機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計-搖臂零件機(jī)械加工工藝及鉆φ5孔夾具設(shè)計

夾具設(shè)計說明書設(shè)計題目：設(shè)計搖臂零件的機(jī)械加工工藝及夾具設(shè)計學(xué)號姓名日期機(jī)械與電氣工程學(xué)院序言本項目題目是搖臂臂工藝規(guī)程及工藝裝備設(shè)計，在設(shè)計過程當(dāng)中,我通過查閱有關(guān)資料和運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)或有關(guān)知識，比如零件圖設(shè)計、機(jī)械制造工藝學(xué)、以及所學(xué)軟件AUTOCAD的運(yùn)用，設(shè)計了零件的工藝、設(shè)計零件的加工夾具等。我利用此次課程設(shè)計的機(jī)會對以往所有所學(xué)知識加以梳理檢驗，同時又可以在設(shè)計當(dāng)中查找自己所學(xué)的不足從而加以彌補(bǔ)，使我對專業(yè)知識得到進(jìn)一步的了解和系統(tǒng)掌握。由于本人水平有限,設(shè)計編寫時間也比較倉促,在我們設(shè)計的過程中會遇到一些技術(shù)和專業(yè)知識其它方面的問題，再加上我們對知識掌握的程度，所以設(shè)計中我們的設(shè)計會有一些不盡如人意的地方,為了共同提高今后設(shè)計設(shè)計的質(zhì)量，希望在考核和答辯的過程中得到各位指導(dǎo)老師的諒解與批評指正,不勝感激之至。全套設(shè)計圖紙加V信153893706或扣3346389411

目錄TOC\o"1-3"\h\u序言 2一、對零件進(jìn)行工藝分析 41.1零件的用途及結(jié)構(gòu)分析 41.2分析零件的技術(shù)、工藝要求 4二、毛坯制造方式、簡圖 62.1確定毛坯制造形式 62.2繪制毛坯簡圖 6三、制定零件的機(jī)械加工工藝路線 63.1定位基準(zhǔn)的選擇 63.2定位方法確定 73.3加工階段劃分 73.4工序集中與分散 73.5制訂工藝路線 8四、機(jī)械加工余量確定 10五、確定工序的切削用量及基本工時 10六、鉆φ5孔的專用夾具設(shè)計 146.1定位方案設(shè)計 146.2定位元件選型 146.3計算定位誤差 156.4夾緊方案設(shè)計 166.5導(dǎo)引方案設(shè)計 176.6夾具體設(shè)計 176.7夾具裝配圖繪制 17七、設(shè)計心得 19參考文獻(xiàn) 20

一、對零件進(jìn)行工藝分析1.1零件的用途及結(jié)構(gòu)分析題目所給的零件是搖臂，用于傳遞力與扭矩，它的加工精度影響自身的傳動精度甚至整個系統(tǒng)的傳動精度。題目所給的零件是搖臂，用于傳遞力與扭矩，它的加工精度影響自身的傳動精度甚至整個系統(tǒng)的傳動精度。機(jī)械中的擺動搖臂，主要是撥動滑移齒輪，改變其在齒輪軸上的位置，可以上下移動或左右移動，從而實現(xiàn)不同的速度。搖臂零件用于機(jī)械產(chǎn)品中離合器的控制，端面結(jié)合齒的結(jié)構(gòu)，內(nèi)外齒的結(jié)構(gòu)，都需要用搖臂控制其一部分來實現(xiàn)結(jié)合與分離。因此對搖臂制定出一套合理的加工工藝方案以及設(shè)計出搖臂加工的專用夾具十分具有重要的意義。圖1-1搖臂零件1.2分析零件的技術(shù)、工藝要求搖臂是一個很重要的零件，因為其零件尺寸比較小，結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜，但其加工孔和平面的精度要求較高，對精度要求也很高。大頭孔和小頭孔粗糙度要求都是Ra1.6，所以都要求精加工。因為其尺寸精度、幾何形狀精度和相互位置精度，以及各表面的表面質(zhì)量均影響機(jī)器或部件的裝配質(zhì)量，進(jìn)而影響其性能與工作壽命，因此它們的加工是非常關(guān)鍵和重要的。零件的材料為45鋼模鍛件，鍛鋼生產(chǎn)工藝簡單，鍛造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削。搖臂工件需要加工平面和孔，主要為以下幾個部分：該零件主要加工面有平面、圓孔，可通過銑、鉆、擴(kuò)、鉸來獲得。加工參數(shù)如下：（1）φ35兩端面至尺寸20,表面粗糙度要求6.3；（2）φ20孔,尺寸精度為IT9，表面粗糙度要求3.2（3）φ25兩端面至尺寸30,表面粗糙度要求6.3；（4）鉆頭孔至尺寸φ8.8圖1-2搖臂零件圖

