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机械毕业设计图纸
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机床支架工艺工装设计,机械毕业设计图纸
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沈阳理工大学学士学位论文 - 1 - 引 言 毕业设计是大学学习过程中的重要环节 ,也是学生在学校学习的最后一个重要环节。这次设计是为了进一步检验学生在学校期间的学习情况，培养学生综合运用所学的专业知识和基础理论知识的能力，独立解决一般机械类技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。经过将近历时一个学期的毕业设计，我学到了许多课堂上学不到的知识，使所学的理论知识与动手设计有机结合，提高了自己的设计能力和实践能力。 本论文设计中主要包括工艺规程和专用夹具设计两大部分。在设计时，主要以专用夹具设计为重点。此次设计，本着力求使所设计的工件实际、 实用的原则来指导设计。在整个设计过程中，尽量是设计内容向实际靠拢，使设计更具科学性，更具合理性，其中所用的很多数据与参数均来自工厂一线的工具用书。通过系统的动手设计，本人已初步掌握了一般工艺路线的拟订，并掌握了工艺规程和一般专用夹具的设计方法。 在此次毕业设计过程中，得到了宋书汉老师的悉心指导与帮助，还有很多同学对我的设计也提出了许多宝贵的意见。在此，对宋老师的指导以及同学的帮助一并表示衷心的感谢。 由于编者水平有限，且此次设计涉及面广，内容覆盖面广，时间仓促，错误和不足之处在所难免，恳请老师批评指正。 编者 2006.6.16 nts沈阳理工大学学士学位论文 - 2 - 机床支架工艺工装设计 工艺规程设计 1.1 零件分析 1.1.1 零件的作用 本零件来源于沈阳第一机床厂，是机床上的某个重要的部件该部件通过安装平面和侧面的螺纹孔与其它部件联接，通过支架上的 55n6 孔与其它部件配合，其中 55 孔和两侧面都作为配合表面，有很高的表面粗糙度要求和高的加工精度，在加工时要特别注意以及进行必要的热处理来保证工件的技术 要求，从而使工件达到精度要求，从而实现正确的联接。 1.1.2 零件工艺分析 由零件图可知，其材料为 HT150，该材料强度较低，脆性较大抗缺口敏感性，减震性和耐磨性优良，切削性能也极好，抗压 b(565-785Mpa)弹性模量 E（ 69-98Gpa） 抗拉 b 130 Mpa。 工作条件 1、 承受中等应力，弯曲应力至 10MPa 2、 摩擦面间的压力不大于 0.5Mpa 3、 较弱的腐蚀性介质，该零件上的主要加工面为 55N6 孔， 58 槽 4 M6， 4-M12螺纹孔，两侧面底面以及底面 2- 12 槽， 4 M6 和 4 M12 用于联接的表面，在加工它们时有一定的精度要求同样有一定的精度要求，其中 55N6 孔和两侧面是该零件中精度要求要求最高的表面，因而具有较高的加工精度要求。 4、 由参考文献 机械加工工艺手册 表 1-10，表 1-11 表 1-12 有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也可行的。 1.2 确定毛坯、画毛坯图 根据零件材料确定毛坯为铸件，又由设计任务书已知零件的生产纲领纲领为 3000 5000 件 /年，该零件质量约为 3.57kg。由参考文献机械加工 工艺人员手册可知，其生产类型为大批生产，毛坯的铸造方法选用矿型机器造型，又由于支件零件的内腔孔nts沈阳理工大学学士学位论文 - 3 - 要铸出，故要放型芯。此外为消除系统参与应力，铸造后要安排时效处理。由参考文献实用加工工艺手册表 3-12 表 3-13 可知，该种铸件的尺寸公差等级 IT8-10 级，加工余量等级为 G 级 ,故取 C7 为 10 级。 各主要表面的加工余量等级 表 1.1 加工表面 基本尺寸 加工等级 加工余量 说明 底面 20 9 5 底面单侧加工 55 孔 47 H 4 孔降一级双侧加工 两侧面 82 G 4.5 双侧加工 注： 上表已包含预留孔和被加工的平面轮廓尺寸 AA图 1-1 图 1-2 此图为零件毛坯图 具体请参看零件图以及毛坯图 1.3 工艺规计 nts沈阳理工大学学士学位论文 - 4 - 1.3.1 定位基准的选择 1 粗加工基准的选择 在选择粗基准时，要考虑到以下几点要求： （ 1）保证各个加工表面均有加工余量的前提下 ,使主要加工表面加工余量均匀。 （ 2）保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求 ,要以不加工表面为粗基准。 （ 3）选做粗基准的表面 ,要平整没有浇口冒口或飞边等缺陷 ,以使定位可 靠 ,该铸件为支架类零件同时顶面的面积较大且平整。 综合考虑第二和第三条要求 ,选择顶面为粗基准。 2 精基准的选择 零件在加工时 ,首先以顶面的非加工表面作为粗基准加工底面 ,因此作为底面精基准 ,由此精基准加工 55N6 孔 ,进而通过 55N6 孔加工了底面上槽 ,实现了互为基准。 . 在选择精基准时应满足以下几点要求： （ 1）用工序基准作为精基准 ,实现基准重合 ,以免产生基准不重合的误差。 （ 2）当工件以某一组精基准可以方便地加工其它表面时 ,应尽可能在多次工序中采用此粗精基准定位 ,实现基准统一 ,以减少工装设计制造费用 ,提高生产率避免基准转换误差。 （ 3）为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度 ,可遵循自为基准的原则。 （ 4）精加工或完整加工工序要求余量尽可能小而均匀时 ,应选择加工表面本身作为精基准 ,即自为基准原则 ,而选择底面为精基准 ,正是符合第一第二条要求 ,同时在加工底面槽时 ,底面又与 55N6 孔之间互为基准 ,满足了加工精度。 最先进行机械加工的表面是底面和两侧面 ,这时可能有两种定位夹紧方案 方案一 :采用侧面上的通孔定位 ,限制四个自由度 ,再在 D 面采用两个支承钉定位 ,但此种方法不适于大批量生产 ,加工稳定性不高。 方案二 :在 D 面采用面定位限制三个自由度 ,而与 B 面配合限制了五个自由度 ,配合 E面采用一个支承钉 ,从而达到完全定位 ,且可以同时加工两个件 ,这种加工方法夹紧可靠 ,减少了定位夹紧等方面的误差 ,且结构简单 ,适宜大批生产 ,因此该方案可行。具体方安请参看工序简图。 1.3.2 制造工艺路线 分析零件图 ,依据各个表面加工要求精度形位公差配合关系以及技术要求 ,还有各种nts沈阳理工大学学士学位论文 - 5 - 加工方法能达到的经济精度 ,以及基准的合理选择确定了以下两种工艺路线方案 : 方案一 工序号 工序内容 铸造 时效 涂漆 5 粗铣底面 ,精铣底面 10 粗铣侧面 15 半精铣侧面 20 精铣侧面 25 粗铣 55 孔 58 槽 ,半精铣 55 孔 30 铣底面槽 35 钻 4-M12 螺纹孔 ,攻丝 40 钻 4-M6 螺纹孔 ,攻丝 45 钻 4-M10 螺纹孔 ,攻丝 50 磨 55 孔 55 成品检验 方案二 : 工序号 工序内容 铸造 时效 涂漆 5 粗铣底面 ,精铣底面 10 粗铣侧面 15 半精铣侧面 20 精铣侧面 25 粗镗 55 孔 ,半精镗 55 孔 20 磨 55 孔 30 镗 58 槽 35 铣底面槽 nts沈阳理工大学学士学位论文 - 6 - 40 钻 4-M12 螺纹孔 ,攻丝 45 钻 4-M6 螺纹孔 ,攻丝 50 钻 4-M10 螺纹孔 ,攻丝 55 成品检验 方案二 ,虽然大部分遵循工艺路线拟订的一般原则 ,但某些工序有些问题 ,如在磨 55孔时 ,精加工应安排在最后 ,而镗 58 槽时的表面粗糙度的要求并不高 ,如果安排在磨55 孔之后 ,会 使精加工表面受到损伤。由于顶面为非加工表面 ,而且工序基准为 55 孔的中心线 ,所以达不到加工精度要求 ,而且会产生基准不重合误差。造成工件的加工达不到要求。 而方案一 ,充分考虑了这些问题 ,而且也遵循了先面后孔 ,先主要表面后次要表面 ,先粗加工后精加工的原则，主要的是再加工两侧面时和内孔时的基准确定避免基准不从合误差的产生而达不到加工要求，而将钻 4 M12、 4 M6、 M10 孔等次要表面放在后面 ,将磨内孔放在最后的工艺路线拟订原则 ,也保证了加工精度。因此 ,方案是比较合理且可行的，所以选用第一套方安。 1.3.3 选择加工设备及刀具，夹具，量具 该工件的生产纲领为 3000 5000 件 /年，作为年产量为 5000 件，除去休息日一年中的工作时间约为 200 天，那么一天产量为 5000/200 258 件，属于大批量生产。故加工设备易以通用机床为主，加工刀具也以通用设备为主工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。 下面分析各个主要工序中选用的加工设备及刀具，夹具，量具 1、 铣表面 ,作为本工艺方案的第一道序 ,考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题采用立式铣床选择 X5032 式铣床，选择 d=80mm 的立铣刀 ,采用专用夹具 和游标卡尺 ,参考 金属切削手册。 2、铣两侧面 ,两侧面的表面粗糙度为 Ra=1.6,且有公差要求 ,同时也是本工件中的一个重要表面与其它工件相配合 ,所以加工精度较高 ,我们采用 X6132A 式卧式铣床 ,选用两把 d=250mm 的三面刃铣刀装在同一把刀杆上 ,对两侧面同时加工 ,而且 采用设计专用夹具和用长度量规来进行测量。 