零件工艺生产与夹具设计.docx

一·零件的工艺分析及生产类型的确定
（一）零件的作用三维网技术论坛& P( U2 ]9 C' f$ t' J0 w5 k' \
题目所给定的零件为CA6140车床输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使车床主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。) K1 c! V2 H7 s. {% k, E
（二）零件的材料及其力学性能三维网技术论坛% p/ F  s, D: `0 n$ K4 y
零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。其价格较便宜，经过调质或正火后可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，局部淬火后再回火，表面硬度可达52HRC-45HRC.

1零件的工艺分析
结构比较简单，其主要加工的面有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面，φ50、φ80、φ104的内圆柱表面，10个φ20的通孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；
粗糙度方面表现在键槽两侧面、φ80内圆柱表面为Ra3.2um,大端端面为Ra3.2um,其余为Ra12.5um，要求不高；
位置要求较严格表现在φ55的左端面、φ80内孔圆柱面对φ75、φ60外圆轴线的跳动量为0.04mm, φ20孔的轴线对φ80内孔轴线的位置度为φ0.05mm,键槽对φ55外圆轴线的对称度为.0.08mm；
热处理方面需要调质处理，到200HBS，保持均匀。 通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。
2轴类零件的装夹
轴类零件的加工通常采用三爪卡盘，三爪卡盘能自动定心，装卸工件快。但是由于夹具的制造和装夹误差，其定心精度约为0.05—0.10mm左右。由于零件较长，常采用一夹一顶的装夹法，即工件定的一端用车床主轴上的卡盘夹紧，另一端用尾座顶尖支撑，这样就克服了刚性差不能承受重切削的缺点，为进一步提高加工精度，可采用中心架作中间辅助支撑，适用于半精加工和精加工。

二、夹具设计
2.3 钻底孔夹具设计
2.3.1 研究原始质料
加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔的位置公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。
二、 工装夹具设计方案的确定
1、基准面的选择（夹具体方式的确定）
 夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。在设计夹具体时应满足以下基本要求。
①、具有足够的强度和刚度。②、结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。    ③、安装稳定牢靠。    ④、结构的工艺性好，便于制造、装配和检验    ⑤、尺寸要稳定且具有一定精度。    ⑥、清理方便。夹具体毛坯制造方法的选择  综合考虑结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体；    夹具体的外形尺寸  在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置及其辅助机构在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。然后进行造型设计，再根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁厚尺寸。夹具体的壁厚30mm，长度161mm，宽度320mm；根据设计要求，夹具体上设计有螺孔、销孔，并且要求定位定位器和夹紧器的销孔在装配时配作。
2、定位方式及元器件选择
定位器的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不便的位置，在保证加工要求的情况下，限制足够的自由度。工件的定位原理 ： 自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。在焊接夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有被限制的欠定位是不允许的；而选用两个或更多的支撑点限制一个自由度的方法称为过定位，过定位容易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件的变形，影响工件的定位精度，过定位也属于不合理设计
    ①、以工件的平面为基准进行定位时，常采用挡铁、支撑钉进行定位。以工件的已加工的面为定位基准，限定了绕X、Y轴的转动两个自由度。
    ②工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采用V形铁定位器。以两端的小圆柱外表面，用V型铁进行定位，以限定绕Z轴的转动及X、Y轴的移动三个自由度。
3、夹紧方式及元器件选择
夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。 对夹紧机构的基本要求如下：
    ①、夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。
    ②、夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量
  ③、夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。
④、结构力求简单，便于制造和维修。
夹紧序1 用螺杆调动夹紧件
夹紧序2 工件两端用V型铁夹紧两端
夹紧序3 通过螺栓调节滑块上的快上的螺杆达到对中的目的
4、定位夹紧方案的确定：
选择对10孔的加工来设计专用夹具
专用夹具定位元件为一个固定V形块和一个支撑板，共限制了5个自由度，定位面为75轴颈外圆和小头端面，定位基准即为轴心线；夹紧元件为一个活动V形块，采用螺柱螺母来提供夹紧力。
5、夹具总装结构
专用夹具是在夹具体上安装滑块、滑块上有定位基准面、V型铁夹紧装置；夹紧或拆卸工件是通过螺杆进行操作，通过对中块两边的螺栓对中块对中以保证加工精度；底端有挡板拖着对中块，通过螺钉紧固，从而构成整个夹具。整体夹具见夹具装配图。
四、夹具精度校核
定位误差分析：
⑴确定设计基准与定位基准
工件以外圆的圆柱面为定位面，在V形块上定位此时定位基准是外圆轴线。由零件图可知孔的设计基准亦为外圆轴线。
⑵确定定位误差
，由于定位基准与设计基准重合，故，根据书目6表3-1，基准位移误差为 ，式中 一次同时加工5个孔，与5个孔相对应的角分别为 ，其定位误差分别为
切削力和夹紧力的计算：
由《机械加工工艺手册——钻削、扩削、铰削加工》表3.4-10，钻孔时，轴向力：；转矩：
由《机械加工工艺手册——钻削、扩削、铰削加工》表3.4-10：；；
由《机械加工工艺手册——钻削、扩削、铰削加工》表3.4-11：
所以 =
=
查《金属切削机床夹具设计手册》表3-21：为防止工件在切削扭矩的作用
下大打滑而转动所需的夹紧力 ，为防止工件在轴向力作用
下打滑而轴向移动所需的夹紧力
对：
查《金属切削机床夹具设计手册》表3-19：取工件与V形块在圆周方向的摩擦系数：；

