KCSJ-05支架加工工藝及車φ40孔夾具設計

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畢業(yè)設計(論文) 題 目:支架的機械加工工藝規(guī)程 及夾具設計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 摘 要 基于在支架的前提下，為了滿足加工精度的需要而設計2套夾具。組合夾具屬于柔性夾具，柔性夾具是以組合夾具為基礎的能適用于不同的機床、不同的產品或同一產品不同規(guī)格型號的機床夾具。柔性夾具元件具有較好的互換性和較高的精度及耐磨性，可根據不同機床和不同零件的加工要求，選用配套中的部分元件組裝成所需要的夾具。首先要分析加工零件的工藝以及技術要求，運用柔性夾具設計的基本原理和方法，擬定夾具設計方案以達到對支架進行合理的安裝、定位、夾緊的目的。在完成夾具草圖以后，進一步考慮元件之間的連接關系和固定方式，設計合理的結構實現各零部件間的相對運動。 關鍵詞：支架，加工工藝，加工方法，工藝文件，夾具 3 Abstract Based on the premise of the support, in order to meet the needs of the processing accuracy and design 2 sets of fixture. The modular fixture belongs to the flexible fixture, the flexible fixture is based on the combination of fixture can be applied to different machine tools, different products or the same product different specifications of the machine tool fixture. Flexible fixture component has a better exchange and high precision and good wear resistance, according to the processing requirements of different machines and different parts, the choice of matching parts of assembled into the fixture. First analyze the machining technology and technical requirements, the use of the basic principles and methods of flexible fixture design, fixture design scheme proposed in order to achieve the purpose of reasonable installation, positioning and clamping bracket. After the completion of the fixture sketch, the connection between the components and the fixed way is further considered, and the reasonable structure is designed to realize the relative movement between the parts.. Keywords: bracket, machining process, machining method, process file, fixture 29 目 錄 摘 要 3 Abstract 4 目 錄 5 第1章 緒 論 7 1.1 夾具的組成 7 1.2 常用定位元件及選用 8 1.2.1工件以平面定位 8 1.2.2工件以外圓柱定位 8 1.2.3工件以內孔定位 8 1.2.4對定位元件的基本要求 9 1.2.5常用定位元件所能限制的自由度 9 1.3 夾具設計目的與意義 9 1.4 專用夾具設計的國內外現狀 10 1.4.1 國內專用技術應用及現狀 10 1.4.2 專用工藝在國外的發(fā)展狀況 11 1.5 專用夾具設計的發(fā)展趨勢 12 第2章 零件的分析 14 2.1支架的結構及其工藝性分析 14 2.2支架的技術要求分析 15 2.3 毛坯的選擇 16 第3章 支架機械加工工藝路線的制定 17 3.1定位基準的選擇 17 3.2 擬定工藝路線 17 3.3 加工余量和工序尺寸的擬定 19 3.4 切削用量的確定 21 四 車孔車床夾具設計 29 4.1 車床夾具設計要求說明 29 4.2車床夾具的設計要點 29 4.3 定位機構 30 4.4夾緊機構 30 4.5零件的車床夾具的加工誤差分析 31 4.6 確定夾具體結構尺寸和總體結構 32 4.7 零件的車床專用夾具簡單使用說明 32 總 結 33 致 謝 34 參 考 文 獻 35 總結 36 參考文獻 37 致謝 38 第1章 緒 論 機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。 零件加工工藝及夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等的基礎下，進行的一個全面的考核。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證尺寸證零件的加工質量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產實踐的需要，只有將各種理論與生產實踐相結合，才能很好的完成本次設計。 