夹具设计说明书
1零件的分析
1.1零件的作用
题目所给定的零件是CA6140车床上的法兰盘(见附图1),法兰盘起联接作用是车床上的重要零件。
1.2零件的工艺分析
+0. 045法兰盘是一回转体零件, 有一组加工表面, 这一组加工表面以Φ200为中心, 包0. 120
括:两个Φ100−−0. 34mm 的端面,尺寸为Φ45−0. 017mm 的圆柱面,两个Φ90mm的端面及上面
的4个Φ9mm的透孔.Φ450−0. 6mm 的外圆柱面及上面的Φ6mm的销孔,Φ90mm端面上距离中心线分别为34mm 和24mm 的两个平面.
+0. 045
这组加工表面是以Φ200mm 为中心,其余加工面都与它有位置关系,可以先加
工它的一个端面,再借助专用夹具以这个端面为定位基准加工另一端面,然后再加工其
它加工表面.
2
2.1确定毛坯的制造形式
工艺规程设计
零件材料为HT200,由于零件年产量为1000件,已达到中批生产的水平,而且零件轮廓尺寸不大,故采用金属模铸造,法兰盘因毛坯比较简单,采用铸造毛坯时一般是成队铸造,再进行机械加工。这从提高生产率,保证加工精度上考虑也是应该的。
2.2基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产率得以提高。否则,加工工艺过程中会问题百出,更有甚着,还会造成零件大批报废,使生产无法正常进行。1)粗基准的选择
选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准,以便为后续的工序提供精基准。选择粗基准的出发点是:一要考虑如何分配各加工表面的余量:二要考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。这两个要求常常是不能兼顾的,但对于一般的轴类零件来说,以外圆作为粗基准是完全合理的。对本零件而言,由于每个表面都要求加工,为保证各表面都有足够的余量,应选加工余量最小的面为粗基准(这就是粗基准选择原则里的余量足够原则)现选取Φ45外圆柱面和端面作为粗基准。在车床上用带有子口的三爪卡盘夹住工件,消除工件的六个自由度,达到完全定位。
2)精基准的选择
主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,这在以后还要专门计算,此处不再重复。
2.3制定工艺路线
制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状,尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领一确定为中批生产的条件下,可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。具体工艺过程如下:
工序1工序2工序3工序4
粗车Φ100端面及外圆柱面,粗车B 面,粗车Φ90的外圆柱面粗车Φ45端面及外圆柱面,粗车Φ90的端面钻、扩、粗绞Φ20的孔粗铣Φ90圆柱面上的两个平面
工序5半精车Φ100的端面及外圆柱面,半精车B 面,半精车Φ90的外圆柱面,车Φ100、Φ90外圆柱面上的倒角,车Φ45两端过渡圆弧,车Φ20孔的左端倒角
工序6半精车Φ45的端面及外圆柱面,半精车Φ90的端面,车3*2退刀槽,车Φ45圆柱面两端的倒角,车Φ20内孔的右端倒角
工序7工序8工序9工序10工序12工序13工序14工序15工序16工序17工序18
精车Φ100的端面及外圆,精车B 面精车Φ45的外圆,精车Φ90的端面精绞Φ20的孔
精铣Φ90圆柱面上的两个平面钻Φ4孔,钻、绞Φ6孔磨Φ100、Φ45的外圆柱面磨B 面
磨Φ90外圆柱面上距离轴线24mm 的平面刻线刻字镀铬检测入库
工序11钻4-Φ9的孔
以上工艺过程详见“机械加工工艺过程综合卡片”。
2.4机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“法兰盘”零件材料为HT200,硬度200HBS ,毛坯重量约为2.8KG ,生产类型为中批生产,采用铸造毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸下:1.Φ450−0. 017mm 外圆表面
此外圆表面为IT6级,参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量
工序名称精车外圆半精车外圆粗车外圆
工序余量0.61.43
工序基本尺寸
4545.647
工序尺寸的公差
0.0170.1+0.3
工序尺寸及公差Φ450−0. 017Φ45. 60−0. 1
0. 1
Φ47+−0. 2
毛坯550
+−
0.5
0. 5
Φ50+−0. 5
0. 12
2.外圆表面Φ100−−0. 34mm
参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量工序名称精车外圆半精车外圆粗车外圆毛坯
工序余量0.61.435
工序基本尺寸
100100.6102105
+
−
工序尺寸的公差
-0.46
工序尺寸及公差
0. 12
Φ100−−0. 34
0.8
0. 8Φ105−−0. 8
3.B面中外圆柱面
参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量工序名称精磨外圆粗磨外圆半精车外圆粗车毛坯
+0. 045
