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實訓(xùn)報告
實訓(xùn)課程名稱：機械加工工藝及夾具設(shè)計
《機械加工工藝及夾具設(shè)計》實訓(xùn)任務(wù)書
設(shè)計題目：XX（零件）機械加工工藝規(guī)程編制及XX（工序）夾具設(shè)計
生產(chǎn)綱領(lǐng)：3000-10000件
生產(chǎn)類型：大批量生產(chǎn)
設(shè)計內(nèi)容：
1、制訂工藝規(guī)程
1) 零件工藝分析 繪制零件圖，熟悉零件的技術(shù)要求，找出各表面的成形方法。
2) 確定毛坯 選擇毛坯的制造方法，確定毛坯余量，繪制毛坯圖。
3) 擬定工藝路線 確定加工方法，選擇加工基準(zhǔn)，安排加工順序，劃分加工階段，選取加工設(shè)備及工藝裝備，填寫機械加工工藝過程卡。
4) 進(jìn)行工藝計算，填寫工藝文件 計算加工余量、工序尺寸，選擇、計算切削用量，繪制工序簡圖，填寫機械加工工序卡。
2、設(shè)計專用夾具
1) 夾具方案確定 根據(jù)工序內(nèi)容，確定定位方案、選擇合適的定位元件，確定夾緊方式，布置對刀元件、導(dǎo)引件，設(shè)計夾具體等。
2) 夾具計算 分析定位誤差，計算夾緊力。
3) 夾具總體設(shè)計 繪制夾具裝配圖。
4) 夾具零部件設(shè)計 繪制主要零件圖2張。
3、編寫設(shè)計說明書
內(nèi)容包括：封面、任務(wù)書、目錄、正文（工藝規(guī)程及夾具設(shè)計的基本理論、方案確定過程、相關(guān)計算過程、設(shè)計結(jié)果等）、參考文獻(xiàn)。
應(yīng)提交的設(shè)計文件：
1) 產(chǎn)品零件圖 1張
2) 產(chǎn)品毛坯圖 1張
3) 機械加工工藝過程卡 1張
4) 機械加工工序卡 1套
5) 夾具裝配圖 1張
6) 夾具體及其他夾具主要零件圖 2-3張
7) 設(shè)計說明書 1份
托架零件工藝規(guī)程及鉆夾具設(shè)計說明書
設(shè)計題目
設(shè)計"托架"零件，機械加工工藝規(guī)程及重要工序的夾具。批量生產(chǎn)。
一、零件的分析
（一）托架零件的作用
托架主要起支撐和固定其他零部件的作用
（二）零件的工藝分析
1.2.1零件的分析
由零件圖得知，其材料為HT200。
該跟刀架的加工表面及各項技術(shù)要求如下表所示：
加工表面
尺寸偏差（mm）
公差及精度等級
表面粗糙度(um)
形位公差(mm)
Φ35孔
35H8*68
IT8
3.2
左端面
55*68
IT8
3.2
左端面槽
55*36
IT8
3.2
橢圓孔
寬14長18
IT8
3.2
右端面
58*68
IT8
3.2
右端面槽
38*68
IT8
3.2
橢圓孔
寬14長18
IT8
3.2
M8的螺紋孔
M8
IT8
3.2
1.2.2審查托架的工藝性
該拖架結(jié)構(gòu)簡單，形狀普通，屬一般的拖架類零件。主要加工表面有Φ35的孔，要求其表面粗糙度3.2um，其次就是兩端面表面等粗糙度3.2um能夠保證其加工工藝要求。該零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均較低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鉆床的粗加工就可以達(dá)到加工要求。由此可見，該零件的加工工藝性較好。
二、確定毛坯、畫毛坯—零件合圖
2.1確定跟刀架體的生產(chǎn)類型
已知年生產(chǎn)綱領(lǐng)為批量生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當(dāng)集中；加工設(shè)備以通用設(shè)備為主， 采用專用工裝。
2.2選擇毛胚
零件材料為HT200，考慮零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，生產(chǎn)類型為批量生產(chǎn)，故選擇木摸機械砂型鑄件毛坯。選用鑄件尺寸公差等級為CT10。這對提高生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量有幫助。此外為消除殘余應(yīng)力還應(yīng)安排人工時效。
2.3確定毛胚的尺寸公差和機械加工余量
參考文獻(xiàn)[1]表2.3-5，用查表法確定各表面的總余量如表2-1所示。
