机械制造技术课程设计-角板加工工艺及钻M8孔夹具设计（全套图纸三维）.doc

课程设计说明书题目 KCSJ-06角板钻M8螺纹孔夹具设计专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间： 目 录第1章绪论31.1 机床夹具的概述31.2 机床夹具的分类31.3夹具设计的特点和基本要求41.3.1 夹具设计的特点41.3.2 设计的基本要求51.4 机床夹具在机械加工中的作用5第2章 角板机械加工工艺规程设计72.1 零件的作用和工艺分析及生产类型的确定72.1.1 零件的作用72.1.2 零件的工艺分析72.1.3 零件生产类型的确定72.2零件工艺规程设计82.2.1 零件制造形式的确定82.2.2 毛坯尺寸的确定82.2.3 基准的选择82.3制定加工工艺路线92.4机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定102.5确定切削用量及基本工时12第3章 专用夹具的设计183.1 问题的提出183.2夹具设计183.2.1 对定位元件的基本要求183.2.2 确定定位方案与定位元件的原则183.2.3 夹紧装置设计的基本要求及遵循原则193.2.4 定位方案及定位元件的确定193.2.5 定位基准的选择203.2.6 钻削力及夹紧力计算203.2.7 确定夹紧机构21第4章 结论22参考文献23I第1章 绪论1.1 机床夹具的概述夹具的现状：一个机械机夹具的制造工艺，用于固定物体，从而使占用，用于检测，加工和处理的要求，以确保工具的附件正确的空间位置，简称为夹具。夹具最早出现于18世纪末期。随着科学技术的不断发展，从一个辅助工具，夹具，发展成为全方位的技术和设备。全套图纸加153893706用于生产统计研究协会表示，目前的工件品种，小批量多品种生产的约占85 的物种工件的总数。现代化生产要求的各种产品企业频繁升级，以满足需求和市场竞争的制造。然而，一般来说，很多公司仍然习惯使用传统的专用夹具，工厂，大约有10000套，上千，甚至专用夹具的一般中等生产能力;另一方面，在许多品种在企业生产，每3 -4年，我们应该更新大约50 80的专用夹具，以及夹具磨损的实际金额只有约10 至20 ，以适应科学技术的飞速发展，我们正处在一个几年大量的国内专用夹具更新，使提高处理成本，也造成材料浪费，为了减少这种情况下，我们可以使用数控机床柔性制造技术。近年来，数控机床，加工中心，成组技术，柔性制造系统（ FMS ）等新加工技术的应用，机床夹具提出了如下新的要求：1）可快速，方便地装备新产品投入生产，以降低生产成本，缩短生产准备周期;2）可夹持一组零件具有相似特征的;3）可应用于高精密加工精密夹具及固定装置;4）可应用于各种现代制造夹具和新技术的装置;5）高效率的液压夹紧装置的发电厂和其他来源，以进一步减轻劳动强度，提高劳动生产率;6）提高机床夹具的标准化程度。1.2 机床夹具的分类1、专用夹具 专用夹具是针对某一种工件的一定工序而专门设计的。因为不需要考虑通用性，所以夹具可以设计得结构紧凑、操作方便。还可以按需要采用各种省力机构、动力装置、分度装置等。因此，此类夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产率，但是，游湖这类夹具的专用性很强，并且设计和制造周期较长，制造费用也较高。当产品变更时，往往因无法再使用而报废。因此，这类夹具主要在产品固定和工艺稳定的较大批量生产中应用。这类夹具也是本课程研究的主要对象。2、可调式夹具 可调式夹具的特点是：加工完一种零件后，通过调整或更换夹具中的个别元件，即可加工形状相似、尺寸和加工相近的多种零件。 可调式夹具又可以分为通用可调夹具和专用可调夹具。通用可调夹具如滑柱式钻模等，使用范围较大。专门化可调夹具常称为成组夹具，通常配合成组技术，用于装夹和加工一组结构与工艺相似的工件。因为这类夹具是在专门夹具基础上少量更换或调整夹具元件，因此，只能到达有限目标的通用化。即使这样，也极大提高了专用夹具在多品种、中小批量生产中使用的经济性。3、专门化拼装夹具 专门化拼装夹具是针对其工件的特定工序加工要求，由实现制造好的通用性较强的标准化元件和部件拼装组成。从这个特点来看，这类夹具具有很大的通用性，但同时又是为某一种特定工序而专门拼装的夹具。因此，这类夹具又具有专门夹具的优点。4、自动化生产用夹具 自动化生产用夹具驻澳是自动线上所使用的夹具。基本上分为两类：一类是固定式夹具，它与一般专用夹具相似；一类是随行夹具，它除了具有一般家具所担负的安装工件任务外，还担负着沿自动线输送工件的任务，即在这工件从一个工位移动到下一个工位。故称为“随行夹具”。属于自动化生产夹具的还有数控机床夹具。1.3 夹具设计的特点和基本要求1.3.1 夹具设计的特点1、针对性强，设计人员必须全面掌握工艺和生产现场的实际情况。