制定拨杆零件的加工工艺，设计钻Φ12的钻床夹具设计（全套图纸） .pdf

机械制造技术课程设计说明书机械制造技术课程设计说明书 设计题目：制定拨杆零件的加工工艺，设计题目：制定拨杆零件的加工工艺， 设计钻设计钻12 的钻床夹具的钻床夹具 专专 业：业： 班班 级：级： 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 机械工程系机械工程系 2015 年年 11 月月 20 日日 哈尔滨理工大学课程设计说明书 i 目录目录 序言 ii 第 1 章 零件的分析 . 2 1.1 零件的作用 2 1.2 零件的工艺分析 2 第 2 章 工艺方案的分析及确定 . 4 2.1 确定毛坯的制造形式 4 2.2 基面的选择的选择 4 2.3 制定工艺路线 5 2.4 机械加工余量的确定 6 2.5 确定切削用量及基本工时 7 第 3 章 夹具设计 . 13 3.1 夹具的概述及专用夹具的设计 13 3.2 确定夹具的方案 14 3.3 工件的夹紧 16 3.4 夹紧力三要素的确定 16 3.5 夹紧装置 17 3.6 导向装置的确定 18 3.7 定位误差的分析 18 3.8 确定钻套的尺寸与公差带 19 3.9 内六角螺钉的抗拉强度校核 20 3.10 夹具操作的简要说明 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 总结 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 哈尔滨理工大学课程设计说明书 ii 致谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 哈尔滨理工大学课程设计说明书 1 序言序言 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。 拨杆的加工工艺规程及其铣尺寸 14 的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。 哈尔滨理工大学课程设计说明书 2 第第1章章 零件的分析零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 我所选的题目是 ca6140 型车床上的拨杆零件。它位于车床上的变 速机构中。主要用来换挡，使主轴的回转运动按照工作者的要求工作， 从而获得所需要的速度和扭矩的作用。零件上的12 孔与操作机构相 连接，通过22 孔则是用于所控制齿轮所在的轴配合。通过12 孔所 受的力拨动22 孔这端的齿轮变速。达到所需的作用。 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 （1）零件图完全表达清楚了此零件的结构特点。图上尺寸和技术 哈尔滨理工大学课程设计说明书 3 要求都标注齐全、明确、几何元素之间的关系也完全的明确都符合国家 标准。 （2）零件技术要求分析 主要是对尺寸精度、形状精度、位置精 度、表面粗糙度、及热处理的要求分析。这些要求都影响零件的质量和 使用性能。这在保证前面的条件的前提下，应满足经济合理性。此零件 的技术要求有22 孔与40 的外圆的低端面垂直，12 孔与40 外圆 的轴线平行，m81.5 螺纹孔的轴线与40 外圆的轴线垂直，22 孔 和12 孔的表面粗糙度分别达到 ra1.6 和 ra3.2, 12 孔的端面的表面 粗糙度达到 ra6.3。其他表面无需加工。从上面来分析出，22h8、 12h7 孔和两端面采用通用夹具均可加工。m81.5 采用设计的专用夹 具进行加工。 哈尔滨理工大学课程设计说明书 4 第第2章章 工艺方案的分析及确定工艺方案的分析及确定 2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 毛坯的确定包括确定毛坯的种类和制造方法两个方面。毛坯的种类 选择铸件。考虑到零件在机床运行过程中所受的冲击不大，零件的材料 选择 ht200。铸件选择砂型铸造毛坯。 2.2 基面的选择的选择基面的选择的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的合理， 合理。可以保证加工质量。否则就会使加工工艺过程问题百出，严重的 还会造成零件大批报废，使生产无法进行。 