活动钳口零件的机械加工工艺规程及专用夹具设计

1 前言机制工艺与夹具技术被引入工业领域已经有一百多年的历史了，随着工业的迅猛发展机制工艺与夹具技术更加日新月异。伴随着数学、控制理论计算机、电子器件的发展，出现了机制工艺与夹具技术系统，并作为一门应用科学已发展成熟，形成了自己的体系和一套行之有效的分析和设计方法。《机制工艺与夹具》课程是机械设计制造及其自动化专业的技术基础课程，介绍了机械产品的生产过程及生产活动的组织、机械加工过程及其系统。包括了金属切削过程及其基本规律、机床、刀具、夹具的基本知识、机械加工和装配工艺规程的设计、机械加工中精度及表面质量的概念，制造技术发展的前沿与趋势。通过设计与学习，使学生能对制造活动有一个总体的、全貌的了解与把握，能掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床、刀具、夹具及加工参数，具备制订工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识，初步具备分析解决现场工艺问题的能力。了解当今先进制造技术和先进制造模式的2 发展概况，初步具备对制造系统、制造模式选择决策的能力。机制工艺与夹具技术的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等，行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等，钢铁工业用的冶金机械、提升装置等。应该提及的是，近年来，世界科学技术不断迅速发展，各部门对机制工艺与夹具技术提出了更高的要求。同时，机制工艺与夹具技术与电子技术的配合，广泛应用于智能机器人、海洋开发、高精度零件的制造与加工等，使机制工艺与夹具技术的应用提高到一个崭新的高度。通过设计实践进一步树立正确的设计思想。在整个设计过程中，坚持实践是检验真理的唯一标准，坚持理论联系实际，坚持与机械制造生产情况相符合，使设计尽可能做到技术先进、经济合理、生产可行、操作方便、安全可靠。由于时间和水平有限，本设计难免有不少缺点和错误，恳请老师批评指正。3 第一节零件的结构分析一、零件的作用平口钳是用来夹持工件进行加工用的部件。它主要由固定钳身、活动钳口、钳口板、丝杠和套螺母等组成。丝杠固定在固定钳身上。转动丝杠可带动套螺母作直线移动。套螺母与活动钳口用螺钉连成整体，因此，当丝杠转动时，活动钳口就会沿固定钳身移动。这样钳口闭合或开放用以加紧或放松工件。图一：由零件图拼画的平口钳装配图图二：活动钳口装配图二、零件的工艺分析4 通过熟悉零件图，了解零件的用途及工作条件，并根据机械加工对零件结构的要求和装配、维修对零件结构的要求。分析零件图上各项技术条件，确定主要加工表面。活动钳口共有两组加工表面，他们之间有一定的位置关系要求。现分述如下：图三：零件左视图 1、以f36mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：两个f28mm、f36mm的孔及其倒角，尺寸为48和100与孔f28mm中心线相互垂直的两个平面A与B。2、以f28mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：以孔f28mm中心线为基准的C、5 D、E三个平面，还有在C平面上的两个M6的螺孔。由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面A、B，然后借助于专用夹具加工另一组表面C、D、E，并且保证它们之间的位置精度要求。第二节工艺规程设计一、确定毛坯的制造形式活动钳口零件的材料为灰铸铁。考虑到活动钳口在工作中要经常正、反向用力不均匀，经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用铸件，以使金属纤维尽量不被裁断，保证零件工作可靠。二、确定毛坯的制造方法假设活动钳口零件已达大批量生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，同时从提高生产率、保证加工精度方面考虑，故可采用铸造成型。三、基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会出问题，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。定位基准的选择对保证加工面的6 位置精度，确定零件加工顺序具有决定性影响，同时也影响到工序数量、夹具结构等问题，因此，必须根据基准选择原则进行选择。 1、粗基准的选择对于一般的零件而言，按照有关粗基准的选择原则,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f 100mm 的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组 V 形块支撑f100mm 的外轮廓表面作主要定位面，以消除四个自由度，再用条形块，夹持在 A、C 面上，用以消除两个自由度，达到完全定位。 2、精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当活动钳口零件的设计基准与工序不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，在此不再重复。四、制订工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、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7 领（生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。）已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用夹具，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。 1、工艺路线方案一工序一铸造；工序二粗铣两孔端面 A、B 面；工序三钻f28mm的孔；工序四扩钻f 28mm 的孔至图样尺寸，并镗f 36mm 的孔至图样尺寸要求，同时倒角 2×45°；工序五粗铣 C、D、E 平面；工序六钻M6螺纹的底孔并倒角；工序七攻螺纹2-M6；工序八检验。 2、工艺路线方案二工序一铸造；工序二钻f28mm的孔；8 工序三扩钻f 28mm 的孔至图样尺寸，并锪f 36mm 的孔至图样尺寸要求，同时倒角 2×45°；工序四粗铣两孔端面 A、B 面及 C、D、E 平面；工序五钻M6螺纹的底孔并倒角；工序六攻螺纹2-M6；工序七检验。 