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太原理工大学阳泉学院课程设计后钢板弹簧吊耳加工工艺及夹具设计二〇一二年六月十五日摘要本次设计是对后钢板弹簧吊耳零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计后钢板弹簧吊零件的主要加工表面是平面及孔由加工工艺原则可知,保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易所以本设计遵循先面后孔的原则并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准,以后钢板弹簧吊耳大外圆端面与两个工艺孔作为精基准主要加工工序安排是先以后钢板弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面,再以端面定位加工出工艺孔在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面整个加工过程均选用组合机床关键词后钢板弹簧吊耳,加工工艺,专用目录TOC\o1-3\u摘要ⅠABSTRACTII目录11绪论12后钢板弹簧吊耳加工工艺规程设计
32.1零件的分析
32.
1.1零件的作用
31.
1.2零件的工艺分析
32.2工艺过程设计所应采取的相应措施
42.3后钢板弹簧吊耳加工定位基准的选择
42.
3.1确定毛坯的制造形式
42.
3.2粗基准的选择
42.
3.3精基准的选择
52.4工艺路线的制定
52.
4.1工艺方案一
52.
4.2工艺方案二
52.
4.3工艺方案的比较与分析
62.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
62.6确定切削用量及基本工时(机动时间)
72.7时间定额计算及生产安排
162.8本章小结183粗铣后钢板弹簧吊耳内侧端面夹具设计
193.1粗铣后钢板弹簧吊耳内侧端面夹具设计
193.2定位方案的分析和定位基准的选择
193.3定位误差分析
193.4铣削力与夹紧力计算
203.5定向键与对刀装置设计
213.6夹紧装置及夹具体设计
233.7夹具设计及操作的简要说明
243.8本章小结244加工工艺孔夹具设计
254.1加工工艺孔夹具设计
254.2定位方案的分析和定位基准的选择
254.4切削力的计算与夹紧力分析
264.5钻套、衬套、钻模板及夹具体设计
264.6夹具精度分析
284.7夹具设计及操作的简要说明
284.8本章小结295加工工艺孔夹具设计
305.1加工工艺孔夹具设计
305.2定位方案的分析和定位基准的选择
305.3定位元件的设计
305.4定位误差分析
325.5切削力的计算与夹紧力分析
325.6钻套、衬套、钻模板及夹具体设计
325.7夹具精度分析
345.8夹具设计及操作的简要说明
345.9本章小结35结论36参考文献37致谢381绪论机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后,进行的一次理论联系实际的综合运用,使我对专业知识、技能有了进一步的提高,为以后从事专业技术的工作打下基础机械加工工艺是实现产品设计,保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段,是企业进行生产准备,计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据,也是企业上品种、上质量、上水平,加速产品更新,提高经济效益的技术保证然而夹具又是制造系统的重要组成部分,不论是传统制造,还是现代制造系统,夹具都是十分重要的因此,好的夹具设计可以提高产品劳动生产率,保证和提高加工精度,降低生产成本等,还可以扩大机床的使用范围,从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义夹具从产生到现在,大约可以分为三个阶段第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上,这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具,是加工过程加速和趋于完善;第二阶段,夹具成为人与机床之间的桥梁,夹具的机能发生变化,它主要用于工件的定位和夹紧人们越来越认识到,夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系,所以对夹具引起了重视;第三阶段表现为夹具与机床的结合,夹具作为机床的一部分,成为机械加工中不可缺少的工艺装备在夹具设计过程中,对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题设计人员一般都会考虑的比较周全,但是,夹具设计还经常会遇到一些小问题,这些小问题如果处理不好,也会给夹具的使用造成许多不便,甚至会影响到工件的加工精度我们把多年来在夹具设计中遇到的一些小问题归纳如下清根问题在设计端面和内孔定位的夹具时,会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题端面和定位外圆分为两体时无此问题夹具要不要清根,应根据工件的结构而定如果零件定位内孔孔口倒角较小或无倒角则必须清根如果零件定位孔孔口倒角较大或孔口是空位,则不需要清根,而且交界处可以倒为圆角R端面与外圆定位时,与上述相同让刀问题在设计圆盘类刀具如铣刀、砂轮等加工的夹具时,会存在让刀问题设计这类夹具时,应考虑铣刀或砂轮完成切削或磨削后,铣刀或砂轮的退刀位置,其位置大小应根据所使用的铣刀或砂轮的直径大小,留出超过刀具半径的尺寸位置即可更换问题在设计加工结构相同或相似,尺寸不同的系列产品零件夹具时,为了降低生产成本提高夹具的利用率,往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具随着机械工业的迅速发展,对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求,使多品种,中小批生产作为机械生产的主流,为了适应机械生产的这种发展趋势,必然对机床夹具提出更高的要求特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段在今后的发展过程中,应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具,尤其是成组夹具在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展2后钢板弹簧吊耳加工工艺规程设计
2.1零件的分析
2.
1.1零件的作用题目给出的零件是CA10B解放牌汽车后钢板弹簧吊耳后钢板弹簧吊耳的主要作用是载重后,使钢板能够得到延伸,伸展,能有正常的缓冲作用因此汽车后钢板弹簧吊耳零件的加工质量会影响汽车的工作精度、使用性能和寿命汽车后钢板弹簧吊耳主要作用是减震功能、阻尼缓冲部分功能、导向功能图
2.1后钢板弹簧吊耳零件图
1.