专用夹具是为某零件的某工序设计的，设计人员必须全面了解和掌握产品零件的要求，工艺工程的安排以及所使用的机床、刀具，铺具的具体情况才可能提出合理可行的最佳方案，确定最合理的定位、夹紧装置。2、保证加工质量和劳动生产率是夹具设计的两项主要任务，而保证加工质量又是第一位的。因此，设计时应重点把住定位方案的确定和精度分析这两道关。对于制造精度要求不高的零件，其夹具设计应该重点保证提高劳动生产率和改善劳动条件。3、夹紧机构对整个夹具结构起决定性作用。夹紧装置的结构形式和种类很多，选用的灵活性很大，特别是夹紧装置中力源及传动机构的设计对夹具结构的影响最大。因此，在同样能保证工序要求的情况下，每个人设计的结构可能大不相同。而不同复杂程度的家具在不同的生产规模条件下其经济效果也不一样，设计人员必须使自己的设计和生产规模相适应，不可片面追求高精度而忽视了经济性。4、夹具的制造多属于单件生产，因此，设计时应考虑采用组合加工，修配和调整等措施来保证夹具的制造精度，尽可能地考虑设置修配和调整环节，而不能完全依靠用完全互换的办法保证制造精度。5、设计周期短，一般不进行强度刚度计算。夹具设计是直接为产品生产服务的生产技术准备工作，其设计周期要求短，因此设计时多采用参照法或是凭经验确定的办法来保证受力件的强度和刚度，通常不进行详细计算，有时采用简便公式或用图表做为设计参考。倒是应注意，在设计一些具有较高精度的夹具时，应该对定位精度、夹紧力等进行必要的计算和分析。1.3.2 设计的基本要求夹具设计的原则是经济和使用，它可以概括为“好用、好造、好修”这六个字，其中好用主要的，但好用也必须以不脱离生产现场的实际制造和维修水平为前提。具体要求为：1、夹具的构造应与其用途和生产规模相适应，正确处理好质量、效率、方便性与经济性四者的关系。2、保证工件精度。3、保证使用方便，要便于装卸、便于夹紧、便于测量、便于观察、便于排屑排液、便于安装运输，保证安全第一。4、注意结构工艺性，对加工、装配、检验和维修等问题应通盘考虑，以降低制造成本。1.4 机床夹具在机械加工中的作用由于专用夹具的设计制造在很大程度上影响加工质量、生产率、劳动条件和生产成本，因此，他是各机械制造厂新产品投资、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作，也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识。机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用：1、保证工件的加工精度，稳定产品质量夹具在机械加工中的基本作用就是保证工件的相对位置精度。由于采用了能直接定位的夹具，因此，可以准确地确定工件相对于道具和机床切削成形运动中的相互位置关系，不受或者少受各种主观因素的影响，可以稳定可靠地保证加工质量。2、提高劳动生产率和降低加工成本提高劳动生产率，降低单件时间定额的主要技术措施是增大切削用量和压缩辅助时间。采用机床夹具，既可以提高工件加工时的刚度，有利于采用较大的切削用量，又可以省去划线找正等工作，使安装工作的辅助工时大大减小，因此能显著地提高劳动生产率和降低成本。3、改善工人劳动条件采用夹具后，工件的装卸显然比不用夹具方便、省力、安全。使用专用夹具安装工件，定位方便、迅速，夹紧可采用增力、机动等装置，因此可以减轻工人的劳动强度。还可设计保护装置，确保操作者安全。4、在流水线生产中，便于平衡生产节拍工艺工程中，当某些工件所需要工序时间特别长时，可以采用多工位或高效夹具等，以提高生产效率，使生产节拍能够比较平衡。23第2章 角板机械加工工艺规程设计2.1 零件的作用和工艺分析及生产类型的确定2.1.1 零件的作用本零件主要用于机床及相关部件的外部，保持零部件之间的位置，也可作为一定载荷的支撑，主要起定位支撑的作用。各部分尺寸零件图中详细标注。2.1.2 零件的工艺分析零件的材料为HT250，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是KCSJ-06角板需要加工的表面以及加工表面的分析：1、以宽为60mm的2个端面为基准的加工面，这组加工面包括：60mm的2个端面本身，还有40的孔。2、以40孔基准的加工面，这组加工面包括其余的各个需要加工的面和孔及半圆槽的加工。由以上分析可知，对于这组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于夹具加工另一组表面，并保证它们的精度。该零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过车削、钻床的粗加工就可以达到加工要求。2.1.3 零件生产类型的确定零件的生产类型是指企业生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型由着完全不同的工艺特征。