手柄座机械加工工艺及夹具设计.pdf

序言 综合模块（机制工艺及夹具）课程设计是在学完了机械制造技 术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实 践性教学环节。这次设计使我能综合运用机械制造技术基础中的基本 理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件 机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高 了结构设计能力，为今后的课程设计及未来从事的工作打下了良好的 基础。这次课程设计中，我所选的零件是“手柄套”，完成该零件的机 械加工工艺规程的编制及工艺装备的设计。在加工时，零件的配合部 分需进行精加工，保证其配合准确，提高车床的综合性能，又因为被 加工零件的结构比较复杂，加工难度大，需进行专用夹具的设计与装 配。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望老师 多加指教。一、零件的分析及生产类型的确定1、零件的生产类型 依设计题目知：Qn=5000件/年；结 合 生 产 实 际，备 品 率 和 废 品 率 可 以 取 为=5%,=0.5%。由此可得，该零件的生产纲领年 件/55130.5%)(1%)5(15000)+)(1+Qn(1=N=+=查表可知其属轻型零件，生产类型为中大批量生产。二、零件毛坯的设计1、选择毛坯 根据生产纲领可知，手柄套属中大批量生产，零件形状为全 圆柱体，可选零件材料为45，毛坯制造选用铸造毛坯，这样毛坯 与成品相似，加工方便，省工省料。为了提高生产率，铸造方法 选用砂型铸造，且为机器造型。2、确定毛坯尺寸 适用于机械加工表面粗糙度Ra1.6m。Ra6.3m的表 面，余量要适当增大。分析零件，各加工表面均为Ra1.6m，因此这些表面的 毛坯尺寸只需要将零件的尺寸加上余量值即可。图2：根据零件尺寸计算的毛坯尺寸 三、零件的加工工艺设计1、定位基准的选择 本零件是不规则多孔零件体，其右端面是设计基准（亦是装配 基准和测量基准），为了避免由于基准不重合而产生的误差，应选右 端面为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。2、零件表面加工方法的选择 本零件有平面、内孔、外圆柱面、螺纹等加工，材料为45。以 公差等级和表面粗糙度要求，参考本指南有关资料，其加工方法选择 如下：（1）、右端面 右端面为精基准加工其它表面，表面粗糙度为Ra3.2m ，加工方 法为先粗车后精车。（2）、左端面 未注公差尺寸，根据GB180079规定其公差等级按IT14，表面 粗糙度为Ra6.3m ，由于毛坯上已经铸造出孔留出加工余量，所以选 择先扩孔再铰孔即可达到要求。（3）、26孔 未注公差尺寸，根据GB180079规定其公差等级按IT14，表 面粗糙度为Ra3.2m ，只需用6mm麻花钻直接在其位置钻孔即 可。（4）、12公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra1.6，加工方法可采用粗 车精车精磨。（5）、14这两个孔用于联接油管，用于输通油液，密封性需要比较高。连结部分采用螺纹联接。由于毛坯中这两孔是铸为实心，所以此 部分的加工为先锪沉头孔，然后在其位置钻13 孔，接着扩孔到 14深13mm。3、拟订工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使其零件的几何形状，尺寸 精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领中已经 确定为成批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，除此之外，应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。滤油器体加工包括各圆柱面、孔及端面的加工。按照先加工 基准面及先粗后精的原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。工序 机器砂型铸造毛坯；工序 检验，清砂；工序 热处理；工序 粗车外圆；工序 粗车左端面；工序 粗车右端面；工序 扩6孔；工序 扩24孔；工序 扩10孔；工序 精车外圆。工序 锪平26；工序 精车内孔10；工序 精车内孔13；工序 锐边倒角。工序 检验。4、工艺方案的比较与分析 四、是分散工序，工艺安排合理，能满足用通用机床加工并达到 精度的要求，除了选择万能性通用机床加工外，还要设计一些 专用夹具，提高加工要求和质量工序设计1、选择加工设备与工艺装备（1）、选择机床 根据不同的工序选择机床。