机械制造综合课程研究设计夹具.docx
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机械制造综合课程研究设计夹具
机械制造综合课程设计
2012-2013第1学期
题目:
车床杠杆钻床夹具
学号：
姓名：
班级：
09机械设计制造1班
指导教师：
成绩：
机电与汽车工程学院
2013年1月
目录
一、零件的分析4
1.零件的作用4
2.零件的工艺分析4
二、确定生产类型6
三、确定毛坯6
１.选择毛坯6
２.确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差6
３.确定机械加工余量6
４.确定毛坯尺寸6
５.确定毛坯尺寸公差7
６.设计毛坯图7
四、工艺规程设计7
1.定位基准的选择7
2.零件表面加工方法的选择8
3.制定工艺路线8
4.选择加工设备与工艺装备9
（1）选择机床9
（2）选择夹具9
（3）选择刀具9
（4）选择量具10
5.确定工序尺寸10
6.确定切削用量及基本时间10
①工序Ⅲ粗铣钢球孔端面10
②工序Ⅳ加工φ12.7盲孔11
③工序Ⅶ钻沉头孔及攻螺纹13
五、夹具设计16
1、问题提出16
2、夹具设计16
3、定位误差分析18
4、夹紧设计及操作的简要说明18
参考文献20
《机械制造综合课程设计》
设计任务书
设计题目：
车床杠杆钻床夹具
设计要求：
设计钻的孔的钻床夹具
生产类型：
中批量生产
毛坯类型：
铸件
设计内容：
1、绘制产品零件图
2、确定定位及夹紧方案
3、绘制夹具总装图
4、绘制夹具零件图
5、编写设计说明书
工序加工要求：
1、钻的孔，满足零件图要求。
一、零件的分析
1.零件的作用
题目所给的零件是CA6140车床的杠杆。
它位于车床制动机中，主要起制动作用，杠杆一端与制动带连接，另一端通过钢球与齿条轴的凸起（或凹槽）相接处，当离合器脱开时，齿条轴与杠杆下端接触，是起逆时针方向摆动，将制动带拉紧；当左右离合器中任一个接合时，杠杆都顺时针方向摆动，使制动带放松，从而达到制动的目的。
2.零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，为此以下是杠杆需要加工表面以及加工表面的位置要求。
现分析如下：
（1）主要加工面：
1）小头钻以及与此孔相通的Φ14阶梯孔、M8螺纹孔；
2）钻Φ
锥孔及铣Φ
锥孔平台；
3）钻2—M6螺纹孔；
4）铣杠杆底面及2—M6螺纹孔端面。
（2）主要基准面：
1）以Φ45外圆面为基准的加工表面
这一组加工表面包括：
的孔、杠杆下表面
2）以的孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
Φ14阶梯孔、M8螺纹孔、Φ
锥孔及Φ
锥孔平台、2—M6螺纹孔及其倒角。
其中主要加工面是M8螺纹孔和Φ
锥孔平台。
杠杆的Φ25孔的轴线合两个端面有着垂直度的要求。
现分述如下：
本套夹具中用于加工Φ25孔的是立式钻床。
工件以Φ25孔下表面及Φ45孔外圆面为定位基准，在定位块和V型块上实现完全定位。
加工Φ25时，由于孔表面粗糙度为
。
主要采用钻、扩、铰来保证其尺寸精度。
本套夹具中用于加工杠杆的小平面和加工Φ12.7是立式铣床。
工件以孔及端面和水平面底为定位基准，在长销、支承板和支承钉上实现完全定位。
加工表面：
包括粗精铣宽度为30mm的下平台、钻Ф12.7的锥孔，由于30mm的下平台的表面、孔表面粗糙度都为
。
其中主要的加工表面是孔Ф12.7，要用Ф12.7钢球检查。
本套夹具中用于加工与Φ25孔相通的M8螺纹底孔是用立式钻床。
工件以孔及其下表面和宽度为30mm的下平台作为定位基准，在大端面长圆柱销、支承板和支承钉上实现完全定位。
加工M8螺纹底孔时，先用Φ7麻花钻钻孔，再用M8的丝锥攻螺纹。
二、确定生产类型