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。零件生产纲领N可按下式计算：根据上式就可以计算求得出零件的年生产纲领，再通过查表，就能确定该零件的生产类型。课程设计的产品为一个角板零件。该产品的年产量为5000台，其设备品率为10%，机械加工废品率为1%，现制订该角板零件的机械加工工艺规程。角板零件的年产量为5550件，可确定其生产类型为中批生产。2.2 零件工艺规程设计2.2.1 零件制造形式的确定由于铸铁具有良好的铸造性、吸振性、切削加工性及一定的力学性能，并且价格低廉，生产设备简单，所以在机械零件材料中占有很大的比重，广泛地用来制作各种机架、底座。箱体等形状复杂的零件。由于该角板零件在工作过程中经常受到冲击载荷，采用这种材料，零件的强度也能保证，该角板的材料选择HT200。整个外形尺寸不大，所以，可采用模锻成型。另外，该零件结构比较简单，在毛坯制作时，可考虑毛坯形状与零件尽量接近。2.2.2 毛坯尺寸的确定1、主要平面:为60mm的2个端面长度为60mm的铸件的加工余量为单边2.5mm。2、主要平面：为2个60*74mm的平面，长度为74mm的铸件的加工余量也为单边3mm。3、直径40mm的孔：因为孔径相对比较大，且该角板零件是大量生产，因此选择铸造出孔，因为孔的粗糙度为1.6，所以需要钻、扩、铰3个工序加工可以满足要求，孔的单边余量为2.5mm。4、16的凸台端面加工余量为2mm。2.2.3 基准的选择定位基准的选择在工艺规程制定中直接影响到工序数目，各表面加工顺序，夹具结构及零件的精度。定位基准分为粗基准和精基准，用毛坯上未经加工的表面作为定位基准成为粗基准，使用经过加工表面作为定位基准称为精基准。在制定工艺规程时，先进行精基准的选择，保证各加工表面按图纸加工出来，再考虑用什么样的粗基准来加工精基准。1、粗基准的选择原则为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。应尽量选光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。2、精基准的选择原则“基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的定位误差。“基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。“自为基准“原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。“互为基准“原则 当两个表面相互位置精度及尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。根据上述定位基准的选择原则，分析本零件，根据零件图，本零件带有孔的形状比较简单的零件。3、本零件粗基准的选择：本零件是带孔的角板，孔是设计基准，为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。由于角板除去下底面不需要加工，其他均需要加工，选定角板外圆52端面为粗基准。4、本零件精基准的选择：选用孔mm为精基准铣槽。2.3 制定加工工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等级等技术要求能得到合理的保证。根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，在生产纲领已确定为大批生产的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序1：铸造工序2：热处理工序3：粗铣宽60*74mm的上端面工序4：半精铣宽60*74mm的上端面工序5：粗铣宽60*74mm的立端面工序6：半精铣宽60*74mm的立端面工序7：粗镗40的内圆柱孔工序8：半精镗40的内圆柱孔工序9：精镗40的内圆柱孔工序10：粗铣上端面R4X12的半圆槽工序11：半精铣上端面R4X12的半圆槽工序12：粗铣立端面R4X12的半圆槽工序13：半精铣立端面R4X12的半圆槽工序14：粗铣16的上端面工序15：钻6.5的孔，攻M8的螺纹孔工序16：去毛刺工序17：清洗工序18：终检以上工艺过程详见“机械加工工艺过程卡片”。2.4 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定零件材料为HT200，硬度187220HBS，砂型铸件。