機(jī)械制造基礎(chǔ)課程夾具設(shè)計(jì).doc

機(jī)械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的。這是學(xué)生在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練。因此，它在學(xué)生四年的大學(xué)學(xué)習(xí)中占有重要的地位。零件分析：1零件的作用題目所給定的零件是解放牌汽車底盤傳動(dòng)軸上的萬(wàn)向節(jié)滑動(dòng)叉，它位于傳動(dòng)軸的端部。主要作用一是傳遞扭 矩，使汽車獲得前進(jìn)的動(dòng)力；二是當(dāng)汽車后橋鋼板彈簧處在不同的狀態(tài)時(shí)，由本零件可以調(diào)整傳動(dòng)軸的長(zhǎng)短及其 位置。零件的兩個(gè)叉頭部位上有兩個(gè)39mm的孔，用以安裝該針軸承并與十字軸相連，起萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的作用。零 件65mm外圓內(nèi)為50mm花鍵孔與傳動(dòng)軸端部的花鍵軸相配合，用于傳遞動(dòng)力之用。2零件的工藝分析萬(wàn)向節(jié)滑動(dòng)叉共有兩組加工表面，它們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下：(1)以39mm孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括：兩個(gè)39mm的孔及其倒角，尺寸為118mm的與兩個(gè)孔39mm相垂直的平面，還有在平面上的四個(gè)M8螺孔。其中，主要加工表面為39mm的兩個(gè)孔。(2)以50mm花鍵孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括：50mm十六齒方齒花鍵孔，55mm階梯孔，以及65mm的外圓表面和M60X16mm的外螺紋表面。 這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要是： 1)50mm花鍵孔與39二孔中心聯(lián)線的垂直度公差為100：0.2； 2)39mm二孔外端面對(duì)公39孔垂直度公差為0.1mm； 3)50花鍵槽寬中心線與39mm中心線偏轉(zhuǎn)角度公差為2。由以上分析可知，對(duì)于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并且保證它們之間的位置精度要求。工藝規(guī)程設(shè)計(jì)：1.確定毛坯的制造形式 零件材料為45鋼。考慮到汽車在運(yùn)行中要經(jīng)常加速及正、反向行駛，零件在工作過(guò)程中則經(jīng)常承受交變載荷及沖擊性載荷，因此應(yīng)該選用鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。由于零件年產(chǎn)量為4000件，已達(dá)大批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，故可采用模鍛成型。這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度上考慮，也是應(yīng)該的。2.基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。基面選擇得正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過(guò)程中會(huì)問(wèn)題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。(1)粗基準(zhǔn)的選擇 對(duì)于一般的軸類零件而言，以外圓作為粗基準(zhǔn)是完全合理的。但對(duì)于本零件來(lái)說(shuō)，如果以65mm外圓(或62mm外圓)表面作基準(zhǔn)(四點(diǎn)定位)，則可能造成這一組內(nèi)外圓柱表面與零件的叉部外形不對(duì)稱。