三峡大学张明松机械制造技术基础课程设计

1、机械制造技术基础课程设计铳夹具工艺分析及夹具设姓名：学号：专 业： 机械设计制造及其自动化班级：成绩：2017 年 12月13目录-i、 概述 .1二、课程设计目的.1三、课程设计内容.1四、零件分析 14.1 零件工艺分析14.2 零件加工工艺所遵循的原则 24.3 生产纲领，生产类型的确定 3五、工艺规程设计 35.1 热处理工序安排35.2 制定工艺路线35.3 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 4六、夹具的设计.66.1 夹具的发展状况66.2 加工零件的夹具选择 76.3 定位误差分析 9七、加工过程卡与工序卡 .10八、工艺卡片 15九、设计总结.16十、参考文献.16一、概

2、述机械制造技术基础课程设计，是以切削理论为基础、制造工艺为主线、兼顾 工艺装备知识的机械制造技术基本能力的培养； 是综合运用机械制造技术的基本 知识、基本理论和基本技能，分析和解决实际工程问题的一个重要教学环节；是对学生运用所掌握的“机械制造技术基础”知识及相关知识的一次全面训练。 机 械制造技术基础课程设计，是以机械制造工艺及工艺装备为内容进行的设计。即 以所选择的一个中等复杂程度的中小型机械零件为对象，编制其机械加工工艺规程，并对其中某一工序进行机床专用夹具设计 。二、课程设计的目的机械制造技术基础课程设计是作为未来从事机械制造技术工作的一次基本 训练。通过课程设计培养学生制定零件机械加工

3、工艺规程和分析工艺问题的能 力，以及设计机床夹具的能力。在设计过程中，学生应熟悉有关标准和设计资料， 学会使用有关手册和数据库。1、能熟练运用机械制造技术基础课程中的基本理论以及在生产实践中学到 的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、 夹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。2、提高结构设计能力。学生通过夹具设计的训练，应获得根据被加工零件 的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。3、学会使用手册、图表及数据库资料。掌握与本设计有关的各种资料的名 称、出处，能够做到熟练运用。三、课程设计内容零件设计图：四、零件分析4, 1零件工艺分析

4、：零件的材料选为45钢。因为该材料是优质碳素钢，属于中碳钢，综合力学 性能好，是机械行业最常用的钢号之一，适用于承受较大扭矩，要求耐磨的零件。根据工件图可知本设计为钻侧面为 小15的孔，孔为简单孔，要求不高，只须满 足其大小及定位要求即可，所设计的一套钻床专用夹具。主要技术指标能保证工 件的加工精度、提高生产效率、工艺性好和使用性好。它一共有四组加工表面，而这几组表面之间又有一定的位置要求和精度要求，现将这四组加工表面分述如下：1、零件的毛坯为直径为101mmi总长度为123mm勺圆柱。2、零件的圆柱外壁和端面长度。要求圆柱直径为96mm长度为118mm3、直径为15mm3勺定位孔。要求孔的定

5、位中心距零件右端面35mm极限偏差为主 0. 25mm孔内壁粗糙度Ra25um4、零件的圆柱内孔。要求孔的直径为 82mm表面粗糙度Ra1.6um=（毛坯图）4, 2零件加工工艺所遵循的原则：.基面先行原则：该券件进行加，时要将端面先加上再以左端面、外圆柱面为基准来加工因为左端面和外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的。才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。.先粗后精原则：即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上 的大部分余量切掉。一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性 要求。若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要

6、求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。.先面后孔原则：对该零件应该先加工平面，后加工孔。这样安排加工顺用一方面是利用加工 过的平面定位，稳定可靠；另一方面是在加工过的平面匕加_L孔比较容易，并能提高孔的加工精度由以上分析知，对于这四组加工面，先加工外圆柱面，再加工前后两个端面，借 助夹具进行两个孔的加工，以保证他们间位置精度。4.3生产纲领、生产类型的确定此零件为铸件，材料为45钢，成批大量生产，工艺的安排基本倾向于工序分散原则，设备的选用是通用设备和专用工装， 工艺手段以常规工艺为主，新工 艺为辅的原则.五、工艺规程设计5.1热处理工序安排热处理的口的姑提高材料力学性能消除残余应力和改善金

7、属的加工性能 热处 理主要分预备热处理最终热处理和内应力处理等本零件CA6140车床输出轴材料为45钢在打1过程中预备热是消除中件的内应力在毛坏然注之后.最 终热处理在半精车之后精车之前按规范在 840c温度中保持30分钟释放应力 5.2制定工艺路线当零件的加工质量要求较高时，往往不可能用一道工序来满足要求，而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力，零件的加工过程通常按工序性质不同，可以分为粗加工，半精加工，精加工三个阶段。粗加工阶段 其任务是切除毛杯.大部分余是使毛坏在出状和尺寸k接近零 件成品因此主要H标是提高生产率去除内孔端面以及外圆表面的大部分余并 为后续工序提供精

