杠杆臂翻转式钻两面孔夹具及工艺设计毕业设计书

年5月29日杠杆臂翻转式钻两面孔夹具及工艺设计毕业设计书文档仅供参考此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)摘要根据设计要求首先确定了杠杆臂的基本设计思路,经过对该零件作用分析,形位公差分析、加工工艺、工序设计完成零件的工艺制造思路。而后确定了定位基准的选择,和夹紧方式的确定,最后经过重复比对后使用Solidworks三维造型软件进行了初步的草图绘制,确定夹具的外形尺寸,然后设计钻模板和钻套等,为了简化设计减少非标零件的设计和制造成本,选用了较多的螺钉螺母等非标零件。本次夹具设计过程中夹具采用进行紧凑的设计方案,这样较为节省材料和成本,可是夹具的安装定位显得比较细致,空间利用率较高。为了方便的放入和取出工件而不对周边产生操作影响和降低生产效率,采用了钻模板的翻转设计模式,左侧的钻模板在非工作时能够方便的拉起,让工件能够顺利放入,安装完毕后翻下钻模板。【关键字】杠杆臂,工艺,钻夹具,夹紧,定位此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)AbstractAccordingtotherequirementsofdesign,firstdeterminethebasicdesignideasoftheleverarmeffect,throughthepartsanalysis,toleranceanalysis,processingtechnology,processdesigncompletepartsmanufacturingmethod.Thendeterminethelocationdatumselection,determinationandclampingway,finallyafterrepeatedcomparisonusingSolidworks3Dmodelingsoftwaremadepreliminarysketches,determinethesizeofthefixture,andthenthedrillingtemplatedesignanddrillingandsoon,inordertosimplifythedesignandreducethecostofdesignandmanufacturenon-standardparts,adoptsmorescrewsnutsandnon-standardparts.Clampthejigdesignprocesswasusedtodesigncompact,suchrelativelysavematerialsandcost,buttheinstallationoffixtureismeticulous,highspaceutilizationrate.Inordertofacilitateloadingandunloadingworkpiecewithoutsurroundingoperationeffectandreducetheefficiencyofproduction,usingaflipdesignpatterndrilltemplate,drillingtemplateleftcaneasilypullinthenonworking,lettheworkpiececanbesmoothlyinto,installedafterdrillingtemplate.[keyword]leverarm,process,fixture,clamping,positioning目录绪论………………11.1机床夹具介绍………………….11.2现代夹具发展方向…………….…21.3研究目标和任务………………21.4研究方向和方法…………………3第二章零件分析…………32.1零件作用……………………32.2零件的工艺分析………………3第三章工艺规程设计……………………43.1确定毛坯的制造形式…………43.2基面的选择……………………43.3制定工艺路线………………43.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定………………53.5确定切削用量…………………53.6确定基本工时………………12第四章夹具设计…………174.1夹具的工作原理与结构设计………………184.1.1夹具的安装和使用……………………194.1.2夹具的安装和使用……………………194.1.3夹具的安装和使用……………………194.2夹具的安装和使用…………194.3翻转式夹具与钻床的固定…………………204.4定位误差分析………………214.5夹紧力计算………21第五章翻转式钻床夹具零件的具体设计……………..………………225.1钻床夹具的零件……………225.2夹具零件的设计……………235.3夹具体的设计………………24第六章总结……………24参考文献……………………25第一章绪论1.1机床夹具介绍夹具从1787年至今经过了在工业发展初期。夹具仅作为加工工艺过程中的辅助工具;到后期机床、汽车、飞机等制造业大力发展后,成为主要工艺装备;直到当前近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高,夹具与机床的紧密结合的一路发展历程看来,夹具在工业生产中的重要地位。