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铣夹具说明书

摘要

零件其结构合理与否、质量的好坏对加工过程、加工精度等有很大的影响，因此，在机床零件设计的过程中为主要考虑对象。

工件的加工等工序中经常应用，其工作状况好坏对工件加工质量有着较大的影响。

由此可见，机床的加工质量将直接影响到机械的工作精度和使用寿命。

所以，研究工艺是非常重要的。

此篇设计主要内容是对零件的材料选用以及设计工艺方法的研究及设计。

首先，简述了零件的作用与工艺分析，然后对工艺作了详细的研究与设计，其中包括如何选材及热处理要求，分析了毛坯的制造方案与选用原则，分析了基准面的选取、定位和夹紧方案对加工精度的影响，叙述了切削用量对加工精度的影响以及如何选用。

在此基础上，制定了加工工艺路线与工艺规程设计，进行了各道工序的加工方法，编制了机械加工工艺过程卡片与典型的工序卡片，以及零件设计方法的设计与加工。

关键词：

基准精度工艺

Abstract

tailstocksleeveisthemaincomponent,itsstructureisreasonableornot,goodorbadqualityofthemachiningprocess,machiningaccuracy,etc.havegreatimpact,therefore,intheprocessofdesigningmachinepartsforthemainobjectconsidered.LatheTailstocktheshaftworkpiece,facedrilling,reamingandotherprocessesoftenapplied,theworkingconditionsgoodorbadqualityoftheworkpiecehasagreaterimpact.Tailstockdirectlyaffectthepositioningaccuracyoftheradialsizeoftheworkpiecemachiningaccuracy,aswellasroundness,cylindricalform,suchascoaxialgeometricalprecision.Thesleeveisclampeddirectlytothetop,wecansee,latheprocessingsleevewilldirectlyaffectthequalityoftheworkofprecisionmachinetoolsandservicelife.Therefore,theformingprocessofturningthesleeveisveryimportant.Thispaperismainlysleeveformingpartofthematerialselectionandmethodsofresearchanddesign.Firstofall,describedtheroleofalathesleevewithprocessanalysis,calculatingthebasicsizeofthesleeve,andthenformingprocessindetailontheresearchanddesign,includinghowthematerialsandheattreatmentrequirements,themanufactureoftheblankprogramsandselectionprinciples,analysisofthebaseleveloftheselection,positioningandclampingtheprogramontheprocessingaccuracy,describedthecuttingofthemachiningaccuracyandhowtochoose.Onthisbasis,thedevelopmentofprocessingroutesandprocessplanning,carriedouttheworkingprocedureoftheprocessingmethods,machines,tools,fixtures,accessories,measuringthechoiceofthepreparationofamechanicalprocessandthetypicalprocesscardLatheTailstocksleeveshapingandguidingthedesignandprocessingmethods.

Keywords:

Sleeve；Benchmark；Location；Technology

目录

摘要1

Abstract2

目录3

第1章绪论4

1.1课题背景及发展趋势4

1.2夹具的基本结构及夹具设计的内容4

第2章零件的分析6

2.1零件的作用6

2.2零件的工艺分析6

第3章工艺规程的分析7

3.1生产纲领和生产类型的确定7

3.2确定毛坯制造形式8

3.3毛坯尺寸与机械加工工艺尺寸确定10

3.3.1加工余量的确定10

3.3.2工序尺寸及其公差的确定12

3.4基准面的选择13

3.4.1粗基准的选择13

3.4.2精基准选择的原则13

3.5确定各表面加工方案14

第4章夹具设计15

4.1概论15

4.2问题的提出16

4.3定位方案的确定16

4.4夹紧方案的确定16

4.5导向对刀元件的设计17

4.6切削力和夹紧力计算18

4.7定位误差分析计算19

结论语20

参考文献21

致谢22

第1章绪论

1.1课题背景及发展趋势

材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。

从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。

技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。

材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。

工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，对中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对

机床夹具提出更高的要求。

1.2夹具的基本结构及夹具设计的内容

按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类:

（1）定位元件及定位装置；

（2）夹紧元件及定位装置（或者称夹紧机构）；

（3）夹具体；

（4）对刀,引导元件及装置（包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等）；

（5）动力装置；

（6）分度,对定装置；

（7）其它的元件及装置（包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉,销钉,键和各种手柄等）；

每个夹具不一定所有的各类元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。

反之,按照加工等方面的要求,有些夹具上还需要设有其它装置及机构,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。

