YTP26气腿式凿岩机机体工艺夹具设计.docx

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YTP26气腿式凿岩机机体工艺夹具设计

摘要

本设计主要是对YTP26型气腿式凿岩机机体进行工艺规程的拟订，及车床与铣床典型夹具的设计进行全面的阐述。

全文共分五章，其中第一章前言主要介绍的是课题的来源。

第二章开始阐述了本课题的目的意义和技术分析，之后着重从生产类型的确定、毛坯的分析、工艺路线的制定、加工余量的确定、各工序工艺装备的确定、切削用量的确定、工序时间的计算等七个方面进行工艺分析。

第三章简单介绍了机床夹具设计的概念。

第四章和第五章分别从工件定位的确定、夹紧机构的设计、夹具其他装置的设计、夹具体的设计和夹具的工作原理五个方面，介绍了铣床专用夹具和车床专用夹具的设计过程。

关键词：

凿岩机；工艺分析；专用夹具；六点定位原理

Abstract

Thisdesigndraft,mainlyaboutthetechnologicalprocessofYTP26Air-legRockDrill,andelaboraaboutthemillingmachinetypicaljigdesign.Thefulltextdividesfivechapters.Thefirstchapteristheoriginofintroduction.Thesecondchapteristhegoalandtechnicalanalysisofintroduction.Afterthat,Icarriedonthecraftanalysisoftheproductiontypedetermination,andthesemifinished,andthecraftrouteformulation,andtheprocessingremainderdetermination,andsoon.Itisgeneralaboutsevenaspects.Thirdchapterintroducedsimplytheenginebedjigdesignsconcept.Fourthchapterandthefifthchapterseparatelyfromtheworkpiecelocalizationdetermination,theclamporganizationdesign,thejigotherinstallmentdesign,thejigbodydesignandthejigprincipleofworkfiveaspects,introducedthemillingmachineunitclampandthelatheunitclampdesignprocess.

Keywords:

Rockdrill；Craftanalysis;Unitclamp;Sixlocalizationprinciple

1前言

本毕业设计的课题，即YTP26型气腿式凿岩机机头的机械加工工艺，及其典型夹具的设计，来自湖南省湘潭风动机械厂的凿岩机生产现场。

湖南省湘潭风动机械厂始建于1969年，为国有中二型企业，地处湘潭市区友谊广场，交通十分便利。

全厂占地面积11.2万平方米，建筑面积5.6万平方米。

　　该厂主要生产凿岩机械、工业除尘设备、通风机械、精密铸造件等四大类产品。

各类产品型号规格齐全，均已形成了系列化、规模化，产品除在国内有广阔的市场外，还远销欧美、东南亚、非洲等国家和地区。

图1-1YTP26型气腿式凿岩机

YTP26型气腿式凿岩机的特点：

YTP26型气腿式凿岩机供矿山和巷道掘进钻凿爆破炮眼，操作机构集中，启动灵活，气水联动，使用方便，维修简易。

节能高效，零件寿命长，通用率高，.可靠性好。

YTP26型凿岩机活塞的往返运动采用了双气路无阀配气，它利用活塞的筒状尾部在活塞行程中自行配气，并且有部分活塞行程利用了压缩空气的膨胀功，因而节省了压缩空气的消耗量，提高了使用的经济性。

广泛使用于煤炭、冶金、铁道、交通、水利、基建和国防等石方工程中，是采掘工业的高效设备。

本机与FT170型气腿配套，适用于中硬和硬岩上钻凿水平和倾斜的炮眼，亦可与环形吊架配套钻凿垂直炮眼，配置手持手把，还可作手持凿岩机使用。

钻凿炮眼直径一般为36-46毫米，深度可达5米以上。

本设计是在参加湘潭风动机械厂凿岩机机头生产线实习的基础上，根据相关要求，对凿岩机机头生产的工艺过程进行分析以后，拟订了一个生产工艺规程，对其中涉及到的两个典型夹具进行了设计分析。

