尾座体的精铣圆柱体端面专用夹具设计及机械加工工装备说明书.doc
尾座体的铣圆柱体端面专用夹具设计及机械加工工装备含proe三维及4张CAD图
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尾座体
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摘要本次课程设计的内容是尾座体机械加工工艺的编制及其专用夹具的设计,并绘制零件图-毛坯图、夹具装配图,填写关键工序机械加工工艺规程卡片以及指定工序夹具装配图、夹具部分零件图。通过确定生产类型对零件进行工艺分析，合理选择毛坯种类绘制毛坯零件图，进行工艺设计并初步拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序加工设备及工艺装备，确定各工序切削用料及工序尺寸，并填写工序的工艺卡片。完成各项准备后，进行各工序的专用夹具设计。关键词：尾座体，工艺分析，工艺设计，夹具设计II目录摘要1第 1 章尾座体工艺分析11.1 尾座体的作用与结构11.1.1 尾座体的作用11.1.2 尾座体零件各技术要求制定11.1.3 尾座体的结构工艺性11.2 尾座体关键表面的技术要求2第 2章尾座体工艺设计32.1 尾座体工艺设计32.1.1 尾座体生产类型的确定32.1.2 确定毛坯的制造方法32.2 尾座体毛坯的选择与毛坯图说明32.2.1 确定总余量32.2.2 毛坯图说明42.3 尾座体工艺路线的确定52.3.1 粗精基准的选择52.3.2 工艺路线方案一52.3.3 工艺路线方案二62.3.4 工艺方案的比较与分析7第3章 半精铣圆柱体端面夹具设计83.1 半精铣圆柱体端面总体方案设计83.2 半精铣圆柱体端面定位分析及误差计算93.3 半精铣圆柱体端面夹紧机构设计与夹紧力计算103.4 半精铣圆柱体端面夹紧操作动作说明11设计心得12参考文献13第 1 章尾座体工艺分析1.1 尾座体的作用与结构1.1.1 尾座体的作用（1）所给定的零件是机床上的尾座体是各种机床中不可缺少的一部分,它有着特别的作用。尾座安装在机床的导轨上,尾座上的套筒可以安装顶尖,以支承较长的工件的右端(即顶持工件的中心孔)安装钻头、铰刀,进行孔加工,也可以安装丝锥攻螺纹工具、回板牙套螺纹工具加工内、外螺纹。尾座可以沿尾座导轨作纵向调整移动,然后压下尾座紧固手轮捋尾座夹紧在所需位置,摇动尾座手轮可以实现对工件的顶紧、松开或工件进行切削的纵向进。（2）零件17H6 的孔与顶尖研配，底面和 75斜面与磨床工作台相连，通过14mm孔用螺栓将尾体作紧固在工作台上，主要固定顶尖，圆柱体形的部分有一个17H6 孔， 并且有一个 M6 的螺纹孔，顶尖穿过17H6 的孔，将螺钉拧紧，这样顶尖就固定了。1.1.2 尾座体零件各技术要求制定（1）该零件形状特殊、结构简单，但是由于它要安装在机床工作台上面，部分配合表面要求的加工精度比较高；对于17 孔因为要与顶尖配合，而顶尖中心线又要与机床的主轴中心线重合，以保证工件的外圆柱度，所以17 孔内表面要求有圆度和圆柱度要求，粗糙度要求比较高精加工要求研配，并且与底面和燕尾斜面的平行度都有较高要求；对于底平面和斜面 B 要与机床工作台配合，所以表面粗糙度要求也较高，通过研配达到精度要求。（2）尾座体主要加工面：17 孔、底面和燕尾斜面，次要加工面：圆柱体两端面、14 孔、右端面、底部凹槽以及燕尾底面。（3）关键技术问题： 如何保证17 孔与底面和燕尾斜面的平行度 17 孔的圆柱度和圆度 17 孔的粗糙度达到 Ra=0.4m 底平面和 75侧平面的粗糙度达到 Ra=1.6m。1.1.3 尾座体的结构工艺性（1）尾座体共有三组加工表面，其中两组位置要求。以14 孔为中心的加工表面，19这一组表面包括14mm 的孔以及 261 的沉头孔和粗糙度为 Ra=12.5m 的凹凸面。以底平面为中心的加工表面，这一表面包括 Ra=1.6m 的底部基准面和燕尾斜面基准面,Ra=12.5m 的凹槽底面和 Ra=6.3m 的右端面和 Ra=12.5m 的下端面。