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前言
加工工藝及夾具畢業(yè)設(shè)計是對所學(xué)專業(yè)知識的一次鞏固，是在進行社會實踐之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練。
機床夾具已成為機械加工中的重要裝備。機床夾具的設(shè)計和使用是促進生產(chǎn)發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著我國機械工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,機床夾具的改進和創(chuàng)造已成為廣大機械工人和技術(shù)人員在技術(shù)革新中的一項重要任務(wù)。
目錄
1 前言 1
2 閥體加工工藝規(guī)程設(shè)計 3
2.1零件的分析 3
2.1.1零件的作用 3
2.1.2零件的工藝分析 3
2.2閥體加工的主要問題和工藝過程設(shè)計所應(yīng)采取的相應(yīng)措施 4
2.2.1確定毛坯的制造形式 4
2.2.2基面的選擇 4
2.2.3確定工藝路線 4
2.2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5
2.2.5確定切削用量 6
2.3小結(jié) 22
3 專用夾具設(shè)計 23
3.1鉆φ4孔夾具設(shè)計 33
3.1.1定位基準(zhǔn)的選擇 33
3.1.2定位元件的設(shè)計 34
3.1.3定位誤差分析 35
3.1.4鉆削力與夾緊力的計算 35
3.1.5鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設(shè)計 36
3.1.6夾緊裝置的設(shè)計 38
3.1.7夾具設(shè)計及操作的簡要說明 38
3.2小結(jié) 39
4 結(jié)束語 40
參考文獻 41
18
2 閥體加工工藝規(guī)程設(shè)計
2.1零件的分析
2.1.1零件的作用
題目給出的零件是閥體，它的主要的作用是用來支承,閥體中的左端平面與中孔有配合要求，起回油密封作用，是閥類組件中非常重要的零件。閥體加工精度工件的加工質(zhì)量，一旦密封精度降低，則閥體組件的使用價值也將大打折扣。
2.1.2零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，減震性能良好。閥體需要加工表面以及加工表面的位置要求?，F(xiàn)分析如下：
（1）主要加工面：
1）銑下平面保證尺寸52mm，平行度誤差為0.03
2）銑側(cè)面保證尺寸75的平行度誤差為0.02
3）鏜上、下面平面各孔至所要求尺寸，并保證各位誤差要求
4）鉆側(cè)面4—M8螺紋孔
5）鉆孔攻絲底上平面錐螺紋孔
（2）主要基準(zhǔn)面：
1）以下平面為基準(zhǔn)的加工表面
這一組加工表面包括：鉆閥體左端表面各孔、鉆閥體左端表面
2）以下平面為基準(zhǔn)的加工表面
這一組加工表面包括：主要是上平面各孔及左端平面各孔
2.2閥體加工的主要問題和工藝過程設(shè)計所應(yīng)采取的相應(yīng)措施
2.2.1確定毛坯的制造形式
零件的材料HT200。中等批量生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸較大，鑄造表面質(zhì)量的要求高，故可采用鑄造質(zhì)量穩(wěn)定的，適合大批生產(chǎn)的金屬模鑄造。便于鑄造和加工工藝過程，而且還可以提高生產(chǎn)率。
2.2.2基面的選擇
（1）粗基準(zhǔn)的選擇 對于本零件而言，按照互為基準(zhǔn)的選擇原則，選擇本零件的下表面作為加工的粗基準(zhǔn)，可用裝夾對肩臺進行加緊，利用底面定位塊支承和底面作為主要定位基準(zhǔn)，以限制z、z、y、y、五個自由度。再以一面定位消除x、向自由度，達到定位,目的。
（2）精基準(zhǔn)的選擇 主要考慮到基準(zhǔn)重合的問題，和便于裝夾，采用已加工結(jié)束的上、下平面作為精基準(zhǔn)。
2.2.3確定工藝路線
表2.1工藝路線方案一
工序1
粗精銑左平面
工序2
粗精銑下平面
工序3
鉆左端中孔
工序4
鉆上平面M4螺紋底孔
工序5
鉆左端平面4-M8螺紋底孔及攻絲
工序6
鉆下平面各小孔
工序7
鉆左端面各孔
工序8
鏜左端平面孔
工序9
鏜右端平面孔
表2.2工藝路線方案二
工序1
粗精銑左端平面
工序2
粗精銑下平面
工序3
鉆左端中孔
工序4
鏜上平面各孔
工序5
鏜下平面各孔
工序6
鉆上平面錐孔
工序7
鉆左平面4-M8螺紋底孔及攻絲
工序8
鉆側(cè)面各孔
工序9
鉗工，攻絲各螺紋孔
工藝路線的比較與分析：
第二條工藝路線不同于第一條。通過分析發(fā)現(xiàn)這樣的變動提高了生產(chǎn)效率。而且對于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的幫助。
采用互為基準(zhǔn)的原則，先加工上、左兩平面，然后以下、下平面為精基準(zhǔn)再加工兩平面上的各孔，這樣便保證了，上、左兩平面的平行度要求同時為加兩平面上各孔保證了垂直度要求。符合先加工面再鉆孔的原則。若選第二條工藝路線，并且毛坯的端面與軸的軸線是否垂直決定了鉆出來的孔的軸線與軸的軸線是非平行這個問題。所以發(fā)現(xiàn)第一條工藝路線并不可行。如果選取第一條工藝方案，先鏜上、下平面各孔，然后以這些已加工的孔為精基準(zhǔn)，加工其它各孔便能保證4-M8
從提高效率和保證精度這兩個前提下，發(fā)現(xiàn)第一個方案比較合理。所以我決定以第二個方案進行生產(chǎn)。具體的工藝過程見工藝卡片所示。
2.2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
