摆动钳零件机加工工艺与机床专用夹具的设计.docx
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摆动钳零件机加工工艺与机床专用夹具的设计
毕业设计（论文）
题目名称：
摆动钳零件机加工工艺与机床专用夹具的设计
英文题目：
TheprocessingtechnologyandequipmentofSwingingclampparts
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年月
摘要
本论文是关于纺机配件摆动钳的加工工序、设计方案、计算过程以及铣钳口的夹具设计。
摆动钳表面加工方法的选择、加工顺序的安排、工序集中与分散的处理、加工阶段的划分、机床和工艺装备的选择、加工余量与工序尺寸及公差的确定等都是编制工艺规程的主要问题。
而夹具设计所面临的是设计方案的确定、定位元件的选择、定位误差的分析与计算、夹紧力的计算、夹具体毛坯结构及夹具元件配合的确定。
还有摆动钳毛坯图、零件图和夹具装配图的绘制，如何保证用摆动钳的技术条件是加工过程最为重要的问题，而夹具也起着至关重要的作用。
摆动钳的合理结构设计、加工工艺性设计，保证摆动钳的加工质量，对提高生产效率有着重要意义，它是保证产品质量的关键所在。
通过对摆动钳加工过程的设计，可以发现一个产品的设计需要各个加工过程很好的配合才能成功。
关键词：
摆动钳；工艺；夹具；夹紧；定位
Abstract
Inthispaper,thedesignoftheSwingingclamp,design,calculationanddesignofdrillingjig.Forkthesurfaceofthechoiceofprocessingmethods,processingsequenceofthearrangement,processcentralizationanddecentralizationoftreatment,thedivisionstageofprocessing,machinetoolsandprocessequipmentselection,allowanceandprocessesdeterminethesizeandtoleranceofthepreparationprocessarethemainpointoforderproblem.FixtureDesignandfacingtheprogramisdesignedtoidentify,locatecomponentselection,positioningerrorsofanalysisandcalculation,thecalculationofclampingforce,thespecificfolderstructureandtheroughwiththedeterminationoffixtureelements.ThereareSwingingclampblankmap,fixtureassemblypartsdiagramandmappinghowtoensurethetechnicalconditionsforkisthemostimportantprocess,andfixturealsoplaysavitalrole.
Swingingclampreasonablestructuraldesign,designprocesstoensurequalityprocessingfork,toimprovetheproductivityofgreatsignificance,itistoensurethatthekeytoproductquality.Swingingclampthroughthedesignprocesscanbefoundinaproductdesignprocessrequiresagoodco-ordinationtosucceed.
Keywords:
Swingingclamp;technology;fixture;clamping;positioning
一、零件工艺性分析
1.1、零件的作用
题目给定的零件是摆动钳，它是纺织机械中络筒机停机箱内零件，与其他零件配合保证停机箱的自停功能。
宽度为65+0.0120mm的槽尺寸精度要求较高，三个内孔因为在工作时与轴配合，配合精度要求很高。
1.2、零件的工艺分析
该摆动钳的全部技术要求列如下表:
项目
公差等级
偏差（mm）
粗糙度
定位基准
加工方法
尺寸24上面
IT12
25
尺寸24下面
粗铣
尺寸24下面
IT12
25
尺寸24上面
粗铣
2-Ø10的内孔
IT9
+0.022
0
3.2
尺寸24下面
钻、铰
Ø15的内孔
IT9
+0.022
0
3.2
尺寸24下面
钻、铰
各内孔倒角
IT9
6.3
尺寸24下面
钻
M8螺纹孔
IT11
12.5
钻、攻
尺寸65钳口
IT8
+1
-1
6.3
内孔、尺寸24下面
粗铣
二、机械加工工艺规程设计
2.1、确定毛坯的制造形成
