方套的工装设计机械制造工艺与机床夹具

目录 设计任务书.课程设计说明书正文.绪论.一.零件的分析(一)零件作用.（二）零件的工艺分析 二.工艺规程设计.(一)确定毛坯的制造形式.（二）基面的选择.（三）制定工艺路线（四）确 定 毛 坯 的 加 工 余 量 及 毛 胚 尺 寸，设 计 毛 坯 零 件 综 图合.（五）工序尺寸的确定.(六)确定切削用量及基本工时.三专用夹具设计.（一）设计主旨.(二)夹具设计 四.课程设计心得体会.致谢 参考文献.绪论 机械加工工艺与工装课程设计是学生学完了机械制造工艺与装备课程后，对机械加工工艺过程、机械加工工艺和机床夹具结构进一步了解的练习性的教学环节，是学习深化与升华的重要过程，是对学生综合素质与工程实践的能力培养 应在指导教师指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。在课程设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。应学会依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。通过课程设计，应能树立正确的设计思想；培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工作设计中，应能树立正确的工程意识与经济意识，树立正确的生产观点、经济观点与全局观点 该课程设计是学完本课程之后的一项重要的实践，是我们步入社会的一次深刻的链接，考察了我们独立设计，计算，绘图和分析的能力，同时提高了我们查阅各种设计手册的能力，通过该课程设计我们了解了夹具设计的一般步骤，需要用到的一些结构都需要我们认真查阅后绘制到图纸上，通过课程设计我们学会了很多课本上没有的知识。一、零件的分析（如图 1 所示方套零件图，下面就该零件的工艺分析过程进行分析）图 1 (一)零件作用 题目所给的零件方套用于其他零件的配合，要求有一定精度要求及适当刚度与强度，材料为 45 钢方槽位联接结面用于呈受传递力之用。（二）零件的工艺分析 方套零件主要有以方孔和以深孔为中心的俩组加工表面。1，是以方孔为中心的加工表面。这组加工表面有方孔面上顶面，凸台面及其周围的 5 个直径为 8.5 的（直径为 14 的）孔面。2.以深孔为中心的加工表面，两侧面及底面，与底面成 26 度的斜面。二.工艺规程设计 (一)确定毛坯的制造形式 零件的材料为 45 钢，要求有一定的强度要求，轮廓尺寸不大，且形状亦不太复杂，又属大批大料生产，做毛坯可采用模锻成型。毛坯尺寸通过查表与计算加工余量后决定。（二）基面的选择就 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择正确、合理，可以保证加工质量，提高生产率。否则会使加工过程出现许多问题，产生废品，使生产无法进行。1.粗基准的选择 按照促基准的选择原则，为保证不加工面和加工面的位置要求，应选择不加工面为粗基准，故此处应选择 B 面为粗基准铣 A 面，在以铣好的 A 面作为基准铣 B 面，这样符合互为基准的原则。2.精基准的选择 精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当工序基准与设计基准不重合 时，应进行尺寸换算。主要以加工好的 A 面作为基准。（三）制定工艺路线 制定工艺路线应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。生产纲领以确定为大批大量生产的条件下，可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。还应考虑经济，以降低生产成本。