機械制造技術課程設計-撥叉831008加工工藝及鏜φ50孔夾具設計

機床夾具設計說明書“撥叉（CA6140車床）”零件“鏜Φ50孔”工序的夾具設計全套圖紙加V信153893706或扣3346389411姓名：學號：班級：指導教師：學院：2021年11月

目錄一、工序設計 31.選擇加工設備與工藝裝備 32.確定工序尺寸 5二、切削用量、工時定額的計算 6工序5 6工序9 8工序11 10三、夾具總體設計 121.定位方案 122.夾緊機構 133.導向裝置 154.夾具與機床連接元件 165.夾具體 196.使用說明 207.結構特點 208.夾具中標準件清單 209.夾具裝配總圖 20四、設計總結 21五、參考文獻 22六、心得體會 22一、工序設計1.選擇加工設備與工藝裝備（1）選擇機床選擇機床時,應注意以下幾個基本原則：1.機床的加工尺寸范圍應與工件的外形尺寸相適應。2.機床的精度應與工序要求的精度相適應。3.機床的生產(chǎn)率應與工件的生產(chǎn)類型相適應。如果工件尺寸太大、精度要求過高，沒有適當?shù)脑O備可供選擇時，應考慮機床改裝或設計專用機床。根據(jù)以上原則，選擇機床如下：1.工序3、4是粗銑。粗銑Φ20、Φ50孔上下端面，其他表面不要求很高的加工精度，故選用立式銑床就能滿足要求，且本零件外輪廓尺寸不大，X51型立式銑床即可滿足要求（表5-78）。2.工序5、9為粗鏜、半精鏜。零件尺寸輪廓不大，不是回轉體，故宜在鏜床上進行加工，且孔的加工精度要求較高，需選用較為精密的鏜床才能滿足要求，因此選用T68（表5-92）。3.工序6、8是半精銑。表面不要求很高的加工精度，故選用立式銑床就能滿足要求，且本零件外輪廓尺寸不大，X51型立式銑床即可滿足要求（表5-78）。4.工序7、11為擴、鉆工序。加工孔的尺寸為Φ20、Φ4，尺寸較小，可采用專用夾具在立式鉆床上加工，故采用Z525型立式鉆床（表5-71）。5.工序10為切斷工序，要求將鑄件從中間切斷，故選用立式銑床采用鋸片銑刀即可滿足要求，且本零件尺寸不大，X51型立式銑床即可滿足要求（表5-78）。6.工序12為攻螺紋工序?？椎某叽巛^小，可采用專用夾具在立式鉆床上加工，故選用Z525型立式鉆床（表5-71）。（2）選擇夾具機床夾具種類有很多，夾具類型及優(yōu)缺點如下：通用夾具：適用性強，但加工精度不高；專用夾具：加工精度高，針對性強，缺乏通用性；可調(diào)夾具：調(diào)整有缺陷的夾具以及適合小批量零件的加工；組合夾具：通用性強，可重復利用，但體積較大，剛度較差。本零件體積較小，且不是回轉體，加工中涉及銑削、鏜削、鉆孔、攻螺紋工序，加工表面較多，所以需要專用夾具進行裝夾。（3）選擇刀具工序號工序內(nèi)容所選刀具3粗銑Φ20、Φ50孔上端面鑲齒套式面銑刀4粗銑Φ20、Φ50孔下端面鑲齒套式面銑刀5粗鏜Φ50內(nèi)孔鏜刀6半精銑Φ20、Φ50孔下端面鑲齒套式面銑刀7擴、粗鉸、精鉸兩端的Φ20孔擴孔鉆、鉸刀8半精銑Φ20、Φ50孔上端面鑲齒套式面銑刀9半精鏜Φ50內(nèi)孔鏜刀10將鑄在一起的兩個撥叉切斷鋸片銑刀11鉆Φ8孔的一半Φ4直柄麻花鉆12鉆M6底孔、攻M6螺紋直柄麻花鉆、絲錐（4）選擇量具該撥叉零件為成批生產(chǎn)，所以選擇量具時應該使測量方便快捷，一般情況下應采用通用量具，Φ20孔與Φ50孔上下端面均需銑削加工，故可采用游標卡尺進行測量。左右Φ20H7孔需要擴、鉸加工，精度要求較高且在加工時對工件的測量次數(shù)較多，測量工作需要重復進行，故應采用通用量具，極限量規(guī)是較合適的選擇，根據(jù)設計手冊表5-117可選擇三牙鎖緊式圓柱塞規(guī)。Φ50H7孔需要進行粗鏜、半精鏜加工，精度要求同樣較高，在成批生產(chǎn)時需要大量的測量工作，同樣根據(jù)設計手冊表5-117選擇三牙鎖緊式圓柱塞規(guī)。零件要求Φ8孔加工一半，需要鉆削；M6螺紋的底孔加工需要鉆削，螺紋需要使用絲錐進行機加工，可以采用游標卡尺進行測量。2.