽时,选取Vc=100 m/min f=0.1mm 加工直径d=23mm 故主轴转速:n=(1000100)/ ( 3.1423) = 102r/min 进给速度:F=fn =0.1102=10.2 mm/min 根据实际情况,选择n=100r/min F=20mm/min 加工过程: 1.加工Φ24的圆柱 粗车直径为Φ24mm的圆柱,毛坯为Φ40mm,分为3次加工得到 Φ24.9mm。再通过一次半精车,获得直径为Φ24mm的圆柱体。 2.加工Φ30的圆柱 粗车直径为Φ30mm的圆柱,毛坯为Φ40mm,分为2次加工得到Φ30.9mm。 再通过一次半精车获得直径为Φ30mm的圆柱体。 3.加工Φ35的圆柱 因为其精度要求Ra=12.5,我们不需要对其进行半精车。因此只需要对其进行一次粗车就可满足其要求因而获得了Φ35的圆柱。 R4的两个圆角粗加工 毛坯尺寸为R6。 查有关手册平面加工余量表得粗加工余量 ZN粗=6-4mm=2mm ap=1mm 因此可以走刀2次。 进给量: 见《切削手册》 =62.3(m/min) 确定机床主轴转速: 按机床选取=230 r/min。所以实际切削速度 V= 关于机床功率检验在非常重要的轴向部分已经完成。考虑其在整个工作过程及其功能,此部分已经初略验算,不再进行书面描述。 选取Vc=62.3m/min ap=2mm f=1mm 4.2 3.7.3 铣削工艺 1选择加工设备及工艺装备 由于生产类型为小批量生产故加工设置宜以通用机床为主辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主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送均由人工完成。 (1).粗铣铣26两端面。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X52K立式铣床。选择直径D为50的C类可转位面铣刀,专用夹具和游标卡尺。 (2).粗铣斜面通过专用夹具的角度转化,选择X52K立式铣床。选择直径D为50的C类可转位端面铣刀,专用夹具和游标卡尺。 (3).粗铣键槽选用6的立铣刀,专用夹具和游标卡尺。 3.7.4 钻、扩孔工艺 采用钻孔后再铰孔的方法加工12H11的孔,加工余量见下表。 根据参考文献Ⅳ表2-25，，，得 查参考文献Ⅴ表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取，，实际切削速度。 切削工时：，，，则机动工时为 第四节 车Φ24p9外圆面专用夹具的设计 4.1 车Φ24p9外圆面夹具的设计 本夹具是车床夹具考虑到夹具要随主轴一起回转，所以结构要紧凑重心应该尽可能靠近回转轴线，以减小惯性力和回转力矩。还要有平衡措施消除回转中的不平衡现象，以减少振动的把利影响，与主轴的连接部分是夹具的定位基准，所以应该有较准确的圆柱孔。考虑安全夹紧力要足够大且自锁可靠。本夹具主要用来车Φ24p9外圆端面的。由加工本道工序的工序简图可知，它要求表面粗糙度为0.8。本道工序只对Φ24p9外圆面进行精车加工，以左端面的中性款和Φ35的端面为定位基准，Φ12孔为辅助定位基准，保证轴承的同轴度和限制各个自由度。用V型块作为夹紧，旁边设置压块来夹紧，这样子装拆方便，提供生产率。 4.2 定位方案和定位基准的选择 在加工Φ24p9外圆面之前，已经加工好Φ30的外圆面，Φ35的端面和左端面的中心孔，这就可以采用一面一孔的组合基准定位。用带台肩长销顶住左端面的中心孔作为第一基准限制工件的四个自由度，Φ12的中心孔作为辅助定位基准限制一个自由度，Φ35端面为第二基准限制一个自由度，再采用半圆孔定位座作为夹紧装置。 4.3 定位元件的设计 因为要考虑夹具随主轴转动，零件的回转不平衡，因此采用花盘角铁式车床夹具，可以设置平衡块来消除回转零件的不平衡，具体设计图看附图三 4.4 定位误差分析. 本工序采用左端面中心孔定位和Φ35的设计基准作为定位基准，采用的是基准重合定位，理论上不存在定位误差， 4.5 夹具设计及简要操作说明 本夹具由夹具体花盘，中心孔定位销，半圆孔定位座，平衡块，辅助定位带台肩长销等组成。花盘是与主轴连接的主要定位基准，中性孔定位销的作用是保证轴的中心对称度，辅助定位带台长销的作用固定肋板的选择限制一个自由度，半圆孔定位座辅助限制轴的对称度，第二起夹紧的作用。 4.6 夹具精度分析 一批工件在卡具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成误差，即工件定位时造成的加工表面相对工序基准的误差。 形成原因有两个，一是由于定位基准 与设计基准不重合而造成。二是定位基准与限位基准不重合而造成。 五 附图 一 制动器杠杆的零件图 二 机械加工工艺过程卡 三 专用夹具的机械加工工序卡 四 夹具装配图 五 夹具零件图（夹具体） 总 结 设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入社会打下了好的基础。 设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是我们踏入社会的关键一步 这次设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见，在我遇到难题时给我指明了方向，最终我很顺利的完成了毕业设计。 这次设计成绩的取得，与指导老师的细心指导是分不开的。在此，我衷心感谢我的指导老师，特别是每次都放下他的休息时间，耐心地帮助我解决技术上的一些难题，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，她都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，他不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩指导老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 参 考 文 献 1. 切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版，1994年 2.机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994年 3.机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983年 4.机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学技术出版社出版，1990年 5.金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社，1981年10月 6.机械制造工艺学，郭宗连、秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1997年