方套零件机械加工工艺及其夹具设计-钻、铣夹具（含两套夹具）
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设计
含两套
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I 本科毕业设计 (论文 ) 题目 ： 方套零件 机械加工工艺及其 机床夹具设计 套的机械加工工艺及其夹具设计 摘 要 由于是大批量生产，为了提高劳动效率，保证加工质量，降低劳动强度，所以需要设计专用夹具。方套零件的夹具设计主要是由零件加工工艺设计，工序设计和其机床专用夹具设计组成。加工工艺设计主要对零件的作用和零件的工艺分析，设计出其毛坯结构。再由其基面粗基准和精基准的选择来制定出工艺路线，从而确定零件机械加工 余量及工序尺寸和切削用量及基本工时。最后进行零件专用夹具，定位分析及基准的选择和切削力和夹紧力的计算以及定位误差分析，从而确定定位元件、夹紧元件、机床连接部分和夹具体来设计出夹具。本文主要围绕方套夹具设计为中心，在分析生产零件的基础上设计制造工艺，针对方套的加工工艺确定夹具设计方案。在设计合理，符合工程实际的基础上，设计了俩套夹具，并绘制夹具装配图及零件图。 关键词 ：方套；加工工艺；夹具；夹紧 s he by of of so of of of of to so as to of of so as to to to on of as on of of On of 3 of 录 1 绪论 . 1 述 . 1 具的研究意义 . 1 具的相关研究现况 . 2 床夹具的现状 . 2 代机床夹具的发展方向 . 3 课题的主要研究内容 . 3 2 零件分析 . 5 件的生产类型及生产纲领 . 5 件作用分析 . 5 件的工艺分析 . 5 定毛坯的成形方法 . 6 定锻件工艺方案 . 6 造方法的选择 . 6 型的选择 . 6 定 锻造 工艺参数 . 6 工余量的确定 . 6 缩率的确定 . 7 锻孔的确定 . 7 造圆角的确定 . 7 3 机械加工工艺规程设计 . 8 面的选择 . 8 基准的选择 . 8 基准的选择 . 8 订工艺路线 . 8 艺方案的分析 . 9 定机械加工余量及工序尺寸 . 10 A 面 . 10 B 面 . 11 凸台 弧面 . 11 D 面（即下端面） . 12 E 面（即上侧面） . 12 与圆弧 交的台阶面 . 13 V 30 的方槽 . 13 角 . 13 90 度锁紧螺钉孔 . 13 麻花钻钻 5 钻通 . 14 锪孔钻锪 5 14 的孔 . 14 深孔钻钻、绞 8 的孔 . 14 定切削用量及基本工时 . 15 A 面 . 15 B 面 . 16 凸台 弧面 . 16 C 面 . 17 D 面 . 18 E 面及与圆弧 交的台阶面 . 18 30 的方槽 . 20 倒角 . 21 90 度锁紧螺钉孔 . 22 用麻花钻钻 5钻通 . 22 锪孔钻锪 5 14 的孔 . 23 用深孔钻钻、绞 8 的孔 . 23 4 钻 8 孔夹具设计 . 26 位分析及基准的选择 . 26 削力及夹紧力的计算 . 26 紧力方向的确定 . 26 紧力作用点的选择 . 27 4. 夹紧力的估算 .位误差分析 . 28 位销选用 . 29 具设计及操作的简要说明 . 30 5 铣 30 方槽夹具设计 . 31 位分析及基准的选择 . 31 削力及夹紧力的计算 . 31 位误差分析 . 32 具设计及操作的简要说明 . 33 6 结 论 . 34 参考文献 . 35 谢 . 36 毕业设计（论文）知识产权声明 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文）独创性声明 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪论 述 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 。 2 方套的加工工艺规程及其钻孔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。 具的研究意义 随着我国改革开放的不断深入，市场经济体系的不断完善，我国工业逐渐向成熟化发展。在整个机械工业中，设计在其中占有的地位日益显现出来。工业设计主要包括三个方面的内容。第一是产品设计 ,第二是与产品有关的视觉传达设计，如产品的包装、商业广告等平面设计。第三是由产品设计扩展的环境设计。如产品的展示与陈列，商品橱窗设计以及室内设计等。 产品设计作为工业设计的 核心，它涉及的面广，从人们的衣食住行，到社会的各行各业，产品设计无时不有，无时不 在。