拨杆零件的加工工艺_设计钻Φ12的钻床夹具.doc

哈尔滨理工大学课程设计说明书 机械制造技术课程设计说明书设计题目：制定拨杆零件的加工工艺， 设计钻12的钻床夹具 专 业： 机械电子工程 班 级： 12-3 学 号： 1230120322 姓 名： 指导教师： 机械工程系2015年11月20日目录序言1第1章 零件的分析21.1 零件的作用21.2 零件的工艺分析2第2章 工艺方案的分析及确定42.1 确定毛坯的制造形式42.2 基面的选择的选择42.3 制定工艺路线52.4 机械加工余量的确定62.5 确定切削用量及基本工时7第3章 夹具设计133.1 夹具的概述及专用夹具的设计133.2 确定夹具的方案143.3 工件的夹紧163.4 夹紧力三要素的确定163.5 夹紧装置173.6 导向装置的确定183.7 定位误差的分析183.8 确定钻套的尺寸与公差带193.9 内六角螺钉的抗拉强度校核203.10 夹具操作的简要说明21总结22致谢23参考文献24II序言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。拨杆的加工工艺规程及其铣尺寸14的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。第1章 零件的分析1.1 零件的作用我所选的题目是CA6140型车床上的拨杆零件。它位于车床上的变速机构中。主要用来换挡，使主轴的回转运动按照工作者的要求工作，从而获得所需要的速度和扭矩的作用。零件上的12孔与操作机构相连接，通过22孔则是用于所控制齿轮所在的轴配合。通过12孔所受的力拨动22孔这端的齿轮变速。达到所需的作用。1.2 零件的工艺分析（1）零件图完全表达清楚了此零件的结构特点。图上尺寸和技术要求都标注齐全、明确、几何元素之间的关系也完全的明确都符合国家标准。（2）零件技术要求分析 主要是对尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度、及热处理的要求分析。这些要求都影响零件的质量和使用性能。这在保证前面的条件的前提下，应满足经济合理性。此零件的技术要求有22孔与40的外圆的低端面垂直，12孔与40外圆的轴线平行，M81.5螺纹孔的轴线与40外圆的轴线垂直，22孔和12孔的表面粗糙度分别达到Ra1.6和Ra3.2, 12孔的端面的表面粗糙度达到Ra6.3。其他表面无需加工。从上面来分析出，22H8、12H7孔和两端面采用通用夹具均可加工。M81.5采用设计的专用夹具进行加工。第2章 工艺方案的分析及确定2.1 确定毛坯的制造形式毛坯的确定包括确定毛坯的种类和制造方法两个方面。毛坯的种类选择铸件。考虑到零件在机床运行过程中所受的冲击不大，零件的材料选择HT200。铸件选择砂型铸造毛坯。2.2 基面的选择的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的合理，合理。可以保证加工质量。否则就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。1、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。这样可以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。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取22孔及其端面作为定位基准。2、 精基准的选择精基准的选择应满足以下原则：（1）“基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。（2）“基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。（3）“自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。（4）“互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。（5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。以基准面A及另外两侧面作为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。