机械制造机械课程设计-方刀架的工艺规程及铣四周槽夹具设计【全套图纸】

设计说明书设计说明书 题目：方刀架零件的工艺规程及铣四周槽 夹具设计 全套图纸，加 153893706 学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 指导老师： 摘 要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切 削机床、公差配合与测量等多方面的知识。 方刀架加工工艺规程及其铣四周槽夹具设计是包括零件加工 的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计 中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构， 并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件 各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装 备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各 个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床 的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差， 分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。 关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 ABSTRCT This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目目 录录 序言序言1 一一. . 零件分析零件分析 2 1.1 零件作用 2 1.2 零件的工艺分析 2 二二. . 工艺规程设计工艺规程设计3 2.1 确定毛坯的制造形式 3 2.2 基面的选择 3 2.3 制定工艺路线 5 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 7 2.5 确定切削用量及基本工时8 三三 夹具设计夹具设计 15 3.1 问题的提出15 3.2 夹具设计16 3.3 切削力及夹紧力计算17 3.4 定位误差分析18 3.5 定向键与对刀装置设计20 3.6 夹具设计及操作简要说明22 总 结24 致 谢25 参考文献参考文献 26 第 1 页 共 31 页 序序 言言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品， 并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接 供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各 种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业， 因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展 的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低 是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 方刀架的加工工艺规程及其铣四周槽夹具设计是在学完了机 械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课 程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的 定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出 专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学 与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。 所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践 的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本 次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评 指正。 第 2 页 共 31 页 一、一、 零件的分析零件的分析 1.11.1 零件的作用零件的作用 方刀架的作用，待查 1.21.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 方刀架有 2 组加工面他们没有位置度要求。 这 2 组加工面的分别为 1，以底面为基准的加工面，这组加工面包括， 25，37，36H9 的孔， 2：以 25 孔为基准的加工面，这组加工面主要包括各个螺纹孔 的端面，M12 的螺纹孔，10 孔和四周各个槽 第 3 页 共 31 页 二二. . 工艺规程设计工艺规程设计 2.12.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 45 刚的可锻性好，因此可用锻造的方法 因为是成批生产， 采用模锻的方法生产锻件毛坯，既可以提高生产率，又可以提高 精度而且加工余量小等优点。 2.2 基面的选择基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的 正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则， 加工工艺过程中会问题百出。 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。例如： 机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选 择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加 工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而 细致的组织，以增加耐磨性。 （3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保 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） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是 粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 第 4 页 共 31 页 粗基准的选择：对刀架这样的零件来说，选择好粗基准是至 关重要。以端面作为粗基准。 精基准的选择应满足以下原则： （1） “基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为 定位基准，避免基准不重合引起的误差。 （2） “基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精 基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误 差，简化夹具设计与制造。 （3） “自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加 工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其 他表面之间的位置精度由先行工序保证。 （4） “互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺 寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加 工。 （5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简 单、操作方便。 精基准的选择：根据基准重合原则，选取孔及一端面25 作为精基准。 2.32.3 制定工艺路线制定工艺路线 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。通过仔细考虑零件 的技术要求后，制定以下两种工艺方案： 方案一 工序：铸造。 工序：时效处理 工序：粗铣上下平面 工序：钻扩绞 25H7 的孔 工序：镗孔 37.36 孔 工序：铣四周槽 第 5 页 共 31 页 工序：钻 M12 螺纹底孔攻丝 M12 工序：钻扩绞 4-15 的孔 工序：钻 9-M12 的孔攻丝 M12 工序 X: 铣四周各面 工序 XI：终检，入库。 方案二 工序：铸造。 工序：时效处理 工序：粗铣上下平面 工序：钻扩绞 25H7 的孔 工序：镗孔 37.36 工序：铣四周槽 工序：钻 M12 螺纹底孔攻丝 M12 工序：钻扩绞 4-15 的孔 工序：钻 9-M12 的孔攻丝 M12 工序 X: 铣四周各面 工序 XI：终检，入库。 工艺方案一和方案二的区别在于工序一把先粗铣上面，然后 开始钻 25 孔，因为上面与 25 孔有跳动要求，因此我们要以 25 孔定位精铣上端面以保证加工精度，而方案二则把他们放 颠倒了不利于保证加工精度，方案一省了夹具的制造成本，减少 了我们的工时同时保证了加工精度，能更好地适应大批量生产， 具体的加工路线如下 工序：铸造。 工序：时效处理 工序：粗铣上下平面 工序：钻扩绞 25H7 的孔 工序：镗孔 37.36 工序：铣四周槽 第 6 页 共 31 页 工序：钻 M12 螺纹底孔攻丝 M12 工序：钻扩绞 4-15 的孔 工序：钻 9-M12 的孔攻丝 M12 工序 X: 铣四周各面 工序 XI：终检，入库。 2.42.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 刀架零件材料为 45，生产类型为批量生产，采用砂型机铸 造毛坯。 1：刀架各个面的余量 由于刀架的四周各个面要不与其他接触面接触，即加工一刀就行， 因此余量为 2mm，底面要要与工作台连接粗糙度要求 0.8，需要 磨才能达到，按机械切削手册，粗铣，精铣，磨加工余量为 3mm 上面要与其他部分连接，加工精度不高，粗铣，精铣一下就可以 其余量为 2.5 毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于 IT7IT8 之间，参 照参数文献，确定工艺尺寸余量为 钻 ，扩，绞孔25 钻孔：mm24 扩： 85.24 铰： 725H 1、孔端面 采用铣一次走刀完表面加工，表面粗糙度为 12.5，根据参考文献， 其余量为 Z=2.5mm 第 7 页 共 31 页 2.52.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 工序 3：粗铣刀架上下端面 工步一：铣铣刀架上端面 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 YG8, ，。mmap5 . 1mmd35 0 min/125mv 4z 2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 mmap5 . 1 2）决定每次进给量及切削速度 根据 X51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 ，则齿/2 . 0 mmfz min/39.1137 35 12510001000 r d v ns 按机床标准选取1450 w nmin/r min/35.159 1000 145035 1000 m dn v w 当1450r/min 时 w n rmmznff wzm /1160145042 . 0 按机床标准选取rmmfm/1160 第 8 页 共 31 页 3）计算工时 切削工时：，mml10132mml105 1 mml103 2 则机动工时为 min947 . 2 475 30501320 21 fn lll t w m 工步二：铣刀架下端面 铣刀架下端面的切削用量及基本工时和铣上端面完全相同，在 此不在累述。 工序 4：钻，扩，绞 25 孔 工步一钻孔至 24 钻孔mm24 确定进给量：根据参考文献表 2-7，当钢的f ，时，。MPa b 800mmd24 0 rmf/47 . 0 39 . 0 由于本零件在加工 24 孔时属于低刚度零件，故进给量 应乘以系数 0.75，则 rmmf/35 . 0 29 . 0 75 . 0 47 . 0 39 . 0 根据 Z525 机床说明书，现取rmmf/25 . 0 切削速度：根据参考文献表 2-13 及表 2-14，查得 切削速度所以min/18mv min/7 .301 24 1810001000 r d v n w s 根据机床说明书，取，故实际切削速度min/375rnw 为 min/37.22 1000 37524 1000 m nd v ww 第 9 页 共 31 页 切削工时：，则机mml72mml9 1 mml3 2 动工时为 min03 . 