杠杆臂零件钻夹具及工艺规程设计毕业论文设计初稿.docx
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杠杆臂零件钻夹具及工艺规程设计毕业论文设计初稿
本科毕业论文
机床杠杆臂钻夹具及机械加工工艺规程设计
院部：
机电工程系
专业：
机械设计及其自动化
姓名：
指导教师：
二〇一三年四月
毕业论文诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业论文《机床杠杆臂钻夹具及机械加工工艺规程设计》是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。
论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。
本声明的法律结果由本人独自承担。
毕业论文作者签名：
陈伟
2013年4月8日
摘 要
本文主要介绍杠杆臂、机械加工工艺规程设计、翻转式钻床夹具以及金属切削机床等方面的知识。
杠杆臂加工工艺规程及其钻孔的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。
在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺机床设计的重点是选定零件翻转式钻床夹具在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；然后对零件各个工步的工序进行尺寸计算，确定各个工序的工艺装备及切削用量，然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。
【关键字】杠杆臂，工艺，钻夹具，切削用量，夹紧，定位
Abstract
Thispapermainlyintroducesthetechnicalregulationsoftheleverarm,mechanicaldesign,tiltingdrillingfixtureandmetalcuttingmachinetoolsandotheraspectsofknowledge.
Focusonthedesignofmachinetoolisselectedpartsoftiltingdrillingfixtureintheprocessdesignshouldfirstofallpartsforanalysis,tounderstandthepartsoftheprocesstodesignblankstructure,andchoosethegoodpartsmachiningdatum,designapartoftheprocessroute;andthenthepartsofeachstepofprocessdimensioncalculation,isthekeytodecideprocessequipmentandcuttingofvariousprocessamount,thendesignspecialfixturefixturedesign,selectionofthevariouscomponents,suchastheconnectingpartpositioningelement,clampingelements,guidingelements,fixtureandmachinetoolsandothercomponents;calculatefixturewhengenerating
Thepositioningerroranalysis,rationalityandshortcomingofthefixturestructure,payattentiontoimproveanddesigninlater.
Keywords:
leverarm,process,fixture,cuttingdosage,clamping,positioning
第一章前言………………………………………………………………………………1
第二章零件分析…………………………………………………………………………2
2.1零件作用…………………………………………………………………2
2.2零件的工艺分析…………………………………………………………2
第三章工艺规程设计……………………………………………………………………4
3.1确定毛坯的制造形式……………………………………………………4
3.2基面的选择………………………………………………………………4
3.3制定工艺路线……………………………………………………………4
3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定………………………..5
3.5确定切削用量……………………………………………………………5
3.6确定基本工时…………………………………………………………12
第四章夹具设计………………………………………………………………………16
4.1夹具的工作原理与结构设计…………………………………………16
4.2夹具的使用方法………………………………………………………17
4.3夹具与翻转式钻床的固定……………………………………………17
4.4定位误差分析………………………………………………………17
4.5铣削力与夹紧力计算………………………………………………18
第五章翻转式钻床夹具零件的具体设计……………………………………………19
5.1钻床夹具的概括………………………………………………………19
5.2夹具零件的设计………………………………………………………20
5.3夹具体的设计………………………………………………………20
5.4定位销的设计………………………………………………………21
5.5钻模板以及钻套的设计………………………………………………21
