畢業(yè)設計（論文）機械制造加工工藝及夾具設計

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1、 沈陽化工大學成教院 畢業(yè)設計（論文） 論文題目：機械加工工藝及夾具設計 函授站：湖南函授站 年級專業(yè)：11級沈陽機械12092班 學生姓名： 指導教師： 論文提交日期 2011年 5 月 20 日 論文答辯日期 2011年 5 月 28 日 摘 要 機械工業(yè)是一種基本工業(yè)形式，對于我們國家來說，它關系到國計民生的方方面面。近年來機械工業(yè)領域向著高精度、高質(zhì)量、高效率、低成本方向發(fā)展，數(shù)字化，自動化水平日益提高。同時由于機械工業(yè)的發(fā)展，其他各工業(yè)部門也向著高深度邁進，機械工業(yè)的發(fā)展日趨重要。 機械制造過程及檢測，檢驗中

2、，都要使用大量的夾具。為了達到提高勞動效率，提高加工精度，減少廢品，擴大機床的工藝范圍，改善操作的勞動條件，如何設計好夾具則成了機械制造的一項重要任務。 機床夾具是夾具中的一種，將其固定到機床上，可以使被加工件對刀具與機床保持正確的相對位置，并克服切削力的影響。使加工順利進行。機床夾具分為通用夾具和專用夾具兩種。 關鍵詞：機械工業(yè) 制造 機床夾具 Abstract Machinery industry is a basic industrial form, for our nation speaking, it relates to al

3、l aspects of peoples livelihood. Mechanical industries in recent years towards high precision, high quality, high efficiency and low cost direction, digital, automation level is increasing day by day. And because the machinery industry development, other various industry departments to high depth de

4、velopment of forward, the mechanical industry are becoming more and more important. Mechanical manufacturing process and testing, inspection, going to have to use a lot of fixture. In order to improve work efficiency and the improvement of the machining accuracy, reduce scrap, expand the scope of

5、machine, improve operation process, how to design good working conditions fixture has become an important mechanical manufacturing task. The machine tools fixture is a fixture on the fixed to machine tools, can make special tool and machine tool to keep the relative position of the right, and to o

6、vercome the influence of cutting force. Make processing smoothly. The machine tools fixture is divided into general fixture and special jig two kinds. 目 錄 引言…………………………………………………………………1 1、 零件的分析……………………………………………2 1.1、零件的作用……………………………………………………2 1.2、零件的工藝分析………………………………………………3 2、工藝規(guī)程設計……………

7、…………………………5 2.1、 確定毛坯的制造形式………………………………………5 2.2、制定工藝路線………………………………………5 2.3、 精基準的選擇………………………………………5 2.4、 定位基準的選擇………………………………………5 3、加工余量、工序及毛坯尺寸的確定…………… 3.2、機械加工余量………………………… 3.1、 毛坯……………………………………… 4、確定切削用量及基本工時 4.1、 加工條件. 4.2、 計算切削用量 5、夾具設計 5.1、 問題的提出 5.2、夾具的設計 結束語 致謝…………… 參考文獻…………………

8、…………………………………………17 引言 1.夾具的設計周期較短，一般不用進行強度和剛度的計算。 2.專用夾具的設計對產(chǎn)品零件有很強的針對性。 3.“確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率”是夾具設計工作的主要任務，加工質(zhì)量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夾具來保證。 4.夾緊裝置的設計對整個夾具的結局有具定性的影響。設計一個好的夾具可以減少廢品率。 因此，夾具設計要保證以下幾個條件： 1.夾具的結構應與其用途及生產(chǎn)規(guī)模相適應。 2.保證工件的精度。 3.保證使用方便與安全。 4.正確處理作用力的平衡問題。 5.注意結構的工藝性，便于制造和維修。注意夾具