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1、粗铣宽60*74mm的上端面参照机械加工工艺手册（以下简称工艺手册），确定工序尺寸为 Z=2mm，加工余量为： 铣削：10mm Z=2mm2、半精铣宽60*74mm的上端面参照机械加工工艺手册（以下简称工艺手册），确定工序尺寸为 Z=1mm，加工余量为： 铣削：10mm Z=1mm3、粗铣宽60*74mm的立端面参照机械加工工艺手册（以下简称工艺手册），确定工序尺寸为 Z=2mm，加工余量为： 铣削：10mm Z=2mm4、半精铣宽60*74mm的立端面参照机械加工工艺手册（以下简称工艺手册），确定工序尺寸为 Z=1mm，加工余量为： 铣削：10mm Z=1mm5、粗镗40的内圆柱孔，参照工艺孔的加工余量分配手册，确定加工余量分别为： 镗孔：36mm Z=1mm 6、精镗40的内圆柱孔，参照工艺孔的加工余量分配手册，确定加工余量分别为： 镗孔：39mm Z=0.5mm 7、粗铣上端面R4X12的半圆槽参照机械加工工艺手册（以下简称工艺手册），确定工序尺寸为 Z=2mm，加工余量为： 铣削：10mm Z=2mm8、半精铣上端面R4X12的半圆槽参照机械加工工艺手册（以下简称工艺手册），确定工序尺寸为 Z=1mm，加工余量为： 铣削：10mm Z=1mm9、粗铣立端面R4X12的半圆槽参照机械加工工艺手册（以下简称工艺手册），确定工序尺寸为 Z=2mm，加工余量为： 铣削：10mm Z=2mm10、半精铣立端面R4X12的半圆槽参照机械加工工艺手册（以下简称工艺手册），确定工序尺寸为 Z=1mm，加工余量为： 铣削：10mm Z=1mm11、粗铣16的上端面参照机械加工工艺手册（以下简称工艺手册），确定工序尺寸为 Z=2.5mm，加工余量为： 铣削：28mm Z=2.5mm12、钻6.5的孔，攻M8的螺纹孔，参照工艺孔的加工余量分配手册，确定加工余量分别为： 钻孔：6.5mm Z=0.5mm 攻丝：M8mm Z=0.5mm 由于本设计规定的零件为大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。2.5 确定切削用量及基本工时工序3、4：铣宽60*74mm的上端面1、刀具选取高速钢端铣刀，刀片采用YG8,，d=600mm，v=125m/min， z=4。2、背吃刀量的确定 因为加工余量不大，一次加工完成。3、进给量f的确定和切削速度的确定 根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出=0.2mm/齿，则按机床标准选取当时按机床标准选取4、计算工时 切削工时：l=120mm，= 5mm, =3mm.则机动工时为。工序5、6：铣宽60*74mm的立端面1、刀具选取高速钢端铣刀，刀片采用YG8,，d=600mm，v=125m/min， z=4。2、背吃刀量的确定 因为加工余量不大，一次加工完成。3、进给量f的确定和切削速度的确定 根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出=0.2mm/齿，则按机床标准选取当时按机床标准选取4、计算工时 切削工时：l=120mm，= 5mm, =3mm.则机动工时为。工序7、8、9：镗40的内圆柱孔1、加工要求：粗镗轴孔，以底面为定位基准，根据文献表面加工方案及其经济精度可得到：镗削时其加工经济精度可达到IT11IT13,表面粗糙度Ra为1.6。具体余量如下： 单边余量2、选用机床：查文献选用T618卧式镗床3、选择切削用量（1）、决定切削深度 由切削余量可知道 （单边）（2）、决定切削进给量 查文献工件是铸铁，刀头切削进给量为 （3）、决定切削速度 查文献工件是铸铁，刀头切削速度为计算主轴转速 按机床说明书可知道机床分18级81000r/min选主轴转速为，所以实际速度为： 计算各孔加工工时 =工序10、11：粗铣上端面R4X12的半圆槽1、选择刀具刀具选取高速钢三面刃铣刀，刀片采用YG8,，d=8mm，v=25m/min， z=4。2、背吃刀量 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则3、进给量的确定根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取1450r/min当时按机床标准选取4、 计算工时 切削工时：l=0mm，= 12mm, =0mm.则机动工时为。工序12、13：粗铣上端面R4X12的半圆槽1、选择刀具刀具选取高速钢三面刃铣刀，刀片采用YG8,，d=8mm，v=25m/min， z=4。2、背吃刀量 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则3、进给量的确定根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取1450r/min当时按机床标准选取4、计算工时 切削工时：l=0mm，= 12mm, =0mm.