等臂杠杆铣床夹具设计.doc

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 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。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 23 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 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,28(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。28（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。1.2 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IT8IT10,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IT8IT10,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IT6IT8，表面粗糙度为Ra1.6，采用钻孔扩孔钻钻孔精铰的加工方法，并倒145内角。5、 钻8（H7）内孔：公差等级为IT6IT8,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IT7IT8，表面粗糙度为Ra3.2，平行度为0.1m（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28(H7)的小孔使尺寸达到8(H7) 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28（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）mm 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寸加工余量等级加工余量数值(mm)说明40mm的上下平台宽度30mm的平台4030GH43加工上下底面加工上表面30mm的凸台上下面 30H3凸台上下面10(H7)孔10 H3加工内孔8（H7）孔 8 H3加工内孔25（H9）孔25 G4加工内孔又由参考文献得出： 主要毛坯尺寸及公差主要尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CT28（H7）之间的中心距离168168410（H7）孔尺寸 102.010 325（H9）孔尺寸253.02548（H7）孔尺寸82.08 3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。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145的倒角钻用铰夹具和专用检量具。钻28(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28(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28(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0.21554.2740上表面 精铣0.055 541、 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V=0.435m/s=26.1m/min,由此算出转速为:n=1000v/d=100026.1/3.148r/min1039r/min按机床实际转速取n=1000r/min，则实际切削速度为V=3.141000/1000m/min22m/min.从参考文献得知： =9.8142.7do(N) M=9.810.021(N.m)求出铣40平面的和M如下：=9.8142.781=1279NM=9.810.0211=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（）V，故取Va=1/2V=1/222m/min=11m/min,由此算出转速n=1000v/d=100011/3.148r/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/d=100018/3.148r/min=717r/min按照机床的实际转速n=720r/min。则实际切削速度为：V=dn/1000=3.148720/1000m/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。 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，实际所需夹紧力与切削力F之间的关系为：=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=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=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=0.134mm 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。2.2 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： 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： 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 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：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.2 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：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：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： 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。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，1985 7、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：机械工业出版社，1984