机械制造工艺学夹具设计说明书

1、机械制造工艺学课程设计题 目： 夹具设计 学 号： 2 姓 名： 系 别： 矿业工程系 专业班级： 机指导老师： 闫金顺 完成时间： 2017.05.19 目 录第一章零件的分析41.1轴的用途41.2 零件图41.3零件工艺分析41.3.1尺寸精度分析51.3.2表面粗糙度的要求分析51.2.3形位公差要求分析51.3.4其他技术要求分析5第二章 输出轴加工工艺的设计52.1 毛坯选择52.1.1毛坯的选择方法62.1.2毛坯的确定62.2定位基准的选择62.2.1粗基准的选择原则62.2.2精基准的选择原则62.2.3零件基准的确定72.3表面加工方法的选择72.4加工顺序的安排72.5

2、制定工艺路线82.6 工艺方案的比较与分析92.7切削用量及切削工时的计算102.7.1背吃刀量的确定102.7.2主轴转速的确定112.7.3 确定进给速度112.8计算切削用量122.8.1车外圆台阶122.8.24mm铣刀铣键槽12第三章 夹具设计143.1 夹具类型及使用机床选择143.2 定位基准及定位元件选择143.2.1 工件定位面选择143.2.2 夹具定位元件选择143.2.3 定位元件限制不定度分析153.3 夹紧机构及夹紧元件初步选择163.4切削力计算163.4.1钻削力计算163.4.2 铣削力计算173.5 夹紧力计算173.6 夹具定位元件的设计183.7 对刀方

3、式183.8 夹具体设计193.9夹具的总体设计19第四章 三维图20参考文献21工艺卡 工序卡零件图装配图 Q657695031微I第一章 零件的分析1.1 轴的用途轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件都必须要安装在轴上才能进行运动及动力的传动。因此轴的主要作用是支撑回转零件及传递动力。安装轴的载荷不同，轴可以分为转轴，心轴及传动轴三类。在工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴为转轴，只承受弯矩的称为心轴，只承受扭矩的为传动轴。该轴为输出轴，称为转轴，采用45钢作为材料，可以承受一定的载荷和冲击。此轴为台阶类零件，由于有安装面，尺寸精度，形位公差要求均比较高

4、。16及14为主要配合面，需要的精度更高，粗糙度要求为1.6。15面粗糙度要求为0.8。两键槽位置精度要求，在加工过程中需要严格控制。 1.2 零件图图1-11.3零件工艺分析 在零件开始加工之前，需要对零件的加工工艺进行分析，加工工艺的分析需要从以下几方面着手分析。1.3.1尺寸精度分析零件主要的加工精度属于IT7级以下加工精度，IT7级精度要求较高，如尺寸15及14精度要求较高，在加工过程中需要通过粗加工精加工逐步获得优良的加工表面，IT8级以下，在加工中精度相对来说比较容易保证，如总长82宽度5mm等、图纸中一些未标注公差的尺寸，如长度18mm、长度24mm等未标注尺寸公差，在加工中可以

5、按照GB/T1804-m中所规定的公差带进行加工。1.3.2表面粗糙度的要求分析 由于零件表面工作部位不同，可以对不同的工作表面，选择不同的表面粗糙度。零件整体的便面粗糙度要求较高，多处粗糙度要求Ra0.8， Ra0.8粗糙度精度要求较高，在加工中需要使用车床精车外圆，从而满足零件对粗糙度的要求。1.2.3形位公差要求分析 形状公差包括形状公差和位置公差。任何机械零件都是由点,线,面,这些点,线,面被称为元素。零件加工后的实际元素相对于理想总是有错误,包括形状误差和位置误差形位公差包括形状公差和位置公差，零件外形复杂前后轴承台阶要求同轴度0.02mm，在加工时要主要保证行为公差尺寸。1.3.4

