夹具设计.docx

1、夹具设计中 州 大 学机械制造工艺与夹具课程设计说明书设计题目： 设计 带轮 零件的 机械加工工艺规程及工艺装备（生产纲领：4000件）班 级： 机制二班 设 计 者： 胡斌 指导教师： 评定成绩： 设计日期：2013 年 10 月 1 日至2013 年 10 月 14 日目 录设计任务书3一、零件的分析4二、工艺规程设计5(一)确定毛坯的制造形式5(二)基面的选择6(三)制定工艺路线7(四)确定加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定9(五)确定切削用量及基本工时9三、专用夹具设计18(一)设计主旨18(二)夹具设计18四、课程设计心得体会20参考文献21中 州 大 学机械制造工艺与夹具课程设计任

2、务书设计题目： 设计 带轮 零件的 机械加工工艺规程及工艺装备（生产纲领：4000件）设计内容： 1、产品零件图 1张2、产品毛坯图 1张3、机械加工工艺过程卡片 1套4、机械加工工序卡片 1套5、夹具装配图 1张6、夹具主要零件图 2-3张7、课程设计说明书 1份班 级： 机制一班 设 计 者： 韩燕宾 指导教师： 评定成绩： 年 月 日1、零件的分析 （1）零件的作用机械传动按传动的工作原理分类可分为啮合传动和摩擦传动两类。皮带轮属于摩擦传动，其特点是传动工作平稳、噪声低、结构简单、造价低，具有过载保护能力，缺点是外廓尺寸较大、传动比不准确、传动效率较低、元件寿命较短，另外皮带轮是回转类零

3、件，主要用于和别的零件进行装配。所以皮带轮要有一定的配合精度以及表面接触强度，还有要有足够的刚度和耐磨性，以满足使用要求。带传动根据横截面形状不同可分为平带传动、V带传动、多楔带、圆形带、齿形带等类型的带传动。 带传动的工作原理是带紧套在主动轮和从动轮上，因而带与轮的接触表面存在着正压力，当原动机驱动主动轮回转时，在带与主动轮接触表面间便产生摩擦力，使主动轮牵动带，继而带又牵动从动轮，将主动轴上的转矩和运动传给从动轴。 从带传动的原理可知道带轮的作用是通过传动带传递转矩和运动。（二）零件的工艺分析 该零件是轴类零件，形状不太复杂，尺寸精度要求比较高。零件的主要技术要求分析如下： (1)240

4、的外圆、170的内孔、含170内孔的端面的粗糙度为3.2；90 的内孔、其左端面以及8的锥销孔的的粗糙度为1.6；18的孔的粗糙度为6.3主要是为了和其装配件很好的装配。 (2)带槽的外圆以及170端面的圆跳动精度为0.08，节圆的圆跳动精度为0.05，170内孔的底面和侧面圆跳动精度为0.08，含90的端面的垂直度为0.03 ，分别以90的中心线为基准。(3)在240的外圆上车V形带槽,要注意他们的相互位置。(4)带轮上三个M8的螺纹孔的位置精度为0.1，以90的中心线为基准。(5)8的锥销孔要配作。(6)90内孔以及170内孔外侧倒角为R2-R3。1零件的图样及说明 二、工艺规程设计 (一

5、)确定毛坯的制造形式 皮带轮如下图： 零件的材料为HT200 .考虑到皮带轮在工作过程中会受到一定的载荷,因此 选择铸件,以使金属纤维不被切断,保证零件工作可靠.由于零件年产量为 4000 件,已达到大批生产的水平.而且零件的轮廓尺寸不大,故可采用铸造成型,这对 于提高生产率,保证加工质量也是有利的。 (二)基面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 以保证加工质量，提高生产效率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的 还会造成零件大批报废，使生产无法进行。 1.粗基准的选择 对于一般的轴类零件而言，以外圆作为基准是完全合理的。按照有关粗基准的选择原则（即当

6、零件又不加工表面时，应以这些不加工的表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现在应为都要加工就要结合加工工艺来确定粗基准，现取240 的外圆作为粗基准，利用三爪卡盘装夹。利用不完全定位来加工工件。2.精基准的选择 精基准的选择主要考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时， 应该进行尺寸换算。其位置精度有斯处，基准都是A基准，加工时要考虑它们跟孔一起进行加工；中心孔的尺寸公差等级为七级公差带，在车床上加工可以到此种精度，精车的时候要以右端面为定位基准，这样才能保证位置度的正确性，关于车床着方面，就不做介绍了。车削时要以右端面为