零件材料HT200、考虑到此零件的工作过程中并有变载荷和冲击性载荷，因此选用铸件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件的工作可靠。
由于生产类型为中小批量，可采用两箱砂型铸造毛坯。
由于所有孔无需铸造出来，故不需要安放型心。
此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工进行时效处理。
经查《金属机械加工工艺人员手册》表3-3取等级为10级精度，查手册铸造方法按机器造型、铸件材料为HT200得机械加工余量等级E-G级选择F级。
根据机械制造工艺设计手册查出拔模斜度为3度。
由于毛坯形状上下对称，且最大截面在中截面，为了起模及便于发现上下模在铸造过程中的错移所以选上下对称的中截面为分型面。
2.2基准的选择
2.2.1粗基准的选择
根据粗基准的选择原则，以及零件图中要求保证孔的中心线及钳口两侧面垂直于上下端面，所以选择加工量均匀的δ24的上表面（或下表面）为粗基准。
2.2.2精基准的选择
为保证定位基准和工序基准重合，以零件的下表面（或上表面）为精基准。
2.3、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、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
2.3.1.工艺路线方案一
工序：
1.粗铣δ24的上下面，上下面互为基准加工
2.钻、绞φ15、2-φ10孔，及孔口倒角。
以加工好的上下面为基准，采用专用钻模工装配合Z3050钻床进行加工
3.钻、攻M8螺纹孔
4.铣削宽度65的钳口。
以加工好的面和内孔为基准，卧式铣床加工
2.3.2.工艺路线方案二
工序：
1.粗铣δ24的上下面
2.铣削65的钳口
3.钻、绞φ15、2-φ10孔，及孔口倒角。
4.钻、攻M8螺纹孔
方案分析：
上述两方案中，工艺方案二把加工孔放在最后一道工序。
但此方案中工序2很难对工件进行定位和加紧，方案一中，把铣钳口放在第二道工序的后边，这样，方案一中的第二道工序很容易对工件进行定位与加紧即以加工好的δ24的上下面及内孔为基准作为第二道工序的定位基准。
此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠，所以采用方案一比较合理。
三、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
零件材料为HT200，毛坯重量为2.0kg，σb=160MPaHBS。
根据《机械加工工艺师手册》（以下简称《工艺手册》机械工业出版出版社、杨叔子主编）和设计任务书知生产类型为批量生产，采用砂型铸造毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，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：
3.1.毛坯余量及尺寸的确定
根据《铸造手册》查得：
1.δ24上下端面的加工余量：
两个工步
下端面有3±0.8mm的加工余量，足够把铸铁的硬质表面层切除
下端面有3±0.8mm的加工余量，足够把铸铁的硬质表面层切除
2.尺寸65钳口的加工余量：
加工余量为单边3mm
批量生产，采用专用铣床夹具，提高加工效率。
3.2-Ø10和Ø15内孔，因为零件尺寸小，壁厚薄，而孔的尺寸≤30，由铸造工艺手册查得，三个孔都不需要铸造出来。
4.零件总厚度24+6=30，总长和总宽不变，为零件图尺寸。
毛坯图
3.2、确定工序
工序Ⅰ：
粗铣δ24上下面。
工步一，粗铣δ24下面
查《课程设计》表2-35可得铣削余量为1mm；
查《课程设计》表1-20可得，铣的精度为IT12；
由此可知单边余量为1mm；
查《课程设计》表2-40得T=0.12mm；
工序尺寸偏差按“入体原则”标注：
铣——24
2、计算切削用量。
（1）已知厚度方向的加工余量为3±0.8mm。
实际端面的最大加工余量为3.8mm。
分一次加工。
厚度加工公差IT12级取-0.46mm（入体方向）
（2）选择刀具。
根据零件特征选用立式铣床，端铣刀。
根据《切削用量简明手册》（第3版）表1.2，选YG6硬质合金刀片。
根据《切削用量简明手册》（第3版）表3.1，ａp≤4mm，实际铣削宽度75mm，选刀具直径d=125mm，采用标准硬质合金端铣刀，故刀具齿数z=12（表3.13）
铣刀几何形状：
根据《切削简明手册》表3.2，由于σb＜200HBS，灰铸铁，故选择r0=5°，α0=8，α0’=8°，λe=-10°，kr=60°，kr’=5°，kre=30°
（3）选择切削用量
由于加工量不大，可在一次走刀内铣完，故选ａp=3.8mm
每齿进给量：
根据表3.5，当使用YG6，铣床功率为7.5KW（表3.30，XA5032立铣床说明书）时，fz=0.09-0.18mm/z。
因采用不对称端铣，故采用fz=0.18mm/z
（4）选用磨钝标准及刀具寿命
根据按《切削用量简明手册》表3.7和3.8，由于铣刀直径d=125mm，故刀具寿命T=180min
（3）计算切削速度。
