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第一章 前言
畢業(yè)設(shè)計在我們大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課之后進行的,這是我們在進行畢業(yè)設(shè)計對所學(xué)各課程的深入綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練,因此,它在我們的大學(xué)生活中占有重要的地位。另外在做完這次畢業(yè)設(shè)計之后,我得到一次在畢業(yè)工作前的綜合性訓(xùn)練,我在想我能在下面幾方面得到鍛煉:
(1)運用機械制造工藝學(xué)課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識,正確地解決一個零件在加工中的定位,夾緊以及工藝路線安排,工藝尺寸確定等問題,保證零件的加工質(zhì)量。
(2)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。通過設(shè)計夾具的訓(xùn)練,獲得根據(jù)被加工零件的加工要求,設(shè)計出高效,省力,經(jīng)濟合理而能保證加工質(zhì)量的夾具的能力。
(3)學(xué)會使用手冊以及圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱,出處,能夠做到熟練的運用。
就我個人而言,我希望通過這次畢業(yè)設(shè)計對自己未來將從事的工作進行一次適應(yīng)性訓(xùn)練,從中鍛煉自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力,為今后參加祖國的“四化”建設(shè)打一個良好的基礎(chǔ)。
由于個人能力有限,設(shè)計尚有許多不足之處,懇請各位老師給予指教,本人將表示真誠的感謝!
機械、機器和機床等機械結(jié)構(gòu)是由部件和零件裝配成的,部件又是由組件和零件裝配而成的。由實體材料組成的機械零件的表面,又可分為加工表面和非加工表面兩種。一般,加工表面是機械零件重要的工作表面,加工表面的精度和粗糙度是通過加工保證的。此外,在加工機械零件表面時,還要考慮制造工藝的可行性、加工生產(chǎn)率、加工成本等多方面問題。本設(shè)計通過對一軸套零件的機械加工工藝規(guī)程設(shè)計和銑槽用夾具設(shè)計,試圖找出一種簡單、實用的加工方法,以供生產(chǎn)同類零件的企業(yè)參考。
第二章 零件的分析
2.1計算生產(chǎn)綱領(lǐng),確定生產(chǎn)類型
任務(wù)書上的題目內(nèi)容為:加工一個軸套零件,該零件年產(chǎn)量為20000臺,設(shè)其備品率為10 %,機械加工廢品率為1 % ,試進行該軸套零件的工藝規(guī)程設(shè)計。
現(xiàn)制定該齒輪零件的機械加工工藝規(guī)程。
N=Qn(l + a %)(1 + b % ) = 20000×1×( l +10 %)(1+ l %) = 22220(件/年)
該零件的年產(chǎn)量為22220件,根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》教材中生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系,確定其生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。
2.2零件的作用
題目所給的零件是CA6140車床的手柄座。它位于車床操作機構(gòu)中,可同時操縱離合器和制動器,即同時控制主軸的開、停、換向和制動。操作過程如下:當手把控制手柄座向上扳動時,車床內(nèi)部的拉桿往外移,則齒扇向順時針方向轉(zhuǎn)動,帶動齒條軸往右移動,通過撥叉使滑套向右移,壓下羊角形擺塊的右角,從而使推拉桿向左移動,于是左離合器接合,主軸正轉(zhuǎn);同理,當手把控制手柄座向下扳動時,推拉桿右移,右離合器接合,主軸反轉(zhuǎn)。當手把在中間位置時,推拉桿處于中間位置,左、右離合器均不接合,主軸的傳動斷開,此時齒條軸上的凸起部分正壓在制動器杠桿的下端,制動帶被拉緊,使主鈾制動。
2.3零件的工藝分析
CA6140車床手柄座有多處加工表面,其間有一定位置要求。分述如下:
1.以為中心的加工表面
這一組的加工表面有的孔,以及上下端面,,下端面為的圓柱端面;孔壁上有距下端面11mm、與孔中心軸所在前視面呈角的螺紋孔,尺寸為M10-7H,另外還有一個尺寸為6H9的槽,孔與槽的總寬度為27.3H11。
2.以為中心的加工表面
該組的加工表面有的螺紋孔(有位置要求),加工時測量深度為25mm,鉆孔深度為28mm。上孔壁有一個配鉸的錐銷通孔,該通孔有位置要求。
3.以為中心的加工表面
本組的加工表面有的孔(兩個),及其兩個內(nèi)端面(對稱),兩端面均有位置要求,端面之間的距離為mm。,孔除了有位置要求以外還有平行度的形狀公差要求(與孔壁之間的平行度公差為)
4.以為中心的加工表面
這組的加工表面有的孔,該孔通至上的槽,并有位置要求。
