KCSJ-01课程设计-“手柄”零件机械加工工艺夹具设计说明书

1、目 录一、 前言3二、零件的分析42.1零件的作用42.2零件的工艺分析4三、工艺规划设计53.1毛坯的制造形式53.2基面的选择53.3工艺路线的拟定63.4毛坯尺寸及其加工余量的确定73.5其他尺寸及其加工余量的确定93.6确定各工序切削用量及基本工时9四、专用夹具设计184.1问题的指出184.2定位基准的选择184.3夹具方案的设计194.4.切削力和夹紧力计算214.5夹紧力的计算22五.定位误差分析23六、零、部件的设计与选用246.1挡销选用246.2 钻套、衬套、钻模板设计与选用24七、确定夹具体结构尺寸和总体结构26八、本章小结27九、自我小结27十、参考文献28山西工程技术

2、学院毕业设计说明书毕业生姓名：李 俊专业：机械制造与自动化学号：140521016指导教师：赵彤涌所属系部：机械电子工程系二一七年五月山西工程技术学院毕业设计评阅书题目：CA6140车床主轴箱设计 机械电子工程 系 机械制造与自动化 专业 姓名李 俊 设计时间：2017年3月13日 2017年5月14日 评阅意见：成绩： 指导教师：（签字） 职务： 年 月 日山西工程技术学院毕业设计答辩记录卡机械电子工程 系 机械制造与自动化 专业 姓名李 俊 答 辩 内 容问 题 摘 要评 议 情 况 记录员： （签名）成 绩 评 定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为

3、30%，答辩组为70%。专业答辩组组长：（签名） 年月日34设计手柄的机械加工工艺规程及工艺设备一、 前言1.简介机械制造技术基础课程设计是我们学完了大学全部基础课，技术基础课以及大部分专业课之后进行的，这是我们在进行毕业设计之前对所有各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。本次课程设计内容包括零件的分析，工艺路线的制定，工艺规划设计，某道工序的夹具设计以及该道工序的工序卡，机械加工综合卡片，夹具装配图以及夹具底座零件图的绘制等等。就我个人而言，希望能通过这次课程设计对未来即将从事的工作进行一次适应性的训练，从中锻炼自己分析问

4、题，解决问题的能力，并学会将所学到的理论知识应用到具体的实际生产问题中来，为以后走向社会打下坚实的基础。由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师批评指正。2.设计目的机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础课程进行了生产实习之后的一个重要的实践教学环节。学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生综合运用本课程及有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计。其目的如下：培养学生解决机械加工工艺问题的能力。通过课程设计，熟练运用机械技术基础课程中的基本理论及在生产实

5、习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中定位、加紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量，初步具备设计一个中等复杂程度零件的能力。培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。进一步培养学生识图、制图、运用和编写技术文件等基本技能。二、零件的分析2.1零件的作用 该零件为典型的杆类零件，而且为连杆类。因此，其主要的要素包括两侧面，大、小头孔。另外，还有其它辅助要素：小头的槽盒大头的径向孔以及杆身的部分的锻造机构。手柄一头通过38mm孔连接，另一头通过22mm孔其它部件连接，即该手柄的作用是实现运动的传递作用。2.2零件的工艺分析该手柄的加工表面分三种，主要是孔

6、的加工，两侧面的加工，槽的加工，各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求，特别是孔的加工，几乎都要保证Ra3.2um的表面粗糙度，因而需精加工，现将主要加工面分述如下：2.2.1孔的加工该零件共有3个孔要加工：38mm孔是零件的主要加工面，多组面，大头孔与两侧面的垂直度为0.08，孔口倒角为1X45°，尺寸精度为38H8，因而是后续工序的主要精基准面，需精加工且尽早加工出来；22mm小头孔与38mm大头孔有中心距为128±0.2，小头孔孔口倒角为1X45°，尺寸精度为22H9，也要精加工；4mm注油孔是通孔，通过两孔中心连线及对两侧对称面，没有

7、位置尺寸度要求，只需要转床粗加工。2.2.2面的加工该零件共有2个侧面要加工：两个侧面是配合38mm孔后续工序的主要精基准面，需要精加工。2.2.3槽的加工该零件仅有1个槽需加工：22mm小头孔键槽两侧面粗糙度为Ra6.3um，尺寸精度为10H9，需精加工。三、工艺规划设计3.1毛坯的制造形式零件材料为45，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较小，形状较复杂，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为成批，大批生产，而砂型锻造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用普通模锻。由于零件上两孔都较大，且都有严格的表面精度要求，故都要留出足够的加工余量。3.2基面的选择基面选择是工艺

8、规划设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。3.2.1粗基准的选择粗基准选择应为后续加工提供精基准，由于两侧面较平整且加工精度较高，故以2个主要侧面为基准。 3.2.2精基准的选择精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，该零件上重要表面是大头孔38H8，由于其与底面有垂直度关系，所以底面自然成为精基准面，考虑到第二基准面选择的方便性，将其精度由原来的37H11提高到38H8，该定位基准组合在后续孔的加工中，以及孔上径向孔的加工中都将作为精基准面。3.

