夹具课程设计.docx
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夹具课程设计
机械制造工艺学与机床夹具设计
课程设计
设计题目：
杠杆工艺过程设计及钻铰Φ10孔夹具设计
设计者：
吴唅
所在班级：
10机制1班
指导教师：
伊成龙、方梁菲
提交日期：
安徽农业大学工学院
机制工艺课程设计任务书………………………………………………3页
第1章零件分析…………………………………………………………4页
1.1零件的作用……………………………………………………4页
1.2零件的工艺分析………………………………………………4页
1.3确定零件的生产类型…………………………………………5页
第2章确定毛坯、绘制毛坯简图………………………………………6页
2.1选择毛坯………………………………………………………6页
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量………………………6页
2.3绘制拨叉锻造毛坯简图…………………………………………7页第3章工艺规程设计……………………………………………………8页
3.1定位基准的选择………………………………………………8页
3.2拟订工艺路线…………………………………………………8页
3.3加工设备及工艺装备的选用……………………………………11页
3.4加工余量、工序尺寸和公差的确定…………………………12页
3.5切削用量的计算………………………………………………14页
3.6时间定额的计算………………………………………………16页
第4章专用钻床夹具设计………………………………………………20页
4.1夹具设计任务…………………………………………………20页
4.2拟定钻床夹具结构方案与绘制夹具草图……………………20页
4.3绘制夹具装配总图……………………………………………22页
4.4夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求…………………22页
第5章设计总结…………………………………………………………23页
参考文献………………………………………………………………24页附件…………………………………………………………………………25页
机制工艺课程设计任务书
一、课程设计任务书
课程编号
课程名称
机制工艺与夹具课程设计
周数
3
论文
（设计）
进度
安排
◆指导教师布置课程设计任务。
明确设计任务，阅读设计任务书和指导书，收集、借阅有关资料、手册。
◆对零件进行工艺分析，画出零件图；确定毛坯的制造方式，绘制毛坯简图。
◆制定机械加工工艺路线，选择定位基准。
◆选择机床及工、夹、量、刃具，确定加工余量及工序间尺寸与公差，确定切削用量。
◆画出毛坯图，填写工艺过程卡及工序卡。
◆针对指定的一道工序，确定该工序夹具设计方案，选择定位元件，计算所需夹紧力，选择夹紧方案。
◆绘制夹具装配图。
◆绘制夹具零件图。
◆整理设计说明书。
◆答辩、评定成绩。
具体设计方法、步骤见
《机械制造工艺学与机床夹具设计》课程设计指导书和《机械制造工艺学》教材。
另外主要参考书目：
1．机床专用夹具图册
2．机械制造装备设计
3．机械制造工艺设计简明手册
4．机械制造工艺学课程设计指导书
5．实用机械加工手册
6．实用机械加工工艺手册
论文
（设计）
内容
一、设计题目与要求
拨叉的机械加工工艺规程及钻孔攻螺纹夹具设计。
年产量为5000件（大批生产）。
（零件参考图附后）
二、设计内容
1．对零件进行工艺分析，画零件图；
2．确定毛坯的制造方式，绘制毛坯简图；
3．制定零件的机械加工工艺路线，填写机械加工工艺过程卡；
4．对指定工序，选择机床及工、夹、量、刃具，确定加工余量及工序间尺寸与公差，确定切削用量，填写机械加工工序卡；
5．对指定工序进行机床夹具设计计算和机构设计，画夹具装配图；
6．对夹具的一个零件设计零件图；
7．编写设计计算说明书。
要求
设计工作要求提交：
1．零件图1张（A4）
2．毛坯图1张（附在说明书里）
3．机械加工工艺过程卡
4．机械加工工序卡
5．夹具结构设计装配图1张（根据实际情况选择A3或者A2图纸绘制）
6．夹具结构设计零件图1张（根据实际情况选择A4或者A3图纸绘制）
7．课程设计说明书1份
★所有资料最终用档案袋装好上交。
