操縱桿支架課程設計.doc

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機械制造工藝學課程設計 題 目：操縱桿支架加工工藝規(guī)程設計及鉆孔夾具設計 姓 名：萬百川 系 別：機電工程系 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 年 級：2009 學 號：MDA09087 指導教師：李永鮮 職稱：教授 2012年07月03日 操縱桿支架加工工藝規(guī)程設計及鉆孔夾具設計 [摘要]此次設計是對撥叉零件的加工工藝和夾具設計，其零件為鑄件，外形較小，除2-Φ20孔公差要求較嚴格外，其它加工面公差要求較低，并且無位置度要求，但是為了滿足裝配性能，根據(jù)現(xiàn)場實際，在加工過程中要制定工藝基準，并制定出工藝公差，利用工藝基準來加工后續(xù)工序。 [關鍵詞] 操縱桿支架 加工工藝 專用夾具 設計 目錄 第一章 序言 3 第二章 零件的分析 4 2.1 零件的作用 4 2.2 零件的工藝分析 4 第二章 工藝規(guī)程設計 5 3.1 確定生產(chǎn)類型 5 3.2 確定毛坯制造形式 5 3.3 選擇定位基準 5 3.4 選擇加工方法 5 3.5 制訂工藝路線 6 3.6 確定加工余量及毛坯尺寸 7 3.7 工序設計 7 3.8 確定切削用量和基本時間 8 第四章 夾具設計 11 4.1 接受設計任務、明確加工要求 11 4.2 確定定位方案、選擇定位原件 11 4.3 確定加緊方案、設計夾緊機構 12 4.4 確定導向方案和導向元件 12 4.5 夾具體設計 13 4.6 夾具精度分析 13 4.7 繪制夾具裝配圖，標注有關尺寸和技術要求 13 結 論 15 致 謝 16 參考文獻 17 第一章 序言 機械制造工藝學課程設計是我們融會大學所學的《機械制造工藝學》、《機械制造裝備設計》等知識后，將理論與實踐相結合對專業(yè)知識的綜合運用訓練，并且為我們以后做好畢業(yè)設計進行一次綜合訓練和準備。通過機械制造工藝學課程設計，應該得到下述各方面鍛煉： 1、能熟練的運用機械制造工藝學的基本理論和夾具設計原理的知識，正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及合理制訂工藝規(guī)程等問題的方法，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。 2、通過對零件某道工序的夾具設計，學會工藝裝備設計的一般方法。通過親手設計夾具（或量具）的訓練，提高結構設計的能力。 3、課程設計過程也是理論聯(lián)系實際的過程，并學會使用手冊、查詢相關資料等，增強我們解決工程實際問題的獨立工作能力。 第二章 零件的分析 2.1 零件的作用 題目所給定的零件是汽車換擋部分的操縱桿支架，它的主要作用是固定操縱桿，使其在行駛過程中牢固可靠。零件上的3-Φ11孔用螺栓固定在底座上，操縱桿用Φ20的定位銷固定在支架上，并且在換擋時依靠利用36槽軌跡不會引起偏差。 2.2 零件的工藝分析 操縱桿支架共有4組加工表面，分析如下： （1）2-Φ20孔， （2）支架底面 （3）36槽 （4）3-Φ11孔 此零件外形較小，圖中除2-Φ20孔，公差要求較嚴格外，其它加工面公差要求較低，并且無位置度要求，但是為了滿足裝配性能，根據(jù)現(xiàn)場實際，在加工過程中要制定工藝基準，并制定出工藝公差，利用工藝基準來加工后續(xù)工序。 第二章 工藝規(guī)程設計 3.1 確定生產(chǎn)類型 操縱桿支架材料為灰鑄鐵，牌號HT250，零件年產(chǎn)量為10000件，已達大批生產(chǎn)的水平[1]。 