安徽机电职业技术学院机械制造工艺与机床夹具方套的工装设计---说明书

安徽机电职业技术学院

课程设计

课程机械制造工艺与机床夹具题目方套的工装设计

系部机械工程系

班级机制3062

姓名刘武

学号

指导教师

设计时间

设计任务书………………………………………….

课程设计说明书正文………………………………...

绪论…………………………………………………...一. 零件的分析…………………………………………………(一)零件作用……………………………………………….（二）零件的工艺分析………………………………………………………

二.工艺规程设计............................................................................................. (一)确定毛坯的制造形式…………………………………………………..（二）基面的选择…….………………………………………………………（三）制定工艺路线……………………………………………………………（四）确定毛坯的加工余量及毛胚尺寸，设计毛坯零件综图合………………………………………………………………. （五）工序尺寸的确定……………………………………….

(六)确定切削用量及基本工时……………………………... 三．专用夹具设计…………………………………………...（一）设计主旨………………………………………………..

(二)夹具设计…………………………………………………

四. 课程设计心得体会………………………………………..

致谢………………………………………………………参考文献………………………………………………….

设计任务书

安徽机电职业技术学院机械制造工艺学课程设计任务书设计题目设计“方套”零件的机械加工工艺规程及工艺装置

（生产纲领：5000）设计内容：1、产品零件图

2、产品毛坯图

3、机械加工工艺过程卡片

4、机械加工工序卡片

5、夹具设计装配图

6、夹具设计零件图

7、课程设计说明书

班级：机制3062

设计者：刘武

指导教师：鲍光明教授

教研室主任：

年月日

绪论

机械加工工艺与工装课程设计是学生学完了机械制造工艺与装备课程后，对机械加工工艺过程、机械加工工艺和机床夹具结构进一步了解的练习性的教学环节，是学习深化与升华的重要过程，是对学生综合素质与工程实践的能力培养应在指导教师指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。

在课程设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。

应学会依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。

通过课程设计，应能树立正确的设计思想；培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工作设计中，应能树立正确的工程意识与经济意识，树立正确的生产观点、经济观点与全局观点

该课程设计是学完本课程之后的一项重要的实践，是我们步入社会的一次深刻的链接，考察了我们独立设计，计算，绘图和分析的能力，同时提高了我们查阅各种设计手册的能力，通过该课程设计我们了解了夹具设计的一般步骤，需要用到的一些结构都需要我们认真查阅后绘制到图纸上，通过课程设计我们学会了很多课本上没有的知识。

一、零件的分析

（如图1所示方套零件图，下面就该零件的工艺分析过程进行分析）

图1

(一)零件作用

题目所给的零件方套用于其他零件的配合，要求有一定精度要求及适当刚度与强度，材料为45钢方槽位联接结面用于呈受传递力之用。

（二）零件的工艺分析

方套零件主要有以方孔和以深孔为中心的俩组加工表面。

1，是以方孔为中心的加工表面。

这组加工表面有方孔面上顶面，凸台面及其周围的5个直径为8.5的（直径为14的）孔面。

2.以深孔为中心的加工表面，两侧面及底面，与底面成26度的斜面。

二.工艺规程设计

(一)确定毛坯的制造形式

零件的材料为45钢，要求有一定的强度要求，轮廓尺寸不大，且形状亦不太复杂，又属大批大料生产，做毛坯可采用模锻成型。

毛坯尺寸通过查表与计算加工余量后决定。

（二）基面的选择就

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择正确、合理，可以保证加工质量，提高生产率。否则会使加工过程出现许多问题，产生废品，使生产无法进行。

1.粗基准的选择

按照促基准的选择原则，为保证不加工面和加工面的位置要求，应选择不加工面为粗基准，故此处应选择B面为粗基准铣A面，在以铣好的A面作为基准铣B面，这样符合互为基准的原则。

