机械毕业设计（论文）-D13型汽车排气管机加工艺及管身凸台柔性锪夹具的设计制作【全套图纸】 .doc

南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计（论文） 学院（系）： 机电工程系 专 业：机械设计制造及其自动化 学 生： 指导教师： 完成日期 2009 年 6 月 南阳理工学院本科生毕业设计（论文） d13 型排气管机加工艺 及管身凸台面锪夹具的设计制作 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 the flexible milling machine and fixture design of d13 tailpipe machining technics of play 总计： 毕业设计（论文）22 页 表格： 7 个 插图 ： 4 幅 南阳理工学院本科生毕业设计（论文） d13 型汽车排气管机加工艺 及管身凸台柔性锪夹具的设计制作 the flexible milling machine and fixture design of d13 tailpipe machining technics of play 学 院（系）： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 21407239 指 导 教 师（职称）： 完 成 日 期： 2009.2.162009.6.1 南阳理工学院 nanyang institute of technology - i - d13d13 型汽车排气管机加工工艺型汽车排气管机加工工艺 及管身凸台柔性锪夹具的设计与制作及管身凸台柔性锪夹具的设计与制作 摘 要 随着全球制造产业的区域转移整个制造行业竞争的加剧， 所有机械加工生产单位都面临提高生产效率的问题。而在机加过程中作为 装夹工件的工艺装备的夹具，在提高生产效率方面有其特别的优势。本论 文是结合目前实际生产中，仅用通用夹具不能满足生产要求，用通用夹具 装夹工件生产效率低劳动强大，加工质量不高，而且往往加工相同规格的 零件时需要几套不同的夹具，所以需要设计一种结构简单，精度高、强度 高和通用性好、适应性强、柔性高的夹具，主要包括夹具的定位方案，夹 紧方案、夹具体与定位键的设计及加工精度等方面的分析。可以有效的减 少工件加工的基本时间和辅助时间，大大提高了劳动生产力，从而可以有 效地减轻工人的劳动强度和增加劳动效率。有力于提高企业生产效率，使 得许多复杂零件的加工成为可能，常规零件加工的质量进一步提升，并降 低劳动强度，在保证产品质量加工精度的同时批量生产，从而降低生产成 本。从而夹具的使用在某种程度上提高实际生产中企业的效益 。因而对夹 具知识的认识和学习，在今天显的优为重要起来。 关 键 词 柔性；成组技术；气动夹具 - ii - the flexible milling machine and fixture design of d13 tailpipe machining technics of play abstract： along with the global manufacturing industry area of the manufacturing industry shift competition intensifies, all mechanical processing production units are facing to improve production efficiency. but in the machining process as clamping work-piece jig of technological equipment, improve the production efficiency is its special advantages. this thesis is to combine the actual production, only use generic cannot satisfy the production requirements, fixture with general clamping work-piece jig low labor productivity, quality is not high, and often the same specification parts processing when need several different sets of fixture, so need to design a kind of simple structure, high precision, high strength and high universality, high adaptability, flexibility of fixture, mainly including the positioning jig, clamping, concrete and orientation of the key aspects of design and