1.2零件的工艺分析由后钢板弹簧吊耳零件图知可将其分为两组加工表面它们相互间有一定的位置要求现分析如下
(1)以两外圆端面为主要加工表面的加工面这一组加工表面包括两外圆端面的铣削,加工的孔,其中两外圆端面表面粗糙度要求为,的孔表面粗糙度要求为
(2)以孔为主要加工表面的加工面这一组加工表面包括2个的孔,2个的孔、2个孔的内外两侧面的铣削,宽度为4的开口槽的铣削,2个在同一中心线上数值为的同轴度要求其中2个的孔表面粗糙度要求为,2个的孔表面粗糙度要求为,2个孔的内侧面表面粗糙度要求为,2个孔的外侧面表面粗糙度要求为,宽度为4的开口槽的表面粗糙度要求为
2.2工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知该零件的主要加工表面是平面及孔系一般来说,保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易因此,对于该零件来说,加工过程中的主要问题是保证平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度,处理好孔和平面之间的相互关系该类零件的加工应遵循先面后孔的原则即先加工零件的基准平面,以基准平面定位加工其他平面然后再加工孔系后钢板弹簧吊耳的加工自然应遵循这个原则这是因为平面的面积大,用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固,因而容易保证孔的加工精度其次,先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平为提高孔的加工精度创造条件,便于对刀及调整,也有利于保护刀具后钢板弹簧吊耳零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则,将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度由于后钢板弹簧吊耳的生产量很大怎样满足后钢板弹簧吊耳生产率要求也是过程中的主要考虑因素
2.3后钢板弹簧吊耳加工定位基准的选择
2.
3.1确定毛坯的制造形式零件材料为Q235由于生量已达到大批生产的水平,而且零件的轮廓尺寸不大,故可以采用铸造成型,这对提高生产效率,保证加工质量也是有利的
2.
3.2粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求
(1)粗基准的选择应以加工表面为粗基准目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度如果工件上表面上有好几个不需加工的表面,则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等
(2)选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准例如机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面因而在加工时选择导轨面作为粗基准,加工床身的底面,再以底面作为精基准加工导轨面这样就能保证均匀地去掉较少的余量,使表层保留而细致的组织,以增加耐磨性
(3)应选择加工余量最小的表面作为粗基准这样可以保证该面有足够的加工余量
(4)应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准,以保证定位准确夹紧可靠有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准,必要时需经初加工
(5)粗基准应避免重复使用,因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的多次使用难以保证表面间的位置精度为了满足上述要求,基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准,先以后钢板弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面,再以端面定位加工出工艺孔在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面
2.
3.3精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题,当设计基准与工序基准不重合时,应当进行尺寸换算
2.4工艺路线的制定由于生产类型为大批生产,应尽量使工序集中来提高生产率,除此之外,还应降低生产成本
2.
4.1工艺方案一表
2.1工艺方案一表工序1铣两外圆端面工序2钻,扩,铰孔,倒角工序3钻,扩孔工序4钻,扩,铰孔,倒角工序5铣孔的内侧面工序6铣孔的外侧面工序7铣宽度为4的开口槽工序8终检
2.
4.2工艺方案二表
2.2工艺方案二表工序1铣孔的内侧面工序2铣孔的外侧面工序3钻,扩孔工序4钻,扩,铰孔,倒角工序5铣宽度为4的开口槽工序6铣两外圆端面工序7钻,扩,铰孔,倒角工序8终检
2.
4.3工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于方案一是先加工两外圆端面,然后再以此为基面加工孔,再加工孔,孔,最后加工孔的内外侧面以及宽度为4的开口槽铣,则与方案二相反,先加工孔的内外侧面,再以此为基面加工孔,孔,宽度为4的开口槽,最后加工两外圆端面,孔,经比较可见,先加工两外圆端面,以后位置度较易保证,并且定位及装夹都较方便,但方案一中先加工孔,孔,再加工孔的内外侧面,不符合先面后孔的加工原则,加工余量更大,所用加工时间更多,这样加工路线就不合理,同理,宽度为4的开口槽应放在最后一个工序加工所以合理具体加工艺如下表
