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1、 机 制 工 艺 与 夹 具 课 程 设 计机 制 工 艺 与 夹 具 课 程 设 计 说 明 书说 明 书 杠杆零件机械加工工艺规程及杠杆零件机械加工工艺规程及 铣平面专用夹具设计铣平面专用夹具设计 学院名称： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 14 机制 4Z 姓 名： 张颖 指导教师姓名： 池龙珠 2017 年 11 月 机制工艺与夹具课程设计说明书 目 录 第 1 章 杠杆的机械加工工艺规程设计 . 1 1.1零件的工艺分析及生产类型确定 . 1 1.1.1零件的作用. 1 1.1.2零件的工艺分析 . 1 1.1.3确定生产类型 . 2 1.2选择毛坯,确定毛

2、坯尺寸和设计毛坯图 . 2 1.2.1选择毛坯 . 2 1.2.2确定毛坯尺寸和设计毛坯图 . 2 1.3机械加工工艺路线设计 . 3 1.3.1定位基准的选择 . 3 1.3.2零件表面加工方法的选择 . 4 1.3.3制定工艺路线 . 5 1.4加工机床及工艺设备的选择 . 6 1.4.1选择机床 . 6 1.4.2选择夹具 . 7 1.4.3选择刀具 . 7 1.4.4选择量具 . 7 1.5确定工序尺寸 . 8 1.6确定相关工序切削用量及基本时间 . 8 1.6.1工序 15（粗铣半精铣上表面，保证尺寸 46.5） . 8 机制工艺与夹具课程设计说明书 1.6.2工序 30（钻 M1

3、2 底孔） . 9 1.6.3工序 45（粗铣 24H8 平面，保证尺寸 24） . 10 第 2 章 专用夹具设计 . 12 2.1确定设计任务 . 12 2.2夹具设计方法 . 12 2.2.1夹具类型的确定 . 12 2.2.2定位方案的确定 . 12 2.2.3夹紧机构设计 . 13 2.2.4对刀装置设计 . 14 2.2.5夹具体设计. 14 2.2.6绘制夹具体装配图 . 14 2.3确定夹具技术要求和有关尺寸、公差配合 . 15 2.3.1技术要求 . 15 2.3.2夹具装配图应有尺寸及公差 . 15 第 3 章 夹具三维造型 . 16 3.1三维造型实现方法概述 . 16

4、3.2夹具主要零件三维造型 . 16 3.3夹具三维装配 . 24 参考文献 . 25 机制工艺与夹具课程设计说明书 1 第 1 章 杠杆的机械加工工艺规程设计 1.1 零件的工艺分析及生产类型确定 1.1.1 零件的作用 题目所给的零件是杠杆，图 1-1 用于传递力与扭矩，它的加工精度影响自身的传动 精度甚至整个系统的传动精度。 图 1-1 杠杆零件图 通过对该零件图的重新绘制，可知原图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要 求齐全。该零件需要加工的地方有平面和孔，加工难度不大，本零件的工艺性较好。 1.1.2 零件的工艺分析 从零件图上看来，原图样的视图正确完整，尺寸和公差还有技术要求齐全

5、。从加工 表面上看来，毛坯采用铸件，部分加工表面是主要的工作表面。加工表面有： 1.零件的上、下端面（由图纸所示） ，粗糙度达到 Ra6.3。 2.40 圆柱上、下端面,要满足圆跳动公差为 0.05。 3.内端面,精度要求较高,粗糙度达到 Ra3.2,用于连接固定其它部件。 机制工艺与夹具课程设计说明书 2 1.1.3 确定生产类型 生产类型不同，其生产过程和生产组织、车间的机床布置、毛坯的制造方法、采用 的工艺设备、加工方法和工人的熟练程度等都有不同要求。因此在制定工艺路线的时候 应该首先确定该产品的生产类型，以便更好的组织生产。 表 1-1 各种生产类型的规范 生产类型 零件的年生产纲领（

6、件/年） 重型机械 中型机械 轻型机械 单件生产 5 20 100 小批生产 5-100 20-200 100-200 中批生产 100-300 200-500 500-5000 大批生产 300-1000 500-5000 5000-50000 大量生产 1000 5000 50000 1.2 选择毛坯,确定毛坯尺寸和设计毛坯图 1.2.1 选择毛坯 根据零件图可知，零件材料为 HT150，零件形状为异形件，且属中大批生产，因此 选用铸造毛坯，这样，毛坯形状与成品相似，加工方便，省工省料。加工的表面比较少, 而且形状比较复杂,故用铸件。 1.2.2 确定毛坯尺寸和设计毛坯图 1.求最大轮廓尺