machining accuracy of analysis. can effectively reduce the processing time and auxiliary time of basic, greatly improving the labor productivity, which can effectively reduce the labor intensity and increase the work efficiency. powerful to improve production efficiency, make many complex parts processing, conventional machining quality further, and reduce the labor intensity, and ensure the quality of the machining precision and batch production, so as to reduce the production cost. thus the use of fixture in some extent, to improve the efficiency of enterprises in practical production. so the understanding and knowledge of fixture in the study, the optimal for important today. key words： flexible； group technology；pneumatic clamping 目目 录录 1. 绪论.1 1.1 课题提出的背景1 1.2 研究现状1 - iii - 1.3 研究内容1 2. 零件的工艺分析.2 2.1 零件的作用2 2.2 零件的工艺分析2 2.3 确定毛坯，画毛坯零件合图 3 3. 工艺规程的设计.3 3.1 定为基准的选择3 3.1.1 精基准的选择3 3.1.2 粗基准的选择3 3.1.3 确定合理的夹紧方法3 3.2 工艺路线的拟定4 3.3 选择加工设备及刀、夹、量具 5 3.4 加工工序设计6 3.5 时间定额的计算.10 3.5.1 机动时间.10 3.5.2 辅助时间.11 3.5.3 布置工作地时间 ts 11 3.5.4 休息和生理需要时间 tr.11 3.5.5 准备与终结时间 te.12 3.6 工艺过程的技术经济分析.12 4. 排气管背面铣夹具的设计12 4.1 工件在夹具上的定位.12 4.1.1 定位销的设计.13 4.2 夹紧力的确定.13 4.3 设计方案的确定.14 4.4 夹具柔性的确定.15 4.5 四杆铰链机构的设计.16 4.6 定位精度的分析.16 4.6 气缸的选择 .17 5. 夹具的制作18 5.1 加工零件的加工工艺过程.18 5.1.1 夹具体零件图.18 5.1.2 夹具体工艺路线.18 5.2 零件的加工过程.19 5.3 夹具实体装配图.19 - iv - 6. 结论及存在的问题20 6.1 结论.20 6.2 存在的问题.20 参考文献.21 致谢语.22 - 1 - d13d13 型汽车排气管机加工艺型汽车排气管机加工艺 及管身凸台柔性锪夹具的设计制作及管身凸台柔性锪夹具的设计制作 姓名：王中琦 学号：21407239 班级：072142 1.1. 绪论绪论 1.1 课题提出的背景 本课题是结合目前汽车排气管的实际生产中，仅用通用夹具不能满足生产 要求，仅用通用夹具装夹工件生产效率低，加工质量不高，在这种形式下，需 要一种结构简单，精度高、强度高和通用性好、适应性强、柔性高的夹具，并 且具有一定柔性的铣床夹具，采用成组技术能够更好的利用产品的相似性，统 一的将产品、部件和零件的相似性准则分类编组，并以这些组为基础，组织生 产的各个环节，以实现多品种大批量的产品的生产设计、制造、管理的合理化。 同时为了适应多种产品的加工。本次设计的夹具易操作、能保证加工精度，提 高劳动生产率，改善生产环境、工人的劳动条件，降低生产成本和扩大机床的 工艺范围。其发展方向朝着柔性化，精密化，高效化发展。特别适用于大批量 的生产。 1.2 研究现状 近年来，随着汽车工业不断发展，排气管的生产工艺也在发生不断的变化， 品种多，批量小，生产效率低，所以对夹具的使用性能和结构提出了更高更新 的要求，需要一种结构简单，精度高、强度高和通用性好、适应性强、柔性高 的夹具。这种夹具能适应不同的机床、不同的产品或同一产品不同的规格，能 最大限度地满足各种机床夹具的需要。另一方面引进成组技术，将多种零件按 其工艺的相似性分类以形成零件族，把同一零件族中零件分散的小生产量汇集 成较大的成组生产量，从而使小批生产能获得接近于大批生产的经济效果。 1.3 研究内容 首先，根据零件材料，生产批量和结构特点制定合理的零件加工工艺方案， 并填写工艺工程卡和工序卡，其次，根据自己所要加工的侧面管身凸台面设计 出合理的夹具，其中应考虑到此夹具的柔性。在夹具的制作过程中，图纸和实 际相结合。另外，通过对排气管公司的参观，设计应注重实用性。