机械制造技术课程设计-底板座架加工工艺及钻φ13孔夹具设计

机床夹具设计说明书“底板座架”零件“钻孔”工序的夹具设计全套图纸加V信153893706或扣3346389411姓名：学号：班级：指导教师：学院：2021年11月

目录一、工序设计 31.选择加工设备与工艺装备 32.确定工序尺寸 5二、切削用量、工时定额的计算 6工序6 6工序11 7工序19 8三、夹具总体设计 91.定位方案 92.夹紧机构 103.对刀装置/导向装置 134.夹具与机床连接元件 155.夹具体 176.使用说明 187.结构特点 188.夹具中标准件清单 189.夹具装配总图 18四、设计总结 19五、参考文献 19六、心得体会 19一、工序设计1.选择加工设备与工艺装备（1）选择机床根据不同的工序选择机床。1)工序1、2分别为毛坯铸、退火热处理，属于备坯阶段，不属于切削加工，由专门的车间负责。2)工序3、4分别为粗加工，粗车Φ45h6mm端面、粗车Φ45h6mm外圆，本零件外轮廓尺寸不大，使用CA6140卧式车床。3)工序5车退刀槽3×1、倒角C2，精度要求不高，使用转塔式六角车床。4)工序6、7、8、9、10分别为粗铣Φ36H7mm孔的两端面、粗铣尺寸50的阶梯平面、粗铣Φ50mm台阶面、粗铣距Φ50mm台阶面4mm的台阶面、粗铣距Φ50mm台阶面7mm的台阶面，精度要求不高，使用X62立式铣床。5)工序11、12、13、14分别为钻Φ13mm通孔、钻Φ18mm孔、钻Φ10mm孔、锪Φ10mm孔，使用Z525立式钻床。6)工序15为粗镗Φ36H7mm孔，使用镗床。7）工序16调质热处理，不属于切削加工，由专门的车间负责。8）工序17、18分别为半精车Φ45h6mm外圆、半精车Φ45h6mm外圆端面，精度不是很高，使用CA6140卧式车床。9）工序19半精铣距Φ50mm台阶面7mm的台阶面，精度要求不高，使用X62铣床。10）工序20为孔加工，扩Φ22H7mm孔，使用Z525立式钻床。10）工序21、22分别为为孔加工，半精镗Φ36H7mm孔、精镗Φ36H7mm孔，使用镗床。11)工序23为攻丝，手攻M10的螺纹。12)工序24为车倒角，车倒角C1.5，使用转塔式六角车床。13)工序25为底板座架局部淬火，不属于切削加工，由专门的车间负责，用热处理装备淬火机进行淬火。14)工序26为钳工，进行去毛刺。15）工序27为校正Φ45h6mm外圆端面右端面垂直度，使用垂直度校正仪进行校正。16）工序28为清洗，使用清洗机进行清洗。17）工序29为终检入库，用各种专用量具对各部分进行检验，然后入库。（2）选择夹具本次课程设计的零件为底板座架，其结构较为复杂，在多数情况下无法选用通用夹具进行装夹，而需要使用专用夹具，进行各工序的加工。1)工序1、2、25、26、27、28、29分别为毛坯铸、退火热处理、底板座架局部淬火、钳工、校正Φ45h6mm外圆端面右端面垂直度、清洗、终检入库，不属于切削加工，由专门的车间负责。2)工序5、23为车倒角，选用车床卡盘进行装夹。3)粗铣、半精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻孔加工等其他工序需要采用专用夹具进行装夹。（3）选择刀具根据不同的工序选择刀具。序号表面加工方法 刀具1Φ45端面粗车→半精车硬质合金车刀2Φ45外圆面粗车→半精车硬质合金车刀3Φ36两侧端面粗铣高速钢端铣刀4尺寸50的阶梯平面粗铣高速钢端铣刀5距Φ50mm台阶面4mm的台阶面粗铣高速钢端铣刀6距Φ50mm台阶面7mm的台阶面粗铣→半精铣高速钢端铣刀7Φ36H7mm孔粗镗→半精镗→精镗浮动式镗刀8M10螺纹孔钻直柄麻花钻头9M10螺纹孔锪直柄平底锪钻10M10螺纹孔攻丝丝锥11Φ22H7mm孔钻直柄麻花钻头12Φ22H7mm孔扩扩孔钻13Φ13mm通孔钻直柄麻花钻头14Φ18mm孔钻直柄麻花钻头15退刀槽3X1、C2倒角、倒角C1.5车45°偏刀、切断刀（4）选择量具本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考有关资料，选择如下。1）选择加工平面所用量具，如铣端面、铣平面，选择读数值0.02，测量范围0～150游标卡尺。2）选择加工孔所用量具钻、扩、铰孔选择读数值0.01，测量范围25～50内径千分尺。3）选择加工螺纹所用量具选择螺纹通止规。2.确定工序尺寸（1）计算过程工序6，粗铣Ф36孔的两端面：对于Ф36孔的两端面，最终要求加工后其表面粗糙度要求达到Ra12.5，其加工过程分为一道工序，粗铣后Ra值便可达到12.5，达到零件的尺寸要求。