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機制工藝與夾具課程設計說明書
機制工藝與夾具課程設計
說明書
杠桿零件機械加工工藝規(guī)程及專用夾具設計
學院名稱： 機械工程學院
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： 15機制3Z
姓 名： 蔣夕生
指導教師姓名： 范真
2019年1月
江蘇理工學院
《機制工藝與夾具課程設計》任務書
學院： 機械工程學院 班級：15機制3Z 姓名：蔣夕生 學號：2015321307
原始資料：
零件樣圖，生產綱領：大批量，n=1件/臺，每日1班
題目：杠桿的機械加工工藝規(guī)程及專用夾具設計
設計內容：
1.零件圖 1張
2.機械加工工藝過程卡 1套
3.工序卡 3張
4.專用夾具裝配圖 1張
5.專用夾具三維造型 1 張
6.課程設計說明書 1份
目 錄
第1章 杠桿的機械加工工藝規(guī)程設計 …………………………………………1
1.1零件分析 ……………………………………………………………………………1
1.1.1零件的作用 ………………………………………………………………………1
1.1.2零件的工藝分析……………………………………………………………………1
1.1.3確定生產類型………………………………………………………………………2
1.2確定毛坯類型及尺寸…………………………………………………………………2
1.2.1確定毛坯類型………………………………………………………………………2
1.2.2確定毛坯尺寸………………………………………………………………………2
1.3 機械加工工藝路線設計………………………………………………………………4
1.3.1 定位基準的選擇……………………………………………………………………4
1.3.2 制定工藝路線………………………………………………………………………4
1.4 加工機床及工藝設備的選擇…………………………………………………………5
1.4.1 選擇機床……………………………………………………………………………5
1.4.2 選擇刀具及量具 …………………………………………………………………5
1.4.3 選擇夾具 …………………………………………………………………………6
1.5 確定每道工序尺寸 …………………………………………………………………6
1.6 確定切削用量和時間定額 …………………………………………………………7
1.6.1 工序Ⅰ （鉆孔、保證尺寸Φ20H7） ………………………………………………7
1.6.2 工序Ⅱ（鉆孔、保證尺寸Φ12） ……………………………………………8
1.6.3 工序Ⅲ（粗銑22*28的槽、保證尺寸28*22*28） ……………………………………8
第2章 專用夾具設計…………………………………………………………………10
2.1 確定設計任務 ………………………………………………………………………10
2.2 夾具設計方法 ………………………………………………………………………10
2.2.1 夾具類型的確定 …………………………………………………………………10
2.2.2 定位方案的確定 …………………………………………………………………11
2.2.3 夾緊機構設計 ……………………………………………………………………11
2.2.4 導向裝置設計 ……………………………………………………………………14
2.2.5 夾具體設計 ………………………………………………………………………14
2.2.6 繪制夾具體裝配圖 ………………………………………………………………15
2.3 確定夾具技術要求和有關尺寸、公差配合 ………………………………………16
2.3.1 技術要求 …………………………………………………………………………16
2.3.2 夾具裝配圖應有尺寸及公差 ……………………………………………………17
第3章 夾具三維造型………………………………………………………………17
3.1三維造型實現方法概述……………………………………………………………… 17
3.2 夾具主要零件三維造型………………………………………………………… 18
3.3 夾具三維裝配…………………………………………………………………………20
參考文獻 ………………………………………………………………………………22
第1章杠桿的機械加工工藝規(guī)程設計
1.1零件分析
1.1.1零件的作用
題目所給的零件是杠桿，用于傳遞力與扭矩，它的加工精度影響自身的傳動精度甚至整個系統的傳動精度。
通過對該零件圖的重新繪制，知原圖樣的視圖正確、完整，尺寸、公差及技術要求齊全。該零件需要加工的地方有平面和孔，加工難度不大，本零件的工藝性較好。
1.1.2零件的工藝分析
從零件圖上看來，得原圖樣的視圖正確完整，尺寸和公差還有技術要求齊全。從加工表面上看來，毛坯采用鑄件，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（由圖紙所示），粗糙度達到6.3。
2）.Φ40圓柱上、下端面,要滿足圓跳動公差為0.05。
3）.內端面,精度要求較高,粗糙度達到3.2,用于連接固定其它部件.