二、设计题目与要求
如下图所示杠杆零件，材料为HT200，试编制零件的机械加工工艺规程及设计钻铰Φ10+0.0150孔的钻床夹具。
零件图
第1章零件分析
1.1零件的作用
课程设计的题目是杠杆，它的的主要作用是用来支承、固定的。
要求零件的配合时符合要求。
1.2零件的工艺分析
由零件1.1可知，其材料为HT200，抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。
该杠杆的主要加工表面为Φ40mm两端面，Φ30mm凸台表面，Φ25mm孔，Φ10mm孔，Φ8mm孔等，主要技术要求有：
1.Φ40mm上端面的粗糙度R
10µm，下端面为R
2.5µm,Φ8（H7）mm孔为R
2.5µm，Φ25（H8）mm孔为R
2.5µm，Φ10（H7）mm孔为R
5µm；
2.2XΦ8（H7）mm孔有平行度为0.2mm（A），Φ25（H8）mm孔有垂直度要求Φ0.03（B）;
3.Φ25（H8）mm孔内侧倒角1X45°，杠杆有过度圆角R15。
该零件的主要工作表面是Φ40mm的下端面，Φ25（H8）mm孔和2XΦ8（H7）mm孔，在设计规程时应重点予以保证。
图1.1（零件图）
1.3确定零件的生产类型
依设计题目知为中批量生产。
第2章确定毛坯、绘制毛坯简图
2.1选择毛坯
零件的材料HT200。
考虑到零件在工作中处于润滑状态，采用润滑效果较好的铸铁。
由于年产量为5000件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，铸造表面质量的要求较高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。
又由于零件的对称特性，故采取两件铸造在一起的方法，便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
根据《机械制造工艺学与机床夹具设计》课程设计指导书相关表格确定该铸件的机械加工余量及铸造毛坯尺寸公差。
由参考资料知，该种铸件的尺寸公差等级CT为7-9级，加工余量等级MA为F级。
故取CT为9级，MA为F级。
表2.1机械加工余量
加工表面
基本尺寸
加工余量等级
加工余量数值（mm）
说明
Ф40mm的上下平台
54
F
2
加工上下底面
2xØ30mm的凸台上或下面
30
F
2.5
单侧加工，凸台向内的那面，即有公差要求的面，见零件图
Φ25（H8）孔
25
F
3
孔降1级，单侧加工
表2.2铸造毛坯尺寸公差
主要尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
Ф40mm的上下平台距离
54
2+2
58
2.0
2×Φ8（H7）与Φ25（H8）间的中心距离
82
—
82
2.2
Φ10（H7）与Φ25（H8）之间的中心距离
48
—
48
2.0
左边Φ30凸台下端面与B面距离
53
2.5-2
52.5
2.0
右边Φ30凸台上端面与B面距离
11
2.5+2
15.5
1.6
Φ25（H8）孔尺寸
Φ25
3.0
Φ22
1.7
2.3绘制杠杆铸件毛坯简图
由表2.1所得结果，绘制毛坯简图2.3所示。
第3章工艺规程设计
3.1定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。
1.精基准的选择。
主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用Φ25（H8）的孔作为精基准。
2.粗基准的选择。
对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的加工表面就是宽度为Ф40mm的肩面表面作为加工的粗基准，可用压板对肩台进行加紧，利用一组V形块支承Φ40mm的外轮廓作主要定位，以消除z、z、y、y四个自由度。
再以一面定位消除x、x两个自由度，达到完全定位,就可加工Φ25（H8）的孔。
3.2拟订工艺路线
工艺路线的拟订是制订工艺规程的总体布局，包括：
确定加工方法，划分加工阶段，决定工序的集中与分散，加工顺序的安排，以及安排热处理、检验及其他辅助工序（去毛刺、倒角等）。
它不但影响加工的质量和效率，而且影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。
