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吊耳数控加工工艺及工装设计毕业设计说明书

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2020年5月29日
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毕业设计说明书

课题名称: 吊耳数控加工工艺及工装设计

学生姓名 潘伟建
学 号
所在学院 机械工程学院
专 业 数控技术
班 级 数控1041
指导教师 楼建忠 许茂富

起讫时间: 2 月 13 日～ 4 月 6 日

吊耳数控加工工艺及工装设计
摘 要
本次设计是对后钢板弹簧吊耳零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。后钢板弹簧吊零件的主要加工表面是平面及孔。由加工工艺原则可知,保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。因此本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准,以后钢板弹簧吊耳大外圆端面与两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以后钢板弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面,再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其它孔与平面。整个加工过程均选用普通机床。

关键词:机械设计;后钢板弹簧吊耳;加工工艺;专用夹具

目 录
摘要………………………………………………………………………………1 绪论……………………………………………………………..… 1
1.1引言………………………………………………………………………1
1.2主要机械结构设计………………………………………………………2
第1章 零件加工工艺………………………………………………...…………2
2.1零件的加工工艺…………………………………………………………2
2.2零件基准选择……………………………………………………………2
2.2机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定…………………………3
第2章 夹具设计……………………………………………………...…………6
3.1夹具方案的分析…………………………….……………………..….…6
3.2夹具定位分析………………………………………..…………….……6
3.2.1 定位基准选择…………………………………………………6
3.2.2 定位误差分析…………………………………………………7
3.3夹具夹紧分析……………………………………………………………8
3.4导向分析………………………………………………………………….8
3.5夹具精度分析…………………………………………………………...10
3.7夹具设计及操作的简要说明………………………………………..…11
第3章 三维造型……………………………………………………….………12
第4章 结论…………………………………………………………….………12
第5章 参考文献………………………………………………………….……14
第6章 致谢…………………………………………………………………….15

绪论
1.1 引言
机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的大部分部课程之后,进行的一次理论联系实际的综合运用,使我对专业知识技能有了进一步的提高,为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计,保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段,是企业进行生产准备,计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据,也是企业上品种、上质量、上水平,加速产品更新,提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分,不论是传统制造,还是现代制造系统,夹具都是十分重要的。因此,好的夹具设计能够提高产品劳动生产率,保证和提高加工精度,降低生产成本等,还能够扩大机床的使用范围,从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。因此对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。
夹具从产生到现在,大约能够分为三个阶段:第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上,这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具,是加工过程加速和趋于完善;第二阶段,夹具成为人与机床之间的桥梁,夹具的机能发生变化,它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到,夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系,因此对夹具引起了重视;第三阶段表现为夹具与机床的结合,夹具作为机床的一部分,成为机械加工中不可缺少的工艺装备。
随着机械工业的迅速发展,对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求,使多品种,中小批生产作为机械生产的主流,为了适应机械生产的这种发展趋势,必然对机床夹具提出更高的要求。特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中,应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具,特别是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。
1.2 主要机械结构分析
1.2.1零件的作用
题目给出的零件是CA10B解放牌汽车后钢板弹簧吊耳。后钢板弹簧吊耳的主要作用是载重后,使钢板能够得到延伸,伸展,能有正常的缓冲作用。因此汽车后钢板弹簧吊耳零件的加工质量会影响汽车的工作精度、使用性能和寿命。汽车后钢板弹簧吊耳主要作用是减震功能、阻尼缓冲部分功能、导向功能。
1.2.2零件的工艺分析
由后钢板弹簧吊耳零件图知可将其分为两组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下:
(1)以两外圆端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括:。两外圆端面的铣削,加工的孔,其中两外圆端面表面粗糙度要求为,的孔表面粗糙度要求为
(2)以孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括:2个的孔,2个的孔、2个孔的内外两侧面的铣削,宽度为4的开口槽的铣削,2个在同一中心线上数值为的同轴度要求。其中2个的孔表面粗糙度要求为,2个的孔表面粗糙度要求为,2个孔的内侧面表面粗糙度要求为,2个孔的外侧面表面粗糙度要求为,宽度为4的开口槽的表面粗糙度要求为。
1.2.3毛坯的制造形式
零件材料为35钢。由于生量已达到中批生产的水平,而且零件的轮廓尺寸不大,故能够采用锻造成型,这对提高生产效率,保证加工质量也是有利的。