1.1.3確定生產類型
依設計題目知：N=8000件/年，杠桿重量為1.0kg，杠桿屬輕型零件。該杠桿的生產類型為大批生產。
1.2確定毛坯類型及尺寸
1.2.1確定毛坯類型
根據零件圖可知，零件材料為HT150，零件形狀為異形件，且屬大批生產，因此選用鑄造毛坯，這樣，毛坯形狀與成品相似，加工方便，省工省料.加工的表面比較少,而且形狀比較復雜,故用鑄件。
1.2.2確定毛坯尺寸
（1）求最大輪廓尺寸
根據零件圖計算輪廓尺寸，長203mm，寬44mm，高38mm，固最大輪廓尺寸為203mm。
（2）選取公差等級CT
查表，鑄造方法按機器造型，鑄件材料按灰鑄鐵，得公差等級CT范圍8～10級，取10級。
（3）求鑄件尺寸公差
根據加工面的基本尺寸和鑄件公差等級CT，查表得出，公差帶相對于基本尺寸對稱分布。
（4）求機械加工余量等級
查表，鑄造方法按機器造型，鑄件材料按灰鑄鐵，得機械加工余量等級為G。
毛坯圖如圖1-1所示
圖1-1 毛坯圖
（5）求機械加工余量 RMA
對所有加工表面取同一個數值，查表，最大輪廓尺寸為203mm ，機械加工余量等級為G級，得RMA數值為：單側加工時選取3.5mm，雙側加工時選取2.5mm。M12孔較小，鑄成實心。
（6） 查表確定毛坯各加工表面尺寸公差
1.Φ20H7孔：2.2mm
2.Φ40圓柱的上下表面：2.8mm
3.38mm尺寸上的表面：2.8mm
4.24H8尺寸上的表面：2.4mm
5.440-0.1尺寸上的表面：2.8mm
6.22-0.1+0.2尺寸上的表面：2.4mm
7.28mm內槽尺寸上的的公差：2.4mm
8.32內槽尺寸上的公差：2.6mm
9.18mm尺寸上的表面公差：2.4mm
1.3 機械加工工藝路線設計
1.3.1 定位基準的選擇
基準選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；鶞蔬x擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證、生產率得到提高。否則，不但加工工藝規(guī)程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產不能正常進行。
本零件是帶孔的桿狀零件，孔是其設計基準（亦是裝配基準和測量基準），在加工零件的平面及鉆孔時，都應該以孔作為定位基準，從而避免由于基準不重合而產生的誤差。選擇不需加工的面作為粗基準，選20mm孔及一端面作為精基準。
1.3.2制定工藝路線
本零件的加工工藝路線按照先加工基準面、先面后孔、先住后次以及先粗后精的原則加工，本零件的加工可按以下工藝路線進行。
根據零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經濟精度，在生產綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。查《機械制造工藝設計簡明手冊》，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
工序一：鑄造毛坯
工序二：粗銑中間圓柱上下表面
工序三：鉆、擴，粗鉸、精鉸?20H7孔，
工序四：精銑中間圓柱上下兩端面
工序五：粗銑左端方槽上下面44mm
工序六：粗銑右端方槽上下面18mm
工序七：用直徑為10.5的麻花鉆鉆螺紋孔
工序八：粗銑左端22上下表面
工序九：粗銑左端28內側表面
工序十：粗銑右端24H8上下表面；
工序十一：粗銑右端32內側表面
工序十二：精銑左端22上下表面；
工序十三：精銑左端28內側表面
工序十四：精銑右端24H8上下表面
