1、缸体类零件机械加工工艺规程设计及夹具设计毕业设计论文管理资料1 引 言机械工业是国民经济各部门的装备部，国民经济各部门的生产技术水平和经济效益，在很大程度上取决于机械工业所能提供装备的技术性能、质量和可靠性，因此，机械工业技术水平和规模是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要标志。制造技术已经是生产、国际经济竞争、产品革新的一种重要手段，所有国家都在寻求、获得、开发和利用它。它正被看着是现代国家经济上获得成功的关键因素。制造技术已经不是单纯的制造工艺方法和产品设计，它是一个从产品概念到最终产品的集成活动和系统，是一个功能体系和信息处理系统。过去，人们常常把制造技术看成是一些经验的积累，实际上它是
2、一个从产品设计进入市场返回产品设计的大系统。机械加工工艺与夹具是以机械制造中的加工问题为一门技术学科。它主要包含的有热加工问题和冷加工问题。机械制造工艺与夹具一般以冷加工和装配两方面为主。机械制造工艺与夹具研究的宗旨是：保证和提高产品质量；提高劳动生产率；提高经济效益。对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具和机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。因此，进行机械加工前，先要将工件装夹好。工件装夹方法有两种：一种是直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。常用的分类方法有以下几
3、种：（1） 按夹具的使用特点分类可分为：通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合家具、拼装夹具。（2） 按使用机床分类可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床家具、齿轮及床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行家具以及其他机床夹具等。（3） 按夹紧动力源分类可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁家具以及真空夹具夹具等。机床的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为以下几个部分：（1）定位装置（2）夹紧装置（3）对刀和导向装置（4）连接元件（5）夹具体（6）其它装置或元件2 航空座椅锁扣缸体零件机械加工工艺规程设计21 航空座椅锁扣缸体零件图的工艺分析从上述零件加工工艺过程
4、可以看出，在拟定缸体零件加工工艺过程时，应该考虑下列一些工性问题 。在零件加工过程中，应合理的安排热处理工序，以保证缸体的力学性能及加工精度，并改善工件的切削加工性能，所以在毛坯焊接后，首先需要安排热处理，以消除焊接应力，改善金属组织，细化晶粒，降低温度，改善切削性能。 如下图1所示为航空座椅锁扣缸体的零件图，零件材料选用LD2。零件为航空座椅的减震缸，缸体内筒放置弹簧，活塞压缩弹簧沿筒壁运动，飞机震动时起到减震作用。该零件是航空座椅锁扣总成的关键零件。为达到其使用性能，零件内筒筒壁应光滑，无划痕，以保证活塞运动顺畅，;零件外表面为保持美观和将来镀铬的需要，;零件应具有一定的刚度;零件内外筒应
