支撑块夹具设计说明书

1、i 机械制造技术 课程设计说明书 设计题目：设计“支承块”零件的机械加工工艺规程（年产量为 5000 件） 学 生荣旭豪 指导教师 张 莉 郑州科技学院机械工程学院 ii 年 月 日目录 第 1 章 课程设计任务书 . 3 第 2 章 零件分析与毛坯设计 . 4 2.1 零件的功用 . 4 2.2 零件的材料及毛坯设计 . . 4 第 3 章 机械加工工艺规程设计 . 5 3.1 确定定位基准 . 5 3.2 各表面的加工方法的确定 . . 7 3.3 加工工艺方案分析 . . 8 3.4 加工工艺顺序的分析 . . 11 第 4 章 夹具设计 . 12 4.1 夹具方案设计 . . 12 4

2、.2 支撑块夹具的主要设计及计算 . 13 4.3 支撑块铣 C 面工序计算 . 15 第 5 章 设计小结 . 17 第 6 章 参考文献 . 183 第一章课程设计任务书 郑州科技学院 机械制造技术课程设计任务书 题目：设计“支承块”零件的机械加工工艺规程及夹具设计 内容： 4.3.1 零件图 1 张 4.3.2 毛坯图 1 张 4.3.3 机械加工工艺过程卡 1 份 4.3.4 机械加工工序卡 1 份 4.3.5 夹具设计装配图 1 张 班级：机制 5 班 姓名：荣旭豪 学号：201133160 指导教师： 张 莉 教研室主任：4 第二章 零件分析与毛坯设计 a. 零件的功用 课程设计所

3、用支撑块为定位支承块它的重要工作表面是四个侧 面和中心孔对待代加工工件起定位作用。 要求支承块具有较好的表面 粗糙度以及表面硬度。 b. 零件的材料及毛坯设计 1 零件材料支承块的工作性能要求 零件选用 45 号钢 45 号钢为优质碳素结构用钢硬度不高易切削加 工模具中常用来做模板梢子导柱等但须热处理。 1.45 号钢淬火后没 有回火之前硬度大于 HRC5!最高可达 HRC62 为合格。实际应用的最高 硬度为 HRC55高频淬火 HRC582.45 号钢不要采用渗碳淬火的热处理 工艺。 调质处理后 45 号钢零件具有良好的综合机械性能广泛应用于 各种重要的结构零件特别是那些在交变负荷下工作的连

4、杆、 螺栓、齿 轮及轴类等。 但表面硬度较低不耐磨。 可用调质表面淬火提高零件表 面硬度。 2 制造形式 45 号钢优质碳素结构钢由于在液相状态下流动性差不适合用铸 造方法得到零件。 考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大零件结构 又比较简单生产类型为成批生产故选择锤上模锻的加工方法模锻除 了具有很高的生产率还具有锻件形状尺寸精确、 材料利用率较高、 流 线5 分布更为合理零件使用寿命高、生产操作简便等优点。选用锻件， 以保证零件工作可靠。由于零件的尺寸不大，故可采用模锻成型。这 从提高毛坯精度、提高劳动生产率上来考虑也是合理的。 3 毛坯的设计 由零件图可知：支承块零件的材料是 45 钢，根据

5、表 2-5 ，即可 以选择铸件，也可以选择锻件，考虑到支承块在使用过程中，承受较 大的载荷，并考虑到中批到大批生产类型及以及经济性，选用锻件， 以保证零件工作可靠。由于零件的尺寸不大，故可采用模锻成型。这 从提高毛坯精度、提高劳动生产率上来考虑也是合理的。 零件数上下对称型，模锻件的分模面可任选在厚度的平分面上， 分模线为平直分模线。 45 钢属碳的质量分数小于 0.065%的碳素钢， 故材质系数为 M1,经估算锻件质量约为 2.06kg、锻件的形状复杂系 数为 0.76，属于S1 级，厚度为 50mm 按照普通级，由表 5-16 查得其 公差为1.5，由表 5-17查得厚度方向的加工余量为1

