轉(zhuǎn)速器盤加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計

1、轉(zhuǎn)速器盤的鉆床夾具設(shè)計專業(yè)名稱：機械設(shè)計制造及其自動化班 級：1206961班學(xué)生姓名：白占士 指導(dǎo)教師：李明學(xué) 號：120696101摘 要：夾具在機械加工中起著重要的作用，它直接影響著機械加工的質(zhì)量，生產(chǎn)效率和成本，因此，夾具設(shè)計是機械工藝準備和施工中的一項重要工作。本課程設(shè)計對轉(zhuǎn)速器盤的結(jié)構(gòu)和工藝進行了分析，確定了機械加工工藝路線，并為加工零件上直徑mm的孔設(shè)計了一套專用鉆床夾具。 一、機械加工工藝規(guī)程制訂組成機械加工工藝過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。 工序是指一個或一組工人，在一個工作地對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。 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）相對于機床要經(jīng)過幾個位置依次進行加工，在每一個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)速和進給量）都不變的情況下所完成的那一部分工藝過程。 在一個工步中，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2.1 夾具的概念及組成在機床上裝夾工件所使用的工藝裝備稱為機床夾具。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。機床夾具由定位元件、夾緊裝置、對刀及

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；按夾具上的動力源分類有手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具、切削力及離心力夾具等。機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；縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本；減輕工人操作強度，降低對工人的技術(shù)要求；擴大機床的工藝范圍，實現(xiàn)一機多能；減少生產(chǎn)準備時間，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床或夾具中占有正確位置的過程。夾緊是指工件定

4、位后將其固定，使工件在加工過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。夾緊裝置通常由動力裝置和夾緊機構(gòu)兩大部分組成。典型的夾緊機構(gòu)有斜楔夾緊機構(gòu)、螺旋夾緊機構(gòu)、圓偏心夾緊機構(gòu)、定心夾緊機構(gòu)、鉸鏈夾緊機構(gòu)、聯(lián)動夾緊機構(gòu)等。夾緊動力裝置有氣動夾緊裝置、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)，所以需要專用機床夾具。3.2 零件的作用課程設(shè)計題目給定的零件是轉(zhuǎn)速器盤，從整體上來

5、說，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，此軸一端通過銷與手柄相連，另一端與油門拉桿相連。轉(zhuǎn)動手柄，偏心軸轉(zhuǎn)動，油門拉桿即可打開油門（增速）或關(guān)小油門（減速）；兩個直徑為6mm孔裝兩個定位銷，起限位作用。手柄可在120°內(nèi)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)無級變速。轉(zhuǎn)速器盤通過兩個直徑為9mm的螺栓孔用M8螺栓與柴油機機體相連。3.3 零件的加工工藝分析轉(zhuǎn)速器盤共有九個機械加工表面，其中，兩個直徑為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： 兩個直徑為9mm的螺栓孔兩個直徑為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，再以加工過的表面為定位基準加工精度較高的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)速器盤的各個需要加工的表面來分析：后平面與機體相連，其長度尺寸精度不高，而表面質(zhì)量較高；兩個9mm的螺栓孔，因需要裝配螺栓進行連接，還要用于夾具 定位，其加工精度可定為IT9級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床進行加工，用普通機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其進行精加工。 4 機械加工工藝規(guī)程設(shè)計 4.1零件加工基準的選擇開始選取轉(zhuǎn)速器盤的底平面作為粗基準，加工出后平面。而加工25mm圓柱上端面、120º圓弧端面時，選擇轉(zhuǎn)速器盤的底平面為粗基準；在加工9mm螺栓孔、18mm圓柱端面時，以加工過的后平面為定位基準；加工10mm孔和6mm孔時，則以后平面和兩個9mm孔為定位基準。為方便加工，各工序中運用專用夾具進行夾持。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

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的兩個螺栓孔，以經(jīng)過精加工的后平面和底平面為基準，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，選用Z525立式鉆床，并加專用夾具； 4.3確定機械加工余量及工序尺寸根據(jù)以上原始資料及機械加工工藝，確定加工表面的機械加工

9、余量、工序尺寸、毛坯尺寸如下： 鉆10mm孔毛坯為實心，而孔的精度要求界于IT8IT9之間（參照機械制造工藝設(shè)計簡明手冊表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孔選擇刀具和機床查閱機械制造工藝設(shè)計簡明手冊，由鉆削深度= 8mm，選擇=9.8mm的H12級高速鋼麻花鉆(GB1438-85)，機床選擇立式鉆床Z525。2.粗鉸9.96H10mm孔 選擇刀具和機床查閱機械制造工藝設(shè)計簡明手冊，選擇= 9.96mm的H10級高速鋼錐柄機用鉸刀(GB1133-84)，機床選擇立式鉆床Z525。3.精鉸10H9mm孔 選擇刀具和機床查閱機械制造工藝設(shè)計簡明手冊，選擇=10mm的F9級高速鋼錐柄機用鉸刀(GB1133-84)，機床選擇立式鉆床Z525。4.锪10mm孔0.5×45&#

