“手柄套”零件机械加工工艺及φ8孔钻夹具设计（含solidworks三维图）

机械制造技术基础课程设计题目:“手柄套”零件机械加工工艺及8孔钻夹具设计 学 院:： 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 起讫时间： 目录摘要3第一章 专用夹具设计41.1明确工件的生产纲领41.2熟悉工件零件图和工序图41.3零件工艺路线分析51.4审查零件图样的工艺性51.5选择毛坯61.6定位基准的选择6第二章 方案设计72.1定位方案72.2选择夹紧机构82.3钻模板以及钻套的设计92.4钻削切削力142.4实际所需夹紧力计算15第三章 夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件183.1夹具装配图上标注的尺寸183.2夹具装配图上应标注的技术要求18第四章 设计体会20参 考 文 献21摘要机械制造装备设计是机械设计制造及其自动化专业的一门主要专业课，其任务是通过该课程的学习，掌握主要机械制造装备的工作原理及其正确使用和选用方法、原则，并具备一定的机械制造装备的总体设计、传动设计、结构设计等基本知识和主要工艺装备的设计能力。而课程设计是机械制造装备设计课程的一个重要的实践性教学环节，也是机械类专业学生较为全面的机械设计训练。其目的在于通过课程设计，使学生能综合运用夹具设计课程及其他相关专业课程的知识，学会用所学的理论知识指导设计实践，树立正确的设计思想。培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机床夹具的一般设计方法和步骤，提高其走上工作岗位所需的专业技能。使学生学习运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等。零件在工艺规程之后，就要按工艺规程顺序进行加工。在加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度、形状精度和尺寸精度。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而破坏定位，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量生产效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具在生产中应用十分广泛，夹具按使用范围分为通用夹具专用夹具、可调夹具、组合夹具和随行夹具，按使用机床分为车床夹具、铣床夹具钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、自动机床夹具、数控机床夹具自动线随行夹具以及其他机床夹具等，按夹紧的动力源分为手动夹具、气动夹具液压夹具、气-液增力夹具、电磁夹具及真空夹具等。第一章 专用夹具设计1.1明确工件的生产纲领生产纲领是夹具总体方案确定的依据之一，决定了夹具的复杂程度和自动化程度。如大批量生产时，一般选择机动、多工件，自动化程度高的方案，结构也随之复杂，成本也提高较多。根据工厂的生产条件和该工件的生产需求，该零件采用大批量生产。1.2熟悉工件零件图和工序图零件图给出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等精度的总体要求。工序图则给出了夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待 加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案，这是夹具设计的直接依据。已知待加工工件如下图1-1所示，16孔及12孔（粗糙度为1.6）、2个6孔（粗糙度为3.2）及粗糙度为3.2和粗糙度为6.3的两端面均已加工，设计一个辅助加工8孔的钻床夹具。图1-1（手柄套cad图）1.3零件工艺路线分析了解工艺规程中本工序的加工内容，机床、刀具、切削用量、工步安排及工时定额，同时加工零件的个数。这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的。根据零件图可知，本道工序的内容是钻一个圆柱面上直径为8mm的孔，所以应选用立式钻床加工。工艺路线分析：工序10锻造工序15正火工序20粗车端面和外圆至尺寸46mm。以50mm外圆面为基准工序30精车外圆至尺寸45mm。以外圆面46mm为基准工序40精车45mm右端面，倒245角。镗12mm孔。以45mm外圆面为基准工序50精车45mm左端面保证尺寸35mm，倒245角。镗16mm孔。以45mm外圆面为基准工序55 中检工序60钻、精铰5mm孔。以45mm左端面和16mm孔定位工序70钻8mm孔。以45mm左端面和12mm孔定位。工序80钻成90的6mm孔。保证13mm尺寸和相应位置度。