飞锤支架课程设计说明书.doc

机械制造工艺学课程设计
设计说明书

设计题目：飞锤支架加工工艺及夹具设计

指导老师：葛云
班级：一班
学号：2007092257
姓名：任磊
日期：2010-9-15

1．零件分析，画零件图
1.1 零件作用
设计题目所给零件是飞锤支架（所画零件图见AutoCAD文件）。它是飞锤调速器上的一个零件，用来连接支撑调速飞锤，以使飞锤平稳转动，达到改变转动惯量来调节转速的目的。飞锤支架是对称结构，通过其中心孔7套于转轴上，而一对飞锤对称装于两对6孔中，随支架一起转动。当转速改变时，飞锤与转轴夹角也改变，从而改变转动惯量来调节转速。所以，飞锤支架的加工质量将影响调速器的调速精度。
1.2 零件工艺分析
零件图如图1-1。概括来讲，飞锤支架有两组加工表面。一组是以孔为中心加工表面,均为回转体表面，包括外圆面11,15,以及端面.其中大端面与孔有垂直度要求, 公差为0.05；外圆面与孔有圆跳动要求，公差为0.05。另一组就是余下的加工表面，包括两个6.5的圆孔，两对共四个孔，以及一些平面。其中，孔端面不仅与孔自身有垂直度要求，公差为0.05；而且与第一组中孔有平行度要求，公差为0.05。

图1-1
另外两个孔有圆度要求，公差为0.10。每对孔之间有同轴度要求，公差为R0.012。
由以上分析可知，对这两组加工表面而言，可先加工第一组回转体表面，且应先加工孔，以获得各回转体表面的公共精基准，便于定位及保证有关表面位置关系。而后再加工另一组表面，并保证各有关表面的位置关系。
2.选择毛坯种类并确定制造方法
合理选择毛坯类型，使零件制造工艺简单、生产率高、质量稳定、成本降低。飞锤支架零件材料为球墨铸铁。因为零件为成批生产，所以为提高生产率采用金属砂型铸造。要求球墨铸铁金相组织基体为85%以上的球光体，球化率应大于80%，不允许有片状石墨存在。
3.工艺规程的设计
3.1基准的选择
（1）粗基准的选择
一般而言，对回转体加工表面，一毛坯外圆作为粗基准是合理的。但对本零件来说，若以孔的外圆做粗基准定位先加工出孔。再以孔内圆表面为精基准难以定位加工外圆面以及端面，因为孔直径太小了，我们在紧接着加工出一个端面来作为基准，在选端面是考虑到加工经济精度所以选通槽先加工，由于毛坯采用金属砂型铸造，毛坯表面精度较高，加工余量较小。所以，经分析，决定采用四爪单动卡盘夹持零件小圆的外表面的大圆，划线找正以其为粗基准，先加工出孔和孔2-6.5，这样在后面的工序中就能用到这个统一的精基准，也符合粗基准选用原则。
（2）精基准的选择
精基准的选择主要应该考虑统一基准和基准重合的问题。有前述分析，用首先加工出来的孔和通槽。
3.2制定工艺路线
我们大体的设计思路是：我们在考虑加工时先粗加工后精加工，充分加工经济精度，用精加工保证工件最终尺寸要求。采用四爪单动卡盘夹持零件小圆的外表面的大圆，划线找正以其为粗基准，先加工出孔和孔2-6.5，这样在后面的工序中就能用到这个统一的精基准。然后加工出通槽，之后把加工通槽右侧平面和的外圆时在车床上一次加工出来，通过精车通槽右侧平面这一精加工来保证尺寸，而不是通过铣通槽来保证，这样更符合加工的经济精度，加工外圆时没有再次装夹造成的装夹误差，从而保证相对设计基准的尺寸要求，在同一工序中粗精加工分开还能保证在车外圆时不会破坏通槽右侧平面，接下来再钻孔4-时，根据他的设计基准，安排在车大端面的后面，另外在加工孔4-的端面是在他的所有设计基准加工好的前提下在加工的，所以放在最后加工，这样就能保证定为基准与设计基准重合。
加上以上的分析，并且由于是成批生产，故采用通用机床配以组合夹具。并尽量使工序集中来保证各加工表面间的相互位置精度要求。这样也可以提高机床的生产率，节省装夹工件的时间，减少工件的搬动次数。同时我们的零件相对很小，加工量很小。可以不考虑加工中的热变形。
3.3所以将工艺路线确定如下：
工序10：铸造(金属型)
工序20：热处理，正火，硬度HB250-300。
工序30：粗车，半精车最外端的外圆端面。车大端面，切槽，车外圆到满足图纸标准
工序40：粗铣，半精铣的槽。
工序50：半精铣槽。
工序60：半精车外圆柱面大端面，小端面。
工序70：精车外圆柱面和大端面。
工序80：钻，扩，铰孔，并倒角。
工序90：钻，并锪平。
工序100：钻，扩，并倒角。
说明：之所以把最右端端面和大端面分开在两个工序中进行加工，主要是因为夹紧力的作用面发生了变化。在工序中，夹紧力的作用面是大端面，采用的是压板夹紧；而在工序中夹紧力的作用面是右端面，采用的是螺栓夹紧。定位圆柱销旁边再伸出一段长度的螺栓，右端用螺母夹紧。
3.4确定机加工余量及工序尺寸
采用查表法,各工序根据所采用的加工方法的经济精度查工艺手册,确定加工余量以及工序尺寸。一个表面的总加工余量为该表面各工序加工余量之和。各加工面的工序余量和工序尺寸见表3-1。
表3-1 各加工面的工序余量和工序尺寸
加工表面
工序名称
工序余量
工序尺寸
孔
铰
0.2

