轉(zhuǎn)速器盤加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)

1、轉(zhuǎn)速器盤的鉆床夾具設(shè)計(jì)專業(yè)名稱：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)：1206961班學(xué)生姓名：白占士 指導(dǎo)教師：李明學(xué) 號(hào)：120696101摘 要：夾具在機(jī)械加工中起著重要的作用，它直接影響著機(jī)械加工的質(zhì)量，生產(chǎn)效率和成本，因此，夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械工藝準(zhǔn)備和施工中的一項(xiàng)重要工作。本課程設(shè)計(jì)對(duì)轉(zhuǎn)速器盤的結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行了分析，確定了機(jī)械加工工藝路線，并為加工零件上直徑mm的孔設(shè)計(jì)了一套專用鉆床夾具。 一、機(jī)械加工工藝規(guī)程制訂組成機(jī)械加工工藝過(guò)程的基本單元是工序。工序又是由安裝、工位、工步及走刀組成的。 工序是指一個(gè)或一組工人，在一個(gè)工作地對(duì)同一個(gè)或同時(shí)對(duì)幾個(gè)工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過(guò)程。 安裝是工件經(jīng)

2、一次裝夾后所完成的那一部分工序。 在一次裝夾中，工件（或刀具）相對(duì)于機(jī)床要經(jīng)過(guò)幾個(gè)位置依次進(jìn)行加工，在每一個(gè)工作位置上所完成的那一部分工序，稱為工位。 工步是加工表面在切削刀具和切削用量（僅指主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量）都不變的情況下所完成的那一部分工藝過(guò)程。 在一個(gè)工步中，如果要切掉的金屬層很厚，可分幾次切削，每切削一次就稱為一次走刀。二、夾具設(shè)計(jì)2.1 夾具的概念及組成在機(jī)床上裝夾工件所使用的工藝裝備稱為機(jī)床夾具。夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)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(dòng)下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。機(jī)床夾具由定位元件、夾緊裝置、對(duì)刀及

3、導(dǎo)引元件、連接元件、夾具體、其他裝置或元件組成。定位元件、夾緊裝置和夾具體是夾具的基本組成部分。2.2 夾具的類型及作用按夾具的應(yīng)用范圍分類有通用夾具、專用夾具、成組夾具、組合夾具等；按夾具上的動(dòng)力源分類有手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、電動(dòng)夾具、磁力夾具、真空夾具、切削力及離心力夾具等。機(jī)床夾具的主要作用為：易于保證加工精度，并使一批工件的加工精度穩(wěn)定；縮短輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本；減輕工人操作強(qiáng)度，降低對(duì)工人的技術(shù)要求；擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能；減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，縮短新產(chǎn)品試制周期。2.3 夾具的定位和夾緊定位是指確定工件在機(jī)床或夾具中占有正確位置的過(guò)程。夾緊是指工件定

4、位后將其固定，使工件在加工過(guò)程中保持定位位置不變的操作。工件在夾具中的定位通常有以下四種情況：完全定位、部分定位、欠定位、重復(fù)定位。工件在夾具中的夾緊是由夾具的夾緊裝置完成的。夾緊裝置通常由動(dòng)力裝置和夾緊機(jī)構(gòu)兩大部分組成。典型的夾緊機(jī)構(gòu)有斜楔夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)、定心夾緊機(jī)構(gòu)、鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)、聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)等。夾緊動(dòng)力裝置有氣動(dòng)夾緊裝置、液壓夾緊裝置、電磁夾緊裝置、真空夾緊裝置等。三：零件分析3.1 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)在本課程設(shè)計(jì)題目中，轉(zhuǎn)速器盤輪廓尺寸小，屬于輕型零件。該零件的生產(chǎn)類型屬于中批生產(chǎn)，所以需要專用機(jī)床夾具。3.2 零件的作用課程設(shè)計(jì)題目給定的零件是轉(zhuǎn)速器盤，從整體上來(lái)

