机械制造技术课程设计-手柄零件加工工艺及钻φ4孔夹具设计（全套图纸）.pdf

1 课程设计 KCSJ- 01 “手柄”零件机械加工工艺及钻4 孔夹具 设计 2 目 录 一、一、前言 . 3 二、零件的分析 . 4 2.1 零件的作用 . 4 2.2 零件的工艺分析 . 5 三、工艺规划设计 . 5 3.1 毛坯的制造形式 . 5 3.2 基面的选择 . 6 3.3 工艺路线的拟定 . 6 3.4 毛坯尺寸及其加工余量的确定 . 7 3.5 其他尺寸及其加工余量的确定 . 9 3.6 确定各工序切削用量及基本工时 . 9 四、钻 4mm 孔夹具设计 . 19 4.1 研究原始质料 . 19 4.2 定位基准的选择 . 19 4.3 切削力及夹紧力的计算 . 20 4.4 误差分析与计算 . 21 4.5 零、部件的设计与选用 . 22 4.5.1 定位销选用 . 22 4.5.2 钻套、衬套、钻模板设计与选用 . 23 4.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用 . 24 五、确定夹具体结构尺寸和总体结构 . 26 六、自我小结 . 27 七、参考文献 . 28 3 一、一、前言 1.简介 机械制造技术基础课程设计是我们学完了大学全部基础课， 技术基础课以及 大部分专业课之后进行的， 这是我们在进行毕业设计之前对所有各课程的一次深 入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大 学生活中占有重要的地位。 本次课程设计内容包括零件的分析，工艺路线的制定，工艺规划设计，某道 工序的夹具设计以及该道工序的工序卡，机械加工综合卡片，夹具装配图以及夹 具底座零件图的绘制等等。 就我个人而言， 希望能通过这次课程设计对未来即将从事的工作进行一次适 应性的训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，并学会将所学到的理论 知识应用到具体的实际生产问题中来，为以后走向社会打下坚实的基础。 由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师批评指正。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 2.设计目的 机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础课程进行了生产 实习之后的一个重要的实践教学环节。 学生通过设计能获得综合运用过去所学过 的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走 4 上工作岗位进行一次综合训练和准备。 它要求学生综合运用本课程及有关先修课 程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计。其目的如下： 培养学生解决机械加工工艺问题的能力。通过课程设计，熟练运用机械技 术基础课程中的基本理论及在生产实习中学到的实践知识， 正确地解决一个零件 在加工中定位、加紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工 质量，初步具备设计一个中等复杂程度零件的能力。 培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。 进一步培养学生识图、制图、运用和编写技术文件等基本技能。 二、零件的分析 2.1 零件的作用 该零件为典型的杆类零件， 而且为连杆类。 因此， 其主要的要素包括两侧面， 大、小头孔。另外，还有其它辅助要素：小头的槽盒大头的径向孔以及杆身的部 分的锻造机构。手柄一头通过 38mm 孔连接，另一头通过 22mm 孔其它部件连 5 接，即该手柄的作用是实现运动的传递作用。 2.2 零件的工艺分析 该手柄的加工表面分三种，主要是孔的加工，两侧面的加工，槽的加工，各 组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求， 特别是孔的 加工，几乎都要保证 Ra3.2um 的表面粗糙度，因而需精加工，现将主要加工面分 述如下： 2.2.1 孔的加工 该零件共有 3 个孔要加工：38mm 孔是零件的主要加工面，多组面，大头 孔与两侧面的垂直度为 0.08，孔口倒角为 1X45，尺寸精度为 38H8，因而 是后续工序的主要精基准面，需精加工且尽早加工出来；22mm 小头孔与 38mm 大头孔有中心距为 1280.2，小头孔孔口倒角为 1X45，尺寸精度为 22H9，也要精加工；4mm 注油孔是通孔，通过两孔中心连线及对两侧对称 面，没有位置尺寸度要求，只需要转床粗加工。 2.2.2 面的加工 该零件共有 2 个侧面要加工：两个侧面是配合 38mm 孔后续工序的主要精 基准面，需要精加工。 2.2.3 槽的加工 该零件仅有 1 个槽需加工：22mm 小头孔键槽两侧面粗糙度为 Ra6.3um，尺 寸精度为 10H9，需精加工。 