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论文在线分享-CA6140杠杆加工工艺和夹具设计

2021-04-08 14:57:36

  针对CA6140杠杆,分析零件图并确定加工工艺方案;在研究CA6140杠杆的工艺特点、成形的理论基础后,确定的方案为排样设计方案,遵循的原则是先面后孔,为了保证该工艺孔的加工精度,就需要把该零件孔和平面有关的加工过程划分成粗加工以及精加工这两个阶段。并且在加工杠杆零件时,要确定粗基准和精基准的选取,所以粗基准的选择是杠杆外圆面,而精基准的选择是孔及其下表面。首先需要确定该零件的定位基准,因此要先把底面加工出来,再把加工过的底面作为精基准来加工相关的工艺孔。整个的加工过程所选用的机床为组合机床,夹具方面应该选则专用夹具。因为考虑到了该零件的结构尺寸比较简单,而且夹紧方式采用大多为手动夹紧,夹紧简单,以及机构设计简单,所以在设计的要求这一方面有所保障。

  1.1夹具的作用

  1.工件的加工精度得以保证

  工件在装夹的时候,零件的精度几乎不会受人工水平的影响,因为夹具可以保证位置精度,从而使得所有的工件精度保持向他水平。

  2.可以提升工件的加工效率

  因为有夹具进行装夹,所以加工前不必要使用其他手段来找正,就能够有效的减少不必要的时间,且夹具的使用不是一次性的,可以多次利用,通过多工位装夹或者改善结构也可以提高效率。使用夹具也可以使产品的质量有保障,能有效的减少废品的产生。

  3.能使机床的使用范围扩大

  同一种型号的机床更换不同的夹具,就可以加工不同种类的工件,扩大了生产范围。

  1.2夹具的基本结构

  夹具是由多种元件组成的,不同的元件有着不同的作用和划分,把它们在加工工件时起到的作用和所在整个夹具的不同的位置作为依据,就可以把这些元件给划分成接下来的这几类:

  1.定位元件

  用来确保工件在加工的时候是否处于准确的位置,定位是否准确决定了工件加工精度的准确性。定位原件可以按照所接触的定位基准的形状进行不同的选择,例如定位基准为平面,那么定位原件就能是钉或者板这类,定位基准如果是圆孔,那么定位原件就可以是轴或者销之类的。

  2.夹紧装置

  工件在加工的时候,容易受到其它外力的影响从而使得加工出现问题,而使用夹紧装置则确保了工件加工的顺利,当工件限制住所有的自由度,即完全定位的时候,再用夹紧装置将工件夹紧,就可以保证工件加工的途中不会出现重大的错误。而夹紧方式也有多种,比如斜楔夹紧、复合夹紧等。

  3.导向、对刀元件

  该元件的作用就是在加工工件时用来引导刀具,从而确保刀具相对于被加工零件处于正确的位置。在不同的机床上该元件有不同的名称,例如导向元件就是在钻模、镗模上用的名称;而对刀元件就是在铣床、刨床上用的名称。

  4.连接元件

  主要用来将夹具和机床相连,确保了夹具本身在整个机床上的相对位置。

  5.夹具体

  所有的元件都通过夹具体连接在一起,夹具体是整个夹具的重要组成部分。

  6.其它装置或元件

  除上述的5种元件类型之外,还有一种是根据需求的不同而选择的其他装置,类似于上下料装置之类的;许多的大型工件需要定位的时候,为了让定位更加的简便,就需要设定预定位装置;对大型夹具来说,搬运不是特别方便,为了简化操作,提高效率,还可以设置吊装元件等。

  1.3设计内容

  本次设计的主要内容有:比较杠杆加工的工艺路线方案、对其整体结构进行分析,包括基准的分析,零件在加工时是否全面定位,夹具元件之间的配合。夹具元件与刀具的配合等等,以及有关杠杆零件的夹具的设计。并且根据其工作原理,对切削力和夹紧力进行设计计算,通过全面、系统的设计和计算,可以更加了解CA6140杠杆及其夹具的工作性能,为后续进一步的改进提供一定的依据和建议。本篇论文针对的是CA6140杠杆,具体加工工艺规程的设计如下:

