工艺夹具毕业设计30支架的机械加工工艺规程编制和专用夹具设计

支架的机械加工工艺规程编制和专用夹具设计 作者：陈野 摘要：随着机械制造业的不断发展，社会对生产率的要求也越来越高，因此，大批量生产成为时代的需求，而组合机床就可以满足这一需求，我们有必要来研究他。另外，支架是主要起支撑作用的构架，承受较大的力，也有定位作用，使零件之间保持正确的位置。因此支架加工质量直接影响零件加工的精度性能，我们有必要对其进行研究。 机械制造毕业设计涉及的内容比较多，它是基础课、技术基础课以及专业课的综合，是学完机械制造技术基础（含机床夹具设计）和全部专业课，并进行了实训的基础上进行的，是我们对所有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，它在我们三年大学生活中占有重要的地位。 本次毕业设计使我们能综合运用机械制造的基本理论，并结合生产实践中学到的技能知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件（支架）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。 关键字： 机械制造；毕业设计；零件； 一、 对零件进行工艺分析并画零件图 1.1 支 架的作用及结构特点 支架是起支撑作用的构架，承受较大的力，也具有定位作用，使零件之间保持正确的位置。 在支架高 20mm处两个 R12mm宽 12mm的凸出部位之间相隔 2mm，其中一个上有螺纹孔，另一个上有通孔，则此处构造比较复杂，且在支架高 36mm处有 2mm宽的一个缺口，这两部分刚度比较低。中间有 30mm 的孔，属于套类结构，伸出部分为一平台，上有螺纹盲孔，在端部有倾斜 60的凸出部分，起定位作用，此处应力教集中，强度要好。在平台下面有增强其硬度的肋板。两个 R12mm凸出， 2mm宽 36mm 高处缺口及 R10mm凸 出部分为复杂结构，其加工存在一定的难度，要求较高，防止其损坏，需要对其进行必要的热处理。 1.2 零件的工艺分析 主要加工表面 30mm 中心孔及两端倒角，上、下端面， M6 12 螺纹盲孔，右端部倾斜60凸出部分中间孔 8mm，左端两个凸出部分外侧面及其中间 M10螺纹孔和 11孔。 (1)选用灰铸铁 HT150，硬度 150 200HB，负荷低，磨损无关重要，变形很小，经过正火处理。灰铸铁件的牌号和应用范围如表 1-1所示。 （ 2）未标注圆角半径为 R3mm。 （ 3）加工表面不应该有毛刺、裂缝、结疤、夹渣等缺陷，并应清理 清洁。 （ 4）所有加工表面应光洁，不可有裂缝、压痕、毛刺、气孔、凹痕以及非金属夹杂物。 （ 5）上下表面应与中心孔轴线保持一定的垂直度 0.06mm和平面度 0.05mm，中心孔内表面表面粗糙度 Ra 1.6 m，左端两个凸出部分外表面 Ra 6.3 m，右端部倾斜 60凸出部分中间孔内表面 Ra 1.6 m，为较高精度，且 8 015.00。 （ 6）在加工之前进行人工时效热处理，对毛坯预备性热处理，为降低零件硬度，在精加工阶段的磨削加工前进行淬火处理，淬火后工件硬度提高且易变形。 表 1-1 灰铸铁件的牌号和应用范围 牌号 硬度 HB 应用范围 工作条件 用途举例 HT100 170 （ 1）负荷极低 （ 2）磨损无关重要 （ 3）变形很小 盖、外罩、油盘、手轮、手把、支架、坐板、重锤等形状简单、不重要的零件，这些铸件通常不经试验即被采用，一般不需要加工，或者只需经过简单的机械加工。 HT150 150 200 （ 1）承受中等载荷的零件 （ 2）摩擦面间的压力490KPa (1)一般机械制造中的铸件，如支柱、坐板、齿轮箱、刀架、轴承座、轴承滑座、工作台，齿面不加工的齿轮和链轮，汽车 、拖拉机的进气管，排气管、液压泵进油管等； （ 2）薄壁（重量不大）零件，工作压力不大的管子配件，以及壁厚 30mm 的耐磨轴套等； （ 3）圆周速度为 6 12m/s 的带轮以及其他符合左列工作条件的零件。 HT200 170 220 (1)承受较大负荷的零件 （ 2）摩擦面间的压力490KPa（大于 10t 的大型铸件 1470 Kpa）或需经表面淬火的零件 （ 3）要求保持气密性以及韧性的零件 （ 1）一般机械制造中较为中重要的铸件，如气缸、齿轮、链轮、棘轮、衬套、金属切削机床床身、飞轮等； （ 2）汽车、拖拉机的汽缸 体、汽缸盖、活塞、制动毂、联轴器盘、飞轮、离合器外壳、分离器本体、左右半轴壳等； （ 3）承受 7840KPa以下中等压力的液压缸、泵体、阀体等； （ 4）汽油机和柴油机的活塞环； （ 5）圆周速度为 12 20m/s 的带轮以及其他符合左列工作条件的零件。 HT250 190 240 1.3 支架的零件图，见图纸所示。 设计校核审核2010.3.142010.3.14比例 1:1数量重量1材料840 0 . 