底座加工工艺及其夹具设计

1、第1章引言第2章零件分析 2.1 零件的作用 2.2 零件的工艺分析 第3章工艺规程设计 3.1 确定毛坯的制造形式 3.2 毛坯的设计3.3 选择定位基准 3.3.1 精基准的选择 3.3.2 粗基准的选择3.4 制定工艺路线 3.4.1 工艺路线第4章确定切削用量及基本工时 第5章夹具设计 5.1 设计夹具的目的 5.2 本课题夹具设计 5.3 问题的提出 5.4 定位基准的选择 5.5 切削力及夹紧力计算 5.6 定位误差分析5.7 夹具设计及操作简要说明 设计小结参考文献 引言随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着 高质量、高生产率和低成本方向发展。

2、各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切 进力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的 零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及 加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进 步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。“工欲善其事，必先利其器。”工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动 化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等） 在不断的革新中，其功能仍 然十分显着。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此， 无论

3、在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。底座的加工工艺规程及其铳侧面的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基 础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零 件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具， 保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知 识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将 各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。图2.1零件图底座是一种基础零件，是整个机械装置的主体，起密封、定位的作用，因此，对于

4、关键联接部位要求加 工精度比较高。底座零件的材料为 HT150 ,灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。但灰铸铁的铸造性能和切削加工 性能优良。零件有2组加工面他们有位置度要求。以下是本零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：(1) 一组是以底面为基准的加工面，这组面主要是下底面，U形槽及其凸台，尺寸 90所对应的两侧面,尺寸50所对应的两侧面。(2)以13孔为基准的加工面，这组加工面主要是弧形槽，R2槽。造形式零件材料为HT150,由于零件为10000件/年，属于中批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为2级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证

5、加工精度上考虑也是应该的。底座零件材料为 HT150,毛坯重约5Kgo生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型，2级精度组根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，对毛坯初步设计如下:1 .底座的下端面6.3,只要进行铳加工就能满足光洁度要求。根据资料可知，选取加工余量该底座的下端面粗糙度都是等级为G ,选取尺寸公差等级为 9级。所以根据相关资料和经验可知，底座的下端面的单边余量为2mm,符合要求。2 .U形槽及其凸台U形槽凸台表面粗糙度为12.5,只要粗铳即可满足要求，其加工余量为 2mm,U形槽表面粗糙度为 12.5,只要粗铳即可满足要求，其加工余量为2mm,3 .尺

6、寸90所对应的两侧面，尺寸50所对应的两侧面尺寸90所对应的两侧面表面粗糙度为6.3,经过粗铳加工即可以，选用单边余量为2mm。尺寸50所对应的两侧面表面粗糙度为1.6,需经过精加工，选用单边余量为2mm。根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，这样毛坯的尺寸就可以定下 来了，毛坯的具体形状和尺寸见图3.1 “底座”零件毛坯简图。图3.1 “底座”零件毛坯图正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容，也是保证零件加工精度的关键。定位基准分为精基准、粗基准和辅助基准。在最初加工工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位 基71 （粗基准）。在后续工序中，则使用已加工

7、表面作为定位基准（精基准）。在制定工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求并把各个表面加工出来，然后再 考虑选择合适的粗基准把精基准面加工出来。另外，为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度，可在工 件上某部位作一辅助基准，用以定位。应从零件的整个加工工艺过程的全局出发，在分析零件的结构特点、 设计基准和技术要求的基础上，根据粗、精基准的选择原则，合理选择定位基准。“基准重合”原则应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，即“基准重合”的原则。这样可以避免因基准不重合而 引起的误差。“基准统一”原则应选择多个表面加工时都能使用的定位基准作为精基准，即“基准统一”的原则。这样便于

8、保证各加工表面间的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并简化夹具的设计制造工“互为基准”原则 当两个表面的相互位置精度及其自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可采用这两个表面互为基准，反复多 次进行精加工。“自为基准”原则在某些要求加工余量尽量小而均匀的精加工工序中，应尽量选择加工表面本身作为定位基准。此外，精基准的选择还应便于工件的装夹与加工，减少工件变形及简化夹具结构。需要指出的是，上述 四条选择精基准的原则，有时是相互矛盾的。例如，保证了基准统一就不一定符合基准重合等等。在使用这 些原则时，要具体情况具体分析，以保证主要技术要求为出发点，合理选用这些原则。对于精基准而言，主要应该考虑基

9、准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，进行尺寸换算，这 在以后还要专门计算，此处不再重复。若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件上每个表面都要加工，则应以加工余量最小 的表面作为粗基准。这样可使这个表面在加工中不致因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工 件报废。在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工时，则应以不加工表面 中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。若既需保证某重要表面加工余量均匀，又要求保证不加 工表面与加工表面的位置精度，则仍按本原则处理。选作粗基准的

10、表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其他缺陷，以便定位准确，装 夹可靠。粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。但是，当毛坯是精密铸件或精密 锻件，毛坯质量高，而工件加工精度要求又不高时，可以重复使用某一粗基准。粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。从零件图上可以看出， 底座零件还算比较规则，所以粗基准容易选择。为了保证底面及其它加工表面的位置精度的要求，选择底座 底面作为粗基准，加工出U形槽凸台面，再以 U形槽凸台面精加工出底面，然后以此为精基准，加工其它表面。制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等

11、技术要求能得到合理的保 证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在 提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。方案一工序I:铸造工序n ：时效处理工序田：以底面为粗基准，铳 U形槽凸台面。工序IV:铳底面工序v：铳U形槽工序VI:铳尺寸 90两端面0.0250.025工序即：粗铳尺寸 50 0 两端面，精铳尺寸 50 0 两端面工序皿：钻孔13工序IX:铳弧形槽工序X :铳R2槽工序XI :检验方案二工序I :铸造工序n :时效处理工序田：粗铳底面工序IV:铳U形槽凸台面工序V:精铳底面工序VI:铳U形槽，工序即：铳

12、尺寸 90两端面，工序皿：钻孔130.0250.025工序IX:粗铳尺寸 50 0 两端面，精铳尺寸 50 0 两端面工序X :铳弧形槽工序XI :铳R2槽工序XII :检验工艺方案一和方案二的区别在于方案一工序比较集中，方案二工序比较分散，工序集中比较利于中小批 量生产，工序分散适合大批量工业化生产，在本设计中，选用工序集中，并配以较多的专用夹具，比较合 适，因此，本工艺设计选用方案一。工序田：以底面为粗基准，铳U形槽凸台面1.选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金端铳刀，刀片采用YG8 ,机床采用 X5028立式铳床aD =2mmpd0 =30mm , v =42.5m/min , z=3

13、。2.决定铳削用量。1）决定铳削深度因为加工余量不大，一次加工完成a=2mmp2）决定每次进给量及切削速度根据X5028型铳床说明书，其功率为为7.5kw,中等系统刚度。根据表查出fZ=0.2mm/齿，则1000V1000 蚣5 451 r/min30按机床标准选取nw = 475r/mindnw100030 475 44.75 m/min1000当 nw =475r/min 时fm = fzznw =0.2 x 3 x 475=285mm/min3）计算工时切削工时：l 47mml19mm3mm,则机动工时为两个凸台，2tm 2 0.18ltm -l1nw fl247 9 3 0.18min

14、 .2850.36min工序iv：铳底面1 .选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金端铳刀，刀片采用YG8 ,机床采用 X5028立式铳床ap =2mm , d0=130mm, v =42.5m/min , z=8。2 .决定铳削用量1）决定铳削深度因为加工余量不大，一次加工完成ap =2mm2）决定每次进给量及切削速度根据X5028型铳床说明书，其功率为为7.5kw,中等系统刚度。根据表查出fZ=0.2mm/齿，则ns1000 vd1000 42.5130104 r/min当 nw =235r/min 时按机床标准选取nw = 118r/mindnw v1000130 118100048.1