  1.了解和掌握CA6140杠杆的工作原理及特点,了解其发展历程、研究现状等,然后对杠杆进行相关的分析。

  2、依据设计参数结合工况要求,设计2种不同的加工方案并分析其优缺点,比较出最为合适的1种方案作为本次设计的方向和目标。

  3、依据设计手册、机床夹具设计教程以及多种参考书等资料,对总体方案中的主要零部件尺寸进行设计,对加工的切削力进行详细的计算并校核。

  4、完成夹具的图纸设计和三维实体建模,图纸设计主要是机构装配图及零部件图(主要为非标准件)的设计,三维建模可以作为材料在答辩时使用。

  5、选择设计的是夹具中比较重要的元件,在加工之前需要制作工艺卡和工序卡,做好工艺顺序的安排和工序的划分,再对重要的数据进行计算,将工艺卡填写完整。

  6、整理好之前查阅的设计资料,整合并且写好设计说明书。

  第二章杠杆加工工艺规程设计

  2.1相关零件的介绍

  CA6140杠杆处于机床的箱体位置,该零件的主要的用处是用来传递工件的扭矩,并以此来为改变机床工作台的运动方向作出调整,即杠杆位于箱体的内部。杠杆的一端与制动带连接,另一端通过钢球与齿条轴的凸起或凹槽相接触。杠杆的制动原理为:在离合器脱开的时候,杠杆下端和齿条轴接触,会向逆时针的方向摆动,将制动带拉紧,当杠杆与左右离合器中任一个接合时,杠杆会沿着顺时针方向摆动,就可以使得制动带放松。零件的主体角度为36度角,通过主视和右视这两个方向看都有厚度为8mm的板筋支撑,端面和左视分别有尺寸为M6的螺纹孔和直径为φ12.7的沉头孔。

  图2.1零件二维工程图

  图2.2杠杆零件3D图

  2.2工艺分析

  尽管零件材料的选择有很多种,但是最佳的选择是HT200灰铸铁,虽然灰铸铁有塑性不高,脆性相对较高的缺点,但其也有许多的优势,比如该材料的生产工艺比较简单,并且能够承受一定的压力,即抗压性比较好,铸造的性能十分优良,所以选择这个材料。以下是对杠杆的加工面的选择和主要基准面在加工时的确认。

  (1)选择的加工面:

  1.钻Φ25的孔(上极限偏差为+0.023,下极限偏差为0)以及和此孔相通的M8螺纹孔、Φ14阶梯孔;

  2.钻Φ12.7(上极限偏差为+0.1,下极限偏差为0)的锥孔及铣该锥孔平台;

  3.钻2—M6螺纹孔;

  4.铣2—M6螺纹孔的端面以及杠杆底面。

  (2)选择的基准面:

  1.Φ250+0.023的孔和杠杆下表面(以Φ45外圆面为基准的加工表面)。

  2.2—M6螺纹孔、M8螺纹孔、Φ14阶梯孔、Φ12.70+0.1锥孔及锥孔平台。其中的主要加工面是M8螺纹孔和Φ12.70+0.1锥孔平台(以Φ250+0.023的孔为中心的加工表面)。

  2.3选择工艺路线

  表2.1工艺路线方案一

  工序1粗、精铣Φ25孔的下表面

  工序2钻、扩、铰孔使尺寸到达Фmm

  工序3粗精铣宽度为30mm的下平台

  工序4钻Ф12.7的锥孔

  工序5锪钻Ф14阶梯孔并加工M8螺纹孔

  工序6粗精铣2-M6上端面

  工序7钻2-M6螺纹底孔并且攻螺纹

  工序8校核检验

  表2.2工艺路线方案二

  工序1粗、精铣Ф25孔的下表面

  工序2钻、扩、铰孔使尺寸到达Фmm

  工序3粗精铣宽度为30mm的下平台

  工序4钻Ф12.7的锥孔

  工序5粗精铣2-M6上端面

  工序6钻2-Ф5孔,加工螺纹孔2-M6

  工序7加工M8螺纹孔,锪钻Ф14阶梯孔

  工序8校核检验

  将选择的这两套方案进行对比,前4道工序一致,主要从第5道工序开始,方案一是先加工工艺孔再铣端面,方案二有所不同,是先铣端面再加工孔。改变了加工顺序,对于零件的生产效率会有十分巨大的影响,而且对于改善该零件的相关尺寸和位置精度没什么太大的帮助。

  精基准的选择是以直径为Ф25mm的孔的外轮廓,再按照先铣孔的下端面,再钻锥孔这样的加工顺序,就可以保证两孔中心线的尺寸以及右端面的垂直度,符合先面后孔的加工原则。若先铣的是上端面,然后再按照方案二的工序7来加工,就会导致不便于装夹,因此方案二不可行。