115226?1665 351060A1014R10A?60R3R12M10R10C1两端?8+0.0150M6121 1830?70B1220.060?110.060 B0.050 B?30+0.0300A0.1 AR15技术要求：1 、 未 注 圆 角 均 为 R 2 3；2 、 加 工 表 面 涂 漆 ；3 、 线 性 未 注 公 差 为GB/T1804-m。支架HT1500.060 A36200.05060二、选择毛坯的制造方式并绘制毛坯简图 2.1 选择毛坯的制造方式 该零件加工要求高，加工面数量多，并且种类繁多，有车、磨 端面，钻孔、扩孔、攻螺纹、车倒角、钻斜孔等，位置、形状、尺寸精度都各有要求。支架材料为灰铸铁 HT150，硬度为 150 200HB，承受中等载荷的零件，摩擦面间的压力 490KPa,用于一般机械制造，薄壁（重量不大）零件，工作压力不大的管子配件以及壁厚 30mm 的耐磨轴套等和圆周速度为 6 12m/s的带轮以及其他符合表 1-1中条件的零件。 毛坯种类的确定是与零件的结构形状、尺寸大小、材料的力学性能和零件的生产类型直接相关的，另外还和毛坯的具体生产条件相关。铸件：包括铸钢、铸铁、有色金属及合金的铸件等。铸件毛坯 的形状可以相当复杂，尺寸可以相当大，且吸振性能好，但铸件的力学性能差。 生产纲领为大批量生产，采用精度和生产率高的毛坯制造方法，如金属型铸造，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，因此可以减少切削加工用量，从而提高材料的利用率，降低了机械加工成本。金属型铸造就是将熔融的金属浇注到金属模具中，依靠金属自重充满金属模具型腔而获得的铸件，这种铸件比砂型铸造铸件精度高，表面质量和力学性能好，生产效率也高，但需要专用的金属型腔模，适用于大批量生产中的尺寸不大的有色金属铸件，综合上述生产此支架零件选择金属型铸造铸件的方式。 2.2 确定毛坯的形状、大小 （ 1）毛坯的特点，如表 2-1所示： 毛坯的特点及应用范围 制造精度 加工余量 原材料 工件尺寸 工件形状 适用生产 类型 生产成本 IT11 13 大 铸铁、铸铜 为主 各种尺寸 复杂 各种生产 较低 （ 2）铸件尺寸公差，如表 2-2所示：（ / m） 铸件基本尺寸 公差等级 大于 至 11 12 13 14 25 40 3.6 5.0 7 9 40 63 4.0 5.6 8 10 63 100 4.4 6 9 11 100 160 5.0 7 10 12 （ 3）铸件的机械加工余量，如表 2-3所示 :(/mm) 尺寸公差等级 CT 12 加工余量等级 MA F G H J 基本尺寸 加工余量数值 大于 至 - 100 4.0 4.5 5.0 6.0 2.5 3.0 3.5 4.5 100 160 5.0 5.5 6.5 7.5 3.5 4.0 5.0 6.0 （ 4）铸造孔的最小尺寸 ,如表 2-4所示：（ /mm) 铸造方法 合金种类 一般最小孔径 特殊最小孔径 金属及砂型铸造 全部 30 8 10 （ 5）机械加工余量， 工序尺寸确定 由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有误差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量和最小加工余量之分。铸件的机械加工余量见毛坯的制造表 2-3所示，尺寸公差等级为 12，加工余量等级 MA为 G，则可选取毛坯的加工余量有 4.5mm和 3.0mm两种数值，及其他分析，确定毛坯的基本尺寸，画出毛坯简图，如图 2-5所示： 图 2-5 三、制订零件的机械加工工艺路线 由于零件是大批量生产，它的主要工艺特征是广泛采用 专用机床、专用夹具及专用刀具、量具，机床按工艺路线排列组织流水生产。为减轻工人的劳动强度，留有进一步提高生产率的可能，该支架在工艺设计上采用了组合机床的流水线加工方式。 3.1 确定零件各孔、平面的加工方式 （ 1）孔的加工方式，如表 3-1所示： 表 3-1 孔的加工方案 序号 加工方案 经济加工精度 等级（ IT） 加工表面粗糙 度 Ra/ m 适用范围 1 钻 11 12 12.5 加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工非铁金属（但粗糙度稍高），孔径 20mm。 2 钻 -铰 8 9 3.2 1.6 3 钻 -粗铰 -精铰 7 8 1.6 0.8 4 钻 -扩 11 12.5 6.3 加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工非铁金属（但粗糙度稍高），孔径 20mm。 5 钻 -扩 -铰 8 9 3.2 1.6 6 钻 -扩 -粗铰 -精铰 7 1.6 0.8 7 钻 -扩 -机铰 -手铰 6 7 0.4 0.1 8 钻 -（扩） -拉（或推） 7 9 1.6 0.1 大批量生产的中、小零件的通孔 由表 3-1可以确定支架零件各孔的加工方案如下： A、加工孔 30 032.00，要求内表面粗糙度 Ra 6.3 m，则选择钻 -扩 -粗铰 -精铰的加工方式； B、加工 11，要求内表面 Ra 6.3 m，选择钻 -铰的加工方式； C、加工 8 015.00，要求内表面 Ra 1.6 m，选择钻 -粗铰 -精铰的加工方式。 （ 2）平面的加工方式，如表 3-2所示： 表 3-2 平面的加工方案 序号 加工方案 经济加工精度等级（ IT） 加工表面粗糙度Ra/ m 适用范围 1 粗车 -半精车 8 9 6.3 3.2 端面 2 粗车 -半精车 -精车 6 7 1.6 0.8 3 粗车 -半精车 -磨削 7 9 0.8 0.2 4 粗刨（或粗铣） -精刨（或精铣） 7 9 6.3 1.6 一般加工不淬硬的平面（端铣表面粗糙度可较低） 5 粗刨（或粗铣） -精刨（或精铣） -刮研 5 6 0.8 0.1 精度要求较高的不淬硬平面，批量较大时，宜采用宽刃精刨方案 6 粗刨（或粗铣） -精刨（或精铣） -宽刃精刨 6 7 0.8 0.2 由表 3-2可以确定支架零件各面的加工方案如下： 分析零件的各部分技术要求，四处平面加工，精度要求都在表面粗糙度 Ra 6.3 1.6 m之间，结合零件形状尺寸，选择粗铣 -精铣的加工方式。 （ 3）机械加工的安排原则 1. 对于形状复杂、尺寸较大的毛坯，或尺寸偏差较大的毛坯，应首先安 排划线工序，为精基准加工提供找正基准； 2. 按“先基面后其他”的顺序，首先加工精基准面； 3. 在重要表面加工前应对精基准进行修正； 4. 按“先主后次、先粗后精”的顺序，对精度要求较高的各主要表面进行 精加工、半精加工和精加工； 5. 对于主要表面有位置精度要求的次要表面，应安排在主要表面加工之后 加工； 6. 一般情况，主要表面的精加工和光整加工应放在最后阶段进行，对于 易出现废品的工序， 精加工和光整加工可适当提前。 3.2 定位基准的选择 工件在机床上用夹具进行夹紧加工时，用来决定工件相对于刀具的位置的工件上的这些表面称为定位基准，定位基准分为粗基准和精基准。 1、粗基准的选择 粗基准的选择要重点考虑如何保证各个加工表面都能分配到合理的加工余量，保证加工面与非加工面的位置、尺寸精度，还同时要为后续工序提供可靠的精基准。 按照有关粗基准的选取原则（即当零件有非加工表面时，应以这些非加工表面作粗基准；若零件有若干个非加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的 不加工表面作粗基准）：加工 D 面时，选取 60 外表面外圆为粗基准，利用 V 型块和一紧固螺钉以 60外圆定位夹紧，以限制四个自由度，再以 C面为次要粗基准，限制一个自由度，共限制五个自由度，可以满足加工要求；加工 M10 和 11 以 R12 非加工表面外圆为粗基准；加工 8 015.00以 R10非加工表面外圆为粗基准。 2、精基准的选择 选择精基准时，重点考虑的是减少工件的定位误差，保证零件的加工精度和加工表面之间的位置精度，同时也要考虑零件的装夹方便、可靠、准确。结合零件形状尺寸大小 、装夹定位，取 D面为精基准，较好定位，且定位基准与设计基准重合。 3.3 制订工艺路线 拟定工艺路线的出发点是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到保证。工艺路线的拟定一般需要做两个方面的工作：一是根据生产纲领确定加工工序和工艺内容，依据工序的集中和分散程度来划分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准。在生产纲领已确定为批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床，组合机床和专用夹具，并尽量采用工序集中的原则，通过减少工件安装的数量来提高生产率。除此之外，还应尽量考虑经济精度以便 使生产成本尽量下降。 根据以上原则及前文分析，拟定如下工艺路线： 工序 1 铸坯（铸造） 工序 2 热处理（人工时效，降低硬度） 工序 3 以所选基准，划 C、 D、 E面加工线 工序 4 粗铣 -精铣 D面 工序 5 粗铣 -精铣 C、 E面 工序 6 钻 M6 12螺纹底孔 工序 7 攻螺纹 M6 12 工序 8 粗铣 -精铣 F面 工序 9 钻 M10 螺纹底孔 工序 10 攻螺纹 M10 工序 11 粗铣 -精铣 G面 工序 12 钻 -铰 11 工序 13 钻 -扩 -粗铰 -精铰 30 032.00工序 14 倒角 30 032.00孔， C端面处 工序 15 倒角 30 032.00孔， D端面处 工序 16 钻 -粗铰 -精铰 8 015.00工序 17 热处理淬火，提高硬度， 150 200HB 工序 18 去毛刺 工序 19 终检 工序 20 入库 分析：为了提高效率，尽量减少零件的装夹定位，如同一平面上孔加工在一次装夹就完成加工要求，使工序集中，节约时间，提高了生产率，按机械加工安排原则，合 理的拟定工艺路线。 