机械制造技术课程设计-KCSJ-13手柄套加工工艺及钻Φ12孔夹具设计（全套图纸）.doc

机械制造工艺课程设计 题 目 KCSJ-13 课程设计-“手柄套“零件机械加工工艺及12mm孔钻夹具设计 全套图纸加153893706目录序言2一、零件的分析2（一） 零件的作用2（二） 零件的工艺分析3二、工艺规程设计3（一） 确定毛坯的制造形式3（二） 基面的选择3(三) 制定工艺路线4（四） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定7（五）确定切削用量及基本时间95.1工序30粗车外圆的切削用量及基本时间95.1.1工序30切削用量的确定95.1.2检验机床功率105.1.3基本时间的确定105.2工序70加工12H7mm孔的切削用量及基本时间115.2.1钻孔115.2.2铰孔11三、加工12夹具设计12（一）设计机床夹具前的准备工作121.1明确工件的年生产纲领121.2充分理解工件的零件图和工序图12（二）确定机床夹具的结构方案122.1选择定位原件122.2选择夹紧机构142.3 钻套、衬套、钻模板设计与选用15（三）夹具结构方案的设计16（四）绘制夹具装配图16（五）绘制夹具零件图18（六）夹具精度的验算186.1产生定位误差的原因186.2 误差分析与计算19（七）确定夹具体结构和总体结构20（八）夹具设计及操作的简要说明21总结与展望22第 12 页 共 24 页序言 机械制造工艺与机床夹具课程设计是机械制造工艺与机床夹具课程设计课程教学的一个不可或缺的辅助环节。它是我们全面运用课程及其有关选修课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。我希望能通过这次设计巩固我们前面所学的知识，并深化我对它的理解，为以后更好地走向工作打下基础。因知识和能力有限，设计过程难免会有许多不足之处，还请老师指正。一、零件的分析图1.1 手柄套零件图（一） 零件的作用题目给出的是机床用“手柄套”，如图1.1所示,它起着连接手柄和转轴的作用，主要是用来传递转矩，使转轴旋转，从而起到调控作用。其中12孔用来安装转轴，并通过两个6H8mm孔进行轴向固定。8孔则用于安装手柄，借此来传递转矩。5H7mm孔只用于加工时的定位作用，通过它来保证3个径向孔的位置精度。（二） 零件的工艺分析手柄套主要有两组加工表面，她们相互间有一定的位置精度。现分述如下：1. 以12H7mm孔为中心的加工表面。它包括，16mm孔，12H7mm孔，左右两端面，45mm外圆面以及定位用的5H7mm孔，它们在加工时互为基准，彼此相互联系来保证形状位置精度。另，工件的四个1x45直角也可以并入该组加工表面。2. 以8mm为主的加工表面它包括，8mm孔和两个6H8mm孔，即径向的三个圆面加孔。这两组表面以及表面组内之间，有一定的位置要求，主要是：(1) 12mm孔轴线与45mm右端面的垂直度公差为0.05mm；(2) 两个6mm孔与12mm孔轴线的位置度公差为0.12mm。由上可知，对于这两组表面，可以先加工一组（第一组）表面，然后借助专用夹具以及定位孔加工另一组表面（第一组），并且通过一次装或互为基准来保证其位置精度。二、工艺规程设计（一） 确定毛坯的制造形式零件材料为45钢。考虑其耐磨性其受到的局部冲击，选用锻件。又因为零件年产量为4000件，可采用普通模煅，以提高生产效率并保证加工质量。（二） 基面的选择基准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，可以保证加工质量，提高加工效率。否则，就会使加工工艺问题百出，严重影响零件加工质量和效率。1. 粗基准的选择因为此零件结构简单，选用45mm外圆面作为粗基准即可。但加工时注意，因为零件短小，不能以粗基准一次定位即完成初步加工，而需要两次使用粗基准，期间产生的二次定位误差可通过后序的半精、精加工来弥补。2. 精基准的选择因为该零件各加工面有一定的形位精度要求，所以精基准的选择主要考虑基准重合和互为基准的原则。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。(三) 制定工艺路线 零件的机械加工工艺过程是工艺规程设计的核心问题。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。初次以外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。1. 工艺路线方案一：工序 1：粗车右端面和部分45mm外圆面；工序 2：粗车左端面和45mm外圆面剩余部分，钻12mm孔；工序 3：半精车、磨销45mm外圆；工序 4：半精车左端面，车16mm孔；工序 5：扩、铰12mm孔并半精车45mm右端面，钻5mm孔；工序 6：钻8mm孔；工序 7：钻2x 6H8mm孔；工序 8：精铰12mm孔并磨销45mm右端面；工序 9：倒左端面1x45直角；工序10：倒右端面1x45直角；工序11：去毛刺；工序12：清洗；工序13：终检。2. 工艺路线方案二：工序 1：粗车45mm右断面和部分45mm外圆面；工序 2：粗、半精车45mm左端面，粗车剩余的45mm外圆面，钻12mm孔，车16mm孔； 工序 3：半精车、磨销45mm外圆面；工序 4：扩孔、钻、铰、精铰12mm孔，半精车45mm右端面；工序 5：磨销45mm右端面；工序 6：钻5mm孔；工序 7：钻8mm孔；工序 8：钻、精铰两个6mm孔；工序 9：倒左端面1x45角；工序10：右端面1x45角；工序11：去毛刺；工序12：清洗；工序13：终检。3. 工艺方案的比较和分析 上述两个方案最大的区别在于两个面组的加工顺序的不同。方案一是将第二面组插入到第一面组中加工。而方案二则是先完全加工完第一面组后再加工第二面组，虽然方案一能减少去毛刺的工作量，但违背了基准统一的原则，且在定位面和基准面未加工的情况下，第二面组位置精度难以满足，特别是150+0.08mm。而方案二中，工序2过于集中，粗精未分离，这将导致左端面偏斜，16mm孔偏小，工序5则恰好相反，未了保证12mm轴心和右端面的垂直度，应该将它和工序4放在一起，即一起加工。故决定采用方案二加工的顺序并分离和合并部分工序。具体工艺过程如下：工序 1：粗车45mm右端面和部分45mm外圆面；工序 2：粗车45mm左端面和剩余的外圆面部分；工序 3：钻12mm孔；工序 4：半精车，磨销45mm外圆面；工序 5：半精车45左端面，车16面；工序 6：扩、铰、精铰12mm孔，半精车、磨销45mm右端面；工序 7：钻5mm孔；工序 8：钻8mm孔；工序 9：钻两个6mm孔；工序10：倒左端面1x45角；工序11：倒右端面1x45角；工序12：去毛刺；工序13：清洗；工序14：终检。以上工艺过程理论上说是非常合理的，但一旦考虑到机床工具的选择，从经济角度出发，它还是不理想。首先，工序2和工序3精度要求不高，完全可以用转塔式车床将它们并作一道工序；其次，工序4和工序6中都需要进行车销加磨销，这就得使用加工中心才能实现，经济性差，查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导表24和26，发现使用精车代替磨销一样能达到精度要求。再者，倒角工序10和11完全可以在前面加工过程中一起加工，无需再次装夹。综合，最终确定工艺路线如下：工序 1：普通模锻；工序 2：正火；工序 3：粗车右端面和部分外圆面。以45mm外圆面为基准，选用CA6140车床；工序 4：粗车左端面和剩余的45mm外圆面部分，钻12mm孔。以45mm外圆面为基准，选用C365L式转塔式车床；工序 5：半精车，精车45mm外圆面。以12mm孔为基准，选用CA6140车床；工序 6： 半精车45mm左端面，车16mm孔，倒1x45直角。以45mm外圆面为基准，并选CA6140车床；工序 7：扩、铰、精铰12mm孔，半精车，精车45mm右端面，保证尺寸35mm，倒直角1x45。以45mm外圆面为基准，选用C365L转塔式车床；工序 8：钻，精铰5mm孔，使用专用夹具CJ01。以45mm左端面和12mm孔定位，选用Z525钻床；工序9：钻8mm孔，使用专用夹具CJ-02。以45右端面12mm孔、5mm孔定位，选用Z525钻床；工序10：钻成90的6mm孔，保证13尺寸和相应位置度，使用专用夹具CJ-03.以45mm右端面、12mm孔、5mm孔定位，选用Z525钻床；工序11：去毛刺；工序12：清洗；工序13：终检。以上工艺过程详见“机械加工工艺过程卡片”和“机械加工工序卡片”。（四） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“手柄套”零件材料为45钢，硬度为207-241HBW，毛坯重量约为0.46kg，生产类型为大批生产，采用普通模锻毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，结合实用机械制造工艺设计手册，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.机械加工余量确定外圆表面沿轴线及径向方向的加工余量（45mm及35mm），查实用机械制造工艺设计手册（以下简称手册）表2-7及2-9，其中锻件重量为0.4kg，锻件复杂数为S1，锻件轮廓尺寸315mm，采用一般加工精度F1,故轴向余量1.5mm2.0mm，取2mm，径向余量1.5mm2.0mm，取1.9mm。2.工序尺寸和毛坯尺寸的确定（1）. 外圆表面（45mm）分步加工余量查手册表7-2/7-5，结合1所得结果，拟定加工余量，如下：粗 车： 46.8mm 2Z=2mm半精车： 45.3mm 2Z=1.5mm精 车： 45.0mm 2Z=0.3mm（2）. 左右端面分步加工余量由上述已确定了毛坯的长度为39mm。查手册表7-2/7-4，结合1所得结果，拟定加工余量如下：右端面左端面粗车：37.8mmZ=1.2mm粗 车： 36.4mmZ=1.4mm半精车： 35.8mmZ=0.6mm半精车：35.3mmZ=0.5mm精 车：35mmZ=0.3mm（左右端面交替加工，尺寸彼此联系）（3）. 内孔12mm毛坯为实心，不冲孔。孔精度为IT7，参照手册表7-11，可确定工序尺寸及余量为:钻孔: 11.0mm扩孔：11.85mm 2Z=0.85mm粗铰：11.95mm 2Z=0.1mm精铰：120+0.018mm 2Z=0.05mm（4）. 定位孔5mm孔具有较高的位置精度，参照手册表7-11，可确定工序尺寸及余量为：钻孔：4.8mm精铰：5.0mm 2Z=0.2mm（5）. 两个径向孔6mm 6mm孔具有较高的位置度，参照手册表711，可确定其工序尺寸及余量为：钻孔：5.8mm精铰：6.0mm 2Z=0.2mm 由于毛坯及以后各道工序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。综合以上分析，可确定毛坯长度为39mm，直径为45.8 mm，如下图4.2所示：图4.2 零件毛坯图（五）确定切削用量及基本时间切削用量一般包括切削深度、进给量及切削速度三项。确定方法是先确定切削深度、进给量，再确定切削速度。选择两个典型的工序，工序3粗车外圆和工序7加工12H7mm孔，进行钻-粗铰-精铰进行计算。5.1工序30粗车外圆的切削用量及基本时间本工序为粗车外圆面。已知工件材料：45钢，热轧制型材；机床为CA6140卧式车床；刀具：硬质合金，YT5。下面的相关数据根据切削用量简明手册确定。CA6140机床中心高为200mm，查表1.1，选择刀杆，刀片厚度4.5mm，由表1.3，选择车刀几何形状为平面带倒棱型，前角，后角，主偏角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧半径。5.1.1工序30切削用量的确定（1）确定切削深度 此工序直径加工余量为1.3mm，单边余量仅为0.65mm，可在一次走刀内切完，故。（2）确定进给量f 根据表1.4，在粗车钢料，刀杆尺寸为，工件直径为4060mm，查表1.31，选择f=0.56mm/r.（3）选择车刀磨钝标准及耐用度 由表1.9，车刀后面最大磨损限度选择1.0mm，普通车刀寿命T=60min。（4）确定切削速度v 根据表1.10查得切削速度查表1.28得切削速度修正系数为修正后的切削速度为 按CA6140机床转速，选择n=11.8 ，则实际切削速度5.1.2检验机床功率由表1.24，查得Pc=2.4k W。切削功率的修正系数，故实际切削时功率为,而机床主轴允许功率为，故选用的切削用量可在CA6140机床上进行。最后确定切削用量为：。5.1.3基本时间的确定根据机械制造工艺设计简明手册表6.2-1，车外圆的基本时间为，式中取，查表6.22取，则基本时间5.2工序70加工12H7mm孔的切削用量及基本时间本工序为加工孔加工，要求：加工12H7mm孔，进行钻-粗铰-精铰。先钻孔再粗铰、精铰孔，尺寸保证到。机床：Z525立式钻床，刀具：高速钢的标准钻头和标准铰刀。查表2.12，直柄麻花钻直径，刀具寿命T=45min；标准铰刀,刀具寿命T=40min。5.2.1钻孔5.2.1.1确定进给量f 根据表2.7，查得f=0.250.31mm/r，由Z525钻床参数确定f=0.28mm/r。5.2.1.2确定切削速度v 根据表2.14，表2.13查得，由表2.31得切削速度修正系数，故按机床转速参数，选择n=392r/min，则实际切削速度5.2.1.3检验扭矩功率 根据表2.32，表2.33，钻孔时扭矩及功率 ，式中，则。而转速为n=392r/mim的Z525型立式钻床能传递的扭矩为。经计算 ，检验成立。5.2.2铰孔5.2.2.1确定进给量f 根据表2.11查得f=0.651.4mm/r，按Z525钻床选择三、加工12夹具设计（一）设计机床夹具前的准备工作1.1明确工件的年生产纲领工件的年生产量是确定机床夹具总体方案的重要依据之一。它决定了夹具的复杂程度和自动化程度。如工件的年生产量很大，可采用多工件加工、机动夹紧或自动化程度较高的设计方案，采用此方案时，机床夹具的结构较复杂，制造成本较高；如工件的年生产量不大，可采用单件加工，手动夹紧的设计方案，以减小机床夹具的结构复杂程度及夹具的制作成本。1.2充分理解工件的零件图和工序图零件图标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求，他决定了工件在机床夹具中的放置方法，是设计机床夹具总体结构的依据。工序图给出了零件本工序的工序基准、以加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案。工件的工序基准、已加工表面、决定了机床夹具的定位方案，如选用平面定位、孔定位定位等；定位方案的选择依据六点定位原理和采用的机床加工方法，定位方案不一定要顶六个自由度，但是要完全定位。工件的代待加工表面是选择机床，刀具的依据。确定夹紧机构要依据零件的外形尺寸，选择合适的定位点，确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具的运动轨迹相冲突。（二）确定机床夹具的结构方案2.1选择定位原件固定V形块标准件活动V形块标准件固定手柄压紧螺钉标准件2.2选择夹紧机构（1） 夹紧力的方向：夹紧力的要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。（2） 夹紧力的作用点：夹紧力的作用点应该选择在定位元件支撑点的作用范围内，以及工件刚度高的位置。确保工件的定位准确、不变形。 （3）选择夹紧机构：在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题： 安全性 夹紧机构应具备足够的强度和加紧力，以防止意外伤及夹具操作人员。 手动夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。 夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。 手动夹紧机构应操作灵活、方便。2.3 钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。为了减少辅助时间采用可换钻套，以来满足达到孔的加工的要求。表dDD1Ht基本极限偏差F7基本极限偏差D601+0.016+0.0063+0.010+0.004669-0.00811.84+0.016+0.00871.82.6582.63698121633.3+0.022+0.0103.347+0.019+0.010104581156101110162068+0.028+0.01112+0.023+0.0121581015181220251012+0.034+0.0161822121522+0.028+0.01526162836151826300.0121822+0.041+0.02030342036HT150222635+0.033+0.017392630424625HT150563035+0.050+0.0254852354255+0.039+0.02059305667424811066485070740.040钻模板选用翻转钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。（三）夹具结构方案的设计（1）首先对工件的加工要进行分析，根据工件的形状和加工要求，我认为采用立式钻床比较合理。（2）然后，根据六点定位原理，选用定位销套在圆柱内孔，这样配合使用来完成限制了五个自由度，加上圆柱销，这样就共限制了六个自由度，正好满足六点定位原理，由于限制了六方自由度，所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在垂直方向上进行夹紧，可以利用移动压板，进行夹紧，因为移动压板简单使用，而且不影响加工过程，所以最总选择移动压板进行夹紧。（3）最后，对整个夹紧方案分析得出，定位约合六点定位原理，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行。这样就可使工件稳固的夹紧在机床上，能更加方便，准确的进行加工。（四）绘制夹具装配图（1）装配图应按照国家标准尽可能1：1地绘制，用剖视图完整清晰的表示出夹具的主要结构及夹具的工作原理。（2）视工件为透明体，用双点画线画出主要部分（如轮廓，定位面夹紧面加工表面）。画出定位元件、夹紧机构、导向装置的位置（3）按照夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构。（4）画出夹具体及其他联接用的元件（联接体、螺钉等），将夹具各组成元件联成一体。此机床夹具要用到的零件如下：六角螺钉M6X25 8个 材料：钢件定位销 A6X26 4个 材料：钢件定位衬套 4个 材料：钢件 六角螺母-C级M12 1个 材料：Q235 螺杆M12X40 1个 材料：钢件 夹具体 1个 材料：HT200筋板 1个 材料：钢件 立柱 1个 材料：钢件轴 1个 材料：钢件快换垫圈 1个 材料：钢件 定位轴 1个 材料：钢件 （5）标注必要的尺寸、配合、公差等夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差（6）标注技术条件。定位元件的定位面间相互位置精度。定位元件的定位表面与夹具安装基面的位置精度。定位表面与导向元件间的位置精度。导向元件工作面间的位置精度。（7）对零件编号，填写标题栏和零件明细表。每一个零件都必须有自己的编号，此编号是唯一的。在工厂的生产活动中，生产部件按零件编号生产、查找工作。完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。完整填写明细表，一般来说，加工工件填写在明细表的下方，标准件、装配件填写在明细表的上方。图 装配图（五）绘制夹具零件图（1）对装配图中需加工的零件图均应绘制零件图，零件图应按制图标准绘制。视图尽可能与装配图上的位置一致。（2）零件图上的尺寸公差、形位公差、技术要求应根据装配图上的配合种类、 位置精度、技术要求而定。（3）零件的其他尺寸，如尺寸、形状、位置、表面粗糙度等应标注完整（六）夹具精度的验算6.1产生定位误差的原因（1）平位情面定形，夹具定位基准与工序基准不重合，两基准之间的位置误差会反应到被加工表面的位置上去，所产生的定位误差称之为基准转换误差。（2）定位基准面与定位元件表面的形状误差。（3）导向元件，对刀元件与定位元件间的位置误差。（4）夹紧力使工件或夹具产生变形，产生位置误差。（5）夹具在机床上的安装误差。（6）定位元件与定位元件间的位置误差6.2 误差分析与计算3) 夹具安装误差因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。图5-2中夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差，=0.2) 夹具误差因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。夹具误差主要包括定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；定位元件相对于对刀或导向元件（包含导向元件之间）的尺寸或位置误差；导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；若有分度装置时，还存在分度误差。以上几项共同组成夹具误差。3) 加工方法误差因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的1/3.计算时可设。4) 保证加工精度的条件工件在夹具中加工时，总加工误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是即工件的总加工误差应不大于工件的加工尺寸。为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量。因此将上式改写为或 当时，夹具能满足工件的加工要求。值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值确定得是否合理。知此方案可行。（七）确定夹具体结构和总体结构对夹具体的设计的基本要求（1）应该保持精度和稳定性在夹具体表面重要的面，如安装接触位置，安装表面的刀块夹紧安装特定的，足够的精度，之间的位置精度稳定夹具体，夹具体应该采用铸造，时效处理，退火等处理方式。（2）应具有足够的强度和刚度保证在加工过程中不因夹紧力，切削力等外力变形和振动是不允许的，夹具应有足够的厚度，刚度可以适当加固。（3）结构的方法和使用应该不错夹较大的工件的外观，更复杂的结构，之间的相互位置精度与每个表面的要求高，所以应特别注意结构的过程中，应处理的工件，夹具，维修