本次設計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。 1.1 夾具的組成 雖然夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。將各類夾具中，作用相同的結構或元件加以概括，可得出夾具一般所共有的以下幾個組成部分，這些組成部分既相互獨立又相互聯(lián)系。 1．定位支承元件 定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影響工件加工的精度。 2．夾緊裝置 夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。 3．連接定向元件 這種元件用于將夾具與機床連接并確定夾具對機床主軸、工作臺或導軌的相互位置。 4．對刀元件或導向元件 這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工正確位置的元件稱為對刀元件，用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件稱為導向元件。 5．其它裝置或元件 根據加工需要，有些夾具上還設有分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機構、電動扳手和平衡塊等，以及標準化了的其它聯(lián)接元件。 6．夾具體 夾具體是夾具的基體骨架，用來配置、安裝各夾具元件使之組成一整體。常用的夾具體為鑄件結構、鍛造結構、焊接結構和裝配結構，形狀有回轉體形和底座形等形狀。 上述各組成部分中，定位元件、夾緊裝置、夾具體是夾具的基本組成部分。 1.2 常用定位元件及選用 工件在夾具中要想獲得正確定位，首先應正確選擇定位基準，其次是選擇合適的定位元件。工件定位時，工件定位基準和夾具的定位元件接觸形成定位副，以實現工件的六點定位。用定位元件選用時，應按工件定位基準面和定位元件的結構特點進行選擇。 1.2.1工件以平面定位 1.以面積較小的已經加工的基準平面定位時，選用平頭支承釘，以基準面粗糙不平或毛坯面定位時，選用圓頭支承釘，側面定位時，可選用網狀支承釘。 2.以面積較大、平面度精度較高的基準平面定位時，選用支承板定位元件，用于面定位時用不帶斜槽的支承板，通常盡可能選用帶斜槽的支承板，以利清除切屑。 3.以毛坯面，階梯平面和環(huán)形平面作基準平面定位時，選用自位支承作定位元件。但須注意，自位支承雖有兩個或三個支承點，由于自位和浮動作用只能作為一個支承點。 4.以毛坯面作為基準平面，調節(jié)時可按定位面質量和面積大小分別選用可調支承作定位元件。 5.當工件定位基準面需要提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時，可選用輔助支承作輔助定位元件，但須注意，輔助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新調整支承點高度，支承位置應選在有利工件承受夾緊力和切削力的地方。 1.2.2工件以外圓柱定位 1.當工件的對稱度要求較高時，可選用V形塊定位。V形塊工作面間的夾角α常取60°、90°、120°三種，其中應用最多的是90°V形塊。90°V形塊的典型結構和尺寸已標準化，使用時可根據定位圓柱面的長度和直徑進行選擇。V形塊結構有多種形式，有的V形塊適用于較長的加工過的圓柱面定位；有的V形塊適于較長的粗糙的圓柱面定位；有的V形塊適用于尺寸較大的圓柱面定位，這種V形塊底座采用鑄件，V形面采用淬火鋼件，V塊是由兩者鑲合而成。 2.當工件定位圓柱面精度較高時（一般不低于IT8），可選用定位套或半圓形定位座定位。大型軸類和曲軸等不宜以整個圓孔定位的工件，可選用半圓定位座。 1.2.3工件以內孔定位 1.工件上定位內孔較小時，常選用定位銷作定位元件。圓柱定位銷的結構和尺寸標準化，不同直徑的定位銷有其相應的結構形式，可根據工件定位內孔的直徑選用。當工件圓柱孔用孔端邊緣定位時，需選用圓錐定位銷。當工件圓孔端邊緣形狀精度較差時，選用圓錐定位銷；當工件需平面和圓孔端邊緣同時定位時，選用浮動錐銷。 2.在套類、盤類零件的車削、磨削和齒輪加工中，大都選用心軸定位，為了便于夾緊和減小工件因間隙造成的傾斜，當工件定位內孔與基準端面垂直精度較高時，常以孔和端面聯(lián)合定位。因此，這類心軸通常是帶臺階定位面的心軸，當工件以內花鍵為定位基準時，可選用外花鍵軸，當內孔帶有花鍵槽時，可在圓柱心軸上設置鍵槽配裝鍵塊；當工件內孔精度很高，而加工時工件力矩很小時，可選用小錐度心軸定位。 綜上：正確定位，必須選對定位基準。 1.2.4對定位元件的基本要求 1.限位基面應有足夠的精度。定位元件具有足夠的精度，才能保證工件的定位精度。 2.限位基面應有較好的耐磨性。由于定位元件的工作表面經常與工件接觸和磨擦，容易磨損，為此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夾具的使用壽命和定位精度。 3.支承元件應有足夠的強度和剛度。定位元件在加工過程中，受工件重力、夾緊力和切削力的作用，因此要求定位元件應有足夠的剛度和強度，避免使用中變形和損壞。 4.定位元件應有較好的工藝性。定位元件應力求結構簡單、合理，便于制造、裝配和更換。 5.定位元件應便于清除切屑。定位元件的結構和工作表面形狀應有利于清除切屑，以防切屑嵌入夾具內影響加工和定位精度。 1.2.5常用定位元件所能限制的自由度 定位元件可按工件典型定位基準面分為以下幾類： 1.用于平面定位的定位元件：括固定支承（釘支承和板支承），自位支承，可調支承和輔支承。 2.用于外圓柱面定位的定位元件：括V形架，定位套和半圓定位座等。 