CA1340杠桿加工工藝及M4螺孔加工夾具設計

目錄中文摘要PAGEI英文摘要Ⅱ1.CA1340自動車床杠桿工藝分析 11.1泵體工藝分析及生產(chǎn)類型確定 11.1.1杠桿的技術要求 11.1.2審查杠桿的工藝 11.1.3確定杠桿的生產(chǎn)類型 21.2確定毛坯、繪制毛坯簡圖 21.2.1選擇毛坯 21.2.2確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 21.3擬定杠桿的工藝路線 21.3.1定位基準的選擇 21.3.2表面加工方法確定 31.3.3加工階段劃分 41.3.4工序的集中與分散 41.3.5工序順序安排 51.3.6確定工藝路線 51.4加工余量、工序尺寸和公差的確定 61.5切削用量、時間額定的計算 91.5.1切削用量的計算 91.5.2時間額定的計算 92.專用夾具設計 102.1基本定位原理分析 102.2定位基準的選擇 102.3定位誤差分析 102.4夾具操作簡要說明 122.5夾具使用注意事項、保養(yǎng)及維護 123.方案綜合評價與結論 124.體會與展望 13參考文獻 14附錄1：機械加工工藝過程卡15附錄2：機械加工工序卡161．CA1340杠桿加工工藝分析1.1泵體工藝分析及生產(chǎn)類型確定1.1.1杠桿的技術要求杠桿技術要求表加工表面尺寸及偏差/mm公差及精度等級表面粗糙度Ra/μm形位公差/mm杠桿叉頭左側兩端面12IT96.3杠桿叉頭右側兩端面12IT96.3Φ20mm孔Φ20H7IT71.6Φ8mm錐形孔Φ8IT1212.5Φ4mm圓柱孔Φ4IT1212.5杠桿叉軸孔兩端面800-0.2IT113.2杠桿叉腳槽內側面8IT96.3杠桿叉腳槽內上表面12IT96.3M4螺孔M4IT71.6Φ6mm孔Φ6H7IT71.6∥0.06AΦ8mm孔Φ8H7IT71.6∥0.08B1.1.2審查杠桿的工藝性該零件材料為QT45-5，該材料具有良好的鑄造性能、耐磨性、切削加工性能及低的缺口敏感性等。另外球墨鑄鐵可通過熱處理大大提高其性能。球墨鑄鐵工藝簡單，一般鑄造車間均可生產(chǎn)。分析零件可知，杠桿叉頭和叉軸孔兩端面均需要切削加工，并在軸向方向上均高于相鄰表面，這樣減少了加工面積，又提高了杠桿端面的接觸剛度；Φ20mm，Φ6mm孔的端面均為平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏，以保證孔的加工精度；另外該零件除主要工作表面外，其余表面加工精度均較低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鉆床的粗加工就可以達到加工要求；而主要表面雖然加工精度相對較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟的方法保質保量的加工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。1.1.3．確定杠桿的生產(chǎn)類型依設計題目知：N=4500件/年，泵體重量為3.0kg，泵體屬輕型零件。該泵體的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)。1.2、確定毛坯，繪制毛坯簡圖1.2.1選擇毛坯根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件，毛坯的拔模斜度為3～5°。1.2.2確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量已知零件的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)。目前，多數(shù)鑄件采用砂型鑄造，其中金屬模機器造型生產(chǎn)率較高、鑄件精度高、表面質量與機械性能均好，故毛坯的鑄造方法選用金屬型鑄造。根據(jù)表2-5和表2-1查得公差等級為8~10級，即CT8~CT10，機械加工余量等級為D~F級。選取E級，查表2-4得，加工余量RAM為1.1mm。