6、.7 2.2 mm 取 2mm, 0.5 水平方向的加工余量为1.7 2.2 mm 取 2mm 最终确定毛坯尺寸厚度为 64 1.5 mm。根据长宽比、高宽比查表 2-9 确定模锻斜度为 7，查表 0.5 2-10 确定内圆角半径为 1.5mm 外圆角半径为 4mm 经设计得到如下 图所示的毛坯图。 6 第三章机械加工工艺规程设计 3. 确定定位基准 粗基准的选择 选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余 量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。 粗基准选择应当满足以下要求： 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工 面与不加工面的相互位置关系精度。如果

7、工件上表面上有好几个不需 加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表 面作为粗基准。以7 求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面 有足够的加工余量。 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准， 以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选 作粗基准，必要时需经初加工。 便于装夹原则。 保证不加工表面位置准确原则。 粗基准一般不得重复使用原则。 作为粗基准的表面应平整没有 飞边、毛刺或其他表面缺钱。 如果必须首先保证工件某重要表面的余 量均匀应选择该表面的毛坯面

8、作为粗基准。 对于本零件而言选择尺寸 为 50mm 勺侧面作为粗基准。该表面毛坯质量好余量均匀。 精基准选择的原则 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样 可以避免定位基准与设计基准不重合而引起勺基准不重合误差。 基准统一原则。应尽可能选用统一勺定位基准。基准勺统一 有利于保证各表面间勺位置精度， 避免基准转换所带来勺误差， 并且 各工序所采用勺夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。 互为基准勺原则。当两个表面位置精度以及它们自身勺尺寸 与形状精度都要求很高时，可以互为基准反复加工。 8 自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均 匀，在加工时就应尽量选择加工表面

9、本身作为精基准。 此外，还应选择工件上精度高，尺寸较大的表面为精基准，以保 证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。 根据该支承块零件的技术要求选择 37mm 孔作为精基准。零件 上的很多表面都可以用它们作为基准进行加工即遵循了基准统一原 则。 为了保证 50mn 表面与其中心线垂直和保证 60mn 表面与零件的对 称面平行需先将 37mm 孔加工出来再用它定位得到满足要求的其他 尺寸。 3. 各表面的加工方法的确定 支承块零件的 37mn 的孔和 50mm6Omn 是重要加工表面根据零 件的尺寸、形位要求 60mm 表面有对称度要求，50mm 的表面对 37mm 大孔中心线

10、有垂直度要求。因此可以考虑先加工 37m m 的孔然后以 孔定位加工四个重要表面。 37mm 的阶梯孔粗糙度要求为 Ra1.6 精 度要求高可以考虑用精铰或者精镗达到。 其次由于孔径较大大于 30mm 故采用镗刀为宜其另一个好处是可以在同一镗床上加工阶梯孔的阶 梯端面使得工序较为集中提高了加工效率。 四个侧面可以方便的采用 平面铣达到要求对 Ra3.2 的表面可以进行一次粗铣再一次精铣。 平面 的粗糙度要求是 3.2 要粗铣一次再一次精铣就可以达到要求因为与 37 的孔有 0.02 的垂直度要求所以最终要用精铣来保证。所以底平 面先粗铣再精铣。 粗铣时选择互为基准加工两个侧面。 而 Ra1.6

11、 的表 面要插一道半精铣才能在铣床上达到 1.6 的表面粗糙度。40mm 外圆 柱面适合用9 车床加工经过一次粗车后还要经过一次精车。 螺纹孔都比 较小不好锻造出来就直接在立式钻床上加工得到。 3X M5 的螺纹孔均 匀分布在 48mnt勺圆上要求用到分度装置。 3. 加工工艺方案分析 遵循先基准后其他原则应先加工 37mm 孔。遵循先粗后精原则 先安排粗加工工序后安排精加工工序。 遵循先主后次原则先加工主要 表面- 37mn 孔及其阶梯孔端面、50mn 侧面、60mnr（则面、40 外圆孔 后加工次要表面-M16X1.5 及 3 个 M5 螺纹孔。遵循先面后孔原则先 加工支承块四个表面、 外