3、镗 55 孔和 58 槽 ,此孔在铸造时已预铸出 ,且工件的尺寸为 55N6,与其他工件配合时为小过盈 ,是支架与其它工件配合的另一个重要表面。 Ra=1.6 为 6 级精度 ,加工精度很高 ,我们在此道序中首先采用卧 式镗床 T611 进行加工 ,同时留出磨削余量 ,采用专用nts沈阳理工大学学士学位论文 - 7 - 夹具塞规进行测量。 4、铣底面槽 ,本道工序需要保证两侧面中心线之间尺寸以及 与侧面之间等尺寸，是支架与其它工件安装时的一个较重要部分。 Ra=3.2，采用立式铣床 X5032，选用 D=8mm的高速钢立铣刀，采用专用夹具和游标卡尺来测量。 5、 钻 、 攻丝 4 M6 螺纹孔，加工精度一般，且均匀分布，采用摇臂钻床 Z35，选用直径 d=4.9mm 的椎柄麻花钻，在钻床上攻丝，采用 M6 机用丝锥 、 专用夹具 、 螺纹量规 、 游标卡尺。 6、钻、攻丝 4 M12 螺纹孔，加工精度一般，且均匀分布， 采用摇臂钻床 Z35，选用直径 d=10.1mm 的椎柄麻花钻，在钻床上攻丝，采用 M12 机用丝锥、专用夹具、螺纹量规、游标卡尺。 7、 钻 、 攻丝 4 M10 螺纹孔，加工精度一般，且均匀分布，采用摇臂钻床 Z35，选用直径 d=8.4mm 的椎柄麻花钻，在钻床上攻丝，采用 M10 机用丝锥，专用夹具，螺纹量规，游标卡尺。 8、 磨 55 孔，作为光整平面，本工序的加工余量小，采用内圆磨床 M2110A，加工精度可达到 6 级，满足加工精度要求，采用专用夹具，磨削工具为砂轮，量具为光滑极限量规和百分表。 9、 最终检查，检查尺寸 、 位置精度 、 磨 削表面粗糙度 、 选择游标卡尺螺纹量规和角度尺等 1.3.4 确定加工余量和表面的工序尺寸 （两侧面，底面， 55N6 孔） 根据参考文献机械制图手册第三版表 5 6 表 5 8金属切削手册实用机械加工工艺手册表 3 9， 3 10表 4 7根据机械加工工艺手册第一卷表 3.2-2 3.2-48确定各主要工序的加工余量及偏差；由表 4.1-9 4.1-29确定各主要工序的经济精度；由表 4.2-4确定各种加工方法所能达到的表面粗糙度。 可确定各加工表面的加工余量，公差等级和加工方法所达到的表面粗糙度： 1、 铣平面： （ 1） 粗铣底面 Ra = 6.3m 加工余量 2Z = 4mm IT=10 级 半粗铣底面 Ra = 3.2m 加工余量 2Z =1mm IT=9 级 （ 2） 粗铣两侧面 Ra = 6.3m 加工余量 2Z = 6mm IT=10 9 级 （ 3） 半精铣两侧面 Ra = 3.2m 加工余量 2Z = 2mm IT=9 8 级 （ 4） 精铣两侧面 Ra = 1.6m 加工余量 2Z = 1mm IT=8 7 级 nts沈阳理工大学学士学位论文 - 8 - 2、 镗孔： 粗镗孔至 52， Ra = 6.3m 加工余量 2Z = 5mm IT=10 9 级 半粗镗孔至 54， Ra = 3.2m 加工余量 2Z =3mm IT=9 8 级 精镗孔至 54.8， Ra = 1.6m 加工余量 2Z = 2.8mm IT=8 7 级 镗槽至 58， Ra =6.3m 加工余量 2Z = 3.2mm IT=10 9 级 3、 底面槽（铣两次） 第一次 Ra=6.3m 加工余量 Z=15mm IT=10 级 第二次 Ra=3.2m 加工余量 Z=15mm IT=9 级 4、 钻攻螺 纹孔 （ 1） 钻攻 4 M6 螺纹孔 Ra=6.3m 加工余量 Z=15mm IT=11 级 （ 2） 钻攻 4 M12 螺纹孔 Ra=6.3m 加工余量 Z=28mm IT=11 级 （ 3） 钻攻 M10 螺纹孔 Ra=6.3m 加工余量 Z=10mm IT=11 级 5、 磨內孔 磨削內孔至 55N6， Ra=1.6 0.8m 加工余量 2Z=0.2mm IT=6 级 1.3.5 加工工序设计 1 粗铣底面，半精铣底面 （ 1） 选择刀具 镶齿套式面铣刀 d = 80mm Z = 10 参照金属切削 手册第二版 （ 2） 确定切削用量 由于表面粗糙度为 3.2，我们采用粗半精加工 经查表可知，单边余量为 5mm，这里取粗铣加工余量为 4mm 确定切削深度 可走刀一次完成 粗铣pa= 4mm 半精铣pa= 1mm 确定进给量 f 粗铣 fz = 0.5r/min 半精铣 fz = 0.4r/min 参照金属切削手册第二版 表 9 12 （ 3）确定切削速度 Vc 由金属切削手册第二版表 9 14 可知 粗铣时 Vc = 16m/min 半精铣时 Vc = 20m/min 由公式 1000Vnd（ 1.1） nts沈阳理工大学学士学位论文 - 9 - 则 n 粗铣 = 1000Vc 粗 /d = 68r/min 由机械加工工艺手册表 4 16 1 可知 标准转数可取 n 粗铣 = 75r/min n 半精铣 = 000Vc 半精 /d = 80r/min 由机械加工工艺手册 表 4 16 1 可取 n 半精铣 = 95 r/min （ 4）选择铣刀寿命 根据机械加工工艺手册第一卷表 9.4 7 T = 120min （ 5）铣削力功率计算 由机械加工工艺手册 表 3 25 可知 0 . 