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机械制造技术基础课程设计说明书工具卡座的工艺规划及夹具设计制作人：张蕾学号：200761081指导老师：李嫚、吴宏基单位：大连理工大学2011/3/8目录1零件分析21.1零件图（见图表- 1）及使用功能21.2结构、工艺特点21.3主要加工表面和技术要求（尺寸、形状、位置、表面粗糙度）32毛坯制造52.1制造方法、精度52.2各加工表面的加工总余量53工艺规程设计63.1工艺精基准、粗基准的选择63.2工艺方案的分析比较73.3工艺规程的确定83.4三道工序的切削用量选择和计算113.5三道工序的工时定额计算144夹具设计164.1定位方案的确定164.2总体结构方案，夹具的主要技术要求174.3夹具精度的验算194.4夹具体的设计和主要技术要求205成本结算215.1单件铸造费用215.2机加费用215.3工装费用215.4单件总费用216参考文献221 零件分析1.1 零件图（见图表- 1）及使用功能图表- 1工具卡座零件图该零件材料为HT200，年生产量为2000件（中批生产两）可采用专用夹具、通用机床生产。1.2 结构、工艺特点工具卡座形状不规则，零件包括有粗糙度和形状位置要求的若干平面、凹槽、通孔、螺纹孔、圆弧面等特征，其中槽两侧面粗糙度要求较高。鉴于零件的结构特点和精度要求，毛坯可铸造，宜采用铣床、钻床、镗床、磨床等机床来加工平。年生产量为2000件（中批生产）可采用专用夹具、通用机床加工。1.3 主要加工表面和技术要求（尺寸、形状、位置、表面粗糙度）各加工表面代号标注见图表-2，各加工表面技术要求见图表- 3。图表-2各加工表面及基准面代号图表- 3加工表面技术要求加工表面表面示意图尺寸、形状、位置要求及表面粗糙度加工表面表面示意图尺寸、形状、位置要求及表面粗糙度基准面B长度90-20，表面粗糙度Ra1.6面P6与B面距离为110+0.2，Ra0.8基准孔C（K1）20H7，与P2面距离为200.1面P7与P6面距离为10F9，与B面平行度为0.0.5，Ra0.8面P1与B面距离47，Ra1.6面P8与P2面距离为6.5，Ra12.5面P2与基准孔C距离为200.1，Ra3.2内圆面K350，轴线与基准C距离为300.1，Ra6.3面P3与P2面距离40，Ra3.2内圆面K4R41面P4与B面距离为80.1，Ra3.2，与基准C垂直度为0.10螺纹孔K5M12，与竖直方向有8倾斜，轴线与基准B距离为34.50.2面P5与P4面距离为16+0.2+0.3，Ra3.22 毛坯制造22.1 制造方法、精度毛坯为HT200,金属型浇注，粗糙度Ra12.56.3，表面粗糙度小，尺寸公差等级8级，加工余量等级为8级，已满足一些表面的粗糙度要求，因此减少了加工成本，适合批量生产。图表- 4为毛坯铸造示意图，图中所见平面为分型面。图表- 4毛坯铸造示意图 2.2 各加工表面的加工总余量加工余量等级为8级，顶面加工余量为3.5mm，底、侧面加工余量为5mm.其余一些没有技术要求或粗糙度要求在Ra12.5以下的面没有留出加工余量。加工余量示意图见图表- 5，左图为毛坯外形图，右图为零件图，中间图中浅色部分为零件轮廓，而外部深色部分为加工余量。图表- 5 毛坯外形、加工余量示意图及与零件图对比3 工艺规程设计33.1 工艺精基准、粗基准的选择工具卡座零件图中较多尺寸及形位公差是以基准面B及20H7孔为设计基准的，必须先加工出B面及20H7孔，为后续工序作为基准。根据粗、精基准选择原则，确定各加工表面的基准如图表-6。图表- 6 加工表面的加工顺序及基准选择序号加工部位基准选择序号加工部位基准选择1基准面B(粗、半精加工)P1,P2面(粗基准)8内圆面K4,P4，P5(粗，半精加工)B,C,P22面P1(粗、半精加工) B,P2面9基准面B(精加工)C,P1,P33面P2B,P310面P1(精加工)B,C,P34面P3 B,P211面P4(精加工)B,C,P3510F9槽(P6,P7,P8面)(粗、半精加工)B,P212面P5(精加工)B,C,P36孔K1(基准C)B,P2,P91310F9槽(P6,P7,P8面)(精加工)B,C,P97内圆槽K3B,C,P214螺纹孔K5B,C,P33.2 工艺方案的分析比较加工方案有以下两种，分别见图表-7，图表-8。