该课题要求 - 2 - 学生作到以下几点：一、积极开发创新思维，能在导师指导的基础上提出更好 的设想；二、综合运用机械工艺、计算机辅助设计的知识完成设计，编写工艺， 最终加工出相应的实体。 2.2. 零件的工艺分析零件的工艺分析 2.1 零件的作用 题目所给定的零件是 d13 型汽车排气管（见图 1） ，它安装于发动机排气 岐管和消声器之间的排气管中，使整个排气系统呈挠性联接，从而起到减振降 噪、方便安装和延长排气消声系统寿命的作用。其主要作用，一是用来排出废 气,其间增加过滤装置,以符合环保的强制要求；二是中间装配消音装置,以减少 汽车发动机排出废气时的噪音。零件的 b 面有 3 个排气口，6 个小孔起固定连 接作用，零件排气口与消音装置相连。 图 1 d13 型排气管零件图 2.2 零件的工艺分析 d13 型汽车排气管的材料为 ht200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热 性及减震性等特点，适用于承受较大的应力，耐磨耐热的零件。 该零件的主要加工面为排气管进气口面、排气口面及其面 6-11 上的孔。 排气口面和进气口面平面度为 0.03，直接影响与汽车汽缸和消声器的接触 精度及密封。 6-11 的孔的尺寸精度，同轴度 0.04 影响到进气口与汽车汽缸的连接和 - 3 - 准确定位，因此在它们加工时最好能一次装夹将孔加工出来。 通过查阅相关的资料知有关面和孔的加工精度及机床能达到的位置精度可 知，上述技术要求是可以达达到的，零件的结构工艺性也是可行的。 2.3 确定毛坯，画毛坯零件合图 根据零件材料确定毛坯为铸件，又由题目已知零件生产类型为大批量生产。 毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。又由于排气管的内腔及六个 12 孔均需铸 出，故还应安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。 参考文献【1】表 2，3-5，用查表法确定各表面的总余量如下表 2-1 所示 加工表面基本尺寸 （mm） 加工余量等级加工余量数值 （mm） 说明 b 面8g2底面，单侧加工 d 面54.09g4外圆端面，双侧加工 2-24 凸台面 52h2顶面，单侧加工 2-20 凸台面 41g2侧面，单侧加工 2-32 凸台面 32g2侧面，单侧加工 3.3. 工艺规程的设计工艺规程的设计 3.1 定为基准的选择 3.1.13.1.1 精基准的选择精基准的选择 d13 型排气管的 b 面和 6 个 11 的孔既是装配基准，又是设计基准，用 它们做精基准，能使加工遵循“基准重合的”原则，实现箱体零件“一面两孔” 的定位方式；其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基 准统一”的原则。此外，b 面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简 单、可靠，操作方便。 3.1.23.1.2 粗基准的选择粗基准的选择 考虑到以下几点要求，选择排气管进气口背后凸台面作为粗基准：第一， 在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要加工面加工余量尽量均匀；第 二， 能保证定位准确，夹紧可靠。 - 4 - 3.1.33.1.3 确定合理的夹紧方法确定合理的夹紧方法 本排气管采用汽缸夹紧，利用一面两孔的定位方式。故采用确定合理夹紧 方法这样定位使工件刚度较高，变形小，节省时间又比较容易装卸，符合大批 量生产的要求，故合理 3.2 工艺路线的拟定 根据各表面加工要求和加工方法能达到的加工精度要求，确定各表面的 加工方法如下：排气口面：粗铣精铣；凸台面：粗铣精铣；7 级9 级 未铸出的孔：钻铰；螺纹孔：钻孔攻螺纹。 6-11 的孔因孔有较高的同轴度要求，故它们的加工宜采用工序集中原 则，即在一次装夹下将孔加工出来，以保证其位置度的精度要求。 根据先面后孔的原则，先主要面后次要面和先粗加工的原则，将进气口 面加工放在前面，精加工放在后面，加工完排气口面之后，加工孔。 初步拟定工艺路线如下： 工序号工 序 内 容 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 铸 造 时 效 涂底漆 粗铣进气口端面 m 钻扩铰 2-11h10 至 10h10 孔口倒角 145 钻 4-12 粗铣六个底座凸起面 n 铣管身顶部两个凸台面 q 钻 2m8 螺纹底孔 铣管身侧面三个凸台面 r 钻 2m10 螺纹底孔 钻锥度为 z3/4 的孔 24 精铣进气口面 m 精扩铰 2-11h10 孔，并提高精度至 2-11h9 攻螺纹 2m8-6h，2m10-6h 铣排气口端面 s 粗车-半精车-精车 3.62 槽保证 47.5 和 54 检 验 入 库 上述方案遵循了工艺路线拟定的一般原则，但某些工艺有些问题还值得进 一步讨论。 - 5 - 如工序 80 精铣 b 面，因工件形状不规则，装夹不方便，为减少装夹误差， 应将精加工和粗加工安排在一起。 