机械制造技术课程设计-法兰盘831004加工工艺及钻φ4销孔夹具设计

机床夹具设计说明书“法兰盘（CA6140自动车床）”零件“加工Φ4销孔”工序夹具设计全套图纸加V信153893706或扣3346389411姓名：学号：班级：指导教师：学院：2021年11月

目录一、工序设计 31.选择加工设备与工艺装备 32.确定工序尺寸 5二、切削用量、工时定额的计算 6工序16 6工序14 7工序15 8三、夹具总体设计 91.定位方案 92.夹紧机构 113.导向装置 124.夹具与机床连接元件 135.夹具体 146.使用说明 157.结构特点 158.夹具中标准件清单 159.夹具装配总图 15四、设计总结 15五、参考文献 16六、心得体会 16一、工序设计1.选择加工设备与工艺装备（1）选择机床选择机床时,应注意以下几个基本原则：1.机床的加工尺寸范围应与工件的外形尺寸相适应。2.机床的精度应与工序要求的精度相适应。3.机床的生产率应与工件的生产类型相适应。如果工件尺寸太大、精度要求过高，没有适当的设备可供选择时，应考虑机床改装或设计专用机床。根据以上原则，选择机床如下：1.工序3、4是粗车。因为工序要求的精度不高，本零件外轮廓尺寸不大，因为CA6140车床易上手，操作难度较小，安全可靠，故选用CA6140车床可满足要求（表5-62）。2.工序5为钻，零件尺寸轮廓不大，故宜在钻床上进行加工，且孔的加工精度要求较高，需选用较为精密的钻床才能满足要求，因此选用Z525立式钻床，该钻床结构简单，易操作，更加安全（表5-71）。3.工序6、7是粗铣。表面不要求很高的加工精度，故选用JHT300铣床就能满足要求，且本零件外轮廓尺寸不大，JHT300铣床即可满足要求（表5-78）。4.工序8、9半精车，选用CA6140车床可满足要求（表5-62）。5.工序10、11为半精铣，由于加工表面为平面，故可采用专用夹具在JHT300铣床上加工，故选用JHT300铣床（表5-78）。6.工序12、13为钻，孔表面精度要求不高，故选用立式钻床就能满足要求，且本零件外轮廓尺寸不大，因此选用Z525立式钻床（表5-71）。7.工序14、17为粗磨。加工表面精度要求较高，故选用M1420A磨床（参考《实用机械加工工艺手册第三版》表7-117）。8.工序15、16为精车。加工表面精度要求较高，故选用CA6140车床可满足要求（表5-62）。（2）选择夹具机床夹具种类有很多，一般可划分为通用夹具（适用性强，加工精度不高）、专用夹具（加工精度高、针对性强、缺乏通用性）、可调夹具（调整有缺陷的夹具以及适合小批量零件的加工）以及组合夹具。本零件有较多需要铣削加工、钻孔、车削、磨削的加工表面，均需要专用夹具进行装夹。专用夹具能够提高生产效率，降低时间成本，同时减少加工误差以及定位误差带来的加工过程的潜在危险性。（3）选择刀具工序号工序内容所选刀具3粗车φ450-0.017端面、倒角、外圆柱面、退刀槽、φ90右端面、φ90外圆柱面外圆车刀、倒角刀、切槽刀4粗车φ100-0.12-0.34端面、外圆柱面、倒角、B面、倒角外圆车刀、倒角刀5钻、扩、粗铰、精铰φ20+0.0450孔麻花钻、铰刀6粗铣距离φ90mm轴线24mm的平面三面刃铣刀7粗铣距φ90mm轴线34mm的平面三面刃铣刀8半精车φ450-0.017端面外圆柱面、φ90右端面和外圆柱面外圆车刀9半精车φ100-0.12-0.34端面、φ100-0.12-0.34外圆柱面、B面外圆车刀10半精铣距离φ90mm轴线34mm的平面三面刃铣刀11半精铣φ90mm轴线24mm的平面三面刃铣刀12钻4-φ9透孔麻花钻13钻φ4的孔、粗铰φ6的孔麻花钻14粗磨距轴线24mm的平面平形砂轮15精车φ100-0.12-0.34端面和φ100-0.12-0.34外圆柱面外圆车刀16精车φ90右端面、φ450-0.017外圆柱面外圆车刀17粗磨φ90外圆柱面、B面平形砂轮（4）选择量具本零件属于成批生产，一般情况下尽量采用通用量具，对于左右及四周端面的加工可采用游标卡尺进行测量，粗铣、半精铣两次加工，也可用游标卡尺进行测量。