底板座架的工艺与工装设计.docx

湖南省技师综合评审

加工中心职业文章
国家职业资格二级

文章类型：案例报告
文章题目：底板座架的工艺与工装设计

目 录
序言-----------------------------------------------2
一、分析零件图纸并确定其生产类型--------------------2
二、选择毛坯尺寸，设计毛坯图------------------------5
三、选择加工方法，制定工艺路线----------------------8
四、工序设计----------------------------------------11
五、确定切削用量及基本时间--------------------------13
六、工艺过程卡和加工工序卡--------------------------15
七、夹具设计----------------------------------------23
设计小结--------------------------------------------26
主要参考文献----------------------------------------27

底板座架工艺与工装设计

湖南工贸技师学院 周舟
摘要：本设计对底板座架的各个加工难点、生产类型进行了分析，针对零件的结构特点进行毛坯设计、对其工艺过程进行了设计。为提高生产效率，设计了各个加工工序的工装夹具，对十字孔加工的夹具进行了详细的分析，对其它座架零件的加工有一定的借鉴意义。
关键词：底板座架 工艺 工装夹具 设计
序 言
械制造技术基础课程是在学完了机械制造技术基础和在部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后和毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。
一、分析零件图纸并确定其生产类型
1、零件的作用
零件底板座架(见 实体图1-1)在机械设备中是不可缺少的，其主要作用是：
①、构架设备的支撑基础，并在此基础上安装轴类零件及轴上零件。
②、利用它们的工艺结构起到其他重要零件的定位作用。
③、用以连接机器设备与地面的基础零件。

图1-1 底板座架实体图

图1-2 底板座架零件图

2、零件的工艺分析
通过对该零件的重新绘制，知道了得原图的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。但是该零件外圆和几个孔的尺寸精度要求比较的高，加工会有些困难的。
该零件是一个不规则零件，它的结构复杂不对称，以轴的中心线为基准，需加工面的表面粗糙度都不难获得。十字孔的位置度要求虽说并不高，但需要经过一番尺寸链的计算才能获得。不好加工的就是上端几个台阶平面，各平面是以斜面和圆面连接，加工有些费时。
3、零件的生产类型
依据设计题目知：Q=5000台/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率α和废品率β分别取为10％和1％。代入公式N=Qn(1+α)(1+β) (1-1)
N=5000×1×(1+10％)×(1+1％)=5555件/年
零件是机床上的底板座架，质量为4.11kg，查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-1可知其属于轻型零件，生产类型为大批生产。
二、选择毛坯尺寸，设计毛坯图
1、选择毛坯
该零件材料是HT200。考虑到该零件为不规则形状，结构比较的复杂，在加工过程中多半是在车床和铣床上，零件可以静止不动，但也有的回转运动，零件承受着交变载荷及冲击载荷，因此选用铸造件，也可以较好的保证零件的形状结构。而且零件年产量为5555件，属于批量生产，再者零件的轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型。这从提高生产率、保证加工精度考虑，也是应该的。
2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
参见《机械制造技术基础课程设计指南》（下称《指南》）第五章第一节，灰铸铁的公差及机械加工余量按GB/T 6414-1999 确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。
（1）基本概念
①、铸件基本尺寸R 机械加工前的毛坯铸件的尺寸，包括必要的机械加工余量。
②、尺寸公差CT 允许尺寸的变动量。
③、要求的机械加工余量RMA 在毛坯铸件上为了随后可用机械加工方法去除铸造对金属表面的影响，并使之达到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而留出的金属余量。单侧作机械加工时,RMA与铸件其他尺寸之间的关系如(2-1)表示。对圆柱形的铸件部分或在双侧机械加工的情况下，RMA要加倍，如（2-1）表示。对内腔作机械加工相对应的表达式如（2-3）表示。
R=F+RMA+CT/2 （2-1）
R=F+2RMA+CT/2 （2-2）
R=F-2RMA+CT/2 （2-3）
F为最终机械加工后的尺寸
（2）公差等级
铸件公差有16级，常用的为CT4～CT13，该零件采用砂型铸造手工造型，材料是灰口铸铁，根据表5-1查得，公差为CT11～CT14。
3、要求的机械加工余量
根据表5-4和5-5查得，铸件的机械加工余量为2～4mm。
4、确定毛坯尺寸
由零件图可知，所有的表面粗糙度都≥3.2um,所以所有表面加工余量都无须增大。
分析本零件，有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小值，需要精加工和半精加工时可取其大值。
综上所述，确定毛坯尺寸见下表2-1。
表2-1 底板座架的毛坯（铸件）尺寸 /mm
零件尺寸
单面加工余量
铸件尺寸
零件尺寸
单面加工余量
铸件尺寸
∮13
2
实心
152
2
154
∮18
2
实心
124
2
128
M10
4
实心
∮36H7
4
∮28
∮22H7
4
实心
∮45
4
∮53

