夹具设计说明书

设计说明书

河北农业大学

机械制造工艺学课程设计

题目：制定插入耳环的机械加工工艺规程及铣R12.5键槽的夹具设计

学院：机电工程学院

专业班级：机械设计制造及其自动化1401班

学号：2014212010131

学生姓名：李璐

指导教师：弋景刚、姜海勇、杨淑华

教师职称：教授、副教授、讲师

二零一五年七月十五日

目录

序言........................................................................................................................... - 2 -第一章零件分析....................................................................................................... - 2 -

1.1零件的功用分析 ........................................................................................... - 2 -

1.2零件的工艺分析 ........................................................................................... - 2 -第二章机械加工工艺规程制订............................................................................... - 3 -

2.1确定生产类型 ............................................................................................... - 3 -

2.2确定毛坯制造形式 ....................................................................................... - 5 -

2.3选择定位基准 ............................................................................................... - 5 -

2.4选择加工方法 ............................................................................................... - 5 -

2.5制订工艺路线 ............................................................................................... - 6 -

2.6工艺路线及设备，工装的选用 ................................................................... - 7 -

2.7确定加工余量及毛坯尺寸 ........................................................................... - 9 -

2.8确定切削用量和基本时间 ......................................................................... - 10 -第三章夹具设计..................................................................................................... - 11 -

3.1定位误差产生的原因 ................................................................................. - 11 -

3.2常见定位方式中基准位移误差 ................................................................. - 12 -

3.3定位误差的合成 ......................................................................................... - 13 -

3.4夹具设计说明 ............................................................................................. - 14 -总结 (16)

参考文献 (17)

序言

本次课程设计的任务之一是针对生产实际中的一个零件——插入耳环，制订其机械加工工艺规程。该零件的工艺过程中包括了铣平面、车外圆、钻孔、扩孔、攻螺纹等工序，工艺范围广，难易程度适合于工艺课程设计的需要。但唯一不足的是其精度稍低，为锻炼学生的工艺规程设计能力，特将其主要加工工艺公差等级由原IT9级提高到IT7级，延长了加工路线。也就是说本次课程设计的对象是在生产实际中零件的基础上略作改动的零件，特在此予以说明。学生应当在指导老师的指导下，针对具体的设计题目。完成有自己特色的设计。

第一章零件分析

1.1零件的功用分析

题目所给的零件是插入耳环，如图1所示。其作用是用来给晾衣架的上端固定，以及其他一些功能。零件在使用时通过螺

纹连接将其固定住，然后将杆子插入孔中，

只要通过两个零件就可以将杆子固定住

了。

1.2零件的工艺分析

从零件图（见CAD图）上可以看出，标有表面粗糙度符号的表面有平面、外圆表面、退刀槽、内孔、键槽等。其中，表面粗糙度要求最低的是D、E平面，粗糙度为Ra50μm，表面粗糙度要求最高的是Φ35mm轴表面，粗糙度为Ra1.6μm。该轴线是插入耳环的主要设计基准。从表面间的位置精度要求来看，C平面应与

Φ35mm 轴线垂直，Φ32mm 孔的轴线应垂直于Φ35mm 轴线。

从工艺上看，键槽对Φ35mm 轴线的对称度公差为0.1，孔Φ32mm 轴线对Φ35mm 轴线的垂直度公差为0.5/50，可通过使用专用机床夹具来保证。Φ35mm 外圆的公差等级为IT7级，表面粗糙度为Ra1.6μm ，可通过精车保证。平面D 、E 精度要求不高，可以通过粗铣来完成。Φ32mm 孔的粗糙度为Ra6.5μm ，可以通过先钻孔，后扩孔来保证。A 、C 面精度要求不高，其中A 面在零件工作过程中也不起作用，所以通过粗铣就可以达到要求。

对插入耳环零件图进行工艺审核后，可知该零件图视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全，加工要求合理，零件的结构工艺性较好。

第二章机械加工工艺规程制订

2.1确定生产类型

按设计任务书，插入耳环年产量为4000件；每日3班，若插入耳环备品率为8%，机械加工废品率为1%，则该零件的年生产纲领为

年件年）件（/4360/%1%8114000)%%1(=++??=++=βαQn N

可见，插入耳环的年生产量为4360件。插入耳环可看成独立的一部分，属轻型机械。因此，根据表1，由生产纲领与生产类型的关系可确定该零件的生产为中批生产，其毛坯制造、加工设备及工艺装备的选择应呈现中批生产的工艺特点，如多采用通用设备配以专用的工艺装备等，其工艺特点见表2。

