飞锤支架加工工艺及加工孔Φ7工装设计

课程设计说明书

课题名称

飞锤支架加工工艺及加工孔Φ7

0. 0360

工装设计

目录

一 课程设计的序言..................................................................................................................................................... 2 二 课程设计任务书..................................................................................................................................................... 3 三 零件分析 ................................................................................................................................................................ 4 （一）零件的用途，结构和特点 . .......................................................................................................................... 4 （二）选择毛坯种类及制造方法 . .......................................................................................................................... 5 四 零件的工艺规程设计 . .......................................................................................................................................... 7 五 钻中心孔专用夹具设计 . .................................................................................................................................... 10 （一）夹具设计说明书......................................................................................................................................... 10 （二）夹具设计的基本要求 . ................................................................................................................................ 10 六 夹具设计的程序................................................................................................................................................. 11 （一 ）夹具设计规范化概述 ............................................................................................................................... 11 1．夹具设计规范化的意义 . ...................................................................................................................................... 11 （二）夹具设计的规范程序 . ................................................................................................................................ 12 1．明确设计要求，认真调查研究，收集设计资料 . ...................................................................................... 12 ２．绘制夹具总图 ............................................................................................................................................ 13 ３．夹具精度校核 ............................................................................................................................................ 14 4. 确定夹具的结构方案 ................................................................................................................................ 15 三 要求：为飞锤支架钻中心孔的那步工序设计一套专用夹具. . ................................................................... 15 （一）零件的加工及定位方案 ........................................................................................................................ 15 （二）零件加工的导向装置 ............................................................................................................................ 15 （三）零件加工的夹紧装置 ............................................................................................................................ 17 课程设计总结 ............................................................................................................................................................ 18 参考文献 .................................................................................................................................................................... 19

一 课程设计的序言

课程设计是在学完了相关课程，进行生产实习之后的一个重要教学实践环节。它要求学生综合应用本课程及有关先修课程（工程材料与热处理、机械设计、互换性与测量技术、金属切削机床、金属切削原理与刀具等）的理论以及在生产实习中学到的实践知识进行工艺规程设计，是毕业设计前的一次综合训练。通过本次机械制造工艺学课程设计，应达到以下目的：

1. 学生能熟练运用“机械制造工艺学”课程中的基本理论以及生产实践中学到的实践知

识，正确制定一个中等复杂零件的工艺规程。

2. 学生能根据被加工零件的工艺规程，运用夹具设计的基本原理和方法，设计一套专用

夹具。

3. 培养学生熟悉并快速高效运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力。 4. 进一步培养了学生识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能。

二 课程设计任务书

+0. 036

题目：飞锤支架加工工艺及加工孔Φ70工装设计

要求：生产纲领 10000 件/年，工艺装备采用通用机床与通用刀具及专用夹具。 时间：2011年11 月 21日至2011 年12 月30日共 6 周

具体任务：

①绘制零件图1张（A3）；

②确定加工工艺路线并进行工序设计，填写工艺文件1套； ③绘制毛坯图1张（A3）；

+0. 036

④绘制加工孔Φ70的夹具装配图（A0）并进行误差分析；

⑤测绘夹具零件图1～3张；

⑥绘制所选择的夹紧机构示意图；（常见的斜楔、螺旋、圆偏心、杠杆铰链夹紧）（A1）

⑦绘制所选择的夹紧动力装置示意图；（常见的气动、液压、电磁、真空夹紧、气液增压）（A1）

⑧编写设计说明书（不少于1万字）。

学 生：

日 期： 指导教师：

机电工程系

2011年11月

三 零件分析

（一）零件的用途，结构和特点

给定零件是飞锤支架，它的作用是作为飞锤工作中的支架，在飞锤的运动工作中起支

承作用。它是飞锤调速器上的一个零件，用来连接支撑调速飞锤，以使飞锤平稳转动，达到改变转动惯量来调节转速的目的。飞锤支架是对称结构，通过其中心孔φ7套于转轴上，而一对飞锤对称装于两对φ6孔中，随支架一起转动。当转速改变时，飞锤与转轴夹角也改变，从而改变转动惯量来调节转速。所以，飞锤支架的加工质量将影响调速器的调速精度。

