GC171-机床支架的机械加工工艺规程及铣尺寸73两侧面夹具设计【含CAD图纸、工序卡、说明书】
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含CAD图纸、工序卡、说明书
GC171
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73
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沈阳理工大学学士学位论文摘 要本篇说明书中，主要是介绍了我这次设计的主要设计思路及设计过程。包括了两套专用夹具的设计和刀具、量具的设计思路和设计过程，以及在致谢和参考文献。我的设计课题是机床支架的工艺工装设计。设计的主要内容有：绘制零件图、设计夹具、刀具、量具等。由目录可详细了解论文的内容。此次设计，综合运用了本专业的各方面的专业知识，如机械制图、机械制造工艺学、机床夹具设计在这整个设计过程中进一步加深并巩固了我这两年所学的知识，令我感到受益匪浅，收获颇丰。由于个人能力和经验有限，设计中会出现很多不足之处，希望各位老师给予指教。关键词：专用夹具；刀具；量具；机械制图AbstractIn brief this instruction booklet, mainly was introduced my design main design mentality and the design process. In addition two sets of jigs supposing with cutting tool, measuring instrument design mentality and design process, as well as appendix and reference booklist, concluding remark. My design topic is machine tool support, s technological design. May in detail understand the paper by the table of contents the content. This design, the synthesis has utilized this specialized various aspects of specialized knowledge, like Mechanical drawing, Machine manufacture Technology, Engine bed Jig Design. . Further deepened and has consolidated the knowledge which I studied in this instituted during recent two years. Because individual ability and the experience are limited, in the design must appear very many deficiency, hoping fellow teachers give advice.Keyword：special fixture; measure; holding device; machining drawing 目 录引言1第1章工艺规程设计21.1 零件分析 21.2 确定毛坯、画毛坯图 21.3 工艺规程设计 3第2章工艺装备设计142.1 夹具的概念 152.2 夹具的基本要求 152.3 夹具的设计方法和步骤 15第3章量具设计 203.1 量规的种类和作用 233.2 量规设计 233.3 量规的技术要求 24结论 25致谢 26参考文献 27附录A（英文原文）28附录B（中文翻译）33III沈阳理工大学学士学位论文引 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b130 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0.5Mpa3、较弱的腐蚀性介质，该零件上的主要加工面为55N6孔，58槽4M6，4-M12螺纹孔，两侧面底面以及底面2-12槽，4M6和4M12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30005000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2095 底面单侧加工55孔47H4孔降一级双侧加工两侧面82G4.5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4M12、4M6、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30005000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5000/200258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4M6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4M12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4M10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56表58金属切削手册实用机械加工工艺手册表39，310表47根据机械加工工艺手册第一卷表3.2-23.2-48确定各主要工序的加工余量及偏差；由表4.1-94.1-29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=109级（3）半精铣两侧面 Ra = 3.2m 加工余量2Z = 2mm IT=98级（4）精铣两侧面 Ra = 1.6m 加工余量2Z = 1mm IT=87级2、镗孔： 粗镗孔至52，Ra = 6.3m 加工余量2Z = 5mm IT=109级 半粗镗孔至54，Ra = 3.2m 加工余量2Z =3mm IT=98级 精镗孔至54.8，Ra = 1.6m 加工余量2Z = 2.8mm IT=87级 镗槽至58，Ra =6.3m 加工余量2Z = 3.2mm IT=109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4M6螺纹孔 Ra=6.3m 加工余量Z=15mm IT=11级（2）钻攻4M12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=1.60.8m 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= 4mm 半精铣= 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912（3）确定切削速度Vc由金属切削手册第二版表914可知 粗铣时Vc = 16m/min半精铣时Vc = 20m/min由公式 （1.1）则n粗铣 = 1000Vc粗/d = 68r/min 由机械加工工艺手册表4161可知标准转数可取 n粗铣 = 75r/minn半精铣 = 000Vc半精/d = 80r/min 由机械加工工艺手册 表4161 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9.47T = 120min（5）铣削力功率计算由机械加工工艺手册 表325可知 （1.2） 铣削宽度 铣削力系数 每齿进给量 铣刀半径 铣削深度 齿数由表325可知 = 50 = 76 = 0.5 = 80 = 4 = 10则 = 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325可知修正系数则实际的圆周切削力应为Fz = 110071.057=11634.189N铣削功率Pm为 Pm = FzV （1.3）Pm = 3.1Rw由机械加工工艺手册第一卷表9.17得X5032的机床功率为9.09Kw，若取效率为0.85 则9.090.85 = 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= 1.6mm，则满足加工要求。