制定十字套的加工工艺设计钻2-Φ8H7孔的钻床夹具说明书

哈尔滨理工大学 机械制造技术基础课程设计 课程设计说明书 设计题目：制定十字套的加工工艺，设计钻 2- 8H7 孔的钻床夹具 班 级： 机设 09-1 学 号： 0930120113 学生姓名： 指导教师： 系 主 任： 设计日期： 2011年 11 月 28 日 至 2012 年 12 月 16日 1 机械制造技术基础课程设计任务书 . 2 序言 . 3 1.零件的工艺 . 4 1.1 零件的作用 . 4 1.2 零件的工艺分析 . 4 2.工艺规程的设计 . 4 2.1 确定毛坯的制造形式。 . 4 2.2 基面的选择 . 6 2.3 工件表面加工方法的选择 . 6 2.4 确定工艺路线 . 7 2.5 工艺方案的比较和分析： . 7 2.6 选择加工设备及刀、量、夹具 . 8 2.7 加工工序设计 . 8 3.夹具的设计 . 10 3.1 确定设计方案 . 10 3.2 选择定位元件 . 10 3.3 计算夹紧力并确定螺杆直径 . 11 3.4 定位误差计算 . 11 4.设计心得 . 12 参考文献 . 12 2 哈尔滨理工大学 机械制造技术基础课程设计任务书 设计题目：制定十字套的加工工艺，设计钻 2- 8H7 孔的钻床夹具 设计要求： 1、中批生产； 2、选用通用设备； 3、采用手动加紧机构； 设计内容： 1、绘制加工工件图，计算机绘图； 2、制定零件的加工工艺过程，填写零件加工工艺过程卡一张和所有工序卡的工序卡。 3、制设计指定的工序夹具，绘制夹具全套图纸； 4、编写设计说明书一份，按照毕业论 文的格式写； 5、答辩时交全套夹具工程用图纸、设计说明书、工艺过程卡和工序卡，并交电子文稿。 3 序言 机械制造技术学课程设计是在学完了机械制造技术（含机床夹具设计）和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂零件（杠杆）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，由于能力 有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加以指教。完成夹具结构设计能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。 4 1.零件的工艺 1.1零件的作用 题目给出的零件是十字套。它的主要的作用是用来支承、固定的。要求零件的配合是符合要求。 1.2零件的工艺分析 杠杆的 25+0.052mm 孔的轴线合两个端面有着垂直度的要求。现分述如下： 本夹具用于在立式钻床上，加工 8(H7)孔。工件以 25 0.052mm 孔及端面和水平面底、 30 的凸台分别在台阶定位销 7、支承钉 11 上实现完全定位。钻 8（ H7）mm 孔时工件为悬臂，为防止工件加工时变形，采用了螺旋辅助支承 2，当辅助支承 2与工件接触后，用螺母 1 锁紧。要加工的主要工序包括：粗精铣宽度为 40mm 的上下平台、钻 10(H7)孔、钻 2 8+0.015 的小孔 、粗精铣 30 凸台的上下表面。加工要求有： 40mm 的平台的表面粗糙度各为 Ra6.3um（上平台）、 Ra3.2（下平台）、 10(H7)孔为 Ra3.6um、 25（ H9）和 8（ H7）孔表面粗糙度都为 Ra1.6um。 2 8（ H7）孔有平行度分别为 0.1um（ A）、 0.15um(A)。 10(H7)孔的平行度为 0.1um（ A）。杠杆有过渡圆角为 R5，则其他的过渡圆角则为 R3。其中主要的加工表面是孔 8(H7),要用 8(H7)钢球检查。 2.工艺规程的设计 2.1确定毛坯的制造形式 。 零件的材料 HT200。考虑到零件在工作中处于润滑状态，采用润滑效果较好的铸铁。由于年产量为 5000 件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合 大批生产的金属模铸造。又由于零件的对称特性，故采取两件铸造在一起的方法，便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。 