课设-立轴回转分度钻床夹具课设说明书

机械制造机床夹具课程设计说明书设计题目：机床专用夹具设计

专业：数控技术

班级：数控1007班

设计者：

学号：

指导老师：彭富官

2012.5.15

序言

机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。

曲柄板的加工工艺规程及其，铣各面的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次课程设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。

本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。

1 零件的分析

1.1 零件图

1.2 零件的工艺分析

零件的结构工艺性是指所设计的零件在能够满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性，即所设计的零件结构应便于成形，并且成本低，效率高。

它的涉及面广，因此有必要对零件进行结构工艺性分析，找出技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的加工措施加以保证。，该零件属于异形零件，在加工时存在一定的难度，因此一定要设计合适的夹具方能确保所有工序的完成。该零件主要由圆柱面、端面、孔系等组成。在分析图可知，零件曲柄板为典型的盘类零件，是导偏动机构，材料为45钢，采用油淬或水淬。结构比较简单，其他各表面均已加工好，且各处加工精度高，本次设计任务是：加工曲柄板上均匀分布的5个直径5.2mm和同轴线上5-直径11mm深3.5mm 的沉孔。夹具应有分度盘装置，同时还应有快速更换钻套功能，工件有大的通孔可以将分度盘做成轴形状，用锁紧螺母夹紧。因此设计为专用夹具。

曲柄板有2组加工面

1：以Φ29外圆为基准的加工面，这组加工面包括上端面，各个孔。

2：以上端面为基准的加工面，这组加工面包括Φ29和端面。

1.3 技术要求分析

零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度要求等，这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值。进行零件技术要求分析，主要是分析这些技术要求的合理性，以及实现的可能性，重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求，为制定合理的加工方案做好准备。同时通过分析以确定技术要求是否过于严格，因为过高的精度和过小的表面粗糙度要求会使工艺过程变得复杂，加工难度大，增加不必要的成本。

从图得知，该零件的部分尺寸精度要求较高，最高公差为0.06mm，在加工中可以达到此要求；该零件无形位公差要求，按照IT10—11进行控制均可；

零件的表面粗糙度要求不高，最高处才Ra3.2，在加工中很容易保证。

2 工艺规程设计

2.1 确定零件的生产类型

生产纲领的确定：

N

=Q* n（1+α+β）

零

式中：N

：零件的生产纲领；

零

Q：产品的生产纲领，Q=5000台/年；

n:每一产品中包含该零件的数量 n=1；

α：零件的备品率，一般情况下为α=3%～5%

取4%

β：零件的平均废品率，取β=1；

=5000*1（1+4%+1%）

∴N

零

=5，025件/年

根据任务书可知零件为大量生产。

2.2 确定毛坯的制造形式

影响毛坯选择的因素通常包括：

1、零件材料的工艺性及对材料组织的要求。

2、零件的结构形状和外形尺寸。

3、零件对毛坯精度，表面粗糙度和表面层性能的要求。

4、零件生产纲领的大小。

5、现有生产能力和发展前途。

由于曲柄板要求有较高的强度和刚度，以及良好的耐磨性和疲劳强度，材料选择HT200。

因为阀体在工作中承受静载荷以及小量的动载荷，为了使金属纤维尽量不被切断，非加工表面对称均匀，使零件工作可靠，并且铸件的铸造性能较好，。由于该零件的轮廓尺寸不大，生产类型为大量生产，又考虑零件的加工条件要求较高。为了保证加工质量、提高生产率、降低成本、减少工人的劳动强度，确定采用铸造成型考虑到该零件属于批量生产，在毛坯的设计时，应该对其加工余量进行合理的控制，尽可能在保证零件精度的前提下提高生产效率，降低成本，综合考虑，本题零件的毛坯选择铸件毛坯

2.3 导向方案

由于加工的工件有2个直径不同的孔组成，工件需钻、扩、铰多工步加工时，为能快速更换不同孔径的钻套，应选用快换钻套。更换钻套时，将钻套缺口转至螺钉处，即可取出钻套。为了避免钻模板防碍工件装卸，采用铰链式钻模板。

