170左曲轴箱加工工艺编制及钻孔夹具设计.docx

摘 要本文是对170左曲轴箱零件加工应用及加工的工艺性分析，选择正确的加工方法，设计合理的加工工艺过程。主要包括对零件图的分析、毛坯的选择、零件的装夹、工艺路线的制订、刀具的选择、切削用量的确定、加工工艺文件的填写。此外还对162左曲轴箱零件的工序的加工设计了专用夹具。本文主要对170左曲轴箱零件一个侧面上的孔尽可能多地一次加工到位，设计了钻底孔专用夹具设计。采用一面二销定位，手工螺旋夹紧方式，经过验证，稳定可靠，可以应用实践当中。关键词：加工工艺，加工方法，工艺文件，夹具AbstractThis article is about the Pump body parts processing application and processing technology and analysis, including the parts of the plan, the choice of blank, the clamping, the craft route making, tool selection, the determination of cutting conditions, processing documents. Choose the correct processing methods, design the reasonable process. In addition to the stuffing box cover part two process designing special fixture.This paper mainly on one side and 170 holes on the left crankcase parts as much as possible a process in place, design the special fixture design of drill hole. The two side pin positioning, manual screw clamping way, after verification, stable and reliable, and can be applied in practice.Key words: processing technology, processing method, process documentation, fixture全套设计加 197216396或401339828目 录摘 要3Abstract4目 录5第1章 绪论11.1 机械加工工艺概述11.2机械加工工艺流程11.3夹具概述21.4机床夹具的功能21.5机床夹具的发展趋势31.5.1机床夹具的现状31.5.2 现代机床夹具的发展方向3第2章 零件的分析52.1 零件的作用52.2 零件的工艺分析5第3章 工艺规程设计63.1 毛坯的制造形式63.2 基准面的选择63.2.1粗基准的选择63.2.2 精基准的选择63.3 制订工艺路线63.3.1 工艺线路方案一73.3.2工艺路线方案二73.3.3 工艺方案的比较与分析73.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定83.5 确定切削用量及基本工时93.5.1 工序：铣削底面93.5.3工序：铣顶面103.5.5 工序：精铣E、F端面103.5.7工序：精、粗镗62、46、51.8、45mm孔113.5.6 工序 钻E、 F面孔12第6章 钻孔夹具设计154.1 问题的指出184.2 夹具设计194.2.1 定位基准的选择194.2.2 切削力及夹紧力的计算194.3 定位误差的分析234.4 定位元件设计234.5 定位误差分析244.6 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计244.7 夹具精度分析264.8 夹具设计及操作的简要说明28总 结29参 考 文 献30致 谢31第1章 绪论1.1 机械加工工艺概述机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。 比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明。总的来说，加工工艺是每个步骤的详细参数工艺流程是纲领，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。1.2机械加工工艺流程机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。 制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领，确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。3) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 4) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。5) 填写工艺文件。 6) 选择毛坯。 7) 拟订工艺路线。 8) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。 在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。1.3夹具概述现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在机床夹具设计是一项重要的技术工作。1.4机床夹具的功能在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。1机床夹具的主要功能机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。（1） 定位 定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。确定工件在夹具中占有正确位置的过程。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。（2）夹紧 由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。2机床夹具的特殊功能机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。（1）对刀 如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。