2凿岩机机头的工艺规程

2.1本课题的目的意义和技术分析

目前影响工人健康、严重污染环境的十大工业噪声源，它们是风机、空压机电机、柴油机、织机、冲床、圆锯机、球磨机、高压放空排气以及凿岩机。

这些噪声源设备，普遍使用于各工业部门，产生的声级高，影响面大。

我国在控制这些噪声问题方面，虽已积累了相当丰富的经验但仍存在许多实际问题，尚待研究解决。

风动凿岩机噪声在矿山井下高达120dBA,甚至更高,对操作工人危害很大.其噪声频谱较宽,主要呈中低频性.主要噪声源是:

⒈排气噪声；⒉活塞撞击钎尾及钎头撞击岩石产生的撞击声；⒊风动凿岩机零部件间的撞击、磨擦以及机件振动所产生的机械性噪声。

其中排气噪声为主要成分。

解决风动凿岩机噪声的途径在于，研制高效的排气消声器，并对机械性噪声采取有效的减振阻尼措施。

对于多机凿岩台车，应设隔声操作室。

遗憾的是，目前国内在控制凿岩机噪声方面，尚无很成功的经验。

随着信号分析处理技术、声强测量技术在我国获得深入应用以及新型降噪材料和新型噪控装置的不断出现，噪声源的控制水平可望进入更高的层次。

解决风动凿岩机噪声的途径在于研制高效的排气消声器，并对机件性噪声采取有效的减振阻尼措施。

对多机凿岩台车，应设隔声操作室。

对高效排气消声的要求是：

1．消声器的消声值在20dBA以上；2．体积小；3．背压低；4．不产生结冰现象；国内有不少单位在研究能满足这些要求的消声器，可惜目前尚未获得满意的结果。

风动凿岩机噪声问题到今仍基本上没有得到解决，许多研究工作值得深入下去。

本课题来自于实践，夹具在机械加工中具有重要的作用，它能保证加工精度，提高产品质量，减轻工人的劳动强度，保证安全，提高劳动生产率，能以优质、高效、低耗的工艺去完成零件的加工和产品的装配。

而使用了分度钻的好处在于，可采用多工位加工，能使加工工序集中，从而减轻工人的劳动强度和提高生产率。

使用夹具的最根本目的是获得好的经济效益。

所以设计夹具也和其它技术工作一样，不仅是一个技术问题，而且是个经济问题。

每当设计一套夹具之前，都要进行必要的技术经济分析，使所设计的夹具获得最佳的经济效果。

对设计夹具进行经济技术分析时，应从精度设计和结构设计两方面考虑。

2.1.1精度设计技术分析

一般来说，夹具的精度都应比工件要求的精度高，才能加工出合格的工件。

精度高出的部分称为夹具的精度储备或精度裕度。

精度裕度用来补偿加工中的各项误差及定位、导向元件的磨损。

当然精度裕度越大，加工工件的质量越稳定，夹具的易损件的使用寿命也越长。

但从另一方面看，精度裕度越大，必须要求夹具的制造精度越高，从而会急剧增加夹具的制造成本，工件的加工成本也随之增加；反之，夹具制造的精度越小，将会使夹具在夹具中易损件〔主要是定位、导向元件〕需频繁地更换，维修周期短，增加维修费用，从而增加了工件的加工成本。