確定工序尺寸（1）計算過程粗鏜、半精鏜Φ50H7內(nèi)孔：在鑄造內(nèi)孔時尺寸為Φ46.6mm，加工余量為3.4mm。粗鏜Φ46.6孔加工余量為1.1mm，粗鏜后尺寸為Φ48.8mm，查設計手冊表5-50公差為0.16，根據(jù)基孔制有鏜削工序尺寸及公差為Φ48.80+0.16；半精鏜Φ48.8孔加工余量為0.6mm，半精鏜后的尺寸為Φ50mm，根據(jù)設計手冊表公差為0.16，根據(jù)基孔制有鏜削工序尺寸及公差為Φ500+0.16。鉆M6底孔、攻M6螺紋：Φ6孔無法鑄出，所以需要在Φ20孔外壁面進行鉆削加工。在鉆M6底孔時加工余量為2.5mm，鉆削后尺寸為Φ5mm；在攻M6螺紋時加工余量為0.5mm，使用絲錐進行機加工后得到M6螺紋。（2）工序尺寸列表圓柱面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精Φ50H7孔1.10.6—Φ48.80+0.16Φ500+0.16—6.33.2—二、切削用量、工時定額的計算工序5（1）切削用量本工序為粗鏜φ50內(nèi)圓柱面，保證粗糙度Ra3.2。因為加工余量較小，鏜刀一次走刀即可完成。背吃刀量，鏜削時選擇了圓形鏜刀，直徑為25mm。查表5-92可知，T68臥式鏜床功率為17KW（.5KW/7.5KW），高速鋼圓形鏜刀加工鑄鐵，根據(jù)表5-123查的每轉量為，現(xiàn)取f=0.6mm/r。查老師所發(fā)工具書的T=120min，根據(jù)表2-8公式計算：式子中Cv=22.7，m=0.1，xv=0.15，yv=0.4，T=120min，ap=1.1mm。代入上式中得到vc=14.235m/min。根據(jù)T68臥式鏜床的主軸轉速表(表5-92)，選擇n=100r/min=1.67r/s，則實際切削速度為，工作臺每分鐘進給量為校驗機床功率：根據(jù)表2-10的計算公式，鏜削時的功率（單位KW）為：Fc=CFcapxFcfyFcvcnFckFc其中，CFc=1120，XFc=1.0，yFc=0.75，nFc=0，KFc=0.8（表2-10、表2-9-六）。代入計算公式有Fc=610.83N，Pc=9.614KW，T68臥式鏜床電動機的功率為17KW，所以所選切削用量合理，可以采用。（2）工時定額計算：基本時間：由表2-24得：i進刀數(shù)，此處取1，計算得l1=2.5，則Tj=0.32min=19s。（3）本工序切削用量及基本時間列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s11.10.600.2621.6719工序9此處工序編號為你實際選擇計算的那道工序編號，請注意根據(jù)需要修改。（1）切削用量本工序為半精鏜φ50內(nèi)圓柱面，保證粗糙度Ra3.2。因為加工余量較小，鏜刀一次走刀即可完成。背吃刀量，鏜削時選擇了圓形鏜刀，直徑為25mm。查表5-92可知，T68臥式鏜床功率為17KW（.5KW/7.5KW），高速鋼圓形鏜刀加工鑄鐵，根據(jù)表5-123查的每轉量為，現(xiàn)取f=0.6mm/r。查老師所發(fā)工具書的T=120min，根據(jù)表2-8公式計算：式子中Cv=22.7，m=0.1，xv=0.15，yv=0.4，T=120min，ap=0.60mm。代入上式中得到vc=18.626m/min根據(jù)T68臥式鏜床的主軸轉速表(表5-92)，選擇n=125r/min=2.08r/s，則實際切削速度為校驗機床功率：根據(jù)表2-10的計算公式，鏜削時的功率（單位KW）為：Fc=CFcapxFcfyFcvcnFckFc其中，CFc=1120，XFc=1.0，yFc=0.75，nFc=0，KFc=0.8（表2-10、表2-9-六）。代入計算公式有Fc=366.50N，Pc=7.18KW，T68臥式鏜床電動機的功率為17KW，所以所選切削用量合理，可以采用。（2）工時定額計算：基本時間：由表2-24得：i進刀數(shù)，此處取1，計算得l1=2.5，則Tj=0.32min=19s。