2.2确定毛坯制造形式

由该零件的功用及其的工作状况知，插入耳环承受的是静应力，故要求该零件材料应具备足够的强度与韧性。因此，原设计单位选用了既能满足要求，价格又相对低廉的45钢，因此可以确定毛坯的制造形式为锻造。一般工程用45钢的特性和应用见表3。由于该插入耳环为成批生产，由表4中常用毛坯的制造方法与工艺特点选择模锻。

该零件的形状不是十分复杂，因此毛坯的形状与零件的形状应尽量接近。

2.3选择定位基准

定位基准的选择是工艺规程制订中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理的前提。正确与合理地选择定位基准，可以确保加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类、提高生产率。

基准的选择

表面的精度要求最高，其轴线也是该零件的设计基准、装配基准与测量基准。为避免由于基准不重合而产生误差，保证加工精度，应选Φ35mm轴线为基准，即遵循“基准重合”的原则。该基准还可作为大部分工序的定位基准，加工其他的次要表面，体现了“基准统一”的选择原则。

2.4选择加工方法

1．平面的加工

平面的加工方法很多，有车、刨、铣、磨、拉等。对于本零件，面D与面E的粗糙度要求Ra50μm，通过粗铣就可以达到。而对于C面粗糙度为Ra6.3μm通过粗铣也可以达到。而表面A的粗糙度要求为Ra12.5μm根据GB/T 1804-2000规定，选用中等级，相当于IT13级，故可考虑粗车或粗端铣，但由于该零件不是回转体零件，故选择端铣加工方式会较为容易。

2．外圆与退刀槽、攻螺纹

外圆Φ35mm的加工在本零件中很重要。本次选用CA6140车床，由于表面粗糙

度Ra1.6μm，所以采用粗车-半精车-精车的方式。而对于外圆Φ27mm，表面要进行攻螺纹，所以进行粗车就可以了。在粗车过后再用螺纹车刀进行攻螺纹。需要注意的是在攻螺纹工序之前应设置一道倒角工序，或在本工序中先设一道倒角工步，以使攻螺纹顺利进行。

3．孔加工

孔的加工方式有钻、扩、镗、拉、磨等。由于Φ32mm孔内壁粗糙度为Ra6.3μm，所以采用钻-扩，钻孔后扩孔就可以达到这个精度要求，满足安装配合E9，在实际生产中，常用经修磨的麻花钻当扩孔钻使用。由表3知，钻、扩孔的公差等级为IT10~IT12，可以满足加工要求，故用YT锥柄麻花钻和扩孔钻。对于Φ5mm 的销孔，直接用枪孔钻就可以加工出来。

4．键槽加工

由于键槽的要求为Ra3.2μm，所以用X6132万能铣床，进过粗铣-精铣就可以达到。

2.5制订工艺路线

根据零件本身要求及先粗后精的加工原则，制定以下两种工艺方案：

方案一：

工序1：铸造

工序2：时效处理

工序3：粗铣两端面，钻中心孔

工序4：粗车外圆，车Φ27外圆，车Φ24退刀槽，倒角

工序5：半精车Φ35外圆

工序6：粗铣R25两侧面表面

工序7：精车Φ35外圆

工序8：钻，扩，铰Φ32孔

工序9：粗铣A面去除工艺凸台

工序10：钻Φ5孔

工序11：铣Φ25键槽

工序12：车M27x1.5螺纹

工序13：精铣R25侧面

工序14：去毛刺

工序15；终检

方案二：

工序1：铸造

工序2：时效处理

工序3：粗铣R25两侧面表面钻中心孔

工序4：粗车外圆，车Φ27外圆，车Φ24退刀槽，倒角

工序5：钻，扩，铰Φ32孔

工序6：钻Φ5孔

工序7：半精车Φ35外圆

工序8：精车Φ35外圆

工序9：铣Φ25键槽

工序10：车M27x1.5螺纹

工序11：粗铣A面去除工艺凸台

工序12：去毛刺

工序13：终检

工艺方案的比较与分析

上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工端面钻中心孔，然后再以此为基面加工Φ27mm外圆，车Φ24mm退刀槽，倒角，再铣R25mm两侧面表面，加工Φ35mm外圆，之后加工Φ32mm的孔，Φ5mm孔,宽度为8mm的键槽及车螺纹，最后铣去工艺凸台；则与方案二相反，先加工Φ32mm孔，钻Φ5mm的孔，再以此为基面加工Φ35mm外圆，Φ25mm键槽，车M27x1.5螺纹，最后铣去工艺凸台。

