杠杆夹具工艺规程设计说明书.docx
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杠杆夹具工艺规程设计说明书
成绩
西南科技大学城市学院
CityCollegeofSouthwestUniversityOfScienceandTechnology
《制造技术基础》课程设计说明书
2013～2014学年第2学期
设计题目：
杠杆零件工艺规程设计
题目类别：
课程设计
指导教师：
专业班级：
姓名：
学号：
日期：
2014.05.14
机电工程系制
杠杆零件机械加工工艺规程设计
摘要：
本设计的零件为杠杆零件，选用45号钢。
根据零件的形状、尺寸精度、生产的经济效益等各方面的详细分析其加工工艺，多采用铣床、钻床加工。
通过对零件的分析，此工件外形轮廓尺寸小，重量轻，加工要求不高，生产批量不大。
因此在保证质量和提高生产率的前提下，尽量简化结构，做到经济合理。
关键词：
钻床加工，铣床加工，杠杆零件，尺寸精度。
Specificationforleverpartsmachiningprocessdesign
Abstract:
thedesignofpartsfortheleverparts,selected45steel.Accordingtothedetailedanalysisofpartsoftheshape,sizeprecision,productionandothereconomicbenefitsofitsmanufacturingprocesses,themillingmachine,drillingmachine.Basedontheanalysisofthecomponents,theshapeoftheworkpiececontoursmallsize,lightweight,lowmachiningrequirements,theproductionvolumeisnot.Thereforethequalityassuranceandproductivityunderthepremise,thestructureassimpleaspossible,soeconomicallyrational.
Keywords:
drilling,millingmachine,theleverparts,dimensionprecision.
目录
第一章绪论1
1.1前言1
1.2设计任务2
第二章杠杆零件分析3
2.1零件的作用3
2.2零件的工艺性分析3
2.3零件的材料3
2.4零件的生产类型3
第三章工艺规程设计4
3.1基面的选择4
3．1.1粗基准的选择4
3.1.2精基准的选择4
3.2制定工艺路线4
3.2.1工艺路线方案一4
3.2.2工艺路线方案二5
3.2.3工艺方案的比较分析5
3.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定6
3.3.1 Ø28H7mm两端面的加工余量6
3.3.2Ø10H7mm孔两端面的加工余量6
3.3.3Ø11mm孔两端面的加工余量6
3.3.4内孔Ø28H7mm的加工余量、工序尺寸6
3.3.5内孔Ø10H9的加工余量、工序尺寸7
3.3.6内孔Ø11mm的加工余量、工序尺寸7
第四章定位原理8
4.1定位基准及自由度限制8
设计总结12
致谢13
参考文献14
第一章绪论
1.1前言
不论是传统制造系统还是现代制造系统，夹具都是非常重要的。
在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工或者检测的装置都可以称为夹具。
例如:
焊接过程中用的焊接夹具，检验过程中用的检验夹具，机械加工过程中用的机床夹具等。
夹具对于加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响。
花费在夹具设计和制造的时间不论是在改进现有产品或者开发新产品中，在生产周期中都占有较大的比重。
所以，在制造业中非常重视对夹具的研究。
夹具是由一套预先制造好的各种不同形状、不同尺寸、不同功能的系列化、标准化元件组装而成的。
因此夹具具有通用性和专用性双重性质，即组成夹具的元件是通用性的元件，而一旦组装成成套夹具即为专用夹具。
组合夹具机构灵活多变，元件长期重复使用，因此，其元件比其它类型的夹具元件要求具有高精度，高强度，高硬度，耐磨性高等优点，单个元件功能多样，并有完全互换性。
产品制造环节的柔性化的着眼点主要是在机床和工装两个方面，而夹具又是工装柔性化的重点。
夹具能保证工件在规定的坐标位置上准确定位和牢固的夹紧，也就是说能保证工件相对于机床坐标原点具有准确和稳定可靠的坐标位置。
