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摘 要 在現(xiàn)在制造業(yè)中，機械加工等各種加工工藝都要使用到夾具，來對被加工工件進行定位，使之能夠準確加工，隨著社會的發(fā)展，所使用的零件越來越復(fù)雜，夾具的設(shè)計方案也越來越多，選擇一種效率高、成本低的設(shè)計方案來加工零件就顯得尤為重要。 本說明書通過研究油閥座零件的加工要求及其結(jié)構(gòu)特點，利用現(xiàn)代技術(shù)，制定了一套合理的夾具設(shè)計方案，實現(xiàn)了對油閥座的快速加工。對于夾具設(shè)計來說，工件的定位及夾緊是非常重要的，所以選擇一套合理的加工方案就顯得非常的必要。另外，夾具設(shè)計中那一系列定位誤差和夾緊力的計算，也保證了零件的加工精度，而且其夾緊力也不是很大，所以工件在加工過程中不會發(fā)生位移，也不會變形，保證了零件能夠順利加工完成，操作起來也比較方便、簡單。 關(guān)鍵詞：夾具，油閥座，定位，夾緊 目 錄 摘 要 I 第1章、零件的分析 - 1 - 1.1零件的作用 - 1 - 1.2確定毛坯 - 1 - 1.2.1 毛坯材料 - 1 - 1.2.2確定毛坯技術(shù)要求 - 1 - 1.2.3 鑄件尺寸公差 - 1 - 1.2.4 鑄件機械加工余量 - 1 - 1.3零件的工藝分析 - 3 - 1.3.1主要加工表面及技術(shù)要求分析 - 3 - 1.4基面的選擇 - 4 - 1.4.1粗基準的選擇 - 4 - 1.4.2精基準的選擇 - 4 - 1.5制定工藝路線 - 5 - 1.5.1表面加工方法的確定 - 5 - 1.5.2加工階段的劃分 - 5 - 1.5.3工序的集中與分散 - 5 - 1.5.4工序的順序安排 - 5 - 1.5.5工藝路線方案一 - 6 - 1.5.6工藝路線方案二 - 6 - 1.5.7工藝路線的比較與分析 - 7 - 1.6機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 - 7 - 1.6.1外圓表面（） - 8 - 1.6.2外圓表面沿軸線長度方向的加工余量（端面、端面） - 8 - 1.6.3孔（） - 8 - 1.6.4外圓端面（） - 8 - 1.6.5銑缺口（） - 8 - 第二章 油閥座鉆端面孔專用夾具設(shè)計 - 9 - 2.1確定設(shè)計方案 - 9 - 2.2 切削力及夾緊力的計算 - 11 - 2.3 定位誤差的分析 - 12 - 2.4夾緊元件強度校核 - 12 - 2.5 夾具的優(yōu)化設(shè)計及經(jīng)濟性分析 - 13 - 2.6 操作說明 - 14 - 第三章 設(shè)計心得體會 - 16 - 參考文獻 - 17 - III 長沙學(xué)院課程設(shè)計 第1章、零件的分析 1.1零件的作用 所給定的零件是鑿巖機注油器上的油閥座，閥座左端面通過錐孔與主機相接，一管套穿過油壺殼體與孔焊接，高壓氣體從左端孔進入閥座體，在負壓的作用下，壺內(nèi)的油從孔流入孔和高壓氣體相混合后形成霧狀物質(zhì)從套管口噴出。內(nèi)孔裝入油量調(diào)節(jié)裝置，缺口指示油量調(diào)節(jié)的范圍。 1.2確定毛坯 1.2.1 毛坯材料 由零件材料確定毛坯為鑄件，為保證內(nèi)孔的高加工質(zhì)量和易于加工毛坯鑄件，將工件鑄成整體的一個毛坯，分型面通過的內(nèi)孔中心線，且內(nèi)孔的中心線相垂直，毛坯鑄件進行人工時效后，將鑄件送入機加工車間進行加工，以免在工件切開后會發(fā)生較大的形變。