12、圆表面再加工 3 个孔。由于生产类型为成批 生产故采用通用机床配以专用工夹具并尽量使工序集中来提高生产 率。除此之外还应降低生产成本。因此确定加工路线如下 工序一：粗铣支承块 50mm 两个侧表面， 工序二： 粗铣两斜面 工序三： 粗铣上下表面 工序四： 粗铣支承块 60mm两个侧表面 工序五：粗镗 37mn 的阶梯孔 工序六：半精镗 37mm 的阶梯孔 工序七：精镗 37mm 的阶梯孔 工序八：精铣两斜面 工序九：精铣上下表面 工序十：车 40mn 外圆端面 工序一：粗车 40mm 外圆 工序十二：精车 40mm 外圆 工序十三：精铣 37mm 孔的阶梯端面 10 工序十四：半精铣 60mm

13、 侧面的两个表面 工序十五：精铣 60mm 侧面的两个表面 工序十六：拉 4-R3 圆弧槽 工序十七：钻 M16m 底孔，攻 M16X1.5 螺纹 工序十八：钻 3-M5 底孔，攻 M5 螺纹 工序十九：孔口倒角 C1 工序二十：钳工去毛刺 各工序加工尺寸、机床型号及加工装备见表 3-1 表 3-1 各工序加工尺寸、机床型号及加工装备 工序号 工序名称 上道工序 基本尺寸 mm 工序基本尺 寸 mm 机床设备 刀具量具 1 粗铣支承块 50mn 两个 侧表面， 52 50.8 X5032 三面刃铣刀 游标卡尺 2 粗铣两斜面 X5032 三面刃铣刀 游标卡尺 3 粗铣上下表 面 100 97

14、X5032 三面刃铣刀 游标卡尺 4 粗铣支承块 60mn 两个 侧表面 64 61 X6130A 咼速钢套式 面铣刀游 标卡尺 11 续表 工序号 工序名称 上道工序 基本尺寸 mm 工序基本尺 寸 mm 机床设备 刀具量具 5 粗镗 37mm 的阶梯孔 27 36 Z5125 机夹可转位 镗刀塞规 6 半精镗 37 mm勺 阶梯孔 36 36.6 T68 机夹可转位 镗刀塞规 7 精镗 37mm 的阶梯孔 36.6 37 T68 机夹可转位 镗刀塞规 8 精铣两斜面 X5032 二面刃铣刀 游标卡尺 9 精铣上下表 面 97 95 X5032 二面刃铣刀 游标卡尺 10 车 40mn 外

15、圆端面 97 95 AC616 机夹车刀游 标卡尺 11 粗车 40mm 外圆 42 40.5 AC616 机夹车刀 游标卡尺 12 精车 40mm 外圆 40.5 40 AC616 机夹车刀 游标卡尺 13 精铣 37mm 孔的阶梯端 面 41 40 X5032 二面刃铣刀 深度尺 14 半精铣 60mm 侧面 的两个表面 61 60.6 X6130A 咼速钢套式 面铣刀游 标卡尺 15 精铣 60mm 侧面的两个 表面 60.6 60 X6130A 咼速钢套式 面铣刀游 标卡尺 12 续表 工序号 工序名称 上道工序 基本尺寸 mm 工序基本尺 寸 mm 机床设备 刀具量具 16 拉 4-

