前橫架機械加工工藝及鉆4-M12螺紋孔夾具設計

前橫架機械加工工藝及鉆4-M12螺紋孔夾具設計,前橫架,機械,加工,工藝,M12,螺紋,夾具,設計 設計說明書 題目：前橫架零件的工藝規(guī)程及夾具設計 摘 要 本次設計內(nèi)容涉及了機械制造工藝及機床夾具設計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。 本設計是一種前橫架的工藝設計和夾具設計。該零件是一種支承機構(gòu)的支架零件。設計中先進行零件的結(jié)構(gòu)和工藝分析，確定粗基準和精基準以及零件的加工余量與毛坯的尺寸，得出零件的加工工藝過程，接著再計算各工序的切削用量以及工時。 除此之外，還設計了一套專用鉆床夾具。首先確定合適的定位基準，設計夾具體，再選擇定位元件、夾緊元件等部件。然后計算出定位誤差、夾緊力以及切削力，分析夾具的合理性，確保夾具可以安全的工作。 目錄 序 言 4 一 零件的分析 5 1.1零件的作用 5 1.2零件的工藝分析 5 二. 工藝規(guī)程設計 6 2.1確定毛坯的制造形式 6 2.2基面的選擇 6 2.3制定工藝路線 7 2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 9 2.5 確定切削用量及基本工時 9 三 夾具設計 14 3.1專用夾具設計的基本要求 14 3.2定位方案的選擇 14 3.2定位基準的選擇 15 3.3夾具的夾緊方式 16 3.4 切削力和夾緊力的計算 16 3.5定位誤差分析 16 3.6夾具體的設計 17 夾具體 18 總 結(jié) 19 致 謝 21 參 考 文 獻 22 2 序 言 隨著科學技術(shù)的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備[2]。機床夾具在機械加工中起著重要的作用，所以應用十分廣泛。歸納起來有以下幾個方面的作用：保證工件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量；提高勞動生產(chǎn)率和降低加工成本；改善工人勞動條件；在流水線生產(chǎn)中，便于平衡生產(chǎn)節(jié)拍[3]。 機床夾具分類： a. 專用夾具：專用夾具是針對某一種工作的一定工序而專門設計的。因為不需要考慮通用性，所以夾具可以設計得結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。因此，此類夾具可以保證較高的加工精度和勞動生產(chǎn)率，但這類夾具的專用性很強，并且設計和制造周期較長[4]，制造費用也較高。 b. 可調(diào)式夾具：它的特點是加工完一種零件后，通過調(diào)整或更換夾具中的個別元件，即可加工形狀相似、尺寸和加工相似的多種零件。 c. 專門化拼裝夾具：專門化拼裝夾具是針對其工件的特定工序加工要求由實現(xiàn)制造好的通用性較強的標準化元件和部件拼裝組成。從這個特點來看，這類夾具具有很大的通用性，但同時又是為某一種特定工序而專門拼裝的夾具[5]，因此這類夾具又具有專門夾具的優(yōu)點。 d. 自動化生產(chǎn)用夾具：自動化生產(chǎn)用夾具主要是自動線上所使用的夾具。基本上分為兩類：一類是固定式夾具；一類是隨行夾具。 一 零件的分析 1.1零件的作用 題目所給定是前橫架零件，它是一種起支撐、連接其他零件和承受負荷的零件，也是機器和部件的基礎零件。前橫架零件尺寸如圖所示 零件圖 1.2零件的工藝分析 加工表面 尺寸mm 表面粗糙度Ra/μm 形位公差/mm 前橫架前面 25 前橫架底面 不允許有凸塊等缺陷 底板螺紋孔 M12 φ0.5 B 凸起螺紋孔 M12 φ0.1 C 墊片圓槽 φ25 锪平 分析零件圖可知，零件經(jīng)鑄造后前后面需要粗加工，用立式銑床加工前面。保證螺紋孔的位置度。底面要求不允許有凸塊等缺陷。其余表面均為鑄造面，不需加工。而主要工作面的加工精度較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟的方法保質(zhì)保量的加工出來。所以，該零件的工藝性較好。 二. 工藝規(guī)程設計 2.1確定毛坯的制造形式 常用毛坯種類有：鑄件、鍛件、焊件、沖壓件。各種型材和工程塑料件等。在確定毛坯時，一般要綜合考慮以下幾個因素： （1）依據(jù)零件的材料及機械性能要求確定毛坯。例如，零件材料為ZL102，其鑄造性能優(yōu)良，故選用鑄造毛坯；強度要求高而形狀不太復雜的鋼制品零件一般采用鍛件。 （2）依據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形尺寸確定毛坯，例如結(jié)構(gòu)比較復雜的零件采用鑄件比鍛件合理；結(jié)構(gòu)簡單的零件宜選用型材，鍛件；大型軸類零件一般都采用鍛件。 （3）依據(jù)生產(chǎn)類型確定毛坯。大批大量生產(chǎn)中，應選用制造精度與生產(chǎn)率都比較高的毛坯制造方法。例如模鍛、壓力鑄造等。單件小批生產(chǎn)則采用設備簡單甚至用手工的毛坯制造方法，例如手工木模砂型鑄造。 （4）確定毛坯時既要考慮毛坯車間現(xiàn)有生產(chǎn)能力又要充分注意采用新工藝、新技術(shù)、新材料的可能性。 零件的加工尺寸不大，在考慮提高生產(chǎn)率，保證加工精度后可采用鑄造成型。零件形狀并不復雜，因此形狀毛坯可與零件形狀盡量接近。由技術(shù)要求可知該零件是鑄件，參考機床夾具設計手冊可知，根據(jù)鑄件制造方法，采用金屬型鑄造經(jīng)濟精度。HT200的可鑄性好，因此可用鑄造的方法　因為是成批生產(chǎn)，采用砂型鑄造的方法生產(chǎn)鑄件毛坯，既可以提高生產(chǎn)率，又可以提高精度而且加工余量小等優(yōu)點。 2.2基準的選擇 選擇工件的定位基準，實際上是確定工件的定位基面。定位基準是加工中使工件在夾具上占有正確位置所采用的基準[10]。它的選擇不僅影響著加工精度，而且與加工工序的確定是密切相關(guān)的。根據(jù)選定的基面加工與否，又將定位基準分為粗基準和精基準。在起始工序中，只能選擇未經(jīng)加工的毛坯表面作為定位基準，這種基準稱為粗基準[11]。用加工過的表面作為定位基準，則稱為精基準。在選擇定位基準時，是從保證精度要求出發(fā)的，因此分析定位基準選擇的順序就應為精基準到粗基準。 a. 粗基準的選擇 選擇的原則是： (1) 非加工表面原則 (2) 加工余量最小原則 (3) 重要表面原則 (4) 不重復使用原則 (5) 便于裝夾原則 選擇粗基準主要是選擇第一道機械加工工序的定位基準，以便為后續(xù)工序提供精基準。粗基準的選擇對保證加工余量的均勻分配和加工面與非加工面（作為粗基準的非加工面）的位置關(guān)系具有重要影響。根據(jù)以上的原則，選擇殼體零件毛坯的下表面作為粗基準。這樣加工好的上下底面可作為零件加工的精基準。同時可以把φ30mm毛坯孔作為零件加工的粗基準。 b. 精基準的選擇 選擇的原則是： (1) 基準重合原則 (2) 基準統(tǒng)一原則 (3) 自為基準原則 (4) 互為基準原則 (5) 便于裝夾原則 選擇精基準時應重點考慮如何減少工件的定位誤差，保證加工精度，并使夾具結(jié)構(gòu)簡單，工件裝夾方便。精基準選擇該殼體零件的上下底面既是裝配基準，又是設計基準，用它作精基準能使加工遵循基準重合的原則，實現(xiàn)了零件的良好定位方式，其余各面和孔的加工也能用它定位，這樣使工藝路線遵循了基準統(tǒng)一的原則。此外，上下面的面積相對比較大，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案比較簡單、可靠，并且操作起來也比較方便。 本次設計以已經(jīng)加工好的4-Φ10孔和一端面為定位精基準，加工其它表面及孔。主要考慮精基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合的時候，應該進行尺寸換算，這在以后還要進行專門的計算，在此不再重復。 2.3工序的合理組合 工序是組成機械加工工藝過程的基本單元，一個工序是指一個（或一組）工人，在一臺機床上（或一個工作地點），對同一工件（或同時對幾個工件）所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。制訂機械加工工藝過程，必須確定該工件要經(jīng)過幾道工序以及工序進行的先后順序。 確定基準以后，就按生產(chǎn)類型、零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求和機床設備等具體生產(chǎn)條件確定工藝過程的工序數(shù)。確定工序數(shù)的基本原則： a. 工序分散原則 工序內(nèi)容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設備。簡單的機床工藝裝備。生產(chǎn)準備工作量少，產(chǎn)品更換容易。對工人的技術(shù)要求水平不高。但需要設備和工人數(shù)量多，生產(chǎn)面積大，工藝路線長，生產(chǎn)管理復雜。 b. 工序集中原則 工序數(shù)目少，工件裝，夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應減少了操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積，也簡化了生產(chǎn)管理，在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設備少，大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機床，以提高生產(chǎn)率。