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哈爾濱理工大學
目錄
一 機械制造工藝及夾具課程設計任務書 1
（一）設計題目 1
（二）設計要求 1
（三）設計時間 1
（四）設計內容 1
二 序 言 2
三 零 件 的 分 析 4
（一）零件的作用 4
（二）零件的工藝分析 4
四 工 藝 規(guī) 程 設 計 5
（一）確定毛坯的制造形式 5
（二）基面的選擇 5
（三）制定工藝路線 6
（四）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 9
（五）確定切削用量及基本工時 10
五 夾 具 設 計 13
（一）問題的提出 13
（二） 卡具設計 13
（三） 定位誤差分析 13
（四）夾具設計及操作的簡要說明 14
六 總 結 15
七 參 考 文 獻 16
一 機械制造工藝及夾具課程設計任務書
（一）設計題目
設計“方刀架”的機械加工工藝規(guī)程及此零件“鉆8-M12螺紋底孔”工序的鉆床夾具。
（二）設計要求
中批量生產，手動夾緊，通用工藝裝備。
（三）設計時間
2007年7月2日——2007年7月20日
（四）設計內容
1．繪制零件圖一張。
2．編制零件的加工工藝過程，并填寫加工工藝過程卡及工序卡各一張。
3．設計指定工序的夾具，繪制夾具裝配總圖。（要求計算機繪圖）
4．繪制夾具的非標準零件圖。（要求計算機繪圖）
5．編寫設計說明書一份。（按畢業(yè)論文的格式，打印文稿。）
班 級：
學 生：
指導教師：
系 主 任：
二 序 言
機械工業(yè)是一種基本工業(yè)形式，對于我們國家來說，它關系到國計民生的方方面面。近年來機械工業(yè)領域向著高精度、高質量、高效率、低成本方向發(fā)展，數字化，自動化水平日益提高。同時由于機械工業(yè)的發(fā)展，其他各工業(yè)部門也向著高深度邁進，機械工業(yè)的發(fā)展日趨重要。
機械制造過程及檢測，檢驗中，都要使用大量的夾具。為了達到提勞動效率，提高加工精度，減少廢品，擴大機床的工藝范圍，改善操作的勞動條件，如何設計好夾具則成了機械制造的一項重要任務。
機床夾具是夾具中的一種，將其固定到機床上，可以使被加工件對刀具與機床保持正確的相對位置，并克服切削力的影響。使加工順利進行。機床夾具分為通用夾具和專用夾具兩種。
夾具設計中的特點：
1． 夾具的設計周期較短，一般不用進行強度和剛度的計算。
2． 專用夾具的設計對產品零件有很強的針對性。
3． “確保產品加工質量，提高勞動生產率”是夾具設計工作的主要任務，加工質量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夾具來保證。
4． 夾緊裝置的設計對整個夾具的結局有具定性的影響。設計一個好的夾具可以減少廢品率。
因此，夾具設計要保證以下幾個條件：
1． 夾具的結構應與其用途及生產規(guī)模相適應。
2． 保證工件的精度。
3． 保證使用方便與安全。
4． 正確處理作用力的平衡問題。
5． 注意結構的工藝性，便于制造和維修。注意夾具與機床、輔助工具、刀具、量具之間的聯系。
6．在機械制造中，為了適應新產品的不斷發(fā)展要求。因此,夾具計過程中有朝著下列方向發(fā)展的趨勢：
（1） 發(fā)展通用夾具的新品種
A．由于機械產品的加工精度日益提高，因此需要發(fā)展高精度通用夾具。
B．廣泛的采用高效率夾具，可以壓縮輔助時間，提高生產效率。
（2） 發(fā)展調整式夾具
（3） 推廣和發(fā)展組合夾具及拼拆夾具。
（4） 加強專用夾具的標準化和規(guī)范化。
（5） 大力推廣和使用機械化及自動化夾具。
（6） 采用新結構、新工藝、新材料來設計和制造夾具。
本設計屬于工藝夾具設計范圍，機械加工工藝設計在零件的加工制造過程中有著重要的作用。工藝性的好壞，直接影響著零件的加工質量及生產成本，在設計中為了適應中批批量的生產情況，以提高產品的生產效率，在設計中所采用的零件盡量采用標準件，以降低產品的生產費用。
機械制造工藝學課程設計是在我們學完了大學的全部基礎課、技術課以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯系實際的訓練，因此，它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。
就我個人而言，我希望能通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性的訓練，希望在設計中能鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為自己今后從事的職業(yè)打下一個良好的基礎。
