毕业设计论文—特殊零件工艺设计及夹具设计的论文.doc

目录一前言1.1特殊零件工艺设计及夹具设计的目的1.2特殊零件工艺设计及夹具设计的意义1.3特殊零件工艺设计及夹具设计的主要内容1.4特殊零件工艺设计及夹具设计的的现状分析与发展趋势二理论分析与零件分析2.1毕业设计方法与步骤工艺规程的制定步骤专用夹具的设计方法和步骤2.2零件的工艺分析及生产类型的确定零件的工艺分析技术要求分析2.3选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图选择毛坯毛坯尺寸的确定2.4选择加工方法，制定加工艺路线定位基准的选择零件表面加工方法的选择制定艺路线特殊零件工艺设计及夹具设计1前言1.1 特殊零件工艺设计及夹具设计的目的特殊零件工艺设计及夹具设计是一种与机械制造工艺密切相关的毕业设计课题，与生产实际有着极其密切的联系，它要求我们有一定的生产实践知识。其主要目的如下：1. 对生产实际有一定认识，理解生产加工过程中相关机械设备的工作原理2. 掌握机械制造的相关知识，学会如何进行工艺设计及夹具设计3. 理解与掌握夹具设计的原理，能结合生产实际设计出相关夹具4. 了解夹具各个元件的设计与夹具的定位原理和结构， 5. 理解与掌握专用夹具的设计方法，学会分析夹具设计中的一些主要问题6. 了解机械加工工艺过程的知识，明白它在实际生产中的意义与作用7. 学会如何制订加工工艺规程1.2特殊零件工艺设计及夹具设计的意义1培养学生熟悉并运用有关手册、图表、规范等有关资料文献的能力。2进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。3培养学生独立思考和独立工作的能力，为毕业后走向社会从事相关技术工作打下良好的基础。1.3特殊零件工艺设计及夹具设计的主要内容零件工艺设计的内容与要求1 运用机械加工工艺的知识制订出一套完整的机械加工工艺规程2 完成机械加工工艺过程卡片与工序卡片3 选择合适毛坯，拟定工艺路线，计算切削用量，加工余量及工时额定4 保证高质量，它表现在机械产品的各项技术性能指标上5 在保证质量的前提下，应该不断地最大限度地提高生产效率，满足生产量要求6 在保证质量的前提下应可能地节约耗费，减少投资，降低制造成本夹具设计的内容与要求1. 运用机床夹具设计的原理结合专用夹具设计方法设计出三套合理的专用夹具2. 灵活运用夹具各组成元件的设计原理，夹具的定位原理与结构3. 夹具要能保证工件的加工要求4. 能提高生产效率，降低成本5. 操作方便，省力和安全，便于排屑6. 有良好的工艺性能1.4特殊零件工艺设计及夹具设计的的现状分析与发展趋势传统的手工夹具设计往往依靠设计人员的经验进行，定位加紧方案的选取、资料的检索、分析计算、绘图及工艺编制等方案完全依赖手工完成。具有设计周期长、效率低、成本高、柔性差等缺点，并且夹具的质量在很大程度上受夹具设计者的经验和知识水平的限制。因此，夹具的快速设计与制造，已经成为产品快速变换和制造系统新建或重组后运行的瓶颈，严重的影响制造系统的设计制造周期、系统生产率、质量和成本。一.机床夹具提出了如下新的要求： 1）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；提高机床夹具的标准化程度2）能装夹一组具有相似性特征的工件；能适用于精密加工的高精度机床夹具； 4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率； 二现代机床夹具的发展方向主要表现为以下四个方面。 （1）标准化 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。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。 （2）精密化 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。 （3）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、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。 （4）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、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。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、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的。2理论分析与零件分析2.1毕业设计方法与步骤一工艺规程的制定步骤 1.分析研究产品图纸了解整个产品的原理和所加工零件在整个机器中的作用。分析零件图的尺寸公差和技术要求。分析产品的结构工艺性。2.选择毛坯根据生产纲领和零件结构选择毛坯。毛坯的类型一般在零件图上已有规定。3.拟定工艺路线拟定工艺路线主要有两个方面的工作，其一是确定加工工序和工序内容，安排工序的集中和分散程度，划分工艺阶段。其二选择工艺基准。4.确定各工序所用的加工设备和工艺装备确定各工序所用的加工设备、夹具、刀具、量具及辅助工具。若专用的，要提出设计任务书及试制计划，由本厂或外单位进行研制。5.计算加工余量、工序尺寸及公差要计算各个工序的加工余量和总加工余量，如果毛坯是棒料或型材，则按标准进行圆整后修定。计算各个工序尺寸及公差，是要控制各工序的加工质量以保证最终加工质量。6.计算切削用量查阅相关资料进行计算。7.估算工时额定查阅相关资料进行计算。8.确定各主要工序的技术要求及检验方法必要时设计和试制专用检具。9.填写工艺文件机械加工的工艺文件主要有工艺过程卡片、机械加工工序卡片、调整卡片及检验卡片。