根据设计任务，生产类型为中批量生产
三、确定毛坯
１.选择毛坯
该零件材料为ＨＴ２００，考虑到零件的结构以及材料，选择毛坯为铸件，由于零件中批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故采用金属型铸造。
这从提高生产率，保证加工精度以及节省材料上考虑，是合理的。
２.确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差
要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。
（１）铸件机械加工余量等级该值由铸件的成型方法和材料确定，成型方法为金属型铸造，材料为灰口铸铁，确定加工余量等级为Ｆ。
（２）铸件尺寸公差根据表4.2毛坯铸件的基本尺寸处于１００～１６０之间，而铸件的尺寸公差等级取为８级，取铸件的尺寸公差为１.８mm。
３.确定机械加工余量
根据查得的毛坯的加工余量等级为Ｆ，以及铸件的尺寸，定铸件的机械加工余量为2.5mm。
４.确定毛坯尺寸
根据成型零件的基本尺寸，以及确定的机械加工余量和铸件的尺寸公差确定毛坯的尺寸为基本尺寸加上4.3mm。
５.确定毛坯尺寸公差
根据表4.2毛坯的尺寸公差等级去为８级，确定尺寸公差为１.８mm。
６.设计毛坯图
毛坯图如上图所视。
四、工艺规程设计
1.定位基准的选择
本零件是带孔的杆状零件，孔是其设计基准，在铣削零件的三个平面以及钻孔的时侯，都应以孔为定位基准，避免基准不重合误差的产生，在铣削底面时应该以不需要加工的面为粗定位基准。
2.零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有端面，内孔，螺纹孔，其中端面有一个大底面和二个小端面，内孔有φ25mm和φ12.7mm各一个孔，螺纹孔有M6和M8各一个。
材料为灰铸铁。
以公差等级和表面粗糙度要求，其加工方法选择如下。
（1）大底面据表面粗糙度3.2，考虑加工余量的安排，根据表4.6选用先粗铣后半精铣的方法加工。
（2）25mm的孔根据表面粗糙度，选公差等级为IT8，根据表4.9选用先钻
，后扩再粗铰再精铰的加工方法。
（3）端面一据表面粗糙度6.3，根据表4.6采用铣削的加工方法，铣一刀。
（4）12.7mm的孔根据表4.19选用钻削的加工方法。
（5）端面二根据表面粗糙度3.2，根据表4.6选用先粗铣后半精铣的加工方法。
（6）M6螺纹孔根据螺纹的加工方法，选用先钻后倒角再攻丝的加工方法。
（7）M8螺纹孔根据螺纹的加工方法，选用先钻后倒角再攻丝的加工方法。
3.制定工艺路线
根据该零件的结构以及需要选用的定位基准，按照先加工基准面，以及先粗后精的的原则，该零件应先加工大底面，再钻孔，再加工其他表面的方法，具体工艺路线如下：
工序Ⅰ：
以不需要加工的底面为粗基准，铣削另一个底面。
工序Ⅱ：
以铣削过的底面和直径45的外圆表面定位，钻直径25的孔。
工序Ⅲ：
以铣削过的底面和钻削后的孔和一个支撑为定位，铣削端面一，保证长度30mm的尺寸。
工序Ⅳ：
以铣削过的底面和钻削后的孔和一个支撑为定位，钻削直径12.7的孔。
工序Ⅴ：
以铣削过的底面和钻削后的孔和一个支撑为定位，铣削端面二，保证长度90mm的尺寸。
工序Ⅵ：
以铣削过的底面和钻削后的孔和一个支撑为定位，加工M6的螺纹孔。
工序Ⅶ：
以铣削过的底面和钻削后的孔和一个支撑为定位，加工M8的螺纹孔
4.选择加工设备与工艺装备
（1）选择机床
根据不同的工序选择机床。
a）工序Ⅲ是粗铣。
工序的工步数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用立式铣床。
根据零件外廓尺寸，精度要求，选用X51式立式铣床即能满足要求。
b）工序Ⅳ是钻、扩孔,Ⅵ、Ⅶ是钻孔、锪孔、攻螺纹。
