钢套零件的加工工艺设计钻Φ5孔的钻床夹具.docx
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钢套零件的加工工艺设计钻Φ5孔的钻床夹具
机械制造技术课程设计说明书
设计题目：
制钢套零件的加工工艺,设计钻Φ5孔
的钻床夹具
专业：
机械电子工程
班级：
12-3
学号：
1230120305
姓名：
樊长雷
指导教师：
张中然
机械工程系
2015年11月10日
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。
制钢套零件的加工工艺,设计钻Φ5孔的钻床夹具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
支架，起支撑作用的构架，支架的应用极其广泛，工作生活中随处可以遇见。
1.2零件的工艺分析
法兰盘的加工表面，他们之间有一定的位置要求。
现分述如下：
a.以毛坯外园表面为初基准加工
b.以φ30的内孔为基准的加工表面
c.以φ45h6的外圆为加工表面
二工艺方案的分析及确定
2.1确定毛坯的制造形式
零件材料是45#冷拉圆钢，形状近似于零件外形便于零件的加工，且不需要额外的处理就能进行加工。
材料产量大市场广，对于大规模生产来说不需要担心货源问题
2.2基面的选择的选择
1、粗基准选择应当满足以下要求：
（1）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与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，则应选择其中与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。
（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。
例如：
机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。
因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。
这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。
（3）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。
（4）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）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。
多次使用难以保证表面间的位置精度。
基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。
先选取Φ60孔及其端面作为定位基准。
2、精基准的选择
精基准的选择应满足以下原则：
（1）“基准重合”原则应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。
（2）“基准统一”原则尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。
（3）“自为基准”原则某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。
（4）“互为基准”原则当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。
（5）所选的精基准应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。
以基准面A及另外两侧面作为定位精基准，加工其它表面及孔。
主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。
2.3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。
在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。
除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。
①工艺路线方案一
（1）工序Ⅰ备料
（2）工序Ⅱ正火
（3）工序Ⅲ钻孔Φ10孔
（4）工序Ⅳ扩孔Φ18孔
（5）工序Ⅴ粗车Φ30h6端面Φ30h6外圆面
（6）工序Ⅵ调质
（7）工序Ⅶ铰孔Φ20内孔
（8）工序Ⅷ精车Φ30h6端面Φ30h6外圆面
（9）工序Ⅸ钻孔Φ5
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“法兰盘”零件材料为45#，硬度229HB，毛坯重量约为0.92KG，生产类型为大批生产，采用冷拉圆钢。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序及毛坯尺寸如下：
1.Φ30h6外圆面，此外圆表面为IT8级，参照《机械制造工艺设计简明手册》确定各工序尺寸及加工余量