由于鑄造孔的最小直徑為15mm,所以Φ8、Φ6、Φ4的孔都在鑄造時鑄成實體，用機械加工的方法制造，所以沒有加工余量。計算需加工表面的毛坯余量：公式R=F+2RMA+CT/2，R=F-2RMA-CT/2(1)杠桿叉頭兩端面R=12+2*1.1+1.6/2=15(mm)Φ20H7孔內表面R=20-2*1.1-1.2/2=17.2(mm)杠桿叉軸孔Φ20H7端面R=80+2*1.1+3.2/2=83.8(mm)1.3.工擬訂杠桿的工藝路線1.3.1定位基準的選擇（1）精基準的選擇根據(jù)該杠桿的技術要求和裝配要求，選擇杠桿Φ20H7孔和其左端面為精基準。零件圖上的很多表面都可以采用它們作為基準進行加工，即遵循了“基準統(tǒng)一”原則，杠桿叉軸孔Φ20H7的軸線是設計基準，選用其做精基準定位加工杠桿叉頭兩端面和孔Φ20H7，實現(xiàn)了設計基準和工藝基準的重合，保證了被加工表面的平行度要求。選用該叉軸孔Φ20H7左端面作為精基準同樣遵循了“基準重合”的原則，因為該杠桿在軸向方向上的尺寸多以該端面做設計基準；另外，由于該杠桿零件強度較差，受力易產(chǎn)生彎曲變形，為了避免在機械加工中產(chǎn)生夾緊變形，根據(jù)夾緊力應垂直于主要定位基面，并應作用在剛度較大部位的原則，夾緊力的作用點不能作用在叉桿上。選用叉軸孔Φ20H7左端面作精基準，夾緊可作用在叉軸孔Φ20H7右端面上，夾緊穩(wěn)定可靠。（2）粗基準的選擇作為粗基準的表面應平整，沒有飛邊或其它表面缺陷，在本題中，選擇叉軸孔Φ20H7的外圓面和杠桿叉腳右端面作為粗基準。采用Φ20H7的外圓面定位加工內孔，可以保證孔的壁厚均勻；采用杠桿叉腳右端面作為粗基準加工叉軸孔Φ20H7的左端面，可以為后序準備好精基準。1.3.2表面加工方法的確定根據(jù)杠桿圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,確定各加工表面的加工方法如下表:加工表面尺寸及偏差/mm公差及精度等級表面粗糙度Ra/μm加工方案杠桿叉頭左側兩端面12IT96.3粗銑杠桿叉頭右側兩端面12IT96.3粗銑Φ20mm孔Φ20H7IT71.6粗擴-精擴-鉸Φ8mm錐形孔Φ8IT1212.5粗銑Φ4mm圓柱孔Φ4IT1212.5粗銑杠桿叉軸孔兩端面800-0.2IT113.2粗銑-半精銑杠桿叉腳槽內側面8IT96.3粗銑杠桿叉腳槽內上表面12IT96.3粗銑M4螺孔M4IT71.6鉆-攻Φ6mm孔Φ6H7IT71.6鉆-粗鉸-精鉸Φ8mm孔Φ8H7IT71.6鉆-粗鉸-精鉸1.3.3加工階段的劃分由于該杠桿加工質量要求較高,所以可將加工階段劃分為粗加工—半精加工—精加工。在粗加工階段,先將精基準(杠桿Φ20H7孔和其左端面)準備好,使后續(xù)工序都可采用精基準進行加工.保證其他加工表面的加工精度要求，然后粗銑Φ20H7孔右端面、杠桿叉頭兩側左右端面、Φ8mm錐形孔、Φ4mm圓柱孔以及杠桿叉腳槽內表面與其上表面；在半精度加工階段,完成對叉軸孔Φ20H7兩端面的銑削；在精加工階段,完成Φ8mm和Φ6mm孔的精鉸.1.3.4工序的集中與分散本課題選用工序集中原則來安排杠桿的加工工序，該杠桿的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，可以采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；由于Φ6的孔對叉軸孔Φ20H7軸線有較高的平行度要求和Φ8的孔對Φ6孔軸線也有平行度要求,故選用工序集中,來減少裝夾次數(shù),提高加工精度.不但可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證加工表面之間的相對位置精度要求。1.3.5工序順序的安排一、機械加工工序(1)先基準后其他首先加工精基準—杠桿Φ20H7孔和其左端面；(2)先粗后精先安排粗加工工序,后安排精加工工序；(3)先主后次先進行主要表面——杠桿Φ20H7孔及其左、右端面，杠桿叉頭Φ6mm孔，杠桿叉腳Φ8mm孔，后加工次要表面——杠桿叉腳槽內、上表面以及Φ8mm錐形孔、Φ4mm圓柱孔；先面后孔先加工叉軸孔左端面，再加工叉軸孔Φ20H7；先加工杠桿叉頭左右端面，再加工Φ6H7孔；先銑杠桿叉腳槽內、上表面，再加工Φ8H7孔；二、熱處理工序:鑄造成型后進行時效處理,來消除殘余應力三、.