6 5 0 . 8 30 . 8 3 09 . 8 1z F z e f pF C a a d a Z （ 1.2） ea 铣削宽度 FzC 铣削力系数 fa 每齿进给量 0d 铣刀半径 pa 铣削深度 Z 齿数 由表 3 25 可知FzC= 50 ea= 76 fa= 0.5 0d= 80 pa= 4 Z = 10 则 zF= 11007N （ 6） 校核机床功率 （一般不校核粗加工工序） 由机械加工工艺手册表 3 25 可知修正系数 则实际的圆周切削力应为 Fz = 11007 1.057=11634.189N 铣削功率 Pm 为 Pm = Fz V 310 （ 1.3） Pm = 3.1Rw 由机械加工工艺手册第一卷表 9.1 7 得 X5032 的机床功率为 9.09Kw，若取效率为 0.85 则 9.09 0.85 = 7.7265Kw 3.1Kw 故机床功率足够，同时 X5032 最高加工表面粗糙度可达pa= 1.6mm，则满足加工要求。 （ 7） 时间定额 计算 nts沈阳理工大学学士学位论文 - 10 - 机动时间 由机械加工工艺手册 P248 可知 基本时间 12l l lLT j i ifm z fm z （ 1.4） fm = fz Z n （ 1.5） fm 工作台每分钟进给量（ mm/min） z 铣刀齿数 fz 铣刀每齿进给量（ mm/z） n 铣刀每分钟转数 （ r/min） pa 铣削深度 i 行程次数 fmz 水平进给量（ mm/min） 当 Kr 主偏角 =90时，根据机械加工工艺手册 221 0 . 5 ( ) ( 1 3 )l D D B : （ 1.6） 2l= 13: Fm = fz Z n l = 70 1l= 0.5（ 80-25） +1=28.5 2l= 2 i = 1 所以 Tj 粗铣 = 0.284min Tj 半精铣 12l l l ifmz = 0.28 故此 基本时间 =T 粗铣 +T 半精铣 = 0.284min+0.28min = 0.564min 辅助时间：由 机械加工工艺手册表 7 29 可知：工作时装上及取下零件所需辅助时间为 0.47min 再由表 7 30 可知有关定程的辅助时间为 0.23+0.04+1.40 = 2.27min 2 铣两侧面 nts沈阳理工大学学士学位论文 - 11 - （ 1） 选择刀具 选用由前面可知的 d = 250mm 的三面刃铣刀对两侧面同时进行加工 参见机械加工工艺人员手册 （ 2） 选择切削用量 经查表可知，由于采用两面同时加工，所以粗铣双边为 4mm，半精铣双边为 1mm，精铣双边为 0.5mm 参见金属切削手册 （ 3） 确定每齿进给量 f 粗铣 f = 0.25mm/r，半精铣 f = 0.15mm/r，精铣 f = 0.07mm/r 参见金属切削手册表 9 12 （ 4） 选择铣刀寿命 T = 120min 参见机械加工工艺手册第一卷表 9.4 7 （ 5） 确定切削速度 V 粗铣 = 16m/min V 粗铣 = 16m/min ， V 半精铣 = 18m/min， V 精铣 = 20m/min 参见金属切削手册表 9 14 （ 6） 切削力计算 （此处只计算粗铣切削力） 0 . 7 21 . 1 1 4 1 . 1 0 . 9 409 . 8 1z F z e f pF C a a d a Z （ 1.7） 其式 中ea 切削宽度 取为 80 FzC 切削力系数 取为 50 0d 每齿进给量 d 铣刀外径 pa 铣削深度 Z 齿数 由 机械制造工艺设计手册表 3 25 可知： FzC= 30，ea= 80， af = 0.25，0d= 250，pa= 4， Z = 22 则 F=778N，由于是双边切削则 F=1556N 又由表 3 25 可知修正系数 K = 1.057 nts沈阳理工大学学士学位论文 - 12 - 则实际圆周切削力为 F = 1644.5N （ 7） 切削功率 Pm = Fz V 310 = 0.44km 校验机床功率：由 机械制造工艺设计手册第二卷中 X6132 型铣床技术参数可知电动机总功率为 P 总 =10kwPm，则机床功率足够，满足加工要求。 