扇形板夹具设计(带图)

1、1前言 课程设计是完成教学计划中的重要环节，它对培养学生的思想、工作作风及实际能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。本设计综合机械制图、AutoCAD、机械制造基础、机械制造技术、计算机应用基础等多门课程的学习内容，尤其是巩固了机械制造技术学习内容的综合应用。本设计包括考虑企业生产现场，在工艺、夹具、数控编程等方面的计算、制图、运用设计资料、工艺资料，查阅有关标准、规范、手册，使用经验数据进行经验估算等方面的知识具备初步的能力。同时通过课程设计，培养学生独立分析、解决问题和综合运用各学科知识的能力。夹具体装配图目录目录.11 前 言.12 扇形板的分析. .2 2.1 扇形板的工艺分析. 2

2、3 选择毛坯的制造方式,初确定毛坯形状. 34 工艺规程设计. 3 4.1 加工工艺过程.3 4.2 确定各表面加工方案.3 4.3 确定定位基准. 4 4.4 工艺路线的拟定.5 4.5 扇形板的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定. 6 4.6 确定切削用量、时间定额.65 夹具设计.14 5.1 研究原始质料. 14 5.2 定位基准的选择. 14 5.3 钻削力及夹紧力的计算. 14 5.4 误差分析与计算. 15 5.5 夹具设计及操作的简要说明. 166 体 会.187 参考文献. 192 扇形板的分析 2.1 扇形板的工艺分析 扇形板是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，

3、结构形状较复杂，但其加工孔和表面的精度要求较高，上下表面、圆弧表面都有粗糙度要求，精度要求较高，此外还有22孔要求加工，对精度要求也很高。孔粗糙度要求都是6.1Ra ，所以都要求精加工。其小头孔与下平面有平行度的公差要求,和22孔有对称度公差要求，因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。 2.2 扇形板的工艺要求 一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也 就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，

4、又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺 问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。图 2.1 扇形板的零件图该零件需要切削加工的地方是孔加工22孔，孔的钻、扩、铰加工，并且进行倒角1x45。其表面粗糙度为Ra=1.6；扇形板毛坯的选择用铸造，因为生产率较高，所以可以免去每次造型。单边余量一般在3.5-4mm，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。上面主要是对扇形板零件的结构、加工精度和主要加工表面进行了分析，选择了其毛坯的的制造方法为铸造和中批的批量生产方式，从而为工艺规程设计提供了必要的准备。3 选择毛坯的制造方式,初确定毛坯形状根据生产纲领的要求，本零件是中批、大批大量生产，还

5、有零件的复杂程度 及加工表面与非加工表面的技术要求，我们选择毛坯的制造方式为铸造。锻造难达到这样的形状要求，生产成本也较高。铸造可以大批量生产，成本较低，能够造出这样零件形状复杂的铸件。根据机械制造工艺设计简明手册（机械工业 出版出版社、哈尔滨工业大学李益民主编）零件材料为 HT200 钢，采用金属型 铸造，精度可达到 3.210，因此毛坯的加工余量比较小。4 工艺规程设计 4.1 加工工艺程由以上分析可知，该扇形板零件的主要加工表面是平面、孔系。一般来说， 保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于扇形板来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间

6、的相 互关系以及槽的各尺寸精度。由上面的一些技术条件分析得知：扇形板的尺寸精度，形状精度以及位置关系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。 4.2 确定各表面加工方案一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就 是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时使加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计扇形板的加工工艺来说，应选择能够满足平面孔系和轴向孔系加工精度要求的加工方法及设 备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。由参考文献机械制造工艺机床

7、夹具课程设计指导表2-5可以确定，22孔的表面粗糙度要求为1.6，则选择孔的加方案序为：钻-扩-铰。并且进行倒角1x45。 4.3 确定定位基准 选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这

8、样可以保证该面有足够的加工余量。（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5）便于装夹原则。（6）保证不加工表面位置准确原则。 (7) 粗基准一般不得重复使用原则。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证扇形板在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从扇形板零件图分析可知，主要是选择加工扇形板上下底面的装夹定位面为其加工粗基准。故这里选用扇形板的下端面做为粗基准。精基准选择的原则：（1）基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而

9、引起的基准不重合误差。（2）基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。（3）互为基准的原则。当两个表面位置精度以及它们自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可以互为基准反复加工。（4）自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准。此外，还应选择工件上精度高，尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证扇形板在整个加工过程中基

10、本上都能用统一的基准定位。从扇形板零件图分析可知，它的上端面与22，适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不够，如果使用典型的一面两销定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求，所以再在分度盘上加上一个定位销，这样零件的六个自由度就都限制好了。综上所述，选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹方便。 4.4 工艺路线的拟定对于批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。扇形板的加工的第 一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔和面定位粗加工扇形板上下端面，再精加工上下端面。后续工序安排都应当遵循粗精分开和先面后孔等原则。