7、定位基准。 (三)工艺路线的制定 制定工艺路线的相互发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度 要求等技术能得到合理的保证.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夹具,并尽量使工序集中来提高生产率.除此以外,还应考虑经济效益,以便降低生产成本。 1.工艺路线方案一: 工序1: 夹毛坯外圆，车240端面 工序2: 夹毛坯外圆，粗车240外圆工序3: 精车 240外圆工序4: 掉头，夹240外圆车另一端面 工序5: 钻18通孔、8锥销孔、90、M8螺纹孔的中心孔 工序6：预钻中心孔90的底孔87至另一端，钻通孔18，螺纹孔M8工序7: 扩中心孔90的底孔至 89到深为

8、25，扩170通孔工序8: 铰孔 90至深16工序9：铰M8螺纹孔工序10：配作8锥销孔工序11：热处理 工序12：粗车皮带轮V形槽工序13：精车皮带轮V形槽工序14：检验 2.工艺路线方案二： 工序1：铣端面，打中心孔 工序2：掉头铣另一端面，打中心孔 工序3：车240 的外圆工序4：掉头车240的外圆工序5：钻中心孔工序6：扩心孔工序7：铰中心孔工序8：铰螺纹孔 工序9：配作8锥销孔工序10: 粗精车V形带 工序11：终检 工序12：入库以上方案大致看来还是合理的。但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能 的加工手段之后，发现仍有问题，因此，最后的加工路线确定如下：工序1: 粗、精车端面、24

9、0的外圆表面，打中心孔工序2: 调头粗、精车另一端面,打中心孔工序3: 修研两端中心孔 工序4: 钻18、8锥销孔、90通孔、M8螺纹孔的中心孔 工序5: 扩18到另一端、扩90的中心孔、扩170孔工序6：粗铰18、90、170中心孔工序7：精铰90孔工序8: 铰螺纹孔工序9：配作锥销孔 工序10: 粗精车V形带。 工序11：终检。 工序12：入库。 以上工艺过程详见附表机械加工工艺过程卡片和附表机械加工工序卡片。（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“皮带轮”零件材料为 HT200，生产类型为大批生产，可采用在锻锤上合模铸造毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定个加工表面的机械加

10、工余量工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1.外圆表面（240） 考虑其加工长度为85mm加工外圆表面直径为240mm，查机械制造工艺设计简明手册（以下简称工艺手册）表2.2-14。铸件轮廓尺寸（直径方向）120260mm，其余量值规定为2.53.0mm，现取3.0mm。 2.外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差 查工艺手册表2.2-25，铸件轮廓尺寸（直径方向）120260mm，故长度方向偏差为（+0.6；-0.6）mm. 长度方向的余量查工艺手册表 2.2-25，其余量值规定为 1.52.0mm, 现取2.0mm。 。（五）确定切削用量及基本工时工序 1：车端面, 打中心孔,车240 的外圆表面。

11、本工序采用计算 法确定切削用量。 1. 加工条件 工件材料：HT200，正火，铸造。 加工要求：粗车240 端面及240 的外圆，240 的左端面粗糙度至为Ra1.6，右端面粗糙度值为Ra3.2和外圆表面的粗糙度值为Ra3.2。 机床：CA6140卧式车床。 刀具：刀片材料为 YT15，刀杆尺寸为 16mmX25mm,kr=90,o=15,o=8,R=0.5mm 2.切削用量计算 (1)车240端面。 1）确定端面最大加工余量：已知毛坯长度方向的加工余量为1.5+0.5 考虑7的铸造拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量Zmax=7mm,故实际端面余量可按Zmax=7mm考虑，分三次加工，ap

12、=3mm计。 2）确定进给量f:根据机械制造工艺与机床夹具课程设计指导表2-19， 当刀杆尺寸为16mmX25mm,ap3mm，以及工件直径为240mm时 F=0.81.2mm/r 按CA6140车床说明书取f=1.15mm/r（参见表 3-9） 3)计算切削速度：按切削用量简明手册（第三版）（以下简称切削手册）表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）。 Vc=(Cv*kv)/(Tm*apxv*fyv) 式中，Cv=242,Xv=0.15,Yv =0.35,m=0.2。 K v 见切削手册表 .，即kMv=1.44,ksv=0.8,kkv=1.04,kkrv=0.81,kBv=

13、0.97 所以 vc=(242X1.44X0.8X1.04X0.81X0.97)/(600.2X30.15X0.510.35)m/min =108.6m/min 4）确定机床主轴转速： ns=1000vc/dw=1000X108.6/X170=203r/min 按机床说明书，与203r/min 相近的机床转速为 200r/min 及 250r/min。现选取250r/min。所以实际切削速度v=133.45r/min。 5）计算切削工时：按工艺手册表6.2-1，取 l=40.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0 tm=(l+l1+l2+l3)*i/n f=3X(40.5+2)/450X0.

