前鋼板彈簧吊耳課程設計說明書.doc

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全套圖紙2231156838 桂林航天工業(yè)學院 課程設計（論文）任務書 系 別 機 械 工 程 學 院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生班級 數(shù)控2班 姓 名 黃高業(yè) 學 號 2013030040325 指導老師 呂 勇 職 稱 副教授 設計（論文）題目及專題 關于前鋼板彈簧吊耳 及加工切槽夾具的設計 目錄 摘要……………………………………………………………………………………………1 一零件分析……………………………………………………………………………………1 1.1零件的作用……………………………………………………………………………1 1.2 零件的工藝分析………………………………………………………………………2 二機械加工工藝規(guī)程設計制定………………………………………………………………3 2.1確定毛坯的制造形式…………………………………………………………………3 2.2基準的選擇……………………………………………………………………………3 2.3制定工藝路線…………………………………………………………………………4 2.4確定加工余量及毛坯尺寸……………………………………………………………4 2.5選擇加工設備與加工裝備……………………………………………………………7 2.6確定切削用量和基本時間……………………………………………………………10 三加工切槽夾具設計…………………………………………………………………………15 3.1夾具設計………………………………………………………………………………15 3.2定位方案的選定………………………………………………………………………16 3.3夾具夾緊裝置的確定…………………………………………………………………17 3.4工件定位自由度分析…………………………………………………………………18 3.5工件定位精度分析……………………………………………………………………19 四參考文獻……………………………………………………………………………………20 摘要 本次課程設計是對前鋼板彈簧吊耳零件的加工工藝及對其加工時一些夾具的設計。該零件主要是平面的加工、孔的加工。由加工工藝原則可以知道，平面的加工比孔的加工容易，而且精度更容易保證，所以在加工過程中應該遵循先易后難的原則，即先面后孔的原則。 在加工前，應該先劃分粗加工和精加工以保證達到所需的精度要求，基準選擇以前鋼板彈簧吊耳兩個Φ40端面作為粗基準，以前鋼板彈簧吊耳加工后的底平面作為精基準。主要加工工序安排是先以前鋼板彈簧吊耳兩個Φ40端面作為粗基準加工底平面，再以端面定位加工出工藝孔。在后續(xù)工序中除個別工序外均用端面和工藝孔定位加工其他孔與平面。整個加工過程選用不同類型的加工機床。 一．零件分析 1零件的作用 前鋼板彈簧吊耳的主要作用是載重后，使鋼板能夠得到延伸，伸展，能有正常的緩沖作用。因此汽車前鋼板彈簧吊耳零件的加工質(zhì)量會影響汽車的工作精度、使用性能和壽命。汽車前鋼板彈簧吊耳主要作用是減震功能、阻尼緩沖部分功能、導向功能 前鋼板彈簧吊耳零件圖 2 零件的工藝分析 前鋼板彈簧吊耳零件圖上可以看出，標有表面粗糙度符號的表面有底平面，內(nèi)孔，孔倒角等。其中，表面粗糙度要求最高的是Φ25孔，公差等級達到IT7級，表面粗糙度為Ra3.2um。該孔為前鋼板彈簧吊耳的主要設計基準。 二．機械加工工藝規(guī)程設計制定 1確定毛坯的制造形式 考慮到工件運行時經(jīng)常受到?jīng)_擊性載荷，采用鑄鐵材料KTH350-10，該有較高的強度、塑性和沖擊韌度，零件的強度能保證。因此可以確定毛坯的鑄造形式為鑄造。 2基準的選擇 2.1基準介紹 基準是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素的幾何關系所依據(jù)的點、線、面。按照其功用的不同可以分為設計基準和工藝基準。 基面的選擇是工藝設計的重要工作之一，基面選擇合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率。否則會使加工困難，甚至造成零件報廢。 