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1、机械制造工艺课程设计题目KCSJ日3手柄套零件机械加工工艺及12mm孔夹具设计目录序言21零件的分析21.1 零件的作用21.2 零件的工艺分析22工艺规程设计32.1 确定毛坯的制造形式32.2 基面的选择32.3 制定工艺路线32.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定62.5 确定切削用量及基本时间83钻l2孔夹具设计123.1 确定定位方案123.2 定位误差分析123.3 夹紧方案133.4 计算钻削力143.5 计算夹紧力143.6 钻套设计143.7 设计夹具体173.8 夹具设计及操作简要说明18总结与展望19参考文献20序言机械制造工艺与机床夹具课程设计是机械制造工艺与机
2、床夹具课程设计课程教学的一个不可或缺的辅助环节。它是我们全面运用课程及其有关选修课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。我希望能通过这次设计巩固我们前面所学的知识，并深化我对它的理解，为以后更好地走向工作打下基础。因知识和能力有限，设计过程难免会有许多不足之处，还请老师指正。1零件的分析图1.1手柄套零件图1.1 零件的作用题目给出的是机床用“手柄套”，如图Ll所示,它起着连接手柄和转轴的作用，主要是用来传递转矩，使转轴旋转，从而起到调控作用。其中012孔用来安装转轴，并通过两个06H8mm孔进行轴向固定。08孔则用于安装手柄，借此来传递转矩。05H7mm孔只用于加工时的
3、定位作用，通过它来保证3个径向孔的位置精度。1.2 零件的工艺分析手柄套主要有两组加工表面，她们相互间有一定的位置精度。现分述如下：1 .以012H7m孔为中心的加工表面。它包括，016mm孔，012H7m孔，左右两端面，045mm外圆面以及定位用的05H7m孔，它们在加工时互为基准，彼此相互联系来保证形状位置精度。另，工件的四个1x45直角也可以并入该组加工表面。2 .以08mm为主的加工表面它包括，08mm孔和两个06H8mm孔，即径向的三个圆面加孔。这两组表面以及表面组内之间，有一定的位置要求，主要是：(1)012mm孔轴线与045mm右端面的垂直度公差为O.05mm；(2)两个06mm
4、孔与012m孔轴线的位置度公差为0.12mm0由上可知，对于这两组表面，可以先加工一组(第一组)表面，然后借助专用夹具以及定位孔加工另一组表面(第一组)，并且通过一次装或互为基准来保证其位置精度。2工艺规程设计2.1 确定毛坯的制造形式零件材料为45钢。考虑其耐磨性其受到的局部冲击，选用锻件。又因为零件年产量为4000件，可采用普通模煨，以提高生产效率并保证加工质量。2.2 基面的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确、合理，可以保证加工质量，提高加工效率。否则，就会使加工工艺问题百出，严重影响零件加工质量和效率。1 .粗基准的选择因为此零件结构简单，选用045mm外圆面
5、作为粗基准即可。但加工时注意，因为零件短小，不能以粗基准一次定位即完成初步加工，而需要两次使用粗基准,期间产生的二次定位误差可通过后序的半精、精加工来弥补。2 .精基准的选择因为该零件各加工面有一定的形位精度要求，所以精基准的选择主要考虑基准重合和互为基准的原则。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。2.3 制定工艺路线零件的机械加工工艺过程是工艺规程设计的核心问题。制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以采用万能机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。初次以外，还应考虑经济效果，以便降低生产
6、成本。1 .工艺路线方案一：工序1：粗车右端面和部分045mm外圆面；工序2：粗车左端面和045mm外圆面剩余部分，钻012mm孔；工序3：半精车、磨销045mm外圆；工序4：半精车左端面，车016Inm孔；工序5：扩、较012m孔并半精车045mm右端面，钻05mm孔；工序6：钻08mm孔；工序7：钻2x06H8mm孔；工序8：精锐012mm孔并磨销045mm右端面；工序9：倒左端面1x45直角；工序10：倒右端面1x45直角；工序11：去毛刺；工序12：清洗；工序13：终检。2 .工艺路线方案二：工序1：粗车045mm右断面和部分045mm外圆面；工序2：粗、半精车045mm左端面，粗车剩
7、余的045rn外圆面，钻012mm孔，车016mm孔；工序3：半精车、磨销045mm外圆面；工序4：扩孔、钻、较、精较012孔，半精车045mm右端面；工序5：磨销045mm右端面；工序6：钻05mm孔；工序7：钻08mm孔；工序8：钻、精钱两个06mm孔；工序9：倒左端面1x45角；工序10：右端面1x45角;工序11：去毛刺；工序12：清洗；工序13：终检。3 .工艺方案的比较和分析上述两个方案最大的区别在于两个面组的加工顺序的不同。方窠一是将第二面组插入到第一面组中加工。而方案二则是先完全加工完第一面组后再加工第二面组，虽然方案一能减少去毛刺的工作量，但违背了基准统一的原则，且在定位面和
