分度盘钻孔夹具课程设计说明书.doc

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1、1零件的工艺性分析1) 该工件锻造比比较大，很容易造成应力的分布不均。因此，锻造后进行正火处理，粗加工后进行调质处理，以改善材料的切削性能。2) 工序安排以台阶面和100g6的外圆表面定位，装夹工件，达到了设计基准，工艺基准的统一。3) 分度盘大端面对35H7mm孔中心线有垂直度要求；外圆台阶面对100g6mm外圆轴心线有垂直度要求；100g6mm外圆与35H7mm孔有同轴度要求；6M12螺纹与和632mm孔对100g6mm外圆轴心线有位置度要求，可在偏摆仪上用百分表检查同轴度及垂直度。2机械加工工艺规程设计2.1分度盘的工艺分析及生产类型的确定2.1.1分度盘的用途分度盘是一种高精度的分度定

2、位元件。主要用于需要高精度分度定位的金属切削机床和专用夹具上。2.1.2分度盘的主要技术要求 按表1-1形式将该分度盘的主要技术要求列于表6-1中。 表2-1 分度盘零件的主要技术要求加工表面尺寸及偏差/mm公差及精度等级表面粗糙度 Ra/m 形位公差/mm大端面180IT1212.50.02C外圆台阶面1.60.01D小端面100g6IT612.5大外圆180IT1212.5小外圆100g6IT61.60.01C632孔632H7IT712.50.25D35孔35H7IT73.236孔36IT1312.521孔21IT1312.5螺纹孔6M12-6HIT63.20.25D612孔6120.0

3、5IT103.20.1D10销孔10H7IT73.212孔底面10IT133.232孔底面20IT1312.5弧形槽底面10IT133.22.1.3审查分度盘的工艺性1）零件材料45钢，切削加工性良好。2）分度盘100g6mm外圆与35H7mm孔有同轴度要求，为保证加工精度，工艺安排应粗、精加工分开。3）主要表面虽然加工精度较高，但可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保证质量地加工出来。2.1.4确定分度盘的生产类型 依设计题目可知生产类型为：大批大量生产2.2确定毛坯 绘制毛胚图2.2.1毛坯选择 根据材料45钢，生产类型为大批大量生产及零件形状要求，可选择模锻件。毛坯的拔模斜度5。2.

4、2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量1）公差等级 由分度盘零件的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。2）锻件重量 根据机械加工后零件的形状及零件材料，估算锻件毛坯重量为=7.50kg。3）锻件复杂系数 对分度盘零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的直径d=180mm，高H=60mm。由公式S=7.50kg/12.0kg0.63。由此可确定该分度盘零件的复杂系数为级。4）锻件材质系数 由于该分度盘零件材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数为级。5）锻件分模线形状与零件表面粗糙度 根据该分度盘零件的形位特点，采用平直分模面。由零件图可知，该分度盘

5、零件各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6m 。 根据上述诸因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于表2-2中。表2-2 分度盘锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量锻件重量/kg包容体重量/kg形状复杂系数材质系数公差等级7.311.9普通级项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm备注180外圆表2-142.0表2-10100外圆表2-142.6表2-10高度60表2-112.0表2-13高度25（台阶面)表2-112.0表2-13注：根据表2-10的表注，将此表中所有公差按1/2分配。2.2.3绘制分度盘锻造毛坯简图 由表2-2所得结果，绘制毛坯简图如图2-1所示。 图 2-

6、12.3 拟定分度盘工艺路线2.3.1定位基准的选择3.1.1精基准的选择 根据该分度盘零件的技术要求和装配要求，选择分度盘大端面为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。分度盘35H7mm的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工分度盘100g6mm外圆柱面和台阶面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度和同轴度要求。在钻削均布圆周孔时采用100g6mm的轴心线作为精基准，做到了设计基准与工艺基准的统一。3.1.2粗基准的选择 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。此处选择分度盘100g6mm轴线作为粗基准，可以为后

7、续工序准备好精基准。2.3.2表面加工方法的确定 根据分度盘零件图上个加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工工件各表面的加工方法，如表2-3所示。表2-3 分度盘零件各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/m 加工方案备注大端面IT1112.5粗车表1-8外圆台阶面IT61.6粗车半精车精车表1-8小端面IT1112.5粗车表1-8大外圆IT1012.5粗车半精车表1-6小外圆IT61.6粗车半精车精车表1-8632孔IT1312.5钻扩表1-735孔IT73.2钻粗镗半精镗精镗表1-836孔IT1312.5粗车表1-821孔IT1312.5钻表1-7螺纹孔（6个）IT63.2钻攻

