机械制造工艺及夹具
题目：壳体
课程设计说明书
零件机加工工艺及 钻床夹具设计
设 计 者 班 级 指导教师
机电建工学院机械系 2015年 7 月 8 日
目 录
任务书 工件图 设计说明书 一、 引言
二、 设计任务分析
三、 机械加工工艺规程设计 （一） （二） ……
四、机床夹具设计
（一） （二） ……
五、设计总结评价
后记
一、 引言
壳体是组成机器或部件的主要零件之一，起支撑和包容其他零件的作用，内部需要安装各种零件，一般是由一定厚度的四壁及类似外形的内腔构成的箱体形。壳壁部分常设计有安装轴、密封盖、轴承盖、油杯、油塞等零件的凸台、凹坑、沟槽、螺孔等结构因此结构较复杂。壳体的加工质量不仅影响其装配精度及运动精度。而且影响到机器的工作精度、使用性能和寿命。本文通过对典型壳体零件的加工工艺规程和一道工序钻夹具的设计，大大提高了加工效率，减轻了劳动强度，也保证了零件加工精度。
学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生全面地综合运用本课程及有关选修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具的设计。其目的是：
（1）培养学生综合运用机械制造工程原理课程及专业课程的理论知识，结
合金工实习、生产实习中学到的实践知识，地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零件工艺规程的能力。
（2）培养学生能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，进一步提高结构设计能力。 （3）培养学生熟悉并运用有关手册、图表、规范等有关技术资料的能力。 （4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能。
二、 设计任务分析
壳体较为复杂，主要由上部的本体、下部的安装底板以及左面的凸块外，本体及底板以及左面的凸块组成。除了凸块外，本体及底板基本上是回转体。顶部Φ30H7的通孔、Φ12的盲孔和M6的螺孔；底部有Φ48与本体上Φ30H7通孔相连的台阶孔，底板上还锪平4-Φ16的安装孔4-Φ7.结合主、俯、左视图看，左侧为带有凹槽T形凸块，在凹槽的左面上有Φ12Φ8的阶梯孔，与顶部Φ12的圆柱孔想通；在这个台阶孔的上方和下方，分别有一个螺孔M6.在凸块前方的圆柱形凸缘上，有Φ20、Φ12的阶梯孔，向后与顶部Φ12的圆柱孔相交。顶部有6个安装孔Φ7，并在它们下端分别扩成Φ14的沉孔。除圆柱孔Φ3错误!未找到引用源。、Φ48为Ra6.3外，加工面大部分为Ra为25，少数是Ra12.5；其余的仍为铸件表面。由此可见，该零件对表面粗糙度要求不高。通过以上分析得出：零件的加工要素较多，合理的加工工艺规程和夹具设计是提高加工效率，保证加工质量的关键。
三、 机械加工工艺规程设计 3.1毛坯选择与确定
零件毛坯的材料选择ZL102，壳体类零件毛坯制造方法和箱体类零件类似，一种是采用钢模铸造成型，另一种是采用焊接成型。由于壳体和箱体类零件形状不规则，总体来说较为复杂，而简单铝硅合金ZL102具有成型容易、可加工性良好，并且可用来铸造各种形状复杂、薄壁的压铸件。考虑到加工成本、时间等经济效益，选用金属型。铸件的分型面应选择 Ø30mm和 Ø48mm孔的中心线，且与上下底面垂直。
3.1.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
• 根据机械制造技术基础课程设计指导教程第二章第二节表2-1至2-5确定铸件毛坯金属型铸造的尺寸公差为CT9，机械加工余量等级为E，加工余量为0.7
3.2主要技术要求 尺寸精度：
φ30+0.025的加工精度是 IT7 级 表面粗糙度：
φ30+0.025 倒角、底面、顶面Φ12mm孔、侧面Φ8mm和Φ12mm的孔、侧面Φ12mm的孔和Ø20mm孔端面（Ra25）。Φ48mm端面、5mm*28mm的凹槽、Ø20mm孔、顶面（Ra 12.5 ）Φ30+0.025和Φ48mm孔的内表面、（Ra6.3 ）