1 25 . 0 375 3972 21 fn lll t w m 工步二：扩孔mm85.24 利用钻头将孔扩大至，根据有关手mm47mm85.24 册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 rmm ff /87 . 0 585 . 0 75 . 0 65 . 0 8 . 12 . 18 . 12 . 1 钻 根据机床说明书，选取rmmf/57 . 0 min/4612 3 1 2 1 3 1 2 1 mvv 钻 则主轴转速为，并按车床说明书min/34 6 . 51rn 取，实际切削速度为min/68rnw min/238 . 4 1000 6885.24 1000 m nd v ww 切削工时：，则机mml72mml6 1 mml3 2 动工时为 min32. 2 57. 068 3672 21 fn lll t w m 工步 3：铰孔mmH725 根据参考文献表 2-25，rmmf/4 . 02 . 0 第 10 页 共 31 页 ，得min/128mv min/65.254 8 . 169rns 查参考文献表 4.2-2，按机床实际进给量和实际转 速，取，实际切削速度rmmf/35 . 0 min/198rnw 。min/33 . 9 mv 切削工时：，则机动mml72mml9 1 mml3 2 工时为 min402 . 1 35 . 0 198 3972 21 fn lll t w m 工序 6：铣四周的四槽 卧式铣床 X62 选择刀具 刀具选取高速钢三面刃铣刀，刀片采用 YG8, ，。mmap5 . 1mmd50 0 min/75mv 4z 2. 决定铣削用量 4）决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 mmap5 . 1 5）决定每次进给量及切削速度 根据 X62 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 ，则齿/2 . 0 mmfz min/ 2 . 1194 50 7510001000 r d v ns 按机床标准选取1450 w nmin/r 第 11 页 共 31 页 min/477 1000 145050 1000 m dn v w 当1450r/min 时 w n rmmznff wzm /1160145042 . 0 按机床标准选取rmmfm/1160 6）计算工时 切削工时： ，则机动工时为mml25 1 mml3 2 min2357 . 0 ) 475 325 (4)(4 21 x fn ll xt w m 工序 VII：钻扩绞 15H 7 孔 机床 Z525 刀具麻花钻，扩孔钻，铰刀 钻孔mm14 确定进给量：根据参考文献表 2-7，当钢的f ，时，。由于本零MPa b 800mmd14 0 rmf/47 . 0 39 . 0 件在加工 47 孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数 0.75，则 rmmf/35 . 0 29 . 0 75 . 0 47 . 0 39 . 0 根据 Z525 机床说明书，现取rmmf/25 . 0 切削速度：根据参考文献表 2-13 及表 2-14，查得 切削速度所以min/18mv 第 12 页 共 31 页 min/7 .301 14 1810001000 r d v n w s 根据机床说明书，取，故实际切削速度min/375rnw 为 min/37.22 1000 37514 1000 m nd v ww 切削工时：，则机动mml8mml4 1 mml3 2 工时为 min16 . 0 25 . 0 375 348 21 fn lll t w m 工步二：扩孔mm85.14 利用钻头将孔扩大至，根据有关手mm14mm85.14 册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 rmm ff /87 . 0 585 . 0 75 . 0 65 . 0 8 . 12 . 18 . 12 . 1 钻 根据机床说明书，选取rmmf/57 . 0 min/4612 3 1 2 1 3 1 2 1 mvv 钻 则主轴转速为，并按车床说明书min/34 6 . 51rn 取，实际切削速度为min/68rnw min/238 . 4 1000 6885.15 1000 m nd v ww 第 13 页 共 31 页 切削工时：， ，则机动工时为mml8mml4 1 min309 . 0 57 . 0 68 48 21 fn lll t w m 工步 3：铰孔mm15 根据参考文献表 2-25，rmmf/4 . 02 . 0 ，得min/128mv min/65.254 8 . 169rns 查参考文献表 4.2-2，按机床实际进给量和实际转 速，取，实际切削速度rmmf/35 . 0 min/198rnw 。min/33 . 9 mv 切削工时：，则机动工时为mml8mml4 1 min1731 . 0 35 . 0 198 48 21 fn lll t w m 工序 10：钻 M12 孔 机床：Z525 刀具，麻花钻，丝锥 钻 M12 底孔 10.2： 选用 10.2 高速钢锥柄麻花钻（工艺表 3.16） 由切削表 2.7 和工艺表 4.216 查得0.28/fmm r 机 （切削表 2.15）16/min c Vm 查 min)/ r600 0.21x14 . 3 16x1000 D 1000 （ c V n 按机床选取545 /minnr 机 第 14 页 共 31 页 Dnx10.2x545 14.55 10001000 c V 基本工时： 12 1033 0.10(min) 545 0.28 lll t n f 机机 20 . 0 28 . 0 545 3326 545 21 lll t 攻螺纹 M12mm： 选择 M12mm 高速钢机用丝锥 f 等于工件螺纹的螺距 p，即1.25/fmm r 7.5/min c Vm 机 10001000 7.5 298( /min) 8 c V nr D 查 199 1214 . 3 5 . 71000 D 1000 c V n 按机床选取272 /minnr 机 6.8/min c Vm 机 基本工时：17 . 0 28 . 0 545 3320 545 21 lll t 工序 11：铣四周各面 1. 选择刀具 刀具选取立铣刀，刀片采用 YG8, ，。mmap5 . 