产品设计的对象既包括一般的日用生活制品，也包括工业生产的机床，加工工具；既包括家用小电器产品，也包括专业的仪器，仪表；既包括私有的自行车，摩托车，也包括大型的汽车，飞机等交通工具；“从口红到宇宙飞船”都是属于产品的设计的范畴 。 1本论文主要针对加工工具设计，在一定范围内又称“加工辅助设计”，即机床夹具体的设计。 机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。在设 计过程中应深人实际，进行调查研究， 2 吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。而深入生产实际调查研究中，应当掌握下面的一些资料： (1) 工件图纸；详细阅读工件的图纸，了解工件被加工表面是技术要求，该件在机器中的位置和作用，以及装置中的特殊要求。 (2) 工艺文件：了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面状况，基准面选择的情况，可用机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。 (3) 生产纲领：夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应， 做到经济合理。 (4) 制造与使用夹具的情况，有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气站；制造和使用夹具的工人的技术状况等。 3 夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。 6 具的相关研究现况 夹具最早出现在 18 世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 床夹具的现状 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85 左 右。 现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔 34 年就要更新 5080 左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020 左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（ 等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： （ 1） 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成 本 。 （ 2） 能装夹一组具有相似性特征的工件 。 （ 3） 能适用于精密加工的高精度机床夹具 。 （ 4） 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具 。 （ 5） 采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率 。 （ 6） 提高机床夹具的标准化程度。 3 代机床夹具的发展方向 现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。 （ 1） 标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准 ： 214891 以及各类通用夹具 、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 （ 2） 精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达 于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为 5m。 （ 3） 高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳 装夹工件，效率可提高 5 倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为 9000r/条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。 （ 4） 夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是通过调组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等，具有柔性化特征的新型夹具种类主要有： 组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数控夹具等，在较长时间内，夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。 