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xx學院
本科生畢業(yè)設計
1P52QFMI曲軸箱蓋加工工藝規(guī)程設計及夾具設計
學生姓名
學 號
專業(yè)班級
指導老師
2015年 3 月 28 日
摘 要
要設計此零件的加工工藝，首先是零件的分析；其次是確定毛坯的制造形式以及制訂工藝路線，翻閱《切削余量手冊》，確定機械加工余量、工序尺寸、毛坯尺寸、切削用量及基本工時的確定。專用夾具的設計，首先要想好設計方案，找準定位面及各個定位元件所限制的自由度。翻閱《夾具設計手冊》及《機械制造工藝手冊》確定各個夾具體零件的具體尺寸。
關鍵詞：工藝;夾具;夾緊; 定位
33
Abstract
To design parts of this processing, the first parts of the analysis; secondly, to determine the blank forms and the development of manufacturing process line, read "Cutting cushion manual," setting machinery allowance, processes size, rough size, cutting parameters and the basic hours of work identified. Special fixture design, the design must first consider good programs, pinpoint positioning face and positioning components of the various restrictions of freedom. Read "Fixture Design Manual" and "Machinery Manufacturing Technology Handbook" establish specific folder size of the specific components.
Keywords : Process Fixture Synchronizing Location
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1定位裝置 1
1.2夾緊裝置 1
1.3對刀－引導裝置 1
1.4其他元件及裝置 1
1.5夾具體 1
第2章 零件的分析 3
2.1零件的作用 3
2.2 零件的工藝分析 3
第3章 工藝規(guī)程設計 5
3.1確定毛坯的制造形式 5
3.2基面的選擇 5
3.3基準的選擇 5
3.3.1粗基準的選擇 5
3.3.2精基準的選擇 6
3.4制訂工藝路線 6
第4章 曲軸箱蓋工藝過程 7
第5章 確定切削和用量及基本工時 9
第6章 夾具設計 18
6.1 機床夾具的作用及其分類 18
6.2 機床夾具的組成 20
6.3 機床夾具的多工位加工 20
6.4 鉆12-M8孔夾具設計 21
. 6.4.1 研究原始質(zhì)料 21
6.4.2 定位基準的選擇 21
6.4.3 夾具方案的設計選擇 21
6.4.4 切削力及夾緊力的計算 21
6.4.5 誤差分析與計算 22
6.4.6 夾具設計及操作的簡要說明 23
6.5銑上端平面床夾具的設計 24
6.5.1定位基準的選擇 24
6.5.2切削力及夾緊力的計算 24
6.5.3定位誤差的分析 28
6.5.4 確定夾具體結(jié)構和總體結(jié)構 29
6.5.6 夾具設計及操作的簡要說明 30
結(jié)論 32
參考文獻 33
致謝 34
第1章 緒 論
機床夾具是在金屬切削加工中，用以準確地確定工件位置，并將其牢固地夾緊，以接受加工的工藝裝備。它的主要作用是：可靠地保證工件的加工位置，提高加工效率，以減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性性。因此，機床夾具在機械制造中占有重要的地位。而專用夾具是指專為某一工件的某一道工序的加工而專門設計的夾具，具有結(jié)構緊湊，操作迅速、方便等優(yōu)點。專用夾具通常由使用廠根據(jù)要求自行設計和制造，適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。
專用夾具由定位裝置、夾緊裝置、對刀－引導裝置、其他元件及裝置、夾具體。
1.1定位裝置
這種裝置包括定位元件及其組合，其作用是確定工件在夾具中的位置，即通過它使工件加工時相對于刀具及切削成形運動處于正確的位置，如支承釘、支承板、V形塊、定位銷等。
1.2夾緊裝置
