壳体零件的加工工艺及夹具设计

1、 编号 淮安信息职业技术学院毕业论文题 目壳体零件的加工工艺及夹具设计学生姓名学 号院 系机电系专 业机械制造与自动化班 级指导教师顾问教师二一四年九月I摘要摘 要机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段。本设计是一种壳体的工艺设计和夹具设计。该零件是一种支承和包容传动机构的壳体零件。设计中先进行零件的结构和工艺分析，确定粗基准和精基准以及零件的加工余量与毛坯的尺寸，得出零件的加工工艺过程，接着再计算各工序的切削用量。除此之外，还设计了一套专用车床夹具和专用钻床夹具。首先确定合适的定位基准，设计夹具体，再选择定位元件、夹紧元件等部件。然后计算出定位误差、夹紧力以及

2、切削力，分析夹具的合理性。关键词：壳体；加工工艺分析；车床夹具；钻床夹具；IAbstract Abstract Abstract Machining process is to achieve product design, product quality assurance,save energy, reduce consumption of the important means. This design is a process design and fixture design. This part is a shell

3、60;of supporting and embracing transmission mechanism. Analysis of the structure and parts of the process to design, determine the coarse and fine reference base and machining allowance and blank size, process the parts, then calculate the amount of cutting process. In addit

4、ion, we also designed a set of special lathe fixture and special fixture for drilling machine. First, determine the appropriate location, design specific folders, and then select the positioning element, clamping element etc. 

5、;Then calculate the positioning error, the clamping force and cutting force, rationality analysis of fixture.Key words: Shell; The machining process analysis; Turning attachment; Drill jig;I目录目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 壳体零件的作用11.2 壳体零件的加工方法11.3 壳体零件的生产类型1第二章 零件的工艺设计12.1 零件的功用及工艺

6、分析12.1.1 零件的功用12.2.2 零件的工艺分析32.2 工艺规程的设计32.2.1确定生产类型32.2.2 确定毛坯的制造形式42.2.3 基准的选择42.2.4工序的合理组合52.2.5制定工艺路线52.3 机械加工余量及毛坯的尺寸确定82.4 确定切削用量92.4.1 工序4切削用量的计算92.4.3 工序6切削用量的计算102.4.3 工序7切削用量的计算112.4.4 工序8切削用量的计算12第三章 加工设备与工艺装备选择133.1机床的选择133.2夹具的选择133.3刀具的选择13第四章 零件的车床夹具设计154.1车床夹具设计154.1.1车床夹具的主要类型154.1.

7、2车床夹具的设计要点154.1.3壳体零件的车床专用夹具的总体设计164.2问题的提出164.3定位基准的选择174.4切削力及夹紧力的计算174.5夹具结构及定位误差的分析194.6 车床夹具的截图20第五章 钻床夹具设计225.1问题的提出225.2定位基准的选择225.3切削力及夹紧力的计算235.4定位误差的分析245.5夹具总体方案255.6夹紧装置255.7钻套的选择255.8钻模板的设计265.9夹具的装夹与拆卸275.9.1 夹具的装夹275.9.2 夹具的拆卸275.10钻床夹具截图28总结与展望30参考文献33VI第一章 绪论第一章 绪论1.1 壳体零件的作用壳体是一种起支

8、撑、连接其他零件和承受负荷的零件。通过底面孔和上端面的孔、螺纹孔，侧面的螺纹孔来与管道、其他壳体等零件连接在一起，并使这些零件之间保持正确的位置关系,通过壳体的孔进行液体或气体的传输。1.2 壳体零件的加工方法在市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。1.3 壳体零件的生产类型零件的生产纲领：根据机械设计制作工艺与机床夹具公式： N

9、 = QN(1+a)(1+B)         说明：式中N：零件生产纲领。 Q：产品的生产纲领 n ：每一产品包含该零件的数量 a : 零件的备用率一般情况下a = 4%。 B : 零件的平均废品率：取B=1%。 所以，4000 = Q×1(1+4%)(1+1%)      &

10、#160; Q=3808件 根据机械制造工艺与机床夹具表1-3，可查得此零件生产为中批生产。3第二章 零件的工艺设计第二章 零件的工艺设计2.1 零件的功用及工艺分析2.1.1 零件的功用壳体零件，即某种产品的外壳，主要作用是用来支承、包容、保护运动零件或其他零件，也起定位和密封作用，其三维形状以及零件图如下：三维模型如下：图2.1.1(1) 三维模型图二维零件图如下：图2.1.1(2) 壳体零件图零件的实际形状如上图所示，从零件图上看，该零件结构比较复第二章 零件的工艺设计2.2.2 零件的工艺分析壳体零件共有两组加工表面，它们相互间有一定的加工要求。现分述如下:（1）以

