杠杆工艺和工装设计.docx
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杠杆工艺和工装设计
河南工业职业技术学院
毕业设计：
杠杆工艺和工装设计
设计人：
李振华
班级：
机制0907
学号：
0101090709
指导老师：
吴长龙
摘要
本设计的零件为杠杆零件，选用⒋⒌号钢。
根据零件的形状、尺寸精度、生产的经济效益等各方面的详细分析其加工工艺，多采钻床加工。
通过对零件的分析，此工件外形轮廓尺寸小，重量轻，加工要求不高，生产批量不大。
因此在保证质量和提高生产率的前提下，尽量简化结构，做到经济合理。
关键词：
钻床加工，杠杆零件，尺寸精度。
目录
前言4
绪言5
1.毕业设计的目的5
2毕业设计的基本任务与要求5
2.1设计基本任务5
2.2、设计要求6
3毕业设计说明书的编写6
杠杆零件工艺设计与工装设计7
1．基本任务：
7
2．设计要求：
8
3．方法和步骤：
8
3．1生产纲领8
3．2零件图审查9
4.1设计任务9
4.2设计方法和步骤11
4.3夹紧装置的设计16
4.4导向装置的设计及其他装置结构.夹具体的确定20
4.5绘制夹具结构图21
4.6确定夹具技术要求和有关尺寸，公差配合21
4.7夹具精度分析与计算22
4.8绘制夹具非标准零件（见图）23
4.9工艺卡（见后表）23
结论24
致谢25
参考文献项目26
前言
本设计的课题，不仅让我们系统全面的巩固了三年来所学的的理论知识，还使我们把所学的理论知识运用到实际操作中。
理论结合实际从而达到对理论知识更加的巩固与理解，为我们走向社会打下坚实的基础。
二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。
数控加工本身而言，具有设定数控程序后大批大量加工、效率高、质量控制稳定等优点，是加工的必然趋势。
关键是你承接的工件，是否适合你的数控机床，价格是否具有赢利。
数控技术是一种集机、电、液、光、计算机、自动控制技术为一体的知识密集型技术，它是制造业实现现代化、柔性化、集成化生产的基础，同时也是提高产品质量，提高生产率必不可少的物质手段。
本次设计主要步骤：
杠杆零件夹具设计：
设计夹具装置,导向装置,确定夹具技术要求和有关尺寸,公差配合,夹具精度分析和计算；杠杆零件工艺设计：
确定毛坯,确定工艺内容。
绪言
1.毕业设计的目的
机械制造技术课程设计是培养机械工程类专业学生应职应岗能力的重要实践性教学环节，它要求学生能全面综合地运用所学的理论和实践知识，进行零件机械加工工艺规程和工艺装备的设计。
其基本目的是：
（1）培养工程意识。
（2）训练基本技能。
（3）培养质量意识。
（4）培养规范意识。
2毕业设计的基本任务与要求
2.1设计基本任务
（1）绘制零件工作图一张
（2）绘制毛坯零件图一张
（3）编制机械加工工艺规程卡片一套
（4）编写设计说明书一份
（5）收集资料,为夹具设计做好准备
（6）绘制草图,进行必要的理论计算和分析以及夹具的结构方案（7）绘制总图和主要非标准件零件图,编写设计说明书
（8）编制夹具的使用说明或技术要求
2.2、设计要求
2.2.1、工艺设计的设计要求
（1）保证零件加工质量,达到图纸的技术要求
（2）在保证加工质量的前提下,尽可能提高生产效率
（3）要尽量减轻工人的劳动强度,生产安全
（4）在立足企业的前提下,尽可能采用国内技术和装备
（5）工艺规程应正确.清晰,规范化,标准化的要求
（6）工艺规程应满足规范化、标准化要求。
3毕业设计说明书的编写
说明书要求系统性好、条理清楚、语言简练、文字通顺、字迹工整、图例清晰、图文并茂，充分表达自己的见解，力求避免抄书.
