电机外壳车床夹具—课程设计

机械制造综合课程设计电机外壳车床夹具系部名称： 机械工程系 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 机械制造综合课程设计设计任务书设计题目：电机外壳车床夹具 设计要求：设计加工102mm 内孔的车床夹具生产类型：中批量生产毛坯类型：铸件设计内容：1、绘制产品零件图 2、确定定位及夹紧方案 3、绘制夹具总装图 4、绘制夹具零件图 5、编写设计说明书工序加工要求：车内孔 98mm 至102mm，满足零件图要求。 目 录第 1 章零件的工艺性分析.41.1零件的作用.41.2零件的技术要求.41.3零件的工艺分析.41.4确定材料及生产类型.5第 2 章加工工艺过程设计.62.1定位基准的选择.62.2加工方法及工艺设备的选择.62.3工艺规程卡片.62.4加工阶段的划分及工序的安排.72.5机械加工余量、工序尺寸及公差的确定.82.6确定切削用量及基本工时.9第 3 章车床夹具设计.143.1车床夹具设计.143.2加工要求分析.153.3安装方案的确定.163.4定位误差分析.173.5夹具装配图及零件图.18第 4 章心得体会.20参考文献.21第 1 章零件的工艺性分析1.1零件的作用1)内部固定磁钢，轴承套等部件；2)在有的型号上起到电机负极的作用（导线型的不起负极作用） ；3)固定马达端盖、电刷片之用；4)保护内部线圈等功能。1.2零件的技术要求1)灰铸铁 HT200，硬度 HBS 134200；2)孔 8mm 轴线对底面 C 的位置度允差 0.6mm；3)端面对孔 122mm 轴线的垂直度允差 0.8mm；4)螺纹孔 M5 轴线对孔 122mm 轴线的位置度允差 0.4mm；5)螺纹孔 M4 轴线的位置度允差 0.4mm。1.3零件的工艺分析题目所给的零件是电机壳，它位于电机外表面。从零件图上可以看出该零件的主要加工表面有：1)122mm，Ra=12.5 的外圆表面；2)102mm，Ra=3.2 的孔；3)零件的两端面，Ra=12.5；4)底座的上表面、下表面及侧面；5)8mm，Ra=12.5 的孔及 M5，Ra=6.3 的螺纹孔；6)10mm，Ra=12.5 的孔及 M4，Ra=6.3 的螺纹孔；7)其他圆角：图 1-1 工艺分析1.4确定材料及生产类型灰铸铁 HT200 的硬度为：布氏硬度 HBS 134200。因为该零件要进行中。批量生产，且零件在工作过程中受载荷不大，所以选择砂型机器造型。图 1-2 毛胚尺寸第 2 章加工工艺过程设计2.1定位基准的选择基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基准面的选择正确与 否，可以使加工质量得到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大量报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。本零件以粗加工的表面为粗基准；对精基准而言，本题目以端面为精基准，基本满足要求。2.2加工方法及工艺设备的选择每个被加工面一般度需要经过由粗加工到精加工等多个加工工序，逐步提高精度，最终达到加工精度要求。本道工序的加工路线为：粗镗-半精镗。1）铣削时采用卧式铣床 X60，钻孔采用立式钻床 ZH5120 型；2）镗孔时采用卧式镗铣床 TH6150；3）采用铣床、钻床和镗床的专用夹具，详细见夹具设计;4）刀具的选择，铣刀主要考虑铣刀的材质、直径和齿数；麻花钻考虑的直径；镗刀主要考虑材质和加工深度，选用硬质合金。但具体工序的选取还要考虑加工精度和表面粗糙度等问题，所以就单个工序再定。2.3工艺规程卡片表 2-1 工艺卡片三江学院高职院机械加工工艺卡片工件名称电机外壳工序号4零件名称零件号零件重量同时加工件数材料毛坯牌号硬度型号重量HT200HBS134200铸件设备夹具辅助工具2.4加工阶段的划分及工序的安排工序一：粗铣 122mm 的外圆柱表面，以 102mm 的一个端面为工艺基准。