2.2（1）粗基準的選擇原則 1）若工件必須首先保證某重要表面的加工余量均勻，則應優(yōu)先選擇該表面為粗基準。 2）若工件每個表面都有加工要求，為了保證各表面都有足夠的加工余量，應選擇加工量少的表面為粗基準。 3）若工件必須保證某個加工表面與加工表面之間的尺寸或位置要求，則應選擇某個加工面為粗基準。 4）選擇基準的表面應盡可能平整，沒有鑄造飛邊，澆口，冒泡或者其他缺陷。粗基準一般只允許使用一次。 基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，他對零件的生產(chǎn)是非常重要的。先選取φ40外圓端面為粗基準，加工底平面 （2）精基準的選擇原則 1）基準重合原則 2）基準同一原則 3）自為基準原則 4）互為基準原則 5）可靠，方便原則 以Φ10.5孔及其端面為定位精基準，加工其它表面及孔。 3 制定工藝路線 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要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能型機床配以專用夾具，并盡量使工序集中在提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降下來。 擬定工藝路線方案如下： 工序號 工 名序 稱 工 序 內(nèi) 容 設 備 05 銑 銑底平面 XA5032 10 鉆 鉆、擴、鉸2xΦ10.5孔 Z3025 15 擴 鉆、擴、鉸2Xφ25孔 Z3025 20 锪 2x25孔倒角 Z3025 25 銑 切槽 XA6132 30 清洗 去毛刺，清洗 清洗機 35 終檢 檢驗 檢驗臺 4確定加工余量及毛坯尺寸 前鋼板彈簧吊耳零件材料為KTH350-10，屬于黑心可鍛鑄鐵的一種。其最小抗拉強度為350MPa，最低延伸率為10。生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。查表得鑄鐵采用砂型鑄造機器造型，鑄件尺寸公差為CT8~CT12級，我們選CT9級。查表選擇加工余量為H級，查表分別確定各加工表面的機械加工余量，工序尺寸如下： 1工序05銑底平面（以兩個Φ40的頂端圓作為粗基準)： 名稱 加工余量 基本尺寸 加工經(jīng)濟精度 表面粗糙度 半精銑 1 22 IT9 Ra6.3 粗銑 2 23 IT12 Ra50 毛胚尺寸 - 25 - 2工序10鉆孔： 名稱 加工余量（雙） 基本尺寸 加工經(jīng)濟精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 鉸孔 0.5 - Ra6.3 擴孔 2 IT11 Ra12.5 鉆孔 8 IT12 - 3工序15擴孔： 名稱 加工余量（雙） 基本尺寸 加工經(jīng)濟精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 鉸孔 0.2 - Ra3.2 擴孔 1.8 IT11 Ra12.5 鉆孔 23 IT13 - 4工序20锪Φ25孔倒角 名稱 加工余量 基本尺寸 加工經(jīng)濟精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗銑 3 3 IT12 3 Ra50 5工序25銑寬度為3mm的開口槽： 名稱 加工余量 基本尺寸 加工經(jīng)濟精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度 粗銑 3 3 IT12 3 Ra50 確定毛坯基本尺寸 加工表面的毛坯尺寸只需將零件尺寸加上查取的相應加工余量即可，所得毛坯如下 5選擇加工設備與加工裝備 1選擇加工設備 由于生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，加工設備易以通用機床為主， （1）XA5032銑床 XA5032主要規(guī)格及技術參數(shù) 工作臺工作面尺寸（寬長） mm 3201250 主軸端面至工作臺面的距離 mm 45～415 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) 18 主軸轉(zhuǎn)速范圍 r/min 30～1500 工作臺縱向（X）進給量范圍 mm/min 23.5～1180 工作臺橫向（Y）進給量范圍 