课题的主要研究内容 本文在分析生产零件、确定毛坯、选择基面的基础上设计了两套制造工艺，并对这两套方案进行分析，最终得出了最佳方案，并针对方案完成夹具的设计。 本次毕业设计的主要研究内容包括以下几个方面： （ 1） 对所给零件进行工艺分析，并建立该零件三维模型，设计该零件毛坯 。 （ 2） 所给零件的工艺分析，计算、编写加工工艺 。 （ 3） 设计 1工序的机床夹具，有定位 分析（自由度）、夹具的定位误差计算等内容 。 （ 4） 绘制各夹具的装配图及部分零件图；要求各夹具设计合理，符合工程 4 实际 。 （ 5） 撰写毕业论文 。 5 2 零件分析 件的生产类型及生产纲领 生产纲领是企业在计划期内应当生产的 产品 产量 和进度计划 。在 本次毕业 设计题目中， 已知 该零件的生产类型 为大批 生产。 由于方套 廓尺寸小，属于轻型零件 。因此，该零件的年生产纲领大于 5000(件 /年 )。 件作用分析 本次毕业设计 题目的零件是 方套零件 ，是 用于其他零件的配合，要求有一定精度要求及适当刚 度与强度，材料为 45 钢。方槽位联接结面用于呈受传递力之用。 件的工艺分析 工艺分析的目的，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。 方套零件主要有以 孔和以 深孔为中心的两组加工表面 (即孔 与平面 )。 （ 1） 以 30 方孔为中心的加工表面 这组加工表面有 孔面上顶面，凸台面 其周围的 5 （直径为 14 的）孔面。 （ 2） 以深孔 8 为中心的加工表面 有以上的分析可知，可以先加工 平 面，然后借助 平面加工其他 表面 。这样对于后续的加工，其精度要求更加容易得到保证 。 图 零件图 6 定毛坯的成形方法 方套是一种常 用的零件，用来呈受传递力，材料为 45 钢，要求具有一定的强度。由于零件轮廓尺寸不大，形状也不复杂，在使用过程中主要承受的是传递力。并且该零件为大批生产，采用铸造生产比较合适，故可采用铸造成形。 7此外应尽可能选择各种已标准化、系列化的通用刀具、通用量检具及辅助工具加工及检验工件。工件毛坯如图 示。 图 零件说明图 定锻件工艺方案 确定锻造工艺方案主要包括锻造方法确定，造型选择及分型面选择。 造方法的选择 零件的材料为 45 钢，要求有一定的强度要求，轮廓尺寸 不大，且形状亦不太复杂，又属大批大料生产，做毛坯参照参考文献 5第三篇第 2 节可采用摩擦压力机。 型的选择 因锻件制造批量为大批生产参照参 考文献 5第三篇第 2 节，故选用摩擦压力机进行锻造。 定 锻造 工艺参数 工余量的确定 按 机械摩擦压力机 ，查 参考文 献 9表 得 锻件尺寸公差 等级为 810，加工余量等级为 H， 按 8 公差等级制造，则单侧加工余量为 1侧加工余量为 2可推出毛坯总尺寸 。 7 缩率的确定 通常 ， 45 钢 的收缩率为 2%，在本 设计中 锻 件取 2%的收缩率 。 锻孔的确定 为简化 锻件 件外形，减少型芯数量，直径小于 25孔均不 锻 出，而采用机械加工形成。 造圆角的确定 为防止产生 锻 造应力集中， 锻 件各表面相交处和尖角处，以 R =24 8 3 机械加工工艺规程设计 面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择正确、合理，可以保证加工质量，提高生产率。否则会使加工过程出现许多问题， 甚至造成零件大批量 产生废品，使生产无法进行。 基准的选 择 对于一般的 轴 类零件而言，以外表面作为粗基准是合理的。 1对于本零件按照粗基准的选择原则，为保证不加工面和加工面的位置要求，应选择不加工面为粗基准，故此处应选择 B 面为粗基准铣 A 面，在以铣好的 A 面作为基准铣 B 面，这样符合互为基准的原则。 基准的选择 主要考虑的是基准的 重合 问题。当设计与工序的基准不重合时，因该进行尺寸换算。 主要以加工好的 A 面作为基准。 订工艺路线 制定工艺路线应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。生产纲领以确定为大批大 量生产的条件下，可采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。同时还应考虑经济，以降低生产成本。 