曲柄的機械加工工藝及夾具設(shè)計

1、 華中科大設(shè)計曲柄的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備 摘要：本次課程設(shè)計的課題是曲柄的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備的設(shè)計，主要的設(shè)計內(nèi)容包括曲柄的毛坯圖，零件圖，夾具裝配圖及裝配圖上的兩個零件圖，還有工藝過程卡片和工序卡各一張。首先是設(shè)計機械加工工藝規(guī)程，然后是機械加工工序設(shè)計，最后是機床夾具的設(shè)計。1 引言 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容覆蓋金屬切削原理和刀具、機械加工方法及設(shè)備、機械制造工藝學(xué)及工藝裝備等知識，貫穿大學(xué)的整個專業(yè)課程，是一門要求實踐性和綜合性的課程，通過我們做課程設(shè)計這個實踐性環(huán)節(jié)才使我們對機械設(shè)計制造技術(shù)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)理論有更加深刻的認識，為以

2、后的工作打下扎實基礎(chǔ)。課程設(shè)計是我們在學(xué)完了機械制造技術(shù)基礎(chǔ)后進行的、這個課程設(shè)計是我們在進行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各專業(yè)課程的一次綜合性的復(fù)習(xí)。這次設(shè)計使我們能綜合運用機械制造技術(shù)基礎(chǔ)中的基本理論，并結(jié)合生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，獨立地分析和解決了零件機械制造工藝問題，分析零件的工藝機構(gòu)，對其工藝性進行分析，然后確定加工的路線，最后設(shè)計出機床夾具。設(shè)計機床專用夾具這一典型的工裝，是我們對工程訓(xùn)練的提升，是實踐運用到理論上來，這個對提高我們認識機械制造技術(shù)基礎(chǔ)的基本知識，為今后的畢業(yè)設(shè)計及未來從事的機械加工工藝方向的工作打下了良好的堅實的基礎(chǔ)。1.零件的工藝分析該設(shè)計是零件曲柄面和孔的加工，現(xiàn)分析

3、如下：32mm、22 mm孔左端表面32mm、22 mm孔右端面 孔32 mm、22 mm及倒角，錐銷孔5mmM6 -6H的內(nèi)螺紋，孔5mm。這孔有著一定的位置要求，主要是：32 mm孔內(nèi)與22中心線平行度公差為0.02；32 mm孔與22中心線的距離為50mm。圖1-1零件工藝項目公差等級偏差()粗糙度位置要求孔16IT70 0.0183.20.02B孔12 IT70 0.0183.222端面12.532外端面12.516內(nèi)端面3.2內(nèi)螺紋M6IT600.0083.2錐銷孔5GB1804-C±0.31.6孔5GB1804-C±0.312.5倒角GB1804-C±

4、0.412.5尺寸18GB1804-C±0.5尺寸9GB1804-C±0.5尺寸22CT12±2.3尺寸32CT12±2.5尺寸64GB1804-C±0.8尺寸17GB1804-C±0.52.機械加工工藝設(shè)計2.1毛坯的制造形式零件材料為HT200，考慮到零件材料的綜合性能及材料成本和加工成本,保證零件工作的可靠,采用鑄造。由于年產(chǎn)量為50000件，屬于大批生產(chǎn)的水平，而且零件輪廓尺寸不大，故可以采用鑄造成型。圖2-1毛坯工藝（毛坯的尺寸公差和加工余量）（表2-2）鑄造類型（砂型）基本尺寸尺寸公差等級加工余量等級公差CT加工余量底、側(cè)

5、面25.3CT9MA-G1.72.5頂面22.8CT9MA-H 1.73.5底、側(cè)面72CT9MA-G62.5 2.2基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要的設(shè)計之一，基面的選擇正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批量的報廢，使生產(chǎn)無法進行。 2.2.1  粗基面的選擇 作為粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面缺欠。該工件選擇22圓面和左端面作為粗基準(zhǔn)。采用22圓面定位加工內(nèi)孔可保證的壁厚均勻；采用左端面作粗基準(zhǔn)加工右端面，可以為后續(xù)工序準(zhǔn)備好精基準(zhǔn)。 2.2.2  精基面的選擇 12軸線是