7、寸 根据零件图计算轮廓尺寸，长 203mm，宽 38mm，高 44mm，固最大轮廓尺寸为 203mm。 2.选取公差等级 CT 查表，铸造方法按机器造型，铸件材料按灰铸铁，得公差等级 CT 范围 810 级， 取 10 级。 3.求铸件尺寸公差 机制工艺与夹具课程设计说明书 3 根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级 CT，查表得出，公差带相对于基本尺寸对 称分布。 4.求机械加工余量等级 查表，铸造方法按机器造型，铸件材料按灰铸铁，得机械加工余量等级为 G。 5.求机械加工余量 RMA 对所有加工表面取同一个数值，查表，最大轮廓尺寸为 203mm ，机械加工余量等 级为 G 级，得 RMA 数值

8、为：单侧加工时选取 3.5mm，双侧加工时选取 2.5mm。M12 孔较小，铸成实心。 6.确定毛坯各加工表面尺寸公差 20H7 孔：2.2mm 40 圆柱的上下表面：2.8mm 38mm 尺寸上的表面：2.8mm 24H8 尺寸上的表面：2.4mm 440 -0.1 尺寸上的表面：2.8mm 22+0.2 -0.1 尺寸上的表面：2.4mm 28mm 内槽尺寸上的的公差：2.4mm 32 内槽尺寸上的公差：2.6mm 18mm 尺寸上的表面公差：2.4mm 1.3 机械加工工艺路线设计 1.3.1 定位基准的选择 基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准选择的正确与合理，可以使加工 质量

9、得到保证、生产率得到提高。否则，不但加工工艺规程中的问题百出，更有甚者， 还会造成零件的大批报废，使生产不能正常进行。 本零件是带孔的杆状零件，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准） ，在加工 零件的平面及钻孔时，都应该以孔作为定位基准，从而避免由于基准不重合而产生的误 差。选择不需加工的面作为粗基准，选20mm 孔及一端面作为精基准。 机制工艺与夹具课程设计说明书 4 1.3.2 零件表面加工方法的选择 本零件的加工表面有端面，内孔，底面等，材料为灰铸铁。以公差等级和表面粗糙 度要求，参考相关资料，其加工方法选择如下。 左右端面：为未注公差尺寸，根据 GB1800-79 规定，只需要进行粗

10、铣。 20H7 孔：标注了公差尺寸和表面粗糙度值 Ra1.6，精度较高，因为铰刀是定尺寸 刀具，能加工出 7 级精度的孔，所以这里选择扩孔，绞孔。 左边槽 44 上端面： 标注了表面粗糙度值 Ra3.2， 精度较高， 需要进行粗铣， 半精铣。 左边槽 44 下底面： 标注了表面粗糙度值 Ra3.2， 精度较高， 需要进行粗铣， 半精铣。 左边槽 22 内端面： 标注了表面粗糙度值 Ra3.2， 精度较高， 需要进行粗铣， 半精铣。 40 上下端面，标注了表面粗糙度值 Ra3.2，相对于基准轴线 A 的圆跳动为 0.05， 精度较高，需要进行粗铣，半精铣，精铣。 24H8 槽：标注了表面粗糙度值

11、 Ra0.8，精度较高，需要进行粗铣，半精铣，精铣。 表 1-2 零件表面加工方法 加工部位 表面粗糙度 经济精度IT 加工方法 40 孔上下两端面 mRa2 . 3 粗铣 12 半精铣 10 粗铣 半精铣 40 两侧端面 mRa3 . 6 - 粗铣 720H孔 mRa6 . 1 扩孔 10 绞孔 7 扩孔，绞孔 24H8 槽内表面 mRa8 . 0 粗铣 12 半精铣 10 精铣 8 粗铣 半精铣精铣 22+0.2 -0.1 槽内表面 mRa2 . 3 粗铣 12 半精铣 10 粗铣 半精铣 44 0 -0.1上下表面 mRa2 . 3 粗铣 12 半精铣 10 粗铣 半精铣 磨 28 单侧

12、内表面 mRa3 . 6 - 粗铣 机制工艺与夹具课程设计说明书 5 32 单侧内表面 mRa3 . 6 - 粗铣 M12 螺纹孔 - - 钻孔 手动攻丝 1.3.3 制定工艺路线 本零件的加工工艺路线按照先加工基准面、先面后孔、先住后次以及先粗后精的原 则加工，本零件的加工可按以下工艺路线进行。 方案一 工序 1： 1.粗铣杠杆中间圆柱上下面 2.半精铣杠杆中间圆柱上下面 工序 2： 扩孔、精铰20H7 孔 工序 3： 1.粗铣杠杆左端 44 上下表面 2.粗铣杠杆左端 22 上下面 3.半精铣杠杆左端 44 上下表面 4.半精铣杠杆左端 22 上下面 5.粗铣杠杆左端 28 单侧内表面 工