8、螺纹表2-39612孔IT93.2钻铰表1-710销孔IT73.2钻粗铰精铰表1-7弧形槽底面IT133.2铣10圆锥形孔IT1212.5钻表1-72.3.3加工阶段划分 该分度盘加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。2.3.4 工序集中与分散 采用工序集中原则，尽可能在一次安装中加工许多表面，或尽量在同一台设备上连续完成较多的加工要求。2.3.5工序顺序的安排1）机械加工工序 遵循”先基准后其他“、“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”的原则。2)热处理工序 因模锻件的表面层有硬皮，会加速刀具磨损和钝化，为改善切削加工性，模锻后对毛坯进行正火处理，软化硬皮；

9、零件100g6mm外圆面和台阶面需进行淬火，由于零件壁厚小，易变形，加之加工精度要求高，为尽量控制淬火变形，在零件粗加工后安排调质处理作预处理。3)辅助工序 在粗加工和半精加工后各安排一次中间检验，精加工后安排去毛刺、清洗和终检工序。2.3.6确定工艺路线 在综合考虑上述工序安排原则基础上，表2-4列出了分度盘的工艺路线。表2-4 分度盘工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1正火2粗车大端面C620偏刀游标卡尺3粗车大外圆C620偏刀游标卡尺4钻大端孔立式钻床Z550麻花钻游标卡尺5粗车小端面C620偏刀游标卡尺6粗车小外圆C620偏刀游标卡尺7粗车台阶面C620偏刀游标卡

10、尺8钻21孔立式钻床Z550麻花钻卡尺、塞规9中间检验塞规、百分表、卡尺等10调质处理硬度230250HB11半精车大端面C620偏刀游标卡尺12粗镗半精镗精镗卧式镗床镗刀内径千分尺、塞规13车内槽C620内槽车刀游标卡尺14半精车小外圆C620偏刀游标卡尺15半精车台阶面C620偏刀游标卡尺16车削退刀槽C620切槽刀游标卡尺17钻铰612孔立式钻床 Z550钻头复合铰刀卡尺、塞规18铣弧形槽立式铣床X51键槽铣刀游标卡尺19钻粗铰精铰10销孔立式钻床Z550麻花钻、铰刀内径千分尺20中间检验塞规、百分表、卡尺等21热处理淬硬 4045HRC淬火机等22精车小外圆C620偏刀外径千分尺23精

11、车台阶面C620偏刀外径千分尺24钻攻螺纹孔立式钻床Z550麻花钻、丝锥卡尺、塞规25钻扩孔632孔立式钻床Z550麻花钻、扩孔钻卡尺、塞规26去毛刺钳工台平锉27清洗清洗机28终检塞规、百分表、卡尺等2.4工序25加工余量、工序尺寸和公差的确定1)钻孔余量=10.0mm 2)由于需要保证10圆锥形孔的尺寸要求，所以不能继续使用麻花钻进行扩孔，而采用多次扩孔的方法达到32mm孔的尺寸要求。 查表2.5-48（机械加工工艺手册 李洪）可得扩孔工步余量：=1.5mm=1.5mm=1.5mm=1.5mm=1.5mm=1.5mm=2.0mm；=2.0mm；=2.0mm；=2.0mm；=2.0mm；=2

12、.0mm；=1.0mm。3)查表1-20可确定各工序尺寸的加工经济精度等级分别为：IT12、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11。根据以上结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为：0.15mm、0.11mm、0.11mm、0.11mm、0.11mm、0.11mm、0.13mm、0.13mm、0.13mm、0.13mm、0.13mm、0.13mm、0.13mm、0.16mm。综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，钻孔：mm：扩孔：mm、mm、mm、mm、mm、mm、mm、mm、mm、mm、mm、m

13、m。2.5 切削用量、时间定额的计算 由于孔的加工精度和表面粗糙度要求不高，所以在刀具强度允许的情况下，选择较大的切削用量和进给量。2.5.1切削用量的计算1)钻孔工步 背吃刀量的确定 取=10.0mm。 进给量的确定 由表5-21，选取该工步的每转进给量 f=0.2mm/r。 切削速度的计算 由表5-21，按工件材料为45钢的条件选取，切削速度v可取为20m/min。由公式（5-1) n=1000v/ d可求得该工序钻头转速n=636.9r/min，参照表4-9所列Z550立式钻床主轴转速，取转速n=735r/min。再将此转速带入公式（5-1），可求出该工序的实际切削速度v= nd/100

14、0=23.1m/min。2)扩钻工步 扩孔工步分13次进行，切削速度可根据公式n=1000v/ d和v= nd/1000确定。 第一次扩孔 背吃刀量 =1.5mm 进给量 f=0.6mm/r 切削速度 取v=42m/min n=1000v/ d1163.1r/min 取n=996r/min v= nd/100036.00m/min 第二次扩孔 背吃刀量 =1.5mm 进给量 f=0.6mm/r 切削速度 取v=42m/min n=1000v/ d1028.9r/min 取n=996r/min v= nd/100040.66m/min 第三次扩孔 背吃刀量 =1.5mm 进给量 f=0.6mm/

15、r 切削速度 取v=42m/min n=1000v/ d955.4r/min 取n=996r/min v= nd/100045.35m/min 第四次扩孔 背吃刀量 =1.5mm 进给量 f=0.7mm/r 切削速度 取v=40m/min n=1000v/ d796.2r/min 取n=735r/min v= nd/100036.93m/min 第五次扩孔 背吃刀量 =1.5mm 进给量 f=0.7mm/r 切削速度 取v=40m/min n=1000v/ d727.9r/min 取n=735r/min v= nd/100040.39m/min 第六次扩孔 背吃刀量 =1.5mm 进给量 f=

16、0.7mm/r 切削速度 取v=43m/min n=1000v/ d720.8r/min 取n=735r/min v= nd/100043.85m/min 第七次扩孔 背吃刀量 =2.0mm 进给量 f=0.8mm/r 切削速度 取v=46m/min n=1000v/ d697.6r/min 取n=735r/min v= nd/100048.47m/min 第八次扩孔 背吃刀量 =2.0mm 进给量 f=0.8mm/r 切削速度 取v=46m/min n=1000v/ d639.9r/min 取n=500r/min v= nd/100036.11m/min 第九次扩孔 背吃刀量 =2.0mm

17、进给量 f=0.8mm/r 切削速度 取v=45m/min n=1000v/ d573.2r/min 取n=500r/min v= nd/100039.25m/min 第十次扩孔 背吃刀量 =2.0mm 进给量 f=1.0mm/r 切削速度 取v=45m/min n=1000v/ d530.9r/min 取n=500r/min v= nd/100042.39m/min 第十一次扩孔 背吃刀量 =2.0mm 进给量 f=1.0mm/r 切削速度 取v=45m/min n=1000v/ d494.2r/min 取n=500r/min v= nd/100045.53m/min 第十二次扩孔 背吃刀量

18、 =2.0mm 进给量 f=1.0mm/r 切削速度 取v=47m/min n=1000v/ d482.8r/min 取n=500r/min v= nd/100048.67m/min 第十三次扩孔 背吃刀量 =2.0mm 进给量 f=1.0mm/r 切削速度 取v=47m/min n=1000v/ d467.8r/min 取n=500r/min v= nd/100050.24m/min2.5.2时间定额的计算1)基本时间的计算 钻孔工步 根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式=L/fn=(+)fn求得。式中=20mm；=+（12）；+1mm5.4mm；=0；f=0.2mm/r；n=735r/m

19、in。将上述结果代入公式，则该工步的基本时间=（20mm+5.4mm+0)/(0.2mm/r735r/min)0.17min=10.38s。 扩孔工步 根据表5-41，扩孔的基本时间可由公式=L/fn=(+)fn求得。式中=20mm；=+（12）+1mm+1mm；=0；由此可得扩孔各工步的基本时间=（21+）/fn。由于在通过分度装置钻均布圆周孔的过程中，切削用量、切削速度均不变，且不需装卸工件，所以看成复合工步。 复合工步2：= (21+0.31.5)/(0.6996）60.215min=12.90s 复合工步3：=（21+0.31.5）/(0.6996) 60.215min=12.90s

20、复合工步4：= (21+0.31.5）/(0.6996）60.215min=12.90s 复合工步5：=（21+0.31.5）/(0.7735）60.250min=15.01s 复合工步6：=（21+0.31.5）/(0.7735）60.250min=15.01s 复合工步7：= (21+031.5)/(0.7735）60.250min=15.01s 复合工步8：= (21+0.32.0）/(0.8735) 60.0.221min=13.26s 复合工步9：=（21+0.32.0）/(0.8500) 60.324min=19.44s 复合工步10：= (21+0.32.0)/(0.8500）6