11、20mm孔中心轴线为中心的加工表面。这一组加工表面包括：两个直径50mm的外圆端面，两个直径为90mm的外圆端面及倒角，还有8个15mm的通孔，其中，主要加工表面为8个15mm的通孔。（2）以18mm孔中心轴线为中心的加工表面。这一组加工表面包括：一个50mm的外圆端面，一个mm的孔，一个1:7梯形孔以及退刀槽。这两组加工表面之间有着一定的加工要求，主要是：mm孔的粗糙度要求是6.3； 1:7梯形孔的粗糙度要求是1.6；其余各面及孔的粗糙度要求是12.5。2.2工艺规程的设计2.2.1确定生产类型（1）确定生产纲领：机械产品在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为该产品的生产纲领。机械产品的

12、生产纲领除了该产品在计划期内的产量以外，还应包括一定的备品率和平均废品率，其计算公式为2.2.1。 （2.2.1）式中n为零件计划期内的产量；a为备品率；b平均废品率。由生产任务得：,，代入公式计算，（2）确定生产类型：最终传动箱壳体长110mm，宽80mm，高100mm，属于中型零件，壳体生产纲领为108件，属于小批量生产。2.2.2 确定毛坯的制造形式毛坯的铸造方法：由上文可知，该壳体属于小批量生产，对于毛坯制造宜采用金属模机器造型、模锻、压力铸造等。本次采用金属模机器造型，这种铸造方法的特点是铸件内部组织致密，机械性能较高，单位面积的产量高，适用于泵体、泵盖、壳体、减速箱体、汽缸头等中、

13、小型铸件。毛坯的材料是HT200。2.2.3 基准的选择(一)粗基准的选择原则： 粗基准影响：位置精度、各加工表面的余量大小。 重点考虑：如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合标准,一般不得重复使用的原则,在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大，因此，粗基一般不得重复使用。  （二）精基准的选择： 重点考虑：如何较少误差，提高定位精度。 （1） 合理分配加工余量的原则  a、应保证各加工表面都有足够的加工余量：如外圆加工以轴线为基

14、准；  b、以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面加工余量分布均匀、表面质量高；如床身加工，先加工床腿再加工导轨面； 在床身零件中，导轨面是最重要的表面，它不仅精度要求高，而且要求导轨面具有均匀的金相组织和较高的耐磨性。由于在铸造床身时，导轨面是倒扣在砂箱的最底部浇铸成型的，导轨面材料质地致密，砂眼、气孔相对较少，因此要求加工床身时，导轨面的实际切除量要尽可能地小而均匀，故应选导轨面作粗基准加工床身底面，然后再以加工过的床身底面作精基准加工导轨面，此时从导轨面上去除的加工余量可较小而均匀。  （2）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置

15、精度的原则 一般应以非加工面做为粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。选择精基准时应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。根据以上选择的原则，我们就可以20孔和50右端面定位，用可调辅助支承90外圆并找正20外圆母线。精基准选择20孔轴线,这样可以便于在一次装夹中车左右端面，完成所需零件形状的加工，所以精基准选择20mm孔轴心线。2.2.4工序的合理组合确定加工方法以后，就要按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条

16、件确定工艺过程的工序数。确定工序数有两种基本原则可供选择。(1) 工序分散原则     工序多，工艺过程长，每个工序所含的加工内容很少，极端境况下每个工序只有一个工步，所使用的工艺设备与装备比较简单，易于调整和掌握，有利于选用合理的切削用量，减少基本时间，设备数量多，生产面积大。(2) 工序集中原则 零件的各个表面的加工集中在少数几个工序内完成，每个工序的内容和工步都较多，有利于采用高效的数控机床，生产计划和生产组织工作得到简化，生产面积和操作工人数量减少，工件装夹次数减少，辅助时间缩短，加工表面间的位置精度易于保证，设备、工装投资大，调整、维护复杂，生

17、产准备工作量大。批量小时往往采用在通用机床上工序集中的原则，批量大时即可按工序分散原则组织流水线生产，也可利用高生产率的通用设备按工序集中原则组织生产。2.2.5制定工艺路线加工工艺路线制定的原则：1、首先要加工基准面就是指零件在加工过程中，作为定位基准的表面应首先加工出来，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。称为“基准先行”。  2、然后划分加工阶段,一般加工质量要求高的表面，都划分加工阶段，可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。主要是为了保证加工质量；有利于合理使用设备；便于安排热处理工序；以及便于时发现毛坯缺陷等。3、接着先孔后面,就是指对于箱体、支架和连杆等零件应先加工平面