查参考文献（机械加工工艺简明手册）得： 各加工表面表面总余量 5 加工表面 基本尺寸 加 工 余 量等级 加 工 余 量数值 (mm) 说明 40mm 的上下平台 宽度 30mm的平台 40 30 G H 4 3 加工上下底面 加工上表面 30mm 的凸台上下面 30 H 3 凸台上下面 10(H7)孔 10 H 3 加 工内孔 8（ H7）孔 8 H 3 加工内孔 25（ H9）孔 25 G 4 加工内孔 又由参考文献得出： 主要毛坯尺寸及公差 主要尺寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差 CT 2 8（ H7）之间的中心距168 168 4 6 离 10（ H7）孔尺寸 10 2.0 10 3 25（ H9）孔尺寸 25 3.0 25 4 8（ H7）孔尺寸 8 2.0 8 3 2.2基面的选择 （ 1）粗基准的选 择。对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的加工表面就是宽度为 40mm 的肩面表面作为加工的粗基准，可用压板对肩台进行加紧，利用一组 V 形块支承 40mm 的外轮廓作主要定位，以消除 z、 z、 y、 y 四个自由度。再以一面定位消除 x、 x 两个自由度，达到完全定位 ,就可加工 25（ H7）的孔。 （ 2）精基准的选择。主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用 25(H7)的孔作为精基准。 2.3工件表面加工方法的选择 本零件的加工表面有：粗精铣宽度为 40mm 的上下平台、钻 10(H7)孔、钻 2 8+0.015 的小孔 、粗精铣 30 凸台的平台。材料为 HT200，加工方法选择如下： 1、 40mm 圆柱的上平台：公差等级为 IT8 IT10,表面粗糙度为 Ra6.3，采用粗铣精铣的加工方法，并倒 R3 圆角。 2、 40mm 圆柱的下平台：公差等级为 IT8 IT10,表面粗糙度为 Ra3.2，采用采用粗铣精铣的加工方法，并倒 R3 圆角。 3、 30mm 的凸台上下表面：公差等级为 IT13，表面粗糙度为 Ra6.3，采用粗铣 精铣的加工方法。 4、 钻 10(H7)内孔：公差等级为 IT7 IT8，表面粗糙度为 Ra3.2，平行度为 0.1m（ A），采用 钻孔粗铰精铰的加工方法。 5、 钻 25（ H9）内孔：公差等级为 IT6 IT8，表面粗糙度为 Ra1.6，采用钻孔扩孔钻钻孔精铰的加工方法，并倒 1 45内角。 7 6、 钻 8（ H7）内孔：公差等级为 IT6 IT8,表面粗糙度为 Ra1.6，采用钻孔粗铰精铰的加工方法。 2.4确定工艺路线 （ 1）工艺路线方案一： 铸造 时效 涂底漆 工序 ： 粗精铣宽度为 40mm 的上下平台和宽度为 30mm 的平台 工序 ：粗精铣宽度为 30mm 的凸台表面 工序 ： 钻孔 25（ H9）使尺寸达到 23mm。 工序 ：扩孔钻钻孔 25(H9)使尺寸达到 24.8mm。 工序 ：铰孔 25（ H9）使尺寸达到 25(H9)。 工序 ：钻 10（ H7）的内孔使尺寸达到 9.8mm。 工序 ：粗铰 10(H7)内孔使尺寸达到 9.96mm。 工序 ：精铰 10（ H7）内孔使尺寸达到 10（ H7） mm。 工序 ：钻、粗、 精 铰 2 8（ H7）小孔使尺寸达到 8（ H7）。 工序 ：检验入库。 （ 2）工艺路线方案二： 铸造 时效 涂底漆 工序 ： 粗精铣宽度为 40mm 的上下平台和宽度为 30mm 的平台。 工序 ：粗精铣宽度为 30mm 的凸台表面 工序 ： 钻孔 25（ H9）使尺寸达到 23mm。 工序 ：钻 2 8(H7)的小孔使尺寸。 工序 ： 扩孔钻钻孔 25(H9)使尺寸达到 24.8mm。 工序 ：铰孔 25（ H9）使尺寸达到 25(H9)。 工序 ：钻 10（ H7）的内孔使尺寸达到 9.8mm。 工序 ：粗铰 10(H7)内孔使尺寸达到 9.96mm。 工序 ：精铰 10（ H7）内孔使尺寸达到 10（ H7） mm。 工序 ：粗铰 2 8（ H7）小孔使尺寸达到 7.96mm。 工序 ：精铰 2 8(H7)小孔使尺寸达到 8（ H7）。 