工序名称
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及偏差
毛坯
35
Φ35+_0.6
粗车外圆
1.5
32
0.10
Φ32-0.10
精车外圆
1
30
0.04
Φ30-0.04
2.Φ30h6端面，参照《机械制造工艺设计简明手册》确定各工序尺寸及加工余量
工序名称
工序余量
毛坯
35
粗车
4
精车
1
3.孔Φ30，参照《机械制造工艺设计简明手册》确定各工序尺寸及加工余量
工序名称
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及公差
毛坯
30
0
钻孔
10
10
0.1
Φ10+0.100
扩孔
8
18
0.084
Φ18+0.0840
铰孔
2
20
0.033
Φ20+0.0330
4.8×6槽
工序名称
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及公差
钻
5
5
IT6
5
2.5确定切削用量及基本工时
一．工序Ⅲ
钻孔Φ10孔
（1）刀具选择
根据《切削用量简明手册》表2.1选用Φ10高速钢双横锥柄麻花钻，后角α0=120，二重刃长度b=2.5，棱带长度l1=1.5，横刃长度b=1.5，弧面长度l=3，硬度380HBS，机床选用Z550型立式钻床。
（2）进给量f选择
按加工要求确定查表2.7得f=0.31~0.37
L/d=60/15=4，故应乘孔深修正系数klf=0.95
则f=（0.31~0.37）×0.95mm/r=0.29~0.35mm/r
按钻头强度确定查表2.8得最大值f=0.93mm/r
按机床确定查表2.36得f=0.32mm/r且轴向力为5880N
（3）决定钻头磨钝标准及寿命
查表2.12得后刀面最大磨损量取0.6mm，寿命T=45min
（4）决定切削速度
查表2.14加工性分类为第五类再由表2.13得切削速度v=17m/min
切削速度修正系数k=1.0×1.0×0.85×1.0故v=v*k=17×0.85=14.4m/min
主轴转速n=1000v/πd=（1000×14.4）/（3.14×15）r/min=305.7r/min
根据表2.36查得钻床主轴转速n=351r/min主轴传递扭矩M=203n.m
实际切削速度v=πdn/1000=3.14×15×351/1000m/min=16.5m/min
（5）计算工时
查表2.29得超切量y=8
t=L/nf=（l+y）/nf=68/351×0.32=0.6min
二．工序Ⅳ
扩孔Φ18孔
（1）刀具选择
根据《切削用量简明手册》表2.1选用Φ18高速钢双横锥柄麻花钻，后角α0=100，二重刃长度b=2.5，棱带长度l1=1.5，横刃长度b=1.0，弧面长度l=3，硬度380HBS，机床选用Z550型立式钻床。
（2）进给量选择
按加工要求确定查表2.7得f=0.45~0.55
L/d=60/15=4，故应乘孔深修正系数klf=0.95
则f=（0.45~0.55）×0.95mm/r=0.43~0.53mm/r
按机床确定查表2.36得f=0.4mm/r且轴向力为8740N
（3）确定钻头磨钝标准及寿命
查表2.12得后刀面最大磨损量取1.2mm，寿命T=40min
（4）确定切削速度
查表2.14加工性分类为第六类再由表2.13得切削速度v=17m/min
切削速度修正系数k=1.0×1.0×0.85×1.0故v=v*k=17×0.85=14.4m/min
主轴转速n=1000v/πd=（1000×14.4）/（3.14×28）r/min=163.8r/min
根据表2.36查得钻床主轴转速n=185r/min主轴传递扭矩M=384.6n.m
实际切削速度v=πdn/1000=3.14×28×185/1000m/min=16.3m/min
（5）计算工时
查表2.29得超切量y=15
t=L/nf=（l+y）/nf=75/185×0.4=1.01min
3．工序Ⅴ
粗车Φ30h6端面
（1）刀具选择
选用YT15偏头车刀，参看《切削用量简明手册》车床选用CA6140卧式车床，中心高度200mm。
选择车刀几何形状，前刀面形状为平面带倒棱型，前角为10°，后角8°，主偏角30°，副偏角10°，刀尖圆弧半径0.5mm，卷屑槽圆弧半径30mm，槽宽8mm，刃倾角0°，刀片厚度4.5mm。
刀杆16×25mm。
（2）确定背吃刀量
粗车的余量为2mm由于刀杆截面取最大吃刀深度为4.5mm所以一次走刀完成即ap=2mm。
（3）确定进给量
查表1.4得f=0.4~0.5mm/r
查表1.31CA6140车床的f=0.48mm/r
（4）选择磨钝标准及耐用度
查表1.9，取车刀后面最大磨损量为0.8-1.0。
（5）确定切削速度
查表1.27得切削速度计算公式v=C*kv/T^m*ap^x*f^y
查表1.27得C=242，x=0.15，y=0.35，m=0.2
查表1.28得kv=0.77×0.9×1.13
得出v=62.4m/min
（6）确定主轴转速
n=1000v/πd=1000×62.4/3.14×55=361r/min
查表1.31CA6140车床的实际转速n=400r/min