由于個人能力所限，設計尚有許多不足之處，希望各位老師給予指教。
三 零 件 的 分 析
（一）零件的作用
方刀架的作用是通過用螺釘的緊固作用在機床上快速的實現車刀固定，夾緊、轉換，為車工提供方便，同時也節(jié)省了大量的輔助時間，大大提高了生產效率。
（二）零件的工藝分析
從方刀架這個零件所給零件圖可以看出，其主要有兩組加工表面，且它們之間有一定的位置要求。現將這兩組表面分述如下：
1、以左端面為加工表面
這一組加工表面包括：4個直徑為Φ15mm的螺栓孔，尺寸為Φ25mm的孔。
2、以右端面為加工表面
這一組的加工表面包括：8個Φ12mm的螺紋通孔，尺寸為Φ35的孔及倒角。
這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要是：
（1）兩軸孔之間的平行度為0.008；
（2）左端面相對于孔Φ25mm表面的垂直度為0.015，左端面的平面度為0.008；
（3）定位銷孔對軸孔的平行度為0.01。
四 工 藝 規(guī) 程 設 計
（一）確定毛坯的制造形式
零件材料為鋼，有較好的剛度和耐磨性，零件的輪廓尺寸135mm135mm82mm，可以采用鍛件，這樣可以方便快捷的進行生產，提高生產率。
（二）基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產無法正常進行。
粗基準的選擇：粗基準的選擇對保證加工余量的均勻分配和加工表面與非加工面（作為粗基準的非加工面）的位置關系具有重要影響。
如圖1所示，零件的毛坯鍛造時其兩端面難免有平行度的誤差。加工時若以小端面A作為粗基準定位，則加工后大端面C能夠與小端面平行，可以保證零件壁厚均勻，但卻保證不了A、B兩面的厚度及B、C兩面的厚度；若以大端面C作為粗基準定位，A面作為非配合表面的要求不高，這樣以配合表面作為基準可以提高零件的精度，滿足要求。由上面的分析可知，我們要加工的零件必須保證壁厚均勻，對加工余量沒有特殊要求，所以可以選擇以大端面做為粗基準。
精基準的選擇：選擇精基準時，應重點考慮如何減少工件的定位誤差，保證加工精度，并使夾具結構簡單，工件裝夾方便。有任務書中給定的零件圖上可以看出零件的設計基準是左端面，如果我們選擇左端面做為精基準，符合基準重合的原則，同時又可以保證右端面和壓刀槽端面的精度要求，符合基準統一的原則，而且裝夾也很便。故選擇左端面作為精基準。
（三）制定工藝路線
擬訂工藝路線是工藝規(guī)程設計的關鍵步驟。工藝路線的優(yōu)略，對零件的加工質量、生產率、生產成本以及工人的勞動強度，都有很大影響。通常情況下，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等技術 能得到合理的保證。在生產綱領已確定為中批生產的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此以外，還應當考慮經濟效果，以便生產成本盡量下降。
1．工藝路線方案一
工序1：粗車右端面。
工序2：粗車左端面。
工序3：半精銑右端面。
工序4：半精銑左端面。
工序5：鉆、鏜Φ25mm孔及倒角1.545。
工序6：磨Φ25mm孔及左端面定位，磨右端面保證尺寸39mm。
工序7：以右端面定位，磨左端面保證尺寸72mm和18mm。
工序8：以Φ25mm孔及左端面定位，磨四側，保證尺寸。
工序9：鉆、擴4—Φ15mm的孔。
工序10：鉆8—Φ10mm的螺栓孔，攻絲。
工序11：鉆擴Φ10mm，其入口深18mm處，擴至Φ10.2mm，攻螺紋M-12—6H。
工序12：終檢。
2．工藝路線方案二
工序1：粗銑左端面。
工序2：粗銑右端面，半精銑右端面，倒角1.545。
工序3：精銑左端面，倒角1.545。
工序4：鉆通孔 Φ22mm，鏜Φ35mm孔，切內槽Φ38mm2mm，倒角。粗鏜Φ25mm孔，精鏜，金剛鏜孔Φ25mm至圖樣尺寸。
工序5：倒左端面Φ25mm孔處倒角 145。
工序6：粗銑四方，精銑四方。
工序7：銑四方壓刀槽，精銑D面至尺寸。
工序8：車環(huán)形槽。
工序9：鉆鉸4-Φ15mm孔。
工序10：鉆8-M12-6H通孔小徑。
工序11：攻8-M12-6H螺紋。
工序12：鉆鉸螺紋低孔M12-6H。
工序13：攻M12螺紋，深18mm。
工序14：終檢。
3．兩種工藝路線方案的比較
上述兩個方案的特點在于：方案一是以右端面為粗基準，先銑右端面，然后以右端面粗基準銑左端面，然后再以大端面定位，進行孔的加工；而方案二是以左端面為精基準，先銑左端面，再以左端面為基準銑右端面，最后進行孔的加工。
