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参考文献...........................18
-2-
序言
课程设计的目的
本次课程设计,是在学完相关专业基础课程后,经过生产实习取
得感性知识后的一个重要的实践性教学环节。
学生通过本课程设计,
获得综合运用过去所学课程知识的基本能力,为以后做好毕业设计、
走上工作岗位进行一次综合训练和准备。
通过此次课程设计,希望达
到以下目的:
(1)通过机械设计训练,培养学生综合运用机械设计基础知识及其它有关先修课程,如机械制图、测量与公差配合、金属材料等相关知识的能力。
(2)通过对某一特定机构的分析、设计,以及正确解决其工艺流程等问题,培养学生分析问题和解决问题的能力,学习和掌握机械设计的一般步骤和方法,最终获得解决实际问题的能力
(3)课程设计过程也是理论联系实际的过程,学会使用手册、查询相关材料,对运用设计资料(如手册、图册、技术标准、规范等)
以及进行经验估算等机械设计方面的基本技能进行一次综合训练,提高技能水平。
-3-
一、零件的分析
1、零件图
2、零件的工艺性分析
套筒共有4个加工表面,现分析如下:
1、钻两个Ф20mmH9孔,保证粗糙度Ra6.3
2、铣A面以及Ф50mm轴孔的两端面,保证粗糙度Ra6.3
3、以A面为基准镗Ф50mm轴孔,保证粗糙度Ra1.6
4、钻Ф5mm油孔,保证粗糙度Ra12.5
由以上分析可知,对这4个加工表面,要先加工其中一组表面,
然后借助专用夹具加工另一组表面,保证它们的相对位置精度要求。
-4-
3、零件的生产类型
由设计任务书知,零件为中批量生产,故:
(a)毛坯的制造方法与加工余量:
使用砂型铸造,由于零件加工精度要求不高,所以只需要粗加工,加工余量小。
(b)机床设备及机床布置:
广泛采用自动机床、专用机床,采用自动线或专用机床流水线排列。
(c)夹具及尺寸保证:
高效专用夹具;
定程及自动测量控制尺寸。
(d)刀具及量具:
专用刀具、量具,自动测量。
(e)零件的互换性:
全部互换。
(f)工艺文件的要求:
编制详细的工艺规程、工序卡片。
(g)生产率:
高
(h)成本:
底
(i)对工人的技术要求:
对操作工人的技术要求较低,对调整工人的技术要求较高。
-5-
二、工艺规程的设计
(一)、确定毛坯的制造形式
选用铸件,就能满足工作需要,由于零件的年产量为大批大量生产,形状较简单,尺寸不大,可采用砂型铸造。
(二)、定位基准的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中的最重要的工作之一。
定位基准选择的正确与否可以使加工质量得到保证,生产率得到提高。
否则,加工工艺过程中就会问题百出,更有甚者,还会造成零件大批报废,使工作无法正常进行。
粗基准的选择:
合理地选择定位基准,对于保证加工精度和确定加工顺序都有决
定性的影响。
在最初的一道工序中,只能用毛坯尚未加工的表面作为
定位基准,这种定位基准成为粗基准。
选择不加工表面作为粗基准可
以保证加工面与不加工面之间的相互位置精度,故对于一般零件而
言,尽可能选择不加工表面为粗基准。
而对有若干个不加工表面的工
件,则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基
准。
而对于此零件,选择与A面相对的右平面为粗基准。
1、基准重合原则。
尽可能使设计基准和定位基准重合,以减少定位误差。
2、基准统一原则。
尽可能使用同一定位基准加工表面,以保证各表面的位置精度。
如轴类零件常用两端顶尖孔作为统一定位基准。
-6-
3、互为基准原则。
当两个加工表面间的位置精度要求比较高的时候,可用互为基准的原则反复加工。
4、自为基准的原则。
当要求加工余量小而均匀时,可选择加工表面作为自身的定位基准。
考虑要保证零件的价加工精度和装夹准确方便,依据“基准重合”原则和“基准统一”原则。
当设计基准与工序基准不重合时,应该进
行尺寸换算。
本零件选择Φ50mm通孔轴线为精基准。
(三)、制订工艺路线
工序1:
以Ф50mm孔与侧平面为基准两次钻、铰Ф20mm孔,保证尺寸Ф20mm。
选用立式钻床Z525。
工序2:
以右平面为粗基准铣A面,保证粗糙度Ra6.3,选用立式铣
床X51。
工序3:
以A面为精基准粗铣Ф50mm孔右端面,保证粗糙度Ra6.3,选用立式铣床X51。
工序4:
以Ф50mm孔右端面为精基准粗铣Ф50mm孔左端面,保证粗糙度Ra6.3,选用立式铣床X51。
工序5:
以A面为精基准镗孔Ф50mm,先粗镗至Ф49.8mm,再精镗至Ф50mm,保证粗糙度Ra1.6,选用金刚镗床T740k。
工序6:
以Ф50mm孔为基准钻Ф5mm油孔。
工序7:
去毛刺
工序8:
终检
-7-
(四)、机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸的确定
弯轴套筒零件材料为灰铸铁,生产类型为大批大量生产,采用砂型造型铸造的毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下:
加工
工序
工序
工序基本
公差
表面粗糙度
表面
(mm)余量
尺寸(mm)等级
(mm)
Φ20mm孔
钻孔
Φ18
铰孔
2Z=2
Φ20
IT10
3.2
铣A面
粗铣
79
IT13
6.3
毛坯
Z=1
铣Ф50mm孔粗铣
64
左端面
Z=1.5
铣Ф50mm孔
镗Φ50mm孔粗镗
2Z=0.8
50
IT9
1.6
精镗
2Z=0.2
钻Ф5mm油
5
12.5
孔
-8-
(五)、确定切削用量及基本工时
(注:
以下查表数据参考《机械制造技术基础课程设计指导》
工件材料:
HT150,b=150MPa,硬度125-205HBW,选用砂型铸造。
)
钻2*Ф20mm孔
1.加工要求:
保证H9
机床:
立式钻床Z525
刀具:
Ф18mm麻花钻、Ф20mm铰刀
2.计算切削用量
(1)钻Ф18mm孔
1)确定背吃刀量:
ap=Z/2=9mm
2)进给量:
查表4.123和表4.43,取进给量f=0.30mm/r
3)确定切削速度:
查4-123,取V=50m/min
由ns=1000V/πd,得ns=884.19(r/min)查表4.43,取ns=960(r/min)
此时,实际切削速度V=nsπd/1000=54.29(m/min)
4)切削工时:
查表得:
tm=(Lw+L1+L)/fn
L=dcotk/2=5.22mm,L1=2~3mm,Lw=14mm
带入公式得:
tm=0.074min
-9-
(2)铰Ф20mm孔
ap=Z/2=1mm
查表4.132和表4.43,取进给量f=0.20mm/r
查4-132,取V=10m/min
由ns=1000V/πd,得ns=159.15(r/min)
查表4.43,取ns=140(r/min)
此时,实际切削速度V=nsπd/1000=8.80(m/min)
tm=1.235min
工序2:
粗铣A面
保证粗糙度Ra6.3机床:
立式铣床X51
Φ100面铣刀
(1)粗铣A面
1)背吃刀量:
ap=Z=1mm
2)进给量:
f=0.20mm/z
3)计算铣削速度:
查表4.113,按d/z=100/6,f=0.20mm/z的条件选取v=109m/min
-10-
由ns=1000V/πd,得ns=358.6(r/min),查表4.4
ns=380r/min
此时,实际切削速度V=nsπd/1000=119.3(m/min)
4)切削工时:
tm=(L1+L2+L3)/fn
L1=90mm,L2=29.48mm,L3=0mm
带入数据得:
tm=1.00min
工序3:
以A面为精基准粗铣Φ50mm孔右端面
ap=Z=1.5mm
f=0.15mm/z
查表4.113,按d/z=100/6,f=0.15mm/z的条件选取v=123m/min
由ns=1000V/πd,得ns=391.72(r/min),查表4.47
L1=64mm,L2=11.58mm,L3=0mm
tm=0.63min
工序4:
以Ф50mm孔右端面为精基准粗铣Ф50mm孔左端面
-11-
查表4.113,按d/z=100/6,f=0.15mm/z的条件选
v=123m/min
由ns=1000V/πd,得ns=391.72(r/min),查表4.47
以A面为精基准镗孔Ф50mm
1)加工要求:
以A面为基准,保证垂直度,保证粗糙度Ra1.6
机床:
金刚镗床T740k
p20镗刀
2)计算切削用量
(1)粗镗至Φ49.8mm
ap=Z/2=0.4mm
f=0.1mm/r
3)确定主轴转速:
V=130mm/min
-12-
由ns=1000V/πd,得ns=827.6(r/min)
3)切削工时:
L1=67mm,L2=3mm,L3=4mm
tm=0.89min
(1)粗镗至Φ50mm
保证粗糙度Ra1.6机床:
p05镗刀
(1)粗镗至Φ49.8mm
ap=Z/2=0.1mm
f=0.05mm/r
tm=1.79min
-13-
以Ф50mm孔为精基准钻Ф5mm油孔
保证粗糙度Ra12.5机床:
麻花钻
(1)钻油孔Φ5mm
ap=Z/2=2.5mm
取?
