杠杆夹具说明书.doc
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目录
前言 1
一、零件分析 1
1.1零件的作用 1
1.2零件的工艺分析 1
二、确定毛坯、画毛坯----零件合图 2
2.1选择毛坯 2
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 2
三、工艺规程的设计 4
3.1确定毛坯的制造形式 4
3.2工件表面加工方法的选择 5
3.3确定工艺路线 5
3.4工艺方案的比较和分析 7
3.5选择加工设备及刀、量、夹具 7
3.6加工工序设计 8
四、夹具的设计 12
4.1确定设计方案 12
4.2选择定位元件 12
4.3计算夹紧力并确定螺杆直径 12
4.4定位误差计算 13
设计心得 14
参考文献 14
前言
机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。
这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（杠杆零件）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册﹑图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。
由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，望程老师指教。
一、零件分析
1.1零件的作用
杠杆是铣床进给机构中起支撑固定作用的零件Φ25孔与轴连接起支撑本零件的作用，左右两孔Φ8H7各装一拨叉，控制铣床工作台自动进给的离合器。
Φ10孔通过销与另一杠杆连接，操纵手柄即可实现铣床工作台三个方向的自动进给。
1.2零件的工艺分析
其材料为HT200。
该材料有较高的强度、耐磨性、耐热性适应用于较大应力。
杠杆的Φ25+0.052mm孔的轴线合两个端面有着垂直度的要求。
现分述如下：
本夹具用于在立式钻床上，加工Φ8（H7）孔。
工件以Φ25＋0.052mm孔及端面和水平面底、Φ30的凸台分别在台阶定位销7、支承钉11上实现完全定位。
钻Φ8（H7）mm孔时工件为悬臂，为防止工件加工时变形，采用了螺旋辅助支承2，当辅助支承2与工件接触后，用螺母1锁紧。
要加工的主要工序包括：
粗精铣宽度为Φ40mm的上下平台、钻Φ10（H7）+0.015孔、钻Ф8（H7）+0.015，Ф8（H7）-0.015的小孔、粗精铣Φ30凸台的上下表面。
加工要求有：
Φ40mm的平台的表面粗糙度各为Ra6.3um（上平台）、Ra3.2（下平台）、Φ10（H7）孔为Ra3.6um、Φ25（H9）和Φ8（H7）孔表面粗糙度都为Ra1.6um。
2×Φ8（H7）孔有平行度分别为0.1um（A）、0.15um（A）。
Φ10（H7）孔的平行度为0.1um（A）。
杠杆有过渡圆角为R5，则其他的过渡圆角则为R3。
其中主要的加工表面是孔Ф8（H7）,要用Ф8（H7）钢球检查。
二、确定毛坯、画毛坯----零件合图
2.1选择毛坯
该杠杆在工作中的载荷平稳，根据零件要求，毛坯采用铸造。
该杠杆的零件的轮毂尺寸不大，且生产类型为大量生产，为提高质量和生产毛坯的精度，故采用金属模铸造。
毛坯的拔模斜度为5°。
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
由教材可知，要确定的毛坯机械加工余量和尺寸公差，先确定以下各项因素：
⑴公差等级
有杠杆的功能和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。
⑵零件的分模面
根据该杠杆零件的形为特点，该零件的Φ25、Φ8轴线组成的平面为分模面，属于直分模面。
⑶零件的表面粗糙度
由零件图可知，该杠杆的各加工表面粗糙度Ra均大于1.6um。
根据上述诸因素，可查表确定该铸件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果见下表：
各加工表面表面总余量
加工表面
基本尺寸
加工余量等级
加工余量数值（mm）
说明
Ф40mm的上下平台
54
G
4
加工上下底面
宽度30mm的平台
25
H
4
加工上表面
Ф30的凸台上下面
15
H
3
加工上下表面
Φ25（H9）孔
25
G
5
加工内孔
由参考文献得出：
主要毛坯尺寸及公差
主要尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
2×ф8（H7）之间的中心距离
16
8
168
4
Ф10（H7）孔尺寸
10
2.0
10
3
Ф25（H9）孔尺寸
25
3.0
25
4
Ф8（H7）孔尺寸
8
2.0
8
3
三、工艺规程的设计
3.1定位基准的选择
（1）粗基准的选择。
对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的加工表面就是直径为Ф40mm的下肩面表面作为加工的粗基准，可用压板对肩台进行加紧，利用一组V形块支承Φ40mm的外轮廓作主要定位，以消除x、y两个自由度。