因此，拟订工艺路线是制订工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上，提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。
1．表面加工方法的确定
根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查《机械制造工艺学与机床夹具设计》课程设计指导书相关表格，确定杠杆零件各表面的加工方法，如表3.1所示。
表3.1杠杆各表面加工方案
加工表面
尺寸及偏差
尺寸精度等级
表面粗糙度
加工方案
备注
Φ40mm圆柱的上平台
mm
IT8～IT11
Ra10μm
粗铣-半精铣
Φ40mm圆柱的下平台
mm
IT7～IT9
Ra2.5μm
粗铣—精铣
Ø30mm的凸台上下表面
15
IT14
\
粗铣
Ø8mm孔
Φ
mm
IT7
Ra2.5μm
钻孔—铰孔
平行度0.2（A）
Φ10mm孔
Φ
mm
IT7
Ra5μm
钻孔—铰孔
Φ25mm孔
Φ
mm
IT8
Ra2.5μm
钻孔-扩孔-铰孔
垂直度Φ0.03（B）
2．确定加工工艺路线
（1）工艺路线方案一：
铸造
时效
涂底漆
工序Ⅰ：
粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台
工序Ⅱ：
粗铣宽度为Φ30mm的凸台表面
工序Ⅲ：
钻孔Ф25（H8）使尺寸达到Ф23mm。
工序Ⅳ：
扩孔钻钻孔Ф25（H8）使尺寸达到Ф24.8mm。
工序Ⅴ：
铰孔Ф25（H8）使尺寸达到Ф25（H8）。
工序Ⅵ：
钻Φ10（H7）的内孔使尺寸达到9.8mm。
工序Ⅶ：
粗铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到9.96mm。
工序Ⅷ：
精铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ10（H7）mm。
工序Ⅸ：
钻、粗、精铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到Φ8（H7）。
工序Ⅹ：
检验入库。
（2）工艺路线方案二：
铸造
时效
涂底漆
工序Ⅰ：
粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台
工序Ⅱ：
粗铣宽度为Φ30mm的凸台表面
工序Ⅲ：
钻孔Ф25（H8）使尺寸达到Ф23mm。
工序Ⅳ：
钻2×Ф8（H7）的小孔使尺寸。
工序Ⅴ：
扩孔钻钻孔Ф25（H8）使尺寸达到Ф24.8mm。
工序Ⅵ：
铰孔Ф25（H8）使尺寸达到Ф25（H8）。
工序Ⅶ：
钻Φ10（H7）的内孔使尺寸达到9.8mm。
工序Ⅷ：
粗铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到9.96mm。
工序Ⅸ：
精铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ10（H7）mm。
工序Ⅹ：
粗铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到7.96mm。
工序Ⅺ：
精铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到Φ8（H7）。
工序Ⅻ：
检验入库。
（3）工艺方案的比较和分析：
上述两种工艺方案的特点是：
方案一是根据宽度为40mm的上下肩面作为粗基准，Ф25（H7）孔作为精基准，所以就要加工Ф25孔时期尺寸达到要求的尺寸，那样就保证了2×Ф8小孔的圆跳动误差精度等。
而方案二则先粗加工孔Ф25，而不进一步加工就钻Ф8（H7），那样就很难保证2×Ф8的圆度跳动误差精度。
所以决定选择方案一作为加工工艺路线比较合理。
最终工艺路线如表所示
表3.2等臂杠杆机械加工工艺路线
工序号
工序内容
定位基准
10
粗精铣Ф40mm的上下平台
根据宽度为40mm的上下肩面作为粗基准
20
粗精铣Ф30mm的上下平台
φ40平台的下端面
30
钻孔Ф25（H8）使尺寸达到Ф23mm。
φ40平台的下端面
扩孔钻钻孔Ф25（H8）使尺寸达到Ф24.8mm。
φ40平台的下端面
铰孔Ф25（H8）使尺寸达到Ф25（H8）。