按照設(shè)計要求，年產(chǎn)量為6000件，達到大批量生產(chǎn)標準，且零件的尺寸比較小，所以采用砂型機器鑄造。 1.2.2確定毛坯技術(shù)要求 1）鑄件不應(yīng)有裂痕、砂眼和局部縮松、氣孔和夾渣等缺陷。鑄件表面應(yīng)清除毛刺。結(jié)瘤和粘砂等。 2）正火處理硬度，以消除內(nèi)應(yīng)力，改善切削加工性能。 3）未注圓角為。 4）起模斜度為。 1.2.3 鑄件尺寸公差 由于是中批量生產(chǎn)，毛坯制造選用砂型機器型，由工藝人員手冊查得，鑄件尺寸公差等級為，選取鑄件錯箱值為。 1.2.4 鑄件機械加工余量 對中批量生產(chǎn)的鑄件加工余量由工藝人員手冊查得選取為級，各表面的總余量見下表1，由工藝人員手冊查得鑄件主要尺寸見表2。 表1.1 各表面的總余量 加工表面 基本尺寸 加工余量等級 加工余量數(shù)值 說明 上表面 39.6 G 2+0.4 單側(cè)加工 63 H 5+1 軸降1級雙側(cè)加工 端面 55 G 3.5+0.5 雙側(cè)加工 表1.2 鑄件主要尺寸 主要尺寸 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 公差CT 與右端面尺寸 22 2 24 一般公差-c 軸 63 4 67 一般公差-c 與上表面尺寸 39.6 2.4 42 一般公差-c 左端面與右端面尺寸 55 4 59 一般公差-c 圖1.1 零件毛坯合圖 1.3零件的工藝分析 油閥座的制造工藝有如下特點：1、制造工藝和檢驗工藝比較復(fù)雜。鑄件要求表面光潔、鑄字清晰，特別是要有致密的缺陷。所以，鑄造是應(yīng)采取一系列的工藝措施。2、機械加工難度大。油閥座的幾何形狀精度和表面粗糙度的要求很高，同時由于材料的切削性能差，又給加工方法、刀具材料、切削用量、工藝裝備等方面帶來了很多新的問題。3、安裝較比困難。主要零件的結(jié)構(gòu)、形狀都比較復(fù)雜，所以定位和裝夾都比較困難，被加工密封面等部位的精度和表面粗糙度要求都很高，因此很難保證加工質(zhì)量。所以，在加工過程中，必須提高定位基面的精度和降低表面粗糙度、或在非加工表面上加工出定位基面。 1.3.1主要加工表面及技術(shù)要求分析 1、作為基準孔，痛一道工序加工、、、、，同時保證與的距離23.5和與的距離22，還有保證內(nèi)孔和外圓同軸。 2、各段孔之間要求相互垂直都是通孔。 圖1.2 零件主要尺寸 1.4基面的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的最重要的工作之一。基面如果選擇的正確、合理，可以很大程度上保證加工質(zhì)量，使得生產(chǎn)率得到提高。否則，會使得加工工藝過程漏洞百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使得生產(chǎn)活動無法正常進行。 1.4.1粗基準的選擇 作為粗基準的表面應(yīng)比較平整，沒有飛邊、毛刺或其它表面欠缺。對一般的軸類零件而言，以外圓端面作為粗基準是完全合理的，本零件選用不加工表面外圓柱面作為粗基準。采用外圓柱面來作為粗基準加工內(nèi)孔即可以保證加工的壁厚均勻，而且便于裝夾。 1.4.2精基準的選擇 精基準的選擇主要應(yīng)考慮基準重合的問題。閥座的右端面和的內(nèi)孔既是裝配基準，又是設(shè)計基準，用它們作精基準，能使加工遵循“基準重合”的原則，實現(xiàn)閥座零件“一面兩孔”的典型定位方式；其余各面、孔的加工也能用它來定位，這樣就使的工藝路線遵循了“基準統(tǒng)一”的原則。