三峡大学张明松机械制造关键技术基础专业课程设计.doc

机械制造技术基础课程设计
<铣夹具工艺分析及夹具设>

姓 名：
学 号：
专 业： 机械设计制造及其自动化
班 级：
成 绩：

12 月 13 日

目录
一、概述…………………………………………..….....................1
二、课程设计目标………………………………………….……..1
三、课程设计内容………………………………………………...1
四、零件分析……………………...................................................1
4.1零件工艺分析......................................................................1
4.2零件加工工艺所遵照标准..............................................2
4.3生产纲领，生产类型确实定..............................................3
五、 工艺规程设计…………………………………………….......3
5.1热处理工序安排..................................................................3
5.2制订工艺路线.......................................................................3
5.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确实定……...........4
六、 夹具设计…………………………………………….…......6
6.1夹具发展情况...................................................................6
6.2加工零件夹具选择...........................................................7
6.3定位误差分析.......................................................................9
七、加工过程卡和工序卡………………………………….….....10
八、工艺卡片…………………………………………………......15
九、设计总结……………………………………………………..16
十、参考文件……………………………………………………..16

一、概述
机械制造技术基础课程设计，是以切削理论为基础、制造工艺为根本、兼顾工艺装备知识机械制造技术基础能力培养；是综合利用机械制造技术基础知识、基础理论和基础技能，分析和处理实际工程问题一个关键教学步骤；是对学生利用所掌握“机械制造技术基础”知识及相关知识一次全方面训练。机械制造技术基础课程设计，是以机械制造工艺及工艺装备为内容进行设计。即以所选择一个中等复杂程度中小型机械零件为对象，编制其机械加工工艺规程，并对其中某一工序进行机床专用夹具设计。
二、课程设计目标
机械制造技术基础课程设计是作为未来从事机械制造技术工作一次基础训练。经过课程设计培养学生制订零件机械加工工艺规程和分析工艺问题能力，和设计机床夹具能力。在设计过程中，学生应熟悉相关标准和设计资料，学会使用相关手册和数据库。
1、能熟练利用机械制造技术基础课程中基础理论和在生产实践中学到实践知识，正确地处理一个零件在加工中定位、夹紧和工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，确保零件加工质量。
2、提升结构设计能力。学生经过夹具设计训练，应取得依据被加工零件加工要求，设计出高效、省力、经济合理而能确保加工质量夹具能力。
3、学会使用手册、图表及数据库资料。掌握和本设计相关多种资料名称、出处，能够做到熟练利用。
三、课程设计内容
零件设计图：

四、零件分析
4，1零件工艺分析：
零件材料选为45钢。因为该材料是优质碳素钢，属于中碳钢，综协力学性能好，是机械行业最常见钢号之一，适适用于承受较大扭矩，要求耐磨零件。
依据工件图可知本设计为钻侧面为φ15孔，孔为简单孔，要求不高，只须满足其大小及定位要求即可，所设计一套钻床专用夹具。关键技术指标能确保工件加工精度、提升生产效率、工艺性好和使用性好。
它一共有四组加工表面，而这几组表面之间又有一定位置要求和精度要求，现将这四组加工表面分述以下：
1、零件毛坯为直径为101mm,总长度为123mm圆柱。
2、零件圆柱外壁和端面长度。要求圆柱直径为96mm，长度为118mm。
3、直径为15mm定位孔。要求孔定位中心距零件右端面35mm，极限偏差为,孔内壁粗糙度Ra25um。
4、零件圆柱内孔。要求孔直径为82mm，表面粗糙度Ra1.6um。
（毛坯图）