1、工艺路线方案一 工序 1：模锻 工序 2：热处理（正火）工序 3：铣 A 面 工序 4：铣 B 面 工序 5：铣凸台 R53 圆弧面 工序 6：铣左右两侧面 工序 7：铣下侧面 工序 8：铣上侧面及与圆弧 R67 相交的台阶面 工序 9：铣 30 的方槽 工序 10：倒角 工序 11：钻 90 度锁紧螺钉孔 工序 12：用麻花钻钻 5x8.5 孔钻通 工序 13：用锪孔钻锪5X14 的孔 工序 14：用深孔钻钻8 的孔 工序 15：绞8 的孔 工序 16：去毛刺 工序 17：检验 工序 18：入库 2、工艺路线方案二 工序 1：模锻 工序 2：热处理（正火）工序 3：铣 A 面 工序 4：铣 B 面 工序 5：铣凸台 R53 圆弧面 工序 6：铣左右两侧面及下侧面 工序 7：铣上侧面及与圆弧 R67 相交的台阶面 工序 8：铣 30 的方槽 工序 9：倒角 工序 10：钻 90 度锁紧螺钉孔 工序 11：用麻花钻钻 5x8.5 孔钻通 工序 12：用锪孔钻锪5X14 的孔 工序 13：用深孔钻钻、绞8 的孔 工序 14：去毛刺 工序 15：检验 工序 16：入库 3、工艺方案的比较与分析 上述两种方案均无原则性错误，但方案一工序太分散不利于提高加工精度及生产率，方案二比方案一工序集中减少了装夹次数有利于提高加工精度及生产率，考虑到便与装夹和提高加工精度及生产率所以确定方案为。工序 1：模锻 工序 2：热处理（正火）工序 3：铣 A 面 工序 4：铣 B 面 工序 5：铣凸台 R53 圆弧面 工序 6：铣左右两侧面 工序 7：铣下端面 工序 8：铣上侧面及与圆弧 R67 相交的台阶面 工序 9：铣 30 的方槽 工序 10：倒角 工序 11：钻 90 度锁紧螺钉孔 工序 12：用麻花钻钻 5x8.5 孔钻通 工序 13：用锪孔钻锪5X14 的孔 工序 14：用深孔钻钻、绞8 的孔 工序 15：去毛刺 工序 16：检验 工序 17：入库 （四）确定毛坯的加工余量及毛胚尺寸，设计毛坯零件综合图 (1)确定机械加工余量：钢质模锻件的机械加工余量按有关标准确定。确定时根据估算的锻件质量、加工精度及锻件形状复杂系数，由附表 1 可查的除孔外表面加工余量。1锻件质量：零件质量m=v7.88x(8x8x3.3-3x3.5x3.3-3.14x0.4x0.4x8-3.14x0.7x0.7x3-0.3x3.4x8-0.5x2.8x8)=1.17kg 由零件质量估算毛坯质量为 2.0kg。2加工精度：零件的各表面均为一般加工精度。3锻件形状复杂系数 S 为 S=M 锻件/M 外轮廓包容体 M 外轮廓包容体=lxlxhx=8.4x8.4x3.7x7.852050g=2.05kg 故 S=2/2.050.976 按下表 1 查得形状复杂系数为 S，属一般级别 F1。表 1 锻件形状复杂系数 S 级别 S 值范围 级别 S 值范围 简单 一级 S10.631 S20.320.63 较复杂 复杂 S30.160.32 S4=0.16 4 机械加工余量：根据锻件质量，F1,S1，查【1】中附表 1 得该零件的单边余量：厚度方向为 1.7-2.0mm，水平方向为 1.7-2.2mm。（2）确定毛坯尺寸：因该零件机械加工表面粗糙度要求均为 Ra=12.8mm。故单边加工余量均取 2mm，则毛坯尺寸见下表 2 表 2 方套毛坯（锻件）尺寸/mm 零件尺寸 单面加工余量 锻件尺寸 80 0-0.1 33 300.1+0.2 2 2 2 82 37 26 （3）设计毛坯的零件综合图。1 确定毛坯尺寸公差：毛坯尺寸公差根据锻件质量、形状复杂系数分模线形状种类及锻件精度等级从手册中查得。本零件锻件质量 2.0kg，形状复杂系数为 S1，45 号钢含碳量为 0.42%0.50%，其中最高含碳量为 0.5%，按表 3 查得锻件材料系数为 M1，采取平直线分模，锻件为普通精度等级，则毛坯公差可从【1】中附表 2、附表 3 查得，列表 4 表 3 级别 钢的最高含碳量 合金钢的最高含碳量 M1 M2 =0.65%=3.0%表 4 方套毛坯（锻件）尺寸允许偏差/mm 锻件尺寸 偏差 根据 33 +1.0 0.4 附表 3 84 +1.4 0.6 附表 2 26 +1.1 0.6 附表 2 2 确定圆角半径：本锻件 H/B 皆小于 2；故可用下式计算 圆角半径 r=0.05H+0.5 为简化起见，以最大 H 计算 r=(0.05x37+0.5)mm=2.35mm (取 r=2.5mm)3 确定拔模角度：L/B=84/84=1 H=37/84=0.44 查【1】中附表 4 得 a=5 度 4 确定分模位置；由毛坯图所示 5 确定毛坯热处理形式。