金刚镗床夹具设计论文.doc

西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计(论文)题目：金刚镗床夹具设计院 （系）： 机电信息系 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： b060208 学 生： 学 号： b060208 指导教师： 2010年4月金刚镗床夹具设计摘 要机械加工夹具是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段，本课题研究金刚镗床夹具设计。首先通过本课题对零件图活塞、法兰、尾座体的分析，了解工件的结构形式，明确了具体的技术要求，从而对工件各组成表面选择合适的加工工艺。再拟订较为合理的工艺规程，充分体现质量、生产率和经济性的统一。其次，夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，在整个机械加工过程中，夹具除了夹紧、固定被加工零件外，还要求保证加工零件的形状、位置精度、尺寸以及加工生产率的提高。本课题在设计的过程当中，深入生产实际，进行调查研究，吸取国内外先进技术，制定出合理的设计方案，在进行具体设计。关键词 产品设计，加工工艺，夹具设计 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） diamond boring fixture abstractmachining fixture is to achieve product design, product quality, save energy, reduce consumption and an important means of study of this subject diamond boring fixture design. first of all issues on the part of the plan through the piston, flange, tailstock body analysis, to understand parts of the structure, specific technical requirements specific to each component on the surface of the workpiece select the appropriate processing technology. further develop a more rational process of order, fully reflects the quality, productivity and economic unity. second, the fixture design is the design of process equipment is an important part in the entire machining process, fixtures chule clamping guding processed parts 外, also sought assurances that the shape of machining parts precision of position, size and productivity improvement process . the issue in the design of the process, in-depth the actual production, conduct research, to learn foreign advanced technology, to develop reasonable design plan, carrying out design of evaluations. key words：product design, process technology, fixture design 目 录摘要iabstractii1绪论1.1课题背景及发展趋势11.2各种夹具主要作用21 保证加工精度22 提高生产率、降低成本23 扩大机床的工艺范围24 减轻工人的劳动强度22夹具原理与设计2.1 夹具设计基本过程32.1.1 工装夹具设计的基原则 32.1.2 工装夹具设计基本知识 32.2.