机械制造工艺及夹具设计扬州大学例

机械制造工艺及夹具设计课程设计任务书(Machinery Manufacturing Planning and Fixture Design)系 别 机械工程系 专 业 机制、模具、机电、数控 班 级 姓 名 同组学生姓名 课程设计题目 一、设计的目的和要求(一)设计目的机械制造工艺及夹具设计课程设计是在学完了机械制造工艺及夹具设计，进行了生产实习之后进行的下一个教学环节。它一方面要求学生在设计中能初步学会综合应用过去所学过的全部课程，另外也为搞好毕业设计做一次综合训练。学生应当通过机械制造工艺及夹具设计课程设计在下述各方面得到锻炼：1 能熟练运用机械制造工艺及夹具设计课程中的基本理论，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线合理安排等问题，保证零件的加工质量。2 提高结构设计能力。学生通过设计夹具的训练，应当掌握如何根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、既经济合理，又能保证加工质量的夹具来。3 学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称出处，能够做到熟练应用。(二)设计的要求机械制造工艺及夹具设计课程设计题目一律定为：制订 xx 零件的机械加工工艺。生产纲领为中批或大批生产。设计的要求包括如下几个部分：1零件毛坯合图 一张2机械加工工艺过程卡片 一套3夹具装配总图 一张4夹具零件图 一张5课程设计说明书 一份课程设计题目由指导老师选定发给学生。二、设计内容及步骤1 对零件进行工艺分析学生得到设计题目之后，应首先对零件进行工艺分析，其主要内容包括：（1）零件的作用及零件图上技术要求进行分析。（2）对零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面光洁度及设计基准等进行分析。（3）零件的材质，热处理及工艺性进行分析。2选择毛坯的制造方式毛坯的选择应该以生产批量的大小，非加工表面的技术要求以及零件的复杂程度、技术要求的高低等几方面综合考虑。在通常情况下，应主要以生产性质来决定。正确的选择毛坯制造方式，可以使得整个工艺过程经济合理。3零件的机械加工工艺路线。（1）制订工艺路线。在对零件进行分析的基础上，制定零件的工艺路线。对于比较复杂的零件，可以先考虑几个加工方案，分析比较后，在从中选择比较合理的加工方案。（2）选择定位基准，进行必要的工序尺寸计算。当某工序定位基准，与设计基准不符时，需对它的工序尺寸进行换算。（3）选择机床及工、夹、量、刃具。机床设备的选用应当既要保证加工质量，又要经济合理。在成批生产的条件下，一般采用通用机床和专用工夹具。（4）加工余量及工序尺寸与公差的确定。根据工艺路线的安排，首先应确定一个加工表面的各工序加工余量，其工序尺寸公差按经济精度确定，一个表面的总加工余量则为该表面各工序间加工余量之和。（5）切削用量的确定。在机床、刀具、加工余量等确定的基础上，要求学生用公式计算一二道工序的切削用量，其余各工序的切削用量可由上述手册中查得。（6）画毛坯图。在加工余量确定的基础上画毛坯图，要求毛坯轮廓用粗实线条绘制，零件的实体尺寸用双点划线绘出。比例取 1：1，同时应在图上表出毛坯的尺寸、公差，技术要求，毛坯制造的分模面、圆角半径和拔模斜度等（7）绘制零件的机械加工工艺卡片。将前述各项内容及各工序简图，一并填入规定的工序卡片上。4工艺装备的结构设计要求学生在课程设计中设计加工给定零件所必须的夹具 12 套。具体的设计内容可根据加工需要由学生本人提出并经指导教师同意后确定。结构设计的具体步骤如下：（1）确定设计方案，绘制结构原理示意图。学生在确定夹具设计方案时应当遵循的原则是：确保加工质量，结构尽量简单，操作省力高效，制造成本低廉。这四条原则如果单独拿出来分析，有些是互相矛盾的，而设计者的任务，就是要在设计的实践中，综合上述四条，通盘考虑，灵活运用所学知识，结合实际情况，注意分析研究，考虑互相制约的各种因素，确定最合理的设计方案。（2）选择定位元件，计算定位误差。按照加工精度的高低，需要消除不定度的数目以及粗精加工的需要，按有关标准正确的选择定位元件。 选择好定位元件之后，还应对定位误差进行计算。