按《切削用量简明手册》表3.16，当d=125mm，T=180min
fz=0.18mm/z，ａp=3.4mm时，va=86m/min，nt=220r/min，vft=415mm/min，
各修正系数为：
kkv=kk0=kkvf=1.26，k,tv=knv=ktvf=1.0
故n=nt×kn=220×1.26×1.0r/min=277.2r/min，
Vc=vt×kv=86×1.26×1.0m/min=108.36m/min
Vf=vft×kvt=415×1.26×1.0mm/min=522.9mm/min
根据XA5032型立铣说明书表3.30，选nc=300r/min，vf=475mm/min
实际切削速度和每齿进给量为
VC=
dn/1000=3.14×125×300/1000m/min=117.8m/min
fzc=vf/ncz=475/300×12=0.14mm/z
（4）校验机床功率
根据表3.24，当σb＜200HBS，ａp=3.4mm，fz=0.14mm/z，vf=475mm/min时，切削近似功率为PC=4.6KW,
根据XA5032型立铣说明书表3.30，机床主轴允许的功率为
PM=7.5×0.75KW=5.63。
PC＜PM，选用的切削用量可用。
即nc=300r/min，vf=475mm/min，VC=117.8m/min，fzc=0.14mm/z，ａp=3.8mm
（5）切削工时
Tm=L/vf=（l+η+Δ）/vfl=170，按《切削用量简明手册》表3.26,
η+Δ=40,故Tm=L/vf=（190+40）/475=0.5min
工步二粗铣δ24下面
由零件图知，δ24上下面对称，故切削用量及工时与工序I相同。
工序II钻2-Ф10孔及倒角
1）钻头选择：
选高速钢麻花钻，d0=9.8
查《切削用量简明手册》表2.1-2.2，钻头几何形状为：
标准钻头（不修磨），钻头参数：
ｄ＝Ф9.8mm，2Φ=90°，2Φ1=15°,ao=12°,Ψ=55°,b=1mm，l=2mm，对于标准钻头β和bε为定值。
2）确定切削用量
按加工要求选，根据《切削用量简明手册》表2-7确定f=0.47-0.57mm/r
按钻头强度选，根据表2.8，σb＜200HBS，d=9.8，f=1mm/r
按机床进给强度决定进给量：
根据表2.9,当σb＜200HBS，d0=9.8时，f=1.6mm/r。
比较得知，由加工要求决定，按Z525钻床说明书表2.35，取f=0.48mm/r.
由于是加工通孔，为了避免在快钻穿时钻头易折断，故宜在孔即将钻穿时，停止自动进给而采用手动进给。
校验机床的进给强度：
表2.19查出钻孔时的轴向力，当f=0.48mm/r，d=12mm时，轴向力Ff=2990KN，修正系数1.0，故Ff=2990KN
根据Z525钻床说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为Fmax=8830KN,
因Ff＜Fmax，故进给量可用
3）决定钻头磨钝标准及寿命表2.12，当do=9.8mm、钻头最大磨损量为0.8mm，寿命T=35min.
4）切削速度
由《切削用量简明手册》表2.15得v=14m/min，n=1000V/
D=445.9r/min，由钻床机床技术资料取n=545r/min。
实际v=17m/min
5）基本工时，Tm=L/nf，L=Ψ+△
入切量及超切量由表2.29.查出Ψ+△=5mm
所以Tm=L/nf=（24+5）/545x0.48=0.11（min）,钻两个孔时间为T=0.22min
工序III铰2-Ф10孔
选高速钢铰刀，d0=10
查《切削用量简明手册》表2.6，铰刀几何形状为：
标准铰刀（不修磨），钻头参数：
ｄ＝Ф10mm，r0=0°，α0=8°,α1=15°,Kr=5°，β=0°。
2）确定切削用量
按加工要求选，根据《切削用量简明手册》表2-11确定f=0.85-1.3mm/r，粗铰，孔精度为H8，故选f=0.85mm/r
3）决定磨钝标准
表2.12，当do≤20mm，钻头最大磨损量为0.8mm
4）切削速度
由《切削用量简明手册》表2.24得v=7m/min
5）基本工时，Tm=cvdzv/apvf查表2.30，cv=16.6，zv=0.2，xv=0.1
代入公式计算的Tm=0.2min,铰两个孔时间为T=0.4min
工序IV钻Ф15孔及倒角
1）钻头选择：
高速钢麻花钻，d0=14.8
查《切削用量简明手册》表2.1-2.2，钻头几何形状为：
双锥修磨横刃，钻头参数：
ｄ＝Ф14.9mm，2Φ=90°，2Φ1=70°,ao=12°,Ψ=55°,b=2mm，l=4mm，β=30°、bε=2.5°。
2）确定切削用量
按加工要求选，根据《切削用量简明手册》表2-7确定f=0.61-0.75mm/r
按钻头强度选，根据表2.8，σb＜200HBS，d=14.9，f=1.45mm/r
按机床进给强度决定进给量：
根据表2.9,当σb＜200HBS，d0=14.9时，f=1.2mm/r。
比较得知，进给量由加工要求决定，按Z525钻床说明书表2.35，取f=0.62mm/r.
由于是加工通孔，为了避免在快钻穿时钻头易折断，故宜在孔即将钻穿时，停止自动进给而采用手动进给。
校验机床的进给强度：
表2.19查出钻孔时的轴向力，当f=0.62mm/r，d=14.9mm时，轴向力Ff=4270KN，修正系数1.0，故Ff=4270KN
根据Z525钻床说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为Fmax=8830KN,因Ff＜Fmax，故进给量可用。
倒角刀具45°锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。
3）决定钻头磨钝标准及寿命表2.12，当do=14.9mm、钻头最大磨损量为0.8mm，寿命T=60min.
4）切削速度
由《切削用量简明手册》表2.15得v=16m/min，n=1000V/
D=339.7r/min，由钻床机床技术资料取取n=392r/min，实际v=18.5m/min
5）基本工时，Tm=L/nf，L=Ψ+△
入切量及超切量由表2.29.查出Ψ+△=8mm
所以Tm=L/nf=（24+8）/392x0.62=0.14（min）
工序V铰Ф15孔
选高速钢铰刀，d0=15
查《切削用量简明手册》表2.6，铰刀几何形状为：
标准铰刀（不修磨），钻头参数：
ｄ＝Ф10mm，r0=0°，α0=8°,α1=15°,Kr=5°，β=0°。
2）确定切削用量
按加工要求选，根据《切削用量简明手册》表2-11确定f=1.0-2.0mm/r，粗铰，孔精度为H8，故选f=1.0mm/r
3）确定磨钝标准
表2.12，当do≤20mm，钻头最大磨损量为0.8mm，寿命T=60min
4）切削速度
由《切削用量简明手册》表2.24得v=7m/min
5）基本工时，Tm=cvdzv/apvf查表2.30，cv=16.6，zv=0.2，xv=0.1
代入公式计算得Tm=0.27min
工序VI钻、攻M8螺纹孔
1）刀具选择：
高速钢麻花钻，d0=Ф6.8
查《切削用量简明手册》表2.1-2.2，钻头几何形状为：
标准钻头，
钻头参数：
ｄ＝Ф6.5mm，2Φ=90°，2Φ1=70°,ao=16°,Ψ=55°对于标准钻头，其他尺寸为定值。
2）确定切削用量
按加工要求选，根据《切削用量简明手册》表2-7确定f=0.36-0.44mm/r
按钻头强度选，根据表2.8，σb＜200HBS，d≤6.7，f=0.72mm/r
按机床进给强度决定进给量：
根据表2.9,当σb＜200HBS，d0≤10mm时，f=1.6mm/r。
比较得知，进给量由加工要求决定，按Z525立式钻床铣床说明书表2.35，取f=0.36mm/r.
由于是加工通孔，为了避免在快钻穿时钻头易折断，故宜在孔即将钻穿时，停止自动进给而采用手动进给。
校验机床的进给强度：
表2.19查出钻孔时的轴向力，当f=0.36mm/r，d≤10mm时，轴向力Ff=2500KN，修正系数1.0，故Ff=2500KN
根据Z525钻床说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为Fmax=8830KN,因Ff＜Fmax，故进给量可用。
倒角刀具45°锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。
3）决定钻头磨钝标准及寿命表2.12，当do≤20mm、钻头最大磨损量为0.8mm，寿命T=35min.
