機械畢業(yè)設(shè)計-法蘭夾具設(shè)計零件

1 前 言 機械制造工藝課程設(shè)計使我們學(xué)完了機械制造技術(shù)，機械制造裝備設(shè)計，機械制造工藝學(xué)等課程，進行了生產(chǎn)實習(xí)之后，所進行的一個重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其主要目的是讓學(xué)生不所學(xué)的工藝?yán)碚摵蛯嵺`知識在實踐的工藝，夾具設(shè)計中綜合地加以應(yīng)用，進而得以加深和發(fā)展，提高學(xué)生分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力，為以后搞好畢業(yè)設(shè)計和從事工作奠定了一定基礎(chǔ)。通過本次課程設(shè)計，我們在下述方面可以得以鍛煉： 1) 能熟練的運用機械制造工藝學(xué)及相關(guān)課程的基本理論，以及在生產(chǎn)實習(xí) 中所學(xué)到的實踐知識，正確的分析和解決一個零件在加工中的定位，加緊和 工藝路線地合理擬定等問題，從而保證零件制造的質(zhì)量，生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。 2) 通過夾具的工藝，進一步提高了我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，你能夠根據(jù)被加工零件的加工要求設(shè)計出高效省力，既經(jīng)濟合理有能保證質(zhì)量的夾具。 3) 進一步提高我們的計算設(shè)計制圖能力，能比較專業(yè)熟練地查閱和使用各種技術(shù)資料。 4) 在設(shè)計制造中培養(yǎng)我們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和獨立的工作能力。 在設(shè)計中，由于理論知識和實踐經(jīng)驗不足，設(shè)計中的不妥之處，敬請老師批評指正。 2 一、 零件的分析 （一）零件的功用： 機械制造工藝設(shè)計我們組的零件是法蘭，法蘭的種類很多，用途也很廣。法蘭 的一端可以是封閉的，用于變速箱用于變速箱主軸側(cè)面，阻止外界灰塵進入箱體內(nèi)，也可用于固定軸承，起到軸向定位的作用，本例中的法蘭，其內(nèi)部有 90 的螺紋可以起到定位軸的零件作用，外圓 和一端面均有 配合要求， 9 和 4- 起到固定法蘭的作用。 （二）零件的工藝分析： 由零件圖可以看出，該法蘭的結(jié)構(gòu)不是很復(fù) 雜，加工表面也不多，加工精度要求也不大，但主要注意其位置精度要求。 下面將主要表面分為四部分，見圖 1 1、以內(nèi)孔為中心的一組加工面： 這組加工面包括： 94 孔、 紋孔及其倒角。 2、以外圓為中心的一組加工面： 這組加工面包括： 外圓、 134 及其倒角。 3、以 120 定位的兩個孔 這組加工面包括： 9 孔和 4- 孔。 4、左右端面： 這組加工面包括： 9 的端面和 4- 表面的端面和 的端面。 以上各表面的主要技術(shù)要求如下： 3 1、 94 孔的表面粗糙度為 紋的表面粗糙度為 2、外圓 軸度要求 為 角為1 45， 134 面粗糙度為 3、 4- 端面與軸心線有位置 要求。其 4、孔 4- 9 零件要求調(diào)質(zhì) 5，其坯重為 由分析可知，四組加工表面可以選擇其中一組表面為粗基準(zhǔn)進行加工，然后再以加工過的表面為精基準(zhǔn)加工其他各組表面，并保證他們之間的相互位置精度。 