杠桿夾具設計

杠桿夾具設計,杠桿,夾具,設計 南京理工大學機制工藝與夾具課程設計說明書 南 京 理 工 大 學 課程設計與綜合訓練 說明書 銑床杠桿的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備設計 學院名稱： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械制造及其自動化 班 級： 06 機械 Z1 姓 名： 學 號： 指導教師姓名： 指導教師職稱： 2009年 12 月 序言 機械制造工藝學課程設計是在學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課，并進行了生產實習的基礎上進行的一個教學環(huán)節(jié)。這是我們在畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯系世紀的訓練。這次設計使我們能綜合運用機械制造工藝學中的基本理論，并結合生產實習中學到的實踐知識，獨立地分析和解決工藝問題，初步具備了設計一個中等復雜零件（杠桿）的工藝規(guī)程的能力和運用夾具設計的基本原理和方法。在完成夾具結構設計的同時，也是熟悉和運用有關手冊、圖表等技術資料及編寫技術文件等基本技能的一次實踐機會。 就我個人而言，我希望能通過這次課程設計對未來將從事的工作進行一次適應性的訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力。為自己未來的職業(yè)生涯打下一個良好的基礎。 目錄 第1章 課程設計 序言 1.1 零件的分析………………………………………………………… 1 1.1.1 零件的作用 …………………………………………………… 1 1.1.2 零件的工藝分析………………………………………………… 3 1.2 工藝規(guī)程的設計………………………………………………… 3 1.2.1 確定毛坯的制造形式…………………………………………… 3 1.2.2 基準的選擇……………………………………………………… 3 1.2.3 工件表面加工方法的選擇………………………………………… 4 1.3 確定工藝路線……………………………………………………… 4 1.3.1 加工余量及毛坯尺寸的確定……………………………………… 6 1.3.2 選擇加工設備及刀、量、夾具…………………………………… 7 1.4 加工工序設計……………………………………………………… 19 1.5 夾具的設計………………………………………………………… 10 1.5.1 定位方案的確定………………………………………………… 10 1.5.2 選擇定位元件…………………………………………………… 11 1.5.3 計算夾緊力……………………………………………………… 11 1.5.4 定位誤差計算…………………………………………………… 12 第2章 綜合訓練 2.1 夾具體三維造型實現方法的概述………………………………… 13 2.2 夾具三維造型過程簡述 ………………………………………… 14 小結………………………………………………………………………… 22 參考文獻…………………………………………………………………… 23 銑床杠桿的機械工藝規(guī)程及機械裝備設計 第1章 課程設計 1.1零件的分析 設計的具體要求包括： 1. 零件圖 1張 2. 毛坯圖 1張 3. 機械加工工藝過程卡片 1套 4．機械加工工序卡片 1套 5．夾具總裝圖 1張 6．夾具三維造型圖 1張 7. 夾具體零件圖 1張 7．課程設計說明書 1份 1.1.1 零件的作用 題目所給定的零件是銑床杠桿。它的主要的作用是用來支承、固要求零件的配合符合要求。 圖1-1為銑床杠桿的零件圖，1-2為三維造型圖。 圖1-1 杠桿的零件圖 圖1-2 杠桿的三維圖 1.1.2 零件的工藝分析 杠桿的Φ25(H9)孔的軸線和兩個端面垂直度的要求,2×Φ8(H7)孔的軸線與Φ25H9孔的軸線有平行度要求.現分述如下: 本夾具用于在立式鉆床上，加工Φ8(H7)孔。