工艺夹具毕业设计26踏脚杆零件加工工艺规程及ΦM6－6H螺纹孔加工专用夹具设计说明书

1 1 踏脚杆的工艺分析及生产类型的确定 1.1 踏脚杆的技术要求 按表形式将该踏脚杆的全部技术要求列表中 踏脚杆零件技术要求表 加工表面 尺寸及偏差 (mm) 公差及精度等级 表面粗糙度 Ra (m) 踏脚杆中间孔左端面 250084.0IT10 12.5 踏脚杆左端孔左端面 205.05.0 GB1804-C 12.5 踏脚杆中间孔右端面 250 084.0 IT10 12.5 踏脚杆左端孔右端面 205.05.0GB1804-C 12.5 16mm孔 16 11.00 IT11 6.3 8mm孔 8 5.05.0GB1804-C 6.3 踏脚杆中间孔上端面 195.05.0GB1804-C 12.5 M6-6螺纹孔 5 008.00IT6 3.2 4.5mm孔 5.4 3.03.0GB1804-C 12.5 沉孔 9.6 90 - IT11 12.5 线型尺寸极限偏差数值表 2 1.2 审核 踏脚杆 的工艺性 分析零件图可知， 踏脚杆 中间、左端孔两端面和中间孔上端面均要求切削加工；另外，该零件除主要工作表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；由此可见，该零件的工艺性较好。 1.3 确定 踏脚杆 的生产类型 零件的生产纲领：年产 50000件，属于大批量生产。 2 确定毛坯、绘制毛坯简图 2.1 选择毛坯 由于该 踏脚杆 在工作过程中要承受一定载荷，为增强 踏脚杆 的强度和韧性，获得纤维组织，毛坯选用铸件，由于该 踏脚杆 的轮廓尺寸较大，且形状不规范不易采用锻造加工。该零件生产类型属大批生产，为提高生产率和铸件精度，以采用机器造型方法制造毛坯。毛坯的拨模斜度为 5。 2.2 确定毛坯的尺寸公差和加工余量 要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。 2.2.1 公差等级 由于踏脚杆的功用和技术要求。加工面的线性尺寸的未注公差为 GB1804-C 2.2.2 铸 件的尺寸公差及加工余量 踏脚杆 铸造毛坯尺寸公差及加工余量 项目 /mm 机械加工余量 /mm 尺寸公差 /mm 备注 宽 度 19 2.5 2.4 - 厚度 25 2.5 2.4 - 3 厚度 20 2.5 2.4 - 孔径 16 2.5 3.0 - 中心距 50 2.5 4.0 - 2.2.3 毛坯设计 2.2.3.1 确定圆角半径 铸造圆角为 2-3mm。 2.2.3.2 确定拔模斜度 拔模模斜度为： 5。 2.2.3.3 确定分模位置 选择在主视图中心平面 为分模面，分模线为直线，属平直分模线。 2.2.2.4 确定毛坯的热处理方式 材料为灰铸铁， 热处理的目的是：通过改善铸铁的基体组织来提高铸件的性能。 热处理的方式为： 1.因为踏脚杆结构形状复杂，要进行消除内应力的退火处理 (又称人工时效 )。 2.灰铸铁的表层及一些薄截面处易产生白口 ,需进行退火处理。 2.2.2.5 绘制踏脚杆铸造毛坯简图 由 踏脚杆 铸造毛坯尺寸公差及加工余量 表所得出的结果，绘制毛坯见图如下： 4 3拟定踏脚杆工艺路线 3.1 定位基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再 确定粗基准。 3.1.1 精基准的选择 考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，把踏脚杆中间孔 16mm 孔和其左端面作为精基准，零件上的很多表面都可以采用他们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则， 16mm 孔的轴线是设计基准，选其作精基准定位加工踏脚杆左端孔两端面和 4.5mm孔，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工面的垂直度要求和被加工孔的垂直度要求，即遵循了“基准重合”原则 。 3.1.2 粗基准的选择 以踏脚杆中间、左端孔右端面为主要的定位粗基准，以两个孔外圆表面为辅助粗基准。 3.2 表 面加工方法的确定 根据 踏脚杆 零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法如表 ： 加工表面 尺寸精度 表面粗糙度 加工方案 踏脚杆中间孔左端面 IT10 12.5 粗铣 半精铣 踏脚杆左端孔左端面 GB1804-C 12.5 粗铣 半精铣 踏脚杆中间孔右端面 IT10 12.5 粗铣 半精铣 踏脚杆左端孔右端面 GB1804-C 12.5 粗铣 半精铣 16mm孔 IT11 6.3 扩孔 8mm孔 GB1804-C 6.3 钻孔 -铰 踏脚杆中间孔上端面 GB1804-C 12.5 粗铣 半精铣 4.5mm孔 GB1804-C 12.5 钻 沉孔 9.6 90 GB1804-C 12.5 锪钻 M6-6H螺纹孔 IT6 3.2 钻孔并攻丝 5 3.3 加工阶段的划分 该 踏脚杆 加工质量要求 一般 ，可将加工阶段划分成粗加工，半精加工 两 个阶段。 在粗加工阶段， 首先将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣 踏脚杆中间，左端孔 端面，粗铣 踏脚杆中间孔上端面。 