9、與機床、輔助工具、刀具、量具之間的聯(lián)系。 在機械制造中，為了適應新產(chǎn)品的不斷發(fā)展要求。因此,夾具設計過程中有朝著下列方向發(fā)展的趨勢： 1.發(fā)展通用夾具的新品種 由于機械產(chǎn)品的加工精度日益提高，因此需要發(fā)展高精度通用夾具。 廣泛的采用高效率夾具，可以壓縮輔助時間，提高生產(chǎn)效率。 2.推廣和發(fā)展組合夾具及拼拆夾具。 3.加強專用夾具的標準化和規(guī)范化。 4.大力推廣和使用機械化及自動化夾具。 采用新結構、新工藝、新材料來設計和制造夾具。 本設計屬于工藝夾具設計范圍，機械加工工藝設計在零件的加工制造過程中有著重要的作用。工藝性的好壞，直接影響著零件的加工質(zhì)量及生產(chǎn)成本，在設計中為了適

10、應中批批量的生產(chǎn)情況，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，在設計中所采用的零件盡量采用標準件，以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)費用。 一．零件的分析 1.1 零件的作用 該題目所給的零件是與葉輪配合，實現(xiàn)葉輪旋轉的定位導向零件。由于其工作性質(zhì)要求零件耐磨強度高，故對該零件的表面精度要求較高。 圖1-1 零件圖 1.2 零件的工藝分析 由零件樣圖得知，其材料為HT200。該材料具有較高的強度、耐磨性、耐熱性及減振性，適用于承受較大應力、要求耐磨的零件。 該零件上的是主要加工面為φ90右端面、φ90左端面、φ52外圓面、φ13H7孔、4φ9孔、2

11、φ4孔、φ41H7內(nèi)圓面及內(nèi)端面。 圖1-2 零件毛坯圖 φ90右端面與A面的垂直度0.02mm直接影響泵體與泵的連接精度及密封。 φ13H7孔的尺寸精度，φ41H7內(nèi)圓面的尺寸精度，與A面的平行度0.02mm，直接影響泵體與殼體的配合精度、運動精度及正確定位。因此，最好能在一次裝夾下完成對這一面兩孔的加工。 由參考文獻[1]中有關面和孔的加工精度及機床能達到的位置精度可知，上述技術要求是可以達到的，零件的結構工藝性也是可行的。 二．工藝規(guī)程設計 2.1 確定毛坯的制造形式 根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件，其生產(chǎn)類型為批量生產(chǎn)。毛坯的鑄造方法選用砂型機

12、械造型。為消除殘余應力，鑄造后應安排人工時效。精度11~13級，時效處理：150~200HB，加工余量一般。 2.2 定位基準的選擇 2.2.1 精基準的選擇 泵體的A面和φ13H7孔既是裝配基準，又是設計基準，用它們作精基準，能使加工遵循“基準重合”的原則，實現(xiàn)泵體零件“一面兩孔”的典型定位方式，其余各面和孔的加工也能用它定位，這樣使工藝路線遵循了“基準統(tǒng)一”的原則。此外，φ13H7孔的精度高，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案比較簡單、可靠、操作方便。 2.2.2 粗基準的選擇 考慮到零件各面的平行度及垂直度要求，選擇零件的最大端面，即φ90外圓面與右端面為粗基準。 2.3 制定工藝路線

13、 工序Ⅰ 鑄造 工序Ⅱ 時效 工序Ⅲ 粗銑Φ90右端面，精銑Φ90右端面 工序Ⅳ 粗車Φ90左端面 工序Ⅴ 粗車Φ52外圓面，半精車Φ52外圓面，精車Φ52外圓面 工序Ⅵ 鉆Φ13孔，擴鉆Φ13孔，粗鉸Φ13孔，精鉸Φ13孔 工序Ⅶ 鏜Φ41內(nèi)圓面，擴鉆Φ41內(nèi)圓面，粗鉸Φ41內(nèi)圓面，精鉸 Φ41內(nèi)圓面 工序Ⅷ 鉆Φ9孔 工序Ⅸ 鉆Φ4孔 工序Ⅹ 車Φ41內(nèi)端面 工序Ⅺ 粗銑圓弧斷面 工序Ⅻ 終檢 三．加工余量、工序及毛坯尺寸的確定 零件材料采用HT200灰口鑄鐵，硬度150~200HB，重約3kg，生產(chǎn)

