支架工艺规程及加工3×Φ7螺纹孔工装夹具设计及建模.doc

摘 要
机械加工行业作为一个传统而富有活力的行业，近十几年取得了突飞猛进的发展，在新经济时代，行业呈现了新的发展趋势，由此对其质量、性能要求有了新的变化。现在机械加工行业发生着结构性变化，工艺工装夹具的设计与改良已成为企业生存和发展的必要条件，工艺工装夹具的设计与改良直接影响加工产品的质量与性能。
本课题主要是针对支架工艺规程和加工3×Φ7螺纹孔工装夹具设计及其调研, 文中介绍了支架的加工工艺规程，以及在制定过程中所遇到问题的分析、工时定额、切削用量的计算等。同时通过对夹具整体方案的设计，定位机构的设计，以及了解了专用夹具的设计要求，详细设计出了支架零件钻3×Φ7螺纹孔的夹具机构，并对加工中用到的夹具的设计过程，包括定位、夹紧及误差进行了分析和计算。
通过设计，进一步熟悉了加工工件工艺分析过程，了解夹具的设计规程，通过调研和查阅资料，从而设计出最佳的加工工艺方案和工件专用的夹具。通过刀具的合理选择以及夹具的实际设计，掌握了一个零件加工工艺方案如何制定、夹具如何设计，并提高分析问题解决问题的能力。通过使用AutoCAD和Proe进行夹具设计，进一步提高了计算机绘图能力，为我以后的学习和工作奠定了良好的基础。
关键词：支架；工艺方案；夹具；刀具

ABSTRACT
Mechanical processing industry as a traditional and vigorous industries,nearly ten years has achieved rapid development, In the new economic era，the profession has presented the recent trend of development, From this to its quality and the performance requirement had the new change. Now the machine-finishing profession is having the structural change, Technology to design the clamp and improved has become the enterprise survival and the development of the necessary conditions. Process design and improvement of jig directly affect the quality and performance of products.
This topic is mainly directed against the stents procedure and processing 3 x Φ7holes’
Jig design and research. This paper introduces the processing stent procedures，and the problems encountered of analysis in the process of establishing, fixed working hours, Cutting dosages of the calculation. Through the whole scheme design of fixture, design of positioning mechanism, and the special jig design requirements, The detailed design a stent parts 3xΦ7holes’ Jig design, And the process of using fixture design process, Including positioning, clamping and error is analyzed and calculated.
Through the design, Become more familiar with the process of machining the workpiece process analysis, learning fixture design rules, Through research and access to information, to design the best process technology program and a dedicated fixture workpiece. Through cutting tool's reasonable choice as well as jig's actual design, Grasping how to process a components craft plan to formulate, how to design a fixture, And improve the ability to analyze and solve problems. By using AutoCAD and Proe for fixture design, Have improved the computer painting ability further，For my future study and work has laid a good foundation.

Keywords: Stent Technology Program Tool Jig

目 录

引 言 2
第一章 工件加工工艺安排 3
第二章 机械加工工艺规程 5
2.1 工艺规程 5
2.1.1确定毛坯的制造形式 5
2.1.2材料的技术要求 5
2.1.3 基准的选择 6
2.2 工艺规程涉及的计算 6
2.2.1工序一 铣后侧大平面 6
2.2.2工序二 铣圆柱右侧平面 7
2.2.3工序三 铣圆柱左侧平面 8
2.2.4工序四 铣上平面 9
2.2.5工序五：加工Φ20H7孔 10
2.2.6工序六：加工Φ6H8孔 13
2.2.7工序七：加工3*Φ7-Φ14孔 16
第三章 夹具设计 20
3.1夹具总体方案设计 20
3.2定位机构的设计 20
3.3专用夹具设计要求 21
3.4加工支架3*Φ7-Φ14孔的工装夹具 21
3.4.1本工序零件的加工要求分析 21
3.4.2确定夹具类型 21
3.4.3拟定定位方案和选择定位元件 21
3.4.4切削力及夹紧力计算 22
3.4.5确定夹紧方案 23
3.4.6总体结构分析 23
3.4.7工作原理 24
3.5夹具图 24
3.5.1夹具装配图如下 24
3.5.2夹具体如下 25
总 结 26
谢 辞 27
参考文献 28
附 表 29

