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機制工藝及工裝夾具
課程設計說明書
設計題目 調整臂外殼零件的機械加工工藝規(guī)程
及鉆M10螺紋孔專用夾具設計
下屬學院 機械工程及自動化學院
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級
學 號
姓 名
指導教師
2019 年 月 日
摘 要
本設計涉及機械制造技術與夾具設計、金屬切削機床、公差匹配與測量等知識。本設計包括工藝設計、工序設計和專用夾具設計三個部分。在工藝設計中，首先要對零件進行分析，了解零件的工藝流程，然后設計毛坯的結構，選擇零件的加工基準，然后設計零件的工藝路線;然后計算各工序零件的尺寸，關鍵是確定各工序的工藝設備和切削參數(shù);然后設計專用夾具，選擇并設計夾具。定位元件、夾緊元件、導向元件、夾具本體、機床連接部件等各部件，計算夾具定位的定位誤差，分析夾具結構的合理性和不足，并在今后的設計中注意改進。
關鍵詞：夾具；工序；切削用量；分析；
III
Abstract
The design involves mechanical manufacturing technology and fixture design, metal cutting machine tools, tolerance matching and measurement knowledge. The design includes process design, process design and special fixture design three parts. In the process design, first of all, to analyze the parts, understand the parts of the process flow, and then design the structure of the blank, select the parts of the processing benchmark, and then design the parts of the process line; Then calculate the size of each process part, the key is to determine the process equipment and cutting parameters of each process; Then design special fixture, select and design fixture. The positioning elements, clamping elements, guiding elements, jig body, machine tool connecting parts and other parts, calculate the positioning error of the jig positioning, analyze the rationality and shortcomings of the jig structure, and pay attention to the improvement in the future design.
Key words: Fixture; Process; Cutting amount; Analysis;
目 錄
摘 要 II
Abstract III
第1章 前言 5
第2章 零件的分析 6
2.1 零件的作用 6
2.2零件的技術要求 6
2.3零件的工藝分析 6
2.4生產類型的確定 7
第3章 毛坯的確定 8
3.1 毛坯制造形式及結構的確定 8
3.2 毛坯的尺寸公差和機械加工余量 8
3.3 繪制毛坯圖 10
第4章 擬定加工工藝路線 11
4.1基準的選擇 11
4.2 加工工藝路線的確定 11
第5章 切削用量及切削時間的確定 14
第6章 夾具設計 16
6.1 設計類型及機床選擇 16
6.2 定位方案的確定 16
6.3 夾緊方案的確定 17
6.4定位誤差分析 17
6.5切削力和夾緊力的計算 18
6.6 夾具設計簡要操作說明 19
設計小結 20
參考文獻 21
第1章 前言
使用夾具的最根本目的是獲得好的經濟效益。所以設計夾具也和其它技術工作一樣，不僅是一個技術問題，而且是個經濟問題。每當設計一套夾具之前，都要進行必要的技術經濟分析，使所設計的夾具獲得最佳的經濟效果。
對設計夾具進行經濟技術分析時，應從精度設計和結構設計兩方面考慮。?精度設計技術分析：一般來說，夾具的精度都應比工件要求的精度高，才能加工出合格的工件。但是盲目的提高夾具精度會造成人力的浪費，所以夾具精度的設計準則是：應使夾具的設計精度與工件的加工精度要求相適應，不可盲目地提高夾具的精度要求。
通過這次設計與學習，使我對制造加工過程有一個總體的、全面的了解與把握，了解當今先進制造技術和先進制造模式的發(fā)展概況，初步具備對制造系統(tǒng)、制造模式選擇決策的能力。能掌握金屬切削過程的基本規(guī)律，掌握機械加工的基本知識，能選擇加工方法與機床、刀具、編程及加工參數(shù)，具備制訂工藝規(guī)程的能力和掌握機械加工精度和表面質量的基本理論和基本知識，初步具備分析解決現(xiàn)場工藝問題的能力。由于能力有限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。
第2章 零件的分析
2.1 零件的作用