表2-1 各加工表面總余量
加工表面
基本尺寸（mm）
加工余 量等級
加工余量數(shù)值（mm）
說 明
Φ35孔
35*68
H
5
左端面
55*68
H
5
單側(cè)面加工
右端面
58*68
G
5
單側(cè)面加工
由參考文獻(xiàn)[1]表2.3-9可得鑄件主要尺寸的公差，如表2-2所示。
表2-2 鑄件尺寸公差
主要面尺寸
零件尺寸
總余量
毛坯尺寸
公差CT
Φ35孔
35
5
30
12
左端面
68
5
73
11
右端面
68
5
73
11
端面到孔中心距
80
5
85
13
2.4繪制毛坯圖
三 制定零件的工藝規(guī)程
3.1選擇表面加工方法
根據(jù)下表及所需加工內(nèi)容，公差及粗糙度要求選擇加工方法：
平面及孔-銑床，精度孔-鉆床/擴(kuò)鉆鉸
3.2基面的選擇：
粗基準(zhǔn)的選擇：以52圓柱下表面為基準(zhǔn)加孔35孔及左端面及表面
精基準(zhǔn)的選擇：以52圓柱下表面精基準(zhǔn)面加工左端面及表面。
3.3 擬定零件加工工藝路線
方案1：
1）鑄造；
2）熱處理；
3）銑床，粗銑52圓柱下表面；
4）擴(kuò)，專用夾具擴(kuò)Φ35孔；
5）鉆，專用夾具擴(kuò)Φ35孔；
6）鉸，鉸孔至公差尺寸；
7）銑，粗銑左端面；
8）銑，銑槽和孔；
9）銑，粗銑上表面；
10）銑，銑槽和孔；
11）熱處理；
12）銑，精銑52圓柱下表面；
13）銑，精銑左端面；
14）攻，螺紋M8；
15）清洗；
16）檢驗；
17）入庫；
方案2：
1）鑄造；
2）熱處理；
3）銑床，銑托架下端面，已下端面為基準(zhǔn)面左端面；
4）劃線，外形加工線；
5）銑，銑凹槽面，粗銑和精銑左右底面；
6）銑，以下底面為基準(zhǔn)面加工左右上端面；
7）鉆，專用夾具鉆Φ35孔，鉸至尺寸；
8）劃線，劃孔線；
9）鉆，鉆攻M8螺紋孔；
10）鉗，倒角去毛刺；
11）檢驗；
12）涂油入庫。
方案比較：
方案1工序相對集中，便于管理，且由于采用普通機床，較少使用專用夾具，易于實現(xiàn)，；方案2則采用工序分散原則，各工序工作相對簡單。考慮到該零件生產(chǎn)批量較大，工序分散可簡化調(diào)整工作，易于保證加工質(zhì)量和提高加工效率，故采用方案1較好。
3.4 選擇各工序所用機床、夾具、刀具、量具和輔具
3.5切削用量和工時定額的選擇和計算：
工序四，五，六：鉆擴(kuò)鉸35孔
1、T=kT機+ T裝卸
其中k—難度系數(shù) 有工差要求k=1.5 有深度要求k=1.1 擴(kuò)孔及攻絲k=0.8
2、機動時間:T機
L
20
40
60
80
100
＜φ10
0.6～1.07
1.59
2.11
2.63
3.15
φ10～φ15
0.62～1.16
1.72
2.28
2.84
3.40
φ15～φ25
0.76～1.42
2.11
2.79
3.48
4.17
φ25～φ35
0.97～1.81
2.69
3.57
4.45
5.33
φ35～φ50
1.42～2.65
3.93
5.22
6.51
7.80
φ50～φ60
1.81～3.37
5.01
6.65
8.29
9.93
注：L/D≥8時，須另增排屑時間60%。
3、裝卸零件時間及輔助時間: T裝卸
L
T裝卸
快速夾緊
扳手夾緊
200
0.6
0.8
300
1.0
1.4
500
1.8
2.2
吊車裝卸
8
10
T=kT機+ T裝卸=1.5*6.51+0.8=10.565
工序九，粗銑上表面
1） 確定銑的切削用量：
所選高速鋼圓柱銑刀，幾何參數(shù)為：D=80,d=32,L=63,細(xì)齒8.
A 確定背吃刀量ap=1mm
B確定進(jìn)給量：每齒進(jìn)給量fz=0.2mm,每轉(zhuǎn)進(jìn)給量F=Z*fz=1.6mm/r
C選擇銑刀耐用度，t=100min;
D確定切削速度：
=53.62m/min
=1000*53.62/3.14*80=213.46r/min
查表選取銑床為X52k，功率7.5KW，轉(zhuǎn)速范圍：30-1500r/min,轉(zhuǎn)速級數(shù)18級
機床公比：
所取刀具轉(zhuǎn)速滿足機床轉(zhuǎn)速，因此取n=nmin*φ8=220r/min
從而求出切削速度=3.14*80*220/1000=55.27m/min
校驗機床功率
=5.5KW<7.5KW
最后確定切削用量：ap=1mm，f=1.6mm/r,n=220r/min,v=55.27m/min.