引 言
当今社会人们广泛使用家用机器和大型机器，人们的生活水平得到了很大的改善。因此我们的生活离不开制造业，当人们谈起制造行业中的发展时,很少谈到工件夹具,但是在零件生产的基本领域,夹具的生产的重要正逐步显现出来。如今,制造商们需要供应商提供一步到位服务,他们要求世界范围内的当地供应商能够支持全球化生产。他们需要交钥匙解决办法。他们坚持与供应商保持并行生产过程开发。他们努力寻求各种以及所有可以降低其产品生产时间的对策。 那些制作夹具的人,必须采用与制作价值好几百万美元的加工中心的人们所采用的相同的规则,如今他们正在迎接这种挑战。
夹具不仅保证了工件加工的相对位置，而且提高了劳动生产率、减轻了劳动强度，更为重要的是保证了产品质量。许多工件夹具系统依然高度依赖操作人员，由他们围绕被装夹的零件，依次松开和拧紧螺母和螺栓，这是一种费时又不可靠的作业。如果没有紧固某个螺栓，或者紧固有变化，则可能产生不合格的夹紧或工件变形。在像天津一汽这样大规模的汽车流水生产线上，往往要求采用大量高效的、快速的工装夹具以满足汽车生产的要求。由于这些工装夹具数量大，要求高，直接影响产品质量，在设计时的数值显得尤为重要。因为这些数值一经确定则其精度直接影响生产出的产品质量，若其数值偏大或偏小会造成资源的不必要浪费，还可能使产品出现一些不良影响。因此，设计出精准的夹具对工件生产加工具有重要意义。
在本次设计当中，把所学的机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料机械制造工艺，金属切削原理及刀具，夹具设计和AutoCAD制图有机结合起来，既是对以前所学知识的检验，又为我步入社会，参加工作打下了基础。
在这次对支架工艺规程及加工3*Φ7螺纹孔工装夹具设计中，我查阅了不少于此相关的资料，并进行了相关的调研，使我对支架有了更深层次的了解，了解了支架的基本结构、功能、及工作原理。还使我对AutoCAD、Proe等制图软件和各种资料的相关运用有了更深的理解。
在说明书编写过程中，得到了宿崇老师以及相关同学的大力支持和热情帮助，在此谨以致意。
虽然如此，限于本人水平有限，时间仓促，在设计过程中难免有错误之处，敬请各位老师批评指正。

第一章 工件加工工艺安排

图1-1

（根据零件图上所标注的图标为参考，工步如下）

表1-1 工件的加工工艺安排
序号
工序名称
工序内容
刀具名称
量具名称
1

铸造毛坯
用灰铸铁铸造工件毛坯
端铣刀
游标卡尺
2

铣后侧大平面
铣后侧大平面至8（0+0.087）粗糙度为6.3
端铣刀
游标卡尺
3

铣圆柱右侧平面
铣圆柱右侧面至43（0+0.025）粗糙度为6.3
端铣刀
游标卡尺
4
铣圆柱左侧平面
铣圆柱左侧面至40（0+0.054）粗糙度为6.3
端铣刀
游标卡尺

5
铣上底面
铣上底面至5（0+0.098）粗糙度为6.3
端铣刀
游标卡尺
6
钻、扩、铰Φ20H7孔
钻孔至Φ18（0+0.067）
标准钻头
塞规

扩孔至Φ19（0+0.054）
标准钻头
塞规

铰孔至Φ20H7（0+0.006）粗糙度1.6
硬质合金铰刀
塞规
7
钻、扩、铰Φ6H8孔
钻孔至Φ4（0+0.037）
标准钻头
塞规

扩孔至Φ5（0+0.072）
标准钻头
塞规

铰孔至Φ6H8（0+0.005）粗糙度3.2
硬质合金铰刀
塞规
8
钻、扩、铰3*Φ7-Φ14孔
钻孔至Φ5（0+0.034）保证大孔钻孔至Φ12（0+0.087）
阶梯钻头
塞规