2. 精基准的选择

精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当工序基准与设计基准不重合

时，应进行尺寸换算。主要以加工好的A面作为基准。

（三）制定工艺路线

制定工艺路线应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。生产纲领以确定为大批大量生产的条件下，可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。还应考虑经济，以降低生产成本。

1、工艺路线方案一

工序1：模锻

工序2：热处理（正火）

工序3：铣A面

工序4：铣B面

工序5：铣凸台R53圆弧面

工序6：铣左右两侧面

工序7：铣下侧面

工序8：铣上侧面及与圆弧R67相交的台阶面

工序9：铣30的方槽

工序10：倒角

工序11：钻90度锁紧螺钉孔

工序12：用麻花钻钻5xΦ8.5孔钻通

工序13：用锪孔钻锪5XΦ14的孔

工序14：用深孔钻钻Φ8的孔

工序15：绞Φ8的孔

工序16：去毛刺

工序17：检验

工序18：入库

2、工艺路线方案二

工序1：模锻

工序2：热处理（正火）

工序4：铣B面

工序5：铣凸台R53圆弧面

工序6：铣左右两侧面及下侧面

工序7：铣上侧面及与圆弧R67相交的台阶面

工序8：铣30的方槽

工序9：倒角

工序10：钻90度锁紧螺钉孔

工序11：用麻花钻钻5xΦ8.5孔钻通

工序12：用锪孔钻锪5XΦ14的孔

工序13：用深孔钻钻、绞Φ8的孔

工序14：去毛刺

工序15：检验

工序16：入库

3、工艺方案的比较与分析

上述两种方案均无原则性错误，但方案一工序太分散不利于提高加工精度及生产率，方案二比方案一工序集中减少了装夹次数有利于提高加工精度及生产率，考虑到便与装夹和提高加工精度及生产率所以确定方案为。

工序1：模锻

工序2：热处理（正火）

工序3：铣A面

工序5：铣凸台R53圆弧面

工序6：铣左右两侧面

工序7：铣下端面

工序8：铣上侧面及与圆弧R67相交的台阶面

工序9：铣30的方槽

工序10：倒角

工序11：钻90度锁紧螺钉孔

工序12：用麻花钻钻5xΦ8.5孔钻通

工序13：用锪孔钻锪5XΦ14的孔

工序14：用深孔钻钻、绞Φ8的孔

工序15：去毛刺

工序16：检验

工序17：入库

（四）确定毛坯的加工余量及毛胚尺寸，设计毛坯零件综合图(1) 确定机械加工余量：钢质模锻件的机械加工余量按有关标准确定。确定时

根据估算的锻件质量、加工精度及锻件形状复杂系数，由附表1可查的除孔外表面加工余量。

○1锻件质量：零件质量m=ρv≈7.88x(8x8x3.3-3x3.5x3.3-3.14x0.4x0.4x8-3.14x0.7x0.7x3-0.3x3.4x8-0.5x 2.8x8)=1.17kg

由零件质量估算毛坯质量为2.0kg。

○2加工精度：零件的各表面均为一般加工精度。

○3锻件形状复杂系数S为S=M锻件/M外轮廓包容体

M外轮廓包容体=lxlxhxρ=8.4x8.4x3.7x7.85≈2050g=2.05kg

故S=2/2.05≈0.976

按下表1查得形状复杂系数为S，属一般级别F1。

表1锻件形状复杂系数S

○4机械加工余量：根据锻件质量，F1,S1，查【1】中附表1得该零件的单边余量：厚度方向为1.7-2.0mm，水平方向为1.7-2.2mm。

（2）确定毛坯尺寸：因该零件机械加工表面粗糙度要求均为Ra=12.8mm。故单边加工余量均取2mm，则毛坯尺寸见下表2

（3）设计毛坯的零件综合图。

○1确定毛坯尺寸公差：毛坯尺寸公差根据锻件质量、形状复杂系数分模线形状种类及锻件精度等级从手册中查得。本零件锻件质量2.0kg，形状复杂系数为S1，45号钢含碳量为0.42%～0.50%，其中最高含碳量为0.5%，按表3查得锻件材料系数为M1，采取平直线分模，锻件为普通精度等级，则毛坯公差可从【1】中附表2、附表3查得，列表4

