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分度盘钻孔夹具课程设计说明书

30
2020年4月19日
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1零件的工艺性分析
1) 该工件锻造比比较大，很容易造成应力的分布不均。因此，锻造后进行正火处理，粗加工后进行调质处理，以改进材料的切削性能。
2) 工序安排以台阶面和Φ100g6的外圆表面定位，装夹工件，达到了设计基准，工艺基准的统一。
3) 分度盘大端面对Φ35H7mm孔中心线有垂直度要求；外圆台阶面对Φ100g6mm外圆轴心线有垂直度要求；Φ100g6mm外圆与Φ35H7mm孔有同轴度要求；6×M12螺纹与和6×Φ32mm孔对100g6mm外圆轴心线有位置度要求，可在偏摆仪上用百分表检查同轴度及垂直度。
2机械加工工艺规程设计
2.1分度盘的工艺分析及生产类型的确定
2.1.1分度盘的用途
分度盘是一种高精度的分度定位元件。主要用于需要高精度分度定位的金属切削机床和专用夹具上。
2.1.2分度盘的主要技术要求
按表1-1形式将该分度盘的主要技术要求列于表6-1中。

表2-1 分度盘零件的主要技术要求
加工表面
尺寸及偏差/mm
公差及精度等级
表面粗糙度 Ra/μm

形位公差/mm

大端面
Φ180
IT12
12.5

⊥
0.02
C

外圆台阶面

1.6

⊥
0.01
D

小端面
Φ100g6
IT6
12.5

大外圆
Φ180
IT12
12.5

小外圆
Φ100g6
IT6
1.6

◎
Φ0.01
C

6×Φ32孔
6×Φ32H7
IT7
12.5

Φ0.25
D

Φ35孔
Φ35H7
IT7
3.2

Φ36孔
Φ36
IT13
12.5

Φ21孔
Φ21
IT13
12.5

螺纹孔
6×M12-6H
IT6
3.2

Φ0.25
D

6×Φ12孔
6×Φ12±0.05
IT10
3.2

Φ0.1
D

Φ10销孔
Φ10H7
IT7
3.2

Φ12孔底面
10
IT13
3.2

Φ32孔底面
20
IT13
12.5

弧形槽底面
10
IT13
3.2

2.1.3审查分度盘的工艺性
1）零件材料45钢，切削加工性良好。
2）分度盘Φ100g6mm外圆与Φ35H7mm孔有同轴度要求，为保证加工精度，工艺安排应粗、精加工分开。
3）主要表面虽然加工精度较高，但能够在正常的生产条件下，采用较经济的方法保证质量地加工出来。
2.1.4确定分度盘的生产类型
依设计题目可知生产类型为：大批大量生产
2.2确定毛坯 绘制毛胚图
2.2.1毛坯选择
根据材料45钢，生产类型为大批大量生产及零件形状要求，可选择模锻件。毛坯的拔模斜度5°。
2.2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
1）公差等级
由分度盘零件的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。
2）锻件重量
根据机械加工后零件的形状及零件材料，估算锻件毛坯重量为=7.50kg。
3）锻件复杂系数
对分度盘零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的直径d=Φ180mm，高H=60mm。由公式S==7.50kg/12.0kg≈0.63。由此可确定该分度盘零件的复杂系数为级。
4）锻件材质系数
由于该分度盘零件材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数为级。
5）锻件分模线形状与零件表面粗糙度
根据该分度盘零件的形位特点，采用平直分模面。由零件图可知，该分度盘零件各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6μm 。
根据上述诸因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于表2-2中。
表2-2 分度盘锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量
锻件重量/kg
包容体重量/kg
形状复杂系数
材质系数
公差等级
7.3
11.9

普通级
项目/mm
机械加工余量/mm
尺寸公差/mm
备注
Φ180外圆

表2-14
2.0

表2-10
Φ100外圆

表2-14
2.6

表2-10
高度60

表2-11
2.0

表2-13
高度25（台阶面)