再以一面定位消除x、y、z三个自由度，达到定位要求,就可加工Φ25（H7）的孔。
（2）精基准的选择。
主要考虑到基准重合的问题和便于装夹，采用Φ25（H7）的孔中心线及其上下肩面作为精基准。
3.2工件表面加工方法的选择
本零件的加工表面有：
粗精铣宽度为Φ40mm的上下平台、钻Φ10（H7）孔、钻2×Ф8+0.015的小孔、粗精铣Φ30凸台的平台。
材料为HT200，加工方法选择如下：
1、Φ40mm圆柱的上肩面：
公差等级为IT8～IT10,表面粗糙度为Ra6.3，采用粗铣→半精铣的加工方法，并倒R3圆角。
2、Φ40mm圆柱的下肩面：
公差等级为IT8～IT10,表面粗糙度为Ra3.2，采用采用粗铣→精铣的加工方法，并倒R3圆角。
3、Φ30mm的凸台上下表面：
公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra6.3，采用粗铣→半精铣的加工方法。
4、钻Φ10（H7）内孔：
公差等级为IT7～IT8，表面粗糙度为Ra3.2，平行度为0.1mm（A），采用钻孔→粗铰→半精铰的加工方法。
5、扩Φ25（H9）内孔：
公差等级为IT6～IT8，表面粗糙度为Ra1.6，采用扩孔钻扩孔→精铰的加工方法，并倒1×45°内角。
6、钻Φ8（H7）内孔：
公差等级为IT6～IT8,表面粗糙度为Ra1.6，采用钻孔→粗铰→精铰的加工方法。
3.3确定工艺路线
1、工艺路线方案一：
工序5:
铸造时效涂底漆
工序10：
粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台面和宽度为30mm的平台面
工序15：
粗精铣Φ30凸台底面，粗精铣Φ30凸台上面
工序20：
扩孔钻扩孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф24.8mm，铰孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф25（H9）。
工序25：
钻铰Φ10H7孔
工序30：
钻铰Φ8H7孔
工序35：
检验
工序40：
入库
2、工艺路线方案二：
铸造
时效
涂底漆
工序10：
粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台和宽度为30mm的平台。
工序20：
粗精铣宽度为Φ30mm的凸台表面
工序30：
钻2×Ф8（H7）的小孔使尺寸达到7.8mm。
工序40：
扩孔钻钻孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф24.8mm。
工序50：
铰孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф25（H9）。
工序60：
钻Φ10（H7）的内孔使尺寸达到9.8mm。
工序70：
粗铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到9.96mm。
工序80：
精铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ10（H7）mm。
工序90：
粗铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到7.96mm。
工序100：
精铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到Φ8（H7）。
工序110：
检验入库。
3.4工艺方案的比较和分析：
上述两种工艺方案的特点是：
方案一是根据宽度为40mm的上下肩面作为粗基准，Ф25（H7）孔作为精基准，所以就要加工Ф25孔时其尺寸达到要求的尺寸，那样就保证了2×Ф8小孔的平行度误差精度等。
而方案二则先粗加工孔Ф25，而不进一步加工就钻Ф8（H7），那样就很难保证2×Ф8的平行度误差精度。
所以决定选择方案一作为加工工艺路线比较合理。
3.5选择加工设备及刀、量、夹具
由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以采用通用机床为主，辅以少量专用机床。
其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。
工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台和宽度为30mm的平台。
考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择X5012立式铣床（参考文献：
机械工艺设计手册，主编：
李益民，机械工业出版社出版社），刀具选D=10mm的削平型立铣刀（参考文献：
机械工艺设计手册，主编：
李益民，机械工业出版社出版）、专用夹具、专用量具和游标卡尺。
粗精铣宽度为Φ30mm的凸台表面。
采用X5021立式铣床，刀具选D=10mm的削平型铣刀，专用夹具、专用量检具和游标卡尺。
扩孔钻扩孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф24.8mm。
采用立式Z535型钻床，刀具选D=24.7mm的锥柄扩孔钻（莫氏锥度3号刀），专用钻夹具和专用检具。
铰孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф25（H9）。
采用立式Z535型钻床，刀具选D=25mm的锥柄机用铰刀，并倒1×45°的倒角钻用铰夹具和专用检量具。
钻2×Ф8（H7）的小孔使尺寸达到7.6mm。
采用立式Z518型钻床，刀具选用D=7.6mm的直柄麻花钻，专用钻夹具和专用检量具。
钻Φ10（H7）的内孔使尺寸达到Φ9.8mm。
采用立式Z518型钻床，刀具选用D=9.8mm的直柄麻花钻，专用的钻夹具和量检具。
粗铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ9.8mm。
采用立式Z518型钻床，刀具选用D=9.8mm的直柄机用铰刀，专用夹具和专用量检具。
精铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ10（H7）mm。
采用立式Z518型钻床，选择刀具D=10mm的精铰刀，使用专用夹具和量检具。
粗铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到Φ7.9mm。
采用立式Z518型钻床，选择刀具为D=7.9mm直柄机用铰刀，使用专用夹具和专用量检具。
精铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到Φ8（H7）。
采用立式Z518型钻床，选择刀具为D=8mm的直柄机用铰刀，使用专用的夹具和专用的量检具。
（参考资料和文献均来自：
机械工艺设计手册，主编：
李益民，机械工业出版社出版）
3.6加工工序设计
根据本次设计的要求，工序设计只设计老师所给出工序的计算。
1、下面是对铣Φ30凸台面的加工设计。
各工步余量和工序尺寸及公差（mm）
加工表面
加工方法
余量
公差等级
工序尺寸
Φ30凸台面左上面1
粗精铣
3
—
15
Φ30凸台面左上面2
粗精铣
3
—
15
粗铣1面使凸台厚度为19mm
精铣1面使凸台厚度为18mm
粗铣2面使凸台厚度为16mm
精铣2面使凸台厚度为15mm
这三部工序全都采用X5201铣床来进行加工的，故：
（1）参考文献：
机械设计工艺简明手册，并参考X5201铣床主要技术参数，取铣削深度为粗铣2mm，精铣1mm取铣Φ30凸台面的进给量f=240mm/min（0.3mm/r）,用插入法求得铣Φ30凸台面的切削速度为v=25m/min,由此算出转速为:
n=1000v/πd=1000×25/3.14×10r/min=796r/min
按机床实际转速取n=800r/min，则实际切削速度为v=3.14×10×800=25.12m/min
从参考文献得知：
Ff=9.81×42.7dof0.8KF（N）
M=9.81×0.021d2of0.8KF（N.m）
求出铣Φ30凸台面的Ff和M如下：
Ff=9.81×42.7×10×0.30.8×1=1598N
M=9.81×0.021×102×0.30.8×1=7.8N.m
根据所得出数据，它们均少于机床的最大扭转力矩和最大进给力，故满足机床刚度需求。
（2）参考文献：
机械设计工艺简明手册，并参考X5201机床主要技术参数，取铣Φ30凸台面的进给量f=120m/min（0.3mm/r）参考文献得：
铣的切削速度为V铣，故取v铣=30m/min,
由此算出转速n=1000v/πd=1000×30/3.14×10r/min=955r/min,取机床实际转速n=1000r/min。
则实际的切削速度为V=πdn/1000=3.14×10×1000÷1000=31.4m/min
2、下面是对Φ8（H7）内孔的加工设计。
各工步余量和工序尺寸及公差（mm）
加工表面
加工方法
余量
公差等级
工序尺寸
2×Φ8（H7）
钻孔
0.215
—
Φ7.8
2×Φ8（H7）
扩孔
0.055
—
Φ7.96
2×Φ8（H7）
铰孔
—
H7
Φ8（H7）
1、钻2×Ф8（H7）的小孔使尺寸达到7.8mm。
2、粗铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到7.96mm。
3、精铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到Φ8（H7）。
这三部工序全都采用Z518机床来进行加工的，故：
（1）参考文献：
机械设计工艺简明手册，并参考Z518机床主要技术参数，取钻2×Ф8（H7）孔的进给量f=0.3mm/r,用插入法求得钻2×Ф8（H7）孔的切削速度为v=0.435m/s=26.1m/min,由此算出转速为:
n=1000v/d=1000×26.1/3.14×8r/min=1039r/min
按机床实际转速取n=1000r/min，则实际切削速度为v=3.14×1000/1000m/min≈22m/min.