杠杆零件工艺设计与工装设计
1．基本任务：
（1）绘制零件工件图一张；
（2）绘制毛坯—零件合图一张；
（3）编制机械加工工艺规程卡片一套；
（4）编写设计说明书一份；
（5）收集和研究原始资料，为夹具结构设计做好技术准备。
（6）初步拟定夹具结构方案，绘制夹具结构草图，进行必要的理论计算和分析。
选择最佳的夹具结构方案，确定夹具精度和夹具总图尺寸、公差配合与技术要求。
（7）绘制夹具总图和主要非标准件零件图，编写设计说明书。
（8）编制夹具特殊使用维护、操作、制造方面的说明或技术要求。
2．设计要求：
（1）应保证零件的加工质量，达到设计图纸的技术要求；
（2）在保证加工质量的前提下，尽可能提高生产效率；
（3）要尽量减轻工人劳动强度，必须考虑生产安全、工业卫生等措施；
（4）在立足本企业的生产条件基础上，尽可能采用国内外新技术、新工艺、新装备；
（5）工艺规程应正确、完整、简洁、清晰；
（6）工艺规程应满足规范化、标准化要求；
（7）夹具设计保证工件的加工精度；
（8）提高生产效率；
（9）工艺性好；
（10）使用性好；
（11）经济性好
3．方法和步骤：
3．1生产纲领
生产纲领的计算与生产类型的确定
生产类型
生产纲领（件/年）
小批生产中型零件（0.5~150kg）
10~200
3．2零件图审查
3．2．1了解零件的功用及技术要求
熟悉用途、性能及工作条件，明确被加工零件在产品中的位置和功用，审查图样的完整性和正确性
3．2．2分析零件的结构工艺性
零件的结构工艺分析主要应考虑以下几个方面：
（1）零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的要求应经济合理；
（2）各加工表面的几何形状应尽量简单；
（3）有相互位置要求的表面应尽量在一次装夹中加工；
零件的工艺过程如下（具体参考各工序卡）（另附页）：
（1）模锻成形，（Φ28锻成Φ22）其余实心；
（2）退火，消除残余内应力；
（3）数控铣，铣左边两平面，再钻铰Φ28H7孔，用平虎钳定位和装夹；
（4）数控铣，铣右边两平面，用平虎钳定位和装夹；
（5）钻孔，用专用钻夹具加工Φ10H9和Φ11孔；
（6）数控铣，铣36准；
（7）数控铣，割开4.75槽；
（8）去毛刺.检验。
4.1设计任务
（1）加工工件零件图如图4-1所示（见零件图），完成设计钻、扩、较杠杆Φ10H9孔和Φ11孔的钻床夹具。
（2）生产类型：
中批量生产。
（3）毛胚：
模锻件。
模锻是利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法.模锻与自由锻相比,具有生产率高,锻件外形复杂,尺寸精度高,表面粗糙度值小,加工余量小等优点,但模锻件质量受设备能力的限制一般不超过150kg,锻模制造成本高.模锻适合中小锻件的大批量生产.模锻方法较多,常用的有锤上模锻.
（4）工艺内容：
先铣端面,后完成钻、扩、较Φ10H9孔和Φ11孔，工序如图4-2所示。
该工序所用设备为Z525立式钻床。
图4—2
（5）工序的加工要求：
Φ10H9孔和Φ28H7孔的中心距为（80±0.20）mm；平行度允差Φ0.30mm；Φ11孔与Φ28H7孔中心距为（15±0.25）mm。
4.2设计方法和步骤
1.夹具类型的确定
由设计任务及条件可知,工件的外形轮廓尺寸小,重量轻,加工要求不高,生产批量不大.因此,设计的夹具不宜复杂,在保证质量和提高生产率的前提下,尽量简化结构,做到经济合理.根据被加工部位的分布情况,拟采用翻转式钻夹具（快换钻套）.