14、類型為批量生產(chǎn)，采用砂型鑄造，毛坯為實心，不鑄孔。根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量。 3.1 毛坯 毛坯基本尺寸及各工序加工余量參見 表3-1 表3-1 毛坯基本尺寸及余量 （單位：mm） 基本尺寸 Rma 毛坯尺寸 公差等級 φ90右端面 25 2 27 11 φ52外圓面 52 3 55 11 φ41內(nèi)圓面 41 2 39 11 3.2．機械加工余量 3.2.1 銑φ90右端面 表面質(zhì)量為Ra3.2，參考《

15、工藝手冊》表8-15，確定工序尺寸及余量（見表3-2）。 表3-2 φ90右端面基本尺寸及余量 （單位：mm） 加工余量Z 工藝尺寸 毛坯 2.0 27 粗車 1.3 25.7 半精車 0.7 25 3.2.2 車φ90左端面 表面加工質(zhì)量Ra6.3，參考《工藝手冊》表8-13，確定工序尺寸及余量（見表3-3）。 表3-3 φ90左端面基本尺寸及余量 （單位：mm） 加工余量Z 工藝尺寸 毛坯 2 8 粗車（兩次） 1 6 3.2.3

16、車φ52h6外圓面 表面加工質(zhì)量Ra1.6，參考《工藝手冊》表8-15，確定工序尺寸及余量（見表3-4）。 表3-4 φ52h6外圓面基本尺寸及余量 （單位：mm） 加工余量Z 工藝尺寸 毛坯 3 φ55 精車 2.3 φ54.3 半精車 1.8 φ53.8 精車 1 φ52h6 3.2.4 鉆φ13H7孔 表面加工質(zhì)量H7，參考《工藝手冊》表8-15，確定工序尺寸及余量（見表3-5）。

17、 表3-5 φ13H7孔基本尺寸及余量 （單位：mm） 加工余量Z 工藝尺寸 毛坯 2 鉆 1.9 φ12 擴孔鉆 0.85 φ12.85 粗鉸 0.1 φ12.95 精鉸 0.05 φ13H7 3.2.5 鏜φ41內(nèi)圓面 表面加工質(zhì)量H7，參考《工藝手冊》表8-15，確定工序尺寸及量（見表3-6）。 表3-6 φ41內(nèi)圓面基本尺寸及余量 （mm） 加工余量Z 工藝尺寸 毛坯 2 φ39 鏜 0.3 φ40.7 擴孔鉆 0.05 φ40.7

18、5 粗鉸 0.17 φ40.93 精鉸 0.07 φ41H7 3.2.6 鉆4xφ9孔及2xφ4孔 表面加工質(zhì)量Ra3.2，僅需粗加工，參考《工藝手冊》表8-15，確定工序尺寸及量（見表3-7）。 表3-7 4xφ9孔及2xφ4孔基本尺寸及余量 （mm） 加工余量Z 工藝尺寸 鉆φ9孔 0 9 鉆φ4孔 0 4 3.2.7 車φ41內(nèi)端面 表面加工質(zhì)量Ra3.2，僅需粗加工，參考《工藝手冊》表8-15，確定工序尺寸及量（見表3-8）。

19、 表3-8 φ41內(nèi)端面基本尺寸及余量 （mm） 加工余量Z 工藝尺寸 毛坯 2 10 粗車 1.1 8.7 半精車 0.7 8 3.2.8 銑φ90圓弧斷面 表面加工質(zhì)量Ra3.2，僅需粗加工，參考《工藝手冊》表8-15，確定工序尺寸及量（見表3-9）。 表3-9 φ41內(nèi)端面基本尺寸及余量 （mm） 加工余量Z 工藝尺寸 毛坯 2 78.8 粗銑 0 76.8 四．確定切削用