2.3工艺方案表工序1铣两外圆端面工序2钻,扩,铰孔,倒角工序3铣孔的内侧面工序4铣孔的外侧面工序5钻,扩,铰孔,倒角工序6钻,扩孔工序7铣宽度为4的开口槽工序8终检
2.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“后钢板弹簧吊耳”零件材料为Q235,硬度HBS为149~187,生产类型为大批量生产,采用铸造毛坯根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下1铣两外圆端面考虑其加工表面粗糙度要求为,可以先粗铣,再精铣,根据《机械加工工艺手册》表
2.3-5,取2Z=5已能满足要求2加工孔其表面粗糙度要求较高为,其加工方式可以分为钻,扩,铰三步,根据《机械加工工艺手册》表
2.3-48,确定工序尺寸及余量为钻孔扩孔2Z=
1.8铰孔2Z=
0.23铣孔的内侧面考虑其表面粗糙度要求为,只要求粗加工,根据《机械加工工艺手册》表
2.3-5,取2Z=3已能满足要求4铣孔的外侧面考虑其表面粗糙度要求为,只要求粗加工,根据《机械加工工艺手册》表
2.3-5,取2Z=3已能满足要求5加工孔其表面粗糙度要求较高为,其加工方式可以分为钻,扩,铰三步,根据《机械加工工艺手册》表
2.3-48,确定工序尺寸及余量为钻孔扩孔2Z=
1.8铰孔2Z=
0.26加工孔其表面粗糙度要求较高为,其加工方式可以分为钻,扩,两步,根据《机械加工工艺手册》表
2.3-48,确定工序尺寸及余量为钻孔扩孔2Z=
1.87铣宽度为4的开口槽考虑其表面粗糙度要求为,只要求粗加工,根据《机械加工工艺手册》表
2.3—48,取2Z=2已能满足要求
2.6确定切削用量及基本工时(机动时间)工序1粗、精铣两外圆端面机床专用组合铣床刀具高速刚圆柱形铣刀粗齿数,细齿数
(1)、粗铣铣削深度每齿进给量根据《机械加工工艺师手册》表30-13,取铣削速度参照《机械加工工艺师手册》表30-23,取,机床主轴转速式(2-1)取=30=63代入公式(2-1)得根据《机械加工工艺师手册》表11-4,取实际铣削速度工作台每分进给量式(2-2)取=,,=代入公式(2-2)得取根据《机械加工工艺手册》被切削层长度由毛坯尺寸可知刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1机动时间式(2-3)取,,代入公式(2-3)得以上为铣一个端面的机动时间,故本工序机动工时为
(2)、精铣铣削深度每齿进给量根据《机械加工工艺师手册》表30-13,取铣削速度参照《机械加工工艺师手册》表30-23,取,取=30=63代入公式(2-1)得机床主轴转速,根据《机械加工工艺师手册》表11-4,取实际铣削速度取=,,=代入公式(2-2)得工作台每分进给量根据《机械加工工艺师手册》被切削层长度由毛坯尺寸可知刀具切入长度刀具切出长度取走刀次数为1取,,代入公式(2-3)得机动时间以上为铣一个端面的机动时间,故本工序机动工时为工序2钻,扩,铰孔,倒角机床专用组合钻床刀具麻花钻、扩孔钻、铰刀
(1)、钻孔切削深度进给量根据《机械加工工艺师手册》表28-10,取由于本零件在加工孔时属于底刚度零件,故进给量应乘系数
0.75,则根据《机械加工工艺师手册》表28-13,取取切削速度取=24=35代入公式(2-1)得机床主轴转速,根据《机械加工工艺师手册》表9-3,取实际切削速度被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1机动时间式2-4取,,代入公式(2-4)得
(2)、扩孔切削深度进给量根据《机械加工工艺师手册》表28-30,参照《机械加工工艺师手册》表28-31,取切削速度参照《机械加工工艺师手册》表28-31,取取=19=
36.8代入公式(2-1)得机床主轴转速,根据《机械加工工艺师手册》表9-3取实际切削速度根据《机械加工工艺师手册》表28-42被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1取,,代入公式(2-4)得机动时间
(3)铰孔切削深度进给量根据《机械加工工艺师手册》表28-35,取根据《机械加工工艺师手册》表28-36,取取切削速度取=
9.1=37代入公式(2-1)得机床主轴转速,根据《机械加工工艺师手册》表9-3,取实际切削速度被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1取,,代入公式(2-4)得机动时间
(4)倒角采用锪钻为缩短辅助时间,取倒角是的主轴转速与扩孔时相同,手动进给工序3粗铣孔的内侧面机床专用组合铣床刀具高速刚圆柱形铣刀粗齿数铣削深度每齿进给量根据《机械加工工艺师手册》表30-29,取铣削速度参照《机械加工工艺师手册》表30-29,取,取=24=50代入公式(2-1)得机床主轴转速,根据《机械加工工艺师手册》表11-4,取实际铣削速度取=,,=代入公式(2-2)得工作台每分进给量取根据《机械加工工艺手册》被切削层长度由毛坯尺寸可知刀具切入长度刀具切出长度取走刀次数为1取,,代入公式(2-3)得机动时间以上为铣一个端面的机动时间,故本工序机动工时为工序4粗铣孔的外侧面机床专用组合铣床刀具高速刚圆柱形铣刀粗齿数铣削深度每齿进给量根据《机械加工工艺师手册》表30-29,取铣削速度参照《机械加工工艺师手册》表30-29,取,取=24=50代入公式(2-1)得机床主轴转速,根据《机械加工工艺师手册》表11-4,取实际铣削速度取=,,=代入公式(2-2)得工作台每分进给量取根据《机械加工工艺手册》被切削层长度由毛坯尺寸可知刀具切入长度刀具切出长度取走刀次数为1取,,代入公式(2-3)得机动时间以上为铣一个端面的机动时间,故本工序机动工时为工序5钻,扩,铰孔机床专用组合钻床刀具麻花钻、扩孔钻、铰刀