3.2 確定毛坯制造形式 零件的輪廓尺寸不大，故可采用精鑄件，這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度上考慮也是應該的。 3.3 選擇定位基準 定位基準的選擇是工藝規(guī)程制訂中的重要工作，它是工藝路線是否正確合理的前提。正確與合理的選擇定位基準，可以確保加工質量，縮短工藝過程，簡化工藝裝備結構與種類、提高生產(chǎn)率。 （1）粗基準的選擇： 對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。而對于有若干個不加工表面的工件，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面做粗基準。因為銑底面時要保證540.5，所以以2-R20外圓表面為粗基準。 （2）精基準的選擇： 精基準的選擇有利于保證加工精度，并使工件裝夾方便。在選擇時，主要應該考慮基準重合、基準統(tǒng)一等問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算。精基準選擇為底面及3-Φ11孔。 3.4 選擇加工方法 3.4.1 平面的加工 平面的加工方法很多，有車、刨、銑、磨、拉等。對于本支架，底端面的粗糙度要求Ra25um，精度要求較低。故選擇端銑加工方式。 3.4.2 孔的加工 孔的加工方式有鉆、擴、鏜、拉、磨等。對于本支架，3-Φ11的孔為工藝孔，所以選用鉆床加工的方式。2-Φ11的孔，由于精度要求較為嚴格，因此選用立式銑床鉆銑加工。 3.4.3 槽的加工 槽的加工方式有銑、磨、電火花等。對于本支架，考慮到經(jīng)濟性的要求，選用銑床加工。 3.5 制訂工藝路線 制訂工藝路線的出發(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的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 1）工藝路線方案一 工序Ⅰ 鉆銑2-Φ20孔。 工序Ⅱ 粗精銑底面A。 工序Ⅲ 鉆底面3-Φ11孔。 工序Ⅳ 銑36槽。 工序Ⅴ 檢查 （2）工藝路線方案二 工序Ⅰ 粗精銑底面A。 工序Ⅱ 鉆底面3-Φ11孔。 工序Ⅲ 鉆銑2-Φ20孔。 工序Ⅳ 銑36槽。 工序Ⅴ 檢查 （3）工藝路線方案三 工序Ⅰ 粗精銑底面A。 工序Ⅱ 銑36槽。 工序Ⅲ 鉆銑2-Φ20孔。 工序Ⅳ 鉆底面3-Φ11孔。 工序Ⅴ 檢查 上述三個工藝方案的特點在于：方案一是先加工出2-Φ20孔，再以其為基準，加工出底面，而后以底面為基準，加工底面3-Φ11孔及36槽。方案二是先加工出底面，再以底面為基準，加工出底面3-Φ11孔，2-Φ20孔及36槽，這種方案基準統(tǒng)一。方案三是先加工出底面，再以底面為基準，加工出36槽及2-Φ20孔，最后以36槽與Φ20做定位基準加工3-Φ11孔。三種方案相比較，可以看出，方案一中，先以毛坯底面為粗基準，加工出2-Φ20孔，再以2-Φ20孔為基準加工底面，而后又以底面為基準，加工另外兩組尺寸，由于中間變換了定位基準，不利于基準統(tǒng)一原則。方案二，先加工出底面，后續(xù)加工都已底面定位，可以使加工質量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。而方案三也存在與方案一同樣的弊端。因此，我們選用方案二做為操縱桿支架的加工路線： 工序Ⅰ 以兩個R20外毛坯面做為粗基準，粗精銑底面A。選用X53立式銑床及專用夾具加工。 工序Ⅱ 以底面為基準，側邊采用輔助支撐，加工底面上3-Φ11孔，其中2個孔做為后續(xù)工藝定位孔，按工藝尺寸加工。