以45右端面、12mm孔、5mm孔定位。工序90去毛刺，清洗工序100 终检1.4审查零件图样的工艺性 本次课程设计为KCSJ13，是一个手柄套零件。零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。该零件主要用来安装手柄，起到方便操作手柄的作用。由零件图可知，该零件加工表面包括两端面，外圆面和各个孔。mm12f孔的中心线是主要的设计基准和加工基准，与右端面中有一定位置要求。具体分析如下：（1）f45mm外圆面：公差等级为IT7，表面粗糙度为um2.3Ra。（2）端面：本零件端面为回转体端面，尺寸精度要求不高，右端面要求与f12H7mm孔的中心线垂直度为0.05，表面粗糙度为m2.3Ram和m3.6Ram。左右端面倒角C1。(3)f12H7mm孔：公差等级为IT7，表面粗糙度为m6.1Ram，孔口倒角C1。（4）2xf6H8mm孔：两孔的位置关系为相互垂直，孔中心线与右端面的距离为13mm，公差等级为IT8，表面粗糙度为m2.3Ram。两孔要求与f12H7mm孔的中心线的位置度为0.12（5）f8mm孔:未注公差尺寸，孔中心线与右端面的距离为22mm。（6）f5H7mm孔：公差等级为IT7，孔中心线与f12H7mm孔中心线的距离为mm1508.00+，深为12mm。（7）f16mm孔：未注公差尺寸，孔深为12mm，孔口倒角C1。1.5选择毛坯手柄套零件的材料为45钢。45钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工，综合性能优良。根据零件的尺寸，形状，批量和材料确定毛坯为锻件或型材。由于该零件形状简单，精度要求不高，且大批量生产，为一定程度上降低生产成本，故最后定为毛坯为型材。该零件的外形尺寸为35mmmm45f，查机械制造工艺设计简明手册表2.2-28，表2.2-34，选择型材尺寸为mm48f45钢棒料。1.6定位基准的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。从零件的分析得知，手柄套为一般的轴类零件，以外圆作为粗基准。精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。为使基准统一，选择f12孔作为精基准。（1）以mm45f外圆为基准，加工两端面；（2）以端面为基准加工外圆，钻mm12f孔；（3）以mm12f孔为基准，加工mm5f，mm6f，mm8f孔和深12的mm16f孔。5.2零件表面加工方法的选择本零件的加工表面有外圆，端面，孔，材料为45钢。参考机械制造工艺设计简明手册相关资料，其加工方法选择如下：（1）f45mm外圆面：公差等级为IT7，表面粗糙度为um2.3Ra，查表1.4-6，需进行粗车半精车-精车。 （2）端面：本零件端面为回转体端面，尺寸精度要求不高，右端面要求与f12H7mm孔的中心线垂直度为0.05，表面粗糙度为m2.3Ram和m3.6Ram。查表1.4-8，若选用车削，要求m2.3Ram的右端面经粗车，半精车，要求m3.6Ram的左端面，经粗车即可；若选用铣削，要求m2.3Ram的右端面经粗铣，半精铣，要求m3.6Ram的左端面经粗铣即可。为了便于加工，一道工序内打中心孔，本零件端面加工方法选用铣削。(3)f12H7mm孔：公差等级为IT7，表面粗糙度为m6.1Ram。查表1.4-7，需进行钻-粗铰-精铰。（4）2xf6H8mm孔：公差等级为IT8，表面粗糙度为m2.3Ram。查表1.4-7，需进行钻-铰。 （5）f8mm孔:未注公差尺寸，公差等级按IT14，查表1.4-7，只需进行钻即可。（6）f5mm孔：公差等级为IT7，查表1.4-7，需进行钻-精铰。（7）f16mm孔：未注公差尺寸，公差等级按IT14，查表1.4-7，因f12H7mm孔已加工，故只需进行扩即可。第二章 方案设计 2.1定位方案设计夹具时原则上应该选择该工艺基准为定位基准，但无论是工艺基准还是定位基准，均应符合六点定位原理。工序图只是给出了原理方案，此时应仔细分析本工序的工序内容及加工精度要求，按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定具体的定位方案和定位元件，要拟定几种具体方案进行比较，选择最佳方案。根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具的可换性和延长夹具的使用周期，方便机床夹具的维修和维护。根据本次要加工的零件的特性，我设计的定位方案为用心轴和圆柱销来组合定位，在工件的右端面用一个面来定位，心轴和菱形销组合定位限制了工件的5个自由度，右端面的一个面限制了1个自由度。工件的6个自由度都被限制，符合六点定位原理。2.2选择夹紧机构(1)夹紧力的方向：夹紧力的方向应有利于定位稳定且主要夹紧力应处于主要定位基面、应与工件刚度高的方向一致以利于减少工件的变形、应尽可能与切削力、重力方向一致有利于减小夹紧力，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。