(1)、钻孔切削深度进给量根据《机械加工工艺师手册》表28-10,取由于本零件在加工孔时属于底刚度零件,故进给量应乘系数
0.75,则根据《机械加工工艺师手册》表28-13,取取切削速度取=24=28代入公式(2-1)得机床主轴转速,根据《机械加工工艺师手册》表9-3,取实际切削速度被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1取,,代入公式(2-4)得机动时间以上为钻一个孔的机动时间,故本工序机动工时为
(2)、扩孔切削深度进给量根据《机械加工工艺师手册》表28-30,参照《机械加工工艺师手册》表28-31,取切削速度参照《机械加工工艺师手册》表28-31,取取=
19.8=
29.8代入公式(2-1)得机床主轴转速,根据《机械加工工艺师手册》表9-3取实际切削速度根据《机械加工工艺师手册》表28-42被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1取,,代入公式(2-4)得机动时间以上为扩一个孔的机动时间,故本工序机动工时为
(3)铰孔切削深度进给量根据《机械加工工艺师手册》表28-35,取根据《机械加工工艺师手册》表28-36,取取切削速度取=
9.9=30代入公式(2-1)得机床主轴转速,根据《机械加工工艺师手册》表9-3,取实际切削速度被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1取,,代入公式(2-4)得机动时间以上为铰一个孔的机动时间,故本工序机动工时为4)倒角采用锪钻为缩短辅助时间,取倒角是的主轴转速与扩孔时相同,手动进给工序6钻,扩孔机床专用组合钻床刀具麻花钻、扩孔钻、
(1)、钻孔切削深度进给量根据《机械加工工艺师手册》表28-10,取由于本零件在加工孔时属于底刚度零件,故进给量应乘系数
0.75,则根据《机械加工工艺师手册》表28-13,取取切削速度取=24=9代入公式(2-1)得机床主轴转速,根据《机械加工工艺师手册》表9-3,取实际切削速度被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1取,,代入公式(2-4)得机动时间以上为钻一个孔的机动时间,故本工序机动工时为
(2)、扩孔切削深度进给量根据《机械加工工艺师手册》表28-30,参照《机械加工工艺师手册》表28-31,取切削速度参照《机械加工工艺师手册》表28-31,取取=25=
10.5代入公式(2-1)得机床主轴转速,根据《机械加工工艺师手册》表9-3取实际切削速度根据《机械加工工艺师手册》表28-42被切削层长度刀具切入长度刀具切出长度走刀次数为1取,,代入公式(2-4)得机动时间以上为扩一个孔的机动时间,故本工序机动工时为工序7粗铣宽度为4的开口槽机床专用组合铣床刀具高速刚锯片铣刀粗齿数铣削深度每齿进给量根据《机械加工工艺师手册》表30-13,取铣削速度参照《机械加工工艺师手册》表30-23,取,取=30=63代入公式(2-1)得机床主轴转速,根据《机械加工工艺师手册》表11-5,取实际铣削速度取=,,=代入公式(2-2)得工作台每分进给量根据《机械加工工艺手册》被切削层长度由毛坯尺寸可知刀具切入长度刀具切出长度取走刀次数为1取,,代入公式(2-3)得机动时间
2.7时间定额计算及生产安排参照《机械加工工艺手册》表
2.5-2,机械加工单件(生产类型中批以上)时间定额的计算公式为(大量生产时)因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为式2-5其中—单件时间定额—基本时间(机动时间)—辅助时间用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间,包括装卸工件时间和有关工步辅助时间—布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值工序1粗、精铣两外圆端面机动时间辅助时间参照《机械加工工艺手册》表
2.5-45,取工步辅助时间为由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为则根据《机械加工工艺手册》表
2.5-48,取,,k=
0.13代入公式(2-5)得单间时间定额工序2钻,扩,铰孔,倒角机动时间辅助时间参照《机械加工工艺手册》表
2.5-41,取工步辅助时间为由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为则根据《机械加工工艺手册》表
2.5-43,取,,k=
0.1214代入公式(2-5)得单间时间定额工序3铣孔的内侧面机动时间辅助时间参照《机械加工工艺手册》表
2.5-45,取工步辅助时间为由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为则根据《机械加工工艺手册》表
2.5-48,取,,k=
0.13代入公式(2-5)得单间时间定额工序4铣孔的外侧面机动时间辅助时间参照《机械加工工艺手册》表
