制定星轮零件加工工艺设计钻3×ø4孔的钻床夹具设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321目录序言1一 零件的分析3（一） 零件的作用3（二） 零件的工艺分析3 （三） 保证星轮表面间位置精度的方法4二 工艺方案的分析及确定4（一) 确定毛坯的制造形式4（二）基面的选择的选择5（三）制定工艺路线6（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸 确定8（五）确定切削用量及基本工时10三 夹具设计13（一) 设计主旨13（二）定位元件的选择与设计13（三）星轮在夹具中的加紧15参考文献22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。支架的加工工艺规程及其车60孔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。一、零件分析（一）零件的作用图1 星轮题目所给定的零件是汽车离合器上的星轮（见图1），其作用是依靠太阳轮和行星架的正时转动和逆时转动来实现方向的改变，按照类型又分为主动和被动行星轮，只要运用在汽车变速箱（AT）传动机构上，实现动力传递，能增加和递减传递的动力。 （二）零件的工艺性分析 星轮共有两组加工表面，它们相互间有一定的位置要求。现分析如下： 星轮外圆40K6,45f7,其形状公差均遵守包容要求,表面粗糙度均为Ra1.6m 星轮内孔28H7,其形状公差遵守包容要求,表面粗糙度为Ra0.8m,其外形尺寸14端面与孔28轴心线垂直度误差为0.025,其左端面对孔28轴心线圆跳动误差为0.025;外圆45轴心线对外圆40轴心线的同轴度误差为0.06,外形尺寸610.15右端面对尺寸17的圆跳动误差为0.02；键槽宽度为8H9,长度为16mm，轴槽深为40.5h11,表面粗糙度Ra5.2m，在64的外圆上离它的轴心线24.3的平面与孔28H7轴心线的平行度误差为0.012表面粗糙度为Ra0.8m，3个4H9孔相对于对称分布三个。（三）保证星轮表面间位置精度的方法 由星轮零件的技术要求知，星轮零件内外表面间的同轴度以及端面与孔轴线的垂直度一般均有较高要求。为保证这些要求通常可采用下列方法：1.在一次安装中完成内外表面及端面的全部加工。这种方法除了工件的安装误差，所以可获得很高的相对位置精度。但是，这种方法的工序比较集中，对于尺寸较大（尤其是长径比较大）套筒也不便与安装，故多用于尺寸较小轴套的车削加工。2.星轮主要表面加工分在几次安装中进行，先加工外圆，然后以圆为精基准最终加工内孔。这种方法由于所用夹具机构简单，且制造和安装误差小，因此可保证较高的位置精度，在星轮加工中一般多采用这种方法。二、过程工艺分析（一）确定毛坯的制造形式星轮零件的毛坯选择与材料、机构和尺寸等因素有关还与它在工作中所处的工作环境有关。孔径较小的星轮一般选择热轧或冷拉棒料，也可采实心铸件。孔径较大时，常采用无缝钢管或带孔的铸件和锻件。大量生产时可采用冷挤压和粉末冶金等先进的毛坯制造工艺，既提高生产率又节约金属材料。本零件为锻造件，材料为40Cr优质合金钢，抗拉强度：；屈服强度：；硬度：HBS为197，最终成品调质处理到硬度为22-27HRC（二）基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准面选择的正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。1. 粗基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面作为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。对于较长的套筒零件，为保证位置精度，往往以外圆定位，采用一端夹持，另一端用中心夹支托来最终加工内孔。根据这个原则，本零件选取星轮外圆45为粗基准。工件一端用三爪卡盘夹持一端，另一端则用大头顶尖顶住另一端。采用这种方法时工件装夹迅速可靠，但因一般卡盘安装误差较大，加工后工件的位置精度较低。为了获得较小的同轴度，须采用定心精度高的夹具，如弹性膜片卡盘、液体塑料夹头和经过修磨的三爪卡盘等。2. 精基准的选择星轮主要应用于超越离合器上面，其星轮的轴心线既是定位基准也是设计基准，在车削时选他作为精基准，能使加工遵循基准重合原则，实现外圆柱面的圆跳动和同轴度（采用专用夹具夹紧机构），这使得工艺路线基准统一原则。毛坯外表面加工余量大，定位时可以车一头换向车另一头，最后，两顶一夹。其定位方法比较精确，加紧也比较简单快捷，使操作者方便省力。（三） 制定工艺路线制定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，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能机床以及专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 (1)工艺路线方案一：工序1.