φ40平台的下端面
40
钻Φ10（H7）的内孔使尺寸达到9.8mm。
φ40平台的下端面，Ф25（H8）孔
粗铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到9.96mm。
φ40平台的下端面，Ф25（H8）孔
精铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ10（H7）mm。
φ40平台的下端面，Ф25（H8）孔
50
钻、粗、精铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到Φ8（H7）。
Ф25（H8）孔
60
终检
3.3加工设备及工艺装备的选用
机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。
由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以采用通用机床为主，辅以少量专用机床。
其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。
工件在各级床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
各工序加工设备及工艺装备的选用如表3.3所示。
表3.43加工设备及工艺装备
工序序号
工序内容
加工设备
工艺装备
10
粗精铣Ф40mm的上下平台
X5012立式铣床
选D=2mm的削平型立铣刀专用夹具、专用量具和游标卡尺。
20
钻孔Ф25（H8）使尺寸达到Ф23mm。
Z535型钻床
莫氏锥柄麻花钻（莫氏锥柄2号刀）D=23mm，专用钻夹具，专用检具。
30
扩孔钻钻孔Ф25（H8）使尺寸达到Ф24.8mm。
Z535型钻床
刀具选D=24.7mm的锥柄扩孔钻（莫氏锥度3号刀），专用钻夹具和专用检具。
40
铰孔Ф25（H8）使尺寸达到Ф25（H8）。
Z535型钻床
选D=25mm的锥柄机用铰刀，并倒1×45°的倒角钻用铰夹具和专用检量具。
50
粗铣Ф30mm的上下平台
X5012立式铣床
选D=2mm的削平型立铣刀专用夹具、专用量具和游标卡尺。
50
钻Φ10（H7）的内孔使尺寸达到9.8mm。
Z515型钻床
选用D=9.8mm的直柄麻花钻，专用的钻夹具和量检具。
60
粗铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到9.96mm。
Z515型钻床
选用D=10mm的直柄机用铰刀，专用夹具和专用量检具。
70
精铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ10（H7）mm。
Z515型钻床
选择刀具D=10mm的精铰刀，使用专用夹具和量检具。
80
钻Φ8（H7）的内孔使尺寸达到7.8mm
Z515型钻床
选用D=7.8mm的直柄麻花钻，专用钻夹具和专用检量具。
90
粗铰Φ8（H7）内孔使尺寸达到7.96mm。
Z515型钻床
选择刀具为D=8mm直柄机用铰刀，使用专用夹具和专用量检具。
100
精铰Φ8（H7）内孔使尺寸达到Φ8（H7）mm。
Z515型钻床
选择刀具为D=8mm直柄机用铰刀，使用专用夹具和专用量检具。
110
终检
塞规、百分表、卡尺等
3.4加工余量、工序尺寸和公差的确定
对Φ10（H7）内孔的加工设计。
各工步余量和工序尺寸及公差（mm）
加工表面
加工方法
余量
公差等级
工序尺寸
Φ10（H7）
钻孔
0.215
—
Φ9.8
Φ10（H7）
扩孔
0.055
—
Φ9.96
Φ10（H7）
铰孔
—
G7
Φ10（H7）
1、钻Ф10（H7）的小孔使尺寸达到9.8mm。
2、粗铰Φ10（H7）小孔使尺寸达到9.96mm。
3、精铰Φ10（H7）小孔使尺寸达到Φ10（H7）。
这三部工序全都采用Z518机床来进行加工的，故：
（1）取钻Ф10（H7）孔的进给量f=0.3mm/r,用插入法求得钻Ф10（H7）孔的切削速度为v=0.435m/s=26.1m/min,由此算出转速为:
n=1000v/
d=1000×26.1/（3.14×10）r/min=831r/min
按机床实际转速取n=835r/min，则实际切削速度为v=3.14×10×835/1000m/min≈26.2m/min.