由上面的分析可知,加工時應(yīng)先加工完一組表面,再以這組加工后的表面為基準加工另外一組。
第三章 工藝規(guī)程設(shè)計
3.1確定毛坯的制造形式
零件材料為HT200。手柄座在使用過程中不經(jīng)常的變動,它的只起支撐的作用,受到的沖擊不是很大,只是在縱向上受到很大的壓力。在加工過程中的精度保證很重要,它對工件的定位有一定的保證作用。
3.2基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一?;孢x擇得正確與合理可以使加工質(zhì)量得到保證,生產(chǎn)率得以提高。否則,加工工藝過程中會問題百出,更有甚者,還會造成零件的大批報廢,是生產(chǎn)無法正常進行。
3.2.1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作粗基準。根據(jù)這個基準選擇原則,現(xiàn)選取孔的下端面作為粗基準,利用一組共兩塊V形塊分別支承和作主要定位面,限制5個自由度,再以一個銷釘限制最后1個自由度,達到完全定位,然后進行銑削。
3.2.2精基準的選擇
主要應(yīng)該考慮基準重合的問題。當設(shè)計基準與工序基準不重合時,應(yīng)該進行尺寸換算,這在以后還要專門計算,此處不作介紹。
3.3制定工藝路線
制定工藝路線得出發(fā)點,應(yīng)當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)當考慮經(jīng)濟效果,以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
(1)工藝路線方案一:
工序一:備料
工序二:鑄造毛坯
工序三:粗銑上、下表面,精銑下表面;
工序四:鉆孔;
工序五:插鍵槽6H9;
工序六:銑槽1443 mm;
工序七:鉆、拉孔;
工序八:鉆孔;
工序九:鉆、擴螺紋孔;
工序十:鉆、鉗錐銷通孔、M10-7H;
工序十一:終檢。
(2)工藝路線方案二:
工序一:備料
工序二:鑄造毛坯
工序三:鉆;
工序四:粗銑上、下表面;
工序五:精銑下表面;
工序六:插鍵槽6H9 mm;
工序七:銑槽14 mm 43 mm;
工序八:鉆孔;
工序九:鉆、拉孔;
工序十:鉆、擴;
工序十一:鉆、鉗錐銷通孔、M10-7H;
工序十二:終檢。
(3)、工藝方案的分析:
上述兩個工藝方案的特點在于:方案一是先加工上下表面為中心的一組工藝,然后加工的孔,再以的孔的孔為基準加工的孔。方案二則是先加孔后再加工上下表面,再加工孔,此時方案二采用車床加工工序一,這樣有利提高效率,節(jié)省成本。經(jīng)比較可知,先加工上下表面,再以上下表面為基準加工及插鍵槽,最后完成對的孔的定位。顯然方案一比方案二的裝夾次數(shù)減少了,同時也更好的保證了精度要求。
綜上所述,零件的具體工藝過程如下:
工序一:備料
工序二:鑄造毛坯
工序三:粗銑、半精銑凸臺端面,選用X51立式銑床;
工序四:銑,半精銑大端面;
工序五:鉆,擴,鉸內(nèi)孔,選用Z535立式鉆床;
工序六:鉆,粗鉸,精鉸孔,選用Z525立式鉆床;
工序七:銑槽mm,選用X63臥式銑床;
工序八:鉆、粗鉸、精鉸螺紋孔,選用Z525立式鉆床;
工序九:鉆底孔,攻螺紋孔M10-H7mm,選用Z525立式鉆床;
工序十:鉆錐銷通孔,選用Z525立式鉆床;
工序十一:拉鍵槽6H9mm;
工序十二:鉆槽底通孔鉆,選用Z525立式鉆床;
工序十三:終檢。
3.4機械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的確定
“手柄座”零件材料為鑄鐵,硬度為HBS65~87,毛坯的重量約為2Kg,生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn),采用砂型鑄模。相關(guān)數(shù)據(jù)參見零件圖。據(jù)以上原始資料及加工路線,分別確定各家工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下:
1.外圓表面延軸線方向長度方向的加工余量及公差(端面)。
查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》(以下稱《工藝手冊》)表2.2~2.5,取端面長度余量均為2.5(均為雙邊加工)
銑削加工余量為:
粗銑 1mm
精銑 0mm
2.內(nèi)孔(已鑄成孔)
查《工藝手冊》表2.2~2.5,取已鑄成孔長度余量為3,即鑄成孔半徑為21mm。
工序尺寸加工余量:
鉆孔 2mm
擴孔 0.125mm
3.其他尺寸直接鑄造得到
由于本設(shè)計規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn),應(yīng)該采用調(diào)整加工。因此在計算最大、最小加工余量時應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確認。
3.5確立切削用量及基本工時
工序三切削用量及基本工時的確定:銑Φ45端面,選用機床:X51立式銑床
⑴銑Φ45端面:
選擇銑刀半徑為25mm,齒數(shù)Z=6(見《工藝手冊》表3.1-27)