计算结果如超差时，需要改变定位方法，以减少定位误差，提高加工精度。有时甚至要从根本上改变工艺路线的安排，以保证零件的加工能顺利进行。（3）计算所需的夹紧力，设计夹紧机构。为了保证零件装夹的安全可靠，实际所需的夹紧力应比理论夹紧力要大，即应对理论夹紧力要以安全系数 K。K 的大小可由有关手册中查得，一般 K=1.52.5。应该指出，由于加工方法，切削刀具以及装夹方式千差万别，夹紧力的计算在有些情况下是没有现成的公式可以套用的，所以需要同学根据过去所学的理论进行分析研究，以决定合理的计算方法。夹紧机构的功用就是将动力源的力正确、有效地施加到工件上来。同学们可以根据具体情况，选择并设计杠杆、螺旋、偏心、绞链等不同的夹紧机构，并配合手动、气动和液动的动力源，将夹具的设计工作逐步完善起来。（4）画夹具装配图。要求按比例 1：1 的比例画夹具装配图。被加工零件在夹具上的位置，要用双点划线表示，夹紧机构应处于“夹紧”的位置上。a)注意投影选择，应当用最少的投影将夹具的结构完全清楚的表达出来。因此在画图之前，应当仔细考虑各視图的配置与安排。b)所设计的夹具，不但机构要合理，结构也应当合理。否则会影响工作甚至不能工作。c)要保证夹具与机床的相对位置及刀具与夹具的相对位置的正确性。即夹具上应具备定位键及对刀装置，这可在有关夹具设计手册中得。d)运动部件的运动灵活，不能蹩劲和卡死。回转工作台或回转定位部件应有锁紧装置，不能在工作中自动松脱。e)夹具的装配工艺性和夹具零件（尤其是夹具体）的可加工性要好。f)夹具的运动零部件要有润滑装置，排屑要方便。g)零件的选材，尺寸公差的标注以及总装技术要求要合理。为便于审查零件的加工工艺性及夹具的装配工艺性，从教学要求出发，所有零部件不采用简化法绘制。装配图的标题栏如下所示序 号 名 称 件 数 材 料 备 注比 例图 名件 数 图 号设 计 日 期 重 量 共 张 第 张指 导 日 期审 核 日 期 兰州工业高等专科学校5编写设计说明书学生在完成上述全部工作内容后，应将前述全部工作内容依先后顺序写成设计说明书一份。要求字迹工整，语言简练，文字通顺。说明书应以十六开纸书写，四周留有边框，并装订成册。三、进度安排按教学计划规定，机械制造工艺及夹具设计课程设计总学时数为 2 周，其进度及时间大致分配如下：序号 设计内容 天数(约占比例)1 熟悉零件 约占 8%2 选择加工方案，确定工艺路线、填写工艺过程综合卡片 约占 30%3 工艺装备结构设计 约占 45%4 编写课程设计说明书 约占 10%5 准备及答辩 约占 7%总计 10四、设计成绩的考核课程设计完成后的全部图纸及说明书应有设计者和指导教师的签名。未经指导教师签字的设计,不能参加答辩。由指导教师组成答辩小组，设计者本人应首先对自己的设计进行 510 分钟的讲解，然后进行答辩。每个学生答辩总时间一般不超过 20 分钟。课程设计成绩根据平时的工作情况，工艺分析深入程度，工艺装备设计水平，图纸的质与量，独立工作能力以及答辩情况综合衡量，由答辩小组讨论评定。答辩成绩为百分制。 参考文献1张龙勋， 机械制造工艺学课程设计指导书 ，机械工业出版社，2000，92 机械制造工艺学简明设计手册 ，机械工业出版社，2000，9，3肖刚， 切削用量简明手册 ，机械工业出版社，1999，104肖继德， 机床夹具设计 ，机械工业出版社，1990，85 组合机床设计手册 ，机械工业出版社，1989，76孟宪栋， 机床夹具设计图册 ，机械工业出版社，1990，8范例 1设计任务书机械制造工艺及夹具设计课程设计任务书题目：设计犁刀变速齿轮箱体零件的机械加工工艺规程及钻 N 面 6 孔工序的专用夹具内容：（1）零件毛坯合图 1 张（2）机械加工工艺规程卡片 1 套（3）夹具装配总图 1 张（4）夹具零件图 1 张（5）课程设计说明书 1 份原始资料：该零件图样一张；生产纲领 6000 件/年；每日 1 班。班 级 学 生指 导 教师教研室主任200 年 月一、零件的分析（一）零件的作用犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个主要零件。旋耕机通过该零件的安装平面（即附图 1 零件图上的 N 面）与手扶拖拉机变速箱的后部相连，用两圆柱销定位，四个螺栓固定，实现旋耕机的正确联接。N 面上的 4-13mm 孔即为螺栓联接孔，2-10F9 孔为定位销孔。