另外，由于B面的面積較大，定位相對來說比較穩(wěn)定，夾緊的方案相對來來說也比較簡單、可靠，操作起來比較簡單、方便。加工的內(nèi)孔時，用右端端面及的內(nèi)孔來作為基準。加工各內(nèi)孔時應(yīng)以的端面作為基準。因為形位公差由機床自身來保證，座椅粗精加工要盡可能一次來完成。 1.5制定工藝路線 制定工藝路線出發(fā)點，應(yīng)當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降低。 1.5.1表面加工方法的確定 根據(jù)各表面加工要求和各種加工方法能達到的經(jīng)濟精度。確定各表面的加工方法如下： 1.5.2加工階段的劃分 由于工件加工精度要求不高，所以可以不分加工階段，一個加工階段可以完成；且由于工件的精度要求不太高，所以可以把焊工藝放置到最后，影響不太大。 1.5.3工序的集中與分散 本零件選用工序集中原則安排油閥座的加工工序，端面、的孔一次裝夾完成加工，外圓、端面，孔，內(nèi)圓一次裝夾完成。該油閥座的生產(chǎn)類型為批量生產(chǎn)（6000件），為了提高生產(chǎn)效率；運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可以縮減輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了多個表面，有利于保證各加工面之間的相對位置要求。 1.5.4工序的順序安排 根據(jù)先基準后其它的原則，首先加工精基準——圓柱面、右端面，孔；根據(jù)先主后次的原則，先加工主要面——右端面，孔,后加工次要面——孔，孔；根據(jù)先面后孔的原則，先加工右端面，后鉆軸向孔；先加工凸臺面，后鉆孔。 1.5.5工藝路線方案一 工序1 鑄造； 工序2 車外圓、端面； 工序3 鉆孔； 工序4 車左端端面、車內(nèi)倒角、車錐孔、車內(nèi)螺紋、車倒角； 工序5 半精車、精車； 工序6 鉆孔； 工序7 粗鏜的孔； 工序8 車端面、車倒角； 工序9 鉆孔； 工序10 鉆孔； 工序11 鉆圓周上孔； 工序12 鉆端面上孔； 工序13 精鏜的孔、鏜內(nèi)槽的孔； 工序14 銑的缺口； 工序15 焊封、去毛刺； 1.5.6工藝路線方案二 工序1 鑄造； 工序2 車外圓、端面，鉆孔，擴內(nèi)圓，粗鏜退刀槽； 工序3 車左端端面、車內(nèi)倒角、車錐孔、車內(nèi)螺紋、車倒角； 工序4 銑端面，保證至中心線定位基準長度為； 工序5 鉆孔，锪倒角； 工序6 用專用鏜刀鏜內(nèi)槽，距端面，寬度為 擴孔，保證距端面； 工序7 銑孔的下端面； 工序8 鉆孔，鉆孔，保證孔深度； 工序9 鉆端面上孔，保證長度； 工序10 鉆圓周上孔； 工序11 銑的缺口； 工序12 焊封、去毛刺； 工序13 終檢，按零件圖樣要求全面檢查； 1.5.7工藝路線的比較與分析 兩個工藝路線方案的比較： 比較一： 方案一：工序1到4重復(fù)利用了基準的外圓，夾持次數(shù)過多，精度不易保持； 方案二：直接在工序2中一次裝夾加工孔和擴內(nèi)圓，精度要求能夠保證； 比較二： 方案一：工序6、7、8沒有遵循先面后孔的原則，先加工了的內(nèi)孔； 方案二：工序4保證了先面后孔原則；孔和內(nèi)槽一次性加工可保證精度要求，無需分粗加工及精加工，且把鏜孔的工序先于擴的孔，減小了因鏜工藝引起的工件變形； 比較三： 方案一：工序11先加工了圓周上的孔，定位精度不易保證； 方案二：由于先加工了右端面的孔，所以至端面的的定位要求得到保證，且易于排屑和減小了加工的難度和增加刀具的使用壽命。 綜上從優(yōu)考慮，選擇工藝路線為方案二。 