18、后加工孔。这样就可以以平面定位加工孔，保证平面和孔的位置精度，而且对平面上的孔的加工带来方便。4、最后就是关于主要表面的光整加工，这个应放在工艺路线最后阶段进行，以免光整加工的表面，由于工序间的转运和安装而受到损伤。制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。根据以上分析制定的工艺路线如下(如图2.1.1(2)及2.3所示)：工艺路线：（1）工艺路线方案一：工序1：铸造毛坯。工序2：时效处理。工序3：划线。工序4：粗铣左右50mm端面。工序5：粗车90mm外圆端面并倒角C2。工序6：钻八个15mm孔。工序7：粗铣顶面50mm面。工序8：钻、扩36

19、mm孔。工序9：镗梯形孔与退刀槽。工序10：粗铰梯形孔。工序11：钻M8mm底孔6.7mm。工序12：攻螺纹M8。工序13：去毛刺。工序14：清洗。工序15：检验。工序16：入库。（2）工艺路线方案二：工序1：铸造毛坯。工序2：时效处理。工序3：划线。工序4：粗铣左右50mm端面。工序5：粗铣顶面50mm面。工序6：粗车90mm外圆端面并倒角C2。工序7：钻八个15mm孔。工序8：镗36mm孔。工序9：镗梯形孔与退刀槽。工序10：粗铰梯形孔。工序11：钻M8mm底孔6.7mm。工序12：攻螺纹M8。工序13：去毛刺。工序14：清洗。工序15：检验。工序16：入库。（3）工艺方案比较与分析上述两

20、个工艺方案的特点在于：方案一是先加工以18mm孔为中心的一组表面，然后以此为基准加工八个15mm孔；而方案二则先完成所有面的加工，再加工各孔。经比较可见，先加工以18mm孔为中心的一组表面，然后以此为基准加工八个15mm孔，这时的位置精度交易保证，并且定位及装夹都较方便。但方案一中工序4与工序5中涉及到两个不同的机床，不宜采用组合机床。故决定将方案一中工序4粗铣面改成粗车面，这样工序4与工序5可采用同一个专用夹具，也不用重新装夹，符合工序集中原则。还有就是方案一工序8用钻、扩36mm孔，而方案二工序8用镗36mm孔，这两个工序都可以完成零件的加工，但考虑到两个方案工序9要镗梯形孔及退到槽，如果

21、用钻、扩36mm孔，便要更换机床，让费时间，故采用镗孔方案。具体工艺过程如下：工序1：铸造毛坯。工序2：时效处理。工序3：划线。工序4：粗车左右50mm端面。工序5：粗车90mm外圆端面并倒角C2。工序6：钻八个15mm孔。工序7：粗铣顶面50mm面。工序8：镗36mm孔。工序9：镗梯形孔与退刀槽。工序10：粗铰梯形孔。工序11：钻M8mm底孔6.7mm。工序12：攻螺纹M8。工序13：去毛刺。工序14：清洗。工序15：检验。工序16：入库。以上加工方案大致看来还是合理的。但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后，发现仍有问题，主要表现加工8个15mm 孔时，因为该零件的8个15

22、mm 孔全是通孔且加工深度不大，并且到下一表面的距离不大，极易造成钻头折断或擦到下一表面上，甚至会造成零件报废。为了解决这个问题，原有的加工路线仍可保持不变，只是在加工8个15mm 孔时，观察到钻头快钻穿零件时，采用手动进给方式。因为零件是小批量生产，故可以采用手动进给方式。这样既可以避免钻头及零件的报废，同时也照顾了原有的加工路线中装夹方便的特点。还有在加工两个50mm外圆端面以及两个90mm外圆端面时涉及到两次掉头以及需要4次装夹，让费了大量时间。为了解决这一问题，可以先加工50mm以及90mm外圆左端面，再掉头一次加工右端面，减少了装夹的次数以及掉头的次数。因此，最后的加工路线确定如下：