它的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在定位時所占據(jù)的位置在加工過程中不因受重力、慣性力以及切削力等外力作用而產(chǎn)生位移，同時防止或減小振動。它通常是一種機構，包括夾緊元件（如夾爪、壓板等），增力及傳動裝置（如杠桿、螺紋傳動副、斜楔，凸輪等）以及動力裝置（如氣缸、油缸）等。
1.3對刀－引導裝置
它的作用是確定夾具相對于刀具的位置，或引導刀具進行加工，如對刀塊、鉆套、鏜套等。
1.4其他元件及裝置
如定位件、操作件以及根據(jù)夾具特殊功用需要設置的一些裝置，如分度裝置、工件頂出裝置、上下料裝置等。
1.5夾具體
用于連接夾具各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎件，并與機床有關
部位連接，以確定夾具相對于機床的裝置。
就我而言，我希望能通過這次做畢業(yè)設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力。由于能力有限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。
第2章 零件的分析
2.1零件的作用
曲軸箱蓋和箱體是一個整體，它將有關零件（軸、套、齒輪）連接在一起，保證它們之間有正確的相對位置關系，使它們能按一定的傳動關系協(xié)調(diào)的運動。因此，箱蓋的加工質(zhì)量對機械精度、性能和使用壽命都有直接關系。
2.2 零件的工藝分析
曲軸箱蓋結(jié)構較復雜、加工面多、技術要求高、機械加工的勞動量大。因此箱蓋結(jié)構工藝性對保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本有重要意義。
曲軸箱蓋幾個加工表面它們之間有一定的位置要求，現(xiàn)分述如下：
尺寸300兩平面要保證一定的平行度要求平行度公差為0.05mm。
箱蓋底面與側(cè)端面都有一定的垂直度要求垂直度公差為0.05mm。
鉆2-φ100與底平面有一定的角度要求度公差為0.05mm；且有一定的位置要求。
第3章 工藝規(guī)程設計
3.1確定毛坯的制造形式
箱蓋零件材料為HT200，考慮到零件的材料是鑄鐵，形狀比較復雜，所以選用砂型鑄造。
3.2基面的選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，基面的選擇是正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高，否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。
3.3基準的選擇
3.3.1粗基準的選擇
按照有關粗基準的選擇原則（即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作粗基準；若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準）。
由于此零件的精度要求較高，每個面都需要加工，按照粗基準選擇原則：以要求加工余量均勻的重要加工表面作為粗基準，所以選擇該零件上的平面為粗基準。
3.3.2精基準的選擇
主要考慮基準重合的問題，當定位基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算。在加工2-φ100、鏜結(jié)合面φ100孔時，用底面和底面孔φ16作為精基準，這樣，符合“基準重合”的原則，可以避免定位誤差。
3.4制訂工藝路線
制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證，在生產(chǎn)綱領已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用通用機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率，除此以外，還應考慮選擇經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
第4章 曲軸箱蓋工藝過程
零件機械加工工藝過程是工藝規(guī)程的中心問題，其內(nèi)容包括確定定位基準、選擇各加工表面的加工方法、安排加工順序及組織整個加工工藝過程中各個工序的內(nèi)容、確定各個工序所采用機床設備和工藝裝備等。設計時應同時考慮幾個方案，經(jīng)過分析比較，選擇出比較合理的方案。根據(jù)曲軸箱蓋零件為中批生產(chǎn)，所以采用通用機床，并配以專用的夾具、刀具，并考慮工序集中，以提高生產(chǎn)率，減少機床數(shù)量，降低生產(chǎn)成本。經(jīng)零件工藝分析，零件毛坯為砂型機械造型，并經(jīng)人工時效處理消除鑄件內(nèi)應力，改善工件的可切削性。先確定工藝路線如下：
