机械制造技术课程设计-丝杆零件的工艺及车M16螺纹孔夹具设计（全套图纸）.pdf

1 设计说明书设计说明书 题目： 丝杆零件的工艺规程及车 M16 螺纹孔 夹具设计 2 摘 要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切 削机床、公差配合与测量等多方面的知识。 丝杆加工工艺规程及夹具设计是包括零件加工的工艺设计、 工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零 件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零 件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的 工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用 量； 然后进行专用夹具的设计， 选择设计出夹具的各个组成部件， 如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以 及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构 的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。 关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 3 ABSTRCT This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal- cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the 4 improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目录目录 序 言 . 1 一 零件的分析 . 2 1.1 零件的作用 . 2 1.2 零件的工艺分析. 2 二. 工艺规程设计 . 3 2.1 确定毛坯的制造形式 . 3 2.2 基面的选择 . 3 2.3 制定工艺路线. 5 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 7 2.5 确定切削用量及基本工时 . 7 三 夹具设计 . 13 3.1 问题的提出 . 13 3.2 定位基准的选择. 13 3.3 切削力和夹紧力的计算 . 13 3.4 定位误差分析. 13 3.5 夹具设计及操作的简要说明 . 15 总 结 . 17 致 谢 . 19 参 考 文 献 . 20 1 序序 言言 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。 丝杆的加工工艺规程及其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。 2 一一 零件的分析零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 丝杆的作用主要起链接作用。 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 丝杆有 2 个加工面他们相互之间没有任何位置度要求。 1：以右端端面 外圆为基准的加工面，这组加工面主要是车左端 端面外圆,退刀槽，车 S13 球面。 2：以外圆为基准的加工面，这组加工面主要是铣六方小平面，滚 花，车 M16 外螺纹。 3 二二 工艺规程设计工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 45， 考虑到零件在工作过程中经常受到冲击性载 荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产，而 且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型锻造，采用机械翻砂造型，锻 造精度为 2 级，能保证锻件的尺寸要求，这从提高生产率和保证 加工精度上考虑也是应该的。 2.2 基面的选择基面的选择 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 4 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。先选取端面作为定位基准。 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。 以已经加工好的外圆和一端面为定位精基准，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。 5 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。 制定以下两种工艺方案： 方案一 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容 1 锻造 锻造 2 退火 处理 退火处理 3 车 车右端端面 外圆 4 车 车左端端面外圆,退刀槽 5 车 车 S13 球面 6 铣 铣六方小平面 7 滚 滚花 8 车 车 M16 外螺纹 9 钳 去毛刺 10 检验 检验 11 入库 入库 方案二 工 工 名 工 序 内 容 6 序 号 序 称 1 锻造 锻造 2 退火 处理 退火处理 3 铣 铣六方小平面 4 车 车右端端面 外圆 5 车 车左端端面外圆,退刀槽 6 车 车 S13 球面 7 滚 滚花 8 车 车 M16 外螺纹 9 钳 去毛刺 10 检验 检验 11 入库 入库 工艺方案一和方案二的区别在于方案一先车端面和外圆，然 后车 S13 球面，铣六方小平面，工序安排紧凑合理，可以更好 的保证加工精度要求和位置度要求。而方案二加工端面，然后加 工外圆和端面，不能保证加工精度要求，综合考虑我们选择方案 一。 具体的加工路线如下 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容 1 锻造 锻造 2 退火 处理 退火处理 3 车 车右端端面 外圆 4 车 车左端端面外圆,退刀槽 7 5 车 车 S13 球面 6 铣 铣六方小平面 7 滚 滚花 8 车 车 M16 外螺纹 9 钳 去毛刺 10 检验 检验 11 入库 入库 2.4 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 丝杆零件材料为 45 生产类型为大批量生产，采用锻造毛坯。 1、不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由锻造可直 接获得。 2、丝杆的端面 由于丝杆端面要与其他接触面接触，查相关资料知余量留 2mm 比 较合适。 3、丝杆的孔 毛坯为空心，锻造出孔。孔的精度要求介于 IT7IT8 之间，参照 参数文献，确定工艺尺寸余量为 2mm。 2.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 工序：车右端端面 外圆 8 1) 切削深度 单边余量为 Z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.8mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k faT C v vv = 其中： v C =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。修正系数 v k 见 切削手册表 1.28,即 Mv k=1.44 , sv k=0.8 , kv k=1.04 , krv k=0.81 , Bv k=0.97。 所以 v c v 35 . 0 15 . 0 2 . 0 8 . 02 . 260 342 =1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 确定机床主轴转速 ns= W d 1000 c v = x34.5 891000 x 753r/min 与 753r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 750r/min 。 现 选 取 w n =750r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn =min/94 1000 75050 m x = 5) 切削工时， tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=25mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + i= 0.8750 29 x2=0.966(min) 9 工序：车左端端面外圆,退刀槽 1) 切削深度 单边余量为 Z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.2mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k faT C v vv = 其中： v C =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。 Mv k=1.44 , sv k=0.8 , kv k=1.04 , krv k=0.81 , Bv k=0.97。 所以 v c v 35 . 0 15. 0 2 . 0 1 . 03 . 060 342 =1.440.81.040.810.97=92m/min 4) 确定机床主轴转速 ns= W d 1000 c v = 1000 92 50 545r/min 与 545r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 575r/min 。 