3.4 选择各工序机床及工、夹具，刀具，加工余量及工序间尺寸与公差的确定 （ 1）工序 3，工件固定在平台上，用划线尺划线找正； （ 2）工序 4，选择 X6130A 万能升降台铣床，专用夹具，采用高速钢镶齿三面刃铣刀225mm，量具卡板。 D面有 3mm加工余量，粗铣 2mm留 1mm余量，精铣，保证平面度 0.05mm； （ 3）工序 5，选择 X6130A 万能升降台铣床，专用夹具，采用高速钢镶齿三面刃铣刀225mm，量具卡板。 C、 E面有 4.5mm加工余量，粗铣 3.5mm留 1mm余量，精铣，相对 A基准 ，保证其垂直度度 0.06mm； （ 4）工序 6，选择 X6130A万能升降台铣床，专用夹具。 5麻花钻，螺旋角 =28，顶角 2K =118，后角。 =16，横刃斜角 =4060，钻孔深度 12mm 5盲孔， M10螺纹底孔，量具卡尺； 攻螺纹，丝锥 M6 1，螺纹量规，攻螺纹机 S4012A； （ 5）工序 8，选择 X6130A 万能升降台铣床，专用夹具，采用高速钢镶齿三面刃铣刀225mm，量具卡板。 F 面有 3mm 加工余量，粗铣 2mm 留 1mm 余量，精铣，相对于 B 面，保证平行度 0.06mm； （ 6）工序 9， 选择 X6130A 万能升降台铣床，专用夹具， 9扩孔钻（直柄扩孔钻），扩钻通孔 9， M10螺纹底孔，量具卡尺； 攻螺纹，丝锥 M10 1，螺纹量规，攻螺纹机 S4012A； （ 7）工序 11，选择 X6130A万能升降台铣床，专用夹具，采用高速钢镶齿三面刃铣刀225mm，量具卡板。 G 面有 3mm 加工余量，粗铣 2mm 留 1mm 余量，精铣，相对于 B 面，保证平行度 0.06mm； （ 8）工序 12，选择 X6130A万能升降台铣床，专用夹具， 10.8扩孔钻（直柄扩孔钻），量具卡尺，加工此孔有 4mm（双边）余量，留 0.2mm精加工； 铰刀 11H8，铰孔，直柄机用铰刀； （ 9）工序 13，选择 X6130A万能升降台铣床，专用夹具， 29.8扩孔钻（直柄扩孔钻），量具卡尺，加工此孔有 10mm（双边）余量，留 0.2mm 精加工； 粗铰到 29.93，直柄机用铰刀； 精铰到 30H7，直柄机用铰刀； （ 10）工序 14、 15，倒角 30 032.00孔两端面内孔，选用卧式车床 C620-1，专用夹具； （ 11）工序 16，选择 X6130A万能升降台铣床，专用夹具，量具卡尺 7.8标准麻花钻，钻孔， 留 0.2mm余量； 粗铰到 7.96mm，留 0.04mm余量，直柄机用铰刀； 精铰到 8H7，直柄机用铰刀； 3.5 切削用量和时间定额的确定 （ 1）工序 4，粗铣 -精铣 D面，保证总高， fz =0.08mm/齿（参考切削手册），切削速度：参考有关手册，确定 V =0.45m/s。即 27m/min，采用高速钢镶齿三面刃铣刀， dw =225mm，齿数 z=20，则 ns =dwv1000=225271000 =38r/min,现采用 X6130万能升降 台铣床，根据机床使用说明书，取 nw =37.5r/min,故实际切削速度为： V = dwnw/1000= 225 37.5/1000=26.5m/min 当 nw =37.5r/min时，工作台的每分钟进给量 fm应为： Fm =fzznw =0.08 20 37.5=60mm/min 查机床说明书，刚好有 fm=60mm/min,故直接选用该值，切削加工时，由于是粗铣 -精铣，利用作图法，可得出行程刀刃口宽 20mm， L=22060 60mm=360mm，则机动加工时间为 ： Tm =L/fm =360/60min=6min (2)工序 5，粗铣 -精铣 C、 E 面，切削用量同上，铣刀行程 L=360mm 16 2mm=392mm，则机动加工时间为 Tm = L/fm =392/60min=6.53min （ 3）工序 6，钻 M6 12 螺纹底孔，即钻 5 盲孔，确定进给量 f：根据切削手册，当材料 b 800MPa， d。 = 5mm 时， f =0.2 0.6mm/r，由于本零件在加工 5 孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数 0.75，则 f =（ 0.2 0.6） 0.75=0.15 0.45mm/r 根据 X6130机床说明书，取 f=0.1mm/r,切削速度，根据切削手册，查得切削速度 V=18m/min，所以 Ns = 1000V/ dw =1000 18/3.14 5=1145r/min 根据机床说明书，取 nw=195r/min,故实际切削速度为 V = dwnw/1000 = 5 195/1000=3.06m/min 切削工时， L=12，则 Tm = L/nwf =12/195 0.1=0.62min (4)工序 7，攻螺纹 M6 12， V = 0.1m/s = 6m/min,即 ns =238r/min,按机床选取 nw =195r/min，则 V=4.9m/min,机动工时： L=12mm，则 Tm = 