如图 2-1 所示，犁刀变速齿轮箱体 2 内有一个空套在犁刀传动轴上的犁刀传动齿轮 5，它与变速箱的一倒档齿轮常啮合（图中未画出） 。犁刀传动轴 8 的左端花键上套有啮合套 4，通过拔叉可以轴向移动。啮合套 4 和犁刀传动齿轮 5 相对的一面都有牙嵌，牙嵌结合时，动力传给犁刀传动轴8。其操作过程通过安装在 S30H9 孔中的操纵杆拔叉而得以实现。123456789图 2-1 犁刀变速齿轮箱传动示意图1-左臂壳体 2-犁刀变速齿轮箱体 3-操纵杆 4-啮合套 5-犁刀传动齿轮6-轴承 7-右臂壳体 8 犁刀传动轴 9-链轮（二）零件的工艺分析由附图 1 得知，其材料为 HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。该零件上的主要加工面为 N 面、R 面、Q 面和 2-80H7 孔。N 面的平面度 0.05mm 直接影响旋耕机与拖拉机变速箱的接触精度及密封。2-80H7 孔的尺寸精度、同轴度 0.04mm，与 N 面的平行度 0.07mm ，与 R 及 Q 面的垂直度0.1mm，以及 R 相对于 Q 面的平行度 0.055mm，直接影响犁刀传动轴对 N 面的平行度及犁刀传动齿轮的啮合精度、左臂壳体及右臂壳体孔轴线的同轴度等。因此，在加工它们时，最好能在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来。2-10F9 孔的尺寸精度、两孔距尺寸精度 05.14mm 以及 05.14mm 对 R 面的平行度 0.06mm，影响旋耕机与变速箱联接时的正确定位，从而影响犁刀传动齿轮与变速箱倒档齿轮的啮合精度。由参考文献1中有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。 102 95R80612 25S 30H9（ ）+.525CAA0.1A0.5AF 8N（ ） 深-3254-M26H孔 深 8R5R14R5R12421343.215 1.6 R12 504718 102 8N（ ） 深 12-0.35DBR孔 深 284M6H4-2锪平 其 余?D460.5N32R5123（ ） R47 2- 0F9（ ）+.413孔 深G140.5+-27140 60.281650.40142 +0.568 NG 3.2Q31 80H7（ ）+.3.20.7N 1R Q0.4A-B23BB1492166R50.4A-B 80H7（ ）+.328038 0-.1C508 81+0B向A- 508C向 81+0 D向 旋 转 0.5C4-M6H深 12孔 深R82450 附图 1 犁刀变速齿轮箱体二、确定毛坯、画毛坯零件合图根据零件材料确定毛坯为铸件。又由题目已知零件的生产纲领为 6000 件/年。通过计算，该零件质量约为 7kg。由参考文献5表 1-4、表 1-3 可知，其生产类型为大批生产。毛坯的铸造方法选用砂型机器造型，又由于箱体零件的内腔及 2-80mm 孔均需铸出，故还应安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。参考文献1表 2.3-6，该种铸件的尺寸公差等级 CT 为 8-10 级，加工余量等级 MA 为 G 级。故取 CT 为 10 级，MA 为 G 级。铸件的分型面选择通过 C 基准孔轴线，且与 R 面（或 Q 面）平行的面。浇冒口位置分别位于 C基准孔凸台的两侧。参考文献1表 2.3-5，用查表法确定各表面的总余量如表 2-1 所示。表 2-1 各加工表面总余量加工表面基本尺寸（mm）加工余 量等级加工余量数值（mm）说 明R 面 168 G 4 底面，双侧加工（取下行数据）Q 面 168 H 5 顶面降 1 级，双侧加工N 面 168 G 5 侧面，单侧加工（取下行数据）凸 台 面 106 G 4 侧面单侧加工2-80mm 孔 80 H 3 孔降 1 级，双侧加工由参考文献1表 2.3-9 可得铸件主要尺寸的公差，如表 2-2 所示。