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飞锤支架加工工艺及夹具三维设计 第 5 页 共 22 页 飞锤支架加工工艺及夹具的三维设计作者：*** 指导老师：*******大学**学院 09级机械设计制造及其自动化专业 合肥******摘要：机械加工工艺是在生产过程中通过改变加工对象的形状，相互位置以及一些性质等，使其成为成品或半成品的加工改进过程，实现经济节约的生产目的本次课题研究飞锤支架加工工艺的规程，通过制定合理的机械加工工艺来达到改进对象的形状，位置及相互性质达到节约化生产的目的第一步：对零件图及零件工作过程性能进行分析，了解工件具体结构形式，明确各项技术要求，从而对零件组成表面选择恰当的加工方式方法第二步：拟定合理的加工工艺规程机床夹具设计中，要确保工件在机床和夹具中定位的精确度和夹紧的牢固程度，使工件与刀具及机床主轴，导轨之间具有正确的相对位置，从而来保证被加工工件的尺寸精度、形状精度和位置精度等相关技术要求第三步：工件定位后将其固定在正确的位置上，使其不因种种的外力作用而改变其相对位置的变化在设计过程中通过查找和收集相关材料和数据，翻阅和学习相关材料，借助AutoCAD二维设计软件生成所设计夹具的平面造型再利用SolidWorks三维设计软件来实现所设计夹具的三维造型。

着重研究了零件的加工工艺，夹具的形状结构，以及零件在钻床夹具上的定位、装夹等工序关键词：毛坯 加工余量 工艺规程 制造工艺 夹具设计1 引言 飞锤支架为盘类零件主要用于各种柴油发动机上，用于安装柴油机发动机减速器的飞锤从而便于发动机的及时的调速制造要求比较严格需正火处理使零件硬度达到HBS250—300；球墨铸铁的金相组织基体为85%以上的珠光体，球化率应大于80%，且不许有片状石墨体的存在；铸造时的拔模斜率为3度；铸件应清除型砂及粘砂，铸造成品不应有裂缝以保证零件的强度，硬度及刚度使其在外力作用下不发生意外事故，确保工作中零件的使用安全；缩孔，夹渣，外表夹杂物及其他铸造缺陷当然也是不允许的各面对内孔垂直度误差不应超过0.1， 最后要去锐边尖角2 零件的分析2.1零件图图1 零件图图2 零件2.2 特点及技术要求 飞锤支架是铸造件，从整体形状来看是盘类中心孔零件根据要求主要是加工孔和一些平面具体特点和技术要求有：2.2.1 粗基准的选择一般而言，回转体加工表面采用一个毛坯外圆作为粗基准是合理的但是，针对本次加工零件的特点若以孔Φ的外圆表面作为粗基准，第一步加工出孔Φ，第二步再以孔Φ内圆表面作为精基准，这样后面就难以定位加工外圆表面和端面，因为孔Φ的直径太小。

但是若紧接着加工出一个端面作为精基准，在选择这个端面时考虑到加工经济精度，所以选择先加工大端面的通槽，因为毛坯采用手工砂型铸造，表面精度较高，加工余量较小综合上诉，此次设计中决定采用四爪卡盘夹持零件小圆Φ的外圆表面的大圆，划线找正作为粗基准，先加工出孔Φ和孔2-Φ5.5，后续工序就能用使用Φ作为统一的精基准，这样的工序安排也符合粗基准选用原则2.2.2 精基准的选择根据基准重合原则，并同时考虑统一基准原则，选用孔Φ作为第一精基准考虑定位稳定可靠，选择一个大端面作为第二精基准2.3 加工要求1) 该零件为铸件，材料为球墨铸铁；要求加工2个Φmm孔粗糙度为Ra=6.3μｍ、2个Φ5.5mm孔粗糙度为Ra=1.6μｍ、Φmm孔粗糙度为Ra=1.6μｍ这些孔的的精度等级均为IT7,且要求与底面平行度公差为0.02；2) 要求精加大端面凹槽的粗糙度Ra=6.3μｍ，平面度公差为0.03，垂直度公差为0.08，凹槽宽度18mm凹槽侧面的粗糙度为Ra=12.5μｍ；3) 加工小端面Φ11的圆端面粗糙度Ra=6.3μｍ，平面度公差为0.03；4) 锪平加工2个Φ12mm孔粗糙度为Ra=12.5μｍ5) 最后去锐边尖角。

