支承块夹具设计说明书.docx

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支承块夹具设计说明书

郑州科技学院

机械制造工艺学课程设计任务书

题目：

设计支承块零件的机械加工工艺规程及夹具设计

内容：

1.零件图1张

2.毛坯图1张

3.机械加工工艺过程卡1份

4.机械加工工序卡1份

5.夹具设计装配图1张

6.夹具体零件图1张

7.课程设计说明书1份

班级：

机制本16班

姓名：

张鹏飞

学号：

201233477

指导教师：

杨晨

教研室主任：

2015年10月20日

1绪论

机械设计制造及其夹具设计是我们融会贯通3年所学的知识，将理论及实践相结合，对专业知识的综合运用训练，为我们即将走向自己的工毕业设计打下良好的基础。

机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。

它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。

在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。

而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。

它们的研究对机械工业有着很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。

而本次对于支承块加工工艺及夹具设计的主要任务是：

⑴完成支撑块零件加工工艺规程的制定；

⑵完成钻孔专用夹具的设计。

通过对支撑块零件的初步分析，了解其零件的主要特点，加工难易程度，主要加工面和加工粗、精基准，从而制定出支撑板加工工艺规程；对于专用夹具的设计，首先分析零件的加工工艺，选取定位基准，然后再根据切销力的大小、批量生产情况来选取夹紧方式，从而设计专用夹具。

2.支撑块的分析

2.1支撑块的工艺分析

支撑块是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和表面的精度要求较高，上下表面、圆柱表面都有粗糙度要求，精度要求较高，此外φ

孔要求加工，对精度要求也很高。

孔粗糙度要求都是

，所以都要求精加工。

对称中心还有个位置度误差，右端面有个垂直度误差因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能及工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。

2.2支撑块的工艺要求

一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。

而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。

设计者要考虑加工工艺问题。

工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。

零件的实物图

零件需要切削加工的地方有3处平面加工包括支撑板上端面、下端面；孔系加工包括φ

，半圆花键，去除材料加工上下两个表面。

支撑块的左右端面粗铣，精铣加工其粗糙度为Ra=1.6

支撑块圆孔加工φ20孔，先扩，再粗铣精铣达到粗糙度为Ra=1.6

③花键的加工，R=3的半圆花键，钻扩花键。

3.机械加工工艺规程设计

3.1加工工艺过程

由以上分析可知，该支撑块板的主要加工表面是平面、孔系。

一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。

因此，对于支撑板来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系以及花键的各尺寸精度。

由上面的一些技术条件分析得知：

支撑块尺寸精度，形状精度以及位置关系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。

3.2确定各表面加工方案

一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时使加工的劳动量最小。

设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。

对于我们设计支撑块加工工艺来说，应选择能够满足平面孔系和轴向孔系加工精度要求的加工方法及设备。

除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。

在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。

3.2.1影响加工方法的因素

要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。

根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。

在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。

要考虑被加工材料的性质，例如：

淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。

要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。

此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。

选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。

再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6，表面粗糙度为Ra0.63μm，并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车——半精车——淬火——粗磨。

3.2.2加工方案的选择

由参考文献机械制造技术基础课程设计【1】图2-7可以确定，平面的加工方案为：

粗铣—半精铣—精铣（IT6-IT8），粗糙度为Ra0.63~5。

由参考文献机械制造技术基础课程设计【1】图2-6可以确定，φ

孔的表面粗糙度要求为1.6，则选择孔的加方案序为：

钻-扩-铰。

R3花键面的加工方法：

采用数控机床进行加工。

3.3确定定位基准

3.3.1粗基准的选择

选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面及加工表面间的尺寸符合图纸要求。

粗基准选择应当满足以下要求：

粗基准的选择应以加工表面为粗基准。

目的是为了保证加工面及不加工面的相互位置关系精度。

如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中及加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。