2.3 制定工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。工序01：铸造工序02：时效处理工序03：检验零件是否符合加工余量要余工序04：粗铣40的两端面，余量为2mm工序05：精铣40孔上下端面，表面粗糙度为3.2工序06：粗铣20的两端面，余量为2mm工序07：精铣20孔上下端面工序08：钻20的孔工序09：钻12的孔工序10：钻8的孔，留余量0.5mm工序11：检验至图纸要求工序12：入库2.4 机械加工余量的确定加工余量 是指加工过程中所切去的金属层厚度。平面的加工余量确定：加工面基本尺寸粗加工余量精加工余量说明40的两端面 45 3.90.2双面加工20孔的两端面 14 1.80.11 双面加工孔的加工余量确定加工孔 基本尺寸钻孔加工余量扩孔加工余量22 222021212 102M8M8 6 8.442.5 确定切削用量及基本工时1、粗铣40、22孔的下端面，以40上端面为基准加工条件：工件材料：HT200 0=170240MPa 加工要求：粗铣40、22孔的下端面。加工余量1.8mm、3.9mm机床：X51立式铣床刀具：YG6硬质合金端面铣刀 铣削宽度ae50 深度ap4 Z=6 刀具直径d0=80mm 选择刀具前角0=0 后角0=8 副后角0=10 刃倾角s=-10 主偏角Kr=60 副偏角Kr=5 切削用量 确定切削用量ap因为余量较小，故选用ap=3.9 一次走刀可以完成确定每齿进给量fz 本工序为粗加工尺寸精度和表面粗糙度可以不考虑。使用YG6硬质合金端面铣刀加工，机床功率4.5KW。查表得：fz =0.090.18 故选择fz =0.18mm/z确定刀具的磨钝标准 查表得：铣刀刀齿后刀面最大磨损量1.5mm铣刀直径d0=80mm 故选用刀具使用寿命T=120min计算切削速度Vc Vf 当 d0=80mm Z=12 ap7.5 fz0.18mm/z通过查表得：vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min 各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8 则切削速度的计算公式其中ae=40 ap=3.9 Cv=245 qv=0.2 Xv=0.15 yv=0.35 ur=0.2 Pv=1 m=0.32 T=120 fz=0.18 Z=12 = =191m/min确定机床转速 ns=计算工时 tm=L/Vc=40/191=0.2min 2、 精加工此工序、粗精加工另一面的切削用量相同。3、钻 扩22孔根据查表，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角o12，二重刃长度b=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度， 按加工要求确定进给量：查表得：，由表2.7,系数为0.5,则： 按钻头强度选择:查表钻头允许进给量为：；按机床进给机构强度选择：查表机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为。以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.2150.265mm/r。根据查表得：最终选择进给量。由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。根据表查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z525立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8830NFf，故所选进给量可用。确定钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查表得）为0.6mm，寿命切削速度查表切削速度计算公式为： （m/min）其中，查得修正系数：，故实际的切削速度：查机床说明切削用量选择为：，计算工时扩孔至22查表扩孔进给量为：，并由机床使用说明书最终选定进给量为：。根据资料，切削速度 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故：，根据机床使用说明书选取： 。基本工时： 4、钻、扩12孔先钻8大的底孔确定进给量：根据查表得，查Z525机床使用说明书，现取。