工序十五：攻M12螺紋孔
工序十六：銑倒1×45°倒角；
工序十七：表面去毛刺
工序十八：清洗
工序十九：終檢
1.4 加工機床及工藝設備的選擇
1.4.1 選擇機床
（1） 根據不同的工序選擇機床
1. 工序二是粗加工。工序的工步數不多，又是大批量，所以選用通用銑床。
2. 工序三是鉆孔，采用鉆床Z535
3. 工序四為粗銑，大批量，選擇通用銑床。
4. 工序五為粗銑，大批量，選擇通用銑床。
5. 工序六為粗銑，大批量，選擇通用銑床。
6. 工序七為鉆螺紋孔，通用鉆床。
7. 工序八為粗銑，大批量，選擇通用銑床。
8. 工序九為粗銑，大批量，選擇通用銑床。
9. 工序十為粗銑，大批量，選擇通用銑床。
10. 工序十一為精銑，大批量，選擇通用銑床。
11. 工序十二為精銑，大批量，選擇通用銑床。
12. 工序十三為精銑，大批量，選擇通用銑床。
13. 工序十四由于精度高選用磨，大批量，選擇專用磨床。
14. 工序十五為為攻絲，大批量，選擇通用銑床。
15. 工序十六為倒角，大批量，選擇通用銑床。
1.4.2 選擇刀具及量具
（1）1.平面銑削選用面銑刀，考慮到需加工的最大平面尺寸為40圓柱端面，因此所選銑刀：鑲齒套式面銑刀，直徑d=80 mm，長度l=36mm，粗齒數10。
2. 擴孔，精鉸選用擴鉸復合鉆。
3. 鉆螺紋孔用鉆鉸復合鉆，攻絲用絲錐。
4. 倒角選用普通倒角銑刀。
5.磨端面用砂輪。
（2）本零件屬大批生產，一般情況下盡量采用通用量具。根據零件表面的精度要求、尺寸和形狀特點，參考有關資料，選擇如下。
① 選擇加工平面所用量具
銑端面，選擇讀數值0.02，測量范圍0～150游標卡尺。
② 選擇加工孔所用量具
鉆、擴、鉸孔選擇讀數值0.01，測量范圍5～30內徑千分尺。
1.4.3 選擇夾具
本零件結構復雜，無法用通用夾具進行裝夾，需使用專用夾具，進行各工序的加工
1.5 確定每道工序尺寸如表1-2所示
加工表面
工序余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度/
粗（鉆）
半精
精（鉸）
粗
半精
精
粗
半精
精
mm上下端面
1.5
0.9
─
46
44.2
─
3.2
─
mm孔
2.4
─
0.1
19.8
─
20H7
─
─
1.6
44mm上下表面
1.5
1.0
─
46
─
─
3.2
─
mm上下內表面
1.5
1.0
─
20
─
─
3.2
─
18mm上下面
1.5
—
—
18
—
—
6.3
—
—
24H8mm上下內表面
1.5
0.8
0.2
21
23.6
24H8
—
—
0.8
螺紋孔
10.5
—
—
—
—
—
—
—
—
攻絲
1.5
—
—
—
—
—
—
—
—
28mm單側內表面
3.5
—
—
28
—
—
6.3
—
—
32mm單側內表面
3.5
—
—
32
—
—
6.3
—
—
1.6 確定切削用量和時間定額
工序Ⅰ 20孔加工
本工序為鉆孔、擴孔、精鉸孔。材料為HT150，鑄件；機床為Z525，工件安裝在專用夾具上。
1. 切削用量
（1）鉆孔
① 確定背吃刀量
本工步加工余量=9mm
② 確定進給量f
查表得：進給量f=0.4 mm/r
③ 確定切削速度v
查表得：硬質合金鉆頭 鉆削18mm 灰鑄鐵 假定切削速度v=51m/min
=1000×51/18π=901r/min
按Z525機床 查表 選n=960 r/min
按上式得出實際切削速度 v=54.28 mm/min
2. 基本時間
（1）鉆孔
得=0.138min=8.28s 取8.5s
=0.2×8.5=1.7 s
工序Ⅱ M12螺紋孔粗加工
