夹具设计说明书

课程设计说明书

系部名称：专业班级：学生姓名：学 号：指导教师 ： 机械工程学院 机械工程14-1 刘瑞 孙文涛 20131093 20131101 马慧良 段成燕 王巍

0

目 录

目 录 .................................................................... 1 第1章 曲柄板的工艺设计 ................................................... 2

1.1 曲柄板的结构特点和技术要求 ......................................... 2 1.2 曲柄板的材料、毛坯和热处理 ......................................... 2 1.3 曲柄板的机械加工工艺过程分析 ....................................... 3 1.4 曲柄板的工序设计 ................................................... 7 1.5 曲柄板切削用量的确定 .............................................. 11 1.6 曲柄板加工时间定额计算 ............................................ 15 结 论 ................................................................... 19

1

第1章 曲柄板的工艺设计

1.1 曲柄板的结构特点和技术要求

曲柄板是该机床上的一个重要零件，因为其零件尺寸较小，结构形状也不是很复杂。但因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命。曲柄板毛坯材料45钢，硬度范围在180～230HBW，承受中等载荷，用于制造机器的运动件。采用锻造方法，由于成批量生产故宜采用模锻方法。

曲柄板是模锻件，根据要求主要是加工孔、底平面和外圆柱面。具体特点和技术要求如下：

① 精加工孔Φ30H8要求达到的精度等级为IT7~IT8，粗糙度为Ra1.6um，且以底平面为基准，要求垂直度公差为0.01，主要满足加工孔的位置精度。

② 其他各个孔的加工都要以Φ103底平面为定位基准。所以，底平面的形位公差要达到设计要求。

③ 精加工Φ29h6外圆柱面，精度等级为粗IT7~IT8，粗糙度为Ra1.6um，且与Φ30H8孔轴线有位置要求。

④ 五个Φ5.2孔和五个Φ11沉孔的同轴度和相互夹角45度的位置，需设计一立轴回转分度钻床夹具。 1.2 曲柄板的材料、毛坯和热处理

毛坯材料

45钢，由资料14表2.1-84，可得力学性能：

表2.1 45钢的性能参数

牌号 45

s/MPa  b/MPa (%)  (%)  Ak/J  335 600 16 40 39 2

45钢的性能特性：45钢为中碳钢，具有良好的综合力学性能，可加工性能好。 45钢应用举例：曲柄、连杆、联合收割机转向节、主轴、变速杆、曲轴等。 毛坯的热处理

45钢为中碳钢，应采用退火处理，加热到Ac3线以上30—50℃，随炉冷却到500℃左右出炉空冷。目的使钢的成分均匀化，细化晶粒，改善组织，消除内应力，降低硬度，改善切削性能以及最终热处理性能。 1.3 曲柄板的机械加工工艺过程分析 1.3.1曲柄板零件图分析

由零件图可知：

① 该零件为模锻件，材料为45钢。

② 要求加工Φ30H8，表面粗糙度Ra=1.6um，且轴线要求与Φ103底平面的垂直度公差为0.01。

③ 要求精加工Φ103底平面，表面粗糙度Ra=1.6um，平面度公差为0.03。 ④ 要求精加工Φ44圆柱端面，表面粗糙度Ra=6.3um，并且此端面与底面平行度公差0.01。

⑤ 要求精加工Φ29h6外圆柱面，表面粗糙度Ra=1.6um，并且轴线与孔Φ30H8轴线有位置要求。

⑥ 要求粗加工曲柄板斜面，表面粗糙度Ra=6.3um。 ⑦ 要求粗加工Φ103外圆，Φ44外圆，Φ22外圆和凹槽。 ⑧ 要求粗加工Φ8深孔。

⑨ 要求加工5-Φ5.2通孔与5-11沉孔。

有零件图分析知，该零件有车削部分、铣削部分、钻孔部分。其中车削部分有Φ103外圆，车Φ103外圆上端面，粗车Φ44外圆柱面，精加工Φ44外圆柱面的端面，在车床上加工孔Φ30H8，精加工Φ103的底面，精加工Φ29h6的外圆柱面，粗车Φ22的外圆柱面，粗车Φ22外圆的端面，在车床上加工深孔Φ8；铣削部分有粗加工斜面；钻孔部分为在立式钻床上加工5-Φ5.2通孔与5-Φ11沉孔。