1、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 哈尔滨理工大学课程设计说明书 5 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。 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是 非常重要的。先选取22 孔及其端面作为定位基准。 2、 精基准的选择 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。以基准面 a 及另外两侧面作为定位精基准，加工其它表面及 孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时 候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重 复。 2.3 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 哈尔滨理工大学课程设计说明书 6 置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的 条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在 提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降 下来。 工序 01：铸造 工序 02：时效处理 工序 03：检验零件是否符合加工余量要余 工序 04：粗铣40 的两端面，余量为 2mm 工序 05：精铣40 孔上下端面，表面粗糙度为 3.2 工序 06：粗铣20 的两端面，余量为 2mm 工序 07：精铣20 孔上下端面 工序 08：钻20 的孔 工序 09：钻12 的孔 工序 10：钻8 的孔，留余量 0.5mm 工序 11：检验至图纸要求 工序 12：入库 2.4 机械加工余量的确定机械加工余量的确定 加工余量 是指加工过程中所切去的金属层厚度。 平面的加工余量确定： 加工面 基本尺寸 粗加工余量 精加工余量 说明 40 的两端面 45 3.9 0.2 双面加工 20 孔的两端面 14 1.8 0.11 双面加工 孔的加工余量确定 哈尔滨理工大学课程设计说明书 7 加工孔 基本尺寸 钻孔加工余量 扩孔加工余量 22 22 20 2 12 12 10 2 m8 m8 6 8.44 2.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 1、粗铣40、22 孔的下端面，以40 上端面为基准 加工条件：工件材料：ht200 0=170240mpa 加工要求：粗铣40、22 孔的下端面。加工余量 1.8mm、3.9mm 机床：x51 立式铣床 刀具：yg6 硬质合金端面铣刀 铣削宽度 ae50 深度 ap4 z=6 刀具直径 d0=80mm 选择刀具前角0=0 后角0=8 副后 角0=10 刃倾角s=- 10 主偏角 kr=60 副偏角 kr=5 切削用量 确定切削用量 ap 因为余量较小，故选用 ap=3.9 一次走刀可以完成 确定每齿进给量 fz 本工序为粗加工尺寸精度和表面粗糙度可以不 考虑。使用 yg6 硬质合金端面铣刀加工，机床功率 4.5kw。 查表得：fz =0.090.18 故选择 fz =0.18mm/z 确定刀具的磨钝标准 查表得：铣刀刀齿后刀面最大磨损量 1.5mm 铣刀直径 d0=80mm 故选用刀具使用寿命 t=120min 计算切削速度 vc vf 当 d0=80mm z=12 ap7.5 fz0.18mm/z 通过查表得：vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min 各修正系数为：kmv= 1.0，ksv= 0.8 则切削速度的计算公式 哈尔滨理工大学课程设计说明书 8 v p vevzvpt vv ck zuayfxa qdc v v m 0 = 其 中ae=40 ap=3.9 cv=245 qv=0.2 xv=0.15 yv=0.35 8 . 08 . 00 . 1= kkksvmvv ur=0.2 pv=1 m=0.32 t=120 fz=0.18 z=12 v p vevzvpt vv ck zuayfxa qdc v v m 0 = = 8 . 0 122 . 04035 . 0 18 . 0 15 . 0 9 . 3120 2 . 080245 32. 