mm/min 23.5～1180 工作臺垂向（Z）進給量范圍 mm/min 8～394 工作臺縱向（X）快速移動速度 mm/min 2300 工作臺橫向（Y）快速移動速度 mm/min 2300 工作臺垂向（Z）快速移動速度 mm/min 770 主傳動電動機功率 KW 7.5 主傳動電動機轉(zhuǎn)速 r/min 1440 進給電動機功率 KW 1.5 進給電動機轉(zhuǎn)速 r/min 1400 工作臺最大水平拖力 N 15000 工作臺最大承載重量 Kg 500 機床外形尺寸（長寬高） mm 227217702094 機床重量 Kg 2800 （2）Z3025鉆床主要參數(shù)： 最大鉆孔直徑 mm 25 主軸中心線至立柱母線距離 最大 mm 800 1000 1300 最小 mm 200 主軸箱水平移動距離 mm 800 主軸端面至底座工作面距離 最大 mm 1066 最小 mm 266 搖臂升降距離 mm 550 搖臂升降速度 m/min 1.13 主軸轉(zhuǎn)速范圍 r/min 80～2000 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) steps 8 主軸進給量范圍 mm/r 0.13～0.54 主軸進給量級數(shù) steps 4 主軸行程 mm 250 刻度盤每轉(zhuǎn)鉆孔深度 mm 102 主軸允許最大扭轉(zhuǎn)力矩 Nm 200 主軸允許最大進給抗力 kN 8 主電機功率 kw 1.5 機床重量（約） kg 1400 1400 1430 機床輪廓尺寸（長寬高） CM 174（204）x75x236 （3）XA6132參數(shù) 工作臺面積mm 3201325 工作臺最大縱向行程手動/機動mm 700/680 工作臺最大橫向行程手動/機動mm 255/240 工作臺最大垂直行程手動/機動mm 320/300 工作臺最大回轉(zhuǎn)角度 45 主軸中心線至工作臺面距離mm 30/350 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) 18級 主軸轉(zhuǎn)速范圍r.p.m 30-1500 工作臺進給量級數(shù) 18級 主傳動電機功率kw 7.5 進給電機功率kw 1.5 機床外形尺寸(長寬高)mm 229417701610 機床凈/毛重kg 2650/2950 2選擇夾具 對于成批生產(chǎn)的零件，大多采用專用機床夾具。在保證加工質(zhì)量，操作方便，滿足高效的前提下，也可部分采用通用夾具。本機械加工工藝規(guī)程中所有工序均采用了專用機床夾具，需專門設計，制造。 3選擇刀具 在前鋼板彈簧吊耳的加工中，采用銑，鉆，擴，鉸，锪等加工方式，所有選刀具的情況如下： （1）銑刀 工序05銑底平面采用端銑刀來進行。要求銑削深度為3mm，查表應選高速鋼鑲齒套式面銑刀，查表可知銑刀直徑110-130mm，滿足加工要求的銑刀直徑d=125mm,孔徑D=40mm，寬L=5mm,齒數(shù)=48。 （2）鉆頭 從零件要求和加工經(jīng)濟性考慮，采用錐柄麻花鉆頭（GB1438.1-2008）完成加工工序。工序10中選用Φ8mm的麻花鉆鉆2個Φ8mm孔，再經(jīng)過麻花鉆擴孔，鉸孔；工序15采用麻花鉆擴孔；工序20，采用锪鉆進行倒角； 在刀具的選擇過程中，應盡量選擇通用刀具。 4選擇量具 選擇量具的原則是根據(jù)被測量對象的要求，在滿足測量精度的前提下，盡量選用操作方便，測量效率高的量具。量具用通用量具（如游標卡尺，千分尺，比較儀，量塊）和各種專用高效量具，本零件屬于成批生產(chǎn)，一般均采用通用量具，根據(jù)零件的尺寸性質(zhì)，工序05、工序20、工序25采用游標卡尺，工序10、工序15采用內(nèi)徑千分尺。 6確定切削用量和基本時間 1. 工序05：銑底平面 本道工序銑底平面，選擇機床XA5023型立銑床，所選擇刀具為高速鋼鑲齒套式面銑刀，其參數(shù)：直徑d=125mm,孔徑D=40，寬L=40，齒數(shù)=14。 （1）選擇切削用量： 決定銑削深度3mm由于加工余量不大，故可在一次走刀內(nèi)切完。 決定每齒進給量?z采用不對稱端銑以提高進給量。 