零件工艺生产与夹具设计模板.doc

一·零件工艺分析及生产类型确实定
（一）零件作用三维网技术论坛& P( U2 ]9 C' f$ t' J0 w5 k' \
题目所给定零件为CA6140车床输出轴，其关键作用，一是传输转矩，使车床主轴取得旋转动力；二是工作过程中常常承受载荷；三是支撑传动零部件。) K1 c! V2 H7 s. {% k, E
（二）零件材料及其力学性能三维网技术论坛% p/ F  s, D: `0 n$ K4 y
零件材料为45钢，是最常见中碳调质钢，综协力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采取调质处理，大型件宜采取正火处理。其价格较廉价，经过调质或正火后可得到很好切削性能，而且能取得较高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.

1零件工艺分析
结构比较简单，其关键加工面有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176外圆柱面，φ50、φ80、φ104内圆柱表面，10个φ20通孔，图中所给尺寸精度高，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,其它为Ra12.5um，要求不高；
位置要求较严格表现在φ55左端面、φ80内孔圆柱面对φ75、φ60外圆轴线跳动量为0.04mm, φ20孔轴线对φ80内孔轴线位置度为φ0.05mm,键槽对φ55外圆轴线对称度为.0.08mm；
热处理方面需要调质处理，到200HBS，保持均匀。 经过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们经过径向夹紧可确保其加工要求，整个图面清楚，尺寸完整合理，能够完整表示物体形状和大小，符合要求。
2轴类零件装夹
轴类零件加工通常采取三爪卡盘，三爪卡盘能自动定心，装卸工件快。不过因为夹具制造和装夹误差，其定心精度约为0.05—0.10mm左右。因为零件较长，常采取一夹一顶装夹法，即工件定一端用车床主轴上卡盘夹紧，另一端用尾座顶尖支撑，这么就克服了刚性差不能承受重切削缺点，为深入提升加工精度，可采取中心架作中间辅助支撑，适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，还应满足孔位置公差要求。为了确保技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑怎样提升劳动生产率和降低劳动强度。
二、 工装夹具设计方案确实定
1、基准面选择（夹具体方法确实定）
 夹具体是夹具基础件，它既要把夹具多种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸方便。所以，夹具体形状和尺寸关键取决于夹具各组成件分布位置、工件外形轮廓尺寸和加工条件等。在设计夹具体时应满足以下基础要求。
①、含有足够强度和刚度。②、结构简单、轻便，在确保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、结构工艺性好，便于制造、装配和检验    ⑤、尺寸要稳定且含有一定精度。    ⑥、清理方便。夹具体毛坯制造方法选择  综合考虑结构合理性、工艺性、经济型、标准化和多种夹具体优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体；    夹具体外形尺寸  在绘制夹具总图时，依据工件、定位元件、夹紧装置及其辅助机构在总体上配置，夹具体外形尺寸便已大致确定。然后进行造型设计，再依据强度和刚度要求选择断面结构形状和壁厚尺寸。夹具体壁厚30mm，长度161mm，宽度320mm；依据设计要求，夹具体上设计有螺孔、销孔，而且要求定位定位器和夹紧器销孔在装配时配作。
2、定位方法及元器件选择
定位器作用是要使工件在夹具中含有正确和确定不便位置，在确保加工要求情况下，限制足够自由度。工件定位原理 ： 自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向平动自由度和三个绕轴转动自由度。要使工件在夹具体中含有正确和确定不变位置，则必需限制六个自由度。工件六个自由度均被限制订位叫做完全定位；工件被限制自由度少于六个，但仍然能确保加工要求定位叫不完全定位。在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生焊接应力和变形，有些自由度是无须要限制，故可采取不完全定位方法。在焊接夹具设计中，按加工要求应限制自由度而没有被限制欠定位是不许可；而选择两个或更多支撑点限制一个自由度方法称为过定位，过定位轻易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件变形，影响工件定位精度，过定位也属于不合理设计
    ①、以工件平面为基准进行定位时，常采取挡铁、支撑钉进行定位。以工件已加工面为定位基准，限定了绕X、Y轴转动两个自由度。
    ②工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采取V形铁定位器。以两端小圆柱外表面，用V型铁进行定位，以限定绕Z轴转动及X、Y轴移动三个自由度。
3、夹紧方法及元器件选择
夹紧机构三要素是夹紧力方向确实定、夹紧力作用点确实定、夹紧力大小确实定。 对夹紧机构基础要求以下：
    ①、夹紧作用正确，处于夹紧状态时应能保持自锁，确保夹紧定位安全可靠。
    ②、夹紧动作快速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量
  ③、夹紧件应含有一定刚性和强度，夹紧作用力应是可调整。
④、结构努力争取简单，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 经过螺栓调整滑块上快上螺杆达成对中目标
4、定位夹紧方案确实定：
选择对10孔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，采取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；夹紧或拆卸工件是经过螺杆进行操作，经过对中块两边螺栓对中块对中以确保加工精度；底端有挡板拖着对中块，经过螺钉紧固，从而组成整个夹具。整体夹具见夹具装配图。
四、夹具精度校核
定位误差分析：
⑴确定设计基准和定位基准
工件以外圆圆柱面为定位面，在V形块上定位此时定位基准是外圆轴线。由零件图可知孔设计基准亦为外圆轴线。
⑵确定定位误差
，因为定位基准和设计基准重合，故，依据书目6表3-1，基准位移误差为 ，式中 一次同时加工5个孔，和5个孔相对应角分别为 ，其定位误差分别为
切削力和夹紧力计算：
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：为预防工件在切削扭矩作用
下大打滑而转动所需夹紧力 ，为预防工件在轴向力作用
下打滑而轴向移动所需夹紧力
对：
查《金属切削机床夹具设计手册》表3-19：取工件和V形块在圆周方向摩擦系数：；

