机械工艺夹具毕业设计30定位圈零件的工艺规程及钻、铰Φ20(+0.03

设计说明书

题目：定位圈零件的工艺规程及钻、铰Φ20（+0.03～0）孔的工

装夹具设计

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摘 要

本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。

定位圈零件的加工工艺规程及其钻、铰Φ20（+0.03～0）孔的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。

关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。

ABSTRCT

This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.

The reduction gear box body components technological process and its the processing ￠ 140 hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.

Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error

目 录

序言…………………………………………………………………1

一. 零件分析 ……………………………………………………2

1.1 零件作用 ………………………………………………2 1.2零件的工艺分析 …………………………………………2

二. 工艺规程设计…………………………………………………3

2.1确定毛坯的制造形式 ……………………………………3 2.2基面的选择传 ……………………………………………3 2.3制定工艺路线 ……………………………………………3 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 …………5 2.5确定切削用量及基本工时………………………………5

三 夹具设计……………………………………………………15

3.1问题的提出………………………………………………15 3.2切削力及夹紧力计算……………………………………15 3.3定位误差分析……………………………………………16 3.4夹紧误差…………………………………………………17 3.5夹具设计及操作简要说明………………………………18

总 结………………………………………………………………20 致 谢………………………………………………………………21 参考文献 …………………………………………………………22

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。

定位圈零件的加工工艺规程及其钻、铰Φ20（+0.03～0）孔的夹具设计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。

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一、 零件的分析 二、

1.1 零件的作用

定位圈的作用，待查

1.2 零件的工艺分析

定位圈有2组加工面他们有位置度要求。 这2组加工面的分别为

1，以外圆为基准的加工面，这组加工面包括，外圆自身和上下端面

2：以Φ20（+0.03～0）孔为基准的加工面，这组加工面包括，Φ20（+0.03～0）孔，4-Φ7、锪沉头孔Φ11深6.5

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二. 工艺规程设计

2.1 确定毛坯的制造形式

零件的材料为20，根据生产纲领以及零件在工作过程中所受的载荷情况，选用在锻压机上锻造。

2.2 基面的选择的选择

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，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出。

粗基准的选择：对定位圈这样的回转体零件来说，选择好粗基准是至关重要。对回转体零件我们通常以外圆作为粗基准。

精基准的选择：精基准 的选择要考虑基准重合的原则，设计基准要和工艺基准重合。因此我们采用Φ20（+0.03～0）孔及其端面作为精基准

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。通过仔细考虑零件的技术要求后，制定以下两种工艺方案：

方案一

工序Ⅰ：准备锻件毛坯

工序Ⅱ：刷去定位圈表面的毛刺

工序III：粗铣、半精铣，精铣Φ60（-0.2～-0.4）上表面 工序IV：粗铣，半精铣、精铣Φ60（-0.2～-0.4）下表面 工序V：钻，铰Φ20（+0.03～0）

工序VI：钻4-Φ7孔，锪沉头孔Φ11深6.5

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工序VII：车Φ60（-0.2～-0.4）的外圆及倒角C1 工序VIII：检验合格后，交付装配 方案二

工序Ⅰ：准备锻件毛坯

工序Ⅱ：刷去定位圈表面的毛刺

工序III：粗铣、半精铣，精铣Φ60（-0.2～-0.4）上表面 工序IV：粗铣，半精铣、精铣Φ60（-0.2～-0.4）下表面 工序V：车Φ60（-0.2～-0.4）的外圆及倒角C1 工序VI：钻，铰Φ20（+0.03～0）

工序VII：钻4-Φ7孔，锪沉头孔Φ11深6.5 工序VIII：检验合格后，交付装配

工艺方案一和方案二的区别在于方案一把钻、铰Φ20（+0.03～0）加工放到了车外圆的前面，而方案二则相反，如果按方案二，则工件的外圆和内孔的同轴度无法保证，所以我们，选择方案一