2.定位装置的设计
（1）确定定位方案
根据工件结构特点,其定位方案有两种:
方案一:
如图4-3所示,以Φ28H7孔及一组合面（K面与Φ10H9孔下端面组合）为定位面,限制工件的五个自由度,以Ф10H9孔端外缘毛胚一侧为防转定位面,限制工件Z自由度.该方案由于尺寸88MM的公差大,定位不稳定,定位误差大.
方案二:
如图4-4所示,以孔Ф28H7及端面K定位,限制工件5个自由度,以Ф11孔外缘定位,限制Z自由度.为增强刚性,在Ф10H9孔下端,增设一辅助支承.由于定位精度未受尺寸88MM的影响,定位误差小.
比较上述两个方案,方案二为最佳方案.
图4-3方案一
图4-4方案二
（2）选择定位元件
1）选用带台阶面的定位销,作为Ф28H7孔及其端面定位的定位元件（见夹具总图4-8）.其结构和尺寸按要求确定.
2）以Ф10H9孔端面外缘定位,采用的定位元件有两种形式（如图4-5所示）:
①选用可调支承钉作为以Ф10H9孔外缘定位的定位元件,其结构和尺寸按表3-19和表3-20确定,它可限制Z自由度.该方案可克服毛胚精度对定位精度的影响,在使用过程中根据每批毛胚的精度进行调整,结构如图4-5（a）所示.
②采用移动Ｖ形块为定位元件,如图4-5（b）所示,限制了Z自由度,其定位精度不受毛胚精度的影响,但受夹具结构限制,并且结构复杂,布局较难.Ｖ形块除定位作用外,还有夹紧作用,根据本工件的结构特点,易引起工件的变形.
比较上述两种形式,确定采用第一种形式.
图4-5定位件的选择
（3）定位误差分析计算
1）加工Ф10H9,要求保证中心距尺寸（80±0.20）mm及两孔轴线平行度0.30mm.
①计算中心距尺寸（80±0.20）mm定位误差△ο为
△ο=△B+△ν
由图4-4可知,△B=0
基准位移误差△ν等于定位销与定位孔的最大间隙值Xmax,销孔配合代号为Ф28H7,Ф28H7为Ф28,Ф28g6为Ф28.
于是Xmax=Dmax-dmin=28.021—27.98=0.041（mm）
△D=△Y=Xmax=0.041（mm）
其中：
δG=0.4mm
△D允=1/3δG=0.13（mm）
则△D∠△D允
该定位方案满足要求。
②计算Φ10H9与Φ28H7两孔轴线的平行度定位误差。
同理△D=△B+△Y，△B=0
由基准位位移误差定义可知△Y=△1+△2
△1是定位销圆柱部分与台阶面的垂直度误差。
由于此两表面是在一次安装中加工出的，其误差很小，也是可忽略不计△2=0。
因此△D=△B+△Y=0
定位误差的允许值△D允=1/3δG=1/3*0.3=0.10（mm）
显然△D〈△D允
因而该定位方案也能满足两孔轴线平行度0.3mm的加工要求。
2）加工Φ11孔，要求保证孔距尺寸（12±0.25）mm的定位精度。
同理△D=△B+△Y，△B=0
而△Y与加工Φ10H9孔时相同，只是方向沿加工尺寸15mm方向。
△D=△Y=0.41（mm）
其中：
δG=0.5mm
△D允=1/3δG=1/3*0.5=.0.167（mm）
显然△D〈△D允
该定位方案满足要求。
由于上分析可知，该定位方案与定位装置是可行的。
4.3夹紧装置的设计
1.夹紧机构
根据生产类型，此夹具的夹紧机构不宜复杂，采用螺旋夹紧方式。
螺栓直径暂用M12，为缩短装卸工件的时间，采用开口垫圈。
