手柄夹具设计说明书.docx
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手柄夹具设计说明书
工艺与夹具课程设计任务书
（第1组）
设计题目：
“手柄”零件机械加工工艺及φ4孔（位于尺寸13处）钻模设计
设计条件：
批量生产
设计内容：
1产品零件图（一张，CAD图，打印）
2产品毛坯图（锻造毛坯）（一张，CAD图打印）
3机械加工工艺过程卡片（该零件完整的工艺过程，手写或打印）
4机械加工工序卡片（所设计夹具对应的工序，一张，手写或打印）
5夹具设计（装配图一张，主要零件图三张，全部为1：
1铅笔图）
6工艺、夹具设计说明书（6000字以上，用专用纸撰写）
学院工学院
班级07机制本1班
学号70611033
姓名周晓龙
指导教师周太平
2010年5月13日
1.序言
2.零件分析
零件图
零件工艺
3.工艺规程设计
确定毛坯制造形式
基面的选择
制定工艺路线
机械加工余量、工序尺坟及毛坯尺寸的确定
4.专用夹具设计
设计主旨
夹具设计
切销力及夹紧力的计算
误差分析与计算
夹具设计操作及操作的简要说明
5.课程设设心得体会
6.参考文献
序言
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。
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链接，也是一次理论联系实际的训练。
因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自已将来从事的工作一次较为全面的适应性训练，从中巩固了自已的专业知识、锻炼自已分析问题、解决问题的能力，为今后的毕业设计及走向社会打下了一个坚实、良好的基础。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处,敬请见谅.。
一、零件分析
1．零件图。
手柄（KCSJ—01）零件图
手柄零件实体图
2．零件的工艺。
该零件共有6个待加工的地方：
平面加工包括零件上、下平面，孔系加工包括Φ38mm、Φ22mm,另外还有深48mm高10mm的半圆键槽。
现对其分析如下：
1．上、下平面的表面加工:
粗铣、半精铣该两表面，其表面粗糙度的要求达到Ra=6.3;
孔表面的加工：
钻、半精镗Φ38中心孔及其倒角C1X45°,位置要求是与下表面垂直度达到0.08,粗糙度要求达到Ra=3.2；
3．钻、半精镗Φ22中心孔，粗糙度要求达到Ra=3.2；
4．精铣、半精铣半圆槽，粗糙度要求达到Ra=6.3。
5.钻、精铰Φ4孔。
二、工艺规程设计
1．确定毛坯的制造形式
零件材料为45钢。
批量生产，故采用模锻成型,这对于提高生产率、保证加工质量也是有利的。
2．基面的先择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择得正确、合理，可以保证质量，提高生产效率，否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报费，使生产无法进行，经济蒙受损失。
1）.粗基准的选择
粗基准,采用未经加工过的铸造，锻造或轧制得到的表面作为定位基准面。
选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。
粗基准选择应当满足以下要求：
粗基准的选择应以加工表面为粗基准。
目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。
如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。
以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。
选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。
例如：
机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。
因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。
这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。
应选择加工余量最小的表面作为粗基准。
这样可以保证该面有足够的加工余量。
应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。
有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。
选取零件的圆孤外表面作为粗基准。
2）.精基准的选择
精基准，用加工过的表面作为定位基准面。
基准重合原则。
即尽可能选择设计基准作为定位基准。
这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。
基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。
基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。
例如：
轴类零件常用顶针孔作为定位基准。
车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。
互为基准的原则。
选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。
例如：
对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。
自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。
例如：
磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。
此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。
此外，还应选择工件上精度高。
尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。
并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。
选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。
选取零件的上、下表面为零件的精基准。
3.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形状、尺寸精度及定位精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以采用万能机床配以专用工夹具,并尽量使工序集中来提高生产率,除此以外,还应考虑经济效果,以便降低生产成本。
遵循粗精分开和先面后孔的原则。
工艺路线总体方案:
工序1:
粗铣零件上、下端面、半圆槽，以圆孤端面为粗基准，用X6132型卧式升降台铣床及专用夹具；
工序2：
半精铣零件上、下端面、半圆槽，以下端面为精基准,半圆槽铣刀选用凸半圆铣刀,糙度要求达到Ra=6.3；
工序3：
钻Φ38、Φ22两孔，选用Z535及专用钻模；
工序4：
半精镗Φ38、Φ22两孔，并且Φ38倒角C1X45°，选用T740型卧式镗床及专用夹具加工,粗度要求达到Ra=3.2；
工序5:
钻、精铰Φ4孔,选用Z535及专用钻模；
工序6：
冲箭头；
工序7:
终检。
个人认为此工艺路线设计比较合理,遵循了先精后精、先面后孔、先主后次、基准先行。
4.机械加工余量、工序尺坟及毛坯尺寸的确定
手柄材料为45钢,硬度为207~241HBW,45钢材料密度为7.85g/m3,经粗略计算毛坯重量约为1320g,生产为批量生产，可以采用在锻锤上合模模锻毛坯。
锻件形状复杂系数S是锻件重量mf与相对应的锻件外廓包容体的重量mN之比,即S=mf/mN,经粗略计算得S=0.85.因为根据S值的大小,锻件形状复杂系数可分为4个等级:
S1级（简单）:
0.63S2级（一般）:
0.32S3级（较复杂）:
0.16S4级（复杂）:
0本锻件S=0.85属S1级（简单）,由此可得锻件的上偏差为+1.4,下偏差为-0.6.
