1029杠杆臂翻转式钻两面孔夹具及工艺设计:毕业设计书-三维夹具-CAD装配图-零件图-工艺-工序卡.doc
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摘 要
根据设计要求首先确定了杠杆臂的基本设计思路,通过对该零件作用分析,形位公差分析、加工工艺、工序设计完成零件的工艺制造思路。
而后确定了定位基准的选择,和夹紧方式的确定,最后经过反复比对后使用Solidworks三维造型软件进行了初步的草图绘制,确定夹具的外形尺寸,然后设计钻模板和钻套等,为了简化设计减少非标零件的设计和制造成本,选用了较多的螺钉螺母等非标零件。
本次夹具设计过程中夹具采用进行紧凑的设计方案,这样较为节省材料和成本,但是夹具的安装定位显得比较细致,空间利用率较高。
为了方便的放入和取出工件而不对周边产生操作影响和降低生产效率,采用了钻模板的翻转设计模式,左侧的钻模板在非工作时可以方便的拉起,让工件可以顺利放入,安装完毕后翻下钻模板。
【关键字】杠杆臂,工艺,钻夹具,夹紧,定位
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Abstract
根据设计要求首先确定了杠杆臂的基本设计思路,通过对该零件作用分析,形位公差分析、加工工艺、工序设计完成零件的工艺制造思路。
而后确定了定位基准的选择,和夹紧方式的确定,最后经过反复比对后使用Solidworks三维造型软件进行了初步的草图绘制,确定夹具的外形尺寸,然后设计钻模板和钻套等,为了简化设计减少非标零件的设计和制造成本,选用了较多的螺钉螺母等非标零件。
Accordingtotherequirementsofdesign,firstdeterminethebasicdesignideasoftheleverarmeffect,throughthepartsanalysis,toleranceanalysis,processingtechnology,processdesigncompletepartsmanufacturingmethod.Thendeterminethelocationdatumselection,determinationandclampingway,finallyafterrepeatedcomparisonusingSolidworks3Dmodelingsoftwaremadepreliminarysketches,determinethesizeofthefixture,andthenthedrillingtemplatedesignanddrillingandsoon,inordertosimplifythedesignandreducethecostofdesignandmanufacturenon-standardparts,adoptsmorescrewsnutsandnon-standardparts.
本次夹具设计过程中夹具采用进行紧凑的设计方案,这样较为节省材料和成本,但是夹具的安装定位显得比较细致,空间利用率较高。
为了方便的放入和取出工件而不对周边产生操作影响和降低生产效率,采用了钻模板的翻转设计模式,左侧的钻模板在非工作时可以方便的拉起,让工件可以顺利放入,安装完毕后翻下钻模板。
Clampthejigdesignprocesswasusedtodesigncompact,suchrelativelysavematerialsandcost,buttheinstallationoffixtureismeticulous,highspaceutilizationrate.Inordertofacilitateloadingandunloadingworkpiecewithoutsurroundingoperationeffectandreducetheefficiencyofproduction,usingaflipdesignpatterndrilltemplate,drillingtemplateleftcaneasilypullinthenonworking,lettheworkpiececanbesmoothlyinto,installedafterdrillingtemplate.
【关键字】杠杆臂,工艺,钻夹具,夹紧,定位
[keyword]leverarm,process,fixture,clamping,positioning
目录
第一章绪论………………………………………………………………………………1
1.1机床夹具介绍……………………………………………………………….............….1
1.2现代夹具发展方向…………………………………………………………........….…2
1.3研究目标和任务……………………………...............................................................…2
1.4研究方向和方法…………………………………………………………………...........3
第二章零件分析…………………………………………………………………………3
2.1零件作用………………………………………………………………......................……3
2.2零件的工艺分析………………………………………………………..................………3
第三章工艺规程设计……………………………………………………………………4
3.1确定毛坯的制造形式………………………………………………………...................…4
3.2基面的选择…………………………………………………………………...................…4
3.3制定工艺路线………………………………………………………….....................……4