扩
0．8

钻

外

圆

面
11
半精车
4（从分三次半精车）

粗车
分两次（第一次车到）

15
粗车
分两次（第一次车到）

精车
0．3

半精车
1．2

粗车
4．5

大端面
精车
0．3

半精车
1．2

粗车

孔6.5
扩
0．5
6.5
钻

6
通

槽
宽
半精铣
1.0

粗铣

孔上的侧面
半精铣
1.0

粗铣

孔
扩
0.5

钻

零件三维立体图

4.专用夹具设计
4．1工序的工艺分析
零件为飞锤支架，材料为QT62—2。生产类型为：大批量生产。该零件工艺规程见工艺卡。先要求设计第4道工序铣18槽的铣床夹具。
零件的加工要求为：宽mm，表面粗糙度为Ra6.3um.本工序的加工条件为XA6132铣床及φ12端面铣刀，工件右侧回转体，φ孔、4-φ孔、及2-φ6.5锪平φ12孔均已加工，达到图样要求。
正火处理，毛坯上铣18槽的经济精度可达IT8，表面粗糙度Ra6.3um，在铣夹具上加工时适当控制进给速度，可以保证槽的尺寸精度和表面粗糙要求。因此在本工序加工时，主要应考虑要如何保证槽的宽度偏差。

　　　　　　　　　　　图１-１工序图
夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。夹具的设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。
4.2夹具设计的基本要求
　1精基准选择的原则:在选择基准时,主要应考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。其选择原则应遵循a.基准重合原则，用设计基准作为定位基准,以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。B基准统一原则，应采用同一基准电位加工零件上尽可能多的表面,基准重合和统一原则是选择精基准的两个重要原则,但实际生产中有时回遇到两者想互矛盾的情况。C自为基准原则,某些要求加工余量小而均匀的精加工工序,选择加工表面本身作为定位基准。D互为基准原则,对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时,需要两个表面互相作为基准,反复进行加工,以保证位置精度要求。
　2夹具设计精度的设计原则，要保证设计的夹具制造成本低，规定零件的精度要求时应遵循以下原则：
（1）对一般精度的夹具
1）应使主要组成零件具有相应终加工方法的平均经济精度；
2）应按获得夹具精度的工艺方法所达到的平均经济精度，规定基础件夹具体加工孔的形位公差。
（2）对一般精度或精度要求低的夹具，组成零件的加工精度按此规定，既达到了制造成本低，又使夹具具有较大精度裕度，能使设计的夹具获得最佳的经济效果。
　　　对精密夹具 除遵循一般精度夹具的两项原则外，对某个关键零件，还应规定与偶件配作或配研等，以达到无间隙滑动等。