钢质毛坯经锻造后应安排正火，以消除残余的锻造应力，并细化，均匀组织，从而改善其加工性能。五、工序尺寸的确定 因该零件图的精度要求不高，每个加工面经过一道工序加工均能达到图纸所示的要求的尺寸，形状，位置，精度。工序号 工序尺寸 3 35 4 33 5 530-0.07 6 800-0.1 8 30+0.2+0.1 11 5x8.5 12 5x14 13 80+0.04 (六)确定切削用量及基本工时 加工条件：45 钢正火，模锻，b=650MP 工序 3：铣 A 面 选用机床 x51，铣刀为镶齿套式端面铣刀（高速钢）,外经为 100mm，齿数 z 为 20 见2中表 3.137,每齿进给量 0.04mm=fz=0.06mm，取fz=0.05mm/z 见【3】中表 2-21 切削速度 20m/min=vc=45m/min，取vc=30m/min 见【3】中表 2-22 ns=1000 vc/d=1000 x30/x100 r/min=95.6r/min,按机床选取nw=100r/min 见【3】中表 3-9 故实际切削速度 v=dnw/1000=x100 x100/1000 m/min=31.5 m/min 工作台的每分钟进给量fm=fzznw=0.05x20 x100 mm/min=100mm/min 查机床说明书及【2】中表 4.237，刚好有fm=100 mm/min 故直接选用。切削工时：tm=L/fm=(l+l1+l2+l3+d)/fm=(80+10+10+100)/100 min=2min 工序 4：铣 B 面 选用机床 x51，铣刀为镶齿套式端面铣刀（高速钢）,外经为 100mm，齿数 z 为 20 见2中表 3.1-37 每齿进给量 0.04mm=fz=0.06mm，取fz=0.05mm/z 见【3】中表 2-21 切削速度 20m/min=vc=45m/min，取vc=30m/min 见【3】中表 2-22 ns=1000 vc/d=1000 x30/x100 r/min=95.6r/min,按机床选取nw=100r/min 见【3】中表 3-9 故实际切削速度 v=dnw/1000=x100 x100/1000 m/min=31.5 m/min 工作台的每分钟进给量fm=fzznw=0.05x10 x100 mm/min=50 mm/min 查机床说明书及【2】中表 4.237，刚好有fm=50 mm/min 故直接选用。切削工时：tm=L/fm=(l+l1+l2+l3+d)/fm=(80+10+10+100)/50 min=4 min 工序 5：铣凸台 R53 圆弧面 选用机床 xK5032 立式升降台数控铣床，铣刀为立铣刀 26 L=100mm 见【2】中表 3.1-29 取 F=100 mm/min N=800 r/min v=dN/1000=x26x800/1000 m/min=65.31 m/min 铣刀的行程：作图计算 L=l+l1+l2+l3=900 切削工时：tm=L/F=900/100 min=9 min 工序 6：铣左右两侧面 选用机床 x51 铣刀为立铣刀（高速钢）10 齿数 z 为 4 每齿进给量 0.1mm=fz=0.15mm，取fz=0.12mm/z 见【3】中表 2-21 每转进给量f=fzZ=0.12x4 mm/r=0.48mm/r 切削速度 20m/min=vc=45m/min，取vc=20m/min 见【3】中表 2-22 ns=1000 vc/d=1000 x20/x10 r/min=636 r/min,按机床选取nw=590 r/min 故实际切削速度 v=dnw/1000=x10 x590/1000 m/min=18.5 m/min 切削工时：tm=2(l+l1+l2)/fnw=2(80+1515)/0.48x590 min=0.78 min 工序 7：铣下端面 选用机床 x51 铣刀为立铣刀（高速钢）10 齿数 z 为 4 每齿进给量 0.1mm=fz=0.15mm，取fz=0.12mm/z 见【3】中表 2-21 每转进给量f=fzZ=0.12x4 mm/r=0.48mm/r 切削速度 20m/min=vc=45m/min，取vc=20m/min 见【3】中表 2-22 ns=1000 vc/d=1000 