8、基准面未加工的情况下，第二面组位置精度难以满足，特别是15o0mo而方案二中，工序2过于集中，粗精未分离，这将导致左端面偏斜，016mm孔偏小,工序5则恰好相反，未了保证012mm轴心和右端面的垂直度，应该将它和工序4放在一起，即一起加工。故决定采用方案二加工的顺序并分离和合并部分工序。具体工艺过程如下：工序1：粗车045mm右端面和部分045Dim外圆面；工序2：粗车045mm左端面和剩余的外圆面部分；工序3：钻012Inm孔；工序4：半精车，磨销045Inm外圆面；工序5：半精车045左端面，车016面；工序6：扩、较、精较012三孔，半精车、磨销045mm右端面；工序7：钻05mm孔；工
9、序8：钻08mm孔；工序9：钻两个06mm孔；工序10：倒左端面1x45角；工序11：倒右端面1x45角；工序12：去毛刺；工序13：清洗；工序14：终检。以上工艺过程理论上说是非常合理的，但一旦考虑到机床工具的选择，从经济角度出发，它还是不理想。首先，工序2和工序3精度要求不高，完全可以用转塔式车床将它们并作一道工序；其次，工序4和工序6中都需要进行车销加磨销，这就得使用加工中心才能实现，经济性差，查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导表24和26,发现使用精车代替磨销一样能达到精度要求。再者，倒角工序10和11完全可以在前面加工过程中一起加工，无需再次装夹。综合，最终确定工艺路线如下：工序1
10、：普通模锻；工序2：正火；工序3：粗车右端面和部分外圆面。以045mm外圆面为基准，选用CA6140车床；工序4：粗车左端面和剩余的045mm外圆面部分，钻012mm孔。以045mm外圆面为基准，选用C365L式转塔式车床；工序5：半精车，精车045mm外圆面。以012mm孔为基准，选用CA6140车床；工序6：半精车045mm左端面，车016mm孔，侄J1x45直角。以045mm外圆面为基准，并选CA6140车床；工序7：扩、较、精较012mm孔，半精车，精车045mm右端面，保证尺寸35mm,倒直角1x45。以045mm外圆面为基准，选用C365L转塔式车床；工序8：钻，精较05mm孔，使
11、用专用夹具CJ01。以045mm左端面和012mm孔定位，选用Z525钻床；工序9：钻08mm孔，使用专用夹具CJ-02o以045右端面012mm孔、05mm孔定位，选用Z525钻床；工序10：钻成90的06mm孔，保证13尺寸和相应位置度，使用专用夹具CJ-03.以045mm右端面、012mm孔、05mm孔定位，选用Z525钻床；工序11：去毛刺；工序12：清洗；工序13：终检。以上工艺过程详见“机械加工工艺过程卡片”和“机械加工工序卡片”。2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“手柄套”零件材料为45钢，硬度为207-241HBW,毛坯重量约为0.46kg,生产类型为大批生产，采用
12、普通模锻毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，结合实用机械制造工艺设计手册，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1 .机械加工余量确定外圆表面沿轴线及径向方向的加工余量（045mm及35mm）,查实用机械制造工艺设计手册（以下简称手册）表2-7及2-9,其中锻件重量为O.4kg,锻件复杂数为S,锻件轮廓尺寸W315m,采用一般加工精度F”故轴向余量1.5mms2.0mm,取2mm,径向余量1.5moo2.0mm,取1.9mm。2 .工序尺寸和毛坯尺寸的确定（1） .外圆表面（045mm）分步加工余量查手册表7-2/7-5,结合1所得结果，拟定加工余量，如下：粗车：046.8I
13、nm2Z=2mm半精车：045.3mm2Z=1.5mm精车：045.0mm2Z=0.3m（2） .左右端面分步加工余量由上述已确定了毛坯的长度为39mm。查手册表7-2/7-4,结合1所得结果，拟定加工余量如下:右端面左端面粗车：37.8mmZ=l.2mm粗车：36.4mmZ=l.4mm半精车：35.8mmZ=0.6mm半精车：35.3mmZ=0.5mm精车：35mmZ-0.3mm（左右端面交替加工，尺寸彼此联系）（3）.内孔012mm毛坯为实心，不冲孔。孔精度为IT7,参照手册表7T1,可确定工序尺寸及余量为：钻孑I：01Lomm扩孔：011.85mm2Z=0.85mm粗较：011.95mm
14、2Z=0.Imm精钱：012o,ool2Z=0.05mm(4) .定位孔05mm孔具有较高的位置精度，参照手册表7-11,可确定工序尺寸及余量为:钻孔：04.8mm精锐：05.Omm2Z=0.2mm(5) .两个径向孔06mm06三孔具有较高的位置度，参照手册表711,可确定其工序尺寸及余量为：钻孔：05.8mm精钱：06.Omm2Z=0.2mm由于毛坯及以后各道工序的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。综合以上分析，可确定毛坯长度为39mm,直径为45.8mm,如下图4.2所示：图2.2零件毛坯图2.5确定切削用量及基本时间切削用量一般包括切削深度、进给量及切削速