1) 材料要求兼顾抗震耐磨，零件材料选用HT200。 2) 零件技术条件要求：

1.正火处理硬度HB250—300。

2.球体的金相组织，基体为85%以上的珠光体，球化率应大于 80%，不允许有片状石墨存在。

3.未注明铸造圆角R2—4，拔模角3度。 4.去锐边，尖角。 3) 图纸改正：

1. Φ6.5孔的圆度（○）改为位置度（⊕）

2. Φ19轴线关于Φ7轴线的跳动度（） 由Φ0.05改为0.05 3. 忽孔Φ12有误，会与槽壁干涉，所以改为Φ10的 4) 审查零件的结构工艺性：合理

（二）选择毛坯种类及制造方法

考虑到零件主要承受压力，选用铸件。合理选择毛坯类型，使零件制造工艺简单、生产率高、质量稳定、成本降低。由于零件是成批生产，而且零件结构简单，故采用砂型铸造。又因为木模手工造型的误差比较大，铸件的精度低，飞锤支架零件材料为球墨铸铁。因为零件为成批生产，故采用金属模砂型机械造型。 （1）拟订零件的机械加工工艺路线，完成工艺路线卡

根据分析得： 该零件加工要求较高的为大端面，及内孔，其形位公差的基准多为

内孔中心线，遵循基准重合的原则，故选用孔的中心线位主要的定位基准，可减少定位误差，保证零件尺寸。所以第一步便是精加工孔，然后以孔为精基准加工大端面和外圆，然后加工其他表面。以φ190-0. 033回转面及其端面为主要定位基准，限制６个自由度X 、Y 、X 、Y 、Z ，以φ190-0. 033回转面为止推基准，限制２个自由度，以零件左端面外型轮廓宽30的长方体外型轮廓作为防转基准，限制３

个自由度。工件在夹金紧的时候又限制了一个自由度。

（2) 主要加工表面及要求

1. 飞锤支架φ11的回转面，表面粗糙度为Ra6.3μm 。 2. 飞锤支架φ15的回转面，表面粗糙度为Ra12.5μm 。

3. φ错误！未找到引用源。的回转面和右端面，表面粗糙度为Ra1.6μm ，并倒角。 4. 孔径为φ

的孔，其形位公差遵守包容要求，表面粗糙度Ra1.6μm ，孔的端面与

宽错误！未找到引用源。的槽相通，孔口倒角1×45°。

5. 飞锤支架表面2－φ6.5锪平φ12的沉孔，铣上表面及其轮廓，表面粗糙度不作要求。 6. 4*φ错误！未找到引用源。的孔，表面粗糙度为Ra6.3μm ，倒角1×45°。 7. 宽

的槽，表面粗糙度为Ra6.3μm 。

四 零件的工艺规程设计

1.确定毛坯的制造形式

由于零件的结构简单，采用铸造形式生产毛坯件，材料为HT200, 精度8级

2．刀具的选择

车床主要选用YG6型刀具，钻床主要选用高速钢麻花钻，扩孔选用直柄扩孔钻，

铰孔主要选用直柄机用铰刀，铣平面主要选用YG6型刀具

3.夹具的选用

夹具选用专用夹具

4．量具的选择

螺旋测微器，游标卡尺，内径百分尺

5．确定工序尺寸

根据各原始资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，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：

1) φ19端面

粗车的余量为2mm ，半精车余量为0.9mm ，精车余量为0.1mm ，故毛坯外圆轮廓直径确定为22mm 。 2) φ15端面

由于粗糙度要求较低，只需粗车和半精车。粗车余量为6mm ，半精车余量为1mm 3) φ11端面

粗车余量为10mm ，半精车余量为1mm

4) φ7的中心孔

钻的余量为6mm ，扩的余量为0.8mm ，铰的余量为0.2mm

5) 2—φ6.5孔 钻的余量为6.5 6) 4-φ6的孔

钻的余量为5.5，扩的余量为0.5 7)T1端面

粗车余量为1.5mm ，半精车余量为0.5 8)T2端面

粗车的余量为2mm ，半精车的余量为0.8，精车的余量为0.2mm ，故毛坯件T2至T3端面的距离为8mm 6．工艺路线卡

五 钻中心孔专用夹具设计

（一）夹具设计说明书

夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制

订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。夹具的设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。