8、基准平精加工阶段其任务是使要表面达到一定的精加工余员为主要表面的精 加工做好准备精加工阶段其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度留一定的精加工余量为主要表面的精加工做好准备并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。毛坯的材料零彳毛坯的材料是 45钢。制定工艺路线的出发点，适应当时零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等 技术要求得到妥善的保证。在生产纲领以确定的成批成生产条件下，可以考虑 万能性机床并配以专用夹具，并尽量使工序集中以提高生产率。除此以外，还 要考虑经济因素，以便使生产成本降低。工艺路线方案：工工工工工I车削外圆柱面n车削前后端面m钻直径为8

9、2mmi勺孔。IV钻直径为15mmi勺内孔。V检查工序名称工序内容00锻造锻件各部分加工余量5mm01热处理调质处理021车外圆按图车外圆？96mm03铳端面铳两端面至118mm04；金工按图链内孔？82mm05钻工按图及线性尺寸钻孔？15mm06钳工去毛刺07热处理表面热处理5.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定主要尺寸面零件尺寸总余量毛坯尺寸公差等级118mmi柱表面 中 96mm5mm101mm118mmiI柱左右端面118mm5mm123mm82mm勺孔6 82mmHBG 15的孔与右端面跑离35±0.25mrn015的孔15m根据上述原始材料及加工工艺，查机械制造工艺

10、设计简明手册，分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及公差如下:工序工序内容单边余量工序尺寸表面粗糙度工序I1车削外圆柱面 2.5mm?96 mm3.2um2车削前后端面2.5mm118mm3.2um工序H1钻内孔（1）2.5mm?75mm12.5um2钻内孔（2）2.5mm?80mm12.5um3扩孔钻0.7mm?81.4 mm12.5um4粗较0.27mm?81.94 mm6.3um5精钱0.03mm?82 mm1.6um工序出1钻？15mm勺孔 0.5mm?14mm12.5um2扩孔钻0.4mm?14.8 mm12 . 5um3粗较0.07mm?14.94 mm 6.3um4精钱0.03

11、mm?15 nm2.5um（一）选择机床设备及工艺装备工序ICA6140普通车床硬质合金车刀 ？80Z10 0-200/0.02 mm油标尺（下同）工序II Z525立式钻床专用钻模，加长麻花扩孔钻，直柄麻花钻?60GB1436-78加工表面加工内容加工余量工序尺寸表面粗糙度696mmz卜圆锻件6 101mm3.2粗车3 98mm3.2精车296mm3.2工序m Z525立式钻床专用钻模，加长麻花扩孔钻，直柄麻花钻?9GB143678外圆尺寸分析具体如下：平面尺寸分析具体如下:加工表面加工内容加工余量工序尺寸表面粗糙度 96X118 两端面锻件中 96 X 1233.2平向铳39 96 X 1

12、203.2平向铳29 96X 1183.21.吃刀深度ap = h = 5mm每次进给量fz =0.14 0.24m/z vc = 108m/min = 1.80m/svf = 490m/min, n = 322采用YG6dw =80mm,z =101000vn 二二 da a1000 1.803.14 80=7.2r / min=427.5r / min16按机床选取 n,、= 450r/min =7.5r/s 内孔尺寸分析具体如下：加工表面加工内容加工余量工序尺寸表面粗糙度82的孑L锻件1.6钻301.6粗链801.6精锋 82HB1.615的孑L锻件25钻中12251.钻孔=50mm （

13、孔径大于30mmz上，通常采用两次钻削f = 0.36mm / rv = 14m /min1000 0.233ns = 150r /min = 2.5r/s3.14 30按机床选取nw 180r /min =3r/s二 danw,50 *3v = 0.47m/s10001000切削工时tm2粗链孔，f = 0.36mm / r切入 l1 = c tzg«1 2 尸 2l l1 l298=91snw f 3 0.36孑L至,二80mm3切出 l2 =3mm,l =80mmv =14m /minns1000v二 dw1000 0.2333.14 65=67.4r/ min按机床选取 nw