2.5-41,取工步辅助时间为由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为则根据《机械加工工艺手册》表
2.5-43,取,,k=
0.1214代入公式(2-5)得单间时间定额工序5钻,扩,铰孔,倒角机动时间辅助时间参照《机械加工工艺手册》表
2.5-41,取工步辅助时间为由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为则根据《机械加工工艺手册》表
2.5-48,取,,k=
0.1214代入公式(2-5)得单间时间定额工序6钻,扩孔机动时间辅助时间参照《机械加工工艺手册》表
2.5-41,取工步辅助时间为由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为则根据《机械加工工艺手册》表
2.5-43,k=
12.14取,,k=
0.1214代入公式(2-5)得单间时间定额工序7铣宽度为4的开口槽机动时间辅助时间参照《机械加工工艺手册》表
2.5-45,取工步辅助时间为由于在生产线上装卸工件时间很短,所以取装卸工件时间为则根据《机械加工工艺手册》表
2.5-48,取,,k=
0.13代入公式(2-5)得单间时间定额
2.8本章小结本章主要是对后钢板弹簧吊耳的加工工艺进行设计先要明确零件的作用,本次设计的后钢板弹簧吊耳的主要作用就是载重后,使钢板能够得到延伸,伸展,能有正常的缓冲作用确定了零件的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸后,就可以对零件的工艺路线进行分析,制定出几套工艺方案,然后对这几套方案进行分析比较,选择最优方案,最后进行时间定额计算及生产安排优良的加工工艺是能否生产出合格,优质零件的必要前提,所以对加工工艺的设计十分重要,设计时要反复比较,选择最优方案3粗铣后钢板弹簧吊耳内侧端面夹具设计
3.1粗铣后钢板弹簧吊耳内侧端面夹具设计本夹具主要用来粗铣后钢板弹簧吊耳内侧端面由加工本道工序的工序简图可知粗铣后钢板弹簧吊耳内侧端面时,均有表面粗糙度要求本道工序仅是对内侧端面进行粗加工工件以孔及端面和叉杆面为定位基准,在带台肩长销和浮动支承半板上实现完全定位夹紧时,首先由螺母和开口垫圈夹紧孔两端面,再用DQG型汽缸通过铰链杠杆机构带动浮动压块在工件叉杆处夹紧在本道工序加工时,还应考虑提高劳动生产率,降低劳动强度同时应保证加工尺寸精度和表面质量
3.2定位方案的分析和定位基准的选择在进行后钢板弹簧吊耳内侧端面粗铣加工工序时,外圆端面已经精铣,工艺孔已经加工出很容易想到一面一孔组合基准定位,以在带台肩长销为第一定位基准限制工件的四个自由度,端面应一点接触,限制一个自由度,工件以孔及端面和叉杆面为定位基准,在带台肩长销和浮动支撑板上实现完全定位夹紧时,首先由螺母和开口垫圈夹紧孔两端面,再用汽缸通过铰链杠杆机构带动浮动压块在工件叉杆处夹紧图
3.1定位机构图
3.3定位误差分析本工序选用的工件以圆孔在定位销上定位,定位销为水平放置,由于定位副间存在径向间隙,因此必将引起径向基准位移误差在重力作用下定位副只存在单边间隙,即工件始终以孔壁与心轴上母线接触,故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向,且向下,见下图式中——定位副间的最小配合间隙(mm);——工件圆孔直径公差(mm);——定位销外圆直径公差(mm)图
3.2定位销水平放置时定位分析图
3.4铣削力与夹紧力计算根据《机械加工工艺手册》可查得铣削力计算公式为圆周分力式(3-1)查表可得代入公式(3-1)得=查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡即()计算出的理论夹紧力F再乘以安全系数k既为实际所需夹紧力即取k=
23.5定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中,一般使用两个其距离尽可能布置的远些通过定向键与铣床工作台T形槽的配合,使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置根据GB2207—80定向键结构如图所示图
3.3夹具体槽形与螺钉图根据T形槽的宽度a=25mm定向键的结构尺寸如下表
3.1定向键数据表BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D25-
0.014-
0.0454014615624+
0.0237对刀装置由对刀块和塞尺组成,用来确定刀具与夹具的相对位置由于本道工序是完成后钢板弹簧吊耳内侧端面的粗铣加工,所以选用直角对刀块直角对刀块的结构和尺寸如图所示图
3.4对刀块图塞尺选用平塞尺,其结构如下图所示图
3.5平塞尺图塞尺尺寸为表
3.2平塞尺尺寸表公称尺寸H允差dC3-
0.
0060.
253.6夹紧装置及夹具体设计为了提高生产效率,缩短加工中的辅助时间因此夹紧装置采用气缸夹紧装置工件在夹具上安装好后,气缸活塞带动压块从上往下移动夹紧工件根据所需要的夹紧力,来计算气缸缸筒内径气缸活塞杆推力式(3-2)其中P—压缩空气单位压力(取P=6公斤力/)—效率(取)代入公式(3-2)得厘米取厘米=250因此气缸选用DQG型气缸,其结构如下图所示图
3.6DQG型气缸图其主要结构参数如下表表
3.3DQG型气缸数据表缸径LBMKH8040256050117104PTGhFEKK
98771117.