6、其他技术要求分析零件图纸中经常会出现一些其他技术要求，例如零件图纸中说明了材料热处理的情况、未注的倒角及圆角情况，还说明了未注尺寸公差按照GB/T1804-m执行，在安排加工工艺时务必注意保证此类技术参数。第二章 输出轴加工工艺的设计2.1 毛坯选择2.1.1毛坯的选择方法毛坯是根据零件所需要的形状以及一些尺寸制成的然后供生产加工的材料。毛坯的选择要考虑很多的因素：1、零件的生产类型，本设计零件主要是以成批生产为主；2、零件的结构形状与尺寸，本设计零件结构比较简易，尺寸清楚，属于中小型零件。3、零件的材料工艺性和力学性能要求，即零件的铸造和锻造性能，本设计零件是采用45#铸钢为材料，2.1.2

7、毛坯的确定由题目要求得知工件材料为45号钢。根据毛坯的外形，选择棒料作为毛坯，棒料市场价格低，由于取材等优点，此次设计绘制毛坯零件简图，如下：2.2定位基准的选择2.2.1粗基准的选择原则粗基准：用未加工过的表面作为定位基准。选择粗基准时，主要考虑的问题是如何使各道工序均有足够的加工余量以及工件安装的稳定性，其选择原则为：（1） 为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准；（2） 合理分配各加工表面的余量；（3） 尽量选用面积大而平整的表面为粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠；（4） 粗基准一般不重复使用，同一尺寸方向的粗基准一般只能使用一次。2.2.2精基准的选择原则精基准：

8、用已加工过的表面作为定位基准。选择精基准时，主要考虑的问题是如何保证零件的加工精度以及安装可靠，其选择原则为：（1） 基准重合原则；（2） 基准统一原则；（3） 自为基准原则；（4） 互为基准原则；（5） 保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便的原则2.2.3零件基准的确定轴零件首次加工使用毛坯外圆作为加工基准，加工出20外圆台阶后掉头装夹，以直径20外圆为精基准加工出另一端，符合基准选择原则，在加工键槽的时候使也使用同样的一组定位基准，有利与保证加工精度，减少产品报废率。2.3表面加工方法的选择很多零件都是由很多基础表面和一些特殊的表面组成的，每个表面都有着不同的精度和表面粗糙度，从而确定了各

9、个表面的加工方法和加工方案，进而确定零件的加工内容。总的来说，如果想确定一个零件各个表面的加工方法必须要确定零件各表面的加工精度和表面粗糙度。下表是该零件的每个表面的加工方法总结：序号被加工表面经济精度等级表面粗糙度加工方法122外圆IT6-IT7Ra3.2粗车-精车216外圆IT6-IT7Ra1.6粗车-半精车-精车315外圆IT6-IT7Ra0.8粗车-半精车-精车414外圆IT6-IT7Ra1.6粗车-半精车-精车515外圆IT6-IT7Ra0.8粗车-半精车-精车6两键槽IT6-IT7Ra0.8粗铣-精铣7两端面IT10-IT111Ra3.2粗车-精车8退刀槽IT10-IT111Ra3

10、.2粗车-精车2.4加工顺序的安排切削加工工序的安排原则：1基面先行原则 零件在加工的过程中首先要加工零件的基准面，因为零件的毛坯面一般不用做重复定位，所以在加工零件的基准的时候需要首先把零件的基准加工出来，为后序工序提供一个精基准。2先粗后精原则 零件在加工的过程中一般需要经过，粗加工半精加工精加工等工序。零件的一般表面都是先粗加工再精加工。初加工的目的主要是为了去除零件的大部分切削余量，精加工的目的主要是为了获得，较好的表面质量。3先主后次原则 零件在加工的过程中一般需要，先加工主要表面在加工次要表面，主要表面是指零件的一些重要表面，如配合面。次要表面是一些不重要的表面，这些表面，一般安排