三、工艺规划设计 3.1 毛坯的制造形式 零件材料为 45，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较小，形状较复 杂，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为成批，大 批生产，而砂型锻造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用普通模锻。 由于零件上两孔都较大，且都有严格的表面精度要求，故都要留出足够的加 6 工余量。 3.2 基面的选择 基面选择是工艺规划设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以 使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百 出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 3.2.1 粗基准的选择 粗基准选择应为后续加工提供精基准，由于两侧面较平整且加工精度较高， 故以 2 个主要侧面为基准。 3.2.2 精基准的选择 精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便， 该零件上重要表面是大头孔 38H8，由于其与底面有垂直度关系，所以底面自然成为精基准面，考虑到第二 基准面选择的方便性，将其精度由原来的 37H11 提高到 38H8，该定位基准 组合在后续孔的加工中，以及孔上径向孔的加工中都将作为精基准面。 3.3 工艺路线的拟定 拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法， 安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工 件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还 应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济 性，以便使生产成本尽量下降。 3.3.1 工艺路线方案 10.模锻毛坯; 20.粗铣端面 B; 30.粗铣端面 A; 40.精铣端面 B; 50.精铣端面 A; 60.粗镗小头孔; 70.粗镗大头孔; 7 80.粗铣小头槽; 90.精铣小头槽; 100.钻大头径向孔 4; 110.精镗小头孔 22; 120.精镗大头孔 38; 130.倒角; 140.检验入库。 3.3.2 工艺方案的确定 10.模锻毛坯; 20.粗铣端面 B，以端面 A 为定位基准; 30.粗铣端面 A，以端面 B 为定位基准; 40.精铣端面 B，以端面 A 为定位基准; 50.精铣端面 A，以端面 B 为定位基准; 60.粗镗小头孔，利用端面 A，大头孔和小头孔定位，保证 128mm; 70.粗镗大头孔，定位与工序相同; 80.粗铣小头槽，利用端面 A，大头孔和小头孔槽定位，保证 85mm; 90.精铣小头槽，定位与工序相同; 100.钻大头径向孔 4，利用两端面，大头孔和小头孔中心连线定位; 110.精镗小头孔 22，定位与工序相同; 120.精镗大头孔 38，定位与工序相同; 130.倒角，手工倒角，去毛刺; 140.检验入库。 3.4 毛坯尺寸及其加工余量的确定 手柄零件材料为 45,毛坯重量约为 1.56kg，生产类型为中批或大批生产，采 用普通模锻生产。 查表确定加工余量： 普通模锻， 材料为 45 钢， 分模线平直对称， 材质系数 M1,复杂系数=1.56/1.8 0.87,为 S1 级，厚度为 26mm，普通级，查的上下偏差分别为+1.4 和-0.6，确 8 定毛坯尺寸为 29mm。 3.4.1 两侧面毛坯尺寸及加工余量计算 根据工序要求，两侧面经过四道工序，先粗铣端面 B，再粗铣端面 A，精铣 端面 B，最后精铣端面 A，各步余量如下： 粗铣：由机械加工工艺手册第一卷表 3.2-23，其余量值规定，零件厚 度大于 6mm 到 30mm，宽度小于 100mm，其加工余量为 1.0mm。 精铣：由机械加工工艺手册第一卷表 3.2-25，其余量值规定，零件厚 度大于 6mm 到 30mm，宽度小于 100mm，其加工余量为 0.5mm。 故锻造造毛坯的基本尺寸为 26110.50.529mm 。又根据前面铸 件尺寸公差标准值，取尺寸公差的上偏差为 1.4mm，下偏差为-0.4mm。故： 毛坯的名义尺寸：261.01.00.50.529mm； 毛坯的最小尺寸：290.428.6mm； 毛坯的最大尺寸：291.430.4mm； 粗铣端面 B 后的最大尺寸：261.00.50.51.429.4mm； 粗铣端面 B 后的最小尺寸：261.00.50.50.427.6mm； 粗铣端面 A 后的最大尺寸：:260.50.51.428.4mm； 粗铣端面 A 后的最小尺寸：: 260.50.50.426.6mm。 精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等 级， 现按 机械加工工艺手册 表 5.29， 粗铣精铣所能达到的经济精度取 IT8, 按入体原则取值。故精铣后尺寸为 26mm。 