开合螺母机床夹具课程设计.docx
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开合螺母机床夹具课程设计
机制工艺课程设计
说明书
学校：
北京交通大学海滨学院
专业：
机械设计制造及自动化
姓名：
朱宁
学号：
嘿咻嘿咻嘿咻
第一章机制工艺课程设计概述…………………………………4
§1.1课程设计的目的…………………………………4
§1.2课程设计的题目…………………………………4
§1.3课程设计的内容…………………………………4
§1.4课程设计的进度表………………………………5
第二章零件的工艺性分析……………………………………6
§2.1对开合螺母机构的工作原理…………………6
§2.2了解，分析产品的装配图和零件图……………6
§2.3审查零件的结构工艺性…………………………8
§2.4由零件的生产纲领决定生产类型………………8
第三章毛坯的选择………………………………………………9
§3.1毛坯制造方法……………………………………9
§3.2毛坯精度等级选择………………………………9
§3.3毛坯加工余量与标注……………………………9
§3.4毛坯浇注方式……………………………………10
第四章工艺规程制定……………………………………………11
§4.1草拟工艺路线……………………………………11
§4.2定位基准选择与分析……………………………11
§4.3加工方案选择与分析……………………………15
§4.4确定加工方法……………………………………15
§4.4草拟各个工序内容………………………………16
第五章钻2-Φ12H7孔钻模设计………………………………18
§5.1定位方案分析与设计……………………………18
§5.2定位元件的结构设计……………………………19
§5.3对刀导向元件的设计……………………………20
§5.4夹紧方案设计……………………………………22
§5.5夹具整体设计……………………………………24
§5.6绘制夹具总图……………………………………27
第六章设计心得体会…………………………………………29
参考文献…………………………………………………………30
第一章机制工艺课程设计概述
1.1课程设计的目的
机制工艺课程设计是在学完了该门课程之后的一个重要的实践教学环节，机制工艺课程设计是对学生未来从事机械制造工艺工作的一次基本训练。
通过课程设计培养学生制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，以及设计机床夹具的能力。
在设计过程中，学生应熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。
1、能熟练运用机制工艺课程中的基本理论以及在生产实践中学到的实践知识，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、提高结构设计能力。
学生通过非标专用夹具设计的训练，应获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理又能保证加工质量的夹具的能力。
3、学会使用手册、图表及数据库资料。
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。
1.2课程设计的题目
机制工艺课程设计题目：
设计C6140车床对开合螺母下座零件的机械加工工艺规程及工艺装备。
1.3课程设计的内容
C6140车床对开合螺母下座工艺规程；
钻2-Ø12H7孔钻模（钻床夹具）设计；
编写课程设计说明书；
1.4课程设计的进度表
序号
内容
所用时间
1
明确任务，分析原始资料
1天
2
零件工艺的分析，绘制毛坯图
1.5天
3
制定工艺路线，编写工艺过程卡片
1.5天
4
拟定夹具方案，绘制原理图及草图
2.5天
5
绘制夹具总图及零件图
4天
6
编写课程设计说明书
1.5天
7
课程设计答辩
2天
合计
14天
第二章零件工艺性分析
2.1对开合螺母机构工作原理（如图所示）
2.2了解.分析产品的装配图和零件图
（1）部件的组成（如下图所示）
1）两半螺母（2件）
2）上下螺母座（各1件）
3）拨销（2件）
4）双离心拨盘（1件）
5）手柄（1件）
6）镶条与调节螺钉（各1件）
（2）零部件的作用
两半螺母分别镶在上下螺母座上，并由前述各零件组成对开合螺母机构。
1）起接通或断开加工时所需复合运动的进给传动链的作用；
