机械制造技术课程设计-摇臂零件机械加工工艺及钻φ5孔夹具设计

夹具设计说明书设计题目：设计摇臂零件的机械加工工艺及夹具设计学号姓名日期机械与电气工程学院序言本项目题目是摇臂臂工艺规程及工艺装备设计，在设计过程当中,我通过查阅有关资料和运用所学的专业或有关知识，比如零件图设计、机械制造工艺学、以及所学软件AUTOCAD的运用，设计了零件的工艺、设计零件的加工夹具等。我利用此次课程设计的机会对以往所有所学知识加以梳理检验，同时又可以在设计当中查找自己所学的不足从而加以弥补，使我对专业知识得到进一步的了解和系统掌握。由于本人水平有限,设计编写时间也比较仓促,在我们设计的过程中会遇到一些技术和专业知识其它方面的问题，再加上我们对知识掌握的程度，所以设计中我们的设计会有一些不尽如人意的地方,为了共同提高今后设计设计的质量，希望在考核和答辩的过程中得到各位指导老师的谅解与批评指正,不胜感激之至。全套设计图纸加V信153893706或扣3346389411

目录TOC\o"1-3"\h\u序言 2一、对零件进行工艺分析 41.1零件的用途及结构分析 41.2分析零件的技术、工艺要求 4二、毛坯制造方式、简图 62.1确定毛坯制造形式 62.2绘制毛坯简图 6三、制定零件的机械加工工艺路线 63.1定位基准的选择 63.2定位方法确定 73.3加工阶段划分 73.4工序集中与分散 73.5制订工艺路线 8四、机械加工余量确定 10五、确定工序的切削用量及基本工时 10六、钻φ5孔的专用夹具设计 146.1定位方案设计 146.2定位元件选型 146.3计算定位误差 156.4夹紧方案设计 166.5导引方案设计 176.6夹具体设计 176.7夹具装配图绘制 17七、设计心得 19参考文献 20

一、对零件进行工艺分析1.1零件的用途及结构分析题目所给的零件是摇臂，用于传递力与扭矩，它的加工精度影响自身的传动精度甚至整个系统的传动精度。题目所给的零件是摇臂，用于传递力与扭矩，它的加工精度影响自身的传动精度甚至整个系统的传动精度。机械中的摆动摇臂，主要是拨动滑移齿轮，改变其在齿轮轴上的位置，可以上下移动或左右移动，从而实现不同的速度。摇臂零件用于机械产品中离合器的控制，端面结合齿的结构，内外齿的结构，都需要用摇臂控制其一部分来实现结合与分离。因此对摇臂制定出一套合理的加工工艺方案以及设计出摇臂加工的专用夹具十分具有重要的意义。图1-1摇臂零件1.2分析零件的技术、工艺要求摇臂是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和平面的精度要求较高，对精度要求也很高。大头孔和小头孔粗糙度要求都是Ra1.6，所以都要求精加工。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。零件的材料为45钢模锻件，锻钢生产工艺简单，锻造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削。摇臂工件需要加工平面和孔，主要为以下几个部分：该零件主要加工面有平面、圆孔，可通过铣、钻、扩、铰来获得。加工参数如下：（1）φ35两端面至尺寸20,表面粗糙度要求6.3；（2）φ20孔,尺寸精度为IT9，表面粗糙度要求3.2（3）φ25两端面至尺寸30,表面粗糙度要求6.3；（4）钻头孔至尺寸φ8.8图1-2摇臂零件图