4）切削速度
由《切削用量简明手册》表2.15得v=14m/min，n=1000V/
D=153.85r/min，由钻床机床技术资料取取n=140r/min，实际v=3.9m/min
5）基本工时，Tm=L/nf，L=Ψ+△
入切量及超切量由表2.29.查出Ψ+△=5mm
所以Tm=L/nf=（7.5+5）/195x0.36=0.18（min）
攻M8螺纹，因为孔小，故可用标准M8丝锥，采用手动进给攻丝
工序VIII铣65钳口
加工要求：
粗铣65钳口，Ra=6.3ｕｍ。
用标准镶齿盘铣刀粗铣加工余量3mm
机床：
XA6132型卧式铣床
加工工件尺寸：
宽度：
40mm长度：
24mm
1）选择刀具
根据《切削用量简明手册》表3.1铣削宽度ae≤4mm时，直径do≤80mm，ap≤60mm，因加工宽度为65mm的钳口，故选do=65mm。
由于采用标准镶齿盘铣刀，齿数z＝8（表3.9），铣刀几何参数（表3.2）ro=10°ao=16°，α0’=8°，λe=-10°，kr=60°，kr’=5°，kre=30°，be=1.2mm
1）切削用量
由于加工余量不大，可在一工序中切完，故ac＝3.0ｍｍ。
根据XA6132机床说明书，其功率为7.5kw，中等系统刚度。
根据表3.3得每齿进给量ｆz＝0.2～0.3mm/z，结合机床特性，取每转进给量ｆz＝0.25mm/z
2）选择刀具磨钝标准及刀具寿命。
根据《切削用量简明手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.8mm（镶齿铣刀do=65mm），刀具寿命T=180min（表3.8）
3）决定切削速度Vc和每分钟进给量vf
根据《切削用量简明手册》表3.11，当do=65mm，z=8，ae=3mm，
ｆz≤0.27mm/z时，vt=19m/min，nt=73r/min，vf=76mm/min,名以修正系数为kkv=kk0=kkvf=1.0，k,tv=knv=ktvf=0.85
故n=nt×kn=73×1.0×0.85r/min=62.05r/min，
Vc=vt×kv=19×1.0×0.85m/min=16.15m/min
Vf=vft×kvt=76×1.0×0.85mm/min=64.6mm/min
根据XA6132型立铣说明书，选nc=75r/min，vf=75mm/min
实际切削速度和每齿进给量为
VC=
dn/1000=3.14×65×75/1000m/min=15.3m/min
fzc=vf/ncz=75/75×8=0.125mm/z
（4）校验机床功率
根据表3.20，当σb＜200HBS，ａp=3.8mm，fz=0.125mm/z，vf=75mm/min时，切削近似功率为PCt=0.9KW
切削功率的修正系数KMPC=1.0，故实际切削功率为
PCc=PCt=0.9KW
根据XA6132型立铣说明书，机床主轴允许的功率为
PM=7.5×0.75KW=5.63。
PC＜PM，选用的切削用量可用。
即nc=75r/min，vf=75mm/min，VC=15.3m/min，fzc=0.125mm/z，ａp=3mm
（5）切削工时
Tm=L/vf=（l+η+Δ）/vfl=40，按《切削用量简明手册》表3.25,η+Δ=17,
故
Tm=L/vf=（40+17）/75=0.76min
最后，将以上各个工序切削用、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一起填入机械加工工艺卡片中。
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
I
粗铣上下端面
XA5032铣床
端铣刀
游标卡尺
II
钻2-Ф10孔及倒角
Z525立式钻床
高速钢钻头
游标卡尺
III
铰2-Ф10孔
Z525立式钻床
铰刀
游标卡尺
IV
钻Ф15孔及倒角
Z525立式钻床
高速钢钻头
游标卡尺
V
铰Ф15孔
Z525立式钻床
铰刀
游标卡尺
VI
钻M8螺纹底孔
X61W铣床
高速钢钻头
游标卡尺
VII
攻M8螺纹
手用丝锥
螺纹塞规
VIII
铣65钳口
XA6132铣床
铣刀
量块
IX
钳
四、夹具设计
夹具
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