1mmd30 0 min/125mv 4z 2. 决定铣削用量 7）决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 第 15 页 共 31 页 mmap5 . 1 8）决定每次进给量及切削速度 根据 X51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 ，则齿/2 . 0 mmfz min/ 1 . 796 30 12510001000 r d v ns 按机床标准选取975 w nmin/r min/07.153 1000 97530 1000 m dn v w 当975r/min 时 w n rmmznff wzm /78097542 . 0 按机床标准选取rmmfm/750 9）计算工时 切削工时： ，则机动工时为mml125 1 mml3 2 min73 . 2 ) 375 3125 (8)(8 21 x fn ll xt w m 第 16 页 共 31 页 三、三、 夹具设计夹具设计 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。 由指导老师的分配，决定设计第 6 道工序铣四周槽的铣床夹 具。 3.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用于铣四周槽，精度要求不高，为此，只考虑如 何提高生产效率上，精度则不予考虑，但是四个槽面同时要在一 道工序上加工，这样就增加了我们的难度，为了达到我们一次装 夹加工 4 个槽的目的，我们需配一个回转盘，在回转盘上面打 2 孔，即我们采用 25 孔和 15 孔和底面为定位基准，即经典的 一面 2 销定位。 3.23.2 定位基准的选择定位基准的选择 我们采用 25 孔和 15 孔和底面为定位基准，即经典的一 面 2 销定位。 为了提高加工效率，现决定采用直径大于底面宽度的硬质合 金三面刃铣刀，一次走刀完成，同时为了减少加工成本采用手动 第 17 页 共 31 页 夹紧。 3.33.3 切削力及夹紧力计算切削力及夹紧力计算 根据机械加工工艺手册可查得： 铣削力计算公式为 圆周分力 式（3- 1.00.750.880.87 0 9.81 96.7 pfeFz Fza aaZdk 1） 查表可得： 0 50dmm6Z 92 e amm 0.08/ f amm z 1.5 p amm06 . 1 Fz k 代入公式（3-1）得 0.750.87 9.81 96.7 1.5 0.0892 6 501.06 z F =3929.51N 查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的 比值为： 8 . 0/ EL FF/0.75 VE FF /0.4 xE FF 0.80.8 3929.513144 LE FFN 0.750.75 3929.512947.5 VE FFN NFF Ex 7 . 176634.333353 . 0 53 . 0 铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡。 即： （） L FF查表可得3 . 0 3144 10480 0.3 L F FN 计算出的理论夹紧力 F 再乘以安全系数 k 既为实际所需夹紧 力F 即： 取 k=2kFF 2 1048020960FN 由于选用手动夹紧，由 机械设计手册查得，并经计算 螺栓水平可承受剪切力 Fh=1986.6N, 垂直螺纹剪切力 Fv=133 第 18 页 共 31 页 6.3N 由此可见，在工人合理操作夹紧情况下本夹具可以安全工作。 3.43.4 定位误差分析定位误差分析 本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为： （1） 、移动时基准位移误差 yj yj min111 XDd =0.0160.0270.009 =mm052 . 0 (2)、转角误差 L XDdXDd tg 2 min222min111 其中：) 2 (2 min1 min2 X X LgLx 000288 . 0 55.2792 064 . 0 027 . 0 009 . 0 016 . 0 027 . 0 018 . 0 tg 0165 . 0 3.53.5 定向键与对刀装置设计定向键与对刀装置设计 定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离 尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台 T 形槽的配合，使 夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位 置。 根据 GB220780 定向键结构如图所示： 第 19 页 共 31 页 o 图 3.3 夹具体槽形与螺钉图 根据 T 形槽的宽度 a=25mm 定向键的结构尺寸如下： 表 3.1 定向键数据表 夹具体槽形尺寸 B 2 B 2 h 公称 尺寸 允差 d允差 4 d LHhD 1 h 公称尺寸 允 差 D 25-0.014-0.0454014615624 +0 .0 23 7 对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。 由于本道工序是完成后钢板弹簧吊耳内侧端面的粗铣加工，所以选用 第 20 页 共 31 页 直角对刀块。直角对刀块的结构和尺寸如图所示： 图 3.4 对刀块图 塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示： 标记 四周倒圆 第 21 页 共 31 页 图 3.5 平塞尺图 塞尺尺寸为： 表 3.2 平塞尺尺寸表 公称尺寸 H允差 d C 3-0.0060.25 3.73.7 夹具设计及操作简要说明夹具设计及操作简要说明 因为我们所加工的是 4 个面，因此我们需要加一回转装置， 以保证能一个夹具加工 4 槽面，因此我们设计一回转盘，因为我 们采用 1 面 2 销定位，为了使设计的夹具更简单，我们把圆柱销 和回转盘做成一个整体，即心轴式回转盘，在回转转盘上面我们 钻一孔来放削边销。同时回转盘上面我们还打 4 个圆周均布的定 位孔，当我们加工完一个面后，只需要把回转盘旋转 45，让 对定销对定住圆周均布的 4 孔中的一个，即可加工其他槽面 如前所叙述，在设计夹具时，应注意提高劳动生产率。为此， 应首先着眼于快速夹紧而不用慢速夹紧。但所加工零件尺寸小壁 厚小，夹紧力应较小，而且本工序加工，切削力较小，采用手动 第 22 页 共 31 页 即可以满足夹紧需要，这样又可以简化机构