根据零件几何形状和尺寸、技术要求、加工位置以及加工顺序原则，可把加工顺序进行划分为：

3

① 装夹Φ44毛坯外圆上，车Φ103外圆至尺寸，作为粗基准。

② 装夹Φ103外圆，粗车、半精车Φ103上端面，粗车Φ44外圆，粗加工凹槽，精加工Φ44外圆拄端面，倒角，粗镗、半精镗、精镗孔Φ30H8。

③ 掉头用专用夹具装夹工件，精加工Φ103外圆底面至尺寸，精加工Φ29h6的外圆柱面，粗车Φ22的外圆柱及其端面，倒角，加工Φ8的深孔。

④ 铣床上加工两斜面。

⑤ 立式钻床上加工5-Φ5.2通孔与5-Φ11沉孔。 1.3.2曲柄板的加工工艺的路线分析与比较

主要工序的加工工艺路线

主要工序的加工工艺路线：① 加工Φ30H8孔 孔的加工精度等级IT8，表面粗糙度Ra=1.6um。

由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，可得孔的加工工艺路线为：

粗镗——半精镗——精镗 ② 加工Φ103底面

底面的加工精度等级IT8，表面粗糙度Ra=1.6um。

由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，可得孔的加工工艺路线为：

粗车——半精车——精车 ③ 加工Φ44圆柱端面

加工平面的精度等级IT10，表面粗糙度Ra=6.3um，并且与底面平行度有要求。

由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，可得孔的加工工艺路线为：

粗车——半精车——精车 ④ 加工Φ29h6的外圆柱面

轴的加工精度等级IT8，表面粗糙度Ra=1.6um。 加工工艺路线为：

4

粗车——半精车——精车 ⑤ 加工两斜面

根据加工面的表面粗糙度Ra=12.5um，根据零件形状特点选择合理、经济的加工方式，可得轴的加工工艺路线为：

粗铣

曲柄板加工工艺路线的确定

在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，曲柄板具体加工工艺过程如下表：

表1.3 机械加工工艺过程方案一

· 工序内容 加工车间 锻造车间 热处理间 金工车间 设备名称 模锻锤 退火炉 普通车床 专用夹具 外圆车刀 外圆车车Φ103上端面，车Φ44外圆，加4 工Φ44外圆端面，加工凹槽，倒角 金工车间 普通车床 专用夹具 刀，端面车刀，切槽刀 5 加工Φ30H8孔至要求 调头夹Φ103外圆，并用Φ44外圆端面定位，车Φ103底面至尺寸 车Φ29h6外圆柱面 金工车间 金工车间 金工车间 5

工艺设备名称 夹具 刀具 量具 1 备料用模锻方法获得毛坯 2 毛坯退火热处理 装夹Φ44外圆车Φ103外圆柱面至尺寸，倒角 3 专用量具 专用量具 普通车床 普通车床 普通车床 专用夹具 专用夹具 专用夹具 镗刀 端面车刀 专用量具 专用量具 6 7 外圆车 刀

外圆车刀，端8 车Φ22外圆柱面，车Φ22外圆端面，倒角，钻Φ8的深孔 金工车间 普通车床 专用面车专用量具 夹具 刀，直柄麻花钻 9 铣斜面到要求 金工车间 金工车间 万能铣床 立式钻床 专用夹具 专用夹具 圆柱铣刀 专用量具 专用量具 10 11

加工5-Φ5.2通孔与5-Φ11沉孔 检验 表1.3 机械加工工艺过程方案二

· 工序内容 加工车间 锻造车间 热处理间 金工车间 金工车间 设备名称 模锻锤 退火炉 万能铣床 普通车床 专用夹具 专用夹具 圆柱铣刀 外圆车刀 外圆车车Φ103上端面，车Φ44外圆，加5 工Φ44外圆端面，加工凹槽，倒角 金工车间 普通车床 专用夹具 刀，端面车刀，切槽刀 专用量具 专用量具 专用量具 工艺设备名称 夹具 刀具 量具 1 备料用模锻方法获得毛坯 2 毛坯退火热处理 3 铣斜面到要求 装夹Φ44外圆车Φ103外圆柱面至尺寸，倒角 4 6

6 加工Φ30H8孔至要求 调头夹Φ103外圆，并用Φ44外圆端面定位，车Φ103底面至尺寸 车Φ29h6外圆柱面 金工车间 金工车间 金工车间 普通车床 普通车床 普通车床 专用夹具 专用夹具 专用夹具 镗刀 端面车刀 专用量具 专用量具 7 8 外圆车 刀 外圆车刀，端9 车Φ22外圆柱面，车Φ22外圆端面，倒角，钻Φ8的深孔 金工车间 普通车床 专用面车专用量具 夹具 刀，直柄麻花钻 10 11

加工5-Φ5.2通孔与5-Φ11沉孔 检验 金工车间 立式钻床 专用夹具 专用量具 方案一与方案二的区别在于 方案二把铣斜面的工序调到最前面，这将对于加工时没有相关的基准，导致加工尺寸不准。故选择方案一做为最终方案。 1.4 曲柄板的工序设计