2) 工時定額
基本時間=445/220=2.02min
輔助時間=0.404min
工作地點及身體服務(wù)所用時間：=0.32min
單件時間：
=2.75min
準(zhǔn)備終結(jié)時間：
=0.101min
單件核算時間：
=2.86min
四 銑夾具設(shè)計
4.1定位機構(gòu)
在夾具設(shè)計中，定位方案不合理，工件的加工精度就無法保證。工作定位方案的確定是夾具設(shè)計中首先要解決的問題。
根據(jù)工序圖給出的定位元件方案，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正確選擇定位元件或定位的組合。在機床夾具的使用過程中，工件的批量越大，定位元件的磨損越快，選用標(biāo)準(zhǔn)定位元件增加了夾具零件的互換性，方便機床夾具的維修和維護(hù)。
設(shè)計夾具是原則上應(yīng)選該工藝基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)。無論是工藝基準(zhǔn)還是定為基準(zhǔn)，均應(yīng)符合六點定位原理。
由于該零件的加工是鏜φ75孔并以工件底作為定位面，屬平面定位類型，
根據(jù)六點定位原則，用面以及側(cè)面擋銷定位，限制自由度如下圖所示:
同時用圓柱銷限制X,Y軸的平移
夾緊定位方案如下：
根據(jù)工序加工要求分析，工件定位時只需限制五個自由度，沿工件寬度方向的自由度可不必予以限制，則定位夾緊方案為：
方案一：工件以側(cè)平面 4 作為第一位基準(zhǔn)，限制三個自由度 (沿X 方向移動,繞 YZ 軸轉(zhuǎn)動), 可保證被加工平面 5 與側(cè)平面 4 的垂直要求,以35 孔作為第二定位基準(zhǔn),用長削邊銷限制工件的兩個自由度 (繞X 軸轉(zhuǎn)動, 沿 Z 軸移動)" 可保證 C 面的高度尺寸20及 C面對35H8孔軸線的平行度要求，根據(jù)主要夾緊力,應(yīng)作用于第一定位基準(zhǔn)面的原則, 主要夾緊力 W1的方向垂直于側(cè)面 B,為防止工件在加工過程中發(fā)生振動,在銑削平面 C時,為了提高其穩(wěn)定性, 在加工面 C的下方需增加一個輔助支承,以提高工件的剛度，輔助支承不限制工件的自由度,如圖 所示:
4.2夾緊機構(gòu)
1 .夾緊力的方向的確定：
1）夾緊力的方向應(yīng)有利于工件的準(zhǔn)確定位，而不能破壞定位，一般要求主夾緊力應(yīng)垂直于第一定位基準(zhǔn)面。
2）夾緊力的方向應(yīng)與工件剛度高的方向一致，以利于減少工件的變形。
3）夾緊力的方向盡可能與切削力、重力方向一致，有利于減小夾緊力。
2 .夾緊力的作用點的選擇：
1）夾緊力的作用點應(yīng)與支承點“點對點”對應(yīng)，或在支承點確定的區(qū)域內(nèi)，以避免破壞定位或造成較大的夾緊變形。
2）夾緊力的作用點應(yīng)選擇在工件剛度高的部位。
3）夾緊力的作用點和支承點盡可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的剛度和抗振性。
4）夾緊力的反作用力不應(yīng)使夾具產(chǎn)生影響加工精度的變形。
3. 選擇夾緊機構(gòu)：
設(shè)計夾緊機構(gòu)一般應(yīng)遵循以下主要原則：
1)夾緊必須保證定位準(zhǔn)確可靠，而不能破壞定位。
2)工件和夾具的變形必須在允許的范圍內(nèi)。
3)夾緊機構(gòu)必須可靠。夾緊機構(gòu)各元件要有足夠的強度和剛度，手動夾緊機構(gòu)
4)必須保證自鎖，機動夾緊應(yīng)有聯(lián)鎖保護(hù)裝置，夾緊行程必須足夠。
5)夾緊機構(gòu)操作必須安全、省力、方便、迅速、符合工人操作習(xí)慣。
6)夾緊機構(gòu)的復(fù)雜程度、自動化程度必須與生產(chǎn)綱領(lǐng)和工廠的條件相適應(yīng)。