以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。

选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。

应选择加工余量最小的表面作为粗基准。

这样可以保证该面有足够的加工余量。

应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。

有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。

（5）便于装夹原则。

（6）保证不加工表面位置准确原则。

（7）粗基准一般不得重复使用原则。

要从保证孔及孔、孔及平面、平面及平面之间的位置，能保证扇形板在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。

从支撑块图分析可知，主要是选择加工锻件底面为其加工粗基准。

故这里选用锻件的下端面做为粗基准。

3.3.2精基准的选择

基准重合原则。

即尽可能选择设计基准作为定位基准。

这样可以避免定位基准及设计基准不重合而引起的基准不重合误差。

基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。

基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。

互为基准的原则。

当两个表面位置精度以及它们自身的尺寸及形状精度都要求很高时，可以互为基准反复加工。

（4）自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准。

此外，还应选择工件上精度高，尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。

并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。

要从保证孔及孔、孔及平面、平面及平面之间的位置，能保证支撑块在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。

从支撑块零件图分析可知，它的上端面及φ

，适于作精基准使用。

但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不够，如果使用典型的二面一销定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求，这样零件的六个自由度就都被限制。

3.4工艺路线的拟订

对于批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。

支撑块的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。

具体安排是先以孔和面定位粗加工支撑块左右端面，再粗加工上下端面，再粗加工圆孔，再精加工左右上下端面，再精加工孔，确保零件的精度。

后续工序安排都应当遵循粗精分开和先面后孔等原则。

3.4.1工序的合理组合

确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。

确定工序数的基本原则：

工序分散原则

工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。

便于采用通用设备。

简单的机床工艺装备。

生产准备工作量少，产品更换容易。

对工人的技术要求水平不高。

但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。

工序集中原则

工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。

使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。

但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。

但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。

结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。

加工工序完成以后，将工件清洗干净。

清洗是在

的含0.4%～1.1%苏打及0.25%～0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。

清洗后用压缩空气吹干净。

保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于200mg。

3.4.2加工工艺路线方案的比较

在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。

但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。

见下；

（1）工艺路线方案一:

工序1：

粗铣半精铣零件的左右端面，左右端面互为粗基准。

工序2：

粗铣半精铣上下端面，上下端面为粗基准。

工序3：

扩零件的圆孔φ

，以左右端面为粗基准。

工序4：

，精铣零件的左右表面，左右表面为精基准。

工序5：

精铣上下表面，上下端面为精基准。

工序6：

对φ

。

进行精铰，以左右端面为精基准。

工序7：

对R=3的花键孔进行扩钻，以φ

为基准。

工序8：

钻螺纹孔M5深12，以

为基准。

工序9：

钻螺纹孔M16深36，以

为基准。

工序10：

粗车圆柱，以左右端面为粗基准

工序11：

精车圆柱，以左右端面为精基准

工序12：

清洗表面。

工序13：

剔除毛刺。

工序14：

终检。

（2）工艺路线方案二：

工序1：

粗铣半精铣零件的左右端面，左右端面互为粗基准。

工序2：

粗铣半精铣上下端面，上下端面为粗基准。

工序3：

，精铣零件的左右表面，左右表面为精基准。

工序4：

精铣上下表面，上下端面为精基准。

工序5：

扩零件的圆孔φ

，以左右端面为粗基准

工序6：

对φ

。

进行精铰，以左右端面为精基准。

工序7：

对R=3的花键孔进行扩钻，以φ

为基准。

工序8：

钻螺纹孔M5深12，以

为基准。

工序9：

钻螺纹孔M16深36，以

为基准。

工序10：

粗车圆柱，以左右端面为粗基准

工序11：

精车圆柱，以左右端面为精基准

工序12：

清洗表面。

工序13：

剔除毛刺。

工序14：

终检。

3.4.3工艺方案比较及分析。

从工序可以看出：

方案二由于加工误差磨损基准不准确不好定位，并且由于φ

和中心轴有对称度要求，故应先粗加工左右端面、φ37孔，再精加工左右端面、φ37孔，通过以上分析：

方案一为合理、经济的加工工艺路线方案。

3.5支撑块的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定

支撑块的毛坯采用的是45钢制造,生产类型为批量生产，采用锻造，且进行退火处理。

锻件质量

。

锻件的形状复杂系数

，

所以为

。

分模线形状：

平直对称

锻件的材质系数：

45号钢含碳量0.42~0.5%，所以材质系数为

级。

支撑块左右端面的偏差及加工余量计算

粗铣：

由参考文献机械制造技术基础课程设计【1】表5-63知，第一次粗铣单边余量为1.4—1.8mm，现取1.4mm。

半精铣：

，由参考文献机械制造技术基础课程设计【1】表5-65知，其单边余量值规定为1.0mm。

精铣:

由参考文献机械制造技术基础课程设计【1】表5-64知,其单边加工余量为0.6-0.7mm,取0.6mm.

左右两面单边的总加工余量为3mm.

支撑块上下端面的偏差及加工余量计算

粗铣：

由参考文献机械制造技术基础课程设计【1】表5-63知，第一次粗铣单边余量为1.4—1.8mm，现取1.4mm。

半精铣：

，由参考文献机械制造技术基础课程设计【1】表5-65知，其单边余量值规定为1.0mm。

精铣:

由参考文献机械制造技术基础课程设计【1】表5-64知,其单边加工余量为0.6-0.7mm,取0.6mm.

上下两面单边的总加工余量为3mm.

（3）φ37孔孔的偏差及加工余量计算

该孔精度设为为IT7，由参考文献机械制造技术基础课程设计【1】知表5-51确定工序尺寸及余量为：

毛坯：

20mm

扩孔；φ36.75mm2Z=16.75mm（Z为单边余量）

粗铰;φ36.93mm2Z=0.18mm（Z为单边余量）

精铰：

φ37H7mm2Z=0.035mm（Z为单边余量）

该孔就可达到精度要求。

（4）外圆弧表面沿轴线长度加工余量及公差。

外圆表面的工序尺寸及公差计算

外圆表面经过了粗车、精车两道工步

用查表法确定各道工序的加工余量及毛坯总余量如下

粗车加工余量=2.8mm

精车加工余量=0.2mm

毛坯总余量=各工序余量之和=（2.8+0.2）mm=3mm

其它的面由于要求不高，只要粗铣就可以满足要求。

单边余量取1.5mm.

4.夹具设计

4．1研究原始质料

利用本夹具主要用钻M16孔，加工时要满足精度要求。

为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。

同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。

4．2定位基准的选择

由零件图可知：

左右端面进行了粗、精铣加工，φ20孔进行了扩、铰，φ40粗车精车加工。

方案：

二面一轴，夹紧方式选用螺母开口垫圈在孔的一端上夹紧。

图中对孔的的加工有位置公差要求，所以我们选择底平面、孔和挡板为定位基准来设计钻模，从而满足螺纹孔的加工要求。

工件定位用底面、中心轴、挡板定位限制6个自由度。

4．3切削力及夹紧力的计算

钻该孔时选用：

台式钻床Z5125A，刀具用高速钢刀具。

由参考文献【2】查表

可得：

切削力公式：

Ff=667Df0.7Kp

式中D=8mm

查表

得：

其中：

即：

Ff=880.7（N）

实际所需夹紧力：

由参考文献【2】表

得：

有：

安全系数K可按下式计算有：

式中：

为各种因素的安全系数，见参考文献[2]表

可得：

所以Wa=KxF=880.7x1.56=1373.892（N）

由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。

取

，

，

查参考文献【2】1～2～26可知压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：

式中参数由参考文献【2】可查得：

其中：

L=15mm

螺旋夹紧力：

W0=2321.4（N）

由上述计算易得：

因此采用该夹紧机构工作是可靠的。

4．4误差分析及计算

该夹具以底面、孔为定位基准，要求保证被加工和孔粗糙度为1.6。

由参考文献【2】可得：

⑴圆柱位销的定位误差：

由于是孔的误差引起取Δ=0.03mm

⑵夹紧误差：

其中接触变形位移值：

查[2]表1～2～15有

。

⑶磨损造成的加工误差：

通常不超过

⑷夹具相对刀具位置误差：

取

（5）分度误差

1.直线分度误差查机床夹具设计知Smin=S-（δ+X1+X2+e）Smax=S+（δ+X1+X2+e）所以ΔF=2（δ+X1+X2+e）

2.回转分度误差查机床夹具设计知Δa=4artcg[（Δf/4+2X3）/4R]