13、序 4： 1.粗铣杠杆右端 18 上下面 2.粗铣 24H8 的上下面 3.半精铣杠杆右端 24H8 上下面 4.粗铣杠杆右端 32 单侧内表面 工序 5： 用直径为 10.5 的钻钻螺纹孔 工序 6： 手攻 M12 的螺纹 工序 7： 1.车倒角 1x45 2.车倒角 1.5 x45 工序 8： 精铣杠杆右端 24H8 内上下面 工序 9： 杠杆左右叉局部淬火 工序 10： 校正杠杆右端拨叉上下面平行度 工序 11： 磨杠杆中间圆柱两端面至 44-0.0.1，对20H7 的圆跳动为 0.05 工序 12： 清洗 机制工艺与夹具课程设计说明书 6 工序 13： 终检 方案二 工序 5： 铸造

14、工序 10： 人工时效处理 工序 15： 粗铣、半精铣杠杆中间圆柱上面 工序 20： 粗铣、半精铣杠杆中间圆柱下面 工序 25： 扩孔、精铰 20H7 孔 工序 30： 钻 M12 底孔 工序 35： 铰 M12 底孔 工序 40： 粗铣杠杆右端 18 上下面 工序 45： 粗铣 24H8 的上下面、32 单侧内表面 工序 50： 粗铣、半精铣杠杆左端 22 上下面、28 单侧内表面 工序 55： 精铣 24H8 的上下面 工序 60： 20 倒角 工序 65： 杠杆左右叉局部淬火 工序 70： 磨 24H8 的上下面 工序 75： 攻 M12 螺纹 工序 80： 校正杠杆右端拨叉上下面平行度

15、 工序 85： 磨杠杆终检圆柱两端面对20H7 的圆跳动位 0.05 考虑到在加工中保证位置精度，消除加工应力，最终选择方案二 1.4 加工机床及工艺设备的选择 1.4.1 选择机床 根据不同的工序选择机床由于是大批量生产，所以多采用专用机床。 1. 工序 15 是粗加工和半精加工，大批量生产一次进给中要完成两个工步的加 工，所以选用专用机床。 2. 工序 20 和工序 15 是同样的加工方式，采用统一专用机床 3. 工序 25 是扩铰统一精基准， 采用复合刀具一次加工完成加工， 使用组合机床。 机制工艺与夹具课程设计说明书 7 4. 工序 30 和 35 选用 Z37 立式钻床。 5. 工序

16、 40、45、50 和 55 是粗铣平面使用专用机床。 6. 工序 60 为锪倒角，选用 Z37 即可。 7. 工序 65 用热处理装备淬火机进行淬火处理。 。 8. 工序 70 为磨削平面，使用专用机床。 9. 工序 75 是机攻螺纹，使用 Z37。 10. 工序 80 是用平行度校正仪进行平行度的校正。 11. 工序 85 磨削，使用专用机床。 12. 工序 90 清洗用清洗机。 13. 工序 95 用各种专用量具对各部分进行检验。 1.4.2 选择夹具 本零件结构复杂，无法用通用夹具进行装夹，需使用专用夹具，进行各工序的加工 1.4.3 选择刀具 根据不同的工序选择刀具 1.平面铣削选用

17、面铣刀，考虑到需加工的最大平面尺寸为40 圆柱端面，因此所选 铣刀：硬质合金面铣刀，直径 d=100mm，长度 l=22mm，粗齿数 12。 2. 扩孔选用锥柄扩孔钻，铰刀选用机用铰刀。 3. 钻螺纹孔10.5mm，攻丝 M12 用锥柄阶梯麻花钻，机用丝锥。 4. 倒角选用 90锪孔钻。 5.磨端面用 1-35040127-WA46K5V 砂轮 1.4.4 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 铣端面，选择读数值 0.02mm，测量范围 0150 游标卡尺。 2选择加工孔所用量具 机制

