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2-20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42.1 零件的作用42.2 零件的工藝分析4第二章工藝規(guī)程設計53.1 確定生產類型53.2 確定毛坯制造形式53.3 選擇定位基準53.4 選擇加工方法53.5 制訂工藝路線63.6 確定加工余量及毛坯尺寸73.7 工序設計73.8 確定切削用量和基本時間8第四章 夾具設計114.1 接受設計任務、明確加工要求114.2 確定定位方案、選擇定位原件114.3 確定加緊方案、設計夾緊機構124.4 確定導向方案和導向元件124.5 夾具體設計134.6 夾具精度分析134.7 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3-11孔用螺栓固定在底座上，操縱桿用20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）2-20孔，（2）支架底面（3）36槽（4）3-11孔此零件外形較小，圖中除2-20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 確定生產類型操縱桿支架材料為灰鑄鐵，牌號HT250，零件年產量為10000件，已達大批生產的水平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3-11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，3-11的孔為工藝孔，所以選用鉆床加工的方式。2-11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。在生產綱領已確定為大批生產的條件下，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率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。1）工藝路線方案一工序 鉆銑2-20孔。工序 粗精銑底面A。工序 鉆底面3-11孔。工序 銑36槽。工序 檢查（2）工藝路線方案二工序 粗精銑底面A。工序 鉆底面3-11孔。工序 鉆銑2-20孔。工序 銑36槽。工序 檢查（3）工藝路線方案三工序 粗精銑底面A。工序 銑36槽。工序 鉆銑2-20孔。工序 鉆底面3-11孔。工序 檢查上述三個工藝方案的特點在于：方案一是先加工出2-20孔，再以其為基準，加工出底面，而后以底面為基準，加工底面3-11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3-11孔，2-20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2-20孔，最后以36槽與20做定位基準加工3-11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2-20孔，再以2-20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 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 以底面為基準，側邊采用輔助支撐，加工底面上3-11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 以一面兩銷定位，鉆銑2-20孔。選用X53立式銑床及專用夾具加工。工序 以底面及2-11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 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HB163-229HBW2，生產類型為大批生產，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5-59，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）3-11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）2-20孔根據(jù)手冊表5-58，先用鉆頭鉆孔至19，再用20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 銑底面A：XK7150數(shù)控銑床2） 工序 加工底面上3-11工藝孔：機床：Z3040鉆床3） 工序 加工36槽：X63臥式銑床4） 工序 鉆鏜2-20孔：X53立式銑床3.7.2 選擇夾具對于成批生產的零件，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 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160。刀片材料P/K，型號LZ1282，適用加工材料為鑄鐵等。2） 工序 加工底面上3-11工藝孔：鉆頭選取高速鋼鉆頭，直徑10.5，鉸刀選取高速鋼機用鉸刀11H93） 工序 鉆鏜2-20孔：采用鉆鏜的形式，先用19高速鋼鉆頭鉆出底孔，再用20鏜刀精加工。4） 工序 加工36槽：選用可調式三面刃銑刀，直徑120,刀片767，加工鑄鐵件。3.8 確定切削用量和基本時間工序 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160。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911，Vc選60m/min，f=0.3 mm/r。（3）確定機床主軸轉速n=VcX1000 XDc=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 以底面為基準，側邊采用輔助支撐，加工底面上3-11工藝孔。（1）加工條件工件材料：HT200，鑄件。加工要求：鉆鉸3-11孔。機床：Z3040鉆床。刀具：鉆頭選取高速鋼鉆頭，直徑10.5，鉸刀選取高速鋼機用鉸刀11H9（2）計算切削用量 先用10.5鉆頭鉆底孔。根據(jù)組合機床切削用量計算表111選取f=0.20mm/r,v=20m/min所以n=1000v D=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 用11H9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 D=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 以一面兩銷定位，鉆鏜2-20孔（1）加工條件工件材料：HT250，鑄件。加工要求：鉆銑2-20孔。機床：X53立式銑床。刀具：采用鉆鏜的形式，先用19高速鋼鉆頭鉆出底孔，再用20鏜刀精加工。 先用18鉆頭鉆底孔根據(jù)組合機床切削用量計算表911，選取f=0.2 mm/r,v=40m/min所以n=1000v D=1000x40 3.14x19.=670 r/min按機床選取n=600r/min實際切削速度v=35.796m/min 用20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 D=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 以底面及11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120,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911,選取Vc=60m/min,f=0.2 mm/r確定機床轉速n=VcX1000 XDc=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 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20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20mm孔尺寸公差等級為IT12。（2） 2個20mm孔表面粗糙度要求為Ra3.2。（3） 2個20mm孔都為通孔。（4） 2個20mm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） 產品生產綱領：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、同類產品或近似產品的夾具圖樣，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20mm孔于工件的底面和后垂直面有距離要求，表明這兩個20mm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。經綜合分析比較，最終決定選擇用3-11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3-11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：3-11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3-11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，故選用可換鏜套?？蓳Q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，上海科學技術出版社，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18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20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20，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=（0.71.5）d=1430mm，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2-20的孔成，孔加工通，先用19的鉆頭粗鉆后再用20H9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2-20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20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20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30H7/m6襯套和鉆套配合尺寸25F7/k620軸與底座20孔的配合公差20F8/h720軸與連桿20孔的配合公差20F8/h7偏心圓柱外伸出桿與連桿的12孔的配合公差F8/h712軸與底座12孔的配合公差12K7/h612軸與壓蓋的12孔的配合公差12 K7/h64.7.2 裝配圖上技術要求兩個20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，2004.2 上海金屬切削技術協(xié)會，金屬切削手冊M，上海：上?？茖W技術出版社，2004.3 李洪，機械加工工藝手冊M，北京：機械工業(yè)出版社，1990.4 方昆凡，公差與配合手冊M，北京：機械工業(yè)出版社，1999.5 王光斗，王春福，機床夾具設計手冊M，上?？茖W技術出版社，2000.6 東北重型機械學院等，機床夾具設計手冊M，上海：上海科學技術出版社，1979.7 吳宗澤，機械設計實用手冊M，北京：化學工業(yè)出版社，2000.8 劉文劍，曹天河，趙維，夾具工程師手冊M，哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，1987.9 上海金屬切削技術協(xié)會，金屬切削手冊M，上海：上?？茖W技術出版社，1984.10 周永強，高等學校畢業(yè)設計指導M，北京：中國建材工業(yè)出版社，2002.11 黃如林，切削加工簡明實用手冊M，北京：化學工業(yè)出版社，2004.12 余光國，馬俊，張興發(fā)，機床夾具設計M，重慶：重慶大學出版社，1995.13 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.附錄1 操縱桿支架零件圖2.操縱桿支架夾具裝配圖3.夾具三維圖4. 零件二維圖5. 零件三維圖