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
夹紧误差是指工件在夹紧力的作用下,工序基准相对于理想位置的最大偏移值在加工尺寸方向上的投影和工件变形所造成的加工表面的形状误差。产生夹紧变形的因素有两个方面:工件的弹性变形、工件定位面与夹具定位面之间的接触变形。
3一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求：
（1）保证工件的加工精度 保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。
（2）提高生产效率 专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。
（3）工艺性能好 专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。
专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配结构。
（4）使用性能好 专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。专用夹具还应排屑方便。必要时可设置排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。
（5）经济性好 专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

4.3 夹具设计的程序
1夹具设计规范化概述
1．夹具设计规范化的意义
研究夹具设计规范化程序的主要目的在于：
（1）保证设计质量，提高设计效率 夹具设计质量主要表现在：
1）设计方案与生产纲领的适应性；
2）高位设计与定位副设置的相容性；
3）夹紧设计技术经济指标的先进性；
4）精度控制项目的完备性以及各控制项目公差数值规定的合理性；
5）夹具结构设计的工艺性；
6）夹具制造成本的经济性。
有了规范的设计程序，可以指导设计人员有步骤、有计划、有条理地进行工作，提高设计效率，缩短设计周期。
（2）有利于计算机辅助设计 有了规范化的设计程序，就可以利用计算机进行辅助设计，实现优化设计，减轻设计人员的负担。利用计算机进行辅助设计，除了进行精度设计之外，还可以寻找最佳夹紧状态，利用有限元法对零件的强度、刚度进行设计计算，实现包括绘图在内的设计过程的全部计算机控制。
（3）有利于初学者尽快掌握夹具设计的方法 近年来，关于夹具设计的理论研究和实践经验总结已日见完备，在此基础上总结出来的夹具规范化设计程序，使初级夹具设计人员的设计工作提高到了一个新的科学化水平。
2 夹具设计的规范程序
工艺人员在编制零件的工艺规程时，便会提出相应的夹具设计任务书，经有关负责人批准后下达给夹具设计人员。夹具设计人员根据任务书提出的任务进行夹具结构设计。现将夹具结构设计的规范化程序具体分述如下。
　　1．明确设计要求，认真调查研究，收集设计资料
　　（1）仔细研究零件工作图、毛坯图及其技术条件。
（2）了解零件的生产纲领、投产批量以及生产组织等有关信息。
（3）了解工件的工艺规程和本工序的具体技术要求，了解工件的定位、夹紧方案，了解本工序的加工余量和切削用量的选择。
（4）了解所使用量具的精度等级、刀具和辅助工具等的型号、规格。
（5）了解本企业制造和使用夹具的生产条件和技术现状。
（6）了解所使用机床的主要技术参数、性能、规格、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸等。
（7）准备好设计夹具用的各种标准、工艺规定、典型夹具图册和有关夹具的设计指导资料等。