3.4.2 小头孔毛坯尺寸及加工余量计算 根据工序要求，22H9mm 孔由粗镗到精镗得到，查机械加工工艺手册 得粗镗的公差上偏差 0.21mm，下偏差为 0，故： 毛坯的名义尺寸：220.83.218mm； 毛坯的最大尺寸：181.419.4mm； 毛坯的最小尺寸：180.417.6mm； 粗镗小头孔后的最大尺寸：183.20.40.2121.81 mm； 粗镗小头孔后的最小尺寸：183.21.419.8 mm。 精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等 9 级， 现按 机械加工工艺手册 表 5.29， 粗铣精铣所能达到的经济精度取 IT8, 按入体原则取值。故精铣后尺寸为 22H9mm。 3.4.3 大头孔毛坯尺寸及加工余量计算 根据工序要求，38H8mm 孔由粗镗到精镗得到，查机械加工工艺手册 得粗镗的公差上偏差 0.25mm，下偏差为 0 故： 毛坯的名义尺寸：381334 mm； 毛坯的最大尺寸：341.435.4mm； 毛坯的最小尺寸：340.433.6mm； 粗镗大头孔后的最大尺寸：3430.40.25=37.65mm； 粗镗大头孔后的最小尺寸：3431.40.25=35.85mm。 精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等 级， 现按 机械加工工艺手册 表 5.29， 粗铣精铣所能达到的经济精度取 IT8, 按入体原则取值。故精铣后尺寸为 38H8mm。 3.5 其他尺寸及其加工余量的确定 其他工序尺寸包括 1 个孔，1 个槽，现仅分析主要的 1 个槽的加工余量及尺 寸偏差。 精铣槽，Ra6.3um； 根据机械加工工艺手册 ，按粗铣到精铣的加工为： 粗铣：9H11mm； 精铣：精铣。 3.6 确定各工序切削用量及基本工时 工序工序 20：粗铣端面 B （1）粗铣端面 B 取背吃到量3 p amm=，选用 X52 型立式铣床 ，每齿进给量0.12/ z fmm z= 工件材料 45 ，锻造 ，高速钢镶齿铣刀、125 w dmm= 齿数 14z =，查表 5.8 确定铣削速度 79.8/ min c vm= 10 c s 1000V1000 79.8 n203.2r / min d 125 = 采用 X52 立式铣床 ，查表 3.6，取转速 160 / min w nr=， 故实际铣削速度 125 160 62.8/ min 10001000 w c dn vm = 当160 / min w nr=工作台每分钟进给 m f 为 0.12 14 160268.8/ min mzw ffz nmm= = 由工艺手册得 60lmm= () () () () 2222 1e 0.5 dda1 30.5125125601 39 mlm=+=+= 2=1 3mm=2mml: 1 12 j m 6092 268.8 t0.26min15.84s f lll+ = 1 t15.84 0.162.53s f = () 11 x tt15.842.530.061.10s x +=+= 1j d t15.842.53 1.1019.5s=+= 工序工序 30：粗铣端面 A （1）粗铣端面 B 取背吃到量3 p amm=，选用 X52 型立式铣床 ，每齿进给量0.12/ z fmm z= 工件材料 45 ，锻造 ，高速钢镶齿铣刀、125 w dmm= 齿数 14z =，查表 5.8 确定铣削速度 79.8/ min c vm= c s 1000V1000 79.8 n203.2r / min d 125 = 采用 X52 立式铣床 ，查表 3.6，取转速 160 / min w nr=， 故实际铣削速度 125 160 62.8/ min 10001000 w c dn vm = 当160 / min w nr=工作台每分钟进给 m f 为 0.12 14 160268.8/ min mzw ffz nmm= = 11 由工艺手册得 60lmm= () () () () 2222 1e 0.5 dda1 30.5125125601 39 mlm=+=+= 2=1 3mm=2mml: 1 12 j m 6092 268.8 t0.26min15.84s f lll+ = 1 t15.84 0.162.53s f = () 11 x tt15.842.530.061.10s x +=+= 1j d t15.842.53 1.1019.5s=+= 3.6.3 工序 40：精铣端面 B 0.5 p amm= 每齿进给量 0.05/ z fmm z=查表 26.5/ min c vm= 10001000 26.5 67.5 / min 125 s v nr d = X52 n65 / min w r= 故实际铣削速度 125 65 25.5/ min 10001000 w c dn vmm = 当n65 / min w r= ，工作台每分钟进给量 0.05 14 6545.5/ min mzw ffz nmm= = 60lmm= 1 9lmm= 2 2lmm= 3 12 j m 6092 45.5 t1.56min93.6 ll s f l+ = 3 t93.6 0.1614.98s f = () 33 xz tt93.6 14.980.066.51s+=+= 3 j d t93.6 