活塞銷加工工藝規(guī)程設(shè)計及夾具設(shè)計【鉆2-φ10孔】,鉆2-φ10孔,活塞,加工,工藝,規(guī)程,設(shè)計,夾具,10 1 活塞銷加工工藝規(guī)程設(shè)計及夾具設(shè)計 題目：設(shè)計“活塞銷加工工藝規(guī)程設(shè)計及夾具設(shè)計“ 內(nèi)容：1. 零件圖 2．毛坯圖 3. 工藝過程卡 4. 夾具裝配圖 5. 設(shè)計說明書 班 級 學(xué) 生 指導(dǎo)老師 系主任 20 年 0 月 日 2 目錄 1 序言 .....................................................2 2 活塞銷工藝設(shè)計 ............................................4 2.1.1 零件的作用 .............................................4 2.1.2 零件的工藝分析 .........................................4 2.2 活塞銷加工的主要問題和工藝過程設(shè)計所應(yīng)采取的相應(yīng)措施 .....5 2.2.1 確定毛坯的制造形式 .....................................5 2.2.2 基面的選擇 .............................................5 2.2.3 確定工藝路線 ...........................................5 2.2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 .................6 2.2.5 確定切削用量 ...........................................7 2.2.6 確定基本工時 ..........................................15 2.3 小結(jié) ....................................................16 3 活塞銷鉆孔夾具設(shè)計 ......................................16 3.1 定位基準(zhǔn)和定位元件的選擇 ................................16 3.2 切削力的計算與夾緊力分析 ................................17 3.3 夾緊元件及動力裝置確定 ..................................18 3.4 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 ................................18 總 結(jié) ......................................................19 參考文獻(xiàn)....................................................20 3 序言 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是在學(xué)完了機械制造技術(shù)機車和大部分專業(yè)課，并進(jìn)行了 生產(chǎn)實習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的又一個實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。這次設(shè)計使我們能綜合運用機械制造技 術(shù)基礎(chǔ)中的基本理論，并結(jié)合生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，獨立地分析和解決了零件機械 制造工藝問題，設(shè)計了機床專用夾具這一典型的工藝裝備，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，為畢業(yè) 設(shè)計及未來從事的工作打下了良好的基礎(chǔ)。 由于能力所限，經(jīng)驗不足，設(shè)計中還有許多不足之處，希望各位老師多加指教。 4 2 活塞銷加工工藝規(guī)程設(shè)計 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 題目所給的零件是活塞銷?；钊N用來連接活塞和連桿，并將活塞承受的力傳給連桿 或相反?；钊N在高溫條件下承受很大的周期性沖擊負(fù)荷，且由于活塞銷在銷孔內(nèi)擺動角 度不大，難以形成潤滑油膜，因此潤滑條件較差。為此活塞銷必須有足夠的剛度、強度和 耐磨性，質(zhì)量盡可能小，銷與銷孔應(yīng)該有適當(dāng)?shù)呐浜祥g隙和良好的表面質(zhì)量。在一般情況 下，活塞銷的剛度尤為重要，如果活塞銷發(fā)生彎曲變形，可能使活塞銷座損壞。 2.1.2 零件的工藝分析 由活塞銷的零件圖可知，零件圖如下： 零件的材料為 20CrNiMo，此材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。需要加工表面以及加工表面的位置要求。 