粗车端面，车内孔27.7mm 、车外圆63.7mm、 39.7mm、44.7mm及倒45倒角，选用C3163-1转塔式六角车床及三爪卡盘夹具。工序2.调头车另一端面，车外圆44.7倒mm45倒角 工序3.铣键槽。以内孔为基准，工序4.以内孔及两端面为基准。选用X62W卧式铣床专用夹具夹紧工件在64mm阶梯轴处且用专用105铣刀垂 直铣24.3mm个深度到水平90。工序5.重复步骤4，转动120铣三个。工序 6.热处理：硬度234HBW。工序7.精铣三平面、外圆柱面及键槽到规定尺寸工序8. 按零件图所示，参照金属机械加工工艺员手册表3-59确定孔加工余量的分配。在水平方向上距轴心线26.9mm出攻钻孔4mm，转动万能分度头120加工三次。工序9.检验 （2）工艺路线方案二：工序1.粗车端面，车内孔27.7 、车外圆63.7、39.7、44.7及倒45倒角，选用C3163-1转塔式六角车床及三爪卡盘夹具。粗、精车B/C阶梯轴外圆面工序2.调头车另一端面、外圆44.74mm、倒 45倒角工序3.以内孔为基准，铣平面至24.6mm在转动120，铣另两个平面工序4.热处理：硬度234HBW。工序5.以外圆为基准磨内孔磨至28mm工序6.以内孔为基准，磨外圆分别磨至45mm、40mm、64mm、45mm工序7.磨平面磨至与水平面成24.3mm在转动120磨另两个平面工序8.铣键槽工序9.钻孔4mm、2mm工序9J.检验( 3 )方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一在于直接用铣床铣出平面、外圆，且先把键槽铣出来在铣平面最后钻孔：方案二则与其相反，键槽被放置平面后，且采用磨床使精度达到更高。综合比较，方案二更好，所以最终选择方案二。（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定铣削加工加工余量依据机械加工工艺手册设计实用手册表831以及表1550查得、公差依据互换性与测量技术基础表32查得表面粗糙度以及经济精度由机械制造工艺学表115查得。钻、扩、铰孔加工加工余量依据机械加工工艺手册设计实用手册表818查得、公差依据互换性与测量技术基础表32查得表面粗糙度以及经济精度由机械制造工艺学表115查得。星轮的材料为45钢，生产类型为批量生产，采用型材。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）以星轮外圆为基准。据金属机械加工工艺人员手册（以下简称工艺手册）表5-6，型材偏差1.0mm。表面粗糙度Ra=1.6m,要求粗加工和精加工。参照实用金属切削加工工艺手册（以下简称切削手册）第586页可知，加工余量为：粗车：=2.5mm，精车： =0.5mm。粗车削的加工精度IT11级，因此偏差0.11。精车削偏差即为零件偏差。（2） Ra=1.6m的端面。要求粗加工和精加工。参照工艺手册表5-72可知，加工余量为 2mm。（3） 基准面为左端面B。Ra=1.6m,要求粗加工和精加工。参照工艺手册表5-72，粗车ap =3mm,精车ap=1mm。车削公差即为零件公差：0.02 mm。（4）星轮右端面。Ra=3.2m。要求粗加工和半精加工。参照切削手册第586页可知，粗车=3mm，半精车=0.5mm。（5）星轮左端面。Ra=3.2m。要求粗加工和半精加工。参照切削手册第586页可知，粗车=3mm，半精车=0.5mm。（6） 28h7内孔。粗磨和精磨。粗磨2Z=1.5mm，精磨2Z=0.5mm。公差+0.011mm（见互换性与测量技术表1-8）。由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大和最小之分。（五）确定切削用量及基本工时1） 工序1：车削端面、外圆及内孔。加工要求：粗车车端面、车内孔至27.7mm 分别车外圆到63.7mm、39.7mm、44.7mm，表面粗糙度值Rz为10-18 。 机床：CA6140卧式车床。 刀具：刀片材料为yt15，刀杆尺寸16mm*25mm，Kr=90。车削用量的选择：（1）背吃刀量的选择：已知长度方向的尺寸为610.15mm 。根据毛坯尺寸67mm.L=64mm，故分二次加工（粗车、半精车）。粗车时，选择a =1.5mm；半精加工时，选择 a =0.3mm；车削内圆时，粗车精车被吃刀量分别为a =0.8mm ，a =0.3mm。（1） 进给量的选择：根据机械制造工艺与机床夹具课程设计指导（第2版）表2-19 当刀杆尺寸为16mm25mm,ae mm时，以及工件直径为67mm时. =0.6-0.9mm/.按C3163-1车床说明书取=0.6 mm/n。由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.750.85 所以：实际进给量f=0.60.8=0.48 mm/。