修改后的工艺路线如下： 工 序号 工 序 内 容 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 0 11 0 铸 造 时 效 涂底漆 粗、精铣进气口端面 m 钻扩 2-11h10 至 2-11h9,钻 4-12 孔口倒角 145 铣两个方向的六个底座凸起面 n、n 铣管身顶部两个凸台面 p 铣管身侧面三个凸台面 q 铣管身侧面两个方向的 36 的圆柱凸台面 r、r 车排气口端面 s 粗车-精车 54 2 槽 3.647.5 钻 2m8 螺纹底孔 攻螺纹 2m8-6h 钻 2m10 螺纹底孔 攻螺纹 2m10-6h 检 验 入 库 上述方案遵循了工艺路线拟定的一般原则。 3.3 选择加工设备及刀、夹、量具 由于生产类型为中小批量生产，故主要采用组合机床生产，生产方式以成 组夹具为主，加紧方式以气动夹紧方式为主。 铣 e 面（进气口背面） 。考虑到工件的夹紧方式及夹具的结构等设计问题， 采用卧铣，选择 x62w 机型（参考文献机械加工工艺手册表 3.173）采用 可调的专用夹具，测量工具为游标卡尺。 铣 n 面（进气口面） 。由于进气口面为一装配面，精度要求较高，所以此工 序要粗铣和精铣分为两个工步来加工完成，达到要求。根据加紧方式和夹具的 设计结构，采用立铣，选择 x52k，莫氏面铣刀，专用铣夹具，测量工具游标卡 尺、专用夹具。 钻进气口面的孔。根据此面的结构，及夹具结构，为了提高效率采用组合 - 6 - 钻床。选择直径为 10 的合金钻头。测量工具有游标卡尺、塞规等。 铣 p 面（排气口面）此面和进气口面一样，都是装配面，要求精度较高， 所以粗精铣要分开，但选用的机床一样，只需调整相应的转速等。根据夹紧方 式和所设计的夹具，采用卧铣，检测工具为游标卡尺和相应的工具等。 钻排气口面的孔。为了提高加工效率采用组合机床。夹具采用 p 面加工夹 具，选用直径为 7 的合金钻头，检验的工具为游标卡尺，塞规等。 铣凸台面。根据零件的结构和考虑设计夹具的结构选用卧铣。检测工具为 游标卡尺、专用工具等。 钻凸台面的孔和攻丝。所采用的夹具为铣凸台面用的夹具，选用的机床为 组合钻床，攻丝也采用机攻丝。检测工具为游标卡尺和塞规等。 3.4 加工工序设计 1.工序 10 粗铣进气口 b 面 由于此面同进气口面，为一配作面，加工精度较高，所以分为粗铣和精 铣两个工步完成达到加工要求。 查机械加工工艺设计手册表 2.359，平面的加工余量，得加工余 量为 1.5mm。已知 n 面总余量为 5mm，故粗加工余量为 5-1.5=3.5mm 精铣 n 面工序以 n 面为定为基准，此面至设计尺寸为 131.5mm，可计算 出粗铣 n 面工序尺寸为 133.0mm。 查文献机械加工工艺设计手册表 2.66，得粗加工公差等级 it11it14，取 it=11，其公差为 0.16，所以知粗加工至设计基准为 78.8. 校核精铣余量 z： 故余量足够。133.00.16 131.50.50.94mmzxx 精粗 参考文献机械加工工艺设计手册表 2.473 取粗铣每齿进给量为 fz 为 0.2mm/z,取精铣的进给量为 f=0.5mm/r,粗铣走到一次，ap=3.5，精铣 走到一次，ap=1.5， 参考文献机械加工工艺手册表 3.174，取粗铣主轴转速为 150r/min,取精铣主轴转速为 300r/min,相应的切削速度分别为： v 粗=dn/1000=3.14200150/1000=94.2m/min v 精=dn/1000=3.14200300/1000=188.4m/min 2. 粗铣凸台进气口背面凸台面 通过对零件的分析知，b 面的要求不高，故可以一次铣出，其工序余量 为 3mm。 取每齿的进给量 fz 为 0.2mm/z；分一次走刀，ap=3，主轴转速为 130r/min - 7 - 则 v=dn/1000=3.14200130/1000=75.2m/min 3. 粗铣进气管背面 2-20 台面、侧面 2-24 及 2-36 凸面 此面精度要求高，加工时需粗铣和精铣。 查机械加工工艺设计手册表 2.359，平面的加工余量，得加工余 量为 1.5mm。已知 n 面总余量为 5mm，故粗加工余量为 5-1.5=3.5mm 采用 n 面一面两孔定位，精铣凸台面以孔 2 10.5 定位，其加工面到 其中心线为 89.50.3mm，则粗铣凸台面工序尺寸为 91.0mm，经计算余量足 够。 参考文献机械加工工艺设计手册表 2.473 取粗铣每齿进给量为 fz 为 0.2mm/z,取精铣的进给量为 f=0.5mm/r,粗铣走到一次，ap=3.5，精铣 走到一次，ap=1.5， 参考文献机械加工工艺手册表 3.174，取粗铣主轴转速为 100r/min,取精铣主轴转速为 350r/min,相应的切削速度分别为： v 粗=dn/1000=3.14200100/1000=62.8m/min v 精=dn/1000=3.14200350/1000=219.8m/min 经校核机床功率足够。 4. 钻 n 面（进气孔面的孔）6-11 及 2-10.5 6-11 空的扩、铰余量参考文献【1】表 2.3-48 取 z 扩=0.9mm，z 铰 =0.1mm，由此可算出 z 钻=11/2-0.9-0.1=4.5mm。 