底板座架工艺与工装设计

目录
第一章课程设计
序言-----------------------------------------------2
一、分析零件图纸并确定其生产类型--------------------2
二、选择毛坯尺寸，设计毛坯图------------------------5
三、选择加工方法，制定工艺路线----------------------8
四、工序设计----------------------------------------10
五、确定切削用量及基本时间--------------------------13
六、夹具设计----------------------------------------15 第二章综合训练
一、夹具造型-----------------------------------------19
二、零件夹具三维造型过程简述-------------------------19
三、设计小结-----------------------------------------28
四、主要参考文献-------------------------------------29
第一章课程设计
底板座架工艺与工装设计
摘要：本设计对底板座架的各个加工难点、生产类型进行了分析，针对零件的结构特点进行毛坯设计、对其工艺过程进行了设计。

为提高生产效率，设计了各个加工工序的工装夹具，对轴上铣平面的夹具进行了详细的分析，对其它座架零件的加工有一定的借鉴意义。

关键词：底板座架工艺工装夹具设计
序言
机械制造技术基础课程是在学完了机械制造技术基础和在部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。

这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后和毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。

一、分析零件图纸并确定其生产类型
1、零件的作用
零件底板座架(见实体图1-1)在机械设备中是不可缺少
的，其主要作用是：
①、构架设备的支撑基础，并在此基础上安装轴类零件及轴上零件。

②、利用它们的工艺结构起到其他重要零件的定位作用。

③、用以连接机器设备与地面的基础零件。

图1-1 底板座架实体图
图1-2 底板座架零件图
2、零件的工艺分析
通过对该零件的重新绘制，知道了原图的视图正确、完整，尺寸、
公差及技术要求齐全。

但是该零件外圆和几个孔的尺寸精度要求比较的高，加工会有些困难的。

该零件是一个不规则零件，它的结构复杂不对称，以轴的中心线为
基准，需加工面的表面粗糙度都不难获得。

十字孔的位置度要求虽说并
不高，但需要经过一番尺寸链的计算才能获得。

不好加工的就是上端几
个台阶平面，各平面是以斜面和圆面连接，加工有些费时。

3、零件的生产类型
依据设计题目知：Q=2000台/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率α和废品率β分别取为10％和1％。

代入公式N=Qn(1+α)(1+β) (1-1)
N=2000×1×(1+10％)×(1+1％)=2222件/年零件是机床上的底板座架，质量为4.11kg，查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-1可知其属于轻型零件，生产类型为中批生产。

二、选择毛坯尺寸，设计毛坯图
1、选择毛坯
该零件材料是HT200。

考虑到该零件为不规则形状，结构比较的复杂，在加工过程中多半是在车床和铣床上，零件可以静止不动，但也有的回转运动，零件承受着交变载荷及冲击载荷，因此选用铸造件，也可以较好的保证零件的形状结构。

而且零件年产量为2222件，属于批量生产，再者零件的轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型。

这从提高生产率、保证加工精度考虑，也是应该的。

2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
参见《机械制造技术基础课程设计指南》（下称《指南》）第五章第一节，灰铸铁的公差及机械加工余量按GB/T 6414-1999 确定。

要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。

（1）基本概念
①、铸件基本尺寸R 机械加工前的毛坯铸件的尺寸，包括必要的机械加工余量。

②、尺寸公差IT 允许尺寸的变动量。

③、要求的机械加工余量RMA 在毛坯铸件上为了随后可用机械加工方法去除铸造对金属表面的影响，并使之达到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而留出的金属余量。

单侧作机械加工时,RMA与铸件其他尺寸之间的关系如(2-1)表示。

对圆柱形的铸件部分或在双侧机械加工的情况下，RMA要加倍，如（2-1）表示。

对内腔作机械加工相对应的表达式如（2-3）表示。

R=F+RMA+CT/2 （2-1）
R=F+2RMA+CT/2 （2-2）
R=F-2RMA+CT/2 （2-3）
F为最终机械加工后的尺寸
（2）公差等级
铸件公差有16级，常用的为IT4～IT13，该零件采用砂型铸造手工造型，材料是灰口铸铁，根据表5-1查得，公差为IT11～IT14。