以17H6 孔位中心的加工表面，这一组表面包括 17H6 的孔以及 145的倒角，左右端面和 M6 的螺纹孔，其中主要加工面为17H6 的孔内壁。（2）零件选用 HT200，材料硬度：163255HBS 材料硬度：163255HBS，抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处理。工作条件：承受较大应力的零件（弯曲应力0.49MPa（大于 10t 在磨损下工作的大型铸件压力1.47MPa），要求一定的气密性或耐弱腐蚀性介质。（3）考虑到加工成本和加工效率以及零件的形状，胚料不适合采用选用锻造所以选择砂型铸造，加工螺纹底孔、14 孔选用立式钻床；17 孔选用卧式车床；各加工平面用卧式铣床。1.2 尾座体关键表面的技术要求铸件需要消除毛刺和砂粒、并作退火处理 。17H6 孔圆度公差为 0.003mm ，17H6孔圆柱度公差为 0.004mm ，17H6 孔中心与底平面的平行度公差 0.005mm，17H6 孔中心与 75侧平面的平行度公差 0.005mm。17H6 的孔需精加工、研配。导轨面配刮1013 点/2525，表面粗糙度 Ra=1.6m。圆柱体左右端面表面粗糙度 Ra=6.3m。14 孔以及其凹凸面粗糙度为 Ra=12.5m。燕尾 75侧平面粗糙度为 Ra=1.6m、配刮,底部粗糙度 Ra=12.5m。尾座体右端面 Ra=6.3m，底部凹槽 Ra=12.5m。第 2章尾座体工艺设计2.1 尾座体工艺设计2.1.1 尾座体生产类型的确定由于该零件的形状较复杂，因此不能用锻造只能用铸件，而且年生产批量为 5000 件已达成批生产的水平属于大批量生产。2.1.2 确定毛坯的制造方法因为零件在工作中承受静荷以及小量的动载荷,为了使金属纤维尽量不被切断非加工表面对称均勻,使客件工作可靠,并且件的铸造性能较好。由于该零件的轮廓尺寸不大生产类型为大量生产,又考虑件的加工粲件要求较交高。为了保证加工质量、提高生产率、降低成本、减少工人的劳动强度,确定采用砂型铸造，零件材料为 HT200，对提高生产效率和保证质量有较好帮助。此外要消除残余应力要安排人工时效。2.2 尾座体毛坯的选择与毛坯图说明根据生产类型、零件结构，形状，尺寸、材料等选择毛坯制造方式，确定毛坯精度。此时，若零件毛坯选用型材，则应确定其名称、规格，如为铸件，则应确定分型面，浇冒口系统的位置，若为锻件，则应确定锻造方式及分模面等。2.2.1 确定总余量查阅有关的机械加工工艺手册，用查表法确定各表面的总余量及余量公差。铣削加工加工余量依据文献4 表 831 以及表 1550 查得、公差依据文献5 表 32 查得表面粗糙度以及经济精度由文献2表 115 查得：尾座体零件材料为 HT200 硬度为 170-241HB，生产类型为小批量生产，采用砂模铸造。根据上述原始资料及加工工艺，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）尾座体底平面据文献4 表 5-6，铸件偏差1.0mm。表面粗糙度 Ra=1.6m,要求粗加工和精加工。参照文献5 第 414 页可知，加工余量为：粗铣：Z=2mm，精铣：Z=0.85mm。粗铣削的加工精度 IT11 级，因此偏差0.11。精铣削偏差即为零件偏差。（2）Ra=12.5m 的底面只要求粗加工。参照文献5 第 414 页可知，加工余量： Z= 4mm。（3）75侧平面Ra=1.6m,要求粗加工和精加工。参照文献4 表 5-72，粗刨Z=2mm,精铣 Z=0.85mm。刨削公差即为零件公差：0.3mm。（4）右端面。Ra=6.3m。要求粗加工和半精加工。参照文献5 第 414 页可知， 粗铣 Z=1.3mm，半精铣 Z=0.7mm。（5）凸台面。Ra=12.5m。只要求粗加工。参照文献5 第 414 页可知，加工余量 Z=2mm。（6）圆柱体形左右端面。Ra=6.3m。要求粗加工和半精加工。参照文献5 第414 页可知，粗铣 Z=1.3mm，半精铣 Z=0.7mm。（7）17H6 孔。精铰和研配。精铰 2Z=0.15mm，研配 2Z=0.05mm。公差+0.011mm（见文献5 表 1-8）由于毛坯及以后各道工序（或工步）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。