  综上所述,第一个方案相对于第二个来说能够减少多余的时间从而提高效率以及可以保证该零件所需要的精度要求,因此经过详细的比较,第一个方案更加合理。

  表2.3最终工艺过程

  工序1粗精铣杠杆下表面。保证粗糙度是3.2,选用立式升降台铣床X52K。

  工序2加工孔Φ25。钻孔Φ25的毛坯到Φ22mm;扩孔Φ22mm到Φ24.7mm;铰孔Φ24.7mm到Фmm。保证粗糙度是1.6,采用立式钻床Z535和专用夹具。

  工序3粗精铣宽度为30mm的下平台,采用立式铣床X52K,用组合夹具。

  工序4钻Ф12.7的锥孔,采用立式钻床Z535,为保证加工的孔的位置度,采用专用夹具。

  工序5加工螺纹孔M8,锪钻Ф14阶梯孔。用组合夹具,保证与垂直方向成10°。

  工序6粗精铣M6上端面,用回转分度仪加工,粗精铣与水平成36°的台肩。用卧式铣床X52K,使用组合夹具。

  工序7钻2-M6螺纹底孔、攻2-M6螺纹用立式钻床Z535,为保证加工的孔的位置度,采用专用夹具

  工序8校核检验

  2.3计算加工的基本参数

  加工的工序分为7道,以下计算是对工件在不同的工序加工时所需的切削用量和工时的确定。

  1.由上文的工艺过程可知,工序1分成2个工步,即粗铣和精铣。

  在粗铣时:单边的余量Z等于1.9mm,所以铣削的深度;

  根据相关的文献,每一齿的进给量取,那么铣削的速度也就可以确定,即,最后,机床主轴上的转速也可以计算出来,根据公式,因为加工选用的铣刀是面铣刀,则d为100mm,齿数则为8。

  综上所述,主轴转速为,其中n取300,则最后结果为,因此实际的铣削速度为:

  进给量为

  每分钟的进给量为,

  根据选用的毛坯的尺寸,得知被切削层长度

  刀具切出的长度,走了一次刀

  那么机动的时间就可以算出

  查阅相关文献,辅助时间也可以确定

  在精铣时:单边的余量剩余0.1mm,则切削的深度就能确定

  根据相关的文献,,

  那么

  而进给量则是

  长度不变,在精铣的时候,切入长度和d相等为100,切出长度和走刀的次数也不变,那么机动的时间为

  则辅助时间

  2.工序2可以分成3个工步,概括即为钻,扩,铰。

  在钻孔的时候,根据相关文献

  在实际的加工里,条件可能会有所差异,所以对于所得结果需要进行一定的修正。根据相关文献,,所以

  通过查阅该机床的说明书,得出

  所以切削速度

  选用的刀具切出是3毫米,切入是1毫米,进给量前文已知为0.43

  所以机动时间t1是0.41min,辅助时间

  在扩孔的时候,查阅相关文献,进给量取0.57mm/r,

  修正,,

  因此

  通过查阅机床的说明书,选择

  那么

  同样,切出为3,切入为1,则t2为0.22min,辅助时间

  在铰孔时,根据相关文献,

  则

  n取100,所以

  刀具的切入和切出不变,所以机动时间为0.21min,辅助时间

  3.该工序在加工的时候需要分成两个工步,即粗铣和精铣。

  在粗铣的时候,加工选用的铣刀是面铣刀,则d为100mm,齿数则为8。

  因为单边的余量是2mm,则

  根据文献,,

  那么,则n取300

  ,

  根据所选毛坯的尺寸

  所以

  t1=249/(37.5×3)=2.21min,辅助时间

  在精铣的时候,选用的刀具依旧为面铣刀,所以d不变,齿数发生改变,为12。

  因为单边的余量是1mm,则

  根据文献,,

  所以机床的主轴转速,n取75

  所以

  根据所选用的毛坯的尺寸,,

  切削深度为0.1,其余的参数不变,则t2为2.21,辅助时间

  4.该工序在加工的时候需要分成2个工步,钻孔和扩孔。

  在钻孔时,根据参考文献,

  且,,,

  因为在实际操作中,可能会出现一点变化,所以需要修正所得结论;

