机械制造技术课程设计-KCSJ-13手柄套工艺及钻Φ5孔夹具设计（全套图纸）.doc

机械制造工艺课程设计 题 目 KCSJ-13 课程设计-“手柄套“零件机械加工工艺及5mm孔钻夹具设计 全套图纸加153893706目录序言2一、零件的分析2（一） 零件的作用2（二） 零件的工艺分析3二、工艺规程设计3（一） 确定毛坯的制造形式3（二） 基面的选择3(三) 制定工艺路线4（四） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定7（五）确定切削用量及基本时间95.1工序30粗车外圆的切削用量及基本时间95.1.1工序30切削用量的确定95.1.2检验机床功率105.1.3基本时间的确定105.2工序70加工12H7mm孔的切削用量及基本时间115.2.1钻孔115.2.2铰孔11三、加工5mm孔夹具设计12（一）研究原始质料12（二）定位、夹紧方案的选择13（三）切削力及夹紧力的计算13（四）误差分析与计算15（五）定位销选用16（六）钻套、衬套、钻模板设计与选用17（七）确定夹具体结构和总体结构19（八）夹具设计及操作的简要说明20四、课程设计心得体会21五、参考文献22第 22 页 共 23 页序言 机械制造工艺与机床夹具课程设计是机械制造工艺与机床夹具课程设计课程教学的一个不可或缺的辅助环节。它是我们全面运用课程及其有关选修课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。我希望能通过这次设计巩固我们前面所学的知识，并深化我对它的理解，为以后更好地走向工作打下基础。因知识和能力有限，设计过程难免会有许多不足之处，还请老师指正。一、零件的分析图1.1 手柄套零件图（一） 零件的作用题目给出的是机床用“手柄套”，如图1.1所示,它起着连接手柄和转轴的作用，主要是用来传递转矩，使转轴旋转，从而起到调控作用。其中12孔用来安装转轴，并通过两个6H8mm孔进行轴向固定。8孔则用于安装手柄，借此来传递转矩。5H7mm孔只用于加工时的定位作用，通过它来保证3个径向孔的位置精度。（二） 零件的工艺分析手柄套主要有两组加工表面，她们相互间有一定的位置精度。现分述如下：1. 以12H7mm孔为中心的加工表面。它包括，16mm孔，12H7mm孔，左右两端面，45mm外圆面以及定位用的5H7mm孔，它们在加工时互为基准，彼此相互联系来保证形状位置精度。另，工件的四个1x45直角也可以并入该组加工表面。2. 以8mm为主的加工表面它包括，8mm孔和两个6H8mm孔，即径向的三个圆面加孔。这两组表面以及表面组内之间，有一定的位置要求，主要是：(1) 12mm孔轴线与45mm右端面的垂直度公差为0.05mm；(2) 两个6mm孔与12mm孔轴线的位置度公差为0.12mm。由上可知，对于这两组表面，可以先加工一组（第一组）表面，然后借助专用夹具以及定位孔加工另一组表面（第一组），并且通过一次装或互为基准来保证其位置精度。二、工艺规程设计（一） 确定毛坯的制造形式零件材料为45钢。考虑其耐磨性其受到的局部冲击，选用锻件。又因为零件年产量为4000件，可采用普通模煅，以提高生产效率并保证加工质量。（二） 基面的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确、合理，可以保证加工质量，提高加工效率。否则，就会使加工工艺问题百出，严重影响零件加工质量和效率。1. 粗基准的选择因为此零件结构简单，选用45mm外圆面作为粗基准即可。但加工时注意，因为零件短小，不能以粗基准一次定位即完成初步加工，而需要两次使用粗基准，期间产生的二次定位误差可通过后序的半精、精加工来弥补。2. 精基准的选择因为该零件各加工面有一定的形位精度要求，所以精基准的选择主要考虑基准重合和互为基准的原则。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。(三) 制定工艺路线 零件的机械加工工艺过程是工艺规程设计的核心问题。制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度等技术要求能得到合理的保证。 在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以采用万能机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。初次以外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。1. 