（8）收集国内外有关设计、制造同类型夹具的资料，吸取其中先进而又能结合本企业实际情况的合理部分。
　２．绘制夹具总图
　绘制夹具总图通常按以下步骤进行：
（1）遵循国家制图标准，绘图比例应尽可能选取1﹕1，根据工件的大小时，也可用较大或较小的比例；通常选取操作位置为主视图，以便使所绘制的夹具总图具有良好的直观性；视图剖面应尽可能少，但必须能够清楚地表达夹具各部分的结构。
（2）用双点划线绘出工件轮廓外形、定位基准和加工表面。将工件轮廓线视为“透明体”，并用网纹线表示出加工余量。
（3）根据工件定位基准的类型和主次，选择合适的定位元件，合理布置定位点，以满足定位设计的相容性。
（4）根据定位对夹紧的要求，按照夹紧五原则选择最佳夹紧状态及技术经济合理的夹紧系统，画出夹紧工件的状态。对空行和较大的夹紧机构，还应用双点划线画出放松位置，以表示出和其他部分的关系。
（5）围绕工件的几个视图依次绘出对刀、导向元件以及定向键等。
（6）最后绘制出夹具体及连接元件，把夹具的各组成元件和装置连成一体。
（7）确定并标注有关尺寸 夹具总图上应标注的有以下五类尺寸：
　1）夹具的轮廓尺寸：即夹具的长、宽、高尺寸。若夹具上有可动部分，应包括可动部分极限位置所占的空间尺寸。
　2）工件与定位元件的联系尺寸：常指工件以孔在心轴或定位销上（或工件以外圆在内孔中）定位时，工件定位表面与夹具上定位元件间的配合尺寸。
　3）夹具与刀具的联系尺寸：用来确定夹具上对刀、导引元件位置的尺寸。对于铣、刨床夹具，是指对刀元件与定位元件的位置尺寸；对于钻、镗床夹具，则是指钻（镗）套与定位元件间的位置尺寸，钻（镗）套之间的位置尺寸，以及钻（镗）套与刀具导向部分的配合尺寸等。
4）夹具内部的配合尺寸：它们与工件、机床、刀具无关，主要是为了保证夹具装置后能满足规定的使用要求。
5）夹具与机床的联系尺寸：用于确定夹具在机床上正确位置的尺寸。对于车、磨床夹具，主要是指夹具与主轴端的配合尺寸；对于铣、刨床夹具，则是指夹具上的定向键与机床工作台上的T型槽的配合尺寸。标注尺寸时，常以夹具上的定位元件作为相互位置尺寸的基准。
　　上述尺寸公差的确定可分为两种情况处理：一是夹具上定位元件之间，对刀、导引元件之间的尺寸公差，直接对工件上相应的加工尺寸发生影响，因此可根据工件的加工尺寸公差确定，一般可取工件加工尺寸公差的1/3~1/5；二是定位元件与夹具体的配合尺寸公差，夹紧装置各组成零件间的配合尺寸公差等，则应根据其功用和装配要求，按一般公差与配合原则决定。
（8）规定总图上应控制的精度项目，标注相关的技术条件 夹具的安装基面、定向键侧面以及与其相垂直的平面（称为三基面体系）是夹具的安装基准，也是夹具的测量基准，因而应该以此作为夹具的精度控制基准来标注技术条件。在夹具总图上应标注的技术条件（位置精度要求）有如下几个方面：
1）定位元件之间或定位元件与夹具体底面间的位置要求，其作用是保证工件加工面与工件定位基准面间的位置精度。
2）定位元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。
3）对刀元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。
4）定位元件与导引元件的位置要求。
5）夹具在机床上安装时位置精度要求。
上述技术条件是保证工件相应的加工要求所必需的，其数量应取工件相应技术要求所规定数值的1/3~1/5。当工件没注明要求时，夹具上的那些主要元件间的位置公差，可以按经验取为（100﹕0.02）~（100﹕0.05）mm，或在全长上不大于0.03~0.05mm。
（9）编制零件明细表 夹具总图上还应画出零件明细表和标题栏，写明夹具名称及零件明细表上所规定的内容。
３．夹具精度校核