14、 =90r/min =1.5r/s实际切削速度v=-dnw *65*310001000=0.600.60m /s切削工时切入li =Dctgkz (12) =32切出 l2 =3mm,l =80mml liI2tm 二nw f981.5 0.36= 182s3.精链孔,孔至 =82mm f = 0.05mm / r?v = 50m / min = 0.83m /sns 二1000v二 dw1000 0.83 =3.9r/s =233r /min3.14 68按机床选取 nw =500r/min =8.3r/s实际切削速度v=马匹=1.8m/s 1000钻孔1钻孑L6=9mmf = 0.36mm

15、 / r? v= 14m/min1000v 1000 0.233ns = = 8.2r / min = 493r / s：dw 3.14 9按机床选取 nw =500r/min =8.3r/s实际切削速度v =四匹=一：8*3 = 0.23m /s10001000切削工时切入 l1 =D =ctgkz (1 2)=3切出 l 2=3mm l=80mml l1 l25/ 八tm = = 1.8snw f8.3 0.362扩孔至=15mmf = 0.05mm / rv =50m /min = 0.83m/sns典二！000=26.4r/s =1584r/min二 dw3.14 10按机床选取 nw

16、 =1600r/min =26.7r/s实际切削速度v=*=mZ= 0.82m/s10001000l l - 15切削工时 tm=-5 =3.7s nw f 26.7 0.05六、夹具的设计6.1 夹具发展概况夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工 具发展成为门类齐全的工艺装备1 .机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工 件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代， 以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具， 一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用

17、夹具；另一方面， 在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新5080%左右专用夹具，而夹具的 实际磨损量仅为1020%左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、 柔性制造系统(FMS等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1 ) 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本2)能装夹一组具有相似性特征的工件；3)能适用于精密加工的高精度机床夹具；4) 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；6)提高机床夹具的标准化程度。2 .现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现

18、为标准化、精密化、高效化和柔性化等四 个方面。(1)标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T2259-91以及各类通用夹具、组合夹 具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备 周期，降低生产总成本。(2)精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。 精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达土 0.1 ;用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5mi(3)高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高 劳动生产率，减轻工人的

19、劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、 高速化火 具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铳床上使用电动虎钳装夹工件， 效率可 提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为 9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前， 除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤 其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。(4)柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、 生产批量、工件的

20、形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合 夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工 业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可 拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。3 .2加工零件的夹具选择本零件除钻小孔等工序需要专用夹.!外其他各工序使用通用夹具即可.前车 销工序用 三爪自定心卡盘和心轴。1 .问题的提出本夹具主要用来钻直径为15mmfL,这孔需要通孔，在加工本工序时，其他的 工序大部分都已经加工完了。因此，只需要保证孔的尺寸和定位尺寸即可。2 .确定夹具类型本工序所加工侧孔位于圆柱面上，但由

21、于其位于中心位置，故可利用一面， 两孔定位，孔径不大，工件重量轻、轮廓尺寸以及生产量为中批量生产等原因， 采用固定式钻模。3 .夹紧方案参考夹具资料，采用 M42螺母、圆柱销、开口垫圈和定位心轴在孔 小82两端 面夹紧工件。下端旋转长螺钉使其顶住心轴右端定位端面， 从而将工件卡住，以 防止其转动。4 .确定引导元件由于生产量为大批量生产，故选用固定钻套。主要尺寸由机床夹具零、部 件国家标准JB/T 8045.1-1999 选取内径0 20,外彳0 30,高度H20勺钻套。 5.夹具精度分析所设计夹具需保证的加工要求有：尺寸 0 20,中心与侧壁距为40两要求。 故根据上述分析可知均能满足。如前

22、所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生 产率。为此，应首先着眼于机动加紧而不采用手动夹紧。 因为这是提高劳动生产 率的重要途径。本道工序的钻床没有采用这样的机动加紧装置。选？82mn#为定 位基准，心轴及其端面限制五个自由度， 再用挡销限制第六个自由度。在加工孔 下方用两个销作辅助支撑。这样此方案结构紧凑，工件装夹方便。由于两个螺纹 孔是通孔，可直接钻出，又因批量较大，故宜选用可换钻套。在工件装卸方便的 情况下，尽可能选用固定式钻模板。加紧方式采用螺钉及开口垫圈加紧机构。 火 具体采用铸造的方式(1)加工外圆采用CA614CE卧式机床，装夹方式如图所示采用三爪卡盘夹具；(2)加工两个端面采用两