误差总和：

0.070mm满足要求。

4．5夹具设计及操作的简要说明

本夹具用于在车床上加工外圆表面，工件以端面、板件为定位基准，在定位环上实现完全定位。

采用手动旋螺母夹紧工件。

该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。

5.钻孔时间

5.1确定第一次切削用量

5.1.1确定背吃刀量

因为第一次钻孔的加工余量为15mm。

一次工作行程钻完，所以选择背吃刀量a=14mm。

5.1.2确定进给量

根据《机械制造技术基础课程设计》[1]，选择进给量f为0.31mm/r

5.1.3确定切削速度

根据《机械制造技术基础课程设计》[1],选择切削速度Vc=0.2m/s

5.1.4确定麻花钻的磨钝标准及耐用度

根据《机械制造技术基础课程设计》表3-7,取钻削时麻花钻刀具的耐用度T=100min。

5.1.5确定机床主轴转速n

5.1.6确定时间定额

一次走刀基本时间0.648min

其中

为切削加工长度；

为刀具切入长度；

为刀具切出长度；f为主轴每转刀具的进给量。

=4mm

其中D=14mm；

=1~4，取

=0mm

5.2确定第二次切削用量

5.2.1确定背吃刀量

因为第一次钻孔的加工余量为1mm。

一次工作行程攻完，所以选择背吃刀量a=1mm。

5.2.2确定进给量

进给量应为螺距P，故f=1.5mm/r

5.2.3确定切削速度

根据《机械制造技术基础课程设计》[1],选择切削速度Vc=29.4m/min

5.2.4确定麻花钻的磨钝标准及耐用度

根据《机械制造技术基础课程设计》[1]表3-8,取丝锥的耐用度T=100min。

5.2.5确定机床主轴转速n

5.2.6确定时间定额

一次走刀基本时间+=0.592min

其中

为切削加工长度；

为刀具切入长度；

为刀具切出长度；f为主轴每转刀具的进给量。

=1.5mm；

=3；

n=585.2r/min

6.心得体会

此次设计是对支撑板零件的加工工艺和夹具设计，其零件为锻件，具有体积小，零件复杂的特点，由于面比孔易加工，在制定工艺规程时，就先加工面，再以面为基准来加工其它，其中各工序夹具都采用专用夹具，并以操作简单的手动夹紧方式夹紧，其机构设计简单，方便且能满足要求。

通过这次课程设计，使我对零件制造过程、加工工艺和夹具设计都有了更进一步的认识，也加深了对大学3年中所学基础知识的学习和理解。

课程设计是理论联系实际的最有效方法。

在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，在实际中往往存在各种问题。

这样，在设计时就必须考虑所设计的机构是否合理，在实际运用中能否正常工作，而不仅仅考虑理论上的可行性，课程设计使我学会了从实际出发加工零件和设计夹具。

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。

但也很有不足之处。

无论怎样，这次的课程设计使我获益良多，过程曲折可谓一语难尽。

在此期间我也失落过，也曾一度热情高涨。

从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。

劳动是人类生存生活永恒不变的话题。

通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈为我们的社会付出。

我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里3年的相处还赶不上这十来天的实习，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，设计确实很累，但当我们研究出数据制成成果时，心中也不免产生兴奋；这次设计是我成功迈向成功的第一步。

参考文献

[1]柯建宏，机械制造技术基础课程设计，华中科技大学出版社，2000

[2]王光斗，王春福，机床夹具设计手册[M]，上海科学技术出版社，2000

[3]王先逵，机械制造工艺学机械工业出版社