2-10.5mm 因一次钻出，故其钻削余量为 z 钻=10.5/2=5.25mm。 各工步的余量和工序尺寸及公差列于下表： 孔与孔之间的位置尺寸如 1370.05mm，沿 270mm 孔轴线方向的定位 是以两孔的内侧面用一面两孔定位，关于中心对称，外形对称。所以 6-11 两 孔连心限制内测中心面对称。 有参考文献【1】表 2.4-38，并参考 z3025 机床说明书，取钻 6-11h9 孔的进给量 f=0.39mm/r，取钻 2-10.5 孔的进给量 f=0.39mm/r. 参考文献【1】表 2.4-4.1，用插入法求得钻 11h9 孔的切削速度 加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸及公差 6-11mm 6-11mm 6-11mm 2-10.5mm 钻孔 扩孔 铰孔 钻孔 5.5mm 0.9mm 0.1mm 5.25mm - h10 f9 - 9 0.058 0 10.8 0.049 0.013 11 10.5 - 8 - v=17.38m/min,由此算出转速为 n= =503.18r/min 1000 17.38 3.14 11 取实际转速 n=500 r/min，则实际切削速度为 v= =17.27 m/min 3.14 11 500 1000 同理，用插入法求得钻 2-10.5mm 孔的 v=12.96m/min,由此可算出转 速为： n=393r/min, 1000v d 1000 12.96 3.14 10.5 按机床的实际转速 n=400r/min,则实际切削速度 v=m/min=13m/min 3.14 10.5 400 1000 参考文献【1】表 2.4-69，得： =（n） f f 0.8 0 9.81 42.7 f d fk m= 20.8 0 9.81 0.021(. ) m dfkn m 分别求出钻 11 的和 m 及钻 10.5 孔的和 m 如下： f f f f = 2169 n f f 0.8 9.81 42.7 11 0.41 m= = 11.46 n.m 20.8 9.81 0.021 110.41 = = 2067 n f f 0.8 9.81 42.7 10.50.31 m= = 10.67 n.m 20.8 9.81 0.021 10.50.31 他们均小于机床的最大进给力 7840n 和机床的最大扭转力矩 196 n.m,故机 床的刚度足够。 扩 6-11 的孔，参考文献【1】表 2.4-50，并参考机床实际进给量，取 f=0.31mm/r 钢（mpa）铸铁、铜、铝合金硬度 800800100 0 100 0 200hbs200hb s 钻头直 径 0 d （mm）进给量 f（mm/r） 2 1013 0.050.06 0.250.31 0.040.0 6 0.190.2 3 0.030.0 4 0.150.1 9 0.090.11 0.520.64 0.050.07 0.310.39 - 9 - 参考文献【4】表 3-54，扩孔的切削速度为（1/21/3）v 钻，故取 v 扩 =1/2v 钻=8.6m/min。 由此算出转速 n= = =256r/min。按机床实际转速取 1000v d 1000 8.6 3.14 10.8 n=250 r/min。 参考文献【1】表 2.4-58，铰孔的进给量 f=0.3mm/r 参考文献【1】表 2.4-60，取铰孔的切削速度为 v=0.3m/s。由此算出转速 n= = =521 r/min。 1000v d 1000 18 3.14 11 按机床的实际转速取 n=545 r/min。则实际切削速度为： =17.9 m/min. 3.14 11 545 10001000 dn v 5.钻排气口面孔 4m6 的工序设计。 本工序的设计同工序 3，相关的计算及机床的校核按照上方法即可算知， 在这里就不在计算了。 6.钻凸台孔 3m87h 及 m107h。 参考文献【1】表 2.4-41，用插入法求得钻7 孔的 v=0.435m/s=26.1m/min,由此可算出转速为：n= 1000v d = 1000 26.1 /min1187 /min 3.14 7 rr 按机床的实际转速取 n=1000 r/min,则实际切削速度为 v= 3.14 7 1000 /min22m/min 1000 m 参考文献【1】表 2.4-69，得 f f = 0.8 0 9.81 42.7 f d fk （n） m= 20.8 0 9.81 0.021(. ) m dfkn m 分别求出钻7 的 f f 和 m 及9 f f 和 m 如下： f f = 0.8 9.81 42.7 7 0.41 = 1869 n m= 20.8 9.81 0.021 70.41 = 9.84 n.m f f = 0.8 9.81 42.7 90.31 =1952 n m= 20.8 9.81 0.021 90.31 = 9.87n.m 同理扩孔的切削速度是（1/21/3）v 钻，故取 v 扩=1/2v 钻=11m/min - 10 - 参考文献【1】表 2.4-58，铰孔的进给量 f=0.3mm/r 参考文献【1】表 2.4-60，取铰孔的切削速度为 v=0.3m/s。