扩孔至Φ6（0+0.064）保证大孔扩孔至Φ13（0+0.056）
阶梯钻头
塞规

铰孔至Φ7（0+0.007）保证大孔铰孔至Φ14（0+0.007）粗糙度12.5
硬质合金铰刀
塞规
9
清洗、检验

第二章 机械加工工艺规程

2.1 工艺规程
2.1.1确定毛坯的制造形式
支架零件的毛坯通常采用铸铁件。因为灰铸铁表层为白口组织，具有比较高的硬度和耐磨性。具有较高的抗压强度。不易被破坏。价格也比较便宜，因此作为支架的材料比较适合。
选零件的材料为HT200，根据生产纲领以及零件在工作过程中所受的载荷情况，选用砂型机铸造。
2.1.2材料的技术要求
(1).零件加工表面上，不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。
(2).未注形状公差应符合GB1184-80的要求。
(3).未注长度尺寸允许偏差±0.5mm。
(4).铸件公差带对称于毛坯铸件基本尺寸配置。
(5).未注圆角半径R5。
(6).未注倒角均为2×45°。
(7).锐角倒钝。
(8).各密封件装配前必须浸透油。。
(9).进入装配的零件及部件（包括外购件、外协件），均必须具有检验部门的合格证方能进行装配。
(10).零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、油污、着色剂和灰尘等。
(11).装配前应对零、部件的主要配合尺寸，特别是过盈配合尺寸及相关精度进行复查。
(12).装配过程中零件不允许磕、碰、划伤和锈蚀。
(13).规定拧紧力矩要求的紧固件，必须采用力矩扳手，并按规定的拧紧力矩紧固。
(14).同一零件用多件螺钉（螺栓）紧固时，各螺钉（螺栓）需交叉、对称、逐步、均匀拧紧。
(15).铸件表面上不允许有冷隔、裂纹、缩孔和穿透性缺陷及严重的残缺类缺陷（如欠铸、机械损伤等）。
(16).铸件非加工表面上的铸字和标志应清晰可辨，位置和字体应符合图样要求。
(17).铸件非加工表面的粗糙度，砂型铸造R，不大于50μm。
(18).铸件有倾斜的部位、其尺寸公差带应沿倾斜面对称配置。
(19).铸件非加工表面的皱褶，深度小于2mm，间距应大于100mm。
(20).机器产品铸件的非加工表面均需喷丸处理或滚筒处理，达到清洁度Sa2 1/2级的要求。
(21).铸件必须进行水韧处理。
(22).铸件不允许存在有损于使用的冷隔、裂纹、孔洞等铸造缺陷。
(23).装配前，都要进行脱脂、酸洗、中和、水洗及防锈处理。
(24).装配时，对管夹、支座、法兰及接头等用螺纹连接固定的部位要拧紧，防止松动。
2.1.3 基准的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。以零件的后侧大平面作为基准面，其他基准另行说明。以便消除基准不重合误差和转换的误差。
2.2 工艺规程涉及的计算
2.2.1工序一 铣后侧大平面
1，选择刀具
1）选择YT15硬质合金刀片
根据表3.1，铣削深度ap=3mm时端铣刀直径d0=125mm，ae为64mm，由于采用标准硬质合金端铣刀，齿数Z=12（表3.16）
2）铣刀几何形状（表3.2）：由于≤200MPa，故=60°，=30°，=5°，=8°，′=8°，=10°，=5°
2，选择切削用量
1） 决定铣削深度ap由可加工余量不大，故可在一次走刀内切完ap=h=1.5mm。走刀两次。
2）决定每齿进给量fz，采用不对称端铣以提高进给量。当使用YT15，铣床功率7.5Kw，fz=0.09～0.18m／z，但是因为采用不对称端铣，fz=0.18 mm／z。
3）决定切削速度vc和每分钟进给量vf，切削速度vc。
根据表3.16，当d0=125mm时，z=12，ap≤4mm，fz=0.18mm／z时vt=98 mm／min，nt=250 r／mm， vft=471 mm／min 各修正系数kmv=kmn=1.0，ksv=ksn=0.8故 vc=vt·kv=98×1.0×0.8=78.4m/min
n=nt·kn=250×1.0×0.8=200r/min
vf=vft·kft=471×1.0×0.8=376.8mm/min
根据立铣说明书，nc=235r／mm，vfc=190mm／min，
因此实际切削速度和每齿进给量
2-1