11、176;選擇刀具90°直柄錐面锪鉆，機床為Z525。5夾具設(shè)計根據(jù)課程設(shè)計題目要求，設(shè)計工件工序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的高速鋼錐柄機用鉸刀、10H9mm的高速鋼錐柄機用鉸刀，按工步對孔進行加工。5.1 夾具設(shè)計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。在機械加工工藝規(guī)程中，分鉆、粗鉸、精鉸、倒角0.5×45°進行加工。依靠所設(shè)計的夾具來保

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，但是為增強加工時零件的剛性，必定限制孔軸線方向的自由度，故應(yīng)按完全定位設(shè)計夾具，并力求遵守基準重合原則，以減少定位誤差對加工精度的影響。由于工件在鉆10mm孔時兩筋板的剛性較差，從保證工件定位穩(wěn)定的觀點出發(fā)，采用“一面兩孔”定位，即以已加工的后平面和兩個9mm孔為定位基準，這樣，既增加了工件的穩(wěn)定性，又兼顧了基準重合原則。為實

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軸的移動自由度，從而達到完全定位。 確定夾緊方式和設(shè)計夾緊機構(gòu)兩個9mm孔中的圓柱銷和菱形銷共同承受鉆孔時的切削扭矩。在鉆9.8H12mm孔時，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，在確定夾緊方式時就可以不考慮軸向切削力的影響，即可以不施加夾緊力來克服軸向切削力。但由于切削扭矩會使工件產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，因此需要對工件施加向下壓的夾緊力來克服切削扭矩。為便于操作和提高機構(gòu)效率，采用螺旋夾緊機構(gòu)中的轉(zhuǎn)動壓板夾緊機構(gòu)，其力的作用點落在

14、靠近加工孔的120º圓弧端面上。 夾緊力計算計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。本工序在鉆削加工過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，在計算夾緊力時可以不計算軸向切削力。而為保證夾緊可靠，應(yīng)將理論夾緊力乘上安全系數(shù)作為工件加工時所需要的夾緊力，即：其中，查機床夾具設(shè)計手冊表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）、（手動加緊）、（手動加緊操作方便）、（接觸點確定），所以，= 2.691。查機床夾具設(shè)計手冊表1-2-7得：切削扭矩查機床夾具設(shè)計手冊表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，實際所需要的夾緊力為：(N· mm)。夾緊機構(gòu)采用壓板機構(gòu)，機構(gòu)的傳動效率為，螺母產(chǎn)生的夾緊力為：。查機床夾具設(shè)計手冊表1-2-20，得：（當量摩擦半徑） = 6.22mm，查表1-2-21，得：（中徑之半）= 3.675mm，升角，查表1-2-22得螺旋副當量摩擦角，。= 2810.23(N)則作用在轉(zhuǎn)動壓板上的夾緊力為：夾緊機構(gòu)受力如圖2所示。1圖2 夾緊機構(gòu)受力示意圖由公式得：在工件上的夾緊力作用點到鉆頭在工件上加工時作用點的距離為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)計基準和工序基準重合，即遵守“基準重合”和“基準統(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。工件定位如圖4所示。圓柱銷和菱形銷的設(shè)計計算：兩定位銷中心距LL= L式中，L 工件兩基準孔的中心距。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。補償值(m

17、m)式中，第一基準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菱形銷與基準孔的最小配合間隙=(mm)式中，第二基準孔定位銷直徑。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)計為進行鉆、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中的標準鉸刀改制而成，其尺寸為9.96mm，按規(guī)定取鉸孔時鉆套的尺寸公差為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中的標準鉸刀，其尺寸為10mm，按規(guī)定取鉸孔時鉆套的尺寸公差為10+0.023G6，即鉆套尺寸為：10.023mm，圓整后可寫成10mm。鉆套形狀尺寸在機床夾具設(shè)計手冊中查取。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)計鉆模板：將鉆套用襯套安裝在鉆模板上，鉆模板通過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。 夾具精度分析機械加工中，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。加工誤差來源于兩大方面：一方面是與機床有關(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、夾具的對刀或?qū)蛘`差及夾具的制造及在機床上的安裝誤差。根據(jù)生產(chǎn)實際情況，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），因為加工方法誤差取決于機床精度，所以只進行夾具精度的分析計算。滿足上述條件，認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)向誤差有五個因素：其一是鉆模板底孔至定位基準尺寸誤差，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：鉆套垂直度誤差對孔位置影響折算為：心軸底面平行度誤差對孔位置影響折算為：夾具精度分析簡圖如圖5所示。圖5 夾具精度分析示意圖定位誤差：基準重合。，（基準不重合）mm（定位銷與孔配合最大間隙）mm導(dǎo)向誤差：最后是鉸刀，故按鉸刀計算。mm，（同軸度誤差忽略）(mm)(mm)=(m