根據(jù)以上原則，在生產(chǎn)批量較大時，可采用手動聯(lián)動夾緊機構(gòu)或液動，氣動；在生產(chǎn)批量較小時，可采用螺釘壓板式，前者缺點是體積龐大，制造成本較高，后者缺點是，加工耗時。但后者擴(kuò)力較大，且自鎖性較好，綜合考慮選擇壓板螺旋夾緊方式。
4.3機床夾具的總體形式
機床夾具的總體形式一般應(yīng)根據(jù)工件的形狀、大小、加工內(nèi)容及選用機床等因素來確定。
夾具的組成歸納為：
1）定位元件及定位裝置 用于確定工件正確位置的元件或裝置。
2）加緊元件及夾緊裝置 用于固定元件已獲得的正確位置的元件或裝置。
3）導(dǎo)向及對刀元件 用于確定工件與刀具相互位置的元件。
4） 動力裝置在成批生產(chǎn)中，為了減輕工人勞動強度，提高生產(chǎn)率，常采用氣動、液動等動力裝置。
5） 夾具體用于將各種元件裝置連接在一體，并通過它將整個夾具安裝在機床上。
6）其他元件及裝置 根據(jù)加工需要來設(shè)置的元件或裝置。
4.5確定夾具體：
夾具體上一般不設(shè)定位和定向裝置，特別是鉆床上使用時，但夾具體底板上一般都設(shè)有翻邊或留一些平臺面，以便夾具在機床工作臺上固定。夾具體一般是設(shè)計成平板式（有些夾具體鑄造成特殊形狀），保證具有足夠的剛性。它用來固定定位元件、加緊機構(gòu)和聯(lián)接體，并于機床可靠聯(lián)接。
4.6確定聯(lián)接體：
聯(lián)接體是將導(dǎo)向裝置與夾具體聯(lián)接的工件，設(shè)計時主要考慮聯(lián)接體的剛性，合理布置聯(lián)接體的位置，給定位元件、夾緊機構(gòu)留出空間。此夾具體的聯(lián)接裝置通過內(nèi)六角螺栓和圓柱銷來定位，考慮到剛性問題，在相對應(yīng)的位置上在用一個聯(lián)接體支承鉆套板，同樣用內(nèi)六角螺栓定位。
4.7繪制夾具零件圖
對裝配圖中需加工的零件圖均應(yīng)繪制零件圖，零件圖應(yīng)按制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制。視圖盡可能與裝配圖上的位置一致。
1.零件圖盡可能按1:1繪制。
2.零件圖上的尺寸公差、形位公差、技術(shù)要求應(yīng)根據(jù)裝配圖上的配合種類、位置精度、技術(shù)要求而定。
3.零件的其他尺寸，如尺寸、形狀、位置、表面粗糙度等應(yīng)標(biāo)注完整。
4.8 繪制夾具裝配圖
1.裝配圖按1:1的比例繪制，用局部剖視圖完整清楚地表示出夾具的主要結(jié)構(gòu)及夾具的工作原理。
2.視工件為透明體，用雙點劃線畫出主要部分（如輪廓、定位面、夾緊面和加工表面）。畫出定位元件、夾緊機構(gòu)、導(dǎo)向裝置的位置。
3.按夾緊狀態(tài)畫出夾緊元件和夾緊機構(gòu)。
4.畫出夾具體及其它聯(lián)接用的元件（聯(lián)接體、螺釘?shù)龋?，將夾具各組成元件聯(lián)成一體。
5.標(biāo)注必要的尺寸、配合、公差等
(1)夾具的外形輪廓尺寸，所設(shè)計夾具的最大長、寬、高尺寸。
(2)夾具與機床的聯(lián)系尺寸，即夾具在機床上的定位尺寸。如車床夾具的莫氏硬度、銑床夾具的對定裝置等。
(3)夾具與刀具的聯(lián)系尺寸，如用對刀塊塞尺的尺寸、對刀塊表面到定位表面的尺寸及公差。
(4)夾具中所有有配合關(guān)系的元件間應(yīng)標(biāo)注尺寸和配合種類。
(5)各定位元件之間，定位元件與導(dǎo)向元件之間，各導(dǎo)向元件之間應(yīng)標(biāo)注裝配后的位置尺寸和形位公差。
4.9.夾具裝備圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求
(1)定位元件的定位面間相互位置精度。
(2)定位元件的定位表面與夾具安裝基面、定向基面間的相互位置精度。
(3)定位表面與導(dǎo)向元件工作面間的相互位置精度。
(4)各導(dǎo)向元件的工作面間的相互位置精度。
(5)夾具上有檢測基準(zhǔn)面的話，還應(yīng)標(biāo)注定位表面，導(dǎo)向工作面與該基準(zhǔn)面間的位置精度。
