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1、l 目录 引言 第第 1 1 章章 等臂杠杆加工工艺规程设设计等臂杠杆加工工艺规程设设计.1 1.1 零件分析零件分析.1 1.1.1 零件的作用.1 1.1.2 等臂杠杆的主要加工表面及技术要求.1 1.2 工艺规程的设计工艺规程的设计.1 1.2.1 确定毛坯的制造形式.1 1.2.2 等臂杠杆机械加工定位基准的选择.2 1.2.3 等臂杠杆的机械加工工艺过程.2 第第 2 2 章章 等臂杠杆加工等臂杠杆加工 2510mmmm、 孔夹具设计孔夹具设计.4 2.1 加工加工 2510mmmm、 孔夹具设计孔夹具设计.4 2.1.2 定位误差分析.4 2.1.3 切削参数和机动时间的计算与夹紧
2、力分析.5 2.2 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计钻套、衬套、钻模板及夹具体设计.9 2.2.1 钻套、衬套设计.9 2.2.2 钻模板及夹具体设计.12 2.3 夹具精度分析夹具精度分析.12 2.4 本章小结本章小结.14 结论结论.15 参考文献参考文献.16 附件附件 I I 机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡.17 附件附件 II 机械加工工序卡片机械加工工序卡片.18 引言引言 机械的加工工艺及夹具的设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一 次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以 后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质
3、 量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工 操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上 质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。同时，好的夹具设 计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以 扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。 当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高 的要求。所以机械的加工工艺及夹具设计对即将进入工厂的机械类毕业生来说 很有必要。 在夹具设计过程中，通常是解决如下问题：表面加工方法的确定、定位基 准及定位方法的选择、夹紧机构
4、的选择、夹具各零件的布置、加工精度的保证 等。一个好的夹具是将这些问题很好的协调好的一个统一整体，在此次的夹具 设计也正是向着这个目标靠近的。 第第 1 章章 等臂杠杆加工工艺规程设计等臂杠杆加工工艺规程设计 1.1 零件分析零件分析 1.1.1 零件的作用零件的作用 题目给出的零件是杠杆。它的主要的作用是用来支承、固定的，要求零件的 配合要符合要求。 1.1.2 等臂杠杆的主要加工表面及技术要求等臂杠杆的主要加工表面及技术要求 如图 1-1 所示，等臂杠杆的主要加工表面有：圆两端面、凸台40mm30mm 表面、孔等，主要技术要求为：25mm10mm8mm 1.由圆及 30mm 宽凸台组成的上
5、端面表面粗糙度为,40mm6.3 a Rm 外圆下端面表面粗糙度为，两平面位置为。40mm3.2 a Rm 0 0.046 54mm 2两个凸台表面粗糙度为，与外圆下端面位置分30mm6.3 a Rm40mm 别为、，两凸台厚为 15mm。 0.12 0 4mm 0.3 0 58mm 3.孔尺寸为，表面粗糙度为，并且后续各25mm 0.052 0 25mm 1.6 a Rm 孔对其轴线将有位置和平行度要求，即都以其为设计基准。 4.孔尺寸为，表面粗糙度为，与其轴线与10mm 0.015 0 10mm 3.2 a Rm 孔轴线的平行度为。25mm0.1mm 5.两个孔尺寸为，孔轴线与孔轴线距8m
