机械工艺夹具毕业设计70叉形件工艺及铣床夹具设计论文正文.docx
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机械工艺夹具毕业设计70叉形件工艺及铣床夹具设计论文正文
摘要
本次毕业设计的题目是叉形件加工工艺及夹具设计。
叉形件是飞机液压助力器执行机构中的主要部件之一，在产品的某组件中内孔Φ10和外圆Φ9与叉形件组件中的外圆和内孔配合，起到一个连接的作用。
主要的设计思路是：
分析零件特点及拟订合理的工艺规程，依据工艺规程设计，选择机床和设计合理的夹具。
在机械加工中如果能广泛地使用夹具，就能极大的节省加工时的辅助时间，以减轻工人的劳动量，提高产品的质量和劳动生产率。
设计夹具一般先对原始材料进行分析，明确设计要求和意图，然后提出具体的定位、夹紧、对刀方案和夹具体的一般结构。
本文采用六点定位的定位方法，夹紧螺钉与双向压板组合的夹紧方法，为保证设计的可靠性，还对夹具的精度进行了分析。
本次毕业设计是专业课程的理论学习和实践之后的最后一个教学环节，通过本次设计对所学专业课程的理论加以综合并增加生产实践知识，经过实际训练，从而培养和提高个人独立工作的能力。
巩固与扩充了相关课程内容，掌握其设计的方法和步骤。
在设计中查阅了大量的机械书籍，在此过程中锻炼并提高了机械设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册；熟悉机械设计标准及其它有关的标准和规范，并在设计中加以贯彻，对今后的工作与学习打下了坚实的基础。
关键词：
叉形件，工艺规程，机床夹具
ABSTRACT
ThisgraduationdesigntopicisY-pieceprocessingandmillingfixturedesign.Y-pieceisoneofthemaincomponentsofaircrafthydraulicactuatorsinthebooster,acomponentwithintheproductandcylindricalholeΦ10Φ9andY-pieceassemblywiththeouterandinnerhole,playedtheroleofaconnection.
ThemaindesignwayofthinkingBE:
thefeatureofthepartsisanalyzedsoastoplanthereasonableprocessandselectthecorrespondingmachineandjig.Machinedpartsiftheycanwidelyusedfixture,youcangreatlysavetheauxiliarytimewhentheprocessinginordertoreducetheamountoflaborofworkers,improveproductqualityandlaborproductivity.Designfixturefirstgeneralanalysisoftherawmaterials,designrequirementsandintentionsclear,andthenproposespecificpositioning,clampingprogramsandfoldersspecificgeneralstructureoftheknife.Inthispaper,sixo'clockpositioning,clampingtheclampingboltsandtwo-wayplatecombinationinordertoensurethereliabilityofthedesign,butalsoontheaccuracyofthefixture.
Thisgraduationdesignisprofessioncourseoftheoriesstudyandafterpracticeofthelastteachinglink,passthisdesigntolearnprofessioncourseofthetheoriestakeintosynthesizeandincreaseproducetopracticeknowledge,passbytrainingofmachinedesign,developandraisethuspersonalindependenceworkofability.Makestrongerandenlargedtherelatedcoursecontents.Controlthemethodandstepofitsdesign.Checkedagreatdealofmachinebookinthedesign,tougheninthisprocessandraisedthebasictechnicalabilityofmachinedesign,suchascalculation,paint,checkdesigndataandmanual;Acquaintwithstandardandotherofthemachinedesignrelevantofstandardandnorm,andtakeintocarrythroughinthedesign,toaftertime'sworkandstudybeatundersolidfoundation.
