杠杆零件夹具设计

杠杆零件夹具设计摘要：本课题设计的是钻床加工工序的夹具，就杠杆零件的工艺进行了具体的分析、并制定了工艺卡片。对钻床加工工序进行了夹具的设计，制定了定位方案和定位基准，设计出了钻床加工工序的夹具体。并对重要的钻削零件进行了数控程序设计，对标准化零部件的受力分析。利用Pro/E对夹具体的结构进行了干涉分析、利用CAXA软件对部分零件进行了数控编程。关键词：夹具；数控程序；工艺路线；定位误差；定位元件。前言不论是传统制造系统还是现代制造系统，夹具都是非常重要的。在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工或者检测的装置都可以称为夹具。例如:焊接过程中用的焊接夹具，检验过程中用的检验夹具，机械加工过程中用的机床夹具等。夹具对于加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响。花费在夹具设计和制造的时间不论是在改进现有产品或者开发新产品中，在生产周期中都占有较大的比重。所以，在制造业中非常重视对夹具的研究。夹具是由一套预先制造好的各种不同形状、不同尺寸、不同功能的系列化、标准化元件组装而成的。因此夹具具有通用性和专用性双重性质，即组成夹具的元件是通用性的元件，而一旦组装成成套夹具即为专用夹具。组合夹具机构灵活多变，元件长期重复使用，因此，其元件比其它类型的夹具元件要求具有高精度，高强度，高硬度，耐磨性高等优点，单个元件功能多样，并有完全互换性。产品制造环节的柔性化的着眼点主要是在机床和工装两个方面，而夹具又是工装柔性化的重点。夹具能保证工件在规定的坐标位置上准确定位和牢固的夹紧，也就是说能保证工件相对于机床坐标原点具有准确和稳定可靠的坐标位置[2]。这种夹具具有较高的刚度和精度，在粗加工时能承受较大的切削用量，以充分发挥数控、加工中心机床的生产能力;在精加工时能更好的保证工件定位基准和加工表面的位置精度;还能根据数控、加工中心机床的要求保证夹具应允许刀具接近尽可能更多的被加工表面甚至于全部被加工表面，可以减少机床的停机时间:在夹具上还能一次装夹多个工件同时一次加工，可以减少夹具、刀具、工件系统的调整时间；还能减少刀具的更换次数和刀具的调整时间，更好的发挥数控、加工中心机床的高效性能[6]。夹具元件可以通过组装、使用、好的发挥数控、加工中心机床的高效性能。夹具元件可以通过组装、使用。夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的5%-20%。夹具的重要性越来越受到大家的重视，因此，对夹具的设计也成为了专门的课题进行研究。此夹具设计的内容为：(a)分析制定了杠杆零件的工艺；(b)设计了钻床工序的专用夹具；(c)利用Pro/E软件，对零件和夹具进行仿真分析；(d)利用CAXA软件对夹具中的部分零件进行了数控编程。1零件的分析1．1零件的作用题目所给的零件是杠杆零件，零件的结构比较复杂，尺寸较小，形状比较复杂。主要作用一是传递扭矩；二是起着固定的作用；三是起着连接作用。图1杠杆零件图1．2零件的工艺分析此杠杆零件有两组加工面，它们之间有一定的位置要求。具体分析如下：1．2．1以Ø28mm为中心孔的加工表面（尺寸见图1，外形见图2）这一组加工表面包括：Ø28H7mm的孔，Ø28H7mm孔的端面，尺寸为05.020mm的端面与尺寸为Ø28H7mm的孔有垂直度要求，垂直度误差为0.03mm，还有Ø11mm的孔。其中主要加工表面为Ø28H7mm的孔。1．2．2以Ø10H9mm的孔为中心的加工表面这一组加工表面包括Ø10H9mm的孔，Ø10H9mm孔的端面，且Ø10H9mm的孔的中心轴线与Ø28H7mm孔的中心轴线有平行度要求，其误差为0.3mm。其中主要加工表面为Ø10H9mm的孔。由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工第一组加工表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。