工艺路线方案一：工序 1：粗车右端面和部分45mm外圆面；工序 2：粗车左端面和45mm外圆面剩余部分，钻12mm孔；工序 3：半精车、磨销45mm外圆；工序 4：半精车左端面，车16mm孔；工序 5：扩、铰12mm孔并半精车45mm右端面，钻5mm孔；工序 6：钻8mm孔；工序 7：钻2x 6H8mm孔；工序 8：精铰12mm孔并磨销45mm右端面；工序 9：倒左端面1x45直角；工序10：倒右端面1x45直角；工序11：去毛刺；工序12：清洗；工序13：终检。2. 工艺路线方案二：工序 1：粗车45mm右断面和部分45mm外圆面；工序 2：粗、半精车45mm左端面，粗车剩余的45mm外圆面，钻12mm孔，车16mm孔； 工序 3：半精车、磨销45mm外圆面；工序 4：扩孔、钻、铰、精铰12mm孔，半精车45mm右端面；工序 5：磨销45mm右端面；工序 6：钻5mm孔；工序 7：钻8mm孔；工序 8：钻、精铰两个6mm孔；工序 9：倒左端面1x45角；工序10：右端面1x45角；工序11：去毛刺；工序12：清洗；工序13：终检。3. 工艺方案的比较和分析 上述两个方案最大的区别在于两个面组的加工顺序的不同。方案一是将第二面组插入到第一面组中加工。而方案二则是先完全加工完第一面组后再加工第二面组，虽然方案一能减少去毛刺的工作量，但违背了基准统一的原则，且在定位面和基准面未加工的情况下，第二面组位置精度难以满足，特别是150+0.08mm。而方案二中，工序2过于集中，粗精未分离，这将导致左端面偏斜，16mm孔偏小，工序5则恰好相反，未了保证12mm轴心和右端面的垂直度，应该将它和工序4放在一起，即一起加工。故决定采用方案二加工的顺序并分离和合并部分工序。具体工艺过程如下：工序 1：粗车45mm右端面和部分45mm外圆面；工序 2：粗车45mm左端面和剩余的外圆面部分；工序 3：钻12mm孔；工序 4：半精车，磨销45mm外圆面；工序 5：半精车45左端面，车16面；工序 6：扩、铰、精铰12mm孔，半精车、磨销45mm右端面；工序 7：钻5mm孔；工序 8：钻8mm孔；工序 9：钻两个6mm孔；工序10：倒左端面1x45角；工序11：倒右端面1x45角；工序12：去毛刺；工序13：清洗；工序14：终检。以上工艺过程理论上说是非常合理的，但一旦考虑到机床工具的选择，从经济角度出发，它还是不理想。首先，工序2和工序3精度要求不高，完全可以用转塔式车床将它们并作一道工序；其次，工序4和工序6中都需要进行车销加磨销，这就得使用加工中心才能实现，经济性差，查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导表24和26，发现使用精车代替磨销一样能达到精度要求。再者，倒角工序10和11完全可以在前面加工过程中一起加工，无需再次装夹。综合，最终确定工艺路线如下：工序 1：普通模锻；工序 2：正火；工序 3：粗车右端面和部分外圆面。以45mm外圆面为基准，选用CA6140车床；工序 4：粗车左端面和剩余的45mm外圆面部分，钻12mm孔。以45mm外圆面为基准，选用C365L式转塔式车床；工序 5：半精车，精车45mm外圆面。以12mm孔为基准，选用CA6140车床；工序 6： 半精车45mm左端面，车16mm孔，倒1x45直角。以45mm外圆面为基准，并选CA6140车床；工序 7：扩、铰、精铰12mm孔，半精车，精车45mm右端面，保证尺寸35mm，倒直角1x45。以45mm外圆面为基准，选用C365L转塔式车床；工序 8：钻，精铰5mm孔，使用专用夹具CJ01。以45mm左端面和12mm孔定位，选用Z525钻床；工序9：钻8mm孔，使用专用夹具CJ-02。以45右端面12mm孔、5mm孔定位，选用Z525钻床；工序10：钻成90的6mm孔，保证13尺寸和相应位置度，使用专用夹具CJ-03.以45mm右端面、12mm孔、5mm孔定位，选用Z525钻床；工序11：去毛刺；工序12：清洗；工序13：终检。以上工艺过程详见“机械加工工艺过程卡片”和“机械加工工序卡片”。（四） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“手柄套”零件材料为45钢，硬度为207-241HBW，毛坯重量约为0.46kg，生产类型为大批生产，采用普通模锻毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，结合实用机械制造工艺设计手册，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1.