方案一
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
1
鑄件
2
熱處理
時效處理
3
銑
銑底面，保證尺寸18mm
4
鉆
鉆斜面2-φ100孔端孔12-M8孔
5
銑
銑兩側(cè)面，保證尺寸296mm
6
鏜
鏜φ100孔
7
鉆
鉆底平面12-φ16
8
鉆
鉆底平面各孔及攻絲，保證各尺寸要求
10
銑
銑2-φ100孔端面，保證尺寸28mm及45度
11
鉆
鉆結(jié)合面φ100孔端孔6-M8孔
12
銑
銑上端平面保證尺寸230mm
13
鏜
鏜結(jié)合面φ100孔
14
去毛刺
去除銳毛剌
15
終檢
對零件各尺寸進行完工檢測
16
防銹
用毛刷沾防銹油為零件防銹
17
入庫
按照倉庫標識進行擺放
方案二
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
1
鑄件
2
熱處理
時效處理
3
銑
銑底面，保證尺寸18mm
4
銑
銑2-φ100孔端面，保證尺寸28mm及45度
5
銑
銑兩側(cè)面，保證尺寸296mm
6
銑
銑上端平面保證尺寸230mm
7
鉆
鉆底平面12-φ16
8
鉆
鉆底平面各孔及攻絲，保證各尺寸要求
10
鉆
鉆斜面2-φ100孔端孔12-M8孔
11
鉆
鉆結(jié)合面φ100孔端孔6-M8孔
12
鏜
鏜φ100孔
13
鏜
鏜結(jié)合面φ100孔
14
去毛刺
去除銳毛剌
15
終檢
對零件各尺寸進行完工檢測
16
防銹
用毛刷沾防銹油為零件防銹
17
入庫
按照倉庫標識進行擺放
工藝方案的比較與分析
上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是，面和孔加工順序比較混亂；方案二則與一有所不同，采用先面后孔的原則，先加工面再以面為基準加工孔；兩者比較可以看出，第二方案比第一方案合理，位置精度也較易保證，定位及夾緊等都比較方便；但方案二也有不合適的地方，面可以一起加工減少裝夾次數(shù)及夾具設計，因此可以合為一道工序，從上述分析可知，采用方案二比較合理。
第5章 確定切削和用量及基本工時
工序：粗銑上端平面，同時檢驗機床功率。
加工材料——HT200，200HBS鑄件
加工要求——用標準錐齒圓柱銑刀粗銑，加工余量h=3,用乳化液冷卻。機床X52K
1.選擇刀具
1)銑刀直徑的大小直接影響切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗，不能任意選取，《切削用量簡明手冊》表3.1可作為參考，根據(jù)表3.1,銑削寬度ae<5mm時，直徑為d0＝80mm,ap≤70mm. (由于高速剛圓柱銑刀最大銑削深度為小于100,本工序的銑削深度為138,所以分兩次銑削)由于采用標準鑲齒圓柱銑刀，故齒數(shù)為Z=6(表3.9)； (2)銑刀幾何形狀（表3.2）：ra=15°,a0=12°。
2．選擇切削用量
(1)決定銑削寬度ae,由于加工余量不大，故可在一次走刀內(nèi)切完，則ae=h=3mm.
(2)決定每齒進給量fz 根據(jù)銑床說明書，其功率為7.5kw,中等系統(tǒng)剛度。根
據(jù)表3.3,fz=0.20～0.30mm/z,現(xiàn)取Fz=0.30mm/z
(3)選擇銑刀磨鈍標準及刀具壽命，根據(jù)表3.7,銑刀刀齒后刀面最大磨損量為 0.6mm,
鑲齒銑刀(do=80mm),刀具壽命T＝180min,(表3.8)；
(4)決定切削速度vc和每分鐘進給量vr 切削速度vc可根據(jù)表3.27中的公式計算，也
可直接由表中查出。根據(jù)表3.9,當do=80mm時，z=6,ap= 41～130mm,,ae=3mm,fz≤0.2～
0.3mm時,vc=18m/min ,nt=72r/min vri=91mm/min。
各修正系數(shù)為：kmv=kmn=kmvf=1.0
Kbv=kbn=kvb=0.8～0.85，取0.8
故： vc=vikv=18×1.0×0.8＝14.4m/min
n=nikn=72×1.0×0.8＝57.6r/min
vi=vrikv=91×1.0×0.8＝72.8mm/min
根據(jù)X52K機床說明書，選擇nc=60r/min,vfc=75mm/min 因此，切削速度和每齒進給量為：
vc=∏d0nc/1000=3.14×80×60÷1000＝15m/min
fxc=vfc/ncz=75/(60×6)mm/z=0.21mm/z
(5)檢驗機床功率根據(jù)表3.28,當,ap=41～130mm,,ae=3mm,fz≤0.2～0.3mm時,vi=18m/min ,nt=72r/min vri=91mm/min時，Pct=1.1kw.
