機械制造加工工藝及夾具設(shè)計何振明

1、沈陽化工大學成教院畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目：機械加工工藝及夾具設(shè)計函授站：湖南函授站年級專業(yè)： 11級沈陽機械 12092 班 學生姓名：何振明指導教師：尹霞論文提交日期 2011 年 5 月 20 日論文答辯日期 2011 年 5 月 28 日沈陽化工大學成教院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告函授站：湖南函授站年級專業(yè)：11級沈陽機械 層次：專升本姓名：唐志城論文題目：機械加工工藝及夾具設(shè)計論文選題的目的意義、內(nèi)容：成教院意見:函授站長簽字：年 月 日成教院院長簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書函授站:年級專業(yè)：層次：姓名:畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容：指導教師：簽字年月日函授站長

2、：簽字年月日成教院院長：簽字年月日指導教師評語指導教師：簽字年月 日沈陽化工大學成教院畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯成績評定（論文）答辯專業(yè)學生沈陽化工大學成教院函授站畢業(yè)設(shè)計委員會于年 月 日審查了的畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計（論文）題目：設(shè)計（論文）共 頁，設(shè)計圖紙 張指導教師：評閱人：畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會意見：成績:函授站答辯委員會主任委員年（簽字）月 日摘要機械工業(yè)是一種基本工業(yè)形式，對于我們國家來說，它關(guān)系到國計 民生的方方面面。近年來機械工業(yè)領(lǐng)域向著高精度、高質(zhì)量、高效率、 低成本方向發(fā)展，數(shù)字化，自動化水平日益提高。同時由于機械工業(yè)的 發(fā)展，其他各工業(yè)部門也向著高深度邁進，機械工業(yè)的發(fā)展日

3、趨重要。機械制造過程及檢測，檢驗中，都要使用大量的夾具。為了達到提 高勞動效率，提高加工精度，減少廢品，擴大機床的工藝范圍，改善操 作的勞動條件，如何設(shè)計好夾具則成了機械制造的一項重要任務(wù)。機床夾具是夾具中的一種，將其固定到機床上，可以使被加工件對 刀具與機床保持正確的相對位置，并克服切削力的影響。使加工順利進 行。機床夾具分為通用夾具和專用夾具兩種。關(guān)鍵詞： 機械工業(yè) 制造 機床夾具AbstractMachinery industry is a basic industrial form, for our nation speaking, it relates to all aspects

4、of people's livelihood. Mechanical industries in recent years towards high precision, high quality, high efficiency and low cost direction, digital, automation level is increasing day by day. And because the machinery industry development, other various industry departments to high depth develop

5、ment of forward, the mechanical industry are becoming more and more important.Mechanical manufacturing process and testing, inspection, going to have to use a lot of fixture. In order to improve work efficiency and the improvement of the machining accuracy, reduce scrap, expand the scope of machine,

6、 improve operation process, how to design good working conditions fixture has become an important mechanical manufacturing task.The machine tool's fixture is a fixture on the fixed to machine tools, can make special tool and machine tool to keep the relative position of the right, and to overcom

7、e the influence of cutting force. Make processing smoothly. The machine tool's fixture is divided into general fixture and special jig two kinds.目錄引言 11、零件的分析21.1、 零件的作用 21.2、 零件的工藝分析 32、 工藝規(guī)程設(shè)計52.1、確定毛坯的制造形式 52.2、 制定工藝路線52.3、精基準的選擇52.4、定位基準的選擇 53、加工余量、工序及毛坯尺寸的確定3.2、機械加工余量3.1、毛坯4、確定切削用量及基本工時4.1

8、、 加工條件.4.2、計算切削用量5、夾具設(shè)計5.1 、 問題的提出5.2、夾具的設(shè)計結(jié)束語致謝參考文獻 17引言1. 夾具的設(shè)計周期較短，一般不用進行強度和剛度的計算。2. 專用夾具的設(shè)計對產(chǎn)品零件有很強的針對性。3. “確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率”是夾具設(shè)計工作的主要 任務(wù)，加工質(zhì)量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夾 具來保證。4. 夾緊裝置的設(shè)計對整個夾具的結(jié)局有具定性的影響。設(shè)計一個好 的夾具可以減少廢品率。因此，夾具設(shè)計要保證以下幾個條件：1. 夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)與其用途及生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)。2. 保證工件的精度。3. 保證使用方便與安全。4. 正確處理作用力的平衡問題。5