52119.5G3/8M16夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图整个夹具的结构夹具装配图1所示
3.7夹具设计及操作的简要说明本夹具用于后钢板弹簧吊耳内侧端面的粗铣件以孔及端面和叉杆面为定位基准,在带台肩长销和浮动支撑板上实现完全定位夹紧时,首先由螺母和开口垫圈夹紧孔两端面,再用汽缸通过铰链杠杆机构带动浮动压块在工件叉杆处夹紧其夹紧采用的是气动夹紧,夹紧简单、快速、可靠有利于提高生产率工件在夹具体上安装好后,浮动压块在气缸活塞的推动下向下移动夹紧工件当工件加工完成后,压块随即在气缸活塞的作用下松开工件,即可取下工件
3.8本章小结在本章中,夹具主要用来粗铣后钢板弹簧吊耳内侧端面首先应明确本夹具中的夹紧定位机构,在进行后钢板弹簧吊耳内侧端面粗铣加工工序时,外圆端面已经精铣,工艺孔已经加工出工件以孔及端面和叉杆面为定位基准,在带台肩长销和浮动支撑板上实现完全定位夹紧时,首先由螺母和开口垫圈夹紧孔两端面,再用汽缸通过铰链杠杆机构带动浮动压块在工件叉杆处夹紧然后按照有关公式进行铣削力和夹紧的计算,然后对铣床夹具必不可少的定向键和对刀装置进行设计,为了提高生产效率,缩短加工中的辅助时间因此夹紧装置采用气缸夹紧装置,所以还要对汽缸进行设计夹具是制造系统的重要组成部分,夹具对加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响是能否高效、便捷生产出合格、优质零件的保证所以对夹具设计也是非常重要的4加工工艺孔夹具设计
4.1加工工艺孔夹具设计本夹具主要用来钻、扩、铰两个工艺孔这两个工艺孔均有尺寸精度要求为,表面粗糙度要求,表面粗糙度为,与端面垂直并用于以后加工中的定位其加工质量直接影响以后各工序的加工精度本道工序为后钢板弹簧吊耳加工的第五道工序,本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求,以及如何提高劳动生产率,降低劳动强度
4.2定位方案的分析和定位基准的选择由零件图可知,两工艺孔位于零件孔内外侧面上,其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与侧面垂直为了保证所钻、铰的孔与侧面垂直并保证两工艺孔能在后续的孔加工工序中使孔的加工余量均匀根据基准重合、基准统一原则在选择两工艺孔的加工定位基准时,应尽量选择上一道工序即粗、精铣顶面工序的定位基准,以及设计基准作为其定位基准因此加工工艺孔的定位基准应选择外圆端面和与之配合的心轴为主要定位基准限制工件的五个自由度,用一个定位销限制工件的另一个自由度采用螺母夹紧图
4.1定位分析图
4.3定位误差分析本工序选用的工件以圆孔在间隙心轴上定位,心轴为垂直放置,由于定位副间存在径向间隙,因此必将引起径向基准位移误差不过这时的径向定位误差不再只是单向的了,而是在水平面内任意方向上都有可能发生,其最大值也比心轴水平放置时大一倍见下图式中——定位副间的最小配合间隙(mm);——工件圆孔直径公差(mm);——心轴外圆直径公差(mm)图
4.2心轴垂直放置时定位分析图
4.4切削力的计算与夹紧力分析由于本道工序主要完成工艺孔的钻、扩、铰加工,而钻削力远远大于扩和铰的切削力因此切削力应以钻削力为准由《切削手册》得钻削力式(4-1)钻削力矩式(4-2)式中代入公式(4-1)和(4-2)得本道工序加工工艺孔时,夹紧力方向与钻削力方向相同因此进行夹紧立计算无太大意义只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求
4.5钻套、衬套、钻模板及夹具体设计工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要求故选用快换钻套(其结构如下图所示)以减少更换钻套的辅助时间根据工艺要求工艺孔分钻、扩、铰三个工步完成加工即先用的麻花钻钻孔,根据GB1141—84的规定钻头上偏差为零,钻套孔径为再用标准扩孔钻扩孔,根据GB1141—84的规定扩孔钻的尺寸为,钻套尺寸为最后用的标准铰刀铰孔,根据GB1141—84的规定标准铰刀尺寸为故钻套孔径尺寸为图
4.3快换钻套图铰工艺孔钻套结构参数如下表表
4.1铰工艺孔钻套数据表dHD公称尺寸允差303040-
0.010-
0.
0275946165.5272836衬套选用固定衬套其结构如图所示图
4.4固定衬套图其结构参数如下表表
4.2固定衬套数据表dHDC公称尺寸允差公称尺寸允差40+
0.02304246+
0.035+
0.01832夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图整个夹具的结构见夹具装配图2所示
4.6夹具精度分析利用夹具在机床上加工时,机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统它们之间相互联系,最后形成工件和刀具之间的正确位置关系因此在夹具设计中,当结构方案确定后,应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算本道工序加工中主要保证两工艺孔尺寸及同轴度公差及表面粗糙度本道工序最后采用精铰加工,选用GB1141—84铰刀,直径为,并采用钻套,铰刀导套孔径为,外径为同轴度公差为固定衬套采用孔径为,同轴度公差为该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求即要求