現(xiàn)分析如下： （1）主要加工面： 1）左右兩端面； 2）中間 Φ35 孔； 5 3）Φ110 外圓面 （2）主要基準(zhǔn)面： 1）以中間孔 Φ35 孔為基準(zhǔn)的加工表面 2）Φ110 的外圓面 具體的工藝過程如表 2.1 所示。 表 2.1 最終工藝過程 工序 1 下料，用臥式帶鋸床切 Φ115 的圓料長 215mm 工序 2 粗車外圓至 φ112，長度 213 工序 3 鉆中間孔至 φ30，擴孔至 φ32 工序 4 精車至內(nèi)圓孔 φ35 到公差尺寸要求 工序 5 鉆外圓面上 6-φ9 孔 工序 6 以中間孔為定位基準(zhǔn)，鉆端面上的 2 個 φ10 孔深 185，并攻絲 M12 深 20mm 工序 7 磨外圓面 φ110 至公差尺寸要求 工序 8 表面及端面淬火處理 HRC55-60 工序 9 終檢驗 2.2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 零件的材料是 20CrNiMo ，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)。由于毛坯用棒料, 毛坯尺寸的確 6 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，因此所規(guī)定的加工余量其實只 是名義上的加工余量，實際上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。 由于本設(shè)計規(guī)定零件為中批量生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整法加工，因此計算最大與最小余 量時應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確定。 為了中批量生產(chǎn)切長 115mm 的料一次性可以做 2 件，節(jié)省工序也節(jié)省時間。 1）加工外輪廓面，由于是帶鋸床下料較為粗糙，上車床車外圓面，只需粗加工即可， 外形狀大致即可，表面要求不高。 2）上下面加工。由于上下表面有粗糙度要求 12.5。只需一次粗加工即可，上下面留 余量 2-3mm。 3）加工中間孔 Φ35 孔，此孔為基準(zhǔn)孔，所以要求較高，采用多次加工孔達(dá)到孔的精 度要求，先用小鉆頭上車床即 28 鉆頭，再用 φ30 鉆頭擴至中間 Φ32，然后用內(nèi)孔車刀 精車內(nèi)圓孔 φ35，以此達(dá)到中間孔要求，加工孔前留余量 2-3mm。 4）加工 2-Φ10 深孔，采用中心鉆先打孔，然后小鉆頭鉆孔，最后用 Φ10 鉆頭鉆孔， 以此達(dá)到加工精度要求。 2.2.5 確定切削用量 工序 1：帶鋸床下料 加工條件：臥式帶鋸床 工件材料：40Cr，Φ270 的棒料。 一次切長 130mm，保證長度±1mm 左右。 工序 2：車外圓表面 Φ112 刀具：外圓車刀，材料： ，因其單邊余量：Z=1.9mm15YT 所以車削深度 ：pa.9m? 根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表 2.4-75，取 車削速度 ：參照參考文獻(xiàn)[7]表 30—0.2/faZV 34，取 。1.3/Vs 7 機床主軸轉(zhuǎn)速 ： 式（2.1）n10Vd?? 式中 V—車削速度； d—刀具直徑。 由式 2.1 機床主軸轉(zhuǎn)速 ：n101.360854/min42???nr? 按照參考文獻(xiàn)[3]表 3.1-74 ? 實際銑削速度 ：v.3.7/1060?dns 進(jìn)給量 ： fV.28/4.8/??ffaZm 工作臺每分進(jìn)給量 ： m.2infVs? ：根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表 2.4-81,?a 0a? （2）粗車上下表面 加工條件： 工件材料：40Cr 機床： CA6140。 參考文獻(xiàn)[7]表 30—31 刀具：端面車刀： 。15YT 車削深度 ：pa?m 每齒進(jìn)給量 ：根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表 30—31，取f 0.8/famZ? 車削速度 ：參照參考文獻(xiàn)[7]表 30—31，取V32Vs 機床主軸轉(zhuǎn)速 ，由式（2.1）有：n100.3261/in14rd???? 按照參考文獻(xiàn)[7]表 3.1-31 75? 實際車削速度 ：v.0.4/06nms? 進(jìn)給量 ，由式（ 1.3）有：fV.1527/60.25/ffVaZnms? 工作臺每分進(jìn)給量 ： mf2./3ins? 工序 3：加工孔 Φ35 到要求尺寸 工件材料為 20CrNiMo。中間孔的直徑為 35mm，表面粗糙度 1.6。加工機床為 Z3050 立式鉆床，選擇切削用量。在車床上已經(jīng)鉆出 Φ28 孔 （1 ）確定鉆削用量 1）確定進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表 28-10 可查出 ，由于f 0.47~.5/fmr?表 孔深度比 ， ，故 。查0/3/21.6ld?0.9lfk?(0.4~.5)921f?表 8 Z3050 立式鉆床說明書，取 。0.43/fmr? 根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表 28-8，鉆頭強度所允許的進(jìn)給量 。