2.夹紧力的计算
（1）加工Φ10H9时受力分析如图4—6所示，加工时，钻削轴向力F与夹紧力F1同向，作用在定位支承上，而钻削扭距T1则有使工件紧靠于可调支承之势，所用钻头直径小，切削力矩不大。
因此，对加工此孔来说，夹紧是可靠的，不必进行夹紧力校核。
图4-6加工Φ10H9孔时工件受力图
图4-7加工Φ11孔时工件受力图
（2）加工Φ11孔时受力分析如图4—7所示，加工时，钻削轴向力F有使工件绕O点旋转的趋势，而钻削扭矩T2又有使工件翻转的趋势，为防止上述两种趋势的发生，夹具的夹紧机构具有足够的夹紧力和摩檫力矩，为此需进行夹紧的校核。
1）钻削轴向力F
F=9.81Cd
设f=0.25mm，已知d0=11mm其余参数查文献[5]得：
F=9.81×61.2×11×0.250.7×0.866=2167.15（N）
2）钻削力距T2
T=9.81=9.81×0.0311×11×0.25×0.866=9.866（N·m）
3）使工件转动的转距T3和使工件翻转的力距M0
由图4-7知
T3=FL
M0=F0L1
式中：
F0为翻转力，F0=T2/L1，L1为翻转力臂，L1=L=d0/2—D0/2
得T3=FL=2167.15×0.015=32.51（N·m）
M0=F0L1=9.866/0.011（0.015+0.011/2-0.040/2）=0.48（N·m）
4）防转夹紧力F3和防转夹紧力F3
根据力学平衡原理，由图4-7知：
F3fr+2Fnfr≥KT3F3D/2≥FM0
其中，r为当量摩檫半径，查表3-3得：
r=1/3（D1-D3/D1-D）=1/3（0.04-0.028/0.04-0.028）=0.018（mm）
得：
F3=KT3/2rf=1.5×32.51/2×0.018×0.15=9.30.56（N）
F3=2KM0/D=2×1.5×0.48/0.028=51.42（N）
5）夹紧机构产生的夹紧为F3。
根据初步选用螺栓直径为M12mm,由参考文献[9]查得，采用M12的螺栓十，许用夹紧力F3=5800N。
F3〈F3”，显然M12螺栓无法满足要求。
现改用M16螺栓，许用夹紧力F3=10500N，F3〉F3”。
M16螺栓可满足夹紧要求，同时，M16螺母的最大直径也小于定位孔Φ28H7的尺寸，不妨碍工件的装卸。
4.4导向装置的设计及其他装置结构.夹具体的确定
1.加工Φ10H9孔导向装置的确定
为适应钻、扩、铰的要求，现选用快换钻套及与之相适应的衬套，它们的主要尺寸和结构由表3—57和表3—58选取.
具体尺寸如表4—1所示。
表4—1快换钻套及衬套尺寸
钻套端面至加工面间的距离一般取（0.3~1）d（d为钻头直径），取8mm.
2.加工Φ11孔的导向装置的确定
为维修方便，不采用固定钻套，而选用可换钻套，它们的主要尺寸和结构由参考文献[1]选取。
其主要尺寸如表4—2所示。
表4—2可换钻套及衬套尺寸
钻套端面至加工表面的距离，选取原则与ΦH9孔相同，因加工精度低，为排屑方便取12mm.
各导向件至定位元件（Φ28H7孔中心）间的位置尺寸公差按工件相应公差的1/2~1/5选取。
因此，它们分别为（15±0.05）mm,（80±0.05）mm，10H9孔钻套轴心线对基准面垂直度允差Φ0.05mm,Φ11孔钻套轴心线对基准面平行度允差Φ0.05mm.