专用夹具的设计主要是对以下几项内容进行设计：

（1）定位装置的设计；

（2）夹紧装置的设计；（3）对刀-引导装置的设计；（4）夹具体的设计；（5）其他元件及装置的设计。

第2章零件的分析

2.1零件的作用

题目给出的支架零件是来自某机器里的零部件。

此机械零件的主要作用是载重后，使某零部件得到延伸，伸展，能有正常的缓冲作用。

因此此工件的加工质量会影响机械的工作精度、使用性能和寿命。

此机械零件的主要作用是支撑,装配等。

图2-1

2.2零件的工艺分析

本支架零件的材料为QT45-5，球墨铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。

但球墨铸铁的铸造性能和切削加工性能优良。

（1）平面的几何形状精度和表面粗糙度

机械零件的装配基面、定位基面和剖分面一般是重要平面。

它要求较高的几何形状精度和较低的表面粗糙度。

直线度、平行度一般为0.01~0.03mm/100mm，表面粗糙度Ra为1.6~0.8μm。

（2）孔或者面的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度

机械零件上孔或者面的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度如达不到要求，会使配合不好，降低机械工作时的精度。

孔或者面的尺寸精度，几何形状精度一般为IT6~IT7，表面粗糙度Ra为1.6~0.8μm。

（3）孔和主要平面间的相互位置精度

各孔或则面的公差一般为0.01~0.03，平行度为0.03~0.05mm/300mm，中心距公差为±0.05~±0.08mm；主要平面间的平行度、垂直度为0.05~0.1mm/300mm；

第3章工艺规程的分析

3.1生产纲领和生产类型的确定

生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选用的工艺方法和工艺装备。

零件生产纲领可按下式计算。

N=Qn（1+a%）（1+b%）[4]

N——零件的年产量

Q——产品年产量

n——每台产品中该零件的件数

——备品百分率

——废品百分率

根据教材中生产纲领与生产类型及产品大小和复杂程度的关系，确定其生产类型。

图3-1，为某产品上的一个零件。

该产品年产量为5000台。

设其备品率为3%，机械加工废品率为1%，每台产品中该零件的数量为1件，现制定该此零件零件的机械加工工艺规程。

图3-1零件工件

N=Qn（1+a%）（1+b%）

=5000x1x（1+3%）（1+1%）

=5202件/年

此零件零件的年产量为5202件，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型与生产纲领的关系查阅参考文献，确定其生产类型为批量生产。

3.2确定毛坯制造形式

1、应考虑的因素包括：

（1）、生产批量

（2）、零件的结构形状和尺寸大小

（3）、零件的力学性能

（4）、工厂现有设备和技术水平

（5）、技术经济性

主要依据一般是零件在产品中的作用和生产纲领以及零件本身的结构。

2、从生产批量来看：

此零件属于大批量生产，宜采用精度和生产率高的毛坯制造方法，以减少材料消耗和机械加工工作量。

可考虑用金属铸造、熔模铸造、模锻、精锻等方法获得毛坯。

3、从零件的结构来看：

由于此零件属于外形较复杂的小型零件，而且它的壁厚不算薄。

故可以考虑采用压铸、金属铸造、熔模铸造等精密铸造方法。

同时可以减少切削加工或不进行切削加工。

4、从毛坯的制造方法来看：

毛坯的制造方法应与材料的制造工艺性相适应。

故铸铁、铸钢、铸铝和铸铜等有色金属材料适合用铸造方法获得毛坯。

5、从铸件的强度来看：

从铸件的强度来看可以考虑采用金属型铸造的铸件、金属型浇注的铸件、砂型浇注的铸件。

且强度依次递减,毛坯质量依次降低.故从以上可以看到该毛坯可以采用铸造。

铸造则适用于成批大量生产、以锌合金、铝合金、镁合金以及铜合金为主的中小型形状复杂不进行热处理的非铁合金的零件。

也可用于铸钢、铸铁的厚壁、简单或中等复杂的中小铸件。

对于这些材料则金属型铸造（浇铸）更为合适

6、从工厂现有设备和技术水平来看：

从这一方面来看，金属型浇铸也是可以考虑的。

7、从经济合理性来看：

零件最大的外轮廓尺寸不大，且复杂程度属于中等，生产类型属于大量生产，故金属型或压力铸造均适合，但在成批生产下金属型铸造比较合适。

综上所述，毛坯采用铸造

零件材料为QT45-5，由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为2级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。