但采用復雜的專用設備和工藝裝備，使成本增高，調(diào)整維修費事，生產(chǎn)準備工作量大。 一般情況下，為簡化生產(chǎn)管理，多將工序適當集中。結(jié)構(gòu)簡單的專用機床和工夾具組織流水線生產(chǎn)。 2.4制定工藝路線 加工工藝路線制定的原則是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量提高生產(chǎn)效率和降低成本，并且能夠充分利用現(xiàn)有的生產(chǎn)條件。制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。 （1）遵循“先基準后其他”原則，首先加工精基準—前橫架前面。 （2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （3）遵循“先面后孔”原則，先加工前面，后加工螺紋孔以及墊片圓槽。制定以下兩種工藝方案： 方案一 1 鑄造 鑄造 2 時效處理 時效處理 3 銑 銑247×54的后端面 4 銑 銑247×54的前端面 5 鉆 鉆4-Φ10的孔 6 銑 銑R15的端面 7 锪 锪平φ25孔 8 鉆 鉆M12的螺紋孔，攻絲 9 攻絲 攻絲4-M12 10 檢驗 檢驗 11 入庫 入庫 方案二 1 鑄造 鑄造 2 時效處理 時效處理 3 鉆 鉆4-Φ10的孔 4 銑 銑247×54的后端面 5 銑 銑247×54的前端面 6 銑 銑R15的端面 7 锪 锪平φ25孔 8 鉆 鉆M12的螺紋孔，攻絲 9 攻絲 攻絲4-M12 10 檢驗 檢驗 11 入庫 入庫 工藝方案一和方案二的區(qū)別在于方案一先銑端面，再鉆孔，工序安排緊湊合理，可以更好的保證加工精度要求和位置度要求。綜合考慮我們選擇方案一。 具體的加工路線如下 1 鑄造 鑄造 2 時效處理 時效處理 3 銑 銑247×54的后端面 4 銑 銑247×54的前端面 5 鉆 鉆4-Φ10的孔 6 銑 銑R15的端面 7 锪 锪平φ25孔 8 鉆 鉆M12的螺紋孔，攻絲 9 攻絲 攻絲4-M12 10 檢驗 檢驗 11 入庫 入庫 2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。 1、 不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件圖給定尺寸為自由度公差，由鑄造可直接獲得。 2、 前橫架的端面 由于前橫架端面要與其他接觸面接觸，查相關(guān)資料知余量留2mm比較合適。 3、前橫架的孔 毛坯為空心，鑄造出孔?？椎木纫蠼橛贗T7—IT8之間，參照參數(shù)文獻，確定工藝尺寸余量為2mm 2.5 確定切削用量及基本工時 工序：銑247×54的前后端面 1. 選擇刀具 刀具選取不重磨損硬質(zhì)合金端銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1） 決定銑削深度 因為加工余量不大，一次加工完成 2） 決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選?。?50 當＝750r/min時 按機床標準選取 3） 計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 工序：鉆4-Φ10的孔 機床：Z525立式鉆床 刀具：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表10-61選取高速鋼麻花鉆Φ10 1)進給量 取f=0.13mm/r 2)切削速度　　V=24~34m/min. 取V=30m/min 3)確定機床主軸轉(zhuǎn)速　　 ns== r/min 與955r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為1000r/min。現(xiàn)選取=1000r/min。 所以實際切削速度== 5) 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。 　 t=i ;其中l(wèi)=60mm; =4mm; =3mm; t= ==0.51min 工序：銑R15的端面 1. 選擇刀具 刀具選取不重磨損硬質(zhì)合金端銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 4） 決定銑削深度 因為加工余量不大，一次加工完成 5） 決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選取＝1200 當＝1200r/min時 按機床標準選取 6） 計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 工序：锪平φ25孔 機床：Z525立式鉆床 刀具：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表10-61選取柱形锪鉆 1)進給量 取f=0.18mm/r 2)切削速度　　V=24~34m/min. 