3、要求的机械加工余量
根据表5-4和5-5查得，铸件的机械加工余量为2～4mm。

4、确定毛坯尺寸
由零件图可知，所有的表面粗糙度都≥3.2um,所以所有表面加工余量都无须增大。

分析本零件，有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小值，需要精加工和半精加工时可取其大值。

综上所述，确定毛坯尺寸见下表2-1。

表2-1 底板座架的毛坯（铸件）尺寸 /mm
（注：因为毛坯上有些孔的尺寸太小，所以铸造时就铸成实心）
5、确定毛坯尺寸公差
由于零件是铸件，所以尺寸公差一般非常大，根据表5-3查得，公
差带在5.6至11mm 。

6、设计毛坯图
根据以上数据，绘出该零件的毛坯图如下 图2-1 零件尺寸 单面加工
余量
铸件尺寸 零件尺寸 单面加工余量 铸件尺寸 ∮13 2
实心 152 2 154 ∮18 2
实心 124 2 128 M10 4
实心 ∮36H7 4 ∮28 ∮22H7 4 实心 ∮45 4 ∮53
图2-1 底板座架毛坯图
三、选择加工方法，制定工艺路线
1、定位基准的选择
本零件总体是带通孔的轴，后加一个半圆带孔的底座。

以轴的中心线为其设计基准（也是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应以轴为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。

具体而言，选轴及前后一端面为精基准。

粗基准也可以用上端面。

2、零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有外圆、内孔、端面、平面及小孔等，材料为
HT200。

以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关指南资料，其加工方法选择如下。

（1）面的加工方法
①、两个端面的尺寸精度要求不高，表面粗糙度只有Ra6.3um,经过粗车即可达到要求（《指南》表5-16）。

②、几个台阶面和轴上铣的平面的尺寸精度要求和表面粗糙度要求也都较低，经过粗铣即可达到，R52前端面也同样如此。

③、前后两个端面尺寸精度要求和表面粗糙度要求较低，经过粗铣即可。

④、∮45h6mm外圆面公差等级为IT6，面粗糙度为Ra3.2um,需进行粗车、半精车及精车（《指南》表5-14）。

（2）孔的加工方法
①、∮13mm内孔没有注公差尺寸,根据GB1800——79规定其公差等级按IT14，表面粗糙度为Ra25um,只需要进行钻销即可（《指南》表5-15）。