3.用于孔定位的定位元件：括定位銷（圓柱定位銷和圓錐定位銷），圓柱心軸和小錐度心軸。 1.3 夾具設計目的與意義 夾具是機械制造廠里的一種工藝裝備，機床夾具就是機床上用以裝夾工件的一種裝置，它使得工件相對于刀具或機床活動正確的位置，并在加工過程中不因外力的影響而變動。廣義的說夾具一種保證加工質量并能加速工藝過程的一種工藝裝備，而在機械制造領域中，機床夾具作為機床的一種輔助設備，用以對工件的定位和夾緊，其數量和種類很多，顯得相當重要。 機械制造離不開金屬切削機床，對于切削機床，機床夾具是保證機械加工質量、提高生產效率、降低生產成本、減輕勞動強度、降低對工人技術的過高要求、實現生產過程自動化不可或缺的重要工藝裝備之一。雖然各種數控機床和加工中心等，高度智能化的加工設備已經在我國各個生產單位已被廣泛使用，但是，在大部分情況下都還以普通專用機床為主要生產設備。因此，根據我國機械行業(yè)規(guī)?；魉a線生產的現狀，設計一款專用銑床夾具來滿足生產綱領高效、大批量的要求，是對機械設計從業(yè)人員的基本要求。我們必須掌握對銑床夾具的設計方法和設計思路，將其應用到實際生產中，從中不斷提高自己對所學理論知識的認識與運用能力。此次設計不僅可對整個大學專業(yè)課所學知識加以鞏固和彌補，更能鍛煉自身的自學能力，對于以后個人發(fā)展大有裨益。 隨著社會的發(fā)展，人類的進步，人們對于日常生活、工作中的物資需求呈現出了極大的多樣化與復雜化。傳統(tǒng)的簡單的產品已經難以再滿足人們的需求。而且在企業(yè)、工廠的運營過程中，需要的工具也不斷精細化與多樣化，給制造業(yè)帶來了新的難題。個性化的社會導致了制造產品大批量越來越少，更多的是需求多品種少批量，這種單件小值的生產模式是對傳統(tǒng)的機械加工產業(yè)模式的挑戰(zhàn)[1]。為此，制造技術的研究者提出了專用技術的科學理論及實現方法，從根本上解決了生產由于品種多、產量少帶來的矛盾。它是將多種零件按其工藝的相似性分類專用，以形成零件族，即把同一零件族中零件分散的小生產量匯聚成較大的專用生產量，從而使小批量生產能獲得接近于大批量生產的經濟效益，專用夾具便應運而生[2]。 專用夾具的應用可以擴大機床的使用范圍，提高生產效率和零件的加工質量，也能夠降低工人的勞動強度，縮短生產準備周期，提高勞動生產率[3]。而且隨著專用夾具的應用和發(fā)展，必將加速開拓專用技術新的應用領域。因此，專用夾具將是我國機械工業(yè)今后夾具發(fā)展的一個主要方面。 1.4 專用夾具設計的國內外現狀 1.4.1 國內專用技術應用及現狀 1.專用技術的應用 目前發(fā)展的專用技術是應用系統(tǒng)工程學的觀點，把中、小批生產中的設計制造和管理等方面作為一個生產系統(tǒng)整體，統(tǒng)一協(xié)調生產活動的各個方面，全面實施專用技術以提高綜合經濟效益。 （1）產品設計方面。由于用專用技術指導設計，賦予各類零件以更大的相似類，這就為在制造管理方面實施專用技術奠定了良好的基礎，使之取得更好的效果。以專用技術為指導的設計合理化和標準化工作將為實現計算機輔助設計(CAD)奠定良好的基礎；為設計信息最大程度地重復使用，加快設計速度，節(jié)約時間作出貢獻。據統(tǒng)計，當設計一種新產品時，往往有3/4以上的零件設計可參考借鑒或直接引用原有的產品圖紙，從而減少新設計的零件，這不僅可免除設計人員的重復性勞動，也可以減少工藝準備工作和降低制造費用。 （2）制造工藝方面。專用技術在制造工藝方面最先得到廣泛應用。開始是用于專用工序，即把加工方法、安裝方式和機床調整相近的零件歸結為零件組，設計出適用于全組零件加工的專用工序。專用工序允許采用同一設備和工藝裝置，以及相同或相近的機床調整加工全組零件，這樣，只要能按零件組安排生產調度計劃，就可以大大減少由于零件品種更換所需要的機床調整時間。此外，由于零件組內諸零件的安裝方式和尺寸相近，可設計出應用于專用工序的公用夾具，只要進行少量的調整或更換某些零件，公用夾具就可適用于全組零件的工序安裝。 （3）生產組織管理方面。專用加工要求將零件按工藝相似性分類形成加工族，加工同一加工族有其相應的一組機床設備。因此，很自然專用生產系統(tǒng)要求按模塊化原理組織生產，即采取專用生產單元的生產組織形式。專用技術是計算機輔助管理系統(tǒng)技術基礎之一。這是因為運用專用技術基本原理將大量信息分類專用，并使之規(guī)格化、標準化，這將有助于建立結構合理的生產系統(tǒng)公用數據庫，可大量壓縮信息的儲存量；由于不再是分別針對一個工程問題和任務設計程序，可使程序設計優(yōu)化[5]。 2. 發(fā)展現狀 專用技術從20世紀50年代提出到如今已經歷了近50年的發(fā)展和應用。專用技術作為一門綜合性的生產技術科學是計算機輔助設計、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助制造（CAM）和柔性制造系統(tǒng)等方面的技術基礎。我國早在20世紀60年代初就在紡織機械、飛機、機床及工程機械等機械制造業(yè)中推廣應用專用技術，并初見成效。因此，專用技術受到國家有關部、局和工廠企業(yè)，研究所及高等院校的重視。目前，正積極開展這一方面的科學研究、人材培訓和推廣應用等工作。原機械部設計研究院負責組織研制的全國機械零件分類編碼系統(tǒng)JLBM I，它將對我國推廣應用專用技術起到積極推進作用。我國不少高等工業(yè)院校結合教學和科研工作，在專用技術基本理論及其應用方面，如零件分類編碼系統(tǒng)、零件分類專用方法和計算機輔助編碼、分類、工藝設計、零件設計、生產管理的軟件系統(tǒng)等方面都開展了許多研究工作，并取得了不少成果?？梢韵嘈?