二、毛坯制造方式、简图2.1确定毛坯制造形式45钢是法兰类、轴类及各种机械零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。摇臂类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用铸件、锻件等毛坯形式。对于直径不大的摇臂，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。2.2绘制毛坯简图摇臂是一个壳体类工件。我们结合摇臂实际结构的特点，选取锻件作为毛坯的加工形式，毛坯余量为3mm，毛坯图如下图所示。三、制定零件的机械加工工艺路线3.1定位基准的选择（1）粗基准的选择按照有关粗基准的选择原则，应尽可能选择不加工表面为粗基准，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为粗基准。为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。应尽可能选择光滑平整，无飞边，浇口，或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。粗基准只在头道工序下使用一次，应该尽量避免重复使用。在该摇臂的加工中，首先选用φ25外圆面为粗基准。（2）精基准的选择应满足基准重合，基准统一，自为基准，互为基准等原则。所选的精基准应能保证定位准确，夹紧可靠，夹具简单，操作方便等.本零件是摇臂类的零件，在加工中，为避免由于基准不重合而产生的误差，选择底端面、φ20、φ8.8孔为定位基准。3.2定位方法确定（1）φ35两端面至尺寸20,表面粗糙度要求6.3，需要采用粗铣完成加工。（2）φ20孔,尺寸精度为IT9，表面粗糙度要求3.2（3）φ25两端面至尺寸30,表面粗糙度要求6.3，需要采用粗铣完成加工。（4）钻头孔至尺寸φ8.8mm3.3加工阶段划分由于生产类型为大批生产，故在使零件的几何性状、尺寸精度几位置精度等技术要求得到合理的保证的前提下，应采用专用的夹具，并应尽量使工序集中起来提高生产率，处此之外，还应考虑经济效果，以使生产成本尽量提高。制定工艺路线得出发点,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,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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。3.4工序集中与分散零件加工的工步顺序已经排定，如何将这些工步组成工序，就需要考虑采用工序集中还是工序分散的原则。(1)工序集中就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。其主要特点是：①可以采用高效机床和工艺装备，生产率高；②减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力；③减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度；④采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。(2)工序分散

工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。其主要特点是：①设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换；②对工人的技术要求较低；③可以采用最合理的切削用量，减少机动时间；④所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。在拟定工艺路线时，工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性。一般情况下，单件小批生产时，只能工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；大批大量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。批量生产应尽可能采用效率较高的半自动机床，使工序适当集中，从而有效地提高生产率。3.5制订工艺路线工艺路线一：工序1：铸造工序2：时效处理工序3：粗铣底端面工序4：粗铣φ25顶面工序5：粗铣φ35顶面工序6：钻、扩φ20孔工序7：钻φ8.8孔，攻丝M10孔工序8：钻φ5孔工序9：检验工序10：入库工艺路线二：工序1：铸造工序2：时效处理工序3：钻、扩φ20孔工序4：钻φ8.8孔，攻丝M10孔工序5：钻φ5孔工序6：粗铣底端面工序7：粗铣φ25顶面工序8：粗铣φ35顶面工序9：检验工序10：入库通过分析上述方案，能够得出工艺路线一是先完成表面的加工，之后，以加工表面为基准，完成安装孔的加工，整体加工效率较高，能够满足加工要求，工艺路线二先完成安装孔的加工，之后，完成各种加工表面的加工，这种加工方式无法保证加工表面的加工精度，因此，选择方案一作为优选方案。

四、机械加工余量确定将各加工表面的工艺路线、工序（或工步）余量，工序（或工步）尺寸及其公差、表面粗糙度填入下表中。表4.1各工序间加工余量加工表面工步名称工步余量工序尺寸粗铣底端面粗铣330粗铣φ35顶端面粗铣320钻、扩φ20孔钻孔9φ18扩孔1φ20钻φ5孔钻孔5φ10五、确定工序的切削用量及基本工时工序3：粗铣底端面根据毛坯余量要求，确定零件被吃刀量为，选用高速钢面铣刀=80mm、齿数z=10，机床选用X51立式铣床。查表，确定进给量为0.1mm/z，切削速度为=85m/min。因此，能够计算得出主轴转速根据机床的性能和参数，选取转速：因此，能够确定切削速度为：进而，计算进给量为同时，计算工件的切削时间为工序4：粗铣φ25顶面根据毛坯余量要求，确定零件被吃刀量为，选用高速钢面铣刀=80mm、齿数z=10，机床选用X51立式铣床。查表，确定进给量为0.1mm/z，切削速度为=85m/min。因此，能够计算得出主轴转速根据机床的性能和参数，选取转速：因此，能够确定切削速度为：进而，计算进给量为同时，计算工件的切削时间为工序5：粗铣φ35顶面根据毛坯余量要求，确定零件被吃刀量为，选用高速钢面铣刀=80mm、齿数z=10，机床选用X51立式铣床。查表，确定进给量为0.1mm/z，切削速度为=85m/min。因此，能够计算得出主轴转速根据机床的性能和参数，选取转速：因此，能够确定切削速度为：进而，计算进给量为同时，计算工件的切削时间为工序6：钻、扩φ20孔机床：立式钻床Z525刀具：选高速钢锥柄麻花钻头。=1\*GB2⑴钻孔至φ18mm切削深度：进给量：查表，取。切削速度：查表，取。机床主轴转速：，取所以实际切削速度：机动时间：=2\*GB2⑵扩孔φ20刀具：选择硬质合金锥柄机用扩孔钻。切削深度：，且。进给量：查表得出，取。切削速度：查表，取。机床主轴转速：查表得取实际切削速度：机动时间：工序8：钻φ5孔机床：立式钻床Z535刀具：选高速钢锥柄麻花钻头。切削深度：进给量：查表，取。切削速度：查表，取。机床主轴转速：，取所以实际切削速度：机动时间：