由于加工面位置分散，表面粗糙度数值要求不同，因而选择Z535钻床。
（2）选择夹具
本零件结构不规则，不易进行装夹、定位，故工序Ⅲ，Ⅳ，Ⅵ，Ⅶ均选择专用夹具。
（3）选择刀具
根据不同的工序选择刀具。
a）工序Ⅲ铣端面时，在立式铣床上加工，所以选择端铣刀。
按表查得，选用镶齿套式面铣刀根据零件加工尺寸，所选铣刀直径D＝32mm，齿数Z＝4。
材料选择硬质合金钢。
b）工序Ⅳ钻孔时，选择高速钢麻花钻头d＝12mm，长度L＝102mm，齿数Z＝3。
材料选择高速钢。
c）工序Ⅶ钻孔时，选择高速钢麻花钻头d＝7mm，长度L＝150mm，齿数Z＝3。
材料选择高速钢。
d）工序Ⅳ扩孔时，选择高速钢锥柄扩孔钻的d=12.7mm,长度L＝102mm，齿数Z＝3。
材料选择高速钢。
e）工序Ⅶ锪孔时，选择带导柱直柄平底锪钻。
直径d＝14mm，d1=6.6mm，长度L＝150mm。
材料选择高速钢。
f）工序Ⅶ攻螺纹时，根据螺纹公称直径选择M8丝锥，直径d＝10mm，长度L＝72mm，螺距P＝1.25。
（4）选择量具
本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。
根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考有关资料，选择如下。
a）选择加工平面所用量具。
铣端面，选择读数值0.02，测量范围0～150游标卡尺。
b）选择加工孔所用量具。
Φ12.7mm孔经过钻，扩两次加工，选择Φ12.7mm钢球检查。
M8×6H螺纹经过钻,锪孔，攻螺纹加工，钻,锪孔时选择读数值0.01，测量范围5～30的内径千分尺，攻螺纹时选择螺纹塞规进行测量。
5.确定工序尺寸
本零件各工序加工余量，工序尺寸及公差，表面粗糙度见下表。
（mm）
加工表面
工序余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度/
粗
半精
粗
半精
粗
半精
端面
3
14
6.3
孔
12
0.7
12.5
6.3
M8螺纹底孔
7
沉头孔
M8螺纹
1.6
M8
6.确定切削用量及基本时间
①工序Ⅲ粗铣钢球孔端面
1）切削用量
本工序为铣，已知加工材料为HT200，铸件；机床为X51式立式铣床，工件装夹在专用夹具上。
（1）确定背吃刀量aP本工序加工余量aP=3mm。
（2）确定每齿进给量fz本工序要求加工表面粗糙度为Ra≤6.3μm，侧面表面粗糙度为Ra≤12.5μm，于是取每转进给量fr=0.6mm/r，则fz=fr/z=0.15mm/z
（3）选择铣刀磨钝标准及寿命查表得后刀面最大磨损限度为0.5mm，刀具寿命为180min
（4）确定切削速度v和工作台每分钟进给量fM
当寿命为180min，d0/z=32/4=8，aP=3mm，fz=0.15mm/z时，v=90m/min，
n=1000r/min，fM=316mm/min。
其修正系数为kMv=kMn=kMfn=0.89
Kkrv=kkrn=kkrfn=1.1
所以v=91m/minn=1100r/minfM=309.4mm/min
根据X51立式铣床说明书选择
n=1225r/minfM=300mm/min
则实际切削速度和每齿进给量为
v=94.3m/minfz=0.14mm/z
2）.基本时间
经计算平面铣削长度为30mm，入切量及超切量取铣刀直径的一半。
故铣削该平面的基本时间为
Ti=（30+15）/300=9s
②工序Ⅳ加工φ12.7盲孔
本工序为钻，已知加工材料为HT200，铸件；机床为Z535立式钻床，工件装夹在专用夹具上。
1）切削用量
（1）.确定粗加工Φ12.7mm孔的切削用量。
所选刀具为直柄麻花钻。
Ⅰ.确定背吃刀量ap
钻孔粗加工双边余量12mm，显然ap＝12/2＝6mm。
Ⅱ.确定进给量f