3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定………………………….................……5
3.5确定切削用量………………………………………………………………..................…5
3.6确定基本工时……………………………………………………………....................…12
第四章夹具设计…………………………………………………………………………17
4.1夹具的工作原理与结构设计……………………………………………....................…18
4.1.1夹具的安装和使用…………………………………………………........................…19
4.1.2夹具的安装和使用…………………………………………………........................…19
4.1.3夹具的安装和使用…………………………………………………........................…19
4.2夹具的安装和使用………………………………………………………....................…19
4.3翻转式夹具与钻床的固定……………………………………………....................……20
4.4定位误差分析……………………………………………………………....................…21
4.5夹紧力计算…………………………………………………...................................……21
第五章翻转式钻床夹具零件的具体设计……………………………..………………22
5.1钻床夹具的零件…………………………………....………………...............…………22
5.2夹具零件的设计……………………………………………………...................………23
5.3夹具体的设计…………………………………………...................……………………24
第六章总结……………………………………………………………………………24
参考文献……………………………………………………………………………………25
第一章绪论
1.1机床夹具介绍
夹具从1787年至今经过了在工业发展初期。
夹具仅作为加工工艺过程中的辅助工具;到后期机床、汽车、飞机等制造业大力发展后,成为主要工艺装备;直到目前近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高,夹具与机床的紧密结合的一路发展历程看来,夹具在工业生产中的重要地位。
现代生产要求企业制造激烈竞争夹具的应用五花八门,近年来年柔性制造系统(FMS)、数控机床(NC),加工中心(MC)和成组加工(GT)的应用使大批量生产的水平大幅提升。
目前主流的夹具设计要求
1.缩短夹具的制造周期快速适用于新产品设计
2.提高夹具的通用性特征
3.向高精度机床等应用进行发展
4.适用于各种现代化制造技术的新型技术
5.气压液压等原动力的改进应用来提高装夹效率
1.2现代夹具的发展发向
现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面:
1.精密化
机械产品精度要求快速提高,夹具的精度要求也应该同步提高。
精密化夹具的结构类型很多,比如应用于精密分度的多齿盘的精密夹具。
2.高效化
高效化夹具有自动化夹具、告诉化夹具、具有夹紧动力模块的夹具,该类夹具的应用将繁重的体力重复劳动力释放出来,节约了人力成本。
例如高速卡盘则可保证卡爪在高速状态下依然可以能正常夹紧工件,大幅度提高加工的效率。
3.柔性化
夹具的柔性化通过调组合方式适应工艺可变因素。
工艺的可变因素主要有:
工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等,具有柔性化特征的新型夹具种类主要有:
组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数控夹具等,在较长时间内,夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。
4.标准化
夹具的标准化与通用化是相关联的,通用化方法包括:
夹具、部件、元件、毛坯和材料的通用化夹具的标准化阶段是通用化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。
目前,我国已有夹具零件、部件的国家标准:
GB2148~2249-80,GB2262~2269-80以及通用夹具标准,组合夹具标准等。
标准化是柔性化高效化的基础,标准化的发展利于缩短生产准备周期,降低生产总成本。
在现代化的机械和仪器的制造业中,利用夹具来提高加工精度和生产率,减少劳动力成本是主要的目标。
可以预见的是夹具四个方面发展后可保证加工质量降低生产成本。
1.3设计目标与任务
本次对于拨叉加工工艺及夹具设计的主要任务是:
1.完成拨叉零件加工工艺规程的制定;
2.完成钻孔专用夹具的设计。
3.运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识,正确地解决一个零件在加工中的定位,夹紧以及工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题,保证零件的加工质量。
4.提高结构设计能力。
通过设计夹具的训练,获得根据被加工零件的加工要求,设计出高效,省力,经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。
5.学会使用手册以及图表资料。
掌握与本设计有关的各种资料的名称,出处,能够做到熟练的运用。
1.4主要研究方向与方法