工序 ：检验入库。 2.5工艺方案的比较和分析 ： 上述两种工艺方案的特点是：方案一是根据宽度为 40mm 的上下肩面作为粗基准， 25（ H7）孔作为精基准，所以就要加工 25 孔时期尺寸达到要求的尺寸，那样就保 8 证了 2 8 小孔的圆跳动误差精度等。而方案二则先粗加工孔 25，而不进一步加工就钻 8（ H7），那样就很难保证 2 8 的圆度跳动误差精度。所以决定选择方案一作为加工工艺路线比较合理。 2.6选择加工设备及刀、量、夹具 由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以采用通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅 以少量专用机床的流水生产线。工件在各级床上的装卸及各机床间的传送均由人工完后。 粗精铣宽度为 40mm 的上下平台和宽度为 30mm 的平台。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择 X5012 立式铣床（参考文献：机械工艺设计手册，主编：李益民，机械工业出版社出版社），刀具选 D=2mm 的削平型立铣刀（参考文献：机械工艺设计手册，主编：李益民，机械工业出版社出版）、专用夹具、专用量具和游标卡尺。 粗精铣宽度为 30mm 的凸台表面。采用 X5021 立式铣床，刀具选 D=2mm 的削平型铣刀，专用夹具、专用 量检具和游标卡尺。 钻孔 25（ H9）使尺寸达到 23mm。采用 Z535 型钻床，刀具选莫氏锥柄麻花钻（莫氏锥柄 2 号刀） D=23mm，专用钻夹具，专用检具。 扩孔钻钻孔 25(H9)使尺寸达到 24.8mm。采用立式 Z535 型钻床，刀具选D=24.7mm 的锥柄扩孔钻（莫氏锥度 3 号刀），专用钻夹具和专用检具。 铰孔 25（ H9）使尺寸达到 25(H9)。采用立式 Z535 型钻床，刀具选 D=25mm 的锥柄机用铰刀，并倒 1 45的倒角 钻用铰夹具和专用检量具。 钻 2 8(H7)的小孔使尺寸达到 7.8mm。采用立式 Z518 型钻床，刀具选用 D=7.8mm的直柄麻花钻，专用钻夹具和专用检量具。 钻 10（ H7）的内孔使尺寸达到 9.8mm。采用立式 Z518 型钻床，刀具选用 D=9.8mm的直柄麻花钻，专用的钻夹具和量检具。 粗铰 10(H7)内孔使尺寸达到 9.96mm。采用立式 Z518 型钻床，刀具选用 D=10mm的直柄机用铰刀，专用夹具和专用量检具。 精铰 10（ H7）内孔使尺寸达到 10（ H7） mm。采用立式 Z518 型钻床，选择刀具 D=10mm 的精铰刀，使用专用夹具和量检具。 粗铰 2 8(H7)小孔使尺寸达到 7.96mm。采用立式 Z518 型钻床，选择刀具为D=8mm 直柄机用铰刀，使用专用夹具和专用量检具。 精铰 2 8(H7)小孔使尺寸达到 8（ H7）。采用立式 Z518 型钻床，选择刀具为D=8mm 的直柄机用铰刀，使用专用的夹具和专用的量检具。 2.7加工工序设计 根据本次设计的要求，工序设计只设计老师所给出工序的计算。下面是对 8（ H7）内孔的加工设计。 各工步余量和工序尺寸及公差 9 （ mm） 加工表面 加工方法 余量 公差等级 工序尺寸 2 8(H7) 钻孔 0.215 7.8 2 8(H7) 扩孔 0.055 7.96 2 8(H7) 铰孔 H7 8(H7) 1、 钻 2 8(H7)的小孔使尺寸达到 7.8mm。 2、 粗铰 2 8（ H7）小孔使尺寸达到 7.96mm。 3、 精铰 2 8(H7)小孔使尺寸达到 8（ H7）。 这三部工序全都采用 Z518 机床来进行加工的，故： （ 1）参考文献：机械设计工艺简明手册，并参考 Z518 机床主要技术参数，取钻2 8(H7)孔的进给量 f=0.3mm/r,用插入法求得钻 2 8(H7)孔的切削速度为v=0.435m/s=26.1m/min,由此算出转速为 : n=1000v/错误 !未找到引用源。 d=1000 26.1/3.14 8r/min=1039r/min 按机床实际转速取 n=1000r/min，则实际切削速度为 v=3.14 1000/1000m/min22m/min. 