工件以Φ25(H9) 孔及端面和水平面底、Φ30的凸臺分別在定位銷10、活動V形塊上實現完全定位。鉆Φ8（H7）mm孔時工件為懸臂，為防止工件加工時變形，采用了螺旋輔助支承7，當輔助支承7與工件接觸后，用螺母2鎖緊。要加工的主要工序包括：粗精銑寬度為Φ40mm的上下平臺、粗精銑Φ30凸臺的上下表面、鉆Ф25(H9)的小孔 、鉆2×Ф8(H7)的小孔 、鉆Φ10(H7)孔。加工要求有：Φ40mm的平臺的表面粗糙度各為Ra6.3um（上平臺）、Ra3.2（下平臺）、Φ25（H9）和Φ8（H7）孔表面粗糙度都為Ra1.6um。2×Φ8（H7）孔有平行度分別為0.1um（A）、0.15um(A)。Φ10(H7)孔的平行度為0.1um（A）、Φ10(H7)孔為Ra3.6um。杠桿有過渡圓角為R5，則其他的過渡圓角則為R3。其中主要的加工表面是孔Ф8(H7),要用Ф8(H7)鋼球檢查。 1.2 工藝規(guī)程的設計 1.2.1 確定毛坯的制造形式 零件的材料HT200?？紤]到零件在工作中處于潤滑狀態(tài)，因此采用潤滑效果較好的鑄鐵。由于零件年產量為5000件，達到大批量生產的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，鑄造表面質量的要求高，故可采用鑄造質量穩(wěn)定的，適合大批生產的金屬模鑄造。又由于零件的對稱特性，故采取兩件鑄造在一起的方法，便于鑄造和加工工藝過程，而且還可以提高生產率,保證加工質量。 1.2.2 基準的選擇 （1）粗基準的選擇。對于本零件而言，按照粗基準的選擇原則，選擇本零件的加工表面就是寬度為Ф40mm的肩面表面作為加工的粗基準，可用壓板對肩臺進行加緊，利用一組V形塊支承Φ40mm的外輪廓作主要定位，以消除z、z、y、y四個自由度。再以一面定位消除x、x兩個自由度，達到完全定位,就可加工Φ25（H9）的孔。 （2）精基準的選擇。精基準的選擇主要應該考慮基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合時,應該進行尺寸換算。本工序中為了便于裝夾，采用Φ25(H7)的孔作為精基準。 1.2.3 工件表面加工方法的選擇 本零件的加工表面有：粗精銑寬度為Φ40mm的上下平臺、鉆Φ10(H7)孔、鉆2×Ф8+0.015的小孔 、粗精銑Φ30凸臺的平臺。材料為HT200，加工方法選擇如下： 1、 Φ40mm圓柱的上平臺：公差等級為IT8～IT10,表面粗糙度為Ra6.3，采用粗銑→精銑的加工方法。 2、 Φ40mm圓柱的下平臺：公差等級為IT8～IT10,表面粗糙度為Ra3.2，采用采用粗銑→精銑的加工方法。 3、 ?30mm的凸臺上下表面：公差等級為IT13，表面粗糙度為Ra6.3，采用粗銑→精銑的加工方法。 4、 鉆Φ25（H9）內孔：公差等級為IT6～IT8，表面粗糙度為Ra1.6，采用鉆孔→擴孔鉆鉆孔→精鉸的加工方法，并倒1×45°內角。 5、 鉆Φ8（H7）內孔：公差等級為IT6～IT8,表面粗糙度為Ra1.6，采用鉆孔→粗鉸→精鉸的加工方法。 6、 鉆Φ10(H7)內孔：公差等級為IT7～IT8，表面粗糙度為Ra3.2，平行度為0.1μm（A），采用鉆孔→粗鉸→精鉸的加工方法。 1.3 確定工藝路線 由于該零件生產類型為大批量生產,所以應盡量使工序集中來提高生產率,除此之外,還應降低生產成本。 1、 工藝路線方案一： 鑄造 時效 涂底漆 工序Ⅰ：粗精銑寬度為Ф40mm的上下平臺和寬度為30mm的平臺 工序Ⅱ：鉆孔Ф25（H9）使尺寸達到Ф23mm 工序Ⅲ：擴孔鉆鉆孔Ф25(H9)使尺寸達到Ф24.8mm 工序Ⅳ：鉸孔Ф25（H9）使尺寸達到Ф25(H9) 工序Ⅴ：鉆、粗、精鉸2×Φ8（H7）小孔使尺寸達到Φ8（H7） 工序Ⅵ ：鉆Φ10（H7）的內孔使尺寸達到9.8mm。 工序Ⅶ：粗鉸Φ10(H7)內孔使尺寸達到9.96mm。 工序Ⅷ：精鉸Φ10（H7）內孔使尺寸達到Φ10（H7）mm。 工序Ⅸ：檢驗入庫。 2、工藝路線方案二： 鑄造 時效 涂底漆 工序Ⅰ：粗精銑寬度為Ф40mm的上下平臺和寬度為30mm的平臺。 工序Ⅱ：鉆孔Ф25（H9）使尺寸達到Ф23mm。 