工艺夹具设计

第1章零件的工艺分析及工艺设计

1.1计算生产纲领，确定生产类型

已知任务要求设计的零件为一杠杆。生产纲领为6000件/年，由零件的特征可知，它属于机体类小零件，因此，可以确定其生产类型为大批量生产。

1.2零件的作用

设计要求的杠杆的主要作用是用来支撑，固定的。要求零件的配合是符合要求的。

1.3.零件的工艺性分析和零件图的审查

1.3.1零件材料：

设计零件所用的材料为HT200。该材料的特点是具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。

1.3.2 零件工艺：

该零件是以Φ25H9的孔套在轴上，主要以Φ25H9的孔及端面为其定位基准，包括粗铣Φ40的圆柱体及其凸台表面，粗铣左右两边宽度为Φ30mm的圆柱体上下端面。钻、扩、铰Φ25、Φ10、Φ8的孔。

1.3.3 主要加工表面及其孔的要求：

①Φ40圆柱及凸台：上端面粗糙度为6.3μm，下端面粗糙度为3.2

μm。

②左右两边Φ30mm的上下端面：上下端面粗糙度均为6.3μm。

③Φ25的孔：表面粗糙度为1.6μm，孔倒角为1×45°。

④两个Φ8H7的孔：表面粗糙度为1.6μm。两Φ8H7孔中心与Φ25H9

孔中心的距离均为84±0.2mm.

⑤Φ10H7的孔：孔中心与Φ25H9孔中心之间的距离为48mm，平行

度要求为0.1。

1.3.4 零件图：

图 1-1 杠杆零件图

1.4、毛坯制造方式的选择

1.4. 1 确定毛坯的类型和制造方法

根据零件材料HT200确定毛坯为铸件，又已知零件生产纲领为6000件/年，该零件质量约为1kg，可知，其生产类型为大批量生产，由于零件的结构简单，用锻件是不太可能的，因此，需要先根据零件图，做出铸模，进行铸造，结合零件和经济的考虑，所以毛坯制造最好选用砂型铸造的方法。选用砂型机器造型，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。

1.4.2确定毛胚分型面和浇冒口位置

根据零件形状选择零件最大截面为分型面，采取顶部浇注方法。

1.4.3 确定毛坯技术要求

1）毛坯铸件精度为9级

2）正火处理硬度174～207HBS，以消除内应力，改善切削加工性能。

3）未注圆角为R3mm。

4）起模斜度为0°30′

5）铸件不应有裂痕、砂眼和局部缩松、气孔和夹渣等缺陷。铸件表面应清除毛刺、结瘤和粘砂等。

1.5、拟定工艺路线

1.5.1、定位基准的选择

1.5.1.1 粗基准的选择：

选择零件Φ40圆柱体及凸台上端面作粗基准加工各端面。此外还应保证加工孔时定位准确、夹紧可靠。因此通过对零件的分析，考虑到上述的各方面要求，故可以选择Φ40圆柱体的外轮廓为加工孔的粗基准。

1.5.1.2精基准的选择：

由零件图可知Φ25H9孔及其底面既是装配基准，又是设计基准，用它们作为精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则。且其余各面和孔的加工也可用它们定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，采用了Φ25H9孔和Φ40圆柱体底面做为精基准，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。

1.5.2确定工艺路线

1.5.

2.1 确定各表面的加工方法

根据各表面加工的要求和各种加工方法所能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：粗铣Φ40圆柱体上端面和粗铣左右两边Φ30圆柱体上下端面，半精铣Φ40圆柱体下端面，钻—铰—精绞2×Φ8H7孔、钻—绞Φ10H7孔和钻—扩—铰—精绞Φ25H9孔。

1.5.