輔助工序:粗加工杠桿叉頭兩端面和杠桿叉腳槽內、上表面后安排校直，去毛刺，清洗，終檢工序。綜上所述：該杠桿工序的安排順序：基準加工——主要表面加工——主要表面半精加工和次要表面粗加工——熱處理——主要表面精加工。1.3.6確定工藝路線工序號工序名稱機床設備刀具量具1粗銑叉軸孔Φ20H7兩端面立式銑床X51端銑刀游標卡尺2半精銑叉軸孔Φ20H7兩端面立式銑床X51端銑刀游標卡尺3粗擴，精擴，鉸孔Φ20H7四面組合鉆床擴孔鉆，絞刀卡尺、塞規(guī)4校正杠桿叉頭鉗工臺手錘5粗銑杠桿叉頭左右兩端面立式銑床X51端銑刀游標卡尺6鉆，粗鉸，精鉸孔Φ6H7四面組合鉆床鉆頭復合絞刀卡尺、塞規(guī)7校正杠桿叉腳鉗工臺手錘8粗銑杠桿叉腳槽內，上表面立式銑床X51鍵槽銑刀卡規(guī)深度游標卡尺、內徑千分尺9鉆，粗鉸，精鉸孔Φ8H7四面組合鉆床鉆頭復合絞刀卡尺、塞規(guī)10鉆、攻底角M4螺紋孔立式鉆床Z525麻花鉆、細柄機用絲錐卡尺、塞規(guī)11鉆直徑為Φ4的圓柱孔立式鉆床Z525麻花鉆卡尺、塞規(guī)12鉆直徑為Φ8的錐形孔立式鉆床Z525锪鉆卡尺、塞規(guī)13去毛刺鉗工臺平銼14熱處理淬火機等15校正杠桿叉頭、腳鉗工臺手錘16清洗清洗機17終檢卡尺、塞規(guī)、百分表1.4加工余量、工序尺寸和公差的計算、工序1和工序2——加工杠桿叉軸孔Φ20H7兩端面第1、2兩道工序的加工工藝過程：以右端面定位，粗銑左端面，保證工序尺寸P1；以左端面定位，粗銑右端面，保證工序尺寸P2；以右端面定位，半精銑左端面，保證工序尺寸P3；以左端面定位，半精銑右端面，保證工序尺寸P4，達到零件的設計尺寸D的要求，D=800-0.2mm。Z4P3P4Z2P2Z3P3Z4P3P4Z2P2Z3P3DP4(b)（a）DP4(b)（a）P1P2P1P2(c)(d)(c)(d)P4=800-0.2mm由圖b可知，Z4為半精銑余量，查表2-36確定Z4=1mm,則P3=80+1=80mm,由于工序尺寸P3是在半精銑加工中保證的，查表1-20，半精銑工序的經(jīng)濟加工精度等級可達到表面的最終加工要求——IT11，因此確定該工序尺寸公差為IT11，其公差值為0.22mm,則P3=81+0.11mm。從C所示尺寸鏈知，P2=P3+Z3，其中Z3為半精銑余量。同理P2=81+1=82mm,工序尺寸P2是在粗銑加工中保證的，查表1-20知粗銑工序的經(jīng)濟加工精度等級可達到最終加工要求——IT11，因此，確定工序尺寸公差為IT11，其公差值為0.22mm，則P2=82+0.11（mm）。從d圖中，P1=P2+Z2，Z2為粗銑余量，經(jīng)計算可知此面的加工余量為1.9，半精銑余量為1mm,則Z2=1.9-1=0.9mm,P1=82+0.9=82.9mm。由表1-20確定該粗銑工序的經(jīng)濟加工精度等級為IT12，公差值為0.35mm,則P1=82.9+0.175（mm）。為驗證確定的工序尺寸及公差是否合理，還要對加工余量進行校核。1、余量Z4的校核Z4max=P3max—P4min=（81+0.11）—（80-0.2）=1.31mm;Z4min=P3min—P4max=（81-0.11）—（80+0）=0.89mm;余量Z3的校核Z3max=P2max—P3min=（82+0.11）—（81-0.11）=0.22mm；Z3min=P2min—P3max=（82-0.11）—（81+0.11）=0.78mm；余量Z2的校核Z2max=P1max—P2min=（82.9+0.175）—（82-0.11）=1.185mm；Z2min=P1min—P2max=（82.9-0.175）—（82=0.11）=0.615mm；余量校核結果表明，所確定的工序尺寸公差是合理的。將工序尺寸按“入體原則”表示：P4=800-0.2mm;P3=81.110-0.22mm;P2=82.110-0.22mm;P1=83.0750-0..35mm、工序10鉆—攻底角M4螺紋孔的加工余量、工序尺寸和公差的確定工步一——鉆孔。