機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計(jì)-法蘭盤(pán)831004加工工藝及鉆φ4銷孔夾具設(shè)計(jì)

機(jī)床夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)“法蘭盤(pán)（CA6140自動(dòng)車(chē)床）”零件“加工Φ4銷孔”工序夾具設(shè)計(jì)全套圖紙加V信153893706或扣3346389411姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：指導(dǎo)教師：學(xué)院：2021年11月

目錄一、工序設(shè)計(jì) 31.選擇加工設(shè)備與工藝裝備 32.確定工序尺寸 5二、切削用量、工時(shí)定額的計(jì)算 6工序16 6工序14 7工序15 8三、夾具總體設(shè)計(jì) 91.定位方案 92.夾緊機(jī)構(gòu) 113.導(dǎo)向裝置 124.夾具與機(jī)床連接元件 135.夾具體 146.使用說(shuō)明 157.結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 158.夾具中標(biāo)準(zhǔn)件清單 159.夾具裝配總圖 15四、設(shè)計(jì)總結(jié) 15五、參考文獻(xiàn) 16六、心得體會(huì) 16一、工序設(shè)計(jì)1.選擇加工設(shè)備與工藝裝備（1）選擇機(jī)床選擇機(jī)床時(shí),應(yīng)注意以下幾個(gè)基本原則：1.機(jī)床的加工尺寸范圍應(yīng)與工件的外形尺寸相適應(yīng)。2.機(jī)床的精度應(yīng)與工序要求的精度相適應(yīng)。3.機(jī)床的生產(chǎn)率應(yīng)與工件的生產(chǎn)類型相適應(yīng)。如果工件尺寸太大、精度要求過(guò)高，沒(méi)有適當(dāng)?shù)脑O(shè)備可供選擇時(shí)，應(yīng)考慮機(jī)床改裝或設(shè)計(jì)專用機(jī)床。根據(jù)以上原則，選擇機(jī)床如下：1.工序3、4是粗車(chē)。因?yàn)楣ば蛞蟮木炔桓?，本零件外輪廓尺寸不大，因?yàn)镃A6140車(chē)床易上手，操作難度較小，安全可靠，故選用CA6140車(chē)床可滿足要求（表5-62）。2.工序5為鉆，零件尺寸輪廓不大，故宜在鉆床上進(jìn)行加工，且孔的加工精度要求較高，需選用較為精密的鉆床才能滿足要求，因此選用Z525立式鉆床，該鉆床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，更加安全（表5-71）。3.工序6、7是粗銑。表面不要求很高的加工精度，故選用JHT300銑床就能滿足要求，且本零件外輪廓尺寸不大，JHT300銑床即可滿足要求（表5-78）。4.工序8、9半精車(chē)，選用CA6140車(chē)床可滿足要求（表5-62）。5.工序10、11為半精銑，由于加工表面為平面，故可采用專用夾具在JHT300銑床上加工，故選用JHT300銑床（表5-78）。6.工序12、13為鉆，孔表面精度要求不高，故選用立式鉆床就能滿足要求，且本零件外輪廓尺寸不大，因此選用Z525立式鉆床（表5-71）。7.工序14、17為粗磨。加工表面精度要求較高，故選用M1420A磨床（參考《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)第三版》表7-117）。8.工序15、16為精車(chē)。加工表面精度要求較高，故選用CA6140車(chē)床可滿足要求（表5-62）。（2）選擇夾具機(jī)床夾具種類有很多，一般可劃分為通用夾具（適用性強(qiáng)，加工精度不高）、專用夾具（加工精度高、針對(duì)性強(qiáng)、缺乏通用性）、可調(diào)夾具（調(diào)整有缺陷的夾具以及適合小批量零件的加工）以及組合夾具。本零件有較多需要銑削加工、鉆孔、車(chē)削、磨削的加工表面，均需要專用夾具進(jìn)行裝夾。