6、m 0.015 0 8mm 25mm ，平行度分别为、。840.2mm0.15mm0.1mm 图 1-1 等臂杠杆零件图 1.2 工艺规程的设计工艺规程的设计 1.2.1 确定毛坯的制造形式。确定毛坯的制造形式。 零件的材料 HT200。考虑到零件在工作中处于润滑状态，采用润滑效果较 好的铸铁。由于年产量为 2000 件，达到中批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸 不大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金 属模铸造。又由于零件的对称特性，故采取两件铸造在一起的方法，便于铸造 和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。 1.2.2 等臂杠杆机械加工定位基准的选择等臂杠杆机械加
7、工定位基准的选择 （1）粗基准的选择： 由于表面粗糙度为的大外圆端面是其他三个平面的设计基准，加3.2 a Rm 工精度要求较高，且表面粗糙度为的另一端面切削面积较大，为保证6.3 a Rm 此平面切削量的均匀，所以选用表面粗糙度要求为的外圆端面作为粗6.3 a Rm 基准，先加工要求表面粗糙度为的表面，在后续各面的加工过程中以3.2 a Rm 它为定位精基准，满足了精基准中基准重合原则。 （2）精基准的选择 为减小加工的误差，在各工序中应尽量满足基准重合的原则，即定位基准 与设计精准重合，以消除基准不重合误差。所以凸台平面加工时应以表30mm 面粗糙度为的大外圆端面为主要定位面，两个孔的加工
8、应以3.2 a Rm8mm 的大孔内表面为主要定位面。25mm 1.2.3 等臂杠杆的机械加工工艺过程等臂杠杆的机械加工工艺过程 (1) 等臂杠杆机械加工工艺过程的拟定： 等臂杠杆四个平面：粗铣半精铣精铣 等臂杠杆大孔：扩孔铰孔精铰25mm 等臂杠杆小孔：钻孔铰孔精铰10mm 等臂杠杆小孔：钻孔铰孔精铰8mm 检验 去毛刺 (2) 等臂杠杆机械加工的主要工序： 等臂杠杆加工生产线共 6 道工序，表 1-1 为其主要加工工序。 表 1-1 工序 号 工序名 称 工序简图设备 1 铣两平 面 立式 铣床 2铣凸台卧式 铣床 3扩、铰 大孔 钻、铰 小孔 立式钻 床 4钻铰小 孔 立式钻 床 第第
9、2 章章 等臂杠杆加工等臂杠杆加工孔夹具设计孔夹具设计2510mmmm、 2.1 加工加工孔夹具设计孔夹具设计2510mmmm、 本夹具主要用来扩、铰大孔和小孔。其中孔尺寸精25mm10mm25mm 度要求为，表面粗糙度要求为，其轴线是以后、两0.052mm1.6 a Rm10mm 个孔的设计基准。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本道工8mm 序为等臂杠杆加工的第三道工序，本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸 精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 2.1.1 定位方案的分析和定位基准的选择定位方案的分析和定位基准的选择 由零件图 2-1 可知，两孔位于零件
10、圆端面和宽台肩上，其有40mm30mm 尺寸精度要求和表面粗糙度要求并且孔中心轴线为后续各孔的设计基准，25mm 因此需要其与端面有一定的垂直度要求。为了保证所扩、铰的孔与侧面垂直并 保证孔能在后续的孔加工工序中使各孔的加工余量均匀，根据基准重合、基准 统一原则。在选择孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣顶 面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工、25mm 孔的定位基准应选择外圆端面及表面为主要定位基准限制工件的10mm40mm 五个自由度，用一个活动 V 形块限制另外一个自由度实现完全定位，采用与活 动 V 形块相连的螺旋夹紧机构夹紧。 图 2-1 定位分析图
11、2.1.22.1.2 定位误差分析 由本夹具的定位分析图可看出孔的位置由外圆来保证而而25mm40mm 而外圆由铸造得到，所以良好的铸造及端面铣削精度是孔壁厚40mm25mm 均匀的保证。孔的位置和轴线对孔轴线的平行度要求由两个钻套10mm25mm 之间的位置来决定。 2.1.3 切削参数和机动时间的计算与夹紧力分析切削参数和机动时间的计算与夹紧力分析 孔加工25mm 一、扩孔： （1）扩孔钻选用标准高速钢扩孔钻，其几何参数选择为：、24.7mm 0 0r 、 0 10 45 r k 10 0 t （2）扩孔切削用量： 1确定进给量：查表得取 0.70.84mm/r，根据 Z535 机床说明书