在夹具设计中，当结构方案拟定之后，应该对夹具的方案进行精度分析和估算；在夹具总图设计完成后，还应该根据夹具有关元件的配合性质及技术要求，再进行一次复核。这是确保产品加工质量而必须进行的误差分析。
4.确定夹具的结构方案
　在广泛收集和研究有关资料的基础上，着手拟定夹具的结构方案，主要包括：
　 （1）根据工艺的定位原理，确定工件的定位方式，选择定位元件。
（2）确定工件的夹紧方案和设计夹紧机构。
（3）确定夹具的其它组成部分，如分度装置、对刀块或引导元件、微调机构等。
（4）协调各元件、装置的布局，确定夹具体的总体结构和尺寸。
　在确定方案的过程中，会有各种方案供选择，但应从保证精度和降低成本的角度出发，选择一个与生产纲领相适应的最佳方案。
4.4定位方案及定位元件选择和设计
1定位方案的选择
1.根据工序加工要求，工件在夹具中的定位方案如下：
如图1-1所示：要夹住的工件主要尺寸。
方案一：以φ19回转面及其端面为主要定位基准，限制６个自由度X、Y、X、Y、Z，以φ19回转面为止推基准，限制２个自由度，以零件左端面外型轮廓宽30的长方体外型轮廓作为防转基准，限制３个自由度。工件在夹金紧的时候又限制了一个自由度。
方案二：以φ19回转面及其端面为主要定位基准,限制６个自由度X、Y、X、Y、Z，以φ19回转面为止推基准，限制２个自由度,以φ45的圆外型轮廓作为防转基准，限制３个自由度。同样工件在夹金紧的时候又限制了一个自由度。
方案三:以φ19回转面及其端面为主要定位基准,限制６个自由度X、Y、X、Y、Z，以φ19回转面为止推基准，限制２个自由度,以2－φ6.5锪平12的两个孔为防转基准,限制３个自由度。同样工件在夹金紧的时候又限制了一个自由度。此方案是用螺栓固定达到防转的目的，其作用了力方向如下图受Ｆ１和Ｆ２的作用力。
2 方案分析及选定
方案一：按照基准重合原则确定的，用设计基准作为定位基准,以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。有利于保证加工精度，夹紧力可以抵消部分切削力。有利于提高夹紧刚度，缺点是夹紧力大容易引起定位元件变形。夹具设计简单,装夹方便。
方案二:和方案一差不多,只有装夹的方向有点不同,不存在基准不重合误差，有利于保证加工精度，夹紧力可以抵消部分切削力。
方案三:按照基准统一原则确定的,有利于夹具的设计制造,夹紧力方向指向定位元件刚性较大的方向。缺点是不容易保证槽的的精确度,铣刀进给的轴向力完全由工件承受,会引起定位元件变形。
本工序加工18的槽,从夹具制造的简单方便考虑,可以选择方案三。但是方案三在装夹是麻烦,大量的时间浪费在装夹上 ,故不采用。从加工的切削力和夹紧力方面考虑,加工时夹紧力不需要太大。综合两方面的考虑故选择方案一。
3 定位误差分析
本加工工序要直接保证的尺寸有槽的宽度尺寸，以及深度2mm。
(1) 尺寸：
工序基准为孔轴线，定位基准为心轴轴线，忽略他们的同轴度误差时，所以基准不重合误差为0
即 =0
基准位置误差为（采用任意边接触）
==0.036+0.005-0.004=0.037
所以定位误差为
=+=0+0.037=0.037<0.3
即定位方法满足尺寸公差要求。
(2) 尺寸垂直方向
工序基准为右侧大端面，定位基准为右侧小端面，所以存在基准不重合误差，但这是在粗加工工序中，并且它的尺寸要求也不是很高，只要我们加工时保证有足够的余量留给下面工序中的精车右侧大端面，从而就能保证它的最终尺寸。定位基准为右侧小端面，如果毛坯件的右侧小端面平面度就很高的话，那么可忽略平面基准的基准位置误差。
所以在垂直方向上只要保证留给后续工序的加工余量，其定位误差就能忽略不计。
综上所述，定位方案满足各保证尺寸公差要求。
4.5 确定夹紧机构
２.定位元件设计：设计定位元件的结构如图1-2所示。夹具与零件的外型轮廓相似。