2.2 拟定加工工艺路线

加工方案有以下二种，如表2.1和表2.2所示。

1.5.3工艺路线方案的分析与比较：工序集中与分散

方案一：按工序集中原则组织工序，先在一台铣床上将Φ40圆柱体和Φ30圆柱体的端面全部都铣好，然后将Φ25H9、Φ10H7、2×Φ8四个孔在一台钻床上将孔加工完成。该方案的优点是：工艺路线短，减少了工件装夹次数，易于保证加工面的相互位置精度，需要的机床数量少，减少工件在工序间的运输，减少辅助时间和准备终结时间。

方案二：按工序分散原则组织工序，先在一台铣床上将Φ40柱体的两端面铣好，再在钻床上钻好Φ25H9，然后以Φ25H9和一端面为基准加工零件的其它面和孔。该方案的优点是可以采用通用夹具；其缺点是工艺路线长，增加了工件的装夹次数。

总结，由于该零件确定的生产类型为单件大批生产，所以可以采用自动机床并配以专用夹具加工零件，尽量使工序集中以满足生产率和保证质量的要求，综合比较，考虑选择方案一更为合理，即要求按工序集中原则组织工序加工。

1.5.4 加工设备及工艺装备的选择

由于生产类型为单件大批生产,故加工设备宜以通用机床为主.其生产方式为以通用机床加专用夹具为主,辅以少量专用机床的流水式生产线。工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工来完成。

1.5.4.1 加工设备及刀、夹、量具的选择

1）铣面时。考虑到工件的定位方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择X62W立式铣床。选择C类可转位面铣刀，专用夹具和游标卡尺。

2）钻孔时。所要加工的孔的最大直径为25mm,故可选用Z525立式铣床，直柄麻花钻，扩、铰孔专用刀具。采用专用夹具，专用量具。

1.5.4.2 具体选择机床设备及工艺设备

表1.3加工设备及刀具、量具的选择

1.6、加工余量、切削用量的设计

1.6.1确定加工余量

经查表后结合零件形状及要求选择毛胚余量为3mm，工序余量见下表。

1.6.2确定工序尺寸及公差

确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。当无基准转换时同一表面多次加工的工序尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。有基准转换时，工序尺寸应用工艺尺寸链来算。具体见下表：

表1.4 加工工序余量及工序尺寸

1.7、机床加工参数、工时定额的确定 1.7.1加工2×φ8H7孔的参数

1.7.1.1 钻D=φ7.8mm

选用立式钻床Z525，直柄麻花钻，，钻头材料为硬质合金YG8钻头直径为7.8mm 。

参考机床技术参考表，取钻φ7.8孔的进给量f=0.3mm/r,查有关资料得其切削速度为V=0.435m/s=26.1m/min,由此算出转速为： n=

d

V

π1000=1039m/min

按机床实际转速取n=960r/min,则实际切削速度为 V=

1000

dn π=22.6m/min

1.7.1.2 铰D=φ7.96mm

查表，可先用铰刀铰孔

进给量：f=(0.8～1.2)mm/r ，取f=0.8mm/r 切削速度V=（1.0～1.3）m/s ，取V=1.0m/s

则n=1000V/πd=40.0r/s=2403.6r/min ，取n=1360 r/min 所以，实际切削速度V=33.9m/min 1.7.1.3 精铰D=φ8H7

进给量f=1.2mm/r 取切削速度V=1.3m/s

则n=1000V/πd=51.8r/s=3105r/min ，取n=1360 r/min 所以，实际切削速度V=34.2m/min

1.7.2加工2×φ8H7孔的时间定额计算：

1.7.

2.1机动时间

参考机械工艺手册，得钻孔的计算公式为：t j

=

fn

l l l 2

1++，其中

L 1=

r k D cot 2

+(1～2)，L 2

=1～4,钻盲孔时取L 2=0，D 为孔径。

对于孔2×φ8H7mm ：

钻孔φ7.8时：

L

1=)

2

118

cot(

2

8.7

+1.5=3.84mm，L=15mm,取L

2

=3mm。

将以上数据及前面已选定的f和n代入公式，得

2t

j =2×

960

3.0

3

84

.3

15

?

+

+

=0.16min

铰孔φ7.96时：

L

1=

45

cot

2

8.7

96

.7-

+1.5=1.58mm

2t

j =2×

1360

3.0

3

58

.1

15

?

+

+

=0.1min

精铰孔φ8H7时：

L

1=

45

cot

2

96

.7

8-

+1.5=1.53mm

2t

j =2×

1360

3.0

3

53

.1

25

?

+

+

=0.14min

所以加工孔2×φ8H7的机动时间为：

t1=0.16+0.1+0.14=0.4min

1.7.