实际切削速度v=πdn/1000=69.1m/min
粗车Φ30h6外圆面
（1）刀具选择
与粗车Φ30h6端面用相同的刀具
（2）确定背吃刀量
粗车的余量为1.5mm由于刀杆截面取最大吃刀深度为4.5mm所以一次走刀完成即ap=1.5mm。
（3）确定进给量
查表1.4得f=0.4~0.5mm/r
查表1.30CA6140车床的f=0.51mm/r
（4）选择磨钝标准及耐用度
查表1.9，取车刀后面最大磨损量为0.8-1.0。
（5）确定切削速度
经过计算v=116m/min
（6）确定主轴转速
n=1000v/πd=1000×116/3.14×55=671r/min
查表1.31CA6140车床的实际转速n=710r/min
实际切削速度v=πdn/1000=122.6m/min
（7）计算工时
查表1.26超切量y=4.5
t=L/nf=64.5/710×0.51=0.178min
4．工序Ⅶ
铰孔Φ20内孔
（1）刀具选择
根据《切削用量简明手册》表2.6选用Φ20高速钢铰刀，后角α0=100，齿背倾斜角α=200，主偏角K=600，刀齿螺旋角β=00，机床选用Z550型立式钻床。
（2）进给量f选择
查表2.11得f=0.8~1.8mm/r
L/d=60/15=4，故应乘孔深修正系数klf=0.95
则f=（0.8~1.8）×0.95mm/r=0.76~1.71mm/r
按机床确定查表2.36得f=0.9mm/r
（3）决定钻头磨钝标准及寿命
查表2.12得后刀面最大磨损量取0.5mm，寿命T=80min
（4）决定切削速度
查表2.30公式v=（Cv*d^x）/（T^m*ap^z*f^y）且Cv=12.1，d=30，z=0.3，x=0.2，y=0.65，m=0.4，T=80，ap=0.2，f=0.9得v=7.18m/min
主轴转速n=1000v/πd=（1000×7.18）/（3.14×30）r/min=76r/min
根据表2.36查得钻床主轴转速n=89r/min主轴传递扭矩M=814.2n.m
实际切削速度v=πdn/1000=3.14×30×89/1000m/min=8.38m/min
（5）计算工时
查表2.29得超切量y=10
t=L/nf=（l+y）/nf=60/89×0.9=0.75min
五．工序Ⅷ
精车Φ30h6端面
（1）刀具选择
与粗车Φ45h6端面用相同的刀具
（2）确定背吃刀量
粗车的余量为0.5mm由于刀杆截面取最大吃刀深度为4.5mm所以一次走刀完成即ap=0.5mm。
（3）确定进给量
查表1.6得f=0.4~0.55mm/r
查表1.30CA6140车床的f=0.51mm/r
（4）选择磨钝标准及耐用度
查表1.9，取车刀后面最大磨损量为0.4-0.6。
（5）确定切削速度
查表1.10得v=156m/min
（6）确定主轴转速
n=1000v/πd=1000×156/3.14×45=1104r/min
查表1.31CA6140车床的实际转速n=1120r/min
实际切削速度v=πdn/1000=158.3m/min
（7）计算工时
查表1.26超切量y=5
t=L/nf=25/1120×0.51=0.04min
精车Φ30h6外圆面
（1）刀具选择
与粗车Φ30h6端面用相同的刀具
（2）确定背吃刀量
粗车的余量为0.5mm由于刀杆截面取最大吃刀深度为4.5mm所以一次走刀完成即ap=0.5mm。
（3）确定进给量
查表1.6得f=0.4~0.55mm/r
查表1.30CA6140车床的f=0.51mm/r
（4）选择磨钝标准及耐用度
查表1.9，取车刀后面最大磨损量为0.4-0.6。
（5）确定切削速度
查表1.10得v=156m/min
且外圆的修正系数都为1.0，所以外圆与端面的切削数据一样
（6）确定主轴转速
n=1000v/πd=1000×156/3.14×45=1104r/min
查表1.31CA6140车床的实际转速n=1120r/min
实际切削速度v=πdn/1000=158.3m/min
（7）计算工时
查表1.26超切量y=5
t=L/nf=60/1120×0.51=0.10min
6．工序Ⅸ
钻孔Φ5孔
（1）刀具选择
铣槽深度ap=8mm，槽宽ae=6mm，根据《切削用量简明手册》表3.1选用三面刃铣刀，材料为高速钢，直径d=80mm。
查表3.9得齿数z=6。
查表3.2得前角15°，后角16°，副偏角2°，刀齿螺旋角10°，机床用XA6132万能铣床。
（2）确定进给量
查表3.3得f=0.08~0.15mm/z
（3）选择磨钝标准及耐用度
查表3.8，取车刀后面最大磨损量为0.6。
刀具寿命T=120min
（4）确定切削速度
查表3.9得vt=25m/min，nt=99r/min，vf=44mm/min
修正系数Kmv=Kmn=0.69，Ksv=Ksn=0.8
vt=25×0.69×0.8=13.6m/min
n=99×0.69×0.8=54.6r/min
vf=44×0.69×0.8=24.3mm/min
实际切削速度v=πdn/1000=15.1m/min
实际进给量f=vf/nz=0.07mm/z
（5）检验机床功率
查表3.19的切削功率Pe=0.9kw
查表3.30机床功率7.5kw×75%=5.7kw