按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則(即當(dāng)零件有不加工表面時(shí)，應(yīng)以這些不加工表面作粗基準(zhǔn)；若零件有若干個(gè)不加工表面時(shí)，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度較高的不加工表面作為粗基準(zhǔn))，現(xiàn)選取叉部?jī)蓚€(gè)39mm孔的不加工外輪廓表面作為粗基準(zhǔn)，利用一組共兩個(gè)短形塊支承這兩個(gè)39mm的外輪廓作主要定位面，以消除、四個(gè)自由度，再用一對(duì)自動(dòng)定心的窄口卡爪，夾持在65mm外圓柱面上，用以消除、兩個(gè)自由度，達(dá)到完全定位。(2)精基準(zhǔn)的選擇 主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問(wèn)題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要專門計(jì)算 ，此處不再重復(fù)。3.制定工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬(wàn)能性機(jī)床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。(1)工藝路線方案一工序一：車外圓62mm，60mm，車螺紋M60X1mm；工序二：兩次鉆孔并擴(kuò)鉆花鍵底孔43mm，淴沉頭孔55mm；工序三：倒角5X30；工序四：鉆Rc1/8底孔；工序五：拉花鍵孔；工序六：粗銑39mm二孔端面；工序七：精銑39mm二孔端面；工序八：鉆、擴(kuò)、粗鉸、精鉸兩個(gè)39mm孔至圖樣尺寸并淴倒角2X45；工序九：鉆M8mm底孔6.7mm，倒角120；工序十：攻螺紋M8mm，Rc1/8；工序十一：沖箭頭；工序十二：檢查。(2)工藝路線方案二工序一：粗銑39mm二孔端面；工序二：精銑39mm二孔端面；工序三：鉆39mm二孔；工序四：鏜39mm二孔；工序五：精鏜39mm二孔；工序六：車外圓62mm，60mm，車螺紋M60X1mm；工序七：鉆、鏜孔43mm，并淴沉頭孔55mm；工序八：倒角5X30；工序九：鉆Rc1/8底孔；工序十：拉花鍵孔。工序十一：鉆M8mm螺紋的底孔6.7mm孔，倒角120；工序十二：攻螺紋M8mm，Rc1/8；工序十三：沖箭頭；工序十四：檢查。上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案一是先加工以花鍵孔為中心的一組表面，然后以此為基面加工39mm二孔，而方案二則與此相反，先是加工39mm孔，然后再以此二孔為基準(zhǔn)加工花鍵孔及其外表面。兩相比較可以看出，先加工花鍵孔后再以花鍵孔定位加工39二孔，這時(shí)的位置精度較易保證，并且定位及裝夾等都比較方便。但方案一中的工序八雖然代替了方案二中的工序三、四、五，減少了裝夾次數(shù)，但在一道工序中要完成這么多工作，除了選用專門設(shè)計(jì)的組合機(jī)床(但在成批生產(chǎn)時(shí)，在能保證加工精度的情況下，應(yīng)盡量不選用專用組合機(jī)床)外，只能選用轉(zhuǎn)塔車床，利用轉(zhuǎn)塔頭進(jìn)行加工。而轉(zhuǎn)塔車床目前大多適用于粗加工，用來(lái)在此處加工39mm二孔是不合適的，因此決定將方案二中的工序三、四、五移入方案一，改為兩道工序加工。具體工藝過(guò)程如下：工序一：車外圓62mm，60mm，車螺紋M60X1mm；工序二：兩次鉆孔并擴(kuò)鉆花鍵底孔43mm，淴沉頭孔55mm，以62mm外圓為定位基準(zhǔn)；工序三：倒角5X30；工序四：鉆Rc1/8底孔；工序五：拉花鍵孔；工序六：粗銑39mm二孔端面，以花鍵孔及其端面為基準(zhǔn)；工序七：精銑39mm二孔端面；工序八：鉆孔兩次并擴(kuò)孔39mm；工序九：精鏜并細(xì)鏜39mm二孔，倒角2X45；工序十：鉆M8mm底孔6.7mm，倒角120；工序十一：攻螺紋M8mm，Rc1/8；工序十二：沖箭頭；工序十三：檢查；以上加工方案大致看來(lái)還是合理的.但通過(guò)仔細(xì)考慮零件的技術(shù)要求以及可能采取的加工手段之后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)仍有問(wèn)題，主要表現(xiàn)在39mm兩個(gè)孔及其端面加工要求上。