机械制造技术课程设计-手柄套零件机械加工工艺及Φ8mm孔钻夹具设计【全套图纸】 .pdf

第 1 页 共 20 页 目录目录 目录目录1 设计任务书设计任务书2 序言序言3 一、零件的分析3 （一）零件的作用3 （二）零件的工艺分析3 二、二、 工艺规程设计4 （一）确定毛坯的制造形式4 （二）基面的选择4 1. 粗基准的选择4 2. 精基准的选择4 （三）制定工艺路线4 1. 工艺路线方案一5 2. 工艺路线方案二5 3. 工艺方案的比较和分析6 （四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定7 1. 机械加工余量8 2. 工序尺寸和毛坯尺寸的确定9 三、专用夹具的设计9 （一）设计主旨9 （二）夹具设计9 1. 定位基准的选择9 2. 钻销力以及夹紧力的计算10 3. 定位误差分析11 4. 夹具设计及操作说明14 四、课程设计心得体会16 参考文献17 第 2 页 共 20 页 工艺与夹具课程设计任务书工艺与夹具课程设计任务书 (第第 6 组组) 设计设计题目： “手柄套” 零件机械加工工艺及题目： “手柄套” 零件机械加工工艺及 8mm 孔钻夹具设计孔钻夹具设计 设计设计条件：条件：批量生产 设计内容：设计内容： 1 产品零件图（一张，cad 图，打印） 2 产品毛坯图（锻造毛坯） （一张，cad 图打印） 3 机械加工工艺过程卡片（该零件完整的工艺过程，手写或打印） 4 机械加工工序卡片 （所设计夹具对应的工序， 一张， 手写或打印） 5 夹具设计（装配图一张，主要零件图三张，全部为 1：1 铅笔图） 6 工艺、夹具设计说明书（6000 字以上，用专用纸撰写） 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 序言序言 机械制造工艺与机床夹具课程设计是机械制造工艺与机床夹具课程设计课 程教学的一个不可或缺的辅助环节。 它是我们全面运用课程及其有关选修课程的 理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。 我希望能通过这次设计巩固我们前面所学的知识，并深化我对它的理解，为 以后更好地走向工作打下基础。 第 3 页 共 20 页 因知识和能力有限，设计过程难免会有许多不足之处，还请老师指正。 一、零件的分析一、零件的分析 图 1.1 手柄套零件图 （一）（一） 零件的作用零件的作用 题目给出的是机床用“手柄套”，如图 1.1 所示,它起着连接手柄和转轴的 作用，主要是用来传递转矩，使转轴旋转，从而起到调控作用。其中 12 孔用来 安装转轴，并通过两个 6h8mm 孔进行轴向固定。8 孔则用于安装手柄，借此来 传递转矩。5h7mm 孔只用于加工时的定位作用，通过它来保证 3 个径向孔的位 置精度。 （二）（二） 零件的工艺分析零件的工艺分析 手柄套主要有两组加工表面，她们相互间有一定的位置精度。现分述如下： 1. 以 12h7mm 孔为中心的加工表面。 它包括，16mm 孔，12h7mm 孔，左右两端面，45mm 外圆面以及定位用的 5h7mm 孔，它们在加工时互为基准，彼此相互联系来保证形状位置精度。另， 工件的四个 1x45直角也可以并入该组加工表面。 2. 以 8mm 为主的加工表面 它包括，8mm 孔和两个 6h8mm 孔，即径向的三个圆面加孔。 这两组表面以及表面组内之间，有一定的位置要求，主要是： 第 4 页 共 20 页 (1) 12mm 孔轴线与 45mm 右端面的垂直度公差为 0.05mm； (2) 两个 6mm 孔与 12mm 孔轴线的位置度公差为 0.12mm。 由上可知，对于这两组表面，可以先加工一组（第一组）表面，然后借助专用夹 具以及定位孔加工另一组表面（第一组） ，并且通过一次装或互为基准来保证其 位置精度。 二、工艺规程设计二、工艺规程设计 （一）（一） 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 45 钢。考虑其耐磨性其受到的局部冲击，选用锻件。