由此算出转 速 n= 1000v d = 1000 11 3.14 7.8 =449 r/min。按机床的实际转速取 n=450 r/min。 则实际切削速度为： 3.14 7.8 450 10001000 dn v =11.02 m/min. 3.5 时间定额的计算 根据本次设计要求，只计算老师指定的一道工序工时。 下面计算工序 60 的时间定额。 3.5.13.5.1 机动时间机动时间 参考文献【1】表 2.5-7，的钻孔的计算公式为： 12 1 (12) 2 j r lll t fn d lctgk =14，钻盲孔时=0 2 l 2 l 钻 3-6 孔时：= =2.52mm 1 (12) 2 r d lctgk: 6118 ()(1.5) 22 ctg =19.5mm, =3mml 1 l 将以上的数据代入公式及前面已选定的 f 和 n 代入公式得： = 12 j lll t fn 19.52.523 0.19min 0.4 300 3=3 0.19=0.0.57min j t 钻8 孔时：=3.7mm 1 8118 ()(1.5) 22 lctg =11.5mm, =3mm l 2 l 将以上的数据代入公式及前面已选定的 f 和 n 代入公式得： = 12 j lll t fn 11.53.73 0.15min 0.4 300 - 11 - 参考文献【1】表 2.5-7，得扩孔和铰孔的计算公式为： 12 j lll t fn 1 1 (1 2) 2 r dd lctgk 扩盲孔和铰盲孔时=0 2 l 扩 3-7.8mm 孔： 1 1 (1 2) 2 r dd lctgk = 1 7.87 60(1.5)1.73 2 lctgmm =11.5mm, =3.l 2 l 将以上的数据代入公式及前面已选定的 f 和 n 代入公式得： = 12 j lll t fn 11.5 1.733 0.135min 0.4 300 3=3 0.135=0.41min j t 铰 3-8mm 孔: = 1 1 (1 2) 2 r dd lctgk 1 87.8 45(1.5)1.6 2 lctgmm =11.5mm, =3.l 2 l 将以上的数据代入公式及前面已选定的 f 和 n 代入公式得： = 12 j lll t fn 11.5 1.63 0.178min 0.3 300 总的机动时间0.57min+0.15min+0.135min+0.178min=1.03min j t 总 3.5.23.5.2 辅助时间辅助时间 参考文献【1】表 2.5-41。辅助时间各工步辅助时间为：钻 3-7 孔 0.605min、 钻9 孔时 0.3min；铰 3-7 孔 0.96min;铰9 时 0.32min. 装卸时间据参考文献【1】表 2.5-42 取 1.5min. 所以辅助时间=0.605+0.3+0.96+0.32+1.5=3.73min a t 作业时间。 =+=3.73+1.03min=4.76min b t b t b t a t - 12 - 3.5.33.5.3 布置工作地时间布置工作地时间 tsts 参考文献【5】 ，取=3%。则： =4.76 3%=0.14min s t 3.5.43.5.4 休息和生理需要时间休息和生理需要时间 trtr 参考文献【5】 ，取=3%。则： =4.76 3%=0.14min r t 3.5.53.5.5 准备与终结时间准备与终结时间 tete 据参考文献【1】表 2.5-42 取各部分时间为： 中等件 33min; 升降摇臂 1min； 深度定位 0.3min； 使用夹具 10min; 试铰刀 7min; 3.6 工艺过程的技术经济分析 机械制造工艺设计所要解决的基本问题是如何利用最小的劳动消耗，生产 出一定数量的合乎规定质量要求的产品。因此，必须重视技术经济分析。 工艺工程的技术经济分析主要包括产品工艺方案的技术经济分析和采用工 装设备的技术经济分析。但对于本零件的工艺过程来说，由于参数太有限，很 难进行必要的计算，所以并没有进行分析。 4.4. 排气管背面铣夹具的设计排气管背面铣夹具的设计 机床夹具是在机床上加工零件时所使用的一种工艺装备，其主要功用是实 现工件的定位和夹紧，使工件加工时相对于机床、刀具有正确的位置，以保证 工件的加工质量和生产效率的要求。 4.1 工件在夹具上的定位 工件在夹具上采用一面两孔进行定位。定位面为进气口面，定位元件为一 个圆柱销和一个菱形销。由于销钉与所配合的孔之间存在最大配合间隙，因此 会产生直线位移误差，同时，由于定位元件的转动，还会产生角位移误差d 。参照参考文献【2】对其误差按下列公式进行计算： =+ d 1d 1d min1 - 13 - = l dd dd 2 min222min1 11 其中，=； max2 d min2 d min2 min2 d min2 ) min1 (2 d b ljlg 为第一定位孔与圆定位销间的最小间隙；为第二定位孔与削边 min1 min2 销间的最小间隙；为转角误差；为两孔中心距地公差；为两定位 lg lj 销中心距的公差，一般取（）；为削边销宽度；削边销 3 1 5 1 lg b min2 定位孔的最小直径；圆柱销与定位孔之间的配合为 h7/g6。 =+0.0210.020+0.007mm=0.008mmd =arctan()=0.0034 1322 007 . 0 020 . 0 021 . 0 007 . 0 020 . 0 021 . 0 结论：由于工件的定位误差 0.008mm0.2=0.067mm，所以该定位方 3 1 案能满足本工序加工精度的要求。 4.1.14.1.1 定位销的设计定位销的设计 按零件图给出的尺寸，两销孔为 2-11h9,即 2-；中心距尺寸为 0.049 0.013 11 130.50.05。 取两定位销中心距尺寸为 130.50.015 按基轴制常用配合，取销与孔的配合为，即圆柱销为11h9=mm. f9 h9 0 0.036 11 查文献【6】表 1-6，取菱形销的 b=4mm,b=8mm。 因为 a= mm =0.065mm 2 dd ll(0.050.015) 2 2 所以 菱形销最小间隙为： 2min 2min 22 0.065 4 100.013 ab xmm d =0.052mm 菱形销的最大直径为： 2max2min2min (11.0130.052)ddxmm = 10.9608mm 故菱形销为 0 20.036 0.0392 0.0752 10.9608 910.96 11 dh mm - 14 - 4.2 夹紧力的确定 1）切削力 由切削用量手册p50 页可知切削力计算： 主切削力 fz fz=9.8160nfz cfz apxfz fyfz vnfz kfz(n) 径向切削力 fy fy=9.8160nfy cfy apxfy fyfy vnfy kfy(n) 轴向力 fx fx=9.8160nfx cfx anfx fyfx vnfx kfx(n) 工件材料为灰铸铁，查表知： cfz=114 cfy=119 cfx=51 xfz=1.0 xfy=0.9 nfx=1.2 yfz=0.75 yfy=0.75 yfx=0.65 nfz=0 nfy=0 nfx=0 带入计算得 fz=2928n 2)夹紧力 加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力及重力的作用。理论上， 夹紧力的作用应与上述力矩的作用平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系 统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是 变化的，估算时应找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力。 并只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素的影响。 根据参考文献【2】工件采用一面两孔定位，用压板压紧的夹紧力估算公式 为：=n,式中为切削力，为安全系数，为菱形销允许承 s w lf lfflk o )( 1 fk o f 受的力，=,菱形销的宽度，为菱形的接触长度，为许用挤压应 o f bhbh 力，单位 mpa。经计算确定各个参数值为： =2840n, =51642n=3360n, f o f =1.51.21.01.21.21.3=3.4, =170mm, =132mm ; kl1l 则=n=1806.7n s w 56 . 0 170 )13233601702840(4 . 3 4.3 设计方案的确定 本次设计的夹具是第 20 道工序铣排气管身的凸台面，该夹具适用于 x63w 铣床。 这道工序加工的是排气管的管身凸台面，应采取 b 面定位，一次性将管身 - 15 - 凸台面铣完，或者采用万能铣床。在本课题中我们采用 x63w 铣床进行加工。 工件以 b 面定位，利用一面两孔的定位方法，然后采用气动夹紧，并且要考虑 成组技术和柔性制造的概念在其中。 方案 1 即以 b 面一面两孔定位。圆柱销和菱形销完全定位，这种方案从 定位原理上分析是合理的，夹具结构也很简单。但是这种定位方案没有考虑到 成组技术和柔性制作的应用。不适合大批量的生产根据成组夹具的特点，一定 要一是专用二是可调。选用气缸夹紧装置，用调整(或更换)个别元件的方法来 适应组内不同零件的需要。 方案 2 这种方案仍采用一面两孔定位，不同的是采用了成组技术和柔性 的概念在里面。采用燕尾槽和滑块在里面。能加工不同类型的零件。本夹具易 操作、能保证加工精度，提高劳动生产率，改善生产环境、工人的劳动条件， 降低生产成本和扩大机床的工艺范围。其发展方向朝着柔性化，精密化，高效 化发展。特别适用于大批量的生产。 本道工序采用气动夹紧，使夹具简单可靠。操作方便。 设计夹具如下图： 图 2 1.定位键 2.气缸 3.锁紧垫圈 4.锁紧螺母 5.压板支撑钉 6.气缸顶杆 7.铰链 8.压板 9.定位块锁紧螺钉 10.沉头螺钉 11.对刀块定位销 12.内六角圆柱头螺钉 4.4 夹具柔性的确定 本夹具的柔性主要体现在可以调整两定位块之间的距离，以适用于加工不 同型号的排气管，定位块与导轨配合，夹紧部分设计了四杆铰链机构，便于装 卸工件。 - 16 - 4.5 四杆铰链机构的设计 图 3 四杆铰链机构 有上图所示的四杆机构，主要是计算 ac 升的高度 h，能不能使工件方便是 装卸，令 ag=xmax=70cm,gf=y,c1= =h，aa1=s=60cm(s 为气缸的行程)， a1c1=l=150cm,有三角形相似性可得 gf=y= ,在三角形 a1c1d1中，由勾股定理得出下式： h s x 2 2 2 1 h xhsl s 代入数据后得到 h=60cm 4.6 定位精度的分析 定位误差是由于工件在夹具上定位不准确而引起的加工误差，定位误差的 来源主要有两个方面，基准不重合误差和基准位移误差。由于工序基准与定位 基准不重合，而使工件尺寸产生的加工误差，所谓为一误差是指定位基准相对 于理想未知的最大变动量。4-m8mm 孔的精度由钻模板的精度决定的。与其有关 的夹具尺寸有 170mm，40mm 的尺寸公差参考文献（3）表 1-10-1。取工件公差 的 1/4,即夹具的公差为 125 . 0 mm。 定位销与钻模板配合，参考文献（3）表 1-10-4，选取最大的配合间隙为 0.012mm，配合时，定位销相对孔的最大位移量为0.056mm。它不应超过工件 公差的 1/3,即 0.112mm，方可保证加工精度。实际上这一公差还可以放大的。 参考文献（3）表 1-10-6，取衬套与夹具体的配合为 h7/r6；钻套与衬套的配 - 17 - 合为 h7/g6。 此外，夹具上还应标注下列技术要求：钻套轴线与定位面的垂直度为 0.1mm；定位面的平行度为 0.05mm；定位面与夹具安装面的垂直度 0.08。 4.6 气缸的选择 本夹具为了提高效率，降低工人的劳动强度，采用气动夹紧，气缸的选择 应根据在夹具上的安装位置，夹紧力的大小，以及气缸的行程等基本情况确定。 本次设计夹具设计的气缸为单作用气缸，其特点如下： 由参考文献【4】可知 要满足活塞杆上的推力 f推f夹 双向作用的活塞式汽缸，多用于行程较大或两个方向都需要工作的情况。 汽缸夹紧如下： 进程： p=d2p/4 回程： p=(d2d2)p/4 （汽缸要留有余量） （d 活塞直径 mm p 空气压力，一般 4 公斤力/厘米 2 机械效率,一般取 0.850.95 d 为活塞杆直径） 选取汽缸 d=66mm 进程： p=66240.9/4=12310 n 回程： p=（662162）40.9/4=11586 n - 18 - p进=12310 n f夹 满足条件 所以汽缸选取合适。 5.5. 夹具的制作夹具的制作 夹具实体的制作对我们每个人来说都是一种实习的机会，在制作过程中， 会遇到各种各样的问题，我们的夹具是按张亚松的设计方案制作的，首先是要 把设计方案表现到图纸上面，这样才能在制作过程中有依据，图纸在导师和张 亚松的几次修改后，才紧张有序的加工起来。在车间里面也遇到了很多的问题， 主要是设计不成熟，自己的经验也不足，对于初次加工实体的我，学到了很多 的东西，能够及时发现问题并找到解决的办法，才是最大的收获。 5.1 加工零件的加工工艺过程 5.1.15.1.1 夹具体零件图夹具体零件图 d13 型排气管支撑板的零件图如下： 5.1.25.1.2 夹具体工艺路线夹具体工艺路线 零件的结构比较简单，工艺路线如下表 5.1 表 5.1 工序号工序名称工序内容 10 备料 200mm75mm25mm 20 铣铣各个平面 - 19 - 30 钻钻夹具体上定位孔和螺纹 底孔 40 钳工攻丝 50 钳工去毛刺 5.2 零件的加工过程 我加工的零件是此夹具的支撑板，零件最后是与调位块相配合的。因此， 还是要求精度的，此外就是钻孔和攻丝，同样，在加工的过程中，也遇到了许 多的问题，就是调位块侧面铣槽的问题，由于用加工中心铣的话，速度过快会 导致工件铣坏，经过同组的同学讨论，决定用普通铣床来铣。尽管曾经做过金 工实习，但是在机床操作过程中还是经验不足。不过，最后还是铣好了。下一 步就划线钻孔，这零件上面的孔不多，主要就是能够保证孔的定位精度。各零 件加工完以后，又进行了装配，其中，有些零件是需要修整的。最后还是比较 成功的，顺利的完成了装配。 5.3 夹具实体装配图 图 4 夹具总装配实体图 - 20 - 6.6. 结论及存在的问题结论及存在的问题 6.1 结论 毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过 这次比较完整的模具设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的 结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同 时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力 水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使 我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也 都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的 目