工序Ⅲ：鉆2×Ф8(H7)的小孔使尺寸達到Ф8(H7) 工序Ⅳ：擴孔鉆鉆孔Ф25(H9)使尺寸達到Ф24.8mm 工序Ⅴ：鉸孔Ф25（H9）使尺寸達到Ф25(H9) 工序Ⅵ：鉆Φ10（H7）的內孔使尺寸達到9.8mm 工序Ⅶ ：粗鉸Φ10(H7)內孔使尺寸達到9.96mm 工序Ⅷ：精鉸Φ10（H7）內孔使尺寸達到Φ10（H7）mm。 工序Ⅸ：粗鉸2×Φ8（H7）小孔使尺寸達到7.96mm。 工序Ⅹ：精鉸2×Φ8(H7)小孔使尺寸達到Φ8（H7）。 工序Ⅺ：檢驗入庫。 3、工藝方案的比較和分析： 上述兩種工藝方案的特點是：方案一是根據寬度為40mm的上下肩面作為粗基準，Ф25（H9）孔作為精基準，所以就要加工Ф25孔時期尺寸達到要求的尺寸，那樣就保證了2×Ф8小孔的圓跳動誤差精度等。而方案二則先粗加工孔Ф25，而不進一步加工就鉆Ф8（H7），那樣就很難保證2×Ф8的圓度跳動誤差精度。所以決定選擇方案一作為加工工藝路線比較合理。具體工藝過程如下: 1、工藝路線方案一： 鑄造 時效 涂底漆 工序Ⅰ：粗精銑寬度為Ф40mm的上下平臺和寬度為30mm的平臺(粗基準的選擇如前所述) 工序Ⅱ：鉆孔Ф25（H9）使尺寸達到Ф23mm 工序Ⅲ：擴孔鉆鉆孔Ф25(H9)使尺寸達到Ф24.8mm 工序Ⅳ：鉸孔Ф25（H9）使尺寸達到Ф25(H9) 工序Ⅴ：鉆、粗、精鉸2×Φ8（H7）小孔使尺寸達到Φ8（H7）(以Ф25定位) 工序Ⅵ ：鉆Φ10（H7）的內孔使尺寸達到9.8mm 工序Ⅶ：粗鉸Φ10(H7)內孔使尺寸達到9.96mm 工序Ⅷ：精鉸Φ10（H7）內孔使尺寸達到Φ10（H7）mm 工序Ⅸ：檢驗入庫 1.3.1 加工余量及毛坯尺寸的確定 根據工件的原始資料及加工工藝,分別確定各加工表面的加工余量及毛坯尺寸: 查參考文獻（機械加工工藝簡明手冊）得： 各加工表面表面總余量 加工表面 基本尺寸 加工余量等級 加工余量數值(mm) 說明 Ф40mm的上下平臺 寬度30mm的平臺 40 30 G H 4 3 加工上下底面 加工上表面 ?30mm的凸臺上下面 30 H 3 凸臺上下面 Φ10(H7)孔 10 H 3 加工內孔 Φ8（H7）孔 8 H 3 加工內孔 Φ25（H9）孔 25 G 4 加工內孔 又由參考文獻得出： 主要毛坯尺寸及公差 主要尺寸 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 公差CT 2×Φ8（H7）之間的中心距離 168 — 168 4 Φ10（H7）孔尺寸 10 2.0 10 3 Φ25（H9）孔尺寸 25 3.0 25 4 Φ8（H7）孔尺寸 8 2.0 8 3 圖1-3 零件的毛坯圖 1.3.2 選擇加工設備及刀、量、夾具 由于生產類型為大批生產，故加工設備宜以采用通用機床為主，輔以少量專用機床。其生產方式為以通用機床加專用夾具為主，輔以少量專用機床的流水生產線。工件在各級床上的裝卸及各機床間的傳送均由人工完成。 粗精銑寬度為Ф40mm的上下平臺和寬度為30mm的平臺?？紤]到工件的定位 夾緊方案及夾具結構設計等問題，采用立銑，選擇X5012立式銑床（參考文獻：機械工藝設計手冊，主編：李益民，機械工業(yè)出版社出版社），刀具選D=2mm的削平型立銑刀（參考文獻：機械工藝設計手冊，主編：李益民，機械工業(yè)出版社出版）、專用夾具、專用量具和游標卡尺。 粗精銑寬度為Φ30mm的凸臺表面。采用X5021立式銑床，刀具選D=2mm的削平型銑刀，專用夾具、專用量檢具和游標卡尺。 鉆孔Ф25（H9）使尺寸達到Ф23mm。采用Z535型鉆床，刀具選莫氏錐柄麻花鉆（莫氏錐柄2號刀）D=23mm，專用鉆夾具，專用檢具。 擴孔鉆鉆孔Ф25(H9)使尺寸達到Ф24.8mm。采用立式Z535型鉆床，刀具選D=24.7mm的錐柄擴孔鉆（莫氏錐度3號刀），專用鉆夾具和專用檢具。 鉸孔Ф25（H9）使尺寸達到Ф25(H9)。采用立式Z535型鉆床，刀具選D=25mm的錐柄機用鉸刀，并倒1×45°的倒角鉆用鉸夾具和專用檢量具。 鉆2×Ф8(H7)的小孔使尺寸達到7.8mm。采用立式Z518型鉆床，刀具選用D=7.8mm的直柄麻花鉆，專用鉆夾具和專用檢量具。 