由于機床進(jìn)給機構(gòu)'1.75/fmr? 允許的軸向力 （由機床說明書查出），根據(jù)表 28-9，允許的進(jìn)給量max1569FN 。"1.8/fr? 由于所選進(jìn)給量 遠(yuǎn)小于 及 ，故所選 可用。f'f"f 2）確定切削速度 、軸向力 F、轉(zhuǎn)矩 T 及切削功率 根據(jù)表 28-15，由插入法v mP 得： ，17/in?表 4732FN?表 ，5.69NM?表 1.5mkW表 由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應(yīng)對所的結(jié)論進(jìn)行修正。 由參考文獻(xiàn)[7]表 28-3， ， ，故0.8Mvk.lvk'17/in80.7.2(/in)???表 ''01/i16n rdm?表 查 Z3050 機床說明書，取 。實際切削速度為：195/inr0295/in4/i10rv??? 由表 28-5， ，故.6MFTk473.6()FN5.954.8m??? 3）校驗機床功率 切削功率 為P'/)Mnk?表（1.2(261.0kWW? 機床有效功率 ' 4.5.835E mPkP??? 故選擇的鉆削用量可用。即 ， ， ，05dm?0.3/fr19/inr?14/inv? 相應(yīng)地 ， ，16FN54.8T?.05mPkW （2）確定擴孔切削用量 1）確定進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表 28-31，f 。根據(jù) Z3050 機床說明書，取 =0.57mm/r。表 （ 0.78） m/r0.7=9./r???f f 2）確定切削速度 及 根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表 28-33，取 。修正系數(shù)：vn 25/inv?表 ，.8vk?4.71.02(1.09)ppRavak?根 據(jù) 9 故 '25/min0.812./minv???表' '1)nd?表 （ ./i(4.7)86/ir 查機床說明書，取 。實際切削速度為275/inr?301vdn???? 34./mi102/i?? （3）確定鉆削切削用量 1）確定進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表 28-36， ，按該表注 4，進(jìn)f 1.3~26fm?表 給量取小值。查 Z3050 說明書，取 。1.6/fr? 2）確定切削速度 及 由參考文獻(xiàn)[7]表 28-39，取 。由vn 8./inv表 參考文獻(xiàn)[7]表 28-3，得修正系數(shù) ，0.8Mvk0.9pavk524.7(/152)pRa??根 據(jù) 故 '8./min0.89.4/minv??表 ' '1()d?表 7.4/i(25)95/ir? 查 Z3050 說明書，取 ，實際鉸孔速度10/inr?30vdn??? 325/mi7.8/i??? （4）各工序?qū)嶋H切削用量 根據(jù)以上計算，各工序切削用量如下： 鉆孔： ， ， ，0380.4/fr?195/minr?14/inv? 擴孔： ， ， ，d522.3 按照參考文獻(xiàn)[3]表 3.1-31 7/in')mMPk表（ 1.(95/46)1.05WkW??? 324.75/i013/inr???? 工序 4：車中間 Φ35 的孔 機床 CA6140 車刀 刀具 內(nèi)孔車刀查[1]表 8 10 1. 計算切削用量 （1） 由[1]表 9.4—1 和[3]查得 走刀量 f=0.67 mm/r （2） 車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)和耐用度 由[1]表 9.4—6 查得 磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為 0.2~0.3 表 9.4—7 查得 耐用度為 T=150min （3） 切削速度 由[1] 式 3.2 vPuwYfXpm qVkzaTdCVv0v? 查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù) .1?v 40?VC2q.0vX m=0.5.vY5.u1.p mzfaf 82467. 6?wa8 代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s （4） 確定機床主軸速度 min/5.390/.610rsrdwvns ??? 由[3] 按機床選取主軸轉(zhuǎn)速為 6.33 r/s 所以 實際切削速度為 in/2.196/27.310sdnvw??? 2. 計算切削工時 sznaylvLTffm.?? 工序 5：鉆 2-φ10 深孔 選擇鉆床及鉆頭 選擇 Z3050 鉆床，選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時 do=22mm，鉆頭采用雙頭刃磨法， 1）確定切削用量 確定進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表 28-10 可查出 ，由于孔深f 0.25~.31/fmr?表 度比 ， ，故 。查0/3/12.5ld?1.0lfk?(0.25~.31)f?表 Z3050 立式鉆床說明書，取 。