根据以上资料及加工工艺，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如下：
1）.毛坯的结构工艺要求
手柄为锻造件，对毛坯的结构工艺性有一定要求：
由于模锻件尺寸精度较高和表面粗糙度值低，因此零件上只有与其它机件配合的表面才需要进行机械加工，其表面均应设计为非加工表面。
为了使金属容易充满模膛和减少工序，模锻件外形应力求简单、平直的对称，尽量避免模锻件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构。
模锻件的结构中应避免深孔或多孔结构。
模锻件的整体结构应力求简单。
工艺基准以设计基准相一致。
便于装夹、加工和检查。
结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。
（8）锻件不允许有裂纹、皱折、飞边、砂眼、毛刺等缺陷。
在确定毛坯时，要考虑经济性。
虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。
因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。
在毛坯的种类形状及尺寸确定后，可据此绘出毛坯图。
手柄毛坯图
2）.零件上、下端面
零件的长度为170mm,其厚度为26mm经查表可知,零件的第一次加工余量为2mm,半精铣的余量为1mm,因此毛坯的厚度取32mm.
3）.孔Φ38mm
毛坯为实心,不冲孔。
参照资料确定工序尺寸及余量为:
钻孔:
Φ20mm
钻孔:
Φ36mm2Z=16mm
半精镗:
Φ38mm2Z=2mm
4）.孔Φ22mm
毛坯为实心,不冲孔。
参照资料确定工序尺寸及余量为:
钻孔:
Φ20mm
半精镗:
Φ22mm2Z=2mm
5）.半圆槽
此半圆槽的尺寸精度和表面粗糙度分别为H9，Ra6.3，铣刀选用凸半圆铣刀，分两次加工，即粗铣和半精铣，其工艺尺寸及机械加工余量如下：
粗铣：
Φ9mm
半精铣：
Φ10H9mm2Z=1mm
6）.孔Φ4mm
参照资料确定工序尺寸及余量为:
钻孔:
Φ3.9mm
粗铰：
Φ4mm2Z=0.1mm
由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差,因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量.实际上,加工余量有最大及最小之分.
由于本设计规定的零件为批量生产,应该采用调整法加工,因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式矛以确定。
三、专用夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。
据本题目要求，设计Φ4孔钻模专用夹具计。
1．设计主旨
本夹具主要用来钻Φ4孔,设计时主要应考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题.