，隨著應用推廣和科研工作的持續(xù)開展，專用技術對提高我國機械工業(yè)的制造技術和生產管理水平將日益發(fā)揮其重要的作用[6]。 1.4.2 專用工藝在國外的發(fā)展狀況 專用工藝作為一種先進的工藝方法和生產準備方法，先后在蘇聯(lián)、民德、捷克、波蘭以及英國、法國、日本等國已經逐步得到了應用，并獲得了良好的經濟效果。由于它能縮短單件、小批生產的準備時間，擴大加工批量，提高生產效率，為適應多品種生產的發(fā)展創(chuàng)造了條件。機床工業(yè)具有多品種、小批量生產的特點，因而近年來在國外有不少機床制造廠家先后也采用了專用工藝技術。如日本三菱公司的機床制造部門也引進了專用工藝技術[7]。據介紹，該公司從引進專用工藝到過渡為新的管理系統(tǒng)只用了半年時間。他們引進專用工藝分為兩個階段進行。第一階段主要是進行零件的編碼和分類，確定機床布局，按類似零件設置專用生產線，以改進加工技術，縮短加工時間，并為在新的生產管理系統(tǒng)中采用電子數據處理系統(tǒng)創(chuàng)造條件。第二階段的任務著重在設計部門推廣和應用專用工藝。通過有效地利用現有圖紙及標準化以減少圖紙數量及設計工時。依靠反復使用質量穩(wěn)定而有效的零件圖紙，保證產品質量，擴大加工批量，從而降低成本，縮短生產周期，并為采用專用夾具、專用機床以及數控機床等高效率的設備創(chuàng)造條件。 英國赫伯特(Herbert) 公司的埃奇維克 (Edgwick)和馬肯當一萊恩(Mackadown Lane)工廠也成功地應用了專用工藝?，F在埃奇維克廠有26個專用加工工段。在馬肯當一萊恩廠有18個專用加工工段。這些工段所加工的零件相當于赫伯特公司制造的機床零件的90%以上。其余零件則在非專用加工線上加工。該公司采用專用工藝后，使新產品的生產周期由原來的12~18個月減為平均6個月；其次是減少庫存和再制品數量。據該公司介紹，采用專用工藝后，生產效率可提高60%。另外該公司還特別從專用加工的觀點出發(fā)，發(fā)展了小批、中批及大批生產用的自動化車床[8]。 隨著生產的不斷發(fā)展，進一步提高勞動生產率，今后專用工藝的采用將會更加廣泛。 1.5 專用夾具設計的發(fā)展趨勢 專用夾具由于能夠利用加工零件工藝上的相似性，并且適應工件特征在一定范圍內的變化而得到推廣和應用，如何提高專用夾具設計效率成為需要重點解決的問題之一[9]。 組合夾具與專用夾具都適用于中小批生產和新產品試制，任何事物都不是十全十美的，組合夾具可多次重復使用，縮短生產準備周期，但制造成本高，組裝后笨重復雜，剛性差，積累誤差大，而專用夾具可克服組合夾具的不足，組裝調整時間短，生產和技術管理較方便。采用專用夾具是企業(yè)全面實行專用技術的需要，是實現專用加工的重要手段和工具，而專用加工是實施專用技術的重要領域和必要的環(huán)節(jié)[10]。夾具設計正朝著多功能、模塊化、高精度、高剛性、高強度、通用化、快速化和自動化的方向發(fā)展[11]。 1.國內外研究現狀 目前發(fā)展的專用技術是應用系統(tǒng)工程學的觀點，把中、小批生產中的設計制造和管理等方面作為一個生產系統(tǒng)整體，統(tǒng)一協(xié)調生產活動的各個方面，全面實施專用技術以提高綜合經濟效益。 專用技術從20世紀50年代提出到如今已經歷了近50年的發(fā)展和應用。專用技術作為一門綜合性的生產技術科學是計算機輔助設計、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助制造和柔性制造系統(tǒng)等方面的技術基礎。我國早在20世紀60年代初就在紡織機械、飛機、機床及工程機械等機械制造業(yè)中推廣應用專用技術，并初見成效。因此，專用技術受到國家有關部、局和工廠企業(yè)，研究所及高等院校的重視。目前，正積極開展這一方面的科學研究、人材培訓和推廣應用等工作。可以相信，隨著應用推廣和科研工作的持續(xù)開展，專用技術對提高我國機械工業(yè)的制造技術和生產管理水平將日益發(fā)揮其重要的作用[4]。 專用工藝作為一種先進的工藝方法和生產準備方法，先后在蘇聯(lián)、民德、捷克、波蘭以及英國、法國、日本等國已經逐步得到了應用，并獲得了良好的經濟效果。由于它能縮短單件、小批生產的準備時間，擴大加工批量，提高生產效率，為適應多品種生產的發(fā)展創(chuàng)造了條件。機床工業(yè)具有多品種、小批量生產的特點，因而近年來在國外有不少機床制造廠家先后也采用了專用工藝技術[5]。 2.發(fā)展趨勢 專用夾具由于能夠利用加工零件工藝上的相似性，并且適應工件特征在一定范圍內的變化而得到推廣和應用，如何提高專用夾具設計效率成為需要重點解決的問題之一[6]。 組合夾具與專用夾具都適用于中小批生產和新產品試制，任何事物都不是十全十美的，組合夾具可多次重復使用，縮短生產準備周期，但制造成本高，組裝后笨重復雜，剛性差，積累誤差大，而專用夾具可克服組合夾具的不足，組裝調整時間短，生產和技術管理較方便。采用專用夾具是企業(yè)全面實行專用技術的需要，是實現專用加工的重要手段和工具，而專用加工是實施專用技術的重要領域和必要的環(huán)節(jié)[7]。夾具設計正朝著多功能、模塊化、高精度、高剛性、高強度、通用化、快速化和自動化的方向發(fā)展[8]。 3.本課題主要討論的問題 本次設計主要介紹了銑床夾具的的一般設計思想和方法。所給零件為一矩形工件，有形狀和位置公差的要求，所以對夾具的精度有較高的要求。并且夾具的設計要符合銑床夾具的特性。明確設計的要求和意圖；然后對原始資料(零件圖、技術要求等)進行分析，然后提出具體的定位、夾緊、對刀方案，并進行精度分析；最后繪制出夾具的零件圖及裝備圖， 第2章 零件的分析 2.1支架的結構及其工藝性分析 由支架零件圖可知，該支架結構形狀對稱布置。主要由底板、肋板和圓柱孔等部分構成。