3 确定毛坯制造工艺和加工余量3.1 毛坯的结构确定零件毛坯的选择需要综合考虑多方面的因素：包括零件的材料，零件力学性能的要求，零件形状及尺寸，零件毛坯的生产条件，毛坯的制造的经济条件，采用新工艺、新技术、新材料的可能性等1.毛坯的结构工艺要求： 1）铸件的厚度应合适、均匀，不得有突然变化以免产生应力集中2）铸造圆角要适当，不得有尖角3）铸件结构要尽量简化，并要有合理的起模斜度4）铸件的选材要合理，应有较好的可铸性本次零件的设计选择的是球墨铸铁5）毛坯形状、尺寸确定的要求要有较高的尺寸标注和工艺公差要求2.设计毛坯形状、尺寸还应该考虑到：1）加工面的几何形状应尽量简单满足相应的工作要求适当的美观2）工艺基准与设计基准相一致注意粗基准和精基准的配合使用3）毛坯的设计要便于装夹、加工和检查4）结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工在确定毛坯时，要考虑经济因素，行位公差因素，热处理因素，生产率因素，工厂条件因素等虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，但减少加工余量，提高材料的利用率，对降低加工成本有很大的帮助因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题还要保证零件的使用性能。

在毛坯的种类形状及尺寸确定后，可根据这些相关尺寸绘制出毛坯图3.2毛坯的分析毛坯材料为球墨铸铁（QT）工作条件:（1）为承受中等载荷的零件；（2）综合机械性能较高；（3）适用于高强度，高冲击韧性的油阀，连杆等；（4）亦可通过调制处理改善相关性能毛坯的热处理：球墨铸铁（QT）的热处理主要是改变它的基本组织和性能，常用的热处理工艺有：退火，正火，焠火，回火，表面焠火等球墨铸铁退火的目的主要是为了消除铸造应力和铸造得到的白口；球墨铸铁正火的目的为了获得珠光体组织（珠光体的硬度和强度都较高塑性也较好）从而获得较高的强度、硬度和耐磨性（有时正火是为了表面焠火做组织准备）；球墨铸铁的焠火及回火跟钢的焠火及回火是一样的，根据铸件的工作条件及使用性能可选择合理的焠火及回火工艺，对于要求高强度、高冲击韧性的工作件可采用调制处理3.3 各加工表面的总余量的确定加工余量、工序尺寸及偏差经查阅计算后列表如下：表1 各加工面的工序余量和工序尺寸表加工表面工序名称 工序余量工序尺寸孔Φ钻6.85Φ铰0.15Φ外圆面Φ11粗车2.75Φ11.75半精车0.75Φ11Φ15粗车3.5Φ15Φ粗车2.5Φ半精车0.75Φ精车0.25Φ左右端面精车3.5半精车1.526孔2-Φ5.5钻5.5Φ5.5面2-Φ12刮1.01.0槽50×半精铣1.050×孔4-Φ钻4.5Φ铰1.5Φ4 制定零件工艺规程4.1 工艺过程设计中应考虑的主要问题：4.1.1 加工方法选择的原则1）所选加工方法应认真分析每种加工方法的经济、精度之间的要求相适应。