详细分析零件的主要作用于零件尺寸外形结构,针对尺寸要求与形位公差要求,进行工艺设计和方案对比,择优选择,后续确定零件的粗基准与精基准要求后,针对双工位加工的特点设计出合理的夹紧方式,保证零件的安装与定位得到充分保证。
最后通过三维软件Solidworks绘制三维夹具,并通过其与cad的转化功能进行转化,修改最后的工程图纸,书写全篇设计论文,列出加工工艺过程。
第二章零件分析
2.1杠杆臂零件的作用
机床的杠杆臂主要的作用是实现机床工作部件启起、停止、变速、变向、操纵机构中的传动装置影响机床操纵动作及控制机构装置运动的准确性。
由于机床杠杆臂的重要作用所以需要有强度、刚度要求,尺寸精度,形状精度。
2.2零件的工艺分析
零件工艺分析就是对零件的结构特点,尺寸精度,形位公差进行分析和整合,并且联系零件的使用方式和方法,考虑后期所需要额加工工艺与加工重点,确定相应的加工工艺设计出合理的夹具保证夹具的工艺性和经济性。
图2.1杠杆臂零件产品图
由于本次的杠杆臂零件的结构属于弯曲件有多处凸台,凸台面有多处孔,各个孔型位置交错不一,所以常规的下料方式不能满则,本次初步选择的是铸造成型工艺,选择铸造材料为QT500,该材料是球墨铸铁,此材料的特性是生产工艺简单,铸造性能优良,强度刚度好。
对零件的尺寸进行分析后可以发现有四个面需加工,2个垂直平面铣削,3个通孔需钻铰加工(即Ø10+0.1Ø22+0.28Ø13+0.12)。
各个孔的特点是,不在同一个平面上并且有孔是处于垂直位置处。
根据产品图尺寸及公差和形状公差要求,选择用普通铣床和钻床即能保证该零件的加工,但是本次设计要求一次装夹后需要加工两个位置的孔,即图中直径为10和13的垂直交错孔,以保证孔的形状与位置不因为多次装夹产生变化。
第三章工艺规程设计
3.1确定毛坯的制造形式
本次零件的毛胚采用铸造加工工艺,该加工工艺方法适合大批生产的金属型模铸造。
铸造后需要及时时效处理,以消除内应力。
零件的材料QT500。
由于年产量为4000件,达到大批生产的水平。
所以后续需要夹具设计来进行辅助加工
3.2基准的选择
(1)粗基准的选择以杠杆臂铸造件上表面即尺寸10的上顶面为粗基准定位加工铸件下底面,即尺寸25下底面。
(2)精基准的选择以加工铸件的下底面为基准面加工杠杆臂零件尺寸10上顶面,并加工车床25上顶面,然后以杠杆臂尺寸10上顶面为基准,小端为精基准定位加工小端尺寸10的下底面,保证尺寸39.5±0.5。
3.3确定工艺路线
制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等级等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为大批生产的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。
表2.1工艺路线方案
工序号
工序
名称
工序
内容
车间
工段
工时
准终
单件
1
铸造
木型铸造及清理(注意工艺搭子面)
铸造车间
1
2
热处理
时效处理
热处理
1
3
铣削
台虎钳上活,校正
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金工车间
3
4
热处理
时效处理
热处理
1
5
铣削
台虎钳上活,校正
1.粗铣尺寸25上下端面至尺寸
2.粗铣尺寸¢10上下端面保证尺寸39.5至要求
3.粗铣尺寸42上下两侧面至尺寸
金工车间
3
金工车间
2
金工车间
1
8
钳工
去毛倒钝并清理
金工车间
1
9
检验
检验车间
3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
杠杆的生产类型为大批生产。
铸造金属型成型加工,材料是QT500球墨铸铁,毛坯的重量0.85kg。
毛坯的余量制定根据所属的铸造材料以及本身最后成型的零件形状与尺寸来进行决定。
后续的粗精加工在每次加工后都会预留余量并在粗加工后进行热处理释放加工时的残余内应力。
本设计规定零件为大批量生产,应该采用调整法加工,因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。
毛坯与零件不同的尺寸有:
(见零件图2.1)故台阶已被铸出,根据参考文献[12]的粗加工:
加工余量1mm,精铣的加工余量为0.5mm。
3.5确定切削用量
工序3:
粗、精铣25下底面
工步1:
粗铣25孔下底面
加工条件:
工件材料:
QT500,铸造。
机床:
X52K立式铣床。
刀具:
硬质合金三面刃圆盘铣刀(面铣刀),材料:
,,齿数。
因其单边余量:
Z=1mm
所以铣削深度ap=1mm
每齿进给量:
取铣削速度。
机床主轴转速:
(式2.1)
式中V—铣削速度;
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工作台每分进给量:
:
工步2:
精铣尺寸25下底面
加工条件:
工件材料:
HT200,铸造。
机床:
X52K立式铣床。
刀具:
高速钢三面刃圆盘铣刀(面铣刀):
,,齿数12。
精铣该平面的单边余量:
Z=0.2mm
铣削深度:
=0.2mm
每齿进给量:
取
铣削速度:
取
机床主轴转速:
取
实际铣削速度:
进给量:
工作台每分进给量:
工序3:
粗精铣宽度为42mm的大端侧面
(1)粗铣宽度为42mm的侧面
加工条件:
工件材料:
QT500,铸造。
机床:
X52K立式铣床。
刀具:
硬质合金三面刃圆盘铣刀(面铣刀),材料:
,,齿数。
因其单边余量:
Z=1mm
所以铣削深度:
ap=1mm
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进给量:
工作台每分进给量:
:
被切削层长度:
由毛坯尺寸可知,
刀具切入长度:
(式2-2)
刀具切出长度:
取
走刀次数为1
(2)精铣宽度为42mm的侧面
