等臂杠杆铣床夹具设计

课 程 设 计 与 综 合 训 练说 明 书铣床杠杆的机械加工工艺规程及工艺装备设计1序言机械制造工艺学课程设计是在学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课， 并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这是我们在毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系世纪的训练。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识， 独立地分析和解决工艺问题， 初步具备了设计一个中等复杂零件（杠杆）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法。在完成夹具结构设计的同时， 也是熟悉和运用有关手册、 图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对未来将从事的工作进行一次适应性的训练， 从中锻炼自己分析问题、 解决问题的能力。 为自己未来的职业生涯打下一个良好的基础。2目录第 1 章课程设计序言1.1零件的分析11.1.1零件的作用 11.1.2零件的工艺分析31.2工艺规程的设计 31.2.1确定毛坯的制造形式31.2.2基准的选择31.2.3工件表面加工方法的选择41.3确定工艺路线 41.3.1加工余量及毛坯尺寸的确定61.3.2选择加工设备及刀、量、夹具71.4加工工序设计 191.5夹具的设计 101.5.1定位方案的确定101.5.2选择定位元件111.5.3计算夹紧力111.5.4定位误差计算12第 2 章综合训练2.1夹具体三维造型实现方法的概述132.2夹具三维造型过程简述14小结22参考文献233铣床杠杆的机械工艺规程及机械装备设计第 1 章课程设计1.1 零件的分析设计的具体要求包括：1.零件图1张2.毛坯图1张3.机械加工工艺过程卡片1套4机械加工工序卡片1套5夹具总装图1张6夹具三维造型图1张7.夹具体零件图1张7课程设计说明书1份1.1.1零件的作用题目所给定的零件是铣床杠杆。它的主要的作用是用来支承、固要求零件的配合符 合要 求 。图1-1为铣床 杠杆 的零 件 图， 1-2为三维 造型 图。图 1-1杠杆的零件图4图 1-2杠杆的三维图1.1.2零件的工艺分析杠杆的 25(H9) 孔的轴线和两个端面垂直度的要求,2 8(H7) 孔的轴线与 25H9孔的轴线有平行度要求 . 现分述如下 :本夹具用于在立式钻床上， 加工 8(H7) 孔。工件以 25(H9) 孔及端面和水平面底、 30 的凸台分别在定位销 10、活动 V 形块上实现完全定位。 钻 8（ H7）mm孔时工件为悬臂， 为防止工件加工时变形， 采用了螺旋辅助支承 7，当辅助支承 7 与工件接触后，用螺母 2 锁紧。要加工的主要工序包括： 粗精铣宽度为 40mm 的上下平台、 粗精铣 30 凸台的上下表面、 钻 25(H9) 的小孔 、钻 28(H7) 的小孔 、钻10(H7) 孔。加工要求有：40mm的平台的表面粗糙度各为 Ra6.3um （上平台）、Ra3.2（下平台）、25（ H9）和 8（H7）孔表面粗糙度都为 Ra1.6um。 2 8（ H7）孔有平行度分别为 0.1um（ A）、 0.15um(A) 。10(H7) 孔的平行度为 0.1um（A）、10(H7) 孔为 Ra3.6um。杠杆有过渡圆角为 R5，则其他的过渡圆角则为 R3。其中主要的加工表面是孔 8(H7), 要用 8(H7) 钢球检查。51.2工艺规程的设计1.2.1确定毛坯的制造形式零件的材料 HT200。考虑到零件在工作中处于润滑状态，因此采用润滑效果较好的铸铁。由于零件年产量为 5000 件，达到大批量生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大， 铸造表面质量的要求高， 故可采用铸造质量稳定的， 适合大批生产的金属模铸造。 