六、钻φ5孔的专用夹具设计6.1定位方案设计在夹具设计中，工件在夹具中定位的主要工作内容包括：根据工件的表面结构特征和工序要求，确定工件需要限定的自由度；确定定位方式，即确定工作上的定位表面及其与之相对应的定位元件；分析工件各表面定位方式组合后限定自由度的情况，对欠定位的进行定位方案修改，对不必要的过程定位自由度采取消除措施。拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。本夹具的定位方案采用一面两销的定位方式，采用1个定位销定位φ20的圆孔，限制了X轴移动、Z轴移动2个自由度，采用平面定位，限制了X轴转动、Z轴转动、Y轴移动1个自由度，采用削边销定位φ8.8孔，限制了Y轴转动自由度。综上，该定位方案限制了工件的6个自由度，较好的满足零件加工要求，定位合理。6.2定位元件选型下图为几种常用固定式定位销的结构形式，当工件的孔径尺寸较小时，可选用图a所示的结构；当孔径尺寸较大时，选用图b所示的结构；当工件同时以圆孔和端面组合定位时，则应选用图c所示的带有支承端面的结构。用定位销定位时，短圆柱销限制二个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；短圆锥销限制三个自由度。工件以内孔作为定位基准的定位元件：定位销、心轴（整体式心轴、胀力心轴、组合心轴、球式心轴、自动夹紧心轴、盘形弹簧心轴、塑料心轴、橡胶心轴、花键心轴）工件以中心孔、端面外圆及端面内孔作为定位基准的定位元件：工件以中心孔作为定位基准用的顶针（前顶针、后顶针）、工件以端面外圆及端面内孔作为定位基准用的顶针（前顶针、后顶针）、传动装置（机心夹头、自动卡紧鸡心夹头、传动盘/拨盘、自动夹紧传动夹头、气压传动夹头）本工序采用圆孔和平面进行定位，圆孔是选择定位销方式进行定位，保证工件在加工工程中位置可靠。6.3计算定位误差该夹具以一个平面和2个定位销定位，要求保证孔轴线间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。工件以一面两孔定位，实际上是以一个平面和由两孔轴线组成的另一平面（组合基准要素）来组合定位，此例属组合定位的定位误差分析。经分析知，。，，，，，做出一批工件定位时产生最大角度误差的状态上图所示，图中工件上的两定位孔轴线用O1’和O2’表示，夹具上的两销轴线分别用O1和O2表示，C点为过O2’点做的两销连心线平行线与孔1直径线的交点，则于是有，定位误差是指误差的最大变化范围，考虑另一个产生最大角度误差的极限位置，则有又，故对钻孔的中心平面的角度这一参数来说，定位方案是合理的。从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。6.4夹紧方案设计夹紧元件是夹具工装中的重要组成部分，工件在定位完成之后，工件在这个位置是准确的位置，但是如果直接进行加工，工件会受到切削力的作用，出现位置的窜动，因此，需要采用夹紧元件对其进行固定，能够保证工件固定在准确的位置，不会被切削力影响，这些将工件固定在准确位置的元件是夹紧元件。夹紧元件需要由动力源、执行机构，通过动力源将动力传动给执行机构，执行机构采用某些结构形式，能够对工件进行夹紧动作，实现将工件固定在某个位置。