本工序為鉆孔。材料為HT150，鑄件；機床為Z525，工件安裝在專用夾具上。
1.切削用量
① 確定背吃刀量
本工步加工余量=5 mm
② 確定每齒進給量
本工步加工后表面粗糙度為6.3，查表得=0.12mm/z
③ 確定切削速度v和進給量f
查表得：硬質合金鉆頭 鉆削10mm 灰鑄鐵 假定切削速度v=45m/min
=1000×45/10π=1432r/min
按Z525機床 查表 選n=1360 r/min
按上式得出 實際切削速度v=42.73 mm/min
2.基本時間
=44mm mm =0mm
得=0.119 min=7.13s 取7.2s
輔助時間=0.2×7.2=1.44 s 取1.5
工序Ⅲ 粗銑22*28的方槽
本工序為粗銑22*28的方槽材料為HT150，鑄件；機床為X51，工件安裝在專用夾具上。
3. 切削用量
（1）粗銑方槽28
① 確定背吃刀量
本工步加工余量=1.5
② 確定進給量f
查表得：進給量f=0.4 mm/r
③ 確定切削速度v
查表得：根據X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統剛度。
根據表查出
按機床標準選?。?75
按上式得出實際切削速度 v=86.35mm/min
4. 基本時間
（1） 粗銑左端28*22*28方槽
切削工時： ，，則機動工時為
得=0.065min=3.9s 取3.9s
=0.2×3.9=0.78s
第2章 專用夾具設計
2.1 確定設計任務
為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。并設計銑22x28槽的夾具。本夾具將用于臥式銑床。
2.2 夾具設計方法
2.2.1 夾具類型的確定
根據機床夾具的通用化程度，可將夾具分為以下幾種：
1. 通用夾具
可加工一定范圍內不同工價的夾具為通用夾具，如車床上的三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤；銑床上的平口虎鉗、分度頭和回轉工作臺等。它們有很大的通用性，無需調整或稍加調整就可以用于裝夾不同的工件。這類夾具一般已標準化，由專業(yè)工廠生產，作為機床附件供應給用戶。
由于使用通用夾具夾緊工件比較費時，操作復雜，生產效率低，且較難裝夾形狀復雜的工件，故通用夾具主要用于單件小批生產，在產品固定的大批量生產中很少使用通用夾具，而使用效率較高的專用夾具。
2. 專用夾具
專用夾具是針對某一種工件的某道工序專門設計的夾具。所以結構緊湊，操作迅速方便。專用夾具通常由使用廠根據要求自行設計與制造。
專用夾具定位精度高，一批工件加工或所得尺寸穩(wěn)定，互換性高，并且可以減輕勞動強度，節(jié)省工時，顯著提高效率，另外利用專用夾具還可以擴大機床的工藝范圍。但專用夾具是為滿足某個工件某道工序的加工需要而專門設計的，所以它的適用范圍較窄。此外、專用夾具的設計制造周期較長。當產品更換時，往往因無法再使用而報廢，因此，專用夾具主要適用于產品品種相對穩(wěn)定的大批大量生產。
3. 成組夾具
根據成組技術原來技術的用于成組加工的夾具。這種夾具的特點是，在通用的夾具體上，只需對夾具的部分元件稍加調整或更換，即可用于組內的不同工件的加工。
4. 組合夾具
組合夾具是由可循環(huán)使用的標準夾具零件部件組裝成易于聯結和拆卸的夾具。它在使用上具有專用夾具的優(yōu)點，而當產品更換時，不存在夾具“報廢”問題。因為它可以拆開，其元件可清洗入庫，留待組裝新的夾具。因此，組合夾具很適合于新產品試制和單件小批生產使用。由于組合夾具還具有縮短生產準備周期，減少專用夾具種類、數量和存放面積等優(yōu)點，特別適用于新產品的試制和多品種小批量生產。