CA10B解放牌汽車前剎車調整臂外殼，主要是對前剎車調整臂進行支撐保護。
圖2.1零件圖
2.2零件的技術要求
1. 鑄造起模斜度不大于2%d。
2. 鑄件無缺陷。
3. 未注明鑄造圓角半徑R3。
2.3零件的工藝分析
零件加工過程中，要保證側孔φ13.8，φ13，φ16在同一個中心線上，中心軸線距定位基準φ60孔為39.5±0.2的位置精度要求；另外，上端R11孔對右側凸臺端面有70±0.25的位置精度要求；零件大端兩側端面相對中心線有的尺寸要求等。
2.4生產類型的確定
根據設計要求可知：Q=5000臺/年，且零件總體尺寸適中，為輕型零件，不防設該零件的備品率為4%，機械加工的廢品率為1%，現(xiàn)在定制該殼體零件的生產規(guī)模。
式中 N：零件的生產綱領；
Q：產品的生產綱領，Q=5000件/年；
n: 每一產品中包含該零件的數(shù)量 n=1；
α：零件的備品率，一般情況下為α=3%～5% 取4%
β：零件的平均廢品率，取β=1；
已知該產品為小型機械，根據《機械設計制造工藝設計簡明手冊》生產類型與生產綱領的關系，可確定其生產類型為中批量生產。
第3章 毛坯的確定
3.1 毛坯制造形式及結構的確定
毛坯的甚至一般也只要一下幾個方面：鍛件、鑄件、焊接件、型材。在選擇毛坯時應考慮以下因素:
（1）加工余量不足、零件材料不足、對材料組織性能的要求:設計圖紙中規(guī)定的零件材料在很大程度上決定了坯料的類型。例如，鑄鐵零件必須鑄造才能產生毛坯。對于鋼件，在選擇毛坯時應考慮材料的力學性能。例如，應該盡可能選擇鍛件或焊接件，以確保制造高壓閥門的材料具有良好的機械性能。
（2）零件的結構形狀和尺寸:零件的外形和結構是對毛坯的形狀最大的影響因素，比如結構很復雜的零件那就需要進行鑄造。大尺寸閥體可在砂模中澆注，小尺寸閥體可在投資模中澆注。
（3）跟生產規(guī)模不同：零件的生產要求越大，就需要我們用更加高效和精準度高的制造方式進行，可以提高經濟效益。
（4）根據實際生產條件：要分析設計生產過程中的實際現(xiàn)場的情況，生產車間有什么設備和方法，最好是用較先進方式進行毛坯的生產。
零件的材料為KT350,零件承受的沖擊載荷不是很大，且零件的輪廓尺寸較大，結構較為復雜，又為大批量生產，而且表面粗糙度質量要求也不是很高，故可采用鑄件，以提高生產效率和效益。
3.2 毛坯的尺寸公差和機械加工余量
CA10B解放牌汽車前剎車調整臂外殼的材料為KT350，σb =350MPa，毛坯重量2.5kg，生產類型為中批量，鑄造毛坯。
試確定各加工表面的機械加工余量及毛坯尺寸如下：
1） 非加工表面
考慮其零件非加工表面，沒有粗糙度要求，因此直接鑄造可成。
2） 大端端面及小端端面沿軸線方向的加工余量
查《機械制造技術基礎課程設計指南》（以下稱《設計指南》）表5-4，取鑄件的機械加工余量等級為F時的機械加工余量RAM均為1.5mm；查表5-1取公差等級為CT11，再查表5-3得出尺寸公差CT為3.6mm。
由《設計指南》表達式5-1,5-2,5-3；則毛坯鑄造時，工件兩側總共需要的留出的金屬余量(雙側加工)
ΔR=2RAM+CT/2= 21.5+3.6/2=4.8mm，以單側為2.4mm余量加工，單側工序余量如下：
粗車：2mm；
半精車：0.4mm；
3） 內孔φ60（已鑄φ50孔），φ12（已鑄φ6孔）
仿照2），查《設計指南》，得鑄件留出的金屬余量(雙側加工) φ60是10mm，φ12是6mm；現(xiàn)制定單側工序余量如下：
① φ60
粗車 ： 3.5mm；
半精車 ：1.5mm；
② φ12
鉆 ： 2.5mm；
擴： 0.5mm；
鉸： 0 mm；
4） 方槽
同上，取方槽端面鑄造余量為2.5mm，工序余量
如下：
粗銑：2 mm；
半精銑：0.5 mm；
5） 三個凸臺
同上，取凸臺的鑄造加工余量均為2mm，
則工序余量如下：
粗銑：1.5 mm；
半精銑：0.5 mm；
6）其他尺寸直接鑄造得到
由于零件的粗糙度要求不是很高，且為中批量生產，應該采用調整加工。因此在計算最大、最小加工余量時都應按調整法加工方式予以確認。
3.3 繪制毛坯圖
使用CAD制圖軟件對毛坯圖進行繪制，毛坯圖如下：
圖3.2毛坯圖
9
第4章 擬定加工工藝路線
4.1基準的選擇
基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，對零件的生產是非常重要。
1） 粗基準的選擇
按照粗基準的選擇原則，應選取盡量不加工的表面為粗基準，故選用R41外圓面及大端端面為粗基準。以V型塊定位并進行壓緊。
2） 精基準的選擇
粗加工進行后，以一端端面為精基準，加工另一側端面。仍然以外圓用V型塊定位，加工一側端面和內孔。主要考慮精基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合的時候，應該進行尺寸換算，這在以后還要進行專門的計算，在此不再重復。
4.2 加工工藝路線的確定
制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度的技術要求能得到合理的保證，在生產綱領已確定為大批量生產的條件下，可以考慮采用萬能機床以及專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外還應當考慮經濟效果，以便生產成本盡量降低。
1）工藝路線方案一
工序1 粗,精車φ60孔, φ60孔前后兩端面；
工序2 粗、精車φ60孔左右兩端面；
工序3 鉆、擴、鉸φ12孔,鉆、鉸5×φ4.3孔；
工序4 粗、精車φ12孔前后兩端面；
工序5 粗、精車φ60孔上方槽內表面,鉆、鉸M10X25螺孔；.