4，2零件加工工艺所遵照标准：
. ①基面先行标准：
该零件进行加工时要将端面先加工再以左端面、外圆柱面为基准来加工因为左端面和外圆柱面为后续精基准表面加工而设定。才能使定位基准更正确，从而确保各位置精度要求，然后再把其它部分加工出来。
.②先粗后精标准：
即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上大部分余量切掉。首先提升金属切削效率，其次满足精车余量均匀性要求。若粗车后留余量均匀性满足不了精加工要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。
.③先面后孔标准：
对该零件应该先加工平面，后加工孔。这么安排加工次序，首先是利用加工过平面定位，稳定可靠;其次是在加工过平面上加工孔比较轻易,并能提升孔加工精度
由以上分析知，对于这四组加工面，先加工外圆柱面，再加工前后两个端面，借助夹具进行两个孔加工，以确保她们间位置精度。
4.3生产纲领、生产类型确实定
此零件为铸件，材料为45钢，成批大量生产，工艺安排基础倾向于工序分散标准，设备选择是通用设备和专用工装，工艺手段以常规工艺为主，新工艺为辅标准.
五、工艺规程设计
5.1热处理工序安排
热处理目标是提升材料力学性能消除残余应力和改善金属加工性能热处理关键分预备热处理最终热处理和内应力处理等本零件CA6140车床输出轴材料为45钢在加工过程中预备热是消除零件内应力在毛坯铸造以后。最终热处理在半精车以后精车之前按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力
5.2制订工艺路线
当零件加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,
而要用几道工序逐步达成所要求加工质量和合理地使用设备、人力,零件加工过程通常按工序性质不一样,能够分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。
①粗加工阶段其任务是切除毛坯上大部分余量使毛坯在形状和尺寸上靠近零件成品所以关键目标是提升生产率去除内孔端面和外圆表面大部分余并为后续工序提供精基准
②半精加工阶段其任务是使关键表面达成一定精加工余量为关键表面精加工做好准备
③精加工阶段其任务就是确保各关键表面达成要求尺寸精度留一定精加工余量为关键表面精加工做好准备并可完成部分次要表面加工。如精度和表面粗糙度要求，关键目标是全方面确保加工质量。
毛坯材料——零件毛坯材料是45钢。
制订工艺路线出发点，适应该时零件几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到妥善确保。在生产纲领以确定成批成生产条件下，能够考虑万能性机床并配以专用夹具，并尽可能使工序集中以提升生产率。除此以外，还要考虑经济原因，方便使生产成本降低。
工艺路线方案：
工序 Ⅰ 车削外圆柱面
工序 Ⅱ 车削前后端面
工序 Ⅲ 钻直径为82mm孔。
工序 Ⅳ 钻直径为15mm内孔。
工序 Ⅴ 检验
工序号
工序名称
工序内容
00
铸造
锻件各部分加工余量5mm
01
热处理
调质处理
02
车外圆
按图车外圆Ø96mm
03
铣端面
铣两端面至118mm
04
金工
按图镗内孔Ø82mm
05
钻工
按图及线性尺寸钻孔Ø15mm
06
钳工
去毛刺
07
热处理
表面热处理
5.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确实定

关键尺寸面
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差等级
118mm圆柱表面
96mm
5mm
101mm

118mm圆柱左右端面
118mm
5mm
123mm

82mm孔
82mm

HB
15孔和右端面距离
350.25mm

15孔
15m

依据上述原始材料及加工工艺，查《机械制造工艺设计简明手册》，分别确定各加工表面加工余量、工序尺寸及公差以下：
工序 工序内容 单边余量 工序尺寸 表面粗糙度

工序Ⅰ 1车削外圆柱面 2.5㎜ Ø96㎜ 3.2um
2 车削前后端面 2.5mm 118mm 3.2um

工序Ⅱ 1钻内孔(1) 2.5㎜ Ø75mm 12.5um
2钻内孔(2) 2.5㎜ Ø80mm 12.5um
3扩孔钻 0.7㎜ Ø81.4㎜ 12.5um
4粗铰 0.27㎜ Ø81.94㎜ 6.3um
5精铰 0.03㎜ Ø82㎜ 1.6um

工序Ⅲ 1钻Ø15mm孔 0.5㎜ Ø14mm 12.5um
2扩孔钻 0.4㎜ Ø14.8㎜ 12．5um
3粗铰 0.07㎜ Ø14.94㎜ 6.3um
4精铰 0.03㎜ Ø15㎜ 2.5um

（一） 选择机床设备及工艺装备
工序Ⅰ CA6140一般车床 硬质合金车刀 Ø80Z10 0-200/0.02㎜油标尺（下同）
工序Ⅱ Z525立式钻床 专用钻模，加长麻花扩孔钻，直柄麻花钻 Ø60GB1436-78
工序Ⅲ Z525立式钻床 专用钻模，加长麻花扩孔钻，直柄麻花钻 Ø9GB1436-78
外圆尺寸分析具体以下：
加工表面
加工内容
加工余量
工序尺寸
表面粗糙度