KEYWORDS:
Y-piece,Processplanning,Machinetoolfixtures
目录
前言-1-
第一章零件的分析-2-
1.1零件的作用-2-
1.2零件的结构与工艺分析-2-
第二章工艺规程设计-4-
2.1确定毛坯的制造形式-4-
2.2基准的选择-4-
2.2.1粗基准的选择-4-
2.2.2精基准的选择-4-
2.3加工阶段的划分-5-
2.3.1零件加工阶段的划分-5-
2.3.2.工序的集中与分散-5-
2.4.制定工艺路线及方案-5-
2.5机械加工余量、工序尺寸的确定-7-
2.6尺寸链的计算-7-
第三章铣床夹具设计-9-
3.1装夹方案的确定-10-
3.1.1定位基准的选择-10-
3.1.2装夹方案-10-
3.2夹具设计及解析-11-
3.2.1.夹具精度分析-12-
3.2.2．夹具设计及操作的简要说明-14-
参考文献-15-
致谢-16-
毕业设计小结-17-
附录-18-
前言
机械制造加工工艺与机床夹具设计主要是对零件的加工工艺设计和针对某个工序进行专用夹具的设计，从零件的工艺来说，它主要是分析零件在进行加工时应注意什么问题，采用什么方法和工艺路线加工才能更好地保证精度，提高劳动生产效率。
就专用夹具而言，好的夹具设计可以提高生产效率，精度，降低成本等，还可以扩大机床的适用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率，降低成本。
在本次设计中，就针对叉形件的工艺进行分析，制定和比较加工工艺路线，选择一种较好的加工工艺路线进行加工，并对叉形件的槽8.4mm进行专用夹具的设计，在这过程，对夹具的定位误差和精度进行分析计算。
通过这次设计，培养了编制机械加工工艺规程和机床夹具设计能力，这也是在进行毕业之前对所学课程进行最后一次深入的综合性复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占有十分重要的地位。
机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，生产安全，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种，上质量，上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证，然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。
因此，好的夹具设计可以提高产品加工精度，降低生产成本等。
毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及专业课之后进行的。
这是我们在毕业之前对所学各课程的基础知识、研究能力、自学能力以及综合运用能力的培养和检验，也是一次理论联系实际的训练，就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己将来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。
由于能力所限，设计中尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指正，谢谢。
第一章零件的分析
1.1．零件的作用
叉形件零件是飞机液压助力器执行机构中的主要部件之一。
从整体上来看，飞机液压助力器是安装在飞机副翼操纵机构中或方向舵操纵系统中，用于不可逆的液压助力器操纵。
当飞机液压系统损坏或压力下降时，液压助力器外筒左右两腔沟通，即助力器当一拉杆使用，以实现人力应急操纵。
每架飞机上装有两台液压助力器。
分别操纵左右副翼或方向舵。
叉形件零件在产品中内孔φ10H7和外圆φ9h6与叉形件组件中的外圆和内孔配合，起到一个连接的作用。
1.2零件的结构与工艺分析
图1-1叉形件零件图
从叉形件的结构特征来看（见上图1-1），它是长度大于直径的回转体零件，其被加工表面有外圆柱面、外圆锥面、螺纹、沟槽、孔等。
根据它的结构特点和精度要求，应选择合理的定位基准和加工方法。
叉形件的技术要求是根据零件的主要功用以及使用条件确定的，通常有以下几个方面：
（1）加工精度。
叉形件的加工精度主要包括结构要素的尺寸精度、形状精度和位置精度。
1）尺寸精度。
主要指结构要素的直径和长度的精度。
2）形状精度。
主要指轴颈的圆度、圆柱度等，因轴的形状误差直接影响与之配合的零件接触质量和回转精度，因此限制在直径公差范围内。
3）位置精度。
包括两叉内、外端对表面C的垂直度，孔对表面A的垂直度及位置度要求，具体参阅零件图。
（2）表面粗糙度。
轴类零件的主要工作表面粗糙度根据其运转速度和尺寸精度等级决定。
本零件中主要表面的表面粗糙度Ra为1.6~0.4，次要表面的表面粗糙度Ra为12.5~3.2。
（3）其他要求。
为改善轴类零件的切削加工性能或提高综合力学性能及其使用寿命等，还必须根据轴的材料和使用条件，规定相应的热处理要求。
设计基准是φ9的中心线；配合表面是外圆φ9，内孔φ10，叉形件在装配过程中，内孔φ10H7和外圆φ9h6在叉形组件中是配合表面，因此配合部分的尺寸公差、形位公差要求比较高，表面粗糙度要求较高，外圆φ10H7是设计基准表面；M5-6h螺纹上有一个φ1.5的小孔起漏气漏油作用，因此这部分的精度要求不高；
主要技术要求：
1.表面A的中心线对内孔φ10H7轴线的垂直度公差为0.05，位置度公差不大于0.1；
2.槽与外形的轴线对内孔φ10H7的内壁的垂直度公差都为0.05；
3.表面A与铰链衬套ZL-19461R的配套间隙为0.006-0.01；
4.允许表面B上有孔深2.5,φ1的中心孔；
5.磁力探伤；
6.L段和表面C发兰，其余表面镀镉8-12μ,钝化；
7，叉形件从构形来看，基本属于轴类件，各个表面并不复杂。
叉形件从精度上看，主要工作表面的精度是IT6级，孔φ10H7工作表面的粗糙度为0.8，非配合表面的粗糙度为1.6-3.2，位置精度：
φ10H7的孔中心线对A的位置度为0.1，垂直度公差为0.05；
第二章工艺规程设计
2.1确定毛坯的制造形式
零件材料为30CrMnSiA，属中碳，强度高，焊接性能较差。
调质后有很高的强度和足够的韧性，淬透性也好。
具有良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。
毛坯要求进行淬火后回火，保持硬度为HRC=36-41,考虑到零件受力情况，批量的大小等因素，因此应该选用棒料。
以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。
由于零件属于大批量生产，应保证尺寸的精确。
这对提高生产率、保证加工质量也是有利的。
2.2基准的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确合理，可以使加工质量得到保证。
生产率得以提高。
否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。
2.2.1粗基准的选择
在选择粗基面时，考虑的重点是如何保证各加工面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。
因此选择粗基面的原则有以下几个方面：
（1）如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，就应该选择该表面作为粗基准。
（2）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应该以不加工表面为粗基准。
（3）应该用毛坯制造中尺寸和位置比较可靠，平整光洁的表面作为粗基准。
根据以上原则，粗基准选择毛坯的外圆表面径向基准，以端面作为轴向基准下料，这样选择可以保证在粗加工时零件精度。
2.2.2精基准的选择
对于精基面主要考虑基准重合的问题。
考虑设计基准与工序基准是否重合，测量基准和加工是否重合，所产生的基准误差是否需要专门计算和换算，因此精基准的选择原则有以下几个方面：
（1）应尽可能选用设计基准作为定位基准，这称为基准重合原则。
（2）所选的定位基准，应能使工件定位基准精准，稳定，刚性好。
变形小和夹具结构简单。
（3）应尽可能选择统一的定位基准加工表面，以保证各表面的位置精度，这称为统一基准原则。
（4）有时还要遵循互为基准，反复加工原则。
（5）有些精加工工序要求加工余量小而均匀，以保证加工质量和提高生产率，这时就以加工面本身作为精基面。
结合上述原则与零件图纸的要求，又因为该零件工艺基准与设计基准重合，故而我们以设计基准φ9的中心线为零件的径向精基准，这样定位不仅满足上述原则，同时也是多次装夹和定位中精度最高的。
2.3加工阶段的划分
2.3.1零件加工阶段的划分
零件的加工质量要求较高时，必须把整个加工过程划分为以下几个阶段：
（1）粗加工阶段：
在这一阶段中要切除较大量的加工余量，因此主要问题是如何获得较高的生产效率。
用切断刀下料长度为72，车端面打中心孔做好轴向基准的精度要求，粗车外圆半锥度，铣平面铣槽等等为后边的精加工做好工作。
（2）半精加工阶段：
在这一阶段中应为主要表面的精加工做好准备（达到一定的加工精度，保证一定的加工余量），并完成一些次要表面的加工，一般在热处理之前进行。
细车外圆，钻孔，铣外形，铣平面打标记进一步提高精度要求。
（3）精加工阶段：
保证各主要表面达到图纸规定的质量要求，中检，修复基准精车外圆，磨外圆，磨平面及槽，镗孔车螺纹，钻小孔，磨小台，表面处理最后终检，以满足零件的最终设计要求。
由于零件加工质量要求较高，将其工艺路线划分为4个阶段：
毛坯---粗加工（车外圆、铣槽、钻孔、铣圆弧）---半精加工---精加工---光整打磨。
2.3.2.工序的集中与分散
一个工件的加工是由许多工步组成的，如何把这些工步组织成工序，是拟定工艺过程时要考虑的一个问题。
在一般情况下，根据工步本身的性质，粗精阶段的划分、定位基面的选择和转换等，就把这些工步集中成若干个工序，在若干台机床上进行。
本零件是大批量生产，而且零件比较小装夹比较方便，因此采用工序分散，采用比较简单的机床和工艺设备，调整容易，而且工序分散对于员工的技术要求也比较低从而降低了成本和生产效率。
2.4.制定工艺路线及方案
在分析研究叉形件零件图的基础上，对各加工表面选择相应的加工方法。
外圆表面的加工方案：
粗车→半精车→精车→磨。
内孔表面加工方案：
钻→镗→铰
平面加工方案：
粗铣→精铣→磨。
工艺方案如下：
5工序：
备料，选择长1600mm,φ30mm的棒料，零件材料为30CrMnSiA。
供应状态为热轧，热轧能显著降低能耗，降低成本，热轧时金属塑性高，变形抗力低，大大减少了金属变形的能量消耗。
毛料加工零件总数为20件。
10工序：
切断，在锯床上用弹簧夹头加紧，切断成长72mm的棒料。
15工序：
钻中心孔。
用弹簧夹头加紧外圆，在两端面中心φ1mm的中心孔，深度为2.5mm，此孔用于以后加工定位。
20工序：
粗车外圆，车锥度.设备：
C620.
粗车外圆φ11和φ28，φ11作为后面25工序加工的粗基准。
加工
，粗糙度为3.2。
这道工序中的精度要求较高，原因是在以下的工序中要求采用这段圆柱面作为定位基准。
这样以这段外圆作为基准定位，可提高定位的稳定，可靠性。
在本工序后，由于出现最终表面，要求以后工序间要进行防锈，油封。
25工序：
粗铣平面、铣槽，设备：
X60
此工序中三把铣刀同时加工，加工中以φ11的端面和外圆柱面为定位基准。
此工序中零件的定位基准是底端面及外圆表面作为定位基准。
选用v型块做为零件的主要定位元件。
夹紧方式采用螺母夹紧，用连杆及弹簧。
设计基准为表面如箭头所指（见图3-1，25工序图）
30工序：
去毛刺，设备：
钳工台：
去铣加工后槽和平面的毛刺
35工序：
打中心孔，设备：
C620
在B端面打中心孔，工序的要求与工序10要求相同
45工序：
细车外圆，设备：
C620
此工序的以B端面和φ11的端面的中心孔定位
50工序：
钻孔，设备：
Z518。
此工序中先进行钻孔然后进行扩孔，考虑到扩孔的加工质量比钻孔高，一般精度可达到IT10-IT9，表面粗糙度值Ra值为3.2-6.3微米，而且实践表明这样分两次钻孔，生产效率比用钻头一次钻出的高。
60工序：
铣外形，设备：
X52k
用φ20的指状铣刀
70工序：
铣平面，设备:
X52k
85工序：
中检，设备:
检验台
检验
的尺寸,检验
的尺寸
90工序：
热处理：
调质：
淬火+高温回火。
目的是为了获得零件规定的硬度，提高材料的机械性能。
从此工序后，零件进入精加工阶段。
95工序：
修复基准，设备：
C620。
用纱布或研磨膏在车床上清理内孔里热处理吹沙而不能清理的赃物和氧化皮等。
100工序：
精车外圆，设备：
C620。
精车外圆φ9.5φ6.5φ5.05
105工序：
磨外圆，设备：
M114,
在外圆磨床上加工φ9h6，φ6h6，以达到最终要求尺寸。
为工艺精基准，以及磨平面及槽加工定位做准备，达到表面处理镀前的尺寸。
110工序：
磨平面及槽，设备MT120A
在磨床上用砂轮加工槽和平面，以达到零件的最终粗糙度要求和垂直度要求。
115工序：
镗孔，设备：
C620。
粗镗孔φ9.3半精镗孔φ9.8铰孔φ10加工倒角0.3*45°，用单刃镗刀镗孔，适应性较广，灵活性较大，可以校正原有孔的轴线歪斜或位置偏差，而这一点扩孔和铰孔是不易达到的。
缺点是生产效率比较低。
120工序：
磁粉探伤，设备：
探伤机
本工序是检验零件的表面在热处理及磨削加工后，有无裂纹，有裂纹时，就不能正常工作，或者造成严重的事故，磁粉探伤前后均须清洗干净。
125工序：
车螺纹，设备：
C620
该工序前，基准外圆φ10H7都已精加工，保证了该工序的加工要求。
130工序：
钻小孔，设备：
Z512
用
Φ1.5钻头在钻床上直接加工，没有较高的粗糙度要求，但是有较高的位置精度要求。
135工序：
磨小台：
设备：
MT475A
本工序并非重要加工尺寸，安排在该工序进行加工，
140工序：
表面处理，设备:
槽
按零件图的要求，给表面C和L段镀镉，发兰。
其余表面镀镉8-12μ
145工序：
终验，设备:
检验台
是零件的汇总检验，进行叉形件部件装配要求的检验。
2.5机械加工余量、工序尺寸的确定
叉形件零件材料为30CrMnSiA，硬度为HRC:
36-41，生产类型为批量生产。
根据原始资料及加工工艺，可以确定各加工面的机械余量、工序尺寸。
1.
10孔
毛坯为实心，不冲出孔。
根据工序要求，其加工分为钻、铰、镗、精镗和磨。
参照手册，确定工序尺寸及余量为：
钻孔：
8.1mm
粗镗：
9.3+0.09mm2Z=0.8mm
精镗孔：
9.8+0.036mm2Z=0.6mm
铰孔：
10+0.015mm2Z=0.2mm
2槽
9mm
铣槽
8.4+0.05mm
磨槽
9.0+0.15+0.10mm2Z=0.6mm
3.外圆16
mm
根据工序要求，其加工分为粗车、半精车、磨削加工。
各工序余量如下。
粗车：
参照手册，取余量为3.5mm，偏差为-0.3mm。
半精车：
参照手册，取余量为2mm，偏差为-0.12mm。
磨削：
参照手册，取余量为0.5mm，偏差为-0.12-0.10
2.6尺寸链的计算
1.尺寸链的计算
N是在115工序中要计算的尺寸
19.987-0.025是105工序磨外圆孔壁的距离
4.1±0.075是孔的半径
N为封闭环
25-0.05增环
4.1±0.075减环
19.987-0.025是减环
N=25－4.1－19.987X=0.163
ES（X）=0-（-0.075）-（-0.025）ES（X）=0.1
EI（X）=-0.05-0.075EI（X）=-0.125
所以N=0.163
第三章铣床夹具设计
在机床上加工工件时，为了保证加工精度，加工前首先要使工件在机床上有一个正确的位置，即定位。
然后将其夹紧。
工件定位与夹紧的过程又称为工件的装夹，在机床上用于装夹工件的工艺装备就称为机床夹具，机床夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、生产率、生产成本以及工人的劳动强度等，因此机床夹具设计是机械加工工艺准备中的一项重要工作。
机床夹具的种类很多，按使用机床的类型不同可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他机床夹具等；按驱动夹具工作的动力和自夹紧夹具等。
按其专门化程度不同，机床夹具一般可以分为以下五种类型：
（1）通用夹具
（2）专用夹具
（3）可调夹具
（4）组合夹具
（5）随行夹具
本论文中所涉及的夹具是诸多夹具类型当中的专用夹具，是用于加工叉形件8.4mm槽的铣床夹具。
专用夹具是针对某个具体工件的某一工序专门设计的，在实际生产中应用的专用夹具很多，分类方法也有多种，通常可以根据不同的工序特征进行分类，以便于研究和考虑夹具的构造形式。
专用夹具可分为以下几类：
（1）车床类夹具
（2）铣床类夹具
（3）钻镗床类夹具
（4）其他机床夹具
专用夹具的主要功用有以下几个方面：
（1）保证被加工表面的位置精度
（2）提高劳动生产率、降低成本、缩短工序时间
（3）扩大机床工艺范围
（4）改善工人劳动条件
铣床夹具所具有如下设计特点：
（1）铣床加工中切削力较大，振动也较大，故需要较大的夹紧力，夹具刚性也要好。
（2）借助对刀装置确定刀具相对夹具定位元件的位置，此装置一般固定在夹具体上。
（3）借助定位键确定夹具在工作台上的位置。
（4）由于铣削加工中切削时间一般较短，因而单件加工时辅助时间相对长，故在铣床夹具设计中，需特别注意降低辅助时间。
专用夹具通常由定位件、夹紧件、导向对刀元件、连接元件、夹具体、其他装置和元件，几部分组成。
在上述组成部分中，定位件、夹紧件和夹具体是必需的，其他不是所有夹具都需要的。
3.1装夹方案的确定
本夹具
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