11、加工工艺路线方案的比较 在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟定以下加工工艺路线方案。见下；工艺路线方案：工序1 粗铣 粗铣右端面，以左端面为基准工序2 粗铣 粗铣左端面，以右端面为基准工序3 精铣 精铣右端面，以左端面为基准工序4 精铣 精铣左端面，以右端面为基准工序5 钻孔 钻22孔到工序尺寸 扩孔 扩22孔到工序尺寸 粗铰 粗铰22孔到工序尺寸 精绞 精绞22孔到工序尺寸工序6 车 粗车扇面R48扇面到工序尺寸工序7 车 精车扇面R48扇面到工序尺寸工序8 钻孔 钻3-8孔到工序尺寸工序

12、9 铰 铰3-8孔到工序尺寸工序8 倒角 对所加工的孔进行倒角，以左右端面为基准工序9 清洗表面工序10 剔除毛刺工序11 终检4.5 扇形板的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定扇形板的毛坯采用的是HT200, 生产类型为批量生产，采用铸造毛坯。扇形板的偏差计算和上下端面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下： 粗铣：由机械余量加工手册知，其单边余量值规定为1.52.0mm，现取1.5mm。可知其粗铣时精度等级为IT12 ，粗铣平面时厚度偏差取-0.25mm精铣：由机械余量加工手册知，其单边余量值规定为0.7mm。铸造毛坯的基本尺寸为32mm，22孔的偏差及加

13、工余量计算，该孔精度要求为IT7，由考参考文献1知确定工序尺寸及余量为：扩： 21.8mm 2Z=1.7mm粗铰:21.94mm 2Z=0.20（Z为单边余量）精铰:22mm 2Z=0.1mm（Z为单边余量）锻件毛坯孔的基本尺寸为：22-1.8-0.14-0.06=20mm4.6 确定切削用量、时间定额工序1粗铣右端面（1）确定切削用量a确定背吃刀量粗铣时，为提高铣削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量。一个工作 行程完成，所以粗铣底面 A 的加工余量为 1.5mm，选择背吃刀量 a p =1.5mm 。 b确定进给量根据机械制造技术基础课程设计表 5-72，选择每齿进给量 f z 为 0.

14、05mm/z. c选取切削速度根据机械制造技术基础课程设计表 5-72，选择切削速度Vc = 70.2m / min（2）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表 9.4-6，磨钝标准为 0.5mm，由表 9.4-7 查得 刀具的耐用度 T = 180 min 。（3）确定机床主轴转速 n n = 1000v = 1000 70.2 = 373.32r / mind 3.14 60（B）确定时间定额fb一个工位基本时间 T = l + l1 + l2M z其中 l = 70mm 为切削加工长度； l1 为刀具切入长度； l2 为刀具切出长度； f Mz为工作台水平进给量。l = 0.5

15、(d d 2 a 2 ) + (1 3) = 8.85mm1e其中 d=50mm； ae = 36.4mm ； kr= 90l2 =35，取 l2 =4mmf MZ =f z zn = 0.054373.32=74.664mm/min所以T = l + l1+ l2= 1.1minfbM z工序 2粗铣左端面（A）确定切削用量a确定背吃刀量粗铣时，为提高铣削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量。一个工作行程完成，所以粗铣底面 A 的加工余量为 1.5mm，选择背吃刀量 a p=1.5mm 。b确定进给量根据机械制造技术基础课程设计表 5-72，选择每齿进给量 f z 为0.05mm/z.c选

16、取切削速度根据机械制造技术基础课程设计表 5-72，选择切削速度Vc =70.2m/min（2）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表 9.4-6，磨钝标准为 0.5mm，由表 9.4-7 查得 刀具的耐用度 T = 180 min 。（3）确定机床主轴转速 nn = 1000v = 1000 70.2 = 373.32r / mind 3.14 60（B）确定时间定额fb一个工位基本时间 T = l + l1 + l2（查表 3-13）M z其中 l = 70mm 为切削加工长度； l1 为刀具切入长度； l2 为刀具切出长度； f Mz为工作台水平进给量。l = 0.5(d d

17、2 a 2 ) + (1 3) = 8.85mm1e其中 d=50mm； ae = 36.4mm ； kr= 90l2 =35，取 l2 =4mmf MZ =f z zn = 0.054373.32=74.664mm/min所以T = l + l1+ l2= 1.1minfbM z工序3 精铣右端面（A）确定切削用量a确定背吃刀量精铣时一般为 0.11mm 或更小，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量， 即 a=0.7mm。b确定进给量根 据 机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 表 5-72 ， 选 择 每 齿 进 给 量为0.12mm/z.c选取切削速度根据机械制造技术基础课程