在半 精 加工阶段，完成 踏脚杆中间、左端孔两 端面 及踏脚杆中间孔上端面的半 精铣 加工 ； 16mm孔 及 8mm孔 的扩孔加工； 4.5mm孔 和孔 9.6 90钻加工 ； M6-6H螺纹孔的钻孔并攻丝加工； 3.4 工序的集中与分散 选用工序集中原则安排 踏脚杆 的加工工序。该 踏脚杆 的生产类型为大批生产，可以采用钻、铣 机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。 3.5 工序顺序的安排 3.5.1 机械加工工序 （ 1） 遵循“先基准后其他”原则，先加工基准 踏脚杆 中间孔 16mm 孔和其左端面 （ 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。 （ 3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面 踏脚杆 中间孔 16mm 孔和其左端面，后加工次要表面。 （ 4）遵循“先面后孔”原则，先加工 踏脚杆的 端面，再加 踏脚杆的 孔。 3.5.2 辅助工序 在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。 3.6 确定工艺路线 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了踏脚杆的工艺路线。 工序号 工序内容 设 备 工 艺 装 备 1 粗铣 踏脚杆中间、左端孔 两端面 立式铣床 X51 直柄立铣刀、游标卡尺、专用 夹具 2 半精 铣 踏脚杆中间、左端 孔两端面 立式铣床 X51 直柄立 铣刀、游标卡尺、专用 夹具 3 扩孔 16mm孔 立式钻床 Z525 直柄扩孔钻、 游标 卡尺、塞规 6 4 钻 8mm 孔 立式钻床 Z525 直柄短麻花钻 、 游标 卡尺、塞规 5 铰 8mm 孔 立式钻床 Z525 直柄 机用铰刀、 游标 卡尺、塞规 6 粗铣 踏脚杆中间孔上端 面 立式铣床 X51 直柄立 铣刀、游标卡尺、专用 夹具 7 半精 铣 踏脚杆中间孔上 端面 立式铣床 X51 直柄立铣刀 、游标卡尺、专用 夹具 8 钻 4.5mm孔 立式钻床 Z525 直柄短麻花钻、卡尺、塞规、 专用夹具 9 锪 钻 9.6 90 孔 立式钻床 Z525 直柄锥面锪钻、卡尺、 塞规、专用夹具 10 钻 M6螺纹孔 立式钻床 Z525 直柄短麻花钻、卡尺、塞规、 专用夹具 11 攻丝 立式钻床 Z525 细柄机用丝锥 12 去毛刺 钳工台 平锉 13 清洗 清洗机 14 终检 塞规、百分表、卡尺等 4 切削用量、时间定额的计算（工序 10 和工序 11） 4.1 切削用量的计算 4.1.1 工序 10钻 M6 螺纹孔 4.1.1.1 背吃刀量的确定 钻孔时，背吃刀量由设计指导书表 2-39，确定背吃刀量为 1pa 5.2mm，走刀 1 次即可达到预期的效果。 4.1.1.2 进给量的确定 由设计指导书表 5-22，查的进给量 1f 0.10mm/r。 4.1.1.3 切削速度的确定 查设计指导书表 5-22，进给速度为 16m/min 24m/min，先取定速度为 20m/min.由公式1n =1000*v/( d)=1224.89r/min，又由立式钻床转速表，确定转速为 1n =1360r/min。再将此转速代回公式，可求出实际的切削速度为 1v =1n 1d /1000=22.21m/min。 4.1.2 工序 11 攻丝 4.1.2.1 背吃刀量的确定 攻螺纹时，由上步可求得背吃刀量为 2pa 6-5.2mm=0.8mm 4.1.2.2 进给量的确定 由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距，因此 2f =0.75mm/r。 7 4.1.2.3 切削速度的确定 由表 5-37 查出铸铁的切削速度在 5-10m/min，初步选定在 2v =7m/min，由公式2n =1000*2v /( 2d ) 371.54r/min，又由立式钻床转速表，确定转速为 2n =392r/min。再将此转速代回公式，可求出实际的切削速度为 2v =2n 2d /1000=7.39m/min。 4.2 时间定额的计算 4.2.1 工序 10钻 M6 螺纹孔 由设计知道书表 5-41 查得 jt = 12l l lLfn fn，其中 1 / 2 * c o t 1rl D k，其中 rk 54o （此项查机械加工工艺师手册 P593，表 20-6得出）计算得出 jt 4.36s 4.2.2 工序 11 攻丝 由设计知道书表 5-46 查得 jt =( 1 2 1 20l l l l l lfn fn )，其中 1l 2*P 1.5mm， 2l 2*P 1.5mm。计算得 jt 3.68s。 4.2.3 辅助时间的计算 根据 ft 与 jt 之间的关系，确定 ft 0.15*jt ，计算得： 工序 10 钻 M6螺纹孔 :ft 0.65s; 工序 11 攻丝： ft 0.55s 4.2.4 其他时间的计算 休息与生理需要时间按公式 xt +bt = ( 3 % 3 % ) * ( )jftt 工序 10 钻 M6螺纹孔 : xt +bt 0.30s; 工序 11 攻丝： xt +bt 0.25s 则单件时间定额 工序 10 钻 M6螺纹孔 : 1d j j f b xt t t t t 5.31s; 工序 11 攻丝： 2d j j f b xt t t t t 4.48s 则总的单件时间定额是 12dj dj djt t t 9.79s 5 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。