2）起由旋转运动变为直线运动的作用；
3）起传递运动和动力的作用；
（3）性能要求
1）上下螺母同步的要求
2）螺母与丝杠的同轴度要求
3）两螺母相对丝杠轴心的径向位置可调要求（两半螺母相互分离程度可调）
4）两半螺母对合时与丝杠中心线的对称度要求对齐并在允许的公差范围内
（4）主要技术要求与分析
1）Ø52H7孔轴心线对C面平行度要求的分析；
2）Ø52H7孔轴心线对两B面垂直度要求的分析；
3）E面对Ø52H7孔轴心线的端面跳动要求的分析；
4）B1与B2面平行度要求的分析；
5）Ø12H7孔对C面垂直度要求的分析；
2.3审查零件的结构工艺性
1）零件的类型：
中型支架类（切开后属叉架类）；
2）具有燕尾结构，是零件的主要设计基准之一；
3）Ø52H7孔具有薄壁；
4）Ø52H7孔两端面处相对燕尾有凸台；
5）调节螺钉孔M10底孔为深孔，且螺钉应保证和上螺母座接触面具有良好接触；
由以上分析加工时是否便于进刀、退刀；是否便于装夹及减少装夹次数等。
2.4由零件的生产纲领决定生产类型
按中型机械，根据零件年生产纲领（500件/年），生产类型为成批生产中的中批生产范围。
第三章毛坯的选择
3.1毛坯制造方法
根据零件图所标出的零件材料，可知该零件为HT200；
铸造：
根据零件的生产纲领和生产类型，查手册可知应采用沙型
铸造—机器制模。
3.2毛坯精度等级选择
由手册查取毛坯精度为CT12
3.3毛坯加工余量与标注
轮廓最大尺寸在100~160范围内的铸件，要求的毛坯加工余量等级为H,要求的毛坯加工余量为3mm，且除非另有规定，对所有需机械加工的表面只规定一个值。
注意：
（1）预铸孔余量，不管浇注位置如何，应该比其它加工表面的余量等级低一级；
（2）不加工表面不加放余量，也不标注公差；
（3）查表时，表中的公称尺寸是零件图上对应的实际尺寸；
毛坯尺寸如图所示：
3.4毛坯浇注方式
毛坯浇注方式为两箱铸造侧面浇注
如图所示：
第四章工艺规程制定
4.1草拟工艺路线
（1）方案一（先粗后精，先面后孔等原则）：
•预先热处理——粗铣C面、B面、D面——铣1X3退刀槽——粗加工两E面——粗镗（Ø52）孔
•——半精铣C面、B面——精铣C面、B面——刮研C面、B面[手工加工]
•——精加工两E面——半精镗（Ø52）孔——精镗Ø52H7孔——钻、铰Ø12H7孔
•——铣切（5mm）分离上下螺母座——钻M10底孔（Ø8.5）——攻M10螺纹——钻2-Ø7及锪孔
（2）方案二（工序集中）：
•预先热处理——粗铣C面、B面、D面——半精铣C面、B面——铣2-1X3退刀槽——精铣C面、B面——刮研C面、B面[手工加工]
•——粗加工两E面与粗镗（Ø52）孔——精加工两E面与半精镗、精镗（Ø52）孔——钻、铰Ø12H7孔
•——铣切（5mm）分离上下螺母座——钻M10底孔（Ø8.5）与攻M10螺纹——钻2-Ø7及锪孔
4.2定位基准选择与分析
（1）精基准选择与分析
主要加工表面有C、B面和Ø52H7孔及Ø12H7孔，按先面后孔的原则，先选择加工Ø52H7孔的精基准。
选择：
精加工过的C、B面与一侧面为定位基准，其中C面限制3个自由度，为主要定位基准面，B面限制2个自由度，为第二定位基准。
B
C
（2）粗基准选择与分析
1）加工燕尾导轨面（ＣＢＤ）的基准
方案一：
以预铸孔Ø44为主要定位基准，这样加工C、B后以它们为精基准加工Ø52孔时，使孔的加工余量均匀。
方案二：
以预铸孔Ø44的外壁为主要定位基准，采用对中性定位元件定位，这样加工C、B后以它们为精基准加工Ø52孔时，使孔加工后的壁厚均匀。
（如下图所示）
２）Ø52H7孔与2-E面的加工基准
采用以车代镗加工方式，先加工一端面和内孔，再掉头加工另一端面。
采用C面限制3个不定度，B面限制2个不定度，活动V形块限制1个不定度（对中）的定位方案
３）加工燕尾上2-Ø12H7孔的定位基准
１.C面为第一定位基准，限制3个自由度（保证与C面垂直度的要求）；
２.B面为第二定位基准，限制2个自由度（保证两孔连线与Ø52H7孔轴线在水平面的垂直度要求）；
３.Ø52H7孔以削边销定位，限制1个自由度（保证两孔对中）。
４）铣开上下螺母座时的定位基准
５）钻螺纹底孔、攻M10螺纹时的定位基准
4.３加工方案选择与分析
方案一是先加工燕尾及空刀槽，然后以此为基准加工孔Ø52Ｈ７，遵循了先面后孔，先粗后精，先主后次的加工原则；而方案二是采用工序集中的原则，但是每一道工序都是粗加工，半精加工，精加工，工序之间违背了先粗后精的原则，并且两种方案相比较，先加工燕尾及空刀槽，然后再以此为基准加工孔Ø52Ｈ７，这时的位置精度较易保证，并且定位及装夹等比较方便。