18、工艺与夹具课程设计说明书 8 钻、扩、铰孔选择读数值 0.01mm，测量范围 530 内径千分尺。 1.5 确定工序尺寸 工序 15 粗铣零件的上表面至 46.5 工序 30 钻 M12 螺纹底孔10.5 工序 45 粗铣 24H8 平面至尺寸 24 1.6 确定相关工序切削用量及基本时间 1.6.1 工序 15（粗铣半精铣上表面，保证尺寸 46.5） 1.粗铣 (1)背吃刀量的确定 工步 1 的背吃刀量 1p a取为 1 Z， 1 Z应等于底面的毛坯机械加工总余量减去工步 2 的 余量 2 Z，即= 11 Zap（6-2）mm=4mm。 (2)进给量的确定 见资料 1 表 5-5，镶齿铣刀的

19、粗铣时每齿的进给量 z f=0.150.3mm/z,这里选择的 进给量 z f=0.2mm/z 而我选择的铣刀是 10 齿，所以进给量是 z f=2mm/r。 (3)铣削速度的确定 铣削速度的公式是 1000 dn = （式 1-1） d铣刀的直径（mm） ； n铣刀转速（r/min） 。 见资料 1 表 5-11，按zmmfz z /2.0、10/80/d0=的条件选取，铣削速度 min/ 3 . 38 m=。由 1-1 公式可以算出铣刀转速 min/47.152min/）8014.3（/3.381000rrn=，查表 4-16，按照该工序 所选专用机床的主轴转速系列，取转速 150r/mi

20、n。 再将此转速代入公式（1-1） ，可求出该工序的实际铣削速度 min/68.37min/r1000/4014.31501000/rdn=。 2 半精铣 机制工艺与夹具课程设计说明书 9 (1)背吃刀量的确定：工步 2 的背吃刀量 2p a取为 2 Z，即= 22 Zap2mm。 (2)进给量： 查机械制造技术基础课程设计指导教程表 5-5，镶齿铣刀的半精 铣时每转的进给量 z f=0.51.2mm/r,这里选择的进给量 z f=0.5mm/r。 (3)铣削速度的确定 表5-11 ， 按zmmfz z /05.0、10/80/d0=的 条 件 选 取 ， 铣 削 速 度 min/2.70m=

21、。由 1-1 公式可以算出铣刀转速 min/46.279min/）8014.3（/2.701000rrn=，查表 4-16，按照该工序 所选专用机床的主轴转速系列，取转速 230r/min。 再将此转速代入公式（1-1） ，可求出该工序的实际铣削速度 min/78.57min/1000/4014.32301000/rrdn= 。 （4）工时 被切削层长度l：l =402=80mm 刀具切入长度 1 l：l=2a-d-d0.5 2 e 2 +）（=0.52 9100-100+）（=4.3s 刀具切出长度 2 l：0 2 =l 走刀次数为 1 机动时间 j t： 12 j lll t fn + =

22、 94.2100.12 4.380 + 0.75min=45s 辅助时间 t j=0.245=9s 1.6.2 工序 30（钻 M12 底孔） 钻孔工步 (1)确定背吃刀量mmZap5mm2/102/ 钻 = (2)确定进给量：查表 4-7 和 5-22 (3)确定钻削速度 表 5-22 ， 取 钻 削 速 度min/17=。 由 1-1 公 式 可 以 算 出 麻 花 钻 转 速 min/1.540min/）1014.3（/151000rrn=，查表 4-16，按照该工序所选 Z4012 台式钻床的主轴转速系列，取转速 560r/min。 再将此转速代入公式（1-1） ，可求出该工序的实际钻

23、削速度 min/6 .17min/1000/1014. 316001000/rrdn=。 rf/mm18.0= 机制工艺与夹具课程设计说明书 10 （4）工时 被切削层长度l：lmm40= 刀具切入长度 1 l：l=+)21 (cotk 2 r D 4.1mm 刀具切出长度 2 l：0 2 =l 走刀次数为 1 机动时间 j t： 12 j lll t fn + = 11000.17 4.104 + 0.24min=14.4s 辅助时间 t j=0.214.4=2.9s 1.6.3 工序 45（粗铣 24H8 平面，保证尺寸 24） 粗铣 (1)背吃刀量的确定 工步 1 的背吃刀量 1p a取

24、为 1 Z， 1 Z应等于底面的毛坯机械加工总余量减去工步 2 的 余量 2 Z，即= 11 Zap（5-2）mm=3mm。 (2)进给量的确定 表 5-5，镶齿铣刀的粗铣时每齿的进给量 z f=0.150.3mm/z,这里选择的进给量 z f=0.3mm/z 而我选择的铣刀是 10 齿，所以进给量是 z f=3mm/r。 (3)铣削速度的确定 铣削速度的公式是 1000 dn = （式 1-1） d铣刀的直径（mm）; n铣刀转速（r/min） 。 表 5-11，按zmmfz z /3.0、10/24/d0=的条件选取，铣削速度 min/12m=。由公式 1-1 可以算出铣刀转速 min/1

