直角边法兰钻孔夹具设计.docx
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直角边法兰钻孔夹具设计
目录
序言……………………………………………………………………………...2
第1章零件的分析……………………………………………………………...3
1.1零件的作用……………………………………………………………..3
1.2零件的工艺分析………………………………………………………..3
第2章工艺规程设计……………………………………………………………5
2.1毛坯选择与毛坯图说明………………………………………………..5
2.2基面的选择……………………………………………………………..6
2.3制订工艺路线…………………………………………………………..6
2.4机械加工余量及工序尺寸的确定……………………………………..8
2.5切削用量、时间定额的计算…………………………………………...8
2.6时间定额的计算……………………………………………………….11
第3章夹具设计…………………………………………………………...14
3.1问题的提出……………………………………………………………14
3.2定位基准的选择………………………………………………………14
3.3切削力和卡紧力计算…………………………………………………14
3.4定位误差分析…………………………………………………………15
3.5夹具设计及操作的简要说明…………………………………………16
总结………………………………………………………………………...17
参考文献…………………………………………………………………….18
序言
机械制造技术基础课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课、大部分专业课以及参加了生产实习之后进行的。
这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
通过本次课程设计，应该得到下述各方面的锻炼：
1能熟练运用机械制造技术基础课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。
2提高结构设计的能力。
通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而且能保证加工质量的夹具的能力。
3学会使用手册及图表资料。
掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。
就我个人而言，我希望通过本次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加生产实践打下一个良好的基础。
由于能力所限，设计尚存在许多不足之处，恳请各位老师予以指教。
第一章零件的分析
1.1零件的作用
法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。
在工业管道中，法兰连接的使用十分广泛。
在家庭内，管道直径小，而且是低压，看不见法兰连接。
如果在一个锅炉房或者生产现场，到处都是法兰连接的管道和器材。
法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。
在工业管道中，法兰连接的使用十分广泛。
在家庭内，管道直径小，而且是低压，看不见法兰连接。
如果在一个锅炉房或者生产现场，到处都是法兰连接的管道和器材。
该法兰盘结构简单，形状普通，属一般的盘盖类零件。
主要加工表面有外圆、圆孔，端面，，其次就是φ11孔及φ16.5孔，孔的加工表面在圆周上，通过专用的夹具和钻套能够保证其加工工艺要求。
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，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求。
由此可见，该零件的加工工艺性较好。
1.2零件的工艺分析
法兰盘共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求。
现分述如下：
1．以Φ80孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
Φ62±0.015孔及其倒角以及与其垂直的端面，Φ80h11外表面，两个M64×1.5的槽，Φ360+0.62孔以及与其垂直的端面，Φ52g6外表面B及退刀槽，三个互成120°的Φ16.5阶梯孔的两端面。
2．以A面为基准的加工表面
这一组加工表面包括：
三个互成120°的Φ16.5阶梯孔，一个侧面C,一个平面D。
这两组表面之间有着一定的位置要求，主要是：
Φ62±0.015孔对B端面的径向圆跳动公差为0.04mm。
由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。
第二章工艺规程设计
2.1毛坯选择与毛坯图说明
根据零件材料HT150确定为铸件，可知毛坯的铸造方法选用永久型铸造型。
此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。
铸件尺寸公差为12级，又由于是中批量生产，毛坯制造采用永久型铸造。
公差等级为CT9级（机械制造工艺设计《简明手册》P38），选取铸件错箱值为0.1mm。
对中批量生产的铸件加工铸件加工余量中查《机械制造工艺补充教材》P359~360，选取等级精度为2级。
各加工表面总余量7mm。
2.2基面的选择
法兰盘的外圆∮52g6既是装配图基准，又是设计基准。
为避免由于基准不重合而产生的误差，选用外圆∮52g6为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。
具体而言，即选外圆∮52g6及A端面作为精基准。
由于法兰盘全部表面都需要加工，而外圆∮52g6既是精度最高又是壁厚最薄的表面，为保证加工要求，固选外圆∮52g6及A端面为粗基准。
2.3制订工艺路线
工
序
号
工名
序称
工序内容
设备
工艺装备
1
铸造
2
热处理
时效退火
3
粗车
粗镗
粗车∮80h11的外圆面及端面及台阶面；粗镗∮62.4，∮62±0.015，倒角1×30·及1×45·
C620-1型卧式车床
外圆车刀、游标卡尺、内径百分尺、三爪卡盘
4
粗车
粗镗
粗车C面，外圆∮52g6及台阶A面，外圆∮120；粗镗孔∮36+0.02孔及其倒角
0
C620-1型卧式车床
外圆车刀、游标卡尺、内径百分尺、三爪卡盘
5
半精车
半精镗
半精车D面，外圆∮80h11及台阶面；半精镗∮62.4，∮62±0.015，倒角1×30·及1×45·
C620-1型卧式车床
外圆车刀、游标卡尺、内径百分尺、三爪卡盘
6
半精车
半精镗
半精车C面，外圆∮52g6及台阶A面，外圆∮120
半精镗孔∮36+0.02孔及其倒角
0并切沟槽
C620-1型卧式车床
外圆车刀、游标卡尺、内径百分尺、三爪卡盘
7
精车
精镗
精车外圆∮52g6及台阶面A面；精镗孔∮36+0.02孔及其倒角
及沟槽
C620-1型卧式车床
外圆车刀、游标卡尺、极限量规、三爪卡盘
8
精车
精镗
精车外圆∮80h11；精镗∮62.4、∮62±0.015、倒角1×30·及1×45·
车螺纹M64×1.5
C620-1型卧式车床
外圆车刀、游标卡尺、极限量规、三爪卡盘
9
粗铣
大圆盘两平面
立式铣床X51
专用夹具、高速钢镶嵌式端面铣刀、游标卡尺
10
精铣
精铣54平面，精铣34.5平面
立式铣床X51
专用夹具、高速钢镶嵌式端面铣刀、游标卡尺
11
插削
∮36+0.02内孔键槽
0
立式插床B5020
专用夹具、插刀、游标卡尺
12
钻、锪孔
钻3—∮11孔；锪∮16.5孔
立式Z525钻床
专用夹具、钻刀、游标卡尺
13
钻
∮3小孔和∮18的盲孔
立式Z525钻床
专用夹具、钻刀、游标卡尺
14
去毛刺
15
终检
2.4机械加工余量及工序尺寸的确定
确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。
当无基准装换时，同一表面多次加工的工序尺寸只是与工序（或工步）的加工余量有关。
当基准不重合时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。
在这里只列出圆柱面的工序尺寸：
2.5切削用量、时间定额的计算
在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量，即背吃刀量，进给量切削速度，确定方法是先确定切削深度和进给量，再确定切削速度，用《现代制造工艺设计方法》公式:
换算出查表或计算法所得的转速，根据转速在选择机床实有的主轴转速表取接近的主轴转速作为实际转速，对粗加工选取实际切削速度，实际进给量和背吃刀量后，还要校验机床功率是否够等，才能作为最后切削用量填入。
1.切削用量的计算
钻孔∮11
工艺要求：
孔径d=11，孔深L=15mm，精度为H12~13
（1）选择钻头
选择高速钢麻花钻头，其直径d0=10mm，钻头几何形状为双锥修磨横刃，
（2）进给量的确定按加工要求决定进给量，根据表2-7，当加工精度要求为H12~H13，铸铁强度为700MPa，d=10mm时，f=0.27~0.32mm/r，考虑到钻头强度允许的进给量及机床进给机构强度，故取f=0.2mm/r。
（3）切削速度的计算由表2-13，当加工为第五类，f=0.28mm/r，双横刃磨的钻头，d=11mm时，V=12m/min.
由公式得n=1150mm/r，根据Z525钻床说明书可选择此速度
检验机床扭矩及功率与加工φ18相同，故符合。
钻孔3-φ16.5
加工材料HT150，强度700MPa。
工艺要求：
孔径d=16.5，孔深L=10mm，精度为H12~H13，机床为Z525立式钻床
（1）选择高速钢麻花钻头其直径d=16mm，钻头几何形状为双锥修磨横刃，
（2）进给量的确定由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.2mm/r。
3）切削速度的计算由表2-13，切削速度v选取为40m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=63.95r/min,参照Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=280.6r/min,根据Z525钻床说明书可选择n=770r/min。
锪孔工步
1）背吃刀量的确定取ap=0.05mm。
2）进给量的确定由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.05mm/r。
3）切削速度的计算由表5-31，切削速度v选取为4m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=127.4r/min,参照Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=510r/min,再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度为v=30m/min。
2.6时间定额的计算
1.基本时间tj的计算
（1）钻孔3-φ11工步
查表2-19，得y+Δ=10mm
T=l/nf=0.26min=15.76s
（2）钻孔3-φ16.5工步
根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得。
式中l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08的条件查得l1=0.37mm;l2=15mm;而l=10mm;f=0.36mm/r;n=97r/min.。
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间tj=9.19s。
（3）锪孔工步
同上，根据表5-41可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得该工步的基本时间。
式中l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02的条件查得l1=0.19mm;l2=13mm;而l=12mm;f=0.3mm/r;n=140r/min.。
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间tj=（12mm+0.19mm+13mm）/（0.4mm/minx97r/min）=0.6min=36s。
2．辅助时间ta的计算
根据第五章第二节所述，辅助时间ta与基本时间tj之间的关系为ta=（0.15~0.2）tj,这里取ta=0.15tj,则各工序的辅助时间分别为：
钻孔φ11工步的辅助时间为：
ta=0.15x25.76s=3.864s;
钻孔φ16.5工步的辅助时间为：
ta=0.15x42s=6.3s;
精铰工步的辅助时间为：
ta=0.15x36s=5.4s;
3.其他时间的计算
除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。
由于法兰盘的生产类型为中批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间tb是作业时间的2%~7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%~4%，这里均取3%，则各工序的其他时间可按关系式（3%+3%）（tj+ta）计算，它们分别为：
钻孔工步的其他时间为：
tb+tx=6%x（28s+4.2s）=1.93s;
粗铰工步的其他时间为：
tb+tx=6%x（42s+6.3s）=2.90s;
精铰工步的其他时间为：
tb+tx=6%x（36s+5.4s）=2.48s;
4．单件时间tdj的计算
这里的各工序的单件时间分别为：
钻孔工步tdj钻=28s+4.2s+1.08s=34.13s;
粗铰工步tdj粗铰=42s+6.3s+2.90s=51.20s;
精铰工步tdj精铰=36s+5.4s+2.48s=43.88s;
因此，此工序的单件时间tdj=tdj钻+tdj粗铰+tdj精铰=34.13s+51.20s+43.88s=129.21s。
将上述零件工艺规程设计的结果，填入工艺文件。
（注：
其他工序内容详见工序卡）
第三章夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动成本，需要设计专用夹具。
按指导老师的布置，设计工序钻3-φ16.5孔的钻床夹具。