工序6 擴、鉸φ13.8孔、鉆、擴、鉸φ16孔,φ13孔；
工序7 鉆鉸Rc1/8錐孔；
工序8 去毛刺，檢查。
按此工藝加工不太合理，我們知道對于一般零件采用基準先行原則應該先加工面后加工孔，才可滿足零件的加工要求，因此換方案如下：
2）工藝路線方案二
工序1 粗車大端前后兩端面；
工序2 精車φ12孔前后端面；
工序3 粗車大端左右兩端面；
工序4 鉆、擴、鉸φ12孔；
工序5 鉆、擴、鉸5×φ4.3孔；
工序6 鉆、擴、鉸φ60孔；
工序7 粗車、精車槽端面；
工序8 車螺紋孔頂面，鉆攻M10螺紋；
工序9 鉆、擴、鉸φ13、φ13.8、φ16孔；
工序10 攻Rc 1/8錐孔；
工序11 去毛刺，檢驗。
此方案較上述方案更加合理了，但是仍有些不足，例如前幾個工序裝夾反復次數(shù)較多，生產效率較低，影響經濟效益，不適合大批量生產；工序6中的φ60孔，由于鑄件孔徑已經達到φ50，直徑較大，而精度要求不高，用車削即可。特此修改如下：
3）工藝路線方案三
工序1 車大端兩端面；
車φ60孔，采用C620-1車床，使用專用夾具；
工序2 銑小端兩端面；
工序3 鉆、擴φ12孔；
工序4 一面兩銷，銑方槽；
工序5 以φ60孔，φ12孔與端面一面兩銷，銑三個凸臺；
工序6 一面兩銷，鉆、擴、鉸φ13、φ13.8、φ16的孔；
工序7 鉆、攻M10螺紋；
工序8 一面兩銷，鉆、擴、鉸5×φ4.3；
工序9 攻Rc 1/8錐孔；
工序10 去毛刺；
工序11 檢驗。
此工藝路線裝夾重復次數(shù)少，加工工序能夠滿足零件的生產要求，生產效率較高，適合大批量生產，就此采用。
第5章 切削用量及切削時間的確定
工序：鉆、攻M10螺紋
(1) 加工條件
加工要求：鉆、攻M10螺紋；
機 床： Z535鉆床
刀 具：根據《工藝手冊》選擇麻花鉆d=9.2mm；
(2) 切削用量
1） 鉆孔φ9.2
1. 確定進給量
由《設計指南》表5-127可查，當鑄鐵的σb>200Pb，選d=15時，則每轉進給量f=0.31-0.39mm/r?，F(xiàn)根據《設計指南》表5-66，選擇Z535鉆床的進給量為0.32mm/r。
2. 確定鉆頭磨鈍標準及壽命
后刀面最大磨損限度（查《工藝手冊》）為0.6mm，壽命。
3. 確定切削速度
根據《設計指南》表5-134，取切削速度v=12.8m/min，所以鉆床的轉速
根據《設計指南》表5-65可選Z535的轉速接近407r/min的是392r/min，則實際的切削速度v=12.3m/min。
（3) 基本工時
2) 絲錐攻M10螺紋
(1) 確定切削速度
根據《工藝手冊》表7.2-13，取切削速度v=15m/min，所以鉆床的轉速
根據《設計指南》表5-65可選Z535的轉速接近477.5r/min的是392r/min，則實際的切削速度v=12.3m/min。
(2) 基本工時
第6章 夾具設計
6.1 設計類型及機床選擇
由指導老師的分配了工序鉆M10螺紋孔的鉆床床夾具。
根據本次設計要求，設計一套鉆孔的專用夾具。選用Z525立式鉆床（如下圖）更合理。它適用于各種零件的鉆孔、擴孔、絞孔、锪平面及攻絲加工，操作簡單，夾具一次裝夾就可加工所有孔。
圖6.1立式鉆床
6.2 定位方案的確定
選擇定位面時應該遵循以下原則：選擇大而平整的平面或內圓外圓進行定位、選擇定位面后要方便后續(xù)的裝夾、定位面所對應的裝夾位置應該結構牢固，在裝夾時保證不得有變形現(xiàn)象。
在本次鉆床夾具設計中，盡可能的選用工序基準為定位基準，即遵循所謂的基準重合原則。當用多個表面定位時，應選擇其中一個較大的表面為主要定位基準，有利于工件裝夾的平穩(wěn)，保證夾具能有效夾緊以及保證工件不至于變形等。本次鉆床夾具設計中，根據在制訂工藝規(guī)程所選用的定位基準，用底面和Φ60孔作為定位基準。
定位元件限制不定度分析：任何物體在空間上確定位置需要限制6個自由度，分別是3個移動自由度和3個旋轉自由度。對于本次設計的鉆孔夾具，芯軸作為定位元件，芯軸軸肩端面限制兩個旋轉自由度和一個移動自由度，芯軸外圓限制兩個移動自由度，菱形銷限制一個旋轉自由度，這個時候，空間的6個自由度全部限制，零件完全定位。