5、保证同心，;为保证活塞与内筒配合的严密，内腔的粗糙度要求很高。图1 航空座椅锁扣缸体零件图 选择毛坯 选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及制造精度。毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺和费用，而且也影响到零件机械加工工艺及其生产率与经济性。如选择高精度的毛坯，可以减少机械加工劳动量和材料消耗，提高机械加工生产率，降低加工的成本，但是，却提高了毛坯的费用。因此，选择毛坯要从机械加工和毛坯制造两方面综合考虑，以求得到最佳效果。由于45号钢的硬度好，耐磨性好，以及根据缸体的液阻和摩擦因数，我选择了45号钢作为缸体的加工材料。由于该航空座椅锁扣缸体零件为较重要的缸体零件，工作状态时受载比较复杂，且长度
6、和直径比较大，鉴于以上对于零件特点及制造难度的分析，采用直筒与头部焊接的方法，虽然难于保证焊接部分的表面质量和焊接时直筒部分不受热变形，但进行时效处理后则能保证零件的使用性能。且焊接件是将型材或钢板等其它材料焊接成所需结构，简单方便，生产周期短。所以我选择焊接件作为毛坯，如图2所示。图2 航空座椅锁扣缸体零件毛坯2.3选择定位基准工件加工时定位基准选择是否适当，不仅直接影响被加工表面的相互位置精度，而且还会影响各表面加工的先后顺序。当工件加工用的粗基准选定后，其加工顺序也就大致确定了。这是因为个阶段开始，总是先加工出定位基准面，即先行工序必须为后续工序准备好所用的定位基准。所以，在安排缸体类零
7、件加工工艺时，必须合理选择定位基准。航空座椅锁扣缸属于缸体类零件，而缸体零件的定位基准，最常用的是两中心孔，它是辅助定位基准，零件工作时无任何作用。采用两中心孔作定基准，不仅能在一次装夹中加工出更多的外圆和端面，而且可确保各外圆之间的同心度以及端面与中心线的垂直度要求，符合基准统一原则。因此，只要有可能，就尽量采用中心孔定位。而对于缸体类零件，在加工工件中，作为定位基准的中心孔因钻出内腔而消失。为了在内腔加工之后还能使用中心孔作定位基准，一般都采用带有中心孔的锥堵或锥套心轴，缸体类零件的毛坯可以是空心的也可以使实心的，所以采用的顶尖夹持的方法。正确选择定位基准对保证零件表面间相互位置精度、表面
8、加工顺序的安排和夹具结构的设计都有很大影响。定位基准是在加工时，用以确定零件在机床夹具中的正确位置所采用的基准。它是工件上与夹具定位元件直接接触的点、线或面。所以先用三爪卡盘在毛坯的一端车出一个外圆，作为粗加工时的轴向基准。 加工方法和工艺路线的拟定 根据航空座椅锁扣缸体零件图可得,缸体表面及其内腔的精度要求很高,而活耳朵和总长尺寸要求不是很高,缸体耳朵上7的孔时在焊接之前已经成雏形的且留有余量的,主要也没和别的零件相配合,而缸体的内腔要和活塞相配合,所以拟定的工艺路线: 下料焊接热处理车端面,打中心孔粗车半精车精车打孔细精车. 工序余量和工序尺寸的确定由可查的:(1) 3mm,这里取3mm.
9、(2) , mm(3) .毛坯尺寸与零件的设计尺寸之差称为表面的加工总余量，而相邻两工序的工序尺寸之差称为工序余量。有一表达式：Z加工总余量Zi工序余量n 工序数量Z总= Zi由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变植，致使加工余量有基本余量（又称公称余量，名义余量），最大加工余量和最小加工余量之分。航空座椅锁扣缸是一种缸体类零件，根据上面的公式以及根据机械加工工艺人员手册，得出了各工序的余量：总的细精加工余量是0加工余量又根据零件加工种类的不同分单边余量和双边余量。平面加工的余量是非对称的，故属单边余量，对于回转表面（外圆和孔），其加工余量为双边余量，航空座椅锁扣缸零件属于零件缸类零件，