23、工序1：铸造毛坯。工序2：时效处理。工序3：划线。工序4：粗车50mm右外圆端面，粗车90mm右外圆端面并倒角C2。工序5：粗车50mm左外圆端面，粗车90mm左外圆端面倒角C2。工序6：钻八个15mm孔（钻头快钻穿零件时采用手动进给）。工序7：粗铣顶面50mm面。工序8：镗36mm孔。工序9：镗梯形孔与退刀槽。工序10：粗铰梯形孔。工序11：钻M8mm底孔6.7mm。工序12：攻螺纹M8。工序13：去毛刺。工序14：清洗。工序15：检验。工序16：入库。以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。2.3 机械加工余量及毛坯的尺寸确定在机械加工过程中，为改变工件的尺寸和形状而切除的

24、金属厚度成为加工余量。为完成某一道工序所必须切除的金属层厚度，称为工序余量。由毛坯变成成品的过程中，在某加工表面上所切除的金属层总厚度，称为总余量。 （1）粗铣各表面的加工余量：由机械制造技术基础课程设计指导教程表235平面的加工余量，及考虑在铸造过程中，表面会产生气泡等部分，因此，加工余量得留大点。从而得出粗铣各表面的加工余量为3mm。（2）粗车左右50mm端面的加工余量：由机械加工余量实用手册表5-25查得粗车左右50mm面的加工余量为1.6mm。（3）粗车左右50mm外圆的加工余量：由机械制造工艺学查得粗车90mm外圆的加工余量为2mm。（4）加工36mm孔的加工余量：查机械制造工艺设计

25、简明手册表2.3-10得镗孔的加工余量为0.3mm。（5）加工梯形孔的加工余量：查机械制造工艺设计简明手册表2.3-8得先镗出梯形孔，再粗铰，粗铰的加工余量为0.04mm。（6）加工M8孔的加工余量：由机械制造技术基础课程设计指导教程表229查出先钻孔6.7mm，攻螺纹M8的加工余量为1.3mm。由上各个加工余量确定零件的铸件尺寸，毛坯图如图2.3：图2.3 毛坯图2.4 确定切削用量2.4.1 工序4切削用量的计算工序4：粗车50mm右外圆端面，粗车90mm右外圆端面并倒角（第一步）（1）确定端面最大加工余量 毛坯的长度方向加工余量为1.6mm，故可一次走刀完成，所以可得 长度加工公差按IT

26、12级。取-0.46mm（入体方向）。（2）确定进给量f根据切削用量手册表4，当刀杆尺寸为16mm×25mm，以及工件直径在60到100之间时：按C620-1车床说明书取：（3）计算切削速度：查切削用量手册表21，切削速度的计算公式为（2.4.(1)）（寿命选T=60min）： （2.4.1(1)）式中：加工材料系数加工形式系数刀具材料系数系数指数修正系数，见切削用量手册表211，即公式（2.4.(2)）： （2.4.1(2)）式中：钢和铸铁的强度和硬度改变时切削速度的修正系数毛坯表面状态改变时切削速度的修正系数车削方式改变时切削速度的修正系数车刀主偏角改变时切削速度的修正系数刀具材

27、料改变时切削速度的修正系数所以 即 所以 （4）确定机床主轴转速： （2.4.1(3)）按机床说明书，与134r/min相近的机床转速为120r/min和150r/min。现取机转速为150r/min，如果选取120r/min，则速度损失较大。所以实际切削速度。2.4.3 工序6切削用量的计算 工序6：钻八个15mm孔（1） 选择钻头选择高速钢麻花钻头，其直径d0=15mm。钻头的几何形状为（查切削用量手册第三章表1及表二）：双锥修磨横刃，=30°，2=118°，21=70°，b1=3.5mm，a0=12°，=55°，b=2mm，l=4mm。（

28、2）选择切削用量1）决定进给量fa、按加工要求决定进给量：根据表5（查切削用量手册第三章）当加工要求为7级精度，钢的强度b<0.784GPa，d0=15mm时，f=0.350.43mm/r。由于l/d=12/15=0.8，故应乘孔深系数klf=0.95，则f=(0.350.43) ×0.95=0.330.41mm/rb、按钻头强度决定进给量：根据表7（查切削用量手册第三章），当b=0.628GPa,d0=15mm，钻头强度允许的进给量f=1.11mm/r。c、按机床进给机构决定进给量：根据表8（查切削用量手册第三章），当b<0.628GPa，d020.5mm，机床进给机构

29、允许的轴向力为8330N时，进给量为0.53mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=0.350.43mm/r，根据Z535机床说明书，选择f=0.36mm/r。由于加工通孔，为了避免孔即将钻穿时钻头容易折断，故宜在孔即将钻穿时停止自动进给而采用手动进给。2）决定切削速度由表10及11（查切削用量手册第三章），查得vi=0.46m/s。切削速度的修正系数为：kTv=1.0，kcv=1.0，klv=0.85，ktv=1.0，则 由公式（2.4.1(3)）得 2.4.3 工序7切削用量的计算工序7：粗铣顶面50mm面（1） 选择刀具铣刀直径的大小直接影响切削力、扭