（3）本工序切削用量及基本時間列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s10.60.60.3282.0819工序11（1）切削用量本工序為鉆M6底孔，刀具選用直柄麻花鉆。攻M5螺紋，刀具選用高速鋼絲錐（W18Cr4V）。機床選用Z525立式鉆床。鉆底孔：確定進給量f：根據(jù)課程設計手冊表5-135查表，因為鉆頭直徑為5mm，且零件材料鑄鐵，則進給量f的范圍為0.27～0.33mm，根據(jù)手冊中表5-73查的進給量f=0.28mm/r。選擇鉆頭磨鈍標準及耐用度：刀具材料為高速鋼，加工材料為鑄鐵，鉆頭直徑≤20mm，根據(jù)設計手冊表5-138查得：鉆頭后刀面最大磨損限度為0.5mm～0.8mm。根據(jù)刀具直徑d0=5≤6mm，得到刀具壽命T=20min。確定切削速度Vc：根據(jù)設計手冊表2-13的計算公式根據(jù)上述情況查表得Cv=9.5，Zv=0.25，Xv=0，yv=0.55，m=0.125，ap=2.5mm，d0=5mm；取標準壽命等于實際壽命kv=1。將上述數(shù)據(jù)帶入公式計算得vc=19.67mm/min。。查設計手冊表5-72取n=1360r/min，則實際切削速度為：攻M6螺紋：確定進給量f：進給量f=vc/n，p為絲錐螺距。n為轉速，n=vc/（∏*d），計算后得到n=366.06r/min。由于攻螺紋所用機床仍為Z525立式鉆床，所以查表5-72取轉速n=392r/min。vc=∏dn=392*0.006*∏=7.38m/min則f=vc/n=7.38/392=0.0188m/r=18.8mm/r。確定切削速度vc：此次攻螺紋螺紋直徑為6mm，螺距選擇為1mm，刀具為高速鋼機動絲錐W18Cr4V，被切削材料為灰鑄鐵，所以根據(jù)設計手冊表5-150可以得到切削速度vc=6.9m/min。在確定進給量時，切削速度vc=18.8mm/r。（2）工時定額計算：基本時間：鉆底孔，所需基本時間為：最終Tj=1.85s。攻螺紋時，所需基本時間為：i為使用的絲錐數(shù)量，此處取i=1。取l=6，l1=2，l2=2.5。則經(jīng)計算后Tj=1.42s。（3）本工序切削用量及基本時間列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s12.50.2821.36313601.8520.518.818.8003921.42三、夾具總體設計1.定位方案（1）定位方案設計因為加工的是φ50H7孔，因為本道工序為鏜削，結合零件本身結構，應該豎直放置，便于加工。將其完全定位可以采用“一面兩銷”定位方式，零件下端面與夾具體接觸，下方φ20H7孔使用圓柱銷，上方φ20H7孔使用菱形銷，這樣的定位方式簡單可靠。一面一銷就已經(jīng)限制了5個自由度，加一個菱形銷限制轉動，符合6點定位原則?！耙幻鎯射N”的定位方式，使用方便，圓柱銷、菱形銷的結構也已經(jīng)標準化，使用成本較低，但技術經(jīng)濟性并不低。在本方案中，圓柱銷由芯軸代替，以便后續(xù)夾緊力的施加。該定位方案中，一個支撐面限制了X軸、Y軸的轉動和Z軸的移動；一根芯軸和一個菱形銷限制了X軸的轉動、移動，Y軸的轉動、移動，Z軸的轉動，5個自由度被限制。菱形銷菱形銷芯軸工件支撐面芯軸工件支撐面（2）定位方案草圖具體定位方案如上圖所示，夾具的定位方案采用芯軸、菱形銷和大平面定位，可以滿足定位方案分析過程中對自由度的要求，定位方案中無欠定位，存在過定位的情況但不影響零件的加工。（3）定位誤差計算夾具的定位元件為1個平面和1個芯軸、1個菱形銷間隙配合。零件的工序基準為兩端φ20內(nèi)孔，零件使用1根芯軸和1個菱形銷定位，由于工件的定位基準與工序基準不重合，以及工件的定位基準面與夾具定位元件的定位表面存在制造誤差，都會引起工件的工序基準偏離理想位置，產(chǎn)生加工誤差，稱為定位誤差，常用符號△dw表示。