表2-11
2.0

表2-13
注：根据表2-10的表注，将此表中所有公差按±1/2分配。
2.2.3绘制分度盘锻造毛坯简图
由表2-2所得结果，绘制毛坯简图如图2-1所示。

图 2-1
2.3 拟定分度盘工艺路线
2.3.1定位基准的选择
3.1.1精基准的选择
根据该分度盘零件的技术要求和装配要求，选择分度盘大端面为精基准，零件上的很多表面都能够采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。分度盘35H7mm的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工分度盘100g6mm外圆柱面和台阶面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度和同轴度要求。在钻削均布圆周孔时采用100g6mm的轴心线作为精基准，做到了设计基准与工艺基准的统一。
3.1.2粗基准的选择
作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其它表面缺欠。此处选择分度盘100g6mm轴线作为粗基准，能够为后续工序准备好精基准。
2.3.2表面加工方法的确定
根据分度盘零件图上个加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工工件各表面的加工方法，如表2-3所示。
表2-3 分度盘零件各表面加工方案
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度
Ra/μm
加工方案
备注
大端面
IT11
12.5
粗车
表1-8
外圆台阶面
IT6
1.6
粗车—半精车—精车
表1-8
小端面
IT11
12.5
粗车
表1-8
大外圆
IT10
12.5
粗车—半精车
表1-6
小外圆
IT6
1.6
粗车—半精车—精车
表1-8
6×Φ32孔
IT13
12.5
钻—扩
表1-7
Φ35孔
IT7
3.2
钻—粗镗—
半精镗—精镗
表1-8
Φ36孔
IT13
12.5
粗车
表1-8
Φ21孔
IT13
12.5
钻
表1-7
螺纹孔（6个）
IT6
3.2
钻—攻螺纹
表2-39
6×Φ12孔
IT9
3.2
钻—铰
表1-7
Φ10销孔
IT7
3.2
钻—粗铰—精铰
表1-7
弧形槽底面
IT13
3.2
铣

Φ10圆锥形孔
IT12
12.5
钻
表1-7
2.3.3加工阶段划分
该分度盘加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。
2.3.4 工序集中与分散
采用工序集中原则，尽可能在一次安装中加工许多表面，或尽量在同一台设备上连续完成较多的加工要求。
2.3.5工序顺序的安排
1）机械加工工序
遵循”先基准后其它“、“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”的原则。
2)热处理工序
因模锻件的表面层有硬皮，会加速刀具磨损和钝化，为改进切削加工性，模锻后对毛坯进行正火处理，软化硬皮；零件Φ100g6mm外圆面和台阶面需进行淬火，由于零件壁厚小，易变形，加之加工精度要求高，为尽量控制淬火变形，在零件粗加工后安排调质处理作预处理。
3)辅助工序
在粗加工和半精加工后各安排一次中间检验，精加工后安排去毛刺、清洗和终检工序。
2.3.6确定工艺路线
在 综合考虑上述工序安排原则基础上，表2-4列出了分度盘的工艺路线。
表2-4 分度盘工艺路线及设备、工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
正火

2
粗车大端面
C620
偏刀
游标卡尺
3
粗车大外圆
C620
偏刀
游标卡尺
4
钻大端孔
立式钻床
Z550
麻花钻
游标卡尺
5
粗车小端面
C620
偏刀
游标卡尺
6
粗车小外圆
C620
偏刀
游标卡尺
7
粗车台阶面
C620
偏刀
游标卡尺
8
钻Φ21孔
立式钻床
Z550
麻花钻
卡尺、塞规
9
中间检验