又因为零 件年产量为 4000 件，可采用普通模煅，以提高生产效率并保证加工质量。 （二）（二） 基面的选择基面的选择 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确、合理，可 以保证加工质量，提高加工效率。否则，就会使加工工艺问题百出，严重影响零 件加工质量和效率。 1. 粗基准的选择 因为此零件结构简单，选用 45mm 外圆面作为粗基准即可。但加工时注意， 因为零件短小， 不能以粗基准一次定位即完成初步加工， 而需要两次使用粗基准， 期间产生的二次定位误差可通过后序的半精、精加工来弥补。 2. 精基准的选择 因为该零件各加工面有一定的形位精度要求，所以精基准的选择主要考虑基 准重合和互为基准的原则。 当设计基准与工序基准不重合时， 应该进行尺寸换算。 (三三) 制定工艺路线制定工艺路线 零件的机械加工工艺过程是工艺规程设计的核心问题。 制定工艺路线的出发 点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度等技术要求能得到合理的保证。 在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以采用万能机床配以专用工夹 具，并尽量使工序集中来提高生产率。初次以外，还应考虑经济效果，以便降低 生产成本。 1. 工艺路线方案一： 工序 1：粗车右端面和部分 45mm 外圆面； 第 5 页 共 20 页 工序 2：粗车左端面和 45mm 外圆面剩余部分，钻 12mm 孔； 工序 3：半精车、磨销 45mm 外圆； 工序 4：半精车左端面，车 16mm 孔； 工序 5：扩、铰 12mm 孔并半精车 45mm 右端面，钻 5mm 孔； 工序 6：钻 8mm 孔； 工序 7：钻 2x 6h8mm 孔； 工序 8：精铰 12mm 孔并磨销 45mm 右端面； 工序 9：倒左端面 1x45直角； 工序 10：倒右端面 1x45直角； 工序 11：去毛刺； 工序 12：清洗； 工序 13：终检。 2. 工艺路线方案二： 工序 1：粗车 45mm 右断面和部分 45mm 外圆面； 工序 2：粗、半精车 45mm 左端面，粗车剩余的 45mm 外圆面，钻 12mm 孔，车 16mm 孔； 工序 3：半精车、磨销 45mm 外圆面； 工序 4：扩孔、钻、铰、精铰 12mm 孔，半精车 45mm 右端面； 工序 5：磨销 45mm 右端面； 工序 6：钻 5mm 孔； 工序 7：钻 8mm 孔； 工序 8：钻、精铰两个 6mm 孔； 工序 9：倒左端面 1x45角； 工序 10：右端面 1x45角； 工序 11：去毛刺； 工序 12：清洗； 工序 13：终检。 3. 工艺方案的比较和分析 上述两个方案最大的区别在于两个面组的加工顺序的不同。 方案一是将第二 第 6 页 共 20 页 面组插入到第一面组中加工。 而方案二则是先完全加工完第一面组后再加工第二 面组，虽然方案一能减少去毛刺的工作量，但违背了基准统一的原则，且在定位 面和基准面未加工的情况下，第二面组位置精度难以满足，特别是 150 +0.08mm。而 方案二中，工序 2 过于集中，粗精未分离，这将导致左端面偏斜，16mm 孔偏小， 工序 5 则恰好相反，未了保证 12mm 轴心和右端面的垂直度，应该将它和工序 4 放在一起，即一起加工。故决定采用方案二加工的顺序并分离和合并部分工序。 具体工艺过程如下： 工序 1：粗车 45mm 右端面和部分 45mm 外圆面； 工序 2：粗车 45mm 左端面和剩余的外圆面部分； 工序 3：钻 12mm 孔； 工序 4：半精车，磨销 45mm 外圆面； 工序 5：半精车 45 左端面，车 16 面； 工序 6：扩、铰、精铰 12mm 孔，半精车、磨销 45mm 右端面； 工序 7：钻 5mm 孔； 工序 8：钻 8mm 孔； 工序 9：钻两个 6mm 孔； 工序 10：倒左端面 1x45角； 工序 11：倒右端面 1x45角； 工序 12：去毛刺； 工序 13：清洗； 工序 14：终检。 以上工艺过程理论上说是非常合理的，但一旦考虑到机床工具的选择，从经 济角度出发，它还是不理想。