3.其他装置的确定
为便于排屑，辅助支承采用螺旋套筒式；为便于夹具的制造和维修，钻模板与夹具体的联接采用装配式。
夹具体采用开式，使加工、观察、清理切屑均方便。
4.5绘制夹具结构图
绘制夹具结构图一般分两步，首先绘制草图，待对夹具精度进行分析和计算后，若需修改的，修改后再按国际正式绘制夹具总装图，如图4-8所示。
4.6确定夹具技术要求和有关尺寸，公差配合
夹具技术要求和有关尺寸，公差配偶和是根据教材和、有关资料，手册规定的原则和方法确定的，本例的技术要求和公差配合如下：
1.技术要求
⑴定位元件与夹具底面的垂直度误差允许值在全长上为0.03mm。
⑵导向元件与夹具底面的垂直度误差允许值在全长上为0.05mm
⑶导向元件（件11）与夹具底面（F）的平行度误差允许值为0.05mm
2.公差配合
⑴Φ10H9孔钻套，衬套，钻模板上内孔之间的配合代号及精度分别为：
Φ26H7/n6（衬套—钻模板）Φ18H7/g6（钻套—衬套）
⑵Φ11孔钻套，衬套，钻模板上内孔之间的配合代号及精度分别为：
Φ26H7/n6（衬套—钻模板）Φ18H7/g6（钻套—衬套）
⑶其余部分的公差配合代号及精度如图4-8所示。
4.7夹具精度分析与计算
由图4-1可知，所设计夹具需保证的加工要求有：
尺寸（15±0.25）mm，尺寸（80±0.2）mm，尺寸14mm及Φ10H9孔和Φ28H7孔轴线间平行度误差0.30mm等四项。
其中尺寸14mm和尺寸（15±0.25）mm要求较低，不必验算，其余各项精度要求分别验算如下：
⑴尺寸（80±0.2）mm；
⑵定位误差△D，由前计算可知△D=0.041mm；
⑶定位元件对底面的垂直度误差△A=0.03mm；
⑷钻套与衬套间的最大配合间隙△T1=0.033mm；
⑸衬套孔的距离公差△T2=0.1mm；
⑹衬套轴线对底面（F）的垂直度误差为△T3=0.05mm；
⑺麻花钻与钻套内孔的间隙X=0.050；
有式3-2可得：
△J=△D+△A+△T1△+△T2+△T3+X
=0.0412+0.03+0.033+0.1+0.05+0.050
=0.131∠2/3δG=2/3X0.4=0.26
因而夹具能保证尺寸这项加工要求。
同理可完成Φ10H9孔轴线对Φ25H7孔轴线的平行线误差为0.30mm的精度校核。
由于夹具设计的各部分分析与计算已进行，结果符合要求，在结构草图的基础上，绘制正式的总装配图。
4.8绘制夹具非标准零件（见图）
4.9工艺卡（见后表）
结论
经过两个月的分析零件、在设计时通过查阅资料使得了解的知识面更广、范围更大，在查阅时了解有关机械方面的书，从而切实地感受到机械行业的范围涉及面之广，它能指导实际，理论知识有待实际的检验。
经过这次毕业设计，让我巩固了以前所学的知识它的全面性和系统性，使我对机械加工产生了更进一步的兴趣，并让我主观上认识了加工过程中如何找定位，，也为我以后的工作打下了很好的基础。
这篇毕业设计虽然已经完成了，但由于本人缺少实际经验，在实际利用中次设计肯定还存在不少的问题，需要改进。
希望老师能给我提点意见和建议从而切实地感受到机械行业的范围涉及面之广，它能指导实际，理论知识有待实际的检验，理论知识与实际操作是相辅相成的。
致谢
经过两个月的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。
在这里首先要感谢我的导师吴长龙老师。
吴老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。
我的设计较为复杂烦琐，但是吴老师仍然细心地纠正图纸中的错误。
除了敬佩吴老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。
其次要感谢杨雪玲、郭辉、于东满、于兴芝、刘家平、王蕾、唐文等老师和同学们对我无私的帮助，特别是在软件的使用方面，正因为如此我才能顺利的完成设计，我要感谢我的母校——河南工业职业技术学院，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。
在此，我再说一次谢谢！
谢谢大家！
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参考文献项目
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[2]主编：
薛源顺，《机床夹具设计》，北京：
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[4]主编：
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[5]主编：
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[6]主编：
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机械工业出版社
[7]主编：
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苏建修，《机械制造基础》北京：
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