经比较可见，先加工Φ32mm孔，以后位置度较易保证，并且定位及装夹都较方便，所以方案一合理。

2.6工艺路线及设备，工装的选用

零件材料为45钢。

生产类型为大批量生产，采用锻造毛坯。

1、不加工表面毛坯尺寸

不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由锻造可直接获得。

2、接入耳环的端面

由于端面要与其他接触面接触，查相关资料知余量留2.5比较合适。

3、接入耳环的孔

毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于IT7—IT8之间，参照参数文献，确定工艺尺寸余量为2mm 。

2.7确定加工余量及毛坯尺寸

（一）确定加工余量

该插入耳环的材料为45钢，屈服强度=s σ500MPa ，抗拉强度=b σ650MPa ，采用模锻且成批生产。根据机械加工后铸件的最大轮廓尺寸可得各加工表面加工余量，如表3所示：

（二）确定毛坯基本尺寸

加工表面的毛坯尺寸只需只需将零件尺寸加上查取的相应加工余量即可，所得毛坯尺寸如表4所示。

（三）确定毛坯尺寸公差

（四）绘制毛坯简图

根据以上内容及砂型铸造的有关标准与规定，绘出毛坯简图，如图2所示：

图2 插入耳环毛坯简图

2.8确定切削用量和基本时间

切削用量包括切削速度、进给量及背吃刀量三项，确定方法是先确定背吃刀量、进给量，而后确定切削速度。不同的加工性质，对切削加工的要求不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也应有所区别。

粗加工时，应尽量保证较高的金属切削率和必要的刀具耐用度，故一般优先选择尽可能大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后根据刀具耐用度要求，确定适合的切削速度。精加工时，首先应保证工件的加工精度和表面质量要求，故一般选用较小的进给量和背吃刀量，而尽可能选用较高的切削速度。 工序9：铣宽度为8mm 的键槽

机床：铣床

刀具：圆铣刀

铣削深度w a ：22w a mm

=

每齿进给量f a ：根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-19，取

Z mm a f /08.0=，

铣削速度V ：参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-20，取

min /)273~232(m V =，

取V =235,0d =80代入以下公式得：

机床主轴转速n ：min /5.93580

14.3235

100010000r d V n =??==

π，根据《机械制造技术基

础课程设计指导教程》表4-15，取min /725r n =

实际铣削速度V '：min /1.1821000

725

8014.310000m n d V ≈??=='π

取z f =Z mm a f /08.0=，20Z =，w n =min /725r n =代入以下公式得： 工作台每分进给量m f ：m in /11607252008.0mm zn f f w z m =??== 根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-43 被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知25 刀具切入长度1l ：22mm 刀具切出深度2l ：2mm

走刀次数为3

取L1=22，L2=2，L3=25,1160=m f 代入以下公式得： 机动时间错误！未找到引用源。

min 043.01160

3

25223211=++=++=

m j f l l l t

第三章夹具设计

3.1定位误差产生的原因

工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。 由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用ΔY 表示。不同的定位方式，基准位移误差的计算方式也不同。

如果工件内孔直径与心轴外圆直径做成完全一致，作无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。但实际上，如图所示，心轴和工件内孔都有制造误差。于是工件套在心轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸H 中附加了工件定位基准变动误差，其变动量即为最大配合间隙。可按下式计算：

ΔY=amax-amin=1/2(Dmax-dmin)=1/2（δD+δd ） 式中： ΔY ——基准位移误差单位为mm ；

Dmax——孔的最大直径单位为mm；

dmin——轴的最小直径单位为mm。

δD——工件孔的最大直径公差，单位为mm；

δd——圆柱心轴和圆柱定位销的直径公差，单位为mm。

基准位移误差的方向是任意的。减小定位配合间隙，即可减小基准位移误差ΔY 值，以提高定位精度。

加工尺寸的基准是外圆柱面的母线时，定位基准是工件圆柱孔的中心线。这种由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差，用ΔB表示。此时除定位基准位移误差外，还有基准不重合误差。