实际上，加工余量有最大和最小之分。本设计规定的零件为大批大量生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。底平面与17H6 孔的中心线之间的尺寸加工余量和工序间余量及公差分布图如下：底平面与17H6 孔的中心线之间的尺寸公差分布图(调整法) 毛坯名义尺寸：105+3=108（mm）毛坯最大尺寸：108+1.8=109.8（mm） 毛坯最小尺寸：108-1.8=106.2（mm） 粗铣后最大尺寸：105+0.61=105.61(mm)粗铣后最小尺寸：105.61-0.22=105.39(mm) 精铣后尺寸即达到 105(mm)。2.2.2 毛坯图说明图 2.1 毛坯图2.3 尾座体工艺路线的确定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批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使用生产成本下降。2.3.1 粗精基准的选择（1）粗基准的选择对于一般零件而言，以加工面互为基准完全合理；但对于本零件来说，如果以17 的孔为粗基准可能造成位置精度不达标，按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工面作为粗基准）现在选择不加工35 的外圆表面和外表不加工面作为粗基准，利用一组两个锥套夹持两端作为主要定位面以消除五个不定度，再用一个支承板、支承在前面用以消除一个不定度，达到完全定位。用来加工工件的底面。（2）精基准的选择精度高的底面基准面、燕尾斜面基准面和17H6 孔两个端面自然就成了精基准。因为底面既是设计及准又是装配基准这样符合“基准重合”原则，其它各面、孔的加工可以以两基准面为基准这符合“基准统一”原则。考虑到要保证加工余量均匀以及要有较高的形状、位置精度，故要求17H6 孔和两基准面互为基准进行加工。2.3.2 工艺路线方案一工序 1：粗钻17mm 孔，以圆柱体外表面和右端面为基准。工序 2：粗铣底平面，底部凹槽和 22 的槽，以17mm 孔和右端面为基准。工序 3：粗刨 75侧平面，以底平面和17mm 孔为基准。工序 4：粗铣右端面，以底平面、75侧平面为基准。工序 5：粗铣圆柱体左右端面，以17mm 孔和其相对端面定位。工序 6：粗铣凸台面，以底平面和圆柱体左端面为基准。工序 7：钻14mm 孔，以底平面和圆柱体左端面为基准。工序 8：锪26x1 沉头于孔，以底平面和圆柱体左端面为基准。工序 9：钻 M6 螺纹孔，以14mm 孔和底平面为基准。工序 10：扩17mm 孔。工序 11：半精铣底平面，底部凹槽和 22 的槽，以17mm 孔和右端面为基准。工序 12：半精铣 75侧平面，以底平面和17mm 孔为基准。工序 13：半精铣右端面，以底平面、75侧平面为基准。工序 14：半精铣圆柱体在左右端面，以中17mm 的孔和 M6 螺纹孔为基准。工序 15：半精铣凸台面，以底平面和圆柱体左端面为基准。工序 16：扩14mm 孔，以底平面和圆柱体左端面为基准。 工序 17：锪26x1 沉头孔，以底平面和圆柱体左端面为基准。工序 18：扩，攻丝 M6 螺纹孔。工序 19：铰17mm 孔。工序 20：精铣底平面，以17mm 孔和右端面为基准。工序 21：精铣 75侧平面，以底平面和17mm 孔为基准。工序 22：研配17mm 孔。工序 23：配刮底平面、75侧平面。2.3.3 工艺路线方案二工序 1：粗铣底平面，底部凹槽和 22 的槽，以底平面自身和右端面为基准。工序 2：粗刨 75侧平面，以底平面和右端面为基准。工序 3：粗钻17mm 孔，底平面，75侧平面为基准。工序 4：粗铣右端面，以17mm 的孔和底平面为基准。工序 5：粗铣圆柱体左右端面，以17mm 孔和其相对端面定位。工序 6：粗铣凸台面，以底平面和圆柱体左端面为基准。工序 7：钻14mm 孔，以底平面和圆柱体左端面为基准。工序 8：锪26x1 沉头于孔，以底平面和圆柱体左端面为基准。工序 9：钻 M6 螺纹孔，以14mm 孔和底平面为基准。