1.3 零件基准选择
1.3.1粗基准的选择
粗基准选择应当满足以下要求:
(1) 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面,则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。

(2) 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如:机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准,加工床身的底面,再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量,使表层保留而细致的组织,以增加耐磨性。
(3) 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样能够保证该面有足够的加工余量。
(4) 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准,以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准,必要时需经初加工。
(5) 粗基准应避免重复使用,因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。
为了满足上述要求,基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准,先以后钢板弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面,再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其它孔与平面。
1.3.2精基准的选择
精基准的选择主要考虑基准重合的问题,当设计基准与工序基准不重合时,应当进行尺寸换算。

第2章 加工工艺
2.1零件的加工工艺

工序1:
铣两外圆端面
工序2:
钻,扩,铰孔,倒角
工序3:
铣孔的内侧面
工序4:
铣孔的外侧面
工序5:
钻,扩,铰孔,倒角
工序6:
钻,扩孔
工序7:
铣宽度为4的开口槽
工序8:
终检
2.2机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
”后钢板弹簧吊耳”零件材料为35钢,硬度HBS为149～187,生产类型为中批量生产,采用锻造毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺,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) 铣两外圆端面
考虑其加工表面粗糙度要求为,能够先粗铣,再精铣,根据<机械加工工艺手册>表2.3-5,取2Z=5已能满足要求
(2) 加工孔
其表面粗糙度要求较高为,其加工方式能够分为钻,扩,铰三步,根据<机械加工工艺手册>表2.3-48,确定工序尺寸及余量为:
钻孔:
扩孔: 2Z=1.8
铰孔: 2Z=0.2
(3) 铣孔的内侧面
考虑其表面粗糙度要求为,只要求粗加工,根据<机械加工工艺手册>表2.3-5,取2Z=3已能满足要求。
(4) 铣孔的外侧面
考虑其表面粗糙度要求为,只要求粗加工,根据<机械加工工艺手册>表2.3-5,取2Z=3已能满足要求。
(5) 加工孔
其表面粗糙度要求较高为,其加工方式能够分为钻,扩,铰三步,根据<机械加工工艺手册>表2.3-48,确定工序尺寸及余量为:
钻孔:
扩孔: 2Z=1.8
铰孔: 2Z=0.2
(6) 加工孔
其表面粗糙度要求较高为,其加工方式能够分为钻,扩,两步,根据<机械加工工艺手册>表2.3-48,确定工序尺寸及余量为:
钻孔:
扩孔: 2Z=1.8
(7) 铣宽度为4的开口槽
考虑其表面粗糙度要求为,只要求粗加工,根据<机械加工工艺手册>表2.3—48,取2Z=2已能满足要求。

第3章 结构设计
3.1加工工艺孔夹具设计
本夹具主要用来钻、扩、铰两个工艺孔。这两个工艺孔均有尺寸精度要求为,表面粗糙度要求,表面粗糙度为,与端面垂直。并用于以后加工中的定位。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本道工序为后钢板弹簧吊耳加工的第五道工序,本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求,以及如何提高劳动生产率,降低劳动强度。
3.2定位方案的分析和定位基准的选择
由零件图可知,两工艺孔位于零件孔内外侧面上,其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与侧面垂直。为了保证所钻、铰的孔与侧面垂直并保证两工艺孔能在后续的孔加工工序中使孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时,应尽量选择上一道工序即粗、精铣顶面工序的定位基准,以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择外圆端面和与之配合的心轴为主要定位基准限制工件的五个自由度,用一个定位销限制工件的另一个自由度。采用螺母夹紧。

图2-1 定位分析示意图
3.3定位误差分析
本工序选用的工件以圆孔在间隙心轴上定位,心轴为垂直放置,由于定位副间存在径向间隙,因此必将引起径向基准位移误差。不过这时的径向定位误差不再只是单向的了,而是在水平面内任意方向上都有可能发生,其最大值也比心轴水平放置时大一倍。见下图。

式中 ——定位副间的最小配合间隙(mm);
——工件圆孔直径公差(mm);
——心轴外圆直径公差(mm)。

图4.2 心轴垂直放置时定位分析图
3.4切削力的计算与夹紧力分析
由于本道工序主要完成工艺孔的钻、扩、铰加工,而钻削力远远大于扩和铰的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由<切削手册>得:
钻削力 式(4-1)
钻削力矩 式(4-2)
式中:
代入公式(4-1)和(4-2)得