  ,即修正的结果为

  查阅相关的资料,

  则,切削速度是

  切削深1.5mm,走刀36mm,因此,工时可以确定;

  t1=2×36/(0.64×195)=0.58 min,辅助工时

  在扩孔时,根据参考文献,进给量确定为0.57mm/r,

  结果在进行修正后,

  那么,

  查阅相关资料,取

  实际的切削速度

  切削的深度为0.5mm,走刀不变,那么基本的工时就可以确定,

  t2=2×36/(0.64×195)=0.58 min,

  5.该工序在加工的时候,分成3个工步,钻孔,攻螺纹,钴孔。

  在钻孔时切削的深度,根据参考资料

  可以计算机床的主轴上的转速

  查阅相关资料,取

  则

  被切削层的长度为12.5mm,切入的长度大约为4.1mm,切出为0

  那么,机动时间,

  在攻螺纹时,因为其进给量和螺距相等,则

  求出主轴转速,取

  丝锥回转

  且

  被切削层的长度已知为10mm,切入是4.5mm,切出是0

  ,

  在钴钻时,根据参考资料,,

  在对计算结果进行一定的修正,

  所以

  ,取

  实际

  被切削层长度3mm,切入大约6.2mm,切出0,

  则,

  6.该工序在加工的时候分成2个工步,即粗铣和精铣。

  在粗铣时,根据相关资料

  则主轴转速

  计算的结果

  根据毛坯的尺寸,被切削层

  切入长度

  切出时2毫米,那么

  辅助时间

  在精铣时,,根据相关资料,

  转速为

  得出结果

  则

  根据毛坯的尺寸,被切削层,切入

  切出是2毫米

  则

  辅助时间

  7.该工序在加工的时候分成2给工步,钻孔,攻螺纹。

  在钻孔时,,根据相关资料

  主轴转速为

  结果是

  而实际速度

  被切削的长度,

  切入长度

  切出长度是0

  那么机动时间为

  辅助为

  在攻螺纹时,进给量和刀具的螺距相同,因此

  根据相关资料

  则主轴的转速

  结果取

  则

  被切削的长度

  切入为,切出为0

  机动时间

  辅助时间

  由于7道工序的计算已经完成,则工序卡可以制作,数据也可以填写,在填写卡片的时候,需要注意工序和工步的名称不可以填错,在实际操作中,数据可能会有些许的改变,以实际操作为准。

  2.4杠杆加工的主要问题和相应措施

  2.4.1确定毛坯的制造形式

  零件选择的材料是HT200灰铸铁。因为零件的轮廓尺寸不算大,对于表面的质量要求高,并且年产量高,所以该灰铸铁适合大批生产的金属模铸造。

  2.4.2基面的选择

  (1)选择加工的粗基准

  以该零件不加工的表面作为粗基准(不加工的表面指的是加强肋所在肩台的表面),选择V型块来支承直径φ45圆的外轮廓,并且把该外轮廓作为主要定位,再使用装夹对该肩台进行加紧,V型块限制z方向上平移的自由度,z方向上旋转的自由度、y方向上平移的自由度,y方向上旋转的自由度,总共4个自由度。而想要达到完全定位,还需要消除x方向上平移的自由度,x方向上旋转的自由度,一共2个自由度,这可以通过定位φ25孔的下表面来解决,将该零件完全定位之后就可以加工直径为Φ25的孔了。

  (2)选择加工的精基准

  考虑到夹具的设计使得零件的装夹和取出都十分方便,并且基准的重合。所以精基准的选择是零件Φ25的孔。

  第三章设计专用夹具

  3.1加工工艺孔φ25夹具设计

  对于加工零件的孔的夹具相关的设计可以参照加工零件的平面夹具的设计,原因是这两者的基本要求几乎没有改变,不同的地方是加工孔的时候以钻扩铰为主,而加工平面的时候则是以铣削为主【6】。

  对于加工工艺孔Φ25,主要的加工工步就是钻扩铰,而本套夹具就是为了方便该工艺孔的加工而设计的。加工出来的工艺孔不仅有严格的精度方面的要求(精度为+0.023),而且对于它的表面粗糙度也要有一定的要求(为1.6),该工艺孔还必须要和顶面垂直,以便于接下来用于加工工件的各面各孔时作为定位。因此该工艺孔的加工质量的好坏直接影响到之后所有的工序的加工精度,这直接决定了整个设计能否顺利完成。在所有的8道加工工序中,本道工序仅仅是第二道,即只是完成了该零件所加工工艺孔的下表面的粗、精铣,对于之后工序的要求可以暂时忽略,所以本道工序最需要考虑到的地方是如何保证零件加工的完成度,即保证零件的尺寸精度以及该零件的表面粗糙度达到所需要求。