粗鉸2×Φ8(H7)小孔使尺寸達到Φ7.96mm。采用立式Z518型鉆床，選擇刀具為D=8mm直柄機用鉸刀，使用專用夾具和專用量檢具。 精鉸2×Φ8(H7)小孔使尺寸達到Φ8（H7）。采用立式Z518型鉆床，選擇刀具為D=8mm的直柄機用鉸刀，使用專用的夾具和專用的量檢具。 鉆Φ10（H7）的內孔使尺寸達到Φ9.8mm。采用立式Z518型鉆床，刀具選用D=9.8mm的直柄麻花鉆，專用的鉆夾具和量檢具。 粗鉸Φ10(H7)內孔使尺寸達到Φ9.96mm。采用立式Z518型鉆床，刀具選用D=10mm的直柄機用鉸刀，專用夾具和專用量檢具。 精鉸Φ10（H7）內孔使尺寸達到Φ10（H7）mm。采用立式Z518型鉆床，選擇刀具D=10mm的精鉸刀，使用專用夾具和量檢具。 （參考資料和文獻均來自：機械工藝設計手冊，主編：李益民，機械工業(yè)出版社出版） 1.4 加工工序設計 根據本次設計的要求，工序設計只設計老師所給出工序的計算。下面是對Φ40上端面的加工設計。 表 1余量和工序尺寸及公差 （mm） 加工表面 加工方法 余量 公差等級 工序尺寸 Φ40上表面 粗銑 0.215 — 54.27 Φ40上表面 精銑 0.055 — 54 1、 粗銑Φ40平面使尺寸達到54.27mm。 2、 精銑Φ40平面使尺寸達到54.27mm。 這兩道工序全都采用X5023機床來進行加工的，故： （1）參考文獻：機械設計工藝簡明手冊，并參考X5023機床主要技術參數，取粗銑Φ40上表面的進給量f=0.3mm/r,求得Φ40上表面的切削速度為V=0.435m/s=26.1m/min,由此算出轉速為: n=1000v/d=1000×26.1/3.14×8r/min≈1039r/min 按機床實際轉速取n=1000r/min，則實際切削速度為V=3.14×1000/1000m/min≈22m/min. 從參考文獻得知： =9.81×42.7do(N) M=9.81×0.021(N.m) 求出銑Φ40平面的和M如下： =9.81×42.7×8××1=1279N M=9.81×0.021×××1=5N.m 根據所得出數據，它們均少于機床的最大扭轉力矩和最大進給力，故滿足機床剛度需求。 （2）參考文獻：機械設計工藝簡明手冊，并參考X5023機床主要技術參數，取粗銑Φ40平面的進給量f=0.3mm/r,參考文獻得：切削速度為（—）V，故取Va=1/2V=1/2×22m/min=11m/min, 由此算出轉速n=1000v/d=1000×11/3.14×8r/min=438r/min,取機床實際轉速n=450r/min。 （3）參考文獻：機械設計工藝簡明手冊，并參考Z5023機床主要技術參數，取精銑Φ40平面的進給量f=0.3mm/r,參考文獻得：切削速度為V=0.3m/s=18m/min。由此算出轉速： n=1000v/d=1000×18/3.14×8r/min=717r/min 按照機床的實際轉速n=720r/min。則實際切削速度為： V=dn/1000=3.14×8×720/1000m/min=18.1m/min 1.5 夾具的設計 本次的夾具為—工序Ⅰ：粗精銑寬度為Ф40mm的上平臺和寬度為30mm的平臺而設計的。確定設計方案: 這道工序所加工的面在Φ40凸臺平面上，表面粗糙度為6.3。 1.5.1 根據工件結構特點，其定位方案有： 工件以Φ40水平底面、Φ40的圓柱分別在圓形凸臺、固定V形塊上實現完全定位，轉動活動扳手通過活動V形塊對工件進行夾緊。 圖1-4 活動V形塊夾 1.5.2 選擇定位元件 （1）選擇圓形臺階面，以φ 40下端面為定位基準。 （2）選擇固定V形塊，以φ30凸臺下方、φ40圓柱外緣毛坯面定位 , 轉動活動扳手通過活動V形塊對工件進行夾緊。 1.5.3 計算夾緊力 參考文獻（機械加工工藝手冊），因夾具的的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力與切削力F之間的關系為：=KF，式中的K為安全系數。由參考文獻得，當夾緊力與切削力方向相反時，取K=3。 由前面的計算可知F=1279N。