第六章总结……………………………………………………………………………27
参考文献……………………………………………………………………………………28致谢………………………………………………………………………………………29
第一章前言
机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。
它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。
在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。
而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。
它们的研究对机械工业有着很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。
本次对于拨叉加工工艺及夹具设计的主要任务是：
1完成拨叉零件加工工艺规程的制定；
2完成钻孔专用夹具的设计。
希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力，为以后的工作打下良好的基础。
第二章零件分析
2.1零件的作用
课题给出的零件是机床的杠杆臂。
它的主要的作用是实现机床工作部件启起、停止、变速、变向、操纵机构中的传动装置。
要求该零件有足够的强度和刚度，尺寸精度，形状精度，是机床操纵机构中重要零件，影响机床操纵动作及控制机构装置运动的准确性。
2.2零件的工艺分析
对零件进行工艺分析就是研究、审查零件的结构工艺性。
零件设计是否满足加工的工艺性和经济性要求。
图2.1杠杆臂零件产品图
该零件的材料为QT500，球墨铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，强度刚度好、以下是杠杆臂零件需要加工表面以及加工表面的位置要求。
该零件是机床操纵结构中一个重要零件，根据产品零件图1.1分析，有四个面需加工（即A,B,C,D面），2个垂直平面铣削，3个通孔需钻铰加工（即Ø10+0.1Ø22+0.28Ø13+0.12）。
根据产品图尺寸及公差和形状公差要求，用普通铣床和钻床即能保证该零件的加工。
第三章工艺规程设计
3.1确定毛坯的制造形式
零件的材料QT500。
由于年产量为4000件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故采用铸造加工工艺，适合大批生产的金属型模铸造。
铸造后，及时时效处理，以消除内应力。
3.2基准的选择
（1）粗基准的选择以杠杆臂铸造件上表面A面为粗基准定位加工铸件下表面D面。
（2）精基准的选择以加工铸件下表面D面为精基准定位加工杠杆臂零件上表面A面和C面，保证零件尺寸25mm,以加工铸件下表面D面为精基准定位加工杠杆臂零件小端的上表面。
以杠杆臂小端为精基准定位加工小端的下表面，保证尺寸12mm。
翻转杠杆臂以杠杆臂大端上表面为精基准加工大端下表面，保证尺寸39.5±0.5。
3.3确定工艺路线
表2.1工艺路线方案
工序号
工序名称
工序内容
10
制造金属模
做木模，加工外表面每边放加工余量1.5mm，
20
铸造
铸造杠杆臂，铸件表面应清除毛刺、披缝及粘砂等。
30
铸造
检验铸件是否合格和有关尺寸是否正确，不加工处涂上放透漆，放置时效处理一个月。
40
铣端面D
以小端上底面A面做粗基准定位，加工大端面的底面D面
50
铣端面A,C
以大端的底面D面做精基准定位，加工大、小上表面A,C面
60
金工
以小端的上端A面做精基准，加工下端面D面保证尺寸39.5±0.5
70
钻ø20孔
打样冲，钻孔ø20（大端ø22孔）
80
金工
扩镗孔为ø21.8mm
90
金工
铰孔为ø22+0.28，粗造度为1.6
100
金工
以ø22+0.28mm和大端面D定位钻ø10的孔
110
金工
将钻夹具翻转90°，钻ø13的孔
120
金工
总检杠杆臂的所有尺寸。
3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
杠杆的材料是QT500球墨铸铁，毛坯的重量0.85kg，生产类型为大批生产。
由于毛坯用采用金属模铸造,毛坯尺寸的确定如下：
由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。
毛坯与零件不同的尺寸有：
（见零件图2.1）故台阶已被铸出,根据参考文献[12]的粗加工：
加工余量1mm，精铣的加工余量为0.5mm。
3.5确定切削用量
工序40：
粗、精铣ø22孔下平面D面
工步1：
粗铣ø22孔下平面D面
加工条件：
工件材料：
QT500，铸造。
机床：
X52K立式铣床。
刀具：
硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：
，，齿数。
因其单边余量：
Z=1mm
所以铣削深度ap=1mm
每齿进给量：
取铣削速度。
机床主轴转速：
（式1）
式中V—铣削速度；
d—刀具直径。
由式2.1机床主轴转速：
取
实际铣削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
：
工步2：
精铣ø22+0.28孔下平面D面
加工条件：
工件材料：
HT200，铸造。
机床：
X52K立式铣床。
刀具：
高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：
，，齿数12。
精铣该平面的单边余量：
Z=0.2mm
铣削深度：
=0.2mm
每齿进给量：
取
铣削速度：
取
机床主轴转速：
取
实际铣削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
工序3：
粗精铣宽度为42mm的下平面
（1）粗铣宽度为42mm的下平面