=0.10mm/r,根据表4.123和表4.43
3)确定切削速度:
查表4.123,取V=20m/min
由公式ns=1000V/πd=1273.24r/min
查表4.43,取n=1360r/min
故实际切削速度为V=nπd/1000=21.36m/min
4)切削工时
tm=Lw+L1+L
Lw=7mm,L1=2mm,L=dcotk/2=1.45mm
代入数据得:
tm=0.077mi
-14-
三、夹具设计
1、问题提出
本夹具主要用来粗铣弯轴支撑套筒A面,对A面的要求是表面粗
糙度要求为Ra6.3。
本道工序只要一次粗铣即可达到要求。
因此,在
本道工序加工时,我们应首先考虑保证加工精度,如何提高生产效率,
降低劳动强度。
2、夹具设计
(1)夹具类型的确定
该零件的结构形状比较复杂,采用通用夹具无法完成装夹,同时
为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,所以需要设计
专用夹具X51铣床。
选取其中一道工序——粗铣A面,进行机床专用夹具的设计。
本
夹具用于粗铣弯轴支撑套筒A面。
(2)定位基准的选择
本夹具主要用来对弯轴支撑套筒孔的加工,以?
49孔和右平面为
基准。
在本道工序加工时,应主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳
动强度。
(3)定位方案
夹具主要由夹具体、支承板、钻模板、心轴及各种螺钉螺母等组
成。
工件以心轴和定位钉定位。
心轴限制了5个自由度,定位钉限制
了1个自由度。
再由螺母进行夹紧。
结构简单,操作方便,可靠性高。
-15-
(4)切削力及夹紧力的计算
1.切削力
高速钢面铣刀,直径Φ100mm,Z=6。
由《机床夹具设计手册》查铣削时切削力的计算公式为:
CFapxFfZyFaezFz
F
d0qFNwF
式中,CF=650,ap
48mm,xF
1.0,yF
0.72,zF
0.86,ae2mm,
qF
0.86,wF
0,Z
10,d080mm
带入数据得
F650481.00.20.7220.86102260.67N
800.861
2.夹紧力
采用机械夹紧方式。
在计算切削力时需要考虑安全系数K
Kk1k2k3k4
k1--基本安全系数,1.5;
k2--加工性质系数,1.1;
k3--刀具钝化系数,1.1;
k4--断续切削系数,1.1;
所以F'
=KF=1.5*1.1*1.1*1.1*2260.67=4513.43N
为克服水平切削力,实际夹紧力FN应为:
FN
F'
4513.439026.86N
f1
f20.5
式中,
f1,f2为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数,均为0.25。
-16-
(5)定位误差分析
本夹具设计定位方式选用的是工件以面定位。
工件以面定位时,
其基准位移误差与定位元件放置的方式、定位副的制造精度以及它们
之间的配合性质等有关。
(6)夹具设计及操作的简要说明
如前所述,设计夹具时,应该注意提高劳动生产率。
本工序由于
包含的钻孔,切削力较小,所以螺母可实现夹紧工作。
钻模板上装有
导向元件,可使夹具在一批零件加工之前很好地对刀;
同时,导向元
件方便更换,节省工作时间,提高工作效率。
钻床夹具的装配图及夹具体零件图分别见附图
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参考文献
1.《机械制造工艺及专用夹具设计指导书》高等教育出版社任家隆
主编;
2.《机械制图》高等教育出版社刘朝儒等主编;
3.《机械制造》高等教育出版社任家隆主编;
4.《工程材料及成形制造技术基础》高等教育出版社张远明等主
编;
5.《机床夹具设计手册》上海科学技术出版社;
6.《切削用量手册》机械工业出版社艾兴等主编;
7.《金属切削手册》上海科学文化技术出版社;
8.《机械制造工艺及机床夹具设计》北京理工大学出版社刘登平主
9.《机械加工实用手册》安徽科学技术出版社夏祖印等主编;
10.《机床夹具设计集锦》机械工业出版社吴拓编著。
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- 夹具 设计 说明书