二、毛坯制造方式、簡圖2.1確定毛坯制造形式45鋼是法蘭類、軸類及各種機(jī)械零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能，淬火后表面硬度可達(dá)45～52HRC。搖臂類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用鑄件、鍛件等毛坯形式。對于直徑不大的搖臂，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機(jī)械加工的工作量，還可改善機(jī)械性能。2.2繪制毛坯簡圖搖臂是一個殼體類工件。我們結(jié)合搖臂實際結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選取鍛件作為毛坯的加工形式，毛坯余量為3mm，毛坯圖如下圖所示。三、制定零件的機(jī)械加工工藝路線3.1定位基準(zhǔn)的選擇（1）粗基準(zhǔn)的選擇按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則，應(yīng)盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)，而對有若干個不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面為粗基準(zhǔn)。為保證工件某重要表面的余量均勻，應(yīng)選重要表面為粗基準(zhǔn)。應(yīng)盡可能選擇光滑平整，無飛邊，澆口，或其他缺陷的表面為粗基準(zhǔn)，以便定位準(zhǔn)確，夾緊可靠。粗基準(zhǔn)只在頭道工序下使用一次，應(yīng)該盡量避免重復(fù)使用。在該搖臂的加工中，首先選用φ25外圓面為粗基準(zhǔn)。（2）精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)滿足基準(zhǔn)重合，基準(zhǔn)統(tǒng)一，自為基準(zhǔn)，互為基準(zhǔn)等原則。所選的精基準(zhǔn)應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確，夾緊可靠，夾具簡單，操作方便等.本零件是搖臂類的零件，在加工中，為避免由于基準(zhǔn)不重合而產(chǎn)生的誤差，選擇底端面、φ20、φ8.8孔為定位基準(zhǔn)。3.2定位方法確定（1）φ35兩端面至尺寸20,表面粗糙度要求6.3，需要采用粗銑完成加工。（2）φ20孔,尺寸精度為IT9，表面粗糙度要求3.2（3）φ25兩端面至尺寸30,表面粗糙度要求6.3，需要采用粗銑完成加工。（4）鉆頭孔至尺寸φ8.8mm3.3加工階段劃分由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故在使零件的幾何性狀、尺寸精度幾位置精度等技術(shù)要求得到合理的保證的前提下，應(yīng)采用專用的夾具，并應(yīng)盡量使工序集中起來提高生產(chǎn)率，處此之外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以使生產(chǎn)成本盡量提高。制定工藝路線得出發(fā)點(diǎn),應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機(jī)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(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。3.4工序集中與分散零件加工的工步順序已經(jīng)排定，如何將這些工步組成工序，就需要考慮采用工序集中還是工序分散的原則。(1)工序集中就是將零件的加工集中在少數(shù)幾道工序中完成，每道工序加工內(nèi)容多，工藝路線短。其主要特點(diǎn)是：①可以采用高效機(jī)床和工藝裝備，生產(chǎn)率高；②減少了設(shè)備數(shù)量以及操作工人人數(shù)和占地面積，節(jié)省人力、物力；③減少了工件安裝次數(shù)，利于保證表面間的位置精度；④采用的工裝設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整維修較困難，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大。(2)工序分散