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，提供夹紧力为，满足要求。查《机械制图》表，
选择配套双头螺栓代号为：GB/T 897-1988 M24X110.
对于夹具轴向受力，因为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：
依据《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，故选择螺钉为内六角螺钉，
其尺寸规格为：GB/T 70.1- M24X100.
1.工序尺寸精度分析
此零件要求设计2-φ8斜孔夹具，因为尺寸要求并未标注，所以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。
所以，本工序加工所需限制自由度有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
采取一套块和一菱形销（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. 确保500 -0.2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
因工件工序基准和工件和定位元件定位接触点在工件定位基准同侧，所以：
dw=db-jb=0.018-0.013=0.005小于1/3*T
二.确保尺寸10定位误差分析
A=179.23+0.0155 -0.035，不能符合要求，所以应提升尺寸197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
因为此零件要求设计2-φ8斜孔夹具，而且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
在分度盘上采取对称压板方法压紧工件，带动工件旋转。
7：公差选择：
衬套和夹具体模板配合为H7/r6
钻套，扩孔套和铰套和衬套配合为H7/g6
钻，扩孔时刀具和导套内孔配合F8/h6
这道工序所加工两个孔为斜孔和水平面夹角为30度两孔对称分布故在加工是应使此两孔中心线和水平面垂直工件和夹具体底座成30度。工件底部是台阶孔故第一个φ104孔和夹具体上一高为10mm，直径约为104mm圆柱凸台配合。圆柱凸台应小于孔直径φ104mm因为这么便于配合。这么工件夹紧就好设计了。
2.3.4 误差分析和计算
该夹具以底面、侧面和顶面为定位基准，要求确保孔轴线和左侧面间尺寸公差。为了满足工序加工要求，必需使工序中误差总和等于或小于该工序所要求工序公差。

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，在加工尺寸方向上投影，这里方向和加工方向一致。即：故
② 夹紧安装误差，对工序尺寸影响均小。即：
③ 磨损造成加工误差：通常不超出
④ 夹具相对刀具位置误差：钻套孔之间距离公差，按工件对应尺寸公差五分之一取。即
误差总和：
从以上分析可见，所设计夹具能满足零件加工精度要求。
2.3.5 夹具设计及操作简明说明
本夹具用于在摇臂钻床上加工后托架底孔、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。采取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，所设计夹具装
配图及工序简图图所表示，夹具体零件图图所表示

相关说明以下：
（1）定位方案 工件以一个夹紧装置能够限制工件4个自由度，夹紧装置上表面和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 夹紧机构图采取定位套。左端夹紧装置作定位，右端半圆用于压紧。手动调整螺母可实现工件夹紧和松动。当更换零件时，可将螺母拧出螺栓，螺栓左端因为由一个销钉控制，可绕销钉转动，从而可实现零件更换和装夹。
（3）分度机构 选择带有分度 分度盘来进行分度，每次加工两个孔以后，松开夹紧机构，旋转工件180°以后在夹紧工件，在加工工件，直到10个孔全部加工。

三、参考文件

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

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

4、《机械制造工艺学及夹具设计》  弈继昌主编     中国人民出版社

5、《机械加工工艺设计手册》     张耀宸主编     航空工业出版社

   6、《金属切削速查速算手册》   陈宏钧主编  机械工业出版社

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

8、《机械工程师简明手册》                      河南科学技术出版社

9、《机械制造基础》             刘建亭主编     机械工业出版社

10、《数控机床加工工艺》        华茂发主编        机械工业出版社

11、《机床夹具设计》            肖继德、陈宁平主编 机械工业出版社

12、《数控原理和编程实训》       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”

14、《简明加工工艺手册》    上海科技出版社
15、王启平.机床夹具设计（第二版）.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，.5
16、秦国华、张卫红.机床夹具现代设计方法.北京：航空工业出版社，.11
17、邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京：机械工业出版社，.8
18、周开勤.机械零件手册（第五版）.北京高等教育出版社，.7