3 镗 55N6 孔 （ 1） 选择刀具 由刀具课程设计指导书查得 镗杆为 36 200，刀头为 10 10 36 由机械加工工艺手册第二卷表 11.2 17 可知 选卧式镗床 T611，主轴转速范围为 20 1000 转 （ 2） 选择切削用量 由 机械制造工艺设计手册可知 V 粗镗 = 22m/min V 半精镗 = 28m/min V 精镗 = 28m/min （ 3） 选择计算转速 由公式（ 1.1）可得 n 粗 = 1000V 粗 /d = 149r/min n 半精 = 1000V 半精 /d = 171r/min n 精 = 1000V 精 /d = 383r/min 又由机械制造工艺设计手册 4.7 1 选择标准转速分别为 n 粗 = 160r/min n 半精 = 200r/min n 精 = 400r/min 4 磨 55N6 孔 （ 1） 选择磨具 根据加工条件，选择代号为 P 的平行砂轮 由机械加工工艺手册第二卷表 13.2 18 可知其外径为 35mm，厚度为 3.2mm nts沈阳理工大学学士学位论文 - 13 - （ 2） 选择磨削用量 合理选择磨削用量，对磨削加工质量生产率均有影响 确定砂轮转速 Vs 由公式（ 1.1）得 Vs = ds ns/1000 由机械加工工艺手册第二卷表 13 5 其中 ds 砂轮直径 mm ns 砂轮速度 r/min 又由机械加工工艺手册第二卷表 13.4 16 可知 Vs = 24m/s ns = 1400r/min 工件速度 Vw 与砂轮速度有关，其速度比公式为 q = Vs/Vw (1.8) 内圆磨床 q=40 80，取 q=60，见机械 加工工艺手册第二卷表 13 71 Vw = 0.4m/s （ 3） 纵向进给量 Vf 一般根据经验公式，纵向进给量公式 af= （ 0.7 0.8） bs （ 1.9） bs 为砂轮宽度， bs 取 3.2 则 af= 2.24mm 1000awfnVf（ 1.10） 则 Vf = 0.09m/min （ 4） 磨削深度pa根据实用机械加工工艺手册表 3 94 可知， pa= 0.4mm （ 5） 切向磨削力 F1， 径向磨削力 F2 61 10ZEssPyFNnd （ 1.11） ZP 磨头电动机实测输出功率（取 3.2） Ey 电动机传动效率（取 0.98） sn 砂轮转速 r/s nts沈阳理工大学学士学位论文 - 14 - sd 砂轮直径 mm 1F= 2.2N 21FF= 3 则 2F= 66N 参见机械加工工艺手册第二卷表 P13 6 （ 6） 内圆磨砂轮常用合理耐用度 T = 600（ s） 参见机械制造工艺设计手册表 3 12 （ 7） 校验机床功率 Pm 主运动所消耗的功率为 1000sFvPm K w （ 1.12） Pm = 0.054kw 根据 M211A 型磨床的技术参数， 电动机总功率 P 总 = 4.6kw， 参见机械加工工艺手册，所以 P 总 Pm，因此磨削 55N6 孔时确定的磨削量可以采用。 nts沈阳理工大学学士学位论文 - 15 - 2 机床夹具设计 （工艺装备设计） 2.1 机床夹具概论 2.1.1 机床夹具概念 在机械制造厂的生产过程中用来安装工件使之固定在正确位置上，完成切削加工，检验，装配，焊接等工作，所使用的工艺装备称为夹具。 2 1.2 工件的安 装 在机床上加工工作时，为了保证工件被加工表面的尺寸，几何形状及相互位置精度方面的要求，事先必须将工件正确的安装到机床加工位置上去。工件安装一般包括定位和夹紧两个过程：即首先应使工件相对于机床及刀具占有一个正确位置，这就是工件的定位。然后将工件紧固在这一即定位置上，使之不受切削力重力离心力和惯性力作用而发生位置改变，这就是工件的夹紧。工件的安装一般用两种方式：直接在机床工作台或通用夹具上安装，采用专用夹具安装。 2.1.3 机床夹具的功用 （ 1） 保证产品加工精度，稳定产品质量 （ 2） 提高生产率，降低加工成 本 （ 3） 改善工人劳动条件 （ 4） 扩大机床的工艺范围 2.1.4 机床夹具的组成 机床夹具因被加工工件的加工表面不同或使用机床种类不同而用各种不同的结构形式，但就机床夹具具体结构而言，大致分为以下几个部分：定位元件，夹紧装置，导向对刀元件，连接元件，其它装置和元件，夹具体。 2.2 夹具设计的基本要求 稳定的保证工件的加工技术要求 提高机械加工的劳动生产率，降低工件成本 结构简单，便于制造和维修 操作安全方便 2.3 夹具设计方法和步骤 铣床夹具主要用于加工工件上的平面，凹槽，直线成型面和齿轮等。而一 般的铣削nts沈阳理工大学学士学位论文 - 16 - 过程都是铣床工作台和夹具一起做进给运动的。根据进给方向的方向不同，通常将铣床夹具分为直线进给式，圆周进给式和靠模进给式，其中以直线进给式应用最多。