塞规、百分表、卡尺等
10
调质处理硬度230～250HB

11
半精车大端面
C620
偏刀
游标卡尺
12
粗镗—半精镗—精镗
卧式镗床
镗刀
内径千分尺、塞规
13
车内槽
C620
内槽车刀
游标卡尺
14
半精车小外圆
C620
偏刀
游标卡尺
15
半精车台阶面
C620
偏刀
游标卡尺
16
车削退刀槽
C620
切槽刀
游标卡尺
17
钻—铰6×Φ12孔
立式钻床 Z550
钻头复合铰刀
卡尺、塞规
18
铣弧形槽
立式铣床X51
键槽铣刀
游标卡尺
19
钻—粗铰—精铰Φ10销孔
立式钻床Z550
麻花钻、铰刀
内径千分尺
20
中间检验

塞规、百分表、卡尺等
21
热处理—淬硬 40～45HRC
淬火机等

22
精车小外圆
C620
偏刀
外径千分尺
23
精车台阶面
C620
偏刀
外径千分尺
24
钻—攻螺纹孔
立式钻床Z550
麻花钻、丝锥
卡尺、塞规
25
钻—扩孔6×Φ32孔
立式钻床Z550
麻花钻、扩孔钻
卡尺、塞规
26
去毛刺
钳工台
平锉

27
清洗
清洗机

28
终检

塞规、百分表、卡尺等
2.4工序25—加工余量、工序尺寸和公差的确定
1)钻孔余量=10.0mm
2)由于需要保证Φ10圆锥形孔的尺寸要求，因此不能继续使用麻花钻进行扩孔，而采用多次扩孔的方法达到Φ32mm孔的尺寸要求。
查表2.5-48（《机械加工工艺手册》 李洪）可得扩孔工步余量：
=1.5mm=1.5mm=1.5mm=1.5mm=1.5mm=1.5mm=2.0mm；=2.0mm；=2.0mm；=2.0mm；=2.0mm；=2.0mm；=1.0mm。
3)查表1-20可确定各工序尺寸的加工经济精度等级分别为：IT12、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11、IT11。根据以上结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为：0.15mm、0.11mm、0.11mm、0.11mm、0.11mm、0.11mm、0.13mm、0.13mm、0.13mm、0.13mm、0.13mm、0.13mm、0.13mm、0.16mm。
综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，钻孔：mm：扩孔：mm、mm、mm、mm、mm、mm、mm、mm、mm、、mm、mm、mm。
2.5 切削用量、时间定额的计算
由于孔的加工精度和表面粗糙度要求不高，因此在刀具强度允许的情况下，选择较大的切削用量和进给量。
2.5.1切削用量的计算
1)钻孔工步
背吃刀量的确定 取=10.0mm。
进给量的确定 由表5-21，选取该工步的每转进给量 f=0.2mm/r。
切削速度的计算 由表5-21，按工件材料为45钢的条件选取，切削速度v可取为20m/min。由公式（5-1) n=1000v/π d可求得该工序钻头转速n=636.9r/min，参照表4-9所列Z550立式钻床主轴转速，取转速n=735r/min。再将此转速带入公式（5-1），可求出该工序的实际切削速度v=π nd/1000=23.1m/min。
2)扩钻工步
扩孔工步分13次进行，切削速度可根据公式n=1000v/π d和v=π nd/1000确定。
第一次扩孔
背吃刀量 =1.5mm
进给量 f=0.6mm/r
切削速度 取v=42m/min n=1000v/π d≈1163.1r/min
取n=996r/min v=π nd/1000≈36.00m/min
第二次扩孔
背吃刀量 =1.5mm
进给量 f=0.6mm/r
切削速度 取v=42m/min n=1000v/π d≈1028.9r/min
取n=996r/min v=π nd/1000≈40.66m/min
第三次扩孔
背吃刀量 =1.5mm
进给量 f=0.6mm/r
切削速度 取v=42m/min n=1000v/π d≈955.4r/min
取n=996r/min v=π nd/1000≈45.35m/min
第四次扩孔
背吃刀量 =1.5mm
进给量 f=0.7mm/r
切削速度 取v=40m/min n=1000v/π d≈796.2r/min
取n=735r/min v=π nd/1000≈36.93m/min
第五次扩孔
背吃刀量 =1.5mm
进给量 f=0.7mm/r
切削速度 取v=40m/min n=1000v/π d≈727.9r/min
取n=735r/min v=π nd/1000≈40.39m/min
第六次扩孔
背吃刀量 =1.5mm
进给量 f=0.7mm/r
切削速度 取v=43m/min n=1000v/π d≈720.8r/min
取n=735r/min v=π nd/1000≈43.85m/min
第七次扩孔
背吃刀量 =2.0mm
进给量 f=0.8mm/r
切削速度 取v=46m/min n=1000v/π d≈697.6r/min
取n=735r/min v=π nd/1000≈48.47m/min