工序二：车削 122mm 的两端面，以底座下表面为工艺基准，以122mm 的轴线为定位基准。 粗铣底座的上、左、右、前、后各个表面，以 102mm 的一 个端面为工艺基准，加工后底座厚 8mm，以 122mm 的端面为定位基 准。名称型号车床CA6140专用夹具安装工步安装及工步说明刀具量具走刀长度mm走刀次数切削深度 mm进给量mm/r主轴转速r/min切削速度m/min基本工时min专用夹具镗刀122230.23001001.94专用夹具镗刀122210.153501200.12设计者指导老师共 x 页第 x 页工序三：钻 8mm 的孔，以 122mm 的端面为定位基准，底座下表面 为工艺基准。工序四：粗镗 102mm 的孔，以底座下表面为定位基准； 半精镗 102mm，以底座下表面为定位基准。工序五：拉削 6 个均匀分布的、宽 12mm 的凸台，以 102mm 的一个端 面为工艺基准。 工序六：攻 M5 的螺纹孔，以 102mm 的轴线为定位基准。工序七：攻 M4 的螺纹孔，钻 10mm 的孔，都以孔 122mm 的一个端面及底座下表面为定位基准。工序八：加工各个圆角。工序九：清洗。工序十：终检。2.5机械加工余量、工序尺寸及公差的确定1）电机壳圆柱外表面加工余量参照手册，可选择：t(mm)偏差粗铣2.0-0.3+0.3毛坯尺寸L=122+2*2.0=126 2)106mm 孔的两端面，与 122mm 的轴线垂直度公差为 0.03mmt(mm)偏差粗车3半精车1-0.2+0.2毛坯尺寸L=114+2*（1+3）=122mm 3）底座上下表面下表面t(mm)偏差粗铣3-0.15+0.15毛坯尺寸L=8+3=11mm 上表面t(mm)粗铣2毛坯尺寸L=L+2=13mm4)底座的左右、前后表面t(mm)粗铣2L左右=120+2*2=124mm毛坯尺寸L前后=100+2*2=104mm 5）在底座上钻 8mm 的通孔，位置度公差为 0.6mm6）102mm 孔。毛坯为通孔，孔表面粗糙度要求为 3.2m，并保证直径偏差为 00.007mm，直线度公差为 0.3mm，参照金属切削速查速算手册 ，过程如下毛坯98mm粗镗101mm2Z=3半精镗102mm2Z=1 7）6 个均匀分布的宽 12mm 的凸台，直径偏差为-0.40.4毛坯102mm拉削114mm3Z=12 8）其他孔和加工表面的选择如下：M5 的螺纹孔钻孔4mm位置度公差为 0.3mmM4 的螺纹孔钻孔3mm位置度公差为 0.4mm10mm 的孔钻孔10mm圆角连接铣2.6确定切削用量及基本工时工序一：粗铣 122mm 的外圆柱表面，以 102mm 的一个端面为工艺基准。 粗铣：t=2mm 参照金属切削与刀具实用技术表 4-4 和表 4-10，选择高速 钢圆柱形铣刀，L=125mm，Z=8，D=80mm。 参照金属切削与刀具实用技术表 4-22,和表 4-23 选择如下：=0.25mm/z， =18m/minzfv 取min/6 .7180*18*10001000rDvnsmin/80rnw min/1 .20100080*80*1000mDnvw min/16080*8*25. 0mmnzffwzm机动时间为：min47. 31608/7*)40*2122(*)8/11 (1mfdt 工序二：车削 122mm 的两端面，以底座下表面为工艺基准，以122mm 的轴线为定位基准。粗铣底座各个表面，以 106mm 的一个端面为工艺基准，使底座厚 8mm。(1)122mm 的两端面粗车：t=3mm 参照金属切削与刀具实用技术表 245，选择高速车刀ap=3mm，f=1.2mm/r,v=8m/min。（转）33. 82 . 15161102frrtr/min74.22112*8*1000)/2d(d100021vns机动时为：min37. 074.2233. 8221sntt（2）底座上表面与左、右、前、后侧面粗铣：t=2mm参照参照金属切削与刀具实用技术表 410，422，433，选择高速钢镶齿面刃铣刀，D=80mm，Z=10，L=36mm，f2 =0.25mm/齿,v=20m/min。 =63.66r/min1002010001000Dvns取=68r/min，则wn1000Dwnv mm/min170681025. 0wzmZnff机动时间为“=3.06min1702)2104232(2)22(1022mfllt(3)底座下表面粗细：t=3m所有数据同（2）机动时间为：=1.22min17021042022mflt 工序三：钻、扩 8mm 的孔，以 122mm 的端面为定位基准，以底座下表面为工艺基准。选用硬质合金麻花钻，参照参照金属切削与刀具实用技术表 38，选择如下：fz=0.12mm/r,v=35m/min=1310.7r/min5 . 83510001000Dvns取=1300r/min，则wnm/min7 .3410001300*5 . 8*1000Dwnv机动时间：=0.21min0.1213008443zwfnlt 工序四：粗镗 102mm 的孔，以底座下表面为地为基准；半精镗102mm，以底座下表面为定位基准。 粗镗：t=3mm 参考机械制造技术基础课程设计附表 4.13,4.15，选择如下： min/2 . 0 mmfzmin/100mv 则min/1 .312102*100*10001000rDvns 取，则min/300rnwmin/13.961000300*102*1000mDnvw 所以机动时间为：min9 . 12 . 0*3001154fnltw 半精镗：t=1mm 参照机械制造技术基础课程设计附表 4.13,4.15，选择如下： min/15. 0mmfzmin/120mv 则min/5 .374102*120*10001000rDvns 取则min/350rnwmin/15.1121000350*102*1000mDnvw 所以机动时间为：min2 . 215. 0*3501154fnltw 所以min1 . 42 . 29 . 1444ttt工序五：拉削 6 个均匀分布的、宽 12mm 的凸台，以 106mm 的端面为工艺基准。 拉削：t =4mm 参考金属切削与刀具实用技术表 5-38,5-7,5-40,5-41，选择如下：，齿升量 7ezmmfz08. 0min/8mv 则min/6 .691158*10001000次lvns 取，则min/60次wnmin/9 . 61000mlnvw 机动时间为：min12. 07*08. 0*6045ezwzfntt 工序六：攻 M5 的螺纹孔，以 106mm 的轴线为定位基准。 选用硬质合金麻花钻，参照金属切削与刀具实用技术表 3-8，选择如下：0.12mm/r，v=35m/minzf min/2 .22285*35*10001000rDvns 取，则min/2000rnwmin/4 .311000mDnvw 机动时间为：min06. 012. 0*200031206zwfnalt 所以min36. 06*06. 0666 tt工序七：攻 2 个 M4 的螺纹孔，都以孔 122mm 的一个端面及底座下表面为定位基准。 选用高速钢钻头，参照金属切削与刀具实用技术表 3-7，选择如下：，v=24m/minrmmfz/13. 0 则min/9 .19094*24*10001000rDvns 取，则min/1800rnwmin/6 .2210001800*4*1000mDnvw机动时间为：min07. 013. 0*18008*2*27zwfnlt工序八：钻 10mm 的孔，以孔 122mm 的一个端面及底座下表面为定位基准。 选用高速钢钻头，参照金属切削与刀具实用技术表 3-7，选择如下： ，rmmfz/20. 0min/24mv 则min/9 .76310*24*10001000rDvns 取，则min/700rnwmin/0 .221000700*10*1000mDnvw机动时间为：min06. 020. 0*70088zwfnlt第 3 章车床夹具设计3.1车床夹具设计1车床夹具的主要类型（1） 安装在车床主轴上的夹具。这类夹具很多，有通用的三爪卡盘、四爪卡盘，花盘，顶尖等，还有自行设计的心轴；专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、角铁式和花盘式。