5. 隨行夾具
隨行夾具為自動線上使用的一種夾具。自動線夾具基本上分為兩類：一類為固定式夾具，它與一般專用夾具相似；一類為隨行夾具，她除了具有一般夾具所擔負的裝夾任務外，還擔負自動線輸送工件的任務。所以，它是跟隨被加工工件沿著自動線從一個工位移到下一個工位的，故稱為隨行夾具。
除了上述分類外，夾具還可以按照動力來源不同分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具及自夾緊夾具等，按工種還可以分為車床夾具、銑床夾具、磨床夾具、鉆床夾具等。
本次夾具設計的是銑22x28槽的夾具，在臥式銑床上加工，屬于專用夾具，銑床夾具設計。
2.2.2 定位方案的確定
由零件圖可知，在加工22x28的槽之前，Φ20孔和M12螺紋底孔都已經加工完畢，因此我們可以采用Φ20孔及其端面，M12螺紋底孔作為定位基準，端面限制工件的3個自由度，Φ20孔采用心軸限制了工件的2個自由度，M12螺紋底孔通過削邊銷限制了工件的1個自由度，這樣我們采用經典的一面2銷定位，空間的6個自由度都已經限制完了，我們就可以開始壓緊加工工件。
2.2.3 夾緊機構設計
夾具的主要定位元件為心軸和削邊銷，心軸的結構人如下圖2-1所示
圖2-1 心軸
左端我們采用螺母把心軸鎖緊，右端因為們要采用開口墊圈壓緊，開口墊圈又通過螺母壓緊，因此我們也設計了螺紋，以壓緊開口墊圈，從而壓緊工件。削邊銷因為是標準件，我們直接調用就可以了，因此不在設計。
切削力與夾緊力的計算：刀具： 采用鋸片銑刀 φ100mm z=24,機床：x62臥式銑床
由所列公式 得
查表得其中： 修正系數
z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在計算切削力時，須把安全系數考慮在內。
安全系數 K=
其中：為基本安全系數1.5
為加工性質系數1.1
為刀具鈍化系數1.1
為斷續(xù)切削系數1.1
所以
（2）夾緊力的計算
選用夾緊螺釘夾緊機 由
其中f為夾緊面上的摩擦系數，取
F=+G G為工件自重
夾緊螺釘： 公稱直徑d=10mm，材料45鋼 性能級數為6.8級
螺釘疲勞極限：
極限應力幅：
許用應力幅：
螺釘的強度校核：螺釘的許用切應力為
[s]=3.5~4 取[s]=4
得
滿足要求
經校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠。
2.2.4 導向裝置設計
銑床夾具一般導向裝置是對刀裝置，銑床夾具對應的對刀裝置有圓型對刀塊和直角對刀塊，本次夾具設計的是銑槽夾具設計，因此我們采用直角對刀塊即可滿足要求。圓型對刀塊一般是加工端面的時候采用的。
直角對刀塊如圖2-2所示：
圖2-2 直角對刀塊
2.2.5 夾具體設計
1、夾具體的設計要求
在零件加工過程中，首先需要確認的是表面加工時加工方法和加工方案，然后，而就加工表面而言，還需要考慮到其他的加工中所存在的各個加工因素；
（1）需要考慮到零件在加工時所加工表面的精確程度的要求和質量的要求，根據各加工表面的精確程度和技術要求，在選擇加工時候的方案以及需要分批分次的對需加工表面進行加工處理。
（2）依據生產時的類別類型來進行區(qū)分選擇，例如；在大批量大規(guī)模的的零件身產時，可以考慮使用效率比較高的設備對加工零件進行加工；而在小批量或者是單個加工零件驚醒加工時，則需要考慮到加工零件的技術要求而使用相對應的設備和加工發(fā)放和法案，這樣才可以物盡其用。
（3）要考慮被加工材料的性質。