根據(jù)表2-39可知，攻螺紋前用麻花鉆鉆孔，選用普通細牙螺紋直徑為3.5mm的麻花鉆，螺距為0.5mm。由表1-20可依次確定各工序尺寸的加工精度等級為，鉆：IT12。根據(jù)上述結果，再查標準公差數(shù)值表可確定該工步的公差值為：鉆：0.15mm。工步二——攻絲，依據(jù)加工要求，在鉆完孔之后，選用細柄機用絲錐進行攻絲，完成對螺紋孔的加工。查表3-38可知，細柄機用絲錐的主要參數(shù)：公稱直徑：4.0mm；螺距：0.70mm。同理可確定該工序尺寸的加工精度等級為，攻：IT7。根據(jù)上述結果，再查標準公差數(shù)值表可確定該工步的公差值為：鉆：0.012mm。+0.15綜上所述，該工序各工步的工序尺寸及公差分別為：鉆：3.50+0.15mm,攻：40+0.012mm。它們的相互關系如圖：+0.15加工方向加工方向3.50+0.150.53.50+0.150.54040+0.0121.5切削用量、時間定額的計算1.5.1切削用量的計算這里只計算需要進行工藝分析的那道工序，工序10鉆—攻底角M4螺紋孔。該工序分兩個工步，工步1是鉆直徑為3.5mm，工步2是攻絲完成對M4螺紋孔的加工。背吃刀量的選擇鉆孔取ap=3.5mm;攻螺紋由表2-39可知，M4螺紋孔在加工前底孔直徑為3.5mm,因此攻螺紋的背吃刀量ap=4—3.5=0.5mm。進給量的選擇鉆孔由表5-22，選取該工步的每轉進給量f=0.08mm/r。攻螺紋由于攻螺紋的進給量就是被加工螺紋的螺距，因此f=0.5mm。切削速度的選擇鉆孔由表5-22，按工件材料為QT45-5的條件選取，切削速度v可取為10m/min。由公式（5-1）n=1000v/лa可求得該工序鉆頭轉速n=910r/min,參照表4-9所列Z525型立式鉆床的主軸轉速，取轉速n=960r/min。在將此轉速代入公式（5-1），可求出該工序的實際鉆削速度v=nлd/1000=960*3.14*3.5/1000=10.6m/min。攻螺紋由表5-37查得攻螺紋的切削速度v=5~10n/min,取v=6m/min。由公式（5-1）n=1000v/лd可求得該工位的主軸轉速n=477r/min，參照表4-9所列Z525型立式鉆床的主軸轉速，取轉速n=545r/min。在將此轉速代入公式（5-1），可求出該工序的實際切削速度v=nлd/1000=545*3.14*3.5/1000=5.99m/min。1.5.2時間定額的計算工序1—鉆孔根據(jù)表5-41中鉆孔和鉆中心孔的基本時間計算公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/(fn),可求出該工序的基本時間。這里已知l=6mm;l2=1mm;l1=Dcotκ/2+(1~2)=4*cot54°/2+1=2.45mm;f=0.08mm/r;n=960r/min。將上述結果代入公式，則工序的基本時間tj=(6+1+2.45)/(0.08*960)=0.123min=7.38s。工序2—攻螺紋根據(jù)表5-46用絲錐攻螺紋的基本時間計算公式tj=(l+l1+l2)/(fn)+（l+l1+l2）/（fn0）,可求出該工序的基本時間。這里知l=6mm;l1=(1~3)p=1*0.7=0.7mm;l2=(2~3)p=2*0.7=1.4mm;n=545r/min;n0=272r/min；f=0.5mm。將上述結果代入公式，則工序的基本時間tj=（6+0.7+1.4）/（0.5*545）+（6+0.7+1.4）/（0.5*272）=5.36s。2、專用夾具設計為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。2.1基本定位原理分析這里討論6點定位中，6個自由度的消除，以便找出較合適的定位夾緊方案．一個物體在空間可以有6個獨立的運動，即沿X、y、Z軸的平移運動，分別記為。X1、Y1、Z1；繞X、y、Z軸的轉動，記為x、y、z，習慣上，把上述6個獨立運動稱作6個自由度．