3/mr 根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表 28-8，鉆頭強度所允許是進(jìn)給量 。由于機床進(jìn)給機構(gòu)'.7/fr? 11 允許的軸向力 （由機床說明書查出），根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表 28-9，允許的max15690FN? 進(jìn)給量 。".8/fr? 由于所選進(jìn)給量 遠(yuǎn)小于 及 ，故所選 可用。f'f"f 確定切削速度 、軸向力 F、轉(zhuǎn)矩 T 及切削功率 根據(jù)表 28-15，由插入法得：v mP ，17/inv?表 4732?表 ，5.69TNM?表 1.5mPkW表 由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應(yīng)對所的結(jié)論進(jìn)行修正。 由參考文獻(xiàn)[7]表 28-3， ， ，故0.8v.75lv?'17/in.72(/in)v??表 ''019mn rd??表 查 Z3050 機床說明書，取 。實際切削速度為5/inr?0297.3/i110mv?? 由參考文獻(xiàn)[7]表 28-5， ，故1MFTk473.473()FN?5.695.69TN??? 校驗機床功率 切削功率 為mP '/)mMPnk表（ 1.2(/28)1.02WkW?? 機床有效功率 ' 4.5.365E mkP??? 故選擇的鉆削用量可用。即 ， ， ，012dm?0.2/fr19/inr?7.35/minv? 相應(yīng)地 ， ， 473FN51.6T??0.82mPkW 2.2.6 確定基本工時 （1）車外表面 加工條件： 工件材料：20CrNiMo 機床：CA6140 車刀 刀具：外圓車刀 粗銑的切削工時 被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知 l=215 毫米， l 12 刀具切入長度 ：1l 210.5()(1~3lDa????240)7m? 刀具切出長度 ：取2l? 走刀次數(shù)為 1 機動時間 ：jt1290.34in8jmlf??? 根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]表 2.5-45 可查得銑削的輔助時間 10.4ft? 車的切削工時 被切削層長度 ：由毛坯尺寸可知 l 90lm? 刀具切入長度 ：車時11lD 刀具切出長度 ：取2l 走刀次數(shù)為 1 機動時間 ：2jt129021.4in35jmlf???? （2）鉆孔 φ28 孔 加工條件： 工件材料：20CrNiMo 機床：CA6140 刀具：鉆孔——標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；擴孔——標(biāo)準(zhǔn)高速鋼擴孔鉆； 鉸孔——標(biāo)準(zhǔn)高速鉸刀 鉆孔工時：切入 3mm、切出 1mm，進(jìn)給量 ，機床主軸轉(zhuǎn)速 ， 0.43/fmr?195/minr? 鉸孔： ， ， ，025dm?1.6/fr1/inr7.8/inv =（30+3+1）/0.43×195=0.41min1t 根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]表 2.5-41 可查得鉆削的輔助時間 1.ft 擴孔工時：切入 3mm、切出 1mm，進(jìn)給量 ，機床主軸轉(zhuǎn)速0.5/fr?275/inr? =（30+3+1）/0.57×275=0.22min2t 根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]表 2.5-41 可查得鉆削的輔助時間 2.7ft 鉸孔工時：切入 3mm、切出 1mm，進(jìn)給量 ，機床主軸轉(zhuǎn)速1.6/fmr10/minr =（30+3+1）/1.6×100=0.21min3t 根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]表 2.5-41 可查得鉆削的輔助時間 3.ft? 總工時：t= + + + + + =0.41+0.22 +0.21+1.77+1.77+1.77=6.15min1t231ft2f3ft （3）鉆孔 Φ10 工件材料：20CrNiMo 加工要求：粗糙度要求 ，.aRm?? 13 機床：Z3050 刀具：高速鋼鉆頭 Φ10， 計算基本工時 用 Φ10 的內(nèi)表面。根據(jù)參考文獻(xiàn)[9]進(jìn)給量 f=0.64mm/z，切削速度 0.193m/s，切削深度是 1.5mm，機床主軸轉(zhuǎn)速為 195r/min。走刀長度是 36mm。 基本工時： =2×36/(0.64×195)=0.58 min。1t 根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]表 2.5-41 可查得鉆削的輔助時間 1.7ft? 基本工時： =2×36/(0.64×195)=0.58 min。2t 根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]表 2.5-41 可查得鉆削的輔助時間 2.ft 總的基本工時：t= + + + =4.7min。1t21ft2f 2.3 小結(jié) 機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。 