6、設(shè)計基準(zhǔn)，選擇12軸線作為定位基準(zhǔn)加工16孔，實現(xiàn)設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)重合，保證被加工孔軸線平行度的要求。選擇右端面為加工內(nèi)螺紋M6、錐銷孔5的工序精基準(zhǔn)，孔16軸線為加工孔5的精基準(zhǔn)，設(shè)計基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)重合，保證尺寸要求。3.制訂機械加工工藝路線 生產(chǎn)過程是指將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程。它包括原材料的準(zhǔn)備、運輸和保存，生產(chǎn)的準(zhǔn)備，毛坯的制造，毛坯經(jīng)過加工、熱處理而成為零件，零件、部件經(jīng)裝配成為產(chǎn)品，機械的質(zhì)量檢查及其運行試驗、調(diào)試，機械的油漆與包裝等。 工藝過程是指在生產(chǎn)過程中，通過改變生產(chǎn)對象的形狀、相互位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過程。機械產(chǎn)品的工藝過程又可分為鑄造、鍛造、沖壓、焊

7、接、機械加工、熱處理、裝配、涂裝等工藝過程。其中與原材料變?yōu)槌善分苯佑嘘P(guān)的過程，稱為直接生產(chǎn)過程，是生產(chǎn)過程的主要部分。而與原材料變?yōu)楫a(chǎn)品間接有關(guān)的過程，如生產(chǎn)準(zhǔn)備、運輸、保管、機床與工藝裝備的維修等，稱為輔助生    由于零件加工表面的多樣性、生產(chǎn)設(shè)備和加工手段的加工范圍的局限性、零件精度要求及產(chǎn)量的不同，通常零件的加工過程是由若干個順次排列的工序組成的。工序是加工過程的基本組成單元。每一個工序又可分為一個或若干個安裝、工位、工步或走刀。毛坯依次通過這些工序而變成零件。 工序是一個或一組工人，在相同的工作地對同一個或同時對幾個工件連續(xù)完成的那一部分工藝

8、過程。 工序是組成工藝過程的基本單元，也是生產(chǎn)計劃、成本核算的基本單元。一個零件的加工過程需要包括哪些工序，由被加工零件的復(fù)雜程度、加工精度要求及其產(chǎn)量等因素決定3.1表面加工方法的確定根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查機械制造課程設(shè)計指導(dǎo)書10頁表1-7、1-8、1-9，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下： 曲柄零件各表面加工方案加工項目尺寸公差等級粗糙度加工方案備注曲柄左端面GB1804-C1

9、2.5粗銑表1-8曲柄右端面GB1804-C12.5粗銑表1-8曲柄內(nèi)端面GB1804-C3.2粗銑-半精銑表1-816孔IT73.2鉆-鉸表1-712孔IT73.2鉆-鉸表1-75孔GB1804-C12.5鉆表1-7內(nèi)螺紋M6IT63.2鉆-攻螺紋表1-10錐銷孔5GB1804-C1.6鉆鉸表1-93.2加工階段的劃分在粗加工階段。首先將精基準(zhǔn)準(zhǔn)備好，使后續(xù)工序都可以采用精基準(zhǔn)定位加工，保證其他加工表面的精度要求；首先22左端面作為粗基準(zhǔn)粗銑右端面，然后以此端面為精基準(zhǔn)加工其他面和孔。采用22圓面定位加工內(nèi)孔12可保證的壁厚均勻，以孔1為精基準(zhǔn)加工16。3.3 工序的集中與分散選用工序集中原

10、則安排拔叉的加工工序。該拔叉的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可以采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可以縮短輔助時間，而且由于與一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各種加工表面之間的相對位置精度要求。3.3工序順序的安排機械加工工序（1）遵循“先基準(zhǔn)后其他”原則，首先加工基準(zhǔn)曲柄左端面和右端面。（2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。（3）遵循“先主后次”原則，先加工主要表面（4）遵循“先面后孔”原則，先加工曲柄端面，再加工孔，確定工藝路3.4確定工藝路線工序號工序名稱機床裝備刀具量具1 粗銑曲柄外端面銑床銑刀游標(biāo)卡尺2精銑曲

11、柄內(nèi)端面銑床銑刀游標(biāo)卡尺3鉆鉸16孔鉆床麻花鉆、鉸刀塞規(guī).卡尺4鉆鉸12孔鉆床麻花鉆、鉸刀塞規(guī).卡尺5鉆鉸5孔鉆床麻花鉆、鉸刀塞規(guī).卡尺6鉆、攻螺紋M6鉆床麻花鉆、絲錐塞規(guī).卡尺7鉆、鉸5錐銷孔、鉆床麻花鉆錐度鉸刀塞規(guī).卡尺8去毛刺鉗工臺平銼9終檢塞規(guī)、百分表、卡尺等3.4.1加工設(shè)備和工藝設(shè)備1 機床的選擇：采用Z525立式鉆床、鉆床。 2 選擇夾具：該曲柄的生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批生產(chǎn)，所以采用專用夾具。3 選擇刀具：在銑床上加工的各工序，采用高速鉆刀即可保證加工質(zhì)量。4選擇量具：采用塞規(guī).雙用游標(biāo)卡尺。4.機械加工余量、工序尺寸及公差的確定4.1錐銷孔5的工序尺寸由表2-28課查得，精鉸余量Z=0