（3）计算切削速度 由机夹课程设计指导书知，对于高速钢切削中碳钢的平均切削速度为52m/min.（4）确定机床主轴转速 ns=1000vc/ dw=229.8（r/min），按C3163-1车床说明书200 rmin。（5）基本工时 t=L+L1+L2/nf式中L=28，L1=14，L2=0所以 t=(L+L1+L2)/nf=(28+14+0)/80=0.525（min）2） 工序2：工序2.调头车另一端面、外圆44.74mm、倒45倒角3） 工序3：铣平面至24.6mm根据切削用量简明手册表3.1 铣削宽度ae32mm时。由于采用面铣刀，所以选x51机床选用专用铣刀。（1）铣削背吃刀量：根据平面的尺寸为 留精铣的加工余量为0.2，所以本道工步切削宽度ac2.80.8，由于加工表面精度要求Ra=6.3 um，采用半精铣精铣，选择背吃刀量为分别为1mm和0.3mm.（2）进给量的选择： 由单向转动部分知，铣削深度为7.7mm宽度为14mm。经简明机械加工工艺手册1122查出进给量为f=0.15mm。（3）铣削速度：经机械制造工艺与夹具课程设计指导表2-22查出削速度为22m/min.（4）基本工时：入切量及超切量由表2.29. 查出L + L1=10mm 所以 Tm=L+L1/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min)4） 工序4：热处理，调质硬度234HBW5） 工序5:磨至28mm选用机床：MS-600 万能磨床精磨至28mm ，单边Z=0.2mm,一次磨去全部余量，进给量f=0.1mm/r根据有关手册，确定万能磨床的nw=2600r/min切削工时： L= 30mm L1=3mm 所以 T=L1+L2/nw*f=0.13min6） 工序6：分别磨至45mm、40mm、64mm、45mm。7） 工序7：磨至与水平面成24.3mm同上工序5一样。8） 工序8：铣键槽，加工工件尺寸：8+0.170mm , 长度L=16mm（1）选择铣削用量由于槽的宽度为8mm, 故二次走完，ae=23mm ap=10mm由切削用量简明手册表3.3 确定f=0.5mm/r 现取f=0.8mm/r， fz=0.5/24=0.02mm/s（2）确定切削速度Vc和每齿进给量：决定切削速度Vc和每齿进给量Vf、由切削用量简明手册3.27的公式由切削用量简明手册，表2.15得 V=1000V/ D=334.4 Kv=Km*Ksv*KTv=1.12*0.8*0.82=0.79 （3）基本工时基本工时根据切削用量简明手册表3.5知 L1+=20mm， i=2(走两次)Tm=(L+L1+)i/Vf=(40+20)X2/150=0.8（min） 9） 工序9：检验三、专用夹具设计（一）设计主旨因采用立式钻床，待加工孔处于水平位置。若设平行于待加工孔的面分别为顶面和底面，则使多孔那面为底面，即定位基准面。以基准面上的直径为5的两孔以及基准面定位。钻模板应垂直与定位基准面，钻套中心线与待加工孔中心线同轴。夹紧件由工件顶面向定位基准面夹紧。采用螺旋夹紧机构。（二）定位元件的选择与设计1. 定位元件的选择工件在夹具中位置的确定，主要是通过各种类型的定位元件实现的。在机械加工中，虽然被加工工件的种类繁多和形状各异，但从它们的基本结构来看，不外乎是由平面、圆柱面、圆锥面及各种成形面所组成。工件在夹具中定位时，可根据各自的结构特点和工序加工精度要求，选择其上的平面、圆柱面，圆锥面或它们之间的组合表面作为定位基准。为此，在夹具设计中可根据需要选用各类型的定位元件。2. 定位误差的分析夹具的作用首先是要保证工序加工精度，在设计夹具选择和确定工件的定位方案时，根据工件定位原理选用相应的定位元件外，还必须对选定的工件定位方案能否满足工序加工精度要求作出判断。为此，就需对可能产生的定位误差进行分析和计算。定位误差是指由于定位不准而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。对某一定位方案，经分析计算其可能产生的定位误差，只要小于工件有关尺寸或位置公差的，一般即认为此定位方案能满足该工序的加工精度要求。3. 定位误差的计算在本次设计中采用一面两孔组合定位。采用工件上一面两孔组合定位时，根据工序加工要求可能采用平面为第一定位基准，也可能采用其中某一个内孔为第一定位基准。图2所示为一长方体工件及其在一面两销上的定位情况，因系采用短定位销，故工件底面1为第一定位基准，工件上的内孔及分别为第二和第三定位基准。图2钻模板1) 两定位销中心距 =14.5式中 工件两定位孔的中心距2) 两定位销中心距的公差 式中 工件两定位孔的中心距公差中心距公差 则两定位销中心 3) 圆柱销直径的公称值=54) 菱形销宽度及的推荐值查表知=2, =0.55) 补偿距离 (mm) 圆柱销的尺寸为，根据GB180179知该即尺寸为5-0.006 -0.0017。由此可得 (mm)则 (mm)6) 菱形销圆弧部分与其相配合的工件定位孔间的最小间隙 (mm)7) 两定位销所产生的最大角度定位误差（三）星轮在夹具中的夹紧工件在夹具中的装夹是由定位和夹紧这两个过程紧密联系在一起的。