  3.1.1选择定位基准

  通过观察图2.1即该零件的二维图可以知道,杠杆零件的工艺孔的位置在稍微偏左的地方,图中标明它对尺寸精度和表面粗糙度有着严格的要求,并且必须与零件的顶面互相垂直。因此为了保证相互垂直这个要求,而且需要保证可以在之后的几道工序中对一系列的不同的工艺孔的加工完成要求,即让每一个需要加工的支承孔之间的加工余量保持均匀,就必需要按照基准重合和基准统一的原则进行。所以在给不同的工艺孔选择加工时的定位基准的时候,其定位基准就需要尽可能的选择上一道工序加工工件所使用的定位基准来作为这次加工的定位基准。所以就如上文所述,选用Φ45的外圆面来作为定位基准,用V型块和带光面压块的螺钉将工件夹紧,从而限制自由度。再通过一个定位块来定位Φ25孔的下表面,从而限制所有的自由度,实现完全定位。

  该夹具的设计已经考虑到的加工工件的效率问题,所以在正常情况下加工的时候只需要更换刀具,不需要更换夹具上的元件并且按照工序进行钻孔,扩孔,铰孔就可以了。

  3.1.2计算切削力和夹紧力

  这道工序完成的只是加工工艺孔的第二道工序,即钻、扩、铰该工艺孔达到规定的尺寸,并且在加工的过程中,在力的大小上钻削远大于切削。因此切削力就需要以钻削力为准。公式【5】:

  钻削力的公式

  钻削力矩的公式

  式子里:

  所以

  在开始加工工艺孔的时候,该工件的Φ45外圆面的那一端和V形块靠紧在一起,另一端和光面压块靠紧在一起。压紧工件是通过旋紧螺钉来实现的,由于该夹紧机构主要是依靠压紧螺钉夹紧,所以该夹紧机构是为单个普通螺旋夹紧。计算公式【6】:

  公式3.1

  该公式即夹紧力等于原始作用力乘作用力臂,比上摩擦半径和重力以及时间和螺杆端部和工件间的摩擦角的乘积,加上一半的螺纹中径和时间重力与螺纹升角和螺旋副的当量摩擦角和的积。

  所以点接触的单个普通螺旋夹紧力为【6】:

  3.1.3夹紧元件

  本次论文的夹具的夹紧动力装置比较简单,采用的是手动夹紧,因为使用该夹紧装置的结构清晰,不复杂,而且该夹具生产的数量很多,在生活中应用的方面有很多,很广泛,具有普遍性,而且手动夹紧机构比较可靠,在设计中可以不需要采用自锁机构。

  带光面压块的压紧螺钉是针对这一道工序设计的夹具所选择的夹紧元件。通过旋紧螺钉使得带光面的压块靠近工件,接触产生力然后压紧。该螺钉的具体形状和结构如图3.1所示。

  图3.1带光面压块的压紧螺钉

  3.1.4设计钻模板及相关元件

  该工序一共需要经过钻、扩、铰三次加工才可以满足工艺孔的加工要求。所以在钻套的选择中使用的是快换钻套,快换钻套不仅可以引导刀具,增加产品的准确度,还可以方便更换,如此就可以减少不必要的时间,提高夹具的工作效率。加工直径为25的工艺孔需要三个工步来完成,第一步是钻孔,用Φ22的高速钢麻花钻,主轴的转速为195r/min,进给量为0.43mm/r;第二步是扩孔,将Φ22的孔扩大至Φ24.7,使用的刀具为标准高速钢扩孔钻,主轴转速为275r/min,进给量为0.57mm;第三步是铰孔,将该工艺孔铰到Φ25,轴的公差是H7,使用的刀具是Φ25的标准高速铰刀,主轴的转速是100r/min,进给量是1.6mm/r。

  快换钻套具体的尺寸如图3.2所示【6】。

  图3.2快换钻套

  由该图的具体尺寸如下:公称尺寸D为30mm,它的上极限偏差是0.021mm,下极限偏差是0.008mm,H的尺寸为25mm,d的尺寸是22mm,D1为46mm,D2为42mm,h的尺寸为12mm,h1的尺寸5.5mm,m和m1都为18mm,r的数据是29.5mm,角度α为55°。该钻套在更换时十分的方便,可以节省很多时间,而且固定的方式也很简单,操作步骤比较容易。