工序分散就是將零件的加工分散到很多道工序內(nèi)完成，每道工序加工的內(nèi)容少，工藝路線很長。其主要特點(diǎn)是：①設(shè)備和工藝裝備比較簡單，便于調(diào)整，容易適應(yīng)產(chǎn)品的變換；②對工人的技術(shù)要求較低；③可以采用最合理的切削用量，減少機(jī)動時間；④所需設(shè)備和工藝裝備的數(shù)目多，操作工人多，占地面積大。在擬定工藝路線時，工序集中或分散的程度，主要取決于生產(chǎn)規(guī)模、零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，有時，還要考慮各工序生產(chǎn)節(jié)拍的一致性。一般情況下，單件小批生產(chǎn)時，只能工序集中，在一臺普通機(jī)床上加工出盡量多的表面；大批大量生產(chǎn)時，既可以采用多刀、多軸等高效、自動機(jī)床，將工序集中，也可以將工序分散后組織流水生產(chǎn)。批量生產(chǎn)應(yīng)盡可能采用效率較高的半自動機(jī)床，使工序適當(dāng)集中，從而有效地提高生產(chǎn)率。3.5制訂工藝路線工藝路線一：工序1：鑄造工序2：時效處理工序3：粗銑底端面工序4：粗銑φ25頂面工序5：粗銑φ35頂面工序6：鉆、擴(kuò)φ20孔工序7：鉆φ8.8孔，攻絲M10孔工序8：鉆φ5孔工序9：檢驗工序10：入庫工藝路線二：工序1：鑄造工序2：時效處理工序3：鉆、擴(kuò)φ20孔工序4：鉆φ8.8孔，攻絲M10孔工序5：鉆φ5孔工序6：粗銑底端面工序7：粗銑φ25頂面工序8：粗銑φ35頂面工序9：檢驗工序10：入庫通過分析上述方案，能夠得出工藝路線一是先完成表面的加工，之后，以加工表面為基準(zhǔn)，完成安裝孔的加工，整體加工效率較高，能夠滿足加工要求，工藝路線二先完成安裝孔的加工，之后，完成各種加工表面的加工，這種加工方式無法保證加工表面的加工精度，因此，選擇方案一作為優(yōu)選方案。

四、機(jī)械加工余量確定將各加工表面的工藝路線、工序（或工步）余量，工序（或工步）尺寸及其公差、表面粗糙度填入下表中。表4.1各工序間加工余量加工表面工步名稱工步余量工序尺寸粗銑底端面粗銑330粗銑φ35頂端面粗銑320鉆、擴(kuò)φ20孔鉆孔9φ18擴(kuò)孔1φ20鉆φ5孔鉆孔5φ10五、確定工序的切削用量及基本工時工序3：粗銑底端面根據(jù)毛坯余量要求，確定零件被吃刀量為，選用高速鋼面銑刀=80mm、齒數(shù)z=10，機(jī)床選用X51立式銑床。查表，確定進(jìn)給量為0.1mm/z，切削速度為=85m/min。因此，能夠計算得出主軸轉(zhuǎn)速根據(jù)機(jī)床的性能和參數(shù)，選取轉(zhuǎn)速：因此，能夠確定切削速度為：進(jìn)而，計算進(jìn)給量為同時，計算工件的切削時間為工序4：粗銑φ25頂面根據(jù)毛坯余量要求，確定零件被吃刀量為，選用高速鋼面銑刀=80mm、齒數(shù)z=10，機(jī)床選用X51立式銑床。查表，確定進(jìn)給量為0.1mm/z，切削速度為=85m/min。因此，能夠計算得出主軸轉(zhuǎn)速根據(jù)機(jī)床的性能和參數(shù)，選取轉(zhuǎn)速：因此，能夠確定切削速度為：進(jìn)而，計算進(jìn)給量為同時，計算工件的切削時間為工序5：粗銑φ35頂面根據(jù)毛坯余量要求，確定零件被吃刀量為，選用高速鋼面銑刀=80mm、齒數(shù)z=10，機(jī)床選用X51立式銑床。查表，確定進(jìn)給量為0.1mm/z，切削速度為=85m/min。因此，能夠計算得出主軸轉(zhuǎn)速根據(jù)機(jī)床的性能和參數(shù)，選取轉(zhuǎn)速：因此，能夠確定切削速度為：進(jìn)而，計算進(jìn)給量為同時，計算工件的切削時間為工序6：鉆、擴(kuò)φ20孔機(jī)床：立式鉆床Z525刀具：選高速鋼錐柄麻花鉆頭。=1\*GB2⑴鉆孔至φ18mm切削深度：進(jìn)給量：查表，取。切削速度：查表，取。機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取所以實際切削速度：機(jī)動時間：=2\*GB2⑵擴(kuò)孔φ20刀具：選擇硬質(zhì)合金錐柄機(jī)用擴(kuò)孔鉆。切削深度：，且。進(jìn)給量：查表得出，取。切削速度：查表，取。機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：查表得取實際切削速度：機(jī)動時間：工序8：鉆φ5孔機(jī)床：立式鉆床Z535刀具：選高速鋼錐柄麻花鉆頭。切削深度：進(jìn)給量：查表，取。切削速度：查表，取。機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取所以實際切削速度：機(jī)動時間：