4.孔Φ200mm
工序余量0.20.8135
工序基本尺寸
4545.2464750
工序尺寸的公差
-0.6
工序尺寸及公差
0. 12
Φ45−−0. 34
+
−
1
Φ106+−1
参照《实用机械加工工艺手册》确定各工序尺寸及加工余量工序名称铰孔扩孔钻孔
工序余量0.20.99
工序基本尺寸
2019.818
工序尺寸的公差
+0.045+0.1+0.6
工序尺寸及公差
+0. 045Φ200+0. 1
Φ19.80+0. 6
Φ180
5. Φ450−0. 017mm 的端面
1)按照《工艺手册》表6-28,铸件重量为2.8kg,Φ450−0. 017mm 端面的单边加工
余量为2.0~3.0,取Z=2.0mm,铸件的公差按照表6-28,材质系数取M 1,复杂系数
0. 7
取S 2,则铸件的偏差为+−0. 8;
2)精车余量:单边为0.2mm(见《实用机械加工工艺手册》中表3.2-2),精车公差既为零件公差-0.08;
3)半精车余量:单边为0.6mm(见《实用机械加工工艺手册》中表11-27),半精车公差的加工精度为IT9,因此可以知道本工序的加工公差为-0.12mm;
4)粗车余量:粗车的公差余量(单边)为Z=2.0-0.2-0.6=1.2mm;
粗车公差:现在规定本工步(粗车)的加工精度为IT11级,因此,可以知道本工序的加工公差为-0.32mm,由于毛坯及以后各道工步的加工都有加工公差,因此所规定的加工余量其实就是含义上的加工余量,实际上,加工余量有最大的加工余量及最小加工余量之分;
Φ450−0. 017mm 端面的尺寸加工余量和工序间余量及公差分布图见下图:
粗车后最大尺寸:94+1.2=95.2(mm)粗车后最小尺寸:95.2-0.32=94.88(mm)半精车后最大尺寸:94+0.6=94.6(mm)半精车后最小尺寸:94.6-0.12=94.48(mm)精车后尺寸为94mm 加工余量计算表
工序
及公差
铸造毛坯
粗车
半精车
精车
加工前尺寸加工后尺寸
最大最小最大最小
96.795.22
+0. 796.795.295.294.881.2-0.32
95.294.8894.694.480.6-0.12
94.694.4894.0493.960.2-0.08
加工余量加工公差
法兰盘的铸件毛坯图见附图
最后,将以上各工序切削用量,工时定额的计算结果,连同其他加工数据,一并填入机械加工工艺综合卡片,见所附卡片。
3夹具设计
为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。经过与指导老师协商,决定设计第4道工序—铣距零件中心线分别为24和34的两平面的夹具。本夹具将用于组合机床,对工件对铣加工,刀具为镶齿三面刃铣刀。
3.1问题的提出
本夹具主要用来距中心线24和34的两平面,此平面的形位公差和表面要求均较高,
−0.12+0. 045无特殊要求,且加工此平面时Φ1000.34mm 轴的外端面及Φ200孔的内表面都已加工
出来,可用来作为此工序的定位面。因此在本道工序,在保证提高劳动生产率,降低劳动强度的同时可以设计选用比较简单的夹具。
3.2夹具设计
3.2.1定位基准的选择
+0. 045
由零件图可知,待加工平面对Φ200的轴线有平行度要求,对Φ100的底端面有+0. 045+0. 045
垂直度要求,其设计基准为Φ200孔的中心线。本设计选用以Φ200孔的内表面和0.12Φ100−0.34的底端面为主要定位基面,另选用Φ45mm的外圆柱面作为辅助定位基准。为
了降低生产成本,本设计选择采用螺纹夹紧的方式。
3.2.2切削力及夹紧力计算
刀具:镶齿三面刃铣刀
d=Φ80mm
由《机械制造工艺设计手册》P116可查得铣削扭矩切向力切削功率式中:
C F =558.6
d X Fc Y Fc Z Fc
M =C F C a p f v c K Fc
2
X Fc Y Fc Z Fc
F=CF C a p f v c K Fc
Pm=2πM·n·10(kw)
−3
a P =5x F =1y F =0.8
Z =0
d 0=80k F =0.9
f=0.13
n=1450
所以当铣距中心轴线24mm 和34mm 面时有:
M=(80/2)x558.5x51x0.130.8x v c x0.9x10−3=19.65(N·m)
F=558.5x51x0.130.8v c 0.9=491.35(N)
Pm=2πx19.65x1450x10−3=178.97(kw)
因为是对铣加工,故:M=19.65x2=39.3(N·m)
F=491.35x2=982.7N
Pm=178.97x2=357.94(kw)
如上所述,本设计采用螺旋夹紧机构,即由螺杆、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构。
螺旋夹紧机构不公结构简单、容易制造,而且由于缠绕在螺钉表面的螺旋线很长升角又小,所以螺旋夹紧机构的自锁性能好,夹紧力和夹紧行程都很大,是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构。
根据夹紧状态下螺杆的受力情况和力矩平衡条件
F Q L=F αγ′+F Rx
d 02
F J =
F Q L
tg (α+φ1) +γ′•tg φ22
式中
F J ——夹紧力(N)F Q ——作用力(N)L——作用力臂(mm)d 0——螺杆直径α——螺纹升角
φ1——螺纹处摩擦角.