以下是工藝流程分析情況簡述： 首先，利用外圓作為粗基準加工右端面，外圓，再鉆孔，車內(nèi)圓，尺寸公差由機床保證。 其次，利用外圓作為基準，加工端面、錐孔、倒角、車螺紋。 然后，利用端面和內(nèi)圓以及外圓，加工端面。 最后，由于加工孔和孔不可在同一機床上實現(xiàn)，因此分成2道工序在2個不同機床上進行加工；而兩個孔相通，所以先鉆端面孔，保證至端面的的定位要求，然后再鉆圓周孔時應(yīng)以端面孔為定位基準。 1.6機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 油閥座零件材料為，強度和切削性能良好，塑性、韌性較低。生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用砂型機器鑄造（壓實式或震壓式）。查《機械加工工藝手冊》及相關(guān)，長度方向上的余量為鑄造精度為，尺寸公差為. 根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1.6.1外圓表面（） 考慮其加工長度，與其聯(lián)結(jié)的非加工外圓表面直徑為，為簡化鑄造毛坯的外形，現(xiàn)直接取其外圓表面直徑為。表面為自由尺寸公差. 1.6.2外圓表面沿軸線長度方向的加工余量（端面、端面） 分2次加工。第1次加工，余下的1次加工。 1.6.3孔（） 由于孔的直徑都小于，故采用毛坯為實心，不沖出孔來。內(nèi)孔精度要求界于之間。參照《機械加工工藝手冊》確定工序尺寸及余量為 鉆孔 粗鏜 精鏜 1.6.4外圓端面（） 查《機械加工工藝手冊》端面的余量為4㎜。分兩次加工，第一次加工3㎜，第二次加工1㎜。 1.6.5銑缺口（） 由于題目中對圓柱缺口的精度要求不高。故粗銑余量為4㎜。經(jīng)過粗銑后即可達。 第二章 油閥座鉆端面孔專用夾具設(shè)計 2.1確定設(shè)計方案 本夾具是用來加工端面上的的孔。該孔的定位精度為一般精度，因此，其加工精度可以由鉆床來保證。 1、 定位方案 由已知零件圖可以知道，要加工的孔就要對工件先進行完全定位。使用鉆床加工，定位方案一用端面放在平面上限制3個自由度，用心軸穿過中心孔，在心軸上做成的短銷限制2個自由度，再用的孔限制1個自由度。定位方案二用的端面放在平面上限制3個自由度，用心軸穿過中心孔，在心軸上做成的菱形短銷與平面一起限制4個自由度，再配合的可換定位銷限制2個自由度來實現(xiàn)定位。比較兩個方案可知，方案二較好，因為端面上的孔和的孔在同一平面上，方案二用前一步工序加工的端面的孔來進行定位，可以很好的保證加工精度。故選擇方案二。 方案一 方案二 圖2. 3定位方案的比較 2.夾緊方案 用于鉆小孔的夾具,常常不另設(shè)夾緊裝置,這種處理方法既能縮短夾具的制造周期,降低夾具制造成本,又能節(jié)省安裝工件的時間,提高生產(chǎn)率,但必須保證安全.采用手動螺旋擰緊是可靠的,可免去夾緊力的計算。 3.導(dǎo)向裝置 采用固定鉆套,保證鉆孔的位置。 圖2.4 導(dǎo)向裝置 2.2 切削力及夾緊力的計算 鉆端面上孔 選用鉆床：Z515，查得： （3.1） 按機床說明，取 故實際切削速度： （3.2） 切削工時： （3.3） 鉆孔時軸向力，扭矩，功率的計算公式查《切削用量簡明手冊》P77表2.32 軸向力： （3.4） 其中 扭矩: （3.5） 功率: （3.6） 2.3 定位誤差的分析 夾具的主要定位元件是立板及與立板配合使用的心軸。所以立板和心軸的制造誤差為本工序的主要誤差。立板與心軸的配合處要磨精度等級為6級，公差為0.013mm，平面度公差為0.05mm，心軸的表面與立板面的垂直度公差為0.03mm，所以加工孔的垂直度誤差為0.013+0.03+0.05mm=0.093mm。 