10、所以他的加工余量是双边余量，对于缸类和轴类有一公式：2 Z=da-db 式中 da上工序的工序尺寸 db本工序的工序尺寸图3 航空座椅锁扣缸零件加双边余量其中 da=40 db=33图3所示的就是航空座椅锁扣缸零件加工时的双边余量。工序尺寸的公差单边余量一样，一般按“人体原则”标注，对被包容表面来说，其基本尺寸即为最大工序尺寸。 影响加工余量的因素加工余量的大小应按加工要求合理地确定。余量过大会浪费原材料及机械加工工时，增加机床，刀具，能源等的消耗。过小则不能保证消除前工序的各种误差及表面缺陷，甚至造成废品。影响加工余量的主要因素如下：上道工序留下的表面粗糙度Ha及表面缺陷层Da 。在本工序加
11、工时要将该部分切去，为此最小余量不能小于该部分的厚度。表面粗糙度Ha及缺陷层深度Da的值与加工方法有关，其数值可参考表1：表1 加工余量数值表加工方法Ha0加工方法HaDa粗车内外圆精车内外圆粗车端面1510054515225406030404060粗刨精刨粗插1510044525100405025405060精车端面钻粗扩孔5544522525225304040604060精插粗铣精铣54515225545355040602540精扩孔粗铰精铰25100251008525304025301020拉削切断研磨1745225010206035粗镗精镗磨外圆25225525171530502540
12、1525超级光磨抛光025磨内圆磨端面磨平面171517151715203015352030团式模锻冷拉高精度辗压1002252510010022550080100300上道工序的尺寸公差Ta 在加工表面上存在各种形式误差和尺寸误差，这些误差的大小一般包含在上道工序的尺寸公差Ta内。因此，应将Ta计入加工余量。本道工序加工时的安装误差b 它包括定位误差，夹紧误差及夹具本身的误差。定位误差可按不同的定位方法进行计算，而夹紧误差和夹具本身的误差可查阅有关资料。安装误差就是上述的三种误差的向量和。综上所说，就可以得出加工余量的计算式如下。双边余量 2Z=Ta+2(Ha-Da)+2a综上所说，以及查表
13、的修正，得出了前面所述的加工工序的每道尺寸。3 工序尺寸及公差的确定 工序尺寸是工件在加工工程中各工序应保证的加工尺寸，其公差即工序尺寸的公差，应按各种加工方法的经济精度选定。计算分下列两种情况：（1） 基准重合时工序尺寸及公差的确定当加工某一表面的各道工序多采用同一个定位基准，并与设计基准重合时，工序尺寸及其公差可由最后一道工序开始向前推算。（2） 基准不重合时工序尺寸及其公差的确定 当定位基准与设计基准不重合时，工序尺寸及其公差的计算需借助于工艺尺寸链的基本知识。活塞零件的基准基本上多以圆拄的中心轴为基准，所以它是基准重合的工序尺寸，而对于基准重合的工序尺寸和公差，而它的加工工序是：粗车半
14、精车精车细精车。各工序的加工余量及所能达到的经济度可根据机械加工工艺人员手册结合工厂的实际选定。下表列出了各工序尺寸及其公差的计算结果。其中第一，第二列为查机械加工工艺人员手册得到的数据，第四列为计算所得数据，第五列为最终结果。 表2 工序尺寸及公差的计算/mm工序名称工序的余量工序公差工序基本尺寸工序尺寸及公差粗加工35mmIT12=半精加工2mmIT11=3737精加工IT8=细精加工0mmIT74 航空座椅锁扣缸体零件的机械加工过程卡片及工序卡表3 航空座椅锁扣缸体机械加工工艺过程卡片序号工序名称工序内容定位基面设备1备料40X138锯床2焊接焊接以下好的22x19的料气保焊3热处理4车
15、三爪夹持车有耳朵的做基准面调头三爪夹持车另一端面，保证总长，打中心定位点33外圆的定位毛坯车床5车三爪夹持粗车33外圆车床6车三爪夹持顶顶针半精车54外圆车床7车三爪夹持上钻头打孔至25车床8车+ +车床9车三爪夹持顶顶针细精车33外圆至+车床10镗镗耳朵上7+ +加工中心11车倒角去毛刺车床12磨电动砂轮机去7孔的毛刺车床钳工台表4 航空座椅锁扣缸体机械加工工序卡片 XXX厂机械加工工序卡产品名称零件名称零件图号工序名称工序号第 页A1航空座椅锁扣缸2007共 页车 间工 段材料名称材料牌号力学性能机加工车间同时加工件数每料件数技术等级单件时间准备终结XXXXXX级1小时15小时设备名称设备