具体的工艺路线如下 工序Ⅰ：准备锻件毛坯

工序Ⅱ：刷去定位圈表面的毛刺

工序III：粗铣、半精铣，精铣Φ60（-0.2～-0.4）上表面 工序IV：粗铣，半精铣、精铣Φ60（-0.2～-0.4）下表面 工序V：钻，铰Φ20（+0.03～0）

工序VI：钻4-Φ7孔，锪沉头孔Φ11深6.5 工序VII：车Φ60（-0.2～-0.4）的外圆及倒角C1 工序VIII：检验合格后，交付装配

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2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 定位圏零件材料为20

生产类型为大批量生产，采用在锻压机上锻造出的锻件 1、定位圏的外圆和上下端面

定位圏的外圆和上下端面的粗糙度为3.2，1.6相对较高，查《机械制造工艺学与夹具设计参考资料》，表2-12得，Z=1.0mm 2、定位圏的Φ20（+0.03～0）孔

孔Φ20（+0.03～0）孔的粗糙度为3.2，查《机械制造工艺学与夹具设计参考资料》，表3-10得，Z=1.0mm 3. 4-Φ7孔、及锪沉头孔Φ11深6.5孔

因孔最大才有Φ11，很难在锻压机上直接锻压成形，所以我们才用实心锻压

2.5 确定切削用量及基本工时 工序I：准备锻件毛坯

工序Ⅱ：刷去定位圈表面的毛刺

工序III：粗铣，半精铣，精铣Φ60（-0.2～-0.4）的上表面 工步一：粗铣Φ60（-0.2～-0.4）的上表面 1) 选择刀具

根据《机械加工工艺师手册》铣削宽度ae≤5mm时。直径为do=50mm 故齿数Ｚ＝８，由于采用标准镶齿圆柱铣刀 铣刀几何参数 rn=10°ao=16°

2) 切削用量 本道工步切削宽度ac＝3±0.8ｍｍ，根据《机

械加工工艺师手册》表30—13，铣床功率5—10KW，工艺系统刚度为 中，镶齿铣刀，加工材料为灰铸铁，可选择粗铣时每齿进给量af=0.2—0.3mm/z

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3) 选择刀具磨钝标准及刀具寿命。根据《切削用量简明手册》

表3.7、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.6镶齿铣刀do=50mm，刀具寿命 T=120min 4) 确定切削速度

VcZ=8, aP=40-70mm, ac=3±0.8ｍｍ, fz=f/z=0.07501mm/z Vc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)

Cv=20,qv=0.7,Xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,Km=1.12

Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=23.7(m/min) n=1000V/?d=(1000x23.7)/(3.14x50)=151r/min 根据X62W型铣床说明书选n=160r/min

Vc=3.14nd/1000=(160x3.14x50)/1000=25.1m/min Vf=nf=160x0.6=96mm/min

选Vf=80mm/min 实际fz=Vf/(nxz)=0.0625mm/z

5) 机床功率： 当Vc=71m/min ae=3mm ap=41mm

fz=0.08 Kmpc=1.4kw 切削功率的修正系数： 故Pct＜0.8,

根据X51型铣床说明书，机床主轴允许的功率为

Pcm=7.5×0.75=5.63kw 故Pcc＜Pcm 因此所决定的切削用量可以采用。 ae=3mm Vf=80m/min=160r/min Vc=25.1m/min fz=0.0625mm/z 6) 基本工时

Tm=(L+L1+△)/Vf=(60+3)/80=0.788（min） L1+△=3mm

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工步二： 半精铣Φ60（-0.2～-0.4）的上端面

1）选择刀具

刀具与上道工步是同一把刀。 2）切削用量

留半精铣的加工余量为0.4，所以本道工步切削宽度ae＝1mm，由于加工表面精度要求Ra=3.2 um.根据《机械加工工艺师手册》表30—13得每转进给量ｆ＝0.5～1.2mm/r就能满足要求，但考虑到X51功率为7.5kw，机床为中等系统刚度和X51铣床说明书 所以每转进给量ｆ＝0.6mm/r