②、∮18mm内孔没有注公差尺寸, 表面粗糙度为Ra25um, 只需要钻销即可。

③、∮22H7mm内孔公差等级为IT7，面粗糙度为Ra3.2um, 需进行钻孔、粗铰及半精铰。

④、∮36H7mm内孔公差等级为IT7，面粗糙度为Ra3.2um, 需进行钻孔、粗镗及半精镗。

⑤、M10-6H螺纹孔粗糙度为Ra6.3，加工到小径尺寸后，考虑到加工效率选用机加攻丝。

3、制定工艺路线
按照先加工基准面和先粗后精的加工原则，该零件加工可以按下述工艺路线进行。

工序1：以零件侧面、顶面、圆弧面定位，车右端面，粗车、半精车、精车∮45h6mm外圆，切槽，倒角。

工序2：夹持轴∮45h6mm的外圆，车右端面。

工序3：夹持轴∮45h6mm的外圆，夹紧右端面定位，铣零件顶面。

工序4：以∮45h6mm的外圆，零件侧面定位，夹紧零件右侧，铣销轴上平面。

工序5：夹持轴∮45h6mm的外圆，钻∮13mm通孔。

工序6：夹持轴∮45h6mm的外圆，钻孔∮18mm。

工序7：夹持轴∮45h6mm的外圆，以圆弧面妨转，钻孔∮8mm。

工序8：夹持轴∮45h6mm的外圆，粗镗、半精镗、精镗孔
∮22H7mm。

工序9：以∮45h6mm的外圆、R52圆弧面定位，夹紧零件右端面，粗镗、半精镗、精镗孔∮36H7mm。

工序10：以∮45h6mm的外圆、R52圆弧面定位，夹紧零件右端面，攻螺纹M10mm。

工序11：钳工去毛刺。

工序12：终检入库。

四、工序设计
1、选择机床
①、粗车、半精车、精车。

中批生产要求有很高的生产率，所以选用数控普通卧式车床能满足要求。

本零件的外廓尺寸不大，但精度要求比较高，故选用CK6140型数控卧式车床（《指南》表5-60）。

②、钻孔、粗镗孔、半精镗孔、精镗孔。

由于加工的零件尺寸不大，使用平衡块之后可以进行回转运动，故宜在车床上加工。

本工序的工步比较多，有尺寸的加工精度比较高，选用较精密的数控车床比较适合，所以选用CK6140型数控卧式车床。

③、要加工平面和打孔。

由于加工的面不能回转加工，加工的孔是工艺孔，尺寸和精度要求都不高，但考虑到加工效率，因此可以在铣床、钻床上加工，所以选用X62卧式铣床、Z518立式钻床。

④、有粗镗、半精镗孔、精镗孔。

加工中要换刀，加工精度比较高，所以选用XH6040型数控加工中心。

⑤、加工螺纹。

由于螺纹的孔径比较小，所以采用机动攻丝，选用Z518型普通立式钻床。

2、选择夹具本零件加工时除工序2、5、6、8使用三爪自定心卡盘外，其他所有工序都要使用专用夹具。

3、选择刀具
①、在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。

加工采用YG类硬质合金车刀。

切槽选用相应宽硬质合金刀。

为了提高生产率及经济性，应选用可转位车刀（GB5343.1-1985,GB5343.2-1985）。

②、铣刀按《指南》表5-99选直柄立铣刀摘自（GB/T 6117.1-1996）。

③、钻孔选用相应大小直径的钻头。

由于螺纹要求的精度高，所以所用的丝锥要六级精度。

④、镗床粗镗选用单刃镗刀，半精镗、精镗选用双刃镗刀
4、选择量具本零件属于中批生产，一般情况下尽量用通用量具。

根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考《指南》书中表5-108，选择的量具如下表4-1。

表4-1 加工所用的量具
五、确定切削用量及基本时间 1、车外圆∮53mm 到∮45H7mm ①、确定背吃刀量 粗车圆时，=2.0mm 半精车时，=1.5mm 精车时，=0.5mm ②、确定进给量f
粗车时，根据《指南》表5-114，取f=0.7 mm/r
加工面尺寸 尺寸公差 量具
长152
自由公差
读数值0.05、测量范围0～300游标卡尺 槽3×1 外圆∮45 0．016
读数值0.01、测量范围25～50千分尺 长225 自由公差 读数值0.05、测量范围0～300游标卡尺 深95 读数值0.05、测量范围0～200深度游标卡尺
深55 内孔∮13
钻头保证
内孔∮18 内孔∮22 0．025
读数值0.01、测量范围5～30内径千分尺
∮50圆台
自由公差
读数值0.05、测量范围0～300游标卡尺
∮8孔 台阶面
自由公差
读数值0.05、测量范围0～300游标卡尺 端面 ∮53孔 0．025 读数值0.01、测量范围5～30内径千分尺
M10螺纹孔
0．016
螺纹通止规
半粗车时，根据《指南》表5-116，取f=0.2 mm/r 精车时，根据《指南》表5-116，取f=0.2 mm/r ③、确定切削速度Vc
粗车时，查《指导》表5-121，取Vc=71m/min 半精车时，查《指导》表5-121，取Vc=101m/min 精车时，查《指导》表5-121，取Vc=114m/min ④、确定机床主轴转速n. n =min
/4276.426min /53
14.371100010000r r d v c
≈=⨯⨯=
π n`=
min
/6564.656min /4914.3101100010000
r r d v c
≈=⨯⨯=
π n``=
min
/790789min /46
14.3114100010000
r r d v c
≈=⨯⨯=
π
⑤、计算基本时间 。

被加工轴的长度l=155mm
j T =
s
i nf
l 4.41min 69.07
.02474115=≈⨯+=
∆+
j T `=
s
i nf
l 54min 9.02
.06565.3115=≈⨯+=
∆+
j T ``=
s i nf
l 4.44min 74.02
.07905.2115=≈⨯+=
∆+
⑥、确定辅助时间f
T
查《指导》一书相关资料有，变换刀架的时间为3s ，变速或变换进给量的时间为1.2s ，启动和调节切削液的时间为3s ，共计f
T =7.2s 。