  固定衬套的结构如图3.3所示。

  图3.3固定衬套

  该衬套的参数为:公称尺寸D为42mm,上极限偏差是0.033mm,下极限偏差是0.017mm,公称尺寸d为30mm,上极限偏差是0.041mm,下极限偏差是0.020mm,长度H是25mm,C为1mm,C1为3mm。该元件的主要作用就是为了保护钻模板在加工时不受到磨损,十分的实用。

  固定零件所选用的V型块的结构及主要尺寸如图3.4及表3.3所示[5]。

  图3.4 V型块

  表3.1 V型块的主要尺寸

  N D B H L l L1 A A1 d d1 d2 h b

  42 45 52 20 68 20 14 26 22 10 11 18 10 12

  注:T=L+0.707D-0.5N

  钻模板选择的是固定式钻模板,利用圆柱销和螺钉将其固定在夹具体上,将杠杆零件的底面靠在定位块上,将Φ45外圆面靠在V型块上,以此来进行定位,最后通过旋紧带光面压块的压紧螺钉来把工件夹紧。

  3.1.5夹具精度分析

  由于工序基准和加工基准的重合,并且主要定位基面为顶面,所以本道工序的定位误差能够忽略不计。在加工的过程中主要是需要保证工艺孔的尺寸Φ毫米及表面粗糙度在加工中的准确性。本道工序最后的一道工部是铰孔,需要用铰刀来加工,所以刀具的选择为标准高速铰刀,该刀具的直径是Φ毫米,而且需要使用用钻套来配合;主要是因为该铰刀有导套孔径,为,外径已确定是同轴度公差是,定衬套采用的孔径是,同轴度公差是。

  位置度应用:(1)尺寸为最大实体尺寸边界控制着各孔的实际轮廓,控制的理想圆柱面的直径为。(2)最大实体实效尺寸不能大于各孔的体外作用尺寸。(3)在各孔的直径偏离最大实体尺寸时可以把偏离量补偿给位置度公差。(4)当各孔的实际轮廓处于最小实体状态,即其实际直径为时,相对于最大实体尺寸的偏离量为,此时轴线的位置度误差可达到其最大值。即孔的位置度公差最小值为。

  位置度的因素的变化有以下这些原因:

  (1)在安装钻模板时,其上的装衬套孔有尺寸公差:

  (2)两衬套在配合安装的时候具有同轴度公差:

  (3)衬套与钻套的配合是间隙配合,即它们之间就有一个的最大间隙:

  (4)钻套本身具有同轴度公差:

  (5)钻套和铰刀配合时是间隙配合,所以它们之间也存在最大间隙:

  最终

  即对加工需要的相关要求可以保证。

  3.1.6本段小结

  在装配夹具时需要先把各个元件清理干净,再开始装配,在安装V型块和钻模板的时候要注意先用圆柱销定位,再用螺钉拧紧。在绘制二维图的时候,除了尺寸的大小数据之外,还需要标注位置精度和表面粗糙度,根据夹具的大小,绘制的图纸大小为A1,在制作三维图的时候,注意元件的尺寸,例如两孔之间的中心距,元件的长宽高。在拉伸的时候要注意所画的图形有没有完全封闭,如果没有则无法拉伸,要明确在拉伸之后是合并还是减去;在画图的时候要注意基准面的问题,x方向,y方向,z方向要看清楚,这样在最终装配的时候可以简便许多。

  3.2钻M8螺纹孔夹具设计

  3.2.1选择定位基准

  由于Φ25的孔在之前的工序中已经加工完成,并且满足尺寸要求,所以在加工M8螺纹孔的时候可以直接选择Φ25孔以及该孔的下表面来作为定位基准。将Φ25孔安装在短圆销上从而限制x方向上平移的自由度,y方向平移和旋转的2个自由度,z方向的2个自由度,一共5个自由度,再通过固定挡销和固定钻模板的配合来消除x方向上旋转的自由度,从而达到完全定位。所以该夹具的定位方式是一面两销定位。其中的一面指的是Φ25孔对应的下表面,两销指的是短圆柱销和固定挡销。

  3.2.2定位元件

  这道工序选择的定位基准是一面两销定位。一面已经确定,所以只需要针对两销来设计。其中的短圆柱销的结构和尺寸如图3.5所示【6】。

  图3.5短圆柱销(心轴)