15、7 m/min当 nw = 104r/min 时fm = fZznW =0.2 x 8 x 104=166mm/min3）计算工时切削工时：l 152mm, l19mm , l2 65mm ,则机动工时为tml l1 %nwf152 9 651661.36min .工序v：铳u形槽1 .选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金圆周铳刀，刀片采用YG8 ,机床采用 X61W 万能铳床ap =1mm , d0=120mm , v =42.5m/min , Z =202 .决定铳削用量。1）决定铳削深度因为加工余量不大，一次加工完成ap =1mm2）决定每次进给量及切削速度根据X5028型铳床说明书，

16、其功率为为7.5kw,中等系统刚度。ns1000v 1000 42.5112.8 r/mind按机床标准选取nw = 125r/mindnwv 1000当 nw = 125r/min 时fm = fZznW=0.1 x 20X 125=250mm/min3）计算工时切削工时：l 37mm , l1120120 125 51 m/min100010mm,则机动工时为tml I %nwf37 100.188min .250两个 U 形槽，2tm 2 0.188 0.376min工序VI:铳尺寸 90两端面1 .选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金端铳刀，刀片采用YG8,机床采用 X5028立式铳

17、床ap =2mm , d0 =60mm , v =42.5m/min , Z =62 .决定铳削用量。1）决定铳削深度因为加工余量不大，一次加工完成ap =2mm2）决定每次进给量及切削速度根据X5028型铳床说明书，其功率为为7.5kw,中等系统刚度。根据表查出fZ=0.2mm/齿，则ns1000 vd1000 42.560225 r/min按机床标准选取nw = 235r/mindnw100060 235100044.3 m/min3）计算工时切削工时：l 98mm ,1i铳两个面，2tm 2 0.486fm = f zznw =0.2 x 6 x 235=282mm/min9mm, l2

18、 30mm,则机动工时为t l 1i l2tm；-nwf0.972min .0.025工序即：粗铳尺寸50 0两端面，精铳尺寸0.025粗铳尺寸50 0 两端面1 .选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金圆周铳刀，刀片采用ap =1.5mm2 .决定铳削用量。1）决定铳削深度因为加工余量不大，一次加工完成2）决定每次进给量及切削速度根据X5028型铳床说明书，其功率为为98 9 30 0.486min.2820.025500 两端面YG8 ,机床采用 X5028立式铳床d0=49mm , v =42.5m/min , z=6。ap =1.5mm3 .5kw,中等系统刚度。根据表查出fZ=0.2

19、mm/齿，则ns1000 vd晔*5 276r/min 49按机床标准选取nw = 300r/mindnw100049 300 46.16 m/min1000当 nw =300r/min 时fm = fZznW =0.2 x 6 x 300=360mm/min3）计算工时切削工时：l 98mm1i9mm, l2 30mm,则机动工时为tml 1il2198 9 30 0.38min3600.025精铳尺寸50 0 两端面1.选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金圆周铳刀,刀片采用YG8 ,机床采用 X5028立式铳床2.决定铳削用量。1）决定铳削深度ap =0.5mmd0=50mm , v=4

20、2.5m/min , z=6。因为加工余量不大，一次加工完成ap =0.5mm2）决定每次进给量及切削速度根据X5028型铳床说明书，其功率为为7.5kw,中等系统刚度。根据表查出fZ=0.2mm/齿，则ns1000v1000 42.5 276r/min49按机床标准选取nw = 300r/mindnw100050 300 47 m/min1000当 nw =300r/min 时fm = fZznW =0.2 x 6 x 300=360mm/min3）计算工时切削工时：l 98mm1i9mmI2 30mm ,则机动工时为tm1i12 f98 9 30 0.38min .360工序皿：钻孔13机

21、床：Z550立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表 10-61选取高速钢麻花钻 13 1）进给量取f=0.13mm/r2)切削速度V=2434m/min.取 V=30m/min3）确定机床主轴转速= 1000% =1000 30dw13735r/min与735r/min相近的机床转速为735r/min 。现选取 nw=735r/min。所以实际切削速度 vc= 5 =13 735 1.34 m/min 100010005)切削工时，按工艺手册表 6.2-1。tm l-l2；其中 l 20mm ; l1=4mm; l2=3mm;nwftm=2Xl I1 I2、, 20 4 3、)=2 X ( )