根据表5-127，在高速钢钻头钻孔时，麻花钻直径为φ12mm,进给量f＝0.12～0.20mm/r，选择进给量为0.16mm/r。
Ⅲ.选择钻头磨钝标准及耐用度
根据表5-130,高速钢钻头粗加工灰铸铁，后刀面最大磨损限度0.5～0.8，取值为0.6。
根据表5-130,φ5.8mm高速钢钻头平均寿命T＝20min。
Ⅳ.确定切削速度v
根据表2-13,钻孔时切削速度的计算公式
其中＝9.5，＝12mm，T＝20min，m＝0.125，＝2.9mm，Xv＝0，
fz＝0.16，＝0.55，＝0.25，＝0.75×0.84。
计算得：
v＝18.01m/min。
（2）.确定扩Φ12.7mm孔的切削用量。
所选刀具为高速钢扩刀。
Ⅰ.确定背吃刀量ap
扩孔双边余量0.7mm，显然ap＝0.7/2＝0.35mm。
Ⅱ.确定进给量f
根据表5-128，在高速钢扩孔时，加工材料为灰铸铁，扩刀直径为φ12.7mm,进给量f=0.20-0.40mm/r，选择进给量为0.30mm/r。
Ⅲ.选择扩刀磨钝标准及耐用度
根据表5-130,高速钢扩刀加工灰铸铁，后刀面最大磨损限度0.4～0.6，取值为0.5。
根据表5-130,φ12.7mm扩刀加工灰铸铁平均寿命T＝60min。
Ⅳ.确定切削速度v
根据表2-13,扩孔时切削速度的计算公式
其中＝15.6，＝12.7mm，T＝60min，m＝0.3，＝0.1mm，Xv＝0.1，
fz＝0.3，＝0.5，＝0.2，＝0.75×0.84。
计算得：
v＝16.1m/min。
2）基本时间
（1）.确定粗加工Φ12.7mm孔的基本时间根据表2-26，钻孔的基本时间为
其中＝60°，=cot（1~2）＝1~4＝2mm，D＝12mm，l＝4.4mm，f＝0.16mm/r，n＝10.5r/s。
计算得：
T＝11s。
（2）.确定扩Φ12.7mm孔的基本时间
根据表2-26，扩孔的基本时间为
其中＝60°，=cot（1~2）＝4.4mm，D＝12.7mm，，
l＝9mm，f＝0.3mm/r，n＝10.5r/s。
计算得：
T＝10.5s。
③工序Ⅶ钻沉头孔及攻螺纹
本工序为钻，已知加工材料为HT200，铸件；机床为Z535立式钻床，工件装夹在专用夹具上。
1）切削用量
（1）.确定粗加工M8螺纹底孔的切削用量。
所选刀具为直柄麻花钻。
Ⅰ.确定背吃刀量ap
钻孔粗加工双边余量6.4mm，显然ap＝6.4/2＝3.2mm。
Ⅱ.确定进给量f
根据表5-127，在高速钢钻头钻孔时，麻花钻直径为φ6.4mm,进给量f＝0.27～0.33mm/r，选择进给量为0.3mm/r。
Ⅲ.选择钻头磨钝标准及耐用度
根据表5-130,高速钢钻头粗加工灰铸铁，后刀面最大磨损限度0.5～0.8，取值为0.6。
根据表5-130,φ6.4mm高速钢钻头平均寿命T＝20min。
Ⅳ.确定切削速度v
根据表2-13,钻孔时切削速度的计算公式
其中＝9.5，＝6.4mm，T＝20min，m＝0.125，＝2.9mm，Xv＝0，
fz＝0.3，＝0.55，＝0.25，＝0.75×0.84。
计算得：
v＝12.7m/min。
（2）.确定锪孔的切削用量。
所选刀具为带导柱直柄平底锪钻。
Ⅰ.确定背吃刀量ap
锪孔双边余量6mm，显然ap＝6/2＝3mm。
Ⅱ.确定进给量f
根据表5-128，在高速钢铰刀铰孔时，加工材料为灰铸铁，锪刀直径为φ14mm,进给量f＝0.5～0.6mm/r，选择进给量为0.5mm/r。
Ⅲ.选择锪刀磨钝标准及耐用度
根据表5-130,高速钢锪刀加工灰铸铁，后刀面最大磨损限度0.4～0.6，取值为0.5。
根据表5-130,φ14mm锪刀加工灰铸铁平均寿命T＝60min。
Ⅳ.确定切削速度v
根据表2-13,锪孔时切削速度的计算公式
其中＝15.6，＝14mm，T＝60min，m＝0.3，＝0.1mm，Xv＝0.1，
fz＝0.5，＝0.5，＝0.2，＝0.75×0.84。