3.3加工顺序
机加工工序安排原则：先主后次、先粗后精、先基准后其它、先面后孔
3.4定位基准 粗基准的选择：
原则：选择不加工面为粗基准，应考虑合理地分配各表面的加工余量
通过分析选择壳体零件毛坯的下表面作为粗基准。这样加工好的上下底面可作为零件加工的精基准。 精基准的选择：
原则：基准重合原则，基准统一原则
该壳体零件的上下底面既是装配基准，又是设计基准，用它作精基准能使加工遵循基准重合的原则，实现了零件的良好定位方式，其余各面和孔的加工也能用它定位，Ø30mm的孔作为零件加工的精基准这样使工艺路线遵循了基准统一的原则。此外，上下面的面积相对比较大，定位比较稳定，夹紧方案比较简单、可靠，并且操作起来也比较方便。
3.5加工方案
3.6机床设备及工艺装备的选用 • 查P82表4-1选卧式车床，型号CA6140 • 查P84表4-5选摇臂钻床，型号Z3040 • 查P88表4-15选卧式铣床，型号X5012
3.7工艺路线
3.8 确定切削用量 以工序12为例计算时间。 （1）钻Φ8孔
确定背吃刀量：ap=错误!未找到引用源。/2=错误!未找到引用源。=4mm 确定进给量：查指导教程表5-22和表4-7取该工步的每转进给量
f=0.16mm/r。
计算切削速度：查表5-22取切削速度20m/min。由n=1000*错误!未找到引用源。r/min=796.2r/min。查表4-6对照所选z3040摇臂钻床，取主轴转速n=800r/min。代入式子：
v=n*3.14*d/1000=800*3.14*8/1000=20.1m/min （2）扩Φ12孔
确定背吃刀量：ap=错误!未找到引用源。/2=错误!未找到引用源。=2mm 确定进给量：查指导教程表5-25和表4-7取该工步的每转进给量f=0.5mm/r。 计算切削速度：
v=n*3.14*d/1000=800*3.14*12/1000=30.1m/min 3.9时间定额的计算 Φ8的时间计算
根据错误!未找到引用源。，其中l=19mm，错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。 f=0.16mm/r ，n=800r/min代入上式得基本时间： 错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。
辅助时间错误!未找到引用源。与基本时间错误!未找到引用源。之间的关系为错误!未找到引用源。
错误!未找到引用源。=0.2*11.4=2.3s Φ12的时间计算
根据错误!未找到引用源。，其中l=8mm，错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。 f=0.5mm/r ， n=800r/min代入上式得基本时间： 错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。 错误!未找到引用源。=0.2*1.8=0.4s
四、 机床夹具设计
钻孔Φ8，扩孔Φ12表面粗糙度Ra25
（一）定位方案分析
1.确定要的自由度、选择定位基面及定位元件 1）确定要的自由度
分析工序加工要求需要的自由度，为保证尺寸22mm，须 X、Y、Y旋、Z旋；为保证尺寸8mm‚须 X旋、Y旋、Z；为平衡钻削力，须Z；总体分析，需完全定位。 2）定位方案分析
根据加工要求需要的自由度，选择定位基面及定位元件，确定定位方案。
方案1
方案二
方案I：以右作为主要定位基面，内孔Φ30H7短圆柱销作为第二定位基面，槽侧面为第三基准配合限位。
分析：支承板X、Y旋、Z旋，短圆柱销Y、Z，槽侧面X旋。工序基准与定位基准重合。
方案Ⅱ：以Φ30H7孔轴线作为第一定位基准，限位采用长圆柱销，第二定位基准为右，槽侧面为第三定位基准。如图所示。
分析：长圆柱销：Y、Z、Y旋、Z旋，承钉：X，X旋。不符合基准重合原则，有利于保证孔对Φ30H7孔轴线的垂直度要求。但不便于夹紧。由于支