21、0.324min=19.44s 复合工步11：= (21+032.0)/(1.0500）60.259min=15.54s 复合工步12：= (21+0.32.0）/(1.0500) 60.259min=15.54s 复合工步13：=（21+0.32.0）/(1.0500) 60.259min=15.54s 复合工步14：= (21+0.32.0)/(1.0500）60.259min=15.54s2)辅助时间的计算 钻孔工步 =(0.150.20),此处取=0.20=0.2010.38s2.08s。 扩孔工步 复合工步2：=0.20=0.2012.90s2.58s 复合工步3：=0.20=0.2

22、012.90s2.58s 复合工步4：=0.20=0.2012.90s2.58s 复合工步5：=0.20=0.2015.01s3.00s 复合工步6：=0.20=0.2015.01s3.00s 复合工步7：=0.20=0.2015.01s3.00s 复合工步8：=0.20=0.2013.26s2.65s 复合工步9：=0.20=0.2019.44s3.89s 复合工步10：=0.20=0.2019.44s3.89s 复合工步11：=0.20=0.2015.54s3.11s 复合工步12：=0.20=0.2015.54s3.11s 复合工步13：=0.20=0.2015.54s3.11s 复合工

23、步14：=0.20=0.2015.54s3.11s3)其他时间的计算 钻孔工步 除了作业时间（基本时间与辅助时间）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备时间与终结时间。由于分度盘的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%4%，此处取3%，则各工序的其他时间(+)可按关系式（3%+3%)x(+)计算。该工步的其他时间：(+)=6%x（10.38+2.08）0.75s。 扩孔工步 复合工步2：(+)=6%x（12.90s+2.58s）0.93s 复合工步3：(+)=6

24、%x（12.90s+2.58s）0.93s 复合工步4：(+)=6%x（12.90s+2.58s）0.93s 复合工步5：(+)=6%x（15.01s+3.00s）1.08s 复合工步6：(+)=6%x（15.01s+3.00s）1.08s 复合工步7：(+)=6%x（15.01s+3.00s）1.08s 复合工步8：(+)=6%x（13.26s+2.65s）0.95s 复合工步9：(+)=6%x（19.44s+3.89s）1.40s 复合工步10：(+)=6%x（19.44s+3.89s）1.40s 复合工步11：(+)=6%x（15.54s+3.11s）1.12s 复合工步12：(+)=6

25、%x（15.54s+3.11s）1.12s 复合工步13：(+)=6%x（15.54s+3.11s）1.12s 复合工步14：(+)=6%x（15.54s+3.11s）1.12s4)单件时间的计算 钻孔工步 =10.38+2.08+0.75=29.26s 扩孔工步 复合工步2：=12.90s+2.58s+0.93s=16.41s 复合工步3：=12.90s+2.58s+0.93s=16.41s 复合工步4：=12.90s+2.58s+0.93s=16.41s 复合工步5：=15.01s+3.00s+1.08s=19.09s 复合工步6：=15.01s+3.00s+1.08s=19.09s 复合

26、工步7：=15.01s+3.00s+1.08s=19.09s 复合工步8：=13.26s+2.65s+0.95s=16.86s 复合工步9：=19.44s+3.89s+1.40s=24.73s 复合工步10：=19.44s+3.89s+1.40s=24.73s 复合工步11：=15.54s+3.11s+1.12s=19.77s 复合工步12：=15.54s+3.11s+1.12s=19.77s 复合工步13：=15.54s+3.11s+1.12s=19.77s 复合工步14：=15.54s+3.11s+1.12s=19.77s 因此，工序23的单间时间为10个复合工步的时间之和，即=29.26

27、s+16.41s+16.41s+16.41s+19.09s+19.09s+19.09s+16.86s+24.73s+24.73s+19.77s+19.77s+19.77s+19.77s=281.16s3 孔加工夹具设计3.1夹具设计任务 图3-1所示为钻分度盘632mm孔的工序简图。已知：零件材料为45钢，毛坯为模锻件，所用机床为立式钻床Z550，大批大量生产规模。图 3-13.2定位方案确定 按基准重合原则选择100g6mm轴心线和外圆台阶面作为定位基准，定位方案如图3-1所示。圆柱衬套的内表面限制工件四个自由度，衬套端面限制工件三个自由度，属于过定位。因两个定位面经过精加工，垂直度较高，允