9、. 注意結(jié)構(gòu)的工藝性，便于制造和維修。注意夾具與機床、輔助工 具、刀具、量具之間的聯(lián)系。在機械制造中， 為了適應(yīng)新產(chǎn)品的不斷發(fā)展要求。 因此, 夾具設(shè)計過 程中有朝著下列方向發(fā)展的趨勢：1. 發(fā)展通用夾具的新品種由于機械產(chǎn)品的加工精度日益提高， 因此需要發(fā)展高精度通用夾具。廣泛的采用高效率夾具，可以壓縮輔助時間，提高生產(chǎn)效率。2. 推廣和發(fā)展組合夾具及拼拆夾具。3. 加強專用夾具的標準化和規(guī)范化。4. 大力推廣和使用機械化及自動化夾具。采用新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料來設(shè)計和制造夾具。本設(shè)計屬于工藝夾具設(shè)計范圍，機械加工工藝設(shè)計在零件的加工制 造過程中有著重要的作用。工藝性的好壞，直接影響著零件的加

10、工質(zhì)量 及生產(chǎn)成本，在設(shè)計中為了適應(yīng)中批批量的生產(chǎn)情況，以提高產(chǎn)品的生 產(chǎn)效率，在設(shè)計中所采用的零件盡量采用標準件，以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)費 用。亠零件的分析1.1零件的作用該題目所給的零件是與葉輪配合，實現(xiàn)葉輪旋轉(zhuǎn)的定位導向零件。由于其工作性質(zhì)要求零件耐磨強度高，故對該零件的表面精度要求較高圖1-1 零件圖1.2零件的工藝分析由零件樣圖得知，其材料為 HT200該材料具有較高的強度、耐磨 性、耐熱性及減振性，適用于承受較大應(yīng)力、要求耐磨的零件。該零件上的是主要加工面為© 90右端面、© 90左端面、© 52外圓 面、© 13H7孔、4X © 9孔、

11、2X © 4孔、© 41H7內(nèi)圓面及內(nèi)端面。圖1-2零件毛坯圖© 90右端面與A面的垂直度0.02mm直接影響泵體與泵的連接精度 及密封。© 13H7孔的尺寸精度，© 41H7內(nèi)圓面的尺寸精度，與A面的平行度 0.02mm直接影響泵體與殼體的配合精度、運動精度及正確定位。因此， 最好能在一次裝夾下完成對這一面兩孔的加工。由參考文獻1中有關(guān)面和孔的加工精度及機床能達到的位置精度 可知，上述技術(shù)要求是可以達到的，零件的結(jié)構(gòu)工藝性也是可行的。工藝規(guī)程設(shè)計2.1 確定毛坯的制造形式根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件，其生產(chǎn)類型為批量生產(chǎn)。毛坯的鑄 造方法選用砂

12、型機械造型。為消除殘余應(yīng)力，鑄造后應(yīng)安排人工時效。 精度1113級，時效處理：150200HB加工余量一般。2.2 定位基準的選擇2.2.1 精基準的選擇泵體的A面和© 13H7孔既是裝配基準，又是設(shè)計基準，用它們作精 基準，能使加工遵循“基準重合”的原則，實現(xiàn)泵體零件“一面兩孔” 的典型定位方式，其余各面和孔的加工也能用它定位，這樣使工藝路線 遵循了 “基準統(tǒng)一”的原則。此外，© 13H7孔的精度高，定位比較穩(wěn)定， 夾緊方案比較簡單、可靠、操作方便。2.2.2 粗基準的選擇考慮到零件各面的平行度及垂直度要求，選擇零件的最大端面，即© 90 外圓面與右端面為粗基準