铣床夹具的特点，铣削加工过程不是连续的加工，切削用量和切削力都较大，而且切削力大小和方向都是变化的，因而，切削过程中容易产生震动。所以，再设计铣床夹具时，要特别注意工件在夹具上的定位稳定性和加紧的可靠性。整个夹具要有足够的刚性。为此，再设计和布置定位元件时，应尽量使支撑面大些，定位元件的两个支撑之间要尽量的远些。再设计加紧装置时，为防止工件在加工过程中因震 动而松动，夹进装置要有足够的夹紧力和自锁能力。为了提高铣床夹具的刚性，再确保夹具有足够的排屑空间的前提下，要尽量降低夹具的高度；注意施力方向和作用点的位置。只有注意了这些才能很好的进行夹具的设计。 2.3.1 铣两侧面夹具设计 1 、 研究原始资料，明确设计任务 由任务书可知，此零件生产纲领为 3000 5000 件 /年，属于大批量生产，从零件图和工艺过程简表上知，两侧面表面要求为 Ra=1.6m ，且用公差要求，所以需要进行精加工，同时此表面是作为安装配合表面，以上这些在夹具设计时都要注意，同时夹具设计时要注 意到本道工序为两把刀同时切削进给。 2 、 确定设计方案 由于该道工序并不是机械加工的第一道工序，是用以加工的表面做定位基准进行加工的，无须进行粗基准的选择，其定位表面有较高的精度夹具设计必须遵循夹具设计结构方案的原则，即：在确保加工质量的前提下，结构尽可能简单操作省力高效安全，经济合理，并尽量采用标准元件，同时夹具的定位，导引，加紧装置再夹具体上，成为一体，并准确的并能准确的。 在此前提下，要遵循以下两点： （ 1）保证各加工表面均有足够的加工余量的前提下，保证主要表面的余量尽量均匀。 （ 2）保证定位，夹紧 可靠，操作方便。 根据以上两点，拟定方案如下： 铣两侧面，采用双向同时铣削，有机床工作台进给方向和所受切削力可知在 Xt 方向不受限制，再这里首先采用底面大端面定位限制 Zt ， Y) ， X) 再用定位块上的一个支撑钉限制了 Yt ，同考虑到铣床夹具在铣削加工过程中所受力的特点配 合定位块同时限制了nts沈阳理工大学学士学位论文 - 17 - X) ， Z) ，所以，实际实现了完全定位，定位方安满足了零件的加工要求。具体定位夹紧方安请参看工序简图 1.61.6图 . 3 、 确定设计定向和对刀装置 （ 1）铣床夹具采用定向键把夹具体安放在机床上，一般采用两个相距较远的定向键，安装在夹具体底部，通过与铣床工作台的 T行槽配合，使夹具上的定位元件的工作面相对铣床工作台的进给方向有确定的位置 关系。本夹具采用矩形定向键。 （ 2）对刀装置的设置，对刀装置是用来调整和确定铣刀相对夹具位置的。为了防止对刀时碰伤切削刃和对刀块，一般在刀具和对刀块之间塞一规定尺寸的塞规（ 3mm），根据接触的松紧程度来确定刀具的最终位置，本夹具采用板装对刀块，安装在支架上，对刀时将塞规靠在对刀块上，用塞尺来校准铣刀的位置，而本道工序就是采用了在板装对刀板上配合使用 3mm 的塞尺来对刀的，从而实现加工要求。 4 、 夹紧力的计算 首先确定夹紧机构和夹紧力的分析，由于工件不大，主要承受切削力，通过地面定位时，以承受其中很大部分切 削力。采用手动装置夹紧，同时遵循夹紧装置的基本要求：加紧过程可靠，夹紧力的大小适宜，结构性好，使用性好。同时根据夹紧力的作用点及方向的要求：夹紧力的方向应尽可能朝向主要限位面；夹紧力的作用点应施于工件钢度好的方向和部位上；夹紧力的作用点应在定位支撑范围内以及夹紧力的作用点应靠近工件的加工表面。所以通过两根螺栓和弹簧与夹板配合夹紧工件，同时在主要切削部位采nts沈阳理工大学学士学位论文 - 18 - 用螺栓夹紧机构，通过螺杆，在圆头部位安装平头的压块来与压板配合夹紧工件，夹紧方便可靠同时也满足以上要求。 夹紧力计算 分析在本工序所有的铣削工序中，粗铣时， 径向切削力 Py为最大 由机床夹具设计手册查得夹紧件为螺钉时的夹紧力（螺杆端面为球面配合压块） 01t a n ( ) 222QLWd R c t g f （ 2.1） W 夹紧力 N Q 原始作用力 N（一般取 80 100N） L 作用力臂 mm（一般取 L 14d0） 0d 螺纹中径（ mm） 螺纹角度（一般取 =3） 1 螺纹处摩擦角取（一般取1=20） 2 螺纹端部与件的摩擦角 R 螺杆端部与工件（或压角的当量摩擦半径 mm） 螺杆端部为球面时 r1=0 又由金 属机械加工工艺人员手册表 9 27可知 = 180， f = 0.1 则 W 153N 当保证工件装夹安全可靠，根据机床夹具设计手册，将理论夹紧力乘以安全系数，考虑到切削力的变化程度和工艺系统变形等因素，一般取 K=1.5 : 3，那么实际所须的夹紧力 W 实际 =K*W=307N 由于夹紧力为手动夹紧力提供，且夹紧力不大，工件也不大，通过以上计算所得夹紧力和手动夹紧力能够满足要求，故夹紧力适宜。 