夹具结构工艺性42.3夹具基本组成与设计特点42.3.1 定位装置52.3.2 夹紧装置52.3.3 对刀、导向元件52.3.4 夹具体 52.3.5 连接元件确定夹具在机床上正确位置的元件62.3.6 其他元件和装置根据夹具上特殊需要而设置的装置和元件62.4 六点定位原理的应用 62.4.1 完全定位62.4.2 不完全定位62.4.3 欠定位62.4.4 过定位63 活塞夹具设计3.1 活塞销孔的工艺分析83.2 工艺分析83.3 活塞销孔的技术要求93.4 确定活塞销孔的加工方案93.4.1加工方案的拟定93.4.2最优方案的确定103.5 活塞销孔加工余量的确定103.5.1毛坯的工艺要求103.5.2活塞销孔的加工余量的确113.6金刚镗床活塞销孔的夹具设计124 法兰夹具设计4.1 法兰的工艺分析154.2工艺分析154.3法兰的技术要求164.4确定各表面的加工方164.4.1加工方案的拟定164.4.2 最优方案的确定174.5 法兰各工序加工余量和毛坯尺寸的确定174.5.1 毛坯的工艺要求174.5.2 法兰的加工余量及毛184.6法兰夹具设计195 尾座夹具设计5.1尾座的工艺分析225.2工艺分析225.3尾座的技术要求235.4确定各表面的加工方案235.4.1加工方案的拟定235.4.2最优方案的确定245.5 尾座体各工序加工余量和毛坯尺寸的确定255.5.1毛坯的工艺要求255.5.2尾座的加工余量及毛坯尺寸的确定255.6尾座夹具设计265.7镗床夹具设计266总结 29参考文献30致谢31毕业设计（论文）知识产权声明32毕业设计(论文)独创声明33 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文) 1 绪论1.1课题背景及发展趋势夹具是机械加工不可缺少的部件，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、通用、经济方向发展。随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达5m，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler(戴美乐)公司制造的4m长、2m宽的孔系列焊接夹具平台，其等高误差为0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5m以内；夹具重复安装的定位精度高达5m；瑞士erowa柔性夹具的重复定位精度高达25m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用12秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3r夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国jergens(杰金斯)公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。夹具元件模块化是实现化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用cad技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。 夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国demmeler(戴美乐)公司的孔系列焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。不少专家们建议夹具行业加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐，创建夹具专业技术网站，充分利用现代信息和网络技术，与时俱进地创新和发展夹具技术。主动与国外夹具厂商联系，争取合资与合作，引进技术，这是改造和发展我国夹具行业较为行之有效的途径。1.2夹具主要作用1保证加工精度 采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。2 提高生产率、降低成本 用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工时；用夹具装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。另外，采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降低了生产成本。 3 扩大机床的工艺范围4 减轻工人的劳动强度用夹具装夹工件方便、快速，当采用气动、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度。 2 夹具原理与设计2.1夹具设计基本过程1.1.1工装夹具设计的基原则1.满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性；2.有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的施工过程；3.满足装夹过程中的简单与快速操作；4.易损零件必须是可以快速更换的结构，条件充分时最好不需要使用其它工具进行；5.满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性； 6.