2、车端面
查《指导》一书相关资料，约为10s 左右。

3、倒角C2
取n=760r/min,基本时间=1.8s，辅助时间
T=4.8s。

f
4．确定加工时间
T j=总+
T总=163.6s
f
启动机床的时间为1.2s,取量具并测量的时间为30s,共计T=194.8s。

六、夹具设计
本夹具是工序4用铣刀铣轴上平面的专用夹具，在铣床上先进行铣平面。

由于本道工序所加工面的加工精度上要求比较低，而在位置度上的要求较高，所以所设计的夹具的定位尺寸不需要太高。

所设计的夹具装配图及工序简图如下所示，夹具体零件图如下所示，并说明如下：
图6-3 夹具装配实体图
图6-4 夹具装配爆炸图
1、夹具定位方案分析
工件以轴的中心线为定位基准,采用两个平面夹紧零件的左右两端，限制二个自由度，V型块定位轴的外圆表面，限制三个自由度和一个定位挡销限制一个自由度组合定位方案，将工件的六个自由度全部限制。

2、夹具夹紧方案设计
根据生产率的要求，运用手动夹紧可以满足。

采用一个小平面定位
零件的右端面，通过扳手螺钉夹紧轴的端面来实现夹紧。

有效的提高了
工作效率。

V型块夹紧工件主要是为了防止工件在加工过程中受力的作用产生倾覆和振动，手动夹紧是可靠的，可以免去夹紧力的计算。

3、夹具与机床连接元件
本夹具在底板上加工有U形槽，所以利用这个U形槽，采用压板与螺栓将夹具本固定在工作台的T型槽上。

4、使用说明
安装工件时，稍微松开扳手螺钉，将工件的轴放在V型块上，工件的右端面贴紧定位块，工件的侧面靠紧定位挡销，用扳手螺钉拧紧工件即可。

5、结构特点
本夹具结构简单，制作容易。

采用一般的夹紧定位方式，操作易懂、方便，有利于节约加工时间。

第二章综合训练一、夹具造型
二、零件夹具三维造型过程简述
1、打开UG软件，新建模型。

2、在模型中，画夹具的各个零件。

1）扳手螺钉
使用“圆柱”功能键，画出圆柱，并进行叠加求和。

采用基准平面画圆，并向两边“拉伸”。

利用“螺纹”功能键画螺纹。

2）定位挡销
使用“圆柱”功能键，对圆柱进行叠加求和。

利用“螺纹”功能键画螺纹。

3）定位块
使用“长方体”功能键，画出长方体。

利用“孔”功能键，画孔。

利用“螺纹”功能键画螺纹。

4）对刀块
画出对刀块侧面，并用“拉伸”功能键拉伸。

利用“螺纹”功能键，画沉头孔螺纹。

5）“V”型块
画出“V”型块侧面，并用“拉伸”功能键拉伸。

利用“螺纹”功能键，画沉头孔螺纹。

6）螺母
在草图中画出六边形，使用“拉伸”功能键拉伸。

使用“圆柱”功能键，在六边形上进行叠加求和。

使用螺纹功能画出螺纹。

7）支承架
使用“长方体”功能键，画出长方体。

使用“孔”功能键，画孔。

使用“螺纹”功能画出螺纹。

8）夹具体
使用“长方体”功能键，画出底板。

利用“孔”功能键画孔。

在草图中，画U形槽形状，然后用“拉伸求差”功能画出U形槽。

使用“基准点”功能，画出基准点。

使用“长方体”功能键，在基准点上，画出长方体。

在草图中画出肋板侧面形状，使用“拉伸”功能画出肋板。

三、设计小结
课程设计是机械设计当中的非常重要的一环，本次课程设计时间略显得仓促一些。

但是通过本次设计，从中得到的收获还是非常多的。

四年时间里，我们在课堂上掌握的多是专业基础课的理论面，如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的设计就为我们提供了良好的实践平台。

在做本次设计的过程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。

一次次翻阅《机械设计手册》等书，是为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准。

我们有扎实的理论基础，当然还要懂得如何将一个零件从看图纸到生产加工出来，选择最佳的制造方法及加工工艺路线，本次设计正是综合的体现。

本次课程设计由于时间的仓促，还有许多地方有不足之处。

又由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。

四、主要参考文献：
《夹具设计手册》机械工业出版社
《机械设计手册》机械工业出版社
《液压与气动原理》机械工业出版社
《机械制造技术基础课程设计指南》化学工业出版社
《机械加工工艺师手册》机械工业出版社
《机械加工余量与公差手册》中国标准出版社
《上海金属切削技术协会，金属切削手册》上海科学技术出版社。