0 =191m/min 确定机床转速 ns= min/760 8014 . 3 19110001000 r dw vc = = 计算工时 tm=l/vc=40/191=0.2min 2、 精加工此工序、粗精加工另一面的切削用量相同。 3、钻 扩22 孔 根据查表，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=18mm，钻头采用 双锥后磨横刀，后角o12，二重刃长度 b=3.5mm,横刀长 b=2mm, 宽 l=4mm,棱带长度 mml5 . 1 1 = ， 1002= ， 30= 按 加 工 要 求 确 定 进 给 量 ： 查 表 得 ： rmmf/53 . 0 43 . 0 = ， 367 . 1 18 30 = d l ，由表 2.7,系数为 0.5,则： rmmf/)265 . 0 215 . 0 (5 . 0)53 . 0 43 . 0 (= 按钻头强度选择:查表钻头允许进给量为： rmmf/0 . 2= ； 按机床进给机构强度选择：查表机床进给机构允许轴向力为 8330n 时，进给量为 rmmf/93 . 0 = 。 以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为： 哈尔滨理工大学课程设计说明书 9 0.2150.265mm/r。根据查表得：最终选择进给量 rmmf/22 . 0 = 。 由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时 停止自动进给而改为手动进给。 根据表查出,钻孔时轴向力 ff=2500n，轴向力修正系数为 1.0，故 ff=2500n。根据 z525 立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大 轴向力为 8830nff，故所选进给量可用。 确定钻头磨钝标准及寿命 后刀面最大磨损限度（查表得）为 0.6mm，寿命 min45=t 切削速度 查表切削速度计算公式为： v yx p m v ck fat dc v vv v z 0 = （m/min） 其中， 5 . 9=cv ， mmd180= ， 25. 0=vz ， 125. 0=m ， 9=pa ， 0=vx ， 55. 0=vy ， 22 . 0 =f ，查得修正系数： 0 . 1=vtk ， 85. 0=lvk ， 0 . 1=tvk ，故实际的切削速度： min/5 . 985 . 0 22 . 0 160 185 . 9 55 . 0 125 . 0 25 . 0 mvc= = 查机床说明切削用量选择为： rmmf/22 . 0 = ， min/272rnnc= ， min/4 .15 mvc= 计算工时 min82 . 0 22 . 0 272 45 = = nf l tm 扩孔至22 查表扩孔进给量为： rmmf/8 . 07 . 0= ，并由机床使用说明书最终 选定进给量为： rmmf/81 . 0 = 。 哈尔滨理工大学课程设计说明书 10 根据资料，切削速度 钻vv4 . 0= ，其中 钻v 为用钻头钻同样尺寸实心 孔时的切削速度，故： min/8 . 35 . 94 . 0mv= ， min/ 6 . 60 20 8 . 31000 rns= = ， 根 据 机 床 使 用 说 明 书 选 取 ： min/97rnw= 。 基本工时： min57 . 0 81 . 0 97 45 81 . 0 97 = = = l t 4、钻、扩12 孔 先钻8 大的底孔 确定进给量 f ：根据查表得， rmmf/26 . 0 22 . 0 = ，查 z525 机床 使用说明书，现取 rmmf/22. 0= 。查表， min/17mv = ，计算机床主 轴转速： min/ 7 . 676 8 1710001000 r d v n w s = = 按机床选取 min/680r nw= ，所以实际切削速度为： min/08.17 1000 6808 1000 m n d v w w = = 计算切削基本工时： min085 . 0 22 . 0 680 12 = = fn l tm 扩孔至10 确定扩孔进给量 f ：根据查表得， rmmf/26 . 0 22 . 0 = ，查 z525 机床使用说明书，现取 rmmf/22. 0= 。 根据资料，切削速度 钻vv4 . 0= ，其中 钻v 为用钻头钻同样尺寸实心 孔时的切削速度，故： min/8 . 6174 . 