20、量及基本工時 4.1 加工條件 加工材料：HT200，HB150~200，鑄造. 加工要求：銑φ90圓弧缺面，毛坯尺寸78.8mm，保證尺寸76.8mm. 機床：X51型 立式銑床. 刀具：φ直柄立銑刀. 在大批量生產(chǎn)條件下，可以選用高效的專用組合機床，也可以選用通用設備。根據(jù)經(jīng)濟性和零件的特點所選用X51立式銑床。 4.2 計算切削用量 銑φ90圓弧缺面，其加工尺寸為76.8mm。查《機床刀具使用手冊》表6－13，選擇直柄立銑刀，由于do=20mm,z=5, 已知：銑削寬度 銑削深度 機床選用X51K型立式銑床。 4.2.1 銑刀磨鈍標準及壽命 查《

21、機床刀具使用手冊》表3.7用直柄立銑刀粗加工鋼料，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為0～3mm；銑刀直徑，查《機床刀具使用手冊》表3.8可得耐用度。 4.2.2 確定切削速度和工作臺每分鐘進給量 根據(jù)文獻[5]表3.27中的公式 式中： ，，，，，，，，，，，，， 所以有 = = 根據(jù)文獻[5]，X51K型立式銑床主軸轉速表4.2-36，選擇 實際切削速度 工作臺每分鐘進給量為 根據(jù)文獻[5]，X51K型立式銑床工作臺橫向進給量表4.2-37，選擇 則實際每齒進給量為： 4.2.3 校檢機床功率 根據(jù)文獻[5]表3.28的計算公式，銑削時的功率為

22、 式中：，，，，，，，，，，，， =2918.15N X51K型立式銑床主動電機的功率為5，故所選切削用量是可以采用的。 所確定的切削用量為： 4.2.4 計算工時 工步一： =75mm =1～3mm,取2 mm =0.5(20-)+2=2.5mm 基本時間： 輔助時間： 工作地服務時間： 五．夾具設計 在機械加工中，為完成需要的加工工序、裝配工序及檢驗工序等，首先要將工件固定，使之占有確定的位置，這種裝置即為夾具。它對保證工件的加工質(zhì)量、提高加工效率、降低生產(chǎn)成本、改善勞動條件、擴大

23、機床使用范圍、縮短新產(chǎn)品試制周期等方面有著顯著的經(jīng)濟效益。 本題目加工的零件為中批量生產(chǎn)，設計通用夾具即可。 經(jīng)過與指導老師的協(xié)商，決定設12道工序：銑φ90圓弧斷面。本夾具將用于 X51立式銑床，采用端面銑刀對其加工。 5.1 問題的提出 本夾具主要用來銑φ90圓弧斷面，精度要求不高，并與其它的加工部位之間的技術要求不是很高。因此，在本道工序加工時，主要應考慮的問題是如何能保證加工表面的精度要求，同時還應考慮如何可以提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，而與其它之間的技術要求不是主要問題。 5.2．夾具的設計 5.2.1 設計夾具的基本要求 1.保證工件的加工精度 專用夾具應有合理的

24、定位方案，標注合理的尺寸公差和技術要求，并進行必要的精度分析，確保夾具能滿足工件的加工要求。 2.提高生產(chǎn)效率 應根據(jù)工件生產(chǎn)批量的大小設計不同復雜程度的高效夾具，以縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率。 3．工藝性好 專用夾具的結構應簡單合理便于加工裝配檢驗和維修。 專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)，當最終精度由調(diào)整或修配保證時，夾具應設置調(diào)整或修配結構，如設置適當?shù)恼{(diào)整間隙，采用可修磨的墊片等。 4.使用性好 專用夾具的操作應簡單省力安全可靠，排屑應方便，必要時可設置排泄結構。 5.經(jīng)濟性好 除考慮專用夾具本身結構簡單。標準化程度高，成本低廉外，還應根據(jù)生產(chǎn)綱領對夾具方案進行必要的經(jīng)濟分