3）决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定

ac=0.2mm,

Vc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=33.1m/min n=1000V/?d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据X62W型铣床说明书选n=210r/min Vf=nf=210x0.6=126mm/minfz=Vf/(nxz)=0.074mm/Z

4）基本工时基本工时根据 《切削用量简明手册》表3.5

Tm=(L+L1+△)/Vf=(60+2)/125=0.496（min） L1+△=2mm 工步三：精铣Φ60（-0.2～-0.4）的上端面 1）选择刀具

刀具与上道工步是同一把刀。 2）切削用量

留精铣的加工余量为0.1，所以本道工步切削宽度

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、VF=125mm/min

ae＝1mm，由于加工表面精度要求Ra=3.2 um.根据《机械加工工艺师手册》表30—13得每转进给量ｆ＝0.5～1.2mm/r就能满足要求，但考虑到X51功率为7.5kw，机床为中等系统刚度和X62W铣床说明书 所以每转进给量ｆ＝0.6mm/r 3）决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定

ac=0.2mm,

Vc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=33.1m/min n=1000V/?d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据X62W型铣床说明书选n=210r/min Vf=nf=210x0.6=126mm/minfz=Vf/(nxz)=0.074mm/Z

4）基本工时基本工时根据 《切削用量简明手册》表3.5

Tm=(L+L1+△)/Vf=(60+1)/125=0.488（min） L1+△=1mm 工序IV：粗铣，半精铣，精铣Φ60（-0.2～-0.4）的下表面与工序III相同，在此就不多做说明

工序V：钻，铰Φ20（+0.03～0） 工步一钻孔至φ19.4

确定进给量f：根据参考文献Ⅳ表2-7，当钢的

、

VF=125mm/min

?b?800MPa，d0??19.4mm时，f?0.39~0.47m/r。

由于本零件在加工Φ18孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则

f??0.39~0.47??0.75?0.29~0.35mm/r

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根据Z525机床说明书，现取f?0.25mm/r

切削速度：根据参考文献Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度v?18m/min所以

ns?1000v1000?18??149.8r/min ?dw??19.4

根据机床说明书，取nw?175r/min，故实际切削速度为

v??dwnw1000???19.4?1751000?73.6m/min

切削工时：l?6mm，l1?0.7mm，l2?3mm，则机

动工时为

tm?l?l1?l26?0.7?3??0.103min nwf375?0.25

工步二：铰?20(?0.03~0)mm孔

根据参考文献Ⅳ表2-25，f?0.2~0.4mm/r，

v?8~12m/min，得

ns?169.8~254.65r/min

查参考文献Ⅴ表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取f?0.35mm/r，nw?198r/min，实际切削速度

v?9.33m/min。

切削工时：l?6mm，l1?0.3mm，l2?3mm，则机动工时为

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tm?l?l1?l26?0.3?3??0.134min nwf198?0.35工序VI：钻4-Φ7孔，锪沉头孔Φ11深6.5 工步一：钻4-Φ7孔 1、加工条件

加工材料:20，硬度43～48HRC，锻件。

工艺要求：孔径d=7mm。通孔，精度H12~H13,用乳化液冷却。 机床：选用摇臂钻床和专用夹具。 2、选择钻头

选择高速钢麻花钻头（如图3所示），其直径d=9mm 钻头几何形状为（根据《切削用量手册》表2.1及表2.2）：标准钻头，??25?，2Kr?120?,，后角?0?11?，??50?，横刃长度b?2.5mm，弧面长度l?5mm。 3．选择切削用量 （1）选择进给量f

按加工要求决定进给量：根据《切削用量手册》表2.7，当20硬度>40HRC

有f?0.31~0.39mm/r。 （2）计算切削速度

根据《切削用量手册》表2.15，当铸铁硬度?b=200～220HBS时， f?0.40mm/r, d0?20mm时，vc?18mm/min。 切削速度的修正系数为：KTv?1.0，KMv?0.88，KSv?0.75，