30、矩、切削速度和刀具材料的消耗，不能任选取。查（切削用量手册第五章表1及表9），采用标准镶齿圆柱铣刀，故齿数Z=8；铣刀几何形状（切削用量手册第五章表2）：n=15°,0=12°。（2） 选择切削用量1） 决定铣削宽度ae由于加工余量不大，故可在一次走刀内切完，则 ae=h=3mm;2） 决定没齿进给量af根据X62W型铣床说明书（切削用量手册第六章，常见铣床的技术资料，表24），其功率为7kW，中等系统刚度，则af=0.120.20mm/z，现取af=0.20mm/z。3） 决定切削速度v和没秒进给量vf根据表9（切削用量手册第五章），当d0=100mm，z=8mm，ap=

31、41130mm，ae=3mm，af0.24mm/z时，vt=0.32m/s，nt=1.03r/s，vft=1.73mm/s。各修正系数为：kMv=kMn=kMv=0.69 ksv=ksn=ksvf=0.8故 v=vt×kv=0.32×0.69×0.8=0.18m/s； n=nt×kn=1.03×0.69×0.8=0.52r/s; vf=vft×kv=1.73×0.69×0.8=0.95mm/s。根据X62W型铣床说明书，选择nc=0.625r/s，vfc=1.0mm/s。因此实际切削速度和没齿进给量为：

32、（2.4.3(1)） （2.4.3(2)）2.4.4 工序8切削用量的计算工序8：镗36mm孔（1）选择机床 选用T740金刚镗床。（2）粗镗孔至38.7mm，单边余量Z=0.3mm，一次镗去全部余量，进给量f=0.1mm/r。根据有关手册，确定金刚镗床的切削速度为v=100m/min，则：由公式（2.4.1(3)）得 由于T740金刚镗床主轴转速为无级调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。13第三章 加工设备与工艺装备选择第三章 加工设备与工艺装备选择3.1机床的选择 选择机床应遵循如下原则：（1）机床的加工范围应与零件的外廓尺寸相适应；（2）机床的精度应与工序加工要求的精度相适应；（3

33、）机床的生产率应与零件的生产类型相适应。在壳体的加工过程中，为了提高生产率将大量使用专用机床，如钻孔、镗孔工序中会用到专用钻床和专用镗床。在铣端面、倒角和攻丝工序中会用到通用机床。通用机床是在机械加工工艺人员手册上查找，具体机床的选用见后面的加工工艺过程卡。3.2夹具的选择机床夹具是在切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将工件牢固地夹紧的一种工艺装备。它的主要作用是：可靠地保证工件的加工精度；提高加工效率；减轻劳动强度；充分发挥和扩大机床的工艺性能。夹具的种类很多，按夹具的应用范围分类，可分为通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具；按夹具上的动力源分类，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电

34、动夹具、磁力夹具和真空夹具等。在单件、小批量生产时，应尽可能采用通用夹具。为提高生产率，在条件允许时也可采用组合夹具。中批以上生产时，应采用专用夹具，以提高生产效率，夹具的精度应与工序的加工精度相适应。壳体的生产属于小批量生产，为了提高生产率，加工中应该采用专用夹具。为此要为生产线上的工序专门设计一套夹具。对于动力源，由于壳体的加工属于小批量生产，可以采用手动旋转六角螺母夹紧，这样便于操作，减少工作强度，以及材料成本。3.3刀具的选择刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所13淮安信息职业技术学院毕业设计论文要求的精度和表面粗糙度、生产率及经济性等，在选择时一般尽

35、可能采用标准刀具，必要时可采用高生产率的复合刀具和其它一些专用刀具。最终传动箱壳体的加工基本都采用标准刀具, 可以在机械加工工艺手册上查到。铣平面时大都采用镶齿套式面铣刀，铣面时用数控铣床加工，选用直柄立式铣刀。镗刀则根据孔的大小不同分别选取。钻孔时大都选用锥柄麻花钻，这种钻头有足够的强度，排屑容易。对于刀具的材料，常用的刀具材料有碳素工具钢、高速钢、硬质合金。其中碳素工具钢指含碳的质量分数在0.65%1.35% 的优质钢碳钢。常用牌号有T8A、T10A和T12A等，其中以T12A用的最多，淬火后硬度可达（5864）HRC，红硬性达250300°C左右，允许的切削速度Vc=510m/