工艺路线方案一： 工序 1：模锻； 工序 2：热处理（正火）； 工序 3：铣 A 面； 工序 4：铣 B 面； 工序 5：铣凸台 弧面； 工序 6：铣 C 面； 工序 7：铣 D 面； 工序 8：铣 E 面及与圆弧 交的台阶面； 工序 9：铣 30 的方槽； 工序 10：倒角； 工序 11：钻 90 度锁紧螺钉孔； 9 工序 12：用麻花钻钻 5 钻通； 工序 13：用锪孔钻锪 5 14 的孔； 工序 14：用深孔钻钻 8 的孔； 工序 15：绞 8 的孔； 工序 16：去毛刺； 工序 17：检验； 工序 18：入库； 工艺路线方案二： 工序 1：模锻； 工序 2：热处理（正火）； 工序 3：铣 A 面； 工序 4：铣 B 面； 工序 5：铣凸台 弧面； 工序 6：铣 C 面以及铣 D 面； 工序 7：铣 E 面及与圆弧 交的台阶面； 工序 8：铣 30 的方槽； 工序 9：倒角； 工序 10：钻 90 度锁紧螺钉孔； 工序 11：用麻花钻钻 5 钻通； 工序 12：用锪孔钻锪 5 14 的孔； 工序 13：用深孔钻钻 8、绞 8 的孔； 工序 14：去毛刺； 工序 15：检验； 工序 16：入库； 艺方案的分析 上述两种方案均无原则性错误，但方案一工序太分散不利于提高加工精度及生产率，方案二比方案一工序集中减少了装夹次数有利于提高加工精度及生产率，考虑到便与装夹和提高加工精度及生产率应结合两种方案，所以确定方案为： 工艺路线方案三： 工序 1：模锻； 工序 2：热处理（正火）； 工序 3：铣 A 面； 工序 4：铣 B 面； 工序 5：铣凸台 弧面； 10 工序 6：铣 C 面； 工序 7：铣 D 面； 工序 8：铣 E 面及与圆弧 交的台阶面； 工序 9：铣 30 的方槽； 工序 10：倒角； 工序 11：钻 90 度锁紧螺钉孔； 工序 12：用麻花钻钻 5 钻通； 工序 13：用锪孔钻锪 5 14 的孔； 工序 14：用深孔钻钻 8、绞 8 的孔； 工序 15：去毛刺； 工序 16：检验； 工序 17：入库； 加工如图 图 方套零件图 定机械加工余量及工序尺寸 根据以上原始资料及机械加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸如下： A 面 根据 平 面的精度要求， 得可用粗车达到要求精度，平面 参照 参考文献 9，确定工序尺寸 ， 余量 为单侧余量 2具体工序尺寸见表 11 表 序尺寸表 工 序 名 称 工序间 余量 /序间 工序间尺寸 /序 间 尺寸 公差 /经济 精度 /表面粗糙度 /铣 2 0 0 坯 4 B 面 根据 平 面的精度要求， 得可用粗车达到要求精度，平面 参照 参考文献 9，确定工序尺寸 ， 余量 为 3体工序尺寸见表 表 序尺寸表 工 序 名 称 工序间 余量 /工序间 工序间 尺寸 /工序 间 尺寸 公差 /经济 精度 /表面粗糙度 /铣 3 0 4 凸台 弧面 根根据 平 面的精度要求， 得可用粗车达到要求精度，平面 参照 参考文献 9，确定工序尺寸 ， 余量 为 2体工序尺寸见表 表 序尺寸表 工 序 名 称 工序间 余量 /工序间 工序间 尺寸 /工序 间 尺寸公差 /经济 精度 /表面粗糙度 /铣 2 3 坯 7 铣 C 面（即 左右两侧面 ） 根据 侧平面 面的精度要求， 得可用粗铣达到要求精度，平面 参照 参考文献 12 9，确定工序尺寸 ， 余量 为 2具体工序尺寸见表 表 序尺寸表 工 序 名 称 工序间 余量 /工序间 工序间 尺寸 /工序 间 尺寸公差 /经济 精度 /表面粗糙度 /铣 2 0 坯 4 D 面（即下端面） 根据 平 面的精度要求， 得可用粗铣达到要求精度，平面 参照 参考文献 9，确定工序尺寸 ， 余量 为 2具体工序尺寸见表 表 序尺寸表 工 序 名 称 工序间 余 量 /工序间 工序间 尺寸 /工序 间 尺寸公差 /经济 精度 /表面粗糙度 /铣 2 5 坯 7 铣 E 面（即上侧面） 根据 平 面的精度要求， 得可用粗铣达到要求精度，平面 参照 参考文献 9，确定工序尺寸 ， 余量 为单侧余量 4具体工 序尺寸见表 表 序尺寸表 工 序 名 称 工序间 余量 /工序间 工序间 尺寸 /工序 间 尺寸公差 /经济 精度 /表面粗糙度 /铣 4 毛 坯 13 与圆弧 交的台阶面 根据 平 面的精度要求， 得可用粗铣达到要求精度，平面 参照 参考文献 9，确定工序尺寸 ， 余量 为 2具体工序尺寸见表 表 工序尺寸表 工 序 名 称 工序 间 余量 /工序间 工序间 尺寸 /工 序 间 尺寸公差 /经济 精度 /表面粗糙度 /铣 2 0 毛坯 2 30 的方槽 根据 平 面的精度要求， 得可用粗铣达到要求精度，平面 参照 参考文献 9，确定工序尺寸 ， 余量 为 2具体工序尺寸见表 表 工序尺寸表 工 序 名 称 工序间 余量 工序间 工序间 尺寸 /工序 间 尺寸公差 经济 精度 /表面粗糙度 /铣 2 0 毛坯 6 角 根据 平 面的精度要求， 查参考文献 8表 4可用粗铣达到要求精度，余量为 4 90 度锁紧螺钉孔 毛坯为 0 ， 8孔的精度为 参考文献 1软件版 标准公差
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