机械工艺夹具毕业设计18端盖零件的工艺规程及钻Φ16H7孔的工装夹具设计

课程设计说明书题目：端盖零件的工艺规程及钻Φ16H7孔的工装夹具设计

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摘要

本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。

端盖加工工艺规程及其钻孔的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。

关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。

ABSTRCT

This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.

The reduction gear box body components technological process and its the processing ￠140 hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.

Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error

目录

序言 (1)

一. 零件分析 (2)

1.1 零件作用 (2)

1.2零件的工艺分析 (2)

二. 工艺规程设计 (2)

2.1确定毛坯的制造形式 (3)

2.2毛坯的设计 (3)

2.3基面的选择传 (5)

2.4制定工艺路线 (5)

2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (7)

2.5确定切削用量及基本工时 (8)

三夹具设计 (21)

3.1问题的提出 (21)

3.2定位基准的选择 (21)

3.3定位元件的设计 (22)

3.4定位误差分析 (23)

3.5切削力及夹紧力计算 (24)

3.6钻套设计 (24)

3.7夹具设计及操作简要说明 (25)

总结 (28)

致谢 (29)

参考文献 (30)

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。

端盖的加工工艺规程及其钻Φ16H7孔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。

一、零件的分析

1.1零件的作用

端盖的具体作用，待查

1.2 零件的工艺分析

从端盖的零件图上可以看出，它有两组加工表面，这两组加工面之间也有一定的位置要求，现将这两组加工面分述如下：

1，以外圆和低面为基准的加工面，这组加工面包括，底面，顶面，2-Φ16孔

2：一个底面和Φ16孔为基准的加工面，这个主要是Ф16H7孔的加工和6-Φ6.6沉孔Φ11深6.8的钻削。

二. 工艺规程设计

2.1确定毛坯的制造形式

零件材料为HT200，考虑到拖拉机运行时经常需要挂倒档以倒行或辅助转向，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为2级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。

2.2：毛坯的设计

端盖零件材料为 HT200，硬度选用260HBS，毛坯重约1Kg。生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型，2级精度组。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，对毛坯初步设计如下：

1. ?16mm的孔

因为孔只有16mm大，因此在铸造时不容易铸造出，因此在毛坯的设计时，不宜设计底孔。因此毛坯采用实心铸造。以确保毛坯的成功率。

2. 端盖底面

该端盖底面粗糙度都是3.2，进行一次粗铣即可满足光洁度要求。根据资料可知，选取加工余量等级为G，选取尺寸公差等级为9级。

所以根据相关资料和经验可知，端盖底面余量为2mm，符合要求。

3. 端盖上面

端盖上面，是加工螺纹时的旋入部分，光洁度要求没有，直接铸造出来，查资料知，砂型铸造机械翻砂造型的尺寸公差等级为8~10级，

4. 钻孔、

在?16mm的孔处钻孔

在此处，因为加工的孔不是很大，所以可以不必留铸造底孔。

因其它表面均为不加工表面，而且砂型机器造型铸造铸造出的毛坯表面就能满足它们的精度要求，所以，不需要在其它表面上留有加工余量。

根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，这样毛坯的尺寸就可以定下来了，毛坯的具体形状和尺寸见图.2 “拖拉机倒挡拨叉”零件毛坯简图。

2.3：基面的选择的选择

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：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。从零件图上可以看出，端盖零件比较规则，所以粗基准较容易选择。我们采用2个不加工的外圆作为粗基准，用一固定V型块和一活动V型块定位，这样限制空间的5个自由度，有因为钻削时钻削力是向下的通过钻削力来限制上下的自由度，依照粗基准的选择原则

（即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准）来选取。

精基准的选择：精基准的选择要考虑基准重合的原则，设计基准要和工艺基准重合。因此我们采用已经加工好的Φ16孔做为精基准

2.4：制定工艺路线

制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。通过仔细考虑零件的技术要求后，制定以下两种工艺方案：

方案一

工序Ⅰ：铸造

工序Ⅱ：时效处理

工序Ⅲ：铣M27端面。

工序Ⅳ：铣大端底面

工序Ⅴ：钻扩绞Φ16H7孔，锪孔Φ20H7

工序Ⅵ：钻扩绞Φ16H7深11孔

工序Ⅶ：钻6-Φ6孔锪孔Φ11深6.8

工序VIII：钻2-Φ5定位销

工序IX: 车M27退刀槽，车M27螺纹

工序X：检验

方案二

工序Ⅰ：铸造

工序Ⅱ：时效处理

工序Ⅲ：铣大端底面

工序Ⅳ：铣M27端面。

工序Ⅴ：钻扩绞Φ16H7孔，锪孔Φ20H7

工序Ⅵ：钻扩绞Φ16H7深11孔

工序Ⅶ：钻6-Φ6孔锪孔Φ11深6.8

工序VIII：钻2-Φ5定位销

工序IX: 车M27退刀槽，车M27螺纹

工序X：检验

工艺方案一和方案二的区别在于方案一与方案二相比，方案一先加工M27端面，然后以M27端面为基准加工底面，这样能为下面的加工Φ16孔更好地提供定位基准，确保加工的精度，如果按方案二的话，要先下加工下底面，加工下底面的时间我们用的是M27未加工的端面作为基准，很难保证底面的一些加工质量和精度，增加了辅助工时，不适合大批量生产，综合考虑我们选择方案一