  固定定位销的结构及主要尺寸如图3.6所示【6】。

  图3.6固定定位销

  该定位销的主要结构尺寸参数如表3.2所示。

  表3.2固定定位销的结构尺寸

  12 18 14 26 4 12 4

  3.2.3分析定位误差

  想要满足整个工序的加工要求,就必须要控制误差的和,即各项的加工误差一定要小于等于规定误差,而产生加工误差的因素有很多种,其中就有和夹具有所关联的,就比如加工表面的误差就和工件在夹具上的定位有关。由前文可知这套夹具是一面两销定位。其定位误差主要归结为以下的几个方面:

  因为钻套和衬套是间隙配合,所以它们之间存在误差,大约是0.029毫米,钻模和销的尺寸有一点的误差,大约是0.02毫米,销与孔之间的过盈配合,大约是0.05毫米,

  所以以公式e=(H/2+h+b)×△max/H得出

  △max=(0.052+0.022+0.0292)1/2

  =0.06mm

  e=0.06×30/32=0.05625

  结果显示可以使用这样的定位方案。

  3.2.4计算钻削力与夹紧力

  由于本道工序处在所有工序中的第5道,即攻螺纹,钻孔,而本夹具是针对钻M8螺纹孔,所以只需要完成工艺孔的钻、攻螺纹这2个工步,且钻削力远大于攻螺纹切削力。因此切削力应以钻削力为准【7】。

  有关钻削力的公式为

  有关钻削力矩的公式为

  式子里:

  所以

  对于如何将工件夹紧,这套夹具选择的是移动压板,通过旋转移动压板上的螺母,使得移动压板靠近工件,接触工件产生力,从而将工件夹紧,该夹紧机构属于单个螺旋夹紧。

  3.2.5设计钻模板及相关元件

  根据工艺要求,想要满足该工序的加工要求,需要分成三个工步。第一步为钻Φ7的孔,辅具选用的是专用钻夹具,刀具选择的是Φ7的高速钢麻花钻,主轴转速为900r/min,进给量为0.25mm/r;第二步是攻M8螺纹孔,专用钻夹具作为辅具,刀具选择的是细柄机用M8丝锥,主轴的转速为360r/min,进给量为1.5mm/r;第三步是钴钻Φ14所阶梯孔,所选用的刀具为φ14的小直径端面锪钻,

  主轴转速为195r/min,进给量为0.23mm/r。由于只是设计钻M8螺纹孔的夹具,因此只需要前两个工步就行了,衬套和钻套的选用以实际尺寸为依据,其中,钻套为快换钻套,原因是便于更换,减少时间。

  钻套孔径结构如图3.7所示【6】。

  图3.7快换钻套

  钻M8孔钻套由该图的具体尺寸如下:公称尺寸D为12mm,它的上极限偏差是0.018mm,下极限偏差是0.007mm,H的尺寸为20mm,d的尺寸是7mm,D1为22mm,D2为18mm,h的尺寸为10mm,h1的尺寸4mm,m和m1都为7mm,r的数据是16mm,角度α为50°。

  选用的固定衬套其结构如图3.8所示【6】。

  图3.8固定衬套

  固定衬套的参数为:公称尺寸D为18mm,上极限偏差是0.023mm,下极限偏差是0.012mm,公称尺寸d为12mm,上极限偏差是0.034mm,下极限偏差是0.016mm,长度H是20mm,C为0.5mm,C1为2mm。

  U型槽为压板的一部分,其结构如图3.9所示【6】。

  图3.9 U型槽

  其主要的尺寸参数为:螺栓直径为12mm,D尺寸为14mm,D1尺寸为30mm,长度L为20mm。

  3.2.6夹紧装置的设计

  选择使用移动的A型压板来夹紧工件,以便于加工完成之后,更方便将工件取出。

  该移动压板结构如下图3.10所示【6】。

  图3.10移动压板

  主要的结构尺寸参数如下表3.3所示

  L B b l1 l K H h h1 m

  120 30 11 36 50 8 16 4 1.5 12

  表3.3

  3.2.7本段小结

  在装配夹具各个元件之前,需要先清理干净,在装配钻模板的时候,不要直接拧螺钉,而是应该先用推销进行定位,然后再拧螺钉。在绘画平面图时,由于尺寸是1:1的比值,所以整个装配图采用A1大小的图纸来画,同样,图纸除了标明工件的尺寸大小外,还需要标明精度要求和粗糙度要求,在三维建模时,要注意定位板和夹具体之间有一定的角度,在建模螺钉的时候,要看清该螺钉上螺纹的外径,要分别出哪个是孔的尺寸,哪个是螺钉头部的尺寸,以及注意螺钉的型号。