選用Z3040鉆床及專用鉆模。 工序Ⅲ 以一面兩銷定位，鉆銑2-Φ20孔。選用X53立式銑床及專用夾具加工。 工序Ⅳ 以底面及2-Φ11孔，一面兩銷定位，加工36槽。選用X63臥式銑床及專用夾具加工。 工序Ⅴ 終檢。 3.6 確定加工余量及毛坯尺寸 “操縱桿支架”零件材料為灰鑄鐵，硬度HB163-229HBW[2]，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用精鑄件毛坯。 根據(jù)上述資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： （1）底面（A面） 根據(jù)《金屬機械加工工藝人員手冊》表5-5[9]，鑄件最大尺寸≦120，確定底面毛坯機械加工余量為3mm。粗精銑一次加工完成到尺寸。 （2）3-Φ11 為工藝孔，加工時按工藝尺寸加工，直接在零件上鉆鉸完成。 （3）36槽 根據(jù)手冊表5-5，確定毛坯余量3mm。粗精銑一次完成。 （4）2-Φ20孔 根據(jù)手冊表5-58，先用鉆頭鉆孔至Φ19，再用Φ20鏜刀加工。 3.7 工序設計 3.7.1 選擇加工設備 選擇加工設備即選擇機床類型。由于已經(jīng)根據(jù)零件的形狀、精度特點，選擇了加工方法，因此機床的類型也隨之確定。至于機床的型號，主要取決于現(xiàn)場的設備情況。若零件加工余量較大，加工材料又較硬，有必要校驗機床功率。初步選擇各工序機床如下： 1） 工序Ⅰ 銑底面A：XK7150數(shù)控銑床 2） 工序Ⅱ 加工底面上3-Φ11工藝孔：機床：Z3040鉆床 3） 工序Ⅲ 加工36槽：X63臥式銑床 4） 工序Ⅳ 鉆鏜2-Φ20孔：X53立式銑床 3.7.2 選擇夾具 對于成批生產(chǎn)的零件，大多采用專用機床家具。在保證加工質量、操作方便、滿足高效的前提下，也可部分采用通用家具。本機械加工工藝規(guī)程中所有工序均采用了專用機床家具，需專門設計、制造。 3、刀具選擇 在操縱桿的加工中，采用了銑、鉆、鏜、等多種加工方式，與之相對應，初選刀具的情況如下： 1） 工序Ⅰ 銑底面A：采用成都成量工具有限公司的面銑刀刀柄及立裝式立銑刀，刀具直徑φ160。刀片材料P/K，型號LZ1282，適用加工材料為鑄鐵等。 2） 工序Ⅱ 加工底面上3-Φ11工藝孔：鉆頭選取高速鋼鉆頭，直徑Φ10.5，鉸刀選取高速鋼機用鉸刀Φ11H9 3） 工序Ⅲ 鉆鏜2-Φ20孔：采用鉆鏜的形式，先用Φ19高速鋼鉆頭鉆出底孔，再用Φ20鏜刀精加工。 4） 工序Ⅳ 加工36槽：選用可調式三面刃銑刀，直徑Φ120,刀片767，加工鑄鐵件。 3.8 確定切削用量和基本時間 工序Ⅰ 銑底面A （1）加工條件 工件材料：HT200，鑄件 加工要求：粗精銑底面A。 機床：XK7150數(shù)控銑床。 刀具：采用成都成量工具有限公司的面銑刀刀柄及立裝式立銑刀，刀具直徑φ160。刀片材料P/K，型號LZ1282，適用加工材料為鑄鐵等。 （2）計算切削用量 毛坯加工余量為3mm左右，根據(jù)《組合機床切削用量計算》表9[11]，Vc選60m/min，f=0.3 mm/r。 （3）確定機床主軸轉速 n=VcX1000 πXDc=60x1000 3.14x160=119r/min 按機床說明書，與119r/min相近的機床轉速為95r/min 所以實際切削速度v=47.728r/min （4）計算切削工時 t =4.2min 工序Ⅱ 以底面為基準，側邊采用輔助支撐，加工底面上3-Φ11工藝孔。 （1）加工條件 工件材料：HT200，鑄件。 加工要求：鉆鉸3-Φ11孔。 機床：Z3040鉆床。 