2.夹具设计
1）.定位基准的选择
由零件图可知,针对Φ4钻模,用立式钻床,以零件下端面为精基准,采用类似圆柱定位销的轴对Φ38孔定位,再用棱形销对Φ22孔定位，最后采用回转开口压板压紧工件。
2）.夹具的设计
1.钻套的选择。
据题意可知,选用固定钻套,钻套直接压入钻模板或夹具体上,其外圆与钻模板采用H7/n6或H7/r6,d=4mm<26mm,因此材料为T10A,热处理:
HRC58~64,钻套的极限偏差为+0.022mm,+0.010mm,基本尺寸D=7mm,极限偏差为+0.019mm,+0.010mm,D1=10mm,H=16mm,h=2.5mm,C=0.5mm,C1=1mm,C2=1mm,a=0.5mm,b=2mm,δ=0.008mm,所以其标记为钻套A4X16GB2262-1991。
2.钻模板厚度。
模板的厚度一般在15~30mm之间,往往由钻套的高度来确定,必要时可将钻模板局部加厚和适当设置加强筋以增强刚性.钻模板上安装钻套的孔的精度（尺寸、形状和位置精度）应合理规定，如孔中心距的公差一般取工件相应公差的1/3~1/5。
3.钻模板与零件之间的距离。
钻模板与零件的距离通常为0.3~0.7d,这里取0.5d,因为d=4mm,则距离为2mm。
4.轴。
由零件图可知需要定位的孔径大小为Φ38mm,上、下偏差为+0.041、+0.028,和夹具体孔配合为H7/r6或H7/n6,则查表可知D=38mm,H=18mm,基本尺寸d=18mm,取h=8mm,L=42mm,h1=3mm,B=D-5=33mm,b=6mm,b1=4mm,c=6mm,c1=1.5mm。
材料选45钢,选配合为H6/h5,其对对定套孔和导向套孔的同轴度为0.02。
具体设计请见轴零件图。
5.菱形销。
菱形销亦称销边销,由零件图可知菱形销的d=22mm,d的上、下偏差为+0.034mm、+0.023mm,因为d>18mm,则材料选20钢，20钢渗碳深度为0.8~1.2mm,HRC55~60,b=5mm,B=D2-3=22-3=19mm,H=22mm,L=38mm,h1=2mm,b1=3mm,c=5mm,c1=1mm,选配合为H6/h5,其对对定套孔和导向套孔的同轴度为0.02。
6.回转压板。
材料为45钢，热处理为HRC35~40。
回转压板总长为205mm,宽度为20mm,两长端面的粗造度为Ra=3.2,相配的为螺钉，螺钉中心孔的位置距低面高度为15mm，孔内粗糙度要求达到Ra=3.2,通孔直径为16mm,上、下偏差分别为0和-0.28mm,并采用圆孤环形开口，具体见零件图。
7.回转压板处螺母。
选用带肩六角螺母,螺母M16X1.5GB2148-1991，则其D=30mm，H=25mm,基本尺寸S=24mm,上偏差为0,下偏差为-0.280mm,D1≈27.7mm,D2≈23mm,h=4mm。
8.手柄。
手柄选择圆头回转手柄。
经查表选手柄螺母M16GB2156-1991，则D=32mm,L=125mm,H=58mm,h=26mm,d1=16mm,d1上、下偏差为+0.019mm和0mm,d2=5mm,D1=20mm,D2≈12.8mm,H=22mm,h=10mm,f=1mm,螺母为材料为45，M16GB2156
（1）-1991，弹簧片为65Mn,直径为18mm,GB2156
（2）-1991,手柄材料为45，120GB2156（3）-1991,长度为120mm,D2=32mm,基本尺寸b2=16mm,上偏差为-0.050mm,下偏差为-0.160mm,d3=18mm,d4=12mm,d5=8.2mm,l2=105.1mm,h3=14.5mm,基本尺寸h4=14.8mm,上偏差为0，下偏差为-0.100mm,销材料为45,GB119-1986，规格为8n6X30。
9.防松螺母。
防松螺母选Ⅰ型六角螺母,材料为45钢,参照GB/T6170-2000,d=16mm,c=0.8mm,da=16mm,e=26.75mm,m=14.1mm,m’=9.9mm,s=23.67mm，成对使用。
10.垫圈。
选用十字垫圈，材料为45钢，HRC40~45，d=22.5mm,D=38mm,H=4mm规格为20GB2169-1991。
11.各种衬套的内外圆同轴度公差为0.003mm。
12．回转压板处螺钉。
回转压板处螺钉选用开槽螺钉，材料选用45钢，直径D=10m,长度选25mm,参照M10X25GB/T65-2000。
13．钻模板与夹具体处螺钉。
钻模板与夹具体处螺钉选用开槽螺钉,材料选用45钢,直径D=10mm,长度选16mm,参照M10X16GB/T65-2000.
