杠杆夹具设计

课程设计说明书

设计题目：杠杆零件的机械加工工艺规程及工艺装备

内容：（1）零件一毛坯合图                 1张

（2）机械加工工艺规程卡片            7张

（3）夹具装配总图                    1张

（4）夹具零件图                    一张

（5）课程设计说明书                一份

原始资料：该零件图样一张；生产类型为中批生产。

班       级：  数 控 073 

学       生：  王     晓

指 导 老 师：  郭  天 宇

教研室主任 ：            

目  录

序言    4

一、零件的作用及工艺分析    5

（一）零件的作用    5

(二)零件的工艺分析    5

二、工艺规程的设计    5

(一)、确定毛坯的制造形式。    5

(二)、基面的选择    7

（三）、工件表面加工方法的选择    7

(四)、确定工艺路线    8

（五）：工艺方案的比较和分析：    9

（六）：选择加工设备及刀、量、夹具    10

（七）：加工工序设计    11

三、夹具的设计    13

1、    确定设计方案    14

2    、选择定位元件    14

3、计算夹紧力并确定螺杆直径    14

4、定位误差计算    15

四、设计心得    16

五、参考文献    17

序言

机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学（含机床夹具设计）和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂零件（杠杆）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，由于能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加以指教。完成夹具结构设计能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。

一、零件的作用及工艺分析

（一）零件的作用

题目给出的零件是杠杆。它的主要的作用是用来支承、固定的。要求零件的配合是符合要求。

(二)零件的工艺分析

   杠杆的Φ25+0.052mm孔的轴线合两个端面有着垂直度的要求。现分述如下：

本夹具用于在立式钻床上，加工Φ8(H7)孔。工件以Φ25＋0.052mm 孔及端面和水平面底、Φ30的凸台分别在台阶定位销7、支承钉11上实现完全定位。钻Φ8（H7）mm孔时工件为悬臂，为防止工件加工时变形，采用了螺旋辅助支承2，当辅助支承2与工件接触后，用螺母1锁紧。要加工的主要工序包括：粗精铣宽度为Φ40mm的上下平台、钻Φ10(H7)孔、钻2×Ф8+0.015的小孔 、粗精铣Φ30凸台的上下表面。加工要求有：Φ40mm的平台的表面粗糙度各为Ra6.3um（上平台）、Ra3.2（下平台）、Φ10(H7)孔为Ra3.6um、Φ25（H9）和Φ8（H7）孔表面粗糙度都为Ra1.6um。2×Φ8（H7）孔有平行度分别为0.1um（A）、0.15um(A)。Φ10(H7)孔的平行度为0.1um（A）。杠杆有过渡圆角为R5，则其他的过渡圆角则为R3。其中主要的加工表面是孔Ф8(H7),要用Ф8(H7)钢球检查。

二、工艺规程的设计

(一)、确定毛坯的制造形式。

零件的材料HT200。考虑到零件在工作中处于润滑状态，采用润滑效果较好的铸铁。由于年产量为5000件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。又由于零件的对称特性，故采取两件铸造在一起的方法，便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。

    查参考文献（机械加工工艺简明手册）得：

                各加工表面表面总余量

                    主要毛坯尺寸及公差

（1）粗基准的选择。对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的加工表面就是宽度为Ф40mm的肩面表面作为加工的粗基准，可用压板对肩台进行加紧，利用一组V形块支承Φ40mm的外轮廓作主要定位，以消除z、z、y、y四个自由度。再以一面定位消除x、x两个自由度，达到完全定位,就可加工Φ25（H7）的孔。

（2）精基准的选择。主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用Φ25(H7)的孔作为精基准。

（三）、工件表面加工方法的选择

本零件的加工表面有：粗精铣宽度为Φ40mm的上下平台、钻Φ10(H7)孔、钻2×Ф8+0.015的小孔 、粗精铣Φ30凸台的平台。材料为HT200，加工方法选择如下：