2.4 制定工艺路线

2.4.1 工艺过程的安排：

在曲柄板加工中，影响加工精度的主要因素有：

(1)曲柄板本身的刚度比较低，在外力（切削力、夹紧力）的作用下，

容易变形。

(2)曲柄板是铸造件，孔的加工余量大，切削时将产生的残余内应力，并引起应力重新分布。

因此，在安排工艺过程中，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开，既把粗加工安排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后面。

这是由于粗加工工序的切削余量大，因此，切削力、夹紧力必然大，加工后容易变形。粗精加工分开后，粗加工产生的变形，可以在半精加工修正，半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。这样逐步减少加工余量，切削力及内应力作用。逐步修正加工的变形就能最后达到零件的技术要求。

2.4.2 各主要表面的工序安排如下：

工序10：铸造

工序20：退火

工序30：铣上端面

工序40：车Φ29的外圆

工序50：钻Φ30的孔

工序60：钻5-Φ11孔

工序70：钻Φ8的孔

工序80：铣A B 面

工序90：去毛刺

工序100：检验，入库

2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确定

机械加工余量对工艺过程有一定的影响，余量不够，不能保证零件的加工质量。余量过大，不但增加机械加工的劳动量，而且增加了成本。所以，必须合理地安排加工余量。

1、 孔Ⅰ端面

采用车削分2次走刀完表面加工，表面粗糙度为3.2，根据参考文献，其余量为Z=1.5mm

2.6 确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ：铣曲柄板A ，B 面

1. 选择刀具

刀具选取高速钢三面刃铣刀，刀片采用YG8,

mm a p 5.1=，mm d 600=，min /125m v =，16=z 。

2. 决定铣削用量

1） 决定铣削深度

因为加工余量不大，一次加工完成

mm a p 5.1=

2） 决定每次进给量及切削速度

根据X62型铣床说明书，其功率为为7.5kw ，中等系统刚度。

根据表查出 齿/2.0mm f z =，则 min /5.5126012510001000r d v n s =??==ππ 按机床标准选取w n ＝750min /r min /2001000750601000m dn v w =??==ππ 当w n ＝750r/min 时

r mm zn f f w z m /2400750162.0=??==

按机床标准选取r mm f m /600=

3） 计算工时

切削工时：mm l 35=，mm l 91=，mm l 32=，则机动工时为 min 62.1281.0)2.07503935(2)(221==++=++=X x X f n l l l X t w m

3 夹具设计

3.1 问题提出

本夹具主要是钻5-Ф5孔，面自身没有精度要求，定位要求不高，为了达到精度要求，同时又为了提高生产效率，我们采一面2销定位。

3.2 定位基准的选择

以Φ30的内孔和Φ5的内孔和Φ50的端面定位，基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出。粗基准的选择：对曲柄板这样的零件来说，通常以不加工的轮廓做为粗基准。根据“基准重合”和“基准统一”原则选定工件上已加工好的曲柄板下端面为主要基准，用3个支承钉形成定位，限制X,Y,Z3个自由度；直径30H8mm 内孔表面作为次要定位基准，用分度盘限制X,Y2个自由度；活动v 型块限制Z ；属于完全定位，能保证曲柄盘的精度及正确的原则。

3.3 定位误差分析

△D=△B+△Y,式中△D-定位误差；△B-基准不重合误差；

△Y-基准位移误差。

由于轴套孔的工序基准和定位基准均是螺杆的轴

线，基准重合，△B=0；夹具中定位基准面是直径30f7mm外圆柱面，被定位的是曲柄板直径30H8mm内孔面，属间隙配合，

所以存在基准位移误差：

△Y=(Xmax-Xmin)／2=[0.033-(-0.041)]- [O-(-0.02)]

=0.027mm

定位误差：△B=△D+△Y=0.027+0=0.027mm

工件尺寸80mm公差按自由公差，取ITl2级，查表IT=0.25mm，所以加工公差=0.25mm,△D<／3,此定位方案可行。

因为我们要加工的面没有位置度要求，同时也没有公差要求，因此一般的定位都能满足要求，需要考虑如何提高生产效率。

4 切削力和夹紧力计算

4.1 确定夹紧方式

由于所钻孔只有直径5.2mm和直径11mm，孔径小，钻削时

的切削扭矩和轴向力较小，而工件质量较大，为便于操作

和提高效率，利用工件上已加工好的上端面，用夹紧螺母

和开口垫圈将工件压紧在分度套上。

4.2 分度方案

由于5个沉孔的对称度要求不高(未标注公差)，设计一般精度的分度装置即可。分度盘与定位心轴做成一体，在夹具体的回转套中回转，采用对定销对定，锁紧螺母锁紧，结构简单，动作迅速可靠。