二专用夹具的设计方法和步骤（一）明确设计要求，认真调查研究，收集资料 1.收集零件工作图、毛坯图和工艺规程等技术文件 2.了解生产批量和对夹具需要情况，以确定所采用夹具结构的合理性和经济性。3.收集有关机床方面的资料4.收集有关刀具方面的资料5.收集有关夹具零部件标准，典型夹具结构图册，夹具设计指导资料等。6.收集国内外有关设计，制造同类型夹具的资料，汲取其中先进而有结和本厂实际情况的合理部分。（二）确定夹具的结构方案1.确定工件定位方案2.确定刀具的对刀或导引方式3.确定工件的夹紧方案4.确定夹具其它组成部分的结构型式5.确定夹具体的结构型式（三）绘制夹具总图总图比例除特殊情况外，一般根据习惯均按1：1绘制，以保证良好的直观性。总图上的主视图，应尽可能选取与操作者正对的位置。2.2零件的工艺分析及生产类型的确定技术要求分析题目给定的零件使用材料HT200（灰口铸铁），该材料典型特征是脆，机械性能一般，优势是铸造性能优异，最适合作为大型壳体类零件。铸造应经时效处理，以消除内应力。零件的工艺分析从零件图上看，该零件是壳体类零件，内部结构比较复杂。其主要加工面有148的端面（E），128的端面（C）和外圆表面（B），40的端面（D），尺寸长度为136的大表面（A）,凸台两表面(E,F);其中C与D采用车床粗车，剩下的用车床粗车后进行半精车，已达到加工精度。孔的加工有4个11的孔，14H8的孔，26H8的孔，6个M8-6H-深16的螺纹，2个M8-6H-深14的螺纹，热处理方面需要正火或退火处理具体补充2.3选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图选择毛坯毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或铸造，铸造有以下优点1. 可以生产形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯或零件2. 几乎不受毛坯质量尺寸材料种类以及生产批量的限制3. 铸造使用原材料来源广泛并可以直接利用废件废料成本较低由于本零件生产批量为大中批量，结构比较复杂，同时考虑到经济因素，所以综上所叙选择锻件中的铸造。毛坯尺寸的确定毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查机械加工工艺手册金属机械加工工艺人员手册知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量,见表。2.4选择加工方法，制定加工艺路线定位基准的选择本零件为带孔的壳体零件，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。具体而言，即选26孔及一端面作为精基准。由于本零件主要都需要加工，而孔作为精基准，应先进行加工，因此应选A面为粗基准。零件表面加工方法的选择加工阶段的划分当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工, 精加工三个阶段。粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工148、136、40、100、凸台等端面或外圆。半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为后续加工加工做好准备，如148、136、100、凸台等端面。精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。基面先行原则该零件进行加工时，要将D端面先加工，再以D端面为基准来加工A面，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再以A端面为基准来加工BCEFG面。先粗后精 即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。先面后孔 对该零件应该先加工工件表面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于工件来讲先加工ABCDEFG面，做为定位基准再来加工其余各孔。工序划分的确定 工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利于采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。综上所述：考虑到工件是大批量生产的情况，采用工序分散辅助工序的安排：辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。热处理工序的安排 热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件材料为灰口铸铁，铸造后进行时效处理消除零件的内应力。制定艺路线按照先加工基准面，先粗后精，基准统一等原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。工序1粗车40端面。工序2 粗车A面。工序3 粗车BCEFG面。工序4 半精车A面。工序5 半精车B外圆和EFG端面。工序6 倒角。工序7粗镗内孔50、80、104。工序8 精镗内孔50、80、104。工序9 钻孔1020。工序10 扩孔1020。工序11 铰孔1020。工序12铣键槽1610。工序13钻斜孔28。工序15去毛刺。工序15终检。工序设计选择加工设备与工艺装备选择机床 根据工序选择机床（1）工序1、2、3、4和5是粗车和精车。各工序的工步数不多，大批大量生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，选用最常用的CA6140型卧式车床。（2）工序7、8为镗削。