所以夹具精度的设计准则是：

应使夹具的设计精度与工件的加工精度要求相适应，不可盲目地提高夹具的精度要求。

但多大的经济裕度才算合适呢？

从原则上讲对加工精度要求高的工件，夹具的精度只能略高于工件要求的加工精度，即减小夹具的经济裕度。

这虽然会使易损件使用期限缩短，更换频繁，但仍比提高夹具的制造精度经济、合理。

对加工精度要求不高的工件，夹具的设计精度要求应以夹具制造车间的平均经济精度为下限而不必过低。

2.1.2结构设计技术分析

机床夹具定位机构的设计：

在制定工件的工艺规程时，已经初步考虑了加工中工艺基准问题。

设计夹具时原则上应选该工艺基准为定位基准。

无论是工艺基准还是定位基准，均应符合六点定位原理。

这一原理在正文中再进行详细的说明。

产生定位误差的原因主要有：

a、基准不重合带来的定位误差b、间隙引起的定位误差c、与夹具有关的因素产生的定位误差（这类误差基本上属于夹具设计与制造中的误差）。

机床夹具夹紧机构的设计：

夹紧机构在机床夹具设计中占有很重要的地位，一个夹具在性能上的优劣，除了从定位性能上加以评定外，还必须从夹紧机构的性能上来考核，如夹紧机构的可靠性、操作方便性。

夹紧机构的复杂程度也基本上决定了夹具的复杂程度。

从设计的难度上讲，夹紧机构往往花费设计人员较多的心血。

夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位；工件和夹具的变形必须在允许的范围内；机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构必须保证自锁；操作必须安全、省力、方便、迅速，符合工人的操作习惯；复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。

这些都是夹紧机构应该满足的要求。

2.2生产类型的确定

生产类型是企业生产专业化程度的分类，机械制造业的生产类型一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。

其中成批生产又可以分为大批生产、中批生产和小批生产。

生产类型的划分一方面要考虑生产纲领即年生产量；另一方面还必须考虑产品本身的大小及其结构的复杂性。

如果从工艺特点方面来看单件生产其产品数量少，每年产品的种类、规格较多，是根据定货单位的要求确定的，多数产品只能单个生产，大多数工作地的加工对象是经常改变的，很少重复。