12、，ff表 取。0.8/fmm r 2. 确定切削速度 及vn 查表得22.3/minvm 表 查表得修正系数：、1.0 MV k1.0 apv k 故22.3/min MVapv vvkkm 表表 0 10001000 22.3 287.4 /min 24.7 v nr d 表 根据 Z535 机床说明书，选择275 /minnr 这时实际扩孔速度为 0 24.7 275 21.3/min 10001000 d n vm 3机动时间计算 m t ， 1wf m lll t f n A cot3 2 mw fr dd lk 1 2 4l 由，得24.7 m dmm23 w dmm 24.723
13、cot4533.85 2 f lmm 又有 ，带入公式得到：54 w l 0.8/fmm r275 /minnr 1wf m lll t f n A 543.853 0.28min 0.8 275 A 二、铰孔 （1）粗铰 1 铰刀：选用标准硬质合金机铰刀，其几何参数选择为：24.9mm 、。 0 5r 0 10 5 r k 2 粗铰切削用量： 确定进给量：查表得取 0.91.4mm/r，根据 Z535 机床说明书，ff表 取。1.2/fmm r . 确定切削速度 及vn 查表得15/minvm 表 查表得修正系数：、1.0 MV k1.05 apv k 故15 1.0 1.0515.75/m
14、in MVapv vvkkm 表表 0 10001000 15.75 201.3 /min 24.9 v nr d 表 根据 Z535 机床说明书，选择195 /minnr 这时实际扩孔速度为 0 24.9 195 15.25/min 10001000 d n vm 机动时间计算 m t ， 1wf m lll t f n A cot(310) 2 m fr dd lk 1 10 45l 由，得24.7 m dmm24.9dmm 24.924.7 cot556.64 2 f lmm 又有 ，带入公式得到：54 w l 1.2/fmm r195 /minnr 1wf m lll t f n A
15、546.64 15 0.33min 1.2 195 A (2) 精铰 1 铰刀：选用标准硬质合金机铰刀，其几何参数选择为： 0.044 0.026 25mm 、。 0 5r 0 10 5 r k 2 精铰切削用量： 确定进给量：查表得并根据 Z535 机床说明书，取ff表 。0.9/fmm r . 确定切削速度 及vn 查表得8/minvm 表 查表得修正系数：、1.0 MV k1.08 apv k 故8 1.0 1.088.64/min MVapv vvkkm 表表 0 10001000 8.64 110.1 /min 25 v nr d 表 根据 Z535 机床说明书，选择100 /min
16、nr 这时实际扩孔速度为 0 25 100 7.8/min 10001000 d n vm 机动时间计算 m t ， 1wf m lll t f n A cot(310) 2 m fr dd lk 1 10 45l 由，得24.9 m dmm25dmm 2524.9 cot555.57 2 f lmm 又有 ，带入公式得到：54 w lmm0.9/fmm r100 /minnr 1wf m lll t f n A 545.57 10 0.78min 0.9 100 A 根据以上计算，切削用量及机动时间如下： 扩孔： 24.7,0.8/ ,275 /min, 21.3/min,0.28min m
17、 dmm fmm r nr vmt 粗铰： 24.9,1.2/ ,195 /min, 15.64/min,0.33min m dmm fmm r nr vmt 精铰： 25,0.9/ ,100 /min, 7.8/min,0.78min m dmm fmm r nr vmt 孔加工10mm 一、钻孔 （1） 、钻头：选用标准高速钢钻头9.8mm （2）钻孔切削用量： 1确定进给量：查表得=0.360.44mm/r，ff表 由，所以，故/2.5l d 1.0 lf k ff 表表 根据 Z535 钻床说明书，取。0.43/fmm r 2. 确定切削速度 、轴向力、扭矩及切削功率vFM m P 查
18、表得, 13/minvm 表 2880FN 表 ，10.7N mA 表 M0.45 m PKW 表 查表得 的修正系数：、v1.0 MV k1.0 lv k 故13 1.0 1.013/min MVapv vvkkm 表表 0 10001000 13 422.4 /min 9.8 v nr d 表 根据 Z535 机床说明书，选择400 /minnr 这时实际扩孔速度为 0 9.8 400 12.3/min 10001000 d n vm 3.切削力及扭矩的修正系数，查表得： 、1.0 MF k1.0 MM k 故2880FFN 表表 10.7MMN mA 表 4.校验机床功率 切削功率 40