尽可能的避免结构复杂、成本昂贵； 7.尽可能选用市场上质量可靠的标准品作组成零件；8.满足夹具使用国家或地区的安全法令法规；9.设计方案遵循手动、气动、液压、伺服的依次优先选用原则；10.形成公司内部产品的系列化和标准化。2.1.2工装夹具设计基本知识1、夹具设计的基本要求(1)工装夹具应具备足够的强度和刚度；(2)夹紧的可靠性；(3)焊接操作的灵活性；(4)便于焊件的装卸；(5)良好的工艺性。2.工装夹具设计的基本方法与步骤(1)设计前的准备夹具设计的原始资料包括以下内容1)夹具设计任务单；2)工件图样及技术条件；3)工件的装配工艺规程；4)夹具设计的技术条件； 5)夹具的标准化和规格化资料，包括国家标准、工厂标准和规格化结构图册等。(2)设计的步骤1)确定夹具结构方案；2)绘制夹具工作总图阶段；3)绘制装配焊接夹具零件图阶段；4)编写装配焊接夹具设计说明书；5)必要时，还需要编写装配焊接夹具使用说明书，包括机具的性能、使用注意事项等内容。3.工装夹具制造的精度要求夹具的制造公差，根据夹具元件的功用及装配要求不同可将夹具元件分为四类1)第一类是直接与工件接触，并严格确定工件的位置和形状的，主要包括接头定位件、v形块、定位销等定位元件；2)第二类是各种导向件，此类元件虽不与定位工件直接接触，但它确定第一类元件的位置；3)第三类属于夹具内部结构零件相互配合的夹具元件，如夹紧装置各组成零件之间的配合尺寸公差；4)第四类是不影响工件位置，也不与其它元件相配合，如夹具的主体骨架等。2.2.夹具结构工艺性(1)对夹具良好工艺性的基本要求1)整体夹具结构的组成，应尽量采用各种标准件和通用件，制造专用件的比例应尽量少，减少制造劳动量和降低费用；2)各种专用零件和部件结构形状应容易制造和测量，装配和调试方便；3)便于夹具的维护和修理；(2)合理选择装配基准1)装配基准应该是夹具上一个独立的基准表面或线，其它元件的位置只对此表面或线进行调整和修配；2)装配基准一经加工完毕，其位置和尺寸就不应再变动。因此，那些在装配过程中自身的位置和尺寸尚须调整或修配的表面或线不能作为装配基准；(3)结构的可调性经常采用的是依靠螺栓紧固、销钉定位的方式，调整和装配夹具时，可对某一元件尺寸较方便地修磨。还可采用在元件与部件之间设置调整垫圈、调整垫片或调整套等来控制装配尺寸，补偿其它元件的误差，提高夹具精度。(4)维修工艺性进行夹具设计时，应考虑到维修方便的问题。(5)制造工装夹具的材2.3夹具基本组成与设计特点机床夹具虽然可以分成各种不同的类型，但它们都由下列共同的基本部分组成。 2.3.1 定位装置 a)b)图 2-1 简易钻模夹具示例 1钻套 2钻模板 3夹具体 4支承板 5圆柱销 6开口垫圈 7螺母 8螺杆 9菱形销 用于确定工件在夹具中的正确位置，它由各种定位元件构成。如图 2-1 后盖钻径向孔夹具中的圆柱销 5 、菱形销 9 和支承板 4 都是定位元件，它们使工件在夹具中占据正确位置。 2.3.2 夹紧装置 夹紧装置用于保持工件在夹具中的正确位置，保证工件在加工过程中受到外力（如切削力、重力、惯性力）作用时，已经占据的正确位置不被破坏。如图 9-1 所示钻床夹具中的开口垫圈 6 是夹紧元件，与螺杆 8、螺母 7 一起组成夹紧装置。2.3.3 对刀、导向元件用于确定刀具相对于夹具的正确位置和引导刀具进行加工。其中，对刀元件是在夹具中起对刀作用的零部件，如铣床夹具上的对刀块、塞尺等。导向元件是在夹具中起对刀和引导刀具作用的零部件。如图 2-1 所示的钻床夹具中的钻套 1 是导向元件。2.3.4 夹具体用于连接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体，并与机床的有关部位相连接，是机床夹具的基础件。如图 1-1 所示钻床夹具的夹具体 3 将夹具的所有元件连接成一个整体。2.3.5 连接元件确定夹具在机床上正确位置的元件如定位键、定位销及紧固螺栓等。2.3.6 元件和装置根据夹具上特殊需要而设置的装置和元件，如（ 1 ） 分度装置加工一定规律分布的多个表面；（ 2 ） 上下料装置为方便输送工件，如输送垫铁等（ 3 ） 吊装元件对于大型夹具，应设置吊装元件，如吊环螺钉等；（ 4 ） 工件的顶出装置（或让刀装置）加工箱体类零件多层壁上的孔。2.4六点定位原理的应用在实际生产中，应用六点定位原理析工件在夹具中的定位问题时，常有以下几种情况：2.4.1 完全定位 工件的六个自由度都被限制的定位称为完全定位。如长方体工件铣不通槽需要限制工件的六个自由度，应该采用完全定位。2.4.2 不完全定位 工件被限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。这种定位有两种情况：一种是由于工件的几何形状特点，限制工件的某些自由度没有意义，有时也无法限制，如光轴的绕轴线旋转自由度。另一种情况是，工件的某些自由度不限制并不影响加工要求。如图 9-4 加工通槽的例子，工件的位移自由度 并不影响通槽的加工要求。