工序、属于备坯阶段，不属于切削加工，由专门的 车间负责。工序 粗车左端面，选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不 大，精度要求不是很高，根据工厂内的现有设备一般最常用 CA6140型卧式车床加工。工序先锪30内孔面，再扩38内孔，精度要求不高，选用立式钻 床进行加工。工序 粗车48外圆柱面，在切退刀槽。加工中需要换刀具，刀架最 好是换位的，所以选择CA6140最经济。工序 铰38内孔，内孔倒角，选钻床进行加工。工序 精车48外圆，选用CA6140进行加工。工序 钻39通孔，由于是通孔，刀具进给深度可以不严格控制，在 其位置钻通孔即可。选用立式加工中心，只要在专用夹具上设计好 对刀块，然后执行程序就可以加工出3个9通孔了。工序x磨左端面，表面粗糙度 Ra1.6mm，没有要求与中心线的垂直 度，所以选用普通的端面磨床即可加工达到要求。工序、加工进（出）油口孔，选用摇臂钻床进行加工。工序 精磨48外圆，公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra1.6mm，精度要求比较高，所以这里选用外圆磨床进行加工。（2）、选择夹具 工序 选用三爪自定心卡盘。工序、都选用专用 夹具。（3）选择刀具 根据不同的工序选择刀具。错误错误！未找到引用源！未找到引用源。在车床上加工的工序 一般选用硬质合金车刀。切刀槽宜选用高速钢。为提高生 产率及经济性，应选用可转位车刀架。错误错误！未找到引用源！未找到引用源。在钻床上机加工的工序 麻花钻，锪头钻，倒孔钻等。（3）选择量具 加工部分的量具 工序 卡尺；工序 卡尺；工序 卡尺；工序 卡尺；工序 卡尺；工序 卡尺；工序 卡尺；工序 卡尺，螺纹塞规；工序 卡尺，螺纹塞规；工序 千分尺。检验部分的量具 检查内容 测量工具 砂眼、清砂是否干净、裂缝 观察表面及磁力探伤；轴向尺寸 卡尺；外圆径向尺寸 外径千分尺；角度 角度卡尺；孔内径 内径千分尺；检查粗糙度 专用仪器；检查配合表面精度 专用仪器。确定工序尺寸 根据各原始资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查 表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选 定，上下偏差按入体原则标注，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：“手柄套”零件材料为45，毛坯的重量约为1.1千克。生产类 型为中批或大批，采用机械砂型铸造毛坯。（1）、确定圆柱面的工序尺寸 错误！错误！未找到引用源。未找到引用源。38，30，11，39 由于无特殊加工精 度等，在满足其表面粗糙度的条件下直接钻孔或扩孔来完成。错误错误！未找到引用源！未找到引用源。外圆柱面46h6和46：46粗糙度为Ra6.3,精度等级为IT14，考虑其长度为14mm,因 为砂型铸造等级为IT14左右，能满足加工需求，因此直接铸造成型。48h6所需精度要求高，需进行粗车精车精磨。精车此时 直径余量为0.9mm，精磨此时直径余量为0.1mm，剩下的粗车时直 径余量为52.4480.9=3.4mm，能满足加工要求，考虑48h6长度 为40，精度等级为14，由铸造直接完成。48h6的外圆柱面的加工 余量表如下。表3:48h6外圆柱面的加工工序尺寸（单位：mm）工序名称 工序双边余量 工序公差 工序基本尺寸 工序尺寸及公差 精磨 0.1 IT6(0-0.016)480016.048 精车 0.9 IT7(0-0.025)48.10025.01.48 粗车 3.4 IT11(0-0.160)490160.049 毛坯 F(0-3.6)52.48.14.52 (2)确定轴向工序尺寸 如图 4 所示，图中尺寸均未标注公差，均按毛坯公差等级确定为IT14.图4：工序轴向尺寸L2工序尺寸按L1的工序尺寸确定。粗车余量为2.8mm，工序 尺寸为102.5mm，粗糙度精度为Ra6.3；精磨端面余量为0.5mm，工 序尺寸为102mm,粗糙度为Ra1.6。L3和L4由铸造直接完成，L3=40mm,L4=14mm。L6由锪30孔工序一次加工，L6=70mm。L5由第一次扩38孔完成，L5=65mm。五、夹具的设计 本夹具是工序XI的专用夹具，所设计的夹具装配图如附图3所示，夹具体零件图如附图4所示。有关说明如下：1、工件的定位（1）、定位方案 所加工的11 孔是一斜孔，本工序加工要求保证的位置精度主 要是11中心线与26沉头孔平面的交点F到A面的尺寸94IT14；即mm435.094。根据基准重合原则，应选端面A 为主要定位基准。该工序钻斜孔时受力不大，但受力不平衡，所以要实现完全定位，在 此可以用“一面两孔”定位原则，已知端面A 为主要定位基准，然 图6：工件的定位与夹紧后可以再选38孔和下面的9孔作为定位孔。