成批生产其产品数量较多，每年产品的结构和规格可以预先确定，而且在某一段时间里是比较固定的，生产可以分批进行，大部分工作地的加工对象是周期轮换的。

大量生产其产品数量很大，产品的结构和规格比较固定，产品生产可以连续进行，大部分工作地的加工对象是单一不变的。

因此生产类型的确定，对于工艺规程的制定是非常重要的。

显然，产量愈大，生产专业化程度应该愈高。

下面对该YTP26型气腿式凿岩机机头的生产类型进行确定，如下：

N=Q×n（1+α+β）

式中N-零件的年生产纲领（件/年）

Q-产品的年生产纲领8万台/年

n-每台产品中含该零件的数量1件/台

α-备品率

一般而言，以上的备品率根据易磨损和损坏的程度定为3%-5%。

现取4%。

β-废品率

由于属于机械零件，故取为1%。

则N=8×（1+4%+1%）

=8×1.05

=8.4万台

另一方面由于本产品属于轻型机械，且生产纲领为8.4万台，远远大于5万台。

如下表，所以该凿岩机机头的生产类型属于大量生产。

表2-1各种生产类型的规范

生产类型

零件的年生产纲领/件/年

重型机械

中型机械

轻型机械

单件生产

≤5

≤20

≤100

小批生产

5～100

20～200

100～500

中批生产

100～300

200～500

500～5000

大批生产

300～1000

500～5000

5000～50000

大量生产

＞1000

＞5000

＞50000

2.3毛坯的分析

正确的选择毛坯是工艺技术人员应该高度重视的问题。

零件加工过程中工序的内容或工序的数目，材料消耗，热处理方法，零件制造费用等都与毛坯的材料、制造方法、毛坯的误差与毛坯的余量有关。

应慎重对待。

2.3.1毛坯材料的选择

铸钢的综合力学性能高于各类铸铁，它不仅强度高，而且具有铸铁不可比优良塑性和人性，适合制造承受大能量冲击负荷下的高强度、高韧性的铸件。

如火车轮、锻锤机架、座、高压阀门和轧辊等。

铸钢较球墨铸铁性能稳定，质量较易控制，在大截面和薄壁铸件生产中，这一优点尤为明显。

此外，铸钢的焊接性能好，便于采用铸-焊联合结构制造形状复杂的大型铸件。

加入少量（质量分数小于3.5﹪）合金元素，如锰、硅、铬、钼、钒等，可得到力学性能和淬透性更好的合金结构钢。

经过反复对比，低合金铸钢ZG20CrMo较为合适。

2.3.2毛坯铸造方法的选择

1）、应考虑的因素包括：

（1）、生产批量

（2）、零件的结构形状和尺寸大小

（3）、零件的力学性能

（4）、工厂现有设备和技术水平

（5）、技术经济性

主要依据一般是零件在产品中的作用和生产纲领以及零件本身的结构。

2）、从生产批量来看：

此零件属于大批量生产，宜采用精度和生产率高的毛坯制造方法，以减少材料消耗和机械加工工作量。

可考虑用特种铸造的方法获得毛坯。

3）、从零件的结构来看：

由于此零件属于外形较复杂的小型零件，而且它的壁厚不算薄。

故可以考虑采用压铸、金属铸造、熔模铸造等精密铸造方法。

同时可以减少切削加工或不进行切削加工。

4）、从毛坯的制造方法来看：

毛坯的制造方法应与材料的制造工艺性相适应。

故铸铁、铸钢、铸铝和铸铜等有色金属材料适合用铸造方法获得毛坯。

5）、从铸钢件的强度来看：

从铸钢件的强度来看可以考虑采用金属型铸造的铸件、金属型浇注的铸件、砂型浇注的铸件。

且强度依次递减,毛坯质量依次降低.故从以上可以看到该凿岩机机头毛坯可以采用金属型铸造。

壳型铸造则适用于成批大量生产，适用铸造各种材料，多用于形成泵体、壳体、轮毂等金属型或砂型铸造零件的内腔，对于这些材料则金属型铸造（浇铸）更为合适

6）、从工厂现有设备和技术水平来看：

从这一方面来看，壳型铸造也是适用的。

7）、从经济合理性来看：

由《机械加工工艺手册》第一卷表3.1-20各种铸造方法的经济合理性