机械加工余量确定外圆表面沿轴线及径向方向的加工余量（45mm及35mm），查实用机械制造工艺设计手册（以下简称手册）表2-7及2-9，其中锻件重量为0.4kg，锻件复杂数为S1，锻件轮廓尺寸315mm，采用一般加工精度F1,故轴向余量1.5mm2.0mm，取2mm，径向余量1.5mm2.0mm，取1.9mm。2.工序尺寸和毛坯尺寸的确定（1）. 外圆表面（45mm）分步加工余量查手册表7-2/7-5，结合1所得结果，拟定加工余量，如下：粗 车： 46.8mm 2Z=2mm半精车： 45.3mm 2Z=1.5mm精 车： 45.0mm 2Z=0.3mm（2）. 左右端面分步加工余量由上述已确定了毛坯的长度为39mm。查手册表7-2/7-4，结合1所得结果，拟定加工余量如下：右端面左端面粗车：37.8mmZ=1.2mm粗 车： 36.4mmZ=1.4mm半精车： 35.8mmZ=0.6mm半精车：35.3mmZ=0.5mm精 车：35mmZ=0.3mm（左右端面交替加工，尺寸彼此联系）（3）. 内孔12mm毛坯为实心，不冲孔。孔精度为IT7，参照手册表7-11，可确定工序尺寸及余量为:钻孔: 11.0mm扩孔：11.85mm 2Z=0.85mm粗铰：11.95mm 2Z=0.1mm精铰：120+0.018mm 2Z=0.05mm（4）. 定位孔5mm孔具有较高的位置精度，参照手册表7-11，可确定工序尺寸及余量为：钻孔：4.8mm精铰：5.0mm 2Z=0.2mm（5）. 两个径向孔6mm 6mm孔具有较高的位置度，参照手册表711，可确定其工序尺寸及余量为：钻孔：5.8mm精铰：6.0mm 2Z=0.2mm 由于毛坯及以后各道工序的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。综合以上分析，可确定毛坯长度为39mm，直径为45.8 mm，如下图4.2所示：图4.2 零件毛坯图（五）确定切削用量及基本时间切削用量一般包括切削深度、进给量及切削速度三项。确定方法是先确定切削深度、进给量，再确定切削速度。选择两个典型的工序，工序3粗车外圆和工序7加工12H7mm孔，进行钻-粗铰-精铰进行计算。5.1工序30粗车外圆的切削用量及基本时间本工序为粗车外圆面。已知工件材料：45钢，热轧制型材；机床为CA6140卧式车床；刀具：硬质合金，YT5。下面的相关数据根据切削用量简明手册确定。CA6140机床中心高为200mm，查表1.1，选择刀杆，刀片厚度4.5mm，由表1.3，选择车刀几何形状为平面带倒棱型，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧半径。5.1.1工序30切削用量的确定（1）确定切削深度 此工序直径加工余量为1.3mm，单边余量仅为0.65mm，可在一次走刀内切完，故。（2）确定进给量f 根据表1.4，在粗车钢料，刀杆尺寸为，工件直径为4060mm，查表1.31，选择f=0.56mm/r.（3）选择车刀磨钝标准及耐用度 由表1.9，车刀后面最大磨损限度选择1.0mm，普通车刀寿命T=60min。（4）确定切削速度v 根据表1.10查得切削速度查表1.28得切削速度修正系数为修正后的切削速度为 按CA6140机床转速，选择n=11.8 ，则实际切削速度5.1.2检验机床功率由表1.24，查得Pc=2.4k W。切削功率的修正系数，故实际切削时功率为,而机床主轴允许功率为，故选用的切削用量可在CA6140机床上进行。最后确定切削用量为：。5.1.3基本时间的确定根据机械制造工艺设计简明手册表6.2-1，车外圆的基本时间为，式中取，查表6.22取，则基本时间5.2工序70加工12H7mm孔的切削用量及基本时间本工序为加工孔加工，要求：加工12H7mm孔，进行钻-粗铰-精铰。先钻孔再粗铰、精铰孔，尺寸保证到。机床：Z525立式钻床，刀具：高速钢的标准钻头和标准铰刀。查表2.12，直柄麻花钻直径，刀具寿命T=45min；标准铰刀,刀具寿命T=40min。5.2.1钻孔5.2.1.1确定进给量f 根据表2.7，查得f=0.250.31mm/r，由Z525钻床参数确定f=0.28mm/r。5.2.1.2确定切削速度v 根据表2.14，表2.13查得，由表2.31得切削速度修正系数，故按机床转速参数，选择n=392r/min，则实际切削速度5.2.1.3检验扭矩功率 根据表2.32，表2.33，钻孔时扭矩及功率 ，式中，则。而转速为n=392r/mim的Z525型立式钻床能传递的扭矩为。经计算 ，检验成立。5.2.2铰孔5.2.2.1确定进给量f 根据表2.11查得f=0.651.4mm/r，按Z525钻床选择三、加工5mm孔夹具设计（一）研究原始质料利用本夹具主要用来加工5mm孔，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。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。一、机床夹具定位元件工件定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同，这里只介绍几种常用的基本定位元件。实际生产中使用的定位元件都是这些基本定位元件的组合。（一）工件以平面定位常用定位元件1支承钉 常用支承钉的结构形式如图6-1所示。平头支承钉（图a）用于支承精基准面；球头支承钉（图b）用于支承粗基准面；网纹顶面支承钉（图c）能产生较大的摩擦力，但网槽中的切屑不易清除，常用在工件以粗基准定位且要求产生较大摩擦力的侧面定位场合。一个支承钉相当于一个支承点，限制一个自由度；在一个平面内，两个支承钉限制二个自由度；不在同一直线上的三个支承钉限制三个自由度。图6-1 常用支承钉的结构形式2支承板 常用的支承板结构形式如图6-2所示。平面型支承板（图a）结构简单，但沉头螺钉处清理切屑比较困难，适于作侧面和顶面定位；带斜槽型支承板（图b），在带有螺钉孔的斜槽中允许容纳少许切屑，适于作底面定位。当工件定位平面较大时，常用几块支承板组合成一个平面。一个支承板相当于两个支承点，限制两个自由度；两个（或多个）支承板组合，相当于一个平面，可以限制三个自由度。图6-2 常用支承板的结构形式3可调支承 常用可调支承结构形式如图6-3所示。可调支承多用于支承工件的粗基准面，支承高度可以根据需要进行调整，调整到位后用螺母锁紧。一个可调支承限制一个自由度。图6-3 常用可调支承的结构形式 (二) 工件以孔定位常用定位元件1定位销 图6-6是几种常用固定式定位销的结构形式。当工件的孔径尺寸较小时，可选用图 a 所示的结构；当孔径尺寸较大时，选用图 b 所示的结构；当工件同时以圆孔和端面组合定位时，则应选用图c所示的带有支承端面的结构。用定位销定位时，短圆柱销限制二个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；短圆锥销（图d）限制三个自由度。图6-6 固定式定位销的结构形式（二）定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对加工前，平面进行了粗、精铣加工，底面进行了钻、扩加工。因此，定位、夹紧方案有：夹紧方式用操作简单，通用性较强的铰链移动压板来夹紧。为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面一销的定位方式，这种定位在结构上简单易操作。一面即底平面。（三）切削力及夹紧力的计算刀具：钻头5。则轴向力：见工艺师手册表28.4F=Cdfk3.1 式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35 k=(F=420转矩T=Cdfk式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8T=0.206功率 P=在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 K=KKKK式中 K基本安全系数，1.5; K加工性质系数，1.1;K刀具钝化系数, 1.1;K断续切削系数, 1.1则 F=KF=1.5钻削时 T=17.34 N切向方向所受力: F=取F=4416F F所以,时工件不会转动,故本夹具可安全工作。根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，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：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5表可得： 所以有： 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则；参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F夹与切削力之间的关系F夹KF轴向力：F夹KF （N）扭距：Nm在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数由资料机床夹具设计手册查表可得：切削力公式： 式（2.17）式中 查表得： 即：实际所需夹紧力：由参考文献16机床夹具设计手册表得： 安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献16机床夹具设计手册表 可得： 所以 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，决定选用螺旋夹紧机构。（四）误差分析与计算该夹具以一销定位，为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献5可得：销的定位误差 ： 其中：， 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。（五）定位销选用本夹具选用一可换定位销来定位，其参数如下表：表3.1 定位销dHD公称尺寸允差2016200.01122514M124（六）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6.1 可换钻套表dDD1Ht基本极限偏差F7基本极限偏差D601+0.016+0.0063+0.010+0.004669-0.00811.84+0.016+0.00871.82.6582.63698121633.3+0.022+0.0103.347+0.019+0.010104581156101310162068+0.028+0.01312+0.023+0.0121581015181220251012+0.034+0.0161822121522+0.028+0.01526162836151826300.0121822+0.041+0.02030342036HT200222635+0.033+0.017392630424625HT200563035+0.050+0.0254852354255+0.039+0.0205930566742486266485070740.040钻模板选用钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。（七）确定夹具体结构和总体结构对夹具体的设计的基本要求（1）应该保持精度和稳定性在夹具体表面重要的面，如安装接触位置，安装表面的刀块夹紧安装特定的，足够的精度，之间的位置精度稳定夹具体，夹具体应该采用铸造，时效处理，退火等处理方式。（2）应具有足够的强度和刚度保证在加工过程中不因夹紧力，切削力等外力变形和振动是不允许的，夹具应有足够的厚度，刚度可以适当加固。（3）结构的方法和使用应该不错夹较大的工件的外观，更复杂的结构，之间的相互位置精度与每个表面的要求高，所以应特别注意结构的过程中，应处理的工件，夹具，维修方便。再满足功能性要求（刚度和强度）前提下，应能减小体积减轻重量，结构应该简单。（4）应便于铁屑去除在加工过程中，该铁屑将继续在夹在积累，如果不及时清除，切削热的积累会破坏夹具定位精度，铁屑投掷可能绕组定位元件，也会破坏的定位精度，甚至发生事故。因此，在这个过程中的铁屑不多，可适当增加定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间：对切削过程中产生更多的，一般应在夹具体上面。（5）安装应牢固、可靠夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹安装在重力的中心，夹具应尽可能低，支撑面积应足够大，以安装精度要高，以确保稳定和可靠的安装。夹具底部通常是中空的，识别特定的文件夹结构，然后绘制夹具布局。图中所示的夹具装配。加工过程中，夹具必承受大的夹紧力切削力，产生冲击和振动，夹具的形状，取决于夹具布局和夹具和连接，在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便于铁屑。此外，夹点技术，经济的具体结构和操作、安装方便等特点，在设计中还应考虑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便排出铁屑。（八）夹具设计及操作的简要说明为提高生产率，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。四、课程设计心得体会经过两个星期的艰苦奋斗，夹具设计结束了。在我完成的那一刹那，心里是百感交集，心旷神怡，豁然开朗。在两周的设计中，我遇到了很多的困难，我没有气馁，没有放弃，没有妥协。而是通过一次又一次的计算，一次又一次的修改，反复的推敲，分析。不懂的就看书，看不懂的就去问。最终是，山重水复疑无路，柳暗花明又一村。此次设计是对手柄套的加工工艺