圖樣規(guī)定39mm二孔中心線應(yīng)與55mm花鍵孔垂直，垂直度公差為100：0.2;39mm二孔與其外端面應(yīng)垂直，垂直度公差為0.1mm。由此可以看出；因?yàn)?9mm二孔的中心線要求與花鍵孔中心線相垂直，因此，加工及測(cè)量39mm孔時(shí)應(yīng)以花鍵孔為基準(zhǔn)。這樣做，能保證設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝基 準(zhǔn)相重合。在上述工藝路線制訂中也是這樣做了的。同理，39mm二孔與其外端面的垂直度(0.1mm)的技術(shù)要求在加工與測(cè)量時(shí)也應(yīng)遵循上述原則。但在已制訂的工藝路線中卻沒(méi)有這樣做：39mm孔加工時(shí)，以55mm花鍵孔定位(這是正確的)；而孔的外端面加工時(shí)，也是以55mm花鍵孔定位。這樣做，從裝夾上看似乎比較方便，但卻違反了基準(zhǔn)重合的原則，造成了不必要的基準(zhǔn)不重合誤差。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)39mm二孔的外端面以花鍵孔為基準(zhǔn)加工時(shí)，如果兩個(gè)端面與花鍵孔中心線已保證絕對(duì)平行的話(這是很難的)，那么由于39mm二孔中心線與花鍵孔仍有100：0.2的垂直度公差，則39mm孔與其外端面的垂直度誤差就會(huì)很大，甚至?xí)斐沙疃鴪?bào)廢。這就是由于基被不重合而造成的惡果。為了解決這個(gè)問(wèn)題，原有的加工路線可仍大致保持不變，只是在39mm二孔加工完了以后，再增加一道工序以39mm孔為基準(zhǔn)，磨39mm二孔外端面。這樣做，可以修正由于基準(zhǔn)不重合造成的加工誤差，同時(shí)也照顧了原有的加工路線中裝夾較方便的特點(diǎn)。因此，最后的加工路線確定如下：工序一：車端面及外圓62mm，60mm，車螺紋M60X1mm。以兩個(gè)叉耳外輪廓及65mm外圓為粗基準(zhǔn)，選用C6201臥式車床并加專用夾具；工序二：鉆、擴(kuò)花鍵底孔43mm，淴沉頭孔55mm，以62mm外圓為定位基準(zhǔn)，選用c365L轉(zhuǎn)塔車床；工序三：內(nèi)花鍵孔5X30倒角。選用c620-1車床加專用夾具；工序四：鉆錐螺紋Rc1/8底孔。選用z525立式鉆床及專用鉆模。這里安排鉆Rcl8底孔主要是為了下道工序拉花鍵孔時(shí)為消除回轉(zhuǎn)自由度面設(shè)置的一個(gè)定位基準(zhǔn)。本工序以花鍵內(nèi)底孔定位，并利用叉部外輪廓消除回轉(zhuǎn)自由度；工序五：拉花鍵孔。利用花鍵內(nèi)底孔。55mm端面及Rcl8錐螺紋底孔定位，選用L6120臥式拉床加工；工序六：粗銑39mm二孔端面，以花鍵孔及其端面為基準(zhǔn)。選用x63臥式銑床加工；工序七：鉆、擴(kuò)39mm二孔及倒角。以花鍵孔及端面定位，選用z535立式鉆床加工；工序八：精鏜并細(xì)鏜39mm二孔。 選用T740型臥式金剛鏜床及專用夾具加工，以花鍵內(nèi)孔及其端面定位；工序九：磨39mm二孔端面，保證尺寸，以39mm孔及花鍵孔定位，選用M7l30平面磨床及專用夾具加工；工序十：鉆叉部四個(gè)M8mm螺紋底孔并倒角。選用z525立式鉆床及專用夾具加工，以花鍵孔及39mm孔定位；工序十一：攻螺紋4-M8mm，Rc1/8；工序十二：沖箭頭；工序十三：檢查。以上工藝過(guò)程詳見(jiàn)“機(jī)械加工工藝過(guò)程綜合卡片”4.機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 根據(jù)零件材料、硬度、毛坯重量及生產(chǎn)類型、鍛造方法等原始資料和加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。(1)外圓表面(62mm及M60X1mm) 考慮其加工長(zhǎng)度為90mm，與其聯(lián)結(jié)的非加工外圓表面直徑為65mm，為簡(jiǎn)化模鍛毛坯的外形，現(xiàn)直接取其外圓表面直徑為65mm。62mm表面為自由尺寸公差，表面粗糙度值要求為Rz200m，只要求相加工，此時(shí)直徑余量2z3mm已能滿足加工要求。