2-2

3计算基本工时
2-3

式中L=l+y+△,l=64mm,根据表3.26中不对称
安装铣刀入切量及超切量y+△=17
所以，tm=0.43min
2.2.2工序二 铣圆柱右侧平面
1，选择刀具
1）选择YT15硬质合金刀片
根据表3.1，铣削深度ap=3mm时端铣刀直径d0=80mm，ae为30mm，由于采用标准硬质合金端铣刀，齿数Z=10（表3.16）
2）铣刀几何形状（表3.2）：由于≤200MPa，故=60°，=30°，=5°，=8°，
′=8°，=-10°，=5°
2，选择切削用量
2） 决定铣削深度ap由可加工余量不大，故可在一次走刀内切完ap=h=1.5mm。走刀两次。
2）决定每齿进给量fz，采用不对称端铣以提高进给量。当使用YT15，铣床功率7.5Kw，fz=0.09～0.18m／z，但是因为采用不对称端铣，fz=0.18 mm／z。
3）决定切削速度vc和每分钟进给量vf，切削速度vc。
根据表3.16，当d0=80mm时，z=10，ap≤4mm，fz=0.18mm／z时vt=110 mm／min，nt=439 r／mm， vft=492 mm／min 各修正系数kmv=kmn=1.0，ksv=ksn=0.8故 vc=vt·kv=110×1.0×0.8=88m/min
n=nt·kn=439×1.0×0.8=351.2r/min
vf=vft·kft=492×1.0×0.8=393.6mm/min
根据立铣说明书，nc=375r／mm，vfc=300mm／min，
因此实际切削速度和每齿进给量，根据公式2-1，2-2得

3计算基本工时
根据公式2-3

式中L=l+y+△,l=30mm,根据表3.26中不对称
安装铣刀入切量及超切量y+△=8
所以，tm=0.13min
2.2.3工序三 铣圆柱左侧平面
1，选择刀具
1）选择YT15硬质合金刀片
根据表3.1，铣削深度ap=3mm时端铣刀直径d0=80mm，ae为30mm，由于采用标准硬质合金端铣刀，齿数Z=10（表3.16）
2）铣刀几何形状（表3.2）：由于≤200MPa，故=60°，=30°，=5°，=8°，
′=8°，=-10°，=5°
2，选择切削用量
3） 决定铣削深度ap由可加工余量不大，故可在一次走刀内切完ap=h=1.5mm。走刀两次。
2）决定每齿进给量fz，采用不对称端铣以提高进给量。当使用YT15，铣床功率7.5Kw，fz=0.09～0.18m／z，但是因为采用不对称端铣，fz=0.18 mm／z。
3）决定切削速度vc和每分钟进给量vf，切削速度vc。
根据表3.16，当d0=80mm时，z=10，ap≤4mm，fz=0.18mm／z时vt=110 mm／min，nt=439 r／mm， vft=492 mm／min 各修正系数kmv=kmn=1.0，ksv=ksn=0.8故 vc=vt·kv=110×1.0×0.8=88m/min
n=nt·kn=439×1.0×0.8=351.2r/min
vf=vft·kft=492×1.0×0.8=393.6mm/min
根据立铣说明书，nc=375r／mm，vfc=300mm／min，
因此实际切削速度和每齿进给量，根据公式2-1，2-2得