0mv= ， 哈尔滨理工大学课程设计说明书 11 min/ 6 . 216 10 8 . 61000 rns= = ， 根 据 机 床 使 用 说 明 书 选 取 ： min/272rnw= 。 计算工时： min2 . 0 22 . 0 272 12 = = fn l tm 5、钻 扩 m121.5 螺纹底孔 机床：z525 立式钻床 底孔已经确定为8.44 钻孔直径为8 ，再扩孔至8.44 钻8 的孔 确定进给量 f ：根据查表得， rmmf/26 . 0 22 . 0 = ，查 z525 机床 使用说明书，现取 rmmf/22. 0= 。查表， min/17mv = ，计算机床主 轴转速： min/ 7 . 676 8 1710001000 r d v n w s = = 按机床选取 min/680r nw= ，所以实际切削速度为： min/08.17 1000 6808 1000 m n d v w w = = 计算切削基本工时： min066 . 0 22 . 0 680 10 = = fn l tm 扩孔8.44 确定扩孔进给量 f ：根据查表得， rmmf/26 . 0 22 . 0 = ，查 z525 机床使用说明书，现取 rmmf/22. 0= 。 根据资料，切削速度 钻vv4 . 0= ，其中 钻v 为用钻头钻同样尺寸实心 孔时的切削速度，故： min/8 . 6174 . 0mv= ， 哈尔滨理工大学课程设计说明书 12 min/ 6 . 256 44 . 8 8 . 61000 rns= = ， 根 据 机 床 使 用 说 明 书 选 取 ： min/272rnw= 。 计算工时： min166 . 0 22 . 0 272 10 = = fn l tm 5、攻螺纹 m12 机床：z525 立式钻床 刀具：丝锥 m12，p=1.5mm 切 削用量选 为： min/6/1 . 0msmv= ，机床主轴转速 为： min/97r nw= ， mml10= ，计算切削基本工时： min1 . 0 971 10 = = = nf l tm 哈尔滨理工大学课程设计说明书 13 第第3章章 夹具设计夹具设计 3.1 夹具的概述及专用夹具的设计夹具的概述及专用夹具的设计 一、机床夹具是在机床上加工时用来装夹工件的工艺设备。其作用 是使工件相对机床和刀具有一个正确的位置,并在加工中保持这个位置 不变。 1、机床夹具的用途 2、保证被加工表面的位置精度。由于使用夹具解禁工件可以准确 的确定工件与机床、刀具间的相对位置，因而能稳定地获得较高的位置 精度 3、减少辅助时间，提高劳动生产率。 二、机床夹具的组成 1、定位元件 它与工件的定位基准相接触是确定工件在夹具中正确位置的一类主 要元件。 2、夹紧装置 它的作用是将定位后的工件压紧夹牢保证工件已确 定的位置在受到切削力、惯性力等作用时不产生位移和变形。 3、夹具体 它是将定位元件、夹紧装置等联接成一体的夹具主体。 三、确定夹具与刀具之间相对位置的元件，用于确定刀具位置并引 导刀具的加工的元件。 1、确定夹具与机床之间的相对位置的元件 以上的组成部分不是都必须具备的，但是定位元件、夹紧装置、和 夹具体则是夹具最基本的组成部分 四、专用夹具的设计 哈尔滨理工大学课程设计说明书 14 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。设计的工序是加工 m81.5 螺纹孔的夹具。本夹具将用于 z525 立式钻床。 3.2 确定夹具的方案确定夹具的方案 设计夹具时必须根据工件的加工要求和确定的定位基准来选择方 法。设计定位元件并分析定位精度。 一、定位分析及选择 定位主要根据工件在加工时所需要限制工件在空间直角坐标系中的 各个自由度来选择定位方法。 根据该零件加工的工序和基准来分析，采用一面两孔来定位。 二、定位元件的选择 1、上面分析出定位方法，采取一面两孔定位来选取元件。 （1）平面定位 选择40 的下端面定位。同时采取10h7 孔的 下端面辅助支撑。 （2）孔定位 22h8 孔选取圆柱销进行定位，12h7 孔选取 20 菱形销定位。 孔 1=12h7=120 015 . 0 孔 2=22h8=220 033 . 0 孔的中心距 =75 01. 0 则夹具的 两定位销的中心距尺寸 =75 01. 0 。 2、确定圆柱定位销的尺寸和偏差 圆柱销的长度确定为 20mm。为了减小工件移动时基准位移误差 （j，y）并考虑到定位销制造时可能达到的经济精度，取配合为 f7。 