專用夾具能夠提高生產(chǎn)效率，降低時(shí)間成本，同時(shí)減少加工誤差以及定位誤差帶來(lái)的加工過(guò)程的潛在危險(xiǎn)性。（3）選擇刀具工序號(hào)工序內(nèi)容所選刀具3粗車(chē)φ450-0.017端面、倒角、外圓柱面、退刀槽、φ90右端面、φ90外圓柱面外圓車(chē)刀、倒角刀、切槽刀4粗車(chē)φ100-0.12-0.34端面、外圓柱面、倒角、B面、倒角外圓車(chē)刀、倒角刀5鉆、擴(kuò)、粗鉸、精鉸φ20+0.0450孔麻花鉆、鉸刀6粗銑距離φ90mm軸線24mm的平面三面刃銑刀7粗銑距φ90mm軸線34mm的平面三面刃銑刀8半精車(chē)φ450-0.017端面外圓柱面、φ90右端面和外圓柱面外圓車(chē)刀9半精車(chē)φ100-0.12-0.34端面、φ100-0.12-0.34外圓柱面、B面外圓車(chē)刀10半精銑距離φ90mm軸線34mm的平面三面刃銑刀11半精銑φ90mm軸線24mm的平面三面刃銑刀12鉆4-φ9透孔麻花鉆13鉆φ4的孔、粗鉸φ6的孔麻花鉆14粗磨距軸線24mm的平面平形砂輪15精車(chē)φ100-0.12-0.34端面和φ100-0.12-0.34外圓柱面外圓車(chē)刀16精車(chē)φ90右端面、φ450-0.017外圓柱面外圓車(chē)刀17粗磨φ90外圓柱面、B面平形砂輪（4）選擇量具本零件屬于成批生產(chǎn)，一般情況下盡量采用通用量具，對(duì)于左右及四周端面的加工可采用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，粗銑、半精銑兩次加工，也可用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量。粗磨等精度要求較高的加工，采用千分尺測(cè)量。通用量具易上手，安全可靠。2.確定工序尺寸（1）計(jì)算過(guò)程14工序：粗磨距軸線24mm的平面，由半精銑φ90mm軸線24mm的平面后的剩余余量為0.3mm得該工序加工余量為0.3mm。15工序：精車(chē)φ100-0.12-0.34端面和φ100-0.12-0.34外圓柱面，由半精車(chē)φ100-0.12-0.34端面、φ100-0.12-0.34外圓柱面后的剩余余量為0.2mm得該工序加工余量為0.2mm。16工序：精車(chē)φ90右端面、φ450-0.017外圓柱面，由半精車(chē)φ450-0.017端面外圓柱面、φ90右端面和外圓柱面后的剩余余量為0.3mm得該工序加工余量為0.3mm。17工序：粗磨φ90外圓柱面、B面，由半精車(chē)φ90外圓柱面和B面后的剩余余量為0.4mm得該工序加工余量為0.4mm。（2）工序尺寸列表圓柱面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精φ100-0.12-0.34外圓柱面1.40.70.2IT12+0.350IT10+0.140IT8+0.0540Ra12.5Ra6.3Ra0.8φ450-0.017外圓柱面2.40.70.3IT12+0.250IT10+0.10IT8+0.0390Ra12.5Ra6.3Ra0.8φ90外圓柱面2.60.70.4IT12+0.350IT10+0.140IT7+0.0350Ra12.5Ra6.3Ra0.4B面1.20.850.4IT12+0.250IT10+0.10IT7+0.0250Ra12.5Ra6.3Ra0.4各端面的工序加工余量工序加工表面總加工余量工序加工余量8φ450-0.017端面2.9115φ100-0.12-0.34端面20.216φ90右端面20.3二、切削用量、工時(shí)定額的計(jì)算工序16（1）切削用量本道工序?yàn)榇帜?，以?50-0.017端面及外圓柱面定位，磨φ90外圓柱面、B面。