第八次扩孔
背吃刀量 =2.0mm
进给量 f=0.8mm/r
切削速度 取v=46m/min n=1000v/π d≈639.9r/min
取n=500r/min v=π nd/1000≈36.11m/min
第九次扩孔
背吃刀量 =2.0mm
进给量 f=0.8mm/r
切削速度 取v=45m/min n=1000v/π d≈573.2r/min
取n=500r/min v=π nd/1000≈39.25m/min
第十次扩孔
背吃刀量 =2.0mm
进给量 f=1.0mm/r
切削速度 取v=45m/min n=1000v/π d≈530.9r/min
取n=500r/min v=π nd/1000≈42.39m/min
第十一次扩孔
背吃刀量 =2.0mm
进给量 f=1.0mm/r
切削速度 取v=45m/min n=1000v/π d≈494.2r/min
取n=500r/min v=π nd/1000≈45.53m/min
第十二次扩孔
背吃刀量 =2.0mm
进给量 f=1.0mm/r
切削速度 取v=47m/min n=1000v/π d≈482.8r/min
取n=500r/min v=π nd/1000≈48.67m/min
第十三次扩孔
背吃刀量 =2.0mm
进给量 f=1.0mm/r
切削速度 取v=47m/min n=1000v/π d≈467.8r/min
取n=500r/min v=π nd/1000≈50.24m/min