14.986.51115.1s=+= jjj 123 ddd 19.536.89 11t5t.1171t.5s+=+= 12 3.6.4 工序 50：精铣端面 A 0.5 p amm= 每齿进给量 0.05/ z fmm z=查表 26.5/ min c vm= 10001000 26.5 67.5 / min 125 s v nr d = X52 n65 / min w r= 故实际铣削速度 125 65 25.5/ min 10001000 w c dn vmm = 当n65 / min w r= ，工作台每分钟进给量 0.05 14 6545.5/ min mzw ffz nmm= = 60lmm= 1 9lmm= 2 2lmm= 3 12 j m 6092 45.5 t1.56min93.6 ll s f l+ = 3 t93.6 0.1614.98s f = () 33 xz tt93.6 14.980.066.51s+=+= 3 j d t93.6 14.986.51115.1s=+= jjj 123 ddd 19.536.89 11t5t.1171t.5s+=+= 3.6.5 工序 60：钻、扩、铰钻、扩、铰 227H孔孔 钻孔 18mm标准高速钢麻花钻，扩孔 19.8mm标准高速钢扩孔钻，铰孔 22mm标准高速铰刀。 （1）钻孔 切屑用量： 取背吃刀量18 p amm=，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给量 0.48/fmm r=，切屑速度：17/ min c vm=，0.88 mv k=，0.75 lv k =，则修正后的 切屑速度 17 0.88 0.7511.22/ min c vm=，即 13 10001000 11.22 198.4 / min 18 s w v nr d = g 查参考文献2表 3.17，取195 / min w nr=， 故实际切屑速度为 18 195 11.02 / min 10001000 ww c d n vr =。 切屑用时： 1 cot(1 2) 2 r D lkmm=+=10mm，9.8,45 r Dk= o ， 2 1lmm=，12lmm= 故 12 1 12 10 1 0.24min14.4 0.48 195 j w lll ts fn + = ， 11 0.160.24 0.162.3 fj tts=， 1111 () 0.06(14.42.3) 0.061 bxjf tttts+=+=+=， 11111 17.7 djjfbx ttttts=+= （2）扩孔 切屑用量： 取背吃刀量0.9 p amm=，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给量 0.62/fmm r=，切屑速度：25/ min c vm=，0.88 mv k=，0.75 lv k =，则修正后的 切屑速度 25 0.88 0.7522.44/ min c vm=，即 10001000 22.44 360.7 / min 19.8 s w v nr d = g ， 查参考文献2表 3.17，取272 / min w nr=， 故实际切屑速度为 19.8 272 16.9 / min 10001000 ww c d n vr =。 切屑用时： 1 cot(1 2) 2 r D lkmm=+=10mm，9.8,45 r Dk= o ， 2 1lmm=，12lmm= 故 12 2 12 10 1 0.13min7.8 0.62 272 j w lll ts fn + = ， 22 0.167.8 0.161.25 fj tts=， 2222 () 0.06(7.8 1.25) 0.060.54 bxjf tttts+=+=+=， 22222 9.6 djjfbx ttttts=+= （3）铰孔 切屑用量： 取背吃刀量0.1 p amm=，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给量 0.81/fmm r=，切屑速度：8.2/ min c vm=，0.88 mv k=，0.99 lv k =，则修正后的 14 切屑速度 8.2 0.88 0.997.14/ min c vm=，即 10001000 7.14 113.69 / min 20 s w v nr d = g ， 查参考文献2表 3.17，取97 / min w nr=， 故实际切屑速度为 20 97 6.09 / min 10001000 ww c d n vr =。 切屑用时： 1 cot(1 2) 2 r D lkmm=+=10mm，10Dmm=，45 r k = o ， 2 1lmm=，12lmm= 故 12 3 250.19 13 0.29min17.4 0.81 97 j w lll ts fn + = ， 33 0.1617.4 0.162.8 fj tts=， 3333 () 0.061.2 bxjf tttts+=+=， 33333 21.4 djjfbx ttttts=+=。 