1、Φ40mm圆柱的上平台：公差等级为IT8～IT10,表面粗糙度为Ra6.3，采用粗铣→精铣的加工方法，并倒R3圆角。

2、Φ40mm圆柱的下平台：公差等级为IT8～IT10,表面粗糙度为Ra3.2，采用采用粗铣→精铣的加工方法，并倒R3圆角。

3、Ø30mm的凸台上下表面：公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra6.3，采用粗铣→精铣的加工方法。

4、钻Φ10(H7)内孔：公差等级为IT7～IT8，表面粗糙度为Ra3.2，平行度为0.1µm（A），采用钻孔→粗铰→精铰的加工方法。

5、钻Φ25（H9）内孔：公差等级为IT6～IT8，表面粗糙度为Ra1.6，采用钻孔→扩孔钻钻孔→精铰的加工方法，并倒1×45°内角。

6、钻Φ8（H7）内孔：公差等级为IT6～IT8,表面粗糙度为Ra1.6，采用钻孔→粗铰→精铰的加工方法。

(四)、确定工艺路线

1、工艺路线方案一：

铸造

时效

涂底漆

工序Ⅰ：粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台和宽度为30mm的平台

工序Ⅱ：粗精铣宽度为Φ30mm的凸台表面

工序Ⅲ：钻孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф23mm。

工序Ⅳ：扩孔钻钻孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф24.8mm。

工序Ⅴ：铰孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф25(H9)。

工序Ⅵ ：钻Φ10（H7）的内孔使尺寸达到9.8mm。

工序Ⅶ：粗铰Φ10(H7)内孔使尺寸达到9.96mm。

工序Ⅷ：精铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ10（H7）mm。

工序Ⅸ：钻、粗、精铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到Φ8（H7）。

工序Ⅹ：检验入库。

2、工艺路线方案二：

铸造

时效

涂底漆

工序Ⅰ：粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台和宽度为30mm的平台。

工序Ⅱ：粗精铣宽度为Φ30mm的凸台表面

工序Ⅲ：钻孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф23mm。

工序Ⅳ：钻2×Ф8(H7)的小孔使尺寸。 

工序Ⅴ：扩孔钻钻孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф24.8mm。 

工序Ⅵ：铰孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф25(H9)。

工序Ⅶ ：钻Φ10（H7）的内孔使尺寸达到9.8mm。

工序Ⅷ：粗铰Φ10(H7)内孔使尺寸达到9.96mm。

工序Ⅸ：精铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ10（H7）mm。

工序Ⅹ：粗铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到7.96mm。

工序Ⅺ：精铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ8（H7）。

工序Ⅻ：检验入库。

（五）：工艺方案的比较和分析：

上述两种工艺方案的特点是：方案一是根据宽度为40mm的上下肩面作为粗基准，Ф25（H7）孔作为精基准，所以就要加工Ф25孔时期尺寸达到要求的尺寸，那样就保证了2×Ф8小孔的圆跳动误差精度等。而方案二则先粗加工孔Ф25，而不进一步加工就钻Ф8（H7），那样就很难保证2×Ф8的圆度跳动误差精度。所以决定选择方案一作为加工工艺路线比较合理。

（六）：选择加工设备及刀、量、夹具

由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以采用通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各级床上的装卸及各机床间的传送均由人工完后。

粗精铣宽度为Ф40mm的上下平台和宽度为30mm的平台。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择X5012立式铣床（参考文献：机械工艺设计手册，主编：李益民，机械工业出版社出版社），刀具选D=2mm的削平型立铣刀（参考文献：机械工艺设计手册，主编：李益民，机械工业出版社出版）、专用夹具、专用量具和游标卡尺。

粗精铣宽度为Φ30mm的凸台表面。采用X5021立式铣床，刀具选D=2mm的削平型铣刀，专用夹具、专用量检具和游标卡尺。

钻孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф23mm。采用Z535型钻床，刀具选莫氏锥柄麻花钻（莫氏锥柄2号刀）D=23mm，专用钻夹具，专用检具。