9、3工艺路线的拟定拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。3.3.1工艺路线方案10.模锻毛坯;20.粗铣端面B;30.粗铣端面A;40.精铣端面B;50.精铣端面A;60.粗镗小头孔;70.粗镗大头孔;80.粗铣小头槽;90.精铣小头槽;100.钻大头径向孔4;110.精镗小头孔22;120.精镗大头孔38;130.倒角;140.检验

10、入库。3.3.2工艺方案的确定10.模锻毛坯;20.粗铣端面B，以端面A为定位基准;30.粗铣端面A，以端面B为定位基准;40.精铣端面B，以端面A为定位基准;50.精铣端面A，以端面B为定位基准;60.粗镗小头孔，利用端面A，大头孔和小头孔定位，保证128mm;70.粗镗大头孔，定位与工序相同;80.粗铣小头槽，利用端面A，大头孔和小头孔槽定位，保证85mm;90.精铣小头槽，定位与工序相同;100.钻大头径向孔4，利用两端面，大头孔和小头孔中心连线定位;110.精镗小头孔22，定位与工序相同;120.精镗大头孔38，定位与工序相同;130.倒角，手工倒角，去毛刺;140.检验入库。3.4毛

11、坯尺寸及其加工余量的确定手柄零件材料为45,毛坯重量约为1.56kg，生产类型为中批或大批生产，采用普通模锻生产。查表确定加工余量：普通模锻，材料为45钢，分模线平直对称，材质系数M1,复杂系数=1.56/1.80.87,为S1级，厚度为26mm，普通级，查的上下偏差分别为+1.4和-0.6，确定毛坯尺寸为29mm。3.4.1两侧面毛坯尺寸及加工余量计算根据工序要求，两侧面经过四道工序，先粗铣端面B，再粗铣端面A，精铣端面B，最后精铣端面A，各步余量如下：粗铣：由机械加工工艺手册第一卷表3.2-23，其余量值规定，零件厚度大于6mm到30mm，宽度小于100mm，其加工余量为1.0mm。精铣：

12、由机械加工工艺手册第一卷表3.2-25，其余量值规定，零件厚度大于6mm到30mm，宽度小于100mm，其加工余量为0.5mm。故锻造造毛坯的基本尺寸为26110.50.529mm 。又根据前面铸件尺寸公差标准值，取尺寸公差的上偏差为1.4mm，下偏差为-0.4mm。故：毛坯的名义尺寸：261.01.00.50.529mm；毛坯的最小尺寸：290.428.6mm；毛坯的最大尺寸：291.430.4mm；粗铣端面B后的最大尺寸：261.00.50.51.429.4mm；粗铣端面B后的最小尺寸：261.00.50.50.427.6mm；粗铣端面A后的最大尺寸：:260.50.51.428

13、.4mm；粗铣端面A后的最小尺寸：: 260.50.50.426.6mm。精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按机械加工工艺手册表5.29，粗铣精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。故精铣后尺寸为26mm。3.4.2小头孔毛坯尺寸及加工余量计算根据工序要求，22H9mm孔由粗镗到精镗得到，查机械加工工艺手册得粗镗的公差上偏差0.21mm，下偏差为0，故：毛坯的名义尺寸：220.83.218mm；毛坯的最大尺寸：181.419.4mm；毛坯的最小尺寸：180.417.6mm；粗镗小头孔后的最大尺寸：183.20.40.2121.81 mm；粗镗小头孔后

14、的最小尺寸：183.21.419.8 mm。精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按机械加工工艺手册表5.29，粗铣精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。故精铣后尺寸为22H9mm。3.4.3大头孔毛坯尺寸及加工余量计算根据工序要求，38H8mm孔由粗镗到精镗得到，查机械加工工艺手册得粗镗的公差上偏差0.25mm，下偏差为0故：毛坯的名义尺寸：381334 mm；毛坯的最大尺寸：341.435.4mm；毛坯的最小尺寸：340.433.6mm；粗镗大头孔后的最大尺寸：3430.40.25=37.65mm；粗镗大头孔后的最小尺寸：3431.40.25=35

15、.85mm。精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按机械加工工艺手册表5.29，粗铣精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。故精铣后尺寸为38H8mm。3.5其他尺寸及其加工余量的确定其他工序尺寸包括1个孔，1个槽，现仅分析主要的1个槽的加工余量及尺寸偏差。精铣槽，Ra6.3um；根据机械加工工艺手册，按粗铣到精铣的加工为：粗铣：9H11mm；精铣：精铣。3.6确定各工序切削用量及基本工时工序20：粗铣端面B（1）粗铣端面B取背吃到量，选用X52型立式铣床 ，每齿进给量工件材料 45 ，锻造 ，高速钢镶齿铣刀、 齿数 ，查表5.8确定铣削速度 采用X52

16、立式铣床 ，查表3.6，取转速 ， 故实际铣削速度当工作台每分钟进给 为由工艺手册得工序30：粗铣端面A（1）粗铣端面B取背吃到量，选用X52型立式铣床 ，每齿进给量工件材料 45 ，锻造 ，高速钢镶齿铣刀、 齿数 ，查表5.8确定铣削速度 采用X52立式铣床 ，查表3.6，取转速 ， 故实际铣削速度当工作台每分钟进给 为由工艺手册得3.6.3工序40：精铣端面B 每齿进给量 查表X52 故实际铣削速度 当 ，工作台每分钟进给量 3.6.4工序50：精铣端面A 每齿进给量 查表X52 故实际铣削速度 当 ，工作台每分钟进给量 3.6.5工序60：钻、扩、铰孔钻孔标准高速钢麻花钻，扩孔标准高速钢

17、扩孔钻，铰孔标准高速铰刀。（1）钻孔切屑用量：取背吃刀量，由参考文献2可查出，根据z525立式钻床，取进给量，切屑速度：，则修正后的切屑速度，即查参考文献2表3.17，取，故实际切屑速度为。切屑用时：=10mm， 故， （2）扩孔切屑用量：取背吃刀量，由参考文献2可查出，根据z525立式钻床，取进给量，切屑速度：，则修正后的切屑速度，即，查参考文献2表3.17，取，故实际切屑速度为。切屑用时：=10mm， 故， （3）铰孔切屑用量：取背吃刀量，由参考文献2可查出，根据z525立式钻床，取进给量，切屑速度：，则修正后的切屑速度，即，查参考文献2表3.17，取，故实际切屑速度为。切屑用时：=10m

18、m， 故，。3.6.6工序70：钻、扩、铰孔（1）钻孔切屑用量：取背吃刀量，由参考文献2可查出，根据z525立式钻床，取进给量，切屑速度：，则修正后的切屑速度，即查参考文献2表3.17，取，故实际切屑速度为。切屑用时：=10mm， 故， （2）扩孔切屑用量：取背吃刀量，由参考文献2可查出，根据z525立式钻床，取进给量，切屑速度：，则修正后的切屑速度，即，查参考文献2表3.17，取，故实际切屑速度为。切屑用时：=10mm， 故， ，取，取，故实际切屑速度为。切屑用时：，。单件工序总时间： 3.6.7工序80：粗铣小头槽，精铣小头槽 每齿进给量 高速钢镶齿三面刃铣刀，齿数 Z=10 查表 确定铣

19、削速度 采用x62卧式铣床，取转速 故实际铣削速度为当，工作台每分钟进给量工序时间:半精铣每齿进给 齿数 确定铣削速度 采用x62卧铣 取转速故实际铣削速度为当工作台每分钟进给量工序基本时间 工序8：钻大头径向孔4钻孔：（1）钻孔工步切屑用量：取背吃刀量mm，由参考文献2可查出，根据z525立式钻床，取进给量，切屑速度：，即查参考文献2表3.17，取，故实际切屑速度为。切屑用时：=5.9mm，故，。（2）粗铰孔工步切屑用量：取背吃刀量，由参考文献2可查出，根据z525立式钻床，取进给量，切屑速度：，即。查参考文献2表3.17，取，故实际切屑速度为。切屑用时：，3.6.12工序130：倒角

20、60;    机床：Z525钻床      刀具：倒角钻头 量具：游标卡尺型夹具：专用夹具四、专用夹具设计4.1问题的指出由于生产类型为成批，大批生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需设计专用夹具。由于对加工精度要求不是很高，所以在本道工序加工时，主要考虑如何降低降低生产成本和降低劳动强度。本次设计选择设计是针对、钻、扩、铰孔，孔的夹具，它将用于Z525钻床。4.2定位基准的选择该工序要求中心线与端面（有位置要求，因此可以得出该孔在两个侧面的正中心上，并且还要求其孔为通孔，由于端

21、面经过精铣，精度比较高，因而工序基准为端面A，为了便于加工，选取适当的定位基准，保证其加工要求。夹具设计应首先满足这些要求，在保证较高的生产效率的前提下，还应考虑夹具体制造工艺性和生产经济性。加工过程中夹具的操作应方便，定位夹紧稳定可靠，并且夹具体应具有较好的刚性。据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要

22、求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。圆台外圆及两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以已加工好的端面作为定位夹具。4.3夹具方案的设计如图所示，为了加工通孔，必须使其完全定位。因此初步的设计方案如下,方案：首先必须明确其加工时应如图所示，这样水平放置，便于钻床加工。那么要使其完全定位，可以采用:一面加固定V型块和滑动V型块定位，这样既简单又方便。如上图所示，一底面限制的自

23、由度有3个，一个固定V型块限制两个自由度，一个滑动V型块限制限制一个自由度，为使定位可靠，加工稳定，我所设计的定位方案，总共限制了工件的全部6个自由度，属于完全定位。方案2：选底平面一面、棱形销定位，夹紧方式选用螺母在心轴上夹紧。该心轴需要在上面钻孔，以便刀具能加工工件上的小孔。方案3：选底平面一面、棱形销定位，夹紧方式选用螺母在心轴上夹紧。该心轴需要在上面钻孔，以便刀具能加工工件上的大孔。方案4：一面加固定V型块和固定V型块定位，这样既简单。如上图所示，一底面限制的自由度有3个，一个固定V型块限制两个自由度，一个固定V型块限制限制一个自由度，为使定位可靠，加工稳定，我所设计的定位方案，总共限

24、制了工件的全部6个自由度，属于完全定位。可是这种方案无法调节。如果毛坯超差还得通过螺丝调节。在该定位方案中，一个支撑面顶住，限制了z轴的移动，z轴的旋转，y轴的旋转三个移动自由度。一个固定V型块限制了y轴的移动，x轴的移动，一个滑动V型块限制了z轴的旋转，这样6个自由度全部被限制根据上面叙述选择方案一。4.4.切削力和夹紧力计算（1）刀具：刀具用高速钢刀具钻头机床： Z525机床切削力公式： 式中 或 查表得： 其中： 即：实际所需夹紧力：由参考文献5表得： 有：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献5表 可得： 所以 4.5夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中

25、f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=20mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=2.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠， 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力五.定位误差分析（1）定位元件尺寸及公差确定。夹具的主要定位元件为一平面和V型块间隙配合。 （2） 工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在卧式镗床上加工，所以工

26、件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin 该夹具以一面两销定位，两定位销孔尺寸公差为80。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献5可得： 两定位销的定位误差 ： 其中：， 且：L=80mm ，得： 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的

27、分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。六、零、部件的设计与选用6.1挡销选用本夹具选用一挡销来定位，其参数如下表： 表2.2 挡销销dHd公称尺寸允差122010+0.0340.0236553816 1.56.2 钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。.尺寸表dDD1Ht基本尺寸极限偏差F7基本尺寸极限偏差D601+0.016+0.0063+0.010+0.004669-0.00811.84+0.016+0.00871.82.6582.63698121633.3+0.022+0.0103.347

28、+0.019+0.010104581156101310162068+0.028+0.01312+0.023+0.0121581015181220251012+0.034+0.0161822121522+0.028+0.01526162836151826300.0121822+0.041+0.0203034203645222635+0.033+0.01739263042462545563035+0.050+0.0254852354255+0.039+0.0205930566742486266485070740.040钻模板选用翻转钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。七、确定夹具体结构尺寸和总体

29、结构夹具体：夹具的定位、引导、夹紧装置装在夹具体上，使其成为一体，并能正确的安装在机床上。夹具体是将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体的最大最复杂的基础件。夹具体的形状和尺寸取决于夹具上各种装置的布置以及夹具与机床的连接，而且在零件的加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动，因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。切削加工过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上，切屑积聚过多将影响工件的可靠的定位和夹紧，因此设计夹具体时，必须考虑结构应便于排屑。此外，夹具体结构的工艺性、经济性以及操作和装拆的便捷性等，在设计时也应加以考虑。夹具体设计的基本要求（1）应有适当的精度和尺寸稳定

30、性 夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面，应有适当的尺寸精度和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。 为使夹具体的尺寸保持稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。（2）应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。（3）应有良好的结构工艺性和使用性夹具体一般外形尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，因此应特别注意其结构工艺性，应做到装卸工件方便，夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下，应尽量能减轻重量，缩小体积，力求简单。（4）应便于排除切屑在机械加工过程中，切屑会不断地积聚在夹具体周围，如不及时排除，切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度，切屑的抛甩可能缠绕定位元件，也会破坏定位精度，甚至发生安全事故。因此，对于加工过程中切屑产生不多的情况，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间：对于加工过程中切削产生较多的情况，一般应在夹具体上设置排屑槽。（5）在机床上的安装应稳定可靠 夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心