工序11，钻Ф13孔：对于Ф13孔，由于其原本尺寸较小，经查书得将其毛坯铸造为实心，而最终要求达到的直径尺寸为13mm，加工后其表面粗糙度要求达到Ra25，其加工过程分为一道工序，钻后直径达到13mm，Ra值达到25，达到零件的尺寸要求。工序20，扩Ф22mm孔：对于Ф22mm孔，由于其原本尺寸并不算小，经查书得将其毛坯铸造为Ф16.8mm，而最终要求达到的直径尺寸为Ф22mm，加工后其表面粗糙度要求达到Ra3.2，其加工过程分为一道工序，扩孔后直径达到22mm，Ra值达到3.2，达到零件的尺寸要求。（2）工序尺寸列表圆柱面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精Ф13孔6.51Ra25Ф22孔2.62Ra3.2各端面的工序加工余量工序加工表面总加工余量工序加工余量6Ф36孔的两端面33二、切削用量、工时定额的计算工序6（1）切削用量本工序为粗铣Φ36H7mm孔的两端面，保证粗糙度Ra12.5。选择镶齿套式面铣刀，铣刀宽度为80mm，ae50mm，齿数为10。查表5-81可知，X62铣床功率为7.5KW，工艺系统刚性为中等，高速钢端铣刀加工铸铁，根据表5-152查得每齿进给量为fz0.12~0.2mm/z，现取fz0.15mm/z。铣刀直径d080mm，端面铣刀，查表5-157，有T180min，确定切削速度和工作台每分钟进给量fMzvc=式子中Cv35，qv0.2，d080mm，xv0.1，yv0.4，uv0.5，Pv=0.1，m0.15，T180min，ap3mm，fz0.25mm/z，ae65mm，z10，n=1000*vcπd0根据X62型卧式铣床主轴转速表(表5-82)，选择n150r/min2.5r/s，则实际切削速度为VC*n*d37.70m/min0.62m工作台每分钟进给量为fMZ0.25*10*150375mm/min，根据表5-83选择fMZ375f=375375=1mm校验机床功率：根据表2-18的计算公式，铣削时的功率(单位kW)为：PF其中，CF30，XF1.0，YF0.65，uf0.83，wf0，wf0.83，kFC=0.92。代入有FC273.60N，PC0.169（2）工时定额计算：基本时间：TTj=l+l1+l2l1l其中ae=65，fMz=375计算得l1=33，取l2=2，则TTf+Tb+Tx=(15%+2%+2Td=19.52（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s12.910.622.519.52工序11（1）切削用量本工序为钻Φ13mm孔，保证粗糙度Ra25。本工序为扩Φ22mm孔，保证粗糙度Ra3.2。刀具选用锥柄扩孔钻。选用Z525立式钻床。1)确定进给量f：该孔的深度为75mm，较大，宜采用自动进给。根据《设计指南》，查表5-136，因为孔的大小为Φ13、且零件材料为HT200（HBW<200）得：进给量f（mm/r）的范围为0.7-0.9，根据《设计指南》，查表5-73选择进给量f=0.81mm/r。2)选择钻头磨钝标准及耐用度。刀具材料为高速钢，根据《设计指南》，查表5-138得知：钻头后刀面最大磨损限度（mm）为0.5～0.8。根据刀具直径d=13mm，知刀具寿命T=60min。3)确定切削速度VC。按表2-13Vc查表得Cv9.5，zv0.25，xv0，yv0.55，m0.125，ap6.5，d013；取标准寿命等于实际寿命则kv1，代入得Vn=1000*vcπd0=297查表5-72有取n392r/min。则实际切削速度为：VC*n*d27.09m/min0.45m/s（2）工时定额计算：基本时间：Tj=l+l1+l2l1l其中l=75，D=13计算得l1=2，取l2=2.5，则TTf+Tb+Tx=(15%+2%+2Td=18.34（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s16.50.810.456.5318.34工序19（1）切削用量本工序为扩Φ22mm孔，保证粗糙度Ra3.2。刀具选用锥柄扩孔钻。选用Z525立式钻床。1)确定进给量f：该孔的深度为95mm，较大，宜采用自动进给。根据《设计指南》，查表5-136，因为孔的大小为Φ22、且零件材料为HT200（HBW<200）得：进给量f（mm/r）的范围为1.0-1.2，根据《设计指南》，查表5-73选择进给量f=0.81mm/r。2)选择钻头磨钝标准及耐用度。