36、min，所以一般用于制造手用和切削速度很低得工具，如锉刀、手用锯条、丝锥和板牙等。而高速钢是在高碳钢中加入较多的合金元素W、Gr、V、Mo等与C生成碳化物制得的。加入合金元素后，细化了晶粒，提高了合金的硬度。所以一般高速钢的淬火硬度可达（6367）HRC，红硬性可达550650.允许的切削速度Vc可比合金工具钢提高12倍。它具有较高的强度，在所有刀具材料中它的抗弯强度和冲击韧度最高，是制造各种刃型复杂刀具的主要材料。而硬质合金的耐热性比高速钢高得多，约在8001000°C，允许的切削速度约是高速钢的410倍。硬度很高，但它的抗弯强度为1.11.5GPa，只是高速钢的一半，冲击韧度不足

37、高速钢的1/251/10.由于它的耐热性与耐磨性好，因而在刃型不太复杂的刀具上的应用日益增多，如车刀，铣刀，镗刀，小尺寸钻头，丝锥等刀具上。综上所述，端面套式面铣刀材料选择硬质合金，加工孔用的麻花钻、扩孔钻、锪钻、丝锥都采用高速钢材料，镗梯形孔孔用镗刀刀尖部分材料也选用硬质合金。具体刀具型号及规格见后面的加工工艺过程表格。1514第四章 零件的车床夹具设计第四章 零件的车床夹具设计4.1车床夹具设计车床夹具主要用于零件的旋转表面以及端面。因而车床夹具的主要特点是工件加工表面的中心线与机床主轴的回转轴线同轴。4.1.1车床夹具的主要类型（1） 安装在车床主轴上的夹具。这类夹具很多，有通用的三爪卡

38、盘、四爪卡盘，花盘，顶尖等，还有自行设计的心轴；专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、角铁式和花盘式。这类夹具的特点是加工时随机床主轴一起旋转，刀具做进给运动。定心式车床夹具：在定心式车床夹具上，工件常以孔或外圆定位，夹具采用定心夹紧机构。角铁式车床夹具：在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时，由于零件形状较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而须设计专用夹具。这种夹具的夹具体呈角铁状，故称其为角铁式车床夹具。花盘式车床夹具：这类夹具的夹具体称花盘，上面开有若干个T形槽，安装定位元件、夹紧元件和分度元件等辅助元件，可加工形状复杂工件的外圆和内孔。这类夹具不对称，要注意平衡。（2）

39、安装在托板上的夹具。某些重型、畸形工件，常常将夹具安装在托板上。刀具则安装在车床主轴上做旋转运动，夹具做进给运动。由于后一类夹具应用很少，属于机床改装范畴。而生产中需自行设计的较多是安装在车床主轴上的专用夹具，所以壳体零件在车床上加工用专用夹具。4.1.2车床夹具的设计要点（1）安装基面的设计  为了使车床夹具在机床主轴上安装正确，除了在过渡盘上用止口孔定位以外，常常在车床夹具上设置找正孔、校正基圆或其它测量元件，以保证车床夹具精确地安装到机床主轴回转中心上。 （2）夹具配重的设计要求 加工时，因工件随夹具一起转动，其重心如不在回转中心上将产生离心力，且离心力随转

40、速的增高而急剧增大。使加工过程产生振动，对零件的加工精度、表面质量以及车床主轴轴承都会有较大的影响。所以车床夹具要注意各装置之间的布局，必要时设计配重块加以平衡。 （3）夹紧装置的设计要求 由于车床夹具在加工过程中要受到离心力、重力和切削力的作用，其合力的大小与方向是变化的。所以夹紧装置要有足够的夹紧力和良好的自锁性，以保证夹紧安全可靠。但夹紧力不能过大，且要求受力布局合理，不破坏工件的定位精度。 （4）夹具总体结构的要求 车床夹具一般都是在悬臂状态下工作的，为保证加工过程的稳定性，夹具结构应力求简单紧凑、轻便且安全，悬伸长度要尽量小，重心靠近主轴前支承