（7）时间定额计算机动时间 由机械加工工艺手册 P248 可知 基本时间 （1.4） fm = fzZn （1.5） 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） 铣削深度 行程次数 水平进给量（mm/min）当Kr主偏角=90时，根据机械加工工艺手册 （1.6） = Fm = fzZn = 70 = 0.5（80-25）+1=28.5 = 2i = 1所以 粗铣 = 0.284min半精铣 = 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729 可知：工作时装上及取下零件所需辅助时间为0.47min再由表730可知有关定程的辅助时间为0.23+0.04+1.40 = 2.27min2 铣两侧面（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912（4）选择铣刀寿命T = 120min参见机械加工工艺手册第一卷表9.47（5）确定切削速度V粗铣 = 16m/minV粗铣 = 16m/min ，V半精铣 = 18m/min，V精铣 = 20m/min参见金属切削手册表914（6）切削力计算（此处只计算粗铣切削力） （1.7）其式中 切削宽度 取为80 切削力系数 取为50 每齿进给量 d 铣刀外径 铣削深度 齿数由 机械制造工艺设计手册表325可知： = 30， = 80，af = 0.25， = 250， = 4， = 22则F=778N，由于是双边切削则F=1556N又由表325可知修正系数K = 1.057则实际圆周切削力为F = 1644.5N（7）切削功率Pm = FzV = 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36200，刀头为101036由机械加工工艺手册第二卷表11.217可知选卧式镗床T611，主轴转速范围为201000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/minV半精镗 = 28m/minV精镗 = 28m/min（3）选择计算转速由公式（1.1）可得n粗 = 1000V粗/d = 149r/minn半精 = 1000V半精/d = 171r/minn精 = 1000V精/d = 383r/min又由机械制造工艺设计手册4.71选择标准转速分别为n粗 = 160r/minn半精 = 200r/minn精 = 400r/min4 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13.218可知其外径为35mm，厚度为3.2mm（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 = dsns/1000由机械加工工艺手册第二卷表135其中ds 砂轮直径mmns 砂轮速度r/min又由机械加工工艺手册第二卷表13.416可知Vs = 24m/sns = 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=4080，取q=60，见机械加工工艺手册第二卷表1371Vw = 0.4m/s（3）纵向进给量一般根据经验公式，纵向进给量公式 = （0.70.8）bs （1.9）bs为砂轮宽度，bs取3.2则 = 2.24mm （1.10）则 = 0.09m/min（4）磨削深度根据实用机械加工工艺手册表394可知， = 0.4mm（5）切向磨削力F1，径向磨削力F2 （1.11） 磨头电动机实测输出功率（取3.2） 电动机传动效率（取0.98） 砂轮转速r/s 砂轮直径mm = 2.2N = 3则 = 66N 参见机械加工工艺手册第二卷表P136（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312（7）校验机床功率Pm 主运动所消耗的功率为 （1.12） = 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。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30005000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方向不受限制，再这里首先采用底面大端面定位限制，再用定位块上的一个支撑钉限制了，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，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） （2.1） 夹紧力N 原始作用力N（一般取80100N） 作用力臂mm（一般取L14d0） 螺纹中径（mm） 螺纹角度（一般取=3） 螺纹处摩擦角取（一般取=20） 螺纹端部与件的摩擦角 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927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/L11/ （2.3） 各种摩擦损失的系数由P328查得L1/L = 0.2 = 0.9K = 0.926W = 0.926100 = 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/B11.25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212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。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 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。夹紧方安如图所示图.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 （2.4）L 手柄的长度（mm）Q 作用于手柄上的力（取80100） 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 偏心轮对夹紧表面的摩擦角，通常取=830（此时tan=0.15） 偏心轮对回转轴的摩擦角，通常取=543（此时tan=0.15）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/B11.25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79得 孔的公差等级为6级，公差值为0.019mmES=+0.019EI=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-0.00283.1.2 止规（Z）上偏差： ES = 19m （3.3）下偏差： ES-T = 19-2.8 = 16.2m （3.4）所以55孔的上偏差为0.019，下偏差为+0.0162，即550.19的上偏差为0，下偏差为-0.0028（以上都按刀体原则标准）量规图样标准尺寸通规 55.0048，上偏差为0，下偏差为-0.0028止规 550.19的上偏差为0，下偏差为-0.0028根据表7-11可知IT6级孔用量规，其基本尺寸120mm表面粗糙度Ra的值为0.04mm3.3 量规的技术要求量规测量面的材料可用淬硬钢（合金工具钢，碳素工具钢，渗碳钢）或硬质合金等材料制造，也可在测量面上镀上厚度大于磨损量的镀铬层，炭化层等耐磨材料。结 论通过这次毕业设计，我觉得自己在很多方面都得到了很大的提高：1我首先更深刻地巩固了AUTOCAD，对于计算机的使用更加熟练。2这次设计提高了自己的实践和理论水平。通过设计，查阅了各种资料，扩大了知识面，开阔了视野，是自己具有一定的独立设计的能力，为以后的工作和学习都奠定了基础。3我也从这次设计中培养了一种科学、严谨的学习态度，养成了对待工作认真的态度，为顺利走上工作岗位养成了良好的习惯。综上所述，毕业设计是我在校完成的最后一个课题，也是最后一次学习的机会，我会努力做好这次设计，证明自己的能力，结合所学到的各门知识，完善地完成本次设计任务，上好毕业的最后一门课！致 谢此次毕业设计是在宋书汉老师的悉心指导下完成的。此次毕业设计将近历时一个学期。在这段时间里，在资料收集以及说明书编写、图纸绘制的过程中，宋书汉老师给予了细致而详尽的指导，给予了我莫大的帮助。同时，宋书汉老师严格要求我们，对于在设计过程中出现的问题与错误，宋老师总是及时指出并予以指正，使我所学过的知识得到进一步洗练与巩固。宋书汉老师严谨的治学态度给了我很深的印象。在宋书汉老师的指导与帮助下，此次毕业设计最终圆满完成，在此向宋书汉老师致以衷心的感谢！另外，在设计过程中也得到了很多同学的帮助，在此也一并向他们表示感谢！参 考 文 献1 孟少农主编.机械加工工艺手册.第1卷、第2卷、第3卷.机械工业出版社.1991；2 陈宏钧主编.实用机械加工工艺手册.机械工业出版社.1997；3 金属机械加工工艺人员手册修订组. 金属机械加工工艺人员手册. 上海科学技术出版社.1982；4 上海市金属切削技术协会编.金属切削手册（第3版）. 上海科学技术 出版社.2001；5 艾兴、肖诗纲主编.切削用量简明手册. 机械工业出版社.1994；6 中国第一汽车集团公司编写组编.机械工程材料手册金属材料（第5版）.机械工业出版社.1998；7 徐发仁主编.机床夹具设计.重庆大学出版社.1993；8 王启平主编.机床夹具设计.哈尔滨工业大学出版社.1996；9 李儒荀主编.刀具设计原理与计算.江苏科学技术出版社.1985；附录A英文原文HEAT TREATMENT OF METALAnnealing The word anneal has been used before to describe heat-treating processes for softening and regaining ductility in connection with cold working of material. It has a similar meaning when used in connection with the heat treating of allotropic materials. The purpose of full annealing is o decrease hardness, increase ductility, and sometimes improve machinability of high carbon steels that might otherwise be difficult to cut. The treatment is also used to relieve stresses,refine grain size, and promote uniformity of structure throughout the material. Machinability is not always improved by annealing. The