（注：因为毛坯上有些孔的尺寸太小，所以铸造时就铸成实心）
5、确定毛坯尺寸公差
由于零件是铸件，所以尺寸公差一般非常大，根据表5-3查得，公差带在5.6至11mm。
6、设计毛坯图
根据以上数据，绘出该零件的毛坯图如下 图2-1

图2-1 底板座架毛坯图

三、选择加工方法，制定工艺路线
1、定位基准的选择
本零件总体是带通孔的轴，后加一个半圆带孔的底座。以轴的中心线为其设计基准（也是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应以轴为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，选轴及前后一端面为精基准。粗基准也可以用上端面。
2、零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有外圆、内孔、端面、平面及小孔等，材料为HT200。以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关指南资料，其加工方法选择如下。
（1）面的加工方法
①、两个端面的尺寸精度要求不高，表面粗糙度只有Ra6.3um,经过粗车即可达到要求（《指南》表5-16）。
②、几个台阶面和轴上铣的平面的尺寸精度要求和表面粗糙度要求也都较低，经过粗铣即可达到，R52前端面也同样如此。
③、前后两个端面尺寸精度要求和表面粗糙度要求较低，经过粗铣即可。
④、∮45h6mm外圆面 公差等级为IT6，面粗糙度为Ra3.2um,需进行粗车、半精车及精车（《指南》表5-14）。
（2）孔的加工方法
①、∮13mm内孔 没有注公差尺寸,根据GB1800——79规定其公差等级按IT14，表面粗糙度为Ra25um,只需要进行钻销即可（《指南》表5-15）。
②、∮18mm内孔 没有注公差尺寸, 表面粗糙度为Ra25um, 只需要钻销即可。
③、∮22H7mm内孔 公差等级为IT7，面粗糙度为Ra3.2um, 需进行钻孔、粗铰及半精铰。
④、∮36H7mm内孔 公差等级为IT7，面粗糙度为Ra3.2um, 需进行钻孔、粗镗及半精镗。
⑤、M10-6H螺纹孔 粗糙度为Ra6.3，加工到小径尺寸后，考虑到加工效率选用机加攻丝。
3、制定工艺路线
按照先加工基准面和先粗后精的加工原则，该零件加工可以按下述工艺路线进行。
工序Ⅰ： 以∮36H7mm内孔以及上端面定位，平左端面，粗车、半精车、精车∮45h6mm外圆，切槽，倒角。
工序Ⅱ： 夹持轴∮45h6mm的外圆，平右端面，钻孔∮13mm，钻孔∮18mm，镗孔、粗铰、半精铰孔∮22H7mm。
工序Ⅲ： 以右端面和孔∮22H7mm定位，平R52左面，钻孔M10，做工艺孔。
工序Ⅳ： 以孔∮22H7mm和工艺孔定位，铣销台阶面和轴上平面以及平前后两端面。
工序Ⅴ： 以右、上、前三端面定位，粗镗、半精镗孔∮36H7mm。
工序Ⅵ： 机动攻丝M10-6M螺纹孔。
工序Ⅶ： 钳工去毛刺。
工序Ⅷ： 终检入库。