又由于零件的对称特性， 故采取两件铸造在一起的方法， 便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率 , 保证加工质量。1.2.2基准的选择（ 1）粗基准的选择。对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的加工表面就是宽度为 40mm的肩面表面作为加工的粗基准，可用压板对肩台进行加紧，利用一组 V 形块支承 40mm的外轮廓作主要定位，以消除 z、z、y、y四个自由度。 再以一面定位消除x、x 两个自由度， 达到完全定位 , 就可加工 25（ H9）的孔。（ 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，当设计基准与工序基准不重合时 , 应该进行尺寸换算。本工序中为了便于装夹， 采用 25(H7)的孔作为精基准。1.2.3工件表面加工方法的选择本零件的加工表面有：粗精铣宽度为 40mm的上下平台、钻 10(H7) 孔、钻 28+0.015 的小孔 、粗精铣 30 凸台的平台。材料为 HT200，加工方法选择如下：1、 40mm圆柱的上平台：公差等级为IT8 IT10, 表面粗糙度为 Ra6.3，采用粗铣精铣的加工方法。2、 40mm圆柱的下平台：公差等级为IT8 IT10, 表面粗糙度为 Ra3.2，采用采用粗铣精铣的加工方法。3、 ?30mm的凸台上下表面：公差等级为IT13 ，表面粗糙度为Ra6.3，采用粗铣精铣的加工方法。4、 钻 25（H9）内孔：公差等级为IT6 IT8 ，表面粗糙度为Ra1.6，采用6钻孔扩孔钻钻孔精铰的加工方法，并倒1 45内角。5、 钻 8（ H7）内孔：公差等级为IT6 IT8, 表面粗糙度为 Ra1.6，采用钻孔粗铰精铰的加工方法。6、 钻 10(H7) 内孔：公差等级为 IT7 IT8 ，表面粗糙度为 Ra3.2，平行度为 0.1 m（A），采用钻孔粗铰精铰的加工方法。1.3确定工艺路线由于该零件生产类型为大批量生产 , 所以应尽量使工序集中来提高生产率 , 除此之外 , 还应降低生产成本。1、 工艺路线方案一：铸造时效涂底漆工序：粗精铣宽度为 40mm的上下平台和宽度为 30mm的平台工序：钻孔 25（H9）使尺寸达到 23mm工序：扩孔钻钻孔 25(H9) 使尺寸达到 24.8mm 工序：铰孔 25（H9）使尺寸达到 25(H9)工序：钻、粗、精铰28（H7）小孔使尺寸达到 8（H7）工序 ：钻 10（ H7）的内孔使尺寸达到9.8mm。工序：粗铰 10(H7) 内孔使尺寸达到9.96mm。工序：精铰 10（H7）内孔使尺寸达到 10（H7） mm。工序：检验入库。2、工艺路线方案二：铸造时效涂底漆工序：粗精铣宽度为 40mm的上下平台和宽度为30mm的平台。工序：钻孔 25（H9）使尺寸达到 23mm。工序：钻 2 8(H7) 的小孔使尺寸达到 8(H7)7工序：扩孔钻钻孔 25(H9) 使尺寸达到 24.8mm 工序：铰孔 25（H9）使尺寸达到 25(H9)工序：钻 10（H7）的内孔使尺寸达到 9.8mm 工序 ：粗铰 10(H7) 内孔使尺寸达到 9.96mm工序：精铰 10（H7）内孔使尺寸达到 10（H7） mm。工序：粗铰28（ H7）小孔使尺寸达到7.96mm。工序：精铰28(H7) 小孔使尺寸达到 8（ H7）。工序：检验入库。3、工艺方案的比较和分析：上述两种工艺方案的特点是：方案一是根据宽度为 40mm的上下肩面作为粗基准， 25（H9）孔作为精基准，所以就要加工 25 孔时期尺寸达到要求的尺寸，那样就保证了 28 小孔的圆跳动误差精度等。而方案二则先粗加工孔 25，而不进一步加工就钻 8（ H7），那样就很难保证 28 的圆度跳动误差精度。所以决定选择方案一作为加工工艺路线比较合理。