2.4.3 欠定位 按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位，或定位不足。在确定工件在夹具中的定位方案时，欠定位是不允许出现的。2.4.4 过定位 工件的一个或几个自由度被不同的定位支承点重复限制的定位称为过定位。 在设计夹具时，是否允许过定位，应根据工件的不同定位情况进行分析。如图2-2a 所示为插齿时常用的夹具。工件 3 （齿坯）以内孔在芯轴 1 上定位，限制工件的 、 、 、 四个自由度，又以端面在支承凸台 2 上定位，限制工件的 、 、 三个自由度， 、 被重复限制，属于过定位。实际上，齿坯孔与端面的垂直度误差是不可避免的，工件的定位将如图 2-2b 所示，这时齿坯端面与凸台只有一点接触，夹紧后，造成工件和定位元件（芯轴 1 ）的弯曲变形。如果齿坯孔与端面的垂直度很高，可认为是可用过定位。 避免过定位的措施是改变定位装置的结构，如将长圆柱销改为短圆柱销，去掉重复限制 、 的两个支承点，或将大支承板改为小支承板或浮动支承，如图2 -2c 所示，使用球面垫圈，去掉重复限制 、 的两个支承点。显然夹具的结构复杂程度加大了。从上述工件定位实例可知，若工件定位时出现过定位现象，可能产生以下不良后果：（ 1 ）定位不稳定，增加了同批工件在夹具中位置的不一致性； a） b） c） 图 2-2 齿轮齿形加工常用定位方式及其夹具 1 芯轴 2 支承凸台 3 工件 4 压板 （ 2 ）增加工件和夹具定位元件的夹紧变形于；（ 3 ）导致部分工件不能顺利与定位元件配合，造成干涉。 在实际应用中，应当根据具体情况，采取如下措施，消除或减少过定位带来的不良后果：（ 1 ）提高工件定位基准之间及定位元件工作表面之间的位置精度，减小过定位对加工精度的影响，使不可用过定位变为可用过定位；（ 2 ）改变定位方案，避免过定位。消除重复限制自由度的支承或将其中某个支承改为辅助支承（或浮动支承）；改变定位元件的结构，如圆柱销改为菱形销、长销改为短销等；（ 3 ）有些情况下，过定位是允许的，也是必要的；有时甚至是不可避免的。对于刚性差的薄壁件、细长杆件或用已加工过的大平面作为工件定位基准时，为减小切削力造成工件和夹具定位元件的变形，确保加工中定位稳定，常常采用过定位。例如， 在车床上车削细长轴时，往往采用前后顶尖和中心架（或跟刀架）定位。3 活塞销孔夹具设计3.1 活塞销孔的工艺分析金刚镗床的镗刀位于镗杆上，可以左右移动对内孔的加工，上下移动可以对内孔的对刀后进行加工。活塞和材料是合金刚40crmo，主要加工面有：1.110外圆孔面a；2.r193外圆弧面b； 3.27h6内圆孔面c；4. 上端面d；5. 内孔锥度面e，内圆孔84面h。当生产批量不同时，活塞的工艺过程和所用的夹具都有所不同。本工序主要是对内孔的加工，考虑到活塞销孔的精度问题我用的夹具一定要符合要求，同时考虑到高效问题，本工序主要加工活塞销孔。 3.2工艺分析活塞的二维模型如图3.1所示，三维模型如图3.2所示。图3.1 活塞零件图图3.2 活塞的三维模型一个好的结构不但要达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便与加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，设计者要考虑加工工艺，工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求13。3.3活塞销孔的技术要求1)活塞以销孔为主要的加加工表面，粗糙度要求ra=0.4，与上端面的平行度公差为0.04，内孔的圆度公差为0.02；2)活塞的外表面粗糙度要求ra=1.6，圆度公差为0.02；3)活塞的上端面粗糙度为ra=1.6 。3.4确定活塞销孔的加工方案3.4.1加工方案的拟定在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，考虑到经济效果和降低生产成本，我们设计出两种：表3.1 加工方案的比较工序号方案方案工序内容定位基准和夹紧工序内容定位基准和夹紧010车内孔锥度面e，内圆孔面h和粗车上端面db上面定位，a面夹紧粗车a面，b端面上端面d定位，e面夹紧020粗车a面，b端面上端面d定位，e面夹紧车内孔锥度面e，内圆孔面h和粗精车上端面db上面定位，a面夹紧030精车d面、，并进行去毛刺b面定位，a面夹紧精车a面，b端面并进行去毛刺上端面d定位，e面夹紧040精车a面，b端面上端面d定位，e面夹紧钻孔c面d面进行定位，a面进行夹紧050钻孔c面d面进行定位，a面进行夹紧粗镗、金刚镗c面b面c端面进行定位，a面进行夹紧060粗镗、金刚镗c面b面c端面进行定位，a面进行夹紧倒角、去毛刺070倒角、去毛刺检验080检验3.4.2最优方案的确定符合可以提高定位和加工精度粗精；符合加工分开的原则，且适合中小批量的加工；充分考虑到工人加工时可避免划伤手，更适合加工，方案和方案比较发现，方案和方案比较发现两个在加工过程中方案比较更好，所以我以第二案为主要加工工件。3.5 活塞销孔加工余量的确定3.5.1毛坯的工艺要求 车床转盘的毛坯为铸造件，且对毛坯的结构工艺有一定的要求，其材料是合金刚，生产类型为中批量生产，具体要求如下：1)铸件的壁厚要均匀，不应有较大的截面变化；2)铸件的选材要合理，以便于铸造；3)要设计合理的起模斜度，便于起模；4)铸件要有圆角，不得出现尖角棱角等；3.5.2活塞销孔的加工余量的确定根据工序要求，活塞销孔的加工分为粗镗、精镗两道工序完成，其中各工步的加工余量计算如下：a. 粗车a面，b端面根据工序要求，车端面f和a面的计算为粗车工序完成，其中各工步的加工余量计算如下：粗车：由参考文献5表3.2-23。其余量值规定为2.53.5mm，现取为2.0mm。查表的尺寸公差为0.82。b. 车内孔锥度面e，内圆孔面h和粗精车上端面d，并进行去毛刺根据工序要求，d面的加工分为粗车、精车两道工序完成，其中各工步的加工余量计算如下：粗车：由参考文献6表2-6和表3-19。其余量值规定为2.5-3.5mm，现取为2.5mm。精车：由参考文献6表2-6和表3-17。其余量值规定为1.5mm。 所以经计算：h面毛坯最小尺寸为：79mm c. 精车a面，b端面并进行去毛刺精车a面：由参考文献7表2.3-23，其余量值规定为1.0，尺寸公差为1.7。所以经计算：a 面的毛坯的尺寸为：116 mm；尾座的长度为：141 mmd. 钻孔a面的偏差和加工余量的确定钻孔的真径为23mme. 粗镗、金刚镗c面粗镗：精度等级为it=12，表面粗糙度为ra=15m，尺寸偏差是0.21mm。金刚镗：精度等级为it=6，表面粗糙度为ra=0.8m，尺寸偏差是0.02各工序的工序余量如下：粗镗：27h7孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；精镗：27h7孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；所以经计算53h6孔的尺寸分别为：基本尺寸为：27-（1.2+2+0.8）=23mm最大尺寸为：23+0.025=23.025mm最小尺寸为: 3-0=23mm3.6金刚镗床活塞销孔的夹具设计根据任务书中的要求，需设计金刚镗床活塞销孔夹具。3.6.1铣夹具设计a.定位基准的选择有零件图可知，镗活塞销孔时，由于对活塞轴线垂真度要求，所以，工件应以活塞销孔为主要的定位面，活塞底平面第二定位面，共限制工件的5个自由度。这种定位方法属于不完全定位，之所以采用这种方法来定位，是因为在沿着加工方向上没有尺寸要求，故只需限制工件的5个自由度，对工件的加工精度无影响。其次，由于该夹具可设计成批量生产的家具，故采用这种定位方法便于加工。b.切削力和夹紧力的计算(1)切削力计算：首先选择切削所用的刀具，根据要求，选择刀具为金刚石。刀具有关参数如下： 由参考文献机床夹具设计手册，可得镗削加工的切削力计算公式： （3.1）由参考文献机床夹具设计手册得：cp=300对于合金刚： （3.2）取 ， 即所以 fc=300263-1.1600.981=658.2(n)垂直切削力 ：fcn=0.9fc=592.4(n) （3.3）背向力：fp=0.6fc=394.9(n)(2)夹紧力计算：夹紧力的计算公式为：式中：夹紧力w理论夹紧力k安全系数安全系数k可按下式计算，由（3.4）有：式 （3.4）式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表可得： 式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表可得： 所以 （3.5） wk=kfnc=2.25592.38=1332.9(n) （3.6） wk=kfp=2.25394.9=888.5(n) （3.7）取最大值为经计算，所需的夹紧力并不大，但是考虑到装夹方便快速，我们用液压半装置，这样继可省去工人的劳动力，又可提高生产效率。夹紧力按以下公式计算，： （3.8）式中参数由参考文献16机床夹具设计手册可查得： 其中： 计算得夹紧力：由表得：原动力计算公式 （3.9）即： （3.10）由上述计算可知：故夹紧力满足要求。c.误差分析：该夹具以定位板为主要的定位方式，为了满足公差要求，必须使加工误差小于其形位公差：与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： （3.13）由参考文献机床夹具设计手册可得：平面定位板的定位误差 ：夹紧误差 ： （3.14）其中接触变形位移值： （3.15）磨损造成的加工误差：通常不超过夹具相对刀具位置误差：取误差总和为 满足加工要求。d. 夹具使用操作简介本夹具用于转盘中批生产生产工艺的工序，镗削活塞销孔夹具可一次安装一个工件。工件以销孔为主要的定位基准，低面为第二定位基准，共限制5个自由度。夹具采用手动螺旋夹紧机构来夹紧工件。安装工件时，先取下塞环把工件从夹具的上方放入夹具，定位销上面预定位主要定位是活塞销孔和镗杆上的定位销准确定位。