φ2——螺杆端部与工件间的摩擦角.
γ′——螺杆端部与工件间的当量摩擦半径(mm)
所以有F J =
F Q L
=
80x 80
tg (8n +5n ) +5.78tg 6n 2
d 0
tg (α+φ1) +γ′•tg φ22=
6400
=3075.73N2.112
显然
F J =3075.73N>982.7N=F故本夹具可安全工作。
3.2.3定位误差分析
夹具的主要定位元件为支撑板和定位销。支撑板尺寸与公差都是选取的标准件,其公差由标准件决定,并且在夹具装配后的技术要求统一磨,支撑板的定为表面与夹具体底面平行度误差不超过0.02;定位销选取标准件,夹具体上装定位销销孔的轴线与夹具体底面的垂直度误差不超过0.02。
夹具的主要定位元件为短定位销限制了两个自由度,另一端面限制三个自由度,绕铣刀轴线旋转方向的自由度无须限制。因零件对形位公差及尺寸公差均要求不高,且各定位件均采用标准件,故定位误差在此可忽略。
3.2.4夹具设计及操作的简要说明
如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动生产率。为此,应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径。但由于本夹具是应用于组合机床上,两铣刀同时工作的对铣加工,夹具尺寸不能很大,如果采用机动夹紧,夹具势必过于复杂和庞大,本夹具为了提高生产率和降低生产成本,考虑简单、经济、实用,减轻工人劳动强度,采用螺旋夹紧机构,操作非常简单,先拧松夹紧螺母,稍旋转弯头压板,将工件放置在夹具支撑板上,由定位销定位,再将压板旋转复位,拧紧螺母达到夹紧要求即进行铣削加工.本工序采用的是专用的组合机床,高速钢镶齿三面刃铣刀来铣侧端面,因而不需要很大的夹紧力,而且可以采用长柄扳手,只需拧松两个夹紧螺母即可,因而工人的劳动强度不大。
心得体会
两周的课程设计结束了,在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识,也培养了我如何去把握一件事情,如何去做一件事情,又如何完成一件事情。在设计过程中,与同学分工设计,和同学们相互探讨,相互学习,相互监督。学会了合作,学会了宽容,学会了理解。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,着是我们迈向社会,从事职业工作前一个必不少的过程.”千里之行始于足下”,通过这次课程设计,我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计,学会脚踏实地迈开这一步,就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础.
本次的《机械制造工艺》课程设计让我又重新温习了书本上的内容,我明白了不论什么时候不管干什么事总是离不开书本,不管什么时候从书上我们总可以找得到我们
想要的东西。书上的东西永远是基础的,而基础正是向更深的领域迈进,没有这个基础我们永远都不会享受到成功的喜悦。这次的设计我基本上是满意的,因为这是我和本组同学共同完成的这次设计。在此之前我总是莫名其妙感到茫然,不知道从何下手。或者是产生了干脆抄袭别人的想法,但是这一次彭老师制定的这个计划,每个星期都要询问我们的进度,这样子我感觉从一定程度上避免了同学不自己动脑的坏习惯,虽然杜绝不掉,但是我相信经过这次的课程设计后会有更多的同学愿意自主的完成自己的作业和老师分给他们的任务。而不再愿意抄袭别人的,至少我不会了。通过这次的课程设计使我明白了一个良好的设计思路往往可以省掉一大半的时间,所以我感觉今后不论设计什么,一定要在设计思路上下工夫,哪怕前期很慢很慢,但是一旦有了思路那么后期的制作就会势如破竹,会节省很大一部分的时间的。所以我建议同学们以后一定要在这方面下工夫。还有在绘制各种零件图或毛坯图的时候,一定要细心不能马虎一点,因为这些图都比较烦琐,所以必须一步一步来,不可贪图方便。
通过这次夹具设计,本人在多方面都有所提高。通过这次夹具设计,综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次输出轴夹具设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力,巩固与扩充了输出轴夹具设计等课程所学的内容,掌握输出轴夹具设计的方法和步骤,掌握输出轴夹具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性,怎样确定工艺方案,了解了夹具的基本结构,提高了计算能力,绘图能力,熟悉了规范和标准,同时各科相关的课程都有了全面的复习,独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中,体现出自己单独设计夹具的能力以及综合运用知识的能力,体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情,从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节,从而加以弥补。
在此感谢我们的老师.,老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样.这次模具设计的每个实验细节和每个数据,都离不开老师您的细心指导。
同时感谢对我帮助过的同学们,谢谢你们对我的帮助和支持,让我感受到同学的友谊。
由于本人的设计能力有限,在设计过程中难免出现错误,恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正,本人将万分感谢。
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