加工条件：
工件材料：
QT500，铸造。
机床：
X52K立式铣床。
刀具：
硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：
，，齿数。
因其单边余量：
Z=1mm
所以铣削深度：
ap=1mm
每齿进给量：
取铣削速度。
由式2.1得机床主轴转速：
取
实际铣削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
：
被切削层长度：
由毛坯尺寸可知，
刀具切入长度：
（式2）
刀具切出长度：
取
走刀次数为1
（2）精铣宽度为42mm的下平台
加工条件：
工件材料：
QT500，铸造。
机床：
X52K立式铣床。
刀具：
高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：
，，齿数12。
精铣该平面的单边余量：
Z=0.5mm
铣削深度：
ap=0.5mm
每齿进给量：
取
铣削速度：
取
机床主轴转速，由式（2.1）有：
取
实际铣削速度：
进给量，由式（2.3）有：
工作台每分进给量：
被切削层长度：
由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：
精铣时
刀具切出长度：
取
走刀次数为1
工序70,钻ø22+0.28孔
工件材料为QT500。
孔的直径为ø22+0.28，公差为H7，表面粗糙度。
加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：
钻孔——Φ22mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ21.8mm标准高速钢扩孔钻；铰孔——Φ25mm标准高速铰刀。
选择各工序切削用量。
（1）确定钻削用量
1）确定进给量：
，由于孔深度比，，故
。
查Z535立式钻床说明书，取。
钻头强度所允许是进给量。
由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），允许的进给量。
由于所选进给量远小于及，故所选可用。
2）确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率由插入法得：
，
，
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。
，，故
查Z535机床说明书，取。
实际切削速度为：
，故
3）校验机床功率切削功率为
机床有效功率
故选择的钻削用量可用。
即
d0=20,，，
相应地
，，
（2）确定扩孔切削用量
1）确定进给量取=0.57mm/r。
2）确定切削速度及取。
修正系数：
，
故
查机床说明书，取。
实际切削速度为
（3）确定铰孔切削用量
1）确定进给量，按该表注4，进给量取小植。
查Z535说明书，取。
2）确定切削速度及取，得修正系数，
故
查Z535说明书，取，实际铰孔速度
（4）各工序实际切削用量根据以上计算，各工序切削用量如下：
钻孔：
d0=ø20mm，，，
扩孔：
d0=ø21.8mm，，，
铰孔：
d0=ø22+0.28mm，，，
工序110：
钻Ф13+0.12孔
孔的直径为12.7mm，，表面粗糙度Ra=12.5um。
加工机床为Z535立式钻床，钻孔——Φ12.7mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ13+0.12mm标准高速钢扩孔钻。
选择各工序切削用量。
（1）确定钻削用量
1）确定进给量
，由于孔深度比，，故
。
查Z535立式钻床说明书，取。
钻头强度所允许是进给量。
由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），允许的进给量。
由于所选进给量远小于及，故所选可用。
2）确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率由插入法得：
，
，
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。
，，故
查Z535机床说明书，取。
实际切削速度为：
，故
3）校验机床功率切削功率为
机床有效功率
故选择的钻削用量可用。
即
do=12.7，，，
相应地
，，
（2）确定扩孔切削用量
1）确定进给量根据Z535机床说明书，取=0.57mm/r。
2）确定切削速度及取。
修正系数：
，
故
故取。
实际切削速度为
3.6确定基本工时
（1）粗铣、精铣Φ22+0.28孔下平面（D面）
加工条件：
工件材料：
QT500铸铁，200MPa
机床：
X525K机床
刀具：
高速钢镶齿套式面铣刀
粗铣的切削工时
被切削层长度：
由毛坯尺寸可知=44mm，
刀具切入长度：
刀具切出长度：
取
走刀次数为1
机动时间：
===0.184min
可查得铣削的辅助时间
精铣的切削工时
被切削层长度：
由毛坯尺寸可知=40mm
刀具切入长度：
精铣时=7mm
刀具切出长度：
取
走刀次数为1
机动时间：
==0.184min
可查得铣削的辅助时间
总铣削工时t=tj1+tf1+tj2+tf2时=0.184+0.41+0.184+0.41=0.188min
（2）钻孔
加工条件：
工件材料：
QT500铸铁，200MPa
机床：
Z535立式钻床
刀具：
钻孔——标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——标准高速钢扩孔钻；铰孔——标准高速铰刀
钻孔工时：
切入3mm、切出1mm，进给量，机床主轴转速，
铰孔：
，，，
=（30+3+1）/0.43×195=0.41min
可查得钻削的辅助时间
扩孔工时：
切入3mm、切出1mm，进给量，机床主轴转速