粗磨等精度要求较高的加工，采用千分尺测量。通用量具易上手，安全可靠。2.确定工序尺寸（1）计算过程14工序：粗磨距轴线24mm的平面，由半精铣φ90mm轴线24mm的平面后的剩余余量为0.3mm得该工序加工余量为0.3mm。15工序：精车φ100-0.12-0.34端面和φ100-0.12-0.34外圆柱面，由半精车φ100-0.12-0.34端面、φ100-0.12-0.34外圆柱面后的剩余余量为0.2mm得该工序加工余量为0.2mm。16工序：精车φ90右端面、φ450-0.017外圆柱面，由半精车φ450-0.017端面外圆柱面、φ90右端面和外圆柱面后的剩余余量为0.3mm得该工序加工余量为0.3mm。17工序：粗磨φ90外圆柱面、B面，由半精车φ90外圆柱面和B面后的剩余余量为0.4mm得该工序加工余量为0.4mm。（2）工序尺寸列表圆柱面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精φ100-0.12-0.34外圆柱面1.40.70.2IT12+0.350IT10+0.140IT8+0.0540Ra12.5Ra6.3Ra0.8φ450-0.017外圆柱面2.40.70.3IT12+0.250IT10+0.10IT8+0.0390Ra12.5Ra6.3Ra0.8φ90外圆柱面2.60.70.4IT12+0.350IT10+0.140IT7+0.0350Ra12.5Ra6.3Ra0.4B面1.20.850.4IT12+0.250IT10+0.10IT7+0.0250Ra12.5Ra6.3Ra0.4各端面的工序加工余量工序加工表面总加工余量工序加工余量8φ450-0.017端面2.9115φ100-0.12-0.34端面20.216φ90右端面20.3二、切削用量、工时定额的计算工序16（1）切削用量本道工序为粗磨，以φ450-0.017端面及外圆柱面定位，磨φ90外圆柱面、B面。查《实用机械加工工艺手册》第三版表10-158确定砂轮材料为黑碳化硅，由表10-161以及11-163得粗磨磨具粒度为F36~F46，取粒度号F36，其基本尺寸500~425μm，由表10-163得其组织号范围8~12，磨粒率范围46~38，故取组织号10，磨粒率42%，根据表10-164得选用陶瓷结合剂V，由表10-165得选用平形砂轮，其代号D×T×H，形状代号1，根据表10-173得磨具最高工作速度v=35m/s。①磨φ90外圆柱面：由表10-174得平行砂轮尺寸范围D×T×H∈[300×32×75,900×150×305]故从安装方便与砂轮强度多方面考虑选用300×50×203。由表11-164得陶瓷结合剂V砂轮速度≤35m/s，根据其直径d=300mm得n=1000v/πd=37.13r/s，取n=30r/s即n=1800r/min，则其切削速度v=πdn/1000=28.27m/s。由表11-165得磨φ90外圆柱面时工件速度v∈[13~26]取vε=20m/min，纵向进给量fa=(0.5~0.8)bs=0.6bs，其中bs=50mm，所以fa=0.6bs=30mm，工作台单行程背吃刀量ap=0.013mm/st；取寿命T=1800s，横向进给量fr=2.58*10-3*d0.3*K1*K2/fa*v*T0.5=2.58*10-3*900.3*1*1.75/30*0.33*18000.5=0.041mm②磨B面：考虑到磨削φ45的同时靠磨两个端面，故选用300×40×127。由表11-164得陶瓷结合剂V砂轮速度≤35m/s，根据其直径d=300mm得n=1000v/πd=37.13r/s，取n=30r/s即n=1800r/min，则其切削速度v=πdn/1000=28.27m/s。