工序设计包括工序基准的选择、工序尺寸的确定、加工余量的确定、机床的选择、工艺装备的选择、切削用量的选择和时间定额的确定。

工序基准是在工序图上以标定被加工表面位置尺寸和位置精度的基准。所标定的位置尺寸和位置精度分别称为工序尺寸和工序技术要求，工序尺寸和工序技术要求的内容在加工后应进行测量，测量时所用的基准称为测量基准。通常工序基准和测量基准重合。 1.4.1加工余量的确定

⑴ 外圆柱面加工余量的确定

7

查表资料可得： 粗车Φ103外圆柱面

粗车加工余量2.5mm，加工精度IT10-IT11，表面粗糙度Ra=（12.5-6.3）um 粗车Φ44外圆柱面

粗车加工余量2.0mm，加工精度IT10-IT11，表面粗糙度Ra=（12.5-6.3）um 粗车Φ22外圆柱面

粗车加工余量2.0mm，加工精度IT10-IT11，表面粗糙度Ra=（12.5-6.3）um 粗车、半精车、精车Φ29H6外圆柱面

粗车加工余量2.0mm，加工精度IT10-IT11，表面粗糙度Ra=（12.5-6.3）um 半精车加工余量1.3mm，加工精度IT8-IT9，表面粗糙度Ra=（6.3-3.2）um 精车加工余量0.2mm，加工精度IT6-IT7，表面粗糙度Ra=（1.6-0.8）um ⑵ 内孔加工余量的确定 查表资料可得：

粗镗、半精镗、精镗Φ30H8孔

粗镗加工余量2.0mm，加工精度IT11-IT13，表面粗糙度Ra=（12.5-6.3）um 半精镗加工余量0.9mm，加工精度IT9-IT10，表面粗糙度Ra=（3.2-1.6）um 精车加工余量0.1mm，加工精度IT7-IT8，表面粗糙度Ra=（1.6-0.8）um ⑶ 轴端面加工余量确定 查表资料

粗车、半精车、精车Φ103底面的加工余量

粗车加工余量2.0mm，加工精度IT10-IT11，表面粗糙度Ra=（12.5-6.3）um 半精车加工余量0.8mm，加工精度IT8-IT9，表面粗糙度Ra=（6.3-3.2）um 精车加工余量0.2mm，加工精度IT6-IT7，表面粗糙度Ra=（1.6-0.8）um 粗车Φ103上端面的加工余量

粗车加工余量2.0mm，加工精度IT10-IT11，表面粗糙度Ra=（12.5-6.3）um 粗车Φ22外圆柱端面

粗车加工余量2.0mm，加工精度IT10-IT11，表面粗糙度Ra=（12.5-6.3）um 粗车、半精车Φ44外圆柱端面

粗车加工余量2.0mm，加工精度IT10-IT11，表面粗糙度Ra=（12.5-6.3）um

8

半精车加工余量1.0mm，加工精度IT8-IT9，表面粗糙度Ra=（6.3-3.2）um 由以上分析可得下表：

表1.4 加工余量、工序尺寸

序号 1 加工表面 Φ103底面 加工内容 粗车 半精车 精车 2 Φ103上端面 Φ103外圆柱面 Φ44外圆柱面 Φ44外圆柱端面 粗车 加工余量（mm） 2.0 0.8 0.2 2.0 表面粗糙度Ra（mm） 12.5 6.3 1.6 12.5 加工精度等级IT 11 8 7 11 尺寸 Φ103圆柱高为21 3 粗车 2.5 12.5 11 Φ103 4 粗车 粗车 半精车 粗镗 2.0 2.0 1.0 2.0 0.9 0.1 2.0 1.3 0.2 2.0 孔深59mm 通孔深12.5 12.5 6.3 12.5 3.2 1.6 12.5 6.3 1.6 12.5 12.5 11 11 9 13 10 8 11 9 7 11 11 Φ44 5 至要求 6 Φ30H8孔 半精镗 精镗 粗车 Φ30H8 7 Φ29h6外圆柱面 Φ22外圆柱面 Φ8深孔 5-Φ5.2通半精车 精车 Φ29h6 8 9 粗车 钻 Φ22 Φ8 通孔Φ10 孔与5-Φ11沉孔 钻 16mm沉孔深3.5mm 12.5 11 5.2，沉孔Φ11 9

由上表可得锻造毛坯图

1.4.2确定各工序的加工设备和工艺装备 1.机床的选用

机床的选用原则

⑴ 机床的加工尺寸范围应与零件的外轮廓尺寸相适应。 ⑵ 机床的工作精度应与工序要求精度相适应。 ⑶ 机床的生产率应与工件的生产类型相适应。

查资料可得：

普通车床（C6132），主要用于车外圆、倒角、车端面、车凹槽、加工孔等。 立式钻床（Z5132A），主要用于Φ5-5.2通孔与Φ5-11沉孔的加工。 万能铣床（XW6032A），主要用于铣平面加工。 2.刀具的选用