首先，工序 2 和工序 3 精度要求不高，完全可以用 转塔式车床将它们并作一道工序；其次，工序 4 和工序 6 中都需要进行车销加磨 销，这就得使用加工中心才能实现，经济性差，查机械制造工艺与机床夹具课 程设计指导表 24 和 26，发现使用精车代替磨销一样能达到精度要求。再 者，倒角工序 10 和 11 完全可以在前面加工过程中一起加工，无需再次装夹。综 合，最终确定工艺路线如下： 工序 1：普通模锻； 第 7 页 共 20 页 工序 2：正火； 工序 3：粗车右端面和部分外圆面。以 45mm 外圆面为基准，选用 ca6140 车床； 工序 4：粗车左端面和剩余的 45mm 外圆面部分，钻 12mm 孔。以 45mm 外圆面为基准，选用 c365l 式转塔式车床； 工序 5：半精车，精车 45mm 外圆面。以 12mm 孔为基准，选用 ca6140 车 床； 工序 6： 半精车 45mm 左端面，车 16mm 孔，倒 1x45直角。以 45mm 外 圆面为基准，并选 ca6140 车床； 工序 7：扩、铰、精铰 12mm 孔，半精车，精车 45mm 右端面，保证尺寸 35mm，倒直角 1x45。以 45mm 外圆面为基准，选用 c365l 转塔式车床； 工序 8： 钻， 精铰 5mm 孔， 使用专用夹具 cj01。 以 45mm 左端面和 12mm 孔定位，选用 z525 钻床； 工序 9：钻 8mm 孔，使用专用夹具 cj-02。以 45 右端面 12mm 孔、5mm 孔定位，选用 z525 钻床； 工序 10：钻成 90的 6mm 孔，保证 13 尺寸和相应位置度，使用专用夹具 cj-03.以 45mm 右端面、12mm 孔、5mm 孔定位，选用 z525 钻床； 工序 11：去毛刺； 工序 12：清洗； 工序 13：终检。 以上工艺过程详见“机械加工工艺过程卡片”和“机械加工工序卡片” 。 （四）（四） 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 “手柄套”零件材料为 45 钢，硬度为 207-241hbw，毛坯重量约为 0.46kg， 生产类型为大批生产，采用普通模锻毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，结合实用机械制造工艺设计手册 ，分别 确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1.机械加工余量 确定外圆表面沿轴线及径向方向的加工余量（45mm 及 35mm） ，查实用机 械制造工艺设计手册（以下简称 手册 ） 表 2-7 及 2-9， 其中锻件重量为 0.4kg， 第 8 页 共 20 页 锻件复杂数为s1， 锻件轮廓尺寸315mm， 采用一般加工精度f1,故轴向余量1.5mm 2.0mm，取 2mm，径向余量 1.5mm2.0mm，取 1.9mm。 2.工序尺寸和毛坯尺寸的确定 （1）. 外圆表面（45mm）分步加工余量 查手册表 7-2/7-5，结合 1 所得结果，拟定加工余量，如下： 粗 车： 46.8mm 2z=2mm 半精车： 45.3mm 2z=1.5mm 精 车： 45.0mm 2z=0.3mm （2）. 左右端面分步加工余量 由上述已确定了毛坯的长度为 39mm。查手册表 7-2/7-4，结合 1 所得结 果，拟定加工余量如下： 右端面 左端面 粗车：37.8mmz=1.2mm 粗 车： 36.4mmz=1.4mm 半精车： 35.8mmz=0.6mm 半精车：35.3mmz=0.5mm 精 车：35mmz=0.3mm （左右端面交替加工，尺寸彼此联系） （3）. 内孔 12mm 毛坯为实心，不冲孔。孔精度为 it7，参照手册表 7-11，可确定工序尺 寸及余量为: 钻孔: 11.0mm 扩孔：11.85mm 2z=0.85mm 粗铰：11.95mm 2z=0.1mm 精铰：120 +0.018mm 2z=0.05mm （4）. 定位孔 5mm 孔具有较高的位置精度，参照手册表 7-11，可确定工序尺寸及余量为： 钻孔：4.8mm 精铰：5.0mm 2z=0.2mm 第 9 页 共 20 页 （5）. 