閥體的材料是HT200，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。由于毛坯用采用金屬模鑄造, 毛坯尺寸的確定如下：
由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所規(guī)定的加工余量其實只是名義上的加工余量，實際上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
由于本設(shè)計規(guī)定零件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整法加工，因此計算最大與最小余量時應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確定。
1）加工閥體的上下平面，根據(jù)參考文獻[8]表4-35和表4-37考慮3mm，粗加工2mm到金屬模鑄造的質(zhì)量和表面的粗糙度要求，精加工1mm，
2）鏜左端平面中孔時，由于粗糙度要求，因此考慮加工余量2.5mm。可一次粗加工2mm，一次精加工0.5就可達到要求。
3）加工4－M8底孔，根據(jù)參考文獻[8]表4-23考慮加工余量1.2mm?？梢淮毋@削加工余量1.1mm，一次攻螺紋0.1就可達到要求。
4）加工錐孔時，根據(jù)參考文獻[8]表4-23考慮加工余量1.2mm?？梢淮毋@削加工余量1.1mm，一次攻螺紋0.1mm就可達到要求。
5）加工下平面臺階面各小孔，粗加工2mm到金屬模鑄造的質(zhì)量和表面粗糙度要求，精加工1mm，可達到要求。
2.2.5確定切削用量
工序1：粗、精銑閥體下平面
（1）粗銑下平面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床：X52K立式銑床。
查參考文獻[7]表30—34
刀具：硬質(zhì)合金三面刃圓盤銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-75，取銑削速度：參照參考文獻[7]表30—34，取。
機床主軸轉(zhuǎn)速： 式（2.1）
式中 V—銑削速度；
d—刀具直徑。
由式2.1機床主軸轉(zhuǎn)速：
按照參考文獻[3]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[7]表2.4-81,
（2）精銑下平面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床： X52K立式銑床。
參考文獻[7]表30—31
刀具：高速鋼三面刃圓盤銑刀（面銑刀）：， ，齒數(shù)12，此為細齒銑刀。
精銑該平面的單邊余量：Z=1mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]表30—31，取
銑削速度：參照參考文獻[7]表30—31，取
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2.1）有：
按照參考文獻[7]表3.1-31
實際銑削速度：
進給量，由式（1.3）有：
工作臺每分進給量：
粗銑的切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
精銑的切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
銑下平面的總工時為：t=+++=1.13+1.04+1.04 +1.09=2.58min
工序2：加工上平面，各切削用量與加工上平面相近，因此省略不算，參照工序1執(zhí)行。
工序：粗鏜Φ16H12的孔
機床：臥式鏜床
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：，毛坯孔徑。
進給量：根據(jù)參考文獻表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為=2.0mm。因此確定進給量。
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.1-41取
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
查參考文獻[1]，表2.5-37工步輔助時間為：2.61min
精鏜下端孔Φ16H12
機床：臥式鏜床
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為=。因此確定進給量
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，取
實際切削速度，：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
所以該工序總機動工時
查參考文獻[1]，表2.5-37工步輔助時間為：1.86min
工序:粗鏜Φ22H12的孔
機床：臥式鏜床
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：，毛坯孔徑。
進給量：根據(jù)參考文獻表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為=2.0mm。因此確定進給量。
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，
按照參考文獻[3]表3.1-41取
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
查參考文獻[1]，表2.5-37工步輔助時間為：2.61min
精鏜下端孔到Φ22H12
機床：臥式鏜床
刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料：
切削深度：
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4-66，刀桿伸出長度取，切削深度為=。因此確定進給量