支架零件材料为QT45-5，硬度选用200HBS，毛坯重约1Kg。

生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型，2级精度组。

3.3毛坯尺寸与机械加工工艺尺寸确定

3.3.1加工余量的确定

在切削加工时，为了保证零件的加工质量，从某加工表面上所必须切除的一层金属层厚度成为加工余量。

加工余量分为总余量和工序余量两种。

在由毛坯加工成成品的过程中，毛坯尺寸与成品零件图的设计尺寸之差，成为加工总余量，即某加工表面上切除的金属层总厚度。

完成一道工序时，从某一表面上所必须切除的金属层厚度，称为该工序的工序余量，即上道工序的工序尺寸与本道工序的工序尺寸之差。

对于外圆和孔等旋转表面而言，加工余量是从直径上考虑的，故称为双边余量，但实际上所切除的金属层厚度是直径上的加工余量的一半。

加工平面时，加工余量是非对称的单边余量，它等于实际所切除的金属层厚度。

各工序的工序余量之和等于这一表面的加工总余量。

任何加工方法加工之后的尺寸都有一定的误差，因而毛坯和各个工序尺寸都有公差，所以加工余量也就是变化的，因此加工余量可分为公称余量、最小余量和最大余量。

工序尺寸的公差按各种加工方法的经济精度等级选定，并按“入体原则”标主。

即对于被包容面（如轴，键宽等），工序尺寸的公差带都取上偏差为零，即加工后的基本尺寸与最大极限尺寸相等；对于包容面（如孔，键槽宽等），工序尺寸公差带都取下偏差为零，即加工后的基本尺寸与最小极限尺寸相等。

孔距工序尺寸公差，一般按对称偏差标住，毛坯尺寸公差可取对称偏差，也可取非对称偏差。

加工余量大小对制定工艺过程有一定的影响。

总余量不够，不能保证加工质量；总余量过大，不但增加机械加工的劳动量，而且也增加了材料、刀具、电力等的成本消耗。

加工总余量的数值，一般与毛坯的制造精度有关。

同样的毛坯制造方法，总余量的大小又与生产类型有关，批量大，总余量就可以小些。

由于粗加工的工序余量的变化范围很大，半精加工和精加工的加工余量较小，所以，在一般情况下，加工总余量总是足够分配的。

但是在个别余量分布极其不均匀的情况下，也可能发生毛坯上有缺陷的表面层都切不掉，甚至留下了毛坯表面。

对于工序余量，目前一般采用经验估计的方法，或按照技术手册等资料推荐的数据为基础，并结合实际生产情况确定其加工余量的数值。

对于一些精加工工序（例如：

磨削、研磨、金刚镗等）又以最合适的加工余量范围。

加工余量过大，会使精加工工时过大，甚至不能达到精加工的目的（破坏了精度和表面质量）；加工余量过小，会使工件的某些部位加工不出来。

此外，精加工的工序余量不均匀，还会影响加工精度。

所以，对于精加工工序余量的大小和均匀性都必须予以保证。

在制订零件机械加工工艺规程之前,还要对零件加工前的毛坯种类及其不同的制造方法进行选择。

由于零件机械加工的工序数量、材料消耗、加工劳动量等都在很大程度上与毛坯的选择有关，故正确选择毛坯具有重大的技术经济意义。

常用的毛坯种类有：

铸件、锻件、型件、焊接件、冲压件等，而相同种类的毛坯又可能有不同的制造方法。

选择毛坯应该考虑生产规模的大小，它在很大程度上决定采用某种毛坯制造方法的经济性。

如生产规模较大，便可采用高精度和高生产率的毛坯制造方法，这样，虽然一次投资较高，但均分到每个毛坯上的成本就较少。

而且，由于精度较高的毛坯制造方法的生产率一般也较高，既节约原材料又可明显减少机械加工劳动量，再者，毛坯精度高还可简化工艺和工艺装备，降低产品的总成本。

选择毛坯应该考虑工件结构形状和尺寸大小。

例如，形状复杂和薄壁的毛坯，一般不能采用金属型铸造；尺寸较大的毛坯，往往不能采用模锻、压铸和精铸。

再如，某些外形较特殊的小零件，由于机械加工很困难，则往往采用较精密的毛坯制造方法，如压铸、熔模铸造等，以最大限度地减少机械加工量。

选择毛坯应考虑零件的机械性能的要求。

相同的材料采用不同的毛坯制造方法，其机械性能往往不同。

例如，金属型浇铸的毛坯，其强度高于用砂型浇铸的毛坯，离心浇铸和压力浇铸的毛坯，其强度又高于金属型浇铸的毛坯。

强度要求高的零件多采用锻件，有时也可采用球墨铸铁件。

选择毛坯，应从本厂的现有设备和技术水平出发考虑可能性和经济性。

还应考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性，如精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等。