图表- 7 加工方案一工序号内容设备工序号内容设备10粗、半精铣基准面B立式升降台铣床90精铣面P1立式升降台铣床20粗、半精铣面P1立式升降台铣床100精铣面P4,P5卧式升降台铣床30粗、半精铣面P2、粗铣面P3立式升降台铣床110热加工40粗、半精铣10F9槽卧式升降台铣床120磨削10F9槽两侧面卧轴矩台平面磨床50钻、扩、铰孔20H7立式钻床130钻10.2孔，攻M12螺纹立式钻床60粗铣圆槽K3万能升降台铣床140倒角、去毛刺70粗、半精镗内圆面K4卧式镗床150清洗80精铣基准面B立式升降台铣床160检验图表- 8 加工方案二工序号内容设备工序号内容设备10铣后平面B立式升降台铣床90半精铣圆弧槽侧面P4,P5卧式铣床20精铣后平面立式铣床100铣侧面槽，加工P6，P7，P8面卧式升降台铣床30B铣面P1立式铣床110热加工40精铣前表面P1立式铣床120磨槽的两侧面P6,P7卧轴矩台平面磨床50铣侧面P2立式铣床130攻M12螺纹孔立式钻床60镗50圆弧面K4卧式镗床140倒角、去毛刺70钻扩铰孔K1摇臂钻床150清洗80铣R41圆弧槽卧式铣床160检验3.2.1 方案一由上图可知，各表面加工方式可有多种选择，方案一中结合工序集中和粗精分开的原则，基准面B及面P1的粗、半精加工分别在同一工序完成，精加工留在后面完成。其优点是：减少了工件装夹次数，并充分利用不同精度等级的机床，减少辅助时间。3.2.2 方案二方案二更倾向于集中工序原则，适合小批量生产，没有很好的粗精分开，不利于企业资源充分利用。综上所述选用方案一来进行工艺规划。3.3 工艺规程的确定工艺规程图见图表-9。图表- 93.4 三道工序的切削用量选择和计算3.4.1 工序1粗铣基准面B的切削用量选择与计算此工序使用的是立式升降台铣床X5025，P=4Kw，刀具为镶齿套式面铣刀，直径d=80mm，齿数Z=10，耐用度取180min,加工面宽度为ae=78mm。此工序需给半精加工留出1mm余量、给精加工各留出0.5mm加工余量，B面总加工余量为5mm，故背吃刀量ap=3.5mm。根据功率和刀具可通过查表5-119（机械制造技术课程设计指导）得到粗铣时每齿进给量fz=0.150.30mm/齿，故选择fz=0.2mm/齿。根据镶齿套式面铣刀切削速度计算公式v=89.4d0.2t0.15ap0.5fz0.4ae0.1z0.1代入数据得：v=89.4800.21800.153.50.50.20.4780.1100.1=51.52m/s根据公式n=1000vd得：n=204.99 r/min查表得X5025的转速范围，和速度级别，得到相近的转速n=203 r/min再根据公式v=nd1000得到：v=51.2 m/s每分进给量fn=nfzZ=406mm/min再根据镶齿套式面铣刀功率计算公式P=1.4910-5d0.17ap0.83fz0.65aezn得到：P=1.4910-5800.173.50.830.20.657810203=4.94Kw切削功率小于机床功率，故满足要求。3.4.2 工序2粗铣面P1的切削用量选择与计算此工序使用的是立式升降台铣床X5025，P=4Kw，刀具为整体套式面铣刀，直径d=50mm，齿数Z=6，耐用度取180min,加工面宽度为ae=40mm。此工序需给半精加工留出1mm余量、给精加工各留出0.5mm加工余量，B面总加工余量为3.5mm，故背吃刀量ap=2mm。根据功率和刀具可通过查表5-119（机械制造技术课程设计指导）得到粗铣时每齿进给量fz=0.150.30mm/齿，故选择fz=0.3mm/齿。