13、。2.3 制定工藝路線工序I鑄造工序U時效工序川 粗銑90右端面，精銑90右端面工序W粗車90左端面工序V 粗車52外圓面，半精車 52外圓面，精車 52外圓面 工序切 鉆13孔，擴鉆13孔，粗鉸13孔，精鉸13孔 工序鏜41內(nèi)圓面，擴鉆41內(nèi)圓面，粗鉸41內(nèi)圓面，精鉸 41 內(nèi)圓面工序毗鉆9孔工序區(qū)鉆4孔工序X車41內(nèi)端面工序幻粗銑圓弧斷面工序劉終檢.加工余量、工序及毛坯尺寸的確定零件材料采用HT200灰口鑄鐵，硬度150200HB重約3kg，生產(chǎn)類型為批量生產(chǎn)，采用砂型鑄造，毛坯為實心，不鑄孔。根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量。3.1毛坯毛坯基本尺寸及各工序加工

14、余量參見表3-1表3-1 毛坯基本尺寸及余量（單位：mm）基本尺寸Rma毛坯尺寸公差等級© 90右端面2522711© 52外圓面5235511© 41內(nèi)圓面41239113.2 .機械加工余量3.2.1 銑© 90右端面表面質(zhì)量為Ra3.2，參考工藝手冊表8-15，確定工序尺寸及余 量（見表3-2 ）。加工余量Z工藝尺寸毛坯2.027粗車1.325.7半精車0.725表3-2$ 90右端面基本尺寸及余量（單位：mm）322車© 90左端面表面加工質(zhì)量Ra6.3，參考工藝手冊表8-13，確定工序尺寸及 余量（見表3-3 ）。表3-3 $ 90左

15、端面基本尺寸及余量（單位：mm）加工余量Z工藝尺寸毛坯28粗車（兩次）16車$ 52h6外圓面表面加工質(zhì)量Ra1.6，參考工藝手冊表8-15，確定工序尺寸及 余量（見表3-4 ）。表3-4 $ 52h6外圓面基本尺寸及余量（單位：mm）加工余量Z工藝尺寸毛坯3$ 55精車2.3$ 54.3半精車1.8$ 53.8精車1$ 52h6324 鉆© 13H7 孔表面加工質(zhì)量H7,參考工藝手冊表8-15，確定工序尺寸及余量（見表3-5 ）。表3-5 $ 13H7孔基本尺寸及余量（單位：mm）加工余量Z工藝尺寸毛坯2鉆1.9$ 12擴孔鉆0.85$ 12.85粗鉸0.1$ 12.95精鉸0.0

16、5$ 13H7鏜© 41內(nèi)圓面表面加工質(zhì)量H7,參考工藝手冊表8-15,確定工序尺寸及量（見表 3-6）0表3-6$ 41內(nèi)圓面基本尺寸及余量（mm）加工余量Z工藝尺寸毛坯2$ 39鏜0.3$ 40.7擴孔鉆0.05$ 40.75粗鉸0.17$ 40.93精鉸0.07$ 41H7令占4x$ 9孑L及2x $ 4孑L表面加工質(zhì)量Ra3.2，僅需粗加工，參考工藝手冊表 8-15，確 定工序尺寸及量（見表3-7 ）。表3-7 4x 0 9孔及2x 0 4孔基本尺寸及余量（mm）加工余量Z工藝尺寸鉆0 9孔09鉆0 4孔043.2.7 車0 41內(nèi)端面表面加工質(zhì)量Ra3.2，僅需粗加工，參考

17、工藝手冊表 8-15，確 定工序尺寸及量（見表3-8 ）。表3-80 41內(nèi)端面基本尺寸及余量（mr）加工余量Z工藝尺寸毛坯210粗車1.18.7半精車0.783.2.8 銑0 90圓弧斷面表面加工質(zhì)量Ra3.2，僅需粗加工，參考工藝手冊表 8-15，確 定工序尺寸及量（見表3-9 ）。表3-9 0 41內(nèi)端面基本尺寸及余量（m）加工余量Z工藝尺寸毛坯278.8粗銑076.8四確定切削用量及基本工時4.1加工條件加工材料：HT20Q HB15O2O0鑄造.加工要求：銑© 90圓弧缺面，毛坯尺寸78.8mm保證尺寸76.8mm.機床：X51型立式銑床.刀具：©直柄立銑刀.在大