查《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)》第三版表10-158確定砂輪材料為黑碳化硅，由表10-161以及11-163得粗磨磨具粒度為F36~F46，取粒度號(hào)F36，其基本尺寸500~425μm，由表10-163得其組織號(hào)范圍8~12，磨粒率范圍46~38，故取組織號(hào)10，磨粒率42%，根據(jù)表10-164得選用陶瓷結(jié)合劑V，由表10-165得選用平形砂輪，其代號(hào)D×T×H，形狀代號(hào)1，根據(jù)表10-173得磨具最高工作速度v=35m/s。①磨φ90外圓柱面：由表10-174得平行砂輪尺寸范圍D×T×H∈[300×32×75,900×150×305]故從安裝方便與砂輪強(qiáng)度多方面考慮選用300×50×203。由表11-164得陶瓷結(jié)合劑V砂輪速度≤35m/s，根據(jù)其直徑d=300mm得n=1000v/πd=37.13r/s，取n=30r/s即n=1800r/min，則其切削速度v=πdn/1000=28.27m/s。由表11-165得磨φ90外圓柱面時(shí)工件速度v∈[13~26]取vε=20m/min，縱向進(jìn)給量fa=(0.5~0.8)bs=0.6bs，其中bs=50mm，所以fa=0.6bs=30mm，工作臺(tái)單行程背吃刀量ap=0.013mm/st；取壽命T=1800s，橫向進(jìn)給量fr=2.58*10-3*d0.3*K1*K2/fa*v*T0.5=2.58*10-3*900.3*1*1.75/30*0.33*18000.5=0.041mm②磨B面：考慮到磨削φ45的同時(shí)靠磨兩個(gè)端面，故選用300×40×127。由表11-164得陶瓷結(jié)合劑V砂輪速度≤35m/s，根據(jù)其直徑d=300mm得n=1000v/πd=37.13r/s，取n=30r/s即n=1800r/min，則其切削速度v=πdn/1000=28.27m/s。由表11-165得磨φ90外圓柱面時(shí)工件速度v∈[13~26]取vε=20m/min，縱向進(jìn)給量fa=(0.5~0.8)bs=0.6bs，其中bs=40mm，所以fa=0.6bs=24mm，工作臺(tái)單行程背吃刀量ap=0.013mm/st；取壽命T=1800s，橫向進(jìn)給量fr=2.58*10-3*d0.3*K1*K2/fa*v*T0.5=2.58*10-3*900.3*1*1.75/24*0.33*18000.5=0.051mm綜上所述，磨φ90外圓柱面的切削速度v=28.27m/s，縱向進(jìn)給量fa=30mm，背吃刀量ap=0.013mm/st。磨B面的切削速度v=28.27m/s，縱向進(jìn)給量fa=24mm，背吃刀量ap=0.013mm/st。（2）工時(shí)定額計(jì)算：基本時(shí)間：T=(Zb*A/fr+k*t)*k①磨φ90外圓柱面T=0.3min②磨B面T=0.3min（3）本工序切削用量及基本時(shí)間列表工步ap/mm*st-1f/(mm)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s磨φ90外圓柱面0.0133028.273030s磨B面0.0132428.273030s工序14（1）切削用量本道工序?yàn)榫?chē)，以φ450-0.017外圓面及φ90右端面定位，精車(chē)φ100-0.12-0.34端面和φ100-0.12-0.34外圓柱面。選用CA6140車(chē)床，根據(jù)加工材料為灰鑄鐵、加工性質(zhì)為精車(chē)，查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南》表5-127得選用刀具材料為硬質(zhì)合金，最終確定選用YG6硬質(zhì)合金不可轉(zhuǎn)位車(chē)刀，壽命T=60min；根據(jù)其HBW≤200以及工作條件查表5-121得車(chē)刀前角r0=12°，后角a0=7°，刀具主偏角kr=90°，副偏角kr’=5°，刃傾角λs=0°，選用車(chē)刀尺寸12X20，刀尖圓弧半徑rε=0.3~0.5，取rε=0.5；根據(jù)其表面粗糙度要求以及灰鑄鐵加工材料，查表5-124得選用進(jìn)給量f=0.15mm/r。切削速度公式為Vc=Cvkv/TmapXvfYv，查表5-121得Cv=189.8，Xv=0.15，Yv=0.20，m=0.20。