夹紧是先把塞环按上，通过液压使活塞夹紧；松紧时也是通过液压松。4 法兰夹具设计4.1 法兰的工艺分析法兰的从毛坯到半成品工件，考虑到精度问题，它是用数控车床和镗床加工而成，工件的材料是40crmo采用锻打，主要加工面有：1.53h6内圆孔面a；2.61h6内圆孔面b； 3.72h6外圆孔面c；4. 97h6外圆孔面d；5. 119h7e外圆孔面53h6端面f，61h6端面h等。当生产批量不同时，法兰的工艺过程和所用的夹具都有所不同。4.2工艺分析法兰的二维模型如图4.1所示，三维模型如图4.2所示。图4.1 法兰的二维模型图4.2 法兰的三维模型一个好的结构不但要达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便与加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，设计者要考虑加工工艺，工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求13。4.3法兰的技术要求1)法兰的内孔为主要的加工表面，粗糙度要求ra=0.8，与底面的垂直度公差为0.02； 2)车72h6外圆面，97h6外圆孔面d； 119h7外圆孔面，粗糙度要求ra=1.6，与内孔的圆度公差为0.02；3)加工69mm两端面，粗糙度为ra=3.2；4)加工119mm侧面，粗糙度为ra=3.2。4.4确定各表面的加工方案4.4.1加工方案的拟定在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，考虑到经济效果和降低生产成本，现拟定两个加工工艺方案，见下表4.1。4.4.2最优方案的确定符合可以提高定位和加工精度粗精；符合加工分开的原则，且适合中小批量的加工；充分考虑到工人加工时可避免划伤手，更适合加工，方案和方案比较发现，两个在加工过程中都是可行的，所以二者任选其一。我以第一案为主要加工工件。表4.1 加工方案的比较工序号方案方案工序内容定位基准和夹紧工序内容定位基准和夹紧010钻孔a面h面定位，e面夹紧钻孔a面h面定位，e面夹紧020粗车a面，f端面h面定位，e面夹紧粗车b面、c面、d面、e面、h面f面定位，a面夹紧030粗、精车b面、c面、d面、e面、h面，并进行去毛刺f面定位，a面夹紧粗、精车a面，f端面，并进行去毛刺h面e端面进行定位，b面进行夹紧040精车a面，f端面，并进行去毛刺h面e端面进行定位，b面进行夹紧粗、精车b面、c面、d面、e面、h面，f端面，并进行去毛刺f面定位，a面夹紧050粗镗、金刚镗a面h面e端面进行定位，b面进行夹紧粗镗、金刚镗b面h面e端面进行定位，b面进行夹紧060 粗镗、金刚镗b面f面定位，a面夹紧粗镗、金刚镗a面h面e端面进行定位，b面进行夹紧070倒角去毛刺倒角去毛刺080 检验检验4.5 法兰各工序加工余量和毛坯尺寸的确定4.5.1 毛坯的工艺要求法兰的毛坯为锻件，且对毛坯的结构工艺有一定的要求，其材料是40crmo，生产类型为中批量生产，具体要求如下：1)锻件的壁厚要均匀，不应有较大的截面变化；2)锻件的选材要合理，以便于铸造；3)要设计合理的起模斜度，便于起模；4)锻件要有圆角，不得出现尖角棱角等。4.5.2 法兰的加工余量及毛坯尺寸的确定a. 钻孔a面的偏差和加工余量的确定根据工序要求，钻孔a面一道工序完成，其工步的加工余量计算如下：由参考文献7表2.3-23，所以经计算：毛坯的名义尺寸为：毛坯最小尺寸为：40-1=39毛坯最大尺寸为：40+1=41b. 粗车a面，f端的计算根据工序要求，车端面f和a面的计算为粗车工序完成，其中各工步的加工余量计算如下：粗车：由参考文献5表3.2-23。其余量值规定为4.04.5mm，现取为4.0mm。查表的尺寸公差为0.82mm. 毛坯的名义尺寸为：45-4=40mm毛坯最小尺寸为：49-0.7=39.3mm毛坯最大尺寸为：49+0.7=40.7mmc. 粗、精车b面、c面、d面、e面、h面，并进行去毛刺根据工序要求，b面、c面、d面、e面、h面的加工分为粗车、精车两道工序完成，其中各工步的加工余量计算如下：粗车：由参考文献6表2-6和表3-19。其余量值规定为2.5-3.5mm，现取为2.5mm。精车：由参考文献6表2-6和表3-17。其余量值规定为1.5mm。 所以经计算：b面毛坯最小尺寸为：57.3mm毛坯最大尺寸为58.7mmc面d面、e面、h面毛坯为：99mm d. 精车a面，f端面并进行去毛刺精车a面：由参考文献7表2.3-23，其余量值规定为1.0，尺寸公差为1.7。所以经计算： 毛坯的名义尺寸为：51毛坯最小尺寸为：50.85毛坯最大尺寸为：51.15 e. (1)镗53孔粗镗：精度等级为it=12，表面粗糙度为ra=15m，尺寸偏差是0.21mm。金刚镗：精度等级为it=6，表面粗糙度为ra=0.8m，尺寸偏差是0.025mm。