综上：定位误差产生的原因是，定位基准与限位基准不重合及定位基准与工序基准不重合而产生的误差。

3.2常见定位方式中基准位移误差

1.用圆柱定位销、圆柱心轴中心定位

计算式：ΔY＝Xmax=δD+δd

+Xmin（定位心轴较短）

Xmax——工件定位后最大配合间隙；

δD——工件定位基准孔的直径公差；

δd

——圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差；

Xmin——定位所需最小间隙，由设计而定。

注意：基准位移误差的方向是任意的。

当工件用长定位心轴定位时，需考虑平行度要求。

计算式：ΔY＝Xmax=（δD+δd+Xmin）L1／L2

L1——加工面长度；

L2——定位孔长度。

2.定位套定位

计算式：ΔY＝Xmax=δD

+δd+Xmin

δD0——定位套的孔径公差；

δd——工件定位外圆的直径公差。

注意：基准位移误差的方向是任意的。

3.平面支承定位

平面支承定位的位移误差较容易计算，当忽略支承误差且定位基准制作精度较高时，工序尺寸的基准位移误差视为零。

4.V形体定心定位

若不计V形体制造误差，仅有工件基准面的圆度误差时，工件的定位中心会发

生偏移即O

1O

2

＝T1－T2，产生基准位移误差。

即：ΔY＝O

1O

2

=T1－T2

故：对于90°V形体ΔY＝0.707δd。

3.3定位误差的合成

定位误差是两误差的合成即：ΔD=ΔB+ΔY

在圆柱间隙配合定位和V形块中心定位中，当基准不重合误差和位移误差都存在

时，定位误差的合成需判断“＋”、“－”号。

例如：

V形块中：ΔB＝δd／2

当ΔB与ΔY的变动方向相同时：ΔD＝ΔB＋ΔY＝δd／2+ΔY

当ΔB与ΔY的变动方向相反时：ΔD＝ΔB－ΔY＝δd／2－ΔY 键槽的设计基准是：直径为35的圆柱下母线，定位基准为外圆柱面，因此定位

基准与设计基准不一致，存在基准不重合误差，ΔB=Td/2=0.025/2=0.012,

基准位移误差，ΔY=Td/2×sin45=0.017,ΔD＝ΔB＋ΔY= 0.029<0.03,因此

符合键槽的尺寸要求精度。

另外，键槽的对称度，由于V形块具有对中作用，基位移误差为ΔY= 0

ΔB=0.025,ΔD＝ΔB＋ΔY=0.025 <0.03。因此符合要求。（参照机械制造工艺

学教材）

3.4夹具设计说明

使用固定V型块和挡销定位，采用铰链压板夹紧。夹具是制造系统的重要组成部分，夹具对加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响。是能否高效、便捷生产出合格、

优质零件的保证。所以对夹具设计也是非常重要的。

3.5装配图如下：

夹具图如下:

总结

这次设计是大学学习中很重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了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。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。

这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等；也培养了自己综合运用设计与工艺等方面的知识；以及自己独立思考能力和创新能力得到更进一步的锻炼与提高；再次体会到理论与实践相结合时，理论与实践也存在差异。

回顾起此次设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到完成定稿，从理论到实践，在整整一学期的日子里，可以说学到了很多很多的的东西，同时巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的实用，在生产过程中得到应用。在设计的过程中遇到了许多问题，当然也发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次毕业设计，让自己把以前所学过的知识重新复习了一遍。

这次设计虽然顺利完成了，也解决了许多问题，也碰到了许多问题，老师的辛勤指导下，都迎刃而解。同时，在老师的身上我也学得到很多额外的知识，在此我表示深深的感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位教研室指导老师再次表示忠心的感谢！

参考文献

[1]、徐嘉元，曾家驹主编《机械制造工艺学》机械工业出版社97.8

[2]、赵家齐：《机械制造工艺学课程设计指导书》，机械工业出版社

[3]、李益民主编：《机械制造工艺设计简明手册》，机械工业出版社

[4]、艾兴肖诗纲主编.《切削用量简明手册》. 机械工业出版社, 1994

[5] 、浦林祥主编.《金属切削机床夹具设计手册》.机械工业出版社, 1984 [9]、何铭新，机械制图（第五版），高等教育出版社，2008

[6]、《机械制造工艺学》（教材）高等教育出版社2007

[7]、《金属工艺学》（教材）高等教育出版社2007

[8]、《机械工程材料》（教材）高等教育出版社2007