  第四章夹具装配

  4.1夹具组成

  4.1.1钻Φ25夹具的组成

  该夹具主要由以下几个部分组成:圆柱头开槽螺钉M14;C型六角头压紧螺钉;定位板;衬套;圆柱销A5*16;夹具体;固定钻模板;快换钻套;定位块;固定V型块;圆柱头开槽螺钉M16;圆柱销A10*40;A型钻套用衬套;钻套螺钉;A型光面压块;开槽圆柱销A3*5.5。

  钻模板的尺寸如图4.1所示:

  图4.1固定钻模板左剖视图

  装配方式为:该钻模板与夹具体装配在一起,通过2个圆柱头开槽螺钉M14和2个圆柱销A5*16与夹具体固定在一起(在钻模板安装的时候,需要先用注销进行定位),Φ42的孔和衬套过盈配合,衬套和快换钻套间隙配合,再通过钻套螺钉的旋转来使其压紧,最后刀具通过快换钻套来加工杠杆零件。快换钻套和衬套的图和数据在3.1.4。钻套螺钉如图4.2:

  图4.2钻套螺钉

  固定V型块通过2个圆柱头开槽螺钉M16和2个圆柱销A10*40与夹具体固定,装夹V型块时需要先定位,再用螺钉拧紧,在加工零件的时候,V型块和工件的Φ45外圆面相接触。使用四个螺钉将定位块固定在夹具体上,在加工的时候将工件放在上面。最后旋转螺钉,使得带光面的压块压紧工件,这样就可以完全定位,其中螺钉通过衬套和定位板相配合,定位板被3个螺钉给固定在夹具体上。位置如图4.3所示:

  图4.3夹具左剖视图

  4.1.2加工M8螺纹孔夹具的组成

  该夹具主要由以下几个部分组成:调节支承,双头螺柱,螺母M12,弹簧,平垫圈,带肩六角螺母M12,圆柱销A5*50,圆柱开头槽螺钉M10,圆柱开头槽螺钉M14,A型固定定位销,定位板,夹具体,快换钻套,A型移动压板,短圆柱销(心轴),固定钻模板,A型钻套用衬套,钻套螺钉。

  固定钻模板的结构图如图4.4所示:

  图4.4固定钻模板俯视图

  装配及加工的思路为:将钻模板固定在夹具体上前,需要先用圆柱销A5*50进行定位,在定位完成之后用圆柱开头槽螺钉M10拧紧,再安装衬套,原因是衬套在工件加工的时候可以防止刀具将夹具体损坏,以及减轻在更换快换钻套的时候,因为操作失误而造成夹具体的磨损,选择快换钻套也是因为可以减少更换钻套的时间,提高效率,钻套的尺寸可参考图3.7,最后再用相应的螺钉固定。

  工件加工的时候,将工件放在带大端面的短圆柱销上(心轴),再用移动压板压紧,压紧的方式是通过旋紧六角螺母进行的。移动心轴可以限制工件的5个自由度,因此还需要一个工件来限制工件的最后一个自由度,所以选择A型固定定位销,即通过螺钉将定位板固定在夹具体上,定位销与定位板配合,从而限制住工件的x方向的旋转的自由度(工件一端接触定位销,另一端接触钻模板),这样就可以完全定位,最后压紧工件就可以加工了。

  在设计的时候还需要考虑压板的安装问题,将双头螺柱用螺母固定在夹具体上,另一端穿过压板,压板处于六角螺母和垫圈之间,并且加上一套弹簧与垫圈和固定双头螺柱的螺母中间,压板的设计可参考图3.9和3.10,加上垫圈是为了防止弹簧损坏压板,而且在加工结束的时候,松动螺母时弹簧会因为弹性形变从而给压板一个往外的力,这样在移动压板的时候就可以不触碰到工件,安全取出,然而因为只有一个螺柱,所以压板无法完全定位,可能会在加工的时候发生转动,因此在螺柱的一旁可以再设计一个调节支承,固定方式和螺柱一样,这样就可以把压板给完全定位,问题就可以解决。具体的元件如图4.5所示:

  图4.5夹具俯视图

  加工步骤为:将工件安装在夹具上,完全定位后就移动压板,然后旋动螺母从而压紧工件,接着加工工件,加工完成之后就将螺母拧开,再移动压板,最后工件取出,加工流程结束。