方案一以右端面粗基準，保證了零件壁厚均勻及平行度的技術要求，裝夾次數也較多，但是左端面沒有進行精加工，從而不能保證右端面這一配合表面的精度。方案二左端面為精基準，能保證零件的壁厚均勻，其裝夾次數較少。綜合兩個方案，方案二更可行，因此選用第二種方案：
工序1：粗銑左端面。 X62W
工序2：粗銑右端面，半精銑右端面，倒角1.545。 X62W
工序3：精銑左端面，倒角1.545。 X62W
工序4：鉆通孔 Φ22mm，鏜Φ35mm孔，切內槽Φ38mm2mm，倒角。粗鏜Φ25mm孔，精鏜，金剛鏜孔Φ25mm至圖樣尺寸。Z525
工序5：倒左端面Φ25mm孔處倒角 145。 C620
工序6：粗銑四方，精銑四方。 X62W
工序7：銑四方壓刀槽，精銑D面至尺寸。 X62W
工序8：車環(huán)形槽。 C620
工序9：鉆鉸4-Φ15mm孔。 Z525
工序10：鉆8-M12-6H通孔小徑。 Z525
工序11：攻8-M12-6H螺紋。 Z525
工序12：鉆鉸螺紋低孔M12-6H。 Z525
工序13：攻M12螺紋，深18mm。 Z525
工序14：終檢。
（四）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“方刀架”零件材料為剛，D表面淬火硬度HB40～55，生產類型為中批量生產。
根據上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯如下：
1．毛坯尺寸
由給定任務書中的零件圖，鍛件尺寸為135mm135mm82mm，未加工表面鍛造可達到精度。
2．左右端面的粗加工余量
左端面加工余量取1mm，大端面加工余量2mm [見《機械制造工藝手冊》（以下簡稱《手冊》）表1-24]
3．精銑左端面的加工余量
左端面的精銑加工余量為0.5mm。[見《手冊》表1-24]
4．半精銑右端面的加工余量
右端面的半精銑加工余量為1.3mm。[見《手冊》表1-24]
5．鉆通孔Φ22mm孔余留加工余量單邊1.5 mm，用鏜刀。
精鏜再用金剛鏜孔Φ25mm至圖樣尺寸。
6．粗精銑四方126 mm 126 mm（留加工余量1 mm ）
7．鉆 4—Φ15mm孔
選用Φ10mm的擴孔鉆進行擴孔，切削深度為1mm。即可達到加工精度。
8．鉆8—Φ10mm通孔及攻螺紋至M12-6H
選用Z525立式鉆床并用壓板夾緊，用Φ10mm高速鋼麻花鉆孔，切削深度為24mm。
9．鉆鉸螺紋低孔M12-6H，攻M12螺紋，深18mm。
選用Z525立式鉆床并用芯軸定位夾緊，用Φ10mm高速鋼麻花鉆通孔，攻螺紋深度為18mm。
10．終檢
（五）確定切削用量及基本工時
本工序以左端面，孔為精基準，鉆、攻Φ10mm螺紋底孔，保證孔的精度達到IT12。
1. 選擇鉆頭
選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=10mm，后角αo＝12°，二重刃長度bε=-----mm,橫刃長b=1mm,弧面長ｌ=2mm,棱帶長度，° ，° ，°
2.選擇切削用量
（1）決定進給量f
1)按加工要求決定進給量：查《切削用量簡明手冊》根據表2.7，當鋼的強度，時，f=0.22~0.28mm/r。
由于l/d=24/10=2.4 故f=0.22~0.28mm/r
2）按鉆頭強度選擇
3）按機床強度選擇
最終決定選擇機床已有的進給量。
由于是加工通孔，為了避免孔即將鉆穿是鉆頭容易折斷，故宜在孔即將鉆穿時停止自動進給而采用手動進給。
機床進給機構強度也可根據初步確定的進給量查出軸向力再進行比較來檢驗。
由《切削用量簡明手冊》，查得機床軸向最大承載力，
經校驗 校驗成功，即f=0.28mm/r可用。
（2）鉆頭磨鈍標準及壽命
鉆頭后刀面最大磨損限度（查《切削用量簡明手冊》）為0.5～0.8mm，壽命
（3）決定切削速度
查《切削用量簡明手冊》的45鋼屬第5類
由表2.13 當5類 f=0.28mm/r 時 修正系數
故。
，
查《切削用量簡明手冊》根據Z525鉆床說明書機床實際轉速為，
但因所選轉數較計算轉數為高，會使刀具壽命下降，故可將進給量降低一級，即取f=0.22mm/r；也可選擇較低一級轉數，f=0.28mm/r，比較這兩種方案：
1） 第一方案 ，f=0.22mm/r，
2） 第二方案 ，f=0.28mm/r
因方案一的的乘積較大，基本工時較少，故方案一好。這時。
（4）校驗扭矩功率
表2.20
根據Z525鉆床說明書，考慮時，
表2.23 當 ，
。
根據Z525鉆床說明書
由于 故滿足條件，故選擇之切削用量可用，即
f=0.28mm/r，，。
3.計算基本工時
8個孔的基本工時為：0.248=1.92min