15、度三项。确定方法是先确定切削深度、进给量，再确定切削速度。选择两个典型的工序，工序3粗车。45mm外圆和工序7加工。12H7mm孔，进行钻-粗较-精较进行计算。2.5.1 工序30粗车045mm外圆的切削用量及基本时间本工序为粗车。45mm外圆面。已知工件材料：45钢，p=670MPa,热轧制型材；机床为CA6140卧式车床；刀具：硬质合金，YT5。下面的相关数据根据切削用量简明手册确定。CA6140机床中心高为20Onlnb查表L1,选择刀杆BXH=I6mmx25mm,刀片厚度4.5mm,由表1.3,选择车刀几何形状为平面带倒棱型，前角九二12。，后角劭=6。，主偏角kr=9O。，副偏角k；
16、=10。，刃倾角4=0。，刀尖圆弧半径c=0.7mm。5.1.1工序30切削用量的确定（1）确定切削深度此工序直径加工余量为1.3mm,单边余量仅为O.65mm,可在一次走刀内切完，故ap=0.65mm。（2）确定进给量f根据表1.4,在粗车钢料，刀杆尺寸为BxH=16mm25mm,ap3mm,工件直径为4060mm,f=0.40.7mmr,查表L31,选择f=0.56mmr.（3）选择车刀磨钝标准及耐用度由表1.9,车刀后面最大磨损限度选择1.0mm,普通车刀寿命T=60min（4）确定切削速度V根据表1.10查得切削速度Vc=123nVmin查表1.28得切削速度修正系数为ksv=0.9,
17、kv=kMv=1.0,klv=0.65,kto,=1.24,krv=0.92修正后的切削速度为V=vcksvkvkMvktvkkvkrv=1230.91.01.00.651.240.92=82(nVmin)IOOOvMlIoOoX82乃X 48=544(mmin)按CA6140机床转速，选择n=11.8%,则实际切削速度= 1.78(ms)Mln_4x48x11.8WOO-100O5.1.2检验机床功率由表L24,查得Pc=2.4k肌切削功率的修正系数-V - VTPc - kMPc - R IPckrpc=1.0,kspc=0.9,kkpc=1.24,kkpc=0.94,故实际切削时功率为P
18、c=2.5kW,而机床主轴允许功率为Pe=7.5kW,PcPe，故选用的切削用量可在CA6140机床上进行。最后确定切削用量为：ap=0.65mmf=0.56mmn=11.8rjv=1.78nVso5.L3基本时间的确定根据机械制造工艺设计简明手册表6.2T,车外圆的基本时间为FEg式中1.tgk,+(2-3)=-+2.5=2.5,吆90。4=35取4=4,4查表6.22取八=5,前甘+HiVj1T/+/+4+/3.35+2.5+4+5则基本时间Ti=!一=一-I=1=7.Q4Sjf.n0.5611.82.5.2工序70加工012H7mm孔的切削用量及基本时间本工序为加工孔加工，要求：加工。1
19、2H7mm孔，进行钻-粗较-精较。先钻孔011mm再粗钱、精锐孔，尺寸保证到。12mm。机床：Z525立式钻床，刀具：高速钢的标准钻头和标准被刀。查表2.12,直柄麻花钻直径回Imm,刀具寿命T=45min;标准钱刀，刀具寿命TMOmin05.2.1钻孔5.2.Ll确定进给量f根据表2.7,查得f=0.250.31mmr,由Z525钻床参数确定f=0.28mmro5.2.L2确定切削速度V根据表2.14,表2.13查得V,=14Vmin,由表2.31得切削速度修正系数kv=0.870.85=0.739,故V=140.739=10.6mminIOOOv 100010.6加 i=306.89rmi
20、n按机床转速参数，选择n=392rmin,则实际切削速度=13.54mmin_TZdn乃XIlX392-100O-100O5.2.L3检验扭矩功率根据表2.32,表2.33,钻孔时扭矩及功率MC=CMdoZMfyMkM,式中CM=O.305,ZM=2.0,yM=0.8,kM=1.0,则Mc=13.3Nmo而转速为n=392rmim的Z525型立式钻床能传递的扭矩为Mm=73.6Nm。McMmo经计算Pc=0.54kWPe=2.8kW,检验成立。5.2.2较孔5.2.2.1确定进给量f根据表2.11查得f=0.65L4mmr,按Z525钻床选择3钻12孔夹具设计3.1 确定定位方案加工。12H7
21、mm孔倒角Cl,以中45左端面和45外圆为定位基准，对应的定位元件为定位套和V型块。以中45左端面和中45外圆定位，定位分析如下：1 .45左端面与定位套配合定位，限制三个自由度，即X轴转动、Y轴转动和Z轴移动；2 .45外圆与V型块配合定位，限制两个自由度，即X轴移动和Y轴移动。手柄套为回转类零件，加工中12H7孔，此时欠定位是合理的。3.2 定位误差分析定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常是指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。当采用夹具加工工件时.，由于工件定位基准和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位
