夹具设计.docx
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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）Φ240的外圆、Φ170的内孔、含Φ170内孔的端面的粗糙度为3.2；Φ90的内孔、其左端面以及Φ8的锥销孔的的粗糙度为1.6；Φ18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Φ170端面的圆跳动精度为0.08，节圆的圆跳动精度为0.05，Φ170内孔的底面和侧面圆跳动精度为0.08，含Φ90的端面的垂直度为0.03，分别以Φ90的中心线为基准。
（3）在Φ240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Φ90的中心线为基准。
（5）Φ8的锥销孔要配作。
（6）Φ90内孔以及Φ170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）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Φ240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Φ240端面
工序2:
夹毛坯外圆，粗车Φ240外圆
工序3:
精车Φ240外圆
工序4:
掉头，夹Φ240外圆车另一端面
工序5:
钻Φ18通孔、Φ8锥销孔、Φ90、M8螺纹孔的中心孔
工序6：
预钻中心孔Φ90的底孔Φ87至另一端，钻通孔Φ18，螺纹孔M8
工序7:
扩中心孔Φ90的底孔至Φ89到深为25，扩Φ170通孔
工序8:
铰孔Φ90至深16
工序9：
铰M8螺纹孔
工序10：
配作Φ8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Φ240的外圆
工序4：
掉头车Φ240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Φ8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、Φ240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Φ18、Φ8锥销孔、Φ90通孔、M8螺纹孔的中心孔
工序5:
扩Φ18到另一端、扩Φ90的中心孔、扩Φ170孔
工序6：
粗铰Φ18、Φ90、Φ170中心孔
工序7：
精铰Φ90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工余量工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1.外圆表面（Φ240）
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）＞120～260mm，其余量值规定为2.5～3.0mm，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）＞120～260mm，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1.5～2.0mm,
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Φ240的外圆表面。
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Φ240端面及Φ240的外圆，Φ240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°,γo=15°,αo=8°,Rε=0.5mm
2.切削用量计算
（1）车Φ240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=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,ap≦3mm，以及工件直径为Φ240mm时F=0.8～1.2mm/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。
Kv见《切削手册》表１.２８，即
kMv=1.44,ksv=0.8,kkv=1.04,kkrv=0.81,kBv=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/πdw=1000X108.6/πX170=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）/450X0.51=0.556min
（2）车Φ240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）/（600.2X20.15X0.510.35）
=110.17m/min
4）确定主轴转速：
ns=1000vc/πdw
=1000X110.17/πX170
=206.39r/min
按机床选取n=250r/min。
所以实际切削速度为
V=πdn/1000=πX170X250/1000m/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=（σb/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机床说明书可知，CA6140主电动机功率为7.8kW,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=Capfvk
式中，C=1940，x=0.9,y=0.6n=-0.3
k=（σb/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=Capfvk
式中，C=2880，x=1.0,y=0.5,n=-0.4
k=（σb/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μ=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+μ（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=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f≦0.5mm和被吃刀量ap≦3mm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Φ240的外圆，倒角。
1.加工条件
加工要求：
粗车Φ240的外圆，Φ240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°,γo=15°,
αo=8°,rε=0.5mm
2.切削用量计算
（1）车Φ240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=πdn/1000=πX240X250/1000m/min
=188.4m/min
4）计算切削工时：
按《工艺手册》表6.2-1，取
l=19.5mm,l1=2mm,l2=0,l3=0
tm=（l+l1+l2+l3）*i/nf
=2X（19.5+2）/250X0.51=0.333min
（2）车Φ240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=πdn/1000
=πX240X250/1000m/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）/250X0.5min=0.712min
工序3:
修研两端中心孔。
工序4:
半精车Φ240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Φ240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=πdn/1000
=πX240.3X250/1000m/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）/250X0.5min=0.712min
工序5：
钻扩Φ90、Φ8、Φ18孔，选用机床：
立钻Z525.
切削用量计算如下：
（1）钻孔Φ7.8mm。
F=0.22mm/r（见参考手册）
v=17.38m/min（见参考手册）
ns=1000*17.38/（π*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=πdw*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Φ8锥销孔
（2）钻孔Φ18mm。
F=0.40mm/r（见参考手册）
v=12.25m/min（见参考手册）
ns=1000*12.25/（π*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=πdw*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Φ89.8mm。
F=0.75mm/r（见参考手册）
v=6.13m/min（见参考手册）
ns=1000*6.13/（π*89.8）r/min=21.7r/min
按机床选取nw=34r/min（按工艺手册）
所以实际切削速度v=πdw*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Φ90H7mm。
F=1.35mm/r（见参考手册）
v=4.9m/min（见参考手册）
ns=1000*4.9/（π*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=πdw*nw/1000m/min=9.6m/min
切削工时t=（l+l1+l2）/nwf=（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Φ170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/（π*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=πdw*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=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=603.8mm
t=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
Ф246X91
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Ф240端面
金
车床
三爪自定心卡盘
3
粗车
夹毛坯外圆，粗车Ф240外圆，留1mm加工余量
金
车床
三爪自定心卡盘
4
精车
精车Ф240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Ф240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Ф45的底孔Ф42
金
钻床
专用夹具
8
扩孔
扩中心孔Ф45的底孔至Ф44
金
钻床
专用夹具
9
铰孔
铰孔Ф45
金
钻床
专用夹具
10
铣内孔
铣Ф170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
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