表4方套毛坯（锻件）尺寸允许偏差/mm

○

2 确定圆角半径：本锻件H/B 皆小于2；故可用下式计算圆角半径 r=0.05H+0.5 为简化起见，以最大H 计算

r=(0.05x37+0.5)mm=2.35mm (取r=2.5mm) ○

3 确定拔模角度： L/B=84/84=1

H=37/84=0.44 查【1】中附表4得a=5度

○

4 确定分模位置；由毛坯图所示 ○

5 确定毛坯热处理形式。钢质毛坯经锻造后应安排正火，以消除残余的锻造应力，并细化，均匀组织，从而改善其加工性能。

五、工序尺寸的确定

因该零件图的精度要求不高，每个加工面经过一道工序加工均能达到图纸所示的

(六)确定切削用量及基本工时

加工条件：45钢正火，模锻，σb=650MP

工序3：铣A面

选用机床x51，铣刀为镶齿套式端面铣刀（高速钢）,外经为100mm，齿数z为20 见[2]中表3.1—37 ,

每齿进给量0.04mm=

切削速度20m/min=< v c <=45m/min ，取v c=30m/min 见【3】中表2-22

n s=1000 v c/πd=1000x30/πx100 r/min=95.6r/min ,按机床选取n w=100r/min 见【3】中表3-9 故实际切削速度v=πd n w/1000=πx100x100/1000 m/min=31.5 m/min 工作台的每分钟进给量f m= f z z n w=0.05x20x100 mm/min=100mm/min 查机床说明书及【2】中表4.2—37，刚好有f m=100 mm/min 故直接选用。

切削工时：t m=L/f m=(l+l1+l2+l3+d)/f m =(80+10+10+100)/100 min=2min

工序4：铣B面

选用机床x51，铣刀为镶齿套式端面铣刀（高速钢）,外经为100mm，齿数z为20 见[2]中表3.1--37

每齿进给量0.04mm=

切削速度20m/min=< v c <=45m/min ，取v c=30m/min 见【3】中表2-22

n s=1000 v c/πd=1000x30/πx100 r/min=95.6r/min ,按机床选取n w=100r/min 见【3】中表3-9 故实际切削速度v=πd n w/1000=πx100x100/1000 m/min=31.5 m/min 工作台的每分钟进给量f m= f z z n w=0.05x10x100 mm/min=50 mm/min 查机床说明书及【2】中表4.2—37，刚好有f m=50 mm/min 故直接选用。

切削工时：t m=L/f m=(l+l1+l2+l3+d)/f m =(80+10+10+100)/50 min=4 min

工序5：铣凸台R53圆弧面

选用机床xK5032立式升降台数控铣床，铣刀为立铣刀Ф26 L=100mm 见【2】中表3.1-29

取F=100 mm/min N=800 r/min v=πd N/1000=πx26x800/1000 m/min=65.31 m/min 铣刀的行程：作图计算L=l+l1+l2+l3=900

切削工时：t m=L/F=900/100 min=9 min

工序6：铣左右两侧面

选用机床x51 铣刀为立铣刀（高速钢）Ф10 齿数z为4

每齿进给量0.1mm=

每转进给量f= f zZ=0.12x4 mm/r=0.48mm/r

切削速度20m/min=< v c <=45m/min ，取v c=20m/min 见【3】中表2-22

n s=1000 v c/πd=1000x20/πx10 r/min=636 r/min ,按机床选取n w=590 r/min 故实际切削速度v=πd n w/1000=πx10x590/1000 m/min=18.5 m/min