3计算基本工时
根据公式2-3

式中L=l+y+△,l=30mm,根据表3.26中不对称
安装铣刀入切量及超切量y+△=8
所以，tm=0.13min
2.2.4工序四 铣上平面
1，选择刀具
1）选择YT15硬质合金刀片
根据表3.1，铣削深度ap=3mm时端铣刀直径d0=80mm，ae为12mm，由于采用标准硬质合金端铣刀，齿数Z=10（表3.16）
2）铣刀几何形状（表3.2）：由于≤200MPa，故=60°，=30°，=5°，=8°，
′=8°，=-10°，=5°
2，选择切削用量
4） 决定铣削深度ap由可加工余量不大，故可在一次走刀内切完ap=h=1.5mm。走刀两次。
2）决定每齿进给量fz，采用不对称端铣以提高进给量。当使用YT15，铣床功率7.5Kw，fz=0.09～0.18m／z，但是因为采用不对称端铣，fz=0.18 mm／z。
3）决定切削速度vc和每分钟进给量vf，切削速度vc。
根据表3.16，当d0=80mm时，z=10，ap≤4mm，fz=0.18mm／z时vt=110 mm／min，nt=439 r／mm， vft=492 mm／min 各修正系数kmv=kmn=1.0，ksv=ksn=0.8故 vc=vt·kv=110×1.0×0.8=88m/min
n=nt·kn=439×1.0×0.8=351.2r/min
vf=vft·kft=492×1.0×0.8=393.6mm/min
根据立铣说明书，nc=375r／mm，vfc=300mm／min，
因此实际切削速度和每齿进给量，根据公式2-1，2-2得

3计算基本工时
根据公式2-3

式中L=l+y+△,l=12mm,根据表3.26中不对称
安装铣刀入切量及超切量y+△=4
所以，tm=0.053min
2.2.5工序五：加工Φ20H7孔
计算步骤：一、钻孔至Φ18（0+0.067）
机床—Z525立式钻床
1，选择高速钢麻花钻头，其直径等d0=18mm。
2，选择切削用量
(1)决定进给量f
1)按加工要求决定进给量，当加工要求H12～H13精度时，铸铁强度≤200时，d0=18mm时f=0.70～0.86mm／r
2)按钻头强度决定进给量，根据表2.8当=200MPa，d0=18mm，钻头允许的进给量f=1.75mm／r
3)按机床进给机构强度决定进给量，根据表2.9.当≤200MPa，d0≤20.5mm机床进给机构允许的轴向力8330N时进给量为0.66 mm／r
从以上三个进给量比较看出受限制的进给量是工艺要求。其值为f=0.81mm/r
由表2.19可看出钻孔时的轴向力
当f=0.81，d0≤21mm时轴向力Ff=7260N轴向力的修正系数均为1.0故Ff=7260N
根据Z525机床说明书机床进给机构允许的最大轴向力为Fmax=8830N。由于Ff〈Fmax故f=0.81 mm／r可用
(2)决定钻头磨钝标准寿命 由表2.12，当d0=18mm时钻头后刀面最大磨损量取为0.5mm寿命T=60min
(3)决定切削速度 由表2.15 f=0.81mm／r标准钻头d0=18mm时Vc=10m／min
切削速度修正值为KTv=1.0，Kcv=1.0 Klv=0.85，Ktv=1.0
V=Vt·Kv 2-4
V=Vt·Kv=10×1.0×1.0×0.85×1.0=8.5 m／min
2-5
根据Z525钻床说明书可考虑使用nc=195 r／min但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f=0.62mm／r，也可选择较低一级转速nc=140 r／min，仍使f=0.81 mm／r
比较两种选择方案
1)第一方案 f=0.62mm／r nc=195 r／min nc·f=0.62×195=120.9 mm／min
2)第二方案 f=0.81mm／r nc=140 r／min nc·f=0.81×140=113.4 mm／min
因此第一方案nc·f的乘积比较大，基本工时较少，故第一方案较好。
这时Vc=10 m／min，f=0.62mm／r。
(4)检验机床扭矩及功率
根据表2.21，当f≤0.64mm／r，d0=≤19mm，Mt=51.99N·m
扭转修正系数均为1.0.故Mc=51.99N·m
根据Z525钻床说明书，当nc=195 r／min，Mm=195.2N·m
根据表2.23当=170～213HBS，d0=18mm，f≤0.63，Vc=10 m／min 时Pc=1.0KW
根据Z525机床说明书PE=2.8KW
由于Mc＜Mm Pc＜PE 故选择之切削用量可用
即f=0.62mm／r，n=nc=195 r／min，Vc=10m／min
3计算基本工时
2-6