其數(shù)值大小為工件的工序基準沿工序尺寸方向上發(fā)生的最大偏移量，它由定位基準與工序基準不重合引起的不重合誤差△jb和定位副制造不準確引起工序基準的位移誤差△jw兩部分組成。即：△dw=△jb+△jw兩定位銷間的誤差：△dw=±arctan[（D1max-dimin+D2max-d2min）/2L]其中L為兩孔的中心距；D1max、D2max為工件上圓柱銷和菱形銷配合孔的最大直徑；d1min、d2min為夾具體上圓柱銷和菱形銷最小直徑；根據(jù)工件圖得到L=144mm；根據(jù)孔和軸各自的極限偏差數(shù)值表查的數(shù)據(jù)，并代入下列計算公式：D1max=20+0.033=20.033mm，D2max=14+0.033=14.033mm；d1min=20-0.033=19.967mm；d2min=14-0.027=13.973mm。將以上求得的數(shù)值代入上式計算得：△dw=±1.51′。磨損造成的加工誤差：△M通常不超過0.005mm；夾具相對刀具位置誤差：△D取0.01mm；則誤差總：△M+△D=0.015mm。因為0.015m<0.1mm，所以設計的夾具能夠滿足零件的加工精度要求。2.夾緊機構（1）夾緊方案設計螺旋夾緊機構結構簡單，易于制造，增力比大，自鎖性能好，是手動夾緊中應用最廣的夾緊機構。（2）夾緊方案草圖（3）夾緊力計算與校驗工件的夾緊形式為，以內(nèi)孔定位的作用下打滑與移動所需要的夾緊力：式中，f1為工件與螺母在軸向方向上的摩擦系數(shù)；f2為工件與芯軸底端在軸向方向上的摩擦系數(shù)；FJ為實際所需夾緊力，F(xiàn)J=K*FJ0，F(xiàn)J0為根據(jù)靜力平衡原理計算出的理論夾緊力；D為工件被壓緊面的最大直徑。查表3-7，取f1=0.2，f2=0.2；安全系數(shù)K：一般在粗加工或斷續(xù)加工時取K=2.5～3，此處K取3；實際所需夾緊力FJ=K*FJ0，在切削力的計算中得到鏜削時所產(chǎn)生的切削力為FC=CFcapxFcfyFcvcnFckFc，，此處FJ0=FC，則FJ=610.83*3=1832.49N；D=32mm，D1=25mm，D2=30mm，d=20mm。則：得到F=1835.59N。夾緊力的校驗：此方案的夾緊機構采用的是螺旋夾緊機構，夾緊機構中收到力較大的是螺桿，故需要強度校核。此處的夾緊力主要為軸向拉力，螺桿危險截面上的力為拉應力。拉應力計算：=F/S=1835.59/[（Π×d2）/4]=22.82Mpa（螺桿直徑最小處為16mm）。螺桿的材料為45鋼，許用應力為，取=355Mpa，得到許用應力為88.75Mpa。綜上所述，夾具滿足強度要求。3.導向裝置（1）設計說明本道工序為鏜削φ50孔，使用的機床為T68鏜床，在鏜削時需要鏜模來引導鏜桿。鏜模由鏜套、襯套、鏜模支架組成。在使用鏜模作為導向裝置后使鏜床效率更高，加工精度得到保證。鏜套磨損后可迅速更換，節(jié)省了輔助時間，節(jié)約了時間成本。（2）導向裝置二維工程圖4.夾具與機床連接元件（1）設計說明本道工序為鏜削φ50孔，選用的機床為T68鏜床，其參數(shù)如下：T68鏜床的工作臺面積為1000×800mm，主軸中心線到工作表面距離為42.5～800mm，T68鏜床工作臺上T型槽數(shù)為6個，兩槽間距為130mm，其槽的形狀尺寸如圖一所示。根據(jù)T型槽尺寸選擇公稱直徑為M12在的T型槽快卸螺栓，因為其為標準件，磨損后可以快速更換，成本較低，具體形狀尺寸如圖二。根據(jù)T型槽快卸螺栓尺寸，參考設計手冊中其尺寸參數(shù)，可設計座耳結構，在夾具體底座的上下表面均可設置凸臺，在對夾具體進行加工時只需加工凸臺部分即可保證較高的精度，節(jié)省了加工時間與加工成本，具體形狀尺寸如圖三。圖一根據(jù)T型槽尺寸選擇公稱直徑為M12在的T型槽快卸螺栓，因為其為標準件，磨損后可以快速更換，成本較低，具體形狀尺寸如圖二。