4.3 夹具体

选用铸造夹具体，夹具体是夹具中的基础元件，它所有的元件的支撑面，分度盘的锁紧装置在夹具体的下方，

因此夹具体下方要挖出槽来。

夹紧力分析

夹紧力是保证定位稳定,夹具可行的因素.夹紧力不能太小，否则加工时容易发生工件位移而破坏定位。夹紧力也不太过大，否则工件易变形，增大结构尺寸。本次钻孔孔径较小，所需夹紧力较小；综合考虑加工因素，选用M10的夹紧螺母，能够满足夹紧要求。

刀具：硬质合金三面刃铣刀，24,24=z mm φ n d a f a F F F F F w q u e y z x P F z c F ?????=0（见《切削手册》表3.28） 其中： 6,2.0,3.1,401,.1(40,75.0,18.0,0.1,5.1,4910

F u ===========z mm mm mm mm u q d a y f x a c F F e F

z F p F 值），在加工面上测量的近似 所以 N F 27865.1491404008.03

.1.03.175.0=????= 水平分力：278N 1.1==实F F H 垂直分力： 65N .703.0V ==实F F

在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数为4321K K K K K = 其中：1K 为基本安全系数1.5；

2K 为加工性质系数1.1；

3K 为刀具钝化系数1.1 ；

4K 为断续切削系数1.1。

K 5为人力操作疲劳系数 1.3

所以 1.2593.11.11.11.15.1?????=672.5 N

由于选用手动夹紧，由 《机械设计手册》查得M8螺钉的抗拉力为1024.5大于672.5，故满足要求

4.4 夹具的工作过程

钻完第一个孔后,抬起手柄,拔出对定销,转动分度盘l,当下一个分度孔与对定销对准时,对定销在弹簧作用下,插入分度孔,即可钻第二个孔,以次类推。

4.5 夹具简要操作说明

工件以Φ30mm 和Φ5的孔和Φ50的端面为定位基准，因为铣削加工时，铣削力是向下的，因此不需要夹紧，直接安装上铣削就可以了。

5 装夹

本题零件需要在两台机床上进行加工，因此需要进行多次装夹，为保证其加工精度，应设计好合理的夹具。

5.1 车床的装夹

在第一次装夹时，主要车削初基准，采用车床通用夹具——三爪自定心卡盘；第二次装夹时也采用三爪自定心卡盘装夹即可；第三次装夹时，由于加工的部位与零件存在一定的偏移，不在零件的对称中心上，需要设计专用夹具进行装夹定位，根据零件的特性，需设计一个法兰盘，

以中间Φ30孔及上端面定位，使得旋转轴为Φ22外圆和Φ29外圆所在的对称轴，夹紧Φ103外圆表面（或用磁力吸盘吸Φ103上表面）。

5.2 铣床的装夹

铣床的加工部分主要是钻孔加工。在第一次装夹时，主要钻Φ5.2通孔、Φ11沉孔、铣削Φ103外圆上的斜边，该工序中装夹时，以Φ30内孔和Φ103下表面定位，用压板压紧Φ30凸台上表面；，以Φ30内孔和Φ103上表面定位，用压板压紧Φ103下表面和曲柄上表面。

以上两次装夹均可在如图所示的夹具中完成加工。

6 加工工序的划分

6.1 工序划分原则

零件是由多个表面构成的，这些表面有自己的精度要求，各表面之间也有相应的精度要求。为了达到零件的设计精度要求，加工顺序安排应遵循一定的原则。

（1）基准面先行原则

加工一开始，总是把用作精加工基准的表面加工出来，因为定位基准的表面精确，装夹误差就小，所以任何零件的加工过程，总是先对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时还要进行精加工，例如，轴类零件总是对定位基准面进行粗加工和半精加工，再进行精加工。例如轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔面和定位孔为精基准加工孔系和其他表面。如果精基准面不止一个，则应该按照基准转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基准面的加工。