本夹具主要用于钻3-φ16.5孔，由于该孔精度要求较高，所以，在本道工序加工时，应该考虑其精度要求，同时也要考虑如何提高劳动生产率。
3.1问题的提出
在机械加工过程中，为了保证加工精度，首先要使工件在机床上占有正确的位置，确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置的过程，称为工件的定位。
定位后将其固定，使其在加工过程中始终保持定位位置不变的操作称为加紧。
工件在机床或夹具上定位，加紧的过程称为装夹，用以装夹工件的装置称为机床夹具，简称夹具。
在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低，因此，本步的重点应在卡紧的方法与快捷性上。
3.2定位基准的选择
处于定位简单和快速的考虑。
选择已加工好的中心孔和底面两个孔定位，采用经典的一面两销定位，一面限制3个自由度。
心轴限制两个自由度，削边销限制1个旋转方向的自由度，这样空间的六个自由度就限制完全了，同时开口垫圈压紧工件。
3.3切削力和夹紧力计算
本步加工可按钻削估算卡紧力，实际效果可以保证可靠的卡紧。
轴向力Fi=15.62N
扭矩Mc=8.52x10-6N·M
由于扭矩很小，计算时可忽略。
验算螺栓强度：
ns=179.94MPa
45钢的强度为450MPa，强度满足。
使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。
3.4定位误差分析
（1）移动时位移基准误差为
△jy=△d1+△D1+X1min
式中：
△d1----------圆柱销孔的最大偏差
△D1----------圆柱销孔的最小偏差
△1min----------圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙
代入数据得:
△jy=△d1+△D1+X1min=0.009+0+0.016
=0.025mm
（2）转角误差
tg△θ=（△d1+△D1+X1min+△d2+△D2+X2min）/2L
式中：
△d1----------圆柱销孔的最大偏差
△D1----------圆柱销孔的最小偏差
△1min----------圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙
△d2----------削边销孔的最大偏差
△D2----------削边销孔的最小偏差
△2min----------削边销定位孔与定位销最小配合间隙
其中：
X2min=2（δLX+δLG-X1min/2）
则代入数据得：
tg△θ=（0.009+0+0.016+0.009+0+0.004）/（2*305.29）
=0.0000622
则：
θ=0.00006219o
经检验合格
3.5夹具设计及操作的简要说明
如前面所述，在夹具设计时，为提高劳动生产率，应首先着眼于机动加紧，本道工序的钻孔选用开口垫圈压紧，当我们装上工件后，采用一面2销把工件的空间度6个自由度限制完毕后我们旋转螺母，试着和工件接触，然后旋转螺母压紧工件，即可开始加工工作。
总结
紧张而有繁忙的三周的课程设计结束了．当我快要完成老师下达给我的任务的时候，我仿佛经过一次翻山越岭，登上了高山之颠，顿感心旷神意，眼前豁然开朗。
这次课程设计的基本目的在于巩固和加深理论知识的掌握，培养我们综合运用工艺知识能力。
通过课程设计的环节，我们锻炼出了具有设计零件机械加工工艺规程的能力，掌握了加工方法及其机床、刀具、切削用量的选择与应用，还学会了使用、查阅各种设计资料、手册和国家标准，以及学会了绘制工序图、制作工艺卡片等等
通过这次课程设计，希望了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，对自己未来将从事的工作进行一次适应性的锻炼，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础。
这也是难得的机会让我们更好了解从原料到产品成型、完工的所有工序。
通过课程设计，使我深深体会到干任何事都必须要有耐心细致，说实话，课程设计真的有点累，当我一手清理自己的设计成果，回想起这两周路程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消。
最后，我要感谢老师对我们的耐心指导，老师孜孜不倦的教诲使得我们的设计得以顺利完成，很感谢老师在这段时间教会了我们很多东西使我们受益匪浅，让我们在迈入社会前有一个磨砺自己的机会，认识到团队合作的精神的重要性。
参考文献
【1】周宏甫主编，高等教育出版社，机械制造技术基础（第二版）
【2】王绍俊主编．机械制造工艺设计手册．机械工业出版社，1985．
【3】《金属机械加工工艺人员手册》修订组编．金属机械加工工艺人员手册．上海科学技术出版社，1983．
【4】上海柴油机厂工艺设备研究所编．金属切削机床夹具设计手册．机械工业出版社,1984．
【5】南京市机械研究所主．金属切削机床夹具图册．机械工业出版社，1986．
【6】吕周堂、陈晓光主编．互换性与技术基础．中国科学技术出版社,1994．
【7】宋凯主编.《机械制造技术基础课程设计指南》.化学工业出版社2008
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