查表，计算机床主轴转速：按机床选取，所以实际切削速度为：计算切削基本工时： 扩孔至10确定扩孔进给量：根据查表得，查Z525机床使用说明书，现取。 根据资料，切削速度 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故：，根据机床使用说明书选取： 。计算工时：5、钻 扩M121.5螺纹底孔 机床：Z525 立式钻床底孔已经确定为8.44 钻孔直径为8 ，再扩孔至8.44钻8的孔确定进给量：根据查表得，查Z525机床使用说明书，现取。查表，计算机床主轴转速：按机床选取，所以实际切削速度为：计算切削基本工时：扩孔8.44确定扩孔进给量：根据查表得，查Z525机床使用说明书，现取。 根据资料，切削速度 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故：，根据机床使用说明书选取： 。计算工时：5、攻螺纹M12机床：Z525立式钻床刀具：丝锥M12，P=1.5mm切削用量选为：，机床主轴转速为：，计算切削基本工时：第3章 夹具设计3.1 夹具的概述及专用夹具的设计一、机床夹具是在机床上加工时用来装夹工件的工艺设备。其作用是使工件相对机床和刀具有一个正确的位置,并在加工中保持这个位置不变。1、机床夹具的用途2、保证被加工表面的位置精度。由于使用夹具解禁工件可以准确的确定工件与机床、刀具间的相对位置，因而能稳定地获得较高的位置精度3、减少辅助时间，提高劳动生产率。二、机床夹具的组成1、定位元件它与工件的定位基准相接触是确定工件在夹具中正确位置的一类主要元件。2、夹紧装置 它的作用是将定位后的工件压紧夹牢保证工件已确定的位置在受到切削力、惯性力等作用时不产生位移和变形。3、夹具体 它是将定位元件、夹紧装置等联接成一体的夹具主体。三、确定夹具与刀具之间相对位置的元件，用于确定刀具位置并引导刀具的加工的元件。1、确定夹具与机床之间的相对位置的元件以上的组成部分不是都必须具备的，但是定位元件、夹紧装置、和夹具体则是夹具最基本的组成部分四、专用夹具的设计为了提高劳动生产率、保证加工质量、降低劳动强度需要设计专用夹具。设计的工序是加工M81.5螺纹孔的夹具。本夹具将用于Z525立式钻床。3.2 确定夹具的方案设计夹具时必须根据工件的加工要求和确定的定位基准来选择方法。设计定位元件并分析定位精度。一、定位分析及选择定位主要根据工件在加工时所需要限制工件在空间直角坐标系中的各个自由度来选择定位方法。根据该零件加工的工序和基准来分析，采用一面两孔来定位。二、定位元件的选择1、上面分析出定位方法，采取一面两孔定位来选取元件。（1）平面定位 选择40的下端面定位。同时采取10H7孔的下端面辅助支撑。（2）孔定位 22H8孔选取圆柱销进行定位，12H7孔选取20菱形销定位。 孔1=12H7=12 孔2=22H8=22 孔的中心距=75 则夹具的两定位销的中心距尺寸=75。2、确定圆柱定位销的尺寸和偏差圆柱销的长度确定为20mm。为了减小工件移动时基准位移误差（j，y）并考虑到定位销制造时可能达到的经济精度，取配合为f7。查公差表得：20f7=201、确定菱形销的尺寸和偏差菱形销的长度确定为15mm。查表选择菱形销的宽度b1=4mmB=d-2=10-2=8mm由X1min=0.024mm所以菱形销的最大直径d=D1-X1min=10-0.024=9.976mm按定位销一般制造经济精度，取直径公差带为h6，则菱形销的定位圆柱部分定位直径尺寸为：d=9.976h6=10mm2、计算定位误差移动时基准位移误差j，y =d2+D2+ X1min= 0.013+0.033+0.02=0.066mmtan = = =0.00076=0.0433.3 工件的夹紧为了保证工件在夹具中定位后不会因为在加工中的切削力、惯性力及离心力等作用下而发生变动，必须采用夹紧装置将其夹紧。1、设计夹紧装置时应满足以下就基本要求（1）保证加工精度，不破坏工件的定位或产生不允许的变形（2）保证生产率，力求夹紧迅速（3）结构简单、紧凑、制造维修方便，尽量使用标准件。（4）操作方便、省力、安全。2、计算切削力刀具:高速钢麻花钻 d0=8 其中：， =()=()=1.03F=1190N3.4 夹紧力三要素的确定1、夹紧力的方向应不破坏工件定位的准确性和稳定性，即夹紧力应朝主要定位基准，把工件压向定位元件的定位面上。此零件的切削力的方向如图4所示：2、夹紧力的作用点（1）夹紧点应正对支撑元件或位于支撑元件所形成的支撑面内。（2）夹紧点应位于工件刚性较好的部位并有一定的作用面积。