本道工序加工工艺孔时,夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。
3.5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、扩、铰三个工步完成加工。即先用的麻花钻钻孔,根据GB1141—84的规定钻头上偏差为零,钻套孔径为。再用标准扩孔钻扩孔,根据GB1141—84的规定扩孔钻的尺寸为,钻套尺寸为。最后用的标准铰刀铰孔,根据GB1141—84的规定标准铰刀尺寸为故钻套孔径尺寸为。

图 4.3 快换钻套图
铰工艺孔钻套结构参数如下表:
表 4.1 铰工艺孔钻套数据表
d
H
D

公称尺寸
允差
30
30
40
-0.010
-0.027
59
46
16
5.5
27
28
36

衬套选用固定衬套其结构如图所示:

图 4.4 固定衬套图

其结构参数如下表:
表 4.2 固定衬套数据表
d
H
D
C

公称尺寸
允差
公称尺寸
允差
40
+0.023
0
42
46
+0.035
+0.018
3
2
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。
3.6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。
本道工序加工中主要保证两工艺孔尺寸及同轴度公差及表面粗糙度。本道工序最后采用精铰加工,选用GB1141—84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。
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。
3.7夹具设计及操作的简要说明
由零件图可知,两工艺孔位于零件孔内外侧面上,其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与侧面垂直。为了保证所钻、铰的孔与侧面垂直并保证两工艺孔能在后续的孔加工工序中使孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时,应尽量选择上一道工序即粗、精铣顶面工序的定位基准,以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择外圆端面为主要定位基面以限制工件的三个自由度,以孔限制工件的两个自由度,用一个挡块定位限制工件的另一个自由度。

第4章 结论
后钢板弹簧吊耳的加工工艺及夹具设计,主要是对后钢板弹簧吊耳的加工工艺和夹具进行设计。后钢板弹簧吊耳的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线,机械加工余量和切削用量、基本工时的确定,夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构。在本设计中工件的加工工艺路线正确合理,夹具的定位夹紧机构也能达到定位夹紧的目的,能保证加工工件的精度。在设计中遇到了很多问题,如出现工艺路线的不合理,甚至出现不能保证加工所要求达到的精度。在进行夹具设计时,因定位基准选择不合理,出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证。在选择夹紧机构时由于机构的大小,尺寸等不合理,而达不到夹紧的目的,也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻转。不过在指导老师的悉心认真的指导下,经过两个月自身的不断努力,这些问题都一一解决。在这个过程中,对机械加工工艺和夹具设计有关的知识有了更深的理解,增强了对本专业综合知识运用的能力,使我对专业知识、技能有了进一步的提高,为以后从事专业技术的工作打下基础。

参 考 文 献
[1] 孙学强主编.机械加工技术.机械工业出版社, .1
[2] 刘守勇主编.机械制造工艺与机床夹具,机械工业出版社, .1
[3] 胡家秀主编.机械设计基础.机械工业出版社, .6
[4] 赵长明,刘万菊主编.数控加工工艺及设备.北京:高等教育出版社, .10
[5] 刘雄伟主编.数控机床操作与编程培训教程.北京:机械工业出版社, .5
[6] 李佳主编.数控机床及应用.北京:清华大学出版社, .7
[7] 张建刚主编,胡大泽主编.数控技术.武昌:华中科技大学出版社, .8
致 谢
毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核,也是对我们进行科学研究基本功的训练,培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力,为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。
本次设计能够顺利完成,首先我要感谢我的母校——浙江机电职业技术学院,是她为我们提供了学习知识的土壤,使我们在这里茁壮成长;其次我要感谢那些曾给我授过课的每一位老师,是你们教会我专业知识,她们不但教会我们专业方面的知识,而且教会我们做人做事的道理;特别要感谢在本次设计中给与我大力支持和帮助的楼建忠,许茂富老师,除了敬佩老师的专业水平外,她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。每有问题,老师总是耐心的解答,使我能够充满热情的投入到毕业设计中去;还要感谢我的同学们,她们热心的帮助,使我感到了来自兄弟姐妹的情谊;最后还要感谢相关资料的编著者和给予我们支持的社会各界人士,感谢您们为我们提供一个良好的环境,使本次设计圆满完成
在此,我再说一次谢谢!谢谢大家!!!。