哈尔滨理工大学课程设计说明书 15 查公差表得：20f7=20 02 . 0 033 . 0 1、确定菱形销的尺寸和偏差 菱形销的长度确定为 15mm。查表选择菱形销的宽度 b1=4mm b=d- 2=10- 2=8mm 由 x1min= 1 12 d ab = 10 4)02 . 0 01 . 0 (2+ =0.024mm 所以菱形销的最大直径 d=d1- x1min=10- 0.024=9.976mm 按定位销一般制造经济精度，取直径公差带为 h6，则菱形销的定 位圆柱部分定位直径尺寸为： d=9.976h6=10 024 . 0 033 . 0 mm 2、计算定位误差 移动时基准位移误差 j，y =d2+d2+ x1min = 0.013+0.033+0.02 =0.066mm tan = 2l x2min+d2+d2+x1min+d1+d1 = 752 02 . 0 033 . 0 013 . 0 024 . 0 015 . 0 009 . 0 + =0.00076 =0.043 o 哈尔滨理工大学课程设计说明书 16 3.3 工件的夹紧工件的夹紧 为了保证工件在夹具中定位后不会因为在加工中的切削力、惯性力 及离心力等作用下而发生变动，必须采用夹紧装置将其夹紧。 1、设计夹紧装置时应满足以下就基本要求 （1）保证加工精度，不破坏工件的定位或产生不允许的变形 （2）保证生产率，力求夹紧迅速 （3）结构简单、紧凑、制造维修方便，尽量使用标准件。 （4）操作方便、省力、安全。 2、计算切削力 刀具:高速钢麻花钻 d0=8 f f f kf dcf y z ff0 = 其中： 85.883= cf ， 1= zf ， 7 . 0=yf ， 4 0=d ， 22 . 0 =f ， kf =(190 hb ) 6 . 0 =(190 200 ) 6 . 0 =1.03 f= 03 . 1 22 . 0 8 5 . 883 7 . 01 =1190n 3.4 夹紧力三要素的确定夹紧力三要素的确定 1、夹紧力的方向应不破坏工件定位的准确性和稳定性，即夹紧力 应朝主要定位基准，把工件压向定位元件的定位面上。 此零件的切削力的方向如图 4 所示： 哈尔滨理工大学课程设计说明书 17 ff 图4 2、夹紧力的作用点 （1）夹紧点应正对支撑元件或位于支撑元件所形成的支撑面内。 （2）夹紧点应位于工件刚性较好的部位并有一定的作用面积。 （3）夹紧点应尽量靠近加工表面，以减少切削力对夹紧点的力矩 防止工件的转动和振动。 此零件的夹紧点的作用图如图 3 所示。 3、夹紧力的大小 在用计算法求夹紧力时，通常将夹具和工件看作为刚体系统，并视 工件在切削力、夹紧力、重力和惯性力作用下，处于静力平衡，然后列 平衡方程式求出理论夹紧力，再乘以安全系数 k，作为实际夹紧力。 3.5 夹紧装置夹紧装置 此零件采取螺旋夹紧装置夹紧工件 螺旋夹紧装置 应用最为广泛，它的优点是结构简单、制造方便、 夹紧力大、自锁性好、工作可靠而且行程不受限制，缺点是夹紧动作缓 慢。 1、夹紧力的计算 哈尔滨理工大学课程设计说明书 18 此零件在加工时，采用定位销定位，承受了很大的切削力。所以工 件不需要很大的夹紧力，只需要将工件夹紧即可。所以不需要计算夹紧 力。 2、螺旋夹紧机构 为了提高生产效率，在选取垫圈时选用开孔垫圈。只要松开夹紧螺 母，即可实现工件的快换。 3.6 导向装置的确定导向装置的确定 导向装置主要是在加工孔时借助于钻套确定刀具位置和引导刀具进 给方向。被加工孔的尺寸精度主要由刀具的本身精度来保证。孔的坐标 位置精度，则由钻套在夹具上的位置精度来确定。并能防止刀具在切入 后引偏。这就是导向装置的作用。 此零件的导向装置是可换钻模和快换钻套。 可换钻套装在衬套中，而衬套则是压配在钻模板中，可换钻套由螺 钉固定住，防止转动。可换钻套与衬套采用 6 7 n f 配合，衬套与模板采用 6 7 n h 配合。增加衬套的目的是避免模板的磨损克服固定钻模后不易更换 的缺点。 确定钻模板孔、衬套外径、钻套的尺寸。 根据所钻的孔径来分析，确定以上三个尺寸及公。钻套外径 15n6=15 018, 0 007 . 0 ，衬套外径22n6=22 018, 0 007 . 0 ,钻模孔22h7=22 021 . 0 0 。 3.7 定位误差的分析定位误差的分析 一、计算钻套中心线与工作台的垂直度误差 哈尔滨理工大学课程设计说明书 19 钻套外径15n6=15 018, 0 007 . 0 与衬套内经22n6=22 018, 0 007 . 0 的最大间 隙为。 1max=es