工序 10：半精铣底平面，底部凹槽和 22 的槽，以17mm 孔和右端面为基准。工序 11：半精铣 75侧平面，以底平面和17mm 孔为基准。工序 12：扩17mm 孔。工序 13：半精铣右端面，以17mm 的孔和底平面为基准。工序 14：半精铣圆柱体在左右端面，以中17mm 的孔和 M6 螺纹孔为基准。工序 15：半精铣凸台面，以底平面和圆柱体左端面为基准。工序 16：扩14mm 孔，以底平面和圆柱体左端面为基准。 工序 17：锪26x1 沉头孔，以底平面和圆柱体左端面为基准。工序 18：扩，攻丝 M6 螺纹孔。工序 19：精铣底平面，以17mm 孔和右端面为基准。工序 20：精铣 75侧平面，以底平面和17mm 孔为基准。工序 21：铰17mm 孔。工序 22：配刮底平面、75侧平面。工序 23：研配17mm 孔。2.3.4 工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于:方案一是先加工17 孔，然后加工基准面底平面，75 侧平面,而方案二是先加工基准面底平面和 75侧平面,后加工17 孔。经比较,方案一能保证中17 孔中心线到基准面底平面和 75侧平面的距离，符合位置度的要求。方案二就不会确保中17 孔到基准面底平面和 75侧平面的距离，因此不满足位置度要求。所以，可以知道，方案一优于方案二。第3章 半精铣圆柱体端面夹具设计为了提高劳动效率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专门的夹具进行各个工序的加工。通过本组成员的讨论，决定由我设计半精铣圆柱体端面夹具。铣床选用X6030，本夹具是用来半精铣圆柱体端面，在这道工序之前零件已经进行过一边粗加工。因此在本道工序中，主要考虑提高精度；同时提高劳动效率，降低劳动强度。3.1 半精铣圆柱体端面总体方案设计（1）方案一定图 3.10 总体方案一半精铣圆柱体端面，工件位是通过长圆柱销17mm 限制 4 个自由度，通过削边销14mm 限制 1 个自由度。工件夹紧是通过拧紧螺栓夹紧圆柱体外端面旁的上平面；通过固定夹紧块夹紧圆柱体外端面旁的下平面。（2）方案二图 3.11 总体方案二半精铣圆柱体端面，工件定位是通过一平面与底平面接触限制 3 个自由度，通过支撑板接触圆柱体一端限制 2 个自由度。工件夹紧是通过拧紧螺栓使压板下压压紧底平面的上表面，通过拧紧螺栓压紧。（3）方案对比分析方案一通过14mm 孔可以限制 X 轴的移动使加工后有良好的对中度，并且夹具设计简单。方案二需要底面和17mm 孔轴线有较好的平行度，对工件精度要求较高，并且不符合设计原则，而且夹具设计复杂。综上所述，方案一优于方案二。3.2 半精铣圆柱体端面定位分析及误差计算（1）方案一图 3.12 定位原理（方案一）定位分析：半精铣圆柱体端面，通过长圆柱销与17mm 孔配合限制 X 轴移动转动和 Z 轴移动转动共 4 个自由度，通过削边销与14mm 孔配合限制 Y 轴移转动共 1 个自由度。误差分析：设计基准是圆柱体端面，定位基准是14mm 孔轴线，定位基准和设计基准不重合。（2）方案二图 3.13 定位原理（方案二）定位分析：半精铣圆柱体端面，通过一平面与底平面接触限制 X 轴转动、Y 轴转动和 Z 轴移动共 3 个自由度，通过支撑板接触圆柱体一端限制 X 轴移动和 Z 轴转动共 2 个自由度。误差分析： 设计基准为圆柱体端面， 定位基准也是圆柱体端面， 基准重合，D jw = 0, D jb = 0则定位误差Ddw = 0 。(3)方案对比分析方案一通过14mm 孔可以限制 Y 轴的移动使加工后有良好的对中度。方案二需要底面和17mm 孔轴线有较好的平行度。综上所述，方案一优于方案二。3.3 半精铣圆柱体端面夹紧机构设计与夹紧力计算（1）切削力计算半精铣圆柱体端面夹具选用圆柱铣刀，查文献3表 3-2 切削力计算公式PzF = 510a0.9f 0.8d-0.9 Bz(3.5)确定切削速度和每分钟进给量C d q vV = V 0k vT m a x v
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