5、說(shuō)，其徑向尺寸比軸向尺寸大，因此，可以將其劃定為不規(guī)則的盤類零件。零件上直徑為10mm的孔裝一偏心軸，此軸一端通過(guò)銷與手柄相連，另一端與油門拉桿相連。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，油門拉桿即可打開油門（增速）或關(guān)小油門（減速）；兩個(gè)直徑為6mm孔裝兩個(gè)定位銷，起限位作用。手柄可在120°內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。轉(zhuǎn)速器盤通過(guò)兩個(gè)直徑為9mm的螺栓孔用M8螺栓與柴油機(jī)機(jī)體相連。3.3 零件的加工工藝分析轉(zhuǎn)速器盤共有九個(gè)機(jī)械加工表面，其中，兩個(gè)直徑為9mm的螺栓孔與10mm孔有位置要求；120°圓弧端面與10mm孔的中心線有位置度要求?，F(xiàn)分述如下： 兩個(gè)直徑為9mm的螺栓孔兩個(gè)直徑為9mm

6、的螺栓孔與直徑為10mm的孔中心線距離為mm 10mm的孔10mm的孔尺寸為10mm，表面粗糙度為Ra3.2，其孔口倒角0.5×45°。從以上分析可知，轉(zhuǎn)速器盤的加工精度不是很高。因此，可以先將精度低的加工面加工完后，再以加工過(guò)的表面為定位基準(zhǔn)加工精度較高的10mm。3.4 零件主要技術(shù)條件分析及技術(shù)關(guān)鍵問題從轉(zhuǎn)速器盤的各個(gè)需要加工的表面來(lái)分析：后平面與機(jī)體相連，其長(zhǎng)度尺寸精度不高，而表面質(zhì)量較高；兩個(gè)9mm的螺栓孔，因需要裝配螺栓進(jìn)行連接，還要用于夾具 定位，其加工精度可定為IT9級(jí)10mm孔需要裝配偏心軸，其表面質(zhì)量要求高；各加工面之間的尺寸精度要求不高。從以上分析可知

7、，該零件在中批量生產(chǎn)條件下，不需要采用專用的機(jī)床進(jìn)行加工，用普通機(jī)床配專用夾具即可保證其加工精度和表面質(zhì)量要求。為提高孔的表面質(zhì)量，在孔加工工序中采用鉸削對(duì)其進(jìn)行精加工。 4 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 4.1零件加工基準(zhǔn)的選擇開始選取轉(zhuǎn)速器盤的底平面作為粗基準(zhǔn)，加工出后平面。而加工25mm圓柱上端面、120º圓弧端面時(shí)，選擇轉(zhuǎn)速器盤的底平面為粗基準(zhǔn)；在加工9mm螺栓孔、18mm圓柱端面時(shí)，以加工過(guò)的后平面為定位基準(zhǔn)；加工10mm孔和6mm孔時(shí)，則以后平面和兩個(gè)9mm孔為定位基準(zhǔn)。為方便加工，各工序中運(yùn)用專用夾具進(jìn)行夾持。4.2 表面加工方案的選擇1) 后平面 表面粗糙度為Ra6.3，經(jīng)濟(jì)

8、精度為IT9，加工方案確定為：粗銑精銑；2) 9mm螺栓孔 表面粗糙度為Ra6.3，經(jīng)濟(jì)精度為IT9，加工方案確定為：鉆削鉸孔；3) 10mm孔 表面粗糙度為Ra6.3，經(jīng)濟(jì)精度為IT9，加工方案確定為：鉆削粗鉸精鉸孔倒角； 根據(jù)以上要求加工路線如下：工序60 鉆削、鉸削加工直徑為9mm的兩個(gè)螺栓孔，以經(jīng)過(guò)精加工的后平面和底平面為基準(zhǔn)，選用Z525立式鉆床，并加專用夾具；工序70 鉆、鉸10mm的孔，并锪倒角0.5×45º，以9mm的孔及后平面為基準(zhǔn)，選用Z525立式鉆床，并加專用夾具； 4.3確定機(jī)械加工余量及工序尺寸根據(jù)以上原始資料及機(jī)械加工工藝，確定加工表面的機(jī)械加工