19、0 /)0.451.00.43 422.4 mMMm PPn nKKW 表 （ 机床有效功率4.5 0.813.65 EE PPKW 由此可知，选择的钻削用量可用 即9.8,0.43/ ,400 /min,12.3/mindmm fmm r nrvm 此时2880,10.7,0.43 m FN MN m PKWA 5机动时间计算 m t ，取切入长度 1wf m lll t f n A 1 2 4l 5 f lmm 又有 ，带入公式得到：25 w lmm0.43/fmm r400 /minnr 1wf m lll t f n A 2554 0.20min 0.43 400 A 二、铰孔 （1）
20、粗铰 1 铰刀：选用标准硬质合金机铰刀，其几何参数选择为：9.92mm 、。 0 5r 0 10 5 r k 2粗铰切削用量： 确定进给量：查表得取 0.91.4mm/r，根据 Z535 机床说明书，ff表 取。1.2/fmm r . 确定切削速度 及vn 查表得15/minvm 表 查表得修正系数：、1.0 MV k1.08 apv k 故15 1.0 1.0816.2/min MVapv vvkkm 表表 0 10001000 16.2 520.1 /min 9.92 v nr d 表 根据 Z535 机床说明书，选择530 /minnr 这时实际切削速度为 0 9.92 530 16.5
21、/min 10001000 d n vm 机动时间计算 m t ， 1wf m lll t f n A cot(310) 2 m fr dd lk 1 10 45l 由，得9.92dmm9.8 m dmm 9.929.8 cot555.69 2 f lmm 又有 ，带入公式得到：25 w lmm1.2/fmm r530 /minnr 1wf m lll t f n A 255.69 10 4 1.2 530 s A （2）精铰 1 铰刀：选用标准硬质合金机铰刀，其几何参数选择为： 0.013 0.008 10mm 、。 0 5r 0 10 5 r k 2 精铰切削用量： 确定进给量：查表得取
22、0.91.4mm/r，根据 Z535 机床说明书，取ff表 。0.9/fmm r . 确定切削速度 及vn 查表得8/minvm 表 查表得修正系数：、1.0 MV k0.65 apv k 故8 1.0 0.655.2/min MVapv vvkkm 表表 0 10001000 5.2 165.6 /min 10 v nr d 表 根据 Z535 机床说明书，选择195 /minnr 这时实际扩孔速度为 0 10 195 6.123/min 10001000 d n vm 机动时间计算 m t ， 1wf m lll t f n A cot(310) 2 m fr dd lk 1 10 45l
23、 由，得10dmm9.92 m dmm 109.92 cot555.46 2 f lmm 又有 ，带入公式得到：25 w lmm0.9/fmm r195 /minnr 1wf m lll t f n A 255.46 10 0.23min 0.9 195 A 根据以上计算，切削用量及机动时间如下： 钻孔： 9.8,0.43/ ,400 /min, 12.3/min,0.20min m dmm fmm r nr vmt 粗铰： 9.92,1.2/ ,530 /min, 16.5/min,4 m dmm fmm r nr vmts 精铰： 10,0.9/ ,195 /min, 6.123/min,
24、0.23min m dmm fmm r nr vmt 本道工序加工时，由于孔支撑面与扩、铰进给方向相同、2510mmmm、25mm 对于孔这一悬臂结构采用了推引式辅助支承，使得夹紧力只需提供用于平衡加工10mm 时的扭矩即可，又由于夹紧采用了可提供较大夹紧力的螺旋夹紧机构，因此进行夹紧力计 算可以省略。 2.2 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计钻套、衬套、钻模板及夹具体设计 2.2.12.2.1 钻套、衬套设计钻套、衬套设计 1、孔钻套的设计25mm 孔的加工需扩、粗铰、精铰三次切削才能满足加工要求。故选用快259H 换钻套。其结构如下图 2-2 所示，以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：