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Ktv?1.0， 故v?vc?kv

?18?1.0?1.0?0.75?1.0m/min ?13.5m/min

n?1000v?d0

=

1000X13.5r/mm

3.14X7=498.4r/mm

根据摇臂钻床技术资料（见《简明手册》表4.2-12）可选择

n=500r/mm， vc?13.06mm/min。

4．计算基本工时

tm?Lnf

根据公式

式中，L?l?y??，l=13mm，入切量及超切量由《切削用量手册》表2.29查出y???6mm，计算得， L=（13+6）mm=19mm 故有： t=

19min=0.095min

500X0.4总的时间：T=4t=0.380min

工步二：锪孔4-Φ11深6.5

根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为

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f?(1.2~1.8)f钻

11 v?(~)v钻

23式中的f钻、v钻——加工实心孔进的切削用量. 现已知

f钻=0.36mm/r (《切削手册》)表2.7 v钻=42.25m/min (《切削手册》)表2.13

1、给量 取f=1.5×0.36=0.51mm/r 按机床选取0.5mm/r 2、 削速度 v=0.4×42.25=16.9m/min. 3、 定机床主轴转速

ns=

1000vc1000?16.9?289.6r/min =

π?11πdW与289.6r/min相近的机床转速为275r/min。现选取

nw=275r/min。

所以实际切削速度

vc=

?dnsπ?11?275?16.1m/min =

100010005、切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。 tm=

l?l1?l2i ;其中l=6.5mm; l1=2.5mm; l2=0mm; nwfl?l1?l29 ==0.0654(min) 275?0.5nwf tm=

总的时间：T=4t=0.262min

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工序VII：粗车，精车Φ60(-0.2～-0.4)的外圆面及倒角C1

工步一：粗车Φ60（-0.2～-0.4）的外圆面 选择硬质合金车刀

1） 车削深度，选择ap=0.7mm，一次走刀即可完成所需长度。 2）机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。选较小量f=0.14 mm/z。

3） 查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。 查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 据CA6140卧式车床

车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V

c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。

实际进给量为f zc=V

5)校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。

最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）计算基本工时

tm＝L/ Vf=(188.4+0.7)/475=0.398min。 工步二，精车ΦΦ60（-0.2～-0.4）的外圆面 选择硬质合金车刀

1） 车削深度，选择ap=0.3mm，一次走刀即可完成所需长度。 2）机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。选较小

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量f=0.14 mm/z。

3） 查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。 查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 据CA6140卧式车床

车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V

c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。

实际进给量为f zc=V

5)校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。

最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）计算基本工时

tm＝L/ Vf=(188.4+0.3)/475=0.397min。 工步三：倒角C1

工序VIII：检验合格后，交付装配

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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V：钻，铰Φ20（+0.03～0）的钻床夹具。

3.1问题的提出

本夹具主要用于工序V：钻，铰Φ20（+0.03～0），精度要求较高，和其他面没有任何位置度要求，因此我们选用Φ60（-0.2～-0.4）的外加圆面定位，也就是用两V型块，一固定V型块，一活动V型块来定位 3.2切削力和夹紧力的计算

由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由《切削手册》得：

钻削力 F?26Df0.8HB0.6 式（5-2）

钻削力矩 T?10D1.9f0.8HB0.6 式（5-3）

D?1式中：

11HB?HBmax??HBmax?HBmin??187??187?149??174

33 f?0.20mm?r?1代入公式（5-2）和（5-3）得

?F?26?10.5?0.200.8?1740.6?1664N

m T?10?10.51.9?0.200.8?1740.6?46379N?mm

本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。

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3.3定位误差分析

对于定位元件，因为定位基准为外圆，故选择V型块作为定位元 件。

至于使用的V型块个数，应使用2个V型块进行定位。一个位固定长V型块，它主要限制了y轴的旋转、位移和z轴的旋转、位移四个自由度，保证了孔的尺寸精度，另一块为滑动V型块，防止过定位的形成。

具体的示意图如下图所示：

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，，a?96?。

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