,(《切削》表3.7和《切削》表3.8)
(《切削》表3.9)
按機床選取
實際切削速度:
工作臺每分鐘進給量:
銑床工作臺進給量:
基本工時:
⑵半精銑Φ45端面:
加工余量為Z=1mm
切削速度為
選用主軸為
工作臺進給量:
基本工時:
工序四切削用量及基本工時的確定:銑削大端面:
⑴粗銑大端面:
進行兩次銑削,第一次Z=2mm,第二次Z=1mm
選用主軸為
實際切削速度:
工作臺進給量:
基本工時:
⑵半精銑大端面:
切削速度:
選用主軸為
工作臺進給量:
基本工時:
工序五切削用量及基本工時的確定:鉆→擴→粗鉸→精鉸Φ25H8mm通孔,選用機床:Z535立式鉆床
⑴鉆孔Φ23mm:
選擇Φ23mm高速鋼錐柄標準麻花鉆(見《工藝手冊》表3.1-6)
(《切削》表2.7和《工藝》表4.2-16)
(《切削》表2.15)硬度200-217
按機床選?。ā豆に嚒繁?.2-5)
實際切削速度:
基本工時:(《工藝》表6.2-5)
⑵擴孔Φmm:
選擇Φ24.8mm高速鋼錐柄擴孔鉆(《工藝》表3.1-8)
由《切削》表2.10得擴孔鉆擴Φ24.8mm孔時的進給量,并由《工藝》表4.2-16取擴孔鉆擴孔時的切削速度
由《切削》表2.15得,故:
按機床選取
基本工時:
⑶鉸Φ孔:
選擇Φ25mm高速鋼錐柄機用鉸刀(《工藝》表3.1-17)
由《切削》表2.24得,,
由《工藝》表4.2-16得
按機床選取
基本工時:
工序六 切削用量及基本工時的確定:鉆→粗鉸→精鉸Φ10H7孔,選用機床:Z525立式鉆床
⑴鉆Φ10孔:
選擇Φ9.8mm高速鋼錐柄麻花鉆(《工藝》表3.1-6)
由《切削》表2.7和《工藝》表4.2-16查得
(《切削》表2.15)
按機床選取
基本工時:
⑵粗鉸Φ9.96mm孔:
選擇Φ9.96mm的高速鋼鉸刀(《工藝》表2.11)
由《切削》表2.24和《工藝》表4.2-15查得
按機床選取
基本工時:
⑶精鉸Φ20mm孔:
選擇Φ20mm的鉸刀
按機床選取
基本工時:
工序七切削用量及基本工時的確定:銑的槽,選用機床:X63臥式銑床
選用高速鋼圓柱形銑刀,齒數(shù)Z=6
⑴第一次走刀:
按機床選取
工作臺進給量:
基本工時:
⑵第二次走刀:
按機床選取
工作臺進給量:
基本工時:
工序八切削用量及基本工時的確定:選用機床:Z525立式鉆床
⑴鉆Φ13mm孔:
選擇Φ13高速鋼錐柄麻花鉆(《工藝》表3.5-6)
由《切削》表2.7和《工藝》表4.2-16查得
(《切削》表2.15)
按機床選取
基本工時:
⑵粗鉸Φ13.95mm孔:
選擇Φ13.95高速鋼錐柄機用鉸刀(《工藝》表3.1-17)
,,
按機床選取(《工藝》表42-15)
(《工藝》表4.2-16)
基本工時:
⑶精銑Φ14mm孔:
選擇Φ14高速鋼錐柄機用鉸刀(《工藝》表3.1-17)
由《切削》表2.24查得
,,
(《工藝》表42-16)
按機床選取
基本工時:
工序九 切削用量及基本工時的確定:鉆8.5mm底孔,攻螺紋M10mm,選用機床:Z525立式鉆床
⑴鉆Φ8.5底孔:
選用Φ8.5高速鋼錐柄麻花鉆(《工藝》表3.1-6)
由《切削》表2.7和《工藝》表4.2-16查得
(《切削》表2.15)
按機床選取
基本工時:
⑵攻螺紋M10mm:
選擇M10mm高速鋼機用絲錐
f等于工件螺紋的螺距p,即
按機床選取
基本工時:
工序十 切削用量及基本工時的確定:加工Φ5的圓錐孔,選用機床:Z525立式鉆床
⑴鉆Φ5的圓錐孔:
選擇高速鋼麻花鉆
按機床選取
基本工時:
⑵鉸Φ5的孔:
選擇Φ5的鉸刀
按機床選取
基本工時:
工序十二 切削用量及基本工時的確定:加工Φ5.5的圓錐孔,選用機床:Z525立式鉆床
⑴鉆Φ5.5mm孔:
選擇Φ4.8的高速鋼錐柄麻花鉆
按機床選取
基本工時:
⑵鉸孔:
選擇的鉸刀
按機床選取
基本工時:
第四章 專用夾具設(shè)計
4.1 設(shè)計夾具的目的
在機械制造的機械加工、檢驗、裝配、焊接和熱處理等冷、熱工藝過程中,使用著大量的夾具。所謂夾具就是一切用來固定加工對象,使之占有正確位置,接受施工或者檢測的裝置。在機械制造中采用大量的夾具,機床夾具就是夾具中的一種。它裝在機床上,使工件相對刀具與機床保持正確的相對位置,并能承受切削力的作用。機床夾具的作用主要有以下幾個方面:較容易、較穩(wěn)定地保證加工精度,因為用夾具裝夾工件時,工件相對機床(刀具)的位置由夾具來保證,基本不受工人技術(shù)水平的影響,因而能較容易、較穩(wěn)定地保證工件的加工精度;提高勞動生產(chǎn)率,因為采用夾具后,工件不需要劃線找正,裝夾也方便迅速,顯著地減少了輔助時間,提高了勞動生產(chǎn)率;擴大機床的使用范圍,因為使用專用夾具可以改變機床的用途、擴大機床的使用范圍,例如,在在車床或搖臂轉(zhuǎn)床上安裝鏜模夾具后,就可以對箱體孔系進行鏜削加工;改善勞動條件、保證生產(chǎn)安全,因為使用專用機床夾具可以減輕工人的勞動強度、改善勞動條件,降低對工人操作技術(shù)水平的要求,保證安全。
4.2 夾具的分類
(1)通用夾具