四、工序设计
1、选择机床 根据不同的工序选择机床
①、工序Ⅰ是粗车、半精车、精车。大批生产要求有很高的生产率，所以选用数控普通卧式车床能满足要求。本零件的外廓尺寸不大，但精度要求比较高，故选用CK6140型数控卧式车床（《指南》表5-60）。
②、工序Ⅱ中有粗车、钻孔、镗孔、粗铰、半精铰。由于加工的零件尺寸不大，使用平衡块之后可以进行回转运动，故宜在车床上加工。本工序的工步比较多，有尺寸的加工精度比较高，选用较精密的数控车床比较适合，所以选用CK6140型数控卧式车床。
③、工序Ⅲ要加工平面和打孔。由于加工的面不能回转加工，加工的孔是工艺孔，尺寸和精度要求都不高，但考虑到加工效率，因此可以在加工中心上进行，大家比较熟悉的是西门子的系统，所以选用XH6040型数控加工中心。
④、工序Ⅳ加工平面。由于有角度的变化，工步也比较的多，考虑到加工的效率，选用加工中心，选用XH6040型数控加工中心。
⑤、工序Ⅴ有粗镗、半精镗孔。加工中要换刀，加工精度比较高，所以选用XH6040型数控加工中心。
⑥、工序Ⅵ加工螺纹。由于螺纹的孔径比较小，所以采用机动攻丝，选用Z525型普通立式钻床。
2、选择夹具 本零件加工时除工序Ⅱ使用三爪自定心卡盘外，其他所有工序都要使用专用夹具。
3、选择刀具 根据不同的工序选择刀具
①、在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。加工采用YG类硬质合金车刀。铰孔用相应大小铰刀，切槽选用相应宽硬质合金刀。为了提高生产率及经济性，应选用可转位车刀（GB5343.1-1985,GB5343.2-1985）。
②、铣刀按《指南》表5-99选直柄立铣刀摘自（GB/T 6117.1-1996）。
③、钻孔选用相应大小直径的钻头。由于螺纹要求的精度高，所以所用的丝锥要六级精度。
④、加工中心上粗镗选用单刃镗刀，半精镗选用双刃镗刀
4、选择量具 本零件属于大批生产，一般情况下尽量用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考《指南》书中表5-108，选择的量具如下表4-1。

表4-1 加工所用的量具
工序
加工面尺寸
尺寸公差
量具
I
长152
自由公差
读数值0.05、测量范围0～300游标卡尺
槽3×1
外圆∮45
0．016
读数值0.01、测量范围25～50千分尺
II
长225
自由公差
读数值0.05、测量范围0～300游标卡尺
深95
读数值0.05、测量范围0～200深度游标卡尺
深55
内孔∮13
钻头保证
内孔∮18
内孔∮22
0．025
读数值0.01、测量范围5～30内径千分尺
Ⅲ
∮50圆台
自由公差
读数值0.05、测量范围0～300游标卡尺
∮8孔
IV
台阶面
自由公差
读数值0.05、测量范围0～300游标卡尺
端面
V
∮53孔
0．025
读数值0.01、测量范围5～30内径千分尺
VI
M10螺纹孔
0．016
螺纹通止规

五、确定切削用量及基本时间
以工序I为例：
1、车外圆∮53mm到∮45H7mm
①、确定背吃刀量
粗车圆时，=2.0mm
半精车时，=1.5mm
精车时，=0.5mm
②、确定进给量f
粗车时，根据《指南》表5-114，取f=0.7 mm/r
半粗车时，根据《指南》表5-116，取f=0.2 mm/r
精车时，根据《指南》表5-116，取f=0.2 mm/r
③、确定切削速度Vc
粗车时，查《指导》表5-121，取Vc=71m/min
半精车时，查《指导》表5-121，取Vc=101m/min
精车时，查《指导》表5-121，取Vc=114m/min
④、确定机床主轴转速n.
n =
n`=
n``=
⑤、计算基本时间 。
被加工轴的长度l=155mm
=
`=
``=
⑥、确定辅助时间
查《指导》一书相关资料有，变换刀架的时间为3s，变速或变换进给量的时间为1.2s，启动和调节切削液的时间为3s，共计=7.2s。
2、车端面
查《指导》一书相关资料，约为10s左右。
3、倒角C2
取n=760r/min,基本时间=1.8s，辅助时间=4.8s。
4．确定加工时间
Tj=总+总=163.6s
启动机床的时间为1.2s,取量具并测量的时间为30s,共计T=194.8s。

六、工艺过程卡和加工工序卡
如下列表所示：

机械加工工艺过程卡
产品名称
零件名称
零件图号

底板座架

材料名称及牌号
HT200
毛坯种类或材料规格
铸造件 229mm×128mm×103.5mm
总工时

工序号
工序名称
工序简要内容
设备名称及型号
夹具
量具
工时(s)
I
粗车、半精车、精车
平左端面，粗车、半精车、精车∮45h6mm外圆，切槽，倒角。
CK6140型数控卧式车床
专用夹具
游标卡尺、千分尺
194.8
Ⅱ
粗车、钻孔、镗孔、粗铰、半精铰
平右端面，钻孔∮13mm，钻孔∮18mm，镗孔、粗铰、半精铰孔∮22H7mm
CK6140型数控卧式车床
三爪自定心卡盘
游标卡尺、深度尺、内径千分尺等