二、 零件的工藝規(guī)程設(shè)計 （一）確定零件的生產(chǎn)類型： 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為： N=Q n（ 1+a%）（ 1+b%） (件 /年 ) 其中，產(chǎn)品年產(chǎn)量 Q 為臺 /年 , 每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量為 n 件 /臺，零件備品率為 a%，零件廢品率為 b%。從初始資料和計算結(jié)果可知，該零件為中批生產(chǎn)。 （二）確定零件毛坯的制造形式： 零件為 45 鋼，在工作時法蘭在某些場面要經(jīng)常正反轉(zhuǎn)，與接觸表面受摩擦作用，所以零件在工作過程中受到交變載荷和沖擊載荷，要求有較高的強度，因此應(yīng)該選擇鍛件毛坯。由于零件的輪廓尺寸不4 大，生產(chǎn)綱領(lǐng)達到中批生產(chǎn)水平，可以采用模鍛成 型，這對于提高生產(chǎn)率，減少切削加工的勞動量，保證加工精度，都是有利的。 (三 )擬定零件的機械加工工藝路線： 1、定位基準(zhǔn)的選擇： 定位基準(zhǔn)的選擇是擬定零件的機械加工路線，確定加工方案中首先要做的重要工作?；孢x擇正確、合理與否，將直接影響工件的技工質(zhì)量和生產(chǎn)率。在選擇定位基準(zhǔn)時，需要同時考慮一下三個問題： （ 1）以哪一個表面作為加工時的精基面或統(tǒng)一基準(zhǔn)，才能保證加工時精度，使整個機械加工工藝過程順利地進行。 （ 2）為加工上述精基面或統(tǒng)一基準(zhǔn)，應(yīng)采用哪一個表面作為精基面。 （ 3）是否有個別工序為了特殊的加工 要求，需要采用統(tǒng)一基準(zhǔn)以外的精基面。 另外，我們還應(yīng)從粗精基準(zhǔn)選擇的基本原則為出發(fā)點： a“基準(zhǔn)重合”原則。應(yīng)盡量選擇被加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)為精基準(zhǔn)。 b.“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則。應(yīng)選擇多個表面加工都能使用的表面作為基準(zhǔn)。 c.“互為基準(zhǔn)”原則。當(dāng)兩個表面相互位置精度和其自身尺寸及形狀精度都要求很高時，可互為基準(zhǔn)，反復(fù)進行加工。 d.“自為基準(zhǔn)”原則。在光整加工或某些精加工工序中，要求余量小且均勻，應(yīng)盡量選擇加工表面本身作為基準(zhǔn)。 5 2、粗基準(zhǔn)選擇： 要表面的余量均勻，應(yīng)選擇該表面作為粗基準(zhǔn)。 盡可能平整光潔，不能有飛邊。澆冒口及其他缺陷，以保證定位準(zhǔn)確可靠。 . 再重復(fù)使用。 精基面選擇：根據(jù)精基面的選擇原則。選擇精基面時，首先應(yīng)考慮基準(zhǔn)重合問題，即在可能的情況下，應(yīng)盡量選擇螺紋孔和端面作為精基準(zhǔn)。根據(jù)該工件的特點和加工要求，選擇螺紋孔和端面作為精基面。加工 ， 94， 134， 20 5 120 等主要尺寸以螺紋孔和右端面作為精面。這樣才能實現(xiàn)同軸度和位置的要求。對于 4 有相互位置要求，加工笫一個孔時應(yīng)以螺紋孔和右端面為精 基準(zhǔn)。其余三個孔應(yīng)以螺紋孔和已加工出的孔作為精基準(zhǔn)，實現(xiàn)周向定位。 粗基面選擇：為了加工出上述精基面，很顯然，應(yīng)以外圓和一個端面作為粗基面，鏜，半精鏜內(nèi)孔。 