5 、 压板处夹紧力 由金属切削机床夹具设计手册 P326 查得 W = PK1 （ 2.2） K1 = L/L1 1/ （ 2.3） 各种摩 擦损失的系数 由 P328查得 L1/L = 0.2 nts沈阳理工大学学士学位论文 - 19 - = 0.9 K = 0.926 W = 0.926 100 = 92N 则实际 W为 184N 由于工件尺寸不大，且夹紧力不大，同时加工方法为铣削，主要承受轴向力，在安装时夹具底面以承受部分切削力，因此本工件由手动方式提供夹紧力，通过计算，完全能够满足此夹紧力的要求，故夹紧力合适。 6 、 夹具体 设计 夹具的结构形式在很大程度上取决于定位装置和夹紧装置及其元件的结构和布置。为使夹具结构紧凑，保证夹具之机床上安装稳定，并使工件的加工表面尽可能靠近工作台面，降低夹具重心，夹具体的高度比应限制在 H/B 1 1.25 范围内。此外，还要设计耳座。同时由于工件形状不复杂，且比较规则，夹紧选用夹紧，故选择铸造夹具体为主，底座设有两个铰链杠杆螺旋夹紧，用 T 型螺栓固定于工作台上，在中间最远距离处装有两个定向键，用以确定夹具和刀具的正确位置。 7 、 绘制夹具装配总图 此铣床夹具装配总图上将定位元件，支承，导向，对刀 ，夹紧元件，以及辅助支承，与夹具体的联接表达清楚，装配总图中的定位衬套与夹具体采用过度配合，夹具装置中一部分采用压板通过铰链杠杆夹紧，另一部分，采用螺旋夹紧，采用螺栓和螺钉与夹具体相连接，压板采用螺栓和定位销与铰链杠杆连接通过螺钉与夹具连接。对刀快对称放置，装配调整的整体位置最后用螺钉紧定 8 、 标注尺寸和公差配合 定向键与 T型槽配合 H7/h6 定位销与工件基准孔配合 H7/h6 固定支承钉定位销配合精度 H7/n6 定位心轴的定位基面一般按 h6制造 2.3.2 铣底面 2 12 槽夹具设计 1 、 研究原 始材料，明确设计任务 分析零件图和工序图，根据加工内容以及铣床夹具的特点，初步确定夹具体的形状，定位夹紧元件，以及定位方式。 nts沈阳理工大学学士学位论文 - 20 - 2 、 定位基准的选择与定位元件的确定 由于工件一般不是直接放置在夹具体上的，而是放在定位元件上的，工件与定位元件直接接触。因此，定位元件应满足以下要求： 足够的精度 由于工件的定位是通过定位副的接触或配合实现的，定位元件限位基面的精度直接工件的定位精度，既直接影响工件的加工精度，因此，定位元件上的限位基面应有足够的精度。耐磨性好 定位元件上的限位基面因与工件定位基面接触容易磨损，为 此要求限位基面要耐磨，以便长期使用保持定位精度。足够的强度和刚度 再工件重力，加紧力和切削力等作用下，定位元件可能发生较大的变形，从而影响加工精度，或因强度不够而损坏定位元件，为此，定位元件应有足够的强度和刚度。对于承受教大的冲击和外力的定位元件，一般应内韧外硬。工艺性好 定位元件要有良好的工艺性，要容易制造，方便装配，容易修理或更换。便于清除切削 定位元件上限位基面的形状应有利于清除切屑，否则，会因切屑而影响定位精度，而且切屑还会损坏工件的定位基面。 再由工序简图可知，支架底面槽与侧面有尺寸要求，同时又对 称布置在底面上，因此选取孔和侧面组合定位，采用短销大平面的定位心轴来定位，心轴与工件为间隙配合，限制了工件的 Xt Yt Zt Y) Z) 六点完全定位，增加夹紧的刚度，减少工件在加工时的冲击，理论上 Zt 可以不限 制，为了 避免由于刚度不够使工件出现断裂，也满足了工件的加工要求，采用六点完全定位。夹紧方安如图所示 槽-123.2图 . nts沈阳理工大学学士学位论文 - 21 - 3 、 对定装置的选择 在进行机床夹具总体设计时，还要考虑夹具在机床上的定位和固定，才能保证夹具（含工件）相对于机床主轴（或刀具）机床运动导轨由准确的位置和方向。夹具在机床上的定位有两种基本方式，一种是安装在机床工作台上，如铣床刨床和镗床夹具，另一种是安装在机床主轴上，如车床夹具。 铣床类夹具，夹具体底面是夹具的主要基准面，要求底面 经过比较精密加工，夹具的各定位元件相对于此底平面应有较高的位置精度要求。为了保证夹具具有相对切削运动的准确的方向，夹具体底平面的对称中心线上开有定向键槽，安装上两个定向键，家具靠着两个定向键定位在工作台面中心线上的 T 形槽内，采用良好配合，一般选为H7/h6，再用 T形槽螺钉固定夹具。 4 、 夹紧装置的确定和选择 本道序加工为采用立式铣刀加工槽，工件主要承受轴向铣削力，同时由铣床夹具结构特点可知，在设计夹紧机构时，我们综合考虑了加紧力以及加紧方式的合理性以及夹具设计的要求，同时为了防止工件在加工过程中因振动而松 动，夹紧装置要有足够的夹紧力和自锁能力，所以选则基本的加紧机构圆偏心机构。采用偏心的扩力和自锁性能实现夹紧作用的机构，它具有夹紧动作迅速操作方便的特点，同时配以螺栓和夹紧螺钉辅助夹紧。 