word machinability is used to describe several interrelated factors, including the ability of a material to be cut with a good surface finish. Plain low carbon steels, when fully annealed, are soft and relatively weak , offering little resistance to cutting, but udually having sufficient ductility and toughness that acut chip tends to pull and tear the surface from which it is removed, leaving a comparatively poor quality surface, which results in a poor machinability rating.1 For such steels annealing may not be the most suitable treatment. The machinability of many of the higher plain carbon and most of the alloy steels can usually be greatly improyed by annealing, as they are often too hard and strong to be easily cut at any but their softest condition.2The procedure for annealing hypoeutectoid steel is to heat slowly to approximately 60 above the Ac3 line,3 to soak for a long enough period that the temperature equalizes throughout the material and homogeneous austenite is formed, and then to allow the steel to cool very slowly by cooling it in the fumace or burying it in lime ot some other insulating material. The slow cooling is easential to the precipitation of the maximum ferrite and the coarsest pearlite to place the steel in its softest, most ductile, and least strained condition.Normalizing The purpose of normalizing is somewhat similar to that of annealing with the exceptions that the steel is not reduced to its softest condition and the pearlite is left rather fine instead of coarse. Refinement of grain size, relief of internal stresses, and improvement of structural uniformity together with recovery of some ductility provide high toughness qualities in normalized steel. The process is frequently used for improvement of machinability and for stress relief to reduce distortion that might occur with partial machining or aging. The procedure for normalizing is to austenitize by slowly heating to approximately 80 above the Ao3 or Accm3 temperature for hypoeutectoid or hyereutectoid sreels, respectively.Providing soaking time for the formation of austenite; and cooling slowly in still air, Note that the steels with more carbon than the eutectoid composition are heated abou the Accm instead of the Ac13 used for annealing. The purpose of normalizing is to attempt to dissolve all the cementite during austenitization to eliminate, as far as possible, the settling of hard, brittle iron carbide in the grain boundaries. The desired decomposition products are smallgrained, fine pearlite with a minimum of free ferrite and free cementite1SpheroidizingMinimum hardness and maximum ductility of steel can be produced by a process called spheroidizing, which causes the iron carbide to form in small spheres or nodules in a ferrite matrix. In order to start with small grains that spheroidize more readily, the process is usually performed on normalized steel. Several variations ofprocessing are used, but all require the holding of the steel near the A1 temperature usually slightly below for a number of hours to allow, the iron carbide to form on its more stable and lower energy state of small, rounded globules.The main need for the process is to improve the machinability quality of high carbon steel and to pretreat hardened steel to help produce greater structural uniformity after quenching. Because of the lengthy treatment time and therefore rather high cost, spheroidizing is not performed nearly as much as annealing or normalizing.Hardening of Steel Most of the heat treatment hardening processes for steel ate based on the production of high percebtages of martensite.The first step,therefore, is that used for most of the other heat-treating processestreatmentto produce austenite. Hypoeutectoid steels ate heated to approximately 60above the Ac3 temperature and allowed to soak to obtain temperature uniformity and austenite homogeneity. Hypereutectoid steels ate soaked at about 60above the Ac1 temperature,which leaves some iron carbide present in the material.The second step involves cooling rapidly in an attempt to avoid pearlite transformation by missing the nose of the ITcurve.The cooling rate is determined by the temperature and ability of the quenching media to carry heat away from the surface of the