这类夹具的特点是加工时随机床主轴一起旋转，刀具做进给运动。定心式车床夹具：在定心式车床夹具上，工件常以孔或外圆定位，夹具采用定心夹紧机构。角铁式车床夹具：在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时，由于零件形状较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而须设计专用夹具。这种夹具的夹具体呈角铁状，故称其为角铁式车床夹具。花盘式车床夹具：这类夹具的夹具体称花盘，上面开有若干个 T 形槽，安装定位元件、夹紧元件和分度元件等辅助元件，可加工形状复杂工件的外圆和内孔。这类夹具不对称，要注意平衡。（2） 安装在托板上的夹具。某些重型、畸形工件，常常将夹具安装在托板上。刀具则安装在车床主轴上做旋转运动，夹具做进给运动。由于后一类夹具应用很少，属于机床改装范畴。而生产中需自行设计的较多是安装在车床主轴上的专用夹具，所以壳体零件在车床上加工用专用夹具。2. 车床夹具的设计要点（1）定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求当加工回转表面时，要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合，夹具上定位装置的结构和布置必须保证这一点。当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，则应以夹具的回转轴线为基准来确定定位元件的位置。工件的夹紧应可靠。由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转，故在加工过程中工件除受切削力矩的作用外，整个夹具还要受到重力和离心力的作用，转速越高离心力越大，这些力不仅降低夹紧力，同时会使主轴振动。因此，夹紧机构必须具有足够的夹紧力，自锁性能好，以防止工件在加工过程中移动或发生事故。对于角铁式夹具，夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。（2）夹具找正基准的设置为保证车床夹具的安装精度，安装时应对夹具的限制基面仔细找正。若限为基面偏离回转中心，则应在夹具体上专门制一个孔（或外圆）作为找正基面，使该面与机床主轴同轴，同时它也作为夹具设计、装配和测量基准。为保证加工精度，车床夹具的设计中心与主轴回转中心的同轴度应控制在 0.01mm 之内，限制端面对主轴回转中心的跳动量也不应大于 0.01mm。（3）定位元件的设计在车床上加工回转表面，要求工件加工面的轴线必须和车床主轴的旋线重合。夹具上定位元件的结构设计与布置，必须保证工件的定位基面、加工面和机床主轴三者的轴线重合。特别对于如支座、壳体等工件，由于其被加工回转表面与工序基准之间有尺寸或相互位置精度要求，因此应以机床夹具的回转轴线为基准来确定夹具定位工作表面的位置。（4）夹具的平衡对角铁式、花盘式等结构不对称的车床夹具，设计时应采取平衡措施，使夹具的重心落在主轴回转轴线上，以减少主轴轴承的磨损，避免因离心力产生振动而影响加工质量和刀具寿命。平衡的方法有两种：设置配重块或加工减重块。配重块上应开有弧形槽或径向槽，以便于调整配重块的位置。3. 壳体零件的车床专用夹具的总体设计（1） 夹具的总体结构应力力求紧凑、轻便，悬臂尺寸要短，重心尽可能靠近主轴。（2） 当工件和夹具上个元件相对机床主轴的旋转轴线不平衡时，将产生较大的离心力和振动，影响工件的加工质量、刀具的寿命、机床的精度和安全生产，特别是在转速较高的情况下影响更大。因此，对于重量不对称的夹具，要有平衡要求。平衡的方法有两种：设置平衡块或加工减重孔。在工厂实际生产中，常用适配的方法进行夹具的平衡工作。（3）为了保证安全，夹具上各种元件一般不超过夹具的圆形轮廓之外。因此，还应该注意防止切削和冷却液的飞溅问题，必要时应该加防护罩。3.2加工要求分析通过对加工要求的分析可以明确的设计要求。本工序的被加工几何要素是是一个 102mm 的壳体内孔，可以采用卧式车床加工。