具体工艺过程如下 :1、工艺路线方案一：铸造时效涂底漆工序：粗精铣宽度为 40mm的上下平台和宽度为 30mm的平台 ( 粗基准的选择如前所述 )工序：钻孔 25（H9）使尺寸达到 23mm工序：扩孔钻钻孔 25(H9) 使尺寸达到 24.8mm 工序：铰孔 25（H9）使尺寸达到 25(H9)工序：钻、粗、精铰2 8（ H7）小孔使尺寸达到 8（ H7）( 以 25 定位 )工序 ：钻 10（ H7）的内孔使尺寸达到 9.8mm 工序：粗铰 10(H7) 内孔使尺寸达到 9.96mm工序：精铰 10（H7）内孔使尺寸达到 10（H7） mm8工序：检验入库1.3.1加工余量及毛坯尺寸的确定根据工件的原始资料及加工工艺, 分别确定各加工表面的加工余量及毛坯尺寸 :查参考文献（机械加工工艺简明手册）得：各加工表面表面总余量加工表面基 本 尺加工余量等级加工余量数值说明寸(mm) 40mm的上下平台40G4宽度 30mm的平台30H3?30mm的凸台上下30H3面 10(H7) 孔10H3 8（ H7）孔8H3 25（H9）孔25G4又由参考文献得出：主要毛坯尺寸及公差加工上下底面加工上表面凸台上下面加工内孔加工内孔加工内孔主要尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差 CT2 8（ H7）之间的1681684中心距离 10（H7）孔尺寸102.0103 25（H9）孔尺寸253.0254 8（ H7）孔尺寸82.0839图 1-3零件的毛坯图1.3.2选择加工设备及刀、量、夹具由于生产类型为大批生产， 故加工设备宜以采用通用机床为主， 辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主， 辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各级床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。粗精铣宽度为 40mm的上下平台和宽度为30mm的平台。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择 X5012 立式铣床（参考文献：机械工艺设计手册，主编：李益民，机械工业出版社出版社） ，刀具选 D=2mm的削平型立铣刀（参考文献：机械工艺设计手册，主编：李益民，机械工业出版社出版）、专用夹具、专用量具和游标卡尺。粗精铣宽度为 30mm的凸台表面。采用 X5021 立式铣床，刀具选 D=2mm的削平型铣刀，专用夹具、专用量检具和游标卡尺。钻孔 25（H9）使尺寸达到 23mm。采用 Z535 型钻床，刀具选莫氏锥柄麻花钻（莫氏锥柄 2 号刀） D=23mm，专用钻夹具，专用检具。扩孔钻钻孔 25(H9) 使尺寸达到 24.8mm。采用立式 Z535 型钻床，刀具选D=24.7mm的锥柄扩孔钻（莫氏锥度 3 号刀），专用钻夹具和专用检具。10铰孔 25（H9）使尺寸达到 25(H9) 。采用立式 Z535 型钻床，刀具选D=25mm的锥柄机用铰刀，并倒1 45的倒角钻用铰夹具和专用检量具。钻 2 8(H7) 的小孔使尺寸达到7.8mm。采用立式Z518 型钻床，刀具选用D=7.8mm的直柄麻花钻，专用钻夹具和专用检量具。粗铰 2 8(H7) 小孔使尺寸达到 7.96mm。采用立式 Z518 型钻床，选择刀具为 D=8mm直柄机用铰刀，使用专用夹具和专用量检具。精铰 2 8(H7) 小孔使尺寸达到 8（H7）。采用立式 Z518 型钻床，选择刀具为 D=8mm的直柄机用铰刀，使用专用的夹具和专用的量检具。钻 10（ H7）的内孔使尺寸达到 9.8mm。采用立式 Z518 型钻床，刀具选用D=9.8mm的直柄麻花钻，专用的钻夹具和量检具。粗铰 10(H7) 内孔使尺寸达到 9.96mm。采用立式Z518 型钻床，刀具选用D=10mm的直柄机用铰刀，专用夹具和专用量检具。精铰 10（H7）内孔使尺寸达到 10（ H7）mm。采用立式Z518 型钻床，选择刀具 D=10mm的精铰刀，使用专用夹具和量检具。（参考资料和文献均来自：机械工艺设计手册，主编：李益民，机械工业出版社出版）1.4加工工序设计根据本次设计的要求， 工序设计只设计老师所给出工序的计算。下面是对 40 上端面的加工设计。表 1 余量和工序尺寸及公差（mm）加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸 40 上表面粗铣0.21554.27 40 上表面精铣0.055541、粗铣 40 平面使尺寸达到 54.27mm。