取V=30m/min 3)確定機床主軸轉(zhuǎn)速　　 ns== r/min 與955r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為1000r/min?，F(xiàn)選取=1000r/min。 所以實際切削速度==78.5 m/min 5) 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。 　 t=i=0.89min 工序：鉆M12螺紋孔 確定進給量：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-7，當 鋼的，時，。由于本零件在加工孔時屬于低剛度零件，故進給量應乘以系數(shù)0.75，則： 根據(jù)Z525機床說明書，現(xiàn)取 切削速度：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度所以 根據(jù)機床說明書，取，故實際切削速度為 切削工時：，，，則機動工時為 攻絲M12 攻螺紋M12mm。 按機床選取，則 機動時，， 三 夾具設計 機床夾具是機械加工工藝系統(tǒng)的重要組成部分，是機械制造中的一項重要工藝裝備。工件在機床上進行加工時，為保證加工精度和提高生產(chǎn)率，必須使工件在機床上相對刀具占有正確的位置[17]，完成這一功能的輔助裝置稱為機床夾具。機床夾具在機械加工中起著重要的作用，它直接影響機械加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本以及工人的勞動強度等。因此機床夾具設計是機械加工工藝裝備中的一項重要工作。 本次設計鉆4xM12螺紋孔的鉆床專用夾具。本夾具主要用于鉆4xM12螺紋孔，精度要求不高，和其他面沒有任何為主度要求，為此，只考慮如何提高生產(chǎn)效率上，精度則不予考慮。 3.1專用夾具設計的基本要求 （1） 夾具設計應滿足零件加工工序的精度要求； （2） 應能提高加工生產(chǎn)率； （3） 操作方便、省力、安全； （4） 具有一定使用壽命和較低的夾具制造成本； （5） 夾具元件應滿足通用化、標準化、系列化的“三化”要求； （6） 具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性：便于制造、檢驗、裝配、調(diào)整、 3.2定位方案的選擇 本設計為加工底板螺紋孔，綜合考慮，采用扁頭定位銷可以限制1個自由度，即將工件與板用一個定位長銷連接在一起，B面在底面上被支撐釘支撐，這樣可以限制X轉(zhuǎn)動，Y轉(zhuǎn)動，Z轉(zhuǎn)動、平動4個方向的自由度。再將底板夾緊即共限制了6個方向的自由度。遵循六點定位原則。 3.2定位基準的選擇 基準是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面。根據(jù)基準的不同功能，基準分為設計基準和工藝基準兩大類。 1. 設計基準 在零件圖樣上所采用的基準，稱為設計基準。 2. 工藝基準 零件在工藝過程中所采用的基準，稱為工藝基準。工藝基準按用途不同，又分為裝配基準、測量基準、工序基準和定位基準。 （1）裝配基準 裝配時用以確定零件在部件或產(chǎn)品中的位置的基準，稱為裝配基準。 （2）測量基準 測量時用以檢驗已加工表面尺寸幾 位置的基準，稱為測量基準。 （3）工序基準 在加工工序中，用以確定本工序被加工表面家工后的尺寸、形狀及位置的基準，稱為工序基準。 （4）定位基準 工件定位時所采用的基準，稱為定位基準。 3.3夾具的夾緊方式 根據(jù)夾具所采用的夾緊動力源不同，夾具可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具等。本裝置采用氣動夾具。 3.4 切削力和夾緊力的計算 由于本道工序主要完成工藝孔的鉆孔加工，鉆削力。由《切削手冊》得： 鉆削力 式（5-2） 鉆削力矩 式（5-3） 式中： 代入公式（5-2）和（5-3）得 本道工序加工工藝孔時，夾緊力方向與鉆削力方向相同。因此進行夾緊立計算無太大意義。 3.5計算定位誤差 根據(jù)表8—13中查得本設計符合標準。式中表示孔的上偏差，下偏差為0，表示銷的下偏差，上偏差為0，定為基準孔與定位銷間的最小間隙。 =0.11mm，=0.027mm，==0 所以=0.0685mm。 