由于工件结构的特殊性和为保证生产效率，需要设计一个专用车床夹具，完成此工序后，为后续的加工做准备。根据具体的分析结果，决定采用下面的安装方案。3.3安装方案的确定为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。1. 问题的提出：利用本夹具主要是要用来镗 102mm 的孔，孔 102mm 轴线的直线度允差是 0.3mm。在工序五中会对 102mm 的孔进行拉削，用来加工凸台，因此在本道工序加工时，主要考虑在保证位置精度的前提下提高劳动生产率，降低劳动强度，而位置精度不是主要问题。由零件图可知，孔 102mm 轴线的直线度允差是 0.3mm，且表面粗糙度Ra=3.2，为了减小误差，选择以定位块的上表面为定位夹具，并采用静定螺钉的松紧来实现夹紧。夹具的主要定位元件是夹具下夹块的上表面，削边销及压块，本道工序零件加工一下夹块的上表面为基准面进行加工，能基本控制加工误差。车床夹具主要用于零件的旋转表面以及端面。因而车床夹具的主要特点是工件加工表面的中心线与机床主轴的回转轴线同轴。2. 定位及定位元件的选择和设计 （1）根据工序加工要求，综合考虑确定定位方案。 （2）下夹块：以底座下表面定位。尺寸 H：H=30mm尺寸 a：a1.2 ，取 a=1.2115=138mm1l尺寸 b：b1.2，取 b=1.5=1.5120=180mm2l2l削边销尺寸 h：取 h=B=8mm直径 d：d=8.5mm0d压板尺寸：取宽度=120=40mm 长度 ： ，取 =135mm1bl3131llb21lb43其他的尺寸如下图：图 3-1 夹具体3.4定位误差分析定位元件尺寸及公差确定。夹具的主要定位元件为一平面和两定位销，孔与销间隙配合。工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在车床上加工，所以工件孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差的一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为：Te=Dmax-Dmin。本工序采用一定位销，一挡位销，工件始终靠近定位销一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底板的水平力，因此，工件不在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。3.5夹具装配图及零件图图 3-2 夹具总装图图 3-3 夹具零件图第 4 章心得体会1）对课本知识的认识不够深刻，并且不熟练，不能融会贯通。2）在画图中,距离标准的生产用的工程图还有一段长的距离，不能熟练运用各种画图软件（CAD 和 UG 等） ，不能理论结合实践。3）虽然过程艰辛，但还是蛮有收获的，这次课程设计让我认识到了做设计时的严谨性，马虎不得。同时锻炼和提高了对一些绘图软件的使用。在具体做的过程中，从设计到计算，从分析到绘图，让我更进一步的明白了作为一个设计人员要有清晰的头脑和整体的布局，要有严谨的态度和不厌其烦的细心，要有精益求精、追求完美的一种精神。除此之外，还要感谢我的指导老师。在老师的悉心指导和热情关怀下，我才得以顺利的完成此次课程设计的。总的来说通过这次课程设计，使我受益匪浅，发现了自己的不足，巩固了自己以前所学的知识，又学到了以前所没有学到的东西。 参考文献1 李昌年主编.机床夹具设计与制造 【M】.机械工业出版社，20072 符炜主编.切削加工手册 【M】.湖南科技技术出版，20023 刘登平等编著.机床夹具设计与制造 【M】.北京理工大学出版社，20084 刘杰华等编著.金属切削与刀具实用技术 【M】.2006 5 范云涨等编著.金属切削机床设计简明手册 【M】.机械工业出版社，19976 张世昌等编著.机械制造技术基础高等教育出版社。20077 陈立德主编.机械制造技术基础课程设计.高等教育出版社.20098 关慧贞等主编.机械制造装备设计.机械工业出版社.2011