41、。为保证安全，装在夹具上的各个元件不允许伸出夹具体直径之外。此外，还应考虑切屑的缠绕、切削液的飞溅等影响安全操作的问题。 车床夹具的设计要点也适用于外圆磨床使用的夹具。4.1.3壳体零件的车床专用夹具的总体设计（1） 夹具的总体结构应力力求紧凑、轻便，悬臂尺寸要短，重心尽可能靠近主轴。（2） 当工件和夹具上个元件相对机床主轴的旋转轴线不平衡时，将产生较大的离心力和振动，影响工件的加工质量、刀具的寿命、机床的精度和安全生产，特别是在转速较高的情况下影响更大。因此，对于重量不对称的夹具，要有平衡要求。平衡的方法有两种：设置平衡块或加工减重孔。在工厂实际生产中，常用适配的方法进行夹具的平衡

42、工作。（3）为了保证安全，夹具上各种元件一般不超过夹具的圆形轮廓之外。因此，还应该注意防止切削和冷却液的飞溅问题，必要时应该加防护罩。4.2问题的提出 利用本夹具主要用来粗车左右端面，在粗车左右端面时，其他都是未加工表面。17第四章 零件的车床夹具设计为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度，如下图所示：图4.2 工序图4.3定位基准的选择由零件图可知：粗车左右端面只有长度尺寸要求，其设计基准为零件左端面，限制了左右方向上的自由度，这样设计基准和工艺基准统一 ，符合基准统一原则。为了使定位误差达到要求的范围之内，在此通过心轴左端支撑零件及弹

43、性套筒胀紧零件，限制3个自由度，从而保证零件的定位误差在较小范围内，这种定位在结构上简单易操作。4.4切削力及夹紧力的计算（1）切削力的计算由切削用量手册表22（车削时切削力及切削功率的计算公式）查得计算公式：主切削力 ×CFz××××kFz(N) （4.4(1)） 径向切削力 ××CFy××××kFy(N) （4.4(2)） 轴向切削力 ××CFx××××kFx(N) （4.4(3)）其中系数与指数分别为CFz=367，xF

44、z=0.72，yFz=0.8，nFz=0，CFy=142，xFy=0.73，yFy=0.67，nFy=0，CFx=294，xFx=1.0，yFx=0.5，nFx=-0.4，v=122。根据切削用量简明手册（第三版）表1.4，当刀杆尺寸为16mm×25mm, p3mm17淮安信息职业技术学院毕业设计论文以及工件直径为90mm时：f=0.50.7mm/r按C620-1车床说明书，现取f=0.5mm/r。由于车削单边余量为1.6mm，一次走刀就能完成，所以取ap=1.6。由切削用量手册表22-1（钢和铸铁的强度和硬度改变时切削力的修正系数kMF）查得计算公式： （4.4(4)）其中nF=0

45、.75（指数），p =0.628（材料硬度）。故kMF=0.949。代入公式得：主切削力 FZ=9.81××CFz××××kFz =9.81×600×367×1.60.72×0.50.8×1220×0.949 =2748(N)径向切削力 Fy=9.81××CFy××××kFy =9.81×600×142×1.60.73×0.50.67×1220×0.949

46、=1172(N)轴向切削力 Fx=9.81××CFx××××kFx =9.81×60-0.4×294×1.61×0.50.5×122-0.4×0.949 =600(N)（2）夹紧力的计算查切削手册表3.28得 （4.4(5)）式中650，1.6, 1.0，0.08，0.72，20，40，0.86，225，0.86，0代入公式进算得1919第四章 零件的车床夹具设计750（）计算切削力时，需考虑安全系数 × ×× （4.4(6)）式中基本安全系数1

47、.5加工性质系数1.1刀具钝化系数1.1断续切削系数1.1 则1.5×1.1×1.1×1.1×7501500（） f1f20.253000（） （4.4(7)） 根据工艺手册，弹性套筒的最大夹紧力8345（）,此时已大于3000的夹紧力，故本夹具可安全工作。4.5夹具结构及定位误差的分析由于生产类型为小批生产，故考虑成本节约，使用手动加紧机构，采用手动弹簧芯轴机构进行其内孔的定位加紧，工件以20mm通孔在弹性套筒和心轴端面上定位，旋紧螺母，通过椎体和锥套使弹性套筒产生向外均匀的弹性变形，将工件胀紧，实现对工件的定心夹紧。如下图所示：19淮安信息职业技术学

48、院毕业设计论文图4.5 车夹具装配图本夹具的定位元件主要为套筒的外圆和心轴端面进行定位，故对定位误差的影响主要反映到心轴和衬套接触的端面和中心轴线的垂直度上，即其端面和轴线是否垂直。由机床夹具设计手册可得：（1）定位误差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。即：故（2）夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即： （3）磨损造成的加工误差：通常不超过（4）夹具相对刀具位置误差：。误差总和： 从以上的分析可见，所设计的夹具的加工误差较小，实用性强。4.6 车床夹具的截图图4.6(1) 三维夹具爆炸图2122第四章 零件的车床夹具设计图4.6(2) 三维夹具零件装配图21淮