零件各表面加工方法和方案的選擇，首先要保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，另外還需考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟方面的要求，在選擇時，應(yīng)根據(jù)各種加工方法的特點及其經(jīng)濟加工精度和表面粗糙6 度，結(jié)合零件的特點和技術(shù)要求，慎重決定。 該工件毛壞經(jīng)模鍛成型，根據(jù)表 2知孔已鍛出。金屬加工工藝及工裝設(shè)計黃如林主編。其各表面加工方法選擇如下： 94孔， 90 螺紋孔 粗鏜 精鏜； 各外圓表面 粗車 精車； 9 ， 4 鉆 鉸； 9 0 1 螺紋孔 車螺紋。 3、零 件各表面加工順序的確定： 1）加工階段的劃分：為達到規(guī)定的技術(shù)要求，該法蘭盤的加工可分為如下三個加工階段： 外圓，端面，內(nèi)孔； 精車后為主要精基準(zhǔn)，精車，外圓，端面； 端面和 9 孔定位，加工另外三個孔。 對于精度要求很高，表面粗糙度參數(shù)值要求很?。?6 6上，m ）的零件，還需要專門精度和減小表面粗糙度為主，一般不用糾正形狀精度和位置精度。 2）加工工序的安排： 據(jù)機械加工順序安排時應(yīng)遵循的原則，考慮到該工件的具體特點，先安排外圓，端面，內(nèi)孔的加工。由于螺紋內(nèi)孔是主要精基準(zhǔn)，又由于車螺紋后作為定位基準(zhǔn)，會破壞螺紋，須以精加工后的未車螺紋之前的內(nèi)孔作為主要精基準(zhǔn)，精車外圓，端面，然后加工出一個孔，最后加工出四個孔。 7 于毛坯為模鍛件，在機械加工之前，首先安排正火處理，以 消除鍛造應(yīng)力，改善切削性能。在粗加工后，安排第二次熱處理 調(diào)質(zhì)處理，以獲得均勻細(xì)致的回火索氏體，提高零件的綜合力學(xué)性能。 驗工序：在熱處理工序后安排中間檢驗工序，最后安排終結(jié)檢驗工序。在終檢前應(yīng)安排清洗工序，最后將零件油封，入庫。 3）工序的組合： 在確定加工順序后，根據(jù)該工件的生產(chǎn)規(guī)模以及工件的結(jié)構(gòu)特點與技術(shù)條件，為了盡可能地減少工件的安裝次數(shù)，在一次安裝中加工多個表面，以便于保證高的表面相互位置精度，考慮使用通用機床配以專用夾具，并采用工序集中的原則來組合工序。 工序集中和分散各有 特點，應(yīng)根據(jù)零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)，技術(shù)要求，現(xiàn)場的生產(chǎn)條件和產(chǎn)品的發(fā)展情況來綜合考慮。一般情況下，單件小批生產(chǎn)適于采用工序集中的原則。而大批量生產(chǎn)則可以集中，也可以分散。由于數(shù)控機床，加工中心，柔性制造系統(tǒng)等的發(fā)展，今后發(fā)展趨向于采用工序集中且柔性較高的原則來組織生產(chǎn)。 零件法蘭由于是中批生產(chǎn)，又考慮到該零件結(jié)構(gòu)特點，選用通用機床配以夾具，這樣得到零件的工藝路線如下： （ 1）下料； （ 2）鍛造毛坯； （ 3）正火； 8 （ 4）粗車小端外圓，端面，鏜孔及倒角； （ 5）粗車大端外圓，端面，鏜孔及倒角； （ 6）調(diào)質(zhì)處理； （ 7）檢驗； （ 8）精車各檔外圓，端面，倒角，攻螺紋； （ 9）鉆 孔，锪 孔直到 9； （ 10）清洗； （ 11）檢驗； （ 12）油封，入庫。 