(2)外圓表面沿軸線長(zhǎng)度方向的加工余量及公差(M60X1mm端面) 查機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)(以下簡(jiǎn)稱工藝手冊(cè))表2.2l 4，其中鍛件重量為6kg，鍛件復(fù)雜形狀系數(shù)為S1，鍛件材質(zhì)系數(shù)取M1，鍛件輪廓尺寸(長(zhǎng)度方向)180315mm。長(zhǎng)度方向的余量查工藝手冊(cè)表2.22.5，其余量值規(guī)定為2.0一2.5mm，現(xiàn)取2.0mm。(3)兩內(nèi)孔毛坯為實(shí)心，不沖出孔。兩內(nèi)孔精度要求界于IT7一IT8之間，參照工藝手冊(cè)表2.3-9及表2.312確定工序尺寸及余量為： 鉆孔：25mm 鉆孔：37mm 2z12mm 擴(kuò)鉆：38.7mm 2z1.7mm 精鏜；38.9mm 2Z0.2mm 細(xì)鏜：39mm 2z0.1mm(4)花鍵孔 要求花鍵孔為外徑定心，故采用拉削加工。參照工藝手冊(cè)表2.39確定孔的加工余量分配： 鉆孔25mm 鉆孔41mm 擴(kuò)鉆42mm 拉花鍵孔(1650mm*43mm*5mm) 花鍵孔要求外徑定心，拉削時(shí)的加工余量參照工藝手冊(cè)表2.319取2z1mm。(5)39mm 二孔外端面的加工余量（加工與量的計(jì)算長(zhǎng)度為118mm） 1) 按照工藝手冊(cè)表2.225，取加工精度F2，鍛件復(fù)雜系數(shù)S3，鍛件重6kg，則二孔外端面的單邊加工余量為2.0一3.0mm，取Z2mm。鍛件的公差按工藝手冊(cè)表2.214，材質(zhì)系數(shù)取M1，復(fù)雜系數(shù)S3， 則鍛件的偏差。 2) 磨削余量：?jiǎn)芜?.2mm，(見(jiàn)二藝手冊(cè)表2.321)，磨削公差及零件公差一0.07mm。 3) 銑削余量：銑削的公稱余量(單邊)為：Z2.0一0.21.8(mm) 銑削公差：現(xiàn)規(guī)定本工序(粗銑)的加工精度為ITll級(jí)，因此可知本工序的加工公差為-22M(入體方)。 由于毛坯及以后各道二序(或工步)的加工都有加工公差，因此所規(guī)定的加工余量其實(shí)只是名義上的加工余量。 實(shí)際上，加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。出于本設(shè)計(jì)規(guī)定的零件為大批生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整法加工，因此在計(jì)算最大、最小加工余量時(shí)， 應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確定。 39mm二孔外端面尺寸加工余量和工序間余量及公差分布圖見(jiàn)圖7： （圖點(diǎn)擊看大圖） 由圖可知：毛坯名義尺寸：118十22122(mm) 毛坯最大尺寸：122十1.32124.6(mm) 毛坯最小尺寸：1220.72120.6(mm) 粗銑后最大尺寸：118十O.22118.4(mm) 粗銑后最小尺寸：118.40.22ll8.18(mm) 最后，將上述計(jì)算的工序間尺寸及公差整理成表3： （表點(diǎn)擊看大圖）5.確定切削用量及基本工時(shí)工序1：車削端面、外圓及螺紋。本工序采用計(jì)算法確定切削用量；工序2：鉆、擴(kuò)花鍵底孔43mm，及淴沉頭孔55mm，選用機(jī)床C365L；工序3：43mm內(nèi)孔50*30倒角，選用臥式車床C620-1。由于最后的切削寬度很大，故按成形車削制定進(jìn)給量；工序4：鉆錐螺紋Rc1/8底孔(8.8mm)；工序5：拉花鍵孔；工序6：粗銑39mm二孔端面，保證尺寸；工序7：鉆、擴(kuò)39mm二孔及倒角；工序8：精、細(xì)鏜38.9mm二孔，選用機(jī)床：T740金剛鏜床；工序9：磨39mm二孔端面，保證尺寸；工序10：鉆螺紋底孔4-6.7mm，并倒角120；工序11：攻螺紋4M8mm及Rc1/8。 需用到的典型夾具機(jī)構(gòu) 最后，將以上各工序切削用量、工時(shí)定額的計(jì)算結(jié)果，連同其它加工數(shù)據(jù)，一并填入機(jī)械加工工藝過(guò)程綜合卡。 