22、 =0.282(min)nwf735 0.13工序ix：铳弧形槽1 .选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金端铳刀，刀片采用YG8 ,机床采用 X5028立式铳床ap =2mm , d0=13mm, v =42.5m/min , Z =22 .决定铳削用量。1）决定铳削深度因为加工余量不大，10次加工完成ap =2mm2）决定每次进给量及切削速度根据X5028型铳床说明书，其功率为为7.5kw,中等系统刚度。根据表查出fZ=0.2mm/齿，则1000V 1000 42.5,.ns 1041 r/mind13按机床标准选取nw = 950r/mindnw100013 950100038.779

23、m/min当 nw =950r/min 时fm = fZznW =0.2 x 2 x 950=380mm/min3）计算工时切削工时：l 30.37mm则机动工时为，十次走刀tml30.37 10 10 3.2min.nw f380加工两个 2tm 2 3.2 6.4min工序X ：铳R2槽YG8 ,机床采用 X5028立式铳床1 .选择刀具及机床刀具选取不重磨损硬质合金端铳刀，刀片采用ap =2mm , d0 =4mm , v =42.5m/min , z=22 .决定铳削用量。1）决定铳削深度因为加工余量不大，2次加工完成ap=2mmp2）决定每次进给量及切削速度根据X5028型铳床说明书

24、，其功率为为7.5kw,中等系统刚度。根据表查出fZ=0.2mm/齿，则1000 vd1000 42.543383 r/min按机床标准选取nw = 1180r/mindnw10004 1180100014.82 m/min当 nw = 1180r/min 时fm= fZznW=0.2X2X 1180=472mm/min3）计算工时切削工时：l 10mm则机动工时为，2次走刀l10tm22 0.04 minnw f472.在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷、热工艺过程中，使用着大量的夹具。所谓夹 具就是一切用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或者检测的装置。在机械制造中

25、采用大量的夹 具，机床夹具就是夹具中的一种。它装在机床上，使工件相对刀具与机床保持正确的相对位置，并能承受切 削力的作用。机床夹具的作用主要有以下几个方面：较容易、较稳定地保证加工精度，因为用夹具装夹工件 时，工件相对机床 （刀具）的位置由夹具来保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、较稳定地保 证工件的加工精度；提高劳动生产率，因为采用夹具后，工件不需要划线找正，装夹也方便迅速，显着地减 少了辅助时间，提高了劳动生产率；扩大机床的使用范围，因为使用专用夹具可以改变机床的用途、扩大机 床的使用范围，例如，在在车床或摇臂转床上安装链模夹具后，就可以对箱体孔系进行链削加工；改善劳动 条件、

26、保证生产安全，因为使用专用机床夹具可以减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，降低对工人操作技 术水平的要求，保证安全。为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。由指导老师的分配，决定设 计第工序VI：铳尺寸 90两端面。本夹具主要用于铳尺寸 90两端面，铳面之前，底面与U形槽已加工出来，本道工序加工精度要求不是很高，为此，本夹具主要考虑如何提高生产效率。拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工 工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更 加困难甚至达不到零件的加工精度（特别

27、是位置精度） 要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此道工序没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。我们采用已加工的底面、和U形槽为定位基准，用底面、定位销和一定位挡销限制工件六个自由度，为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母压板作为夹紧机构。计算刀具：高速钢端铳刀（|60mmz=6机床：x5028型立式铳床 由3所列公式得查表9.48得其中：修正系数kv 1.0y 0.65 Uf 0.83 a。2z=6WF 0代入上式，可得 F=1889.4N因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数k=k1K2K3K4其中：Ki为基本安全系数1.5K2为加工性质系数1.1K3为刀具钝化系数1.1K4为断续切削系数1.1所以 F KF 3772N(2)夹紧力的计算选用夹紧螺钉夹紧机由N f1 f2KF其中f为夹紧面上的摩擦系数，取f1 f2 0.25F= Pz+GG为工件自重由于7544N不是很大，经校核：满足强度要求，夹具安全可靠，本工序对面加工精度要求不高，采用本夹具能满足加工要求。简要说明在设计夹具时，应该注