十字头加工艺及专用夹具设计

课程设计说明书题目十字头加工艺及专用夹具设计专业机械电子目录第一部分工艺设计说明书一、零件的工艺性分析1二、确定毛坯，画毛坯零件合图2三、机械工艺路线的确定3四、主要工序尺寸及其公差的确定8五、设备及其工艺装备的确定10五、切削用量及工时定额的确定10第二部分夹具设计说明书一、4M6的螺纹孔夹具12二、精车外圆夹具的设计5第三部分感想与体会第一部分工艺设计说明书1零件图工艺性分析11零件结构功用分析十字头零件是机械中常见的一种零件，它的应用范围很广。由于它们功用的不同，该类零件的结构和尺寸有着很大的差异，但结构上仍有共同特点零件的主要表面为精度要求较高的孔、零件由内孔、外圆、端平等表面构成。12零件图纸分析由零件图可知，该零件形状较为复杂、外形尺寸不大，可以采用铸造毛坯。由于该零件的两个20孔要求较高，它的表面质量直接影响工作状态，通常对其尺寸要求较高。一般为IT5IT7。加工时两20孔的同轴度应该控制在001MM。85外圆的尺寸它直接影响孔在空间的位置，加工时可以将其加工精度降低，通过装配来提高精度。13主要技术条件1孔径精度两20孔的孔径的尺寸误差和形状误差会造的配合不良，因此对孔的要求较高，其孔的尺寸公差为IT72主要平面的精度由于85外圆接影响联接时的接触刚度，并且加工过程中常作为定位基面，则会影响孔的加工精度，因此须规定其加工要求。2毛坯选择21毛坯类型考虑到十字头工作时的作用，要求材料要有很高的强度，并且该零件结构较为复杂，故选用铸造毛坯材料为HT200。22毛坯余量确定由书机械加工工艺设计资料表1210查得毛坯加工余量为2，毛坯尺寸偏差由表122查得为1423毛坯零件合图草图3机械工艺路线确定31定位基准的选择311精基准的选择选择十字头底面与两85外圆作定位基准，因为85外圆柱面，及底面是装配结合面，且十字头底面又是空间位置的设计基准，故选择十字头底面与外圆作定位基准，符合基准重合原则且装夹误差小。312粗基准的选择以十字头上端面和十字头支撑外圆定位加工出精基准。32加工顺序的安排十字头零件主要由孔和平面构成与箱体类零件大体相同，加工顺序为先面后孔，这样可以用加工好的平面定位再来加工孔，因为轴承座孔的精度要求较高，加工难度大，先加工好平面，再以平面为精基准加工孔，这样即能为孔的加工提供稳定可靠的精基准，同时可以使孔的加工余量较为均匀33加工阶段的划分说明加工阶段分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段。34加工工序简图1、铸铸造、清理2、热处理时效3、粗车85外圆4、粗铣上顶面5、粗,精铣底平面6、钻、攻4M6螺纹孔7、扩20孔9、铣十字头10、粗镗65内孔11、粗镗、半精镗、精镗220内孔12、挖224环槽13、精车85外圆14、去毛刺15、终检4主要工序尺寸及其公差确定85工艺路线基本尺寸工序余量经济精度工序尺寸铸9055590514粗车8735125（IT11）87013半精车8551563（IT9）855062精车850516（IT7）8504120工艺路线基本尺寸工序余量经济精度工序尺寸铸1461414粗镗17363（IT11）17130半精镗1952532（IT9）195620精镗床200516（IT7）200015设备及其工艺装备确定所用的设备有CA6140、X62W、T618、Z4012、检验台、钳工台。夹具有镗220孔专用夹具、车床专用夹具、钻2M6底孔专用夹具、扩20孔专用夹具、刀具有90度车刀、硬质合金铣刀、平板锉、开式自锁夹紧镗刀、5钻头、M6丝锥、20钻头、圆锉刀量具有游标卡尺、专用塞规。6切削用量及工时定额确定粗车、半精车、精车时（T1T辅T2T机T3T工T4T休）挖24环形槽AP2由表531得F04M/R由表5320得V90M/R则N220X90/40495R/MM工时定额由表333得操作机床时间为002004003007006002001002003004064MIN由表334得测量工件时间为008008016MINT106401608MIN由表541得机动时间为T200500200301M/RT基LZ/NFAP02MIN则T总T1T2T基226MIN粗车85外圆时AP2由表31得F05M/R由表5320得V82M/R则N318X82/85307M/R工时定额由表333得操作机床时间为002004003007006002001002003004064MIN由表334得测量工件时间为008008016MINT106401608MIN由表541得机动时间为T200500200301M/RT基LZ/NFAP0167MIN则T总T1T2T基0347MIN半精车85外圆时（车刀刀杆尺寸BXH取16X25）AP1由表31得F04M/R由表5320得V100M/R则N318X100/85374M/R工时定额由表333得操作机床时间为002004003007006002001002003004064MIN由表334得测量工件时间为008008016MINT106401608MIN由表541得机动时间为T200500200301M/