圖二根據(jù)T型槽快卸螺栓尺寸，參考設計手冊中其尺寸參數(shù)，可設計座耳結構，在夾具體底座的上下表面均可設置凸臺，在對夾具體進行加工時只需加工凸臺部分即可保證較高的精度，節(jié)省了加工時間與加工成本，具體形狀尺寸如圖三。圖三（2）夾具與機床連接元件二維工程圖5.夾具體（1）設計說明夾具體是夾具的基礎件，夾具的其它各種元件、機構和裝置等均要安裝在夾具體上。鏜削φ50孔這道工序需要1個心軸、1個菱形銷和一個平面進行定位，以及在心軸上設計的螺旋夾緊機構。為了留出足夠的安裝空間，我的夾具體總長為230mm，寬為100mm，高為213mm。由于鑄造容易加工，且鑄鐵抗壓與抗振性好，所以選擇鑄造夾具體。為了減少精加工面積，底部采用周邊接觸結構。（2）夾具體二維工程圖6.使用說明首先從夾具體展開說明，本夾具體底面設計有周邊接觸結構，將其放置在鏜床工作臺，其底座兩端設計有座耳，可通過T型快卸螺栓與鏜床工作臺的T型槽相連接，起到固定作用，在鏜削是保證其固定不動。夾具體左側壁面面上開有φ12和φ20的通孔，使其與芯軸和菱形銷相配合，φ60通孔可以使鏜刀將工件鏜削完畢。底面上開有φ5通孔與M6螺紋孔，使之與鏜模底座相連，使其在機加工時保持穩(wěn)定。鏜模底座與夾具體相連，起導向作用。其φ60通孔與襯套和鏜套相配合，共同完成引導工作。工件通過左側壁面、芯軸和菱形銷完成定位，通過芯軸及螺母壓板完成夾緊。夾具使用螺旋夾緊機構，拆卸方便。使用時將零部件相互配合即可。7.結構特點此鏜床夾具結構簡單，但能夠較好的完成鏜削相關要求，使用方便。由于所需夾緊力并不是很大，所以通過人工施加即可滿足需求。螺旋加緊機構具有很高的增力比，進一步的簡化了夾緊力的施加。在設計夾具中使用了較多的標準件，使生產(chǎn)成本得到降低，也變相的達到綠色環(huán)保要求，在標準件磨損后可快速更換，操作簡單。8.夾具中標準件清單名稱數(shù)量材料備注內(nèi)六角圓柱頭螺釘M4×16320鋼GB/T70.1-2008標準型彈簧墊圈8165MnGB/T93-1987內(nèi)六角圓柱頭螺釘M6×16220鋼GB/T70.1-2008圓柱銷φ5×20220鋼GB/T119.1-2000襯套145鋼鏜套145鋼菱形銷120鋼GB/T70.1-2008六角螺母M16120鋼GB/T6172.1-20009.夾具裝配總圖四、設計總結本次夾具課程設計持續(xù)了三周，在這三周內(nèi)我主要完成了零件圖的抄寫、毛坯合圖的繪制，進行了工序的分配，對分配到的工序進行切削用量、工序尺寸、機械加工時間的計算。根據(jù)設計手冊所給的零件圖及相關技術要求，進行毛坯機械加工余量的計算，確定毛坯的尺寸公差。在和小組的討論中確定該撥叉零件的加工工藝路線，在討論中對零件的工藝性進行了分析。經(jīng)小組討論與老師指導最終確定各加工表面的加工順序，根據(jù)設計手冊中提供的機床參數(shù)進行了機床的選擇，并一起完成了機械制造工藝過程卡。隨后進行了工序的分配，對分配到的工序進行切削用量、工序尺寸、機械加工時間的計算，在計算過程中查閱了課程設計手冊及其他參考書，對各類標準有了更加深刻的認識。隨后就是撰寫工藝規(guī)程設計說明書。根據(jù)老師指定的鏜削工序進行專用夾具的設計，在設計過程中需要對工件的定位與夾緊進行明確的分析，選擇最合適的夾具設計方案。在夾具設計過程中需要對定位誤差及夾緊力進行計算，判斷其是滿足精度要求。方案確定后，需要對夾具進行三維建模，確定細節(jié)，為后續(xù)二維工程圖的繪制提供基礎。最后便是撰寫夾具設計說明書，內(nèi)容包括所分工序的相關計算、三維圖與二維圖的繪制、定位誤差與夾緊力的計算。在本次課程設計中由于前期公差及加工余量掌握生疏，使計算產(chǎn)生錯誤，造成了返工。在設計夾具時，由于對定位方式及夾緊方式的認識不足，導致初始斜楔夾緊方案出現(xiàn)錯誤，V型塊的定位方式也有錯誤。在與小組成員溝通交流后，最終確定了夾具方案。在計算定位誤差及夾緊力時有一定的困難，在以前的學習中，沒有這么細致的設計計算，耗費了大量