銑床功率為7.5Kw 確定每齒進給量，查表出 選擇銑刀磨鈍標準及刀具壽命銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.8mm；由于刀具直徑d=125mm，故刀具壽命Y=150min 決定切削速度Vc和每分鐘進給量V。查表的高速鋼銑刀銑削速度為15-25m/min， 機床主軸轉(zhuǎn)速： 根據(jù)XA5032機床的標準主軸轉(zhuǎn)速，查表得n=60r/min 實際銑削速度 工作臺的每分鐘進給量應為：=zn=0.081460=67.2mm/min 查表，選取=60mm/min,則實際的每齒進給量為==0.071mm/z 校驗機床功率 (2)基本時間 銑削部分長度 刀具切入長度 刀具切出長度 機動時間： 2. 工序15擴Φ25孔 機床：立式鉆床Z3025 刀具：麻花鉆、擴孔鉆、鉸孔鉆 （1）、鉆Φ23孔 切削深度=22 進給量=（0.39~0.47）0.75=0.29~0.35mm/r 進給量應乘系數(shù)0.75，則 取 取切削速度 機床主軸轉(zhuǎn)速：，查表，取n=735r/min 實際切削速度： 根據(jù)《金屬機械加工工藝人員手冊》表15-8 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 機動時間： 以上為鉆一個孔的機動時間，故本工序機動工時為 （2）擴Φ24.8孔 切削深度=44 進給量： 查表，取 切削速度：查表，取 機床主軸轉(zhuǎn)速：， 查表，取 實際切削速度： 基本時間 被切削層長度： 刀具切入長度 刀具切出長度： 走刀次數(shù)為1 機動時間： 以上為擴一個孔的機動時間，故本工序機動工時為 鉸Φ25孔： 采用刀具：專用鉸孔鉆。 進給量：=（0. 9~1.2）0.7=0.63~0.84mm/r 查機床說明書，取=0.72mm/r。 機床主軸轉(zhuǎn)速：取n=68r/min，則其切削速度v=8.26m/min 機動工時 l=24mm 3. 工序25，切槽 粗銑寬度為3的開口槽 機床： XA6132銑床 刀具：高速剛鋸片銑刀 粗齒數(shù) 銑削深度： 每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表30-13，取 銑削速度：參照《機械加工工藝師手冊》表30-23，取， 取=30, =63代入公式（2-1）得： 機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝師手冊》表11-5，取 實際銑削速度： 取=，，=代入公式（2-2）得： 工作臺每分進給量： 根據(jù)《機械加工工藝手冊》 被切削層長度：由毛坯尺寸可知 刀具切入長度： 刀具切出長度：取 走刀次數(shù)為1 取，，, 代入公式（2-3）得： 機動時間： 三． 加工切槽工藝和夾具設計 1夾具設計 本次設計的是加工工序25切槽時所采用的夾具。由于是大批量生產(chǎn)，為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需設計專用夾具。 專用夾具具有以下的優(yōu)點： 1) 能穩(wěn)定的保證工件的加工精度 用夾具裝夾工件時，工件相對于道具及機床的位置精度由夾具保證，不受工人技術水平的影響，使一批工件的加工極度趨于一致。 2) 能提高勞動生產(chǎn)率 使用夾具裝夾工件方便、快捷，工件不需要劃線找正，可顯著的減少輔助工時，提高勞動生產(chǎn)率；工件在夾具中裝夾后提高了工件的剛性，因此可加大切屑用量，提高勞動生產(chǎn)率；可使用多件、多工位裝夾工件的夾具，并可采用高效夾緊機構，進一步提高勞動生產(chǎn)率。 3) 能擴大機床的使用范圍 4) 能降低成本 在批量生產(chǎn)中使用夾具后，由于勞動生產(chǎn)率的提高、使用技術等級較低的工人以及廢品率下降等原因，明顯得降低了生產(chǎn)成本。夾具制造成本分攤在一批工件上。每個工件增加的成本時極少的，遠遠小于由于提高勞動生產(chǎn)率而降低的成本。工件批量愈大，使用夾具所取得的經(jīng)濟效益就愈顯著。 夾具上的各種裝置和元件通過夾具體連接成一個整體。因此，夾具體的形狀及尺寸取決于夾具上各種裝置的布置及夾具于機床的連接。對于夾具體有以下幾點要求： 1) 有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性 夾具體上的重要表面，應有適當?shù)某叽绾托螤罹?