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔，选用C616A型卧式车床。（3）工序12铣削。工序工步简单，外廓尺寸不大，考虑本零件属成批大量生产，所选机床使用范围较广泛为宜，故可选常用用的X61W型铣床能满足加工要求。（4）工序9、10和11是扩、钻、铰孔。可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工，故选用Z525。选用刀具由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件车床输出轴材料为HT200推荐用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工HT200这种材料时采用硬质合金的刀具。粗车外圆柱面： 90半精车，精车外圆柱面：前角为90的车刀。钻头：高速钢刀具，直径为30；直径为18；扩孔钻：直径为19.8；铰刀：直径为20。镗刀，刀杆长度为200.BH1625。选择量具本零件属大批大量生产，一般配情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考参考文献4相关资料，选择如下：读数值0.02、测量范围0150游标卡尺，读数值0.01、测量范围0150游标卡尺。读数值0.01、测量范围50125的内径千分尺，读数值0.01、测量范围50125的外径千分尺，读数值0.01、测量范围50125的内径百分表（表5-108）。确定工序尺寸确定圆柱面的工序尺寸 圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面已确定各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表：表3外圆柱面176轴段加工余量计算Tab3 工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精车2IT106.3176粗车3IT1212.5179毛坯2181表4外圆柱面55轴段加工余量计算Tab4 工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精车 1.0IT61.655半精车1.5IT103.256粗车2.5IT126.357.5毛坯260表560轴段加工余量计算Tab5 工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精车 1.0IT61.660半精车1.5IT103.261粗车2.5IT126.362.5毛坯265表565轴段加工余量计算Tab5 工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精车 1.0IT61.665半精车1.5IT103.266粗车2.5IT126.367.5毛坯270表575轴段加工余量计算Tab5 工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精车 1.0IT61.675半精车1.5IT103.276粗车2.5IT126.377.5毛坯280表5104内孔加工余量计算Tab5 工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精镗 1.8IT73.2104粗镗3.2IT106.3103.2毛坯299表580内孔加工余量计算Tab5 工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精镗 1.5IT73.280粗镗2.5IT106.378.5毛坯276表550内孔加工余量计算Tab5 工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精镗 1.5IT73.250粗镗2.5IT106.348.5毛坯246确定切削用量及基本工时切削用量包括背吃刀量、进给量和切削速度。确定顺序是确定、，再确定。本说明书选取工序1粗车外圆为例确定其切削用量及基本时间。切削用量 。 本工序为粗车。已知加工材料为45钢，锻件，有外皮；机床为CA6140型卧式车床，工件装夹在三爪自定心卡盘中。 确定外圆的切削用量。 所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀，根据表5-112，由于CA6140机床的中心高为200mm，故选用刀杆尺寸BH=16mm25mm，刀片厚度为4.5mm。根据表5-133，选择车刀几何形状为卷槽带倒棱型前刀面，前角，后角、主偏角、,副偏角、刃倾角、刀尖圆弧半径。（1）确定背吃刀量 由于粗车双边余量为2.5mm，则2.25mm。（2）确定进给量f 根据表5-114，在粗车钢件、刀杆尺寸为、工件直径为时，。按CA6140机床的进给量选择。确定的进给量尚需满足机床进给强度的要求，故需进行校验。根据表5-55，CA6140机床进给机构允许的进给力。根据表5-123，当钢材、， (预计)时，进给力。Ff的修正系数为，,故实际进给力为，由于，所选的可用。（3）选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表5-119，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度。（4）确定切削速度v 根据表5-120，当用YT15硬质合金车刀加工钢材时，时，切削速度。切削速度的修正系数为，表2-9。则有：按CA6140机床的转速选择,则实际切削速度。最后确定切削用量为：，。基本时间确定粗车外圆的基本时间t 根据机械制造工艺学公式4-23车外圆基本时间为：根据机械制造工艺学公式4-23车外圆基本时间为：式中：，则其余工步切削用量及基本工时计算从略