18、批量生產(chǎn)條件下，可以選用高效的專用組合機床，也可以選用通用設(shè)備。根據(jù)經(jīng)濟性和零件的特點所選用 X51立式銑床。4.2計算切削用量銑© 90圓弧缺面，其加工尺寸為76.8mm查機床刀具使用手冊表6- 13,選擇直柄立銑刀，由于 do=20mm,z=5,已知：銑削寬度a© =6mm銑削深度ap =2mm機床選用X51K型立式銑床。銑刀磨鈍標準及壽命查機床刀具使用手冊表 3.7用直柄立銑刀粗加工鋼料，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為 03mm銑刀直徑d =20mm ,查機床刀具使 用手冊表3.8可得耐用度T =60 min。確定切削速度v和工作臺每分鐘進給量fMz根據(jù)文獻 表3.27中

19、的公式kvCvdqvyv_ uvPv7m_Xv_uT-T ap fz ae z式中:Cv = 48 , qv = 0.25 , Xv = O.1 , yv = °2 ,Uv 二 0.3 , Pv 二 0.1,m =0.2 , T=60 min , ap =2mm , fz = 0.18mm z ,a。=6mm , z =5 ,d = 20mm,kv =1.0所以有0.2548 況 20v020'?i - 0.233016020.1865= 65m min1000v1000 65根據(jù)文獻，n=1030r. min兀x d兀匯20X51K型立式銑床主軸轉(zhuǎn)速表4.2-36 ,選擇n

20、 =1000r min實際切削速度v = = 62.83；1000 z min九05池工作臺每分鐘進給量為fMz =0.18 5 1000= 900 mm min根據(jù)文獻5 , X51K型立式銑床工作臺橫向進給量表 4.2-37，選擇Mz = 900mm z則實際每齒進給量為:0.18mm z5 1000校檢機床功率根據(jù)文獻 表3.28的計算公式，銑削時的功率為P _ FcVc 1000yF心z ae z£ e kqWF%Fcd n式中：Cf = 650 , xF =1.0，yF = 0.72，uF = 0.86，WF = 0 , qF = 0.86，aP= 2mm，fz 二 0.1

21、8mm z，a 6mm , z = 5 , d 二 20mm，n 二 1000r. min， kFc =0.63Fc 單加18：/.86 5 0.63 =2918.15Nv = 1.05m sc 2918.15 1.05 Pc3.06 KW1000X51K型立式銑床主動電機的功率為 5KW，故所選切削用量是可以采用的。所確定的切削用量為:fz 二 0.18 mm zfMz =900mm minn 二 1000r minv = 1.06m s424計算工時工步一：L =75mmL2=1 3mm 取 2 mmL, =0.5(20-202 - 62 )+2=2.5mm仏=仁 z n -0.18 5

22、1000 = 900mmmin基本時間：L +L275 +2 +2.5tj120.088 mi n =5.3sfmz900輔助時間：tf 二 0.15t j 二 0.795s工作地服務(wù)時間：tb tx =(3% 3%) (tj tf) = 0.37s五夾具設(shè)計在機械加工中，為完成需要的加工工序、裝配工序及檢驗工序等， 首先要將工件固定，使之占有確定的位置，這種裝置即為夾具。它對保 證工件的加工質(zhì)量、提高加工效率、降低生產(chǎn)成本、改善勞動條件、擴 大機床使用范圍、縮短新產(chǎn)品試制周期等方面有著顯著的經(jīng)濟效益。本題目加工的零件為中批量生產(chǎn)，設(shè)計通用夾具即可。經(jīng)過與指導老師的協(xié)商，決定設(shè) 12道工序：銑