3、工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：工艺方案一是先加工以孔为中心的一组表面，然后以些为基面加工孔；而工艺方案二则与此相反，先是加工孔，然后再以此孔为基准加工外表面。两相比较可以看出，先加工外表面再以外表面定位加工孔，这时的位置精度较容易保证，并且定位及装夹等都比较方便。同时，工艺方案二中的锪f36mm的孔较工艺方案一中的镗f36mm的孔，由于内孔的精度要求比较低，无论从工序的方便程度，还是定位等都来的方便，也减少了装夹次数。因此决定将工艺方案作一定的调整。具体工艺方案如下：最终工艺路线方案：工序一铸造；9 工序二粗铣两孔端面 A、B 面，及 C、D、E 平面；工序三钻f28mm的孔；工序四扩钻f 28mm 的孔至图样尺寸，并锪f 36mm 的孔至图样尺寸要求，同时倒角 2×45°；工序五钻M6螺纹的底孔并倒角；工序六攻螺纹2-M6；工序七检验。五、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定活动钳口零件材料为灰铸铁，硬度 150HBS，生产类型为大批生产，采用铸造成型。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： 1、零件内孔f 28mm 毛坯为实心，不冲出孔。孔的表面粗糙度为 R12.5，参照《机械加工工艺师手册》（主编杨叔子，机械工业出版社）表[2.3­9]及表[2.3­12]确定工序尺寸及余量为：钻孔：f6mm 钻孔：f25mm 扩钻：f28mm               2Z=3mm10 锪孔：f36mm               2Z=8mm 2、 0.033 0 28 mmf+孔外端面的加工余量（1）按照《机械加工工艺师手册》（主编杨叔子，机械工业出版社）表[2.2­25]，取加工精度 2 F ，复杂系数 3 S ，则孔外端面的单边加工余量为 2.0~3.0mm，取 Z=2mm。铸件的公差按《机械加工工艺师手册》（主编杨叔子，机械工业出版社）表[2.2­14]，材质系数 1 M ，复杂系数 3 S ，则铸件的偏差为 1.3 0.7 mm+-。（2）铣削余量铣削的公称余量（单边）为： Z=20.­0.2=1.8(mm) 铣削公差：由于表面粗糙度为 R25，因此可知本工序的加工公差为­0.22mm（入体方向）。由于毛坯及以后各道工序的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义是的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。由于本设计规定的零件为大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式进行确定。11f28mm 孔外端面尺寸加工余量和工序间余量及公差分布图（如图）。图四：f28mm孔外端面工序间公差分布图由图可知：毛坯名义尺寸： 36+2×2=40(mm) 毛坯的最大尺寸：36+1.3×2=38.6(mm) 毛坯的最小尺寸：36-0.7×2=34.6(mm) 粗铣后最大尺寸：12 36+0.2×2=36.4(mm) 粗铣后最小尺寸： 36.4­0.22=36.18(mm) 六、确定切削用量及基本工时工序一铸造（省略）工序二粗铣两孔端面 A、B 面，及 C、D、E 平面； 1、加工条件工件材料：灰铸铁，铸造。加工要求：粗铣两孔的两端面 A、B，平面 D、E，公差 IT14；粗铣 C 平面，表面粗糙度 R12.5。机床：XA6132 万能立式升降铣床（查《机械制造工艺手册》表[4­16]）刀具：查《金属切削手册》（上海科学出版社）选圆柱形铣刀铣平面，粗铣选用 p a =3~8mm。由于铸造加工余量（+6.5mm~­4.5mm），查《金属机械加工工艺人员手册》（第三版）P1012 表[12­2]选精度等级为 14 级。（1）铸造件在表面粗糙度许可的要求下，一般通过一次粗铣就能达到尺寸要求，但由于尺寸有余，故考虑一次进行铣削。此时，在确定好铣削量的同时，使刀尖避开工件表面13 的铸硬度 p a =3mm。（2）进给量的选择查《金属切削手册》（上海科学出版社）表[6­12]取圆柱铣刀铣削铸造件的进给量 z f =0.25mm/齿。（3）切削速度查《金属切削手册》（上海科学出版社）表[6­14] 由于粗铣铸造件时，切削负载和载荷较大，故 V 应取较小值。V=15m/min。（4）铣刀直径和工作台的进给量查《金属切削手册》（上海科学出版社）表[10­38]和 [10­39]得 d=60mm则 s n =1000×15/3.14×60=76.12mm 取 s n =76mm 按机床（XA6132 万能立式升降铣床）选取 w n =80r/min v=3.14×60×80/1000=15m/min 当 80/min w nr=时，工作台的每分钟的进给量 m f ， mzw ffzn=´´ =0.25×6×80=120m/min （5）切削工时14 查《金属切削手册》（上海科学出版社）选 l =100mm， 1 l =8.3mm, 2 l =3mm 12 m m lll t f++==111.3/120=0.93 工序三钻f28mm的孔；刀具材料：高速钢。刀具：直柄麻花钻（查《机械制造工艺手册》）（1）确定进给量查《金属切削手册》（上海科学出版社）表[2­7]，当加工材料为 HT150800， 0 d =f25mm时， f =0.39~0.47mm。由于本零件在加工f28mm 孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数 0.75，则 f =（0.39~0.47）×0.75=0.29~0.35 mm/r 根据 Z535 机床说明书，现取 f =0.25 mm/r （2）切削速度根据《金属切削手册》（上海科学出版社）表[2­13] 和表[2­14]，查得切削速度 V=18m/min。所以 1000100018 229(/min) 3.1425 s w v nr dp´===´取 195/min w nr=，故实际切削速度为15 3.1425195 15.3(/min) 10001000 ww dn vmp´´===（3）切削工时 l=19mm， 1 l =3mm, 2 l =3mm 12 lll t fn++= =19+9+3/195×0.25=0.635（min）工序四扩f28m