通用夾具是指已經(jīng)標準化的,在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。例如, 車床上的三爪卡盤和四爪卡盤、頂尖和雞心夾頭;銑床上的平口鉗、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺等。它們有很大的通用性,無需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以用于裝夾不同的工件。這類夾具一般已經(jīng)標準化。由專業(yè)工廠生產(chǎn),作為機床附件供應(yīng)給用戶。
(2)專用夾具
專用夾具是指專為某一工件的某道工序的加工而專門設(shè)計的夾具,具有結(jié)構(gòu)緊湊,操作迅速、方便等優(yōu)點。專用夾具通常由使用廠根據(jù)要求自行設(shè)計和制造,適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。
(3)組合夾具
組合夾具是在機床夾具零部件標準化的基礎(chǔ)上,由一整套預(yù)先制造好的,具有各種不同形狀、不同規(guī)格尺寸的標準元件和合件,按照組合化的原理,針對工件的加工要求組裝成各種專用夾具。夾具使用完畢后,可以拆卸,留待組裝新夾具時使用。
組合夾具的應(yīng)用范圍十分廣泛。它最適合于品種多、產(chǎn)品變化快、新產(chǎn)品試制和單件小批生產(chǎn)等場合,在批量生產(chǎn)中也可利用組合夾具代替臨時短缺的專用夾具,以滿足生產(chǎn)要求。用組合夾具元件可以組裝成各類機床夾具。數(shù)控機床和柔性制造單元的出現(xiàn),更加推動了組合夾具技術(shù)的進步,擴大了組合夾具的應(yīng)用范圍。
組合夾具具有以下特點:組合夾具元件可供多次使用,但其一旦組裝成某個夾具后,該夾具結(jié)構(gòu)仍屬專用性,只能一次使用。當變換加工對象時,一般仍需全部拆開,重新組裝成新夾具結(jié)構(gòu),以滿足新工件的加工要求。和專用夾具不一樣,組合夾具的最終精度,是靠各組成元件的精度,直接組合來保證的,不允許進行任何補充加工,否則無法保證元件的互換性。由于組合夾具是由各標準元件組合起來的,因此剛性較差,尤其是元件連接的結(jié)合面接觸剛度,對加工精度影響較大。一般組合夾具的外形尺寸較大,不及專用夾具那樣緊湊。這種夾具不受生產(chǎn)類型的限制,可以隨時組裝,以應(yīng)生產(chǎn)之急。
(4)拼裝夾具
拼裝夾具是指按某一工件的某道工序的加工要求,由標準化、系列化的夾具元件,直接按專用夾具的裝配方法(銷釘定位、螺栓緊固)裝配成的專用夾具。采用拼裝夾具大大縮短了專用夾具的設(shè)計與制造周期,而且當產(chǎn)品改型時原來夾具的大部分元件仍可拆下重新使用,適用于多品種、小批量生產(chǎn)中。
(5)通用可調(diào)夾具
通用可調(diào)夾具是指根據(jù)不同尺寸或種類的工件,調(diào)整或更換個別定位元件或夾緊元件而形成的專用夾具。加工對象不很確定,通用范圍較大,適用于多品種、小批量生產(chǎn)中。
(6)成組夾具
成組夾具是指專為加工成組工藝中某一組零件而設(shè)計的可調(diào)夾具。加工對象明確,只需調(diào)整或更換個別定位元件或夾緊元件便可使用,調(diào)整范圍只限于本零件組被的工件,適用于成組加工。
通用可調(diào)夾具和成組夾具都是一種比較先進的、繼承性好的新型夾具。采用這兩種夾具可大大減少專用夾具數(shù)量,縮短生產(chǎn)準備周期,降低生產(chǎn)成本,加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代,并可有效地促進并實現(xiàn)機床夾具標準化、系列化和通用化。
通用可調(diào)夾具與成組夾具的區(qū)別在于:前者的加工對象不很確定,其更換調(diào)整部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計,往往具有較大的適應(yīng)性,通用范圍大;而成組夾具則是為成組加工工藝中
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一組零件而專門設(shè)計的,加工對象十分明確,可調(diào)范圍也只限于本組內(nèi)的零件,因此后者亦稱為專用可調(diào)夾具。
4.3 專用夾具的組成
(1)定位裝置
這種裝置包括定位元件及其組合,其作用是確定工件在夾具中的位置,即通過它使工件加工時相對于刀具及切削成形運動處于正確的位置,如支撐釘、支撐板、V形塊、定位銷等。
(2)夾緊裝置
它的作用是將工件壓緊夾牢,保證工件在定位時所占據(jù)的位置在加工過程中不因受重力、慣性力以及切削力等外力作用而產(chǎn)生位移,同時防止或減小振動。它通常是一種機構(gòu),包括夾緊元件(如夾爪、壓板等),增力及傳動裝置(如杠桿、螺紋傳動副、斜楔、凸輪等)以及動力裝置(如氣缸、油缸)等。
(3)對刀—引導(dǎo)裝置
它的作用是確定夾具相對于刀具的位置,或引導(dǎo)刀具進行加工,如對刀塊、鉆套、鏜套等。
(4)其他元件及裝置
如定向件、操作件以及根據(jù)夾具特殊功用需要設(shè)置的一些裝置,如分度裝置、工件頂出裝置、上下料裝置等。
(5)夾具體
用于連接夾具各元件及裝置,使其成為一個整體的基礎(chǔ)件,并與機床有關(guān)部位連接,以確定夾具相對于機床的位置。