两个径向孔 6mm 6mm 孔具有较高的位置度，参照手册表 711，可确定其工序尺寸及余 量为： 钻孔：5.8mm 精铰：6.0mm 2z=0.2mm 由于毛坯及以后各道工序的加工都有加工公差， 因此所规定的加工余量其实 只是名义上的加工余量。 综合以上分析， 可确定毛坯长度为 39mm， 直径为 45.8 mm， 如下图 4.2 所示： 图 4.2 零件毛坯图 5 确定切削用量及基本时间 切削用量一般包括切削深度、进给量及切削速度三项。确定方法是先确定切 削深度、进给量，再确定切削速度。选择两个典型的工序，工序 3 粗车mm45f外 圆和工序 7 加工f12h7mm 孔，进行钻-粗铰-精铰进行计算。 5.1 工序 30 粗车mm45f外圆的切削用量及基本时间 本工序为粗车mm45f外圆面。已知工件材料：45 钢，mpa670 p =s，热轧 制型材；机床为 ca6140 卧式车床；刀具：硬质合金，yt5。下面的相关数据根据 切削用量简明手册确定。 ca6140 机床中心高为 200mm，查表 1.1，选择刀杆25mm16mmhb=， 第 10 页 共 20 页 刀片厚度 4.5mm，由表 1.3，选择车刀几何形状为平面带倒棱型，前角=12 0 g， 后角=6 0 a，主偏角=90kr，副偏角10kr ，刃倾角=0 s l，刀尖圆弧半径 mm7 . 0r = e 。 5.1.1 工序 30 切削用量的确定 （1）确定切削深度 p a 此工序直径加工余量为 1.3mm，单边余量仅为 0.65mm，可在一次走刀内切完，故mm65 . 0 ap=。 （2）确定进给量 f 根据表 1.4，在粗车钢料，刀杆尺寸为 25mm16mmhb=，3mmap，工件直径为 4060mm，0.7mm/r0.4f =， 查表 1.31，选择 f=0.56mm/r. （3）选择车刀磨钝标准及耐用度 由表 1.9，车刀后面最大磨损限度选择 1.0mm，普通车刀寿命 t=60min。 （4）确定切削速度 v 根据表 1.10 查得切削速度m/min123vc=查表 1.28 得切削速度修正系数为 92 . 0 k24 . 1 k65 . 0 k0 . 1kk9 . 0k rvkvtvmvtvsv =， 修正后的切削速度为 (m/min)8292 . 0 24 . 1 65 . 0 0 . 10 . 19 . 0123kkkkkkvv rvkvtvmvtvsvc = (m/min)544 48 821000 d v1000 n= = pp 按 ca6140 机床转速，选择 n=11.8 s r ，则实际切削速度 (m/s)78 . 1 1000 8 . 1148 1000 dn v= = pp 5.1.2 检验机床功率 由表 1.24，查得 pc=2.4k w。切削功率的修正系数 94 . 0 k24 . 1 k9 . 0k0 . 1kkkk krpckpcspcrpctpcmpctpc =， 故实际切削时功率为kw5 . 2pc=,而机床主轴允许功率为kw5 . 7pe=， 第 11 页 共 20 页 ec pp 本夹具采用一面两销定位，由于用于定位的两孔直径分别为 5mm 及 第 14 页 共 20 页 12mm，故主要定位元件为一圆柱销和一菱形销。 1） 确定两销的中心距 两销中心距的偏差一般取两孔中心距偏差的 1/5 1/3，当孔距公差大时，取小值；反之，取大值，以便于制造。因此处孔距公差 为 0.08mm，故取 0.026mm。 2） 确定第一个定销直径尺寸 d1 取 d1min=d1max，定位销的直径公差一般按 g6、h7 配合选取，最后取 d1=12.008h7mm。 3） 确定菱形销宽度 b 和 b 菱形销的结构尺寸已经标准化，查机械制造 工艺学表 51 选取：b=2mm，b=4.5mm。 