切削工时：t m=2(l+l1+l2)/f n w =2(80+1515)/0.48x590 min =0.78 min

工序7：铣下端面

选用机床x51 铣刀为立铣刀（高速钢）Ф10 齿数z为4

每齿进给量0.1mm=

每转进给量f= f zZ=0.12x4 mm/r=0.48mm/r

切削速度20m/min=< v c <=45m/min ，取v c=20m/min 见【3】中表2-22

n s=1000 v c/πd=1000x20/πx10 r/min=636 r/min ,按机床选取n w=590 r/min 故实际切削速度v=πd n w/1000=πx10x590/1000 m/min=18.5 m/min

切削工时：t m=(l+l1+l2)/f n w =(80+1515)/0.48x590 min =0.39 min

工序8：铣上侧面及与圆弧R67相交的台阶面

选用机床x51 铣刀为立铣刀（高速钢）Ф10 齿数z为4

(1) 工步1：铣上侧面

每齿进给量0.1mm=

每转进给量f= f zZ=0.12x4 mm/r=0.48mm/r

切削速度20m/min=< v c <=45m/min ，取v c=20m/min 见【3】中表2-22

n s=1000 v c/πd=1000x20/πx10 r/min=636 r/min ,按机床选取n w=590 r/min 故实际切削速度v=πd n w/1000=πx10x590/1000 m/min=18.5 m/min

切削工时：t1=(l+l1+l2)/f n w =(80+1515)/0.48x590 min =0.39 min (2) 工步2：铣与圆弧R67相交的台阶面

每齿进给量0.1mm=

每转进给量f= f zZ=0.12x4 mm/r=0.48mm/r

切削速度20m/min=< v c <=45m/min ，取v c=20m/min 见【3】中表2-22

n s=1000 v c/πd=1000x20/πx10 r/min=636 r/min ,按机床选取n w=590 r/min 故实际切削速度v=πd n w/1000=πx10x590/1000 m/min=18.5 m/min

切削工时：t2=(l+l1+l2)/f n w =(80+1515)/0.48x590 min =0.39 min

则总切削工时：t m=t1+t2=0.39+0.39 min=0.78 min

工序9：铣30+0.2+0.1的方槽

选用机床x63 高速钢镶齿三面刃铣刀Ф160mm L=30mm 齿数z为26 每齿进给量0.04mm=

每转进给量f= f zZ=0.05x26 mm/r=1.3mm/r

切削速度20m/min=< v c <=45m/min ，取v c=30m/min 见【3】中表2-22

n s=1000 v c/πd=1000x30/πx160 r/min=59.7 r/min ,按机床选取n w=60r/min 故实际切削速度v=πd n w/1000=πx160x60/1000 m/min=30.14 m/min

切削工时：t m=(l+l1+l2+d)/f n w =(33+20+10+160)/1.3x60 min =2.86 min 其中: 切入l1=20mm切出l2=10mm ,l=33mm , d=Ф=160mm