3）.切销力及夹紧力的计算
钻该孔时选用：
台式钻床Z535，刀具选用高速钢刀具。
切削力公式：
Ff=667D1.2f0.7Kp
式中D=4mm,f=0.22mm/r
Kp=（σb/736）0.75
其中：
σb=0.6,Kp=0.0048
即：
Ff=585.5（N）
实际所需夹紧力：
Wk=F*K/（u1+u2）
有：
u1=0.7,u2=0.16
安全系数K可按下式计算有：
K=K0*K1*K2*K3*K4*K5*K6
式中:
K0~K6为各种因素的安全系数，得：
K=1.2*1.0*1.0*1.0*1.3*1.0*1.0=1.56
所以Wk=K*Ff=585.5*1.56=913.38（N）
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。
取K=1.56,u1=0.7,u2=0.16
圆头回转手柄手动螺绽夹紧机构螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：
W0=QL/rttgϕ1+rztg（α+ϕ2）
式中参数可查得：
rt=6.22,rz=2.76,ϕ1=90°,ϕ2=9°50’,α=2°29’
其中:
L=128mm,Q=80N
螺旋夹紧力：
W0=18417.3N
由上述计算易得：
W0>>Wk
因此采用该夹紧机构工作是可靠的。
4）.误差分析与计算
该夹具以端面、两销为定位基准。
该夹具以一面两销定位，两定位销孔尺寸公差为128±0.2mm。
为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。
△j+△W<=δg
与机床夹具有关的加工误差△j，一般可用下式表示：
△j=△1+△2+△3+△Y+△a
由参考文献可得：
一面两孔的定位误差：
在任意方向中：
△Y=δD1+δd1+△1min-△1max
△a=arctan[（△1max+△2max）/2L]
△min和△max分别是定位副配合间隙的最小值与最大值
其中：
δD1=0.052mm,δD2=0mm
δd1=0.041mm,δd2=0.034mm
△1max=0.011mm,△1min=0mm,△2max=0.2mm
，
，
，
得
△Y=0.082mm
△a=0.047mm
⑵夹紧误差：
△1=（ymax-ymin）cosα
其中接触变形位移值：
△1’=（KRazRaz+KHB/HB+c1）（Nz/19.62l）n
查表有KRaz=0.004,KHB=-0.0016,C1=0.412,n=0.7
△1=△1’cosα=0.0028mm
⑶磨损造成的加工误差：
△2通常不超过0.005mm
⑷夹具相对刀具位置误差：
△3取0.01mm
误差总和：
△j+△w=0.1468mm<0.3mm
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。
5）.夹具设计操作及操作的简要说明
由于本零件相对说比较简单,因此夹具也比较简单。
操作如下：
先将零件装在夹具体上,通过圆柱轴和菱形销还有回转压板起一面两销定位，操作者手动夹紧左端带肩六角螺母,再通过旋转右端的圆头回转手柄，圆头回转手柄通过与圆柱轴的螺纹旋合拉动圆柱轴往右移动，从而迫使左端带肩六角螺母压紧回转压板，回转压板压紧工作起到夹紧效果；当零件加工完成后，旋转右端的圆头回转手柄，同理，通过旋合，圆柱轴可以向左拉伸，左端夹紧解除，回转压板退回，零件即可取出。
四、课程设设心得体会
紧张而又辛苦的二周的课程设计不知不觉中悄然地结束了。
似乎才发现，以前的绘图相对于现在来说真的不算什么，当然，人总是在一点一点的进步，课程设计所包含的内容也在一点点的复杂一点点的提升。
很庆幸自已能在这一次设计中，能积极对待，也为自已能掌握这门所谓工科里最难的专业而自豪。
回想起来,总觉得自已还是有很多不足，要掌握的东西很多，很感谢我能有这么一次机会，让自已通过自已更有兴趣去学习、去了解，这样一来,通过它，我学会了一些平时疏忽的问题，巩固了一些半信半疑知识点，为今后的学习，毕业设计，迈向社会打下了一定基础。
本学业学习的内容还很多，正如老师所说，我们这专业全是一些表呀什么的，一板一眼，什么都得按标准，所以我要谨记一定要做到细心，细心，再细心，只有细心，才会避免一些小错误，要知道，错误是越积越大的；只有细心，才能为今后走向社会，为自已添加重要砝码；只有细心，才能让今后的自已脱颖而出。
今天的细心，明天的成功！
同时也感谢周老师的耐心指导!
五、参考文献
1．吴拓方琼珊主编《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》
2．黄开榜张庆春那海涛主编《金属切削机床（第二版）》哈尔滨工业大学出版社2006
3．熊良山严晓光张福润主编《机械制造技术基础》华中科技大学出版社
4．魏斯亮李时骏主编《互换性与技术测量》北京理工大学出版社2007
5．李益民主编《机械制造工艺设计简明手册》机械工业出版社1994
6．李云主编《机械制造工艺及设备设计指导手册》机械工业出版社1997
7．《机床夹具设计手册》
8．杨椒子主编《机械加工工艺师手册》机械工业出版社2001
9．孙本绪熊万武主编《机械加工余量手册》国防工业出版社1999
10.涂晓斌钟红生习俊梅杨中芳主编《机械制图》江西高校出版社2007
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