material being quenched and by the conduction of heat through the material itself.Table 111 shows some of the commonly used media and the method of application to remove heat, arranged in order of decreasing cooling ability.High temperature gradients contribute to high stresser that cause distortion and cracking, so the quench should only as extreme as is necessary to produce the desired structure. Care must be exercised in quenching that heat is removed uniformly to minimize thermal stresses. For example, a long slender bar should be end-quenched, that is, inserted into the qudenching medium vertically so that the entire section is subjected to temperature change at one time. If a shape of this kind were to be quenched in a way that caused one side to drop in tempeiature before the other, change of dimensions would likely cause high stresses producing plastic flow and permanent distortion.Seyeral special types of quench are conducted to minimize quenching stresses and decrease the tendency for distortion and cracking. One of these is called martemoering and consists of quenching an austenitized steel in a salt at a temperature above that needed for the start of martensite formation (Ms).The steel being quenched is held in this bath until it is of uniform temperature but is removed before there is time for formation of bainite to start.Completion of the cooling in air then causes the same hard martensite that would have formed with quenching from the high temperature,but the high thermal or “quench” stresses that are the primary source of cracks and warping will have been eliminated.A similar process performed at a slightly higher temperature is called austempering.In this case the steel is held at the bath temperature for a longer period,and the result of the formation of bainite.The bainite structure is not as hard as the martensite that could be formed from the same composition,but in addition to reducing the thermal shock to which the steel would be subjected under normal hardening procedures,it is unnecessary to perform any further treatment to develop good impact resistance in the high hardness range.4TemperingA third step usually required to condition a hardened steel for swevice is tempering,or as it is sometimes referred to,drawing. With the exception of austempered steel,which is frequently used in the ashardened condition,most steel are not serviceable “as quenched”.The drastic cooling to produce martensite causes the steel to be very hard and to contain both macroscopic internal stresses with the result that the material this little ductility and extreme brittleness. Reduction pg these faults is accomplished by reheating the steel to sometimes referred to, drawing. With the exception of austempered steel, which is frequently used in the as-hardened cognition, most steels are not serviceable “as quenched”, The drastic cooling to produce martensite causes the steel to be very hard and to contain both macroscopic and microscopic internal stresses with the result that the material has little ductility and extreme brittleness. Reduction of these faults is accomplished by reheating the steel to some point below the A1 (lower transformation) temperature.The structural changes caused by tempering of hardened steel are functions of both time and temperature, with temperature being the most important. It should be emphasized that tempering is not a hardening process, but is ,instead, the reverse. A tempered steel is one that has been hardened by heat treatment and then stress relieved, softened, and provided with increased ductility by reheating in the tempering or drawing procedure. The magnitude of the structural changes and the change of properties caused bytempering depend upon the temperature to which the steel is reheated. The higher the temperature, the greater the effect, so the choice of temperature will generally depend on willingness to sacrifice hardenss and strength to gain ductility and toughness. Reheating to below 100has little noticeable effect on hardened plain carbon steel. Between 100and 200,there is evidence of some structural changes. Above 200marked changes in structure and properties appear . Prolonged heating at just under
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