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4-9，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
，取
實際切削速度，：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
所以該工序總機動工時
查參考文獻[1]，表2.5-37工步輔助時間為：1.56min
工序：鉆下平在3-Φ9
工件材料為HT200鐵，孔的直徑為Φ9mm。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為鉆孔至Φ9，選用Φ9的麻花鉆頭。
進給量：根據(jù)參考文獻[5]表2.4-39，取
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-41，取
由式（2.1）機床主軸轉(zhuǎn)速：
，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
工序：加工4－M8底孔
工件材料為HT200鐵，孔的直徑為8mm。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為鉆孔至Φ7，選用Φ7的麻花鉆頭。攻M8螺紋，選用M8細柄機用絲錐攻螺紋。
進給量：根據(jù)參考文獻[5]表2.4-39，取
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-41，取
由式（2.1）機床主軸轉(zhuǎn)速：
，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
攻M8×1.25的螺紋
機床：Z535立式鉆床
刀具：細柄機用絲錐（）
進給量：由于其螺距,因此進給量
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-105，取
由式（2.1）機床主軸轉(zhuǎn)速：
，取
絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實際切削速度：
攻M8螺紋的工時
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
工序：階梯孔
工件材料為HT200鐵，孔的直徑為20mm，表面粗糙度。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為锪鉆，加工刀具為：锪鉆孔——Φ14mm小直徑锪鉆。
1）確定切削用量
確定進給量 根據(jù)參考文獻[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z535立式鉆床說明書，取。
根據(jù)參考文獻[7]表28-8，鉆頭強度所允許是進給量。由于機床進給機構(gòu)允許的軸向力（由機床說明書查出），根據(jù)參考文獻[7]表28-9，允許的進給量。
由于所選進給量遠小于及，故所選可用。
確定切削速度、軸向力F、轉(zhuǎn)矩T及切削功率 根據(jù)表28-15，由插入法得：
，
，
由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應(yīng)對所的結(jié)論進行修正。
由參考文獻[7]表28-3，，，故
查Z535機床說明書，取。實際切削速度為
由參考文獻[7]表28-5，，故
校驗機床功率 切削功率為
機床有效功率
故選擇的鉆削用量可用。即
，，，
相應(yīng)地
，，
工序9：校驗
（5）锪鉆Φ21.3階梯孔
加工條件：
工件材料：HT200，金屬模鑄造，
機床：Z535立式鉆床
刀具：，Φ21.3小直徑端面锪鉆
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據(jù)參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
锪鉆Φ21.3階梯的工時
锪鉆孔進給量，機床主軸轉(zhuǎn)速，
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
由參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
t=+
t=0.27+1.77=2.04min
該工序的總工時為： 2.04+0.07+0.05+1.77+1.77=5.7min
所以該方案滿足生產(chǎn)要求。
2.3小結(jié)
機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。對加工工藝規(guī)程的設(shè)計，可以了解了加工工藝對生產(chǎn)、工藝水平有著極其重要的影響。生產(chǎn)規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝來體現(xiàn)。
3 專用夾具設(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。在加工杠桿零件時，需要設(shè)計專用夾具。
根據(jù)任務(wù)要求中的設(shè)計內(nèi)容，需要設(shè)計加工閥體鉆φ4底孔夾具采用立式鉆床，先用麻花鉆鉆孔。
3.3鉆φ4孔夾具設(shè)計
3.3.1定位基準(zhǔn)的選擇
在加工φ4孔工序時，閥體下平面與左端兩平面及工藝孔已經(jīng)加工到要求
尺寸。因此選用上平面及與其垂直的任意孔上表面加作為定位基準(zhǔn)。定位要求符合定位原理，一共限制了工件的6個自由度，符合六點定位法則。工件以兩面一銷定位時，夾具上的定位元件是：一銷。其中一面為閥體的左端表面，銷為短圓柱銷及定位塊，限制六自由度。
3.3.2定位元件的設(shè)計
夾具上的定位元件應(yīng)是銷及擋塊。因此進行定位元件的設(shè)計主要是對短圓柱銷擋塊壓板
根據(jù)參考文獻[11]，可查得短圓柱銷的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖。
3.3.3定位誤差分析
機械加工過程中，產(chǎn)生加工誤差的因素有很多。在這些因素中，有一項因素于機床夾具有關(guān)。使用夾具時，加工表面的位置誤差與夾具在機床上的對定及工件在夾具中的定位密切相關(guān)。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中各項加工誤差之總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。
本夾具選用的定位元件為其定位誤差主要為：
銷與孔的配合0.05mm，鉆模與銷的誤差0.02mm，鉆套與襯套0.029mm
由公式e=(H/2+h+b)×△max/H
△max=(0.052+0.022+0.0292)1/2
=0.06mm
e=0.06×30/32=0.05625
可見這種定位方案是可行的。
3.3.4鉆削力與夾緊力的計算
由于本道工序主要完成工藝孔的鉆加工。因此切削力應(yīng)以鉆削力為準(zhǔn)。由參考文獻[9]得：
鉆削力
鉆削力矩
式中：
本套夾具采用活動墊板夾緊，活動墊板主要靠上下旋動墊板上的螺母來實現(xiàn)夾緊。根據(jù)參考文獻[11]可知該機構(gòu)屬于單個螺旋夾緊。
由式（3.1）根據(jù)參考文獻[11]表1-2-20到表1-2-23可查得
3.3.5鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設(shè)計
工需鉆切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。鉆加工刀具分別為：鉆孔——Φ4標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃。
根據(jù)參考文獻[11]表2-1-47可查得鉆套孔徑結(jié)構(gòu)如圖3.14所示。
圖3.14 快換鉆套
鉆Φ4孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3.9所示。
表3.9
d
H
D
公稱尺寸
允差
4
20
8
+0.018
+0.007
18
13
10
4
7
7
16
50°
根據(jù)參考文獻[11]表2-1-58可得襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖3.15所示。
圖3.15 固定襯套
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3.10所示。
表3.10
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
8
+0.034
+0.016
8
12
+0.023
+0.012
0.5
2
根據(jù)參考文獻[11]夾具U型槽的結(jié)構(gòu)如圖3.16所示。
圖3.16 U型槽
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表3.11所示。
表3.11
螺栓直徑
18
20
30
20
3.3.6夾緊裝置的設(shè)計
夾緊裝置采用活動的墊板來夾緊工件，采用的活動墊板的好處就是加工完成后，可以將壓板松開，然后向下退后一定距離把工件取出。主要用的螺旋夾緊原理。
3.3.7夾具設(shè)計及操作的簡要說明
本套夾具用于加工φ4螺紋孔。閥體左端平面及其內(nèi)孔來實現(xiàn)完全定位。主要考慮工件便于取出夾緊裝置采用活動墊板夾緊。工件加工完成后，移動壓板向后退一定距離，工件就可以很方便的取出。工件裝夾時，先將工件放到帶大端面的長圓柱銷和固定定位銷處，然后將移動墊板上移，壓緊工件，將螺栓擰緊就可以進行加工了。加工完成以后將移動壓板退出一定距離，就可以把工件直接取出。如夾具裝配圖上圖所示。
3.4小結(jié)
對專用夾具的設(shè)計，可以了解機床夾具在切削加工中的作用：可靠地保證工件的加工精度，提高加工效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的給以性能。本夾具設(shè)計可以反應(yīng)夾具設(shè)計時應(yīng)注意的問題，如定位精度、夾緊方式、夾具結(jié)構(gòu)的剛度和強度、結(jié)構(gòu)工藝性等問題。
結(jié)束語
通過設(shè)計，使我們充分的掌握了一般的設(shè)計方法和步驟，不僅是對所學(xué)知識的一個鞏固，也從中得到新的啟發(fā)和感受，同時也提高了自己運用理論知識解決實際問題的能力，而且比較系統(tǒng)的理解了液壓設(shè)計的整個過程。
在整個設(shè)計過程中，我本著實事求是的原則，抱著科學(xué)、嚴(yán)謹?shù)膽B(tài)度，主要按照課本的步驟，到圖書館查閱資料，在網(wǎng)上搜索一些相關(guān)的資料和相關(guān)產(chǎn)品信息。這一次設(shè)計最系統(tǒng)、最完整的一次設(shè)計，也是最難的一次。在設(shè)計的時候不停的計算、比較、修改，再比較、再修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期間也遇到不少的困難和挫折，幸好有xxx老師的指導(dǎo)和幫助，才能夠在設(shè)計中少走了一些彎路，順利的完成了設(shè)計。
本設(shè)計研究過程中仍然存在不足之處，有的問題還待于進一步深入，具體如下：
（1）缺乏實際工廠經(jīng)驗，對一些參數(shù)和元件的選用可能不是非常合理，有一定的浪費。
（2）與夾具相關(guān)的刀具和量具的了解還不太清楚。
（3）系統(tǒng)的設(shè)計不太完善，在與計算機配合進行精確的數(shù)據(jù)采集和控制上還有一些不足。
（4）使用有一定的局限：人工操作多，零部件磨損度在實際中尚不明確。
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