16、R3 圆 弧槽 0 3 L5140B 键槽拉刀 17 钻 M16m 底 孑 L,攻 M16X1.5 螺 纹 0 16 Z5125A 钻攻复合刀 具螺纹塞 规 18 钻 3-M5 底 孑 L,攻 M5 螺纹 0 5 Z5125A 钻攻复合刀 具螺纹塞 规 19 孔口倒角 C1 Z5125A 直柄锥面锪 孔钻 20 钳工去毛刺 钳工工具 3. 加工工艺顺序的分析 整个加工步骤是毛坯-铣床铣削平面-镗床镗孔-车床车削外 圆-铣床铣削平面-钻床钻孔攻螺纹这样安排工序加工较为集中效 率较高还可以保证零件的尺寸、形状要求。 A 先铣平面 50mnt勺表面，毛坯没有毛刺表面质量好选做粗基准， 加工自身表面能

17、够得到较好的平行度。再以精加工后的表面为精基准 镗中心孔保证中心孔的中心线和表面达到垂直度要求。 B 镗孔内孔的粗糙度要求比较高为 Ra1.6 。故采用精镗。因为上 一道工序有已加工好的表面在镗孔时可以用一面一短心轴一档销定 位保证垂直13 度要求。 C 车削外圆先车外圆这样在下一道工序中可以利用 37mm 的中 心孔和 40mm 的外圆表面定位保证得到 60mm 表面与支承块的对称面 0.02 的平行度要求。 D 加工螺纹孔螺纹孔不是重要加工表面可以放在最后面加工。螺 纹孔的尺寸精度靠机床直接保证用已加工表面定位就可以保证加工 位置精度。在加工 3xM5 的螺纹孔时要用到分度装置。 第四章

18、夹具设计 夹具方案设计 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，工序粗铣、半精铣、精铣 C 面要达到 1.6 的表面粗糙度及 相对基准 B 面 0.02mm 的对称度，经过初步分析并且根据零件的加工 要求，制定了一种方案。 本方案采用卧式铣床加工， 夹具方案如图所示， 工件以内孔定位， 用定位心轴以过度配合将工件定位， 心轴制出轴肩， 下部固定在底板 上用螺栓固定，加工面与基准 B 有 0.02mm 的对称度，以两个支撑钉14 对工件侧面定位。上部用螺栓紧固，且支撑钉限制了工件绕定位心轴 的转动 图 4-1 支承块铣 C 面定位方案 支撑块夹具的主要设计及计算 要求

19、估算出最大切削力，进而估算出最大夹紧力，以作为夹具的 设计依据。估算出定位误差，以验证定位方案是否合理。 切削力及夹紧力的计算 根据已知条件，铣刀直径为 80mm 主轴具有最大扭矩，并能传 递主电动机的全部功率，由表 5-20 知 P=7.5kw。若主传动链的机械 效率n =0.8,可计算粗铣时主切削力 F=n PX 1000/V=5769N 精铣时 主切削力 F=n PX 1000/V=3593N。夹紧力依据表 4-10 有 鼻 - 15 FS fiH 其中FS为克服切削力 F 使工件绕 A 点倾转所需要的实际夹紧力; K 为安全系数；fi为摩擦系数其受力简图如图所示 图 4-2 工件受力简

20、图 由图可知 L 为 65mr，H 为 60mm,h 为 35mm,F 为最大切削力 5769N K 取 1.7， fi查机械加工艺设计实用手册得 fi =0.15，求得 FS=520.88N。为防止工件平移所需夹紧力 5 = （ N） f1 f2 其中Fo =dj S , d 为定位销直径，j 为接触长度，由 m,图可知 d 为 37mm 为 35mm, S 为 350MPa 求得 Fs =4610.6N。 422 定位误差分析 工件为孔与销的间隙配合，如图所示，当工件孔为最大，销为最 小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙16 量，即无论工序尺寸方向如何，只要工序尺寸方