Ⅲ
粗铣　、钻孔
平R52左面，钻孔M10，做工艺孔
XH6040型数控加工中心
专用夹具
游标卡尺

Ⅳ
粗铣
铣销台阶面和轴上平面以及平前后两端面
XH6040型数控加工中心
专用夹具
游标卡尺

Ⅴ
粗镗孔、半精镗
粗镗、半精镗孔∮36H7mm
XH6040型数控加工中心
专用夹具
游标卡尺、内径千分尺等

Ⅵ
攻螺纹
机动攻丝M10-6M螺纹孔
Z525型普通立式钻床
专用夹具
螺纹通止规

Ⅶ
去毛刺
钳工去毛刺
锉刀

Ⅷ
终检
终检入库

游标卡尺、深度尺、内径千分尺、螺纹通止规等

数控加工工序卡
零件名称
底板座架
零件图号

夹具名称
专用夹具
设备名称及型号
CK6140型数控卧式车床
材料名称及牌号
HT200
抗拉强度
200
工序名称
粗车、半精车、精车
工序号
I

工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
Vc
m/min
n
r/min
f
mm/r

mm
编号
名称
编号
名称
Ⅰ
平端面
71
427
0.7
2
1
45º偏刀
1
游标卡尺
Ⅱ
粗车∮45h6mm外圆
71
427
0.7
2
1
45º偏刀
1
游标卡尺
Ⅲ
半粗车∮45h6mm外圆
101
656
0.2
1.5
2
93º偏刀
1
游标卡尺
Ⅳ
精车∮45h6mm外圆
114
790
0.2
0.5
2
93º偏刀
2
千分尺
Ⅴ
切槽
100
800
0.24
1
10
切槽刀
1
游标卡尺
Ⅵ
倒角2×45°
114
790
0.2
2
1
45º偏刀

共 页
第 页

数控加工工序卡
零件名称
底板座架
零件图号

夹具名称
三爪自定心卡盘
设备名称及型号
CK6140型数控卧式车床
材料名称及牌号
HT200
抗拉强度
200
工序名称
粗车、钻孔、粗镗、半精镗、精镗
工序号
Ⅱ

工 步
号
工步内容
切削用量
刀具
量具
Vc
m/min
n
r/min
f
mm/r

mm
编号
名称
编号
名称
I
平右端面
71
427
0.7
2
1
45º偏刀
1
游标卡尺
Ⅱ
钻∮13mm通孔
25
450
0.13
6.5
7
∮13mm钻头
1
游标卡尺
Ⅲ
钻∮18mm孔
26
300
0.13
9
8
∮18mm钻头
3
深度游标卡尺
Ⅳ
镗∮22H7mm孔
55
400
0.6
1.9
3
镗刀
3
深度游标卡尺
V
粗铰∮22H7mm孔
5
150
1.4
0.15
4
∮22mm铰刀
4
内径千分尺
VI
半精铰∮22H7mm孔
4
100
1.3
0.1
4
∮22mm铰刀
4
内径千分尺

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第 页

数控加工工序卡
零件名称
底板座架
零件图号

夹具名称
专用夹具
设备名称及型号
XH6040型数控加工中心
材料名称及牌号
HT200
抗拉强度
200
工序名称
粗铣　、钻孔
工序号
Ⅲ

工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
Vc
m/min
n
r/min
f
mm/min

mm
编号
名称
编号
名称
I
铣∮50mm圆台面
25
427
80
5
5
∮20mm平底刀
1
游标卡尺
Ⅱ
钻∮8mm孔
23
560
60
4
9
∮8mm钻头
1
游标卡尺

共 页
第 页

数控加工工序卡
零件名称
底板座架
零件图号

夹具名称
专用夹具
设备名称及型号
XH6040型数控加工中心
材料名称及牌号
HT200
抗拉强度
200
工序名称
粗铣
工序号
Ⅳ

工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
Vc
m/min
n
r/min
f
mm/min

mm
编号
名称
编号
名称
I
平顶面
25
450
120
4
5
∮20mm平底刀
1
游标卡尺
Ⅱ
平第一个台阶面
25
450
120
4
5
∮20mm平底刀
1
游标卡尺
Ⅲ
平第二个台阶面
25
450
120
3
5
∮20mm平底刀
1
游标卡尺
Ⅳ
铣外圆上平面
25
450
100
5
5
∮20mm平底刀
1
游标卡尺

共 页
第 页

数控加工工序卡
零件名称
底板座架
零件图号

夹具名称
专用夹具
设备名称及型号
XH6040型数控加工中心
材料名称及牌号
HT200
抗拉强度
200
工序名称
粗铣
工序号
Ⅳ

工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
Vc
m/min
n
r/min
f
mm/min

mm
编号
名称
编号
名称
I
平前端面
25
600
150
2
5
∮20mm平底刀
1
游标卡尺
II
平后端面
25
600
150
2
5
∮20mm平底刀
1
游标卡尺

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第 页

数控加工工序卡
零件名称
底板座架
零件图号

夹具名称
专用夹具
设备名称及型号
XH6040型数控加工中心
材料名称及牌号
HT200
抗拉强度
200
工序名称
粗镗、半精镗
工序号
Ⅴ

工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
Vc
m/min
n
r/min
f
mm/r

mm
编号
名称
编号
名称
I
粗镗∮36H7mm孔
55
400
0.6
3.5
3
粗镗刀
1
游标卡尺
II
半精镗∮36H7mm孔
85
450
0.5
0.5
6
精镗刀
4
内径千分尺

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第 页
七、夹具设计
本夹具是工序V用铣刀和铰孔刀进行通孔∮36H7加工的专用夹具，在加工中心上先进行扩孔到了∮34，再进行粗铰，留一定的余量，最后进行精铰到要求尺寸。由于本道工序所加工的孔只有在加工精度上要求比较高，而在位置度上的要求并不高，所以所设计的夹具的定位尺寸也不需太高。所设计的夹具装配图及工序简图如下图6-1所示，夹具体零件图如图6-2所示，有并说明如下：

图 6-2 夹具体零件图

图6-3 夹具体实体图

图6-4 零件装夹图

1、夹具定位方案分析
工件以尾端的台阶面为定位基准,采用一个大平面限制三个自由度、一个小平面限制两个自由度和一个定位销限制一个自由度组合定位方案，将工件的六个自由度全部限制。
2、夹具夹紧方案设计
根据生产率的要求，运用手动夹紧可以满足。采用铰链连接V型块，另一端采用螺栓连接，通过拧紧螺母使V型块夹紧工件来实现夹紧。有效的提高了工作效率。V型块夹紧工件主要是为了防止工件在加工过程中受力的作用产生倾覆和振动，手动夹紧是可靠的，可以免去夹紧力的计算。
3、夹具与机床连接元件
本夹具根据加工的是通孔，因此把底板设计成有一条比加工的孔直径稍大一点的通槽，所以利用这个通槽，采用压板与螺栓将夹具本固定在工作台的T型槽上。
4、使用说明
安装工件时，稍微松开螺母将V型块的U型口扯出，掀开V型块，将工件一侧面平放在底板上，靠紧小平面，伸长到定位销处，再将V型块夹紧工件，将U型口插入螺栓杆，用扳手拧紧螺母即可。
5、结构特点
本夹具结构简单，制作容易。采用一般的夹紧定位方式，操作易懂、方便，有利于节约加工时间。
设计小结
课程设计是机械设计当中的非常重要的一环，本次课程设计时间略显得仓促一些。但是通过本次设计，从中得到的收获还是非常多的。四年时间里，我们在课堂上掌握的多是专业基础课的理论面，如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的设计就为我们提供了良好的实践平台。在做本次设计的过程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。一次次翻阅《机械设计手册》等书，是为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准。我们有扎实的理论基础，当然还要懂得如何将一个零件从看图纸到生产加工出来，选择最佳的制造方法及加工工艺路线，本次设计正是综合的体现。
本次课程设计由于时间的仓促，还有许多地方有不足之处。又由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。

主要参考文献：
《夹具设计手册》 机械工业出版社
《机械设计手册》 机械工业出版社
《液压与气动原理》 机械工业出版社
《机械制造技术基础课程设计指南》 化学工业出版社
《机械加工工艺师手册》 机械工业出版社
《机械加工余量与公差手册》 中国标准出版社
《上海金属切削技术协会，金属切削手册》 上海科学技术出版社