用这些毛坯制造方法后，可大大减少机械加工量，有时甚至可不再进行机械加工，其经济效果非常显著。

支架零件材料为QT45-5，生产类型为大批量生产，采用砂型机铸造毛坯。

（1）支架的上下和左右端面

因为支架的上下和左右端面没有精度要求，粗糙度要求也不高，其加工余量为2.5mm。

（2）支架的孔

毛坯为空心，铸造出孔。

孔的精度要求介于IT7—IT8之间，参照参数文献，确定工艺尺寸余量为单边余量为2.5

3.3.2工序尺寸及其公差的确定

工序尺寸是工件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸。

因此，正确的确定工序尺寸及其公差，是制定工艺规程的一项重要工作。

工序尺寸的计算要根据零件图上的设计尺寸、已经确定的各个工序的加工余量及定位基准的转换来进行。

确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后一道工序开始依次向前推算，最后工序的工序尺寸按设计尺寸标注。

当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序的加工余量有关。

当定位基准与工序基准不重合或工序尺寸尚需从继续加工的表面标注时，工序尺寸应用尺寸链解算。

分析该零件图样，其工序基准与定位基准重合，故其工序尺寸只与各个加工工序的余量有关。

具体的计算步骤如下：

1）确定某一被加工表面各个加工工序的加工余量由查表法确定各工序的加工余量；

2）计算各工序尺寸的基本尺寸从终加工工序开始，即从设计尺寸开始，到第一道加工工序，逐次加上（对被包容面）或减去（对包容面）每道加工工序的基本余量，便可得到各工序尺寸的基本尺寸（包括毛坯尺寸）；

3）确定各工序尺寸公差及其偏差除终加工以外，根据各工序所采用的加工方法及其经济加工精度，确定各工序的工序尺寸公差（终加工工序的公差按设计要求确定），并按照“入体原则”标注工序尺寸公差。

3.4基准面的选择

3.4.1粗基准的选择

若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。

在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件上每个表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。

这样可使这个表面在加工中不致因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工件报废。

在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工时，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。

若既需保证某重要表面加工余量均匀，又要求保证不加工表面与加工表面的位置精度，则仍按本原则处理。

选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其他缺陷，以便定位准确，装夹可靠。

粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。

但是，当毛坯是精密铸件或精密锻件，毛坯质量高，而工件加工精度要求又不高时，可以重复使用某一粗基准。

粗基准的选择：

对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。

从零件图上可以看出，支架零件还算比较规则，所以粗基准容易选择。

为了保证前后端面的位置精度的要求，选择支架B面和底面作为作为粗基准，，依照粗基准的选择原则

（即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准）来选取。

3.4.2精基准选择的原则

⑴．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与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。

⑵．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。

例如：

轴类零件常用顶针孔作为定位基准。

车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。

⑶．互为基准的原则。

选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。

例如：

对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。

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，可以选择加工表面本身为基准。

例如：

磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。

此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。

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。

要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证次机械零件在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。

从机械零件图分析可知，它的面而且占有的面积较大，适于作精基准使用。

选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。

由于零件比较特殊，结构有内孔结构，只要把内孔加工出来，作为精基准了，后续所有加工工序都可以以这个作为精基准，这样基准统一，保证了加工精度

3.5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[6]，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，同时是加工的劳动量最小。

设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。

对于我们设计机械零件的加工工艺来说，应选择能够满足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。

⑴．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。

⑵．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。

如、柴油机此零件小头孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。

⑶．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。

⑷．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。

⑸．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。

第4章夹具设计

4.1概论

在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷、热工艺过程中，使用着大量的夹具。

所谓夹具就是一切用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或者检测的装置。

在机械制造中采用大量的夹具，机床夹具就是夹具中的一种。

它装在机床上，使工件相对刀具与机床保持正确的相对位置，并能承受切削力的作用。

机床夹具的作用主要有以下几个方面：

较容易、较稳定地保证加工精度，因为用夹具装夹工件时，工件相对机床（刀具）的位置由夹具来保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、较稳定地保证工件的加工精度；提高劳动生产率，因为采用夹具后，工件不需要划线找正，装夹也方便迅速，显著地减少了辅助时间，提高了劳动生产率；扩大机床的使用范围，因为使用专用夹具可以改变机床的用途、扩大机床的使用范围，例如，在在车床或摇臂转床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；改善劳动条件、保证生产安全，因为使用