4.4 典型的定位元件
工件以平面定位:工件以平面作為定位基面,是最常見的定位方式之一。如箱體、床身、機座、支架等類零件的加工中,較多采用了平面定位。工件以平面定位時常用的定位元件如下所述。
A主要支承:
它主要用來限制工件的自由度,起定位作用。
1) 固定支承,有支承釘和支承板兩種形式,在使用過程中他們都是固定不動的。當工件以粗糙不平的粗基準定位時,采用球頭支承釘。齒紋頭支承釘用在工件的側(cè)面,它能增大摩擦因數(shù),防止工件滑動。當工件以加工過的平面定位時,可采用平頭支承釘或支承板。
為保證各固定支承的定位表面嚴格共面,裝配后,需將其工作表面一次磨平。支承釘與夾具體孔的配合采用H7/ r6或H7/n6,當支承需要經(jīng)常更換時,應(yīng)加襯套。襯套外徑與夾具體孔的配合一般采用H7/n6或者H7/r6,襯套內(nèi)徑與支承釘?shù)呐浜线x用H7/s6。
可調(diào)支承,是指支承釘?shù)母叨瓤梢哉{(diào)節(jié)。調(diào)整時要先松后調(diào),調(diào)好后用防松螺母鎖緊。
可調(diào)支承主要用于工件以粗基準面定位、或者定位基面的形狀復(fù)雜(如成型面、臺階面等),以及各批毛坯的尺寸、形狀變化較大時的情況??烧{(diào)支承在一批工件加工前調(diào)整一次。在同一批工件加工中,它的作用同固定支承相同。
自位支承(浮動支承) 在工件定位過程中,它能自動地調(diào)整位置,其特點是:支承點的位置能隨著工件定位基面的不同而自動調(diào)節(jié),定位基面壓下其中一點,其余點便上升,甚至各點都與工件接觸。接觸點數(shù)的增加,提高了工件的裝夾剛度和穩(wěn)定性,但其作用仍相當于一個固定支承,只限制工件一個自由度。
B 輔助支承
輔助支承用來提高工件的剛度和穩(wěn)定性,不起定位作用。輔助支承的工作特點是:待工件定位夾緊后,再調(diào)整支承釘?shù)母叨龋蛊渑c工件的有關(guān)表面接觸并鎖緊。每安裝一個工件就調(diào)整一次輔助支承。另外,輔助支承還可以起預(yù)定位的作用。常見的輔助支承有:螺旋式輔助支承、自位式輔助支承和推引式輔助支承。
工件以圓孔定位:工件以圓孔表面作為定位基面時,常用以下定位元件:
圓柱銷(定位銷)當工件孔徑較小時(D=3-10mm),為增加定位銷剛度,避免銷子因受撞擊而折斷,或熱處理時淬裂,通常把根部倒成圓角。這時夾具體上應(yīng)有沉孔,使定位銷的圓角部分沉入孔內(nèi)而不會妨礙定位。大批大量生產(chǎn)時,可以采用帶襯套的結(jié)構(gòu)形式。為了便于工件裝入,定位銷的頭部應(yīng)有15度的倒角。
定位銷的工作部分直徑可按g5、g6、f6、f7制造,定位銷和夾具體的配合可用H7/r6、H7/n6,襯套與夾具體選用過渡配合H7/n6,其內(nèi)徑和定位銷為間隙配合H7/h6、H7/h5。
2) 圓柱心軸
其定位部分直徑按h6、g6或f6制造,裝卸工件方便,但定心精度不高。為了減少因配合間隙而造成的工件的傾斜,工件常以孔和端面聯(lián)合定位,因而要求工件定位孔和端面有較高的垂直度,最好能在一次裝夾中加工出來。
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使用開口墊圈可實現(xiàn)快速裝卸工件,開口墊圈的兩端面應(yīng)互相平行。當工件內(nèi)孔和端面垂直度誤差很大時,因采用球面墊圈。
3) 圓錐銷 限制了X、Y、Z三個自由度。
4) 圓錐心軸(小錐度心軸)這種定位方式的定心精度較高,不用另設(shè)夾緊裝置,但工件的軸向定位誤差較大,傳遞的扭矩較小,適用于工件定位孔不低于IT7的精車和磨削加工,不能加工端面。
工件以外圓柱面定位:工件以外圓柱面定位時,常用以下元件:
V形塊 它有固定式和活動式兩種。固定式V形塊在夾具體上的裝配,一般用兩個定位銷和2-4個螺釘連接,活動式V形塊除限制工件一個移動自由度外,還兼有夾緊作用。它定位最大的優(yōu)點就是對中性好,它可使一批工件的定位基準軸線對中在V形塊兩斜面的對稱平面上,而不受定位基準直徑誤差的影響。V形塊定位的另一個特點是無論定位基準是否經(jīng)過加工,是完整的圓柱面還是局部圓弧面,都可采用V形塊定位。因此,V形塊是用得最多的定位元件。
定位套 它用來限制沿軸向的自由度,常與端面聯(lián)合定位。用端面作為主要定位面時,應(yīng)控制套的長度,以免夾緊時工件產(chǎn)生不允許的變形。它結(jié)構(gòu)簡單,容易制造,但定心精度不高,一般適用于精基準定位。
半圓套 這種定位方式主要用于大型軸類零件及不便于軸向裝夾的零件。定位基面的精度不低于IT8-IT9,半圓的最小內(nèi)徑取工件定位基面的最大直徑。
4.5 夾具中的夾緊機構(gòu)
夾具中的夾緊裝置一般由動力源和夾緊機構(gòu)兩個部分組成。動力源是產(chǎn)生原始作用力的部分,如用人的體力對工件進行夾緊,稱為手動夾緊;若采用氣動,液動,電動以及機床的運動等動力裝置來代替人力進行夾緊,則稱為機動夾緊。夾緊機構(gòu)是接受和傳遞原始作用力,使其變?yōu)閵A緊力并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分,包括中間傳遞力機構(gòu)和夾緊元件。中間傳遞力機構(gòu)把來自人力或者動力裝置的力傳給夾緊元件,再由夾緊元件直接與工件受壓面接觸,最終完成夾緊任務(wù)。