端面A 可以限制3个 自由度，38孔与定位销配合可以限制2个自由度，9孔与定位销 配合可限制1个自由度，即实现完全定位。（2）计算定位销尺寸（a）(b)图7：定位销 38孔选用圆柱销定位，9孔选用菱形销定位。下面只计算定 位销的配合尺寸，其余尺寸按标准查表。错误错误！未找到引用源。！未找到引用源。、确定两销中心距 按 IT14 查表，得9 孔的公差为 0.36mm，38 孔的公差为0.62mm。取孔的中心偏差等于孔的公差的1/5，则9孔的中心偏差 为mm072.05136.0=，38孔的中心偏差为mm124.05162.0=。那么两孔 中心距偏差为mmLD098.02124.0072.0=+=。两孔偏差较大，那么两销 中心距的偏差为mmLDLd033.0098.03131=。错误错误！未找到引用源。！未找到引用源。、确定圆柱定位销直径尺寸1d取mmkd018.0002.0138632+=错误错误！未找到引用源。！未找到引用源。、确定菱形销宽度b和B 值 如图7（b）所示的菱形销。查表可得b=4mm，B=7mm错误错误！未找到引用源！未找到引用源。计算菱形销的直径尺寸2dmmDbLdLD116.09)033.0098.0(42)(22min2=+=+mmDd884.8116.09min222 =取偏差为g6，查表得121.0131.0005.0015.029884.8 =dmm上述式中的：min2 削边销与孔配合的最小间隙，单位为mmb削边销的宽度，单位为LdLD ,分别为工件上两孔中心距公差和夹具上两销中心距公差，单位为mm；2D工件上削边销定位孔直径，单位为mm；2d削边销直径尺寸，单位为mm。2、夹紧装置 入图8所示，这是专门设计的夹紧元件。参见夹具装配图，把 夹紧元件套入零件的外圆柱面，然后顺时针旋转将套筒的两翼卡入 夹具体的契形口中，契形口是按一定角度设计的，可让两翼受力时 产生摩擦力而自锁，达到夹紧作用。图8：契形双翼套筒3、定位误差分析 如图6所示。所加工的是11斜孔，本工序加工要求保证的位置精度主要是 11孔中心线与沉头孔平面的交点到左端面A 的尺寸mm435.094。由于左端面A 是主要定位基准，那么定位基准与工序基准重合0=jb；由于定位副制造误差引起的定位误差是受两定位销影响的；在 左端面A平面方向移动的定位误差由38圆柱销确定，由于圆柱销 与38孔为过盈配合，所以01=jw。绕端面A的垂直线旋转方 向的定位误差由9菱形销确定，9孔的尺寸为mm180.09 ，菱形 销 为121.0131.09 mm，那 么mmjw311.0131.018.02=+=。由 上 述 得mmjwjwjw311.0311.0021=+=+=，由 三 角 函 数 关 系 换 算 成mm435.094 尺寸方向得mmjw173.0=。那么mmjwjbdw173.0173.00=+=+=，该方案的定位误差小于该工序尺 寸制造公差087mm 的1/3（mm29.0387.0=），该定位方案可行。4、对刀装置 如装配图所示，由专用夹具的定位与夹紧，11变为竖直孔，只要让钻头竖直进给加工就可以了。由于零件是斜着安装到夹具上的，为了方便装卸工件，把钻模 板设计成铰链翻开式的。已知生产类型为中大批量生产，而且钻好11孔后好要进行扩 孔与攻丝，就需要更换刀具，所以选用快换钻套比较合适。5、夹具体工件的定位是由夹具体的斜面和两个可换定位销连接起来的。然后通过双翼套筒卡在夹具体的契形口里实现夹紧。通过钻模板连 接套筒和夹具体，实现对刀。这样该夹具便有机连接起来，实现了 定位、夹紧、对刀等功能。6、结构特点 该夹具结构简单，操作方便。自锁实现的，而钻模板用铰链翻开式，解决了空间问题，使工件装卸 变得方便。本夹具更换钻套后，又可以进行16扩孔和M18X1.5mm攻丝 的工位。六、设计小结 这是我大学期间，在学完全部课程和生产实习之后的又一次实 践性学习。经过了3个星期努力，我终于完成了任务。在这次课程设计中，使我懂得了运用学过的知识，把理论融入 到实践中。以前在课本中不明白的很多问题，也得到了彻底的解决。这次课程设计主要是根据要求设计工艺和某道工序的专用夹 具。设计工艺与设计夹具，我都是第一次实践，经过老师的指导，我 都顺利完成了。在课程设计中，我懂得了解决问题并不是只有一种方法的道理，要实事求是，要以花钱少办好事为原则，这样才能成为一名优秀的设 计人员。在此，感谢学校和各位老师给了我这个难得的学习机会，我将 会更努力地完成我的学业，为校争光！2008年12月18日 七、参考文献 机械制造技术基础课程设计指南 主编：宗凯 化学工业出版社 机械制造工艺学 主编：陈明 机械工业出版社 机械制造技术基础课程设计指导教程 主编：邹青 机械工业出版社 机械设计课程设计手册 主编：吴宗泽、罗圣国 高等教育出版社