2、精铣 40 平面使尺寸达到 54.27mm。这两道工序全都采用X5023 机床来进行加工的，故：（1）参考文献：机械设计工艺简明手册， 并参考 X5023 机床主要技术参数，取粗铣 40 上表 面的进给 量 f=0.3mm/r, 求得 40 上表面 的切削速 度为11V=0.435m/s=26.1m/min, 由此算出转速为 :n=1000v/ 错误！未找到引用源。 d=1000 26.1/3.14 8r/min 1039r/min按 机 床 实 际 转 速 取 n=1000r/min ， 则 实 际 切 削 速 度 为 V=3.14 1000/1000m/min 22m/min.从参考文献得知：错误！未找到引用源。 =9.81 42.7do 错误！未找到引用源。(N)M=9.810.021 错误！未找到引用源。(N.m)求出铣 40 平面的错误！未找到引用源。和 M如下：错误！未找到引用源。 =9.81 42.7 8 错误！未找到引用源。 1=1279N M=9.810.021 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 1=5N.m 根据所得出数据， 它们均少于机床的最大扭转力矩和最大进给力， 故满足机床刚度需求。（2）参考文献：机械设计工艺简明手册， 并参考 X5023 机床主要技术参数，取粗铣 40 平面的进给量 f=0.3mm/r, 参考文献得：切削速度为（ 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 ） V，故取 Va=1/2V=1/222m/min=11m/min,由此 算 出转 速 n=1000v/ 错 误 ！ 未找 到 引用 源 。 d=1000 11/3.14 8r/min=438r/min, 取机床实际转速 n=450r/min 。（3）参考文献：机械设计工艺简明手册， 并参考 Z5023 机床主要技术参数，取 精 铣 40 平 面 的 进 给 量 f=0.3mm/r, 参 考 文 献 得 ： 切 削 速 度 为V=0.3m/s=18m/min。由此算出转速：n=1000v/ 错误！未找到引用源。 d=1000 18/3.14 8r/min=717r/min 按照机床的实际转速 n=720r/min 。则实际切削速度为：V=错误！未找到引用源。 dn/1000=3.14 8 720/1000m/min=18.1m/min1.5夹具的设计本次的夹具为工序： 粗精铣宽度为 40mm的上平台和宽度为 30mm的平台而设计的。确定设计方案 :这道工序所加工的面在 40 凸台平面上，表面粗糙度为6.3 。1.5.1根据工件结构特点，其定位方案有：工件以 40 水平底面、 40 的圆柱分别在圆形凸台、固定V 形块上实现完全定位，转动活动扳手通过活动V 形块对工件进行夹紧。12图 1-4活动 V 形块夹1.5.2选择定位元件（1）选择圆形台阶面，以 40 下端面为定位基准。（ 2）选择固定 V 形块，以 30 凸台下方、 40 圆柱外缘毛坯面定位 , 转动活动扳手通过活动 V 形块对工件进行夹紧。1.5.3计算夹紧力参考文献（机械加工工艺手册） ，因夹具的的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力 错误！未找到引用源。 与切削力 F 之间的关系为： 错误！未找到引用源。 =KF，式中的 K 为安全系数。由参考文献得，当夹紧力与切削力方向相反时，取 K=3。由前面的计算可知 F=1279N。所以，为防止工件在切削扭矩 M（N mm）的作用下打滑而转动所需的夹紧力 错误！未找到引用源。 =KF=12793N=3837N，为防止工件在轴向力F 的作用下打滑而轴向移动所需的夹紧力错误！未找到引用源。 =2174.3 N 。1.5.4定位误差计算（ 1 ） 加工 40 平 台尺 寸的定位 误差 计算 ，由于基准重合， 故：0.015+0.2=0.215mm，0.015-0.2=-0.185mm ，上下偏差为：0.215-（-0.185 ）=0.4mm，符合尺寸要求。