在夾緊的組成中可以看出,不論采用任何動力源(手動或者機動),外加的原始作用力要轉(zhuǎn)化為夾緊力,都必須通過夾緊機構(gòu)。夾具中常用的夾緊機構(gòu)有斜碶夾緊機構(gòu)、螺旋夾緊機構(gòu)、圓偏心夾緊機構(gòu)、鉸鏈夾緊機構(gòu)、定心對中夾緊機構(gòu)以及聯(lián)動夾緊機構(gòu)等。
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(1)斜碶夾緊機構(gòu):斜碶夾緊機構(gòu)是夾緊機構(gòu)中最基本的形式之一,螺旋夾緊機構(gòu),圓偏心夾緊機構(gòu),定心對中夾緊機構(gòu)等均是斜碶夾緊機構(gòu)的變形,由于手動的斜碶夾緊機構(gòu)在夾緊工件時既費時又費力,效率很低,故實際上多在機動夾緊裝置中采用。
(2)螺旋夾緊機構(gòu):利用螺桿直接夾緊工件,或者與其他元件組成復(fù)合夾緊機構(gòu)夾緊工件,是應(yīng)用較廣泛的一種夾緊機構(gòu),由于螺旋夾緊機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單,容易制造,夾緊可靠,擴力比較大和夾緊行程不受限制等特點,所以在手動夾緊裝置中被廣泛使用,在夾具中除采用螺桿直接夾緊工件外,經(jīng)常采用螺旋壓板夾緊機構(gòu)。
(3)圓偏心夾緊機構(gòu):由于偏心圓的夾緊力小,自鎖性能又不是很好,故只使用于切削負荷不大而且無很大震動的場合,為滿足自鎖條件,其夾緊行程也相應(yīng)受到限制,用與夾緊行程較小的場合。
(4)鉸鏈夾緊機構(gòu):因鉸鏈夾緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單,擴力比較大,適用于多點或多件夾緊,在氣動或者液動夾具中廣泛應(yīng)用。
(5)定心、對中夾緊機構(gòu):定心,對中夾緊機構(gòu)是一種特殊的夾緊機構(gòu),工件在其上同時實現(xiàn)定位和夾緊。
(6)聯(lián)動夾緊機構(gòu):工件裝夾所使用的夾具,有的需要同時有幾個點對工作的工件進行夾緊,而有的則需要同時夾緊幾個工件,為了提高效率,減少裝夾時間,可采用聯(lián)動夾緊機構(gòu)。
4.6 夾具的發(fā)展趨勢
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。
?1) 高精度
隨著機床加工精度的提高,為了降低定位誤差,提高加工精度,對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達±5μm,夾具支承面的垂直度達到0.01mm/300mm,平行度高達0.01mm/500mm。德國demmeler(戴美樂)公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺,其等高誤差為±0.03mm;精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內(nèi);夾具重復(fù)安裝的定位精度高達±5μm;瑞士EROWA柔性夾具的重復(fù)定位精度高達2~5μm。機床夾具的精度已提高到微米級,世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然,為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟性,夾具有不同的型號,以及不同檔次的精度標準供選擇。
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XXXX學(xué)院
2) 高效
為了提高機床的生產(chǎn)效率,雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時間,各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等,快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具,加緊和松開工件只用1~2秒,夾具結(jié)構(gòu)簡化,為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機床上安裝與調(diào)整夾具的時間,瑞典3R夾具僅用1分鐘,即可完成線切割機床夾具的安裝與校正。采用美國Jergens(杰金斯)公司的球鎖裝夾系統(tǒng),1分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機床工作臺上,球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)線上更換夾具,起到縮短停機時間,提高生產(chǎn)效率的作用。
3) 模塊、組合
夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計的系列化、標準化夾具元件,快速組裝成各種夾具,已成為夾具技術(shù)開發(fā)的基點。省工、省時,節(jié)材、節(jié)能,體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計為夾具的計算機輔助設(shè)計與組裝打下基礎(chǔ),應(yīng)用CAD技術(shù),可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫,進行夾具優(yōu)化設(shè)計,為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程,既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案,又能積累使用經(jīng)驗,了解市場需求,不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學(xué)合作,正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站,為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺,爭取實現(xiàn)夾具設(shè)計與服務(wù)的通用化、遠程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。
4) 通用、經(jīng)濟
夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng),一次性投資比較大,只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴展性功能強,應(yīng)用范圍廣,通用性好,夾具利用率高,收回投資快,才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性好。德國demmeler(戴美樂)公司的孔系列組合焊接夾具,僅用品種、規(guī)格很少的配套元件,即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強,使得夾具的通用性好,元件少而精,配套的費用低,經(jīng)濟實用才有推廣應(yīng)用的價值。
專家們建議組合夾具行業(yè)加強產(chǎn)、學(xué)、研協(xié)作的力度,加快用高新技術(shù)改造和提升夾具技術(shù)水平的步伐,創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站,充分利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),與時俱進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術(shù)。主動與國外夾具廠商聯(lián)系,爭取合資與合作,引進技術(shù),這是改造和發(fā)展我國組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑。
4.7 本課題夾具設(shè)計
為了提高勞動生產(chǎn)率,保證加工質(zhì)量,降低勞動強度,需要設(shè)計專用的夾具。我被要求設(shè)計第Ⅳ道工序----鉆孔Φ14H7,本夾具將用于Z525立式鉆床。
4.7.1任務(wù)的提出
本夾具主要用來鉆Φ14H7的孔,同時對孔的同軸度及加工精度有一定的要求。且在鉆孔后還要進行拉孔,以保證其精度要求,為了使其誤差減小,在工序工序一、工序二、工序三中的加工也得有精度要求。因此,在本道工序加工時,主要應(yīng)考慮如何提高生產(chǎn)率、降低勞動強度、提高加工質(zhì)量。
4.7.2定位方案及定位裝置的設(shè)計計算
4.7.2.1定位方案的確定
工件以Φ25H8孔及端面和Φ10H7孔為定位基準;夾緊時,首先由開口墊圈夾緊Φ25H8孔兩端面,再用汽缸通過連桿機構(gòu)夾緊。
4.7.2.2定位元件及裝置設(shè)計
用定位銷、開口墊圈進行完全定位。
4.7.2.3定位誤差的分析計算
本工序選用的工件以圓孔在定位銷上定位,定位銷為水平放置,由于定位副間存在徑向間隙,因此必將引起徑向基準位移誤差。在重力作用下定位副只存在單邊間隙,即工件始終以孔壁與心軸上母線接觸,故此時的徑向基準位移誤差僅存在Z軸方向,且向下。
式中 ——工件圓孔直徑公差(mm);
——定位銷外圓直徑公差(mm)。
4.7.3對刀或?qū)бㄑb置)設(shè)計
對刀裝置用來確定刀具與夾具的相對位置。由于本道工序是完成孔的加工。用轉(zhuǎn)套引導(dǎo)刀具的方式。
4.7.4夾緊方案及裝置的設(shè)計計算
4.7.4.1夾緊方案的確定
夾緊時,首先由定位銷和開口墊圈夾緊孔兩端面,再用DQG型汽缸的連桿杠桿機構(gòu)夾緊。
4.7.4.2夾緊力大小的分析計算
鉆孔時切削用量最大,軸向力、扭矩最大,故以鉆孔時計算夾緊力并分析。
刀具:高速鋼錐柄麻花鉆
根據(jù)《切削手冊》表2.34可查得:
軸向力計算公式為
其中:,,,,,,,。故
扭矩計算公式
其中:,,,,,,
。
4.7.5夾緊機構(gòu)及裝置設(shè)計