25、孔分扩、粗、铰三个工步完成加工。即先用标准高速钢扩孔钻25mm24.7mm 扩孔，再用标准硬质合金机铰刀粗铰孔,根据 GB1133-84 可知，最后用24.9mm 硬质合金机铰刀精铰孔。 0.044 0.025 25mm 图 2-2 快换钻套图 铰孔钻套结构参数如下表： 表 2-1 铰工艺孔钻套数据表(mm) D dH 公称尺寸允差 1 D 2 Dh 1 hm 1 m r 252535 0.025 0.009 5246125.5212132.5 55 2、孔衬套的设计25mm 依据钻套的设计可选择衬套，固定衬套其结构如图 2-3 所示： 图 2-3 固定衬套图 其结构参数如下表： 表 2-2
26、固定衬套数据表(mm) dD 公称尺寸允差 H 公称尺 寸 允差 C 1 C 35 +0.050 +0.025 1648 +0.033 +0.017 13 夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这 些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装 配图所示。 3、孔钻套的设计10mm 孔的加工需钻、粗铰、精铰三次切削才能满足加工要求。故选用快107H 换钻套，其结构如下图 2-4 所示，以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求： 孔分钻、粗铰、精铰三个工步完成加工。即先用标准高速钢钻10mm9.8mm 头钻孔，再用标准硬质合金机铰刀粗铰孔，根据 GB1
27、132-84,最后用9.92mm 硬质合金机铰刀精铰孔。 0.012 0.006 10mm 图 2-4 快换钻套图 铰孔钻套结构参数如下表： 表 2-3 铰工艺孔钻套数据表(mm) dHD 1 D 2 Dh 1 hm 1 m r 公称尺寸允差 102515 +0.018 +0.007 26221049918 55 4、孔衬套的设计10mm 依据钻套的设计可选择衬套，固定衬套其结构如图 2-5 所示 图 2-5 固定衬套图 其结构参数如下表： 表 2-4 固定衬套数据表(mm) dD 公称尺寸允差 H 公称尺寸允差 C 1 C 15 +0.034 +0.006 1622 +0.028 +0.01
28、5 0.52 2.2.2、钻模板及夹具体设计、钻模板及夹具体设计 钻模板用于固定衬套、确定钻孔位置，其形状尺寸与夹具体密切相关。夹 具体需要考虑零件的形状并将零件的定位、夹紧元件在满足加工要求的基础上 联成一个整体。夹具图如图 2-6 所示 图 2-6 夹具体 2.3 夹具精度分析夹具精度分析 利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加 工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此 在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计 算。 本道工序加工中主要保证大孔尺寸及其表面粗糙度、小 0.052 0 25mm 1.6 m 孔尺
29、寸及其表面粗糙度，以及两孔平行度公差。 0.015 0 10mm 3.2 m0.1mm 孔的尺寸，由选用的铰刀尺寸为所以满足要25mm 0.052 0 25mm 0.044 0.025 25mm 求，由于采用粗、精铰加工能满足表面粗糙度的要求。1.6 m 孔的尺寸，由选用的铰刀尺寸为所以满足要10mm 0.015 0 10mm 0.012 0.006 10mm 求，由于采用粗、精铰加工能满足表面粗糙度的要求。3.2 m 如图 2-7 所示，为钻套的极限最大直径，为铰刀的最小极限尺寸， max D min d 为两者之间的最大间隙，为钻套长度，为由于钻套和铰刀之间存在间隙L 而产生的轴线间最大夹
30、角。则两孔轴线间平行度误差计算如下： 图 2-7 铰刀与钻套间隙关系 两孔轴线品行度误差为=+Y 1 y 2 y 其中为两孔之间钻套装配后允许的平行度误差，为由于 1 0.04ymm 2 y 两铰刀与钻套间存在间隙而产生的平行度误差，下面对进行计算 2 y 对于小孔有：10mm ，由前面分析知，则arctan(/)L max 10.028Dmm min 10.006dmm ，。计算后得到0.022mm 33Lmmarctan(0.022/33)0.0382 对于 大孔有：25mm ，由前面分析知，则arctan(/)L max 25.061Dmm min 25.025dmm ，。计算后得到0.