1．3零件的材料考虑到杠杆要受到扭矩的作用，而零件的尺寸有比较小，因此应选用材料为模锻件。因为不传递力与功率，主要起固定和定位作用，所以不需要特别的工艺处理。故可采用模锻成型。这从提高生产效率、保证加工精度上考虑也是应该的。图2杠杆零件图的三维图1．4零件的生产类型零件的生产类型为中批量生产。因此需要设计专用夹具来提高生产效率。2工艺规程设计2．1基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面的选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。2．1．1粗基准的选择。由于此杠杆零件的结构比较复杂，需要加工三个孔（Ø28H7mm、Ø10H9mm和Ø11mm）、三个端面（即三个孔的端面）和插槽，且三个孔不在同一个平面上。对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。但对于本零件来说，如果以Ø40mm外圆表面作基准（四点定位），其装夹深度不够，可能造成装夹不稳定。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现选取5.05.08mm作为粗加工基准，利用V形块支承Ø40mm孔的外轮廓作主要定位面，以削除→X，→Y，⌒X，⌒Y四个自由度，再用一对自动定心的窄口卡爪，夹持在5.05.08mm表面上，达到完全定位。2．1．2精基准的选择主要考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在后面的要专门计算，此处不再重复。2．2制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何精度、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。2．2．1工艺路线方案一工序Ⅰ铣Ø28H7mm孔两端面；工序Ⅱ铣Ø10H9mm孔两端面；工序Ⅲ钻、扩、粗镗、精镗、精铰Ø28H7mm孔；工序Ⅳ铣Ø11mm孔两端面；工序Ⅴ钻Ø11mm孔；工序Ⅵ钻、扩、铰Ø10H9mm；工序Ⅶ插5.005.9mm槽；工序Ⅷ清洗，去毛刺；工序Ⅸ终检。2．2．2工艺路线方案二工序Ⅰ铣Ø28H7mm孔两端面；工序Ⅱ铣Ø10H9mm孔的两端面；工序Ⅲ铣Ø11mm孔两端面，保证；工序Ⅳ钻、粗镗、精镗、精铰Ø28H7mm孔；工序Ⅵ钻、扩、铰Ø10H9mm；工序Ⅴ钻Ø11mm孔；工序Ⅶ插5.005.9mm槽；工序Ⅷ清洗，去毛刺；工序Ⅸ终检。2．2．3工艺方案的比较分析上述两个方案的特点在于：方案一是先加工Ø28H7mm的孔的一组加工表面，然后以此为基准加工Ø10H9mm孔为中心的一组加工表面。而方案二则是在铣床上加工完所有表面，再加工三个孔。两相比较可以看出，方案一加工序比较多，装夹次数也较多，能够保证零件的位置精度；方案二是在铣床上铣完所有需要加工表面再加工内孔，装夹次数比较少，但是在一道工序中要完成这么多工作，需选用专门设计的组合机床（但在成批生产时，在能保证加工精度的情况下，应尽量不选用专用机床）。因此，最后的工艺路线确定如下：工序Ⅰ铣Ø28H7mm孔两端面，保证尺寸05.020mm；工序Ⅱ铣Ø10H9mm孔两端面，保证尺寸1.05.010mm；工序Ⅲ钻、粗镗、精镗、精铰Ø28H7mm孔；工序Ⅳ铣Ø11mm孔两端面，保证05.036mm；工序Ⅴ钻Ø11mm孔；工序Ⅵ钻、扩、铰Ø10H9mm；工序Ⅶ插5.005.9mm槽；工序Ⅷ清洗，去毛刺；工序Ⅸ终检。2．3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据上述原始资料及加工工艺分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：2．3．1Ø28H7mm两端面的加工余量（加工的计算长度为mm05.020）（1）按照《机械加工工艺手册》表2.2—2.5。