96mm外圆
锻件

101mm
3.2
粗车
3
98mm
3.2

精车
2
96mm
3.2
平面尺寸分析具体以下：
加工表面
加工内容
加工余量
工序尺寸
表面粗糙度
96×118
两端面
锻件

96×123
3.2
平面铣
3
96×120
3.2
平面铣
2
96×118
3.2
1. 吃刀深度
每次进给量

采取YG6

按机床选择
内孔尺寸分析具体以下：
加工表面
加工内容
加工余量
工序尺寸
表面粗糙度

82孔
锻件

1.6
钻

30
1.6
粗镗

80
1.6
精镗

82HB
1.6
15孔
锻件

25
钻

12
25
1.钻孔（孔径大于30mm以上,通常采取两次钻削 ）

按机床选择

切削工时 切入 切出=3mm，=80mm
2粗镗孔，孔至, =80mm

按机床选择
实际切削速度
切削工时切入
切出

3.精镗孔，孔至

按机床选择
实际切削速度
钻孔
1钻孔

按机床选择
实际切削速度
切削工时
切入
切出l=3mm l=80mm

2扩孔至

按机床选择
实际切削速度
切削工时
六、夹具设计
6.1夹具发展概况
夹具最早出现在18世纪后期。伴随科学技术不停进步，夹具已从一个辅助工具发展成为门类齐全工艺装备。
1．机床夹具现实状况
国际生产研究协会统计表明，现在中、小批多品种生产工件品种已占工件种类总数85％左右。现代生产要求企业所制造产品品种常常更新换代，以适应市场需求和竞争。然而，通常企业全部仍习惯于大量采取传统专用夹具，通常在含有中等生产能力工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；其次，在多品种生产企业中，每隔3~4年就要更新50~80％左右专用夹具，而夹具实际磨损量仅为10~20％左右。尤其是多年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术应用，对机床夹具提出了以下新要求： 1）能快速而方便地装备新产品投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本2）能装夹一组含有相同性特征工件；3）能适适用于精密加工高精度机床夹具；4）能适适用于多种现代化制造技术新型机床夹具；5）采取以液压站等为动力源高效夹紧装置，以深入减轻劳动强度和提升劳动生产率；6）提升机床夹具标准化程度。
2．现代机床夹具发展方向
现代机床夹具发展方向关键表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。
（1）标准化 机床夹具标准化和通用化是相互联络两个方面。现在中国已经有夹具零件及部件国家标准：GB/T2148~T2259－91和各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具标准化，有利于夹具商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。
（2）精密化 伴随机械产品精度日益提升，势必对应提升了对夹具精度要求。精密化夹具结构类型很多，比如用于精密分度多齿盘，其分度精度可达±0.1；用于精密车削高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。
（3）高效化高效化夹具关键用来降低工件加工基础时间和辅助时间，以提升劳动生产率，减轻工人劳动强度。常见高效化夹含有自动化夹具、高速化夹具和含有夹紧力装置夹具等。比如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提升5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可确保卡爪在试验转速为9000r/min条件下仍能牢靠地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提升。现在，除了在生产流水线、自动线配置对应高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了多种自动装夹工件夹具和自动更换夹具装置，充足发挥了数控机床效率。
（4）柔性化机床夹具柔性化和机床柔性化相同，它是指机床夹具经过调整、组合等方法，以适应工艺可变原因能力。工艺可变原因关键有：工序特征、生产批量、工件形状和尺寸等。含有柔性化特征新型夹具种类关键有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应该代机械工业多品种、中小批量生产需要，扩大夹具柔性化程度，改变专用夹具不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是目前夹具发展关键方向。
6.2加工零件夹具选择
本零件除钻小孔等工序需要专用夹具外其它各工序使用通用夹具即可。前车销工序用 三爪自定心卡盘和心轴。
1.问题提出
本夹具关键用来钻直径为15mm孔，这孔需要通孔，在加工本工序时，其它工序大部分全部已经加工完了。所以，只需要确保孔尺寸和定位尺寸即可。
2 .确定夹具类型
本工序所加工侧孔在圆柱面上，但因为其在中心位置，故可利用一面，两孔定位，孔径不大，工件重量轻、轮廓尺寸和生产量为中批量生产等原因，采取固定式钻模。
3.夹紧方案
参考夹具资料，采取 M42螺母、圆柱销、开口垫圈和定位心轴在孔φ82两端面夹紧工件。下端旋转长螺钉使其顶住心轴右端定位端面，从而将工件卡住，以预防其转动。
4.确定引导元件
因为生产量为大批量生产，故选择固定钻套。关键尺寸由《机床夹具零、部件》国家标准 JB/T 8045.1-1999选择内径20，外径30，高度H20钻套。
5.夹具精度分析
所设计夹具需确保加工要求有：尺寸20，中心和侧壁距为40两要求。故依据上述分析可知均能满足。如前所述，在设计夹具时，应该注意提升劳动生产率。为此，应首先着眼于机动加紧而不采取手动夹紧。因为这是提升劳动生产率关键路径。本道工序钻床没有采取这么机动加紧装置。选Ø82mm作为定位基准，心轴及其端面限制五个自由度，再用挡销限制第六个自由度。在加工孔下方用两个销作辅助支撑。这么此方案结构紧凑，工件装夹方便。因为两个螺纹孔是通孔，可直接钻出，又因批量较大，故宜选择可换钻套。在工件装卸方便情况下，尽可能选择固定式钻模板。加紧方法采取螺钉及开口垫圈加紧机构。夹具体采取铸造方法
（1）加工外圆
采取CA6140型卧式机床，装夹方法图所表示采取三爪卡盘夹具；