现 选 取 w n =600r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 50 575 92.6/ min 1000 m = 5)切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=25mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; 10 tm= fn l w 21 ll + i= 0.1600 29 =0.4833(min) 工序：铣六方小平面 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 YG8, mmap5 . 1=，mmd25 0 =，min/125mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 mmap5 . 1= 2）决定每次进给量及切削速度 根据 X51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/17.796 50 12510001000 r d v ns= = 按机床标准选取 w n 750min/r 50 750 117.15/ min 10001000 w dn vm = 当 w n 750r/min 时 rmmznff wzm /60075042 . 0= 按机床标准选取rmmfm/600= 3）计算工时 切削工时：mml15=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 11 min18 . 0 2 . 0750 3915 21 = + = + = xfn lll t w m 工序：车 M16 外螺纹 1) 切削深度 单边余量为 Z=0.5mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.2mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k faT C v vv = 其中： v C =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。 Mv k=1.44 , sv k=0.8 , kv k=1.04 , krv k=0.81 , Bv k=0.97。 所以 v c v 35 . 0 15. 0 2 . 0 1 . 03 . 060 342 =1.440.81.040.810.97=96m/min 4) 确定机床主轴转速 ns= W d 1000 c v = 50 961000 585r/min 与 585r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 600r/min 。 现 选 取 w n =600r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn =min/94 1000 60050 m= 5)切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=25mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; 12 tm= fn l w 21 ll + i= 0.1600 29 =0.4833(min) 13 三三 夹具设计夹具设计 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。 由指导老师的分配第 8 道工序的车 M16 外螺纹的车床夹具。 3.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用于精车粗糙度为 1.6 的锥度面 车 M24 螺纹孔， 精度要求高，采用粗精铣加工，和其他面没有任何为主度要求， 为此，只考虑如何提高生产效率上，保证精度要求。 3.2 定位基准的选择定位基准的选择 以端面和外圆定位，采用 V 型块定位，这样空间的六个自由 度就限制完全了，同时采用铰链压板压紧工件即可满足要求。 3.3 切削力和夹紧力的计算切削力和夹紧力的计算 确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作同点。在确定 夹紧力的三要素时要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及 其他外力作用于工件的情况，而且必须考虑定位装置的结构形式 和布置方式。夹紧力的三要素对夹紧结构的设计起着决定性的作 用。只有夹紧力的作用点分布合理，大小适当，方向正确才能获 得良好的效益。 1. 夹紧力方向的确定 14 （1）夹紧力方向应垂直于主要定位基准面 （2）夹紧力的方向最好与切削力、工件重力方向一致 2. 夹紧力作用点的选择 （1） 应能够保持工件定位稳定可靠， 在夹紧过程中不会引起 工件产生位移或偏转。 （2）应尽量避免或减少工件的夹紧变形 （3）夹紧力作用点应尽量靠近加工部位 3. 夹紧力大小的估算 （1）首先假设系统为刚性系统，切削过程处于稳定状态。 （2）常规情况下，只考虑切削力（矩）在力系中的影响；切 削力（矩）用切削原理公式计算。 （3） 对重型工件应考虑工件重力的影响。 在工件做高速运动 场合，必须计入惯性力。 （4） 分析对夹紧最不利的瞬时状态， 按静力平衡方程计算此 状态下所需的夹紧力即为计算夹紧力 （5）将计算夹紧力再乘以 K，即得实际夹紧力。K 为总安全 系数，K=K0K1K2K3 各种因素的安全系数可查表 2- 3，一般 K=1.52.5；当夹紧力 与切削力相反时，K=2.53 。 查表 1-2-3 圆周力： ppc kfaF 75 . 0 902= 径向力： ppp kfaF 75 . 0 9 . 0 530= 轴向力： ppc kfaF 4 . 0 451= 其中： xspropprmp kkkkkp = 查机床夹具手册表 1-2-4 n mp B k) 150 1 ( + =， 15 表 1-2-58 . 0, 0 . 1, 4 . 0=nFnFnF fpc 表 1-2-60 . 1,0, 0 . 1,01, 0 . 145 0 = spsrpkrpr KKrKk 由上得：Fc=725N，Fp=459N，Ff=695N 夹紧力的计算：由机床夹具设计手册 （表 1- 2- 25）得： 用扳手的六角螺母的夹紧力：M=12mm, P=1.75mm， L=140mm,作用力：F=70N，夹紧力：W0=5380N 由于夹紧力大于切削力，即本夹具可安全使用。 3.4 定位误差分析定位误差分析 (1)分析计算孔的深度尺寸 7 的定位误差： 用外圆表面定位，工件定位面是外圆表面，定位元件的定 位工作面是 V 形块对称面，定位基准是外圆中心线，当工件外 圆直径发生变化时其中心线在 V 形块对称面上上下移动。定位 误差计算如下： jb=1/2T(d)=1/2x0.022=0.011 db=0.707(Td)=0.707x0.022=0.016 dw=db- jb=0.005 （1） 分析计算孔中心线与侧板中心线的重合度误差： jb=0 db=0 dw=0 16 3.5 夹具设计及操作的简要说明夹具设计及操作的简要说明 如前面所述,在夹具设计时,为提高劳动生产率,应首先着眼于机 动夹紧， 本道工序的车孔选用铰链压板压紧， 当我们装上工件后， 采用 V型块把工件的空间的6个自由度限制完毕后我们旋转构型 压板，试着和工件接触，然后旋转螺母压紧工件，即可以开始加 工工件。 17 总总 结结 这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大 学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体 考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械 加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结 合起来。同时也培养了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。所以在设计中既了解了基本概 念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实 践相结合，来完成本次设计。 这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解 决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所 有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次 毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和 深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工 方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设 计与工艺等方面的知识； 以及自己独立思考能力和创新能力得到 更进一步的锻炼与提高；再次体会到理论与实践相结合时，理论 与实践也存在差异。 回顾起此次设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到完成 定稿，从理论到实践，在整整一学期的日子里，可以说学到了很 多很多的的东西，同时巩固了以前所学过的知识，而且学到了很 多在