这种夹具具有较高的刚度和精度，在粗加工时能承受较大的切削用量，以充分发挥数控、加工中心机床的生产能力;在精加工时能更好的保证工件定位基准和加工表面的位置精度;还能根据数控、加工中心机床的要求保证夹具应允许刀具接近尽可能更多的被加工表面甚至于全部被加工表面，可以减少机床的停机时间:
在夹具上还能一次装夹多个工件同时一次加工，可以减少夹具、刀具、工件系统的调整时间；还能减少刀具的更换次数和刀具的调整时间，更好的发挥数控、加工中心机床的高效性能。
夹具元件可以通过组装、使用、好的发挥数控、加工中心机床的高效性能。
夹具元件可以通过组装、使用。
夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的5%-20%。
夹具的重要性越来越受到大家的重视，因此，对夹具的设计也成为了专门的课题进行研究。
要设计夹具，工艺规程必须先行，故本次设计的内容为杠杆零件的加工工艺规程。
1.2设计任务
图1-1零件图
材料：
45钢；
毛坯：
模锻件；
生产类型：
中批量生产。
要求：
（1）课程设计说明书一份（A4）；
（2）过程卡片一张（A4）；
（3）工序卡片若干张（A4）；
（4）刀具清单、量具清单、设备清单各一张（A4）。
第二章杠杆零件分析
2.1零件的作用
题目所给的零件是杠杆零件，零件的结构比较复杂，尺寸较小，形状比较复杂。
主要作用一是传递扭矩；二是起着固定的作用；三是起着连接作用。
2.2零件的工艺性分析
此杠杆零件有两组加工面，它们之间有一定的位置要求。
具体分析如下：
一、以Ø28mm为中心孔的加工表面（尺寸见图1-1，外形见图2-1）
这一组加工表面包括：
Ø28H7mm的孔，Ø28H7mm孔的端面，尺寸为
mm的端面与尺寸为Ø28H7mm的孔有垂直度要求，垂直度误差为0.03mm，还有Ø11mm的孔。
其中主要加工表面为Ø28H7mm的孔。
二、以Ø10H9mm的孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括Ø10H9mm的孔，Ø10H9mm孔的端面，且Ø10H9mm的孔的中心轴线与Ø28H7mm孔的中心轴线有平行度要求，其误差为0.3mm。
其中主要加工表面为Ø10H9mm的孔。
由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工第一组加工表面，然后加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。
2.3零件的材料
考虑到杠杆要受到扭矩的作用，而零件的尺寸有比较小，因此应选用材料为模锻件。
因为不传递力与功率，主要起固定和定位作用，所以不需要特别的工艺处理。
故可采用模锻成型。
这从提高生产效率、保证加工精度上考虑也是应该的。
2.4零件的生产类型
零件的生产类型为中批量生产。
因此需要设计专用夹具来提高生产效率。
第三章工艺规程设计
3.1基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面的选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产得以提高。
否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。
3．1.1粗基准的选择
由于此杠杆零件的结构比较复杂，需要加工三个孔（Ø28H7mm、Ø10H9mm和Ø11mm）、三个端面（即三个孔的端面）和插槽，且三个孔不在同一个平面上。
对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。
但对于本零件来说，如果以Ø40mm外圆表面作基准（四点定位），其装夹深度不够，可能造成装夹不稳定。
按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现选取
mm作为粗加工基准，利用V形块支承Ø40mm孔的外轮廓作主要定位面，以削除→ X，→ Y，⌒ X，⌒ Y四个自由度，再用一对自动定心的窄口卡爪，夹持在
mm表面上，达到完全定位。
3.1.2精基准的选择
主要考虑基准重合的问题。
当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在后面的要专门计算，此处不再重复。
3.2制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何精度、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用相应机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
3.2.1工艺路线方案一
工序1：
铣大孔∅28H7mm两端面；
工序2：
车大孔∅21±1mm至∅27.2±0.2mm；
工序3：
镗大孔∅27.2mm至∅28H7mm；
工序4：
铣小孔∅10H9mm两端面；
工序5：
钻小孔∅9.2±0.1mm至∅9.8±0.1mm；
工序6：
铰小孔∅9.8±0.1mm至∅10H9mm；
工序7：
铣
mm两端面；
工序8：
铣
开口槽；
工序9：
钻∅11mm孔；
3.2.2工艺路线方案二
工序1：
车大孔∅21±1mm至∅27.2±0.2mm；
工序2：
镗大孔∅27.2mm至∅28H7mm；
工序3：
铣大孔∅28H7mm两端面；
工序4：
钻小孔∅9.2±0.1mm至∅9.8±0.1mm；
工序5：
铰小孔∅9.8±0.1mm至∅10H9mm；
工序6：
铣小孔∅10H9mm两端面；
工序7：
铣
mm两端面；
工序8：
铣
开口槽；
工序9：
钻∅11mm孔；
3.2.3工艺方案的比较分析
上述两个方案的特点在于：
方案一对于大孔∅28H7mm和小孔∅10H9mm而言，首先铣好其两端面，再对孔进行加工，不易留下难以去除的加工毛刺；方案二则先着重加工两个孔，由于事先没有铣好两端面，难以保证零件精度，并且可能会留下较多毛刺，后续7、8、9三道工序都是铣削，工序较为集中，可能导致加工时间和加工用设备分配不均匀；故最后确定的工艺方案如下：
工序1：
铣大孔∅28H7mm两端面；
工序2：
车大孔∅21±1mm至∅27.2±0.2mm；
工序3：
镗大孔∅27.2mm至∅28H7mm；
工序4：
铣小孔∅10H9mm两端面；
工序5：
钻小孔∅9.2±0.1mm至∅9.8±0.1mm；
工序6：
铰小孔∅9.8±0.1mm至∅10H9mm；
工序7：
铣
mm两端面；
工序8：
铣
开口槽；
工序9：
钻∅11mm孔；
3.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
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。
3.3.1 Ø28H7mm两端面的加工余量
（1）加工的计算长度为
按照《机械加工工艺手册》表2.2—2.5。
取加工精度F2，件复杂系数为S3，锻件重量为1.5kg，则Ø28H7mm孔外端面的单边加工余量为2.0—3.0mm，现取Z=2.5mm。
锻件的公差按《机械加工工艺手册》表2.2—14，材质系数取M1，锻件复杂系数取S3，则锻件的偏差为
mm。
（2）铣削公差：
现规定本工序的加工精度为IT11，因此可知本工序加工公差为-0.13mm。
符合零件要求的公差
mm，不需要安排精加工。
3.3.2Ø10H7mm孔两端面的加工余量
（1）加工余量的计算长度为
按照《机械加工艺手册》表2.2—2.5，取加工精度为F2，件复杂系数为S3，锻件重量为1.5kg，则Ø10H9mm孔外端面的单边加工余量为2.0-3.0mm，现取Z=2.5mm。
锻件的公差按《机械加工工艺手册》表2.2—14，材质系数取M1，锻件复杂系数取S3，则锻件偏差为
mm。
（2）铣削公差：
规定本工序的加工精度为IT11级，因此可知本工序的加工公差为-0.11mm，符合零件要求公差
mm，不需要安排精加工。
3.3.3Ø11mm孔两端面的加工余量
（1）加工余量的计算长度为
mm，按照《机械加工工艺手册》表2.2—2.5。
取加工精度F2，件复杂系数为S3，锻件重量为1.5kg，则Ø11mm孔外端面的单边加工余量为2.0-3.0mm，现取Z=2.5mm。
锻件的公差按《机械加工工艺手册》表2.2—14，材质系数取M1，锻件复杂系数取S3，则锻件的偏差为
mm。
（2）铣削公差：
规定本工序的加工精度为IT11，因此可知本工序加工公差为-0.16mm。
符合零件要求的公差
mm，不需要安排精加工。
3.3.4内孔Ø28H7mm的加工余量、工序尺寸
毛坯有预孔，内孔的精度等级为IT7，参考《机械加工工艺手册》表2．3—9及表2．3—12确定工序尺寸及加工余量为：
粗车：
Ø27.6mm 2Z=2.6mm；
半精车：
Ø27.8mm 2Z=0.2mm；
粗镗：
Ø27.94mm 2Z=0.14mm；
精镗：
Ø28H7mm 2Z=0.06mm。
3.3.5内孔Ø10H9的加工余量、工序尺寸
毛坯为实心，不冲预孔，内孔的精度为IT9。
参照《机械加工工艺手册》表2．3—9及表2．3—12确定工序尺寸及加工余量为：
钻孔：
Ø9．8mm；
粗铰：
Ø9.9mm 2Z=0.1mm;
精铰：
Ø10H9mm 2Z=0.2mm。
3.3.6内孔Ø11mm的加工余量、工序尺寸
Ø11mm的表面为自由尺寸公差，表面精糙度为Rz6.3。
因此只需粗加工。
直接钻Ø11mm孔。
此杠杆的毛坯如图3-1所示。
图3-1杠杆毛坯
第四章定位原理
4.1定位基准及自由度限制
1、定位原理
在机床上加工工件时，要使工件的各个被加工面的尺寸及位置精度满足工件图或者工艺文件所规定的要求，就必须在切削加工前使工件在机床夹具中占有一个确定的位置，使其相对于刀具的切削运动具有正确的位置，这个确定工件位
置的过程我们称为定位。
这是定位方案设计的主要任务。
2、定位基准
为了保证工件上各个加工表面之间或者对其它加工表面的位置精度，工件在机械加工时，必须安放在机床板的一个固定位置上。
任何一个零件都是由若干几何表面所组成，这些表面之间根据零件设计的技术要求，广泛存在距离尺寸和角度位置的要求。
工艺文件中所谓的基准，就是指零件图上某些点、线、面的位置，可以用它们来确定某些点、线、面的位置。
根据这些基准的作用和性质，可以分为设计基准和工艺基准两类。
设计基准通常指零件图样上标注尺寸的起点。
工艺基准又分为工序基准、定位基准、测量基准等。
通常希望将设计基准和工艺基准统一，但是实际上，由于制造上的困难而难以实现，这就引起误差。
定位基准的选择是否合理，将直接影响到夹具结果的复杂程度以及工件的加工精度。
因此，在选择定位基准时应进行多种方案的分析比较。
选择定位基准时，应重点考虑如何减少误差，提高精度，也要考虑安装的方便性、准确性和可靠性。
定位基准的选择分为粗基准和精基准的选择两种，下面分别介绍。
粗基准的选择。
粗基准是用没有加工的表面作为定位基准，选择粗基准时应考虑以下原则:
1）保证加工表面与不加工表面之间的相对要求，应选择不加工表面作为粗基准，特别是选择与加工表面有紧密联系的表面作为粗基准;
2）若加工表面较多，选择粗基准时，应合理分配各加工表面的加工余量；3）选择作为粗加工基准的表面，应平整、光洁，以便定位准确，夹紧可靠；4）因为粗基准的定位误差较大，一般粗基准只能使用一次。
精基准的选择。
精基准是己经加工过的表面作为定位基准。
一般应遵循下列原则:
1）选择零件的设计基准作为精基准，也就是“基准重合”原则，这样可以避免因基准不重合而引起的基准不重合误差;
2）能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各个表面对基准的位置精度，这就是“基准统一”原则;
3）获得均匀的加工余量或使加工表面间有较高的位置精度，有时可以采取互为基准反复加工的原则;
4）有的精加工工序要求加工余量小，或垂直度要求高，为了保证加工质量和提高生产率，应选择加工面本身作为定位基准。
以上的选择原则，有时是互相矛盾的，在选择的时候要综合考虑。
在保证工件加工要求的前提下，尽量使夹具结构简单，工件稳定性好。
3、工件的自由度
忽略工件的微小变形，工件可以看成一个理想的刚体。
将其放在一个空间直角坐标系中，以此坐标作为参照系来观察刚体位置和方位的变化，由刚体力学可知，在空间中处于自由状态的刚体，共有6种可能的运动，即沿x轴、Y轴、Z轴移动，或者绕x轴、Y轴、Z轴的转动，这种移动和转动的可能性就称为自由度。
这6种移动或者转动的变化形式是基本的变化形式，工件在空间的运动状态都可以由这6种基本变化合成得到。
限制了工件的某个自由度，该工件在这个方向上的位置也就确定了。
因此，可以根据工件的加工要求，通过限制工件自由度的方法，达到工件在夹具上定位的目的。
当工件的6个自由度被全部限制后，工件的位置和方位也就会被唯一的确定下来。
4、六点定位原理
基于运动原理，要限制工件的6个自由度，典型的方法就是在夹具设计中设置（如图4-1所示）的6个支承点。
图中的矩形工件每次都安放到与6个支承相接触，从而使一批工件中每个工件得到确定的位置，其中底面A放在3个支承上，限制了3个自由度（沿着z轴的移动和沿着x,y轴的转动），侧面B限制了2个自由度（沿Y轴的移动和沿z轴的转动），另一个侧面C限制了一个自由度（沿x轴的移动）。
用分布在3个互相垂直的平面上的6个支承点来限制六个自由度，使得工件在夹具中的位置完全确定，这就是著名的3-2-1六点定位原理[6]。
六点定位原理适合任何形状的工件。
如图4-2所示的轴类工件的六点定位原理示意图。
其中轴的圆柱表面放在4个支承点上，消除了工件的4个自由度（沿y,z轴的移动和绕z轴的转动），轴端部靠在一个支承点上，消除了一个自由度（沿x轴的移动），轴上一端的槽正放在一个支承点上，消除了工件绕x轴转动的自由度（图4-2）所示。
根据工件形状的不同，所用的定位基准也不同，定位点的分布情况也不同。
运用六点定位原理可以分析和判断夹具中的定位结构是否正确，将工件的六个自由度完全约束或受限制的定位称为完全定位。