精車(chē)φ100-0.12-0.34端面，背吃刀量ap=0.2mm，故代入切削速度公式得：Vc=Cvkv/TmapXvfYv=189.8*1/(60^0.2)(0.2^0.15)(0.15^0.2)=155.76m/min。精車(chē)φ100-0.12-0.34外圓柱面，背吃刀量ap=0.2mm，故代入切削速度公式得：Vc=Cvkv/TmapXvfYv=189.8*1/(60^0.2)(0.2^0.15)(0.15^0.2)=155.76m/min。綜上所述，精車(chē)φ100-0.12-0.34端面和φ100-0.12-0.34外圓柱面的理論切削速度Vc=140.37m/min，進(jìn)給量f=0.15mm/r，背吃刀量ap=0.3mm。理論主軸轉(zhuǎn)速n=1000v/πd=493.82r/min查表5-63得取實(shí)際轉(zhuǎn)速n=500r/min，故其精車(chē)φ100-0.12-0.34端面和精車(chē)φ100-0.12-0.34外圓柱面實(shí)際切削速度Vc=157.71m/min。（2）工時(shí)定額計(jì)算：基本時(shí)間：（查表2-24）基本時(shí)間：①精車(chē)φ100-0.12-0.34端面：l1=ap/tankr+(2~3)=2mm，l2=3mm，l3=0mm，L=(d-d1)/2+l1+l2+l3=(100-20)/2+2+3+0=45mm，故Tj=Li/fn=45*1/(0.15*(500/60))=36s②精車(chē)φ100-0.12-0.34外圓柱面：l1=ap/tankr+(2~3)=2mm，l2=3mm，l3=0mm，L=l+l1+l2+l3=9+2+3+0=14mm，故Tj=Li/fn=14*1/(0.15*(500/60))=11.2s（3）本工序切削用量及基本時(shí)間列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s精車(chē)φ100-0.12-0.34端面0.30.152.638.3336精車(chē)φ100-0.12-0.34外圓柱面0.30.152.638.3311.2工序15（1）切削用量本道工序?yàn)榫?chē)，以φ100-0.12-0.34端面及外圓柱面定位，精車(chē)φ90右端面、φ450-0.017外圓柱面。選用CA6140車(chē)床，根據(jù)加工材料為灰鑄鐵、加工性質(zhì)為精車(chē)，查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南》表5-127得選用刀具材料為硬質(zhì)合金，最終確定選用YG6硬質(zhì)合金不可轉(zhuǎn)位車(chē)刀，壽命T=60min；根據(jù)其HBW≤200以及工作條件查表5-121得車(chē)刀前角r0=12°，后角a0=7°，刀具主偏角kr=90°，副偏角kr’=5°，刃傾角λs=0°，選用車(chē)刀尺寸12X20，刀尖圓弧半徑rε=0.3~0.5，取rε=0.5；根據(jù)其表面粗糙度要求以及灰鑄鐵加工材料，查表5-124得選用進(jìn)給量f=0.15mm/r。切削速度公式為Vc=Cvkv/TmapXvfYv，查表5-121得Cv=189.8，Xv=0.15，Yv=0.20，m=0.20。精車(chē)φ90右端面，背吃刀量ap=0.3mm，故代入切削速度公式得：Vc=Cvkv/TmapXvfYv=189.8*1/(60^0.2)(0.3^0.15)(0.15^0.2)=146.56m/min。精車(chē)φ450-0.017外圓柱面，背吃刀量ap=0.3mm，故代入切削速度公式得：Vc=Cvkv/TmapXvfYv=189.8*1/(60^0.2)(0.3^0.15)(0.15^0.2)=146.56m/min。綜上所述，精車(chē)φ90右端面、φ450-0.017外圓柱面的理論切削速度Vc=146.56m/min，進(jìn)給量f=0.15mm/r，背吃刀量ap=0.3mm。