(2)夹紧力的作用点：夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支撑面内、夹紧力的作用点应位于工件刚度高的部位、夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面使夹紧稳固可靠。以确保工件定位准确、不变形。在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：安全性 夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止意外伤及夹具操作人员。手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。手动夹紧机构应操作灵活、方便。根据工件的加工要求和工件自身的材料情况，我采用快速螺旋夹紧机构利用手柄的松紧来产生或减少夹紧力。操作方便灵活，结构简单，成本低廉。图2-1（夹紧机构）2.3钻模板以及钻套的设计1、钻模板钻模板结构形式的选择：在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易。钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模板上的正确位置。常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式（1）固定式钻模板 固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相连接。采用这种钻模板钻孔，位置精确度较高。（2）铰链式钻模板 铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。翻转：装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形销定位。夹紧：采用铰链式钻模板，工件可以在夹具上方装入，装卸工件方便；但翻转钻模板费工费时，效率较低，且钻模板位置精度受铰链间隙影响，钻孔位置精度不高；它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。（3）悬挂式钻模板 悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的，悬挂式钻模板通常用在多轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批量生产中应用。2、钻套钻套是钻模上特有的元件，它的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜，保证被加工孔的位置精度和提高工艺系统的刚度。根据使用特点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式。（1） 固定钻套 固定钻套（如图2-1）直接被压在钻模板上，其位置精度要求较高，但磨损后不易更换，钻模板较薄时，为使钻套具有足够的引导长度，应采用有肩钻套。图2-1（固定钻套）（2）可换钻套 可换钻套（如图2-2）用于零件单一、大批量生产中，方便更换磨损的钻套。钻套和衬套之间采用F7/m6或F7/k6配合，衬套和钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止钻套加工时转动及退刀时脱出。图2-2（可换钻套）（3）快换钻套 在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个加工工步，需要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套（如图2-3）。更换钻套时，只需逆时针转动钻套使削边平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套自动脱出。（4） 特殊钻套 因工件的形状或被加工孔的位置需要而不能使用标准钻套时，需自行设计的钻套称为特殊钻套。图2-4加长钻套为常见的特殊钻套，在加工凹面上的孔时使用，为减少刀具与钻套的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大，钻套的高度H增大，则导向性能好，刀具刚度提高，加工精度高，但钻套与刀具的磨损加剧，一般取H=12.5d。图2-4（加长钻套）刀具的导向是保证孔的位置精度，增加钻头的支撑以提高其刚度，减少刀具的变形，确保孔加工的位置精度，使用钻床钻孔时，钻头的导向可采用钻套，钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套等四种。