扩孔钻钻孔Ф25(H9)使尺寸达到Ф24.8mm。采用立式Z535型钻床，刀具选D=24.7mm的锥柄扩孔钻（莫氏锥度3号刀），专用钻夹具和专用检具。

铰孔Ф25（H9）使尺寸达到Ф25(H9)。采用立式Z535型钻床，刀具选D=25mm的锥柄机用铰刀，并倒1×45°的倒角钻用铰夹具和专用检量具。

钻2×Ф8(H7)的小孔使尺寸达到7.8mm。采用立式Z518型钻床，刀具选用D=7.8mm的直柄麻花钻，专用钻夹具和专用检量具。

钻Φ10（H7）的内孔使尺寸达到Φ9.8mm。采用立式Z518型钻床，刀具选用D=9.8mm的直柄麻花钻，专用的钻夹具和量检具。

粗铰Φ10(H7)内孔使尺寸达到Φ9.96mm。采用立式Z518型钻床，刀具选用D=10mm的直柄机用铰刀，专用夹具和专用量检具。

精铰Φ10（H7）内孔使尺寸达到Φ10（H7）mm。采用立式Z518型钻床，选择刀具D=10mm的精铰刀，使用专用夹具和量检具。

粗铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ7.96mm。采用立式Z518型钻床，选择刀具为D=8mm直柄机用铰刀，使用专用夹具和专用量检具。

精铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ8（H7）。采用立式Z518型钻床，选择刀具为D=8mm的直柄机用铰刀，使用专用的夹具和专用的量检具。

（参考资料和文献均来自：机械工艺设计手册，主编：李益民，机械工业出版社出版）

（七）：加工工序设计

根据本次设计的要求，工序设计只设计老师所给出工序的计算。下面是对Φ8（H7）内孔的加工设计。

各工步余量和工序尺寸及公差              （mm）

2、粗铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到7.96mm。

3、精铰2×Φ8(H7)小孔使尺寸达到Φ8（H7）。

这三部工序全都采用Z518机床来进行加工的，故：              

（1）参考文献：机械设计工艺简明手册，并参考Z518机床主要技术参数，取钻2×Ф8(H7)孔的进给量f=0.3mm/r,用插入法求得钻2×Ф8(H7)孔的切削速度为v=0.435m/s=26.1m/min,由此算出转速为:

n=1000v/d=1000×26.1/3.14×8r/min=1039r/min

按机床实际转速取n=1000r/min，则实际切削速度为v=3.14×1000/1000m/min≈22m/min.

   从参考文献得知：

     =9.81×42.7do(N)

      M=9.81×0.021(N.m)

求出钻2×Ф8(H7)孔的和M如下：

=9.81×42.7×8××1=1279N

M=9.81×0.021×××1=5N.m

根据所得出数据，它们均少于机床的最大扭转力矩和最大进给力，故满足机床刚度需求。

（2）参考文献：机械设计工艺简明手册，并参考Z518机床主要技术参数，取扩孔2×Ф8(H7)的进给量f=0.3mm/r,参考文献得：扩孔的切削速度为（—）V钻，故取v扩=1/2v钻=1/2×22m/min=11m/min,

由此算出转速n=1000v/d=1000×11/3.14×8r/min=438r/min,取机床实际转速n=450r/min。

（3）参考文献：机械设计工艺简明手册，并参考Z518机床主要技术参数，取铰孔的进给量f=0.3mm/r,参考文献得：铰孔的切削速度为v=0.3m/s=18m/min。由此算出转速：

n=1000v/d=1000×18/3.14×8r/min=717r/min

按照机床的实际转速n=720r/min。则实际切削速度为：

V=dn/1000=3.14×8×720/1000m/min=18.1m/min。

三、夹具的设计

本次的夹具为—工序Ⅸ：钻、粗、精铰2×Φ8（H7）小孔使尺寸达到Φ8（H7）而设计的。　本工序所加工的孔是位于Φ30凸台平面内，孔径不大，工件重量较轻、轮廓尺寸以及生产量不是很大等原因，采用翻转式钻模。

1、确定设计方案

这道工序所加工的孔在Φ30凸台平面上，且与土台面垂直，平行度△A=0.1。

根据工件结构特点，其定位方案有：

   工件以Φ25＋0.052mm 孔及端面和水平面底、Φ30的凸台分别在台阶定位销、支承钉上实现完全定位。钻Φ8（H7）mm孔时工件为悬臂，为防止工件加工时变形，采用了螺旋辅助支承，当辅助支承与工件接触后，用螺母锁紧。