18、设计表 5-72，选择切削速度。 vc = 49m / min（2）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表 9.4-6，取磨钝标准为 0.5mm，由表 9。4-7 查 得刀具的耐用度 T = 180 min 。（3）确定机床主轴转速 nn = 1000v = 1000 49 = 260.1r / mind 3.14 60。（B）确定时间定额一次走刀基本时间 T= l + l1+ l2= 0.65min=39sbfM z其中 l = 70mm 为切削加工长度； l1 为刀具切入长度； l2 为刀具切出长度； f Mz为工作台水平进给量。l = 0.5(d d 2 a 2 ) + (1

19、3) = 7.396mm1e其中 d=50mm； ae = 33.4mm ； kr= 90l2 =35，取 l2 =4mmf MZ= f z zn = 0.12 4 260.1 =124.8mm/min工序4 精铣左端面（A）确定切削用量a确定背吃刀量精铣时一般为 0.11mm 或更小，所以取背吃刀量等于其在此工序的加工余量，即 a=0.7mm。b确定进给量根 据 机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 表 5-72 ， 选 择 每 齿 进 给 量0.08mm/z. c选取切削速度根 据 机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 表 5-72 ， 选 择 切 削 速 度 vc =

20、 57.6m / min（2）确定铣刀的磨钝标准及耐用度根据机械加工工艺手册表 9.4-6，取磨钝标准为 0.5mm，由表 9。4-7 查 得刀具的耐用度 T = 180 min 。（3）确定机床主轴转速 nn = 1000v = 1000 57.6 = 305.75r / mind 3.14 60（B）确定时间定额一次走刀基本时间 T= l + l1+ l2= 0.829min=49.73sfbM z其中 l = 70mm 为切削加工长度； l1 为刀具切入长度； l2 为刀具切出长度； f Mz为工作台水平进给量。l = 0.5(d d 2 a 2 ) + (1 3) = 7.088mm1

21、e其中 d=50mm； ae = 32.7mm ； kr= 90l2 =35，取 l2 =4mmf MZ= f z zn = 0.08 4 305.75 =97.84mm/min0工序 5 钻22+ 0.021 孔（A）确定切削用量a 确定背吃用量钻孔时，为提高效率，一般选择背吃刀量等于加工余量，一个工作行程完，所以大孔时加工余量为 1.8mm，选择背吃刀量 a p = 1.7mmb确定进给量和切削速度（1）根据机械制造技术基础课程设计表 5-69，选择进给量为 f=0.5mm/r 切 削速度为 0.5m/s.（2）确定麻花钻的磨钝标准及耐用度根据机械制造技术基础课程设计表 3-7 取钻耐用度

22、 T=50min。（3）确认机床主轴转速n = 60000v = 60000 0.5 = 238.9r / minsd3.14 40（B）确定时间定额基本时间 Tb= l + l1+ l2 + l3 i = 0.43min=26.0sfn其中 l = 39.5mm 为切削加工长度； l1 为刀具切入长度； l2 为刀具切出长度；f为主轴每转刀具的进给量。l1 =asptan k r+ (2 3) = 4.29mm其中 asp= 1.7mm； kr= 40l2 =35，取 l2 =4mml3取3 5，这里取l3 = 4 mmi=1进给次数工序 5扩、铰孔 工步 1钻孔（A） 确定切削用量a. 确

23、定背吃刀量因为第一次钻孔的加工余量为 7.8mm。一次工作行程钻完，所以选择背 吃刀量 a=7.8mm。b. 确定进给量根据机械制造技术基础课程设计表 5-64，（HT200 硬度为硬度为200HBS）选择进给量 f 为 0.5mm/r c. 确定切削速度根据机械制造技术基础课程设计表 5-66,选择切削速度 Vc=0.45m/s（2）确定麻花钻的磨钝标准及耐用度根据机械制造技术基础课程设计表 3-7,取钻削时麻花钻刀具的耐用度 T=100min。（3）确定机床主轴转速 nn = 60000v = 60000 0.45 = 1102.4r / mind 3.14 7.8（B）确定时间定额一个工

24、位基本时间 T= l + l1+ l2= 0.0704min4.2sbfn其中 l = 15mm 为切削加工长度； l1 为刀具切入长度； l2 为刀具切出长度；f为主轴每转刀具的进给量。l1 = (D / 2) cot k r + (1 2) =17mm其中 D=7.8mm； kr= 15l2 =14，取 l2 =3mm工步 2：粗饺孔a. 确定背吃刀量因为扩孔的加工余量为 0.16mm。一次工作行程扩完，所以选择背吃刀量a=0.16mm。b. 确定进给量根据机械制造技术基础课程设计表 5-67，（HT150 硬度为 170HBS） 选择进给量 f 为 0.8mm/rc. 确定切削速度根据机