2.2钻床有关工步辅助时间

查表得：

开停车0.015min 主轴变速0.025min 升降钻杆0.015min 适切0.18min

加冷却液0.03min 清除铁屑0.04min 卡尺测量0.10min 主轴运转0.02min

总计：t2=0.015+0.025+0.015+0.18+0.03+0.04+0.10+0.02=0.425min 1.7.2.3装卸工件时间

查表得在组合夹具上装卸形状简单，小于十千克的装卸时间为t3=1min。1.7.2.4钻床布置工作地，休息与生理需要时间

查表得占操作时间百分比为10.3%，即t4=（0.4+0.425+1）*10.3%=0.19min 1.7.2.5钻床准备终结时间

查表得：t5=（26+1+10+7+2+5+7）/6000≈0.01min

故算得时间定额为t=t1+t2+t3+t4+t5=2.025min

第2章夹具设计

2.1 零件图分析：

加工该工件Φ8的孔，精度等级为IT6级，中批量生产且有位置精度要求，由此可知应保证其存在的位置精度，而该精度需由钻头和夹具共同保证。

2.2设计方案选择

为保证孔前后位置要求，必须限制Y的移动和X的转动。为保证孔左右位置要求，必须限制X的移动、Z的转动及Y的转动。因加工孔为通孔，故上下位置可不用限制。

由于在加工Φ8孔时Φ25孔和Φ10孔都已粗加工完成，故加工Φ8孔时有两种方案：

（1）采用Φ25孔和Φ30圆柱面外表面，以及为Φ40圆柱底面定位基准；

（2）采用Φ25孔和Φ10孔，以及Φ40圆柱底面为定位基准，即一面两孔定位。

方案一可采用圆柱销和短V型块定位，方案二可采用一个圆柱销和一个菱形销定位。由于Φ10孔太小，且菱形销所需长度过长，易造成菱形销不稳，故不采用方案二。而圆柱销与V型块的组合拆装较为方便，故选用方案一。

2.3 定位分析：

定位方案的确定及定位元件的选用：用大平面与工件底面接触限制Z的移动、X的转动以及Y的转动作为辅助定位。用短圆柱销与工件Φ25的内孔壁接触限制X的移动，Y的移动作为主定位。用短V形块限制Z的转动作为辅助定位。所以：该定位方案采用的定位元件共限制了X的移动转动、Y的移动转动、Z的移动转动，属于完全定位，符合定位要求。

2.4 对刀及引导装置选用及设计

钻Φ8孔时为保证精度，可设计专用钻套对刀引导。

2.5 夹紧机构设计

短圆柱销与Φ25孔定位处可选用螺旋夹紧。由于夹紧力是面接触，选用的螺

纹直径为Φ16的非标准双头螺柱；短V型块辅助定位可在V型块与Φ30圆柱体接触的背面采用螺旋夹紧，夹紧件为专门设计的带螺纹手杆；为防止钻孔时Φ30圆柱体上下震动，在Φ30圆柱体下端采用专门设计的空心螺栓做辅助支撑。

2.6 夹紧操作动作说明

把工件Φ25的孔套入双头螺杆中间的圆柱销，在旋转工件，使要加工的Φ8孔到达钻套下方，用V型块定位，再拧紧Φ16的螺母，拧紧手杆，最后拧紧Φ8孔下方的空心螺钉作为辅助支承。

设计心得

一周时间的课程设计用了2周多的时间总算圆满结束了。刚开始的几天时间

内基本都是在找资料中度过，学校的图书馆资源有限，我们组的几个同学都没借到什么好资料回来，这次课程设计真的是困难重重。为了完成这次课程设计，我们都只好去求帮助班上的高手，从他们那里得到了点资料，看过后才能对此次设计任务有了大概的了解。因为老师都比较忙，所以在课程设计过程中出现的问题我基本都是像他们请教，同学们也很热心的为我解答，给与了我很大的帮助。因此，这次课程设计的任务能够完成，很大的程度都得助同学们的帮助。

这次课程设计是一次宝贵的学习经历，将会在我以后的人生道路上起到重大影响作用。通过这次课程设计我也知道了合作的重要，一组的人一定要认真合作才能又快又准的完成任务，正如团结就是力量。这不管是对我现在还是以后的学

习和工作中，都有着极其重要的意义，也是我人生路上得到的一笔宝贵的经验。

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参考文献

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