6.機(jī)械加工工藝過(guò)程綜合卡片 （圖101點(diǎn)擊看大圖） （圖102點(diǎn)擊看大圖）（圖103點(diǎn)擊看大圖）夾具的設(shè)計(jì)：1.問(wèn)題的提出 本夾具主要用來(lái)粗銑39mm二孔的兩個(gè)端面，這兩個(gè)端面對(duì)39mm孔及花鍵孔都有一定的技術(shù)要求。但加工本道工序時(shí)，39mm孔尚未加工，而且這兩個(gè)端面在工序還要進(jìn)行磨加工。因此，在本道工序加工時(shí)，主要應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，面精度則不是主要問(wèn)題。2.夾具設(shè)計(jì)(1)定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知，39mm二孔端面應(yīng)對(duì)花鍵孔中心線有平行度及對(duì)稱度要求，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為花鍵孔中心線。為了使定位誤差為零，應(yīng)該選擇以花鍵孔定位的自動(dòng)定心夾具。但這種自動(dòng)定心夾具在結(jié)構(gòu)上將過(guò)于復(fù)雜，因此這里只選用以花鍵孔為主要定位基面。 為了提高加工效率，現(xiàn)決定用兩把鑲齒三面刃銑刀對(duì)兩個(gè)孔端面同時(shí)進(jìn)行加工。同時(shí)，為了縮短輔助時(shí)間，準(zhǔn)備采用氣動(dòng)夾緊。(2)切削力及夾緊力計(jì)算 刀具：高速鋼鑲齒三面刃銑刀， z20 (見(jiàn)切削手冊(cè)表3.28) 其中：Cr65050，a=3.1mm，x1.0，f=0.08mm，y0.72，a40mm(在加工面上側(cè)量的近似值)O.86，d=225mm，qO.86，w=0，z20所以 當(dāng)用兩把刀銑削時(shí)，F(xiàn)2F2912(N) 水平分力：Fe1.1 F3203(N) 垂直分力：Fv=0.3F873(N) 在計(jì)算切削力時(shí)，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù)KK1K2K3K4。 （參見(jiàn)常用設(shè)計(jì)資料） 其中：K1為基本安全系數(shù)1.5； K2為加工性質(zhì)系數(shù)1.1； K3為刀具鈍化系數(shù)1.1； K4為斷續(xù)切削系數(shù)1.1。 所以F=KH1.51.11.11.13203=6395(N) 選用氣缸一斜楔夾緊機(jī)構(gòu)，楔角=10，其結(jié)構(gòu)形式選用w型，則擴(kuò)力比i3.42。 為克服水平切削力，實(shí)際夾緊力N應(yīng)為： N(f1十f2)KH 所以 其中f1及f2為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數(shù)，f1=f20.25。則 氣缸選用100mm。當(dāng)壓縮空氣單位壓力p0.5MPa時(shí)，氣缸推力為3900N。由于己知新楔機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比i3.42，故由氣缸產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力為 Nq3900i39003.4213338(N) 此時(shí)Nq已大于所需的12790N的夾緊力，故本夾具可安全工作。3.定位誤差分析 (1)定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為一花鍵軸，該定位花鍵軸的尺寸與公差現(xiàn)規(guī)定為與本零件在工作時(shí)與其相配花鍵軸的尺寸與公差相同，即16x43H1150H85H10mm。(2)零件圖樣規(guī)定50mm花鍵孔鍵槽寬中心線與39mm兩孔中心線轉(zhuǎn)角公差為2。由于39mm孔中心線應(yīng)與其外端面垂直，故要求39mm二孔端面之垂線應(yīng)與50mm?；ㄦI孔鍵槽寬中心線轉(zhuǎn)角公差為2。此項(xiàng)技術(shù)要求主要應(yīng)由花鍵槽寬配