25、械制造技术基础课程设计表 5-66,选择切削速度 Vc=0.45m/s（2）确定扩孔钻的磨钝标准及耐用度根据机械制造技术基础课程设计表 3-7,取钻削时麻花钻刀具的耐用度T=150min。（3）确定机床主轴转速 nn = 60000v = 60000 0.45 = 1080.24r / mind 3.14 7.96工步 3：精饺孔；a. 确定背吃刀量因为扩孔的加工余量为 0.04mm。一次工作行程扩完，所以选择背吃刀a=0.04mm。b. 确定进给量根据机械制造技术基础课程设计表 5-64，（HT150 硬度为 170HBS） 选择进给量 f 为 0.5mm/rc. 确定切削速度根据机械制造技

26、术基础课程设计表 5-66,选择切削速度 Vc=0.45m/s（2）确定扩孔钻的磨钝标准及耐用度根据机械制造技术基础课程设计表 3-7,取钻削时麻花钻刀具的耐用度 T=150min。（3）确定机床主轴转速 n n = 60000v = 60000 0.45 = 1074.84r / mind 3.14 8（B）确定时间定额一个工位基本时间 T= l + l1+ l2= 0.038min=2.3sbfn其中 l = 15mm 为切削加工长度； l1 为刀具切入长度； l2 为刀具切出长度；f为主轴每转刀具的进给量。l = D d1 cot k12r+ (1 2) =2.2mm其中 D=10.4m

27、m； d1 = 9.8mm ； kr= 15l2 =24，取 l2 =3mm5.夹具设计5.1 研究原始质料利用本夹具主要用来钻端面22的孔，加工时要满足粗糙度要求。 为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高产品生产率和降低劳动强度，提高企业经济效益。5.2 定位基准的选择 由零件图可知：上下端面进行了粗、精铣加工，22孔进行了扩、粗铰、精铰加工。因此，夹具的下底面是主要的定位面，定位、夹紧方案有：V形块定位，夹紧方式利用偏心手柄对活动V形块施力夹紧。孔的中心距和位置精度是用钻套来保证，从而满足孔的加工要求。在加工中，夹具的下底面是主要的定位面，且钻套的中心距和下底面还有一

28、定的垂直度要求。5.3 钻削力及夹紧力的计算钻该孔时选用：台式钻床 Z5125A，刀具用高速钢刀具。由参考文献5查表1 2 7 可得：2钻削力公式： Ff=210Df 0.8 Kp式中 D=7.8mm ，f=0.2mm/r查表1 2 8 得：Kp= ( HB ) 0.6190其中：HB=229 则 Kp=1.118即：Ff=3942.4（N) 实际所需夹紧力W = F KK + 12有： 1 = 0.7, 2 = 0.16安全系数 K 可按下式计算有：K = K 0 K1 K 2 K 3 K 4 K 5 K 6式中： K 0 K 6 为各种因素的安全系数，见参考文献5表1 K = 1.2 1.

29、0 1.0 1.0 1.3 1.0 1.0 = 1.56所以 Wa=KxF=880.7x1.56=1373.892(N)可得：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， 决定选用偏心手柄对活动V形块施力夹紧机构。取 K = 1.56 ， 1 = 0.7 ， 2 = 0.16查参考文献51226 可知V形块夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：0W = QL2 tg1 + z tg ( + 2 )式中参数由参考文献5可查得： = 6.22rz = 2.761 = 90 = 9 50 = 229其中：L=32mmQ = 80( N )螺旋夹紧力：W0 =4952.32(N)由上

30、述计算易得： W W0K因此采用该夹紧机构工作是可靠的。5.4 误差分析与计算该夹具以底面为定位基准，要求保证被加工和孔粗糙度为 1.6。由参考文献5可得：（1）钻套的定位误差 ：由于是孔的误差引起取=0.03mm（2）夹紧误差 ： j = ( ymax ymin ) cos查5表 1215 有 K Raz = 0.004, K HB = 0.0016, C1 = 0.412, n = 0.7 。 j j = y cos = 0.0028mm（3）磨损造成的加工误差： j M 通常不超过 0.005mm（4）夹具相对刀具位置误差： D A 取 0.01mm（5）分度误差1. 直 线 分 度 误 差 查 机 床 夹 具 设 计 知 Smin=S-( +X1+X2+e ） Smax=S+( +X1+X2+e） 所以F=2(+X1+X2+e）2.回转分度误差查机床夹具设计知a=4artcg( f/4+2X3)/4R 误差总和：0.070mm 满足要求。5.5 夹具设计及操作的简要说明 图5.5夹具装配图本夹具用于在钻床上加工孔。工件以V形块定位，在定位环上实现完全定位，利用偏心手柄对活动V形块施力夹紧工件，该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。摇动手柄，可以使工件与分度机构贴紧，活动V形块压紧工件整个装配