支架的主要加工表面有：支架底面、肋板孔與圓柱孔、肋板孔內端面及圓柱孔上端面等。其中支架底面的表面粗糙度Ra≤1.6μm，肋板內表面的表面粗糙度Ra≤3.2μm，定位孔φ6H7，肋板上的孔徑φ40H7，圓柱孔的孔徑φ60H8，兩肋板間的距離75H8，以及圓柱孔的內表面與上端面的表面粗糙度Ra≤3.2μm是重要尺寸。 2.2支架的技術要求分析 該支架零件的主要技術要求為： 1. 未注明圓角半徑R5； 2. 2×φ40H7孔的同軸度允許誤差為0.01； 3. 2×φ40H7孔與A面的平行度允許誤差為0.02； 4. φ60H8孔與A面垂直度允許誤差為0.01； 5. 兩圓柱孔中心距極限偏差為±0.25mm； 6. 肋板孔中心線距支架底板的距離的極限偏差為±0.05mm； 7. 圓柱孔與肋板孔的中心距極限偏差為±0.15mm。 2.3 毛坯的選擇 題目給定的是支架零件，該零件年產量為4000件，設其備品率α為4%，機械加工廢品率β為1%，則該零件的年生產綱領為： N=Qn(1+α%+β%)=4000×1（1+4%+1%)=4200(件/年)。 查表可知該產品為大批生產。在毛坯的制造方法及加工余量、機床設備及機床布置、夾具及尺寸保證、刀具量具、生產率、成本等各方面需要結合零件自身的特點，采用先進鑄造方法、自動機床與專用機床、高效專用夾具、刀具量具以提高生產率和加工質量，降低生產成本。 該支架零件的結構形狀較復雜以及大批量生產的生產綱領確定采用熔模鑄造方式生產，因此毛坯形狀可以與零件的形狀盡量接近，鑄造出肋板孔與圓柱孔。毛坯尺寸通過確定加工余量后再決定。毛坯材料是HT200。 第3章 支架機械加工工藝路線的制定 支架的工藝特點是：外形較復雜，尺寸精度、形狀精度、和位置精度及表面粗糙度要求較高。上訴工藝特點決定了支架在機械加工時存在一定的困難，因此在確定支架的工藝過程時應注意定位基準的選擇，以減少定位誤差；夾緊力方向和夾緊點的選擇要盡量減少夾緊變形；對于主要表面，應粗、精加工分階段進行，以減少變形對加工精度的影響。 3.1定位基準的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程中的重要工作之一?；孢x擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產無法正常運行。 3.1.1粗基準的選擇 遵照“保證不加工表面與加工表面相互精度原則”的粗基準選擇原則（即 零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作為粗基準；若零件有若干個不加工表面時則應與這些加工表面要求相對精度較高的不加工表面作為粗基準）這里先選擇圓柱孔上端面為粗基準。 3.1.2精基準的選擇 根據精基準的選擇原則，選擇精基面時，首先應考慮基準重合的問題，即在可能的情況下，應盡量選擇加工表面的設計基準作為定位基準。本支架零件 以加工好的支架底面作為后續(xù)工序如銑圓柱孔上端面、鏜肋板孔等工序的精基準。 3.2 擬定工藝路線 3.2.1加工方法的選擇和加工階段的劃分 支架底面的表面粗糙度要求較高，Ra≤1.6，所以確定最終加工方法為精銑。精銑前要進行粗銑、半精銑。 肋板內表面與圓柱孔上端面的表面粗糙度要求較高，Ra≤3.2，所以確定最終加工方法為精銑。精銑前要進行粗銑、半精銑。 肋板上的孔與圓柱孔的位置精度和表面粗糙度要求較高，Ra≤3.2，所以確定最終加工方法為半精鏜。半精鏜前要進行粗鏜。 裝配孔的精度要求較高，最終加工方法為精鉸。精鉸前要進行鉆孔。 沉頭孔沒有位置精度與表面粗糙度要求，故采用鉆孔、锪孔就能達到圖紙上的設計要求。 完成其他次要表面的加工。 3.2.2工藝路線的擬定 在工藝路線的擬定過程中要遵循機械加工工序順序的安排原則。即： （1） 基準先行 按照“先基面后其它”的順序，先加工精基準面，再以加工 出的精基準面為定位基準，安排其它表面的加工。 （2） 先粗后精 按先粗后精的順序，對精度要求高的各主要表面進行粗加 工、半精加工和精加工。 （3） 先主后次 先考慮主要表面加工，再考慮次要表面加工。次要表面的加 工，通常從加工方便與經濟角度出發(fā)進行安排。次要表面和 主要表面之間往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加 工后，以主要表面定位加工主要表面。 （4） 先面后孔 當零件有較大的平面可以作定位基準時，先將其加工出來， 再以面定位孔加工，這樣可以保證定位準確、穩(wěn)定。 （5） 關鍵工序 對易出現廢品的工序，精加工或光整加工可適當提前。在一 般情況下，主要表面的精加工和光整加工應放在最后階段進 行。 制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理保證。在生產綱領已經確定為大批生產的條件下，可以考慮采用萬能機床配以專用夾具，并盡量使工序分散來提高生產效率。除此之外，還應該考慮經濟效果，以便使生產成本盡量降低。 方案分析與比較，方案一是先鉆擴鉸對角線上兩個Φ8孔到工序尺寸，方案二是先銑75H8開擋到工序尺寸，比較發(fā)現方案一的設計可以方便為后續(xù)方案尋找定位基準，利用Φ8定位銷孔加工其他部位比較精確。故選擇方案一。 3.3 加工余量和工序尺寸的擬定 工序余量是指相鄰兩工序的工序尺寸之差，也就是在一道工序中所切除的金屬層厚度，在確定工序間加工余量時，應遵循兩個原則： 1. 加工余量應盡量小，以縮短加工時間；提高效率；降低制造成本；延長機 床刀具使用壽命。 2. 加工余量應保證按此余量加工后，能達到零件圖要求的尺寸、形狀、位置 公差和表面粗糙度，工序公差不應超出經濟加工精度范圍；本工序的余量應大于上工序留下的尺寸公差、行為公差和表面缺陷厚度。 根據經驗法選取毛坯公差取T=±2mm。