16、编号夹具名称夹具编号工作液CA6140XXXXX三爪卡盘,顶针,台虎钳,冷却液更改内容无无无无无工步号工步内容计算数据（mm）走刀次数切 削 用 量工时定额（min）刀具量具及辅助工具直径或长度进给长度单边余量背吃刀量进给量切削速度切削速度基本时间辅助时间工地时间工步号名称规格编号数量XX40X1381389116010XX卡尺1000011编制抄写校对审核批准5 机床夹具概述及航空座椅锁扣缸体的车床夹具设计 机床夹具的类型车床夹具类型主要包括：（1）顶尖类；（2）心轴类；（3） 拔盘类；（4） 中心架、跟刀架类；（5） 自动定心卡盘类；（6） 卡盘类（指非自动定心卡盘）；（7） 角铁类（或称
17、弯板类）。目前，以上所说的7种类型的车床夹具已经有许多通用化了，它们主要作为机床附件使用。 机床夹具的作用机床夹具有以下主要作用：（1）易于保证加工精度，并使一批工件的加工精度稳定；（2）缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低生产成本；（3）减轻工人操作强度，降低对工人的技术要求；（4）扩大机床的工艺范围，实现一机多能；（5）减少生产准备时间，缩短新产品试制周期。 粗加工时零件的定位和夹紧分析 航空座椅锁扣缸零件粗加工，是在车床上加工的，而在这里，航空座椅锁扣缸零件的粗加工用了卡盘式的车床夹具三爪卡盘。三爪卡盘在车床上是一种很通用的夹紧装置。卡盘式车床夹具一般用一个以上的卡爪来夹紧工件，这里用了3
18、个卡爪来定位工件毛坯，三抓卡盘的定位，多采用定心夹紧机构。它常用于外圆及端面的回转体的加工。 三爪卡盘的定位元件是它的三个卡爪，这三个卡爪既是它的定位元件，也是它的夹紧元件，它们能同时趋近或退离工件，使工件的定位基准与限位基准重合，而这种定心和夹紧双重功能的机构，称为定心夹紧机构。定心夹具机构可以分为两类：一类为等速移动的定心夹紧机构，它是利用定心夹紧元件的等速移动来实现定心夹紧的，另一类称为均匀变形定心夹紧机构 ，它是利用薄壁弹性元件受力后的弹性变形实现定心夹紧的。而三爪卡盘是属于前一种，它利用了三个卡爪等速向卡盘的圆心移动来定位工件。 三爪卡盘是由三个卡爪，卡盘和里面的齿轮机构组成。当要加
19、工零件时，零件首先要放在三爪卡盘的的前方，然后用一把手来扭动三个卡爪，图4就是扭动三爪的把手：图4 扭动三爪的把手 把手扭动卡盘，带动了里面的齿轮机构，它们会慢慢的使三个卡爪同时接近于一点，然后随着把工件放到三个卡爪慢慢接近的中心，因为用三爪卡盘夹紧的话，工件的受力面是毛坯的圆柱面，由于三个卡爪与工件的接触面多是平面，而毛坯的圆柱面，由于没有经过加工，所以会与三个卡爪慢慢接近的圆心有所偏差，为了减少这样的误差，根据老师傅的经验所得，在装工件时，你手要慢慢的转动工件，同时，慢慢扭动把手，夹紧工件， 会使他们的同心度会提高点。由于是粗加工，考虑到他的转速和加工工艺，夹紧的时候，尽量夹紧，因为不用考
20、虑零件的表面是否回变形。而这次的工件的定位，要两个定位，一个是轴向定位，那就是车端面，还有一个是径向定位，那就是车圆柱表面，还有一个是钻中心空。这是粗加工的第一步，而在做这些时，工件必须要换头，然后再夹，在再夹的过程中，由于一面已经粗加工过，所以在再夹紧时，用力要均匀。还有要考虑车床夹具在车床主轴的安装方式，：（1）夹具体直径D小于140 mm或D（23）d的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺钉拉紧，此种安装方式的安装误差很小。（2）径向尺寸较大的夹具，一般用过度盘安装在主轴的头部，过度盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构。三爪卡盘的过渡盘就是卡盘，它的卡盘以定位孔按H7/