由于采用圆偏心夹紧机构，则圆偏心夹紧力 由金属切削机床夹具设计手册查得圆偏心夹紧机构的加紧力为 12t a n ( ) t a nQLW （ 2.4） L 手柄的长度（ mm） Q 作用于手柄上的力（取 80 100） 回转中心距夹紧点的距离，即回转半径（ mm） 偏心轮上夹紧角的升角 1 偏心轮对夹紧表面的摩擦角，通常取1=8 30（此时 tan1=0.15） 2 偏心轮对回转轴的摩擦角，通常取2=5 43（此时 tan=0.15） 1 0 0 1 0 0 6301 6 . 1 2 6 2 4 1 7 3WN nts沈阳理工大学学士学位论文 - 22 - 5 、 夹具体结构的拟定 夹具的结构形式在很大程度上取决于定位装置和夹紧装置及其元件的结构和布置。为使夹具结构紧凑，保证夹具之机床上安装稳定，并使工件的加工表面尽可能靠近工作台面，降低夹具重心，夹具体的高度比应限制在 H/B 1 1.25 范围内。此外，还要设计耳座。同时由于工件形状不复杂，且比较规则，夹紧选用夹紧，故选择铸造夹具体为主，在中间最远距离处装有两个定向键，用以确定夹具和刀具的正确位置。 6、绘 制夹具装配总图 此铣床夹具装配总图上将定位元件，支承，导向，对刀，夹紧元件，以及辅助支承，与夹具体的联接表达清楚，装配总图中的定位衬套与夹具体采用过度配合，本道夹具中首先采用定位心轴定位采用螺母夹紧，同时采用偏心夹紧机构通过压板来夹紧工件，对刀块对称放置，装配调整的整体位置最后用螺钉紧定 7、 标注尺寸和公差配合 定向键与 T型槽配合 H7/h6 定位销与工件基准孔配合 H7/h6 固定支承钉定位销配合精度 H7/n6 定位心轴的定位基面一般按 h6制造 nts沈阳理工大学学士学位论文 - 23 - 3 量具的设计 检查零件是否合 格，必须通过检验和测量才能判断，测量时测出工件的尺寸和角度登记和量值的大小。将测量结果与图样上的技术要求进行比对，从而判断工件是否合格的过程叫做交检验。显然，检验具有测量或计量和验收的双重意义。测量工件的尺寸，角度等几何量所用的工具叫卓量具或计量器具。列如，测量长度的千分尺，测量水平位置和垂直位置使用的水平议等。量具按其用途结构及用途，通常分为以下四种： （ 1）基准量具 测量中用作票准量的量具，成为基准量具，如基准米尺，量块，角度尺， 90度角尺和线纹尺等 （ 2）通用量具 有刻度，能量出一定范围内孔几何量的具 体数值的量具为通用量具。如游标卡尺，游标量角器，内外景千分尺，机械式量议，光学量仪，气动和电动量仪等。 极限量规 极限量规是一种没有刻度的，用来检验工件的尺寸，形状和位置误差的专用（ 3）检验工具 它不能测出工件具体的尺寸的大小，但可以确定工件的几何形量是否在规定的公差的极限范围之内，从而判断其是否合格。如光滑极限量规，位置量规，样板量规，键槽量规，圆锥量规，罗纹量规和花键综合量规等。 （ 4）检验夹具 检验夹具是在专门为测量工件上某一个参数或某些特定参数，用来提高检验效率而设计的专用检验工具。在大量合成批生产 中用的较多。 在生产中，对光滑零件尺寸有两种不同类型的检验方法，即光滑量规检验和用极限指示计或普通计量器具进行检验 为了保证零件的互换性，任何检验方法都必须验收的基本原则 泰勒原则，即孔和轴的体外作用尺寸不允许超过最大实体尺寸，在任何位置上的实际尺寸不允许超过最小实体尺寸，因为量规是一种没有刻度的量具，用它来检验工件时，只能确定工件的尺寸是否在极限范围内，不能侧出工件的实际尺寸 ，又因为量规的结构简单，制造容易，使用方便和能保证被检验，工件在装配中的互换性，所以在成批生产中被广泛使用。 3.1 量规的种 类及其作用 我们要检查 55N6 的孔是否合格，所以要设计检查孔的工作量规（即塞规）要根据互换性与测量技术可知孔用工作量规为塞规分别为塞规和止规，检验工件时，只要通规能通过工件，止规不能通过工件，认为该工件合格 3.2 量规设计 由于我们要检查 55N6的孔，查互换性与测量技术由表 7 9得 孔的公差等级nts沈阳理工大学学士学位论文 - 24 - 为 6级，公差值为 0.019mm ES=+0.019 EI=0 再由表 7-9可知孔的工作量 3.1.1 通规 （ T） : 上偏差 EI+Z+T/2 = 0+3.4+1.4 = 4.8mm （ 3.1） 下偏差 EI+Z-T/2 = 0+3.4-1.4 = 2mm （ 3.2） 所以工作尺寸（毫米） 55孔的上下偏差为 55.0048，上偏差为 0，下偏差为 -0.0028 3.1.2 止规 （ Z） 上偏差： ES = 19 m （ 3.3） 下偏差： ES-T = 19-2.8 = 16.2 m （ 3.4） 所以 55 孔的上偏差为 0.019，下偏差为 +0.0162，即 55
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