从参考文献得知：
=9.81×42.7do（N）
M=9.81×0.021（N.m）
求出钻2×Ф8（H7）孔的和M如下：
=9.81×42.7×8××1=1279N
M=9.81×0.021×××1=5N.m
根据所得出数据，它们均少于机床的最大扭转力矩和最大进给力，故满足机床刚度需求。
（2）参考文献：
机械设计工艺简明手册，并参考Z518机床主要技术参数，取扩孔2×Ф8（H7）的进给量f=0.3mm/r,参考文献得：
扩孔的切削速度为（—）V钻，故取v扩=1/2v钻=1/2×22m/min=11m/min,
由此算出转速n=1000v/d=1000×11/3.14×8r/min=438r/min,取机床实际转速n=450r/min。
（3）参考文献：
机械设计工艺简明手册，并参考Z518机床主要技术参数，取铰孔的进给量f=0.3mm/r,参考文献得：
铰孔的切削速度为v=0.3m/s=18m/min。
由此算出转速：
n=1000v/d=1000×18/3.14×8r/min=717r/min
按照机床的实际转速n=720r/min。
则实际切削速度为：
V=dn/1000=3.14×8×720/1000m/min=18.1m/min。
四、夹具的设计
本次的夹具为工序30序：
钻、粗、精铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到Φ8（H7）而设计的。
本工序所加工的孔是位于Φ30凸台平面内，孔径不大，工件重量较轻、轮廓尺寸以及生产量不是很大等原因，采用翻转式钻模。
4.1确定设计方案
这道工序所加工的孔在Φ30凸台平面上，且与土台面垂直，平行度△A=0.1。
根据工件结构特点，其定位方案有：
工件以Φ25＋0.052mm孔及端面和水平面底、Φ30的凸台分别在台阶定位销、支承钉上实现完全定位。
钻Φ8（H7）mm孔时工件为悬臂，为防止工件加工时变形，采用了螺旋辅助支承，当辅助支承与工件接触后，用螺母锁紧。
4.2选择定位元件
（1）选择带台阶面的定位销，作为以φ25H9孔及其端面的定位元件。
定位副配合取。
（2）选择可调支承钉为φ8（H7）孔外缘毛坯一侧防转定位面的定位元件,用锁紧螺母将其锁紧，防止在加工孔时出现扭转，限制工件六个自由度。
为增加刚性，在φ8（H7）的端面增设一螺旋辅助支承，辅助支承与工件接触后，用螺母将其锁紧。
4.3计算夹紧力并确定螺杆直径
参考文献（机械加工工艺手册），因夹具的的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力与切削力F之间的关系为：
=KF，式中的K为安全系数。
由参考文献得，当夹紧力与切削力方向相反时，取K=3。
由前面的计算可知F=1279N。
所以，=KF=1279×3N=3837N，由此可以知道，选择一个M30的螺旋辅助支承。
一是为了承受切削力的冲击，二是为了防止工件在加工时变形，因为钻φ8（H7）孔时，工件为悬臂。
4.4定位误差计算
（1）加工φ8H7时孔距尺寸84±0.2mm的定位误差计算，由于基准重合，故：
0.015+0.2=0.215mm，0.015-0.2=-0.185mm，上下偏差为：
0.215-（-0.185）=0.4mm，符合尺寸要求。
而基准位移误差为定位孔（φ25H9）与定位销的最大间隙，故：
定位销取直径为φ25H9，尽量减少位移误差。
故：
25-25=0，上偏差：
0.052-0.052=0mm，下偏差：
0-0=0mm。
其基准也符合设计要求。
由此可知此定位方案能满足尺寸84±0.2mm的定位要求。
（2）加工φ8H7孔时轴线平行度0.15mm的定位误差计算，由于基准重合，故：
0.015+0.015=0.03mm。
而基准位移误差是定位孔φ25H9与定位面间的垂直度误差。
故:
0.052+0.052mm=0.104mm
所以有：
0.03+0.104mm=0.134mm
此方案能满足平行度0.15mm的定位要求。
4.5设计心得
通过夹具的设计我对夹具的设计方法，夹具的各方面性能有了更深的理解。
在设计过程终于到了许多之前没有发现的问题，在同学的帮助，我通过查阅相关资料终顺利解决了问题，在解决疑问的过程中我对设计夹具方面有了相关的积累，相信对我以后的发展和解决问题的能力有很大的裨益。
参考文献
【1】李华主编.《机械制造技术》.北京：
高等教育出版社，2005
【2】张龙勋主编.《机械制造工艺学课程设计指导书及习题》.北京：
机械工业出版社，2009
【3】郑修本，冯冠大主编.《机械制造工艺学》.北京：
机械工业出版社，1991
【4】东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学主编.《机床夹具设计手册》.上海：
上海科学技术出版社，1990
【5】刘友才，肖继德主编.《机床夹具设计》.北京：
机械工业版社，1991
【6】周宏甫主编.《机械制造技术基础》.北京：
高等教育出版社，2007
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