2、选择定位元件

（1）选择带台阶面的定位销，作为以φ 25H9孔及其端面的定位元件。定位副配合取 。

（2）选择可调支承钉为φ8（H7）孔外缘毛坯一侧防转定位面的定位元件 ,用锁紧螺母将其锁紧，防止在加工孔时出现扭转，工件六个自由度。为增加刚性，在φ8（H7）的端面增设一螺旋辅助支承，辅助支承与工件接触后，用螺母将其锁紧。

  3、计算夹紧力并确定螺杆直径

参考文献（机械加工工艺手册），因夹具的的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力与切削力F之间的关系为：

=KF，式中的K为安全系数。由参考文献得，当夹紧力与切削力方向相反时，取K=3。

由前面的计算可知F=1279N。所以，=KF=1279×3N=3837N，由此可以知道，选择一个M30的螺旋辅助支承。一是为了承受切削力的冲击，二是为了防止工件在加工时变形，因为钻φ8（H7）孔时，工件为悬臂。

4、定位误差计算 

（1）加工φ8H7时孔距尺寸 84± 0.2mm的定位误差计算，由于基准重合，故 ：0.015+0.2=0.215mm，0.015-0.2=-0.185mm，上下偏差为：0.215-（-0.185）=0.4mm，符合尺寸要求。

而基准位移误差为定位孔 (φ25H9 )与定位销的最大间隙，故：定位销取直径为φ25H9，尽量减少位移误差。故：25-25=0，上偏差：0.052-0.052=0mm，下偏差：0-0=0mm。其基准也符合设计要求。由此可知此定位方案能满足尺寸 84± 0.2mm的定位要求。

（2）加工φ8H7孔时轴线平行度 0.15mm 的定位误差计算，由于基准重合，故 ：0.015+0.015=0.03mm

而基准位移误差是定位孔φ25H9与定位面间的垂直度误差。故 :0.052+0.052mm=0.104mm

所以有：0.03+0.104mm=0.134mm

　　此方案能满足平行度 0.15mm的定位要求。

四、设计心得

经过着两个星期的努力，不仅顺利完成了课程设计这个任务，而且从中一方面巩固了之前的理论学习，另一方面也发现了自   己在学习工程中存在的薄弱环节。经过老师的知道，和自己的认真学习，自己把一些没有掌握好的知识点进一步加深理解，把在设计过程中发现的问题，作为今后学习过程中努力的方向。课程设计，是一个系统性、知识点广泛的学习过程。通过这样一个系统性的学习和结合，使自己把学过的知识联系起来，运用在各个方面上去。同时，广泛地运用设计手册，学会了在实际中运用工具书，和完成每一步查找工作；在整个零件的加工过程是和其他同学分工完成，所以在设计过程中需要和同学一起讨论分析，在夹具设计过程中也想同学征求了意见，是设计更加符合实际要求。    这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在老师的谆谆教导，和同学们的热情帮助下，使我找到了信心。现在想想其实课程设计当中的每一天都是很累的，其实正向老师说得一样，机械设计的课程设计没有那么简单，你想copy或者你想自己胡乱蒙两个数据上去来骗骗老师都不行，因为你的每一个数据都要从机械设计书上或者机械设计手册上找到出处。虽然种种困难我都已经克服，但是还是难免我有些疏忽和遗漏的地方。完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。抱着这个心理我一步步走了过来，最终完成了我的任务。

    五、参考文献

1、李益民主编，机械加工工艺简明手册，北京：机械工业出版社，1994.7

2、李洪主编，机械加工工艺手册，北京：北京出版社，1990

3、廖念钊等主编，互换性与技术测量（第四版），北京：中国计量出版社，1990.2

4、于骏一、邹青主编，机械制造技术基础，北京：机械工业出版社，2004.1

5、刘华明主编，刀具设计手册，北京：机械工业出版社，1999