其余各工序尺寸及公差查《機械加工工藝手冊》可得。 表1 各工序尺寸及公差的計算結果 加工表面 工步（工步）名稱 工序（工序）余量 工序（工步） 基本尺寸 經濟精度公差 表面粗糙度 工序尺寸及公差 支架底面 毛坯 28±2 粗銑 1.5 26.5 IT12 Ra≤6.3 半精銑 1.0 25.5 IT10 Ra≤3.2 精銑 0.5 25.0 IT9 Ra≤1.6 圓柱孔上 端面 毛坯 88±2 粗銑 1.5 86.5 IT12 半精銑 1.0 85.5 IT10 Ra≤6.3 精銑 0.5 85 IT9 Ra≤3.2 圓柱孔 毛坯 54.0±2 粗鏜 2Z=4.0 58.0 IT12 Ra≤6.3 半精鏜 2Z=2.0 60.0 IT9 Ra≤3.2 肋板內表 面 毛坯 72±2 粗銑 2.5 74.5 IT12 Ra≤12.5 半精銑 0.5 75.0 IT10 Ra≤3.2 肋板孔 毛坯 35±2 粗鏜 2Z=3.0 38.0 IT12 Ra≤6.3 半精鏜 2Z=2.0 40.0 IT9 Ra≤3.2 沉頭孔 鉆孔 8.0 IT12 Ra≤12.5 鉆孔 14.5 IT12 Ra≤12.5 锪孔 0.5 15.0 IT12 Ra≤12.5 裝配孔 鉆孔 5.8 IT12 Ra≤12.5 精鉸 0.2 6.0 IT8 Ra≤1.6 3.4 切削用量的確定 工序 40 粗銑圓柱孔上端表面 （1）選擇加工設備與工藝裝備 本工序及隨后兩道工序是加工出圓柱孔上端面，以達到要求的表面粗糙度及要求尺寸。 根據《工藝綜合課程設計》表5-5選擇X5032立式銑床。工作臺面尺寸寬320mm、長1320mm，工作臺面最大行程縱向700mm、橫向255mm、垂向370mm，主電動機功率7.5kW、總功率9.09kW。 根據《機械加工工藝手冊》表9.2-1，選用鑲齒套式面銑刀，刀片材料選用硬質合金鋼，牌號為YT15，查表9.2-8選銑刀的規(guī)格尺寸為，D=50。 夾具選用專用夾具。 （2）確定切削用量 a. 確定背吃刀量 粗銑時，為提高切削效率，一般選擇銑削背吃刀量等于加工余量，一個工作行程銑完。因為粗銑的余量為1.5mm，一次走刀完成，所以選擇背吃刀量a=1.5mm b. 確定進給量 根據《工藝綜合課程設計》表5-72，選擇每齒進給量fz為0.3mm/z。 c. 初選切削速度 根據《工藝綜合課程設計》表5-72，選擇切削速度Vc=34.6m/min。 （3）確定銑刀的磨鈍標準及耐用度 根據《機械加工工藝手冊》表9.4-6取粗銑時鑲齒套式面銑刀的磨鈍標準為1.7mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。 （4）確認機床主軸轉速 和切削速度 ==r/m≈220r/m 按照X5032銑床說明書選取實有的機床主軸轉速為270r/m,故實際的切削速度為==r/m=42.4r/m （5）校驗機床功率 根據《工藝綜合》表3-1知，單位切削力=1118N/,=1；查表3-3，得=1.20；其它切削條件修正系數為1，故切削力 =f=1118×1.5×0.3×1×1.20N=603.7N 切削功率 =/60000=603.7×42.4/60000kW=0.43kW 由機床說明書知，X5032機床主電動機功率=7.5kW,取機床效率η=0.55，則 /η=0.43/0.55kW=0.57kW＜ 故機床功率夠用。 工序50 半精銑圓柱孔上端面表面 （1）選擇刀具 根據《工藝綜合課程設計》表5-18，選用鑲齒套式面銑刀。 （2）確定切削用量 a. 確定背吃刀量 半精銑時的背吃刀量一般為0.5―2mm，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=1.0mm。 b. 確定進給量 根據《工藝綜合課程設計》表5-72，選擇每齒進給量fz為0.2mm/z。 c. 初選切削速度 根據《工藝綜合課程設計》表5-72，選擇切削速度Vc=40m/min。 （3）確定銑刀的磨鈍標準及耐用度 根據《機械加工工藝手冊》表9.4-6取半精銑時鑲齒套式面銑刀的磨鈍標準為1.8mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。 （4）確認機床主軸轉速 和切削速度 ==r/m≈255r/m 按照X5032銑床說明書選取實有的機床主軸轉速為270r/m,故實際的切削速度為==r/m=42.4r/m （5）校驗機床功率 根據《工藝綜合》表3-1知，單位切削力=1118N/,=1；查表3-3，得=1.20；其它切削條件修正系數為1，故切削力 =f=1118×1.5×0.3×1×1.20N=603.7N 切削功率 =/60000=603.7×42.4/60000kW=0.43kW 由機床說明書知，X5032機床主電動機功率=7.5kW,取機床效率η=0.55，則 /η=0.43/0.55kW=0.57kW＜ 故機床功率夠用。 工序60 精銑圓柱孔上端面 （1）選擇刀具 根據《工藝綜合課程設計》表5-18，選用鑲齒套式面銑刀。 （2）確定切削用量 a. 確定背吃刀量 精銑時一般為0.1-1mm或更小，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=0.5mm。 b. 確定進給量 根據《工藝綜合課程設計》表5-72，選擇每齒進給量fz為0.12mm/z。 c. 初選切削速度 根據《工藝綜合課程設計》表5-72，選擇切削速度Vc=58.5m/min。 （3）確定銑刀的磨鈍標準及耐用度 根據《機械加工工藝手冊》表9.4-6取精銑時鑲齒套式面銑刀的磨鈍標準為0.4mm。由表9.4-7查得刀具的耐用度T=180min。 （4）確認機床主軸轉速 和切削速度 ==r/m≈373r/m 按照X5032銑床說明書選取實有的機床主軸轉速為360r/m,故實際的切削速為==r/m=56.5r/m （5）校驗機床功率 根據《工藝綜合》表3-1知，單位切削力=1118N/,=1；查表3 得=1.20；其它切削條件修正系數為1，故切削力 =f=1118×1.5×0.3×1×1.20N=603.7N 切削功率 =/60000=603.7×56.5/60000kW=0.57kW 由機床說明書知，X5032機床主電動機功率=7.5kW,取機床效率η=0.55，則 /η=0.57/0.55kW=0.56kW＜ 故機床功率夠用。 工序110 粗鏜肋板孔 （1）選擇機床與刀具 根據《工藝綜合課程設計》表5-9，選擇T618臥式鏜床，由表5-26選擇機夾單刃鏜刀的桿部直徑d（g7）為25mm，最小鏜孔直徑D為32mm。 （2）確定切削用量 a. 確定背吃刀量 由表5-69，選擇粗鏜的刀具材料為高速鋼，刀具類型為刀頭。取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=3mm。 b. 確定進給量 由表5-69知，f=0.2mm/r c. 初選切削速度 由表5-69知，Vc=0.4m/s （3）確定鏜刀的磨鈍標準及耐用度 根據《工藝綜合課程設計》表3-7取粗鏜時單刃鏜刀刀具的耐用度T=50min。 （4）確認機床主軸轉速 和切削速度 ==r/m≈191r/m 按照T618鏜床說明書選取實有的機床主軸轉速為200r/m,故實際的切削速度為==r/m=25.1r/m （5）校驗機床功率 根據《工藝綜合》表3-1知，單位切削力=1118N/,=1.06；查表3-3，得=1.40；其它切削條件修正系數為1，故切削力 =f=1118×3×0.2×1.06×1.40N=995.5N 切削功率 =/60000=995.5×25.14/60000kW=0.42kW 由機床說明書知，T618機床主電動機功率=5.5kW,取機床效率η=0.55，則 /η=0.42/0.55kW=0.56kW＜ 故機床功率夠用。 工序120 半精鏜肋板孔 （1）選擇機床與刀具 根據《工藝綜合課程設計》表5-9，選擇T618臥式鏜床，由表5-26選擇機夾單刃鏜刀的桿部直徑d（g7）為25mm，最小鏜孔直徑D為32mm。 （2）確定切削用量 a. 確定背吃刀量 由表5-69，選擇粗鏜的刀具材料為高速鋼，刀具類型為刀頭。取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即a=2mm。 b. 確定進給量 由表5-69知，f=0.5mm/r c. 初選切削速度 由表5-69知，Vc=0.6m/s （3）確定鏜刀刀的磨鈍標準及耐用度 根據《工藝綜合課程設計》表3-7取半精鏜時單刃鏜刀刀具的耐用度T=50min。 （4）確認機床主軸轉速 和切削速度 ==r/m≈287r/m 按照T618鏜床說明書選取實有的機床主軸轉速為300r/m,故實際的切削速度為==r/m=37.7r/m （5）校驗機床功率 根據《工藝綜合》表3-1知，單位切削力=1118N/,=1.06；查表3-3，得=1.40；其它切削條件修正系數為1，故切削力 =f=1118×2×0.5×1.06×1.40N=1659.1N 切削功率 =/60000=1659.1×37.7/60000kW=1.04kW 由機床說明書知，T618機床主電動機功率=5.5kW,取機床效率η=0.55，則 /η=1.04/0.55kW=1.39kW＜ 故機床功率夠用。 工序160 鉆φ6裝配孔 （1） 選擇刀具 根據《工藝綜合課程設計》表5-21，選用直徑為5.8的標準高速鋼麻花鉆。由表5-6選擇Z5125A立式鉆床，工作臺面尺寸為（550×400）mm，總功率為2.3Kw，主電動機功率為2.2Kw。 （2） 確定切削用量 a. 確定背吃刀量 因為第一次鉆孔的加工余量為5.8mm。一次工作行程鉆完，所以選擇背吃刀量a=5.8mm。 b. 確定進給量 根據《工藝綜合課程設計》表5-64，選擇進給量f為0.27mm/r c. 確定切削速度 根據《工藝綜合課程設計》表5-66,選擇切削速度Vc=0.42m/s （3）確定鉸刀的磨鈍標準及耐用度 根據《工藝綜合課程設計》表3-7,取鉆削時麻花鉆刀具的耐用度T=100min。 （4）鉆削基本時間的計算 根據《工藝綜合課程設計》表3-11知,鉆孔的基本時間計算公式為: 式中,=(D/2)cot= 計算得=1.2s 工序170 精鉸φ6裝配孔 （1）選擇刀具 根據《工藝綜合課程設計》表5-21，選擇d=6mm的直柄機用鉸刀。由表5-6選擇Z5125A立式鉆床，工作臺面尺寸為（550×400）mm，總功率為2.3Kw，主電動機功率為2.2Kw。 （2）確定切削用量 a. 確定背吃刀量 因為鉸孔的加工余量為0.2mm。一次工作行程鉸完，所以選擇背吃刀量a=0.2mm。 b. 確定進給量 根據《工藝綜合課程設計》表5-68，選擇進給量f為1.00mm/r c. 確定切削速度 根據《工藝綜合課程設計》表5-66,選擇切削速度Vc=0.20m/s 四 車孔車床夾具設計 4.1 車床夾具設計要求說明 車床夾具主要用于加工40夾具。因而車床夾具的主要特點是工件加工表面的中心線與機床主軸的回轉軸線同軸。 （1） 安裝在車床主軸上的夾具。這類夾具很多，有通用的三爪卡盤、四爪卡盤，花盤，頂尖等，還有自行設計的心軸；專用夾具通常可分為心軸式、夾頭式、卡盤式、角鐵式和花盤式。這類夾具的特點是加工時隨機床主軸一起旋轉，刀具做進給運動 定心式車床夾具 在定心式車床夾具上，工件常以孔或外圓定位，夾具采用定心夾緊機構。 角鐵式車床夾具 在車床上加工殼體、支座、杠桿、接頭等零件的回轉端面時，由于零件形狀較復雜，難以裝夾在通用卡盤上，因而須設計專用夾具。這種夾具的夾具體呈角鐵狀，故稱其為角鐵式車床夾具。 