RT基LZ/NFAP034MIN则T总T1T2T基052MIN精车85外圆时（车刀刀杆尺寸BXH取16X25）AP05由表31得F03M/R由表5320得V107M/R则N318X107/85400M/R工时定额由表333得操作机床时间为002004003007006002001002003004064MIN由表334得测量工件时间为008008016MINT106401608MIN由表541得机动时间为T200500200301M/RT基LZ/NFAP0857MIN则T总T1T2T基175MIN铣85上顶面时切削用量AP35由表632得F02M/R由表6321得V120M/R则N318V/D318X120/85449M/R工时定额由表641得T2LWLF/FXN145MIN由表337得操作机床时间为083MIN由表338得测量工件时间为014MINT1227MINT351MINT415MINT基LZ/NFAP05MIN则T总T1T2T基687MIN钻2M6底孔25孔时；切削用量AP35由表731得F036M/R由表7311得V13M/R则N318V/D318X13/5826M/R工时定额T2LWLF/FXN01MIN由表339得装夹工件时间为017MIN由表3310得松开卸下工件时间为015MIN由表3312得测量工件时间为004MINT1076MINT347MINT415MIN则T总T1T2T基629MIN粗铣、半精铣85底平面时；粗铣时切削用量AP25由表632得F02M/R由表6321硬质合金铣刀铣削灰铸铁时V120M/R则N318V/D7632M/R工时定额由表641得T2LWLF/VF263MIN精铣时切削用量AP1由表632得F012M/R由表6321硬质合金铣刀铣削灰铸铁时V150M/R则N318V/D561M/R工时定额由表641得T2LWLF/VF35MIN由表337得操作时间为083MIN由表338得测量工件时间为014MINT1227MINT351MINT415MIN则T总T1T2T基8053MIN粗镗17内孔、半精镗、精镗20内孔时；粗镗时切削用量AP3由表821得F05M/RV80M/R则N318V/D14965M/R工时定额T2LWLF/VF003MIN半精镗时切削用量AP25由表632得F02M/RV100M/R则N318V/D16307M/R工时定额T2LWLF/VF004MIN精镗时切削用量AP05由表632得F015M/RV80M/R则N318V/D1590M/R工时定额T2LWLF/VF007MIN由表331得装夹工件时间为042MIN由表332得松开卸下工件时间为012MIN由表333得操作机床时间为002004003007006002001002003004064MIN由表334得测量工件时间为016MINT1134MINT356MINT415MIN则T总T1T2T基7262MIN攻M6螺纹孔时；切削用量AP25由表731得F027M/R由表7311得V15M/R则N318V/5318X15/5954M/R工时定额T2LWLF/FXN15MIN由表339得装夹工件时间为004MIN由表3310得松开卸下工件时间为005MIN由表3311得操作机床时间为032MINT1043MINT347MINT415MIN则T总T1T2T基6273MIN扩20孔时；切削用量AP25由表731得F027M/R由表7311得V15M/R则N318V/D318X15/202385M/R工时定额T2LWLF/FXN1MIN由表339得装夹工件时间为004MIN由表3310得松开卸下工件时间为005MIN由表3311得操作机床时间为032MINT1043MINT347MINT415MIN则T总T1T2T基6263MIN第二部分夹具设计说明书4M6的螺纹孔夹具工序尺寸精度分析由工序图可知此工序的加工精度要求不高，具体加工要求如下钻2M6底孔，无其它技术要求，该工序在摇臂钻床上加工，零件属成批量生产。定位方案确定根据该工件的加工要求可知该工序必须限制工件五个自由度，即X移动、X转动、Y转动、Y移动、Z转动，但为了方便的控制刀具的走刀位置，还应限制Z移动，因而工件的六个自由度都被限制，由分析可知要使定位基准与设计基准重合。选85外圆、底平面作为定位基准，以85外圆端面定位限制移动。具体结构如下1、选择定位元件由于本工序的定位面是85外圆、底平面,所以夹具上相应的定位元件选为一个定位孔和两个平面。定位误差分析计算分析计算孔的深度尺寸7的定位误差用85外圆表面定位，工件定位面是外圆表面，定位元件的定位工作面是85外圆面，定位基准是外圆母线，当工件外圆直径发生变化时其中心线在定位孔内左右移动。定位误差计算如下JB1/2TD1/2X002100105DB1/2DDMIN002100150023/200295DWJBDB004T/3所以满足要求。