现代生产要求企业制造激烈竞争夹具的应用五花八门,近年来年柔性制造系统(FMS)、数控机床(NC),加工中心(MC)和成组加工(GT)的应用使大批量生产的水平大幅提升。当前主流的夹具设计要求1.缩短夹具的制造周期快速适用于新产品设计2.提高夹具的通用性特征3.向高精度机床等应用进行发展4.适用于各种现代化制造技术的新型技术5.气压液压等原动力的改进应用来提高装夹效率1.2现代夹具的发展发向现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面:1.精密化机械产品精度要求快速提高,夹具的精度要求也应该同步提高。精密化夹具的结构类型很多,比如应用于精密分度的多齿盘的精密夹具。2.高效化高效化夹具有自动化夹具、告诉化夹具、具有夹紧动力模块的夹具,该类夹具的应用将繁重的体力重复劳动力释放出来,节约了人力成本。例如高速卡盘则可保证卡爪在高速状态下依然能够能正常夹紧工件,大幅度提高加工的效率。3.柔性化夹具的柔性化经过调组合方式适应工艺可变因素。工艺的可变因素主要有:工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等,具有柔性化特征的新型夹具种类主要有:组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数控夹具等,在较长时间内,夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。4.标准化夹具的标准化与通用化是相关联的,通用化方法包括:夹具、部件、元件、毛坯和材料的通用化夹具的标准化阶段是通用化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。当前,中国已有夹具零件、部件的国家标准:GB2148~2249-80,GB2262~2269-80以及通用夹具标准,组合夹具标准等。标准化是柔性化高效化的基础,标准化的发展利于缩短生产准备周期,降低生产总成本。在现代化的机械和仪器的制造业中,利用夹具来提高加工精度和生产率,减少劳动力成本是主要的目标。能够预见的是夹具四个方面发展后可保证加工质量降低生产成本。1.3设计目标与任务本次对于拨叉加工工艺及夹具设计的主要任务是:1.完成拨叉零件加工工艺规程的制定;2.完成钻孔专用夹具的设计。3.运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识,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,保证零件的加工质量。4.提高结构设计能力。经过设计夹具的训练,获得根据被加工零件的加工要求,设计出高效,省力,经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。5.学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称,出处,能够做到熟练的运用。1.4主要研究方向与方法详细分析零件的主要作用于零件尺寸外形结构,针对尺寸要求与形位公差要求,进行工艺设计和方案对比,择优选择,后续确定零件的粗基准与精基准要求后,针对双工位加工的特点设计出合理的夹紧方式,保证零件的安装与定位得到充分保证。最后经过三维软件Solidworks绘制三维夹具,并经过其与cad的转化功能进行转化,修改最后的工程图纸,书写全篇设计论文,列出加工工艺过程。第二章零件分析2.1杠杆臂零件的作用机床的杠杆臂主要的作用是实现机床工作部件启起、停止、变速、变向、操纵机构中的传动装置影响机床操纵动作及控制机构装置运动的准确性。由于机床杠杆臂的重要作用因此需要有强度、刚度要求,尺寸精度,形状精度。2.2零件的工艺分析零件工艺分析就是对零件的结构特点,尺寸精度,形位公差进行分析和整合,而且联系零件的使用方式和方法,考虑后期所需要额加工工艺与加工重点,确定相应的加工工艺设计出合理的夹具保证夹具的工艺性和经济性。 图2.1杠杆臂零件产品图由于本次的杠杆臂零件的结构属于弯曲件有多处凸台,凸台面有多处孔,各个孔型位置交错不一,因此常规的下料方式不能满则,本次初步选择的是铸造成型工艺,选择铸造材料为QT500,该材料是球墨铸铁,此材料的特性是生产工艺简单,铸造性能优良,强度刚度好。对零件的尺寸进行分析后能够发现有四个面需加工,2个垂直平面铣削,3个通孔需钻铰加工(即Ø10+0.1Ø22+0.28Ø13+0.12)。各个孔的特点是,不在同一个平面上而且有孔是处于垂直位置处。根据产品图尺寸及公差和形状公差要求,选择用普通铣床和钻床即能保证该零件的加工,可是本次设计要求一次装夹后需要加工两个位置的孔,即图中直径为10和13的垂直交错孔,以保证孔的形状与位置不因为多次装夹产生变化。第三章工艺规程设计3.1确定毛坯的制造形式本次零件的毛胚采用铸造加工工艺,该加工工艺方法适合大批生产的金属型模铸造。铸造后需要及时时效处理,以消除内应力。零件的材料QT500。由于年产量为4000件,达到大批生产的水平。因此后续需要夹具设计来进行辅助加工3.2基准的选择(1)粗基准的选择以杠杆臂铸造件上表面即尺寸10的上顶面为粗基准定位加工铸件下底面,即尺寸25下底面。