加工条件:
工件材料:
QT500,铸造。
机床:
X52K立式铣床。
刀具:
高速钢三面刃圆盘铣刀(面铣刀):
,,齿数12。
精铣该平面的单边余量:
Z=0.5mm
铣削深度:
ap=0.5mm
每齿进给量:
取
铣削速度:
取
机床主轴转速,由式(2.1)有:
取
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刀具切入长度:
精铣时
刀具切出长度:
取
走刀次数为1次
工序7,钻ø20孔
工件材料为QT500。
孔的直径为ø22+0.28,公差为H7,表面粗糙度。
加工机床为Z535立式钻床,加工工序为钻、扩、铰,加工刀具分别为:
钻孔——Φ20mm标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;扩孔——Φ21.8mm标准高速钢扩孔钻;铰孔——Φ22+0.28mm标准高速铰刀。
选择各工序切削用量。
(1)确定钻削用量
1)确定进给量:
,由于孔深度比,,故。
查Z535立式钻床说明书,取。
钻头强度所允许是进给量。
由于机床进给机构允许的轴向力(由机床说明书查出),允许的进给量。
由于所选进给量远小于及,故所选可用。
2)确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率由插入法得:
,
,
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结论进行修正。
,,故
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3)校验机床功率切削功率为
机床有效功率
故选择的钻削用量可用。
即
d0=20,,,
相应地
轴向力,扭转,切削功率
工序7,扩孔至ø21.8
(1)确定切削用量
1)确定进给量取=0.57mm/r。
2)确定切削速度及取。
修正系数:
,
故
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工序7:
铰孔至ø22+0.28,粗糙度为1.6um
1)确定进给量,按该表注4,进给量取小值。
查Z535说明书,取。
2)确定切削速度及取,得修正系数,
故
查Z535说明书,取,实际铰孔速度
各工序实际切削用量,根据以上计算,各工序切削用量如下:
钻孔:
d0=ø20mm,,,
扩孔:
d0=ø21.8mm,,,
铰孔:
d0=ø22+0.28mm,,,
工序7:
工步3钻Ф13+0.12孔
孔的直径为ø13mm,,表面粗糙度Ra=12.5um。
加工机床为Z535立式钻床,钻孔——Φ12.7mm标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;扩孔——Φ13+0.12mm标准高速钢扩孔钻。
选择各工序切削用量。
(1)确定钻削用量
1)确定进给量
,由于孔深度比,,故。
查Z535立式钻床说明书,取。
钻头强度所允许是进给量。
由于机床进给机构允许的轴向力(由机床说明书查出),允许的进给量。
由于所选进给量远小于及,故所选可用。
2)确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率由插入法得:
,
,
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结论进行修正。
,,故
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3)校验机床功率切削功率为
机床有效功率
故选择的钻削用量可用。
即
钻头直径do=12.7mm,,,
相应地
,,
(2)确定扩孔切削用量
1)确定进给量根据Z535机床说明书,取=0.57mm/r。
2)确定切削速度及取。
修正系数:
,
故
故取。
实际切削速度为
3.6确定基本工时
(1)粗铣、精铣尺寸25下底面
加工条件:
工件材料:
QT500铸铁,200MPa
机床:
X525K机床
刀具:
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机动时间:
===0.184min
可查得铣削的辅助时间
精铣的切削工时
被切削层长度:
由毛坯尺寸可知=40mm
刀具切入长度:
精铣时=7mm
刀具切出长度:
取
走刀次数为1
机动时间:
==0.184min
可查得铣削的辅助时间
总铣削工时t=tj1+tf1+tj2+tf2时=0.184+0.41+0.184+0.41=0.188min
(2)钻孔
加工条件:
工件材料:
QT500铸铁,200MPa
机床:
Z535立式钻床
刀具:
钻孔——标准高速钢麻花钻,磨出双锥和修磨横刃;扩孔——标准高速钢扩孔钻;铰孔——标准高速铰刀
钻孔工时:
切入3mm、切出1mm,进给量,机床主轴转速,
铰孔:
,,,
=(30+3+1)/0.43×195=0.41min
可查得钻削的辅助时间
扩孔工时:
切入3mm、切出1mm,进给量,机床主轴转速
=(30+3+1)/0.57×275=0.22min
可查得钻削的辅助时间
铰孔工时:
切入3mm、切出1mm,进给量,机床主轴转速
=(30+3+1)/1.6×100=0.21min
可查得钻削的辅助时间
(3)粗精铣宽度为42mm面
工件材料:
QT500,金属模铸造
加工要求:
粗铣宽度42mm的下平台,精铣宽度为30mm的下平台达到粗糙度3.2。
机床:
X52K立式铣床
刀具:
高速钢镶齿式面铣刀
计算切削工时
粗铣宽度为42mm的下平台
进给量f=3mm/z,切削速度0.442m/s,切削深度1.9mm,走刀长度是2×25mm。
机床主轴转速为37.5z/min。
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