而基准位移误差为定位面 ( 40 下端面 ) 与固定 V 形块的最大间隙，故：定位凸台 取直 径为 40H9， 尽量 减少位移 误差 。 故 ： 25-25=0 ， 上偏 差：0.052-0.052=0mm，下偏差： 0-0=0mm。其基准也符合设计要求。由此可知此定位方案能满足尺寸 84 0.2mm 的定位要求。（2）加工 40 面时轴线平行度0.15mm 的定位误差计算，由于基准重合，故 ： 0.015+0.015=0.03mm而 基 准 位 移 误 差 是 定 位 面 40下 端 面 与 定 位 面 间 的 误 差 。故 :0.052+0.052mm=0.104mm所以有： 0.03+0.104mm=0.134mm13此方案能满足定位要求。通过定位方案的确定， 夹紧力与定位误差的计算和选择了可靠的定位元件以后，就设计出我们所需要的夹具。第 2 章综合训练2.1夹具体三维造型实现方法的概述通过实体造型把夹具的三维图简要的三维图制作出来，下面的设计是铣床杆的钻孔夹具。 这个夹具可以通过Pro/E,UG,AutoCAD,Mastercam 等三维造型软件实现， 我是用 UG来实现造型的。 下图是用 AutoCAD画的夹具装配图。142.2夹具三维造型过程简述1下面是用 UG软件来实现三维造型步骤：步骤一：首先设计一个夹具体，形如下：图 2-1夹具体图步骤二：设计定位销，图形如下：图 2-2定位销步骤三：设计螺钉，图形如下 ：15图 2-3螺钉步骤四：设计螺栓图形如下：图 2-4螺栓步骤五：设计六角螺母图形如下：16图 2-5六角螺母步骤六：设计两个 V 形块，图形如下：图 2-6a固定 V 形块17图 2-6b 活动 V 形块步骤七：设计一个支撑板，图形如下：图 2-7 支撑板步骤八： 设计一个盖板，图形如下：18图 2-8 盖板步骤九：设计一个 V 形块，图形如下：图 2-9 活动 V 形块上面的三维造型都是为了夹具的整体装配做准备的下面我们就来实现夹具的三维图 .192下面的是用 UG软件来实现装配的过程：步骤如下：步骤一 :装配固定 V 形块图 2-11 装配固定 V 形块步骤二： 装配工件，图形如下：图 2-12 装配工件步骤三： 装配支撑板，图形如下：20图 2-13装配支撑板步骤四：装配活动 V 形块，图形如下：图 2-14装配活动 V 形块步骤五：装配盖板，图形如下：21图 2-15装配盖板步骤六：装配手柄，图形如下：图 2-16装配手柄步骤七：装配定位键，图形如下：22图 2-17装配定位键下面是图形的整体装配图：图 2-18整体装配图23小结五个星期的机械制造工艺学课程设计马上就要划上句号，经过这五个星期的努力，我在老师的指导下，取得了自己满意的效果，课程设计作为机械制造工艺学、机床夹具设计课程的重要环节，使理论与实践相结合，加深了理论知识的理解，强化了在运用中的感性认识。通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、 选择使用工艺装备以及更加熟练的运用三维软件造型等等。24总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、 解决问题创新设计的能力， 为以后的设计工作打下了较好的基础。同时，广泛地运用设计手册，学会了在实际中运用工具书，和独立完成每一步查找工作； 在整个零件的加工过程是和其他同学分工完成，所以在设计过程中需要和同学一起讨论分析，在夹具设计过程中也想同学征求了意见，是设计更加符合实际要求。参考文献1、李益民，机械加工工艺简明手册M ，北京：机械工业出版社，19942、李洪，机械加工工艺手册M ，北京：北京出版社， 19903、廖念钊等，互换性与技术测量（第四版）M ，北京：中国计量出版社，19904、于骏一、邹青，机械制造技术基础M ，北京：机械工业出版社，20045、刘华明，刀具设计手册M ，北京：机械工业出版社，19996、艾兴、肖诗钢 , 切削用量手册 M,北京：机械工业出版社，19857、上海柴油机厂工艺设备研究所, 金属切削机床夹具设计手册M,北京：机25械工业出版社， 198426