(1)、各孔的实际轮廓受最大实体实效边界的控制即受直径为的理想圆柱面的控制
(2)、各孔的体外作用尺寸不能小于最大实体实效尺寸
(3)、当各孔的实际轮廓偏离其最大实体状态,即其直径偏离最大实体尺寸时可将偏离量补偿给位置度公差
(4)、如各孔的实际轮廓处于最小实体状态即其实际直径为时,相对于最大实体尺寸的偏离量为,此时轴线的位置度误差可达到其最大值工艺孔的尺寸,由选用的铰刀尺寸满足工艺孔的表面粗糙度,由本工序所选用的加工工步钻、扩、铰满足
4.7夹具设计及操作的简要说明由零件图可知,两工艺孔位于零件孔内外侧面上,其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与侧面垂直为了保证所钻、铰的孔与侧面垂直并保证两工艺孔能在后续的孔加工工序中使孔的加工余量均匀根据基准重合、基准统一原则在选择两工艺孔的加工定位基准时,应尽量选择上一道工序即粗、精铣顶面工序的定位基准,以及设计基准作为其定位基准因此加工工艺孔的定位基准应选择外圆端面为主要定位基面以限制工件的三个自由度,以孔限制工件的两个自由度,用一个挡块定位限制工件的另一个自由度
4.8本章小结在本章中,夹具主要用来加工后钢板弹簧吊耳工艺孔首先应明确本夹具中的夹紧定位机构,在进行后钢板弹簧吊耳内侧端面粗铣加工工序时,外圆端面已经精铣,工艺孔已经加工出本工艺孔的定位基准应选择外圆端面和与之配合的心轴为主要定位基准限制工件的五个自由度,用一个定位销限制工件的另一个自由度采用螺母夹紧然后按照有关公式进行切削力和夹紧力的计算,然后对钻床夹具必不可少的钻套和衬套进行设计,还应对夹具精度进行分析夹具是制造系统的重要组成部分,夹具对加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响是能否高效、便捷生产出合格、优质零件的保证所以对夹具设计也是非常重要的5加工工艺孔夹具设计
5.1加工工艺孔夹具设计本夹具主要用来钻、扩、两个工艺孔这两个工艺孔均有表面粗糙度要求,表面粗糙度为,与圆垂直本到工序为后钢板弹簧吊耳加工的第六道工序,本道工序加工时主要应考虑如何保证其表面粗糙度要求,以及如何提高劳动生产率,降低劳动强度
5.2定位方案的分析和定位基准的选择由零件图可知,两工艺孔位于零件孔上,其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与端面垂直为了保证所钻、扩的孔与侧面垂直,根据基准重合、基准统一原则在选择两工艺孔的加工定位基准时,应尽量选择上一道工序即钻扩铰工序的定位基准,以及设计基准作为其定位基准因此加工工艺孔的定位基准应选择孔端面为主要定位基面以限制工件的三个自由度,以孔配和的圆柱销限制工件的两个自由度,以孔配和的削边销限制工件的一个自由度,既采用一面两销定位再用一个螺旋夹紧机构从孔的另一端面进行夹紧图
5.1定位分析图
5.3定位元件的设计本工序选用的定位基准为一面两孔定位,所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和短削边销进行设计由加工工艺孔工序简图可知两工艺孔中心距由于两工艺孔有位置度公差,所以其尺寸公差为所以两工艺孔的中心距为,而两工艺孔尺寸为,根据《机床夹具设计手册》削边销与圆柱销的设计计算过程如下图
5.2两销分析图
(1)、确定两定位销中心距尺寸及其偏差==
(2)、确定圆柱销直径及其公差(—基准孔最小直径)取f6所以圆柱销尺寸为
(3)、削边销的宽度b和B(由《机床夹具设计手册》)
(4)、削边销与基准孔的最小配合间隙式(5-1)其中—基准孔最小直径—圆柱销与基准孔的配合间隙代入数据由公式(5-1)得
(5)、削边销直径及其公差按定位销一般经济制造精度,其直径公差带为,则削边销的定位圆柱部分定位直径尺寸为
(6)、补偿值
5.4定位误差分析本夹具选用的定位元件为一面两销定位其定位误差主要为
(1)、移动时基准位移误差==
2、转角误差其中
5.5切削力的计算与夹紧力分析由于本道工序主要完成工艺孔的钻、扩、铰加工,而钻削力远远大于扩和铰的切削力因此切削力应以钻削力为准由《切削手册》得钻削力式(5-2)钻削力矩式(5-3)式中代入公式(5-2)和(5-3)得本道工序加工工艺孔时,夹紧力方向与钻削力方向相同因此进行夹紧立计算无太大意义只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求
5.6钻套、衬套、钻模板及夹具体设计工艺孔的加工需钻、扩、两次切削才能满足加工要求故选用快换钻套(其结构如下图所示)以减少更换钻套的辅助时间根据工艺要求工艺孔分钻、扩、两个工步完成加工即先用的麻花钻钻孔,根据GB1141—84的规定钻头上偏差为零,故钻套孔径为再用标准扩孔钻扩孔,根据的规定扩孔钻的尺寸为,钻套尺寸为图
5.3快换钻套图扩工艺孔钻套结构参数如下表表
5.1扩工艺孔钻套数据表dHD公称尺寸允差
10.51616-
0.006-
0.
01826221241011.
520.5衬套选用固定衬套其结构如图所示图
5.4固定衬套图其结构参数如下表表
5.2固定衬套数据表dHDC公称尺寸允差公称尺寸允差16+
0.01901622+
0.039+
0.