21、h6与主轴相配合，用螺纹紧固，轴向由过渡盘端面与主轴前端的台阶面接触，为防止停车与倒车时因惯性作用或使两者松。开，用压板固定在了主轴上。不过，这样安装精度受配合精度的影响。在夹具的定位时，还要注意如下几个问题：（1）结构要紧凑以及悬伸长度要短 车床夹具的悬伸长度过大，会加剧主轴轴承的磨损，同时引起震动，影响加工质量，因此，夹具结构应紧凑，悬伸长度要短。夹具的悬伸长度L与轮廓直径D之比应控制如下：直接小于150mm的夹具，L/D直径在150300mm之间的夹具，L/D直接大于300mm的夹具，L/D (2) 夹具应基本平衡三爪卡盘夹具，一般设有平衡装置，以减少震动和主轴轴承的磨损。平衡的方法是设
22、置配重块或加工减重孔。配置重块的质量或减重孔应去掉的质量可用隔离法近似计算。即把工件和夹具上的各个元件隔离成几部分，以夹具的回转轴线为对称中心，对称相等的略去不计，不对称相等的部分则按力距平衡公式计算m1r1=m2r2m1不对称部分的质量r1不对称部分重心位置至回转中心的距离m2配重块（或减重块）的质量r2配重块（或减重块）重心位置至回转中心的距离为了弥补估算法的不准，配重块上（或夹具上）应开有径向槽或环型槽，以便夹具装配时调整其位置。（3） 夹具体要成圆形车床的夹具的夹具体应为圆形，夹具上 （包括工件在内）的各个元件不应伸出夹具体的圆形轮廓之外，以免碰伤操作者。这几个条件三爪卡盘基本上多满足
23、了。此外，还有应注意切削的缠绕和冷却润滑液的飞溅等问题，必要时应设置防护罩。5.4 用夹具装夹时保证工件加工精度条件采用夹具装夹法对工件加工时，为保证工件加工表面相对其它有关表面的尺寸和位置精度，必须满足以下的三个条件：(1)工件在夹具中占据一定的位置；(2)夹具在机床上保持一定的位置；(3)夹具相对刀具保持一定的位置。5.5 航空座椅锁扣缸体的车床夹具设计由于航空座椅锁扣缸体零件的径向夹紧行程不大，工件定位表面的尺寸变化不大，所以在这里我把航空座椅锁扣缸体零件的加工夹具设计为卡盘式斜楔气动三爪卡盘（如图5），因为这类卡盘夹具的结构是对称的，回转时的不平衡影响较小。 图5 斜楔气动三爪卡盘总装
24、图1夹具体 2楔体 3螺钉 4、6顶柱 5套筒 7滑块 8卡爪 9弹簧接触面积较大，故磨损小，又由于斜面的增力作用，能够产生足够的夹紧力。图中楔体2上有三个沿周围斜楔气动三爪卡盘它是利用斜面的作用原理将轴向移动变为径向定心夹紧,由于斜面接均匀分布的15度斜槽，滑块7的钩形部分插入斜槽中。当气缸的活塞杆经拉杆、螺钉3、套筒5带动楔体2作轴向移动时，迫使滑块7及与其相连的卡爪8作径向移动，从而夹紧或松开工件。弹簧顶柱4用以防止螺钉3与拉杆的连接松脱。用插头扳手插入楔体中部的六方孔中，将楔体逆时针转动，滑体7的钩形部分即从楔体中脱开，以拆下楔块。弹簧顶柱6在滑块脱开楔体时，防止其脱落。弹簧9可阻止楔
25、体因受振动而发生偏转。 夹紧元件的选择和计算 夹紧装置是家具中最重要的部分，其设计或选用的是否合理，对于保证加工质量，提高生产效率，降低成本及创造良好的工作条件都有很大影响，因此，设计夹紧装置时应满足以下基本条件：（1） 在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。（2） 夹紧应可靠和适当。夹紧机构一般有偶子锁作用，保证在加工过程中不会产生松动或震动。夹紧工件时不允许工件产生不适当的变形和表面损坏。（3） 夹紧装置应操作方便，省力，安全。（4） 夹紧装置的复杂程度与自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。在保证加工质量和生产率的前提下结构设计应力求简单，紧凑，并尽量采用标准化元件。夹