刀具材料为高速钢，根据《设计指南》，查表5-138得知：钻头后刀面最大磨损限度（mm）为0.9～1.4。根据刀具直径d=22mm，知刀具寿命T=75min。3)确定切削速度VC。按表2-13Vc查表得zv18.8，zv0.2，xv0.1，yv0.4，m0.125，ap2.6，d022；取标准寿命等于实际寿命则kv1，代入得Vn=1000*vcπd0查表5-72有取n392r/min。则实际切削速度为：VC*n*d27.09m/min0.45m/s（2）工时定额计算：基本时间：Tj=l+l1+l2l1l其中l=95，D=22，d1=16.8计算得l1=3，取l2=3，则TTf+Tb+Tx=(15%+2%+2Td=24.10（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s12.60.810.456.5324.10三、夹具总体设计1.定位方案（1）定位方案设计在加工过程中，其摆放方式如定位方案草图所示，竖直放置便于加工。在该定位方案中，一个底面可以限制Z轴的平动，两个短V形块限制X轴的平动和转动，Y轴的平动和转动4个自由度。为了使定位可靠，加工稳定，本次课程设计中的定位方案总共限制了工件的5个自由度，属于不完全定位，定位较为可靠、加工稳定，性能安全。采用一面加两个短V形块、一个压紧块的定位方法成本低，经济性较好。（2）定位方案草图（3）定位误差计算夹具的主要定位元件为一平面和2个V型块。工件的工序基准为右端面，由于工件的定位基准与工序基准不重合，以及工件的定位基准面与夹具定位元件的定位表面存在制造误差，会引起工件的工序基准偏离理想位置，产生加工误差，称之为定位误差，常用符号DW来表示。1.V型块定位误差：若忽略V型块的角度公差，此时V型块与工件外圆表面的定位，外圆尺寸为Φ45h6mm。此时工序基准为外圆中心，在垂直方向上的定位误差为：Dw=T其中，Td为工件外圆的直径公差，为VDw=0.12sin90°22.磨损造成的加工误差：M通常不超过0.005mm；3.夹具相对刀具位置误差：D取0.01mm；误差总和：DWMD0.07070.0050.010.0722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。2.夹紧机构（1）夹紧方案设计本课程设计中我选择螺旋机构进行加紧，其结构简单、夹紧行程大，具有增力比大、自锁性能好两大特点，为了减少夹紧和松开工件用时（辅助时间），使用快速装卸螺旋夹紧机构。快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。（2）夹紧方案草图（3）夹紧力计算与校验工件的夹紧形式为，以外圆定位（两个V型块定位，一个V型块夹紧），为防止工件在切削转矩M（N·mm）的作用下打滑而转动所需要的夹紧力：Q1=KMsin式中，f1为工件与V型块间在圆周方向的摩擦系数；f2为工件在轴向力P的作用下打滑而轴向移动的摩擦系数；R为外圆的半径；M为切削转矩。查表3-7，取f10.4；安全系数K，一般粗加工或者连续切削时取K=2.5-3，这里取K=2.75，R=45，α=90扭矩计算公式：M=Cm=0.206，Zm=2.0，由表2-11得修正系数：km则M=26.47N.m=26470N.mmQ1=2.75*26470*sin为防止工件在轴向力Ff的作用下打滑而轴向移动所需要的夹紧力Q2=KPsin式中，f2为工件与V型块间在轴向方向的摩擦系数；Ff为轴向力。查表3-7，取f20.4；安全系数K，一般粗加工或者连续切削时取K=2.5-3，这里取K=2.75；F由表2-15得：CF=420，ZF=1由表2-11得修正系数：kF则FfQ1=夹紧力的校验：由于此处采取的是快速装卸螺旋夹紧机构，夹紧机构中受力较大的是螺杆，需要进行强度计算。才能对加紧力进行校验，螺杆工作时承受轴向压力F和扭矩M的作用。螺杆危险截面上既有压缩应力，又有切应力。因此，校核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出危险截面的计算应力ca，其强度条件为：σ其中，F为所受轴向压力，N；A为螺纹段的危险截面面积，A=Π4d12，mm2；d1为螺杆螺纹小径，mm；T查阅资料，根据工作情况，取螺杆的材料为45钢，许用应力为σs3~5，取σs355MPa，得许用应力为118.3MPa。取螺杆公称尺寸为M16，则小径d1为13.6；T=26470N·mm；A=145.27mmσca=97.12MPa满足要求。综上所述，经校核：满足强度要求，夹具安全可靠。3.