计算得：
v＝8.3m/min。
（4）.确定攻M8螺纹的切削用量。
所选刀具为M8丝锥。
Ⅰ.确定背吃刀量ap
攻M8螺纹双边余量1.3mm，显然ap＝1.3/2＝0.65mm。
Ⅱ.确定进给量f
根据表5-127，攻M8螺纹时，加工材料为灰铸铁，进给量为0.3mm/r。
Ⅲ.确定切削速度v
根据表5-142，螺纹直径8mm，螺距1.25，加工灰铸铁，查表得v＝8m/min。
2）基本时间
（1）.确定粗加工M8螺纹底孔的基本时间根据表2-26，钻孔的基本时间为
其中＝60°，=cot（1~2）＝1~4＝2mm，D＝6.4mm，l＝20mm，f＝0.3mm/r，n＝10.5r/s。
计算得：
T＝10s。
（2）.确定锪M8螺纹底孔的基本时间根据表2-26，锪孔的基本时间为
其中＝60°，=cot（1~2），D＝14mm，，
l＝3mm，f＝0.5mm/r，n＝6.67r/s。
计算得：
T＝5.3s。
（3）.确定攻M8螺纹的基本时间根据表2-30，攻螺纹的基本时间为
其中＝（1~3）P，＝（2~3）P，P＝1.25，l＝18mm，f＝0.3mm/r，n＝6.67r/s，
i＝1。
计算得：
T＝28.5s。
五、夹具设计
工序30钻直径12.7的孔的夹具设计，本夹具将用于z535钻床。
刀具为（直柄麻花钻），为达到零件工艺要求，对零件进行钻。
1、问题提出
利用本夹具主要是钻直径12.7的孔。
此孔没有特殊的形位要求。
因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动的生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。
2、夹具设计
1） 根据定位基准的选择原则，工件以孔及端面和水平面底为定位基准。
2） 切削力及夹紧力计算
Fz=
查表可得=30、=1.0、=0.65、=0.83、=0.83、
===0.965
因此Fz=9.81×30×2.5×0.48×0.965×2.5÷25.7=33.2N
水平分力=（1～1.2）Fz=1.1Fz=36.5N
垂直分力=0.3Fz=10N
所以能够引起松动的最大切削力中水平分力=36.5N、垂直分力=0.3Fz=10N
由夹紧力机构产生的实际夹紧力应满足下式
P=K×F’
其中：
其余系数K=K1×K2×K3×K4
K1——基本安全系数1.5
K2——加工性质系数1.5
K3——刀具钝化系数1.1
K4——断续刀削系数1.2
所以引起沿夹紧结构轴线方向上松动的最大切削力为P=1.5×1.1×1.2×1.2×36.5=86.7N。
考虑实际夹紧力较小，以及所加工零件的结构特征，决定选用螺旋夹紧结构
则所承受的弯矩最大为Mmax=6936.5N=25N.m
夹紧结构所能受的矩远远大于Mmax。
3、定位误差分析
由于所加工的零件对本工序加工的面没有特殊的技术要求，虽然由于定位孔的加工误差以及底面的误差，可能产生所加工的面的平面度、位置度等形位误差，但是在这里是允许的。
4、夹紧设计及操作的简要说明
如前所述，在设计夹夹具时，应该注意劳动生产率。
但是考虑到本零件结构的特殊性，以及所需的夹紧力较小等原因，螺旋夹紧机构成了首选的方案。
这种结构的缺点就是夹紧过程慢，且装卸不太方便。
为了解决这一矛盾，我将其中的一个定位销设计成活动的。
参考文献
［1］陈丽德．机械制造技术基础课程设计．北京：
高等教育出版社，2009
［2］吴拓，方琼珊．机械制造工艺与机床夹具课程设计指导．机械工业出版社，2005
［3］孙玉芹，孟兆新．«机械精度设计基础» ．科学出版社出版
［4］李庆寿，机床夹具设计.机械工业出版社
［4］刘文剑，夹具工程师手册.黑龙江科学技术出版社
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