02510.6夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图整个夹具的结构见夹具装配图2所示
5.7夹具精度分析利用夹具在机床上加工时,机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统它们之间相互联系,最后形成工件和刀具之间的正确位置关系因此在夹具设计中,当结构方案确定后,应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算本道工序加工中主要保证两工艺孔尺寸及与孔距离要求为粗糙度表面粗糙度固定衬套采用孔径为,同轴度公差为该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求即要求
(1)、各孔的实际轮廓受最大实体实效边界的控制即受直径为的理想圆柱面的控制
(2)、各孔的体外作用尺寸不能小于最大实体实效尺寸
(3)、当各孔的实际轮廓偏离其最大实体状态,即其直径偏离最大实体尺寸时可将偏离量补偿给位置度公差
(4)、如各孔的实际轮廓处于最小实体状态即其实际直径为时,相对于最大实体尺寸的偏离量为,此时轴线的位置度误差可达到其最大值工艺孔的尺寸,由选用的铰刀尺寸满足工艺孔的表面粗糙度,由本工序所选用的加工工步钻、扩、满足
5.8夹具设计及操作的简要说明由零件图可知,两工艺孔位于零件孔上,其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与端面垂直为了保证所钻、扩的孔与侧面垂直,根据基准重合、基准统一原则在选择两工艺孔的加工定位基准时,应尽量选择上一道工序即钻扩铰工序的定位基准,以及设计基准作为其定位基准因此加工工艺孔的定位基准应选择孔端面为主要定位基面以限制工件的三个自由度,以孔配和的圆柱销限制工件的两个自由度,以孔配和的削边销限制工件的一个自由度,既采用一面两销定位然后由一个螺旋夹紧机构夹紧就可以开始加工了
5.9本章小结本夹具主要用来加工后钢板弹簧吊耳工艺孔首先应明确本夹具中的夹紧定位机构,本工艺孔的定位基准应选择孔端面为主要定位基面以限制工件的三个自由度,以孔配和的圆柱销限制工件的两个自由度,以孔配和的削边销限制工件的一个自由度,既采用一面两销定位再用一个螺旋夹紧机构从孔的另一端面进行夹紧然后按照有关公式进行切削力和夹紧力的计算,然后对钻床夹具必不可少的钻套和衬套进行设计,对夹具精度进行分析夹具是制造系统的重要组成部分,夹具对加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响是能否高效、便捷生产出合格、优质零件的保证所以对夹具设计也是非常重要的结论后钢板弹簧吊耳的加工工艺及夹具设计,主要是对后钢板弹簧吊耳的加工工艺和夹具进行设计后钢板弹簧吊耳的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线,机械加工余量和切削用量、基本工时的确定,夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构在本设计中工件的加工工艺路线正确合理,夹具的定位夹紧机构也能达到定位夹紧的目的,能保证加工工件的精度在设计中遇到了很多问题,如出现工艺路线的不合理,甚至出现不能保证加工所要求达到的精度在进行夹具设计时,因定位基准选择不合理,出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证在选择夹紧机构时由于机构的大小,尺寸等不合理,而达不到夹紧的目的,也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻转不过在指导老师的悉心认真的指导下,经过三个多月自身的不断努力,这些问题都一一解决在这个过程中,对机械加工工艺和夹具设计有关的知识有了更深的理解,增强了对本专业综合知识运用的能力,使我对专业知识、技能有了进一步的提高,为以后从事专业技术的工作打下基础文献综述后钢板弹簧吊耳的加工工艺及夹具设计
1、前言机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后,进行的一次理论联系实际的综合运用,使我对专业知识、技能有了进一步的提高,为以后从事专业技术的工作打下基础机械加工工艺是实现产品设计,保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段,是企业进行生产准备,计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据,也是企业上品种、上质量、上水平,加速产品更新,提高经济效益的技术保证然而夹具又是制造系统的重要组成部分,不论是传统制造,还是现代制造系统,夹具都是十分重要的因此,好的夹具设计可以提高产品劳动生产率,保证和提高加工精度,降低生产成本等,还可以扩大机床的使用范围,从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求
2、发展历史夹具从产生到现在,大约可以分为三个阶段第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上,这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具,是加工过程加速和趋于完善;第二阶段,夹具成为人与机床之间的桥梁,夹具的机能发生变化,它主要用于工件的定位和夹紧人们越来越认识到,夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系,所以对夹具引起了重视;第三阶段表现为夹具与机床的结合,夹具作为机床的一部分,成为机械加工中不可缺少的工艺装备
3、发展现状制造业是国民经济的基础,随着以计算机技术为主导的现代科学技术的迅速发展,以“时间驱动”为特征的市场竞争、产品更新换代的加快、商品需求的多样化、用户素质的提高等使制造业面临着巨大的挑战,特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工就出现了一些问题,在现阶段像后钢板弹簧吊耳类的加工还没达到现代自动化的水平在现代的中小批量生产中,它的加工工艺还需人工画线的方法来保证其精度,而对工件的装夹也是通过人工的方法进行的因此我国对后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于效率低、成本高的阶段
4、发展趋势随着机械工业的迅速发展,对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求,使多品种,中小批生产作为机械生产的主流,为了适应机械生产的这种发展趋势,必然对机床夹具提出更高的要求特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段在今后的发展过程中,应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具,尤其是成组夹具在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展
5、设计面临的问题在设计中,需要对零件加工工艺方案和夹具进行设计,在确定加工工艺方案时,可能会出现工艺路线的不合理,甚至出现不能保证加工所要求达到的精度在进行夹具设计时,可能因定位基准选择不合理,出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证在选择夹紧机构时由于机构的大小,尺寸等不合理,而达不到夹紧的目的,也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻转所以在设计过程中应制订多套方案,以供比较选择最优,同时还要多请教指导老师和同学,并多查阅相关的书籍来尽可能好的完成设计
6、总结在机械制造中,为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等,使用着大量的夹具利用夹具,可以提高劳动生产率,提高加工精度,减少废品,可以扩大机床的工艺范围,改善操作的劳动条件因此,夹具是机械制造中的一项重要的工艺装备夹具设计的基础理论一个好的机床夹具,首先要保证能加工出合格的产品为此,所设计的夹具首先应满足以下两项要求第一,在未受外力作用时,加工件对刀具和机床应保持正确的位置,即加工件应有正确的定位第二,在加工过程中,作用于加工件上的各种外力,不应当破坏加工件原有的正确定位,即对加工件应有正确的夹紧。