图1-2
这样能较容易、较稳定地保证加工精度。用夹具装夹工件时，工件相对与刀具的位置由夹具保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、教稳定地保证工件的加工精度。能提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。采用夹具后，工件不需划线找正，装夹方便迅速，显著地减少了辅助时间，提高了劳动生产率。
夹紧力的计算:因采用的是手动夹具故夹紧力无须计算。

3． 绘制夹具三维图

　　　　　　　　　　　图1-3
4、夹紧装置设计
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。
　　夹紧力作用点的选择应遵循的规则：
（１） 为了使定位稳定，夹紧力作用点应该落在主要的定位支承面上，活络在主要的定位支承面上的支承点所围成的面积内；
（２） 夹紧力应作用在工件刚性较好的部位上，不应该使工件产生夹紧变形或使工件产生翻砖力矩；
（３） 为了防止工件在加工过程中产生振动，夹紧力的作用点应尽量靠近被加工表面；
（４） 夹紧力作用点的数目，应尽量在工件的整个接触面上分布均匀，以减小夹紧变形。
　　该夹具是用平口钳固定，是手动夹具为丝杆传动。在装夹过程中方便简单，节约了大量的装夹时间。操作方便，使用安全、可靠，且改善工人的劳动条件，减轻劳动强度。在夹紧过程中用不会使工件产生变形。

5．课程设计心得体会
在这次课设中，我首先是将书本的知识（工艺路线，夹具，加工路线等）一系列内容温习了一遍，大体上对这些知识有了一些深入的了解，特别是以前对课本上很多囫囵吞枣的地方有了一些了解，比方说，我在加工工艺路线的学习时，对于书上提出的粗精基准的选用原则就是强行记下来的，以来应付考试，但在课设中我们要自己设计工艺路线来对零件进行加工，这使得我们必须熟练的利用这些原则来设计，不然我们设计的路线就会有很多冲突的地方，导致加工出的零件理论上不合格和加工的成本很高。再是在设计过程要综合很多的方面进行设计，理论验证中要考虑到的方方面面很多，我们不可能考虑得非常完备，但是通过课程设计我们有了一次这样的锻炼机会，对于我们以后工作中在细节方面的把握会有很大的帮助，至少我们能考虑的方面会越来越全面。在课设中还夹杂着以前知识的复习，尽管可能忘了很多，但一次课设也有可能使我捡回来一些东西。
在老师和同学们的共同努力下已取得了初步的结果，从整体上看，毕业设计是锻炼我们理工类学生的一种思维能力和实践能力，虽然我们的能力有限，但是通过初步的尝试，我们已经能基本符合我们这个专业的理论和实践。
通过这次毕业设计，我们感受到了对专业知识的缺乏和不足，也使我们的专业知识得到进一步提高，感谢学校给我们这次难得的学习机会。

6.参考文献
（1）袁长良主编.机械制造工艺装备设计手册.中国计量出版社,1992;
（2）王先逵主编.机械制造工艺学. 机械工业出版社. 1995;
（3）陈于萍主编，互换性与测量技术基础. 机械工业出版社;
（4）. 张广玉主编，机械制造技术　　　　机械工业出版社; 　
（5）. 刘长青主编，机械制造技术. 华中科技大学出版社;
（6）. 杨叔子主编，机械加工工艺手册. 机械工业出版社;
（7）. 李洪主编，机械加工工艺手册. 北京出版社;
（8）. 刘友才，肖继德主编，机床夹具设计. 机械工业出版社.