工序10：倒角

选用机床x51 铣刀为立铣刀（高速钢）Ф10 齿数z为4

每齿进给量0.1mm=

每转进给量f= f zZ=0.12x4 mm/r=0.48mm/r

切削速度20m/min=< v c <=45m/min ，取v c=20m/min 见【3】中表2-22

n s=1000 v c/πd=1000x20/πx10 r/min=636 r/min ,按机床选取n w=590 r/min

故实际切削速度v=πd n w/1000=πx10x590/1000 m/min=18.5 m/min

作图计算铣刀的路径L=2（l1+l2+l3+l4+l5+l6）=2（5.7+10+10+12+10+10）

=105.4 mm

则切削工时：t m=L/fn w =105.4/0.48x590 min=0.38min

工序11：钻90度锁紧螺钉孔

选用机床Z525 Ф8的沉头孔钻进给量f =0.20mm/r 见【3】中表2-23

切削速度取v c=30m/min 见【3】中表2-20

n s=1000v c/πd=1000x30/πx8 r/min=1194 r/min ,按机床选取n w=960r/min 见【3】中表3--9

故实际切削速度v=πd n w/1000=πx8x960/1000 m/min=24.12m/min

切削工时：t m=(l+l1)/f n w =(5+3)/0.20x960min =0.042 min

工序12：用麻花钻钻5xΦ8.5孔钻通

选用机床Z525 Ф8.5的麻花钻进给量f =0.20mm/r 见【3】中表2-23

切削速度取v c=30m/min 见【3】中表2-20

n s=1000v c/πd=1000x30/πx8.5 r/min=1124 r/min ,按机床选取n w=960r/min 见【3】中表3--9

故实际切削速度v=πd n w/1000=πx8.5x960/1000 m/min=25.6m/min

切削工时：t m=(l+l1+l2)/f n w =(30+6+3)/0.20x960 min =0.2 min

其中: 切入l1=6mm切出l2=3mm ,l=30mm

工序13：用锪孔钻锪5XΦ14的孔

选用机床Z525 Ф14的锪孔钻

根据有关资料，锪孔时进给量及切削速度均为钻孔式的1/2—1/3

故进给量f =0.4x f钻=0.4x0.32=0.128mm/r 取f =0.13mm/r

切削速度取v c=40x1/3 m/min=13.33 m/min

n s=1000v c/πd=1000x13.3/πx14r/min=302.5 r/min ,按机床选取n w=272r/min 见【3】中表3--9

故实际切削速度v=πd n w/1000=πx14x272/1000 m/min=11.96m/min

切削工时：t m=(l+l1)/f n w =(25+5)/272x0.13 min =0.84 min

其中: 切入l1=5mm , l=25mm

工序14：用深孔钻钻、绞Φ8的孔

选用机床Z525 Ф8的麻花钻及Ф8的铰刀

(1) 工步1：用深孔钻钻Φ8的孔

进给量f =0.20mm/r 见【3】中表2-23

切削速度取v c=30m/min 见【3】中表2-20

n s=1000 v c/πd=1000x30/πx8 r/min=1194r/min ,按机床选取n w=960r/min 见【3】中表3--9

故实际切削速度v=πd n w/1000=πx8x960/1000 m/min=24.12m/min

切削工时：t m=(l+l1+l2)/f n w =(80+10+4)/0.20x960 min =0.49 min

其中: 切入l1=10mm切出l2=4mm ,l=80mm

(2) 工步2：绞Φ8的孔

进给量f =2f钻=2x0.20=0.40 mm/r 切削速度取v c=(1/2~1/3)v钻

取v c=0.4v钻=0.4x30 m/min=12 m/min 见【3】中表2-20

n s=1000 v c/πd=1000x12/πx8 r/min=477r/min ,按机床选取n w=392r/min 见【3】中表3--9

故实际切削速度v=πd n w/1000=πx8x392/1000 m/min=9.85m/min

切削工时：t m=(l+l1+l2)/f n w =(80+10+4)/0.40x392min =0.599min

其中: 切入l1=10mm切出l2=4mm ,l=80mm

三、专用夹具设计

为了提高劳动效率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。经过和指导老师协商，决定设计第九道工序——铣30+0.2+0.1 mm的方槽的铣床夹具。本夹具用于x63卧式铣床。高速钢镶齿三面刃铣刀。

（一）设计主旨

本夹具主要用来粗铣深30+0.2+0.mm，宽30+0.2+0.mm的方槽，因为采用直径为Ф160mm的高速钢镶齿三面刃铣刀铣削30+0.2+0.1mm的方槽,因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产效率，降低劳动强度。

（二）夹具设计

1、定位基准的选择

经分析可知，由于φ32孔和其两端面已经经过精加工，且采用φ32孔定位便于保证加工质量和位置要求，避免了夹具在结构上过于复杂，因此采用φ32的孔作为主要定位基准面。为了保证加工强度采用辅助支承。