由表11-165得磨φ90外圆柱面时工件速度v∈[13~26]取vε=20m/min，纵向进给量fa=(0.5~0.8)bs=0.6bs，其中bs=40mm，所以fa=0.6bs=24mm，工作台单行程背吃刀量ap=0.013mm/st；取寿命T=1800s，横向进给量fr=2.58*10-3*d0.3*K1*K2/fa*v*T0.5=2.58*10-3*900.3*1*1.75/24*0.33*18000.5=0.051mm综上所述，磨φ90外圆柱面的切削速度v=28.27m/s，纵向进给量fa=30mm，背吃刀量ap=0.013mm/st。磨B面的切削速度v=28.27m/s，纵向进给量fa=24mm，背吃刀量ap=0.013mm/st。（2）工时定额计算：基本时间：T=(Zb*A/fr+k*t)*k①磨φ90外圆柱面T=0.3min②磨B面T=0.3min（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mm*st-1f/(mm)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s磨φ90外圆柱面0.0133028.273030s磨B面0.0132428.273030s工序14（1）切削用量本道工序为精车，以φ450-0.017外圆面及φ90右端面定位，精车φ100-0.12-0.34端面和φ100-0.12-0.34外圆柱面。选用CA6140车床，根据加工材料为灰铸铁、加工性质为精车，查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-127得选用刀具材料为硬质合金，最终确定选用YG6硬质合金不可转位车刀，寿命T=60min；根据其HBW≤200以及工作条件查表5-121得车刀前角r0=12°，后角a0=7°，刀具主偏角kr=90°，副偏角kr’=5°，刃倾角λs=0°，选用车刀尺寸12X20，刀尖圆弧半径rε=0.3~0.5，取rε=0.5；根据其表面粗糙度要求以及灰铸铁加工材料，查表5-124得选用进给量f=0.15mm/r。切削速度公式为Vc=Cvkv/TmapXvfYv，查表5-121得Cv=189.8，Xv=0.15，Yv=0.20，m=0.20。精车φ100-0.12-0.34端面，背吃刀量ap=0.2mm，故代入切削速度公式得：Vc=Cvkv/TmapXvfYv=189.8*1/(60^0.2)(0.2^0.15)(0.15^0.2)=155.76m/min。精车φ100-0.12-0.34外圆柱面，背吃刀量ap=0.2mm，故代入切削速度公式得：Vc=Cvkv/TmapXvfYv=189.8*1/(60^0.2)(0.2^0.15)(0.15^0.2)=155.76m/min。综上所述，精车φ100-0.12-0.34端面和φ100-0.12-0.34外圆柱面的理论切削速度Vc=140.37m/min，进给量f=0.15mm/r，背吃刀量ap=0.3mm。理论主轴转速n=1000v/πd=493.82r/min查表5-63得取实际转速n=500r/min，故其精车φ100-0.12-0.34端面和精车φ100-0.12-0.34外圆柱面实际切削速度Vc=157.71m/min。（2）工时定额计算：基本时间：（查表2-24）基本时间：①精车φ100-0.12-0.34端面：l1=ap/tankr+(2~3)=2mm，l2=3mm，l3=0mm，L=(d-d1)/2+l1+l2+l3=(100-20)/2+2+3+0=45mm，故Tj=Li/fn=45*1/(0.15*(500/60))=36s②精车φ100-0.12-0.34外圆柱面：l1=ap/tankr+(2~3)=2mm，l2=3mm，l3=0mm，L=l+l1+l2+l3=9+2+3+0=14mm，故Tj=Li/fn=14*1/(0.15*(500/60))=11.2s（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s精车φ100-0.12-0.34端面0.30.152.638.3336精车φ100-0.12-0.34外圆柱面0.30.152.638.3311.2工序15（1）切削用量本道工序为精车，以φ100-0.12-0.34端面及外圆柱面定位，精车φ90右端面、φ450-0.017外圆柱面。