机械制造技术课程设计-手柄座831015加工工艺及铣14槽夹具设计

机床夹具设计说明书“车床手柄座”零件“铣140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 4二、切削用量、工时定额的计算 5工序Ⅰ 5工序Ⅸ 6工序Ⅶ 7三、夹具总体设计 71.定位方案 72.夹紧机构 83.对刀装置 104.夹具与机床连接元件 105.夹具体 116.使用说明 127.结构特点 128.夹具中标准件清单 139.夹具装配总图 13四、设计总结 13五、参考文献 13六、心得体会 14一、工序设计1.选择加工设备与工艺装备（1）选择机床工序Ⅰ是粗铣。只有一个工步，成批生产不要求很高的生产率，故选用立式铣床就能满足要求。本零件精度要求不是很高，按表5-78选用X51立式铣床。工序Ⅶ为钻孔。外廓尺寸不大，宜选用立式钻床。精度要求不高，按表5-71选用Z525立式钻床。工序Ⅷ为铰孔。外廓尺寸不大，宜选用立式钻床。精度要求不高，按表5-71选用Z525立式钻床。工序Ⅸ为铣槽。精度要求不高，不要求很高的生产率，故选用卧式铣床，按表5-81选用X62卧式铣床。（2）选择夹具粗铣大端面：专用夹具铣槽140钻Φ100+0.013粗铰、精铰Φ100+0.013（3）选择刀具铣刀按表5-113选高速钢粗齿盘状铣刀（JB/T7953-2010）。零件要求铣切深度为14mm，按表5-106，铣刀直径应为100~106mm。因此所选铣刀：铣槽工序铣刀直径d=100mm，宽L=14mm，孔径D=27mm，齿数z=12。铣刀按表5-110选镶齿套式面铣刀（JB/T7954-1999）。零件要求铣切深度为2mm，按表5-106，铣刀直径应为0~80mm。因此所选铣刀：粗铣大端面工序铣刀直径D=80mm，整体直径D1=70mm，孔径d=27mm，刃刀宽L=36mm，整刀宽L1=30mm，齿数z=10。钻头按表5-95选高速钢锥柄麻花钻（GB/T1438.1-2008）。零件要求钻削深度为9mm38mm，因此所选钻头：直径d=9mm，切削刃长度l1=81mm，标准抦长l=162mm，莫氏圆锥号为1。铰刀按表5-104选锥柄机用铰刀（GB/T1133-1984）。零件要求铰孔深度为9.55mm38mm，因此所选铰刀：直径d=10mm，切削刃长度l=38mm，标准柄长l=168mm，莫氏圆锥号为1。（4）选择量具本零件属成批生产，一般情况下尽量选用通用量具。选择大平面和槽的量具。按表5-116，选择读数值0.02mm，测量范围0~50mm游标卡尺。选择钻孔用量具。按表5-116，选择读数值0.01mm，测量范围0~50mm的内径千分尺。选择铰孔用量具。按表5-116，选择读数值0.01mm，测量范围0~50mm的内径百分表。2.确定工序尺寸（1）计算过程工序Ⅰ的加工余量为1mm，该工序只与加工余量有关，故，工序尺寸L1’=L1+Z1=38mm。工序Ⅶ的加工余量为0.2mm，工序加工余量为Z71=0.02mm，该工序只与加工余量有关，故，工序尺寸L72’=100L71’=L72’-Z72=9.980工序Ⅵ的加工余量为10mm，工序加工余量为Z6=1mm，该工序只与加工余量有关，故，工序尺寸L6’=L71’-Z6=9.80工序Ⅷ的加工余量为14mm，工序加工余量为Z8=0.22mm，该工序只与加工余量有关，故，工序尺寸L8’=L8-Z8=13.78mm（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∅1000.20.020.0139.9810-Ra12.5Ra6.3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Ⅰ110Ⅷ8140.22二、切削用量、工时定额的计算工序Ⅰ（1）切削用量本工序为粗铣大端面，所选刀具镶齿套式面铣刀（JB/T7954-1999）。铣刀直径D=80mm，整体直径D1=70mm，孔径d=27mm，刃刀宽L=36mm，整刀宽L1=30mm，齿数z=10。由于加工铸铁的硬度<200HBS，故选前角0=10°，后角α0=6°，主偏角r=35°，过度刃偏角r=20°，副偏角r’=1.5°，刀齿螺旋角β=15确定每齿进给量fz。根据表5-152，X62型卧式铣床的功率为7.5kW（表5-81），工艺系统刚性为中等，端铣刀加工铸铁，查得每齿进给量fz=0.2~0.3mm/z。现取fz=0.25mm/z。选择铣刀磨钝标准及耐用度。根据表5-156，用硬质合金立铣刀粗加工铸铁，铣刀刀齿最大磨损量为0.8mm；铣刀直径D=80mm，耐用度T=180min（表5-157）。确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz。根据表2-17中公式计算：v式中，Cv=332，qv=0.21，xv=0，yv=0.4，uv=0.4，pv=0，m=0.35，T=180min，fz=0.25mm/z，z=10，d=80m计算得：vc=23.65(m/minn=1000×vcπ×d根据X51型立式铣床主轴转速表（表5-82），选择n=95r/min=23.87r/s，实际切削速度vc=3.98m/sfMz=0.251023.87=59.68(mm/min)根据X51型立式铣床工作台进给量表（表5-83），选择fMz=60mm/min，则实际的每齿进给量为fz=6010×（2）工时定额计算：基本时间：根据表2-28的计算公式，端铣刀铣平面得计算公式为T式中，l=86mm，l1=0.5d-d2-ae2+(1~3)，ae=65.5mm，d=80mm，l1=19mm，lTj=1.79（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/s110.63723.6594.1107.4工序Ⅸ（1）切削用量选用高速钢粗齿盘状铣刀d0=125mm1、根据表3.1-27查得：粗铣ae=3~8mm，选定ae因，走刀次数N=30+135=8.6次，故走刀次数N为9ae=3mm根据零件形状，确定走刀长度为37mm。2、决定每齿进给量fz，根据XA6132型铣床的功率为7.5KW根据表3-3：fz=0.12~0.20mm/z,现选取fz=3、决定切削速度vc和每分钟进给量根据表3-27中的计算公式，也可以直接查表。根据表3-9，当d0=15mm，Z=8，ap=14mm，ae=5mm，fz0.24mm/z时，vt=19m/min，nt各修正系数为：kkvC=vt×kvn=ntvf=vft根据XA6132型铣床说明书，选择nc=37.5r/min；vfc=60因此实际切削速度和每齿进给量为：vc=fzc=（2）工时定额计算：基本时间：计算基本工时t式中l=37mm，根据表3.25，入切量及超切量y+∆=27mm则tm0=L总时间：tm=tm0×N=1.067min×9=9.6(min)=576(（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/s1140.210.534576工序Ⅶ（1）切削用量选择9.8mm高速钢锥柄麻花钻（表3-1－6）由表2-7和表4-2－16查得f机=0.17mm/r，Vc查n查=按机床选取n机=960Vc机（2）工时定额计算：基本时间：t=l+l1+（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/s19.80.1723747.418.6三、夹具总体设计1.定位方案（1）定位方案设计由于是大批大量生产，主要考虑提高劳动生产率。因此设计时，需要更换零件加工时速度要求快。本夹具设计，用移动夹紧的左端面定位三个自由度，一个长定位销定位两个自由度，用一个活动的短定位销定位最后一个转动自由度。选用定位销，可以采用标准件，价格便宜，成本低，制造方便。（2）定位方案草图（3）定位误差计算为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。∆与机床夹具有关的加工误差∆j∆（）定位误差：∆∆其中：δD1=0.052mm,δd1=0.011mm,∆1min=0mm,（2）夹紧误差：∆其中接触变形位移值：∆查[]表～～有kRaZ∆（）磨损造成的加工误差：∆jM通常不超过（）夹具相对刀具位置误差：∆DA取误差总和：∆从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。2.夹紧机构（1）夹紧方案设计工件通过定位销的定位限制了绕轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。（2）夹紧方案草图（3）夹紧力计算与校验根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即：F安全系数可按下式计算：K=式中：K0~K6为各种因素的安全系数，查参考文献～～由此可得：K=1.21.01.01.01.31.01.0=1.56所以F查参考文献～～可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：F=式中参数由参考文献可查得：γ螺旋夹紧力：F=4748.2(N)该夹具采用夹紧机构，由上述计算易得：F≫3.对刀装置（1）设计说明对刀装置由对刀块与塞尺组成，主要用于铣床夹具，使用对刀快调整工件相对位置。对刀块对刀块是用来确定夹具与刀具相对位置的元件，其结构已经标准化。本结构中应选用直角对刀块，尺寸为20mm×14mm×8mm，调整铣刀两相互垂直面位置时使用。对刀块是标准件，结构尺寸较为单一，是对刀块的价格较低，制造夹具时整体的成本可以相对较低。塞尺对刀时，不允许刀具与对刀块直接接触，损坏刀刃或造成对刀块过早磨损，而要将塞尺放在刀具与对刀快之间，凭抽动塞尺得松紧感觉来判断二者的正确位置，以适度为宜。本结构设计中选用对刀平塞尺。（2）对刀装置二维工程图4.夹具与机床连接元件（1）设计说明连接元件可采用标准定位键定位，每两个定位键用螺钉固定在夹具体底面同一条直线位置上，用于确定铣床夹具相对于机床进给方向的正确位置。要保证定位键的宽度与机床工作台T型槽相匹配的要求。在本设计中采用夹具体上设置四个坐耳，夹具在机床工作台上定位后，用T形螺栓和螺母及垫片把夹具与机床固定夹紧。