十字头加工艺 工装夹具设计.docx

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十字头加工艺工装夹具设计

题目：

十字头加工艺工装夹具设计

第一部分：

工艺设计说明书

1零件图的工艺分析

1.1十字头零件的功用和原理分析

题目所给的零件是十字头的机械加工工艺及指定工序专用夹具的设计，它主要是连接连杆和活塞杆的部件，是将回转运动转化为往复运动的关节。

对十字头的基本要求是：

有足够的强度，刚度，耐磨损，重量轻，工作可靠。

本十字头零件与活塞杆是依靠法兰连接的结构，这种结构使用可靠，调整方便，活塞杆与十字头容易对中，不足之处是结构相对复杂，加工不方便。

1.2十字头的结构分析

根据十字头的结构、尺寸公差、粗糙度等要求对十字头零件进行结构分析，使零件可以达到设计的要求。

十字头的结构相对复杂属于一般复杂零件，在加工时要考虑它的加工先后顺序，首先外圆是基准，所以在加工时我们要先把基准定出来，以此保证零件的尺寸要求，十字头的组要工作面为Φ20内孔，底面Φ20孔及顶面Φ65内腔，外圆的尺寸公差要求不高，但粗糙度要求很高，所以在加工中，我们应该在保证精度的条件下劲量满足粗糙度要求，但是同时我们也要考虑好加工经济方面的问题，以此减少加工成本。

加工Φ20内孔是要保证其空的位置度，但是该孔加工起来不方便，由于十字头零件属于大批量生产的零件，所以在某些加工部分可以设计一个专用夹具，以此来减少加工需要的时间，已达到降低成本的目的。

十字头的加工面有很多可以采用同一种机床进行加工，所以，在加工中我们可以适量的工序集中，这样可提高加工速度。

1.3零件图纸分析：

由零件图可知，该零件形状较为复杂、外形尺寸不大，可以采用铸造毛坯。

由于该零件的两个φ20孔要求较高，它的表面质量直接影响工作状态，通常对其尺寸要求较高。

一般为IT5-IT7。

加工时两φ20孔的同轴度应该控制在0.01mm。

φ85外圆的尺寸它直接影响孔在空间的位置，加工时可以将其加工精度降低，通过装配来提高精度。

零件图

1.4主要技术条件：

1.孔径精度：

两φ20孔的孔径的尺寸误差和形状误差会造的配合不良，因此对孔的要求较高，其孔的尺寸公差为IT7。

2.主要平面的精度：

由于φ85外圆接影响联接时的接触刚度，并且加工过程中常作为定位基面，则会影响孔的加工精度，因此须规定其加工要求。

对全部技术要求应进行归纳整理，即如下表：

十字头零件的技术要求表

加工表面

尺寸及偏差/mm

公差及精度/mm

表面粗糙度/mm

形位公差/mm

Φ85mm外圆

0.1/IT10

Ra1.6

无

Φ85mm顶面

无

无

Ra1.6

无

Φ85mm底面

无

无

Ra12.5

无

M6螺纹孔

无

无

Ra12.5

无

Φ20mm孔

0.018/IT7

无

无

Φ35mm十字头

无

无

Ra12.5

无

Φ65mm孔

0.021/IT7

Ra3.2

无

Φ20内孔

0.023/IT8

Ra0.8

Φ24环槽

无

无

Ra12.5

无

Φ55内孔

无

无

Ra12.5

无

2.毛坯的材料及生产类型的确定

2.1毛坯类型和批量的确定

考虑到十字头工作时的作用，要求材料要有很高的强度，并且该零件结构较为复杂，故选用铸造毛坯材料为HT200。

已知该十字头零件的生产纲领为5000件/年，由文献1表1-1，可以确定该零件为成批生产，所以初步确定工艺安排为：

加工过程工序划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主。

2.2毛坯制造方法的确定

由于十字头零件的结构相对复杂，根据图纸要求，该零件毛坯的加工工艺为铸造，同时又为大批量生产，所以我们应该选用砂型铸造中的机器造型和壳型铸造。

又因为它所用的材料为HT200，由文献2表2-45查得毛坯铸件典型的机械加工余量等级为E~G,文献二表2-40，查得毛坯铸件的公差等级为CT8~12。

如下表：

方法

要求的机械加工余量

铸钢

灰铸铁

球墨铸铁

可锻铸铁

机器造型

E~H

E~G

E~G

E~G

方法

公差等级CT

铸钢

灰铸铁

球墨铸铁

可锻铸铁

机器造型

8~12

8~12

8~12

8~12

--摘至蔡兰《机械零件工艺性手册》机械工业出版

3．工艺规程的编制

3.１定位基准的选择

3.1.1粗基准的选择：

在选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够多的余量，及保证不加工表面与加工表面的尺寸，位置符合零件图样设计要求，粗基准的选择原则：

1.重要表面余量均匀原则；2.表面间的相互位置要求原则，必须首先保证工件加工表面与不加工表面之间的相互位置要求，应以不加工表面为粗基准；3.余量足够原则，如果零件上各表面均需加工，则以加工表面余量较小的粗基准；4.定位可靠性原则，作为粗基准的表面，应选用比较可靠，平整光洁的表面，以便定位准确、夹紧可靠；5.不重复使用原则，根据这些基准原则，我们可选用十字头的底面作为粗基准，然后加工出基准A，再由基准外圆面来定位加工其他的加工面，以保准相关尺寸的精度。

3.1.2精基准的选择

精基准的选择主要考虑的问题是是如何减少误差，保证加工精度及安装方便以及设计基准和工序基准重合的问题。

当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，选择十字头底面与两φ85外圆作定位基准，因为φ85外圆柱面，及底面是装配结合面，且十字头底面又是空间位置的设计基准，故选择十字头底面与外圆作定位基准，符合基准重合原则且装夹误差小。

3.2拟定加工工艺路线

制定加工工艺路线的出发点，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。

在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以采用万能机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此以外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。

1．工艺路线方案一：

工序1：

铸造

工序2：

清砂

工序3：

时效处理

工序4：

粗车Φ85外圆

工序5：

粗车十字头顶面

工序6:

粗车，半精车，精车，十字头底面

工序7：

钻，攻4Xm6螺纹孔

工序8：

钻、扩、铰，Φ20内孔

工序9：

铣十字头

工序10：

粗镗、半精镗、精镗Φ65内孔

工序11：

车Φ55孔

工序12：

车内圆环工序

工序13：

钻、扩、铰、Φ20底面孔

工序14：

车挖Φ24内环槽

工序15：

半精车，精车Φ85外圆

工序16：

去毛刺

工序17：

终检

2．工艺路线方案二：

工序1：

铸造

工序2：

清砂

工序3：

时效处理

工序4：

粗车Φ85外圆

工序5：

粗铣十字头顶面

工序6：

粗铣、半精铣、精铣十字头顶面

工序7：

钻、攻Φ6螺纹孔

工序8：

钻、扩、铰，Φ20内孔

工序9：

铣十字头

工序10：

粗镗、半精镗、精镗Φ65内孔

工序11：

车Φ55孔

工序12：

车内圆环

工序13：

粗镗、半精镗、精镗Φ20底面孔

工序14：

车挖Φ24内环槽

工序15：

半精车，精车Φ85外圆

工序16：

去毛刺

工序17：

终检

以上加工方案大致看来是合理的，但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，只要表现在Φ20底面圆孔和两端面的加工方式，根据工序的集中，加工经济度和加工难易程度通过分析比较，方案一比较合理，故选用方案一。