2L/nwf =12 2/195 1=0.13min (5)工序 8，粗铣 -精铣 F面，切削用量同工序 4， L=40 2=80mm,则机动工时为 Tm =L/fm =80/60min=1.33min (6)工序 9，钻 M10螺纹底孔，即扩孔钻 9的钻头对 8的孔进行扩孔，根据有关手册的规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 f=(1.2 1.8)f钻 =(1.2 1.8) 0.65 0.75=0.585 0.87mm/r 根据机床说明书，选取 f=0.57mm/r,则 V=（ 1/2 1/3） V钻 =（ 1/2 1/3） 12=6 4m/min 则主轴转速为 n=51.6 34r/min,并按机床说明书取 nw =68r/min,实际切削速度为： V=dwnw/1000= 37 68/1000=7.9m/min 切削工时， L=12mm,Tm = L/nwf=12/68 0.57=0.31min (7)工序 10，攻螺纹 M10，切削用量同工序 7， L=12mm，则机动工时为： Tm = L/fm =12/60=0.2min (8)工序 11，粗铣 -精铣 G面，切削用量同工序 8，机动工时为： Tm=1.33min （ 9）工序 12，钻 -铰 11孔 用 10.8钻头对 8孔进行扩钻，同工序 9，切削工时： Tm =0.31min 11H8铰刀铰孔，参考有关资料，取铰刀的切削速度 Vc =0.3m/s=18m/min,由此计算出转速为： n=1000V/ d=1000*18/ *11=573.25r/min 按机床实际转速取 n=500r/min,则实际切削速度 Vc = dn/1000= *11*500/1000=15.7m/min=0.26m/s 切削工时： L=12mm， Tm =L/nVc =12/500*0.26=0.09min (10)工序 13，加工 30 032.00孔 用 29.8 钻头对 25 孔进行扩钻，同工序 9，切削工时： L=71，则切削工时： Tm =L/nwf=71/68 0.57=1.83min 粗铰 -精铰 30 孔，参考有关资料，取铰刀的切削速度 Vc =0.3m/s=18m/min,由此计算出转速为： n=1000V/ d=1000*18/ *30=191.08r/min 按机 床实际转速取 n=200r/min,则实际切削速度 Vc = dn/1000= *30*200/1000=18.84m/min=0.314m/s 切削工时： L=70mm， Tm =2L/nVc=2*70/200*0.314=2.23min （ 11）工序 14， 30 032.00内孔倒角 C1（ C 端面处），选卧式车床 C620-1，据手册及机床取 f1 =0.08mm/r,当采用高速钢车刀时，根据一般资料，确定切削速度 V=16m/min,则 ns =1000V/ d=1000*16/ *30=159.1r/min 按机床说明书取 nw =120r/min,则此时切削速度为： V = dnw/1000=11.3m/min 切削工时： L=2mm，则 Tm = L/nwf =2/120*0.08=0.21min （ 12）工序 15， 30 032.00内孔倒角 C1（ D端面处），同工序 14，切削工时： Tm =0.21min （ 13）工序 16，钻 -粗铰 -精铰 8 015.00 7.8标准麻花钻钻孔，同工序 6，切削工时： L=10mm， Tm = L/nwf=10/195*0.1=0.51min 粗铰 -精铰 8，参考有关资料，取铰刀的切削速度 Vc =0.3m/s=18m/min,由此计算出转速为： n=1000V/ d=1000*18/ *8=716.56r/min 按机床实际转速取 n=700r/min,则实际切削速度 Vc = dn/1000= *8*700/1000=17.58m/min=0.29m/s 切削工时： L=10mm ， Tm =2L/nVc =2*10/700*0.29=0.1min 3.6 机械加工工艺过程卡和工序卡 表 3-4 支架机械加工工艺主要工序卡 工序 工步 工序说明 机床 夹具或辅助工具 刀具 量具 走刀次数 切削深度 mm 进给量 mm/r 主轴转速 r/min 切削速度 m/min 工时定额 min 4 1 粗铣 D面，留1mm 余量 X6130A 专用夹具 高速钢镶齿三面刃铣刀 卡板 1 2 60mm/min 37.5 26.5 3 2 精铣 D面 1 1 3 5 1 粗铣 C、E 面，留1mm 余量 X6130A 1 3.5 3.26 2 精铣 C、E 面 1 1 3.26 6 1 钻 M612 螺纹底孔 X6130A 5 麻花钻头 卡尺 1 12 0.1 195 3.06 0.62 7 1 攻螺纹M6 12 S4012A 丝锥M6 1 螺纹量规 1 1.25 195 4.9 0.13 8 1 粗铣 F面，留1mm 余量 