6.3 夾緊方案的確定
設計夾緊裝置應遵循以下原則：工件不移動原則；工件不變形原則；工件不振動原則；安全可靠原則；經濟實用原則；
從夾具圖上可以看出，零件只有在水平移動方向有偏移的趨勢，所以我們考慮夾緊這個位置就能完成零件的夾緊。
夾緊元件有：開口墊圈、六角螺母。
圖6.2 夾緊機構
6.4定位誤差分析
內孔及端面表面定位，工件定位面是內孔表面，定位元件的定位工作面是芯軸的外圓，定位基準是外圓中心線，當工件外圓直徑發(fā)生變化時其中心線在芯軸對稱面上上下移動。定位誤差計算如下：
△jb=1/2T(d)=1/2x0.022=0.011
△db=0.707(Td)=0.707x0.022=0.016
△dw=△db-△jb=0.005
分析計算孔中心線與側板中心線的重合度誤差：
△jb=0
△db=0
△dw=0
6.5切削力和夾緊力的計算
采用的是高速鋼鉆頭，故而進給力計算公式
查《現(xiàn)代機床夾具設計》表4-19得：
式中 ——鉆削進給力（N）；
——修正系數(shù)；
——鉆頭直徑（mm）；
——系數(shù)，由被加工的材料性質和鉆削條件決定。
此工序鉆Ф8.2mm孔，由文獻查表得安全系數(shù)為：
所以，
鉆削力為：
中其他參數(shù)查表得：
所以 ，
6.6 夾具設計簡要操作說明
螺母的壓緊力即可指定可靠的卡緊力。這樣就大大的提高了生產效率，適合于批量生產。
將零件內孔與定位芯軸放置到一起，旋轉零件，使零件孔與菱形銷接觸，此時完成零件的定位，擰緊螺母使螺母壓緊開口墊圈，夾緊零件。加工完成后，松動螺母，使開口墊圈活動后取下開口墊圈，取出零件。
圖6.3 裝配圖
設計小結
在課程設計的過程中，我們經歷了感動，經歷了一起奮斗的酸甜苦辣。也一起分享了成功的喜悅。這次的課程設計對我們每個人來說都是一個挑戰(zhàn)。課程設計中文檔的撰寫我從來就沒有擔心過，就是夾具的設計我真的很擔心，平時對這方面的知識接觸的就不是很多，而且對于工序的制定我就更抓狂了。這時候小組的力量就體現(xiàn)出來了，各司其職，各盡其能。發(fā)揮了集體的效用。
在這個過程，我受到了好多幫助，一句溫暖的話語，一杯熱熱的咖啡，讓人有無比的動力和解決問題的決心。其實這次的課程設計我的最大的感受不是知識的獲得，而是人格的磨練和交際的能力。
在此感謝我們的老師.，老師嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣;老師循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪;這次模具設計的每個實驗細節(jié)和每個數(shù)據，都離不開老師您的細心指導。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設計。同時感謝對我?guī)椭^的同學們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學的友誼。
由于本人的設計能力有限，在設計過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。
參考文獻
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[2] 機械制造工藝設計簡明手冊，李益民主編，機械工業(yè)出版社出版，1994年
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[6] 機械制造工藝學，郭宗連、秦寶榮主編，中國建材工業(yè)出版社出版，1997年
[7] 吳拓，方瓊珊，機械制造工藝與機床夾具課題設計指導[M].北京：機械工業(yè)出版社,2015
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