12、.2mm，加工等級為IT8，公差為0.018鉆孔余量為Z鉆=4.8mm，加工等級為IT12，公差為0.12。錐銷孔加工工序的加工余量項目內(nèi)容精度等級工序尺寸粗糙度工序余量公差5錐銷孔鉆IT124.812.54.80.12鉸IT851.60.20.0184.2確定切削用量及時間定額4.2.1主軸轉(zhuǎn)速的確定1.鉆、鉸5錐孔，以22左端面為基準(zhǔn)。刀具：鉆頭直徑為4.8mm的高速鋼鉆頭，錐度鉸刀頭直徑為5mm高速鋼鉸刀。機床：Z525立式鉆床2.鉆孔工步背刀吃量p的選擇粗加工時根據(jù)加工余量和工藝系統(tǒng)剛度確定p=4.8mm。進給量的確定 由表5-22，選取該工步得進量f=0.1mm/r。切削速度的計算

13、由表5-31，按工件材料為鑄鐵的條件選取，切削速度v=20m/min選取。由公式n=1000v/d可求得該工序鉆頭鉆速n=1326r/min,參照表4-9所列Z525型立式鉆床得主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=1360r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式v=nd/1000=20.5m/min。3.精鉸錐孔工步1）背吃刀量的確定 取p=0.2mm。2）進給量的確定 由表5-31，選取該工步得進給量f=1mm/r。3切削速度的計算 由表5-31，按工件材料為鑄鐵的條件選取，切削速度v=3m/min選取。由公式n=1000v/d可求得該工序鉆頭鉆速n=191r/min,參照表4-9所列Z525型立式鉆床得主軸轉(zhuǎn)速，取

14、轉(zhuǎn)速n=195r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式v=nd/1000=3.06m/min4.2.2時間定額的計算：工序9：鉆、鉸5錐孔鉆孔工步根據(jù)表5-51，鉆孔的基本時間可由公式 求得。,;f=0.1mm/r;n=1360r/min。則該工步的基本時間t=(22+2.4+2)/0.1mm/r x 1360r/min=10.8s精鉸孔工步 根據(jù)表5-41，鉸孔基本時間可由公式t=L*i/fn=(LP+l1)*i/fn, LP=(D-d)/2*tankr, kr=15°，l1=1mm，f=1mm/r，n=195r/min則該工步的基本時間t=20s。輔助時間的計算tf輔助時間tf基本時間t之

15、間的關(guān)系為tf=（0.15-0.2）t鉆孔輔助時間tf=0.2×10.8=2.2s鉸孔輔助時間tf=0.2×20=4s4.2.3其它時間計算除了作業(yè)時間以外，每道工序的單件時間還包括布置工作時間、休息與生理需要時間和準(zhǔn)備與終結(jié)時間。由于該設(shè)計的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，分攤到每個工件上的準(zhǔn)備與終結(jié)時間甚微，可忽略不計。布置工作地時間tb是作業(yè)時間的2%-7%，休息與生理時間tx是作業(yè)時間的2%-4%，本設(shè)計均取3%，則工序的其他時間（tb +tx）可按關(guān)系式（3%+3%）×（tf+t）計算。工序9的其他時間：tb +tx=6%×（10.8s+20s+4s）=

16、2s單件計算時間td=2s+10.8s+20s+4s=36.8s。5.夾具設(shè)計5.1夾具選擇夾具是一種能夠使工件按一定的技術(shù)要求準(zhǔn)確定位和牢固夾緊的工藝裝備，它廣泛地運用于機械加工，檢測和裝配等整個工藝過程中。在現(xiàn)代化的機械和儀器的制造業(yè)中，提高加工精度和生產(chǎn)率，降低制造成本，一直都是生產(chǎn)廠家所追求的目標(biāo)。正確地設(shè)計并合理的使用夾具，是保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，從而降低生產(chǎn)成本的重要技術(shù)環(huán)節(jié)之一。同時也擴大各種機床使用范圍必不可少重要手段。 （夾具裝配圖5-1）（一）提出問題（1）怎樣限制零件的自由度；一個面限制3個自由度，短圓柱銷限制2個自由度，削邊銷限制1個自由度。（2）怎樣夾緊；設(shè)計夾具