3．3加工余量、工序尺寸及公差的选择

（1）铸件的基本尺寸机械加工前毛坯铸件，包括必要的机械加工余量。

（2）尺寸公差允许尺寸的变动量。

公差等于最大极限尺寸之代数差的绝对值；也等于上偏差与下偏差之代数差的绝对值。

（3）错行由于合型时错位，铸件的一部分与另一部分在分型面处相互错开。

（4）要求的机械加工余量在毛坯铸件上为了随后可用机械加工方法去除铸件对金属表面的影响，冰室之达到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而留出的金属余量。

对圆柱形部分或者在双侧机械加工的情况下，RMA应加倍。

铸件毛坯基本尺寸表达式子如下：

R=F+2RMA+CT/2外圆

R=F-2RMA-CT/2内腔

R=F+RMA+CT/2单侧

按上述式子计算各毛坯尺寸：

Φ85的外圆,查文献二表2-3和表2-4可算出R1=F+2RMA+CT/2=85+2.8+3=90.8；

85两端面，查文献二表2-3和表2-4可算出R2=F+2RMA+CT/2=85+2.8+3=90.8；

Φ65内孔，查文献二表2-3和表2-4可算出R3=F-2RMA-CT/2=65-2.8-3=Φ59.2；

Φ35十字头，查文献二表2-3和表2-4可算出R4=F-2RMA-CT/2=35-1-2.5=31.5；

Φ55内孔，查文献二表2-3和表2-4可算出R5=F-2RMA-CT/2=55-2.8-1.4=50.8；

其他尺寸由于过小铸造时可不铸造。

表2—3

毛坯铸件基本尺寸/mm

铸件尺寸公差等级CT

大于

至

9

10

11

12

25

40

1.8

2.6

3.6

5.0

40

63

2

2.8

4

5.6

63

100

2.2

3.2

4.4

6

表2—4

最大尺寸

要求的机械加工余量等级

大于

至

E

F

G

40

0.4

0.5

0.5

40

63

0.4

0.5

0.7

63

100

0.7

1

1.4

--摘至蔡兰《机械零件工艺性手册》机械工业版版

计算各工序加工余量

Φ85的外圆,

（1）加工基本尺寸为Φ85mm，公差为0.1mm，其公差等级为IT10，确定其加工方案为：

粗车-半精车-精车

（2）用查表法定加工余量：

由表可知，对于大批量生产，采用砂型机器造型，取尺寸公差为12，加工余量为G级，毛坯外圆的加工总余量由上面计算结果可知为Z总=5.8mm

精车：

=1.2mm

半精车：

=1.8mm

粗车：

=2.8mm

（3）计算各工序的基本尺寸，精车后工序基本尺寸为Φ85，其他各工序基本尺寸依次为：

半精车：

Φ85+1.2=Φ86.2mm

粗车：

Φ86.2+1.8=Φ88mm

毛坯：

Φ88+2.8=Φ90.8mm

（4）确定各工序的公差及偏差。

工序尺寸的公差按加工经济精度确定。

精车IT8,公差值为0.054mm

半精车IT10，公差值为0.140mm

粗车IT12，公差值为0.350mm

按工序入体原则：

精车：

Φmm

半精车：

Φmm

粗车：

Φmm

毛坯：

Φ90.8±3mm

工序名称

工序余量

工序尺寸

工序公差

工序尺寸及偏差

精车

1,2mm

85mm

0.054mm

Φ

半精车

1.8mm

86.2mm

0.140mm

Φmm

粗车

2.5mm

88mm

0.350mm

Φmm

毛坯

5.5mm

90.8mm

6mm

Φ90.8±3mm

85两端面

（1）加工基本尺寸为85mm的底面，公差为无要求，其公差等级为无要求，确定其加工方案为：

粗车

（2）用查表法定加工余量：

Z总=2.9mm

粗车：

Z=2.9mm

（3）计算各工序的基本尺寸，粗车工序基本尺寸为Φ85，其他各工序基本尺寸依次为：

毛坯：

85+2.9=87.9mm

（4）确定各工序的公差及偏差。

工序尺