23、个" V'型夹具夹住工件;机床采用CA614M卧式机床，道具采用YG触质合金端车刀。定位元件采用两块 7形夹具装夹方式为了保证加工过程中零件的稳定性选择工件以圆孔为定位基准圆柱心轴 圆柱心轴的间隙配合心轴结构，孔轴配合采用H7/g6。结构简单, 装卸方便。但因有装卸间隙，定心精度低，只适用于同轴度要求不高的场合。定 位形式如下图所示：根据上面的工件分析，该工件的定位基准为右端面，为保证钻床钻的孔能满 足设计要求，故选用此方案，该方案也能将工件的右端面作为定位基准， 比较简 单实用，而且工件所要求的同轴度并不高，故此方案基本上能满足工件的定位要 求5 .3定位误差的分析用夹具装

24、夹工件进行机械加工时，具工艺系统中影响工件加工精度的因素很 多。与夹具有关的因素有定位误差， 对刀误差，夹具在机床上的安装误差和夹具 误差。在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其他因素综合称为加工方法误差。 上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，从而形成总的加工误差。1定位误差加工尺寸？15mm的孔时，工件定位孔为圆形通孔，在尺寸钻孔上的基准位 移误差为&=X max=0.025 mm工件的定位基准与面线不一致，因此ZV=0.1 mm （这个是根据经验得出的）2对刀误差At因加工孔处工件相对较薄，可不考虑钻头的倾斜。钻套导向孔尺寸为°15产钻头尺寸为015_.°

25、;36 0对刀误差为At= （°.°28+°.°36 =°.°64mm3安装误差4=° mm4夹具误差尺寸125的公差等于+0.03 mm,他在孔方向上产生的误差为 °.°5mm这样，加工总的误差为这几个误差之和%=0.025+0.1+0.064+0.05=0.239nm七、加工过程卡和工序卡加工工序卡三峡大学机械加工工序卡 片产品名称零件名称零件图号夹具孔套材 料材料名称毛坯种类毛坯尺寸零件重每台件 数卡片编p第1页45钢45钢?105 X 130共4页加工 工-L_k序 图<_r工序号01工序名

26、车外圆设备C6140普通车床夹具钻夹具工量具刃具硬质合金车刀YG6工步工步内容及要求机床 转速 (r/min)切削速度(m/min)轴向 进给量 (mm/r)径向 进给量(mm)走 刀 次 数1车外圆柱面3431.80.52车右端面4507.50.53上2编 制学号审 定会签工时定 额校核执行时 间批准加工工序卡三峡大学机械加工工序卡片产品名称零件名称零件图号夹具孔套材 料材料名称毛坯种类毛坯尺寸零件重每台件数K片编R第2页45钢45钢?101 X123共4页加 工 工 序 图-工序号02工序名车削圆柱两端面设备C6140普通车床夹具钻夹具工量具刃具硬质合金车刀YG6工步工步内容及要求机床 转

27、速 (r/min)切削 速度 (m/s)轴向 进给量 (mm/r)径向 进给量(mm)走刀 次数1车后端面3431.80.52345工艺编制学号审 定会签工时定额校核执行时间批准加工工序卡三峡大学机械加工工序卡片产品名称零件名称零件图号夹具孔套材 料材料名称毛坯种类毛坯尺寸零件重每台件数K片编R第3页45钢45钢?10 1X 123共4页加 工 工 序 图/->->rdJ工序号041工序名钻75孔设备摇臂钻床夹具钻夹具工量具刃具30麻花钻，钱刀工步工步内容及要求机床 转速 (r/min)切削 速度 (m/s)轴向 进给量 (mm/r)径向 进给量 (mm/s)走刀 次数1钻30孔1

28、800.280.362钻65孑L900.690.363扩孔500.550.44粗钱500.180.155精较5001.80.05工艺编制学号审定会签工时定额校核执行时间批准加工工序卡三峡大学机械加工工序卡片产品名称零件名称零件图号夹具孔套材 料材料名称毛坯种类毛坯尺寸零件重每台件数K片编p第4页45钢45钢?10 X 95共4页加工工X*z序_ A!簿一图/V，序号03工序名钻15孔设备摇臂钻床夹具钻夹具工量具刃具10麻花钻，钱刀丁机床切削轴向径向 .丰力_L小工步内容及要求转速速度 进给量进给量少(r/min)(m/s) (mm/r) (mm/r)1钻10孔4450.260.362扩孔2000.110.43粗钱3300.190.154精较14410.920.055工艺编制学号审定会签工时定额校核执行时间批准三峡大学工艺卡片产品型 号零件 图号产品名 称铳夹具零件 名称共1页 第1页材料牌号毛坯 种类毛坯外形尺 寸每毛坯件 数零件毛用（Kg）零件净重（Kg）材料消耗 定额每台产品 零件数每批数量铸件 101*1231工 序 号工 序 名 称工序内容设备工艺装备工时（分）准终工时1铸造铸件各部分加工余量