對加工工藝規(guī)程的設(shè)計，可以了解了加工工藝對生產(chǎn)、工藝水平有著極其重要的影響。生 產(chǎn)規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工 藝來體現(xiàn)。 14 3 鉆孔夾具設(shè)計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度。在加工 2 個深孔時，需要設(shè)計 專用夾具。 根據(jù)任務(wù)要求中的設(shè)計內(nèi)容，需要設(shè)計加工 2 個 Φ10，以 Φ35 孔為基準(zhǔn)，加工 2 個 Φ10 孔。 本夾具主要用來鉆兩個 Φ10 錐孔。這 2-φ10 孔有尺寸精度要求，表面粗糙度為 3.2mm。并用于以后各面各孔加工中的定位。其加工質(zhì)量直接影響以后各工序的加工精度。 因此再本道工序加工時主要應(yīng)考慮如何保證其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何 提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。 3.1 定位基準(zhǔn)和定位元件的選擇 由零件圖可知，中間 Φ35 孔已經(jīng)加工完成，此中心 Φ35 孔和下平面作為基準(zhǔn)為，兩 個 Φ10 孔以此為中心基準(zhǔn)加工的，所以設(shè)計的夾具以此中心孔為定位，下平面作為支撐 面。 由于中間孔 Φ35 為工藝孔，以中間孔定位不外乎用芯軸或者定位銷，本次設(shè)計中采 用定位銷定位。定位銷的大致圖如下： 圖 3-1 定位銷 另一定位元件采用外定位套，即活塞銷工件放置在定位套內(nèi)，用兩個夾緊螺釘通過定位套 插入外圓面上的 φ9 孔內(nèi)。此定位套的圖形如下： 15 圖 3-2 定位套的圖形 3.2 切削力及夾緊力的確定 由于本道工序主要完成鉆孔加工。因此切削力應(yīng)以鉆削力為準(zhǔn)。由參考文獻(xiàn)[9]得： 鉆削力 6.08.2HBDfF? 鉆削力矩 ..91T 式中： 6Dm????231875323minaxmax ????15.0???rf ?0.80.625275.??FN 1.9..14??T 本道工序加工孔時。采用平壓板和壓壓緊螺釘夾緊機構(gòu)夾緊，該機構(gòu)主要靠壓緊螺 釘夾緊，屬于單個普通螺旋夾緊。根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]可查得夾緊力計算公式： 式（3.1）0' '12()ZQLWrtgt???? 式中： —單個螺旋夾緊產(chǎn)生的夾緊力（N）；0 —原始作用力（N）； —作用力臂（mm）；L —螺桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦半徑（mm）；'r 16 —螺桿端部與工件間的摩擦角（°）；1? —螺紋中徑之半（mm）；Zr —螺紋升角（°）；? —螺旋副的當(dāng)量摩擦角（°）。'2 由式（3.1）根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]表 1-2-23 可查得點接觸的單個普通螺旋夾緊力：0''35018954(1)WN?????? 3.3 夾緊元件及動力裝置確定 本夾具裝夾很簡單，采用側(cè)面用兩個壓緊螺釘壓緊，工件放在定位套內(nèi)，定位套側(cè)面開有 孔用兩個壓緊螺釘對應(yīng)壓緊工件的四個外圓面上，以此實現(xiàn)壓緊。定位套外用兩個固定式 夾緊螺釘夾緊。固定式夾緊螺釘選用機床夾具附件。固定式手柄壓緊螺釘國家標(biāo)準(zhǔn)號為 JG/T8006.3-1999。 固定式手柄壓緊螺釘采用型號為 M12X70。固定式手柄壓緊螺釘?shù)拇笾聢D如下： 圖 3-3 固定手柄壓緊螺釘，國標(biāo)號 JG/T8006.3-1999 17 3.4 夾具操作的簡要說明 該夾具安裝簡單，將活塞銷工件放入定位套內(nèi)，在定位套的外圓面上用兩個壓緊螺釘通過 外圓面上的 φ9 孔來壓緊活塞銷側(cè)面，中間用定位銷定位固定。并在定位套上有鉆模板， 鉆模板上有兩個固定鉆套，為了準(zhǔn)確定位鉆 2-φ10 深孔，達(dá)到精度要求。 圖 3-4 鉆孔夾具裝配圖 18 總結(jié) 通過本次設(shè)計過程，我對機械制造技術(shù)基礎(chǔ)，機械制造裝備設(shè)計和大部分專業(yè)課知識 進(jìn)行了復(fù)習(xí)，加深了對專業(yè)課知識的認(rèn)識，同樣了解到了自己在知識實際運用方面的不足。 在設(shè)計中，我通過查尋各種資料，結(jié)合所學(xué)知識，在老師的指導(dǎo)下掌握了夾具設(shè)計的過程 方法，更加深該了機械行業(yè)需要嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度的認(rèn)識。本次設(shè)計對以后的專業(yè)課設(shè)計，畢業(yè)設(shè) 計都起到了很大的作用，同樣為以后工作打下了基礎(chǔ)。 19 參考文獻(xiàn) [1] 劉德榮，組合夾具結(jié)構(gòu)簡圖的初步探討，組合夾具，1982. 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