14、51=0.556min (2)车240外圆，同时应校验机床功率及进给机构强度。 1）被吃刀量：单边余量Z=2mm，可一次切除。 2）进给量：根据切削手册表1.4，选用f=1.15mm/r。 3）计算切削速度：见切削手册表1.27 vc=(Cv*kv)/(Tm*apxv*fyv) =(242X1.44X0.8X0.81X0.97)/(600.2 X20.15 X 0.510.35 ) =110.17m/min 4)确定主轴转速： ns=1000 vc/dw =1000X110.17/X170 =206.39r/min 按机床选取n=250r/min。所以实际切削速度为 V=dn/1000=X17

15、0X250/1000m/min=133.45m/min 5)检验机床功率：主切削力Fc按切削手册表1.29所示工时计算 Fc=CFc *apxFc *fyFc* vcnFc *kFc 式中，CFc =2795，xFc =1.0, yFc =0.75, nFc=-0.15 k =(b/650) =(600/650)0.75=0.94, k =0.89 所以 Fc=2795X2X0.50.75X114.45-0.15X0.94X0.89N= 1318.9N 切削是消耗功率Pc为 Pc= Fc*vc/6X104 =1318.9X114.45/6X104kW =3.175kW 由 CA6140 机床说

16、明书可知，CA6140 主电动机功率为 7.8 kW,当主轴转速为450r/min时， 主轴传递的最大功率为4.5kW， 所以机床功率足够， 可以正常加工。 6）校验机床进给系统强度：已知主切削力 Fc=1318.9N，径向切削力 Fp按,切削手册表1.29所示公式计算 Fp=C apf v k 式中，C =1940，x =0.9, y =0.6 n=-0.3 k =(b/650) =(600/650)1.35=0.897, k =0.5 所以， Fp=1940X20.9X0.50.6X114.45-0.3X0.897X0.5N=258.4N 而轴向切削力 Ff =C ap f v k 式中，

17、C =2880，x =1.0, y =0.5, n =-0.4 k =(b/650)= (600/650)1=0.923,k =1.17 于是轴向切削力 Ff=2880X2X0.50.5X114.45-0.4X0.923X1.17N=601.7N 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=0.1，则切削力在纵向进给方向对进给 机构的作用力为 F= Ff+(Fc+ Fp) =601.7+0.1X(1318.9+258.4)N =759.43N 而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530N （见切削手册表1.30）， 故机床进给系统可正常工作。 7）切削工时： t =(l+l1+l2)/nf 式中， l

18、=42, l1=4, l2=0, 所以 t =(l+l1+l2)/nf=（42+4+0)/250X0.5min=0.368min 不难看出,以后在CA6140车床上加工此皮带轮.只要在主轴转速不变、 进给 量f0.5mm和被吃刀量ap3mm的情况下,机床进给系统都可正常工作、电机功率都足够. 工序2：车调头车另一端面, 打中心孔,车240的外圆，倒角。 1.加工条件 加工要求：粗车240的外圆，240的外端面和外圆表面的粗糙 度值为R3.2.机床：CA6140卧式车床。 刀具：刀片材料为 YT15，刀杆尺寸为 16mmX25mm,kr=90,o=15, o=8,r=0.5mm 2.切削用量计算

19、 (1)车240端面。 1）确定端面最大加工余量：已知毛坯长度方向的加工余量为2 +1.2 考虑7的铸造拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量Zmax=5.9mm,故实际端面余量可按Zmax=5.9mm考虑，分三次加工，ap=3mm 计。 2）确定进给量f: 选用和工序1车端面相同的进给量即f=1.15mm/r 3) 计算切削速度: 选用和工序1相同的主轴转速即n=250r/min,故实际速 度为: V=dn/1000=X240X250/1000m/min =188.4m/min4）计算切削工时：按工艺手册表6.2-1，取 l=19.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0tm=(l+l1+l

20、2+l3)*i/n f=2X(19.5+2)/250X0.51=0.333min (2) 车240的外圆面,同时应校验机床功率及进给机构强度。 1）被吃刀量：单边余量Z=1.8mm，可一次切除。 2）进给量：选用和工序1车外圆相同的进给量即f=1.15mm/r。 3）确定主轴转速：选用和工序1相同的主轴转速即n=250r/min 4) 计算切削速度： V=dn/1000 =X240X250/1000m/min=188.4m/min 5）切削工时： t =(l+l1+l2)/nf 式中， l=85, l1=4, l2=0, 所以t =(l+l1+l2)/nf =（85+4+0)/250X0.5m

21、in=0.712min 工序3: 修研两端中心孔。 工序 4: 半精车240的外圆表面,同时应校验机床功率及进给机 构强度。 （1）半精车240 的外圆表面 1）被吃刀量：单边余量Z=0.19mm，可一次切除。 2）进给量：选用和工序1车外圆相同的进给量即f=1.15mm/r。 3）确定主轴转速：选用和工序1相同的主轴转速即n=250r/min 4）计算切削速度： V=dn/1000 =X240.3X250/1000m/min=188.6m/min 5）切削工时： t =(l+l1+l2)/nf 式中， l=85, l1=4, l2=0, 所以 t =(l+l1+l2)/nf =（85+4+0