取加工精度2F，件复杂系数为3S，锻件重量为1.5kg，则Ø28H7mm孔外端面的单边加工余量为2.0—3.0mm，现取Z=2.5mm。锻件的公差按《机械加工工艺手册》表2.2—14，材质系数取1M，锻件复杂系数取3S，则锻件的偏差为0.14.0mm。（2）铣削公差：现规定本工序的加工精度为IT11，因此可知本工序加工公差为-0.13mm。符合零件要求的公差05.0mm，不需要安排精加工。2．3．2Ø10H7mm孔两端面的加工余量（加工余量的计算长度为mm1.05.010）（1）按照《机械加工艺手册》表2.2—2.5，取加工精度为2F，件复杂系数为3S，锻件重量为1.5kg，则Ø10H9mm孔外端面的单边加工余量为2.0-3.0mm，现取Z=2.5mm。锻件的公差按《机械加工工艺手册》表2.2—14，材质系数取1M，锻件复杂系数取3S，则锻件偏差为0.14.0mm。（2）铣削公差：规定本工序的加工精度为IT11级，因此可知本工序的加工公差为-0.11mm，符合零件要求公差1.05.0mm，不需要安排精加工。2．3．3Ø11mm孔两端面的加工余量（加工余量的计算长度为mm05.036）（1）按照《机械加工工艺手册》表2.2—2.5。取加工精度2F，件复杂系数为3S，锻件重量为1.5kg，则Ø11mm孔外端面的单边加工余量为2.0-3.0mm，现取Z=2.5mm。锻件的公差按《机械加工工艺手册》表2.2—14，材质系数取1M，锻件复杂系数取3S，则锻件的偏差为0.14.0mm。（2）铣削公差：规定本工序的加工精度为IT11，因此可知本工序加工公差为-0.16mm。符合零件要求的公差05.0mm，不需要安排精加工。2．3．4内孔Ø28H7mm的加工余量、工序尺寸毛坯为实心，不冲出孔，内孔的精度等级为IT7，参考《机械加工工艺手册》表2．3—9及表2．3—12确定工序尺寸及加工余量为：钻孔：Ø25mm；扩孔：Ø27.6mm2Z=2.6mm；粗镗：Ø27.8mm2Z=0.2mm；精镗：Ø27.94mm2Z=0.14mm；精铰：Ø28H7mm2Z=0.06mm。图3杠杆零件的毛坯图2．3．5内孔Ø10H9的加工余量、工序尺寸毛坯为实心，不冲也孔，内孔的精度为IT9。参照《机械加工工艺手册》表2．3—9及表2．3—12确定工序尺寸及加工余量为：钻孔：Ø9．8mm；铰：Ø10H9mm2Z=0.2mm。2．3．6内孔Ø11mm的加工余量、工序尺寸Ø11mm的表面为自由尺寸公差，表面精糙度为3.6ZR。因此只需粗加工。直接钻Ø11mm孔。此杠杆的毛坯尺寸如图3所示。2．4确定切削用量及基本工时2．4．1工序Ⅰ:铣Ø28H7mm孔两端面，保证尺寸mm05.020（1）刀具的选择此零件为模锻件。根据《机械加工工艺手册》选用高速钢三面刃铣刀，取0d=160mm；齿数Z=16。采用X6130铣床加工本道工序。（2）铣削用量及相关参数a)确定铣削深度p：根据上述的计算可知p=2.5mm，故在一次走刀内可完成加工，所以p=2.5mm。b)确定进每齿进给量f：根据《机械加工工艺手册》表9.4—1查得f=0.12mm/齿。c)确定铣削速度V及铣削功率mP：查《机械加工工艺手册》得：V=21m/min；mP=1.49kw。d)计算刀具转速sn及进给量vf:min)/(8.4116021100010000rdVns；min)/(808.411612.0mmznfsfv。e)根据X6130铣床说明书，取：min/45rnR；min/80mmffvvR。f)切削工时的计算:(min)72.0803945211vRflllt；(min)44.172.0221tt。2．4．2工序Ⅱ：铣Ø10H9mm两端面，保证尺寸mm1.05.010（1）刀具的选择为了节省辅助时间，提高加工效率，本道工序继续使用上道工序的刀具即使用高速钢三面刃铣刀取0d=160mm；齿数Z=16。同样采用X6130铣床加工本道工序，在同一台机床上加工，能缩短加工时间，提高加工效率。（2）铣削用量及相关参数a)定铣削深度p：根据上述的计算可知p=2.