2.5.2时间定额的计算
1)基本时间的计算
①　 钻孔工步
根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式=L/fn=(++)fn求得。式中=20mm；=+（1～2）≈；+1mm≈5.4mm；=0；f=0.2mm/r；n=735r/min。将上述结果代入公式，则该工步的基本时间=（20mm+5.4mm+0)/(0.2mm/r735r/min)≈0.17min=10.38s。
②　 扩孔工步
根据表5-41，扩孔的基本时间可由公式=L/fn=(++)fn求得。式中=20mm；=+（1～2）≈+1mm≈+1mm；=0；由此可得扩孔各工步的基本时间=（21+）/fn。由于在经过分度装置钻均布圆周孔的过程中，切削用量、切削速度均不变，且不需装卸工件，因此看成复合工步。
复合工步2：= (21+0.3×1.5)/(0.6×996）×6≈0.215min=12.90s
复合工步3：=（21+0.3×1.5）/(0.6×996) ×6≈0.215min=12.90s
复合工步4：= (21+0.3×1.5）/(0.6×996）×6≈0.215min=12.90s
复合工步5：=（21+0.3×1.5）/(0.7×735）×6≈0.250min=15.01s
复合工步6：=（21+0.3×1.5）/(0.7×735）×6≈0.250min=15.01s
复合工步7：= (21+03×1.5)/(0.7×735）×6≈0.250min=15.01s
复合工步8：= (21+0.3×2.0）/(0.8×735) ×6≈0.0.221min=13.26s
复合工步9：=（21+0.3×2.0）/(0.8×500) ×6≈0.324min=19.44s
复合工步10：= (21+0.3×2.0)/(0.8×500）×6≈0.324min=19.44s
复合工步11：= (21+03×2.0)/(1.0×500）×6≈0.259min=15.54s
复合工步12：= (21+0.3×2.0）/(1.0×500) ×6≈0.259min=15.54s
复合工步13：=（21+0.3×2.0）/(1.0×500) ×6≈0.259min=15.54s
复合工步14：= (21+0.3×2.0)/(1.0×500）×6≈0.259min=15.54s
2)辅助时间的计算
①　 钻孔工步
=(0.15～0.20),此处取=0.20=0. .38s≈2.08s。
②　 扩孔工步
复合工步2：=0.20=0.20×12.90s≈2.58s
复合工步3：=0.20=0.20×12.90s≈2.58s
复合工步4：=0.20=0.20×12.90s≈2.58s
复合工步5：=0.20=0.20×15.01s≈3.00s
复合工步6：=0.20=0.20×15.01s≈3.00s
复合工步7：=0.20=0.20×15.01s≈3.00s
复合工步8：=0.20=0.20×13.26s≈2.65s
复合工步9：=0.20=0.20×19.44s≈3.89s
复合工步10：=0.20=0.20×19.44s≈3.89s
复合工步11：=0.20=0.20×15.54s≈3.11s
复合工步12：=0.20=0.20×15.54s≈3.11s
复合工步13：=0.20=0.20×15.54s≈3.11s
复合工步14：=0.20=0.20×15.54s≈3.11s
3)其它时间的计算
①　 钻孔工步
除了作业时间（基本时间与辅助时间）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备时间与终结时间。由于分度盘的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间是作业时间的2%～7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%～4%，此处取3%，则各工序的其它时间(+)可按关系式（3%+3%)x(+)计算。该工步的其它时间：(+)=6%x（10.38+2.08）≈0.75s。
②　 扩孔工步
复合工步2：(+)=6%x（12.90s+2.58s）≈0.93s
复合工步3：(+)=6%x（12.90s+2.58s）≈0.93s
复合工步4：(+)=6%x（12.90s+2.58s）≈0.93s
复合工步5：(+)=6%x（15.01s+3.00s）≈1.08s
复合工步6：(+)=6%x（15.01s+3.00s）≈1.08s
复合工步7：(+)=6%x（15.01s+3.00s）≈1.08s
复合工步8：(+)=6%x（13.26s+2.65s）≈0.95s
复合工步9：(+)=6%x（19.44s+3.89s）≈1.40s
复合工步10：(+)=6%x（19.44s+3.89s）≈1.40s
复合工步11：(+)=6%x（15.54s+3.11s）≈1.12s
复合工步12：(+)=6%x（15.54s+3.11s）≈1.12s
复合工步13：(+)=6%x（15.54s+3.11s）≈1.12s
复合工步14：(+)=6%x（15.54s+3.11s）≈1.12s
4)单件时间的计算
①　 钻孔工步
=10.38+2.08+0.75=29.26s
②　 扩孔工步
复合工步2：=12.90s+2.58s+0.93s=16.41s
复合工步3：=12.90s+2.58s+0.93s=16.41s
复合工步4：=12.90s+2.58s+0.93s=16.41s
复合工步5：=15.01s+3.00s+1.08s=19.09s
复合工步6：=15.01s+3.00s+1.08s=19.09s
复合工步7：=15.01s+3.00s+1.08s=19.09s
复合工步8：=13.26s+2.65s+0.95s=16.86s
复合工步9：=19.44s+3.89s+1.40s=24.73s
复合工步10：=19.44s+3.89s+1.40s=24.73s
复合工步11：=15.54s+3.11s+1.12s=19.77s
复合工步12：=15.54s+3.11s+1.12s=19.77s
复合工步13：=15.54s+3.11s+1.12s=19.77s
复合工步14：=15.54s+3.11s+1.12s=19.77s
因此，工序23的单间时间为10个复合工步的时间之和，即
=29.26s+16.41s+16.41s+16.41s+19.09s+19.09s+19.09s+16.86s+24.73s+24.73s+19.77s+19.77s+19.77s+19.77s=281.16s
3 孔加工夹具设计
3.1夹具设计任务
图3-1所示为钻分度盘6×32mm孔的工序简图。已知：零件材料为45钢，毛坯为模锻件，所用机床为立式钻床Z550，大批大量生产规模。
图 3-1
3.2定位方案确定
按基准重合原则选择100g6mm轴心线和外圆台阶面作为定位基准，定位方案如图3-1所示。圆柱衬套的内表面限制工件四个自由度，衬套端面限制工件三个自由度，属于过定位。因两个定位面经过精加工，垂直度较高，允许过定位。另外，由于分度盘直径比较大、壁薄，采用如上定位方案，有利于提高定位的稳定性与支撑刚度。图3-1中B-B剖视图所示削边销与定位衬套组合可限制工件六个自由度。
3.3刀具导向方案确定
为能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件——钻套。钻套一般安装在钻模板上，此处，采用钻模板与夹具体一体的结构，有利于提高夹具刚度。钻套与工件之间留有排削间隙。
3.4夹紧方案确定
3.4.1夹紧机构的选择
采用简单手动螺旋夹紧机构，使工件的装卸迅速、方便，如图3-2所示。
3.4.2夹紧力的计算分析
夹紧力的大小，对工件装夹的可靠性，工件和夹具的变形，夹紧装置的复杂程度等都有很大的影响，可根据公式计算夹紧力。考虑到切削力的变化和工艺系统变形等因素，一般在粗加工时取K=2.5～3；精加工时取K=1.5～2。此处，经过受力分析可知，夹紧力方向与与钻头进给方向相同，因此，所选夹紧机构能够满足要求。
图3-2 图 3-3
3.5夹具体的设计
夹具体必须将定位、导向、夹紧装置链接成一体，并能正确地安装机床上。本夹具采用铸铁夹具体，此方案安装稳定、刚性好，但周期较长，成本略高。
3.6分度装置设计
为了能在一次装夹中完成均布圆周孔的加工，就要求在工件加工过程中按其需要进行分度。即当加工好工件的一个表面后，使夹具的某些部件连同工件转动一个角度而不断完成其余表面的加工。图3-4为枪栓是对定分度机构的结构简图，其工作原理如下所述。
转动手柄5时，轴3一起回转，经过销2带动定位销1回转。由于定位销外圆柱表面上有曲线槽，定位螺钉6圆柱头嵌在曲线槽中，故定位销回转时便向右移动，压缩弹簧4而退出定位孔。完成分度后，重新反转手柄，定位销在弹簧的作用下沿曲线槽重新插入定位孔内。