2.4夾緊元件強度校核 受力分析：當壓緊工件時，螺栓除受夾緊力作用產(chǎn)生拉應(yīng)力外，還受轉(zhuǎn)矩T的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的作用。 拉伸應(yīng)力： (3.7) 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力： (3.8) 由第四強度理論，可知螺栓預(yù)緊狀態(tài)下的計算應(yīng)力： (3.9) 工件件材料為45鋼，屈服強度為，取安全系數(shù)， 則許用擠壓應(yīng)力 (3.10) 強度滿足要求。 總時間大約為。 2.5 夾具的優(yōu)化設(shè)計及經(jīng)濟性分析 這種優(yōu)化設(shè)計的特點：可以正確確定適用對象種數(shù)。根據(jù)優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果，對可調(diào)、可換元件和通用基體的結(jié)構(gòu)設(shè)計從成本比例的角度進行調(diào)整，從而使之滿足優(yōu)化設(shè)計，達到整體經(jīng)濟性的目的。 從成組夾具適用對象種數(shù)所分攤的夾具成本看，可以認為：適用對象在成組夾具滿負荷的范圍內(nèi)，對象種數(shù)愈多則夾具分攤到適用對象種數(shù)上的單位成本就愈低。 從夾具上的可調(diào)、可換元件看，隨著夾具適用對象種數(shù)的增加，則夾具上的可調(diào)、可換元件也隨著增加，這時，可調(diào)、可換元件的設(shè)計、制造費用以及夾具的調(diào)整次數(shù)和調(diào)整、保管費用也隨之相應(yīng)增加。 當所設(shè)計的成組夾具，其適用對象零件種數(shù)等于或接近NK值時，可以認為這套成組夾具符合經(jīng)濟性的原則；反之，則可認為是不合理的。這時，應(yīng)該從各方面采取調(diào)整措施，如修改通用基體或可調(diào)、可換元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使之Ct值與P值的比例關(guān)系得到調(diào)整，最終符合經(jīng)濟性的原則。 在成組夾具設(shè)計中，根據(jù)夾具的復(fù)雜程度，從已積累的統(tǒng)計資料中取得Ct值與P值的當量值，以預(yù)定成組夾具適用對象零件種數(shù)，然后對實際的Ct值與P值進行評價，這樣可以達到減少過程損失的目的，大幅度提高單機設(shè)備的通過能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量。現(xiàn)場同類設(shè)備由于工裝的差異影響了設(shè)備本身較寬的工藝通過能力，通用工裝使現(xiàn)場整體的設(shè)備通過能力得到提高，有利于均衡生產(chǎn)，提高了工藝質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量。提高現(xiàn)場應(yīng)變能力和單一品種的加工能力，有利于物流順暢和均衡生產(chǎn)。 2.6 操作說明 圖2.3 裝配主視圖 圖2.4 裝配俯視圖 圖2.5 裝配左視圖 夾具的裝配是先把鉆模板翻過來，裝上跟的可換定位銷，通過過盈配合與夾具鉆模板配合，在用螺母將零件與鉆模板鎖緊，翻轉(zhuǎn)鉆模板，再將鉆模板與夾具座用螺栓緊固，夾具安裝完畢。 