承钉与右面的接触面积太小，夹紧时极易产生歪斜变形，夹紧也不可靠。
因此，选择方案I的定位方式。
（二）计算定位误差
根据未注公差按GB/T 1804-2000，按中等级查表得：错误!未找到引用源。，错误!未找到引用源。
尺寸8方向的尺寸按精密级查询。 1．尺寸8±0.2mm的定位误差
1）尺寸8±0.2mm的工序基准是槽面，定位基准是内孔Φ30H7，基准不重合。ΔΒ=0.2mm
2）基准位移Δy =错误!未找到引用源。/2=错误!未找到引用源。mm 3）ΔD=ΔΒ+Δy=0.2+0.017=0.217mm 2．尺寸错误!未找到引用源。
1）定位基准和工序基准重合。ΔΒ=0 。 2） 因为平面为定位基准所以，基准位移Δy=0
所以ΔD=0
（三）夹紧方案分析
对右面施加夹紧力，由于支承板距夹紧面较远，钻孔时的切削力向下，使短圆柱销一端下弯，此时需加长定位圆柱销的长度。为防止过定位使工件装配干涉，应提高定位轴的精度。
（四）夹具操作的简要说明
首先将轴装入侧板上的定位孔，装上垫圈拧紧螺母。壳体钻孔的装夹方案：装夹时，先装入壳体工件再插入开口垫圈，拧紧螺母。装卸时，稍微松开螺母即可拔出开口垫圈，最后抽出工件，换上下一个工件时可直接套上轴，重复上述动作 （五）夹具总图上尺寸、公差配合、技术条件标注 1．夹具总图上应标注的尺寸 （1）应标注五类尺寸
① 外形轮廓尺寸(A类尺寸)：
长、宽、高 ，本夹具是：245mm、120mm、143mm ② 工件与定位元件的联系尺寸(B类尺寸)： 1)工件与定位元件的配合尺寸： 2)定位元件之间的位置尺寸。
本夹具是长销与φ25H7的配合尺寸；
③ 夹具与刀具的联系尺寸(C类尺寸) ：指定位元件与对刀元件之间的位置尺寸，与工件尺寸相关。
④ 夹具与机床的联系尺寸(D类尺寸)：把夹具顺利装入机床所涉及到的尺寸，与机床尺寸相关。
本夹具是定向键与钻床工作台T型槽的配合尺寸。 ⑤ 其它装配尺寸(E类尺寸)： 1) 夹具内部的配合尺寸； 2) 有相互位置要求的装配尺寸。 本夹具是长销与侧板的配合尺寸。 2．夹具总图上公差配合的制订
⑴ 夹具标准件与相关零件的配合参照《夹具设计手册》选取； ⑵ 与工件加工尺寸公差无关的夹具公差； ⑶ 与工件加工尺寸公差有关的夹具公差。 本钻床夹具：
A：长、宽、高：245mm、120mm、143mm B：长销定位圆取g6。 D：T型槽/键= T宽h8。 E：夹具体/轴=H7/g6
3．夹具总图上技术条件的制订
⑴ 夹具总图上的技术条件包括：装配过程中的注意事项；装配后应满足的位置精度要求；操作要求等。
装配后应满足的位置精度要求主要归纳为如下框图：
框与框之间有连线，表明有相互位置要求，箭头指向框为相互位置的基准。
⑵夹具总图上技术条件大小的确定：
①与工件上技术条件δH相关， 则δHJ = (1/ 2～1/ 5) δH ②与工件无关，参照有关手册确定。 本钻床夹具：
H1：长销中心线对钻套垂直度的误差≯0.05（因为工件上垂直度误差≯0.1） H2：长销中心线对侧板的垂直度误差≯0.05
五、设计总结评价
任务要求：壳体是组成机器或部件的主要零件之一，起支撑和包容其他零件的作用，主要保证壳体Φ30孔的尺寸精度和底面与Φ30孔轴线的垂直度。
科学性：本次的夹具设计，我们都是根据书本上的标准来画的，有些标准件我们都是从画图软件里直接导出来的，对于那些我不是很清楚的地方，我们都咨询老师及查询资料，所以设计出来的夹具具有很高的科学性。
创新性：本次的夹具设计完全是我们自己设计的，所以具有一定的创新性
可靠性：本次夹具设计按成后，我们从可靠性和可行性得到老师的专业指导，虽然夹具没有生产出来，可靠性没有得到实践的证明，但由于老师具有多年的企业工作经验，所以具有较好的可靠性。
实用性：本次夹具设计是根据角形轴承箱的实际加工过程来设计的，设计出来的夹具是专门用来夹半成品，放在车床上加工的。
经济型：此夹具仅仅是用了最简单的定位元件和一些连接机构，经济成本较低，具有很好的经济性。