各工序的工序余量如下：粗镗：53h7孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；精镗：53h7孔，参照7机械加工工艺手册表2.3-48,其余量值为；所以经计算53h6孔的尺寸分别为：基本尺寸为：53-（1.2+2+0.8）=49最大尺寸为：31+0.025=49.025最小尺寸为;31-0=494.6法兰夹具设计根据任务书中的要求，需设计镗床夹具。4.7铣夹具设计a.定位基准的选择有零件图可知，金刚镗加工孔时，由于对底面有垂直度要求对孔有圆度的要求，所以，工件应以f面为主要的定位面，孔面a第二定位面，共限制工件的5个自由度。这种定位方法属于不完全定位，之所以采用这种方法来定位，是因为在沿着轴线方向上旋转没有尺寸要求，故只需限制工件的5个自由度，对工件的加工精度无影响。其次，由于该夹具可设计成批量生产的家具，故采用这种定位方法便于加工。b.切削力和夹紧力的计算(1)切削力计算：首先选择切削所用的刀具，根据要求，选择刀具为pcd。刀具有关参数如下： 由参考文献机床夹具设计手册，可得镗削加工的切削力计算公式： （4.1）由参考文献机床夹具设计手册得：cp=300 对于合金刚： （4.2）取hb=276， 即所以 fc=300263-1.1600.981=658.2垂直切削力 ：fcn=0.9fc=592.4(n) （4.3）背向力：fp=0.6fc=394.9(n) (2)夹紧力计算：夹紧力的计算公式为：式中：夹紧力w理论夹紧力k安全系数安全系数k可按下式计算，由（4.4）有：式 （4.4）式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表可得： 式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表可得： 所以 （4.5） wk=k*fnc=2.25592.38=1332.9(n) （4.6） wk=k*fp=2.25394.9=888.5(n) （4.7）取最大值为 wk=1456.8(n)但是考虑到装夹方便快速，我们用液压半装置，这样继可省去工人的劳动力，又可提高生产效率。c.误差分析：该夹具以定位板为主要的定位方式，为了满足公差要求，必须使加工误差小于其形位公差：与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： （3.13）由参考文献机床夹具设计手册可得：平面定位板的定位误差 ：夹紧误差 ： （3.14）其中接触变形位移值： （3.15）磨损造成的加工误差：通常不超过夹具相对刀具位置误差：取误差总和为 满足加工要求。d.夹具使用操作简介本夹具用于法兰的中批生产生产工艺的工序镗削内孔，夹具可一次安装一个工件。工件以a面为主要的定位基准，f面为第二定位基准，共限制5个自由度。夹具采用气动液性塑料夹紧机构来夹紧工件。安装工件时，先卸液将工件从夹具的上方放入夹具，使主定位面靠在薄壁套筒上,启动液压就可以把工件夹紧。5 尾座夹具设计5.1尾座的工艺分析尾座的从毛坯到半成品工件，考虑到精度问题，它是用数控铣床和镗床加工而成，工件的材料是ht20-40灰铸铁，主要加工面有：1.尾座体底面a；2.尾座头面b； 3.尾座体尾面c；4. 36内圆孔面d。非加工面e为夹紧用，当生产批量不同时，法兰的工艺过程和所用的夹具都有所不同。5.2工艺分析图5.1尾座的零件图和三维模型如图5. 2所示。图5.1 尾座的二维模型西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)图5.2 尾座的三维模型一个好的结构不但要达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便与加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，设计者要考虑加工工艺，工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求13。5.3尾座的技术要求1)尾座的内孔为主要的加工表面，粗糙度要求ra=0.8，与尾座底面的平行度公差为0.02,与尾座头的垂直度为0.02；2)尾座的底面也是主要加式表面,粗糙度要求ra=1.6。 5.4确定各表面的加工方案5.4.1加工方案的拟定 在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，考虑到经济效果和降低生产成本，现拟定两个加工工艺方案，见表5.1。表5.1 加工方案的比较方案方案工序内容定位基准和夹紧工序内容定位基准和夹紧010粗铣尾头b面c面定位，e面夹紧粗精铣尾头b面c面定位，e面夹紧020粗铣尾座体c面，c面定位，e面夹紧粗精铣尾座体c面，c面定位，e面夹紧030粗、精铣a面e面定位，b、c面夹紧粗、精铣a面h面e端面进行定位，b面进行夹紧040粗、精铣v型槽e面定位，b、c面夹紧粗、精铣v型槽e面定位，b、c面夹紧050钻d面孔a面进行