26、紧元件的选择首先要确定夹紧力的大小，夹紧力包括大小，方向，作用点三个要素。所以最先确定的是夹紧力的方向，夹紧力的方向一般遵循以下规则：(1) 夹紧力作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，为此一般要求夹紧力方向朝向定位元件，且应垂直于主要定位基准。在粗加工工序里，三爪卡盘的夹紧力方向与工件的夹紧力方向是垂直的，所以这一准则，三爪卡盘满足了。(2) 夹紧力作用方向应使工件夹紧变形下，为此一般要求夹紧力作用方向最好指向工件刚度最大的方向。在回塞零件粗加工时 ，由于毛坯的材质多是45号钢，所以不存在这样的问题。(3) 夹紧力的作用方向应有利于减少夹紧力，为此要求夹紧力方向尽可能与切削力，工件
27、重力方向一致，以减小所需夹紧力。在粗加工时，切削力的方向与夹紧力的方向成个90度的角图6 夹紧力的作用方向图6中:F是夹紧力是切削力象这种夹法,夹紧力的方向F大于切削力的方向.6夹紧装置的组成和要求6.1夹紧装置的组成 夹紧工件的方式多种多样，因而夹紧装置的结构形式也是种类繁多，但夹紧装置的组成却大体相同，即由以下几部分组成： （1） 力源装置 力源装置是产生夹紧原始作用的动力源。同常使用的动力装置有气压装置、液压装置、电动装置、磁力装置等。 （2） 夹紧机构 夹紧机构一般由中间递力机构和夹紧元件组成。它的作用是传递原始作用力，改变其大小、方向，使之变为夹紧力，并执行夹紧工件的任务。 对夹紧装
28、置的基本要求 夹紧装置是夹具中重要的组成部分，其设计或选用的是否合理，对于保证加工质量，提高生产率，降低成本及创造良好的工作条件都有很大的影响，因此，设计夹紧装置时应满足以下基本要求。（1）在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。（2）夹紧应可靠和适当。（3）夹紧装置应操作方便，省力、安全。（4）夹紧装置的复杂程度与自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。6.3夹紧力方向的确定夹紧力方向的选择一般应遵循以下原则：（1）夹紧力作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。（2）夹紧力的作用方向应使工件夹紧变形小。（3）夹紧力作用方向应有利于减小夹紧力。6.4夹紧力作用点的选择所谓
29、夹紧力作用点，并非是指夹紧元件与工件接触处的一点，而是指二者之间相互接触处的一小块面积。夹紧力作用点是在其作用方向已定的情况下，确定其位置和数目。一般应符合以下原则：（1） 夹紧力作用点不能引起工件产生位移和偏移 产生位移和偏转会破坏工件的定位为此要求夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内。（2） 夹紧力作用点应使夹紧变形小 为达到这项要求，夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，或采取增加夹紧力作用点数目和增大接触面积等措施减小夹紧变形。（3） 夹紧力作用点应尽量靠近加工部位 这可使切削力对夹紧力作用点力矩变小，从而减小工件的转动趋势和振动。必要时，可在靠近部位增设辅助支承，并施加附加夹紧力，以减小切削过程中的振动和变形。 夹紧力的估算 在夹紧方向和作用点位置确定以后，还需合理的确定夹紧力的大小。