，它們之間應有適當?shù)奈恢镁取? 2) 有足夠的強度和剛度 加工過程中，夾具體要承受較大的切屑力和夾緊力。為保證夾具體不產(chǎn)生不允許的變形和震動，夾具體應有足夠的強度和剛度。 3) 結構工藝性好 夾具體應便于制造、裝配和檢驗。鑄造夾具體上安裝各種元件的表面應鑄出凸臺，以減少加工面積。夾具體結構形式應便于工件的裝卸。 在機床上安裝穩(wěn)定可靠 夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上相應表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應盡量低，重心越高則支撐面應越大；夾具底面四邊應凸臺，使夾具體的安裝基面與機床的工作臺面接觸良好。 2定位方案的選定 該零件的定位方案我選擇的是兩孔一面定位方式。這種定位方式在箱體、杠桿、蓋板等類零件的加工中用的很廣。工件的定位面一般是加工過的精基面，定位方式如下圖： 3夾具夾緊裝置的確定 夾具鎖定環(huán)零件圖 3.1夾緊力的方向和作用點的確定 (1) 夾緊力的方向，主要夾緊力的方向一般應垂直于主要定位基準，當夾緊力和切削力，重力同方向時，需要的夾緊力最?。煌耆媚Σ亮砜朔邢髁椭亓r，所需的夾緊力最大。因此本設計的夾緊力方向應正好和重力方向平行。 (2) 夾緊力的作用點，夾緊力的作用點應在支承點上，或在幾個支承點所組成的平面內(nèi)。在多點夾緊時，如果平緊點在支承面之外，應采用聯(lián)動夾緊機構，以保證各點的夾緊力同時均勻地作用到工件上。夾緊力的作用點應選在工件剛性最好的部位，否則應設置輔助支承，夾緊力的作用點應靠近切削部位。 (3)夾緊力的大小，夾緊力的大小應根據(jù)所需夾緊力最大時的加工位置來決定，并分析此時受力情況，然后進行計算。為了安全應將計算值的安全系數(shù)(一般取2~3)作為所需要的夾緊力。 4工件定位自由度分析 一個尚未定位的工件，其空間位置是不確定的，工件定位的實質(zhì)就是要限制對加工有不良影響的自由度。無論工件的形狀和結構怎么不同，它們的六個自由度都可以用六個支撐點限制，只是六個支撐點的分布不同罷了。支撐點的分布必須合理，否則六個支撐點限制不了工件的六個自由度，或不能有效地限制工件的六個自由度。 工件的六個自由度都限制了的定位成為完全定位。工件被限制的自由度少于六個，但能保證加工要求的定位稱為不完全定位。工件定位時，影響加工要求的自由度必須限制;不影響加工要求的自由地，有時要限制，有時可不限制，視具體情況而定。按照加工要求確定工件必須限制的自由度，在夾具設計中是首要解決的問題。 在工件定位時，一下幾種情況允許不完全定位： 1）加工通孔或者通槽時，沿貫通軸的位置自由度可不限制。 2）毛坯（本工序加工前）是軸堆成的，繞對稱軸的角度自由度可以不限制。 3）加工貫通平面時，除可不限制沿兩個貫通軸的位置自由度外，還可不限制繞垂直加工面的軸的角度自由度。 按照加工要求應限制的自由度沒有被限制的定位成為欠定位。確定工件在夾具中的定位方案時，欠定位是決不允許發(fā)生的。因為欠定位保證不了工件的加工要求。重復定位分兩種情況：當工件的一個或幾個自由度被重復限制，并對加工產(chǎn)生有害影響的重復定位，稱為不可重復定位，不可用重復定位是不允許的；當工件的一個或幾個自由度被重復限制，但仍能滿足加工要求，即不但不產(chǎn)生有害影響，反而可增加工件裝夾剛度的定位，稱為可用重復定位。在生產(chǎn)實際中，可用重復定位被大量采用。 這次所要加工的零件定位角向分析如圖5.1。加工時前機體零件底面支靠在夾具定位平面上，這樣控制了X、Z、Y零件三個自由度；此外用圓柱定位銷及菱形銷對零件定位孔定位時，則控制了零件Z、Y、X三個自由度。因此，零件壓緊定位后，六個自由度都受到了控制，得到了準確的加工。 5工件定位精度分析 一批工件逐個在夾具上定位時，由于工件以及定位原件的公差，使得各個工件所占的位置完全一致，加工后形成加工尺寸的不一致，為加工誤差。這種只與工件定位有關的加工誤差，稱為定位誤差。造成定位誤差的原因有兩個：一個是定位基準與工序基準不重合，由此產(chǎn)生基準不重合誤差；二是定位基準與限位基準不重合，由此產(chǎn)生基準的位移誤差。 五參考文獻 [1]韓秋實.王紅軍.機械制造技術基礎 [M].3版.北京：機械工業(yè)出版社，2009. 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