25、59min/）2414.3（/121000rrn=，查表 4-16，按照该工序所选 专用机床的主轴转速系列，取转速 160r/min。 再将此转速代入公式（1-1） ，可求出该工序的实际铣削速度 min/06.12min/r1000/2414.31601000/rdn=。 （4）工时 被切削层长度l：l =18mm 机制工艺与夹具课程设计说明书 11 刀具切入长度 1 l：l=2a-d-d0.5 2 e 2 +）（=0.52 9100-100+）（=4.3s 刀具切出长度 2 l：0 2 =l 走刀次数为 1 机动时间 j t： 12 j lll t fn + = 94.2100.12 4.3

26、18 + 0.11min=7 辅助时间 t j=0.27=1.4 s 机制工艺与夹具课程设计说明书 12 第 2 章 专用夹具设计 2.1 确定设计任务 本夹具用于铣削杠杆零件中间的40 圆柱上表面， 2.2 夹具设计方法 2.2.1 夹具类型的确定 由生产类型确定该零件生产为大批量生产，夹具是用来铣削40 圆柱的端面的,所 以夹具为专用铣床夹具。 2.2.2 定位方案的确定 铣削40 圆柱端面时， 所有表面均未加工所以采用毛面定位， 因此选用 3 个 B 型定 位钉如图 2.1 1、定位元件选用 定位元件是确定工件正确位置的元件，且要经常与定位基准接触，所以，它必须要 有一定的精度，有良好的

27、耐磨性，有足够的刚性和良好的工艺性。工序为平面定位，所 以选用的定位元件是支撑钉。 由于底部粗糙面定位所以在底面上安装三个B型支撑钉 （图 2-2） ，其尺寸为12mm。 机制工艺与夹具课程设计说明书 13 图 2-1 定位示意图 图 2-2 支撑钉 B 型 2.2.3 夹紧机构设计 由于只加工单一平面，且无其他位置要求，所以采用螺旋夹紧机构如图 2-3 （1）夹紧时不得破坏工件在夹具中占有的正确位置， （2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧 力过大损伤工件表面及产生过大夹紧变形。 （3）夹紧机构操作要安全、省力、夹紧迅速。 （4）结构应尽量简单，便于制造与维

28、修。夹紧机构的复杂程度、工作效率应与生 产类型相适应。 3 机制工艺与夹具课程设计说明书 14 图 2-3 夹紧机构 2.2.4 对刀装置设计 本夹具是为了铣削平面而设计，根据夹具设计手册，铣平面时选择圆形对刀块。 2.2.5 夹具体设计 夹具体是夹具的基础件， 夹具上的所有零部件必须最终通过这一基础件装配成一个 整体。夹具体可用铸造或焊接的方法制造。 夹具体外形尺寸，根据工件、定位原件、夹紧装置、对刀元件以及其他辅助机构和 装置在总体上的布局，夹具体的外形尺寸便已经大致确定。 2.2.6 绘制夹具体装配图 图 2-4 夹具体装配图 243 275 126 220 100 ? 8H6n5 机制

29、工艺与夹具课程设计说明书 15 2.3 确定夹具技术要求和有关尺寸、公差配合 2.3.1 技术要求 1.零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、 油污、着色剂和灰尘等。 2.螺钉、 螺栓和螺母紧固时， 严禁打击或使用不合适的旋具和扳手。 紧固后螺钉槽、 螺母和螺钉、螺栓头部不得损坏。 3.同一零件用多件螺钉（螺栓）紧固时，各螺钉（螺栓）需交叉、对称、逐步、均 匀拧紧。 2.3.2 夹具装配图应有尺寸及公差 1.夹具体最大轮廓尺寸为 275mm220mm100mm。 2.夹具体底座固定用沉头孔之间的距离为 243mm126mm。 3.对刀块工作面与夹具体安装基准面平行度误差不大 0.5mm。 4.支撑钉工作面与夹具体安装基准面垂直度误差不大 0.5mm。 5.支承钉与夹具体配合8H7/p6。 机制工艺与夹具课程设计说明书 16 第 3 章 夹具三维造型 3.1 三维造型实现方法概述 随着社会的进步，人们生活水平的不断提高，追求完善已成为时尚人们对消费产 品的要求已不仅仅满足于基本功能的完备，同时更注重外观的美感家电产品在不断提 高和完善其功能的同时，在外观造型上要求越来越高，多以复杂方式自由地变化的曲线 曲面即所谓自由型曲线曲面组成 而