以上工藝過程詳見機械加工工藝過程卡和工序卡片。 （四）確定加工余量： 合理選擇加工余量對零件的加工質(zhì)量和整個工藝過程的經(jīng)濟性都有很大影響。余量過大，則浪費材料及工時，增加機床和刀具的消耗；余量過小，則不能去掉加工前存在 的誤差和缺陷層，影響加工質(zhì)量，造成廢品。所以合理確定加工余量是一項很重要的工作。故應(yīng)在保證在保證加工質(zhì)量的前提下盡量減少加工余量。確定工序加工余量的方法有以下三種： 1）分析計算法； 2）查表修正法； 3）經(jīng)驗估算法。 工藝路線確定后，就要計算各個工序加工時所應(yīng)能達到的工序尺寸及其公差的確定與工序余量的大小，工序尺寸的標(biāo)注方法，基準(zhǔn)選9 擇中間工序安排等密切相關(guān)，是一項繁瑣的工作，但就其性質(zhì)和特點而言，一般可以歸納為以下兩大類： 表面本身各次加工工序尺寸的計算。對于這類簡單的工序尺 寸，當(dāng)決定了各工序間余量和工序所能達到的加工精度后，就可計算各工序的尺寸和公差。計算順序是從最后一道工序開紿，由后向前推。 零件的加工過程中，為了加工和檢驗方便可靠或由于零件表面的多次加工等原因，往往不能直接采用設(shè)計 毛坯圖 10 基準(zhǔn)作定位基準(zhǔn)，出現(xiàn)基準(zhǔn)不重合的情況。形狀較復(fù)雜的零件在加工過程中需要多次轉(zhuǎn)換定位基準(zhǔn)，這時工藝尺寸的計算就比較復(fù)雜，應(yīng)利用尺寸鏈原理進行分析和計算，并對工序間余量進行必要的驗算，以確定工序尺寸及其公差。 機械加工余量對工藝過程有 一定的影響，余量不夠，不能保證零件的加工質(zhì)量，余量過大，增加機械加工勞動量，而且增加了材料。刀具能源的消耗，從而增加了成本，所以必須合理安排加工余量。 根據(jù)零件毛坯條件：材料為 45 鋼，硬度為 產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，采用在鍛模毛坯。 1、本設(shè)計采用查表修正法和經(jīng)驗估計法相結(jié)合確定各加工表面的機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸。 （ 1） 外圓表面加工余量 小端外圓長度 工表面公差等級為 面粗糙度 鍛造時外徑加工余量按 110f 外圓查表得：精車 ，2Z=車可以達到該公差等級，按照“入體原則”，粗車 ，2Z=坯 117 2， 2Z=72 。 （ 2）軸向長度方向加工余量，左、右端面及中間臺階面的加工。 余量查表得 Z=31 ，故毛坯總長為 26 2端臺階長為 2 （ 3）內(nèi)孔表面加工余量。工件內(nèi)孔為螺紋孔和光孔。由于 94 和90 相差較小，故鍛造時取統(tǒng)一內(nèi)徑，加工余量按 94 內(nèi)孔查表得：車螺紋 2Z=鏜內(nèi)孔 2Z=鏜內(nèi)孔 86，11 2Z=8；毛坯 2， 2Z=9 2，毛坯圖見 1余各表面加工余量及工序尺寸詳見工序卡片。 2、確定各工序所用機床及工藝裝備： 零件的加工精度和生產(chǎn)率在很大程度上是由使用的機床所決定的。在設(shè)計工藝規(guī)程時，主要是選擇機床的種類和型號。選擇時參考有關(guān)手冊，產(chǎn)品樣本。選擇工藝裝備即選擇夾具、刀具、量具等，在選擇時應(yīng)考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)類型及生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)；產(chǎn)品的通用化程度及產(chǎn)品的壽命周期；現(xiàn)由設(shè)備、工藝規(guī)程的特點等情況。 