25、析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益。 5.2.2 對夾具體的要求 1. 有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性 夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面，安裝對刀或?qū)蛟谋砻嬉约皧A具體的安裝基面等，應有適當?shù)某叽绾托螤罹?，它們之間應有適當?shù)奈恢镁取? 為使夾具體尺寸穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造夾具體要進行退火處理 2. 有足夠的強度和剛度 加工過程中，夾具體要求承受較大的切削力和加緊力。為保證夾具體不產(chǎn)生不容許的變形和振動，夾具體應有足夠的強度和剛度。因此夾具體需有一定的壁厚，鑄造和焊接夾具體常設置加強筋，或在不影響工件裝卸的情況下采用框架式夾具體 3. 結構工藝性好 夾具

26、體應便于制造裝配和檢驗。鑄造夾具體上安裝各種元件的表面英鑄出凸臺，以減少加工面積。夾具體毛面與工件之間應留有足夠的間隙，一般為4～15㎜。夾具體結構型式應便于工件的裝卸。 4. 排屑方面 切屑多時，夾具體上應考慮排屑結構。 由于此零件是中批量生產(chǎn)且根據(jù)要求，采用通用夾具，手動加緊。 5.2.3 定位誤差的分析 定位元件尺寸及公差的確定。根據(jù)定位方案，設計定位元件的結構如附圖（夾具裝配圖）所示。該設計中的定位銷為主要的定位元件，其公差根據(jù)文獻[5]表2.9-6得0.02mm，所以影響位置度的定位誤差為：，即小于相位位置度公差的，所以定位方案能夠滿足加工要求。 5.2.4 夾緊力的計算

27、及夾緊元件的強度校核 夾緊裝置如夾具裝配圖，根據(jù)零件的形狀，以及夾緊機構在夾具中安裝，可確定夾緊力的位置。 切削力及夾緊力的計算 刀具： 硬質(zhì)合金直齒端面銑刀，， 齒數(shù)5。粗銑時B=6mm。 由文獻[5]表3-24得： 其中： 所以： 水平分力： 垂直分力： 在計算切削力時必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù) 其中：—基本安全系數(shù)，1.5；—加工性質(zhì)系數(shù)，1.1；—刀具鈍化系數(shù)，1.1；—斷續(xù)切削系數(shù)，1.1； F’=K 為克服水平切削力，實際夾緊力N應為 所以： 其中和為夾具定位面

28、及夾緊面上的摩擦系數(shù)，取。則 夾具設計合格可靠。 結束語 幾個月的機械制造加工工藝及夾具設計即將結束了，通過這幾個月的設計使我們不在是只知道書本上的空理論，不在是紙上談兵，而是將理論和實踐相結合進行實實在在的設計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領，使我們更好的利用圖書館，更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們走上社會打下了好的基礎。 畢業(yè)設計使我們認識到了只學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結合。因此同學們非常感謝尹霞老師給我們的辛勤指導，使我們學到了好多，也非常珍惜學院給我們的這次設

29、計的機會，它將是我們邁出社會的關鍵一步。 最后，衷心的感謝尹霞老師的悉心幫助，使我順利的完成此次畢業(yè)設計。謝謝！ 參 考 文 獻 1 孟少農(nóng).機械加工工藝手冊.北京：機械工業(yè)大學出版社. 2 金屬機械加工工藝人員手冊組編．金屬機械加工工藝人員手冊．上海：上?？茖W技術出版社，1979. 3 東北重型機械學院、 洛陽工學院第一汽車制造廠職工大.機床夾具設計手冊.上海：上?？茖W技術出版社. 4 趙家齊.機械制造工藝學課程設計指導書.北京：機械工業(yè)出版社. 5 南京市機械研究所.金屬切削機床夾具圖冊.北京：機械工業(yè)出版社. 6 浦林祥.金屬切削機床夾具設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社. 7 東北工學院機械教研室.機械零件設計手冊.北京：冶金工業(yè)出版社. 8 濮良貴.機械設計.北京：高等教育出版社. 9 孫玉芹.機械精度設計基礎.北京：科學出版社，2003. 10 石光源.機械制圖.北京：高等教育出版社. 26