9、余量、工序尺寸、毛坯尺寸如下： 鉆10mm孔毛坯為實(shí)心，而孔的精度要求界于IT8IT9之間（參照機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)表2.3-9及表2.3-12），確定工序尺寸及余量：鉆孔9.8mm；粗鉸孔：9.96mm，2Z = 0.16mm；精鉸孔：10mm，2Z = 0.04mm。具體工序尺寸見表1表1 工序尺寸表工序名稱工序間余量/mm工序間工序間尺寸/mm工序間經(jīng)濟(jì)精度/m表面粗糙度/m尺寸公差/mm表面粗糙度/m精鉸孔0.04H9Ra6.310Ra6.3粗鉸孔0.16H10Ra6.39.96Ra6.3鉆孔9.8H12Ra12.59.8Ra12.54.4 確定切削用量工序70：鉆削、鉸削加工10

10、 mm的孔并锪倒角0.5×45°1. 鉆削9.8mm孔選擇刀具和機(jī)床查閱機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)，由鉆削深度= 8mm，選擇=9.8mm的H12級(jí)高速鋼麻花鉆(GB1438-85)，機(jī)床選擇立式鉆床Z525。2.粗鉸9.96H10mm孔 選擇刀具和機(jī)床查閱機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)，選擇= 9.96mm的H10級(jí)高速鋼錐柄機(jī)用鉸刀(GB1133-84)，機(jī)床選擇立式鉆床Z525。3.精鉸10H9mm孔 選擇刀具和機(jī)床查閱機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)，選擇=10mm的F9級(jí)高速鋼錐柄機(jī)用鉸刀(GB1133-84)，機(jī)床選擇立式鉆床Z525。4.锪10mm孔0.5×45&#

11、176;選擇刀具90°直柄錐面锪鉆，機(jī)床為Z525。5夾具設(shè)計(jì)根據(jù)課程設(shè)計(jì)題目要求，設(shè)計(jì)工件工序70鉆、鉸削加工10H9mm的孔并锪倒角0.5×45°的鉆床夾具。該夾具用于Z525立式鉆床，并配上9.8H12mm的高速鋼麻花鉆、9.96H10mm的高速鋼錐柄機(jī)用鉸刀、10H9mm的高速鋼錐柄機(jī)用鉸刀，按工步對(duì)孔進(jìn)行加工。5.1 夾具設(shè)計(jì)1、工件的加工工藝分析轉(zhuǎn)速器盤需要加工的10mm孔的位置尺寸精度要求不高，孔的表面粗糙度值為Ra6.3，并且10H9為淺孔。在機(jī)械加工工藝規(guī)程中，分鉆、粗鉸、精鉸、倒角0.5×45°進(jìn)行加工。依靠所設(shè)計(jì)的夾具來(lái)保

12、證加工表面的下列位置尺寸精度：待加工孔10H9和已加工孔9H11的中心距離尺寸為72±0.1mm；待加工孔10HF9和后平面的距離尺寸為56±0.1mm。2、確定夾具的結(jié)構(gòu)方案 確定定位方案，設(shè)計(jì)定位元件該孔為通孔，沿著孔軸線方向的自由度可不予以限制，但是為增強(qiáng)加工時(shí)零件的剛性，必定限制孔軸線方向的自由度，故應(yīng)按完全定位設(shè)計(jì)夾具，并力求遵守基準(zhǔn)重合原則，以減少定位誤差對(duì)加工精度的影響。由于工件在鉆10mm孔時(shí)兩筋板的剛性較差，從保證工件定位穩(wěn)定的觀點(diǎn)出發(fā)，采用“一面兩孔”定位，即以已加工的后平面和兩個(gè)9mm孔為定位基準(zhǔn)，這樣，既增加了工件的穩(wěn)定性，又兼顧了基準(zhǔn)重合原則。為實(shí)