4） 计算菱形销直径尺寸 先按下式计算出菱形销与孔配合的最小间隙，再 计算菱形销直径尺寸 d2，并按 g6 或 f7 选取偏差，然后圆整处理： 2min2b（ld+ld）/d2 d2=d2-2min 式中 2min菱形销与孔配合的最小间隙，单位为 mm； b菱形销的宽度，单位为 mm； ld、ld为工件上两孔中心距公差和夹具上两销中心距公差，单位为 mm； d2工件上菱形销定位孔直径，单位为 mm； d2菱形销直径尺寸，单位为 mm。 分别代入数据，得：2min 2x2（0.08+0.026）/5 = 0.0848mm d2 = 5-0.0848 = 4.9152mm 定位销的设计 查机床夹具设计手册手册图 2-1-3 及表 2-1-3，得定位销的结构及数据 如下图 3.3.1.2 所示： 第 15 页 共 20 页 图 3.3.1.2 定位销的结构及数据 钻套的设计 查机床夹具设计手册手册图 2-1-146 及表 2-1-146，得钻套的结构及数 据如下图 3.3.1.3 所示： 第 16 页 共 20 页 图 3.3.1.3 钻套的结构 其中， d=8f7mm， d=12m6mm， d1=22mm， d2=18mm， h=20mm， h=10m， h1=6mm， h2=12mm， h3=14mm， r=16mm， r1=1mm， m=7mm， m1=7mm， a=0.5mm， b=2mm， =50， =0.008mm， 配钻套螺钉 m6。 钻套衬套的计设计 查机床夹具设计手册手册图 2-1-174 及表 2-1-174，得钻套衬套的结构 及数据如下图 3.3.1.4 所示： 图 3.3.1.4 钻套衬套的结构 其中：d=18f7mm，d=26n6mm，d1=30mm，h=16mm，h=4mm，c=1mm,c1=2mm, c2=1.5mm,a=0.5mm,b=2mm, =0.008mm。 第 17 页 共 20 页 手柄的设计 查机床夹具设计手册手册图 2-1-224 及表 2-1-222，得手柄的结构及数 据如下图 3.3.1.5 所示： 图 3.3.1.5 手柄的结构及数据 （2） 零件的位置误差 零件图上并没有对孔的公差及配合等进行规定，故孔的定位精度并不高。即 在实际工作过程中，夹具体对工件的一般误差，并不影响钻床对工件的加工。 1 由于 8mm 孔的轴向定位是以右端面为基准的， 而此处夹具的设计同样是 以右端面为基准，即符合基准重合原则，误差为 0。 2 从零件图上可知，12mm 孔与右端面的垂直度最大偏差为 0.05mm。所以， 8mm 孔与右端面的垂直度最大偏差也为 0.05mm。 3 圆柱位销的定位误差 ：由于是孔的误差引起，故此误差为 0.08mm。 4 磨损造成的误差一般不超过 0.005mm。 5 钻模对刀误差：因加工孔的孔径 d等于钻头孔径 d，由于钻套孔径 d 的约束，一般情况下，d大于 d,即加工孔中心实际上与转套中心重合，因此， 钻模对刀误差趋于 0。 6 夹具相对于刀具的误差取 0.01mm。 第 18 页 共 20 页 4. 夹具设计及操作说明 本夹具用于在钻床上加工孔,采用了一面两销定位，六个自由度完全限制。 外加左端面的夹紧，夹具对工件在加工过程中的固定完全能达到要求。因本工件 的加工量为大批量生产，故夹具要尽量简单，且方便拆卸。所以夹具又采用了手 动螺旋压板机构对工件左端面的夹紧方式。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。 夹具体三维图如下图 3.2.4 所示: 图 3.2.4 夹具体三维立体图及爆炸图 第 19 页 共 20 页 四、课程设计心得体会四、课程设计心得体会 经过两个星期的艰苦奋斗，夹具设计结束了。在我完成的那一刹那，心里是 百感交集，心旷神怡，豁然开朗。在两周的设计中，我遇到了很多的困难，我没 有气馁， 没有放弃， 没有妥协。 而是通过一次又一次的计算， 一次又一次的修改， 反复的推敲，分析。不懂的就看书，看不懂的就去问。最终是，山重水复疑无路， 柳暗花明又一村。 此次设计是对手柄套的加工工艺和夹具设计，其零件为模锻，具有体积小， 零件简单的特点，由于面比孔易加工，在制定工艺规程时，就先加工面，再以面 为基准来加工其它，其中各工序夹具都采用专用夹具，特别的对于加工 8mm 孔 工序中，选一面两销的定位方式，并以操作简单的手动夹紧方式夹紧，其机构设 计简单，