具体的工艺路线如下

工序Ⅰ：铸造

工序Ⅱ：时效处理

工序Ⅲ：铣M27端面。

工序Ⅳ：铣大端底面

工序Ⅴ：钻扩绞Φ16H7孔，锪孔Φ20H7

工序Ⅵ：钻扩绞Φ16H7深11孔

工序Ⅶ：钻6-Φ6孔锪孔Φ11深6.8

工序VIII：钻2-Φ5定位销

工序IX: 车M27退刀槽，车M27螺纹

工序X：检验

2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

端盖零件材料为HT200

生产类型为大批量生产，采用砂型机铸造毛坯。

1、端盖的底面和顶面

因端盖的底面和顶面的精度要求都不是很高，其加工余量为2.5mm。

2、端盖的Φ16孔

因为孔的尺寸太小，毛坯铸造为实心，不铸造出孔。孔的精度要求介于IT7—IT8之间，Φ16的粗糙度要求为1.6，需要钻，扩，绞3次加工，参照参数文献。

钻孔Φ15

扩孔Φ15.85

绞孔Φ16

2.6：确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ：铣端盖M27端面 1. 选择刀具

刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,

mm a p 5.1=，mm d 350=，min /125m v =，4=z 。 2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度

因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则

mm a p 5.1=

2）决定每次进给量及切削速度

根据X51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 /39.113735

125

10001000r d v n s =??==

ππ 按机床标准选取w n ＝1450min /r

min /35.1591000

1450

351000

m dn v w

=??=

=

ππ

当w n ＝1450r/min 时

r mm zn f f w z m /1160145042.0=??== 按机床标准选取r mm f m /1160= 3）计算工时

切削工时：mm l 27=，mm l 51=，mm l 32=，则机动工时为

min 0737.0475

3

52721=++=++=

f n l l l t w m

工序二：铣大端底面 1. 选择刀具

刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,

mm a p 5.1=，mm d 350=，min /125m v =，4=z 。 2. 决定铣削用量 4）决定铣削深度

因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则

mm a p 5.1=

5）决定每次进给量及切削速度

根据X51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 /39.113735

125

10001000r d v n s =??==

ππ 按机床标准选取w n ＝1450min /r

min /35.1591000

1450

351000

m dn v w

=??=

=

ππ

当w n ＝1450r/min 时

r mm zn f f w z m /1160145042.0=??== 按机床标准选取r mm f m /1160= 6）计算工时

切削工时：mm l 83=，mm l 51=，mm l 32=，则机动工时为

min 3831.0)475

3

583(2)(

221=++=++=x f n l l l x t w m 工序三：钻扩绞Φ16H7孔，锪孔Φ20H7

工步一钻孔至φ15

确定进给量f ：根据参考文献Ⅳ表2-7，当钢的

MPa b 800<σ，mm d 150φ=时，r m f /47.0~39.0=。由

于本零件在加工Φ14孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则

()r mm f /35.0~29.075.047.0~39.0=?=

根据Z525机床说明书，现取r mm f /25.0=

切削速度：根据参考文献Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度min /18m v =所以

min /7.30115

18

10001000r d v n w s =??==

ππ 根据机床说明书，取min /375r n w =，故实际切削速度为

min /37.221000

375

151000

m n d v w

w =??=

=

ππ

切削工时：mm l 32=，mm l 91=，mm l 32=，则机动

工时为

min 4693.025

.0375393221=?++=++=

f n l l l t w m

工步二：扩孔mm 85.15φ

利用钻头将mm 15φ孔扩大至mm 85.15φ，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取

()()r

mm f f /87.0~585.075.065.08.1~2.18.1~2.1=??==钻

根据机床说明书，选取r mm f /57.0=

min /4~61231~2131~21m v v =???

?

??=??? ??=钻

则主轴转速为min /34~6.51r n =，并按车床说明书取min /68r n w =，实际切削速度为

min /3843.31000

68

85.151000

m n d v w

w =??=

=

ππ

切削工时：mm l 32=，mm l 61=，mm l 32=，则机动

工时为

min 0578.157

.0683

63221=?++=++=

f n l l l t w m 工步3：铰mm H 716φ孔

根据参考文献Ⅳ表2-25，r mm f /4.0~2.0=，

min /12~8m v =，得

min /65.254~8.169r n s =

查参考文献Ⅴ表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取r mm f /35.0=，min /198r n w =，实际切削速度

min /33.9m v =。

切削工时：mm l 32=，mm l 91=，mm l 32=，则机动工时为

min 6060.035

.01983

93221=?++=++=

f n l l l t w m 锪扩Φ20H7

钻、扩Φ20的孔 (1) 钻Φ19mm 孔

机床：Z525立式钻床

刀具：根据《机械加工工艺手册》表10-61选取高速钢钻头W18Cr4V .