表 2-2 主要毛坯尺寸及公差（mm）主要面尺寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差 CTN 面轮廓尺寸 168 - 168 4N 面轮廓尺寸 168 4+5 177 4N 面距 80mm 孔中心尺寸 46 5 51 2.8凸台面距 80mm 孔中心尺寸 100+6 4 110 3.62-80mm 孔 80 3+3 74 3.2三、工艺规程设计（一）定位基准的选择精基准的选择：犁刀变速齿轮箱体的 N 面和 2-10F9 孔既是装配基准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现箱体零件“一面两孔”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，N 面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择箱体零件的重要孔（即 2-80mm 孔）的毛坯孔与箱体内壁作粗基准：第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，装入箱体内的旋转零件（如齿轮、轴套等）与箱体内壁有足够的间隙；此外还应能保证定位准确、夹紧可靠。最先进行机械加工的表面是精基准 N 面和 2-10F9 孔，这时可有两种定位夹紧方案：方案一 用一浮动圆锥销插入一 80mm 毛坯孔中限制二个自由度；用三个支承钉支承在与 Q面相距 32mm 并平行于 Q 面的毛坯上，限制三个自由度；再以 N 面本身找正限制一个自由度。这种方案适合于大批量生产类型中，在加工 N 面及其表面上各孔和凸台面极其各孔的自动线上采用随行夹具时用。方案二 用一根两头带反锥形（一端的反锥可以取下，以便卸装工件）的心棒插入 2-80mm毛坯孔中并加紧。粗加工 N 面时。将心棒至于两头 V 型架上限制四个自由度，再以 N 面本身找正限制一个自由度。这种方案虽要安装一个心棒，但由于下一道工序（钻扩铰 2-10F9 孔）还要用一根心棒定位，即将心棒至于两头的 U 型槽中限制两各自由度，故本道工序可不用将心棒数量就少，因而该方案是可行的。（二）制定工艺路线根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度。确定各表面的加工方法如下：N 面：粗车精铣；R 面和 Q 面：粗铣精铣；凸台面：粗铣；2-80mm 孔：粗镗精镗；7 级9 级精度饿未铸出孔：钻扩铰；螺纹孔；钻孔攻螺纹。因 R 面和 Q 面有较高的平行度要求，2-80mm 孔较高的同轴度要求，故他们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来，以保证其精度。根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将 N 面、R 面、Q 面及 2-80mm 孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中又先加工 N 面后在镗 2-80mm 孔。R面及 Q 面上的 8N8 孔及 4-M12 螺纹孔等次要表面放在最后加工。初步拟订加工工艺路线如下：工序号 工 序 内 容铸造时效涂底漆10 粗铣 N 面20 钻扩铰 2-10F9 孔(尺寸留精铰余量)，孔口倒角 14530 粗铣凸台面40 粗铣 R 面及 Q 面50 粗镗 2- 80mm 孔，孔口倒角 14560 钻 20mm 孔70 精铣 N 面80 精铰 2-10F9 孔90 精铣 R 面及 Q 面100 精镗 2- 80H7 孔110 扩铰 S30H9 球形孔，钻 4-M6 螺纹底孔，孔口倒角 145，攻螺纹 4-M6120 钻 4-13mm 孔130 刮 4-22mm 平面140 钻 8-M12 螺纹底孔，孔口倒角 145，钻铰 2-8N8，孔口倒角 145，攻螺纹 8-M12150 检验160 入库上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序有些问题还值得进一步讨论。如粗车 N 面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们的惯性较大，平衡较困难；又由于 N 面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削，容易引起工艺系统的振动，故改用铣削加工。工序 40 应在工序 30 前完成，使 R 面和 Q 面在粗加工后有较多的时间进行自然时效，减少工件受力变形和受热变形对 2-80mm 孔加工精度的影响。