从参考文献得知： 错误 !未找到引用源。 =9.81 42.7do错误 !未找到引用源。 (N) M=9.81 0.021错误 !未找到引用源。 (N.m) 求出钻 2 8(H7)孔的 错误 !未找到引用源。 和 M 如下： 错误 !未找到引用源。 =9.81 42.7 8 错误 !未找到引用源。 1=1279N M=9.81 0.021 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 1=5N.m 根据所得出数据，它们均少于机床的最大扭转力矩和最大进给力，故满足机床刚度需求。 （ 2）参考文献：机械设计工艺简明手册，并参考 Z518 机床主要技术参数，取扩孔 2 8(H7)的进给量 f=0.3mm/r,参考文献得：扩孔的切削速度为（ 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 ） V钻，故取 v扩 =1/2v钻 =1/2 22m/min=11m/min, 由 此 算 出 转 速 n=1000v/ 错误 ! 未找到引用源。 d=1000 11/3.14 8r/min=438r/min,取机床实际转速 n=450r/min。 （ 3）参考文献：机械设计工艺简明手册，并参考 Z518 机床主要技术参数，取铰孔的进给量 f=0.3mm/r,参考文献得：铰孔的切削速度为 v=0.3m/s=18m/min。由此算出转速： n=1000v/错误 !未找到引用源。 d=1000 18/3.14 8r/min=717r/min 按照机床的实际转速 n=720r/min。则实际切削速度为： 10 V=错误 !未找到引用源。 dn/1000=3.14 8 720/1000m/min=18.1m/min。 3.夹具的设计 本次的夹具为 工序 ：钻、粗、 精 铰 2 8（ H7）小孔使尺寸达到 8（ H7）而设计的。 本工序所加工的孔是位于 30 凸台平面内，孔径不大，工件重量较轻、轮廓尺寸以及生产量不是很大等原因，采用翻转式钻模。 3.1确定设计方案 这道工序所加工的孔在 30 凸台平面上，且与土台面垂直，平行度 A=0.1。 根据工件结构特点，其定位方案有： 工件以 25 0.052mm 孔及端面和水平面底、 30 的凸台分别在台阶定位销、支承钉上实现完全定位。钻 8（ H7） mm 孔时工件为悬臂，为防止工件加工时变形，采用了螺旋辅助支承，当辅助支承与工件接触后，用螺母锁紧。 3.2选择定位元件 （ 1）选择带台阶面的定位销，作为以 25H9孔及其端面的定位元件。定位副配合取 。 （ 2）选择可调支承钉为 8（ H7）孔外缘毛坯一侧防转定位面的定位元件 ,用锁紧螺母将其锁紧，防止在加工孔时出现扭转，限制工件六个自由度。为增加刚性，在 8（ H7）的端面增设一螺旋辅助支承，辅助支承与工件接触后，用螺 母将其锁紧。 3.3计算夹紧力并确定螺杆直径 参考文献（机械加工工艺手册），因夹具的的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力 错误 !未找到引用源。 与切削力 F之间的关系为： 错误 !未找到引用源。 =KF，式中的 K 为安全系数。由参考文献得，当夹紧力与切削力方向相反时，取 K=3。 由前面的计算可知 F=1279N。所以， 错误 !未找到引用源。 =KF=1279 3N=3837N，由此可以知道，选择一个 M30的螺旋辅助支承。一是为了承受切削力的冲击，二是为了防止工件在加工时变形，因为钻 8（ H7）孔时， 工件为悬臂。 3.4定位误差计算 （ 1）加工 8H7 时孔距尺寸 84 0.2mm的定位误差计算，由于基准重合，故 ：0.015+0.2=0.215mm， 0.015-0.2=-0.185mm，上下偏差为： 0.215-（ -0.185） =0.4mm，符合尺寸要求。 而基准位移误差为定位孔 ( 25H9 )与定位销的最大间隙，故：定位销取直径为 25H9，尽量减少位移误差。故： 25-25=0，上偏差： 0.052-0.052=0mm，下偏差： 0-0=0mm。其基准也符合设计要求。由此可知此定位方案能满足尺寸 84 0.2mm的定位