31、036mm 33Lmmarctan(0.036/33)0.0625 由此得到两孔轴线的最大夹角为2510mmmm、 算得，则两孔的平行度误差为： max1025 max 0.1 = 2 ytan(0.1 ) 小孔全长25 tan(0.1 )0.044mm 则=+=0.04+0.044=满足要求。 Y 1 y 2 y0.0840.1mmmm 2.4 本章小结本章小结 在本章中，夹具主要用来加工等臂杠杆两个孔。首先应明2510mmmm、 确本夹具中的夹紧定位机构，在进行等臂杠杆两个孔加工工序2510mmmm、 时，外圆端面已经精铣。本道工序的定位基准应选择表面粗糙度为40mm 的外圆端面和外圆表面
32、以此限制工件的五个自由度，3.2 a Rm40mm40mm 用一个活动 V 形块限制另一个自由度的同时加紧工件，采用螺旋夹紧机构。然 后按照有关公式进行切削参数的计算，然后对钻床夹具必不可少的钻套和衬套 及钻模板和夹具体进行设计，还应对夹具精度进行分析。 夹具是制造系统的重要组成部分，夹具对加工质量、生产率和产品成本都 有直接的影响。是能否高效、便捷生产出合格、优质零件的保证。所以对夹具 设计也是非常重要的。 结论结论 本次课程设计主要是对 CA6140 机床等臂杠杆的加工工艺及夹具设计。等臂 杠杆的加工工艺设计主要是进行零件的加工工艺路线，机械加工余量、切削用 量、基本工时的确定，夹具的设计
33、主要是要设计出正确的定位夹紧机构。在本 设计中工件的加工工艺路线正确合理，夹具的定位夹紧机构也能达到定位夹紧 的目的，能保证加工工件的精度。此次设计在老师的指导下，通过多次对定位 夹紧机构的分析最终选择采用 V 形块和螺旋夹紧机构来实现零件的定位夹紧。 在这个过程中，对机械加工工艺和夹具设计有关的知识有了更深的理解，增强 了对本专业综合知识运用的能力，使我对专业知识、技能有了进一步的提高， 为以后从事专业技术的工作打下基础。 参考文献 1 王秀伦，边文义等. 机床夹具设计. 北京：中国铁道出版社，1984. 2 孙巳德. 机床夹具图册. 北京：机械工业出版社，1983. 3 孟少农. 机械加工
34、工艺手册第 2 卷. 北京:机械工业出版社，1991. 4 张耀宸. 机械加工工艺设计手册. 北京:航空工业出版社，1987. 5 杨昂岳.，邹湘军等. 机械制造工程学. 长沙:国防科技大学出版社，2004. 6 彭如恕，周荣安等. 现代工程制图. 北京:国防工业出版社，2006. 7 寇尊权，王多. 机械设计课程设计. 北京: 机械工业出版社，2008. 8 杨叔子. 机械加工工艺师手册. 北京:机械工业出版社，1997. 9 谢铁邦，李柱等. 互换性与技术测量. 武汉:华中科技大学出版社，2008. 10 上海柴油机厂工艺设备研究所. 金属切削机床夹具设计手册. 北京:机械工业出版社， 1984.