X6130A 高速钢镶齿三面刃铣刀 卡板 1 2 60mm/min 37.5 26.5 0.67 2 精铣 F面 1 1 0.67 9 1 钻 M10螺纹底孔 X6130A 9 扩孔钻头 卡尺 1 12 0.57 68 7.9 0.31 10 1 攻螺纹 M10 S4012A 丝锥M10 1 螺纹量规 1 1.25 195 4.9 0.2 11 1 粗铣 G面，留1mm 余量 X6130A 高速钢镶齿三面刃铣刀 卡板 1 2 60mm/min 37.5 26.5 0.67 2 精铣 G面 1 1 0.67 12 1 扩钻 8 孔 X6130A 10.8扩孔钻头 卡尺 1 12 0.57 68 7.9 0.31 2 精加工 铰孔 11H8铰刀 1 12 1.6 500 15.7 0.09 13 1 扩钻 25 孔 X6130A 29.8扩孔钻头 1 71 0.57 68 7.9 1.83 2 粗铰到29.93 29.93铰刀 1 71 1.1 200 18.8 1.12 3 精铰到 30H7 30H7 1 71 1.12 14 1 倒角30 内孔， C 端面处 C620-1 成型刀 具 样板 1 0.08 120 11.3 0.21 15 1 倒角30 内孔， D 端面处 C620-1 成型刀 具 1 0.08 0.21 16 1 用7.8 钻头钻 孔 X6130A 7.8麻花钻 卡尺 1 10 0.1 195 3.06 0.51 2 粗铰到 7.96 7.96铰刀 1 10 1.7 700 17.6 0.05 3 精铰到 8H7 8H7铰刀 1 10 0.05 表 3-3 支架机械加工工艺过程卡 工序号 工序名称 工序内容 工艺装备 1 铸造 铸造 2 热处理 人工时效热处理 3 划线 以毛坯外形找正划主要加工线 钳台 4 铣 以 60外圆和 C面为粗基准，粗铣 D面，留 1mm余量，精铣 X6130A， 专用工装 5 铣 以 D 面为精基准，粗铣 C、 E面，留 1mm余量，精铣 X6130A，专用工装 6 钻 用 5钻头钻 M6 12 螺纹底孔 X6130A，专用工装，钻模 7 攻螺纹 攻螺纹 M6 12 S4012A,专用工装 8 铣 以 D 面为精基准， B 面为粗基准，粗铣F面，留 1mm余量，精铣 X6130A，专用工装 9 钻 用 9钻头扩钻 M10螺纹底孔 X6130A，专用工装，钻模 10 攻螺纹 攻螺纹 M10 S4012A,专用工装 11 铣 以 D 面为精基准， B 面为粗基准，粗铣G面，留 1mm余量，精铣 X6130A，专用工装 12 钻 -铰 用 10.8钻头扩钻 8孔，精加工铰孔 X6130A，专用工装，钻模 13 钻 -铰 用 29.8 钻头扩钻 25 孔，粗铰到29.93，精铰到 30H7 X6130A，专用工装，钻模 14 倒角 倒角 30内孔， C端面处 C620-1,专用工装 15 倒角 倒角 30内孔， D端面处 C620-1,专用工装 16 钻 -铰 用 7.8 钻头钻孔，粗铰到 7.96，精铰到 8H7 X6130A，专用工装，钻模 17 热处理 淬火，提高硬度， 150 200HB 18 钳工 去毛刺 钳台 19 终检 按图样要求检验各部分尺寸 20 入库 涂防锈油，入库 四、 机床夹具设计计算和 结构设计 经过对支架零件的机械加工工艺规程分析设计，对零件有了全面的认知，选择工序 13钻 -扩 -粗铰 -精铰 30 032.00分析，并结合此工序，设计一套专用夹具。 4.1 确定夹具设计方案，绘制结构原理示意图 （ 1）定位方案 加工 30 032.00孔，内孔表面粗糙度 Ra 1.6 m，以底面 D面为精基准，限 制三个自由度，以 11 孔轴线为定位基准，限制三个自由度，则对 Z 轴旋转自由度形成过定位，增大误差，必须消除过定位。此种情形可选择削边销（棱形销）即可消除过定位，再由夹紧装置即可限制一个自由度，从而工件处于完全定位状态，进行加工。 削边销尺寸标准如图 4-1和表 4-2所示： 图 4-1 表 4-2 削边销尺寸 D2 3 6 6 8 8 20 20 25 25 32 32 40 40 b 2 3 4 5 6 6 8 B D2-0.5 D2-1 D2-2 D2-3 D2-4 D2-5 (2)导向方案 为了能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具都应设置引导刀具的元件 钻套，钻套一般安装在钻模板上，钻模板与夹具体连接，钻套与工件之间留有排屑空间，因工件批量大且经钻 -粗铰 -精铰孔工序，加工精度高，所以此处选用固定式钻模，钻套选用快换钻套，如图 4-3所示： 图 4-3 快换钻套 （ 3）夹紧方案 由于零件加工工序较简单，定位较容易，工件批量大，选取简单的手动夹紧装置，螺旋夹紧机构， 用于夹紧零件的螺钉选有带手柄的螺冒，便于操作，使工件装卸迅速，方便。由于螺钉与工件 60 外圆接触并施加夹紧力，此处选用圆周线接触。夹紧装置见总装配图所示。 （ 4）夹具体的设计 结合零件的结构、加工要求及以上分析，初步设计夹具体的结构。 a、采用铸造夹具体的钢套钻孔钻模、定位心轴及钻模板均按装在夹具体上，夹具体底面为安装基准面，此方案结构紧凑，安装稳定，刚性好，成本低，结构简单，较合理。 b、采用型材夹具体的钻模，夹具体由左侧板、定位心轴、钻模板安装在底座上，夹具体底面为安装基准面，此方案的夹具体为框 架式结构，结构复杂、质量较轻、钻模刚性好，固定钻模板螺钉受力比较大，易变形，但是由于零件为大批量生产，尽量减少生产成本，此方案不可取。 综合上述，确定采用 a方案。 夹紧装置是紧固螺钉与 V型块组成，其 V型块与夹具体连接为一体， V 型块及尺寸见图 4-4和表 4-5所示： 图 4-4 表 4-5 V型块尺寸 N D B H l b r 基本尺寸 极限偏差 f7 基本尺寸 极限偏差 f9 25 16 1.5 55 45 60 65 030.0060.0 20 020.0072.0夹具体的设计结构及各部分尺寸见夹具体图纸所示： （ 5）夹具总装配图上的公差、技术要求的标注 活动配合公差选择如表 4-7、表 4-8所示： 表 4-7 配合形式 精度要求 应用 定位销与工件基准孔 一般要求 较高精度 定位元件与工件定位基准间 6H7h，67gH，67fH56hH，56gH，56fH表 4-8 钻套名称 加工方法及配合部位 配合种类及公差等级 可换钻套或快换钻套 钻孔及扩孔 外径与衬套 67gH，77fH刀具切削部分导向 67hF，67hG刀柄或刀杆导向 77fH，67gH粗铰孔 外径与衬套 67gH，6H7h内径 67hG，6H7h精铰孔 外径与衬套 56gH，56hH内径 56hG，56hH影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差（ SA） 它们主要指夹具安装基面与机床相应配合表面之间的尺寸、公差。夹具体的安装基面与机床的配合，钻模的安装基面是平面，可不必标注。 影响夹具精度的尺寸和精度 钻套与定位销之间尺寸 40 0.1， V型块的宽度 35.8 0.02，为影响夹具体的精度尺寸，误差在规定范围内。 夹具总图上应标注的技术要求 夹具总图上无法用符号标注而又必须说明的问题，可作为技术要求用文字写在总图的空白处。如夹具使用时的操作顺序等。 夹具总图上公差值的确定 夹具总图上标注公差值的 原则是在满足工件加工要求的前提下，尽量降低夹具的制造精度。夹具总图上标注的第 2 5类尺寸的尺寸公差和位置公差均直接影响工件的加工精度，取 J =(1/5 1/2) k 式中： J 夹具总图上的尺寸公差或位置公差； k -与 J 相应的工件尺寸公差或位置公差。 当工件批量大、加工精度低时， J 取小值，因为这样可延长夹具使用寿命，又不增加夹具制造难度；反之取大值。此夹具总装图尺寸公差、位置公差均取相应工件公差的 1/3左右。对于直接影响工件加工精度的配合尺寸，在确定了配合性质后，应尽量选用优 先配合。 工件的加工尺寸未注公差时，工件公差 k 视为 IT14 IT12,夹具上的相应尺寸公差按IT11 IT9标注；工件上的位置未注公差时，工件位置公差 k 视为 IT9 IT11,夹具上的相应尺寸公差按 IT7 IT9标注。 4.2 工件在夹具中加工的精度分析 （ 1）影响加工精度的因素 用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件精度的因素很多。与夹具有关的因素有定位误差 D、对刀误差 T、夹具在机床上的安装误差 A和夹具制造误差 J等。在机械加工工艺系统中，因机床精度 、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差 C。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不准确，而形成总的加工误差 。 1) 定位误差 D 加工尺寸（ 40 1.0 ） mm 的定位误差 D =0。 对称度 0.1mm的定位误差为工件定位孔与定位心轴配合的最大间隙。工件定 位孔的尺寸为 11H7(),定位心轴的尺寸为 11f6（ ），则 D =Xmax =（ 0.018+0.027） mm =0.045mm 2）对刀误差 T 因对刀时刀具相对于对刀块或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。钻头与钻套间的间隙，会引起钻头的位移或倾斜，造成加工误差。由于钢套壁厚较薄，可只计算钻头位移引起的误差。钻套导向孔尺寸为 29.8F7（ 108.0056.0），钻头尺寸为 29.80016.0mm。尺寸（ 40 1.0 ） mm 及对称度 0.1mm 的刀具误差均为钻头与导向孔的最大间隙。 T = Xmax =（ 0.108+0.016） mm=0.124mm 3）夹具的安装误差 A 因夹具上定位元件、对刀或导向元件及安装基面三者间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。此夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差， A =0。 4）夹具误差 J 因夹具上定位元件、对刀或导向元件及安装基面三者间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误 差，称为夹具误差。夹具误差的大小取决于夹具零件的加工精度和夹具装配时的调整与修配精度。 影响尺寸（ 40 1.0 ） mm 的夹具误差为导向孔对安装基面 D 的垂直度 J3 =0.03mm，导向孔轴心线到定位端面的尺寸公差 J2 =0.06mm。 影响对称度 0.1mm 的夹具误差为导向孔对定位心轴的对称度 J2 =0.03mm。 5）加工方法误差 G 因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。因该项误差影响因素 多，又不便于计算，所以在设计夹具时常根据经验为它留出工件公差的 1/3。计算时可设 G = k/3 (2)保证加工精度的条件 工件在夹具中加工时，总加工误差 为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此，保证工件加工精度的条件为 =上述各项误差的平方和的平方根 k 即工件的总加工误差 应不大于工件的加工尺寸公差 k 。 为保证夹具有一定的使用 寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量 JC 。因此将上式改写为： k-JC 或 JC = k - 0 当 JC 0时，夹具能满足工件的加工要求。 JC 值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差 J确定得是否合理。 钢套钻 29.8mm 孔时，加工精度的计算列于表 4-9所示： 表 4-9 误差名称 加工要求 （ 40 1.0 ） mm 对称度 0.1mm D 0 0.045mm T 0.124mm 0.124mm A 0 0 J J2+ J3=（ 0.06+0.03） mm J2=0.03mm G (0.2/3)mm=0.067mm (0.1/3)mm=0.033mm 0.156mm 0.0194mm JC (0.2-0.156)mm=0.044mm 0 (0.1-0.0194)mm=0.0806mm 0 由表 4-9可知，该钻模能满足工件的各 项精度要求，且有一定的精度储备。 4.3 计算夹紧力 （ 1） 由 4.1 中分析选择点接触式螺旋夹紧机构，计算此夹紧机构的夹紧力。单个螺旋夹紧产生的夹紧力按下公式计算： W0=QL/【 r tan 1+rztan（ + 2）】 （式中 W0 单个螺旋夹紧产生的夹紧力（ N）； Q 原始作用力（ N）； L 作用力臂（ mm）； r 螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（ mm），其值视为螺杆端部的结构形式而定； 1 螺杆端部与工件间的摩 擦角； 2 螺旋副的当量摩擦角（）； rz 螺纹中经之半（ mm）； 螺纹升角。） （ 2）计算公式中各项的值 确定原始作用力 Q的值： 由于是手动的简单装置，根据经验选择 Q =65N。 确定 L的值： 作用力臂即为螺钉上手柄的长度， L取为 100mm。 确定 r的值： 由于夹紧装置是圆周线接触式，则螺杆端部与工件间的当量摩擦半径查资料取为 6.9，即 r=6.9。 确定 1和 2的值： 螺杆端部与工件间的摩擦角 1和螺旋副的当量摩擦角 2取值如 4-10所示： 表 4-10 螺纹 形状 三角螺纹 梯形螺纹 方牙螺纹 螺纹牙形半角 30 15 0 2 =arctan（ tan 2/cos 90 50 8 50 8 32 注： tan 2 =0.15， 2为螺旋副的摩擦角（）。 确定 rz和的值，由表 4-11 所示： 公称直径 /mm 螺距 P/mm 中经之半 rz/mm 升角 12 1.75 5.4315 2 26 1.5 5.513 2 29 1.25 5.594 2 2 1 5.675 1 36 14 2 6.3505 2 52 1.5 6.513 2 61 1 6.675 1 22 16 2 7.3505 2 29 1.5 7.513 1 49 1 7.675 1 11 注： =arctan（ nP/2 rz）， n为螺纹线数。 （ 3）计算夹紧力 由（ 1）和（ 2）可以计算出夹紧力： W0 = QL/【 r tan 1+rztan（ + 2）】 = 65 190/【 6.9 0.15+ 7.3505 tan（ 2 29 + 8 50）】 = 4928N 4.4 画夹具装配图和零件图 夹具装配图和 零件图见图纸所示。 100?50F7m6?60H7n6?11H7f62301501791662648设计校核审核2010.3.142010.3.14比例 1:1数量重量1夹具