对刀装置/导向装置（1）设计说明在钻床上加工孔时，大都采用导向元件或导向装置，用以引导刀具进入正确的加工位置，并在加工过程中防止或减少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的刚性，从而保证零件上孔的精度，在钻床上加工的过程中，导向装置保证同轴各孔的同轴度、各孔孔距精度、各轴线间的平行度等，因此，导向装置如同定位元件一样，对于保证工件的加工精度有这十分重要的作用。导向元件包括刀杆的导向部分和导向套。在这套钻床夹具上用的导向套是钻套。钻套按其结构可分为固定钻套、可换钻套、快换钻套及特殊钻套。因此钻套夹具加工量不大，磨损较小，孔距离精度要求不高，则选用快换钻套。（2）对刀装置/导向装置二维工程图4.夹具与机床连接元件（1）设计说明因为加工此零件选用的机床为Z525型立式钻床，其相关技术参数如下：从工作台T型槽中心到导轨距离为150mm，主轴轴线到导轨面距离为250mm，Z525钻床工作台上T型槽数为两个，两槽间距为200mm，其槽的形状尺寸如下图所示：根据T型槽尺寸，选择公称尺寸为M12的T型槽快卸螺栓（参看JB/T8007.2-1999），如果损坏易于更换，技术经济性较好，成本较低，其形状尺寸如下图所示：根据T型槽快卸螺栓尺寸，参考设计手册相关内容，设计了座耳的结构，具体结构尺寸如下图：（2）夹具与机床连接元件二维工程图5.夹具体（1）设计说明夹具体是夹具的基础件，夹具的其它各种元件、机构和装置等要安装在夹具体上。本设计的加工工序的专用夹具需要两个固定的V形块和安装在夹紧板上的一个手动快速螺旋夹紧机构。为了留出足够的安装空间，我的夹具体总长为302mm，总宽为96mm，总高为264mm。我们选择夹具体通过铸造得到，因为铸造容易加工，抗压强度和抗振性好。工件的定位元件和锁紧元件由夹具体、锁紧螺钉连接起来，夹具体通过耳座，将夹具体与机床连接起来。将零件放在夹具体上。钻模板和夹具体用两个六角螺钉和两个定位销连接固定。这样该夹具便有机连接起来，实现定位、夹紧\快速定位等功能。（2）夹具体二维工程图如图CAD中所画6.使用说明安装工件时，松开夹紧螺母，把工件装在支撑板上，再用三个V型块和底平面将零件固定，然后旋紧螺母。将零件夹紧。此时钻套与钻模板的配合可使钻头正确对准工件的待加工位置，确保工件的快速而又准确的加工。7.结构特点本夹具的最大优点就是结构简单紧凑、操作方便。由于夹具的夹紧力不大，铣削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。本夹具使用的标准件数量较多，经济性较好，安装方便，如有损坏更换简单，成本较低。固定用V形块为标准件，因为工件结构的原因，V形块进行定位时会影响定位的准确度。该夹具选择用一平面三V形块定位夹紧机构，底座夹具体与钻床相对位置不变。夹具上装有快速钻套，可使夹具在一批零件的加工之前很好的完成对加工孔中心的定位。固该夹具结构简单，操作方便。8.夹具中标准件清单名称数量材料备注紧定螺钉145钢GB/T5780-2000固定销钉Φ4X45420钢GB/T119-2000外六角螺钉M6X45420钢GB/T5780-2000外六角螺钉M8X30420钢GB/T5780-2000固定销钉Φ6X32420钢GB/T119-2000V形块345钢JB/T8018.4-19999.夹具装配总图装配总图如图CAD中所画四、设计总结本次夹具课程设计我们分小组对零件工艺分析、绘制零件图、毛坯零件合图、设计工艺过程(工艺卡)、工序分析(工序卡)、撰写夹具工艺设计说明书，然后每个组员选需要加工的表面拟定夹具方案(夹具三维草图绘制)、绘制夹具总图及夹具部分主要零件图、撰写夹具设计说明书与最终进行答辩汇报。我参与的部分是零件图、毛坯图的绘制及修改，负责工艺规程的制定和工艺规程设计说明书的撰写，另外，我还完成自己所负责的对底板座架的Φ13孔进行加工，选底平面和V形块夹紧方式，一个支撑面顶住，限制了z轴的移动，两个短V型块限制了y轴的移动，x轴的移动，x轴的旋转，y轴的旋转，这样5个自由度被限制，z轴的旋转不用限制。选用操作简单，通用性较强的V形块来夹紧。为了使定位误差达到要求的范围之内，这种定位在结构上简单易操作。在本次设计过程中，在一些细节上处理的并不是很好，就是对AUTOCAD与SOLIDWORKS使用的不够娴熟，设计不够美观，在以后的学习过程中还是要加强二维、三维绘图软件的使用，同时，还要注重提升自己的设计美感。五、参考文献[1]王先奎.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社，2013.1