则机动工时为。工序14：粗铣16的上端面1、选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8。2、背吃刀量的确定因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则3、进给量的确定根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则按机床标准选取1450r/min当时按机床标准选取4、计算工时 l=15mm，= 5mm, =3mm。则机动工时为。工序15：钻6.5的孔，攻M8的螺纹孔1、选择钻头选用Z525立式钻床，选用d=6.5的麻花钻，M8的机用丝锥。选用=8.6mm高速钢锥柄麻花钻（工艺表）由切削表和工艺表查得，。2、进给量的确定按机床选取3、工时的确定l=20mm，= 3mm, =3mm.基本工时：4、丝锥的选择选择M8mm高速钢机用丝锥。5、进给量的确定f等于工件螺纹的螺距p，即f=1.25mm/r。6、切削速度的确定按机床选取7、工时的确定l=20mm，= 3mm, =3mm. 基本工时：第3章 专用夹具的设计本次的课程设计在经过与指导老师协商的前提下，设计钻M8螺纹通孔的夹具设计。本夹具设计宗旨旨在提高劳动生产率和降低生产成本，保证加工质量，降低劳动强度，制造出生产周期短的优质产品。3.1 问题的提出本说明书要进行的夹具设计是：钻M8螺纹通孔的夹具设计。本夹具用于在Z525立式钻床上进行M8螺纹通孔钻削加工。本工序前直径40mm的孔、R4X12mm槽及其上下、前后端面已加工过。在工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是主要问题。3.2 夹具设计3.2.1 对定位元件的基本要求1、足够的精度由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的，定位元件上限位基面的精度直接影响工件的定位精度，因此，限位基面应有足够的精度，以适应加工的要求。2、足够的强度和刚度定位元件不仅限制工件的自由度，还有支撑元件、承受夹紧力和切削力的作用，因此，因有足够的强度和刚度，以免使用中变形或损毁。3、耐磨性好工件的装卸会磨损定位元件的限位基面，导致定位精度下降。定位精度下降到一定程度时，定位元件必须更换，否则，夹具不能继续使用。为了延长定位元件的更换周期，提高夹具的使用寿命，定位元件应有较好的耐磨性。4、工艺性好定位元件的结构应力求简单、合理，便于加工、装配和更换。3.2.2 确定定位方案与定位元件的原则工件在夹具中定位的任务是：使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置，工件位置的正确与否，用加工要求来衡量，能满足加工要求的为正确，不能满足加工要求的为不正确。一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，也不必要求它们完全一致，但各个工件的位置变动量必须控制在加工误差所允许的范围之内。3.2.3 夹紧装置设计的基本要求及遵循原则对夹紧装置的基本要求：1、夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。2、夹紧力的大小适当，一批工件的夹紧力要稳定不变。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要是工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。3、夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。工件生产批量越大，允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。工艺性好，使用性好。其结构力求简单，便于制造和维修。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：工件不移动原则；工件不变形原则；工件不振动原则；安全可靠原则；经济实用原则；3.2.4 定位方案及定位元件的确定根据工艺规程，在加工M8螺纹通孔之前，零件直径40mm的孔、R4X12mm槽及其前后、左右端面均以加工好。工件以40孔在圆柱销及左端面上进行定位，限制五个自由度，在以零件的底面限制一个自由度，实现完全定位。零件主要的夹紧采用右端夹紧板及六角螺栓进行夹紧。同时为保证加工开展有序我们还增设上盖板、螺栓及前盖板、螺栓进行辅助夹紧。本夹具采用钻模板及钻套对在钻孔的时候进行找正的作用。具体装配图详见下图：3.2.5 定位基准的选择本夹具选择的基准是零件直径为40mm的通孔、左端面、底面。采用压板夹紧机构进行夹紧