2、切削力及夹紧力的计算

切削刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，Ф160mm，z=26，则

F=С

f а

хf f

yfа

nf z/d

qf n wf

式中，С

f =650，а

=2 х

=1.0 f

=0.05 y

=0.65 а

=6 n

=0.83 z=26 d

=160

q f =0.83 n=475 w

F=30×3×0.0260.65×60.83×20/800.83×4750=19.56N 水平分力：F

=1.1F=1.1×19.56=21.516N

垂直分力：F

=0.3F=0.3×19.56=5.868N

夹紧力计算： F

j =KF

计

其中F

计=21.516N,K=K

K 1——基本安全系数，K

=1.5；

K 2——加工性质系数，K

=1.1；

K 3——刀具钝化系数，K

=1.1；

K 4——断续切削系数，K

=1.1。

则 F

j =KF

计

=1.5×1.1×1.1×1.1×21.516=42.96N

因此，夹紧力大于切削力，故本夹具可安全工作。

3、定位误差分析

⑴、定位元件尺寸及公差的确定。本夹具的主要定位元件为φ32的短心轴和相

应的平面，因此该定位轴的尺寸与公差与相配的孔的尺寸公差相同，即为φ32H8。

⑵、基准不重合误差：因其定位基准和工序基准不重合，因此存在基准不重合误差。为自由误差，由毛坯决定。

⑶、基准位移误差：因为是心轴和孔定位，因此，存在基准位移误差。ΔY=

D +δ

+Χ

min

=0.027+0.027=0.054mm

4、夹具设计及操作的简要说明

在设计夹具时，为了提高生产率，应使夹紧装置简单易于装夹。为了满足夹紧力要求采用螺纹螺母夹紧。

夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件加工之前与塞尺配合使用很好的对刀；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。

铣床夹具的装配图见附图

课程设计心得体会

短暂的两周工艺夹具设计实习在匆匆忙忙中过去了，这次的实习让我受益非浅，学到了很多新的东西，比如工艺设计的流程，加工方案的确定，加工的顺序，刀柄刀具的选择，切削用量的选择，以前这些数据都是随便定的，通过这次的实习才知道真正设计的时候都是要通过查阅相关的手册得来的。

在两个星期中，我们学习了零件的工艺分析、机床的选用，零件工艺方案设计，包括进给路线、加工余量、切削用量、机床夹具的选择等内容。最终完成零件的机械加工工艺过程卡片，工件的定位和夹紧方案草图，并且在学习以上知识的同时也练习了CAD、UG、数控仿真加工、数控机床加工等知识，既完成了课程，又对以往学习的知识进行了完整的复习，可以说是一举多得。大大提高了我们的专业水平，培养了我们掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养我们掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼我们分析与解决工程实际问题的能力。给我们树立正确的设计思想和培养我们严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。

在过几个月我们即将踏入工作岗位，这次实习正好为我们的未来的打下坚实的基础，让我们更好的适应工作环境，同时也锻炼了我们坚韧不拔，迎难而上的精神。锻炼了我们发现问题，解决问题的能力。使我们的专业知识和水平更加的完善。

我们要发扬实习期间的能力和精神，成为社会有用的人才就，为自己开创美好的未来。

在我实习过程中，我的设计老师鲍光明老师给了我很大的帮助，我了解到了什么叫工艺设计，怎么样去完成一个工件的全部工艺流程，通过查手册，找数据，给设计过程中的所有数据都能有一个详细的标准，这是我的最终学习目的，现在的学习为的就是以后在工作当中的熟练运用，我想在这两周的实习中我的确学到了很多东西，同时也懂得了很多做人的道理

致谢

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参考文献

【1】———机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导书倪森寿主编化学工业出版社【2】———机械制造工艺设计简明手册

哈尔滨工业大学李益民主编

机械工业出版社

【3】———机械制造工艺与机床夹具课程设计指导书

吴拓

方琼珊编

机械工业出版社