17、由螺旋夾緊配合V形塊夾緊工件，定位塊起支撐工件的作用。（3）設(shè)計的夾具怎樣排削；此次加工利用麻花鉆和鉸刀，排削通過鉆模板與工件之間的間隙排削。（4）怎樣使夾具使用合理，便于裝卸。（二）設(shè)計思想設(shè)計必須保證零件的加工精度，保證夾具的操作方便，夾緊可靠，使用安全，有合理的裝卸空間，還要注意機構(gòu)密封和防塵作用，使設(shè)計的夾具完全符合要求。本夾具主要用來對5錐銷孔進行加工，這個孔尺寸精度要求為GB1840-C，表面粗糙度Ra1.6，鉆、精鉸以可滿足其精度。所以設(shè)計時要在滿足精度的前提下提高勞動生產(chǎn)效率，降低勞動強度。5.2夾具設(shè)計5.2.1定位分析（1）定位基準(zhǔn)的選擇據(jù)夾具手冊知定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與工序基

18、準(zhǔn)重合，在同一工件的各道工序中，應(yīng)盡量采用同一定位基準(zhǔn)進行加工。故加工5錐銷孔時，采用曲柄右端面和12孔內(nèi)圓柱面作為定位基準(zhǔn)。（2）定位誤差的分析定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為一個面與兩個孔定位，因為該定位元件的定位基準(zhǔn)為孔的軸線，所以基準(zhǔn)重合b=0，由于加工向下孔即不存在基準(zhǔn)位移誤差j=0。 5.2.2切削力及夾緊力的計算2、切削力及夾緊力的計算刀具：4.8的麻花鉆，5的錐度鉸刀。鉆孔切削力：查機床夾具設(shè)計手冊P70表3-6，得鉆削力計算公式： 式中 P鉆削力t鉆削深度, 22mmS每轉(zhuǎn)進給量, 0.1mmD麻花鉆直徑, 4.8mmHB布氏硬度，140HBS 所以 =400（

19、N）鉸孔時的切削力：查機床夾具設(shè)計手冊P70表3-6，得鉆削力計算公式：式中 P切削力t鉆削深度, 22mmS每轉(zhuǎn)進給量, 1mmD鉸孔鉆直徑, 5mmHB布氏硬度，140HBS 所以 = 473（N）式中 t鉆削深度, 22mmS每轉(zhuǎn)進給量, 0.1mmD麻花鉆直徑, 5mmHB布氏硬度，140HBS =600（N·M）鉆孔夾緊力：查機床夾具設(shè)計手冊P70表3-6，查得工件以一個面和兩個孔定位時所需夾緊力計算公式：式中 螺紋摩擦角平頭螺桿端的直徑工件與夾緊元件之間的摩擦系數(shù),0.16螺桿直徑 螺紋升角Q 切削力L 孔到定位面距離則所需夾緊力 =399（N）5.3夾具操作說明此次設(shè)計

20、的夾具夾緊原理為：通過12孔和側(cè)面為定位基準(zhǔn)，在圓柱銷、平面和菱邊銷實現(xiàn)完全定位，以鉆模板引導(dǎo)刀具進行加工。采用螺母夾緊工件。定位元件：定位元件是用以確定正確位置的元件。用工件定位基準(zhǔn)或定位基面與夾具定位元件接觸或配合來實現(xiàn)工件定位。該設(shè)計用可換定位銷5.4.確定導(dǎo)向裝置本工序要求對被加工的孔依次進行鉆、鉸的加工，最終達到工序簡圖上規(guī)定的加工要求，故選用快換鉆套作為刀具的導(dǎo)向元件，查表9-13，確定鉆套高度H=2d=2×4.8=9.6mm，排泄空間h=0.7d=3.4mm。d：基本偏差F7(0.0100.022);D=10mm，偏差m6（0.0010.010）。6.機床夾具設(shè)計體會與

21、展望 通過此次課程設(shè)計，能運用所學(xué)基本理論知識，正確解決工件在加工時的定位和夾緊問題，選擇合理的方案，進行必要的計算，根據(jù)題意設(shè)計出符合優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的夾具。學(xué)習(xí)正確的調(diào)查研究方法，收集國內(nèi)外有關(guān)資料，掌握正確的夾具設(shè)計思想、方法和手段，學(xué)會正確使用有關(guān)手冊及其它技術(shù)資料。分析研究結(jié)構(gòu)工藝性問題，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。進一步了解有關(guān)機床、刀具和量具等工裝知識。夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。一、高精，隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制

22、造精度要求更高。世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。二、高效，為了提高機床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。三、模塊、組合，夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計為夾具的計算機輔助設(shè)計與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設(shè)計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學(xué)合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設(shè)計與服務(wù)的通用化、遠程信息化