左臂壳体夹具设计

题目：左臂壳体的机械加工工艺及夹具设计

一、夹具设计的任务和目的

夹具设计是机械制造技术基础课程的一个重要实践环节，它要求学生会全面地综合运用本课程及其有关选修课程的理论和实践知识进行工艺及结构的设计。 1.1设计任务

本次设计是对连杆盖￠12孔加工的钻床夹具设计。

1.2设计目的

①让学生能够熟练的运用机械制造工艺学的基本知识理论和夹具设计原理，培养学生分析和解决问题的能力。

②通过实践让学生学会理论联系实际，能够独立自主的解决机械加工中遇到的问题。 二、零件分析

2.1零件的材料与结构分析

零件的材料为QT450-10，铸造性能优良，但是塑性较差、脆性较高、不适合磨削，而且加工面主要集中在外圆加工和孔的加工。根据对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下： 1.根据零件的总体加工特性，左端￠115和右端￠95的端面为整个机械加工过程中主要的基准面，因此在制定加工方案的时候应当首先将此面加工出来。

2.左端￠72和右端￠80的端面没有技术要求，粗加工即可，而左端￠72和右端￠80的外圆要求其径向跳动为0.04-0.06之间，为了保证其径向跳动符合技术要求，先粗车左端￠72的外圆，再粗车右端￠80的外圆，然后精车左端￠72外圆，再精车右端￠80的外圆，为了保证￠52孔和￠80的外圆同轴度偏差不超过0.025，精车￠80外圆后，直接粗、精￠52孔就可以保证了。精车左端￠72的外圆要求其表面粗糙杜为6.3，其尺寸精度等级为8级，右端￠80的外圆要求其表面粗糙度为3.2，其尺寸精度等级为7级，因此此道工序中外圆和孔的加工是一个难点，需要选择适当的加工方法来达到此孔加工的技术要求。 3.由于右端￠8的孔要求以￠80的中心轴线和￠95的端面作为基准进行定位，且其所要求的表面粗糙度为3.2，尺寸精度等级为9级，因此钻孔后需要进行扩孔才能达到技术要求，需要选择适当的加工方法达到此孔加工的技术要求。钻4*￠13孔时，需要以￠95的端面和￠8的作为基准进行定位，因此需要先加工￠8的孔，才能保证其技术要求，由于4*￠13孔的表面粗糙度要求为25，故一般加工即可达到其技术要求。

4.由于左端￠13的孔要求以￠72的中心轴线、￠115的端面和右端￠8的孔作为基准进行定位，没有粗糙度和加工精度的要求，故一般加工即可达到技术要求。钻￠8孔时，其所要求的表面粗糙度为3.2，尺寸精度等级为8级，因此钻孔后需要进行扩孔才能达到技术要求，需要选择适当的加工方法达到此孔加工的技术要求。

三、制定零件的工艺路线 3.1机械加工工艺顺序分析

①遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准，即在前面加工阶段先加工￠115和￠95的端面。

②遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序，即先粗车左端￠72的外圆，再右端￠80的外圆，然后精车左端￠72的外圆，再精车右端￠80的外圆和粗、精车￠52的孔。

③遵循“先主后次”原则，先加工主要表面后加工次要表面。

④遵循“先面后孔”原则，先加工￠72和￠80外圆，再加工￠52的孔，先加工右端￠8的

孔，再加工4*￠13的孔，然后加工左端4*￠12和￠8的孔。

3.2确定工艺路线

综合考虑上述工序的顺序安排原则基础上，确定该气门摇臂轴支座的工艺路线如下： 工序Ⅰ：铸造；

工序Ⅱ：清砂，检验；

工序Ⅲ：时效处理HBS187-220

工序Ⅳ：以￠95的端面和￠45的孔作为定位基准进行定位，粗车￠115的端面和￠72的外圆；

工序Ⅴ：以加工后￠115的端面和￠66的孔作为定位基准进行定位，粗车￠95的端面和￠80的外圆；

工序Ⅵ：以加工后￠95的端面和￠45的孔作为定位基准进行定位，精车￠72的外圆； 工序Ⅶ：以加工后￠115的端面和￠66的孔作为定位基准进行定位，精车￠80的外圆，粗、精车￠52的孔；

工序Ⅷ：以加工后￠80的中心轴线和￠95的端面作为定位基准，钻￠7的孔，扩至￠8； 工序Ⅸ：以加工后￠8的孔和￠95的端面作为定位基准进行定位，钻4*￠13的孔； 工序Ⅹ：以加工后￠8的孔、￠72的中心轴线和￠115的端面作为定位基准进行定位，钻4*￠13的孔，钻￠7的孔，扩至￠8； 工序Ⅺ：钳工去毛刺，清洗 工序Ⅻ：终检；