（3）夹紧点应尽量靠近加工表面，以减少切削力对夹紧点的力矩防止工件的转动和振动。 此零件的夹紧点的作用图如图3所示。3、夹紧力的大小 在用计算法求夹紧力时，通常将夹具和工件看作为刚体系统，并视工件在切削力、夹紧力、重力和惯性力作用下，处于静力平衡，然后列平衡方程式求出理论夹紧力，再乘以安全系数K，作为实际夹紧力。3.5 夹紧装置此零件采取螺旋夹紧装置夹紧工件螺旋夹紧装置 应用最为广泛，它的优点是结构简单、制造方便、夹紧力大、自锁性好、工作可靠而且行程不受限制，缺点是夹紧动作缓慢。1、夹紧力的计算 此零件在加工时，采用定位销定位，承受了很大的切削力。所以工件不需要很大的夹紧力，只需要将工件夹紧即可。所以不需要计算夹紧力。2、螺旋夹紧机构为了提高生产效率，在选取垫圈时选用开孔垫圈。只要松开夹紧螺母，即可实现工件的快换。3.6 导向装置的确定导向装置主要是在加工孔时借助于钻套确定刀具位置和引导刀具进给方向。被加工孔的尺寸精度主要由刀具的本身精度来保证。孔的坐标位置精度，则由钻套在夹具上的位置精度来确定。并能防止刀具在切入后引偏。这就是导向装置的作用。此零件的导向装置是可换钻模和快换钻套。可换钻套装在衬套中，而衬套则是压配在钻模板中，可换钻套由螺钉固定住，防止转动。可换钻套与衬套采用配合，衬套与模板采用配合。增加衬套的目的是避免模板的磨损克服固定钻模后不易更换的缺点。确定钻模板孔、衬套外径、钻套的尺寸。根据所钻的孔径来分析，确定以上三个尺寸及公。钻套外径15n6=15，衬套外径22n6=22,钻模孔22H7=22。3.7 定位误差的分析一、计算钻套中心线与工作台的垂直度误差 钻套外径15n6=15与衬套内经22n6=22的最大间隙为。 1max=ES-ei查公差表得：EI=16 IT=18 则ES=EI+IT=16+18=34=0.034mm ei=12=0.012mm1max =ES-ei=0.034-0.012=0.022mm 衬套外径22n6与钻模板孔中22H7的最大间隙为。 2max=ES-ei 查公差表得：EI=0 IT=21则ES=EI+IT=0+21=21=0.021mm ei=15=0.015mm2max=ES-ei=0.021-0.015=0.006mm则钻套的中心 工作台平面的垂直度误差为。 1max+2max=0.022+0.006=0.028二、计算定位销轴与工作台平行度误差圆柱销轴与夹具体孔的最大间隙定位销尺寸16夹具体孔尺寸16max=ES-ei=0.033-（-0.033）=0.066夹具体孔的长度为18mm，则圆柱定位销轴与工作台的最大平行度误差为 0.066/18 即0.00363.8 确定钻套的尺寸与公差带加工螺纹孔M101.5要分为几步进行加工。分为钻孔、扩孔、螺纹加工。所以一下确定各个加工孔所用的钻套的尺寸与公差带。螺纹底孔的确定： d0=d-(1.041.06)P =10-（1.041.06）1.5 =844螺纹底孔直径为8.44，所以先用8的麻花钻钻孔，再选用8.44的扩孔钻扩孔，再用M12的丝锥攻螺纹。所以一下确定各个加工孔所用的钻套的尺寸与公差带。一、钻孔钻套的尺寸与公差带的确定 8的钻头上偏差为0，故选用钻套孔径为8F7即8二、扩孔钻套的尺寸与公差带的确定8.44的扩孔钻的上偏差为0，故选用钻套孔径为8.44F7 即8.44三、丝锥的钻套的尺寸与公差带的确定12的丝锥的上偏差为0，故选用丝锥钻套的孔径为12G7即123.9 内六角螺钉的抗拉强度校核在钻孔时，定模板受力不大。所以螺钉只受到模板的重力。其他可以忽略不计。抗拉强度的计算： max=F=G G=mg 已知：m=6.48kg =598MPaG=mg=6.489.8=63.5 KN则F=G=63.5 KNmax= =505.5MPa所以螺钉的抗拉强度满足要求3.10 夹具操作的简要说明此零件采用了一面两孔定位。将工件装夹在夹具中后，用螺旋夹紧装置。为了提高劳动生产率。为此，设计了快换装置。所以在设计垫圈时选用了U形开口垫圈。所以在装夹和拆卸工件时只需要将螺母松开13扣，取下U形开口垫圈，这样实现了工件的快换。总结设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。 设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次设计虽然只有三个月时间，但在这三个月时间中使我对这次课程设计有了很深的体会。 这次设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、