如果采用一定的約束措施，消除物體的6個自由度，則物體被完全定位．例如討論長方體工件時，可以在底面布置3個不共線的約束點，在側面布置2個約束點，在端面布置一個約束點，則底面約束點可以限制X2、Y2、Z23個自由度，側面約束點限制X1、Z12個自由度，端面約束點限制y。這個自由度，就完全限制了長方體工件6個自由度．2.2定位基準的選擇由零件圖知道，孔其設計基準為Ф8端面內端面，為保證設計基準與工藝基準重合，避免產(chǎn)生基準不重合誤差，應選擇以底面定位的平面結構，但此處M4孔是沒有定位公差的，為方便，選擇端面做基準，產(chǎn)生的基準不重合誤差在允許范圍內，為使M4孔定心，加用一個定位銷和削邊銷，這樣，便實現(xiàn)了完全定位。為提高生產(chǎn)率，縮短輔助時間，采用液動夾緊，即使用液壓缸夾緊機構，通過活塞桿的伸出壓緊，在定位元件的基礎上實現(xiàn)工件的夾緊。2.3定位誤差分析使用夾具加工工件時，加工表面的位置誤差與工件在夾具中的定位的因素密切相關。為了保證工件的加工精度，必須使工序中各項加工誤差的總和小于或者等于該工序規(guī)定的公差值，式中△1……..與機床夾具有關的加工誤差；△w………….與工序中夾具以外其他因素有關的誤差………….工序誤差夾具有關的加工誤差△1一般包括工件夾具中的定位誤差△b;工件在加緊時產(chǎn)生的誤差;夾具相對于機床成形運動的位置誤差;夾具想對于刀具的位置誤差;以及夾具產(chǎn)生磨損造成的加工誤差等。為了給加工中其他誤差因素能占有更大一些比例，由上式可見，應當盡量減小與夾具有關的誤差。其中除了在夾具的制造，安裝，調整，使用中產(chǎn)生的誤差外。在夾具設計時的的正確計算和減小工件在夾具中的定位誤差，是必須解決的重要問題之一。定位誤差是工件在夾具中定位時，工序基準（一批零件的）位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的變動所引起的，因此在夾具設計時，應當盡可能選折工序基準為定位基準并選折精度較高的表面作為定位基準。一般應使定位誤差控制在有關尺寸內或者位置公差的1/3～1/5。軸承座零件為一面兩孔零件，因此它的定位我們主要采用一平面，一定位銷和一削邊削，定位方式如下圖：圖4－5零件加工定位方式因此夾具的主要定位元件為一平面和一定位銷一削邊銷；平面的尺寸公差須要保證零件尺寸，若平面公差太大，若超過0.1，則零件尺寸公差無法保證，因此，平面公差只能比零件公差小，由相關經(jīng)驗，一般取平面公差為零件公差的1/3，所以，取平面公尺寸公差為；定位銷和削邊銷是與零件孔相配合的，通過定位銷、削邊銷與零件孔的配合來確定加工孔的中心，最后達到完全定位。因此，定位銷與其相配合的孔的公差相同，即公差為h7,其尺寸為。2.4夾具操作簡要說明（1）、將整個夾具安裝在工作臺上，使其和工作臺，刀具保持正確的位置關系。

（2）、啟動液壓缸，使活塞桿收進氣缸，使壓塊張開，把零件放在定位元件上正確定位，零件的兩孔和定位銷、削邊銷配合。（3）、啟動崖壓缸，活塞桿伸出，推動壓塊壓在零件凸臺上。壓緊力合適，（4）、鉆孔加工，鉆刀通過鉆套導向、對刀，加工完后，退出鉆刀。（5）啟動液壓缸，活塞桿收進氣缸，使壓塊張開，把零件取出，開始加工下一個零件。2.5夾具使用注意事項、保養(yǎng)及維護

（1）使用前對限位尺寸檢查是否還保持正確位置；

（2）如果擋銷磨損超差，可以進行打磨修復；如果定位銷、定位板超差，可以重新組裝，錯開磨損部位后繼續(xù)使用。

（3）使用后需要涂防繡油。3方案綜合評價與結論在設計夾具時，應注意提高勞動生產(chǎn)率。為此，首先著眼于機動夾緊，而非手動夾緊，因為這是提高勞動生產(chǎn)率的重要途徑，本道工序選用了液動夾緊方式。本工序切削力較大，為了夾緊元件，勢必增大液壓缸缸直徑，而這樣將使整個夾具龐大，因此，有三個措施：一是提高制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是選擇比較理想的擴力機構；三是在可能情況下，適當提高壓縮液體壓力，以增大推力。由于本夾具配合面，連接孔較多，因此，夾具的零件對精度比較