图 3-4
3.7定位误差分析与计算
定位误差由基准不重合误差和基准移位两部分组成，定位误差的大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数和，即
=±
由3.2定位方案可知定位基准与工序基准重合，因此=0。零件在定位衬套中定位时，由于（最小间隙）无法经过调整刀具预先予以补偿，因此在加工尺寸方向上的最大基准移位误差可按最大孔和最小轴（配合代号H7/p6)求得（配合代号H7/p6)，则
==0.087mm
综上所述，夹具的定位误差为=±=0.087mm，满足要求。
4 方案综合评价与结论
4.1方案评价
1) 机械加工工艺规程的制定较为合理。
2) 6×32mm孔加工夹具设计的定位方案合理，经过分度装置能够实现在一次装夹中不断加工6个表面。但当分度装置在工作负荷较大时，容易产生振动，迫使定位销受力变形，而影响加工精度。因此，应当设计锁紧机构，以防止分度盘松动。
3) 分度回转体与夹具体的连接不稳固，能够经过改进二者结构形式解决这一问题。
4) 钻模板与底板铸成一体的夹具体结构虽然有助于提高刚度，可是增加了铸造和加工难度。
5) 此零件适合于采用组合机床（夹具：浮动钻模板），进行加工，以提高生产效率。
4.2结论
本设计方案基本达到课程设计的要求，但依然有许多需要改进之处。
5 体会与展望
5.1体会
③　 对知识的掌握不够准确，操作不够熟练。
④　 作课程设计的正确态度：一是认真, 二是快。
5.2展望
夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

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