精铣 N 面后，N 面与 2-10F9 孔的垂直度误差难以通过精铰孔纠正，故对这两孔的加工改为扩铰，并在前面的工序中预留足够的余量。4-13mm 孔尽管是次要表面，但在钻扩铰 2-10F9 孔时，也将 4-13mm 孔钻出，可以节约一台钻床和一套专用夹具，能降低生产成本，而且工时也不长。同理，钻孔工序也应合并到扩铰球形孔工序中。这组孔在精镗孔后加工，容易保证其轴线与2-80H7 孔轴线的位置精度。工序 140 中工步太多，工时太长，考虑到整个生产线的节拍，应将 8-M12 螺孔的攻螺纹作另一道工序。修改后的工艺线路如下：序 号 工 序 内 容 简 要 说 明铸造时效 消除内应力涂底漆 防止生锈10 粗铣 N 面 先加工基准面20 钻扩铰 2-10F9 孔至 9F9，孔口倒角 145钻 4-13留精扩铰余量30 粗铣 R 面及 Q 面 先加工面40 铣凸台面 后加工孔50 粗镗 2-80 孔，孔口倒角 145 粗加工结束60 粗铣 N 面 精加工开始70 粗扩铰 2-10F9 孔，并提高精度至 2-10F7 提高工艺基准精80 精铣 R 面及 Q 面 先加工面90 精镗 2- 80H7 孔 后加工孔100 钻 2- 孔，扩铰 S30H9 球形孔，钻 4-M6 螺纹底孔，孔口倒角 145，攻螺纹 4-M6-6H次要表面在后面加工110 刮 4-22mm 平面120 钻 8-M12 螺纹底孔，孔口倒角 145，钻铰 2-8N8，孔口倒角 145 130 攻螺纹 8-M12-6H 工序分散，平衡节拍140 检验150 入库工艺文件详见附表 1、附表 2。四、夹具设计本次设计的夹具为第 20 道工序 钻扩铰 2-10F9 孔、孔口倒角 145，钻 4-13mm孔夹具。该夹具适用于 Z3025 摇臂钻。1. 确定设计方案这道工序所加工的孔均在 N 面上，且与 N 面垂直。按照基准重合原则并考虑到目前只有 N 面经过加工，为避免重复使用粗基准，应以 N 面定位。又为避免钻头引偏，4-13mm 孔应从 N 面钻孔，且 2-9F9 孔是盲孔，也只能从 N 面加工，这就要求钻孔时 N 面必须朝上。这给装夹工件带来了一定的困难。从对工件的结构形状分析，若工件以 N 面朝下放置在支承板上，定位夹紧都比较稳定,可靠，也容易实现。待夹紧后将夹具反转 180，N 面就能朝上，满足加工要求。这个翻转过程可以借助于标准的卧式回转工作台来实现。夹具以夹具体安装面和定位孔、定位销定位，用 T 型槽螺栓连接。工件以 N 面在夹具上定位，限制了三个自由度，其余三个自由度也必须限制。用哪种方案合理呢？方案 1 在 2- 80H7 的 B 孔内插入一削边销限制一个移动自由度；再以 B 孔内侧面用两个支承钉限制一个移动自由度和一个转动自由度。这种定位方案从定位原理上分析是合理的，夹具结构也很简单。但由于 B 孔和其内侧面均为毛坯面，又因结构原因，夹紧力不宜施加在这样的定位元件上，故工件定位面和定位元件之间很可能会接触不好，使定位不稳定。这个方案不宜采用。方案 2 见附图 2，用一根两头带反锥形的心棒插入 2-80mm 毛坯孔中并夹紧。将心棒两端的轴颈放入两 U 形槽中定位，限制一个移动自由度和一转动自由度。此外以 2-80 毛坯孔的两内侧面在自定心结构上定位，限制一个移动自由度。这种方案定位可靠，夹紧也很方便，用一铰链压板压在工件 R80mm 外圆上即可。本道工序与前道粗铣 N 面共用一根心棒，这根“随行心棒”在铣完 N 后立即连同工件一同转入本道工序，其间不得重新卸装心棒，待本道工序加工完后，方可卸下心棒，否则将违背粗基准一般只用一次的原则而影响 N 面各孔与 2-80mm 孔轴线的位置精度。本道工序的夹具因要回转，若采用气动或液压夹紧，则气管或油管会妨碍操作，故选用手动夹紧，使夹具简单，操作方便。324 40402201560602525849214020136306732016204 78791321247371521622-?386- 8销 孔 （ 配 件 ）142 142 18344040160160220 206.31.6 15+0.80.1BA 其 余2-M1623.56020.25BA18.66.31.0.3A+0214- 12-N6深孔 深 0 2- +0.1 0.3A 10-M6深 4孔 深 302B6.