所以，為防止工件在切削扭矩M（N mm）的作用下打滑而轉動所需的夾緊力=KF=1279×3N=3837N， 為防止工件在軸向力F的作用下打滑而軸向移動所需的夾緊力 =2174.3 N。 1.5.4 定位誤差計算 （1）加工φ40平臺尺寸的定位誤差計算，由于基準重合，故 ：0.015+0.2=0.215mm，0.015-0.2=-0.185mm，上下偏差為：0.215-（-0.185）=0.4mm，符合尺寸要求。 而基準位移誤差為定位面 (φ40下端面)與固定V形塊的最大間隙，故：定位凸臺取直徑為φ40H9，盡量減少位移誤差。故：25-25=0，上偏差：0.052-0.052=0mm，下偏差：0-0=0mm。其基準也符合設計要求。由此可知此定位方案能滿足尺寸 84± 0.2mm的定位要求。 （2）加工φ40面時軸線平行度 0.15mm 的定位誤差計算，由于基準重合，故 ：0.015+0.015=0.03mm 而基準位移誤差是定位面φ40下端面與定位面間的誤差。故 :0.052+0.052mm=0.104mm 所以有：0.03+0.104mm=0.134mm 此方案能滿足定位要求。 通過定位方案的確定，夾緊力與定位誤差的計算和選擇了可靠的定位元件以后，就設計出我們所需要的夾具。 第2章 綜合訓練 2.1 夾具體三維造型實現方法的概述 通過實體造型把夾具的三維圖簡要的三維圖制作出來，下面的設計是銑床桿的鉆孔夾具。這個夾具可以通過Pro/E,UG,AutoCAD,Mastercam等三維造型軟件實現，我是用UG來實現造型的。下圖是用AutoCAD畫的夾具裝配圖。 2.2 夾具三維造型過程簡述 1．下面是用UG軟件來實現三維造型步驟： 步驟一：首先設計一個夾具體 ，形如下： 圖2-1 夾具體圖 步驟二： 設計定位銷， 圖形如下： 圖2-2 定位銷 步驟三： 設計螺釘 ，圖形如下： 圖2-3 螺釘 步驟四： 設計螺栓 圖形如下： 圖2-4 螺栓 步驟五： 設計六角螺母 圖形如下： 圖2-5 六角螺母 步驟六： 設計兩個V形塊，圖形如下： 圖2-6a 固定V形塊 圖2-6b 活動 V形塊 步驟七： 設計一個支撐板，圖形如下： 圖2-7 支撐板 步驟八： 設計一個蓋板，圖形如下： 圖2-8 蓋板 步驟九： 設計一個V形塊，圖形如下： 圖2-9 活動 V形塊 上面的三維造型都是為了夾具的整體裝配做準備的下面我們就來實現夾具的三維圖. 2． 下面的是用UG軟件來實現裝配的過程： 步驟如下： 步驟一: 裝配固定V形塊 圖2-11 裝配固定V形塊 步驟二： 裝配工件，圖形如下： 圖2-12 裝配工件 步驟三： 裝配支撐板，圖形如下： 圖2-13 裝配支撐板 步驟四： 裝配活動V形塊，圖形如下： 圖2-14 裝配活動V形塊 步驟五： 裝配蓋板，圖形如下： 圖2-15 裝配蓋板 步驟六： 裝配手柄，圖形如下： 圖2-16 裝配手柄 步驟七： 裝配定位鍵，圖形如下： 圖2-17 裝配定位鍵 下面是圖形的整體裝配圖： 圖2-18 整體裝配圖 小結 五個星期的機械制造工藝學課程設計馬上就要劃上句號，經過這五個星期的努力，我在老師的指導下，取得了自己滿意的效果，課程設計作為《機械制造工藝學》、《機床夾具設計》課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實踐相結合，加深了理論知識的理解，強化了在運用中的感性認識。 通過此次設計，使我們基本掌握了零件的加工過程分析、工藝文件的編制、專用夾具設計的方法和步驟等。學會了查相關手冊、選擇使用工藝裝備以及更加熟練的運用三維軟件造型等等。 總的來說，這次設計，使我們在基本理論的綜合運用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設計的能力，為以后的設計工作打下了較好的基礎。 同時，廣泛地運用設計手冊，學會了在實際中運用工具書，和獨立完成每一步查找工作；在整個零件的加工過程是和其他同學分工完成，所以在設計過程中需要和同學一起討論分析，在夾具設計過程中也想同學征求了意見，是設計更加符合實際要求。 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