（4）需要考慮到的不僅僅是生產工廠或者生產車間實際存在的問題和客觀因素，并且，也需要考慮到當下時代不斷與日俱進的機械加工方法和設備的不斷更新交替，推行新的技術和新的技術水準，提高工藝加工過程中的加工水平。
（5）除此之外，在機械加工過程當中，還需要考慮到其它一些客觀存在的條件和因數，例如；零件在加工時其表面對物理、機械方面的特定要求，工件的外形等。
2、夾具體的確定
結合之前的分析，具體構造見圖夾具體零件圖如圖2-3所示
圖2-3 夾具體零件圖
2.2.6 繪制夾具體裝配圖
如前所述，在設計夾具時，應該考慮提高勞動生產率。為此，設計采用了開口墊圈壓緊。拆卸時，松開夾緊螺母1~2扣，抽出開口墊圈，實現工件的快換。銑槽裝配圖如圖2-4所示。
圖2-4專用夾具裝配圖
2.3 確定夾具技術要求和有關尺寸、公差配合
2.3.1 技術要求
1. 明確設計任務，收集設計資料。
2. 擬訂夾具結構方案，繪制夾具草圖。
（1）確定工件的定位方案，設計定位裝置，并對夾緊力進行估算，以確保夾緊可靠。
（2）確定工件的夾緊方案，設計夾緊裝置。
（3）確定刀具的引導方式，選擇或設計引導元件或對刀元件。
（4）確定其他元件或裝置的結構形式，如定位鍵、分度裝置等。
（5）確定夾具的總體結構及夾具在機床上的安裝方式。對夾具的總體結構最好能擬出幾個不同的方案，畫出草圖，經過分析比較，選擇最佳方案。
3. 繪制夾具總圖
（1）選擇操作者工作時正對的位置為主視圖
（2）用雙點劃線將工件的外形輪廓、定位基面、夾緊表面以及加工表面畫在各視圖相應的位置上，待加工面上的加工余量可用網紋線表示。在夾具總圖中，工件可看作透明體，不遮擋后面的線條
（3）依次畫出定位、夾緊、導向元件或裝置的具體結構，再畫出夾具體，將各元件或裝置連成一個整體
（4）在總圖上標注尺寸（包括輪廓尺寸、聯系尺寸、重要的配合尺寸等）、公差和技術要求
（5）繪制夾具零件圖。在夾具中的非標準零件都要繪制零件圖，并按總圖要求確定零件的尺寸、公差及技術條件。
2.3.2 夾具裝配圖應有尺寸及公差
1. 夾具總圖上應標注的尺寸和公差
（1）夾具外形的最大輪廓尺寸。
（2）影響定位精度的尺寸。
（3）影響對刀精度的尺寸和公差。
（4）影響夾具在機床上安裝精度的尺寸和公差。
（5）影響夾具精度的尺寸和公差。
（6）其他裝配尺寸及公差。
2. 夾具總圖上公差值的確定
（1）與加工尺寸有直接對應關系的夾具公差δJ。
（2）其他裝配尺寸的配合性質及公差等級。
3. 夾具總圖上應標注的技術要求。
第3章 夾具三維造型
3.1三維造型實現方法概述
通過實體造型把夾具的三維圖簡要的三維圖制作出來，下面的設計是銑床夾具。這個夾具可以通過solidworks三維造型軟件實現，我是用solidworks來實現造型的。下圖是用solidworks畫的夾具裝配圖。
3.2 夾具主要零件三維造型
（1）工件零件圖如圖3-1所示
圖3-1 杠桿
（2） 夾具體如圖3-2所示
圖3-2夾具體
（3） 心軸如圖3-3所示
圖3-3 心軸
（4） 削邊銷，定位銷如圖3-4所示
削邊銷 定位銷
圖3-4
（5） 對刀塊，長換墊圈如圖3-5所示
對刀塊 長換墊圈
圖3-5
定位鍵B型如圖3-6所示
圖3-6 定位鍵B型
3.3 夾具三維裝配
圖3-7夾具三維裝配
參考文獻
[1]《機械制造工藝學》第三版 鄭修本 機械工業(yè)出版社 2011.12
[2]《機械制造技術基礎課程設計指導教程》第二版 鄒青 呼詠 2011.6
[3]《機床夾具設計教程》 何慶 李郁 電子工業(yè)出版社 2012.8
[4]《機械制造工藝設計簡明手冊》 李益民 哈爾濱工業(yè)大學出版社 2000年
[5] 《機械設計課程設計手冊》 吳宗澤 羅圣國 高等教育出版社 1992年
22