2）所选加工方法能够确保加工面的各种几何形状要求，表面相互位置的精度要求3）所选加工方法要与零件所选材料的可加工性相互适应4）所选加工方法要与各种生产类型相适应5）所选加工方法要与企业现有条件及工人师傅的技术水平相协调4.1.2 加工阶段的划分：按照加工分步的不同，工艺过程通常可以划分为一下几个加工阶段：1）粗加工阶段粗加工的最终目的是切去多数多余的金属，为后面的精加工创造所需的条件，并为半精加工、精加工提供加工的定位基准粗加工一般采用功率较大、刚性好、精度较低的机床，确定大的切削用量，提高生产率，粗加工时，刀具的切削力大，切削热量多，因此所需夹紧力较大，使得工件产生较大的内应力和变形，导致加工精度低，粗糙度值大2）半精加工阶段半精加工阶段的主要任务是完成一些次要面的加工为后面主要表面的精加工做好相应的前期准备，用以保证合适的加工余量3）精加工阶段精加工阶段的主要任务是切除工件上剩余的少量的余量，主要的目的是保证零件的形状精度，尺寸精度以及表面粗糙度，致使各个主要表面达到预先设计的要求另外精加工工序通常安排在最后，可防止以及减少工件精加工表面损伤情况的发生精加工通常采用高精度的机床非常小的切削用量，工序变形量很小，有利于保证加工精度。

4.1.3 加工顺序的安排 零件的加工过程一般情况下包含加工工序，热处理工序以及一些必要的辅助性工序我们在安排加工顺序时通常遵循以下一般的原则：工序类别工序安排原则机械加工1. 对于毛坯的形状及尺寸特点，首先制定划线的工学找正基准2. 按 照“先基准后其他”的顺序，先加工精基准面3. 在其他重要表面加工前要应对初选的精基准进行修改4. “先主后次，先粗后精”5. 主要表面有位置精度要求的就要求次要表面的加工应安排在主要表面加工完成之后再加工热处理退火与正火毛坯热处理，一般应安排在相关机械加工之前进行时效对于尺寸大的结构复杂的铸件，要在粗加工之前先安排相应的时效处理来消除残余应力；然而对于精度要求较高的铸件，要在半精加工前和加工后各安排一次必要的时效处理淬火淬火能提高工件的硬度，所以应将次步骤放在精加工的磨削加工前进行渗碳渗碳易产生工件的变形，所以应安排在精加工前渗氮通常安排在加工工艺过程的后部、通常设定在这些表面的最终加工之前辅助工序中间检验通常安排在粗加工结束之后，精加工之前进行且放在花费工时较多和重要工序的前后特种检验主要用于表面质量的检验，一般都安排在精加工阶段表面处理该步的处理工序一般安排在加工工序的最后4.1.4 工序的合理组合 确定零件的加工方法以后，就需要安生产类型、各个零件的结构特点、技术要求和现有机床设备等相关具体生产条件来确定工艺过程中的加工工序数。

确定工序数的基本原则如下： a.工序分散原则 工序内容简单，有利于选择最合理的切削用量1）加工设备及装备功能单一，方便维修调整，工作量小2）工序内容简单，通常采用较为合理的切削用量3）生产面积较大，具有众多的生产设备，生产面积较大4）操作及加工方法较简单，对工人的技术要求不高 b.工序集中原则 1）生产率很高，通常采用柔性和多功能智能的加工设备及装备 2）加工过程中装夹的次数少，易保证各加工面间的位置精度，缩短了生产周期节约了大量的时间有效的提高了生产的效率 3）大大的简化了组织生产及计划工作 4）但也有一些缺点如设备的投资较大，设备的调整较为复杂，前期的准备工作量很大，产品转换较为费时费事 通常状态下，在一般的小批量生产中，为了简化生产管理，很多时候将工序适当的进行集中化处理但是考虑到由于要采用专用设备，工序集中程序在常规的设计中受到限制结构简单的专用机床以及加工工件的夹具组织成较为简单的流水线方便进行生产4.2 制定工艺路线拟定相关的工艺路线是制定工艺过程中的非常关键性的一步在拟定时应认真细致的做充分调查研究工作，多提几个备选方案并加以分析比较后选择确定一个最佳的加工方案。

综合以上的考虑先粗加工然后进行精加工，充分考虑加工的经济性及精度，用最终的精加工保证工件的相关尺寸的要求我们最终选用四爪动卡盘夹持零件的右小圆Φ的外表面，然后划线找正将其确定为粗基准。