工序ⅩⅢ：入库。

3.3连杆盖￠12孔加工工序设计

由于本次设计主要是对￠12孔加工的专用夹具设计，故对￠12孔加工工序过程进行详细分析如下：

① 机床确定：摇臂钻床Z3025

② 刀具确定：￠7硬质合金直柄麻花钻和￠8锥柄扩孔钻，刀具参数：d=7mm,l=109mm,l1=69mm；d=8mm,L=156mm,l=75mm

③ 量具确定：由于本工序的￠8孔尺寸精度要求较高，故采用塞规即可。 ④ 走刀长度：l=47mm ⑤ 切削次数：1次 ⑥ 切削深度：ap=16mm

⑦ 进给量和切削速度的确定

由零件材料的硬度和被加工孔的尺寸。查《机械制造技术基础课程设计》主编：陈立德 附表4.22可得粗加工取f=0.5mm/r,取Vc=25mm/min，精加工取f=0.2mm/r,取Vc=32mm/min， ⑧ 主轴转速确定

由主轴转速计算公式：n=1000Vc/ⅡD得

n=1000*25/3.14*7=1137r/min，n=1000*32/3.14*8=1273r/min， 查Z525主轴转速表取n=1600r/min 校核实际切削速度Vc=nⅡD/1000=40mm/min ⑨ 基本时间确定：由钻削机动时间计算公式：

Tj=L+L1+L2/f*n L1=D/2 cotK＆+（1+2） L2=1—4 取L=47mm,L1=4,L2=3则Tj= （L+L1+L2）/f*n =0.108min

四、左臂壳体￠12孔加工专用夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本次将为128孔加工设计专用夹具，本夹具将用于摇臂钻床Z3025，刀具为硬质合金直柄麻花钻和￠

12锥柄扩孔钻

4.1 确定夹具的结构方案

4.1.1确定定位方案，选择定位元件

根据我们所选择的工序来详细观察零件图，根据图中零件所要求的位置尺寸，以及形位精度要求，来确定夹具的结构方案。

本道工序￠12孔的位置精度要求不高，没有同轴度要求，但是尺寸精度等级要求较高，故采用￠7的钻头钻削后，还需要￠12的扩孔钻进行扩孔。由于￠12孔表面粗糙度为3.2，故需要钻削后进行扩孔才可达到要求。该工序零件的装夹可以采用典型的“六点定位”原则进行装夹。由于￠80的中心轴线和￠95的端面为该工件的主要定位基准，故以由于零件是一个壳体零件80的中心轴线为主定位面，可以采用1个长销进行定位，以￠95端面进行定位时，可以用￠95的右端面进行定位，间接的保证了图示的技术要求。由于零件是一个壳体零件，以￠95的左端面做为导向面。具体定位方案及定位结构详见夹具装配图。

4.1.2确定导向装置

由于本工序的￠12孔加工精度较高，采用一次钻削加工达不到尺寸精度和表面粗糙的要求，但钻孔时需要钻套来保证钻削加工时钻头的位置，从而保证￠11孔的位置精度。由于该零件为大批大量生产，钻套有可能会磨损。故可以采用可换钻套。如装配图所示可换钻套与衬套的配合尺寸为￠18F7/m6,衬套和钻模板的配合尺寸为￠22 F7/n6. 4.1.3确定加紧机构

在机械加工工艺设计中，已经确定气门摇臂轴支座的生产类型为大批量生产，故在确定夹紧机构时，应该做到装夹方便、省时，省力的要求，在此工序夹具中选择螺旋夹紧机构夹紧工件。如夹具装配图所示，在零件的前端夹具体上设计一个螺旋夹紧机构，通过转动手柄使夹紧元件的圆柱端面压紧￠28外圆的前端面，从使零件在夹具体上被夹紧。当加工完毕后，只需松动螺旋夹紧机构的手柄，零件即可从右端取出。 4.2夹具体的设计

夹具体的设计应通盘考虑，使上述各部分通过夹具体能够有机的联系起来，形成一个整体。

考虑夹具与机床的连接，因为是在立式钻床床上使用，故不需要定向键，只需利用螺栓、螺母通过工作台上的T型槽与夹具体上的U型槽将夹具体夹紧即可；考虑到36mm下端面是用两个支承板进行定位的，故安装支承板位置的夹具体面需要加工，为了减少加工面积可以设计一个凸起4mm的方形凸台便于加工；考虑到便于排屑问题应在夹具体与工件￠11孔对应的地方钻削一个￠12的通孔。考虑到在工件￠28外圆面得左端有一固定式定位销，故在夹具体上安装定位销的部位应由一凸起的加工圆台，便于定位销的定位和安装；考虑到夹具体的凸起方台和凸起圆台的加工，故在零件后面的定位销固定板应做成是可拆卸的，便于凸台的加工；由于夹具体的材料为铸件塑性较差、脆性较高，故不易进行螺纹加工，需要加工螺纹的地方应预留一个螺纹衬套孔便于螺纹衬套的安装。

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