选用CA6140车床，根据加工材料为灰铸铁、加工性质为精车，查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-127得选用刀具材料为硬质合金，最终确定选用YG6硬质合金不可转位车刀，寿命T=60min；根据其HBW≤200以及工作条件查表5-121得车刀前角r0=12°，后角a0=7°，刀具主偏角kr=90°，副偏角kr’=5°，刃倾角λs=0°，选用车刀尺寸12X20，刀尖圆弧半径rε=0.3~0.5，取rε=0.5；根据其表面粗糙度要求以及灰铸铁加工材料，查表5-124得选用进给量f=0.15mm/r。切削速度公式为Vc=Cvkv/TmapXvfYv，查表5-121得Cv=189.8，Xv=0.15，Yv=0.20，m=0.20。精车φ90右端面，背吃刀量ap=0.3mm，故代入切削速度公式得：Vc=Cvkv/TmapXvfYv=189.8*1/(60^0.2)(0.3^0.15)(0.15^0.2)=146.56m/min。精车φ450-0.017外圆柱面，背吃刀量ap=0.3mm，故代入切削速度公式得：Vc=Cvkv/TmapXvfYv=189.8*1/(60^0.2)(0.3^0.15)(0.15^0.2)=146.56m/min。综上所述，精车φ90右端面、φ450-0.017外圆柱面的理论切削速度Vc=146.56m/min，进给量f=0.15mm/r，背吃刀量ap=0.3mm。理论主轴转速n=1000v/πd=518.34r/min查表5-63得取实际转速n=500r/min，故其精车φ90右端面实际切削速度Vc=141.37m/min，精车φ450-0.017外圆柱面Vc=70.69m/min。（2）工时定额计算：（查表2-24）基本时间：①精车φ90右端面：l1=ap/tankr+(2~3)=2mm，l2=3mm，l3=0mm，L=(d-d1)/2+l1+l2+l3=(90-45)/2+2+3+0=27.5mm，故Tj=Li/fn=27.5*1/(0.15*(500/60))=22s②精车φ450-0.017外圆柱面：l1=ap/tankr+(2~3)=2mm，l2=3mm，l3=0mm，L=l+l1+l2+l3=41+2+3+0=46mm，故Tj=Li/fn=46*1/(0.15*(500/60))=36.8s（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s精车φ90右端面0.30.152.368.3322精车φ450-0.017外圆柱面0.30.151.188.3336.8三、夹具总体设计1.定位方案（1）定位方案设计因为在圆柱面上加工φ4销孔，水平放置，便于加工。将其完全定位，可以采用：φ20孔内用心轴定位限制4个自由度，这样既简单又方便（如图）；夹具体限制2个自由度，螺母用于夹紧，定位可靠，加工稳定，所设计的定位方案，总共限制了工件的6个自由度，属于完全定位，不存在过定位。（2）定位方案草图夹具的定位方案采用心轴定位，可以满足定位方案分析过程中对自由度的要求，无欠定位，不存在过定位。如下图所示，1为心轴，2为夹具体，3为需加工零件。（3）定位误差计算夹具的主要定位是一平面和心轴的过渡配合。由于工件的定位基准与工序基准不重合，以及工件的定位基准面与夹具定位元件的定位表面存在制造误差，会引起工件的工序基准偏离理想位置，产生加工误差，称之为定位误差，常用符号来表示。