花盤式車床夾具 這類夾具的夾具體稱花盤，上面開有若干個T形槽，安裝定位元件、夾緊元件和分度元件等輔助元件，可加工形狀復雜工件的外圓和內孔。這類夾具不對稱，要注意平衡。 （2） 安裝在托板上的夾具。某些重型、畸形工件，常常將夾具安裝在托板上。刀具則安裝在車床主軸上做旋轉運動，夾具做進給運動。 由于后一類夾具應用很少，屬于機床改裝范疇。而生產中需自行設計的較多是安裝在車床主軸上的專用夾具，所以零件在車床上加工用專用夾具。 4.2車床夾具的設計要點 （1）定位裝置的設計特點和夾緊裝置的設計要求 當加工回轉表面時，要求工件加工面的軸線與機床主軸軸線重合，夾具上定位裝置的結構和布置必須保證這一點。 當加工的表面與工序基準之間有尺寸聯(lián)系或相互位置精度要求時，則應以夾具的回轉軸線為基準來確定定位元件的位置。 工件的夾緊應可靠。由于加工時工件和夾具一起隨主軸高速回轉，故在加工過程中工件除受切削力矩的作用外，整個夾具還要受到重力和離心力的作用，轉速越高離心力越大，這些力不僅降低夾緊力，同時會使主軸振動。因此，夾緊機構必須具有足夠的夾緊力，自鎖性能好，以防止工件在加工過程中移動或發(fā)生事故。對于角鐵式夾具，夾緊力的施力方式要注意防止引起夾具變形。 （2）夾具與機床主軸的連接 車床夾具與機床主軸的連接精度對夾具的加工精度有一定的影響。因此，要求夾具的回轉軸線與臥式車床主軸軸線應具有盡可能小的同軸度誤差。 心軸類車床夾具以莫氏錐柄與機床主軸錐孔配合連接，用螺桿拉緊。有的心軸則以中心孔與車床前、后頂尖安裝使用。 根據徑向尺寸的大小，其它專用夾具在機床主軸上的安裝連接一般有兩種方式： 1)對于徑向尺寸D＜140mm，或D＜(2～3)d的小型夾具，一般用錐柄安裝在車床主軸的錐孔中，并用螺桿拉緊，如圖1-a所示。這種連接方式定心精度較高。 2)對于徑向尺寸較大的夾具，一般用過渡盤與車床主軸軸頸連接。過渡盤與主軸配合處的形狀取決于主軸前端的結構。 圖1-b所示的過渡盤，其上有一個定位圓孔按H7/h6或H7/js6與主軸軸頸相配合，并用螺紋和主軸連接。為防止停車和倒車時因慣性作用使兩者松開，可用壓板將過渡盤壓在主軸上。專用夾具則以其定位止口按H7/h6或H7/js6裝配在過渡盤的凸緣上，用螺釘緊固。這種連接方式的定心精度受配合間隙的影響。為了提高定心精度，可按找正圓校正夾具與機床主軸的同軸度。 對于車床主軸前端為圓錐體并有凸緣的結構，如圖1-c所示，過渡盤在其長錐面上配合定心，用活套在主軸上的螺母鎖緊，由鍵傳遞扭矩。這種安裝方式的定心精度較高，但端面要求緊貼，制造上較困難。 圖1-d所示是以主軸前端短錐面與過渡盤連接的方式。過渡盤推入主軸后，其端面與主軸端面只允許有0.05～0.1mm的間隙，用螺釘均勻擰緊后，即可保證端面與錐面全部接觸，以使定心準確、剛度好。 圖1 車床夾具與機床主軸的連接 過渡盤常作為車床附件備用，設計夾具時應按過渡盤凸緣確定專用夾具體的止口尺寸。過渡盤的材料通常為鑄鐵。各種車床主軸前端的結構尺寸，可查閱有關手冊 4.3 定位機構 本工件在加工孔時采用一面兩孔作為定位基準，易于做到工藝過程中的基準統(tǒng)一，保證工件的相對位置精度，且具有支撐面大，支撐剛性好等優(yōu)點； 本工件采用底面和一對對角工藝孔作為定位基準，工件底面為第一定位基準，限制了x、y方向轉動，z方向移動三個自由度；圓柱銷為第二定位基準限制了x、y方向移動兩個自由度；菱形銷為第三定位基準，它和圓柱銷聯(lián)合限制了z方向轉動自由度，所以此定位方案符合六點定位原理，采用對稱壓板將工件壓緊。 4.4夾緊機構 選擇工件的夾緊方案，夾緊方案的選擇原則是夾得穩(wěn)，夾得勞，夾得快。選擇夾緊機構時，要合理確定夾緊力的三要素：大小、方向、作用點。夾緊裝置的基本要求如下： 8. 夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置； 9. 夾緊力要適當，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉動、不震動，又不因夾緊力過大而使工件表面損傷、變形。 10. 夾緊機構的操作應安全、方便、迅速、省力。 11. 機構應盡量簡單，制造、維修要方便。 分析零件加工要素的性質，確定夾緊動力源類型為手動夾緊，夾緊裝置為壓板，壓緊力來源為螺旋力。夾具的具體結構與參數見夾具裝配圖和零件圖。 工件夾緊方式的確定 從夾緊動力源選擇：手動夾緊 確定主夾緊機構： 螺栓壓板 4.5零件的車床夾具的加工誤差分析 工件在車床夾具上加工時，加工誤差的大小受工件在夾具上的定位誤差、夾具誤差、夾具在主軸上的安裝誤差和加工方法誤差的影響。 如夾具圖所示，在夾具上加工時，尺寸的加工誤差的影響因素如下所述： 1. 確定兩銷中心距及尺寸公差（中心距公差需采用對稱公差的標注形式） 兩銷中心距基本尺寸Ld＝兩孔中心距基本尺寸==134.4mm，公差按劃線等級取0.4mm 兩銷中心距的尺寸公差TLd＝（1/3～1/5）TLD =1/40.4=0.10mm 兩銷中心距尺寸及公差的標注：Ld±δLd/2=134.4±0.05mm 2. 確定圓柱銷的尺寸及公差 圓柱銷直徑的基本尺寸d1＝工件孔1的最小極限尺寸=10.5mm 圓柱銷按g6制造（T=0.011mm） 即=Φmm 3. 查表確定削邊銷尺寸b及B b=4mm B=10.5-2=8.5mm 4. 確定削邊銷的直徑尺寸及公差 δ===0.188mm 按h6級確定公差：=Φ 5. 計算定位誤差——目的是分析定位方案的可行性 因為定位方向與加工尺寸方向垂直，且被加工表面無尺寸公差要求，為次要加工表面，只要保證粗糙度為Ra12.5，故只需進行轉角誤差計算即可。 = 轉角誤差很小，符合定位要求，可以使用。 定位方案設計如圖所示： 4.6 確定夾具體結構尺寸和總體結構 夾具體設計的基本要求 （1）應有適當的精度和尺寸穩(wěn)定性 夾具體上的重要表面，如安裝