（2）导向 导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置并引导其进行钻削。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。1.5机床夹具的发展趋势随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1.5.1机床夹具的现状数控机床（NC）、加工中心（MC）、成组技术（GT）、柔性制造系统（FMS）等新技术的应用现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。特别是近年来，对机床夹具提出了如下新的要求：1）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。2）能装夹一组具有相似性特征的工件。3）提高机床夹具的标准化程度。4）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。5）适用于精密加工的高精度机床夹具。6）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。1.5.2 现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化、柔性化四个方面。标准化机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。精密化精密化夹具的结构类型很多，随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5m；精密心轴的同轴度公差可控制在1m内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达0.20.5m。高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。第2章 零件的分析2.1 零件的作用题目所给定的零件是162左曲轴箱（附图1），其主要作用是保证对曲轴起固定作用，保持曲轴的正常运行。2.2 零件的工艺分析162左曲轴箱的零件图中规定了一系列技术要求：（查表1.4-28机械制造工艺设计简明手册）1、底面2、顶面3、左端面4、右端面5、上下凸台面6、各面孔系第3章 工艺规程设计3.1 毛坯的制造形式零件材料为硼铸铁，考虑到零件材料的综合性能及材料成本和加工成本,保证零件工作的可靠,采用铸造。零件轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型，这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。3.2 基准面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。3.2.1粗基准的选择 对于一般轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。按照有关的粗基准选择原则（保证某重要表面的加工余量均匀时，选该表面为粗基准。若工件每个表面都要求加工，为了保证各表面都有足够的余量，应选择加工余量最小的表面为粗基准。）3.2.2 精基准的选择按照有关的精基准选择原则（基准重合原则；基准统一原则；可靠方便原则），对于本零件，有中心孔，可以以中心孔作为统一的基准，但是随便着孔的加工，大端的中心孔消失，必须重新建立外圆的加工基面，一般有如下三种方法：当中心孔直径较小时，可以直接在孔口倒出宽度不大于2MM的锥面来代替中心孔。若孔径较大，就用小端孔口和大端外圆作为定位基面，来保证定位精度。3.3 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、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批生产的条件下，考虑采用普通机床以及部分高效专用机床，配以专用夹具，多用通用刀具，万能量具。部分采用专用刀具和专一量具。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。3.3.1 工艺线路方案一一用铣床等机床逐步加工工序 以1号和2号两个定位销孔为基准粗铣底面。以1号和2号两个定位销孔为基准精铣底面工序 粗铣顶面工序 精铣顶面.工序 镗孔加工侧面的孔，这一组有如下的孔要加工：62、46、51.8、45、镗孔加工侧面的孔第2组孔48、47、40、33、40、35粗、精镗62、48H8（等为中心的孔系。工序 钻底各面孔加工此面(F面）的13,14,15号孔（号码从cad零件图上找得到）工序 去毛刺，终检。3.3.2工艺路线方案二一，用加工中心加工，方便快捷省事，第一，以1号和2号两个定位销孔为基准，粗铣精铣加工如上的面底面、顶面。第二，先钻加工此面的3到12号孔，后攻丝。第三，加工此面（E面）直径64的轴承孔第四，加工图上标示为01-12的孔加工此面(F面）的13,14,15号孔（号码从cad零件图上找得到）第五，镗孔加工侧面的孔，这一组有如下的孔要加工：62、46、51.8、45、镗孔加工侧面的孔第2组孔48、47、40、33、40、35第六 去毛刺，终检。3.3.3 工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于：方案一是采用铣削方式加工端面，且是先加工孔后精加工外圆面和62H8（孔。；方案二是使用加工中心加工，方便快捷，减少装夹时间。两相比较起来可以看出，综合考虑，我们选择工艺路线二。这样由于钻孔属于粗加工，其精度要求不高，且切削力较大，可能会引起已加工表面变形，表面粗糙度的值增大。因此，最后的加工工艺路线确定如下：一，用加工中心加工，方便快捷省事，第一，以1号和2号两个定位销孔为基准，粗铣精铣加工如上的面底面。第二，先钻加工此面的3到12号孔，后攻丝。第三，加工此面（E面）直径64的轴承孔第四，加工图上标示为01-12的孔加工此面(F面）的13,14,15号孔（号码从cad零件图上找得到）第五，镗孔加工侧面的孔，这一组有如下的孔要加工：62、46、51.8、45、镗孔加工侧面的孔第2组孔48、47、40、33、40、35第六，去毛刺，终检。3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“170左曲轴箱”零件材料为硼铸铁，硬度为HBS190241，生产类型为中批生产，采用机器造型铸造毛坯。根据上述材料及加工工艺，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：（1） 表面考虑到尺寸较多且相差不大，为简化铸造毛坯的外形，（2） 外圆表面沿轴线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（以下简称工艺手册表2.2-1,铸件轮廓尺寸(长度方向100160mm,故长度方向偏差为 mm.