（6）计算工时
查表3.25超切量y=23
t=L/vf=58/23.5=2.9min
三夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
由指导老师的分配工序07：
粗车、半精车、钻Φ20H7孔的车床夹具。
3.1问题的提出
本夹具主要用于粗车、半精车、精车Φ20H7孔，精度等级8级，表面粗糙度Ra3.2，与基准A的平行度公差为0.02，这些加工的时候要考虑在内。
3.2定位基准的选择
本道工序加工粗车、半精车、钻20H7孔，采用基准面A及两侧面作为定位基准。
3.3切削力和夹紧力的计算
刀具：
麻花钻d=Φ160mm
由《机械制造工艺设计手册》P
可查得
切向力
铣削扭矩
切削功率Pm=2πM·n·10
（kw）
式中：
C
=54
x
=1y
=0.8
d
=160
k
=0.86fz=0.14n=60
所以当铣距中心轴线24mm和34mm面时有：
故：
F=77.88x2=155.76N
M=6.230x2=12.460（N·m）
P=2.349x2=4.698（kw）
水平分力：
F1=1.1F=171.336N
垂直分力：
F2=0.3F=46.728N
安全系数：
K=K1*K2*K3*K4=1.2*1.1*1.1*1=1.452
故F3=K*F1=1.452*171.336=248.78N
所需夹紧力为N=F3/（f1+f2）=248.78/（0.3+0.3）=414.63N
本设计采用铰链夹紧机构。
气缸尺寸为d=24mm,D=45mm，输入端气压P1=0.8MPa，输出端气压P2=0.2MPa,机械效率为0.7
则气缸工作时所能产生的压力为
根据机械制造工艺学课程设计指导书可知，设计的铰链机构夹紧力
故本夹具可安全工作。
3.4定位误差分析
一批工件在卡具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成误差，即工件定位时造成的加工表面相对工序基准的误差。
形成原因有两个，一是由于定位基准与设计基准不重合而造成。
二是定位基准与限位基准不重合而造成。
根据零件图可知，T=0.28mm，Td=0.25mm，，
。
已知孔的形状公差为0.28，根据经验公式，
易知此结果符合。
3.5夹具操作的简要说明
本钻模定位属于组合定位：
φ２０圆柱孔用于长销定位，限制四个自由度，端平面（φ30-φ２０大环形面）定位，限制三个自由度，形成了长销大平面组合，有过定位现象（要保证不干涉）。
但另一个自由度（绕轴线转）可以不限制，能满足加工要求。
定位方式为一面一长销定位所以本钻模属于有过定位现象的不完全定位，用适当分布的五个约束点限制工件的五个自由度。
总结
设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。
同时也培养了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。
所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。
设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。
这次设计虽然只有三个月时间，但在这三个月时间中使我对这次课程设计有了很深的体会。
这次设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。
比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等；也培养了自己综合运用设计与工艺等方面的知识；以及自己独立思考能力和创新能力得到更进一步的锻炼与提高；再次体会到理论与实践相结合时，理论与实践也存在差异。
这次设计虽然顺利完成了，也解决了许多问题，也碰到了许多问题，老师的辛勤指导下，都迎刃而解。
同时，在老师的身上我也学得到很多额外的知识，在此我表示深深的感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和各位教研室指导老师再次表示忠心的感谢！
参考文献
1.切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版，1994年
2.机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994年
3.机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983年
4.机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学技术出版社出版，1990年
5.金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社，1981年10月
6.机械制造工艺学，郭宗连、秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1997年
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