(2)精基准的选择以加工铸件的下底面为基准面加工杠杆臂零件尺寸10上顶面,并加工车床25上顶面,然后以杠杆臂尺寸10上顶面为基准,小端为精基准定位加工小端尺寸10的下底面,保证尺寸39.5±0.5。3.3确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级等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的情况下,能够考虑采用万能性机床配以专用夹具,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。表2.1工艺路线方案工序号工序名称工序内容车间工段工时准终单件1铸造木型铸造及清理(注意工艺搭子面)铸造车间12热处理时效处理热处理13铣削台虎钳上活,校正此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)金工车间34热处理时效处理热处理15铣削台虎钳上活,校正1.粗铣尺寸25上下端面至尺寸2.粗铣尺寸¢10上下端面保证尺寸39.5至要求3.粗铣尺寸42上下两侧面至尺寸金工车间3金工车间2金工车间18钳工去毛倒钝并清理金工车间19检验检验车间3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定杠杆的生产类型为大批生产。铸造金属型成型加工,材料是QT500球墨铸铁,毛坯的重量0.85kg。毛坯的余量制定根据所属的铸造材料以及本身最后成型的零件形状与尺寸来进行决定。后续的粗精加工在每次加工后都会预留余量并在粗加工后进行热处理释放加工时的残余内应力。本设计规定零件为大批量生产,应该采用调整法加工,因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。毛坯与零件不同的尺寸有:(见零件图2.1)故台阶已被铸出,根据参考文献[12]的粗加工:加工余量1mm,精铣的加工余量为0.5mm。3.5确定切削用量工序3:粗、精铣25下底面工步1:粗铣25孔下底面加工条件:工件材料:QT500,铸造。机床:X52K立式铣床。刀具:硬质合金三面刃圆盘铣刀(面铣刀),材料:,,齿数。因其单边余量:Z=1mm因此铣削深度ap=1mm每齿进给量:取铣削速度。机床主轴转速:(式2.1)式中V—铣削速度;此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)工作台每分进给量::工步2:精铣尺寸25下底面加工条件:工件材料:HT200,铸造。机床:X52K立式铣床。刀具:高速钢三面刃圆盘铣刀(面铣刀):,,齿数12。精铣该平面的单边余量:Z=0.2mm铣削深度:=0.2mm每齿进给量:取铣削速度:取机床主轴转速:取实际铣削速度:进给量:工作台每分进给量:工序3:粗精铣宽度为42mm的大端侧面(1)粗铣宽度为42mm的侧面加工条件:工件材料:QT500,铸造。机床:X52K立式铣床。刀具:硬质合金三面刃圆盘铣刀(面铣刀),材料:,,齿数。因其单边余量:Z=1mm因此铣削深度:ap=1mm此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)进给量:工作台每分进给量::被切削层长度:由毛坯尺寸可知,刀具切入长度:(式2-2)刀具切出长度:取走刀次数为1(2)精铣宽度为42mm的侧面加工条件:工件材料:QT500,铸造。机床:X52K立式铣床。刀具:高速钢三面刃圆盘铣刀(面铣刀):,,齿数12。精铣该平面的单边余量:Z=0.5mm铣削深度:ap=0.5mm每齿进给量:取铣削速度:取机床主轴转速,由式(2.1)有:取此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)刀具切入长度:精铣时刀具切出长度:取走刀次数为1次工序7,钻ø20孔工件材料为QT500。孔的直径为ø22+0.28,公差为H7,表面粗糙度。加工机床为Z535立式钻床,加工工序为钻、扩、铰,加工刀具分别为:钻孔——Φ20mm标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;扩孔——Φ21.8mm标准高速钢扩孔钻;铰孔——Φ22+0.28mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。(1)确定钻削用量1)确定进给量:,由于孔深度比,,故。查Z535立式钻床说明书,取。钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力(由机床说明书查出),允许的进给量。由于所选进给量远小于及,故所选可用。2)确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率由插入法得:,,由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结论进行修正。,,故此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)3)校验机床功率切削功率为机床有效功率故选择的钻削用量可用。