x20/x10 r/min=636 r/min,按机床选取nw=590 r/min 故实际切削速度 v=dnw/1000=x10 x590/1000 m/min=18.5 m/min 切削工时：tm=(l+l1+l2)/fnw=(80+1515)/0.48x590 min=0.39 min 工序 8：铣上侧面及与圆弧 R67 相交的台阶面 选用机床 x51 铣刀为立铣刀（高速钢）10 齿数 z 为 4 (1)工步 1：铣上侧面 每齿进给量 0.1mm=fz=0.15mm，取fz=0.12mm/z 见【3】中表 2-21 每转进给量f=fzZ=0.12x4 mm/r=0.48mm/r 切削速度 20m/min=vc=45m/min，取vc=20m/min 见【3】中表 2-22 ns=1000 vc/d=1000 x20/x10 r/min=636 r/min,按机床选取nw=590 r/min 故实际切削速度 v=dnw/1000=x10 x590/1000 m/min=18.5 m/min 切削工时：t1=(l+l1+l2)/fnw=(80+1515)/0.48x590 min=0.39 min(2)工步 2：铣与圆弧 R67 相交的台阶面 每齿进给量 0.1mm=fz=0.15mm，取fz=0.12mm/z 见【3】中表 2-21 每转进给量f=fzZ=0.12x4 mm/r=0.48mm/r 切削速度 20m/min=vc=45m/min，取vc=20m/min 见【3】中表 2-22 ns=1000 vc/d=1000 x20/x10 r/min=636 r/min,按机床选取nw=590 r/min 故实际切削速度 v=dnw/1000=x10 x590/1000 m/min=18.5 m/min 切削工时：t2=(l+l1+l2)/fnw=(80+1515)/0.48x590 min=0.39 min 则总切削工时：tm=t1+t2=0.39+0.39 min=0.78 min 工序 9：铣30+0.2+0.1的方槽 选用机床 x63 高速钢镶齿三面刃铣刀 160mm L=30mm 齿数 z 为 26 每齿进给量 0.04mm=fz=0.06mm，取fz=0.05mm/z 见【3】中表 2-21 每转进给量f=fzZ=0.05x26 mm/r=1.3mm/r 切削速度 20m/min=vc=45m/min，取vc=30m/min 见【3】中表 2-22 ns=1000 vc/d=1000 x30/x160 r/min=59.7 r/min,按机床选取nw=60r/min 故实际切削速度 v=dnw/1000=x160 x60/1000 m/min=30.14 m/min 切削工时：tm=(l+l1+l2+d)/fnw=(33+20+10+160)/1.3x60 min=2.86 min 其中:切入 l1=20mm 切出l2=10mm,l=33mm,d=160mm 工序 10：倒角 选用机床 x51 铣刀为立铣刀（高速钢）10 齿数 z 为 4 每齿进给量 0.1mm=fz=0.15mm，取fz=0.12mm/z 见【3】中表 2-21 每转进给量f=fzZ=0.12x4 mm/r=0.48mm/r 切削速度 20m/min=vc=45m/min，取vc=20m/min 见【3】中表 2-22 ns=1000 vc/d=1000 x20/x10 r/min=636 r/min,按机床选取nw=590 r/min 故实际切削速度 v=dnw/1000=x10 x590/1000 m/min=18.5 m/min 作图计算铣刀的路径 L=2（l1+l2+l3+l4+l5+l6）=2（5.7+10+10+12+10+10）=105.4 mm 则切削工时：tm=L/fnw=105.4/0.48x590 min=0.38min 工序 11：钻 90 度锁紧螺钉孔 选用机床 Z525 8 的沉头孔钻 进给量f=0.20mm/r 见【3】中表 2-23 切削速度取 vc=30m/min 见【3】中表 2-20 ns=1000 vc/d=1000 x30/x8 r/min=1194 r/min,按机床选取nw=960r/min 