=（30+3+1）/0.57×275=0.22min
可查得钻削的辅助时间
铰孔工时：
切入3mm、切出1mm，进给量，机床主轴转速
=（30+3+1）/1.6×100=0.21min
可查得钻削的辅助时间
（3）粗精铣宽度为42mm的下平台
工件材料：
QT500，金属模铸造
加工要求：
粗铣宽度42mm的下平台，精铣宽度为30mm的下平台达到粗糙度3.2。
机床：
X52K立式铣床
刀具：
高速钢镶齿式面铣刀
计算切削工时
粗铣宽度为42mm的下平台
进给量f=3mm/z，切削速度0.442m/s，切削深度1.9mm，走刀长度是2×25mm。
机床主轴转速为37.5z/min。
切削工时：
=50/（37.5×3）=0.444min。
铣削的辅助时间
精铣宽度为30mm的下平台
进给量f=3mm/z，切削速度0.442m/s，切削深度0.1mm，走刀长度是2×25mm。
机床主轴转速为37.5z/min。
切削工时：
=50/（37.5×3）=0.444min。
铣削的辅助时间
（4）钻孔Φ13+0.12
工件材料：
HT200，金属模铸造，
加工要求：
粗糙度要求，
机床：
Z535立式钻床
刀具：
高速钢钻头Φ12.7，
计算基本工时
孔Φ12.7的内表面。
进给量f=0.64mm/z，切削速度0.193m/s，切削深度是1.5mm，机床主轴转速为195r/min。
走刀长度是36mm。
基本工时：
=2×36/（0.64×195）=0.58min。
钻削的辅助时间
用Φ13扩孔Φ12.7的内表面。
进给量f=0.64mm/z，切削速度0.204m/s，切削深度是0.5mm，机床主轴转速为195r/min。
走刀长度是36mm。
基本工时：
=2×36/（0.64×195）=0.58min。
钻削的辅助时间
第四章夹具设计
4.1.夹具的工作原理与结构设计
4.1.1定位方案与定位元件：
为了满足杠杆臂的需要，使杠杆臂左右两端底面定位固定，因不同零件存在一定的误差，应使杠杆臂被加工两孔轴线与钻模板轴线的重合，所以将钻模板固定，又因零件要求为垂直距离，所以设计右端平面固定，左端设置螺旋辅助支撑2进行左右两端垂直距离的调整定位。
使其孔轴线与钻模板轴线重合。
（如图4.2所示）
4.1.2夹紧机构：
防止钻孔时零件晃动，应对杠杆臂的两端底面以及前后移动进行定位固定，所以在右端设计定位销7、开口垫圈6、夹紧螺母5对零件零件进行固定；定位销7通过垫圈16和六角螺母15固定于夹具体上。
4.1.3其他辅助设备：
考虑到零件加工存在误差，所以设计螺旋辅助支撑2可以上下升降，使所有零件都能使左右两端面同时得到固定，为防止误差使加工时上下颠簸，设置锁紧螺母1对螺旋辅助支撑进行锁紧，防止钻孔时辅助支撑受力太大而下降影响加工。
设计可调支撑钉11为防止钻孔时零件前后移动，影响加工精度；设计锁紧螺母10，方便了可调支撑钉11的前后移动，提高了定位固定的精度。
设计定位体17为了使零件右端底面固定精度更高。
（如图4.2所示）图4.1定位零件、固定零件和其他辅助零件
图4.2定位零件、固定零件和其他辅助零件
4.2夹具的使用方法
被加工零件放在夹具体上时以右端底面与夹具体接触面重合为基准，将被加工零件右端底面放在平面上，调整螺旋辅助支撑2使零件左右底面同时接触夹具，拧紧锁紧螺母1是螺旋辅助支撑固定；调整可调支撑钉11使被加工零件的垂直孔轴线与钻套轴线重合，拧紧定位销7使零件固定于夹具体上。
4.3夹具与翻转式钻床的固定
夹具加紧杠杆臂后，加工的时候将承受向下、向内的力以及钻孔时的旋转力，夹具将会受力而产生直线以及旋转运动，所以夹具固定在钻床上应受到约束，是夹具加紧零件加工时，不因受力而产生位移，影响加工精度，所以对家具的下面以及左面进行固定。
4.4定位误差分析
本夹具选用的定位元件为一面两销定位。
其定位误差主要为：
销与孔的配合0.05mm，铣/钻模与销的误差0.02mm，铣/钻套与衬套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
可见这种定位方案是可行的。
4.5夹紧力计算
本夹具是在钻床上使用的，用于定位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“17”六角螺母和”11”螺母螺钉施加一定的夹紧力。
由计算公式
Fj=FsL/（d0tg（α+ψ1’）/2+r’tgψ2）（式3.2）
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（mm）
d0－螺纹中径（mm）
α－螺纹升角（゜）
ψ1－螺纹副的当量摩擦（゜）
ψ2－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
Fj＝ktTs
其中Fj－螺栓夹紧力（N）；
kt－力矩系数（cm－1）
Ts－作用在螺母上的力矩（N.cm）；
Fj=5×2000=10000N
第五章：
翻转式钻床夹具零件的具体设计
5.1钻床夹具的概括
钻床夹具的特点
1）保证工件的加工精度
专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸，公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。
2）提高生产效率
专业夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应，应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的高效夹紧装置，以缩短辅助时间，以提高生产效率。
3）工艺性好
专用夹具的结构简单，合理，便于加工，装配，检验和维修。
专用夹具的生产属于批量生产
4）使用性好
专用夹具的操作应简单，省力，安全可
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