13、現(xiàn)定位方案，所使用的定位元件：圓柱銷和菱形銷在后平面和9mm孔定位，可以限制工件的五個(gè)自由度，25mm外圓柱下端面使用薄壁圓柱孔支承，限制工件沿Z軸的移動(dòng)自由度，從而達(dá)到完全定位。 確定夾緊方式和設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)兩個(gè)9mm孔中的圓柱銷和菱形銷共同承受鉆孔時(shí)的切削扭矩。在鉆9.8H12mm孔時(shí)，由于孔徑較小，切削扭矩和軸向力較小，并且軸向力可以使工件夾緊，因此，在確定夾緊方式時(shí)就可以不考慮軸向切削力的影響，即可以不施加夾緊力來(lái)克服軸向切削力。但由于切削扭矩會(huì)使工件產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，因此需要對(duì)工件施加向下壓的夾緊力來(lái)克服切削扭矩。為便于操作和提高機(jī)構(gòu)效率，采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)壓板夾緊機(jī)構(gòu)，其力的作用點(diǎn)落在

14、靠近加工孔的120º圓弧端面上。 夾緊力計(jì)算計(jì)算夾緊力時(shí)，通常將夾具和工件看成是一個(gè)剛性系統(tǒng)。本工序在鉆削加工過(guò)程中的切削力可以分解為切削扭矩和軸向切削力，因軸向切削力的作用方向與夾具的夾緊方向相同，有助于工件的夾緊，因此，在計(jì)算夾緊力時(shí)可以不計(jì)算軸向切削力。而為保證夾緊可靠，應(yīng)將理論夾緊力乘上安全系數(shù)作為工件加工時(shí)所需要的夾緊力，即：其中，查機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-2-1得：（）、（加工性質(zhì)為粗加工）、1.15（材料為鋼在鉆床上）、（連續(xù)切削）、（手動(dòng)加緊）、（手動(dòng)加緊操作方便）、（接觸點(diǎn)確定），所以，= 2.691。查機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-2-7得：切削扭矩查機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-

15、2-8得：修正系數(shù)由于鉆頭的直徑為d = 9.8mm，所以，(N· mm)。因此，實(shí)際所需要的夾緊力為：(N· mm)。夾緊機(jī)構(gòu)采用壓板機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率為，螺母產(chǎn)生的夾緊力為：。查機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-2-20，得：（當(dāng)量摩擦半徑） = 6.22mm，查表1-2-21，得：（中徑之半）= 3.675mm，升角，查表1-2-22得螺旋副當(dāng)量摩擦角，。= 2810.23(N)則作用在轉(zhuǎn)動(dòng)壓板上的夾緊力為：夾緊機(jī)構(gòu)受力如圖2所示。1圖2 夾緊機(jī)構(gòu)受力示意圖由公式得：在工件上的夾緊力作用點(diǎn)到鉆頭在工件上加工時(shí)作用點(diǎn)的距離為49mm。因此，夾緊力產(chǎn)生的扭矩為： (N·

16、mm)。工件受力如圖3所示。圖3 工件受力示意圖因，故該鉸鏈機(jī)構(gòu)能滿足鉆孔加工要求。 加工誤差分析用工件的“一面兩孔”定位，使設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)重合，即遵守“基準(zhǔn)重合”和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，以減少定位誤差，所采用的定位元件為定位銷和菱形銷，考慮薄壁圓柱孔支承形狀，將支承和夾具體鑄成整體，即把支承鑄成薄壁凸臺(tái)。工件定位如圖4所示。圓柱銷和菱形銷的設(shè)計(jì)計(jì)算：兩定位銷中心距LL= L式中，L 工件兩基準(zhǔn)孔的中心距。L= L= 28mm。圖4 工件定位示意圖兩定位銷中心距公差=式中，工件兩基準(zhǔn)孔的中心距公差。= 0.025(mm)。圓柱銷最大直徑= 9mm，公差取g6，所以，圓柱銷直徑為mm。補(bǔ)償值(m