22、基准的最大变动量，故由此引起的误差称为基准位置误差，而对于一批工件来讲就产生了定位误差。如图2-1所示图2-1用V型块定位加工时的定位误差当定位基准与工序基准不重合时，就产生了基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。tvv=jwjb根据相关公式和公差确定具体变动量。如图2-2,两个极端情况：情况1：dl=C11ma,d2=d2min使工序基准尽可能地“高”得加工尺寸；情况2：d1=d1nin42=d2nia使工序基准尽可
23、能地“低”得加工尺寸。且该工序定位误差MMH)=H2-Hl=P2-Pl力武”)=(OIO2J2max2)-t2min2=0102+(d2-(d2-Td2)2=Tdl(2sina2)+Td22=O.O432sin45o+0.03/20.3923.3 夹紧方案设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：1 .夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。2 .工件和夹具的变形必须在允许的范围内。3 .夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构4 .必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。5 .夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。6 .夹紧机构的复
24、杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。选用螺栓螺母夹紧机构来对被加工工件进行夹紧。螺栓螺母夹紧机构的特点：结构简单，制造方便加紧可靠施力范围大；自锁性能好操；扩力比80以上，行程S不受限制；加紧工作慢，效力低。加工中12H7孔，采用V型块夹紧机构。34计算钻削力计算切削力如下：耳=667/07Kp由钻10孔的工时计算知，ap=5mm,f=O.28mm由简明机床夹具设计手册表3-3知KP=O.75BP=667df1/Cp=6671()().28070.75N2102N3.5 计算夹紧力所需夹紧力，查表5得，Wk=WK,安全系数K=KoKlK2K3K4K5K6式中KS为各种因素的安全
25、系数，查表得：K=1.21.01.21.01.31.01.0=1.872,当计算K612图4-4钻套螺钉的规格及主要尺寸3.7 设计夹具体夹具体是夹具的基础件，夹具上的各种装置和无件通过夹具体连接成一个整体。故夹具体的形状与尺寸取决于夹具上各种装置的布置及夹具与机床的连接。对夹具体的要求：1、有足够的强度与刚度，在加工过程中，夹具体在切削力、夹紧力的作用下，应不会产生不允许的变形和振动。2、尺寸稳定，为保证夹具加工后尺寸稳定，对铸造夹具体要进行时效处理；对焊接夹具体要进行退火处理，以削除内应力。3、对构工艺性好，在保证强度和刚度的前提下，夹具体应力求结构简单，便于制造、装配和检验；体积小、重量
26、轻以便于操作。对于移动或翻转夹具，其重量一般不宜超过IOkgo3.8 夹具设计及操作简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作,降低成本。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具选择用V型块夹紧机构进行夹紧。本工序为钻削余量小，钻削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。总结与展望在本次设计中，考虑到零件的加工难易、材料、成本等问题，所选用的零、部件都是操作简单，通用性较强的标准件，从现时以最低的成本实现最先进的加工。但也有不足之处：特别是对于镣孔夹具，在刀具加工完退出工件孔时，有可能会划伤工件内孔表面，本可以在夹具体内部设置液压升降系统，使工件
27、孔与定位立台可升可降，这样，在刀具退出时，使定位立台连同工件孔一起升起，从而避免划伤。但考虑到成本问题，未采用这种方法。为此，镜孔的专用夹具还有待改进。无论怎样，这次的毕业设计使我获益良多，是我在学校的最后一次答卷，也是我成功迈向社会的第一步。参考文献1杨叔子主编.机械加工工艺师手册.北京：机械工业出版社，20022吴拓，方琼珊主编.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导书.北京：机械工业出版社,20053孙本绪，熊万武主编.机械加工余量手册.北京：国防工业出版社，19994李云主编.机械制造工艺及设备指导手册.北京：机械工业出版社，19985王光斗，王春福主编.机床夹具设计手册M.上海：上海科学技术出版社，20006熊良山主编.机械制造技术基础.华中科技大学出版社，20007刘守勇主编.机械制造工艺与机床夹具.北京：机械工业出版社，1999(5)