11、在主要表面加工完成以后，在加工这些表面。 4先面后孔原则 零件的加工过程中，一般需要先加固面，再加工孔。如果先加工的孔在加工面，当刀具，切削到孔的位置是容易发生震动，降低了表面的加工精度，而且刀具由于冲击，容易损坏刀具，另一方面，平面的加工，较容易，而孔的加工较难，所以一般需要先将后面这一面为基准去加工这些孔，这样的话加工精度更高。 2.5 制定工艺路线 制定零件的加工工艺过程首先要确定零件的加工方法，对加工的工序进行划分，先从图纸中确定零件的最终加工要求，从而确定了零件的最终的加工方法，在确定了零件的最终的加工方法以后，选择合适的粗加工，半精加工方法去除零件的主要的加工余量。在安排零件的加工

12、工艺的同时要有同时对比零件的多种加工方案，以下为零件的加工安排了两种加工方案：方案一传动轴1下料下料长度822调质处理调质处理3车三爪夹持加工零件15至20一端4车2掉头装夹夹持20一端，加工14一端。5铣键槽铣键槽6终检7入库方案二传动轴1下料下料长度822调质处理调质处理3车三爪夹持加工零件14至15一端4车2掉头装夹夹持15一端，加工另一个15一端。5铣键槽铣键槽6终检7入库2.6 工艺方案的比较与分析综合比较另种加工工艺，方案二首次按加工15mm台阶外圆，然后利用15mm外圆为基准加工出15另一端，而方案一正好相反，先加工出20一端再加工尾部，两种方案都比较好，但是方案二选取15夹装没

13、有20夹装精度高，综合比较选定工艺方案一为加工方案。综合比较选择方案1为零件的加工方案，具体方案如下：零件轴一下料圆钢二热调质处理三车三爪卡盘夹持毛坯外圆1平端面见光2粗车外圆15、16、20留0.3mm3精车外圆15、16、20至图纸尺寸4车2X0.5、1X0.5退刀槽四车2掉头装加工件1平端面见光2粗车外圆14、15留0.3mm3精车外圆14、15至图纸尺寸4车2X0.5、1.1X0.3退刀槽五钻铣V形铁装夹1粗铣两键槽留0.3mm余量2精铣键槽至图纸尺寸 六终检2.7切削用量及切削工时的计算 切削用量是设计加工工艺的时候的关键技术参数，在选用这些参数的时候，咬住一以下几点：粗加工时，结合

14、了零件及机床的的刚性应该选择尽可能快速的切除零件的表面加工余量，此时刀具磨损严重，在加工的时候尺寸，粗糙度都不是很稳定，所以在粗加工的时候要留取一定的切削余量。精加工时，主要是为获得较高的表面粗糙度及加工精度，此时刀具应该有较高的切削速度，较小的背吃刀量，加工时应该选择较好的刀具，减小的刀具的磨损，有利于保证零件在加工的过程中尺寸的稳定。2.7.1背吃刀量的确定 零件加工的背吃刀量的选择是切削三要素中首先要确定的重要参数，在零件的加工过程中粗加工的时候，在机床刚性允许的情况下应该尽可能的选择较大的背吃刀量，提高切削效率，在精加工的时候尽可能选择较小的背吃刀量也已有效的改善切削表面的加工粗糙度。

15、此次设计的背吃刀量在粗加工的时候选择为1mm，精加工为0.3mm2.7.2主轴转速的确定查阅刀具手册，可知，加工中主轴转速计算公式如下： n=1000Vc/d（式 2-1）公式中：n主轴转速，单位r/minVc切削速度，单位m/mind工件直径，单位mm综合考虑，加工中零件各部位切削速度Vc数值选取如下：粗车外表面时Vc 选取100m/min；精车外表面时Vc 选取150m/min；铣槽时Vc 选取60m/min；2.7.3 确定进给速度 进给速度应根据零件的加工精度和表面粗糙度的要求以及刀具和工件材料来选择 = （式2-8）式中： 切削时单位时间内工件与刀具沿进给方向的相对位移，单位mm/m

16、infz车刀每齿工作台的移动距离，即每齿进给量（mm/z）工件的转速硬质合金车刀的每齿进给量高于同类高速钢车刀，可参考表5-2选取：工件材料每齿进给量fz/（mm/z）粗车精车高速钢车刀硬质合金车刀高速钢车刀硬质合金车刀钢0.100.150.100.250.020.050.100.15铸铁0.120.200.150.30铝0.060.200.100.250.050.100.020.05表2-4 车刀每齿进给量fz2.8计算切削用量2.8.1车外圆台阶 加工零件右侧时，零件的转速以零件最小结构外圆来计算，可以保证零件最小直径处的切削速度，获得较高的表面质量，确定进给量f：根据工艺手册），确定粗车

17、f=0.2mm/r切削速度：参考有关手册，确定V=100m/min当nw=1447r/min,工作台的每分钟进给量应为：fm=fn=0.21447=289.5(mm/min). 精车的切削速度较高，确定进给量f：根据工艺手册），确定精车f=0.08mm/r切削速度：参考有关手册，确定V=150m/min当nw=2895r/min,工作台的每分钟进给量应为：fm=fn=0.082895=231(mm/min) 加工零件左侧时，零件的转速以零件最小结构外圆来计算，可以保证零件最小直径处的切削速度，获得较高的表面质量，确定进给量f：根据工艺手册），确定粗车f=0.1mm/r切削速度：参考有关手册，确

18、定V=100m/min当nw=1137r/min,工作台的每分钟进给量应为：fm=fn=0.11137=114(mm/min). 精车的切削速度较高，确定进给量f：根据工艺手册），确定精车f=0.1mm/r切削速度：参考有关手册，确定V=150m/min当nw=1706r/min,工作台的每分钟进给量应为：fm=fn=0.11706=170(mm/min)2.8.24mm铣刀铣键槽 使用4mm铣刀铣键槽，确定进给量f：根据工艺手册），确定粗铣参考有关手册，确定V=100m/min当nw=2653r/min,工作台的每分钟进给量应为：fm=fn=0.122653=530(mm/min).第三章

19、夹具设计3.1 夹具类型及使用机床选择根据工艺规程可知，铣削键槽加工采用立式铣床。如图3-1立式铣床是一种常见的机械加工装备，立式铣床的主轴是垂直布置的，决定了他的加工方向是工作台水平移动。在夹具设计时，要考虑到机床工作台的进给方向和进给行程。铣键槽和钻孔分别用三面刃立铣刀和麻花钻加工、。图3-1 立式铣床3.2 定位基准及定位元件选择 3.2.1 工件定位面选择该夹具所涉及的工序是铣两键槽，这道工序在工件的整个工艺流程中属于比较靠后的工序，此时工件的外圆面和端面都已经加工完成，选择加工定位面的余地较大。为了保证能够获得较高的加工质量，选择加工精度较高的外圆面作为定位面。3.2.2 夹具定位元

20、件选择零件的定位通常采用外圆、内孔等要素。对该零件使用V型块进行定位。V型块是夹具设计中的标准件，有各种大小型号可用于不同形状和外圆尺寸的工件，本夹具使用一个V型块进行定位即可，由于V型块宽度与工件长度相比较宽，此V型块可限制4个自由度。V型块如图3-2所示。图3-2 V型块本夹具设计中除了要使用V型块，还需要有定位元件能够限制一个移动自由度，这里选择如图4-3 支承钉定位。图3-3 支承钉3.2.3 定位元件限制不定度分析要保证工件和夹具的相对位置，需要限制6分自由度，分别为三个移动和三个转动自由度。工件外圆用V型块限制4个自由度，分别是2个移动自由度和2个旋转自由度，端面用支撑钉限制1个移

21、动自由度。这样就限制了工件的5个自由度。由于加工本工序时工件是一个回转体，所以不需要限制工件剩余的一个旋转自由度。3.3 夹紧机构及夹紧元件初步选择如图3-4所示，采用压板作为夹紧机构。压板机构选用的都是标准件，包括移动压板、螺母、双头螺柱、弹簧、调节支撑。压板是一种结构简单，容易获得的夹紧机构，使用移动压板时，先装入工件，然后调节压板到夹紧位置，再拧紧压板上的螺母，这样就能压紧工件。图3-4 压板夹紧3.4切削力计算3.4.1钻削力计算刀具：采用高速钢锪孔刀， 材料：45，锻件。钻削轴向力为 引自参考文献机床夹具手册（第三版）表1-2-8.进给量 修正系数 引自参考文献机夹具设计手册（第三版

22、）表1-2-8. 故 则实际夹紧力为 查机床夹具计手册（第三版）表1-2-1. 安全系数K 可按下式计算基本安全系数1.5；加工性质系数1.1;刀具钝化系数1.0；断续切削系数.0;上述数据查机械夹具具设计手册（第三版）表1-2-1. 故 3.4.2 铣削力计算查机械加工工艺师手册表30-19，材料选择45钢，刀具选择立铣刀，公式为：查表30-20得立铣刀加工45钢取294；查表30-21得修正系数取1.0背吃刀量取粗加工时2mm进给量取0.1铣刀直径为10mm铣刀齿数z取3带入数据计算得3.5 夹紧力计算根据机械加工工艺手册孟少农表6.4-8中公式W：作用在工件上的夹紧力WL：螺旋夹紧力M：

23、螺旋上的原始作用力M=QLd2：螺纹中径Q：手柄上的的作用力L：手柄长度l1:支撑到螺栓中心线距离l2:螺栓中心线到夹紧中心距离q:弹簧弹力（此处无弹簧）：机构效率，取0.9带入数据得夹紧力为1272N。3.6 夹具定位元件的设计定向键装配在夹具底面的纵向槽当中，正常使用两个。它距离尽量布置的要远一些。经过定向键以及铣床的工作台U形槽的配合，使本次设计的夹具上的定位元件的工作表面相对于工作台的送进的方向具有合理的位置关系。定向键可以承受铣削加工时所产生的扭转的力矩，可以降低夹紧夹具的螺栓的负荷度，提高夹具在加工当中的稳定性。定位键的具体结构如图3-4。图3-5 定位键3.7 对刀方式 铣床夹具

24、和铣床之间相互位置的确定依靠夹具底面定位键与机床工作台T型槽之间的配合。但是当把夹具安装到铣床上后，铣刀位置和工件位置还不确定，这时就需要对刀块来确定这一位置。对刀块可分为直角对刀块和圆形对刀块，直角对刀块能够确定铣刀两个方向上的位置，圆形对刀块只能限制铣刀一个方向上的位置。对于输出轴的加工，用直角对刀块进行对刀。使用对刀块时，用手动方式把操作工作台，把对刀块逐渐逼近铣刀，在铣刀和对刀块之间塞入塞尺，当塞尺刚好能在铣刀和对刀块缝隙间移动时，此时刀具和夹具的位置便被确定下来，通过减去塞尺的厚度可得到二者之间精确的位置。3.8 夹具体设计 夹具体是整个夹具的基础和骨架，是夹具上最大和最复杂的基础零件，该夹具是钻夹具，所以不需要安装定位原件也不需要对刀块。故为了满足有足够的强度和刚度、安放稳定可靠、结构紧凑和工艺性好，并且重量尽可能轻巧，便于操作，使用安全，所以选择夹具体为铸造体。对于铸造结构的夹具体，其结构优点是工艺性好，容易获得形状复杂的内、外轮廓，且具有较好的强度、刚度和抗震性，故夹具体材料选择HT200。3.9夹具的总体设计根据要求绘制夹具装配图，如图3-7所示。夹具装配图中应该标注配合尺寸，配