式中L=l+y+△,l=40mm,入切量及超切量y+△=8mm
所以，tm=0.397min
二、扩孔至Φ19（0+0.054）
机床—Z525立式钻床
1，选择高速钢麻花钻头，其直径等d0=19mm。
2，选择切削用量
(1)决定进给量f
1)按加工要求决定进给量，当加工要求H12～H13精度时，铸铁强度≤200时，d0=19mm时f=0.70～0.86mm／r
2)按钻头强度决定进给量，根据表2.8当=200MPa，d0=19mm，钻头允许的进给量f=1.75mm／r
3)按机床进给机构强度决定进给量，根据表2.9.当≤200MPa，d0≤20.5mm机床进给机构允许的轴向力8330N时进给量为0.66 mm／r
从以上三个进给量比较看出受限制的进给量是工艺要求。其值为f=0.81mm/r
由表2.19可看出钻孔时的轴向力
当f=0.81，d0≤21mm时轴向力Ff=7260N轴向力的修正系数均为1.0故Ff=7260N
根据Z525机床说明书机床进给机构允许的最大轴向力为Fmax=8830N。由于Ff〈Fmax故f=0.81 mm／r可用
(2)决定钻头磨钝标准寿命 由表2.12，当d0=19mm时钻头后刀面最大磨损量取为0.6mm寿命T=60min
(3)决定切削速度 由表2.15 f=0.81mm／r标准钻头d0=19mm时Vc=10m／min
切削速度修正值为KTv=1.0，Kcv=1.0 Klv=0.85，Ktv=1.0，根据公式2-4，2-5得
V=Vt·Kv=10×1.0×1.0×0.85×1.0=8.5 m／min

根据Z525钻床说明书可考虑使用nc=195 r／min但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f=0.62mm／r，也可选择较低一级转速nc=140 r／min，仍使f=0.81 mm／r
比较两种选择方案
1)第一方案 f=0.62mm／r nc=195 r／min nc·f=0.62×195=120.9 mm／min
2)第二方案 f=0.81mm／r nc=140 r／min nc·f=0.81×140=113.4 mm／min
因此第一方案nc·f的乘积比较大，基本工时较少，故第一方案较好。
这时Vc=10 m／min，f=0.62mm／r。
(4)检验机床扭矩及功率
根据表2.21，当f≤0.64mm／r，d0=≤19mm，Mt=51.99N·m
扭转修正系数均为1.0.故Mc=51.99N·m
根据Z525钻床说明书，当nc=195 r／min，Mm=195.2N·m
根据表2.23当=170～213HBS，d0=19mm，f≤0.63，Vc=10 m／min 时Pc=1.0KW
根据Z525机床说明书PE=2.8KW
由于Mc＜Mm Pc＜PE 故选择之切削用量可用
即f=0.62mm／r，n=nc=195 r／min，Vc=10m／min
3计算基本工时
根据公式2-6

式中L=l+y+△,l=40mm,入切量及超切量y+△=8mm
所以，tm=0.397min
三、铰孔至Φ20H7（0+0.006）
查表2.25可知：进给量f=0.3mm/r,切削速度vc =8m/min。
决定铰刀磨钝标准寿命 由表2.12，当d0=20mm时钻头后刀面最大磨损量取为0.4mm寿命T=60min
计算基本工时
根据公式2-6

式中L=l+y+△,l=40mm,入切量及超切量y+△=8mm
所以，tm=0.397min
2.2.6工序六：加工Φ6H8孔
计算步骤：一、钻孔至Φ4（0+0.037）
机床—Z525立式钻床
1，选择高速钢麻花钻头，其直径等d0=4mm。
2，选择切削用量
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