（二）夹具设计的基本要求

1、精基准选择的原则:在选择基准时, 主要应考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。其选择原则应遵循a. 基准重合原则，用设计基准作为定位基准, 以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。B 基准统一原则，应采用同一基准电位加工零件上尽可能多的表面, 基准重合和统一原则是选择精基准的两个重要原则, 但实际生产中有时回遇到两者想互矛盾的情况。C 自为基准原则, 某些要求加工余量小而均匀的精加工工序, 选择加工表面本身作为定位基准。D 互为基准原则, 对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时, 需要两个表面互相作为基准, 反复进行加工, 以保证位置精度要求。

2、夹具设计精度的设计原则，要保证设计的夹具制造成本低，规定零件的精度要求时应遵循以下原则：

（1）对一般精度的夹具

1）应使主要组成零件具有相应终加工方法的平均经济精度；

2）应按获得夹具精度的工艺方法所达到的平均经济精度，规定基础件夹具体加工孔的形位公差。

（2）对一般精度或精度要求低的夹具，组成零件的加工精度按此规定，既达到了制造成本低，又使夹具具有较大精度裕度，能使设计的夹具获得最佳的经济效果。

对精密夹具除遵循一般精度夹具的两项原则外，对某个关键零件，还应规定与偶件配作或配研等，以达到无间隙滑动等。

（3）对夹紧机构的基本要求如下：

① 夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。 ② 夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量

③ 夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。

④ 结构力求简单，便于制造和维修

夹紧误差是指工件在夹紧力的作用下, 工序基准相对于理想位置的最大偏移值在加工

尺寸方向上的投影和工件变形所造成的加工表面的形状误差。产生夹紧变形的因素有两个方面:工件的弹性变形、工件定位面与夹具定位面之间的接触变形。

3、一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求：

（1）保证工件的加工精度 保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

（2）专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配结构。

（3）工艺性能好 专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。

（4）使用性能好 专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。专用夹具还应排屑方便。必要时可设置排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。

（5）经济性好 专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

六 夹具设计的程序

（一 ）夹具设计规范化概述

1．夹具设计规范化的意义

研究夹具设计规范化程序的主要目的在于：

（1）保证设计质量，提高设计效率 夹具设计质量主要表现在：

1）设计方案与生产纲领的适应性；

2）高位设计与定位副设置的相容性；

3）夹紧设计技术经济指标的先进性；

4）精度控制项目的完备性以及各控制项目公差数值规定的合理性；

5）夹具结构设计的工艺性；

6）夹具制造成本的经济性。

有了规范的设计程序，可以指导设计人员有步骤、有计划、有条理地进行工作，提高设计效率，缩短设计周期。

（2）有利于计算机辅助设计 有了规范化的设计程序，就可以利用计算机进行辅助设计，实现优化设计，减轻设计人员的负担。利用计算机进行辅助设计，除了进行精度设计之外，还可以寻找最佳夹紧状态，利用有限元法对零件的强度、刚度进行设计计算，实现包括绘图在内的设计过程的全部计算机控制。

（3）有利于初学者尽快掌握夹具设计的方法 近年来，关于夹具设计的理论研究和实践经验总结已日见完备，在此基础上总结出来的夹具规范化设计程序，使初级夹具设计人员的设计工作提高到了一个新的科学化水平。

（二）夹具设计的规范程序

工艺人员在编制零件的工艺规程时，便会提出相应的夹具设计任务书，经有关负责人批准后下达给夹具设计人员。夹具设计人员根据任务书提出的任务进行夹具结构设计。现将夹具结构设计的规范化程序具体分述如下。

1．明确设计要求，认真调查研究，收集设计资料

（1）仔细研究零件工作图、毛坯图及其技术条件。

（2）了解零件的生产纲领、投产批量以及生产组织等有关信息。

（3）了解工件的工艺规程和本工序的具体技术要求，了解工件的定位、夹紧方案，了解本工序的加工余量和切削用量的选择。

（4）了解所使用量具的精度等级、刀具和辅助工具等的型号、规格。

（5）了解本企业制造和使用夹具的生产条件和技术现状。

（6）了解所使用机床的主要技术参数、性能、规格、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸等。

（7）准备好设计夹具用的各种标准、工艺规定、典型夹具图册和有关夹具的设计指导资

料等。

（8）收集国内外有关设计、制造同类型夹具的资料，吸取其中先进而又能结合本企业实际情况的合理部分。

２．绘制夹具总图

绘制夹具总图通常按以下步骤进行：

（1）遵循国家制图标准，绘图比例应尽可能选取1﹕1，根据工件的大小时，也可用较大或较小的比例；通常选取操作位置为主视图，以便使所绘制的夹具总图具有良好的直观性；视图剖面应尽可能少，但必须能够清楚地表达夹具各部分的结构。