利用氣缸活塞的拉力通過連桿機構(gòu)對工件進行夾緊。夾具體的設(shè)計主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個整體。
4.7.6夾具操作及維護簡要說明
如前所述,在設(shè)計夾具時,為提高生產(chǎn)率,首先想到是怎么樣方便的安裝和拆卸,本道工序就是采用了快換墊圈的方式。由于本夾具是對工件進行鉆孔,因此在鉛直方向受到很大的沖擊力,故在其相應(yīng)的方向上應(yīng)適當?shù)目紤]強度上的要求。并設(shè)法減少夾具的的占地面積,使之很方便的操作和快速的切換工件。
因此,應(yīng)設(shè)法解決上述問題。目前采取的措施有:一是提高毛坯的精度,使最大切削深度降低,以降低切削力;二是選擇精度的心軸,使其定位精確,并使心軸連在夾具體內(nèi),這樣可以減少縱向傾斜的偏差;三是:加大螺母和開口墊圈的加緊力。使工作進行時,工作緊湊和保證加工要求。夾具體上裝有快換鉆套,使夾具在一批零件之間能加工不同要求的零件,同時在夾具體上裝有一塊可翻動的蓋模板,這樣有利于工件的拆裝。
結(jié)論
為期三個月的畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了,在本次設(shè)計中,我查了大量的資料,在網(wǎng)上也搜索了很多相關(guān)的典型零件的工藝規(guī)程等內(nèi)容,在我設(shè)計困難的時候,我得到了我的導(dǎo)師和多位院里老師的指導(dǎo)和幫助,同學(xué)們也給了我很大的支持和啟發(fā),因此,我的設(shè)計與老師同學(xué)的幫助是分不開的,在這里,我對幫助過我順利完成畢業(yè)設(shè)計的老師和同學(xué)表示真摯的感謝。
我的課題題目是:CA6140手柄座工藝規(guī)程及夾具設(shè)計,這是我第一次全方位的對所學(xué)科目的運用。從中發(fā)現(xiàn)了很多以前沒有注意到的問題,也學(xué)到了很多的處理生產(chǎn)問題的技巧和方法,我覺得本次畢業(yè)設(shè)計對我而言,非常重要。既是對我大學(xué)三年的學(xué)習(xí)總結(jié),也是為以后在工廠工作打下基礎(chǔ)。在本次設(shè)計中,在老師的指導(dǎo)下,我完成了本次設(shè)計,學(xué)習(xí)了新的知識,很感謝學(xué)校為我創(chuàng)造這個學(xué)習(xí)設(shè)計的機會。
本次設(shè)計中,我查閱了大量的書籍,在此,對所有機械書籍的作者表示感謝。沒有他們的辛勤勞動,不可能完成我的畢業(yè)設(shè)計。由于我的知識有限,而且設(shè)計中實際生產(chǎn)的知識,因此,有很多缺點和錯誤,希望答辯時專家和老師們能給我指出,對此表示感謝。
參考資料
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2.《機械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo)》 孫麗媛主編 冶金工業(yè)出版社
3.《機械制造工藝學(xué)》周昌治、楊忠鑒等 重慶大學(xué)出版社
4.《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》李益民 主編 機械工業(yè)出版社
5.《工藝師手冊》 楊叔子主編 機械工業(yè)出版社
6.《機床夾具設(shè)計手冊》王光斗、王春福主編 上??萍汲霭嫔?
7.《機床專用夾具設(shè)計圖冊》南京市機械研究所 主編 機械工業(yè)出版社
8.《機械原理課程設(shè)計手冊》 鄒慧君主編 機械工業(yè)出版社
9.《金屬切削手冊》第三版 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會 上??茖W(xué)技術(shù)出版社
10.《幾何量公差與檢測》第五版 甘永立 主編 上??茖W(xué)技術(shù)出版社
11.《機械制造工藝水學(xué)》、《機床夾具設(shè)計》(教材)
12.《機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書》 ,機械工業(yè)出版社
致謝
本文是在尊敬的X老師的精心指導(dǎo)下完成的,老師高尚的品德,淵博的學(xué)識,嚴謹?shù)膶W(xué)風(fēng)和高度的責(zé)任心深深地影響著學(xué)生。導(dǎo)師三年的教誨是學(xué)生寶貴的精神財富,并將使學(xué)生受益終生。在此,謹向尊敬的導(dǎo)師表示真誠的感謝和崇高的敬意!
在課題的研究過程中,我的同學(xué)史團樂等均給予了很大的幫助。在課題的調(diào)研過程中,各老師均給了很大的幫助,作者表示深深的感謝!
最后,作者還要深深地感謝默默支持本人完成學(xué)業(yè)的父母及親友,感謝他們?yōu)槲宜龀龅臒o私奉獻和巨大支持!
謹向所有在本文的完成中給予作者關(guān)懷和幫助而在此無法一一提及的老師、同學(xué)和朋友致以誠摯的謝意!
作者于2010年11月
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