理論主軸轉(zhuǎn)速n=1000v/πd=518.34r/min查表5-63得取實(shí)際轉(zhuǎn)速n=500r/min，故其精車(chē)φ90右端面實(shí)際切削速度Vc=141.37m/min，精車(chē)φ450-0.017外圓柱面Vc=70.69m/min。（2）工時(shí)定額計(jì)算：（查表2-24）基本時(shí)間：①精車(chē)φ90右端面：l1=ap/tankr+(2~3)=2mm，l2=3mm，l3=0mm，L=(d-d1)/2+l1+l2+l3=(90-45)/2+2+3+0=27.5mm，故Tj=Li/fn=27.5*1/(0.15*(500/60))=22s②精車(chē)φ450-0.017外圓柱面：l1=ap/tankr+(2~3)=2mm，l2=3mm，l3=0mm，L=l+l1+l2+l3=41+2+3+0=46mm，故Tj=Li/fn=46*1/(0.15*(500/60))=36.8s（3）本工序切削用量及基本時(shí)間列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s精車(chē)φ90右端面0.30.152.368.3322精車(chē)φ450-0.017外圓柱面0.30.151.188.3336.8三、夾具總體設(shè)計(jì)1.定位方案（1）定位方案設(shè)計(jì)因?yàn)樵趫A柱面上加工φ4銷孔，水平放置，便于加工。將其完全定位，可以采用：φ20孔內(nèi)用心軸定位限制4個(gè)自由度，這樣既簡(jiǎn)單又方便（如圖）；夾具體限制2個(gè)自由度，螺母用于夾緊，定位可靠，加工穩(wěn)定，所設(shè)計(jì)的定位方案，總共限制了工件的6個(gè)自由度，屬于完全定位，不存在過(guò)定位。（2）定位方案草圖夾具的定位方案采用心軸定位，可以滿足定位方案分析過(guò)程中對(duì)自由度的要求，無(wú)欠定位，不存在過(guò)定位。如下圖所示，1為心軸，2為夾具體，3為需加工零件。（3）定位誤差計(jì)算夾具的主要定位是一平面和心軸的過(guò)渡配合。由于工件的定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，以及工件的定位基準(zhǔn)面與夾具定位元件的定位表面存在制造誤差，會(huì)引起工件的工序基準(zhǔn)偏離理想位置，產(chǎn)生加工誤差，稱之為定位誤差，常用符號(hào)來(lái)表示。查表3-2得ΔD=ΔW=（δD+δd）/2故總定位誤差=ΔD+ΔW=δD+δd=0.066<0.6滿足要求。2.夾緊機(jī)構(gòu)（1）夾緊方案設(shè)計(jì)螺母夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊行程大，具有增力比大、自鎖性能好兩大特點(diǎn)，為了減少夾緊和松開(kāi)工件用時(shí)（輔助時(shí)間），使用快速裝卸螺母夾緊機(jī)構(gòu)。快速人工夾緊，調(diào)節(jié)夾緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力。（2）夾緊方案草圖（3）夾緊力計(jì)算與校驗(yàn)此工件以內(nèi)孔定位，端面夾緊，其夾緊力公式為：F=3KFJD/2(f1(D31-d3)/(D21-d3)+f2(D32-d3)/(D22-d3))因?yàn)殂@削屬于連續(xù)切削，查表3-6故取安全系數(shù)K=2,查表3-7故取摩擦系數(shù)f=0.2其中FJ約等于鉆削軸向力Ff=CFdz0FfyFkF查表2-15得其軸向力CF=410N，zF=1.2，yF=0.75，故Ff=CFdz0FfyFkF=410×（4×10-3）1.2×0.20.75×1.04=673N故F=3KFJD/2(f1(D31-d3)/(D21-d3)+f2(D32-d3)/(D22-d3))=3×2×673×125/2×(0.2×(403-203)/(402-202)+0.2×(403-203)/(402-202))=11.5N校核：取螺桿的材料為45鋼，許用應(yīng)力為σs/(3~5)，取σs=355MPa，得許用應(yīng)力為118.3MPa。