49、安信息职业技术学院毕业设计论文第五章 钻床夹具设计5.1问题的提出本夹具主要用来钻上下端面上4个15mm通孔。因为位置精度要求不高，表面粗糙度要求精度低，为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度，如下图所示：图5.1 工序图5.2定位基准的选择由工序图可知：由于在对孔进行加工前，底平面和顶平面进行了车加工，左端面是待加工面，右端面是不加工表面，中心通孔是不加工通孔，因此，中心通孔轴线为定位精基准，这样可以保证待加工孔的尺寸要求。由零件图可以知道，图中对孔的加工没有位置公差要求，只有尺寸要求，我们可以选择中心通孔轴线为定位基准来设计钻模，从而满足待加工

50、孔轴线尺寸要求。工件定位用底面和左端面及心轴来限制5个自由度。2324第五章 钻床夹具设计5.3切削力及夹紧力的计算（1）切削力的计算查机床夹具设计手册表可得：切削力公式： (5.3(1)式中D=15mm（孔的直径），f=0.36mm/r（主轴进给率）查表得： (5.3(2)即：Ff=3206(N)（2）夹紧力的计算实际所需夹紧力：由机床夹具设计手册表得： (5.3(3)安全系数K可按下式计算： (5.3(4)式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表 可得： K=1.2×1.0×1.0×1.1×1.3×1.0×1.0=1.72

51、所以WK=Ff ×K= 3206(N) ×1.72=5500(N)由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。取，螺旋夹紧时产生的夹紧力公式： (5.3(5)式中参数由机床夹具设计手册可查得：原始作用力23淮安信息职业技术学院毕业设计论文作用力臂螺旋生角螺纹处摩擦角螺纹处摩擦系数螺杆端部与零件的摩擦系数螺纹处当量摩擦角则螺旋夹紧时产生的夹紧力：由公式(5.3(5)得：由上述计算易得： 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。5.4定位误差的分析该夹具以中心通孔轴线来作为定位基准，该零件虽然没有任何尺寸公差要求，但为了尽量增强零件的适用

52、性，要尽量减少加工误差。由机床夹具设计手册可得：（1）定位误差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。即：故（2）夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即： （3）磨损造成的加工误差：通常不超过（4）夹具相对刀具位置误差：钻套孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一取。即。误差总和： 从以上的分析可见，所设计的夹具的加工误差较小，实用性强。2526第五章 钻床夹具设计5.5夹具总体方案 本次毕业设计是设计“钻四个15mm孔”这道工序的钻床夹具。分析了零件的结构特点以及零件小批量生产的生产方式，决定采用螺旋压板组合夹紧零件，左端配合防转销定位，上下用螺旋压板配合心轴

53、夹紧零件，这样既能保证零件的夹紧，又可以使夹具体之间精密配合，延长夹具用久后产生变形的时间。该夹具总共限制了5个自由度。因为该零件的四个15mm 孔全是通孔且加工深度不大，并且到下一表面的距离不大，极易造成钻头折断或擦到下一表面上，甚至会造成零件报费。为了解决这个问题，应在加工四个15mm 孔时，观察到钻头快钻穿零件时，采用手动进给方式。5.6夹紧装置该零件的生产纲领是小批量生产，生产量不大，并且夹紧面是平面，因此，可以直接考虑手动夹紧装置，可以使用螺旋压板组合夹紧零件。夹紧装置如下图：1开槽圆柱头螺钉 2铰链座 3垫圈 4菱形螺母 5六角头螺栓 6六角螺母 7压板 8弹簧 9心轴 10垫板图5.6 主要夹紧装置5.7钻套的选择钻套安装在钻模板或夹具体上，用来确定工件上加工孔的位置，引导刀具进行加25淮安信息职业技术学院毕业设计论文工，提高加工过程中工艺系统的刚性并防振。钻套可分为标准钻套和特殊钻套两大类。又分为固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套四小类。根据钻床夹具的设计要求、零件的结构特点以及小批量生产的生产纲领，决定采用固定钻套。这样很好的保证了孔的加工精度也方便了孔的加工。由于所钻孔的直径为15mm，查机床夹具设计手册钻套规格表，选用内径为15mm，外径为22mm的，钻套高度为15mm。其三维模型图如下：图5.7 钻套5.8钻模板的设计钻模板用于安装钻套， 确保钻套在钻