切削功率的修正系數(shù)kmpo=1.故實際的切削功率為：
Pcc=pct=1.1kw
根據(jù)X52K型銑床說明書，機床主軸允許的功率為：
Pcm＝7.5×0.75kw=5.63kw
故pcc
50
工作壓力/MPa
< 0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
≥5
表5-2 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力[1]
機械類型
機 床
農(nóng)業(yè)機械
小型工程機械
建筑機械
液壓鑿巖機
液壓機大中型挖掘機
重型機械
起重運輸機械
磨床
組合
機床
龍門
刨床
拉床
工作壓力/MPa
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
由于鉆削力為4239N，往往要取大一些，在這取負載約為10000N，初選液壓缸的設計壓力P1=3MPa，為了滿足工作這里的液壓缸課選用單桿式的，并在快進時差動連接，則液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應滿足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應滿足：d=0.707D。為防止切削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的背壓，暫取背壓為0.5MPa，并取液壓缸機械效率。則液壓缸上的平衡方程
故液壓缸無桿腔的有效面積：
液壓缸直徑
液壓缸內(nèi)徑：
按GB/T2348-1980，取標準值D=80mm；因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.707D=56mm（標準直徑）
則液壓缸有效面積為：
2.缸體壁厚的校核
查機械設計手冊，取壁厚為10mm。則
根據(jù)時； （4-2）
可算出缸體壁厚為：
<10mm
則液壓缸的外徑
式中 ————許用應力；（Q235鋼的抗拉強度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即缸體的強度適中），P-缸筒試驗壓力。
3.缸筒結(jié)構設計
缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構成密封的壓力腔，因而它的結(jié)構形式往往和缸蓋及缸底密切相關[6]。因此，在設計缸筒結(jié)構時，應根據(jù)實際情況，選用結(jié)構便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內(nèi)外徑應根據(jù)標準進行圓整。
活塞桿是液壓缸傳遞力的主要零件，它主要承受拉力、壓力、彎曲力及振動沖擊等多種作用，必須有足夠的強度和剛度。其材料取Q235鋼。
1.活塞桿直徑的計算[1]
由=2 可知活塞桿直徑：
按GB/T2348—1993將所計算的d值圓整到標準直徑，以便采用標準的密封裝置。圓整后得：
d=56mm
按最低工進速度驗算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進速度v=0.4m/min為最小速度，則由式
（4-3）
本例=78.5>1.25，滿足最低速度的要求。
2.活塞桿強度計算：
<56mm （4-4）
式中 ————許用應力；（Q235鋼的抗拉強度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強度適中）
3．活塞桿的結(jié)構設計
活塞桿的外端頭部與負載的拖動電機機構相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負載力，適應液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應根據(jù)負載的具體情況，選擇適當?shù)幕钊麠U端部結(jié)構。
4.活塞桿的密封與防塵
活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設計和維護，本方案選擇O型密封圈。
由上述計算易得：
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構簡單、操作方便，決定選用液壓缸夾緊機構。
夾具在裝夾時，由在定位時造成圓周上存在定位誤差；夾具體在零件的內(nèi)孔端面上定位時，也存在定位誤差，從而會造成由原來的面接觸變成點接觸，從而使零件在定位時發(fā)生。
6.5.3定位誤差的分析