取螺桿公稱尺寸為M20，則小徑d1取17；T=50750N·mm；；軸向力F=5748.5N。故計(jì)算可得危險(xiǎn)截面的應(yīng)力為：σca=91.12MPa≤[σ]=118.3MPa滿足要求3.導(dǎo)向裝置（1）設(shè)計(jì)說(shuō)明由于選用了Z525立式鉆床，故需用鉆套作為對(duì)刀裝置。該孔在同一步工序中經(jīng)過(guò)多個(gè)工步的加工，生產(chǎn)批量為中批量生產(chǎn)，采用快換鉆套（參看JB/T8045.3-1999），鉆套磨損后，可以迅速更換。夾具設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好，易于維修成，本較低。（2）導(dǎo)向裝置二維工程圖4.夾具與機(jī)床連接元件（1）設(shè)計(jì)說(shuō)明因?yàn)榧庸ご肆慵x用的機(jī)床為Z525型立式鉆床，其相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：從工作臺(tái)T型槽中心到導(dǎo)軌距離為150mm，主軸軸線到導(dǎo)軌面距離為250mm，Z525鉆床工作臺(tái)上T型槽數(shù)為兩個(gè)，兩槽間距為200mm，其槽的形狀尺寸如下圖所示：根據(jù)T型槽尺寸，選擇公稱尺寸為M12的T型槽快卸螺栓（參看JB/T8007.2-1999），如果損壞易于更換，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好，成本較低。根據(jù)T型槽快卸螺栓尺寸，參考設(shè)計(jì)手冊(cè)相關(guān)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了座耳的結(jié)構(gòu)，在夾具體上表面有凸臺(tái)，在進(jìn)行機(jī)加工時(shí)只需要加工凸臺(tái)即可，節(jié)省加工時(shí)間，加工成本較低。（2）夾具與機(jī)床連接元件二維工程圖5.夾具體（1）設(shè)計(jì)說(shuō)明夾具體是夾具的基礎(chǔ)件，夾具的其它各種元件、機(jī)構(gòu)和裝置等要安裝在夾具體上?？紤]到Z525機(jī)床與夾具體的連接，故夾具體的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度應(yīng)與Z525機(jī)床T型槽大致相等。為了留出足夠的安裝空間，我們的夾具體總長(zhǎng)為228mm，總寬為143mm，總高為125mm。選擇其為鑄造件，成本低易加工。（2）夾具體二維工程圖6.使用說(shuō)明本夾具是專用快換式鉆模，用于加工Z525自動(dòng)車(chē)床上Φ4H7的通孔，使用快換鉆套，可以對(duì)工件進(jìn)行擴(kuò)、粗絞、精絞加工。在使用時(shí)先將工件放入，再插入心軸并旋上螺母夾緊進(jìn)行加工即可。進(jìn)入裝配的零件及部件（包括外購(gòu)件、外協(xié)件），均必須具有檢驗(yàn)部門(mén)的合格證方能進(jìn)行裝配。零件在裝配前必須清理和清洗干凈，不得有毛刺、飛邊、氧化皮、銹蝕、切屑、油污、著色劑和灰塵等。7.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)本夾具的最大優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、操作方便。一般的手動(dòng)夾緊就能達(dá)到本工序的要求。為了提高生產(chǎn)力，使用快速螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。本夾具使用的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量較多，經(jīng)濟(jì)性較好，安裝方便，如有損壞更換簡(jiǎn)單，成本較低。8.夾具中標(biāo)準(zhǔn)件清單名稱數(shù)量材料備注緊壓螺釘M3×10145鋼GB/T70.1-2008平墊片1Q215GB/T97