见【3】中表 3-9 故实际切削速度 v=dnw/1000=x8x960/1000 m/min=24.12m/min 切削工时：tm=(l+l1)/fnw=(5+3)/0.20 x960min=0.042 min 工序 12：用麻花钻钻 5x8.5 孔钻通 选用机床 Z525 8.5 的麻花钻 进给量f=0.20mm/r 见【3】中表 2-23 切削速度取 vc=30m/min 见【3】中表 2-20 ns=1000 vc/d=1000 x30/x8.5 r/min=1124 r/min,按机床选取nw=960r/min 见【3】中表 3-9 故实际切削速度 v=dnw/1000=x8.5x960/1000 m/min=25.6m/min 切削工时：tm=(l+l1+l2)/fnw=(30+6+3)/0.20 x960 min=0.2 min 其中:切入 l1=6mm 切出l2=3mm,l=30mm 工序 13：用锪孔钻锪5X14 的孔 选用机床 Z525 14 的锪孔钻 根据有关资料，锪孔时进给量及切削速度均为钻孔式的 1/21/3 故进给量f=0.4xf钻=0.4x0.32=0.128mm/r 取f=0.13mm/r 切削速度取 vc=40 x1/3 m/min=13.33 m/min ns=1000 vc/d=1000 x13.3/x14r/min=302.5 r/min,按机床选取nw=272r/min 见【3】中表 3-9 故实际切削速度 v=dnw/1000=x14x272/1000 m/min=11.96m/min 切削工时：tm=(l+l1)/fnw=(25+5)/272x0.13 min=0.84 min 其中:切入 l1=5mm ,l=25mm 工序 14：用深孔钻钻、绞8 的孔 选用机床 Z525 8 的麻花钻 及 8 的铰刀 (1)工步 1：用深孔钻钻8 的孔 进给量f=0.20mm/r 见【3】中表 2-23 切削速度取 vc=30m/min 见【3】中表 2-20 ns=1000 vc/d=1000 x30/x8 r/min=1194r/min,按机床选取nw=960r/min 见【3】中表 3-9 故实际切削速度 v=dnw/1000=x8x960/1000 m/min=24.12m/min 切削工时：tm=(l+l1+l2)/fnw=(80+10+4)/0.20 x960 min=0.49 min 其中:切入 l1=10mm 切出l2=4mm,l=80mm (2)工步 2：绞8 的孔 进给量f=2f钻=2x0.20=0.40 mm/r 切削速度取 vc=(1/21/3)v钻 取 vc=0.4v钻=0.4x30 m/min=12 m/min 见【3】中表 2-20 ns=1000 vc/d=1000 x12/x8 r/min=477r/min,按机床选取nw=392r/min 见【3】中表 3-9 故实际切削速度 v=dnw/1000=x8x392/1000 m/min=9.85m/min 切削工时：tm=(l+l1+l2)/fnw=(80+10+4)/0.40 x392min=0.599min 其中:切入 l1=10mm 切出l2=4mm,l=80mm 三、专用夹具设计 为了提高劳动效率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。经过和指导老师协商，决定设计第九道工序铣 30+0.2+0.1 mm 的方槽的铣床夹具。本夹具用于 x63 卧式铣床。高速钢镶齿三面刃铣刀。（一）设计主旨 本夹具主要用来粗铣深 30+0.2+0.mm，宽 30+0.2+0.mm 的方槽，因为采用直径为160mm 的高速钢镶齿三面刃铣刀铣削 30+0.2+0.1 mm 的方槽,因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产效率，降低劳动强度。（二）夹具设计 1、定位基准的选择 经分析可知，由于32 孔和其两端面已经经过精加工，且采用32 孔定位便于保证加工质量和位置要求，避免了夹具在结构上过于复杂，因此采用32 的孔作为主要定位基准面。为了保证加工强度采用辅助支承。