加工時把工件裝在可換定位銷上，并與孔保證定位要求，加支撐板，用螺母緊固。加工完成后，翻轉(zhuǎn)鉆模板，松開螺母，即可取出工件。 第三章 設(shè)計心得體會 課程設(shè)計是對我們這學(xué)期在學(xué)校所學(xué)所有知識的總結(jié)。通過這個課程設(shè)計可以將我們各學(xué)期所學(xué)知識匯合起來,是對我們的專業(yè)知識的鞏固和復(fù)習(xí)。 在我們剛開始設(shè)計的時候，總覺的難度非常的大，根本不知道從什么地方下手，對設(shè)計的步驟根本不知道怎么安排，怎么設(shè)計。于是我們就去圖書館借了很多相關(guān)的書籍,并上網(wǎng)查閱了許多相關(guān)的資料,詳細了解了機械設(shè)計應(yīng)注意的一些問題及設(shè)計步驟.我開始知道課程設(shè)計一定要先從零件圖分析開始，然后在得出各零件的技術(shù)要求，在根據(jù)零件的技術(shù)要求畫出毛坯和零件合圖,然后設(shè)計出工藝路線流程圖,最后設(shè)計出加工所需要的各個專用夾具. 夾具課程設(shè)計歷時二周，在這整個設(shè)計過程中，我們一組成員相互配合、互相監(jiān)督。爭取盡快的將這個設(shè)計做完。這個過程很好的鍛煉了我們對實踐面和對理論面的理解和消化，讓我們明白了如何去將我們所學(xué)的專業(yè)知識與課程設(shè)計聯(lián)系起來。在設(shè)計過程中一次次翻閱手冊讓我們的設(shè)計更加標準化。有很多時侯我們設(shè)計東西都是僅憑自己的想象，沒有把設(shè)計手冊放在手邊，不切實際的算，得出的結(jié)果可想而知必定是失敗的。所以我們做設(shè)計的一定要一切要從實際出發(fā)，從手冊出發(fā)，這樣才會有所收獲。 對于這次的專用夾具設(shè)計，主要是要我們解決加工零件的定位問題和夾緊問題，而零件的定位夾緊是相對來說比較靈活的，方案比較多，需要我們對被加工零件進行認真的分析，選擇出相對來說比較成熟的一種方案。在這次夾具課程設(shè)計的整個過程中，我們總共遇到了很多非常麻煩的問題，這是我們才發(fā)現(xiàn)，原來我們的學(xué)習(xí)是這么的不到位。也了解到了原來書本上那些理論性的東西與在實際運用中的東西存在有一定的出入的，在設(shè)計中我們慢慢發(fā)現(xiàn)，有些問題我們不但要深入地理解，而且還要不斷地更正以前的錯誤思維。實踐才是檢驗真理的唯一標準！ 這次設(shè)計中要求用到制圖軟件，讓我重新溫習(xí)了一遍AutoCAD。記得剛接觸CAD的時候還是大一，剛開始畫的時候基本上都已經(jīng)不記得大一的時候所學(xué)的那部分CAD了，這樣我們又不得不把書拿出來重新看一遍，一邊畫圖一邊熟悉軟件，慢慢的，我們的作圖速度越來越快。這樣帶著問題來學(xué)，使得我們的學(xué)習(xí)效率得到很大的提高。 這次專用夾具的課程設(shè)計為我們提供了一個理論聯(lián)系實際的平臺。使得我們在以后的各種設(shè)計中能更快速，更完善地完成各種任務(wù)，思考問題時也會更加全面。這對一個設(shè)計人員來說，是一個很重要的因素和能力。同時，經(jīng)過這次設(shè)計候，我們也能更加清楚地知道自己哪些方面存在不足，以使自己在缺陷的地方多多努力，完善自我。 參考文獻 [1] 吳宗澤，羅圣國. 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊.北京：高等教育出版社，2006.5：39-56. 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