3.6.6 工序 70：钻、扩、铰钻、扩、铰 387H孔孔 （1）钻孔 切屑用量： 取背吃刀量18 p amm=，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给量 0.48/fmm r=，切屑速度：17/ min c vm=，0.88 mv k=，0.75 lv k =，则修正后的 切屑速度 17 0.88 0.7511.22/ min c vm=，即 10001000 11.22 198.4 / min 18 s w v nr d = g 查参考文献2表 3.17，取195 / min w nr=， 故实际切屑速度为 18 195 11.02 / min 10001000 ww c d n vr =。 切屑用时： 1 cot(1 2) 2 r D lkmm=+=10mm，9.8,45 r Dk= o ， 2 1lmm=，12lmm= 故 12 1 12 10 1 0.24min14.4 0.48 195 j w lll ts fn + = ， 11 0.160.24 0.162.3 fj tts=， 1111 () 0.06(14.42.3) 0.061 bxjf tttts+=+=+=， 11111 17.7 djjfbx ttttts=+= 15 （2）扩孔 切屑用量： 取背吃刀量0.9 p amm=，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给量 0.62/fmm r=，切屑速度：25/ min c vm=，0.88 mv k=，0.75 lv k =，则修正后的 切屑速度 25 0.88 0.7522.44/ min c vm=，即 10001000 22.44 360.7 / min 19.8 s w v nr d = g ， 查参考文献2表 3.17，取272 / min w nr=， 故实际切屑速度为 19.8 272 16.9 / min 10001000 ww c d n vr =。 切屑用时： 1 cot(1 2) 2 r D lkmm=+=10mm，9.8,45 r Dk= o ， 2 1lmm=，12lmm= 故 12 2 12 10 1 0.13min7.8 0.62 272 j w lll ts fn + = ， 22 0.167.8 0.161.25 fj tts=， 2222 () 0.06(7.8 1.25) 0.060.54 bxjf tttts+=+=+=， 22222 9.6 djjfbx ttttts=+= 5 p amm=， 11 =0.48=0.16/ 33 fvmm r= 钻 ，取0.21/fmm r=， 1 =8.5/ min 2 c vvm= 钻 ， 10001000 8.5 90.1 / min 30 s w v nr d = g ，取97 / min w nr=，故 实际切屑速度为 30 97 9.14 / min 10001000 ww c d n vr =。 切屑用时： 1 3=2mmlmml=， 1 4 32 0.32min19.2 0.16 97 j w ll ts fn + = ， 44 0.1619.2 0.163.1 fj tts=， 4444 () 0.061.3 bxjf tttts+=+=， 44444 23.6 djjfbx ttttts=+=。 单件工序总时间： 1234 72.3 djdjdjdjdj ttttts=+= 3.6.7 工序 80：粗铣小头槽，精铣小头槽 16 p 3mma = 每 齿 进 给 量 z f0.20mm/ z=高 速 钢 镶 齿 三 面 刃 铣 刀 ， w d80mm=，齿数 Z=10 查表 确定铣削速度 c V40m/ min= c s 1000V1000 40 n159.2r / min d 80 = 采用 x62 卧式铣床，取转速 w n150 / minr= 故实际铣削速度为 c 80 150 V37.96/ min 1000 m = 当 w n150r / min=，工作台每分钟进给量 mzw Z n0.2 10 150300/ minfmmf=工序时间: 21lmm= () () () () 2222 1e 0.5 dda1 30.5 8080211 33.4?l =+=+= 2 2mml = 1 12 j m 21 3.42 t0.088min5.28s 300f lll+ = 1 t5.28 0.160.84s f = () 11 bx tt5.280.840.060.37s+=+= j1 d t5.280.840.376.5s=+=半精铣 p 0.5mma =每齿进给 z 0.08mm/ zf = 80mm w d = 齿数 Z10= 确定铣削速度 c V26.5m/ min= c s 1000v1000 26.5 n105.4r / min d 80 = 采用 x62 卧铣 取转速 w n95=故实际铣削速度为 c 80 95 V23.87m/ min 1000 = 当 w n95r / min=工作台每分钟进给量 mzw Z n0.08 10 9576mm/ minff= 17 工序基本时间 12 21mm 3.4mm 2lll= 2 12 j m 21 3.42 t0.34min20.4s 76 l f ll+ = 22 tt0.1620.4 0.163.26s fj = 22 bx tt(20.43.26) 0.061.42s+=+= j2 