根据老师给定的题目，设计 M6 6H螺纹孔加工专用夹具。 本夹具将用 Z525 立式钻床，刀具 分别 为 直柄短麻花钻 和 细柄机用丝锥 。 制造夹具体毛坯的材料为 HT200。通过铸造得到。 8 5.1 定位方案 工件以踏脚杆 中线 和踏脚杆中间孔左 端面为定位基准 ，采用在夹具体上的垂直安 装在同一轴线的两个定位销，限制了工件的 6个自由度，即采用了六点定位原理，也即完全定位。并且为了防止过定位现象的发生，特意将中心孔的设计为菱形定位销。 5.2 夹紧机构 本夹具设计采用了 手动夹紧工件快换装置 。 5.3 对刀及导向装置 本夹具选择快换钻套作为对刀及导向装置。 5.4 夹具体 夹具体一般是夹具上最大和最复杂的基础元件，在夹具体上，要安放组成该夹具所需要的各种元件，机构，装置，并且还要考虑便于装卸工件以及在机床上的固定。因此夹具体的形状和尺寸应满足一定的要求，它主要取决与工件的外廓尺寸和各类元件与装 置的布置情况以及加工性质等。所以在专用夹具中，夹具体的形状和尺寸很多是非标准的。 夹具体设计时应满足一下基本要求： 1 有足够的强度和刚度 2 减轻重量，便于操作 3 安放稳定，可靠 4 尺寸稳定，有一定的精度 5 结构稳定，工艺性好 6 排屑方便 7 应吊装方便，使用安全 5.5 使用说明 当安装工件时，上提手柄，安装加工工件，然后下压手柄来夹紧工件。 采用快换钻套可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀。 6.机床夹具 展望及设计体会 通过此次课程设计， 能运用所学基本理论知识，正确解决工件在加工时的定位和夹 紧问题，选择合理的方案，进行必要的计算，根据题意设计出符合优质、高效、低成本的夹具。9 学习正确的调查研究方法，收集国内外有关资料，掌握正确的夹具设计思想、方法和手段，学会正确使用有关手册及其它技术资料。分析研究结构工艺性问题，提高结构设计能力。进一步了解有关机床、刀具和量具等工装知识 。 夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。 一、高精，随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具 的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达 5 m，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达 0.01mm/500mm。德国 demmeler（戴美乐）公司制造的 4m 长、 2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为 0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在 5 m以内；夹具重复安装的定位精度高达 5 m；瑞士 EROWA柔性夹具的重复定位精度高达2 5 m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及 不同档次的精度标准供选择。 二、高效，为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用1 2 秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典 3R夹具仅用 1 分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国 Jergens（杰金斯）公司的球锁装夹系统， 1 分钟内就能将夹具定位和锁紧在 机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。 三、模块、组合，夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用 CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又 能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。 四、通用、经济，夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国 demmeler（戴美乐）公10 司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规 格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。 为期三周的夹具课程设计已经接近尾声， 整个过程中， 在老师的指导下， 我 取得了可喜的成绩，课程设计作为机械制造基础课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解， 是理论升华到了实践之中。 这次课程设计主要经历了两个