故方案一好。
4.4确定加工方法
1、平面加工[主要是燕尾导轨的加工]：
采用刨削加工方式
2、孔加工[主要是Ø52H7、2-Ø12H7孔的加工]：
采用片状铣刀，工件旋转一偏转角。
3、加工余量与精度等级
粗刨：
1.5IT11
精刨：
0.85IT8～9
刮研：
0.15IT6～7
4、Φ52H7孔与2个E面的加工（以车代镗在车床上加工）
采用以车代镗加工方式，先加工一端面和内孔，再掉头加工另一端面。
采用C面限制3个不定度，B面限制2个不定度活动V形块限制1个不定度（对中）的定位方案
粗镗（IT11）----半精镗（IT9）--—精镗（IT8）——精铰（IT7）
5、2-Φ12H7孔的加工
钻套：
固定钻套、可换钻套、快换钻套
由于需要钻底孔孔径、粗铰孔、精铰孔步骤，所以使用快换钻套进行加工。
6、2-Φ12H7孔的加工
按照工序集中的原则，选择一次安装、多工序内容加工的工艺安排工艺过程[对应加工过程所达到的经济精度和相应定尺寸刀具参数]：
精铰（IT712mm）—---粗铰（IT911.95mm）--—扩孔（IT1011.85mm）---—钻孔（IT1111mm）
[钢件或孔径大于Φ15mm时的铸件]
12mm---—11.95mm---—（不扩孔）---—11.80mm
４.5草拟各个工序内容
1.Ø52Ｈ７孔
选择：
采用C面限制3个不定度，B面限制2个不定度，活动V形块限制1个不定度（对中）的定位方案。
加工过程：
粗车至47mm；粗车第二次至50mm；精车至51.5mm；粗铰至51.92mm；精铰至Ø52Ｈ７，表面粗糙度为Ra1.6μm,工序余量为0.08mm。
2.2×Φ12孔
选择：
C面为第一定位基准，限制3个不定度（保证与C面垂直度的要求）；
B面为第二定位基准，限制2个不定度（保证两孔连线与Ø52H7孔轴线在水的垂直度要求）；
Ø52H7孔以削边销定位，限制1个不定度（保证两孔对中）。
加工过程：
钻至Φ11；半精铰，精铰至Φ12。
3.一端面
粗车至99；半精车至97.8；精车至97。
4.另一端面
粗车至96；半精车至95.5；精车至95。
第五章钻2-Φ12H7孔钻模设计
5.1定位方案分析与设计
为保证Φ12孔中心轴线与C面垂直度达到0.05，应限制X旋转，Y旋转；
为保证Φ12孔的轴向位置应限制Z移动；
为保证Φ12孔相对于Φ52孔中心线的对称度应限制X移动；
为保证Φ12孔与Φ7孔垂直分布应限制Z旋转；
为保证Φ12孔与E面间的距离应限制Y移动；
综合结果应限制所有六个自由度，完全定位。
（1）定位块（在C面限制3个自由度；在左侧定位块侧面限制2个自由度）
（2）削边销（限制1个自由度）
（3）待加工面为两个Ø12H7孔，定位基准为特殊表面定位，采用两梯形块和菱形销定位，其定位精度高，工件装卸和排屑方便。
5.2定位元件的结构设计
（1）定位块：
左定位块：
上底：
35mm下底：
51mm高：
22mm长：
130mm
左定位块中间有一方块凸起，长130mm，高2mm，宽5mm;
右定位块：
上底：
18mm下底：
30mm高：
16mm长：
130mm
（2）削边销：
菱形销宽b=8mm;B=D2-5=52-5=47；
δLg/2=0.05δLg=0.1
δLx=（1/5～1/3）×δLg=0.02
△2=2×b（δLx+δLg-△2/2）/D2=0.04
d2=D2-△2=52-0.04=51.96
配合选用g6
5.3对刀导向元件设计
两个Ø12H7孔的加工，在钻孔后还需铰孔。
因此应采用快换钻套，以便换刀后能迅速更换钻套。
（1）快换钻套（JB/T8045.3—1999）尺寸如图所示：
d=12;D1=30;D2=26;D=18+0.001+0.012;h=10;h1=4;H=16
配用螺钉M6，r=20,m=11;m1=11;α=550
（2）阶形螺钉（45钢，JB/T8045.5—1999）尺寸如下图
d=6;D=13;H=5;b=1.5;h=2;d1=8;d2=4.5;b1=2;l0=10;
C=0.5;C1=0.8;R=0.5
（3）衬套（JB/T8045.4—1999）尺寸如图所示：
d=18+0.034+0.034;D=26+0.015+0.028;H=28
5.4夹紧方案设计
根据加紧装置设计的基本要求，加紧力的方向应垂直于主要定位平面。
由于该零件加工属于中批生产，加工表面尺寸小，故可以考虑手动加紧方式。
而夹具体为钢板焊接结构，考虑装卸工件方便，采用螺旋加紧机构。
（1）夹紧方案设计如下图所示
（2）夹紧螺钉（JB/T8006.3—1999）及其手柄设计如下图：
M12;d0=10;D=20;H=16;L1=100;L=90
（3）手柄球选用A型M6，手柄球尺寸如下图所示：
（4）夹紧力分析
PZ=427Df0.8KP=427*11.80*0.80.8*1=4214.85NFZ=PZ=4214.85N
T=120D2.2f0.8KP=120*11.802.2*0.80.8*1=22897.79N.m
W=T/L=22897.79/（42/2）=1090.37NFX=W=1090.37N
F=
X2+FZ2）=4353.60N
5.5夹具整体设计
（1）钻模类型选择
根据待加工面的位置情况，需要在平面上相隔36mm的两个位置上进行钻孔，因此钻模类型可采用固定式钻模。
固定式钻模夹具设计要考虑工件装卸、排屑等操作方便。
在保证足够强度的条件下，重量要尽量轻以及制造工艺性好等要求。
为此采用了钢板焊接而成的夹具体。
（2）钻模板的选择
由于采用钢板焊接型夹具体，钻套可直接装在夹具体上。
夹具体上侧壁厚取22mm，安置钻套处加凸台厚6mm，左右两侧钢板根据强度要求壁厚取16mm，底部钢板壁厚取10mm，且在底部开一个80mm的排屑槽。
（3）夹具体其它结构设计
1）手拉式定位器如下图：
1.定位销（T8，JB/T8021.1—1999）
2.导套（45钢，JB/T8021.1—1999）
3.螺钉（45钢，GB/T67—2000）
4.弹簧（碳素弹簧钢丝II，GB/T68—2000）
5.销（45钢，GB/T119.1—2000）
6.把手（Q235，GB/T221—1991）
I.定位销尺寸
d=12;d1=8;d2=2;l3=52;l4=82;l1=151
II.螺钉
选用M5开槽盘头螺钉
III.弹簧
簧丝直径d=1.6mm拉伸弹簧的节距P=d=1.6mm
外径D2=10+1.6=11.6mm;内径D1=10-1.6=8.4mm
旋绕比=10/1,6=6.25,有效圈数选12圈
死圈距离+5+工作行程=13*1.6+5+25=50.8
取弹簧最大拉伸长度为50mm。
IV.把手
D=35;L=30;d=8H9;SR=35;r1=8;d1=18;d2=15;
l1=l2=20;l3=8
5.6绘制夹具总图
（1）机床夹具装配图应标注的尺寸
夹具最大轮廓尺寸；
零件间的配合尺寸；
零部件间的相互位置要求（可在技术要求中注明）；
可动零部件的最大位移尺寸；
定位元件间的相互位置尺寸（夹具的功能尺寸）；
定位元件与对刀导向元件的相互位置尺寸（夹具的功能尺寸）；
（2）机床夹具装配图的技术要求
定位元件工作表面C面相对于夹具对定表面的平行度要求；
钻套轴心线相对于夹具对定表面C面的垂直度要求；
定位元件工作表面C面间的平面度要求；
钻套轴心线相对于定位元件表面C面的垂直度要求；
钻套轴心连线相对于定位元件B面的平行度要求；
钻模板工作表面相对于对定表面的平行度要求；
第六章设计心得体会
此次的课程设计虽然是为期两周，但实际上由于认识实习的耽误使我们设计的时间大大减少，即使胡老师非常体贴，为我们减少了设计量同时为我们提供了一系列的设计思路，但是在那么短的时间完成草图，正式图，说明书的编写，真心来讲还是挺赶的。
但是此次设计中还是学到了不少东西，首先是工艺过程卡的编制，工艺卡有很多讲究的，首先编号与编号之间得留出间隔，以便以后能添加工序，其次不得以000或001开头，因为第一道工序也有可能会改变。
每一道工序，工序中的每一道工步，基于什么样的设计原则进行设计，加工余量，工序余量如何制定才合理，这是摆在我面前的难题，首先我们基于先主要后次要，先面后孔，先粗后精等原则来设计每一道工序，其次通过对加工设备的了解以及查阅设计手册，定下加工余量然后分配每一道工序余量，以及达到的加工精度。
对于钻2-Ø12H7孔钻模（钻床夹具）设计，更是将我们在机制工艺里所学的知识用于实际，定位元件设计及分析，对刀导向元件的设计，夹紧元件的设计，夹具整体的设计，每一个部分如何分析，如何选用，如何使之合理，这都是能力的提升。
最让我印象深刻的还是设计过程中的经济性，钢板的厚度能薄就薄，因为质量越轻，工人搬起来越方便，销，螺钉，螺栓能设计成一样的就设计成一样，因为这样买零部件的时候就方便了，左右横跨距离不要过大，因为实际工厂车间里距离不是很大，太大了容易碍事。
这些学来的实际经验非常受用。
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