六、鉆φ5孔的專用夾具設(shè)計6.1定位方案設(shè)計在夾具設(shè)計中，工件在夾具中定位的主要工作內(nèi)容包括：根據(jù)工件的表面結(jié)構(gòu)特征和工序要求，確定工件需要限定的自由度；確定定位方式，即確定工作上的定位表面及其與之相對應(yīng)的定位元件；分析工件各表面定位方式組合后限定自由度的情況，對欠定位的進(jìn)行定位方案修改，對不必要的過程定位自由度采取消除措施。擬定加工路線的第一步是選擇定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量?；鶞?zhǔn)選擇不當(dāng)往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設(shè)計更加困難甚至達(dá)不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應(yīng)該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準(zhǔn)。此零件圖沒有較高的技術(shù)要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應(yīng)考慮如何提高勞動效率，降低勞動強(qiáng)度，提高加工精度。本夾具的定位方案采用一面兩銷的定位方式，采用1個定位銷定位φ20的圓孔，限制了X軸移動、Z軸移動2個自由度，采用平面定位，限制了X軸轉(zhuǎn)動、Z軸轉(zhuǎn)動、Y軸移動1個自由度，采用削邊銷定位φ8.8孔，限制了Y軸轉(zhuǎn)動自由度。綜上，該定位方案限制了工件的6個自由度，較好的滿足零件加工要求，定位合理。6.2定位元件選型下圖為幾種常用固定式定位銷的結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)工件的孔徑尺寸較小時，可選用圖a所示的結(jié)構(gòu)；當(dāng)孔徑尺寸較大時，選用圖b所示的結(jié)構(gòu)；當(dāng)工件同時以圓孔和端面組合定位時，則應(yīng)選用圖c所示的帶有支承端面的結(jié)構(gòu)。用定位銷定位時，短圓柱銷限制二個自由度；長圓柱銷可以限制四個自由度；短圓錐銷限制三個自由度。工件以內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)的定位元件：定位銷、心軸（整體式心軸、脹力心軸、組合心軸、球式心軸、自動夾緊心軸、盤形彈簧心軸、塑料心軸、橡膠心軸、花鍵心軸）工件以中心孔、端面外圓及端面內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)的定位元件：工件以中心孔作為定位基準(zhǔn)用的頂針（前頂針、后頂針）、工件以端面外圓及端面內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)用的頂針（前頂針、后頂針）、傳動裝置（機(jī)心夾頭、自動卡緊雞心夾頭、傳動盤/撥盤、自動夾緊傳動夾頭、氣壓傳動夾頭）本工序采用圓孔和平面進(jìn)行定位，圓孔是選擇定位銷方式進(jìn)行定位，保證工件在加工工程中位置可靠。6.3計算定位誤差該夾具以一個平面和2個定位銷定位，要求保證孔軸線間的尺寸公差。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。工件以一面兩孔定位，實際上是以一個平面和由兩孔軸線組成的另一平面（組合基準(zhǔn)要素）來組合定位，此例屬組合定位的定位誤差分析。經(jīng)分析知，。，，，，，做出一批工件定位時產(chǎn)生最大角度誤差的狀態(tài)上圖所示，圖中工件上的兩定位孔軸線用O1’和O2’表示，夾具上的兩銷軸線分別用O1和O2表示，C點(diǎn)為過O2’點(diǎn)做的兩銷連心線平行線與孔1直徑線的交點(diǎn)，則于是有，定位誤差是指誤差的最大變化范圍，考慮另一個產(chǎn)生最大角度誤差的極限位置，則有又，故對鉆孔的中心平面的角度這一參數(shù)來說，定位方案是合理的。從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。6.4夾緊方案設(shè)計夾緊元件是夾具工裝中的重要組成部分，工件在定位完成之后，工件在這個位置是準(zhǔn)確的位置，但是如果直接進(jìn)行加工，工件會受到切削力的作用，出現(xiàn)位置的竄動，因此，需要采用夾緊元件對其進(jìn)行固定，能夠保證工件固定在準(zhǔn)確的位置，不會被切削力影響，這些將工件固定在準(zhǔn)確位置的元件是夾緊元件。