22、)/250X0.5min=0.712min工序5：钻扩90、8、18孔，选用机床：立钻Z525.切削用量计算如下：（1）钻孔7.8mm。 F=0.22mm/r（见参考手册）v=17.38m/min(见参考手册)ns=1000*17.38/（*7.8）r/min=709.6r/min按机床选取nw=680r/min（按工艺手册）所以实际切削速度v=dw*nw/1000m/min=16.65m/min切削工时 t=（l+l1+l2）/nwf=（150+10+4）/680*0.22min =1.096min式中，切入l1=10mm，切出l2=4mm，l=150mm 加工完成后配作8锥销孔（2） 钻孔

23、18mm。 F=0.40mm/r（见参考手册）v=12.25m/min(见参考手册)ns=1000*12.25/（*18）r/min=216.7r/min按机床选取nw=195r/min（按工艺手册）所以实际切削速度v=dw*nw/1000m/min=11.02m/min切削工时 t=（l+l1+l2）/nwf=（150+10+4）/195*0.40min =2.10min式中，切入l1=10mm，切出l2=4mm，l=150mm （3） 粗铰89.8mm。 F=0.75mm/r（见参考手册）v=6.13m/min(见参考手册)ns=1000*6.13/（*89.8）r/min=21.7r/m

24、in按机床选取nw=34r/min（按工艺手册）所以实际切削速度v=dw*nw/1000m/min=9.59m/min切削工时 t=（l+l1+l2）/nwf=（150+7+2）/34*0.75min =6.24min式中，切入l1=7mm，切出l2=2mm，l=150mm使用钻床Z35 （4） 精铰90H7mm。 F=1.35mm/r（见参考手册）v=4.9m/min(见参考手册)ns=1000*4.9/（*90）r/min=17.3r/min按机床选取nw=34r/min（按工艺手册）所以实际切削速度v=dw*nw/1000m/min=9.6m/min切削工时 t=（l+l1+l2）/nw

25、f=（150+3+1.5）/34*1.35min =3.37min式中，切入l1=3mm，切出l2=1.5mm，l=150mm使用钻床Z35 工序 4: 粗铣 170内孔面。切削速度：参考有关手册，确定v=0.45m/s，即27m/min。Fz=0.08mm/齿采用高速钢铣刀，d=100mm，齿数z=20。则ns=1000*27/（*100）r/min=86r/min现选用x63卧式铣床，根据要求，取nw=95r/min，故实际切削速度为v=dw*nw/1000m/min=3.14*100*95/1000=29.83m/min当nw=95r/min时，工作台每分钟进给量fm应为Fm=fzznw

26、=0.08*20*95=152mm/min，查说明书得Fm=118mm/min切削工时：利用作图法得出行程l+l1+l2=603.8mmt=603/118=5.1min工艺卡片的制订 加工工序卡片中州大学工程技术学院机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称皮带轮零件名称皮带轮共2页第1页材 料 牌 号HT200毛 坯 种 类铸造毛坯外形尺寸246X91每毛坯件数1每 台 件 数1备 注工序号 工 名 序 称 工 序 内 容 车间 工段设 备工 艺 装 备 工 时 准终 单件1检查检查毛坯是否有裂纹检目测2车端面夹毛坯外圆，车240端面金车床三爪自定心卡盘3粗车夹毛坯外圆，粗车240外圆，留

27、1mm加工余量金车床三爪自定心卡盘4精车精车240外圆，达到图纸尺寸公差要求金车床三爪自定心卡盘5车端面掉头，夹240外圆，车另一端面金车床三爪自定心卡盘6钻孔钻中心孔金钻床专用夹具7钻孔预钻中心孔45的底孔42金钻床专用夹具8扩孔扩中心孔45的底孔至44金钻床专用夹具9铰孔铰孔45金钻床专用夹具10铣内孔铣170内孔面金铣床11热处理热处理R热淬火炉12粗车粗车皮带轮V形槽金车床专用夹具13精车精车皮带轮V形槽金车床专用夹具14检验检验检游标卡尺 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期三、夹具的设计(一)设计主旨为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工零件带轮槽时，需要设计专用夹具。机床夹具（夹具）是在机械加工中使用的一种工艺装备，它的主要功能是实现对被加工工件的定位和夹紧。通过定位，使被加工工件在夹具中占有同一个正确的加工位置；通过夹紧，克服加工中存在的各种作用力，使这一正确的位置得到保证，从而使加工过程得以顺利进行。本夹具是工序钻通孔而设计的专用夹具，根据课程设计任务要求中的设计内容设计钻床，需要设计加工钻床皮带轮通孔工装夹具一套。(2