刀具：鉆頭選取高速鋼鉆頭，直徑Φ10.5，鉸刀選取高速鋼機用鉸刀Φ11H9 （2）計算切削用量 ① 先用Φ10.5鉆頭鉆底孔。 根據(jù)《組合機床切削用量計算》表1[11]選取f=0.20mm/r,v=20m/min 所以n=1000v πD=1000x20 3.14x10.5=606r/min 按機床選取n=630r/min 實際切削速度v=20.77 m/min ② 用Φ11H9鉸刀進行鉸孔 根據(jù)《組合機床切削用量計算》表6,選取f=0.5 mm/r,v=6m/min 所以n=1000v πD=1000x6 3.14x11.=173.7r/min 按機床選取n=200r/min 實際切削速度v=6.9 m/min （3）計算切削工時 鉆削一孔：t= 0.72min 鉸削一孔：t= 1.8min 總切削時間：0.72x3+1.8x3=7.5min 工序Ⅳ 以一面兩銷定位，鉆鏜2-Φ20孔 （1）加工條件 工件材料：HT250，鑄件。 加工要求：鉆銑2-Φ20孔。 機床：X53立式銑床。 刀具：采用鉆鏜的形式，先用Φ19高速鋼鉆頭鉆出底孔，再用Φ20鏜刀精加工。 ① 先用Φ18鉆頭鉆底孔 根據(jù)《組合機床切削用量計算》表9[11]，選取f=0.2 mm/r,v=40m/min 所以n=1000v πD=1000x40 3.14x19.=670 r/min 按機床選取n=600r/min 實際切削速度v=35.796m/min ② 用Φ20成型鏜刀進行鏜孔 根據(jù)《組合機床切削用量計算》選取f=0.15mm/r,v=70m/min 所以n=1000v πD=1000x70 3.14x20.=581r/min 按機床選取n=600 r/min 實際切削速度v=37.68 m/min （2）計算切削工時 鉆削時間：t =2.3 min 鉸削時間：t =1.2 min 總切削時間：t=3.5 min 工序Ⅲ 以底面及Φ11孔，一面兩銷定位，加工36槽。 （1）加工條件 工件材料：HT200，鑄件。 加工要求：銑36槽。 機床：X63臥式銑床。 刀具：選用可調式三面刃銑刀，直徑Φ120,刀片767，加工鑄鐵件。 （2）計算切削用量 根據(jù)《組合機床切削用量計算》表9[11],選取Vc=60m/min,f=0.2 mm/r 確定機床轉速 n=VcX1000 πXDc=60x1000 3.14x120=159.2r/min 按機床說明書，與212.3 r/min相近的機床轉速為150 r/min 所以實際切削速度v=56.52 m/min （3）計算切削工時， t=4min 工序Ⅴ 檢查 第四章 夾具設計 4.1 接受設計任務、明確加工要求 本次專用機床夾具設計任務是設計用于操縱桿支架上的兩個Φ20孔的鉆孔，是專用的鉆床夾具，具體設計應以前文的工藝規(guī)程和后文的工序卡片為依據(jù)，有關零件的功用、工作條件方面可參照零件圖樣和工藝規(guī)程指定部分。由零件和課程設計任務書中能得到的本工序加工要求如下： （1） 2個Φ20mm孔尺寸公差等級為IT12。 （2） 2個Φ20mm孔表面粗糙度要求為Ra3.2。 （3） 2個Φ20mm孔都為通孔。 （4） 2個Φ20mm孔軸線共線，距工件底面540.5mm，距工件后平面19mm。 （5） 零件毛坯材料為HT250 （6） 產(chǎn)品生產(chǎn)綱領：10000件/年。 了解了上述信息之后，針對設計任務，可同時搜集另一些設計資料，如相應的標準以及有關的計算公式、同類產(chǎn)品或近似產(chǎn)品的夾具圖樣，有關機床設備的相關尺寸，實現(xiàn)現(xiàn)場中機床設備的位置、空間尺寸等。 4.2 確定定位方案、選擇定位原件 在鉆模的設計中，工件得定位方案和定位基準的選擇一般應與該工件的機械加工工藝規(guī)程一致。若工藝規(guī)程中的定位方案與定位基準的選擇確有問題時，可重新進行考慮和確定。 有零件圖樣和該圖樣的機械加工工藝規(guī)程可知，工件上兩個Φ20mm孔于工件的底面和后垂直面有距離要求，表明這兩個Φ20mm孔的工序基準是工件底面和后垂直面，在定位基準面和定位方案選擇上要盡可能以底面和后垂直面為定位基準以避免基準不重合帶來的加工誤差。 由零件的實際加工情況可知，由于考慮到夾緊方面的因素，工件后垂直面很難用于夾緊。若單獨以底面為定位基準只能限制三個自由度，故必須另選擇定位基準以滿足定位要求。 經(jīng)綜合分析比較，最終決定選擇用3-Φ11孔中的兩孔作為第二基準，由此可以得到以底面為第一基準限制三個自由度，以3-Φ11孔中的兩孔作為第二基準限制三個自由度。 工件的定位是通過定位基準面與定位元件接觸來實現(xiàn)的，故定位元件的選擇應與定位方案和工件定位表面相適應。 第一定位基準：工件底面 第二定位基準：3-Φ11孔中的兩孔 4.3 確定加緊方案、設計夾緊機構 根據(jù)工件的形狀特點和定位方案，可采用以下兩種加緊方案：一種為手動螺旋夾緊機構，另一種為手動偏心輪夾緊機構。由于零件批量大，為了節(jié)約時間和制造成本，現(xiàn)采用偏心輪夾緊的方案較為合適，螺旋夾緊雖有一定優(yōu)點，但缺點是在拆裝過程中用時較多。經(jīng)過以上分析，最終確定未增力比大，自鎖性好的偏心夾緊機構。 為了使夾緊可根據(jù)零件毛坯實際情況做出調節(jié)，現(xiàn)在夾具上蓋與工件接觸的面上挖斜槽，并配置相應的斜塊，由斜塊的深入程度，可調節(jié)夾緊力。 在本夾具定位與夾緊方案確定后，現(xiàn)分析夾緊力。擴孔時切削力有兩個，一個是主切削力，它形成扭矩；另一個是軸向進給力，它施加給工件側移力。對于扭矩來說，由于上蓋中斜契塊的壓緊，本身可以承受很強的橫向載荷，故沒有必要校核扭矩。對于軸向進給里，由底座上兩個與3-Φ11孔中的兩孔配合的小銷，小銷本身就與夾具底座剛性連接與一起，類比其他結構可知軸向進給力無法使其發(fā)生松動和變形。 4.4 確定導向方案和導向元件 本次加工不僅需要鉆孔，還需要對孔進行鏜孔進行切削余量為1mm的擴孔，故鉆孔精度要求不高，因次采用鏜套導向，，這樣可以起到減少精加工過程中的震動的作用，由于可換鏜套磨損后，可以迅速更換，適用于大批量生產(chǎn)，故選用可換鏜套。 可換鏜套的具體結構可參考機床夾具手冊（[5] 王光斗，王春福，機床夾具設計手冊[M]，上?？茖W技術出版社，2000。）鏜套中導向孔的孔徑以及其偏差應根據(jù)所選取的刀具尺寸來確定。由前文可知本工序采用的是d=18mm的高速鋼錐柄麻花鉆，由課程設計指導書（[13] 王 棟，李大磊，機械制造工藝學課程設計指導書[M]，機械工業(yè)出版社，2010。）中表5-67可知Φ18高速鋼麻花鉆的直徑上偏差為0，下偏差為-0.033，此外在本書表5-39可知Φ20機夾單刃鏜刀刃長上偏差為0，下偏差為-0. 25。故導向孔基本尺寸為Φ20，由機床夾具手冊（[5] 王光斗，王春福，機床夾具設計手冊[M]，上?？茖W技術出版社，2000。）導向孔偏差應取F7，筒套中和襯套配合部分應取公差k6。 鉆套和工件之間應該有排屑間隙。由課程設計指導書（[13] 王 棟，李大磊，機械制造工藝學課程設計指導書[M]，機械工業(yè)出版社，2010。）中表5-68，鏜套與工件的間隙距離為h=（0.7~1.5）d=14—30mm，考慮到導向為精鏜，單邊加工余量僅為1mm，因此h值可適當減小。 4.5 夾具體設計 本夾具主要用來鉆工件上2-φ20的孔成，孔加工通，先用Φ19的鉆頭粗鉆后再用Φ20H9的鏜刀加工到尺寸。在本道工序加工時，主要應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，保證工藝要求孔的尺寸精度、位置精度以及表面粗糙準。 前期方案分析過程中，是將36的毛坯槽定位工件的左右及上下，R12的圓弧定位工件的前后，A面緊貼鉆模板使其按要求加工，設計出來的鉆模板要保證2-φ20的位置及孔徑，還要照顧到毛坯36H12槽的加工余量不至于后序加工不出來。 如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產(chǎn)率。為此，夾具的實用性及勞動強度也要考慮在內。本零件是精鑄件，余量較小，切削力不是太大，需要的壓緊力也不大，所以沒有必要使用氣動或液壓夾緊，手動壓緊就可以滿足需要。 夾具上裝有鉆模板，可使夾具在一批零件的加工之前很好地對刀（與塞尺配合使用）；同時，夾具體底面上的四個腰形槽可使整個夾具在機床工作臺上安全加緊，以利于鉆削加工。 4.6 夾具精度分析 根據(jù)各工序要求，對本工序的定位誤差、導向誤差進行分析。 （1） 2個φ20孔徑尺寸精度，本工序的尺寸精度有擴孔時的鏜刀決定其尺寸，此外有鏜套進行導正，因此不存在定位誤差。 （2） 2個φ20孔深尺寸精度，本工序尺寸因孔為通孔，不存在誤差。 4.7 繪制夾具裝配圖，標注有關尺寸和技術要求 4.7.1 裝配圖上應標注的尺寸和公差 （1）夾具外形的最大輪廓尺寸：長215mm，寬180mm。 （2）夾具與機床連接部分的尺寸：兩耳座中心縱向距離為130mm，橫向距離為160mm. （3）配合尺寸和公差： 鏜模板于襯套配合尺寸φ30H7/m6 襯套和鉆套配合尺寸φ25F7/k6 φ20軸與底座φ20孔的配合公差φ20F8/h7 φ20軸與連桿φ20孔的配合公差φ20F8/h7 偏心圓柱外伸出桿與連桿的φ12孔的配合公差F8/h7 φ12軸與底座φ12孔的配合公差φ12K7/h6 φ12軸與壓蓋的φ12孔的配合公差φ12 K7/h6 4.7.2 裝配圖上技術要求 兩個φ20鏜?？淄S度公差為0.05/100。 所有零件在裝配前應清洗干凈，有運動要求處涂潤滑油。 有運動要求處應轉動靈活，不得出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。 結 論 通過這次畢業(yè)設計，使我對零件制造過程、加工工藝和夾具設計都有了更進一步的認識，也加深了對大學中所學基礎知識的學習和理解。課程設計是理論聯(lián)系實際的最有效方法。在具體設計過程中，必須考慮到方方面面的問題，在理論上正確無誤的設計，在實際中往往存在各種問題。這樣，在設計時就必須考慮所設計的機構是否合理，在實際運用中能否正常工作，而不僅僅考慮理論上的可行性，課程設計使我學會了從實際出發(fā)加工零件和設計夾具。 在本次設計中，考慮到零件的加工難易、材料、成本等問題，所選用的零、部件都是操作簡單，通用性較強的標準件，從現(xiàn)時以最低的成本實現(xiàn)最先進的加工。但也有不足之處。無論怎樣，這次的課程設計使我獲益良多，是我在學校的一次答卷，也是我成功邁向社會的第一步。 致 謝 首先，我要感謝指導課程設計的李永鮮老師。在課程設計中，他給予了很多指導性的意見，并且鼓勵我們通過自己來發(fā)現(xiàn)錯誤并改正，讓我們真正學到了知道。在他的課堂上也使我受益匪淺，得到了不少對我論文有幫助的知識和想法。 參考文獻 [1] 楊叔子，機械加工工藝師手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2004. 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