长度方向的余量查表2.2-4,其余量值规定为3.03.5 mm.现取3.0 mm。(5) 62H8()孔底面加工.按照表2.3-21及2.3-231. 研磨余量 Z=0.0100.014 取Z=0.0102. 磨削余量 Z=0.20.3 取Z=0.33. 铣削余量 Z=3.00.30.01=2.69(6)底面沟槽.采用镗削,经过底面研磨后镗可保证其精度. Z=0.5(7) 6孔及2M106H孔、4M106H深20孔。均为自由尺寸精度要求。16孔可一次性直接钻出。2查工艺手册表2.320得攻螺纹前用麻花钻直径为8.5的孔。钻孔 8.5 攻螺纹 M103.5 确定切削用量及基本工时3.5.1 工序：铣削底面本工序采用计算法确定切削用量加工条件工件材料：硼铸铁，铸造。加工要求：铣底面表面粗糙度值R 为4.3。机床：加工中心刀具：刀片材料为YG6，计算切削用量确定端面最大加工余量：已知毛坯长度方向单边余量为3mm，则毛坯长度方向的最大加工余量为4.25mm,分两次加工,a=2mm计。长度加工方向取IT12级，取mm。确定进给量f: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16mmX25mm, aFJ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。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。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。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。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。刀具：高速钢麻花钻头，尺寸为5。 则轴向力：见工艺师手册表28.4F=Cdfk3.1 式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35 k=(F=420转矩T=Cdfk式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8T=0.206功率 P=在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 K=KKKK式中 K基本安全系数，1.5; K加工性质系数，1.1;K刀具钝化系数, 1.1;K断续切削系数, 1.1则 F=KF=1.5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： 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： 其中： 螺旋夹紧力：该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件，受力简图如下：图4.1 移动压板受力简图由表得：原动力计算公式 即： 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 定位误差的分析定位元件尺寸及公差的确定。本夹具的主要定位元件为止口，而该定位元件的尺寸公差为，而孔径尺寸为自由尺寸精度要求，可满足加工要求。4.4 定位元件设计本工序选用的是两销与一面，定位基准为一面两孔，所对应的定位元件是两销，一个为圆销，另一个位菱形销，因此主要设计为两销设计。由夹具装配图中可得两销中心距325其尺寸公差取工件孔中心距公差 所以两孔中心距为：325根据机床夹具设计手册削边销与圆柱销的设计计算过程如下：（1）确定两定位销中心距尺寸及其偏=325（2）确定圆柱销直径及其公差：32和48 （基准孔最小直径）取（3）削边销与基准孔的最小配合间隙 其中：基准孔最小直径 圆柱销与基准孔的配合间隙（5）削边销直径及其公差 按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为h6，根据机械制图第六版附录D表则菱形销的定位圆柱部分定位直径尺寸为（6）补偿值4.5 定位误差分析本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为：（1）移动时基准位移误差 （2）转角误差 其中： 4.6 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔分钻工步完成加工。即先用的麻花钻钻孔，根据GB114184的规定钻头上偏差为零，故钻套孔径为即。再用标准扩孔钻扩孔，根据GB114184的规定，故钻套尺寸为即。最后用的标准铰刀铰孔，根据GB114184的规定标准铰刀尺寸为故钻套孔径尺寸为。 图：快换钻套铰工艺孔钻套结构参数如下表：dHD公称尺寸允差51212+0.023+0.01230281271011.520.5衬套选用固定衬套其结构如图所示：其结构参数如下表：dHDC 公称尺寸允差公称尺寸允差5+0.01802425+0.039+0.02510.6钻模板选用悬挂式钻模板，在本夹具中选用的是气动滑柱式钻模板。利用夹具体内安装气缸，使滑柱带动升降板上升或下降由于气缸始终作用故不需要自锁机构。夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装配图2所示。4.7 夹具精度分析利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。由工序简图可知，本道工序由于工序基准与加工基准重合，又采用顶面为主要定位基面，故定位误差很小可以忽略不计。本道工序加工中主要保证两工艺孔尺寸及位置度公差及表面粗糙度。本道工序最后采用精铰加工，选用GB114184铰刀，直径为，并采用钻套，铰刀导套孔径为，外径为同轴度公差为。固定衬套采用孔径为，同轴度公差为。该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求。即要求：（1）、各孔的实际轮廓受最大实体实效边界的控制即受直径为的理想圆柱面的控制。（2）、各孔的体外作用尺寸不能小于最大实体实效尺寸。（3）、当各孔的实际轮廓偏离其最大实体状态，即其直径偏离最大实体尺寸时可将偏离量补偿给位置度公差。（4）、如各孔的实际轮廓处于最小实体状态即其实际直径为时，相对于最大实体尺寸的偏离量为，此时轴线的位置度误差可达到其最大值。即孔的位置度公差最小值为。工艺孔的尺寸，由选用的铰刀尺寸满足。工艺孔的表面粗糙度，由本工序所选用的加工工步钻、扩、铰满足。影响两工艺孔位置度的因素有（如下图所示）：（1）、钻模板上两个装衬套孔的尺寸公差：（