夹紧方案及元件确定（1）计算切削力及所需加紧力工件在加工时所受的力有加紧力J、切削力F和工件重力G，三者作用方向一至，由机床夹具设计手册表127得切削力的计算公式FX667DSKP667X7X700X650/7261083N7070实际所需加紧力与计算加紧力之间的关系为FKFXK由表122查得为115115FX124545N（2）设计钻套，连接元件及夹具体，钻模板由于此工件是成批量生产，固选用GB226480可换钻套，选用活动式钻模板。根据钻床T型槽的宽度，决定选用GB220680宽度B14，公差带为H6的A型两个定位键来确定夹具在机床上的位置。夹具体选用灰铸铁的铸造夹具体，并在夹具体底部两端设计出供T型槽用螺栓紧固夹具用的U型槽耳座。22镗床夹具设计20上偏差为0023下偏差为0的销孔镗床夹具又称镗模它主要用于加工相体，支架等工件上的单孔或孔系。镗模不仅广泛用于一般镗床和镗孔组合机床上也可以用在一般车床、铣床和摇臂钻床上，加工有较高精度要求的孔或孔系。镗床夹具，除具有定位元件、加紧机构和夹具体等基本部分外，还有引导刀具的镗套。而且还像钻套布置在钻模板上一样，镗套也按照被加工孔或孔系的坐标位置，布置在一个或几个专用的镗孔的位置精度和孔的几何形状精度。因此，镗套、镗模支架和镗杆是镗床夹具的特有元件。根据基准面重合的原则，选定底面定位基准，限制三个自由度，工序孔限制三个自由度，实现定位。由于定位基准是经过加工过的光平面，故定位元件等用夹具体把两个定位元件联成一体，工件放在上面，使重力与加紧方向一致。本夹具属于单支承前引导的镗床夹具，本就加以说明介绍。单支承前引导的镗床夹具，既镗套位于被加工孔的前方，介于工件与机床主轴之间，主要用于加工D3668820202525323240405050BD05D1D2D3D4D5D5B12333451234556814计算定位误差由于孔定位有旋转角度误差A,使加工尺寸产生定位误差和，应考虑较大值对加工尺寸的影响。两个方向上的1D2偏转其值相同。因此，只对一个方向偏转误差进行计算。MLTGXA06281507MAX2AX1MLTGLA630120753AX2AX1X11L721式中中心线与圆柱销中心线交点至左端面的距离中心线与圆柱销中心线交点至右端面的距离L2由于转角误差很小，不计工件左右端面的旋转对定位误差的影响，故MTGADL014628031221D37较大的定位误差尚小于工件公差的三分之一；此1D1304方案可取。2定位销高度的计算确定定位销高度时，要注意防止卡住现象，当安装比较笨重的工件时，不太可能将工件托平后同时装入定位销，而是将工件一边支在夹具支承面上，逐渐套入两销。这时，如定位销高度选择不当，将使工件卡在定位销边缘上而装不进去。避免产生卡住的最大高度，可按下列计算。定位装置为一面两销，定位销的最大工作高HMAX度为MDLX37960192150MINAX为了装卸工件方便，可使圆柱销低于35MM。结论通过本次的课程设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解，本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析、镗钻夹具的设计与分析，对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。扩（20上偏差为0018下偏差为0）孔夹具设计任务设计在成批生产条件下,在专用立式钻床上扩20孔的钻床夹具1、20可一次扩削保证该孔在轴线方向的设计基准是以钻套的中心线的，设计基准是以外圆与另一端面2、定位基准的选择工序结合面是已加工过的平面，且又是本工序要加工的孔的设计基准，按照基准重合原则选择它作为定位基准是比较恰当的。因此，选择结合面与外圆作为定位比较合理。3、切削力及夹紧力的计算刀具麻花钻，DW20MM,则F981545AP09AF074AE10ZD010FZ切削手册查表得D020MM,AE195,AF02,AP95MM,FZ106所以F981545250902074192201062079401N查表可得，铣削水平分力，垂直分力，轴向力与圆周分力的比值FL/FE08,FV/FE06,FX/FE053故FL08FE087940163521NFV06FE067940147640NFX053FE0537940142082N在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数KK1K2K3K4式中K1基本安全系数，25K2加工性质系数，11K3刀具钝化系数，11K2断续切削系数，11则F/KFH2511111163521211366N选用螺旋板夹紧机构，故夹紧力FN1/2F/F为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，F025则N0521136602552841N4、操作的简要说明在设计夹具时，为降低成本，可选用手动螺钉夹紧，本道工序的钻床夹具就是选择了手动螺旋板夹紧机构。由于本工序是粗加工，切削力比较大，为夹紧工件，势必要求工人在夹紧工件时更加吃力，增加了劳动强度，因此应设法降低切削力。可以采取的措施是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力。夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）5、工序精度分析在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。影响设计尺寸的各项误差分析1、重合,故产生定位误差。定位尺寸公差02MM，在加工尺WDI寸方向上的投影，的方向与加工方向是一致的，所以02MM,因BJ为平面定位。所以0YJ故MBJWD22、垂直度所引起的夹具安装误差，对工序尺寸的影响均小，既可以忽略不计。面到钻套座孔之间的距离公差，按工件相应尺寸A公差的五分之一，。M02通常不超过0005MM。偏移TMHSBTXS079523032用概率法相加总误差为MAT089137079504222098137MM02MM从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。精车外圆夹具的设计85上偏差为005下偏差为015问题的提出夹具的种类很多，有通用夹具，专用夹具和组合夹具等，本夹具是用来车削粗车和半精车轴的外圆，由于本零件比较特殊，为了使定位误差为零，我们设计基准为轴顶尖位置，作为主要的基准。在刀具方面我们选用硬质合金车刀刀具加工。确定定位方案，设计定位元件工件上的加工为车削轴的外圆，故应按完全定位设计夹具，并力求遵守基准重合原则，以减少定位误差对加工精度的影响，所以根据轴本身的加工特点来选择定位的方式。我们选择用两边的顶尖夹紧，来实现定位加工。夹紧力计算计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在车削加工过程中切削力为圆周切削分力，因此，在计算夹紧力时可以不计算径向切削分力和轴向切削分力。为保证夹紧可靠，应将理论夹紧力乘上安全系数作为工件加工时所需要的夹紧力。即，即，其中，KPWZKKWK6543210KK查机床夹具设计手册表121得；115；52；，所以2691。查机床夹具013340156设计手册表127得，表128得，其中15072943VTSPZ，查机床夹具设计手册表121得RPPMPPKK；，所以96073NBO17PP01PKRP19。所以因此，实际所需要的486405231505Z夹紧力为。269140MNWK由于两端是顶尖装夹，左顶尖直接装夹在机床尾座上，右顶尖装夹在机床主轴上，所以加紧力是满足要求的。绘制夹具总体图如下当上述各种元件的结构和布置确定之后，也就基本上决定了夹具体和夹具整体结构的型式。绘图时先用双点划线（细线）绘出工件，然后在各个定位面绘制出定位元件和夹紧机构，就形成了夹具体。并按要求标注夹具有关的尺寸、公差和技术要求。3夹紧装置设计3535的方孔本夹具主要用来铣十字头方孔。由于加工本道工序的工序简图可知。铣十字头方孔时，粗糙度要求，十字头上平面与下63ARM平面有平行度要求,并与工艺孔轴线分别垂直度的要求，本道工序是对十字头方孔进行加工。因此在本道工序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。321定位基准的选择由零件图可知工艺孔的轴线所在平面有垂直度的要求，从定位和夹紧的角度来看，本工序中，定位基准是下平面与外圆，设计基准也是要求保证方孔应与上,下两平面的垂直度要求，定位基准与设计基准重合，不需要重新计算上下平面的垂直度，便可保证垂直度的要求。在本工序只需保证下平面放平就行，保证下平面与两定位板正确贴合就行了。为了提高加工效率，现决定用两把铣刀垂直的方孔面同时进行粗精铣加工。同时进行采用手动夹紧。322定位元件的设计本工序选用的定位基准为外圆与平面定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面与V型。因此进行定位元件的设计主要是对V型和压头进行设计。323定位误差分析本夹具选用的定位元件为一面与V型块定位,不存在定位误差可见这种定位方案是可行的。324铣削力与夹紧力计算本夹具是在铣床上使用的，用于定位压头螺钉的不但起到定位用，还用于夹紧，为了保证工件在加工工程中不产生振动，必须对压头施加一定的夹紧力。由计算公式FJFSL/D0TG1/2RTG2式（32）FJ沿螺旋轴线作用的夹紧力FS作用在六角螺母L作用力的力臂MMD0螺纹中径MM螺纹升角1螺纹副的当量摩擦2螺杆或螺母端部与工件或压块的摩擦角R螺杆或螺母端部与工件或压块的当量摩擦半径根据参考文献6其回归方程为FJKTTS其中FJ螺栓夹紧力N；KT力矩系数CM1TS作用在螺母上的力矩NCM；FJ5200010000N325夹具体槽形与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台U形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。根据参考文献11定向键的结构如图37所示。图37定向键根据参考文献11夹具U型槽的结构如图38所示。图38U型槽主要结构尺寸参数如下表35所示。表35U型槽的结构尺寸螺栓直径DD1DL12143020对刀装置由对刀块来实现，用来确定刀具与夹具