21、向垂直于孔心轴线定 1 = Dmax- dmn=37.014-37.009=0.005mmv TD =0.025mm, 3 定位误差符合要求 ADW 图 4-3 孔与圆柱销定位误差分析简图 支撑块铣 C 面工序计算 支撑块夹具的主要设计计算 支撑块 C 面的尺寸为 50X 80mm 距基准面 30mm 平面铣刀最理想 的宽度应为材料宽度的 1.31.6 倍，所以选面铣刀的直径为 80mm, 选择刀的位误差均为 DW d hln 17 齿数为& 平面粗铣用量 首先决定较大的 Z 向切深和切削宽度，z 一般选择 3 5mm 选择 5mm查找硬质合金铣刀每齿进给量为 0.100.15mm 切削速度为

22、 90200m/min,选择粗铣进给量为 0.15mm/z。 平面半精铣用量 经过粗铣加工，半精铣加工的余量为 0.52mm 选择 0.3mm,选 择半精铣进给量为 0.08mm/z。 平面半精铣用量 经过半精铣加工，精铣加工的余量为 0.52mm 选择 0.1mm,公 差为0.3mm;精铣深度选择为 0.1mm。查找资料选择精铣进给量为 0.4mm/r。 切削用量和主轴转速 铣刀分三次铣削到指定的高度，粗铣切深 0.5mm 留有 0.4mm 的 加工余量。粗铣时因面铣刀有 8 个刀齿，为刀齿中等密度铣刀，选 fz1=0.15，贝卩 f1=8x 0.15=1.2mm/r ;参考 V=55- 1

23、05m/min。综合其他 因素选 V=62.5m/min,则主轴转速 S=318x62.5/125=150r/min ,计算 进给速度 F=f1 xzx S=0.15x 8X 150=180r/min。切削速度 v= 80 150 =37.68m/m in 1000 半精铣时，半精铣切深 0.3mm 留有 0.1mm 的加工余量。选 fz2=0.08mm/z。贝卩 f2=0.08 x 8=0.64 mm/r，参考 V=5A 105m/min 选 18 V=80m/min,主轴转速 S=318X 80/125=203.52r/min, 进给速度 F=f? x s=0.64 x 203.52=13

24、0 r/min。切削速度 v= 一80 203.52 =51.12m/min 1000 精铣时为保证表面质量，表面粗糙度，选 f=0.4 mm/r，参考 V=55- 105m/mi n,综合切深小，进给量小，切削力小的因素，选 V=100m/min,主轴转速 S=318X 100/125=300r/min， 进给速度 F= f3 x s=0.4 x 300=120r/min。切削速度 v=80 300 =75.36m/min 1000 基本工时 取走刀长度I =54mm 切入长度 h =0.5 d , C0gC0) +(13);取 Co =0.05 d =4,则 h=25mm 切出长度 i2=

25、5mm 可得 粗加工铣削用时 Tb= 1 l 2 B 54 25 5 25 5=0.50s f Mz 1.2 150 半精加工铣削用时 Tb= 1 l2 : =54 25 5 =0.69s f Mz 0.64 203 精加工铣削用时 1 l 2 . =54 25 5=0.75s f Mz 0.300 第五章设计小结 本次课程设计是我们学完了大学的全部基础课专业基础课后进 行的一次全面的、深入的、综合性的总复习也是一次理论联系实际的 训练是我们在走上工作岗位之前一次极好的学习机会因此它在我们 的四年大学19 生活中占有积极重要的地位。经过了为时 18 天的课程设 计我对一个零件从毛坯、工艺、工序到夹具的设计经历了一个零件的 设计的全部过程从中学习了毛坯设计工艺、 工序设计的相关知识实践 了夹具的设计使学到的理论知识得到了应用体会到了一个机械设计 师的工作过程同时隐约体会到了一些将来参加工作的感觉。 通过本次 毕业设计对自己在大学中所学的知识进行一次良好的回顾并在此基 础上有所提高。以前的学习说实话很大程度上是为了应付考试对学过 的一些知识只是一个初步的认识没有联系到实际当中去。