仅仅定位好，在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件实行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务就是保持工件在定位中所获得的既定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和振动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确位置。1. 夹紧装置的组成一般夹紧装置由下面两个基本部分组成。1) 动力源 即产生原始作用力的部分。如果用人的体力对工件进行夹紧，称为手动夹紧；如果用气动、液压、气液联合、电动以及机床的运动等动力装置来代替人力进行夹紧，则称为机动夹紧。2) 夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。它包括中间递力机构和夹紧元件。中间递力机构把来自人力或动力装置的力传递给夹紧元件，再由夹紧元件直接与工件接触，最终完成夹紧任务。根据动力源的不同和工件夹紧的实际需要，一般中间递力机构在传递夹紧力的过程中，可以起到以下作用：a 改变作用力的方向；b 改变作用力的大小；c 具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠，在手动夹紧时尤为重要。本次设计采用手动夹紧方式。2. 夹紧力的确定1) 夹紧力的方向夹紧力应垂直于主要定位基准面11。为使夹紧力有助于定位，则工件应紧靠支撑点，并保证各个定位基准与定位元件接触可靠。一般地讲，工件的主要定位基准面其面积较大、精度较高，限制的不定度多，夹紧力垂直作用于此面上，有利于保证工件的加工质量。夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。图4所示为工件安装时的重力、切削力和夹紧力之间的相互关系。其中图(a)最好，图(d)最差。图3夹紧力与切削力、重力的关系2) 夹紧力的作用点夹紧力的作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。选择作用点的问题是在夹紧力方向已定的情况下才提出来的。选择夹紧力作用点位置和数目时，应考虑工件定位可靠，防止夹紧变形，确保工序的加工精度。a 夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移和偏转。当夹紧力虽然朝向主要定位基面，但作用点却在支承范围以外时，夹紧力与支反力构成力矩，夹紧时工件将发生偏转，使定位基面与支承元件脱离，以至破坏原有定位。应使夹紧力作用在稳定区域内。b 夹紧力的作用点，应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。对于箱体、壳体、杆叉类工件，要特别注意选择力的作用点问题。在使用夹具时，为尽量减少工件的夹紧变形，可采用增大工件受力面积的措施。采用具有较大弧面的夹爪来防止薄壁套筒变形；可在压板下增加垫圈，使夹紧力均匀地作用在薄壁夹紧力的大小必须适当。当夹紧力过小，工件可能在加工过程中移动而破坏定位，不仅影响质量，还能造成事故；夹紧力过大，不但会使工件和夹具产生变形，对加工质量不利，而且造成人力、物力的浪费。计算夹紧力，通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算。然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，高速运动的工件还应考虑惯性力等）后处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为实际所需的夹紧力，即 式中 实际所需要的夹紧力 (N)； 按力平衡条件计算之夹紧力 (N)； 安全系数，根据生产经验，一般取1.53。用于粗加工时，取2.53；用于精加工时，取1.52。夹紧工件所需夹紧力的大小，除与切削力的大小有关外，还与切削力对定位支撑的作用方向有关。3. 夹紧机构的选择从前面提到的夹紧装置组成中可以看出，不论采用何种力源（手动或机动）形式，一切外加的作用力要转化为夹紧力均需通过夹紧机构。因此，夹紧机构是夹紧装置中的一个很重要的组成部分。夹紧机构可分为斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、定心对中夹紧机构等。斜楔夹紧机构中最基本的形式之一，螺旋夹紧机构 、偏心夹紧机构及定心对中夹紧机构等都是斜楔夹紧机构的变型。斜楔夹紧机构主要是利用其斜楔面移动时所产生的压力来夹紧工件的，亦即一般所谓的楔紧作用。斜楔的斜度一般为1:10，其斜度的大小主要是根据满足斜楔的自锁条件来确定。一般对夹具的夹紧机构，都要求具有自锁性能。所谓自锁，也就是当外加的作用力Q一旦消失或撤除后，夹紧机构在纯摩擦力的作用下，仍应保持其