2、切削力及夹紧力的计算 切削刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，160mm，z=26，则 F=fffzyfenfz/doqfnwf 式中，f=650，=2 f=1.0 fz=0.05 yf=0.65 e=6 nf=0.83 z=26 do=160 qf=0.83 n=475 wf=0 F=3030.0260.6560.8320/800.834750=19.56N 水平分力：FH=1.1F=1.119.56=21.516N 垂直分力：FV=0.3F=0.319.56=5.868N 夹紧力计算：Fj=KF计 其中 F计=21.516N,K=K1K2K3K4 ,K1基本安全系数，K1=1.5；K2加工性质系数，K2=1.1；K3刀具钝化系数，K3=1.1；K4断续切削系数，K4=1.1。则 Fj=KF计=1.51.11.11.121.516=42.96N 因此，夹紧力大于切削力，故本夹具可安全工作。3、定位误差分析、定位元件尺寸及公差的确定。本夹具的主要定位元件为32 的短心轴和相应的平面，因此该定位轴的尺寸与公差与相配的孔的尺寸公差相同，即为32H8。、基准不重合误差：因其定位基准和工序基准不重合，因此存在基准不重合误差。为自由误差，由毛坯决定。、基准位移误差：因为是心轴和孔定位，因此，存在基准位移误差。Y=D+d+min=0.027+0.027=0.054mm 4、夹具设计及操作的简要说明 在设计夹具时，为了提高生产率，应使夹紧装置简单易于装夹。为了满足夹紧力要求采用螺纹螺母夹紧。夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件加工之前与塞尺配合使用很好的对刀；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。铣床夹具的装配图见附图 课程设计心得体会 短暂的两周工艺夹具设计实习在匆匆忙忙中过去了，这次的实习让我受益非浅，学到了很多新的东西，比如工艺设计的流程，加工方案的确定，加工的顺序，刀柄刀具的选择，切削用量的选择，以前这些数据都是随便定的，通过这次的实习才知道真正设计的时候都是要通过查阅相关的手册得来的。在两个星期中，我们学习了零件的工艺分析、机床的选用，零件工艺方案设计，包括进给路线、加工余量、切削用量、机床夹具的选择等内容。最终完成零件的机械加工工艺过程卡片，工件的定位和夹紧方案草图，并且在学习以上知识的同时也练习了 CAD、UG、数控仿真加工、数控机床加工等知识，既完成了课程，又对以往学习的知识进行了完整的复习，可以说是一举多得。大大提高了我们的专业水平，培养了我们掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养我们掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼我们分析与解决工程实际问题的能力。给我们树立正确的设计思想和培养我们严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。在过几个月我们即将踏入工作岗位，这次实习正好为我们的未来的打下坚实的基础，让我们更好的适应工作环境，同时也锻炼了我们坚韧不拔，迎难而上的精神。锻炼了我们发现问题，解决问题的能力。使我们的专业知识和水平更加的完善。我们要发扬实习期间的能力和精神，成为社会有用的人才就，为自己开创美好的未来。在我实习过程中，我的设计老师高老师给了我很大的帮助，我了解到了什么叫工艺设计，怎么样去完成一个工件的全部工艺流程，通过查手册，找数据，给设计过程中的所有数据都能有一个详细的标准，这是我的最终学习目的，现在的学习为的就是以后在工作当中的熟练运用，我想在这两周的实习中我的确学到了很多东西，同时也懂得了很多做人的道理 致谢。参考文献 【1】机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导书 倪森寿 主编 化学工业出版社 【2】机械制造工艺设计简明手册 哈尔滨工业大学 李益民 主编 机械工业出版社 【3】机械制造工艺与机床夹具课程设计指导书 吴拓 方琼珊 编 机械工业出版社