（2）先面后孔原则

对于箱体类、支架类、机体类等零件，平面轮廓尺寸较大，用平面定位比较稳定可靠，故应先加工平面，后加工孔。这样，不仅使后续的加工有一个稳定可靠的平面作为定位基准面，而且在平整的表面上加工孔，加工变得容易一些，也有利于提高孔的加工精度。通常，可按零件的加工部位划分工序，一般先加工简单的几何形状，后加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，后加工精度较高的部位；先加工平面，后加工孔。

（3）先粗后精的原则

各表面的加工顺序按照粗加工、半精加工、精加工和光整加工的顺序进行，目的是逐步提高零件加工表面的精度和表面质量。

如果零件的全部表面均由数控机床加工，工序安排一般按粗加工、半精加工、精加工的顺序进行，即粗加工全部完成后再进行半精加工和精加工。粗加工时可快速去除大部分加工余量，再依次精加工各个表面，这样可提高生产效率，又可保证零件的加工精度和表面粗糙度。该方法适用于位置精度要求较高的加工表面。

这并不是绝对的，如对于一些尺寸精度要求较高的加工表面，考虑到零件的刚度、变形及尺寸精度等要求，也可以考虑这些加工表面分别按粗加工、半精加工、精加工的顺序完成。

对于精度要求较高的加工表面，在粗、精加工工序之间，零件最好搁置一段时间，使粗加工后的零件表面应力得到完全释放，减小零件表面的应力变形程度，这样有利于提高零件的加工精度。

7 刀具的选择

7.1 选择刀具的原则

刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。

选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。

车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足机床高效率的要求。机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。

7.2 车削用刀具的选择

车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接(凹形)的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干浅该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。

7.3 铣削用刀具的选择

在加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具有关参数的经验数据如下：一是铣刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin，一般取RD=(0.8-0.9)Rmin。二是零件的加工高H<(1/4-1/6)RD，以保证刀具有足够的刚度。三是用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半径Re=R-r，即直径为d=2Re=2(R-r)，取刀具半径为Re=0.95(Rr)。对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。此外，在铣削加工中还有孔的加工，在精度不高的孔，可以直接采用麻花钻进行钻削，对于精度高的孔，则需要分粗精加工，并用镗刀进行镗削加工。

综上所述，结合本题中的零件——曲柄板的加工需求，确定该零件所使用的刀具如表5.1所示。

7.4 确定切削用量

切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。

7.4.1 确定主轴转速

主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。其计算公式为：

n=1000v/ D

式中：v—切削速度，单位为 m/m动，由刀具的耐用度决定；n一主轴转速，单位为r/min，D—工件直径或刀具直径，单位为mm。

根据以上公式以及切削用量手册，综合考虑该零件加工的主轴转速如下所述：

（1）车削时：

粗车外轮廓：n=600r/min；

精车外轮廓：n=1000r/min；

钻Φ30底孔：n=300r/min；

精镗Φ30孔：n=800r/min；

（2）铣削时：

铣斜边：n=800r/min；

钻中心孔：n=1200r/min；

钻Φ5.2孔：n=800r/min；

铣Φ11沉孔：n=1200r/min；

钻Φ8底孔：n=800r/min；

7.4.2 确定进给速度

进给速度是机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则：当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100一200mm/min 范围内选取；在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20一50mm/min范围内选取；当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20--50mm/min范围内选取；刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床系统设定的最高进给速度。

综合考虑该零件的加工精度及生产效率，确定该零件的进给速度选择如下述：

（1）车削时：

粗车外轮廓：F=150mm/min；

精车外轮廓：F=80mm/min；

钻Φ30底孔：F=30mm/min；

（2）铣削时：

铣斜边：F=120mm/min；

钻中心孔：F=150mm/min；

钻Φ5.2孔：F=100mm/min；

铣Φ11沉孔：F=150mm/min；

7.4.3 确定背吃刀量

背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5mm，总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。

综上所述，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩)，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。

总结

两周的课设时间，虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入设计打下了好的基础。

这次课设使我们认识到了努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是我们走向工作岗位的更出色的关键一步。