查表3-2得ΔD=ΔW=（δD+δd）/2故总定位误差=ΔD+ΔW=δD+δd=0.066<0.6满足要求。2.夹紧机构（1）夹紧方案设计螺母夹紧机构结构简单、夹紧行程大，具有增力比大、自锁性能好两大特点，为了减少夹紧和松开工件用时（辅助时间），使用快速装卸螺母夹紧机构。快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。（2）夹紧方案草图（3）夹紧力计算与校验此工件以内孔定位，端面夹紧，其夹紧力公式为：F=3KFJD/2(f1(D31-d3)/(D21-d3)+f2(D32-d3)/(D22-d3))因为钻削属于连续切削，查表3-6故取安全系数K=2,查表3-7故取摩擦系数f=0.2其中FJ约等于钻削轴向力Ff=CFdz0FfyFkF查表2-15得其轴向力CF=410N，zF=1.2，yF=0.75，故Ff=CFdz0FfyFkF=410×（4×10-3）1.2×0.20.75×1.04=673N故F=3KFJD/2(f1(D31-d3)/(D21-d3)+f2(D32-d3)/(D22-d3))=3×2×673×125/2×(0.2×(403-203)/(402-202)+0.2×(403-203)/(402-202))=11.5N校核：取螺杆的材料为45钢，许用应力为σs/(3~5)，取σs=355MPa，得许用应力为118.3MPa。取螺杆公称尺寸为M20，则小径d1取17；T=50750N·mm；；轴向力F=5748.5N。故计算可得危险截面的应力为：σca=91.12MPa≤[σ]=118.3MPa满足要求3.导向装置（1）设计说明由于选用了Z525立式钻床，故需用钻套作为对刀装置。该孔在同一步工序中经过多个工步的加工，生产批量为中批量生产，采用快换钻套（参看JB/T8045.3-1999），钻套磨损后，可以迅速更换。夹具设计技术经济性较好，易于维修成，本较低。（2）导向装置二维工程图4.夹具与机床连接元件（1）设计说明因为加工此零件选用的机床为Z525型立式钻床，其相关技术参数如下：从工作台T型槽中心到导轨距离为150mm，主轴轴线到导轨面距离为250mm，Z525钻床工作台上T型槽数为两个，两槽间距为200mm，其槽的形状尺寸如下图所示：根据T型槽尺寸，选择公称尺寸为M12的T型槽快卸螺栓（参看JB/T8007.2-1999），如果损坏易于更换，技术经济性较好，成本较低。根据T型槽快卸螺栓尺寸，参考设计手册相关内容，设计了座耳的结构，在夹具体上表面有凸台，在进行机加工时只需要加工凸台即可，节省加工时间，加工成本较低。（2）夹具与机床连接元件二维工程图5.夹具体（1）设计说明夹具体是夹具的基础件，夹具的其它各种元件、机构和装置等要安装在夹具体上。考虑到Z525机床与夹具体的连接，故夹具体的设计长度应与Z525机床T型槽大致相等。为了留出足够的安装空间，我们的夹具体总长为228mm，总宽为143mm，总高为125mm。选择其为铸造件，成本低易加工。（2）夹具体二维工程图6.使用说明本夹具是专用快换式钻模，用于加工Z525自动车床上Φ4H7的通孔，使用快换钻套，可以对工件进行扩、粗绞、精绞加工。在使用时先将工件放入，再插入心轴并旋上螺母夹紧进行加工即可。进入装配的零件及部件（包括外购件、外协件），均必须具有检验部门的合格证方能进行装配。零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、油污、着色剂和灰尘等。7.结构特点本夹具的最大优点就是结构简单紧凑、操作方便。一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。本夹具使用的标准件数量较多，经济性较好，安装方便，如有损坏更换简单，成本较低。8.夹具中标准件清单名称数量材料备注紧压螺钉M3×10145钢GB/T70.1-2008平垫片1Q215GB/T97