23、© 90圓弧斷面。本夾具將用于 X51 立式銑床，采用端面銑刀對其加工。5.1 問題的提出本夾具主要用來銑© 90圓弧斷面，精度要求不高，并與其它的加工部位之間的技術(shù)要求不是很高。因此，在本道工序加工時，主要應(yīng)考慮 的問題是如何能保證加工表面的精度要求，同時還應(yīng)考慮如何可以提高 勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，而與其它之間的技術(shù)要求不是主要問題。5.2 夾具的設(shè)計5.2.1 設(shè)計夾具的基本要求1. 保證工件的加工精度專用夾具應(yīng)有合理的定位方案，標注合理的尺寸公差和技術(shù)要求，并進行必要的精度分析，確保夾具能滿足工件的加工要求。2. 提高生產(chǎn)效率 應(yīng)根據(jù)工件生產(chǎn)批量的大小設(shè)計不同復雜

24、程度的高效夾具，以縮短 輔助時間，提高生產(chǎn)效率。3工藝性好 專用夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單合理便于加工裝配檢驗和維修。專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)，當最終精度由調(diào)整或修配保證時， 夾具應(yīng)設(shè)置調(diào)整或修配結(jié)構(gòu)，如設(shè)置適當?shù)恼{(diào)整間隙，采用可修磨的墊 片等。4. 使用性好 專用夾具的操作應(yīng)簡單省力安全可靠，排屑應(yīng)方便，必要時可設(shè)置 排泄結(jié)構(gòu)。5. 經(jīng)濟性好 除考慮專用夾具本身結(jié)構(gòu)簡單。標準化程度高，成本低廉外，還應(yīng) 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對夾具方案進行必要的經(jīng)濟分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的 經(jīng)濟效益。5.2.2 對夾具體的要求1. 有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性 夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面，安裝對刀或?qū)蛟?件的表面

25、以及夾具體的安裝基面等，應(yīng)有適當?shù)某叽绾托螤罹?，它?之間應(yīng)有適當?shù)奈恢镁?。為使夾具體尺寸穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造夾 具體要進行退火處理2. 有足夠的強度和剛度加工過程中，夾具體要求承受較大的切削力和加緊力。為保證夾具 體不產(chǎn)生不容許的變形和振動，夾具體應(yīng)有足夠的強度和剛度。因此夾 具體需有一定的壁厚，鑄造和焊接夾具體常設(shè)置加強筋，或在不影響工 件裝卸的情況下采用框架式夾具體3. 結(jié)構(gòu)工藝性好夾具體應(yīng)便于制造裝配和檢驗。鑄造夾具體上安裝各種元件的表面 英鑄出凸臺，以減少加工面積。夾具體毛面與工件之間應(yīng)留有足夠的間 隙，一般為415伽。夾具體結(jié)構(gòu)型式應(yīng)便于工件的裝卸。4.

26、排屑方面切屑多時，夾具體上應(yīng)考慮排屑結(jié)構(gòu)。由于此零件是中批量生產(chǎn)且根據(jù)要求，采用通用夾具，手動加緊。定位誤差的分析定位元件尺寸及公差的確定。根據(jù)定位方案，設(shè)計定位元件的結(jié)構(gòu) 如附圖（夾具裝配圖）所示。該設(shè)計中的定位銷為主要的定位元件，其 公差根據(jù)文獻 表2.9-6得0.02mm所以影響位置度的定位誤差為：B =0.02 : - 0.1，即小于相位位置度公差的-，所以定位方案能夠滿33足加工要求。夾緊力的計算及夾緊元件的強度校核夾緊裝置如夾具裝配圖，根據(jù)零件的形狀，以及夾緊機構(gòu)在夾具中 安裝，可確定夾緊力的位置。切削力及夾緊力的計算刀具：硬質(zhì)合金直齒端面銑刀，d = 20mm，齒數(shù)5。粗銑時B=6mm由文獻表3-24得：F9.858a0'9fz°'8apOZdo'9其中：ap =2mm,ae =6mm, fz = 0.18mm/z所以：F =9.81 58 60.9 21.0 °.180.8 6 80"°.9 =511N水平分力：Fh =1.1F =1.1 511 =562N垂直分力：Fv =0.3F =0.3 511=153N在計算切削力時必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù)K =K1K2K3K41其中：K1