d t20.43.26 1.4225.1s=+= jjj2 ddd ttt6.525.131.6s=+=+= 工序工序 8：钻大头径向孔4 钻孔： 4,11mm H（1）钻孔工步 切屑用量： 取背吃刀量2 p a =mm，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给量 0.17/fmm r=， 切屑速度：20/ min c vm=， 即 10001000 20 649.9 / min 3.14 2 s w v nr d = g 查参考文献2表 3.17，取545 / min w nr=， 故实际切屑速度为 9.8 545 16.77 / min 10001000 ww c d n vr =。 切屑用时： 1 cot(1 2) 2 r D lkmm=+=5.9mm，9.8,45 r Dk= o ， 2 1lmm=，25lmm= 故 12 1 255.9 1 0.34min20.4 0.17 545 j w lll ts fn + = ， 11 0.1620.4 0.163.3 fj tts=， 1111 () 0.061.4 bxjf tttts+=+=， 11111 25.1 djjfbx ttttts=+=。 （2）粗铰孔工步 切屑用量： 取背吃刀量0.08 p amm=，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给 18 量 0.3/fmm r=， 切屑速度：14/ min c vm=， 即 10001000 14 447.7 / min 9.96 s w v nr d = g 。 查参考文献2表 3.17，取392 / min w nr=， 故实际切屑速度为 9.96 392 12.26 / min 10001000 ww c d n vr =。 切屑用时： 1 0.1lmm=， 2 15,25lmm lmm= 12 2 250.1 15 0.34min20.5 0.3 392 j w lll ts fn + = ， 22 0.1620.5 0.163.3 fj tts=， 2222 () 0.061.4 bxjf tttts+=+=， 22222 25.2 djjfbx ttttts=+= 3.6.12 工序 130：倒角 机床：Z525 钻床 刀具：倒角钻头 量具：游标卡尺型 夹具：专用夹具 19 四、钻 4mm 孔夹具设计 4.1 研究原始质料 利用本夹具主要用来钻圆周面上4mm孔，加工时要满足粗糙度要求。为了 保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降 低劳动强度。 4.2 定位基准的选择 由零件图可知：在对槽进行加工前，底平面进行了粗、精铣加工，孔 227H 进行了钻、扩、铰加工， 38进行了粗、精镗加工。因此，定位、夹紧方案有： 方案：选底平面、 227H工艺孔和大头孔定位，即一面、心轴和棱形销 定位，夹紧方式选用螺母在心轴上夹紧。该心轴需要在上面钻孔，以便刀具能加 工工件上的小孔。 方案：选一面两销定位方式， 227H工艺孔用短圆柱销， 38用棱形销定 位，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。 分析比较上面二种方案： 方案中的心轴夹紧、 定位是不正确的， 227H孔 端是不加工的，且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。心轴上的开孔也不利 于排销。 通过比较分析只有方案满足要求， 孔 38其加工与孔 227H的轴线间有尺 寸公差，选择小头孔和大头孔来定位，从而保证其尺寸公差要求。 图中对孔的的加工没有位置公差要求， 所以我们选择底平面和两孔为定位基 准来设计钻模，从而满足孔的加工要求。工件定位用底面和两孔定位限制 5 个自 由度。 20 4.3 切削力及夹紧力的计算 钻该孔时选用：钻床 Z525，刀具用高速钢刀具。 由参考文献5查表721可得： 切削力公式： 1.20.7 667 fP FDfK= 式中 4Dmm= 0.22/fmm r= 查表821得： 0.75 () 736 b p K = 其中：0.6 b = 0.0048 p K = 即：955.08() f FN= 实际所需夹紧力：由参考文献5表12 12得： 12 K FK W = + 有： 12 0.7,0.16= 安全系数 K 可按下式计算有： 6543210 KKKKKKKK = 式中： 60 KK为各种因素的安全系数，见参考文献5表121 可得： 1.2 1.0 1.0 1.0 1.3 1.0 1.01.56K = 所以 955.08 1.561489.92() Kf WK FN= 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便， 决定选用手动螺旋夹紧机构。 