3.6導向元件設計 鉆床夾具的刀具導向元件為鉆套，鉆套的作用是確定刀具相對夾具定為元件的位置，并在加工中對鉆頭等孔加工刀具進行引導，防止刀具在加工中發(fā)生偏斜。 本設計采用可換式鉆套。 鉆套的高度和排泄間隙 鉆套高度與所鉆孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具剛度、工件表面形狀等因素有關(guān)。鉆套高度越大，刀具的導向性越好，但刀具與鉆套的摩擦越大，一般取1—2.5倍的孔徑，孔徑小精度要求高時，取較大值。 鉆套底部與工件間的距離稱為排泄間隙。鉆套高度應適當選取，排泄間隙較小時切削難以自由排出，使加工表面被破壞；排泄間隙較大時，會降低鉆套對鉆頭的導向作用，影響加工精度。 3.7夾具體的設計 夾具體是夾具的基礎件，夾具上的所有組成部分都必須最終通過這一基礎件組成一個有機整體。 （1）足夠的剛度和強度 設計夾具時，應保證在夾緊力和切削力等外力條件下，不產(chǎn)生過大的變形和振動。必要時，可在適當位置設置若干條加強筋。 （2）夾具安裝穩(wěn)定 機床夾具通過夾具體安裝在機床工作臺上，安裝應穩(wěn)定，為此，機床夾具重心和切削力等力的作用點應處在夾具安裝基面內(nèi)。機床夾具高度越大，要求夾具體底面面積也越大。為使夾具體平面與機床工作臺接觸良好，夾具體底平面中間部位應適當挖空。 （3） 夾具體結(jié)構(gòu)工藝性良好 設計時應注意夾具體的毛坯制造工藝性、機械加工工藝性和裝配的工藝性。 （4）便于清除切屑 為防止加工中切屑聚積在定為元件工作表面或其他裝置中，影響工件的正確定位和夾具的正常工作，在設計家具時，要考慮切屑排除問題。 3.8 夾具體材料及制造方法 夾具體鑄造或焊接的方法制造。由于鑄造夾具體有以下特點，所以得到了廣泛的應用。 （1）鑄造工藝性良好，幾乎不受零件大小、形狀、重量和結(jié)構(gòu)復雜程度的限制； （2）鑄造夾具體吸振性良好，可減小或避免其受力而產(chǎn)生的振動； （3）鑄造夾具體承受抗壓能力大，可承受較大的切削力、夾緊力等力的作用。 鑄造材料一般采用HT200或HT150兩種。夾具體應進行時效處理，以消除內(nèi)應力。本設計采用HT200。 總 結(jié) 這次設計是大學學習中最重要的一門科目，它要求我們把大學里學到的所有知識系統(tǒng)的組織起來，進行理論聯(lián)系實際的總體考慮，需把金屬切削原理及刀具、機床概論、公差與配合、機械加工質(zhì)量、機床夾具設計、機械制造工藝學等專業(yè)知識有機的結(jié)合起來。同時也培養(yǎng)了自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既了解了基本概念、基本理論，又注意了生產(chǎn)實踐的需要，將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，來完成本次設計。 這次設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鑄煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),更是在學完大學所學的所有專業(yè)課及生產(chǎn)實習的一次理論與實踐相結(jié)合的綜合訓練。這次課程設計使我以前所掌握的關(guān)于零件加工方面有了更加系統(tǒng)化和深入合理化的掌握。比如參數(shù)的確定、計算、材料的選取、加工方式的選取、刀具選擇、量具選擇等； 也培養(yǎng)了自己綜合運用設計與工藝等方面的知識； 以及自己獨立思考能力和創(chuàng)新能力得到更進一步的鑄煉與提高；再次體會到理論與實踐相結(jié)合時，理論與實踐也存在差異。 致 謝 在課程設計即將結(jié)束之際，本該是一件值得很慶幸的好事，但卻苦于不知道以怎樣的方式表達在課程設計中幫助過我的老師、同學及學院領(lǐng)導，更不知道用什么樣的詞句來形容此時的心情，我想沒有他們的幫助，課程設計就不會做的這么順利，我只有在這兒向所有幫助我的同學、老師和領(lǐng)導說一聲：你們辛苦了，謝謝！ 我這次的課程設計是由姚敏茹老師指導完成的。在完成的過程中也遇到不少的問題，姚老師給了我們許多關(guān)懷和幫助，并且隨時詢問我們課程設計的進展情況，細心的指導我們。 通過這次的課程設計，我們對所研究的題目內(nèi)容、相關(guān)原理及實際中的運用有了比較深入的了解，掌握了相關(guān)資料的查詢的方法，培養(yǎng)了我們獨立的學校能力，解決問題的能力并且拓展了知識面。 參 考 文 獻 [1] 孫麗媛. 機械制造工藝及專用夾具設計指導[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2010. 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