（2）取扩孔Ф10（H7）的进给量f=0.3mm/r,参考文献得：
扩孔的切削速度为（
—
）V钻，故取v扩=1/2v钻=1/2×26.2m/min=13.1m/min,
由此算出转速n=1000v/（
d）=1000×13.1/（3.14×10）r/min=417r/min,取机床实际转速n=430r/min。
（3）取铰孔的进给量f=0.3mm/r,参考文献得：
铰孔的切削速度为v=0.3m/s=18m/min。
由此算出转速：
n=1000v/（
d）=1000×18/（3.14×10）r/min=573r/min
按照机床的实际转速n=600r/min。
则实际切削速度为：
V=
dn/1000=3.14×10×600/1000m/min=18.8m/min。
3.6时间定额的计算
1．基本时间
的计算
1）钻Ф10（H7）孔工步查《机械制造设计基础课程设计》表5.39可知该工步
mm；
＝１mm；
=25mm；则该工序的基本时间
min=7.7s
2）扩Ф10（H7）孔工步
；
=1mm；
=25mm；则该工序的基本时间
min=18.2s
3）饺Ф10（H7）孔工步
；
=1mm；
=25mm；则该工序的基本时间
min=18.4s
2．辅助时间
的计算
辅助时间
与基本时间
之间的关系为
=（0.15～0.2）
，取
=0.15
则各工序的辅助时间分别为：
钻孔的辅助时间：
=0.15×7.7s=1.155s；
扩孔的辅助时间：
=0.15×18.2s=2.73s；
铰孔的辅助时间：
=0.15×18.4s=2.76s；
因此该工序的单间时间
=
+
+
+
+
+
=7.7+18.2+18.4+1.155+2.73+2.76=50.945s
第4章专用钻床夹具设计
4.1夹具设计任务
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。
为工序30设计钻床夹具，所用机床为Z515型立式钻床，成批生产规模。
1．工序尺寸和技术要求
加工Ф10（H7）孔，表面粗糙度Ra5μm。
2．生产类型及时间定额
生产类型为大批生产，时间定额20min。
3．设计任务书如表4.1
专用工艺装备设计任务书
产品型号
零件图号
每台件数
1
产品名称
钻床夹具
零件名称
杠杆
生产批量
5000件
工装编号
使用车间
工装名称
使用设备
立式钻床515
工装等级
使用其他产品
工序号
工序内容
100
钻孔-扩孔-铰孔
旧工序号
库存数量
设计理由
旧工装处理意见
为避免零件加工时浪费大量时间
编制
审核
批准
设计
表4.1装用工艺装备设计任务书
4.2拟定钻床夹具结构方案与绘制夹具草图
1、确定工件定位方案，设计定位装置
该工序主要是钻铰Ф10（H7）的孔，并达到表面粗糙度Ra5μm。
因为Ф40上下端面是先以两肩做粗基准铣出来的，Ф25孔是以Ф40下端面钻铰出来的，以Ф40下端面和Ф25孔作为精基准符合基准统一原则，能保证Ф25孔及Ф10孔中心间的位置精度。
该定位方法合理。
2、确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置
由于用Ф40下端面及Ф25孔作为定位基准，因此采用了个一台阶型定位销定位Ф25孔和双头螺栓夹紧，将整个工件定位夹紧，并在一侧设置一个支撑钉，以束缚住一个自由度，防止工件转动。
3、确定夹具体结构型式及夹具在机床上的安装方式。
考虑夹具的刚度、强度和工艺性要求，采用铸造夹具体结构。
4、绘制夹具草图。
（见装配图）
4.3绘制夹具装配总图
钻模的装配总图上应将定位心轴、钻模板与夹具体的连接结构表达清楚。
夹具装配总图如附图3所示。
其中台阶定位销与夹具体采用间隙配合
，用锁紧螺母固定。
钻模板与夹具体用两个销钉、两个螺钉连接。
夹具装配时，待钻模板的位置调整准确后再拧紧螺钉，然后配钻、铰销钉孔，打入销钉。
第5章课程设计总结
经过几周的课程设计练习，让我对机械加工工艺及夹具的设计流程有了一个大致的了解，给以后的工作提供了大量宝贵的经验，但由于知识水平有限，设计的不是很好，以后要多学习，多练习，相信这样一定能够增长自己的经验水平。
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