即d0=20,,,相应地轴向力,扭转,切削功率工序7,扩孔至ø21.8(1)确定切削用量1)确定进给量取=0.57mm/r。2)确定切削速度及取。修正系数:,故此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)工序7:铰孔至ø22+0.28,粗糙度为1.6um1)确定进给量,按该表注4,进给量取小值。查Z535说明书,取。2)确定切削速度及取,得修正系数,故查Z535说明书,取,实际铰孔速度各工序实际切削用量,根据以上计算,各工序切削用量如下:钻孔:d0=ø20mm,,,扩孔:d0=ø21.8mm,,,铰孔:d0=ø22+0.28mm,,,工序7:工步3钻Ф13+0.12孔孔的直径为ø13mm,,表面粗糙度Ra=12.5um。加工机床为Z535立式钻床,钻孔——Φ12.7mm标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;扩孔——Φ13+0.12mm标准高速钢扩孔钻。选择各工序切削用量。(1)确定钻削用量1)确定进给量,由于孔深度比,,故。查Z535立式钻床说明书,取。钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力(由机床说明书查出),允许的进给量。由于所选进给量远小于及,故所选可用。2)确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率由插入法得:,,由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结论进行修正。,,故此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)3)校验机床功率切削功率为机床有效功率故选择的钻削用量可用。即钻头直径do=12.7mm,,,相应地,,(2)确定扩孔切削用量1)确定进给量根据Z535机床说明书,取=0.57mm/r。2)确定切削速度及取。修正系数:,故故取。实际切削速度为3.6确定基本工时(1)粗铣、精铣尺寸25下底面加工条件:工件材料:QT500铸铁,200MPa机床:X525K机床刀具:此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)机动时间:===0.184min可查得铣削的辅助时间精铣的切削工时被切削层长度:由毛坯尺寸可知=40mm刀具切入长度:精铣时=7mm刀具切出长度:取走刀次数为1机动时间:==0.184min可查得铣削的辅助时间总铣削工时t=tj1+tf1+tj2+tf2时=0.184+0.41+0.184+0.41=0.188min(2)钻孔加工条件:工件材料:QT500铸铁,200MPa机床:Z535立式钻床刀具:钻孔——标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;扩孔——标准高速钢扩孔钻;铰孔——标准高速铰刀钻孔工时:切入3mm、切出1mm,进给量,机床主轴转速,铰孔:,,,=(30+3+1)/0.43×195=0.41min可查得钻削的辅助时间扩孔工时:切入3mm、切出1mm,进给量,机床主轴转速=(30+3+1)/0.57×275=0.22min可查得钻削的辅助时间铰孔工时:切入3mm、切出1mm,进给量,机床主轴转速=(30+3+1)/1.6×100=0.21min可查得钻削的辅助时间(3)粗精铣宽度为42mm面工件材料:QT500,金属模铸造加工要求:粗铣宽度42mm的下平台,精铣宽度为30mm的下平台达到粗糙度3.2。机床:X52K立式铣床刀具:高速钢镶齿式面铣刀计算切削工时粗铣宽度为42mm的下平台进给量f=3mm/z,切削速度0.442m/s,切削深度1.9mm,走刀长度是2×25mm。机床主轴转速为37.5z/min。此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)进给量f=3mm/z,切削速度0.442m/s,切削深度0.1mm,走刀长度是2×25mm。机床主轴转速为37.5z/min。切削工时:=50/(37.5×3)=0.444min。铣削的辅助时间(4)钻孔Φ13+0.12工件材料:HT200,金属模铸造,加工要求:粗糙度要求,机床:Z535立式钻床刀具:高速钢钻头Φ12.7,计算基本工时孔Φ12.7的内表面。进给量f=0.64mm/z,切削速度0.193m/s,切削深度是1.5mm,机床主轴转速为195r/min。走刀长度是36mm。基本工时:=2×36/(0.64×195)=0.58min。钻削的辅助时间用Φ13扩孔Φ12.7的内表面。进给量f=0.64mm/z,切削速度0.204m/s,切削深度是0.5mm,机床主轴转速为195r/min。走刀长度是36mm。基本工时:=2×36/(0.64×195)=0.58min。钻削的辅助时间第四章夹具设计4.1.夹具的工作原理与结构设计4.1.1定位方案与定位元件本次杠杆臂的夹具设计要求是需要一次装夹后同时加工孔孔径分别为10和13,根据前面的分析能够发现这两个杠杆臂孔的孔位置分别在该零件的大小两个头端面上,而且孔的位置关系为垂直关系。为了在一个夹具当中一次装夹后保证能够加工两个位置的垂直孔,本次夹具考虑采用夹具翻转的模式进行设计。夹具的两个安装定位面分别有相应的安装地脚孔。两个安装面采用垂直分别。本次的定位方案采用尺寸25的下底面为定位大基准面,同时选取孔径为22的内孔作为主定位孔,利用定位芯轴进行定位。这样定位后限制了工件的轴向运动,可是不能限制工件的径向旋转运动,因此考虑利用R12侧面作为辅助定位。图4-1芯轴定位图4-2辅助定位4.1.2夹紧机构由于杠杆臂零件的主定位孔为孔径为22的内孔和其下底面,因此选择采用定位芯轴对其进行定心,然后利用垫片和螺母进行固定。在工件的小端采用辅助定位,利用工件小端的定位销钉进行固定。侧面经过顶紧座对其进行顶紧限制她的六个要素。4.1.3夹具设计特点本次夹具设计过程中夹具采用进行紧凑的设计方案,这样较为节省材料和成本,可是夹具的安装定位显得比较细致,空间利用率较高。为了方便的放入和取出工件而不对周边产生操作影响和降低生产效率,采用了钻模板的翻转设计模式,左侧的钻模板在非工作时能够方便的拉起,让工件能够顺利放入,安装完毕后翻下钻模板,能够工作。图4-3翻转式钻模板夹具的设计另一特点是翻转式的夹具体设计让工件在一次装夹后实现两个垂直孔一个工序两个工位顺利加工实现,为了保证夹具的顺利使用,能够考虑同时设计两套夹具进行轮换使用。4.2夹具的安装和使用本夹具的安装方法主要是:将各个待装配的零部件进行去毛倒钝后用轻柴油进行清洗,安装装配顺序以夹具体作为载体将各个零部件如两侧的钻模板、销轴、钻套、定位芯轴、垫片螺母、等进行安装定位,将装配好的零件检查完毕并调整后放到钻床的工作台面上,利用工作台面T型槽的定位螺母进行固定。此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)图4-4钻孔10时夹具外形此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)图4-5钻孔13时夹具工作外形2.夹具的使用方法是:首选拉开铰链式的翻转钻模板,将工件按照主视图的模式从上而下的放入到夹具体,大端面的定位孔22穿过定位芯轴,并放入垫片和螺母进行预紧固定,侧面利用定位螺钉顶住工件小端侧面,这时放入铰链翻转钻模板,并放入对应的垫片和六角螺母进行固定。进行顶面10孔的钻削后清理钻屑后,将夹具翻转,用夹具体相邻的基面进行定位,并用螺钉固定。如此循环往复工作。图4-6翻转式钻模板4.3翻转式钻夹具与钻床的固定在夹具装夹工件后,首选钻孔内孔孔径为10的上孔,则夹具体的尺寸112下底面进行定位,该面上有直径为6的U形定位槽能够与钻床工作台面的T形槽进行连接。钻孔完毕后夹具整体翻身,以夹具体的117上顶面进行定位,同理利用底面的U形槽进行定位装夹。图4-7夹具体4.4定位误差分析本次夹具的定位主要是依靠内孔22及其端面进行定位,其定位误差主要为:定位芯轴与孔的配合0.05mm,铣/钻模与销的误差0.02mm,铣/钻套与衬套0.029mm由公式e=(H/2+h+b)×△max/H△max=(0.052+0.022+0.0292)1/2=0.06mme=0.06×30/32=0.05625可见这种定位方案是可行的。4.5夹紧力计算翻转式钻孔夹具是在钻床上使用的,经过对工件的主定位能够发现夹紧主要是利用螺纹斜楔原理进行,依靠螺母与垫片锁紧。由计算公式Fj=FsL/(d0tg(α+ψ1’)/2+r’tgψ2)(式4-1)Fj－沿螺旋轴线作用的夹紧力Fs－作用在六角螺母L－作用力的力臂(mm)d0－螺纹中径(mm)α－螺纹升角(゜)ψ1－螺纹副的当量摩擦(゜)ψ2－螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角(゜)r’－螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径(゜)此处文档有重要部分删减(本文档附有CAD图等详细附件)Fj=5×=10000N第五章:翻转式钻夹具零件的具体设计5.1钻床夹具的零件钻床夹具首选要保证工件的加工精度的同时考虑提高生产效率,充分设计合理的工艺使得加工性和装夹定位性合理,从而让夹具有好的使用性能,这样才能发挥夹具大批量生产时节约成本的初衷。1、钻套钻套的作用是确定钻头,铰刀等刀具的轴线位置,防止刀具在加工过程中发生偏斜。根据使用二点,钻套可分为固定式,可换式,快换式等,主要的钻套模式有:固定钻套、可换钻套、快换钻套、专用钻套。跟据钻套的选择原则,杠杆臂的加工属于小批量生产,因此选择固定钻套。又因为右端垂直孔孔径大,钻模板薄,应采用有肩钻套图5-1固定式钻套与铰链钻模板2、钻模板常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式本次选用的是铰链式钻模板:铰链式钻模板与夹具体经过铰链连接。1.翻转。装卸工件时,将钻模板往上翻;加工时将钻模板往下翻,并用菱形夹紧螺钉。2.固紧。采用铰链式钻模板,工件能够在夹具上方装入,装卸工件方便;但翻转钻模板费工费时,效率较低,且钻模板位置精度受铰链间隙影响,钻孔位置精度不高;它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。在侧面钻孔13时为了提高精度同时加工夹具整体的刚性因此选用的是固定式钻模板如图所示。图5-2铰链式钻模板图5-3固定式钻模板钻模板支撑钻套,对钻套