固定钻套是直接压入钻模板或夹具体得孔中，属过盈配合。这种钻套位置精度高，结构简单，但磨损后不易更换，故适用于中小批生产中只钻一次的孔。可换钻套是先把衬套用过盈配合H7/n6或H7/r6固定在钻模板或夹具体上再采用间隙配合H6/g5或H7/g6将可换钻套装入衬套中，并用螺钉压住钻套。这种钻套更方便，适用于中批以上生产，对于在一道工序内需要加工的孔，采用快换钻套。快换钻套与可换钻套结构上基本相似，只是在钻套头部多开一个圆弧状或直线状缺口。换钻套时，只需将钻套逆时针转动，当缺口转到螺钉位置时即可取出，换套方便迅速。根据大批量生产要求，故选择带衬套的可换钻套，如图2-5所示：图2-5（可换钻套）2.4钻削切削力需要钻孔零件的材料为45号钢，优质碳素结构钢，钢材的平均含碳量为0.1%。145号钢力学性能：抗拉强度 ；屈服强度 ；伸长率 25%；断面收缩率 5%；硬度：未热处理156HB。钻削切削力的计算公式如表2-6：工件材料加工方法刀具材料切削扭矩计算公式切削力计算公式结构钢和铸钢=736MPa 钻 高速钢 扩钻耐热钢（HB141） 钻灰铸铁（HB190）硬质合金 扩钻 高速钢可锻铸铁（HB120）钻硬质合金铜合金高速钢表2-6钻削时的进给量f：0.150.32mm/转，取f=0.2mm/转由表3-3可知，切削扭矩的计算公式 （3-1）为修正参数，它的计算公式因为10号钢的抗拉强度 ，取 （3-2）8把孔，带入式3-1得： （3-3）由表2-6可知，切削力的计算计算公式如下，其中f=0.2mm/转 （3-4）计算8孔的切削力，带入式3-3得： （3-5）2.4实际所需夹紧力计算 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。根据工件受切削力、夹紧力（大型工件还应考虑工件重力，运动的工件还应考虑惯性力等）的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： （3-6）式中 实际所需夹紧力（N）； 在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力（N）； 安全系数。安全系数K可按下试计算： （3-7）式中，为各种因素的安全系数，如表2-7。表2-7 安全系数的数值符号考虑的因素系数值考虑工件材料及加工余量均匀性的安全系数1.21.5 加工性质粗加工1.2精加工1.0刀具钝化程度（详见表3）1.01.9切削特点连续切削1.0断续切削1.2夹紧力的稳定性手动夹紧1.3机动夹紧1.0 手动夹紧的手柄位置操作方便1.0操作不方便1.2仅有力矩使工件回转时，工件与支撑面接触的情况接触点稳定1.0接触点不稳定1.5若安全系数K的计算结果小于2.3时，取K=2.5。钻孔时，根据表2-7、表2-8，带入式3-7，计算相应的安全系数得： （3-8）加工方法切削力分力情况K钻削铸铁钢1.151.15粗扩（毛坯）1.01.01.31.3精扩1.21.21.21.2粗车或粗镗1.01.0精车或精镗1.051.01.41.051.31.0圆周铣削（粗、精）1.21.41.61.8(含碳量小于0.3%)1.21.4(含碳量大于0.3%)端面铣削（粗、精）1.21.41.61.8(含碳量小于0.3%)1.21.4(含碳量大于0.3%)磨削1.151.2拉削F1.5表2-8（安全系数）第三章 夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件3.1夹具装配图上标注的尺寸1）夹具外形轮廓尺寸。（2）夹具与机床工作台或主轴的配合尺寸，以及固定夹具的尺寸等。（3）夹具中工件与定位元件间，导向元件与刀具、衬套间，夹具中所有相互间有配合关系元件应标注配合尺寸，种类和精度。（4）各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间装配后的位置尺寸及公差。一般来说，夹具误差对加工表面的定位误差影响最大。在设计夹具时，凡影响工件精度的尺寸应严格控制其制造误差，粗加工用夹具一般可取工件上相应尺寸或位置公差的1/2-1/3,精加工用夹具则可取为1/5-1/10。根据加工零件的情况，本次粗加工夹具取工件尺寸的1/3，精加工取工件尺寸的1/5。3.2夹具装配图上应标注的技术要求应标注的技术要求包括：相关元件表面间的位置精度，主要表面的形状精度保证装配精度和检测的特殊要求，以及调整、操作等必要的说明。通常有以下几方面： （1）定位面和安装基面的平行位置精度。 (2）定位表面与导向元件工作面间的相互位置精度。 (3）定位销中心线与夹具安装基面、定向基面间的相互位置精度。 (4）各导向元件的工作面间的相互位置精度。 (5）装配时，钳工和磨工配合以满足以上所要求的技术条件。由于夹具体固定在机床的安装基面上，夹具体基面应与安装基面平行。工钻模板上的钻模套安装轴线垂直于夹具体底面且与底面的水平方向