該夾具以一個平面和一個定位銷和兩個左右調(diào)節(jié)支撐定位，要求保證孔軸線間的尺寸公差。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
由[5]和[6]可得：
⑴ 定位誤差：
當以任意邊接觸時
通過分析可得：
因此：當以任意邊接觸時
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
6.5.4 確定夾具體結(jié)構和總體結(jié)構
對夾具體的設計的基本要求
（1）應該保持精度和穩(wěn)定性
在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。
（2）應具有足夠的強度和剛度
保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。
（3）結(jié)構的方法和使用應該不錯
夾較大的工件的外觀，更復雜的結(jié)構，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結(jié)構的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結(jié)構應該簡單。
（4）應便于鐵屑去除
在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應在夾具體上面。
（5）安裝應牢固、可靠
夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結(jié)構，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。
加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結(jié)構應便于鐵屑。此外，夾點技術，經(jīng)濟的具體結(jié)構和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結(jié)構應便排出鐵屑。
6.5.6 夾具設計及操作的簡要說明
在夾緊機構設計中，常常遇到工件需要多點同時夾緊，或多個工件同時夾緊，有時需要使工件先可靠定位再夾緊，或者先鎖定輔助支承再夾緊等等，這是為了操作方便、迅速、提高生產(chǎn)率，減輕勞動強度，就需要采用聯(lián)動夾緊機構。如圖4所示。
聯(lián)動夾緊有夾緊和松開兩種狀態(tài)，由電磁鐵控制油缸來實現(xiàn)。
鉸鏈夾緊機構是一種增力機構，增力倍數(shù)較大，應用廣泛。鉸鏈夾緊機構的特點是動作迅速，增力比大，易于改變力的作用方向。缺點是自鎖性能差。如圖5所示。
鉸鏈夾緊有夾緊和松開兩種狀態(tài)，由電磁鐵控制油缸來實現(xiàn)。
如前所述，該工件為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了液動夾緊方式。這類夾緊機構結(jié)構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進行調(diào)整換取。
該夾具方案符合生產(chǎn)要求，效率高，做了可活動銷，滿足保持正確的加工位置
結(jié)論
通過這次畢業(yè)設計，使我對零件制造過程、加工工藝和夾具設計都有了更進一步的認識，也加深了對大學四年中所學基礎知識的學習和理解。畢業(yè)設計是理論聯(lián)系實際的最有效方法。在具體設計過程中，必須考慮到方方面面的問題，在理論上正確無誤的設計，在實際中往往存在各種問題。這樣，在設計時就必須考慮所設計的機構是否合理，在實際運用中能否正常工作，而不僅僅考慮理論上的可行性，畢業(yè)設計使我學會了從實際出發(fā)加工零件和設計夾具。
在本次設計中，考慮到零件的加工難易、材料、成本等問題，所選用的零、部件都是操作簡單，通用性較強的標準件，從現(xiàn)時以最低的成本實現(xiàn)最先進的加工。本次設計從零件的毛坯生產(chǎn)到最終成品，中間經(jīng)過了銑、鉆等工序。在夾具設計中，先確定工件的基準，然后通過一面兩銷定位，將工件固定夾緊在夾具上。在設計過程中計算了刀具的切削力、夾具的夾緊力等，最后再通過autoCAD進行零件圖和裝配圖的繪制。整個設計過程將我以前學過的機械制造工藝與裝備、公差與配合、機械制圖、工程材料與熱處理工藝等知識很好的串聯(lián)了起來，鞏固了所學知識，提高了我的學習能力。在本次設計中已無大的問題，基本達到了要求。但是也有存在一些不足之處：
（1）對工藝規(guī)程相關知識了解欠缺，許多知識學習不到位；
（2）在夾具的設計中沒有能提出多中方案進行分析比較，有所不足。
參考文獻
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