（2）用双点划线绘出工件轮廓外形、定位基准和加工表面。将工件轮廓线视为“透明体”，并用网纹线表示出加工余量。

（3）根据工件定位基准的类型和主次，选择合适的定位元件，合理布置定位点，以满足定位设计的相容性。

（4）根据定位对夹紧的要求，按照夹紧五原则选择最佳夹紧状态及技术经济合理的夹紧系统，画出夹紧工件的状态。对空行和较大的夹紧机构，还应用双点划线画出放松位置，以表示出和其他部分的关系。

（5）围绕工件的几个视图依次绘出对刀、导向元件以及定向键等。

（6）最后绘制出夹具体及连接元件，把夹具的各组成元件和装置连成一体。

（7）确定并标注有关尺寸 夹具总图上应标注的有以下五类尺寸：

1）夹具的轮廓尺寸：即夹具的长、宽、高尺寸。若夹具上有可动部分，应包括可动部分极限位置所占的空间尺寸。

2）工件与定位元件的联系尺寸：常指工件以孔在心轴或定位销上（或工件以外圆在内孔中）定位时，工件定位表面与夹具上定位元件间的配合尺寸。

3）夹具与刀具的联系尺寸：用来确定夹具上对刀、导引元件位置的尺寸。对于铣、刨床夹具，是指对刀元件与定位元件的位置尺寸；对于钻、镗床夹具，则是指钻（镗）套与定位元件间的位置尺寸，钻（镗）套之间的位置尺寸，以及钻（镗）套与刀具导向部分的配合尺寸等。

4）夹具内部的配合尺寸：它们与工件、机床、刀具无关，主要是为了保证夹具装置后能满足规定的使用要求。

5）夹具与机床的联系尺寸：用于确定夹具在机床上正确位置的尺寸。对于车、磨床夹具，

主要是指夹具与主轴端的配合尺寸；对于铣、刨床夹具，则是指夹具上的定向键与机床工作台上的T 型槽的配合尺寸。标注尺寸时，常以夹具上的定位元件作为相互位置尺寸的基准。

上述尺寸公差的确定可分为两种情况处理：一是夹具上定位元件之间，对刀、导引元件之间的尺寸公差，直接对工件上相应的加工尺寸发生影响，因此可根据工件的加工尺寸公差确定，一般可取工件加工尺寸公差的1/3~1/5；二是定位元件与夹具体的配合尺寸公差，夹紧装置各组成零件间的配合尺寸公差等，则应根据其功用和装配要求，按一般公差与配合原则决定。

（8）规定总图上应控制的精度项目，标注相关的技术条件 夹具的安装基面、定向键侧面以及与其相垂直的平面（称为三基面体系）是夹具的安装基准，也是夹具的测量基准，因而应该以此作为夹具的精度控制基准来标注技术条件。在夹具总图上应标注的技术条件（位置精度要求）有如下几个方面：

1）定位元件之间或定位元件与夹具体底面间的位置要求，其作用是保证工件加工面与工件定位基准面间的位置精度。

2）定位元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。

3）对刀元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。

4）定位元件与导引元件的位置要求。

5）夹具在机床上安装时位置精度要求。

上述技术条件是保证工件相应的加工要求所必需的，其数量应取工件相应技术要求所规定数值的1/3~1/5。当工件没注明要求时，夹具上的那些主要元件间的位置公差，可以按经验取为（100﹕0.02）~（100﹕0.05）mm ，或在全长上不大于0.03~0.05mm。

（9）编制零件明细表 夹具总图上还应画出零件明细表和标题栏，写明夹具名称及零件明细表上所规定的内容。

３．夹具精度校核

在夹具设计中，当结构方案拟定之后，应该对夹具的方案进行精度分析和估算；在夹具总图设计完成后，还应该根据夹具有关元件的配合性质及技术要求，再进行一次复核。这是确保产品加工质量而必须进行的误差分析。