對于不同的機床夾具，對于夾具的具體結(jié)構(gòu)和使用要求，應(yīng)進(jìn)行具體分析，訂出具體的技術(shù)要求。設(shè)計中可以參考機床夾具設(shè)計手冊以及同類的夾具圖樣資料。
4.10.對零件編號，填寫標(biāo)題欄和零件明細(xì)表：
每一個零件都必須有自己的編號，此編號是唯一的。在工廠的生產(chǎn)活動中，生產(chǎn)部件按零件編號生產(chǎn)、查找工作。
完整填寫標(biāo)題欄，如裝配圖號、名稱、單位、設(shè)計者、比例等。
完整填寫明細(xì)表，一般來說，加工工件填寫在明細(xì)表的下方，標(biāo)準(zhǔn)件、裝配件填寫在明細(xì)表的上方。注意，不能遺漏加工工件和標(biāo)準(zhǔn)件、配套件。
4.11.機床夾具應(yīng)滿足的基本要求包括下面幾方面：
1)保證加工精度 這是必須做到的最基本要求。其關(guān)鍵是正確的定位、夾緊和導(dǎo)向方案，夾具制造的技術(shù)要求，定位誤差的分析和驗算。
2)夾具的總體方案應(yīng)與年生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng) 在大批量生產(chǎn)時，盡量采用快速、高效的定位、夾緊機構(gòu)和動力裝置，提高自動化程度，符合生產(chǎn)節(jié)拍要求。在中、小批量生產(chǎn)時，夾具應(yīng)有一定的可調(diào)性，以適應(yīng)多品種工件的加工。
3)安全、方便、減輕勞動強度 機床夾具要有工作安全性考慮，必要時加保護(hù)裝置。要符合工人的操作位置和習(xí)慣，要有合適的工件裝卸位置和空間，使工人操作方便。大批量生產(chǎn)和工件笨重時，更需要減輕工人勞動強度。
4)排屑順暢 機床夾具中積集切屑會影響到工件的定位精度，切屑的熱量使工件和夾具產(chǎn)生熱變形，影響加工精度。清理切屑將增加輔助時間，降低生產(chǎn)率。因此夾具設(shè)計中要給予排屑問題充分的重視。
5)機床夾具應(yīng)有良好的強度、剛度和結(jié)構(gòu)工藝性 機床夾具設(shè)計時，要方便制造、檢測、調(diào)整和裝配，有利于提高夾具的制造精度。
4.12.定位誤差設(shè)計
1）誤差分析
a定位誤差
工件的加工誤差，是指工件加工后在尺寸，形狀和位置三個方面偏離理想工件的大小，它是由三部分因素產(chǎn)生的：
1）工件在夾具中的定位、夾緊誤差。
2）夾具帶著工件安裝在機床上，夾具相對機床主軸（或刀具）或運動導(dǎo)軌的位置誤差，也稱對定誤差。
3）加工過程中誤差，如機床幾何精度，工藝系統(tǒng)的受力、受熱變形、切削振動等原因引起的誤差。
其中定位誤差是指工序基準(zhǔn)在加工方向上的最大位置變動量所引起愛的加工誤差。
b產(chǎn)生定位誤差的原因
1.基準(zhǔn)不重合來帶的定位誤差：
夾具定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，兩基準(zhǔn)之間的位置誤差會反映到被加工表面的位置上去，所產(chǎn)生定位誤差稱之為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。
2.間隙引起的定位誤差
在使用心軸、銷、定位套定位時，定位面與定位元件間的間隙可使工件定心不準(zhǔn)產(chǎn)生定位誤差。
3.與夾具有關(guān)的因素產(chǎn)生的定位誤差
1）定位基準(zhǔn)面與定位元件表面的形狀誤差。
2）導(dǎo)向元件、對刀元件與定位元件間的位置誤差，以及其形狀誤差導(dǎo)致產(chǎn)生的導(dǎo)向誤差和對刀誤差。
3）夾具在機床上的安裝誤差，即對定誤差導(dǎo)致工件相對刀具主軸或運動方向產(chǎn)生的位置誤差。
4）夾緊力使工件與定位元件間的位置誤差，以及定位元件、對刀元件、導(dǎo)向元件、定向元件等元件的磨損。
4.13機床夾具裝配圖