支架零件的加工工艺设计车Φ60孔的车床夹具知识分享.docx
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支架零件的加工工艺设计车Φ60孔的车床夹具知识分享
机械制造技术课程设计说明书
设计题目：
制定支架零件的加工工艺，设计车Φ60孔
的车床夹具
专
业：
机械电子工程
班
级：
机电12-3
学
号：
1230120319
姓
名：
孙泽栋
指导教师：
张中然
机械工程系
2015年11月20日
目
录
1
2
2.1
2
2.2
3
.3
3.13
3.23
3.34
3.4
6
.13
4.113
4.215
4.316
4.416
4.517
4.618
19
20
本次毕业设计内容包括零件的分析，工艺路线的制定，工艺规划设
计，某道工序的夹具设计以及该道工序的工序卡，机械加工综合卡片，
夹具装配图以及夹具底座零件图的绘制等等。
就我个人而言，希望能通过这次毕业设计对未来即将从事的工作进
行一次适应性的训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，并学
会将所学到的理论知识应用到具体的实际生产问题中来，为以后走向社
会打下坚实的基础。
由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师批评指正。
2.1
（二）2.2零件的工艺分析
该支架的加工表面分三种，主要是孔的加工，两侧面的加工
各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求，
特别是孔的加工，几乎都要保证Ra3.2um的表面粗糙度，因而需精加
工，现将主要加工面分述如下：
1.1.12.2.1孔的加工
该零件共有2个孔要加工：
φ60mm孔、M8孔是零件的主要加工
面，，通过两孔中心连线及对两侧对称面，没有位置尺寸度要求，M8孔
只需要钻床粗加工。
1.1.22.2.2面的加工
该零件共有2个侧面要加工：
两个侧面是配合孔后续工序的主要精基准面，需要精加工。
三.工艺规程设计
（一）3.1确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较
小，形状较复杂，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零
件生产类型为成批，大批生产，而砂型铸造生产成本低，设备简单，故
本零件毛坯采用普通铸造。
由于零件上两孔都较大，且都有严格的表面精度要求，故都要留出足够
的加工余量。
（二）3.2基面的选择
基面选择是工艺规划设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合
理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工
艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法
正常进行。
3.2.1粗基准的选择
粗基准选择应为后续加工提供精基准，由于两侧面较平整且加工精
度较高，故以2个主要侧面为基准。
3.2.2精基准的选择
精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，该零件上重要表面
是大头孔φ38H8，由于其与底面有垂直度关系，所以底面自然成为精
基准面，考虑到第二基准面选择的方便性，该定位基准组合在后续孔的
加工中，以及孔上径向孔的加工中都将作为精基准面。
（三）3.3制订工艺路线
拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加
工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。
工艺路线
的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求
得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集
中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。
3.3.1工艺路线方案
方案一
10铸造铸造
20
热处理
人工时效
30
铣
铣底面
40铣铣右端面，保证尺寸15mm
50铣铣宽度为30mm的槽
60车车φ60H7mm孔至图纸尺寸
70钻钻孔3-M8底孔并进行攻丝
80检验按照图纸要求检验各部尺寸及形位公差
90入库清洗，加工表面涂防绣油，入库
方案二
10铸造铸造
20热处理人工时效
30车车φ60H7mm孔至图纸尺寸
40铣铣底面
50铣铣右端面，保证尺寸15mm
60铣铣宽度为30mm的槽
70钻钻孔3-M8底孔并进行攻丝
80检验按照图纸要求检验各部尺寸及形位公差
90入库清洗，加工表面涂防绣油，入库方案分析与比较：
经过分析发现，方案二先钻孔后加工面，而方案一是先面后孔
根据书本理论知识，应该是先面后孔比较合理，因为钻孔需要以加工了面的为精基准。
3.3.2工艺方案的确定
10铸造铸造
20热处理人工时效
30铣铣底面
40铣铣右端面，保证尺寸15mm
50铣铣宽度为30mm的槽
60车车φ60H7mm孔至图纸尺寸
70钻钻孔3-M8底孔并进行攻丝
80检验按照图纸要求检验各部尺寸及形位公差
90入库清洗，加工表面涂防绣油，入库
（四）3.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确
定、切削用量及基本工时的确立
支架零件材料为HT200,毛坯重量约为1.6kg，生产类型为中批或大
批生产，采用普通铸造生产。
普通铸造，材料为HT200钢，分模线平直对称，材质系数M1,复杂
系数=1.56/1.8≈0.87,为S1级，厚度为25mm，普通级，查的上下偏差
分别为+1.4和-0.6
1.1.33.4.1两侧面毛坯尺寸及加工余量计算
根据工序要求，两侧面经过四道工序，先粗铣端面B，再粗铣端面
A，精铣端面B，最后精铣端面A，各步余量如下：
粗铣：
由《机械加工工艺手册第一卷》表3.2-23，其余量值规
定，零件厚度大于6mm到30mm，宽度小于100mm，其加工余量为
1.0mm。
精铣：
由《机械加工工艺手册第一卷》表3.2-25，其余量值规
定，零件厚度大于6mm到30mm，宽度小于100mm，其加工余量为
0.5mm。
精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的
公差等级，现按《机械加工工艺手册》表5.29，粗铣→精铣所能达到
的经济精度取IT8,按入体原则取值。
1.1.43.4.2毛坯尺寸及加工余量计算
根据工序要求，
精铣后尺寸与零件尺寸相同，但由于设计零件图纸并未给出具体的公差等级，现按《机械加工工艺手册》表5.29，粗铣→精铣所能达到的经济精度取IT8,按入体原则取值。
1.23.5确定各工序切削用量及基本工时
10.铸造毛坯;没切削过程，无需计算
20.人工时效没切削过程，无需计算
工序30.铣底面
取背吃到量
ap
2.5
，选用
X52
型立式铣床，每齿进给量
mm
fz
0.12mm/z
工件材料HT200，铸造，高速钢镶齿铣刀、dw125mm齿数
z
14，查表5.8
确定铣削速度
vc
79.8m/min
ns
1000Vc
1000
79.8
203.2r/min
πd
π125
采用X52k立式铣床，查表3.6，取转速
nw160r/min，故实际铣削
速度
vc
dnw
125
160
1000
62.8m/min
1000
当nw
160r/min工作台每分钟进给
fm为
fm
fzznw
0.12
14160268.8mm/min
由《工艺手册》得
l60mm
l10.5dd2a2e1~30.512512526021~39mm
l2=1:
3mm=2mm
tj1
ll1
l2
6092
fm
0.26min15.84s
268.8
tf115.84
0.16
2.53s
tx1
tx115.84
2.53
0.061.10s
tdj
15.842.53
1.10
19.5s
1
工序40.铣右端面，保证尺寸15mm
取背吃到量ap2.5mm，选用X52K型立式铣床
，每齿进给量
fz
0.12mm/z
工件材料HT200，铸造，高速钢镶齿铣刀、dw
125mm齿数
z
14，查表5.8
确定铣削速度
vc
79.8m/min
ns
1000Vc
1000
79.8
πd
203.2r/min
π125
采用X52立式铣床，查表3.6，取转速nw
160r/min，故实际铣削
速度
vc
dnw
125
160
1000
62.8m/min
1000
当nw
160r/min工作台每分钟进给
fm为
fm
fzznw
0.12
14160268.8mm/min
由《工艺手册》得
l60mm
l10.5dd2a2e1~30.512512526021~39mm
l2=1:
3mm=2mm
tj1
ll1
l2
6092
fm
0.26min15.84s
268.8
tf115.84
0.16
2.53s
tx1
tx115.84
2.53
0.061.10s
tdj
15.842.53
1.10
19.5s
1
工序50：
铣宽度为30mm的槽。
机床：
铣床X52K
刀具：
错齿三面刃铣刀
⑴粗铣槽
切削深度ap：
ap
3.5mm
根据参考文献[3]
表2.4
76查得：
进给量
af
0.06/
z,
根据参考
mm
文献[1]表3032查得切削速度V24m/min。
机床主轴转速n：
1000V
1000
24
n
3.14
62.1r/min，
d
45
按照参考文献[3]表3.1～74，取n75r/min
实际切削速度v：
v
dn
3.14
4575
1000
1000
0.50m/s
60
进给量Vf：
Vfaf
Zn0.06
1875/601.35mm/s
工作台每分进给量fm：
fm
Vf
1.35mm/s81mm/min
被切削层长度l：
由毛坯尺寸可知l
20mm，
刀具切入长度l1：
l10.5D
（1~2）
=63mm
刀具切出长度l2：
取l22mm
走刀次数为1
机动时间tj1：
tj1
ll1
l2
20
63
2
1.05min
fm
81
⑵精铣槽
根据参考文献[3]
表2.4
76查得：
进给量
af
0.08/
z,
根据参考
mm
文献[1]表3032查得切削速度V
23m/min，
机床主轴转速n：
1000V
1000
23
45.8r/min，
n
3.146
d
按照参考文献[3]
表3.1～74，取n
47.5r/min。
实际切削速度v：
v
dn
3.14
6
47.5
0.40m/s
1000
1000
60
进给量Vf：
Vf
afZn
0.08
22
47.5/601.39mm/s
工作台每分进给量
fm：
fm
Vf
1.39mm/s
83.6mm/min
被切削层长度l：
由毛坯尺寸可知l20mm，
刀具切入长度l1：
l10.5D（1~2）
=81mm
刀具切出长度l2：
取l22mm
走刀次数为1
机动时间tj2
l
l1
l2
2081
2
：
tj2
fm
83.6
1.23min
本工序机动时间：
tj
tj1
tj2
1.05
1.232.28min
工序60
车φ60H7mm孔至图纸尺寸
本工序采用计算法。
所选用刀具为硬质合金（钨钴类）
YG6，直径为20mm的圆形镗
刀。
①.确定切削深度ap
5
ap==2.5mm
②.确定进给量f
根据《切削用量简明使用手册》表1.5可知，当粗镗铸件时，镗刀直径20mm，ap3mm，镗刀伸出长度为125mm时：
f=0.15～0.40mmr
按CA6140机床的进给量（表4.2—9），选择，
f=0.25mmr
③.确定切削速度V
V
Cv
=
yvKV
Tmapxf
（3-9）
式中Cv=189.8，m=0.2，yv=0.20，T=60min，x=0.15
V
189.8
0.90.80.65
0.2
2.50.15
0.250.20
60
（3-10）
=39
mmin
n
1000V
=
1000
37
=
121rmin
D
3.14
97
（3-11）
按CA6140机床的转速，选择
n=160r
min=2.6rs
④.计算基本工时
选镗刀的主偏角Kr=450，则L1=3.5mm，L
69mm，L2
4mm，
L30，f
0.25mmr，n
0.26r
s，i1，则：
TiL=69
3.54=119s
0.25
2.6
工序70：
钻孔3-M8底孔并进行攻丝
钻孔选用机床为Z525摇臂机床，刀具选用GB1436-85直柄短麻花钻，《机械加工工艺手册》第2卷。
根据《机械加工工艺手册》第2卷表10.4-2查得钻头直径小于
10mm的钻孔进给量为0.20～0.35mmr。
则取f
0.30mmr
确定切削速度，根据《机械加工工艺手册》第
2卷表10.4-9
v
cvd0zv
kvmmin
m
x
y
切削速
度计
算公
式
为
T
apvf
v
（3-20）
查得参数为cv
8.1,zv
0.25,xv
0,yv
0.55,m
0.125，刀具耐用
度T=35min
8.1
70.25
则
v=350.125
50
0.30.55
=1.6mmin
1000
1.6
所以
n=3.14
7
=72r
min
选取
n120r
min
120
3.14
7
v
=2.64mmin
所以实际切削速度为
1000
8
2
2
t=2
20s
确定切削时间（一个孔）
0.3
（3）倒角
机床：
Z525钻床
刀具：
倒角钻头
量具：
游标卡尺Ⅱ型
夹具：
专用夹具
工序80.
按照图纸要求检验各部尺寸及形位公差
无切削加工
工序90.