由于該工件生產(chǎn)規(guī)模為中批生產(chǎn)，根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求，選用通用機床余 專用夾具較為合適。具體的選擇如下： （ 1）粗車各檔外圓、端面，鏜孔及倒角。選用 通車床。夾具：三爪卡盤。 （ 2）精車 134端面。選用 通車床。夾具：專用心軸。 （ 3）精車左端面及 用 通車床。夾具：心軸。 （ 4）鉆鉸 。選用 具：專用夾具。 （ 5）锪 9。選用 具：專用夾具。 另外刀具的選擇主要取決于各工序的加工方法、工件材料、加工精度、所用機床性能，生產(chǎn)率及經(jīng)濟性等。量具主要根據(jù)生產(chǎn)類型和所要求檢驗的精度來選擇。其選擇的型號詳見工序卡片。 3、確定切削用量及工時定額： 12 切削用量應(yīng)在機床、刀具、加工余量等確定以后，綜合考慮工序的具體內(nèi)容、加工精度、生產(chǎn)率、刀具壽命等因素正確選擇。 選擇切削用量的基本原則是：首先選取盡可能大的背吃刀量（即切削深度） p ， 其次要根據(jù)機床動力和剛 性限制條件或已加工表面粗糙度的規(guī)定等，選取盡可能大的進給量 f，最后利用切削用量手冊選取或用公式計算確定最佳切削速度 v。 a. 估算工時定額：T+ST+rT=bT+T+ 單件時間； 作業(yè)時間； 布置工作地時間； 休息與生理需要時間； 輔助時間； 基本時間。 b. 準(zhǔn)備與終結(jié)時間 c. 單件計算時間 cT=bT+T+ 其具體計算過程如下： 此處省略 N 字 ,如需更多全套圖紙和論文資料，請聯(lián)系扣扣九七一九二零八零零 13 此處省略 N 字 ,如需更多全套圖紙和論文資料，請聯(lián)系扣扣九七一九二零八零零 14 此處省略 N 字 ,如需更多全套圖紙和論文資料，請聯(lián)系扣扣九七一九二零八零零 15 此處省略 N 字 ,如需更多全套圖紙和論文資料，請聯(lián)系扣扣九七一九二零八零零 16 此處省略 N 字 ,如需更多全套圖紙和論文資料，請聯(lián)系扣扣九七一九二零八零零 17 此處省略 N 字 ,如需更多全套圖紙和論文資料，請聯(lián)系扣扣九七一九二零八零零 18 三、專用夾具設(shè)計 圖 1示為法蘭零件圖，生產(chǎn)規(guī)模為中等批量生產(chǎn)，零件的某些尺寸已經(jīng)在前工序按要求加工完畢，本道工序要求在 式鉆床上加工 孔，需要設(shè)計一專用鉆床夾具以便滿足零件圖上的各項精度要求。 （一）零件的加工工藝分析： 零件對 的要求如下 ： 120 a 為 加工面的凸臺面積較小，故需要專用夾具，又由于上下端面均已經(jīng)加工完畢，所以精基準(zhǔn)選上下端面，側(cè)面或者中心孔。 （二）定位加緊方案的確定及論證： 根據(jù)工序加工要求分析，工件定位時只需限制六個自由度，沿法蘭方向的轉(zhuǎn)動自由度也必須予以限制?，F(xiàn)在有三種定位夾緊方案可供選擇。三種夾緊定位方案簡圖如下： 方案 1 圖示： 19 圖 3案 2 圖示： 圖 30 方案 3 圖示： 圖 3 工件以右端面為第一定位基準(zhǔn)，限制 3 個自由度，可知法蘭右端臺階較小，相當(dāng)于短圓柱銷。其中右端面作為基準(zhǔn)，限制的自由度為 Z ， X 和 Y 短圓柱銷限制 Y 和 Z ，共有 X， Y， Y 和 Z 四個自由度受到限制， V 形塊限制 X 和 Z，這樣便可以保證孔的正確位置。 