夹紧元件的动力源可以采用液压、气动、人力三种形式，如果是生产规模较大、生产节拍较为紧凑，同时，工件尺寸较大，造成夹紧力也需要较大的场合，一般都是采用液压和气动形式，这种非人力的动力源能够极大地降低工人的劳动强度，提供工件的生产效率。为了节约加工成本，一般采用人力形式的动力源，采用工人手动执行夹紧动作，能够节约夹具的加工成本，夹紧结构易进行修改。本文设计的夹具结构主要采用快换垫圈作为夹紧机构。切削力公式：式中D=5mm，查表得出：即：实际所需夹紧力：查表得：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，查表可得：所以由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。选用1个快换垫圈夹紧机构，螺母为M4，M4螺母预紧力为2400N，因此，夹紧力大于所需夹紧力，故选用M4螺母作为夹紧螺母，安全可靠。6.5导引方案设计钻套是钻床夹具中的重要组成部分，主要是确定钻杆位置并到对钻杆导向的作用。钻杆一般都是细长形状的，同时，钻床切削较为剧烈，有振动、切削力等多项因素的干扰，如果不采用钻套结构，钻头会因为振动和失稳，对钻孔产生超挖，将钻孔的尺寸钻大。因此，在小孔的钻孔夹具设计过程中，大部分都会增加钻套装置，同时，钻套装置按照分类能够分为固定式、拆分式两种类别。拆分式钻套也叫快换型钻套，是包括钻套、衬套、螺钉等零件组成，嵌套和钻模板是过盈配合，嵌套首先和钻模板安装在一起，钻套和衬套是间隙配合方式，钻套能够很容易地放入到衬套内部，方便对钻套进行更换。由于本项目需要加工的零件为大批量生产，这种大批量生产对转套磨损较为剧烈，故选用快换钻套以减少更换钻套的辅助时间。6.6夹具体设计夹具体是连接钻床上面各设备的重要零件，需要将夹具体固定在加工机床上之后，其安装孔和定位销孔的位置精度需要能够保证图纸要求，这样加工出的零件才能够达到图纸要求。夹具体在加工过程中，承受较大的切削力，如果保证机床的加工精度能够达到要求，需要夹具体能够达到要求，这样才能够保证在加工过程中，机床加工精度能够稳定。6.7夹具装配图绘制1、钻模板安装准确后，用定位销定位；2、钻套工作面与定位支承板工作面垂直度误差不大于0.05mm；3、钻套工作面与夹具体安装基面垂直度误差不大于0.05mm；4、定位支承板工作面对夹具体安装基面平行度误差不大于0.02mm；5、装配过程中不允许磕、碰、划伤和锈蚀。对此夹具各个零件的装配关系见下图，下面我们来分析与说明它的工件原理：本项目采用定位的定位方式，能够限制六个自由度，满足对工件的加工要求。首先，在夹具体上安装定位销、钻模板等零件，之后，将工件安装在夹具体上，通过定位销定位，之后，通过快换垫圈和六角螺母完成对工件的夹紧。另一方面，钻孔上面都设置有钻模板和钻套，能够用于钻头的导向。本夹具操作简单，省时省力，装卸工件时只需靠六角螺母的松紧即可轻松实现，提高了工作效率。

七、设计心得制造业不仅仅是指加工人们所必须的产品，更包括生产多种自动化加工机床，为其他行业的运行与发展创造重要的载体。数控机床主要是能够实现对钢铁、不锈钢、碳合金钢等金属完成特定形状及特定要求的加工，不仅具有切削速度快、工人劳动强度低、人为失误率低、切削质量高等优点，而且，能够实现高效、高质量地完成复杂形状的加工。本项目设计的摇臂零件为典型的框架类零件，需要具备较