清洗，加工表面涂防绣油，入库
无切削加工
四、夹具设计
4.1车床夹具的设计要点
（1）定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求
当加工回转表面时，要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合，
夹具上定位装置的结构和布置必须保证这一点。
当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，
则应以夹具的回转轴线为基准来确定定位元件的位置。
工件的夹紧应可靠。
由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转，故在加工过程中工件除受切削力矩的作用外，整个夹具还要受到重力和离心力的作用，转速越高离心力越大，这些力不仅降低夹紧力，同时会使主轴振动。
因此，夹紧机构必须具有足够的夹紧力，自锁性能好，以防止工件在加工过程中移动或发生事故。
对于角铁式夹具，夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。
（2）夹具与机床主轴的连接
车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的加工精度有一定的影响。
因此，要求夹具的回转轴线与卧式车床主轴轴线应具有尽可能小的同轴度误差。
心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接，用螺杆拉紧。
有的心轴则以中心孔与车床前、后顶尖安装使用。
根据径向尺寸的大小，其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式：
1）对于径向尺寸D＜140mm，或D＜（2～3）d的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺杆拉紧，如图1-a所示。
这种连接方式定心精度较高。
2）对于径向尺寸较大的夹具，一般用过渡盘与车床主轴轴颈连接。
过渡盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构。
图1-b所示的过渡盘，其上有一个定位圆孔按H7/h6或H7/js6与
主轴轴颈相配合，并用螺纹和主轴连接。
为防止停车和倒车时因惯性作
用使两者松开，可用压板将过渡盘压在主轴上。
专用夹具则以其定位止
口按H7/h6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上，用螺钉紧固。
这种连接
方式的定心精度受配合间隙的影响。
为了提高定心精度，可按找正圆校
正夹具与机床主轴的同轴度。
对于车床主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构，如图1-c所示，过渡
盘在其长锥面上配合定心，用活套在主轴上的螺母锁紧，由键传递扭矩。
这种安装方式的定心精度较高，但端面要求紧贴，制造上较困难。
图1-d所示是以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式。
过渡盘推入主轴后，其端面与主轴端面只允许有0.05～0.1mm的间隙，用螺钉均匀拧紧后，即可保证端面与锥面全部接触，以使定心准确、刚度好。
图1车床夹具与机床主轴的连接
过渡盘常作为车床附件备用，设计夹具时应按过渡盘凸缘确定专用
夹具体的止口尺寸。
过渡盘的材料通常为铸铁。
各种车床主轴前端的结构尺寸，可查阅有关手册
4.2车床夹具设计要求说明
车床夹具主要用于加工车￠60孔。
因而车床夹具的主要特点是工
件加工表面的中心线与机床主轴的回转轴线同轴。
（1）安装在车床主轴上的夹具。
这类夹具很多，有通用的三爪卡盘、四爪卡盘，花盘，顶尖等，还有自行设计的心轴；专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、角铁式和花盘式。
这类夹具的特点是加工时随机床主轴一起旋转，刀具做进给运动
定心式车床夹具在定心式车床夹具上，工件常以孔或外圆定位，
夹具采用定心夹紧机构。
角铁式车床夹具在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时，由于零件形状较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而须设计专用夹具。
这种夹具的夹具体呈角铁状，故称其为角铁式车床夹具。
花盘式车床夹具这类夹具的夹具体称花盘，上面开有若干个T形槽，安装定位元件、夹紧元件和分度元件等辅助元件，可加工形状复杂工件的外圆和内孔。
这类夹具不对称，要注意平衡。
（2）安装在托板上的夹具。
某些重型、畸形工件，常常将夹具安装在托板上。
刀具则安装在车床主轴上做旋转运动，夹具做进给运动。
由于后一类夹具应用很少，属于机床改装范畴。
而生产中需自行设计的较多是安装在车床主轴上的专用夹具，所以零件在车床上加工用专用夹具。
4.3定位机构
本工件在加工孔时采用一面挡销作为定位基准，易于做到工艺过程中的基准统一，保证工件的相对位置精度，且具有支撑面大，支撑刚性好等优点；
本工件采用底面和挡销作为定位基准，工件底面为第一定位基准，限制了x、y方向转动，z方向移动三个自由度；圆柱销为第二定位基准限制了x、y方向移动两个自由度；菱形销为第三定位基准，它和圆柱销联合限制了z方向转动自由度，所以此定位方案符合六点定位原理，采用对称压板将工件压紧。
4.4夹紧机构
选择工件的夹紧方案，夹紧方案的选择原则是夹得稳，夹得劳，夹得快。
选择夹紧机构时，要合理确定夹紧力的三要素：
大小、方向、作用点。
夹紧装置的基本要求如下：
二、夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；
三、夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不震
动，又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形。
四、夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力。
五、机构应尽量简单，制造、维修要方便。
分析零件加工要素的性质，确定夹紧动力源类型为手动夹紧，夹紧装置为压板，压紧力来源为螺旋力。
夹具的具体结构与参数见夹具装配图和零件图。
工件夹紧方式的确定
从夹紧动力源选择：
手动夹紧
确定主夹紧机构：
螺栓压板
4.5零件的车床夹具的加工误差分析
工件在车床夹具上加工时，加工误差的大小受工件在夹具上的定位
误差D、夹具误差J、夹具在主轴上的安装误差A和加工方法误差
G的影响。
如夹具图所示，在夹具上加工时，尺寸的加工误差的影响因素如下
所述：
2.确定圆柱销的尺寸及公差
圆柱销直径的基本尺寸d1＝工件孔1的最小极限尺寸D1min=10mm
圆柱销按g6制造（T=0.011mm）
即d1=Φ1000..006017mm
按h6级确定公差：
d2=Φ10.500..188199mm
5.计算定位误差——目的是分析定位方案的可行性
因为定位方向与加工尺寸
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