夾緊元件需要由動力源、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過動力源將動力傳動給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用某些結(jié)構(gòu)形式，能夠?qū)ぜM(jìn)行夾緊動作，實現(xiàn)將工件固定在某個位置。夾緊元件的動力源可以采用液壓、氣動、人力三種形式，如果是生產(chǎn)規(guī)模較大、生產(chǎn)節(jié)拍較為緊湊，同時，工件尺寸較大，造成夾緊力也需要較大的場合，一般都是采用液壓和氣動形式，這種非人力的動力源能夠極大地降低工人的勞動強(qiáng)度，提供工件的生產(chǎn)效率。為了節(jié)約加工成本，一般采用人力形式的動力源，采用工人手動執(zhí)行夾緊動作，能夠節(jié)約夾具的加工成本，夾緊結(jié)構(gòu)易進(jìn)行修改。本文設(shè)計的夾具結(jié)構(gòu)主要采用快換墊圈作為夾緊機(jī)構(gòu)。切削力公式：式中D=5mm，查表得出：即：實際所需夾緊力：查表得：安全系數(shù)K可按下式計算有：式中：為各種因素的安全系數(shù)，查表可得：所以由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。選用1個快換墊圈夾緊機(jī)構(gòu)，螺母為M4，M4螺母預(yù)緊力為2400N，因此，夾緊力大于所需夾緊力，故選用M4螺母作為夾緊螺母，安全可靠。6.5導(dǎo)引方案設(shè)計鉆套是鉆床夾具中的重要組成部分，主要是確定鉆桿位置并到對鉆桿導(dǎo)向的作用。鉆桿一般都是細(xì)長形狀的，同時，鉆床切削較為劇烈，有振動、切削力等多項因素的干擾，如果不采用鉆套結(jié)構(gòu)，鉆頭會因為振動和失穩(wěn)，對鉆孔產(chǎn)生超挖，將鉆孔的尺寸鉆大。因此，在小孔的鉆孔夾具設(shè)計過程中，大部分都會增加鉆套裝置，同時，鉆套裝置按照分類能夠分為固定式、拆分式兩種類別。拆分式鉆套也叫快換型鉆套，是包括鉆套、襯套、螺釘?shù)攘慵M成，嵌套和鉆模板是過盈配合，嵌套首先和鉆模板安裝在一起，鉆套和襯套是間隙配合方式，鉆套能夠很容易地放入到襯套內(nèi)部，方便對鉆套進(jìn)行更換。由于本項目需要加工的零件為大批量生產(chǎn)，這種大批量生產(chǎn)對轉(zhuǎn)套磨損較為劇烈，故選用快換鉆套以減少更換鉆套的輔助時間。6.6夾具體設(shè)計夾具體是連接鉆床上面各設(shè)備的重要零件，需要將夾具體固定在加工機(jī)床上之后，其安裝孔和定位銷孔的位置精度需要能夠保證圖紙要求，這樣加工出的零件才能夠達(dá)到圖紙要求。夾具體在加工過程中，承受較大的切削力，如果保證機(jī)床的加工精度能夠達(dá)到要求，需要夾具體能夠達(dá)到要求，這樣才能夠保證在加工過程中，機(jī)床加工精度能夠穩(wěn)定。6.7夾具裝配圖繪制1、鉆模板安裝準(zhǔn)確后，用定位銷定位；2、鉆套工作面與定位支承板工作面垂直度誤差不大于0.05mm；3、鉆套工作面與夾具體安裝基面垂直度誤差不大于0.05mm；4、定位支承板工作面對夾具體安裝基面平行度誤差不大于0.02mm；5、裝配過程中不允許磕、碰、劃傷和銹蝕。對此夾具各個零件的裝配關(guān)系見下圖，下面我們來分析與說明它的工件原理：本項目采用定位的定位方式，能夠限制六個自由度，滿足對工件的加工要求。首先，在夾具體上安裝定位銷、鉆模板等零件，之后，將工件安裝在夾具體上，通過定位銷定位，之后，通過快換墊圈和六角螺母完成對工件的夾緊。另一方面，鉆孔上面都設(shè)置有鉆模板和鉆套，能夠用于鉆頭的導(dǎo)向。本夾具操作簡單，省時省力，裝卸工件時只需靠六角螺母的松緊即可輕松實現(xiàn)，提高了工作效率。

七、設(shè)計心得制造業(yè)不僅僅是指加工人們所必須的產(chǎn)品，更包括生產(chǎn)多種自動化加工機(jī)床，為其他行業(yè)的運(yùn)行與發(fā)展創(chuàng)造重要的載體。數(shù)控機(jī)床主要是能夠?qū)崿F(xiàn)對鋼鐵、不銹鋼、碳合金鋼等金屬完成特定形狀及特定要求的加工，不僅具有切削速度快、工人勞動強(qiáng)度低、人為失誤率低、切削質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，而且，能夠?qū)崿F(xiàn)高效、高質(zhì)量地完成復(fù)雜形狀的加工。本項目設(shè)計的搖臂零件為典型的框架類零件，需要具備較