根据镶齿套式面铣刀切削速度计算公式v=75.5d0.2t0.15ap0.5fz0.2ae0.1z0.1代入数据得：v=75.5500.21800.1520.50.30.2400.160.1=39.40m/s根据公式n=1000vd得：n=250.82r/min查表得X5025的转速范围，和速度级别，得到相近的转速n=203 r/min再根据公式v=nd1000得到：v=31.89 m/s每分进给量 fn=nfzZ=365.4 mm/min再根据镶齿套式面铣刀功率计算公式P=1.4910-5d0.17ap0.83fz0.65aezn得到：P=1.4910-5500.1720.830.30.65406203=1.15Kw切削功率小于机床功率，故满足要求。3.4.3 工序12磨削10F9槽侧面P6的切削用量选择与计算此工序使用的是卧轴矩台平面磨床，P=4.225Kw，刀具为白刚玉砂轮P50X8X10，直径d=50mm,加工面宽度为ae=6.5mm。此工序须达到的形位公差为0.06，尺寸公差为0.04，背吃刀量ap=0.05mm，10次走刀，加工余量为0.05mm。（用端面）平面磨削时，根据公式：ft=0.86vb0.5k1k2根据加工精度与余量查得：k1=1.05根据工件材料（铸铁）、磨头直径查得：k2=1.2选定工件运动速度v=12m/min。代入数据，可得：ft=0.86126.50.51.051.2=0.0354mm/s根据粗磨时，磨削功率计算公式：P=2.1(vbft)0.7k1k2验算功率P=2.1(126.50.0.0354)0.71.05=4.489kw大于机床功率，故减小ft，使ft=0.025，分成十次走刀。这时P=4.225Kw，在机床功率范围内。3.5 三道工序的工时定额计算工时定额计算包括基本时间、辅助时间、准备终结时间、自然时间、工作地点清扫时间、单件时间、单件核算时间几种，各计算方法如下：基本时间tj=工件长度+切入、超出长度每分钟进给量辅助时间tf=1520%tj准备终结时间tz=5%tj（中批）自然时间+工作地点清扫时间tx=5%(tj+tf)单件时间td=tj+tf+tx单件核算时间th=td+tz/NN:每批零件数（本次生产中N=10）3.5.1 工序1粗铣、半精铣基准面B的工时定额计算3.5.1.1工步一粗铣工件长度+切入、超出长度=106.5+5+2.5=114mm，每分钟进给量=406mm/min。由此可算出：基本时间tj=114406=0.281min3.5.1.2 工步二半精铣工件长度+切入、超出长度=106.5+5+2.5=114mm，每分钟进给量=162.4mm/min。由此可算出：基本时间tj=114162.4x2=1.404min3.5.1.3 综合两个工步，可得该工序的其他时间定额：辅助时间tf=0.2528min准备终结时间tz=0.0969min（中批）自然时间+工作地点清扫时间tx=0.0843min单件时间td=2.0221min单件核算时间th=2.0317min3.5.2 工序2粗铣面P1的工时定额计算3.5.2.1 工步一粗铣工件长度+切入、超出长度=93+10+2=105mm，每分钟进给量=365.4mm/min。由此可算出：基本时间tj=105365.4=0.287min 3.5.2.2 工步二半精铣工件长度+切入、超出长度=93+10+2=105mm，每分钟进给量=837.6mm/min。由此可算出：基本时间tj=105837.6x2=0.25min 3.5.2.3 综合两个工步，可得该工序其他的时间定额：辅助时间tf=0.0806min准备终结时间tz=0.031min（中批）自然时间+工作地点清扫时间tx=0.0269min单件时间td=0.6445min单件核算时间th=0.6476min3.5.3 工序12磨削10F9槽侧面P6、P7的工时定额计算工件长度+切入、超出长度=95+5+5=105mm，每分钟进给量=365.4mm/min。由此可算出：基本时间tj=105365.4=0.287min3.5.3.1 工步一磨削10F9槽侧面P6工件长度+切入、超出长度=93+10+2=103mm，每分钟进给量=8000mm/min。由此可算出：基本时间tj=103800010=0.1313min。