1)进给量 根据《切削手册》表10-66,当铸铁≤HB200时，D=Φ19时，取f=0.3mm/r

2)切削速度 根据《机械加工工艺手册》表10-70,及10-66,查得

V=35m/min.

3)确定机床主轴转速

n s =

W

πd 1000c v =

≈??19π35

1000586.65r/min ,与586.65r/min 相近的机床转速为555r/min 。现选取

w n =555r/min 。

所以实际切削速度

c v =

1000

s dn π=

min /4.311000555

19πm =?? 4)削工时。

t m =

f

n l w 2

1l l ++i ;其中l=11mm; 1l =7mm; t m =f

n l w 1l + =0.355518

?=0.108(min) (2) Φ20mm 孔

根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为

钻f f )8.1~2.1(=

钻v v )3

1

~21(=

式中的钻f 、钻v ——加工实心孔进的切削用量. 现已知

钻f =0.36mm/r (《切削手册》)表2.7 钻v =42.25m/min (《切削手册》)表2.13

1) 给量 取f=1.5×0.36=0.51mm/r 按机床选取0.5mm/r

2) 削速度 v=0.4×42.25=16.9m/min. 3) 定机床主轴转速

n s =

W

πd 1000c v =

≈??20π9

.161000271.8r/min 与271.8r/min 相近的机床转速为275r/min 。现选取

w n =275r/min 。

所以实际切削速度

c v =

1000

s dn π=

min /4.171000275

20πm =?? 5) 削工时，按《工艺手册》表6.2-1。

t m =

f

n l w 2

1l l ++i ;其中l=11mm; 1l =8mm; t m =

f

n l w 1l + =0.527519

?=0.069(min)

工序IV:钻扩绞Φ16H7孔

工步一钻孔至φ15

确定进给量f ：根据参考文献Ⅳ表2-7，当钢的

MPa b 800<σ，mm d 150φ=时，r m f /47.0~39.0=。由

于本零件在加工Φ14孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则

()r mm f /35.0~29.075.047.0~39.0=?=

根据Z525机床说明书，现取r mm f /25.0=

切削速度：根据参考文献Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度min /18m v =所以

min /7.30115

18

10001000r d v n w s =??==

ππ 根据机床说明书，取min /375r n w =，故实际切削速度为

min /37.221000

375

151000

m n d v w

w =??=

=

ππ

切削工时：mm l 11=，mm l 91=，mm l 32=，则机动

工时为

min 2453.025

.0375391121=?++=++=

f n l l l t w m

工步二：扩孔mm 85.15φ

利用钻头将mm 15φ孔扩大至mm 85.15φ，根据有关手

册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取

()()r

mm f f /87.0~585.075.065.08.1~2.18.1~2.1=??==钻

根据机床说明书，选取r mm f /57.0=

min /4~61231~2131~21m v v =???

?

??=??? ??=钻

则主轴转速为min /34~6.51r n =，并按车床说明书取min /68r n w =，实际切削速度为

min /3843.31000

68

85.151000

m n d v w

w =??=

=

ππ

切削工时：mm l 11=，mm l 61=，mm l 32=，则机动

工时为

min 516.057

.0683

61121=?++=++=

f n l l l t w m 工步3：铰mm H 716φ孔

根据参考文献Ⅳ表2-25，r mm f /4.0~2.0=，

min /12~8m v =，得

min /65.254~8.169r n s =

查参考文献Ⅴ表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取r mm f /35.0=，min /198r n w =，实际切削速度

min /33.9m v =。

切削工时：mm l 11=，mm l 91=，mm l 32=，则机动工时为

min 3319.035

.01983

91121=?++=++=

f n l l l t w m 工序VII ：钻6-Φ6孔，锪孔Φ13深6.8 钻Φ6孔，扩Φ13孔 (1)钻Φ6mm 孔

机床：Z525立式钻床

刀具：根据《机械加工工艺手册》表10-61选取高速钢麻花钻Φ4.

1)进给量 取f=0.13mm/r

2)切削速度 V=24~34m/min. 取V=30m/min

3)确定机床主轴转速

n s =

W

πd 1000c v =

≈??6π30

10001592r/min 与1592r/min 相近的机床转速为1450r/min 。现选取

w n =1450r/min 。

所以实际切削速度c v =

1000

s dn π=

min /3.2710001450

6πm =?? 5) 切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。 t m =

f

n l w 2

1l l ++i ;其中l=11mm; 1l =4mm; t m =

f

n l w 1l + =0.13145015

?=0.1034(min) (2) 扩Φ13深6.8mm 孔

刀具：根据《机械加工工艺手册》表10-61选取高速钢麻花钻Φ6.

1) 进给量 查《机械加工工艺师手册》表28-13，取f=0.13mm/r