零件最大的外轮廓尺寸小于260mm，且复杂程度属于中等，生产类型属于大量生产，故壳型铸造在成批生产下比较合适。

综上所述，该凿岩机机头零件的毛坯采用壳型铸造。

2.3.3毛坯的机械加工余量

由《机械加工工艺手册》第一卷表3.1-24查得：

砂型铸造及壳型铸件的尺寸公差等级为8～10。

故查表3.1-28可查得：

两端孔的加工余量为4mm。

其它表面基本为一次性加工，故加工余量由零件尺寸决定。

2.4工艺路线的制定

这是制订机械加工工艺规程的核心。

其主要内容有：

（1）、选择定位基准

（2）、确定加工方法

（3）、安排加工顺序

（4）、安排热处理

（5）、安排热检验

（6）、安排其它工序

机械加工工艺路线的最终确定，一般要通过一定范围的论证，即通过对几条工艺路线的分析与比较，从中选出一条适合本厂条件的、确保加工质量、高效和低成本的最佳工艺路线。

下面将从上述几个方面确定该凿岩机机头的机械加工工艺路线：

2.4.1基准的选择

基准是机械制造中应用得十分广泛的一个概念，是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线或面。

机械产品从设计、制造到出厂经常要遇到基准问题：

设计时零件尺寸的标注、制造时工件的定位、检查时尺寸的测量以及装配时零、部件的装配位置等都要用到基准的概念。

根据基准的作用，可分为设计基准和工艺基准两大类：

1、设计基准：

设计者在设计零件时，需要根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。

这些标准尺寸（或角度）的起始位置称为设计基准。

简言之，设计图样上所采用的基准就是设计基准。

2、工艺基准：

零件在加工、测量和装配过程中所采用的基准称为工艺基准。

根据其作用，又可以分为定位基准、测量基准、装配基准三类：

（1）、定位基准：

加工时用于工件的定位的基准。

它又可分为粗基准、精基准。

另外还有附加基准。

其中粗基准是未经机械加工的定位基准。

反之经过机械加工的定位基准称为精基准。

而附加基准是指零件上根据零件机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。

（2）、测量基准：

在加工过程中或加工后用来测量工件的形状、位置和尺寸误差所采用的基准。

（3）、装配基准：

在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。

在这里主要考虑定位基准的选择，而测量基准、装配基准则在后面的设计中进行选择。

3、定位基准的选择

1）、一般原则

（1）、选最大尺寸的表面为安装面（限制3个自由度），选最长距离的表面为导向面（限制2个自由度），选最小尺寸的表面为支承面（限制1个自由度）。

（2）、首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。

因为在加工中保证空间位置精度要比保证尺寸精度困难的多。

（3）、应尽量选择零件的主要表面为定位基准。

因为零件的主要表面是决定其他表面的基准，也就是主要设计基准。

（4）、定位基准应有利于夹紧，在加工过程中稳定可靠。

下面根据以上一般原则分别进行粗基准和精基准的选择。

2）、粗基准的选择：

粗基准的选择除了应考虑以上的一般原则外，还必须考虑以下几个原则：

（1）、选加工余量小的面做粗基准。

（2）、选重要表面为粗基准。

（3）、选不加工的表面做粗基准。

（4）、应选较平整、光洁、面积较大的表面作粗基准。

（5）、粗基准一般只能使用一次。

上述的选择粗基准的四条原则，每一条都只能说明一个方面的问题。

综合以上各个原则并考虑零件的实际情况选择如下：

粗基准一般都是为了加工出精基准，而在机头零件加工中,为了提高零件的生产精度,以机头毛坯小端的孔作为粗基准，加工完大端的孔后,再以大端的孔为基准加工精基准小端的孔。

因为车削后的大端的孔是加工余量小、较准确的、光洁的、面积较大的平面，而且它也是一个重要的表面，它的余量比较均匀。

3）、精基准的选择：

和粗基准一样，精基准的选择除了要考虑一般原则外，还有它自身应当注意的原则：

（1）、基准重合原则：

也就是选设计基准为定位基准。

（2）、基准统一原则：

也就是在零件的加工过程中，采取统一的基准。

（3）、互为基准原则：

也就是对某些位置精度要求很高的零件，通常采用互为基准、反复加工的原则。

（4）、自为基准原则：

也就是以加工表面本身定位，待到夹紧以后将定位元件移去，再进行加工。

这样可以使得面的加工达到很高的精度。

那么根据以上的各个原则，结合实际情况对精基准的选择如下：

该机头是一个薄壁零件,在外力作用下很容易产生变形。

主要表面的尺寸精度和形位精度的要求都较高,因此希望以一个统一基面定位来加工这些要求高的表面。

目前生产该机头的企业大多采用小端的孔做为统一基准。

在精加工时,除了磨削小端的孔和铣削两耳时是以大端的孔作为基准外,其余工序都采用小端的孔定位。

采用小端的孔作为基面有下列优点：

（1）、用这种定位方法可以钻两耳孔、钻大端面各孔、扩大端外四孔、铣两耳及槽等主要表面及其他次要表面。

（2）、由于该零件的加工钻削的工序占的比重较大，立式钻床较为普遍，用这种定位方法有利于钻床对其进行加工。

（3）、该零件的外部表面质量要求不是很高，无法作为精基准。

2.4.2加工方法的选择及工序顺序的安排

零件表面的加工方法，首先取决于加工表面的技术要求。

这些技术要求还包括由于基准不重合而提高对某些表面的加工要求。

根据各加工表面的技术要求，首先选择能保证该要求的最终加工方法，然后确定各工序、工步的加工方法。

选择加工方法应考虑每种加工方法的加工经济精度范围、材料的性质及可加工性；工件的结构形状和尺寸大小；生产率要求；工厂或车间的现有设备与技术条件。

下面将从以上各个方面与以考虑并最终确定加工方法。

1、加工经济精度：

各种加工方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度都是在一定的范围内的。

任何一种加工方法只要精心操作、细心调整、选择合适的切削用量，其加工经济精度就可以得到提高，其加工表面粗糙度值就可以减少。

但是加工经济精度提高得愈高，表面粗糙度值减少得愈小，则所消耗的时间与成本也会愈大。

实际上加工经济精度的高低是用其可以控制的加工误差的大小来表示的。

加工误差小，则加工精度高；加工误差大，则加工精度低。

一般来说，加工误差和加工成本之间成反比例关系。

可以看出：

对一种加工方法来说，加工误差小到一定程度，加工成本提高很多，加工误差却降低得很少；加工误差大到一定程度以后，即使加工误差增大很，加工成本降低得很少。

因此所谓加工经济精度是指在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。

2、材料的性质及可加工性：

本零件的材料采用低合金铸钢ZG20CrMo由《机械加工工艺手册》第一卷表2.2-5低合金铸钢的牌号和化学成分查得：

含碳C量0.15﹪～0.25﹪含硅Si量0.20﹪～0.40﹪含锰Mn量0.50﹪～0.80﹪含钼Mo量0.40﹪～0.60﹪含铬Cr量0.40﹪～0.70﹪

这种材料的工艺性能如下：

由《机械加工工艺手册》第一卷表2.2-6低合金铸钢的机械性能查得：

ZG20CrMo热处理<正火880～900\回火600～650>布氏硬度HB≥135，屈服强度

≥441MPa，

≥245Mpa。

由机械加工工艺手册（第一卷）表2.2-7低合金铸钢的特点和用途查得：

铬钼钢：

钼提高淬透性,降低回火脆性,增加抗蠕动能力,改善冲击韧性、加工性及抗蒸汽腐蚀能力。

用于:

长期在中温下工作的零件,如汽轮机汽缸,隔板等。

3、工件的结构形状和尺寸大小：

本活塞零件属于结构形状并不十分复杂，而尺寸也不很大的零件，因而加工起来也不是很困难的。

4、生产率的要求：

该机头的生产类型属于大批大量生产。

因而对生产率要求就相对的比较高。

5、综合以上几点，再考虑工厂的工艺能力和现有设备的加工经济精度，查《机械加工工艺手册》第一卷表5.2-6、5.2-7、5.2-8对本零件的加工方法拟订如下：

（1）、对于大端孔加工

由于机头大端孔的精度要求为IT8，这样对于大端孔的加工可以考虑选用：

粗车——半精车——精镗一一磨削，这样可以达到的精度等级为IT6～IT7粗糙度为Ra=0.8～0.4um。

（2）、对于小端孔的加工：

由于机头大端孔的精度要求为IT7，这样对于大端孔的加工可以考虑选用：

粗车——半精车——精镗一一磨削，这样可以达到的精度等级为IT6～IT7粗糙度为Ra=0.8～0.4um。

（3）、对于两个耳孔的加工：

由于这个部分是为了连接其它零件而加工的，粗糙度要求不是很高，为Ra≤3.2um，精度要求为IT8，故可采用两次钻削完成,即钻削——钻削的加工方法，这样能达到的精度等

级为IT8～IT9，粗糙度为=3.2～1.6um满足要求。

（4）、对于大端面各孔的加工：

由于这些孔的表面的精度要求为IT8，要求较高，又是对于孔的加工，故可考虑采用：

粗镗——半精镗——精镗的加工方法来完成，这样可以达到的精度等级为IT7～IT8，粗糙度为Ra=1.6～0.8um满足要求。

（5）、对于机头大端顶孔的加工：

这个圆孔的表面粗糙度也为Ra小于等于12.5μm，对于它的精度要求也不高，甚至它的孔径只有8mm也小于20mm，故它的加工方法也可以考虑采用钻削来实现，精度也为IT11-IT12，粗糙度为Ra=12.5～6.3um。

（6）、对于机头大端外四孔的加工：

这四个圆孔的表面粗糙度为Ra小于12.5μm，对于它的也精度要求也不高，甚至它们的孔径只有14mm也小于20mm，故它的加工方法也可以考虑采用钻削和扩孔来实现，即钻削——扩孔，精度也为IT11-IT12，粗糙度为Ra=12.5～6.3um。

（7）、对于手把外侧表面的加工：

在这里只是它的位置精度要求较高，而尺寸精度要求不是很高，故可以考虑采用直接铣削完成，即粗铣——精铣的加工方法。

精度等级为IT7～9，粗糙度为Ra=6.3～1.6um满足要求。

（8）、对于手把椭圆孔的加工：

在这里只是它的位置精度要求较高，而尺寸精度要求也很高，故可以考虑采用粗铣—