17、m)式中，第一基準(zhǔn)孔與圓柱銷間最小配合間隙(mm)。(mm)菱形銷寬度b根據(jù)表8： B = D2 = 92 = 7(mm)； b = 4mm。 表8 菱形銷尺寸表D2 /mm36688202024243030404050b/mm2345568B/mmD20.5D21D22D23D24D25D25菱形銷與基準(zhǔn)孔的最小配合間隙=(mm)式中，第二基準(zhǔn)孔定位銷直徑。菱形銷最大直徑（名義尺寸）（公差取h6）= 90.108 = 8.892(mm)所以，菱形銷直徑為mm。轉(zhuǎn)角誤差式中，工件定位孔的直徑公差；圓柱定位銷的直徑公差(mm)；菱形定位銷的直徑公差(mm)；圓柱定位銷與孔間的最小間隙(mm)；菱

18、形定位銷與孔間的最小間隙(mm)；L 中心距(mm)。所以，需要加工的孔的公差mm，由該誤差引起的定位誤差為8= 80.0036= 0.028，該誤差小于工件誤差，即0.0280.036，方案可行。 鉆套、鉆模板設(shè)計(jì)為進(jìn)行鉆、鉸加工，采用快換鉆套，其孔徑尺寸和公差如下：鉆9.8H12孔：麻花鉆的最大極限尺寸為9.8+0.15mm，則鉆孔時(shí)所配的鉆套取規(guī)定的公差為F8，即鉆套尺寸為：9.95mm，圓整后可寫成10mm。粗鉸9.96H10孔：鉸孔選用GB1133-84中的標(biāo)準(zhǔn)鉸刀改制而成，其尺寸為9.96mm，按規(guī)定取鉸孔時(shí)鉆套的尺寸公差為9.96+0.044G7，即鉆套尺寸為：10.004mm，

19、圓整后可寫成10mm。精鉸10F9孔：鉸孔選用GB1133-84中的標(biāo)準(zhǔn)鉸刀，其尺寸為10mm，按規(guī)定取鉸孔時(shí)鉆套的尺寸公差為10+0.023G6，即鉆套尺寸為：10.023mm，圓整后可寫成10mm。鉆套形狀尺寸在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)中查取。為了安裝快換鉆套，確定選取固定襯套與之相配合使用。設(shè)計(jì)鉆模板：將鉆套用襯套安裝在鉆模板上，鉆模板通過(guò)銷子和螺栓與夾具體連接。鉆模板的尺寸與形狀自行設(shè)計(jì)。 夾具精度分析機(jī)械加工中，保證加工出合格零件的必要條件是：加工誤差不大于被加工零件相應(yīng)的公差。加工誤差來(lái)源于兩大方面：一方面是與機(jī)床有關(guān)的誤差稱加工方法誤差；另一方面是與夾具有關(guān)的誤差，而此誤差可分為零件在夾

20、具中的定位誤差、夾具的對(duì)刀或?qū)蛘`差及夾具的制造及在機(jī)床上的安裝誤差。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，與夾具有關(guān)的誤差占加工誤差的絕大部分，故按機(jī)率相等的原理，取零件公差的3/4作為判別依據(jù)得到保證加工零件合格的條件是：（零件相應(yīng)加工尺寸的公差），因?yàn)榧庸し椒ㄕ`差取決于機(jī)床精度，所以只進(jìn)行夾具精度的分析計(jì)算。滿足上述條件，認(rèn)為夾具精度滿足加工要求，否則精度不足。鉆孔夾具產(chǎn)生導(dǎo)向誤差有五個(gè)因素：其一是鉆模板底孔至定位基準(zhǔn)尺寸誤差，取其公差；其二、三是鉆套、襯套內(nèi)外圓同軸度誤差 ；其四是鉆套與襯套的配合間隙；其五是鉆套與鉆頭配合間隙，于是得：鉆套垂直度誤差對(duì)孔位置影響折算為：心軸底面平行度誤差對(duì)孔位置影響折算為：夾具精度分析簡(jiǎn)圖如圖5所示。圖5 夾具精度分析示意圖定位誤差：基準(zhǔn)重合。，（基準(zhǔn)不重合）mm（定位銷與孔配合最大間隙）mm導(dǎo)向誤差：最后是鉸刀，故按鉸刀計(jì)算。mm，（同軸度誤差忽略）(mm)(mm)=(m