但是在很多情况下，无需将工件的6个自由度完全约束，只需要限制那些对加工后位置精度有影响的自由度即可，无需限制6个自由度的定位称为不完全定位。
在保证工件位置精度的前提下，不完全定位可以减少夹具元件，简化夹具结构。
如果一个夹具的定位结构所限制的自由度少于位置精度必须要限制的自由度数量，就会产生定位不足，这种定位方式称为欠定位。
如果一个夹具的定位结构中，不同支承点重复的约束工件上同一个自由度，就会产生定位不稳定，这种定位方式称为过定位。
欠定位情况下，工件的位置精度不能保证，因此是不允许的。
过定位要视具体的情况而定是否允许。
如图4-2中，如果B平面的两个支承点在一条垂直线上，这样绕z轴转动的自由度就没有被限制，这种情况属于欠定位;而沿Y轴移动的自由度就被限制了两次，这种情况属于过定位。
根据上述定位原理对要加工面进行定位，拟写工艺卡片确定夹紧位置。
图4-1六点定位
图5-1轴类零件六点定位
设计总结
本次课程设计让我复习并巩固了机械制造技术基础这门课程，通过课程设计使我更加了解到机械加工在实际生产中的重要地位。
共历时两个月，系统地巩固了如：
《机械制造技术基础》、《机械制图》、《互换性与精度测量》等许多课程。
从分析零件图到工艺方案的设计与零件图的绘制，在指导老师的带领下，每一个环节都自己设计制作的。
在这次课程设计中通过参考、查阅各种有关机械加工方面的资料，特别是工艺方案制定在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对机械加工的认识有了一个质的飞跃。
使我对零件机械加工的整个过程，包括零件的设计，主要工艺参数的计算等都有了进一步的理解和掌握。
去除材料型加工方式在当今社会生产中依然占据着不可替代的重要位置，掌握机械加工过程相关知识对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。
通过本次机械加工工艺规程设计及其说明书的编制，增加了不少专业方面的知识，提高了动脑、动手的能力。
我懂的设计人员的艰辛,也对他们的付出表示敬意.经过这次课程设计,我有了更充分的自信.我相信一切困难都会有解决的办法.同时通过这次设计为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
致谢
为期一个多月的课程设计即将拉下帷幕，回想近一段时间以来的努力我感受颇深。
课程设计是对大学几年所学知识的一个提高和升华。
在这个过程中，我深切的感受到专业知识的重要。
同时也深深的懂得作为一个设计人员所必须具备的基本素质。
在做毕业论文的过程中，首先我认为，态度是最重要的。
“态度决定一切”这句话的道理，在这次的课程设计中我才真正懂得。
只有摆正好态度，才能去完成我们所要作的事情。
其次，是要有坚忍不拔，知难而进的精神。
因为，在课程设计中我们总会遇到一些我们一时难以解决的问题。
在这个时候我们只有不怕困难，多请教老师、同学和多查阅资料,我们才能攻破难关。
再次是要培养查阅文献资料的能力，现代社会是一个信息的时代，知识的更新日新月异。
如何在浩如烟海的信息中，查阅对我们的有用资料。
这对于我们的设计工作是至关重要的。
随着科学技术的高度的发达，一些质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉的产品将开发出来并淘汰那些老的生产技术或设备。
因此，我们应该树立良好的设计思想，重视对自己进行机械设计能力的培养，树立知识经济意识；善于利用各种信息资源，扩展知识面和能力；培养严谨、科学、创新与创业、艰苦奋斗的企业精神，加强环境保护意识，做到清洁生产和文明生产，以最大限度的获得企业效益和社会效益。
在本次毕业设计中，得到了徐老师的悉心指导，在此我衷心的表示感谢！
在设计中，徐老师始终以他的热情和学识为我提供最大的帮助并为我的课程设计提供了大量的资料。
而且，每当我有难题时，徐老师总是耐心的指导。
正是徐老师这种高尚的敬业精神和科学的指导方法。
保证了我的设计顺利完成。
他的这种精神将影响着我，为我以后的工作和学习树立了榜样。
再次向于徐学林老师致以诚挚的谢意！
参考文献
[1]田光辉、林红旗模具设计与制造北京大学出版社2009.06
[2]卢秉恒主编机械制造技术基础第3版机械工业出版社2012.06
[3]吴雄彪主编机械制造技术课程设计第二版浙江大学出版社2010.01
[4]周玉凤、杜向阳主编互换性与技术测量清华大学出版社2008.12
[5]田凌、冯涓、刘朝儒主编机械制图清华大学出版社2007.09
[6]王秀伦等主编机床夹具设计中国铁道出版社1984.09
[7]邹青主编机械制造技术基础课程设计指导教程第二版2011.06
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