3.5.3.2 工步二磨削10F9槽侧面P7基本时间tj=103800010=0.1313min。3.5.3.3 综合两个工步，可得该工序的其他时间定额：辅助时间tf=0.0393min准备终结时间tz=0.0151min（中批）自然时间+工作地点清扫时间tx=0.0131min单件时间td=0.3150min单件核算时间th=0.3165min4 夹具设计本次课程设计选择工序V来进行夹具设计，工序加工内容见图表-10。图表 10工序V钻扩铰孔20H744.1 定位方案的确定根据孔的技术要求，定位基准选择底面B（限制三个自由度，定位稳定）、侧面P2（限制两个自由度，满足孔中心到P2距离200.1的要求）、前侧面P9（限制一个自由度，满足孔中心到P9距离47mm的要求）。再通过钻、扩、粗铰、精铰来达到孔20H7的尺寸要求。4.2 总体结构方案，夹具的主要技术要求钻床夹具设计主要考虑以下几方面内容：工件的定位、工件的夹紧、钻头的导向、夹具体设计及夹具与机床的连接等。总装配图见图-表11。图表 11夹具总装配图12344.14.24.2.1 工件的定位考虑放置稳定，底面B选用双支承板定位，限制3自由度；为满足孔中心到P2距离200.1的要求，侧面P2用支承板定位，限制2自由度；满足孔中心到P9距离47mm的要求，前侧面P9选C型支承钉定位，限制一个自由度。4.2.2 工件的夹紧。通过移动压板夹紧机构夹紧工件，夹紧力足够并方便取放。4.2.3 钻头的导向该工序分为四个工步，及钻、扩、粗铰、精铰，故钻套选用快换钻套，以减少辅助时间。通过钻套导向，查手册得到：钻套长度l2.5d=2.520=50排屑空间高度h=0.30.7d这里选择钻套18F7X30m6X45，其导向长度l=57mm，h=13mm，满足要求。根据钻套和排屑空间可设计出钻模板的外形和技术要求。4.2.4 夹具体设计夹具体设计时需考虑钻模的连接、夹紧机构的连接、定位支撑的放置和切屑是否方便清除。具体设计见 4.4夹具体的设计和主要技术要求。4.2.5 夹具与机床的连接钻床的找正安装可通过钻套实现，故不需额外设计对顶特征。连接方式是通过T型槽中伸出的螺纹压板压紧夹具体凸缘即可。4.3 夹具精度的验算图表- 12 钻孔误差计算高精度钻模系数取值：l=0.02 ; F=0.8 ; K=0.35 ; m=0.4 ; P=0.2钻套内表面与钻头配合为18F6/g5 d=18.0305 d1=17.9885钻套外表面与衬套内表面配合为30F7/m6，d3=30.0305 d2=30.0145钻套长度l=57；排屑空间高度h=13；工件厚度b=47.5钻套与钻头的最大间隙max=18.0305-17.9885=0.042偏心距e=l2+h+bmaxl=572+13+47.50.04257=0.0656mm代入公式得：L0.80.02+0.3530.0305-30.01452+0.3518.0305-17.98852+0.40.0656+0.218.0305-17.988513+47.557=0.016+0.0028+0.00735+0.02624+0.0089=0.06145mmL0.06145L小于公差要求的2/3，故满足加工精度要求，设计合格。4.4 夹具体的设计和主要技术要求本夹具体设计了与钻模板连接的平面、夹紧机构的连接的平面、定位支撑的放置面，并未排屑方便设计了下方中空的结构，方便扫除积屑。夹具体外形见图表-13。图表- 13夹具体的设计为保证加工精度，夹具体的形位尺寸中如对工件此工序的尺寸要求有影响的，取零件公差的1/31/5，不影响的零件尺寸公差取0.1mm，同时表面粗糙度也根据要求取不同的值。主要技术要求见图表-14。图表- 14 夹具体表面技术要求加工表面加工面作用主要技术要求A与机床连接平面度0.03Ra1.6B定位基准24H7,与H面距离950.1与底面A垂直度0.02C压板连接面Ra3.2（螺纹接触面要求）D支承板定位面平面度0.03与底面A平行度0.03Ra1.6E定位基准与底面A垂直度0.02F钻模板连接面平面度0.03