定位键是标准件，可以缩短夹具制造时间，并且可以节约成本。（2）夹具与机床连接元件二维工程图5.夹具体（1）设计说明为了提高加工效率及方便加工，决定材料使用高速钢，加工过程中，夹具必承受大的夹紧力切削力，产生冲击和振动，夹具的形状，取决于夹具布局和夹具和连接，在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便于铁屑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便排出铁屑。（2）夹具体二维工程图6.使用说明夹具体是夹具的基础件，夹具体上所有组成部分都必须最终通过这一基础件连接成一个有机整体。为了满足加工要求，夹具体应有足够的刚度和强度，同时结构工艺性要好。由于铸造工艺性好，几乎不受零件大小、形状、重量和结构复杂程度的限制，同时吸振性良好、抗压能力好，故此选用铸造夹具体，材料选取HT200，铸造成型后时效处理，以消除内应力。为了方便的安装和拆卸，本道工序就是采用了快换垫圈的方式。由于本夹具是对工件进行铣槽，因此在铅直方向受到很大的冲击力，故在其相应的方向上应适当的考虑强度上的要求。并设法减少夹具的占地面积，使之很方便的操作和快速的切换工件。因此，应设法解决上述问题。目前采取的措施有：一是提高毛坯的精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择精度高的心轴，使其定位精确，并使心轴连在夹具体内，这样可以减少纵向倾斜的偏差；三是加大螺母和开口垫圈的夹紧力。7.结构特点对夹具体的设计的基本要求：（1）应该保持精度和稳定性本设计中，在夹具体表面与支撑板配合面、安装对刀快的凸台面以及定位键的配合面等，应对其进行机加工处理，夹具体采用铸造，时效处理。（2）应具有足够的强度和刚度位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，夹具的厚度为，在夹紧处采用支撑板进行加固。（3）结构和使用方法应该简单所夹工件具有较大的外观，结构相对复杂，面与面之间的相互位置精度与每个表面的要求不太高，所以在设计夹具的过程中，夹具结构较为简单，维修方便。（4）应便于铁屑去除在加工过程中，该铁屑将继续在夹在积累，如果不及时清除，切削热的积累会破坏夹具定位精度，铁屑投掷可能绕组定位元件，也会破坏的定位精度，甚至发生事故。因此，在这个过程中的铁屑不多，增加了定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间。（5）安装应牢固、可靠夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹具对于零件的定位，使零件在下部，重心下移，夹具体也是下部重量比较大，使定位稳定。支撑板面积比较大，以满足安装精度的要求，确保稳定和可靠的安装。夹具底部是中空的，以减轻重量。8.夹具中标准件清单序号代号名称数量对刀块压板开槽盘头螺钉定位键圆柱销圆柱头内六角螺钉垫圈菱形销普通平键六角螺母支撑板开口垫圈××9.夹具装配总图四、设计总结在本次设计中主要进行了CA6140车床手柄的加工工艺过程和加工工序的设计，其中包括零件图、零件毛坯合图的绘制，机械加工工艺过程卡、工序卡等的书写，；同时还设计了“铣140+0.23槽”工序的夹具设计，其中包括定位方案设计，夹紧力计算，夹具在本次设计中，我在计算定位误差时，没有考虑到夹紧误差的存在，好在经过同学的提醒、查阅资料等知道了夹紧误差的计算方法。但在计算时，由于不了解公式中各个变量的概念以及作用，还是废了好大一番功夫，最终还是彻底弄懂并计算出来了。本夹具虽然满足了设计要求，但还是存在着一定的不足。由于采用的是手动螺旋夹紧机构，对于夹紧力大小的把握会不太精确。同时本套夹具零件大部分都是标准件，尤其时对刀装置，采用的对刀块和塞尺对刀，对刀比较麻烦，增大了辅助时间。后续改进中会考虑采用机动螺旋夹紧或者气缸夹紧等方案，来改善夹紧力大小把控不到位的问题。五、参考文献期刊论文：[1]王庆喜.CA6140车床手柄座的机械加工工艺及其专用夹具设计[J].电子制作,2013(17):237+233.[2]孟玉海,张卫国.CA6140车床手柄座零件夹具设计及有限元分析[J].煤矿机械,2012,33(01):141-142.[3]张俊冲.铣床夹具设计[J].机械研究与应用,2010,23(2):149-150.专著教材：[1]崇凯.机械制造技术基础课程设计指南[M].北京:化学工业出版社,043600.[2]王先逵.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社,062724.[3]东北重型机械学院,洛阳农业机械学院,长春汽车厂工人大学.机床夹具设计手册[M].上海:上海科学技术出版社,117130.[4]张进生.机械制造工艺与夹具设计指导[M].北京:机械工业出版社,117175.[5]李庆寿.机床夹具设计[M].北京:机械工业出版社,117171.[6]李洪.机械加工工艺手册[M].北京: