底座加工工艺及其夹具设计.doc

目 录
目 录 1
第1章 引言 2
第2章 零件分析 3
2.1 零件的作用 3
2.2 零件的工艺分析 3
第3章 工艺规程设计 4
3.1 确定毛坯的制造形式 4
3.2 毛坯的设计 4
3.3 选择定位基准 5
3.3.1 精基准的选择 5
3.3.2 粗基准的选择 6
3.4 制定工艺路线 7
3.4.1 工艺路线 7
第4章 确定切削用量及基本工时 9
第5章 夹具设计 17
5.1 设计夹具的目的 17
5.2 本课题夹具设计 17
5.3 问题的提出 17
5.4 定位基准的选择 17
5.5 切削力及夹紧力计算 18
5.6 定位误差分析 19
5.7 夹具设计及操作简要说明 19
设计小结 20
参考文献 21

第1章 引言
随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。
“工欲善其事，必先利其器。”
工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。
底座的加工工艺规程及其铣侧面的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。
本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。

第2章 零件分析
2.1 零件的作用

图2.1 零件图
底座是一种基础零件，是整个机械装置的主体，起密封、定位的作用，因此，对于关键联接部位要求加工精度比较高。
2.2 零件的工艺分析
底座零件的材料为HT150，灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。但灰铸铁的铸造性能和切削加工性能优良。
零件有2组加工面他们有位置度要求。以下是本零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
(1) 一组是以底面为基准的加工面，这组面主要是下底面，U形槽及其凸台，尺寸90所对应的两侧面，尺寸50所对应的两侧面。
(2) 以13孔为基准的加工面，这组加工面主要是弧形槽，R2槽。
第3章 工艺规程设计
3.1 确定毛坯的制造形式
零件材料为HT150，由于零件为10000件/年，属于中批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为2级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。
3.2 毛坯的设计
底座零件材料为 HT150，毛坯重约5Kg。生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型，2级精度组。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，对毛坯初步设计如下：
1. 底座的下端面
该底座的下端面粗糙度都是6.3，只要进行铣加工就能满足光洁度要求。根据资料可知，选取加工余量等级为G，选取尺寸公差等级为9级。
所以根据相关资料和经验可知，底座的下端面的单边余量为2mm，符合要求。
2. U形槽及其凸台
U形槽凸台表面粗糙度为12.5，只要粗铣即可满足要求，其加工余量为2mm,
U形槽表面粗糙度为12.5，只要粗铣即可满足要求，其加工余量为2mm,
3. 尺寸90所对应的两侧面，尺寸50所对应的两侧面
尺寸90所对应的两侧面表面粗糙度为6.3，经过粗铣加工即可以，选用单边余量为2mm。
尺寸50所对应的两侧面表面粗糙度为1.6，需经过精加工，选用单边余量为2mm。
根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，这样毛坯的尺寸就可以定下来了，毛坯的具体形状和尺寸见图3.1“底座”零件毛坯简图。

图3.1“底座”零件毛坯图
3.3 选择定位基准
正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容，也是保证零件加工精度的关键。
定位基准分为精基准、粗基准和辅助基准。在最初加工工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准(粗基准)。在后续工序中，则使用已加工表面作为定位基准(精基准)。
在制定工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求并把各个表面加工出来，然后再考虑选择合适的粗基准把精基准面加工出来。另外，为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度，可在工件上某部位作一辅助基准，用以定位。应从零件的整个加工工艺过程的全局出发，在分析零件的结构特点、设计基准和技术要求的基础上，根据粗、精基准的选择原则，合理选择定位基准。
3.3.1 精基准的选择
①“基准重合”原则
应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，即“基准重合”的原则。这样可以避免因基准不重合而引起的误差。
②“基准统一”原则
应选择多个表面加工时都能使用的定位基准作为精基准，即“基准统一”的原则。
这样便于保证各加工表面间的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并简化夹具的设计制造工作。
③“互为基准”原则
当两个表面的相互位置精度及其自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可采用这两个表面互为基准，反复多次进行精加工。
④“自为基准”原则
在某些要求加工余量尽量小而均匀的精加工工序中，应尽量选择加工表面本身作为定位基准。
此外，精基准的选择还应便于工件的装夹与加工，减少工件变形及简化夹具结构。需要指出的是，上述四条选择精基准的原则，有时是相互矛盾的。例如，保证了基准统一就不一定符合基准重合等等。在使用这些原则时，要具体情况具体分析，以保证主要技术要求为出发点，合理选用这些原则。
对于精基准而言，主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。
3.3.2 粗基准的选择
①若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。
②在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件上每个表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。这样可使这个表面在加工中不致因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工件报废。
③在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工时，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。若既需保证某重要表面加工余量均匀，又要求保证不加工表面与加工表面的位置精度，则仍按本原则处理。
④选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其他缺陷，以便定位准确，装夹可靠。
⑤粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。但是，当毛坯是精密铸件或精密锻件，毛坯质量高，而工件加工精度要求又不高时，可以重复使用某一粗基准。
粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。从零件图上可以看出，底座零件还算比较规则，所以粗基准容易选择。为了保证底面及其它加工表面的位置精度的要求，选择底座底面作为粗基准，加工出U形槽凸台面，再以U形槽凸台面精加工出底面，然后以此为精基准，加工其它表面。
3.4 制定工艺路线
3.4.1 工艺路线
制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。
方案一
工序Ⅰ：铸造
工序Ⅱ：时效处理
工序Ⅲ：以底面为粗基准，铣U形槽凸台面。
工序Ⅳ：铣底面
工序Ⅴ：铣U形槽
工序Ⅵ：铣尺寸90两端面
工序Ⅶ：粗铣尺寸50两端面，精铣尺寸50两端面
工序Ⅷ：钻孔13
工序Ⅸ：铣弧形槽
工序X：铣R2槽
工序XI：检验
方案二
工序Ⅰ：铸造
工序Ⅱ：时效处理
工序Ⅲ：粗铣底面
工序Ⅳ：铣U形槽凸台面
工序Ⅴ：精铣底面
工序Ⅵ：铣U形槽，
工序Ⅶ：铣尺寸90两端面，
工序Ⅷ：钻孔13
工序Ⅸ：粗铣尺寸50两端面，精铣尺寸50两端面
工序X：铣弧形槽
工序XI：铣R2槽
工序XII：检验
工艺方案一和方案二的区别在于方案一工序比较集中，方案二工序比较分散，工序集中比较利于中小批量生产，工序分散适合大批量工业化生产，在本设计中，选用工序集中，并配以较多的专用夹具，比较合适，因此，本工艺设计选用方案一。
第4章 确定切削用量及基本工时
工序Ⅲ：以底面为粗基准，铣U形槽凸台面
1. 选择刀具及机床
刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用YG8，机床采用X5028立式铣床
=2mm，=30mm，=42.5m/min，=3。
2. 决定铣削用量。
1）决定铣削深度
因为加工余量不大，一次加工完成
=2mm
2）决定每次进给量及切削速度
根据X5028型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 =0.2mm/齿，则
r/min
按机床标准选取＝475r/min
m/min
当＝475r/min时
= =0.2×3×475=285mm/min
3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为
.
两个凸台，
工序Ⅳ：铣底面
1. 选择刀具及机床
刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用YG8，机床采用X5028立式铣床
=2mm，=130mm，=42.5m/min，=8。
2. 决定铣削用量。
1）决定铣削深度
因为加工余量不大，一次加工完成
=2mm
2）决定每次进给量及切削速度
根据X5028型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 =0.2mm/齿，则
r/min
按机床标准选取＝118r/min
m/min
当＝104r/min时
= =0.2×8×104=166mm/min
3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为
.
工序Ⅴ：铣U形槽
1. 选择刀具及机床
刀具选取不重磨损硬质合金圆周铣刀，刀片采用YG8，机床采用X61W万能铣床
=1mm，=120mm，=42.5m/min，=20。
2. 决定铣削用量。
1）决定铣削深度
因为加工余量不大，一次加工完成
=1mm
2）决定每次进给量及切削速度
根据X5028型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 =0.1mm/齿，则
r/min
按机床标准选取＝125r/min
m/min
当＝125r/min时
= =0.1×20×125=250mm/min
3）计算工时
切削工时：，，则机动工时为
.
两个U形槽，
工序Ⅵ：铣尺寸90两端面
1. 选择刀具及机床
刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用YG8，机床采用X5028立式铣床
=2mm，=60mm，=42.5m/min，=6。
2. 决定铣削用量。
1）决定铣削深度
因为加工余量不大，一次加工完成
=2mm
2）决定每次进给量及切削速度
根据X5028型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 =0.2mm/齿，则
r/min
按机床标准选取＝235r/min
m/min
当＝235r/min时
= =0.2×6×235=282mm/min
3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为
.
铣两个面，.
工序Ⅶ：粗铣尺寸50两端面，精铣尺寸50两端面
粗铣尺寸50两端面
1. 选择刀具及机床
刀具选取不重磨损硬质合金圆周铣刀，刀片采用YG8，机床采用X5028立式铣床
=1.5mm，=49mm，=42.5m/min，=6。
2. 决定铣削用量。
1）决定铣削深度
因为加工余量不大，一次加工完成
=1.5mm
2）决定每次进给量及切削速度
根据X5028型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 =0.2mm/齿，则
r/min
按机床标准选取＝300r/min
m/min
当＝300r/min时
= =0.2×6×300=360mm/min
3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为
.
精铣尺寸50两端面
1. 选择刀具及机床
刀具选取不重磨损硬质合金圆周铣刀，刀片采用YG8，机床采用X5028立式铣床
=0.5mm，=50mm，=42.5m/min，=6。
2. 决定铣削用量。
1）决定铣削深度
因为加工余量不大，一次加工完成
=0.5mm
2）决定每次进给量及切削速度
根据X5028型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 =0.2mm/齿，则
r/min
按机床标准选取＝300r/min
m/min
当＝300r/min时

= =0.2×6×300=360mm/min
3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为
.
工序Ⅷ：钻孔13
机床：Z550立式钻床
刀具：根据《机械加工工艺手册》表10-61选取高速钢麻花钻Φ13
1)进给量 取=0.13mm/r
2)切削速度　　V=24~34m/min. 取V=30m/min
3)确定机床主轴转速　　
==735r/min
与735r/min相近的机床转速为735r/min。现选取=735r/min。
所以实际切削速度==m/min
5) 切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。
　 ;其中; =4mm; =3mm;
=2×（） =2×（）=0.282(min)
工序Ⅸ：铣弧形槽
1. 选择刀具及机床
刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用YG8，机床采用X5028立式铣床
=2mm，=13mm，=42.5m/min，=2。
2. 决定铣削用量。
1）决定铣削深度
因为加工余量不大，10次加工完成
=2mm
2）决定每次进给量及切削速度
根据X5028型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 =0.2mm/齿，则
r/min
按机床标准选取＝950r/min
m/min
当＝950r/min时
= =0.2×2×950=380mm/min
3）计算工时
切削工时：则机动工时为，十次走刀
.
加工两个

工序X：铣R2槽
1. 选择刀具及机床
刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用YG8，机床采用X5028立式铣床
=2mm，=4mm，=42.5m/min，=2。
2. 决定铣削用量。
1）决定铣削深度
因为加工余量不大，2次加工完成
=2mm
2）决定每次进给量及切削速度
根据X5028型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 =0.2mm/齿，则
r/min
按机床标准选取＝1180r/min
m/min
当＝1180r/min时
= =0.2×2×1180=472mm/min
3）计算工时
切削工时：则机动工时为，2次走刀
.
第5章 夹具设计
5.1 设计夹具的目的
在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷、热工艺过程中，使用着大量的夹具。所谓夹具就是一切用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或者检测的装置。在机械制造中采用大量的夹具，机床夹具就是夹具中的一种。它装在机床上，使工件相对刀具与机床保持正确的相对位置，并能承受切削力的作用。机床夹具的作用主要有以下几个方面：较容易、较稳定地保证加工精度，因为用夹具装夹工件时，工件相对机床（刀具）的位置由夹具来保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、较稳定地保证工件的加工精度；提高劳动生产率，因为采用夹具后，工件不需要划线找正，装夹也方便迅速，显著地减少了辅助时间，提高了劳动生产率；扩大机床的使用范围，因为使用专用夹具可以改变机床的用途、扩大机床的使用范围，例如，在在车床或摇臂转床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；改善劳动条件、保证生产安全，因为使用专用机床夹具可以减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，降低对工人操作技术水平的要求，保证安全。
5.2 本课题夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。由指导老师的分配，决定设计第工序Ⅵ：铣尺寸90两端面。
5.3 问题的提出
本夹具主要用于铣尺寸90两端面，铣面之前，底面与U形槽已加工出来，本道工序加工精度要求不是很高，为此，本夹具主要考虑如何提高生产效率。
5.4 定位基准的选择
拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。
此道工序没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。我们采用已加工的底面、和U形槽为定位基准，用底面、定位销和一定位挡销限制工件六个自由度，为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母压板作为夹紧机构。
5.5 切削力及夹紧力计算
刀具： 高速钢端铣刀 φ60mm z=6
机床： x5028型立式铣床
由[3] 所列公式 得

查表 9.4—8 得其中： 修正系数

z=6
代入上式，可得 F=1889.4N

因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。

安全系数 K=
其中：为基本安全系数1.5
为加工性质系数1.1
为刀具钝化系数1.1
为断续切削系数1.1
所以

（2）夹紧力的计算
选用夹紧螺钉夹紧机 由
其中f为夹紧面上的摩擦系数，取
F=+G G为工件自重

由于7544N不是很大，经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，
5.6 定位误差分析
本工序对面加工精度要求不高，采用本夹具能满足加工要求
5.7 夹具设计及操作简要说明
在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了压板夹紧方式。本工序为切削力较大，手动夹紧就能达到本工序的要求，但是要注意拧到位。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。

设计小结

课程设计是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
通过本次课程设计，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。对我来说，收获最大的是那些分析和解决问题的方法与能力。在整个设计过程中，我发现像我们这些学生最缺少的是经验，没有感性的认识，空有理论知识，有些东西很可能与实际脱节。此次设计需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进。通过此次设计，我懂得了只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重。在设计的过程中也发现了自己的不足之处：对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂公差的确定、工时定额怎么计算、夹紧机构的具体应该怎么设计等等。通过此次设计，又把以前所学过的知识重温了一次。
这次课程设计使我受益匪浅，为我今后的学习和工作打下了一个坚实而良好的基础。在此衷心感谢老师和同学的帮助和指导。

参考文献
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[2] 李益民.机械制造工艺设计简明手册.机械工业出版社，1994年.
[3] 哈尔滨工业大学、上海工业大学.机床夹具设计.上海科学技术出版社，1983年.
[4] 东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学.机床夹具设计手册.上海科学技术出版社，1990年.
[5] 郭宗连、秦宝荣.机械制造工艺学.中国建材工业出版社，1997年.
[6] 冯道.机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册.安徽文化音像出版社，2003．
[7] 马贤智.机械加工余量与公差手册.中国标准出版社，1994．12．
[8] 王光斗.机床夹具设计手册.上海科学技术出版社，2002．8．

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