由于所有工步所用工時很短，所以使得切削用量一致，以減少輔助時間。
4.攻絲孔M12-6H：
查《切削用量簡明手冊》，選用絲錘，
f=0.2mm/r，～5m/min，取v=4m/min=0.07m/s,
,
查《切削用量簡明手冊》機床實際轉速為,
實際。
，
8個孔的基本時間為：1.58=12min
綜上，鉆孔和攻絲的切削用量如下：
鉆孔：
攻絲：
五 夾 具 設 計
為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計通用夾具。經過與老師協商，決定設計方刀架第11道工序——鉆8-M12-6H螺紋通孔的鉆床夾具。本夾具將用于Z525立式鉆床。刀具為M12絲錐，以及φ10的高速鋼麻花鉆。
（一）問題的提出
在給定的零件中，對本步加工的定位并未提出具體的要求，是自由公差，定位要求較低。因此，本步的重點應在卡緊的方便與快速性上。
（二） 卡具設計
1． 定位基準的選擇
出于定位簡單和快速的考慮，選擇左端面，Φ25mm為基準，用一短銷限制2個自由度，配合以兩塊壓板壓緊，再使用擋銷限制工件的轉動。
2． 切削力和卡緊力計算
本步加工可按鉆削估算卡緊力。實際效果可以保證可靠的卡緊。
修正系數查《機械加工工藝手冊》 == (=0.88
軸向力
扭矩
由于扭矩很小，計算時可忽略。
則實際卡緊力為 F=
使用壓板定位機構快速夾緊，調節(jié)壓緊力調節(jié)裝置，即可指定可靠的壓緊力。
（三） 定位誤差分析
本工序采用左端面及Φ25mm定位，兩側的壓板始終緊接著工件夾緊，而工件自重會始終靠近底面，當然工件有一定的誤差。但是，由于加工是自由公差，故應當能滿足定位要求。
鉆套選用快換鉆套 Φ10mm。偏差為mm
（四）夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞 動生產率和降低生產成本。盡管采用機動夾緊能提高夾緊速度，提高勞動生產率，但是題目中要求設計的夾具使用固定夾緊，并且進行鉆削加工時的軸向力大，故此我就想到了使用壓板機構及短銷擋銷。這樣可以充分的利用一些標準件，還可以使得制造夾具的制造工藝簡單省事。由于選擇的定位基準為零件的左端面和孔，所以可以使用平面和孔的配合定位。
此外，由于本零件是中批生產，隨著加工零件個數的增加，夾具磨損也將增大，這將導致零件加工誤差的增大，廢品率升高，間接地增加了生產成本。為了解決這個問題，在設計時，采用壓板機構可以防止這個問題，方便更換，延長了夾具的使用壽命。
六 總 結
為期三周的機械制造工藝學課程設計即將結束了，三周是時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這三周的設計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結合進行實實在在的設計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們的畢業(yè)設計打下了好的基礎。
課程設計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結合。因此同學們非常感謝老師給我們的辛勤指導，使我們學到了好多，也非常珍惜學院給我們的這次設計的機會，它將是我們畢業(yè)設計完成的更出色的關鍵一步。
由于沒有實習過，我們對工件的的形狀概念存在很大的抽象，僅僅靠資料上的說明是不夠的，因此，讓我們深刻認識到理論應該結合實際，我們應該多一點實踐操作，多下工廠去實習。大學的學習都有一個鋪墊過程，任何一個環(huán)節(jié)都可能在以后得到應用。可惜，教訓來得太遲了。我希望通過最后這個內容告誡我以后的學弟學妹們，不要忽視學校安排的任何學習內容，不僅要踏踏實實學好課堂知識，對于實習也要提高重視，不要以為時實習是課外內容，它是對課堂所學的一個補充。
最后，衷心的感謝史紅老師的精心指導和悉心幫助，使我順利的完成此次設計。謝謝！?。。?
七 參 考 文 獻
【1】趙家齊主編．機械制造工藝學課程設計指導書．機械工業(yè)出版社．1997
【2】艾星 肖詩綱 編． 切削用量簡明手冊．機械工業(yè)出版社．2004
【3】陳宏鈞 方向明 馬素敏 等編．典型零件機械加工生產實例．機械工業(yè)出版社．2005
【4】東北重型機械學院 洛陽農業(yè)機械學院 長春汽車廠工人大學 編．機床夾具設計手冊．上?？茖W技術出版社．1987
【5】陳明主編．機械制造工藝學．機械工業(yè)出版社． 2005
【6】潘承怡 蘇相國 馮新敏 編．機械設計課程設計．哈爾濱理工大學
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