取1.56K =， 1 0.7 =， 2 0.16 = 查参考文献51226可知移动形式压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下 公式计算： )( 21 0 + = tgtg QL W z 式中参数由参考文献5可查得： 6.22 = 2.76 z r = o 90 1 = 059 2 = o 2 29 = o 其中：33()Lmm= )(80 NQ = 螺旋夹紧力： 0 4748.2()WN= 21 由上述计算易得： 0K WW 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。 4.4 误差分析与计算 该夹具以底面、两孔为定位基准，要求保证被加工和孔粗糙度为 12.5。该 孔次性加工即可满足要求。 由参考文献5可得： 两定位销的定位误差 ： 11 1minD WDd =+ 1122 1min2min . 2 DdDd J W arctg L + = 其中： 1 0.052 D mm=， 2 0 D mm= 1 0.011 d mm=， 2 0.023 d mm= 1min 0mm=， 2min 0.034mm= 且：L=128mm ，得 0.063 D W mm = . 0.0032 J W mm= 夹紧误差 ：cos)( minmax yy jj = 其中接触变形位移值： 1 ()() 19.62 n HBZ yRaZaZ kN kRc HBl =+ 查5表 1215 有 1 0.004,0.0016,0.412,0.7 RazHB KKCn= =。 cos0.0028 j jy mm = = 磨损造成的加工误差： Mj 通常不超过mm005. 0 夹具相对刀具位置误差： AD 取mm01. 0 误差总和：0.085 jw mm + = 22 4.5 零、部件的设计与选用 4.5.1 定位销选用 本夹具选用一可换定位销和固定棱形销来定位，其参数如表 4.1 和 4.2： 23 表 4.1 可换定位销 d H D 1 D h 1 h b 1 d C 1 C 公称尺寸 允差 14 18 16 15 0.011 22 5 1 4 M12 4 1 表 4.2 固定棱形销 d H d L h 1 h b 1 b C 1 C 公称尺寸 允差 30 50 20 22 +0.034 0.023 65 5 3 8 1 6 1.5 4.5.2 钻套、衬套、钻模板设计与选用 工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下 图所示）以减少更换钻套的辅助时间。 图 4.1 可换钻套 24 铰工艺孔钻套结构参数如下表 4.3： 表 4.3 钻套 d H D 1 D 2 D h 1 h m C r 公称尺寸 允差 6 12 12 +0.018 +0.007 22 18 10 4 9 0.5 18 0.5 衬套选用固定衬套其结构如图所示： 图 4.2 固定衬套 4.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用 工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下 图所示）以减少更换钻套的辅助时间。 图 4.3 可换钻套 .尺寸表 4.4 25 d D D 1 H t 基本 尺寸 基本 尺寸 极限 偏差 极限 偏差 F7 基 本尺 寸 基 本尺 寸 极限 偏差 极限 偏差 D6 01 +0.016 +0.006 3 +0.010 +0.004 6 6 9 - - 0.008 11.8 4 +0.016 +0.008 7 1.8 2.6 5 8 2.63 6 9 8 12 16 33.3 +0.022 +0.010 3.34 7 +0.019 +0.010 10 45 8 11 56 10 13 10 16 20 68 +0.028 +0.013 12 +0.023 +0.012 15 810 15 18 12 20 25 10 12 +0.034 +0.016 18 22 12 15 22 +0.028 +0.015 26 16 28 36 15 18 26 30 0.012 18 22 +0.041 +0.020 30 34 20 36 45 22 26 35 +0.033 +0.017 39 26 30 42 46 25 45 56 30 35 +0.050 +0.025 48 52 35 42 55 +0.039 +0.020 59 30 56 67 42 48 62 66 48 50 70 74 0.040 钻模板选用翻转钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。 26 五、确定夹具体结构尺寸和总体结构 夹具体：夹具的定位、引导、夹紧装置装在夹具体上，使其成为一体，并能 正确的安装在机床上。 夹具体是将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体的最 大最复杂的基础件。 夹具体的形状和尺寸取决于夹具上各种装置的布置以及夹具 与机床的连接，而且在零件的加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由 此产生的冲击和振动，因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。切削加工过程中 产生的切屑有一部分还会落在夹具体上， 切屑积聚过多将影响工件的可靠的定位 和