故 安全系数 K=
=,因一次同时加工2个孔，故所需
总夹紧力为，故单个螺母需要提供的夹紧力为
单个螺栓所受拉力为：
查《金属切削机床夹具设计手册》表3-25，选择六角螺母，其尺寸规格为：
GB/T 897-1988 M24，提供的夹紧力为，满足要求。查《机械制图》表，
选取配套双头螺栓的代号为：GB/T 897-1988 M24X110.
对于夹具轴向受力，由于工件底下有垫块支承，故V形块沿轴向方向受力（即）可忽略不计。
校验螺栓许用夹紧力及夹紧扭矩：
根据《金属切削机床夹具设计手册》表3-26，，故符合要求
校核螺钉强度：
查《机械设计》表5-8：
所以，。
挤压强度条件为，
，故单个螺钉所受载荷为
，由剪切条件，故选取螺钉为内六角螺钉，
其尺寸规格为：GB/T 70.1-2000 M24X100.
1.工序尺寸精度分析
此零件要求设计2-φ8斜孔夹具，由于尺寸要求并未标注，因此零件尺寸精度要求并不高。
2.定位方案确定
在定位方面考虑，因设计成一套块（一面，一销）限制X移动， Y移动，Y转动，Z移动，Z转动，一菱形销限制X转动。
因此，本工序加工所需限制的自由度有X移动，X转动，Y移动，Y转动，Z移动，Z转动六个自由度。
3.定位元件确定
采用一套块和一菱形销（一面两销）定位。
用套块限制五个自由度，菱形销限制一个自由度。
4.定位误差分析计算
工序位置尺寸公差T=0.2
定位基准φ75+0.023 +0.003轴中心线。
工序基准为该段轴下母线和小端面中心线。
一. 保证500 -0.2的基准不重合误差
Jb=1/2（+0.023+0.003）=0.013
基准位移误差
该工序用套块定位，所以：
Db=Td/2sin(a/2)=0.026/1.414=0.018
因工件的工序基准与工件和定位元件的定位接触点位于工件定位基准的同侧，所以：
dw=db-jb=0.018-0.013=0.005小于1/3*T
二.保证尺寸10的定位误差分析
A=179.23+0.0155 -0.035，不能符合要求，所以应提高尺寸197的加工精度为：IT8时，又基准不重合误差db=0。
所以定位误差dw小于1/3*T，才能符合要求。
5.夹具方案确定
由于此零件要求设计2-φ8斜孔夹具，并且30度斜面跟孔又不垂直，图纸要求中批量生产也不能设计成钻套底面做斜，只能考虑在已加工大端孔中打入，而且图纸要求设计2-φ8斜孔夹具，所以在做完一个斜孔后不应拆卸后再做第二个斜孔，所以应做一个分度盘，在套块上做个一分度盘，分度盘连接此工件，分度盘带动零件一起旋转。考虑分度盘设计成下图：
6.夹紧方案及元件确定
在分度盘上采用对称压板方式压紧工件，带动工件旋转。
7：公差选择：
衬套与夹具体模板的配合为H7/r6
钻套，扩孔套和铰套与衬套的配合为H7/g6
钻，扩孔时刀具与导套内孔的配合F8/h6
这道工序所加工的两个孔为斜孔与水平面夹角为30度两孔对称分布故在加工是应使此两孔的中心线与水平面垂直工件与夹具体底座成30度。工件底部是台阶孔故第一个φ104的孔与夹具体上的一高为10mm，直径约为104mm的圆柱凸台配合。圆柱凸台应小于孔直径φ104mm因为这样便于配合。这样工件夹紧就好设计了。
2.3.4 误差分析与计算
该夹具以底面、侧面和顶面为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。

由资料[10]《机床夹具设计手册》可得：
① 定位误差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。即：故
② 夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即：
③ 磨损造成的加工误差：通常不超过
④ 夹具相对刀具位置误差：钻套孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一取。即
误差总和：
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。
2.3.5 夹具设计及操作的简要说明
本夹具用于在摇臂钻床上加工后托架的底孔、锥孔。工件以底平面、侧面和顶端为定位基准，在支承钉和支承板上实现完全定位。采用手动螺旋压板机构夹紧工件。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。
本夹具是工序5在立式钻床上加工10个φ20通孔，所设计的夹具装
配图及工序简图如图所示，夹具体零件图如图所示

有关说明如下：
（1）定位方案 工件以一个夹紧装置可以限制工件的4个自由度，夹紧装置上表面与零件台阶面限制一个自由度，共限制五个自由度。
（2）夹紧机构 夹紧机构如图采用定位套。左端夹紧装置作定位，右端半圆用于压紧。手动调节螺母可实现工件的夹紧与松动。当更换零件时，可将螺母拧出螺栓，螺栓左端由于由一个销钉控制，可绕销钉转动，从而可实现零件的更换与装夹。
（3）分度机构 选择带有分度 的分度盘来进行分度，每次加工两个孔之后，松开夹紧机构，旋转工件180°之后在夹紧工件，在加工工件，直到10个孔全部加工。

三、参考文献

2、《机械制造工艺》              徐宏海主编     化学工业出版社

3、《数控加工工艺与编程》        周虹编主编     人民邮电出版社

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   7、《机械工人切削手册》                       机械工业出版社

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12、《数控原理与编程实训》       周虹主编          人民邮电出版社

13、《金属机械加工工艺人员手册》　     上海科学出版社“增订组编”

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