根據(jù)主要夾緊力由 V 形塊和削邊銷提供，當(dāng)削邊銷發(fā)生磨損后，主要加緊力由 V 形塊提供，由于是側(cè)面提供夾緊力，故需要對 V 形塊施加較大的力。為使工件穩(wěn)定，防止產(chǎn)生共振現(xiàn)象等不穩(wěn)定現(xiàn)象，可以進行自定位支承，在鉆削過程中，容易產(chǎn)生較大的軸向力，下面設(shè)一輔助支承，以減少工件產(chǎn)生變形，圖 3該定位夾緊方案的圖示。 B 工件以右端面為第一定位基準(zhǔn)，分別限制了 4 個自由度，其21 小平面和長圓柱銷供限制里個自由度即 X ， X， Y ， Y 和 Z 。又由于短 V 形塊限制了 Z，故 6 個自由度全部被限制。 根據(jù)主要夾緊力由短 V 形塊提供，且 V 形塊的面積和法蘭的接觸面積較小，故需提供較大的預(yù)緊力。為確定加工過程中工件的加工穩(wěn)定性，需設(shè)置輔助支承；為防止過定位情況的出現(xiàn)，可以采用自位支承。 3該 定位夾緊方案示意圖，但此方案需將加工路線中車螺紋放到了后面。 C 由于該工件的形狀和結(jié)構(gòu)特點，該定位基準(zhǔn)仍采用右端面，該端面屬于大平面與法蘭的右端面接觸，分別限制了 Z ， X 和 Y 三個方向上自由度。又 V 形塊限制了 X ， Z 和 Y 三個方向上自由度，這樣保證零件的定位可靠。 根據(jù)主要夾緊力作用于定為基準(zhǔn)面的原則，主要夾緊力由 V 形塊和開口墊圈來提供，其中 V 形塊上的受力較大，又 由于鉆孔處的的零件較薄弱，為防止工件過大變形，需設(shè)置輔助支承，圖 3示為定位夾緊方案。 比較上述的三種方案，可以看出它們的優(yōu)缺點。三種方案都可以滿足定位基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)相重合的原則，這是它們的主要優(yōu)點。方案一和方案二分別在中心軸線處采用了削邊銷和長圓柱銷，均出現(xiàn)了局部過定位現(xiàn)象，但還是可以滿足加工要求的，但需要加上自位支承，增加了專用夾具的復(fù)雜性。前兩種方案中的 V 形塊都需要提供較大的夾緊力，而方案三的夾緊力由開口墊圈和 V 形塊分擔(dān)，且有輔助支承存在，沒出現(xiàn)過定位現(xiàn)象，也不需要提供自定位支承來解除過定22 位的自由 度，且方案三結(jié)構(gòu)緊湊操作方便，定位誤差較小，并且可以滿足加工精度的要求。根據(jù)孔的位置要求，該夾具上安裝有分度裝置，從而提高了生產(chǎn)效率，使一次安裝能同時加工出四個孔 .。 (三 ) 定位誤差分析： 首先，在對夾具進行定位誤差分析之前，對已經(jīng)選定的方案工作原理做一下說明： 該夾具用于立式鉆床，鉆削法蘭上四個孔。工件以端面，止口和凸臺圓弧在夾具體 7 和 V 形塊 9 上定位。轉(zhuǎn)動手柄 10，在彈簧作用下使 V 形塊 9 向右運動，起角向定位作用，擰緊螺母 2，通過開口墊圈 3 將工件壓緊。當(dāng)一個孔鉆好后，拉動手柄 10 并旋轉(zhuǎn) 090 ，使 V 形塊 9 脫離工件再向上推動手柄 5，對髽脫離分度盤 8，轉(zhuǎn)動夾具體 7至相應(yīng)位置時，對定爪 6 在彈簧銷 4 的作用下，插入分度盤 8 的槽中分度對定，鉆削另一個孔。其余各孔按同樣的方法依次加工。了解了該專用夾具的工作原理之后，將對此夾具在使用過程中的定位誤差做如下分析 : 該誤差主要存在于分度裝置的精度問題，在加工完畢一個孔后，需轉(zhuǎn)動夾具體 090 的角度來加工下一個孔，定位夾緊后，通過鉆頭產(chǎn)生的軸向力會使工件發(fā)生傾斜現(xiàn)象，即便有輔助