28、许过定位。此外，由于分度盘直径比较大、壁薄，采用如上定位方案，有利于提高定位的稳定性与支撑刚度。图3-1中B-B剖视图所示削边销与定位衬套组合可限制工件六个自由度。3.3刀具导向方案确定 为能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件钻套。钻套一般安装在钻模板上，此处，采用钻模板与夹具体一体的结构，有利于提高夹具刚度。钻套与工件之间留有排削间隙。3.4夹紧方案确定3.4.1夹紧机构的选择 采用简单手动螺旋夹紧机构，使工件的装卸迅速、方便，如图3-2所示。3.4.2夹紧力的计算分析 夹紧力的大小，对工件装夹的可靠性，工件和夹具的变形，夹紧装置的复杂程度等都有很大的影响，

29、可根据公式计算夹紧力。考虑到切削力的变化和工艺系统变形等因素，一般在粗加工时取K=2.53；精加工时取K=1.52。此处，通过受力分析可知，夹紧力方向与与钻头进给方向相同，因此，所选夹紧机构能够满足要求。 图3-2 图 3-33.5夹具体的设计 夹具体必须将定位、导向、夹紧装置链接成一体，并能正确地安装机床上。本夹具采用铸铁夹具体，此方案安装稳定、刚性好，但周期较长，成本略高。3.6分度装置设计 为了能在一次装夹中完成均布圆周孔的加工，就要求在工件加工过程中按其需要进行分度。即当加工好工件的一个表面后，使夹具的某些部件连同工件转动一个角度而不断完成其余表面的加工。图3-4为枪栓是对定分度机构的

30、结构简图，其工作原理如下所述。 转动手柄5时，轴3一起回转，通过销2带动定位销1回转。由于定位销外圆柱表面上有曲线槽，定位螺钉6圆柱头嵌在曲线槽中，故定位销回转时便向右移动，压缩弹簧4而退出定位孔。完成分度后，重新反转手柄，定位销在弹簧的作用下沿曲线槽重新插入定位孔内。图 3-43.7定位误差分析与计算 定位误差由基准不重合误差和基准移位两部分组成，定位误差的大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数和，即= 由3.2定位方案可知定位基准与工序基准重合，所以=0。零件在定位衬套中定位时，由于（最小间隙）无法通过调整刀具预先予以补偿，所以在加工尺寸方向上的最大基准移位误差可按最大孔和最小轴（配合代号H

31、7/p6)求得（配合代号H7/p6)，则 =0.087mm 综上所述，夹具的定位误差为=0.087mm，满足要求。4 方案综合评价与结论4.1方案评价1) 机械加工工艺规程的制定较为合理。2) 632mm孔加工夹具设计的定位方案合理，通过分度装置可以实现在一次装夹中不断加工6个表面。但当分度装置在工作负荷较大时，容易产生振动，迫使定位销受力变形，而影响加工精度。所以，应当设计锁紧机构，以防止分度盘松动。3) 分度回转体与夹具体的连接不稳固，可以通过改善二者结构形式解决这一问题。4) 钻模板与底板铸成一体的夹具体结构虽然有助于提高刚度，但是增加了铸造和加工难度。5) 此零件适合于采用组合机床（夹

32、具：浮动钻模板），进行加工，以提高生产效率。4.2结论 本设计方案基本达到课程设计的要求，但仍然有许多需要改进之处。5 体会与展望5.1体会1) 对知识的掌握不够准确，操作不够熟练。2) 作课程设计的正确态度：一是认真, 二是快。5.2展望 夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。参考文献1陈国香，机械制造与模具制造工艺学，情话大学出版社，2006.52李彩霞，机械精度设计与检测技术，上海交通大学出版社，2006.13黄健求，机械制造技术基础，机械工业出版社，2005.114陈宏钧，实用金属切削手册，机械工业出版社，2005.95杨峻峰，机床及夹具，清华大学出版社，2005.36方子良，机械制造技术基础，上海交通大学出版社，2005.1 7王伯平，互换性与测量技术基础，机械工业出版社，2004.48武良臣，敏捷夹具设计理论及应用，煤炭工业出版社，2003.9 9孙丽媛，机械制造工艺及专用夹具设计指导，冶金工业出版社，2002.1210杨叔子，机械加工工艺师手册，机械工业出版社，2001.811秦宝荣，机床夹具设计，中国建材工业出版社，1998.2