（2）加工两个端面采取两个“V”型夹具夹住工件；

机床采取CA6140型卧式机床，道具采取YG6硬质合金端车刀。定位元件采取两块“V”形夹具装夹方法
（3）加工轴向孔夹具：

（4）加工侧面孔夹具：
为了确保加工过程中零件稳定性选择工件以圆孔为定位基准
圆柱心轴 圆柱心轴间隙配合心轴结构，孔轴配合采取H7/g6。结构简单，装卸方便。但因有装卸间隙，定心精度低，只适适用于同轴度要求不高场所。定位形式以下图所表示：

依据上面工件分析，该工件定位基准为右端面，为确保钻床钻孔能满足设计要求，故选择此方案，该方案也能将工件右端面作为定位基准，比较简单实用，而且工件所要求同轴度并不高，故此方案基础上能满足工件定位要求

6.3定位误差分析
用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度原因很多。和夹含相关原因有定位误差，对刀误差，夹具在机床上安装误差和夹具误差。在机械加工工艺系统中，影响加工精度其它原因综合称为加工方法误差。上述各项误差均造成刀具相对工件位置不正确，从而形成总加工误差。
1定位误差
加工尺寸Ø15mm孔时，工件定位孔为圆形通孔，在尺寸钻孔上基准位移误差为
ΔY=XMAX=0.025㎜
工件定位基准和面线不一致，所以
ΔY=0.1㎜（这个是依据经验得出）
2对刀误差Δt
因加工孔处工件相对较薄，可不考虑钻头倾斜。钻套导向孔尺寸为 ，钻头尺寸为。对刀误差为
ΔT=（0.028+0.036）=0.064㎜
3安装误差
ΔA=0㎜
4夹具误差
尺寸125公差等于+0.03㎜，她在孔方向上产生误差为0.05㎜
这么，加工总误差为这多个误差之和
Δ总=0.025+0.1+0.064+0.05=0.239㎜

七、加工过程卡和工序卡
加工工序卡
三峡大学
机械加工工序卡片
产品名称
零件名称
零件图号
夹具
孔套

材料
材料名称
毛坯种类
毛坯尺寸
零件重
每台件数
卡片编号
第 1 页
45钢
45钢
Ø105×130

共 4 页
加工工序图

工序号
01
工序名
车外圆
设 备
C6140一般车床
夹具
钻夹具
工量具

刃具
硬质合金车刀YG6
工步
工步内容及要求
机床
转速(r/min)
切削
速度(m/min)
轴向
进给量
(mm/r)
径向
进给量(mm)
走刀
次数
1
车外圆柱面
343
1.8

0.5

2
车右端面
450
7.5
0.5

3

工艺编制

学 号

审 定

会 签

工时定额

校 核

实施时间

批 准

加工工序卡
三峡大学
机械加工工序卡片
产品名称
零件名称
零件图号
夹具
孔套

材料
材料名称
毛坯种类
毛坯尺寸
零件重
每台件数
卡片编号
第 2 页
45钢
45钢
Ø101×123

共 4 页
加工工序图

工序号
02
工序名
车削圆柱两端面
设 备
C6140一般车床
夹具
钻夹具
工量具

刃具
硬质合金车刀YG6
工步
工步内容及要求
机床
转速(r/min)
切削
速度(m/s)
轴向
进给量
(mm/r)
径向
进给量(mm)
走刀
次数
1
车后端面
343
1.8

0.5

2

3

4

5

工艺编制

学 号

审 定

会 签

工时定额

校 核

实施时间

批 准

加工工序卡
三峡大学
机械加工工序卡片
产品名称
零件名称
零件图号
夹具
孔套

材料
材料名称
毛坯种类
毛坯尺寸
零件重
每台件数
卡片编号
第 3 页
　 45钢
45钢
Ø101×123

共 4 页
加工工序图

工序号
04
工序名
钻Φ75孔
设 备
摇臂钻床
夹具
钻夹具
工量具

刃具
Φ30麻花钻，铰刀
工步
工步内容及要求
机床
转速(r/min)
切削
速度(m/s)
轴向
进给量
(mm/r)
径向
进给量(mm/s)
走刀
次数
1
钻Φ30孔
180
0.28
0.36

2
钻Φ65孔
90
0.69
0.36

3
扩孔
50
0.55
0.4

4
粗铰
50
0.18
0.15

5
精铰
500
1.8
0.05

工艺编制

学 号

审 定

会 签

工时定额

校 核

实施时间

批 准

加工工序卡
三峡大学
机械加工工序卡片
产品名称
零件名称
零件图号
夹具
孔套

材料
材料名称
毛坯种类
毛坯尺寸
零件重
每台件数
卡片编号
第 4 页
45钢
45钢
Ø10×95

共 4 页
加工工序图

工序号
03
工序名
钻Φ15孔
设 备
摇臂钻床
夹具
钻夹具
工量具

刃具
Φ10麻花钻，铰刀
工步
工步内容及要求
机床
转速(r/min)
切削
速度(m/s)
轴向
进给量
(mm/r)
径向
进给量(mm/r)
走刀
次数
1
钻Φ10孔
445
0.26
0.36

2
扩孔
200
0.11

0.4

3
粗铰
330
0.19

0.15

4
精铰
1441
0.92

0.05

5

工艺编制

学 号

审 定

会 签

工时定额

校 核

实施时间

批 准

三峡大学
工 艺 卡 片
产品型号

零件图号

产品名称
铣夹具
零件名称

共1页
第1页
材 料 牌 号
毛 坯 种 类
毛坯外形尺寸
每毛坯件数
零件毛重（Kg）
零件净重（Kg）
材料消耗定额
每台产品零件数
每批数量

铸件
101*123
1

工
序
号
工
序
名
称
工 序 内 容
设 备
工 艺 装 备
工 时（分）
准终
基础工时
1
铸造
铸件各部分加工余量5mm

2
热处理
调制处理

3
车外圆
按图车外圆96mm
CA6140一般车床
硬质合金车刀 Ø80Z10 0-200/0.02㎜油标尺

4
铣端面
铣两断面至118mm
CA6140一般车床
硬质合金车刀 Ø80Z10 0-200/0.02㎜油标尺

5
金工
按图镗内孔82mm
Z525立式钻床
专用钻模，加长麻花扩孔钻，直柄麻花钻 Ø60GB1436-78

6
钻工
按图及线性尺寸钻 孔15mm
Z525立式钻床
专用钻模，加长麻花扩孔钻，直柄麻花钻 Ø9GB1436-78

7
钳工
去毛刺

8
热处理
表面热处理

设 计（日 期）
校 对（日期）
审 核（日期）
标准化（日期）
会 签（日期）

标
记
处数
更改文件号
签 字
日 期
标识
处数
更改文件号
签 字
日 期

八、设计小结
回顾整个课程设计过程，我认为受益匪浅。课程设计作为《机械制造技术基础》课程关键教学步骤，使理论和实际愈加靠近，加深了理论知识了解，强化了生产实习中感性认识。
在设计过程中，我得到了很大提升。在设计能力上有了很大提升：从整体上了解了一套机构由最初构思到最终设计加工过程一整套设计方案。经过这次设计，我基础掌握了一个中等复杂零件加工过程分析、工艺文件编制、专用夹具设计方法和步骤等。学会查阅手册，选择使用工艺设备等。
在设计过程中也反应出很多问题，首先是设计经验十分不足，对于实际加工中常常采取方法手法不甚了解，对于设计人员遵照设计步骤也不熟悉。因为此次设计图纸绘制关键基于AutoCAD，在此过程中也数次碰到技术难题，说明在使用相关制图软件上不够熟练，以后需要加强。
总来说，这次设计，使我在基础理论综合利用和正确处理实际问题等方面得到了一次很好训练。提升了我独力思索问题、处理问题创新设计能力，为以后设计工作打下了很好基础。因为自己能力有限，设计中还有很多不足之处，恳请老师批评指正。

九、参考文件
[1] 作者：吴宗泽，罗圣国，书名《机械设计课程设计手册》，出版者：高等教育出版社，出版年：1999
[2] 熊良山，书名《机械制造技术基础》，出版者：华中科技大学出版社，出版年：，版次：3版
[3] 作者：张海华，书名《机械制造装备设计指导书》 ，出版者：机械工程系，
[4]《机械制造技术基础》 华中科技大学出版社
[5]《机械加工工艺师手册》