刀具的选择主要取决于工序采用的加工方法，加工表面的尺寸，工件材料，所要求的加工精度，表面粗糙度，生产率及经济性等，一般应尽可能采用标准刀具，必要时采用高生产率的复合刀具及其化专用刀具。 查资料可得：

车刀：材料 硬质合金

90外圆车刀：前角 0=15 后角 0=8 主偏角 Kr=30 副偏角

Kr/=10 刃倾角 s=0。

90端面车刀：前角 0=15 后角 0=8 主偏角 Kr=30 副偏角

Kr/=10 刃倾角 s=0。

切槽刀：前角 0=7 后角 0=7 主偏角 Kr=30 副偏角 Kr/=3 刃倾角 s=0。

倒角车刀：前角 0=15 后角 0=8 主偏角 Kr=30 副偏角 Kr/=10

10

刃倾角s=0。

镗刀：材料 硬质合金 YT15

刀具几何参数：Kr=60 0=-8 0=10 s=0 铣刀：材料 高速钢 （W18Cr4V）

圆柱形铣刀：D=63mm L=70mm Z=10 （GB/T1115.1-2002）

钻头：材料 高速钢 （W18Cr4V） 直柄长麻花钻：Φ8(GB/T1135.4-1996) 专用复合刀具：材料 高速钢 用于加工Φ5-5.2通孔与Φ5-11沉孔 1.5 曲柄板切削用量的确定

1.5.1车外圆柱面切削用量用量的确定

查资料14（第2卷）得：切削深度ap切削速度V进给量f ⑴ 粗车Φ103圆柱面

ap=2.5mm V=40m/min f=1.0mm/r

机床主轴转速n：

n1000V d0（2-1）n

1000V100040123.6r/min，取n120r/min d03.14103实际切削速度V：

V（2-2）

d0n1000

Vd0n10003.14103120m/min38.8m/min

100011

⑵ 粗车Φ44圆柱面

ap=2.0mm V=40m/min f=0.6mm/r

机床主轴转速n： n1000V100040289.5r/min，取n300r/min d03.1444实际切削速度V： Vd0n10003.1444300m/min41.4m/min

1000⑶ 粗车、半精车、精车Φ29h6外圆柱面

粗车：ap=2.0mm V=40m/min f=0.5mm/r 机床主轴转速n： n1000V100040439.3r/min，取n440r/min d03.1429实际切削速度V： Vd0n10003.1429440m/min40m/min

1000半精车：ap=1.3mm V=60m/min f=0.3mm/r 机床主轴转速n： n1000V100060658.9r/min，取n660r/min d03.1429实际切削速度V： Vd0n10003.1429660m/min60.1m/min

1000精车：ap=0.2mm V=80m/min f=0.1mm/r 机床主轴转速n： n1000V100080878.5r/min，取n880r/min d03.142912

实际切削速度V： Vd0n10003.1429880m/min80.1m/min

1000 ⑷ 粗车Φ22外圆柱面

ap=2.0mm V=40m/min f=0.4mm/r

机床主轴转速n： n1000V100040579r/min，取n580r/min d03.1422实际切削速度V： Vd0n10003.1422580m/min40m/min

10001.5.2车端面切削用量的确定

⑴ 粗车、半精车、精车Φ103圆柱底面

粗车：ap=2.0mm 进给速度 V=200mm/min 取n440r/min 半精车：精车：

ap=0.8mm 进给速度 V=100mm/min 取n660r/min

ap=0.2mm 进给速度 V=80mm/min 取n880r/min

⑵ 粗车、半精车Φ44圆柱端面

粗车：ap=2.0mm 进给速度 V=100mm/min 取n300r/min 半精车：ap=1.0mm 进给速度 V=50mm/min 取n440r/min ⑶ 粗车Φ103圆柱上端面及Φ22圆柱端面

ap=2.0mm 进给速度 V=50mm/min 取n440r/min 1.5.3加工孔切削用量的确定

⑴ 粗镗、半精镗、精镗Φ30H8孔 查资料14（第2卷）得：切削深度

ap 切削速度V 进给量f

13

粗镗：ap=2.0mm V=40m/min f=0.5mm/r 机床主轴转速n： n1000V100050663.5r/min，取n660r/min d03.1424实际切削速度V： Vd0n10003.1424660m/min49.7m/min

1000半精镗：ap=0.9mm V=80m/min f=0.3mm/r 机床主轴转速n： n1000V100080909.9r/min，取n910r/min d03.1428实际切削速度V： Vd0n10003.1428910m/min80m/min

1000精镗：ap=0.1mm V=10m/min f=1.0mm/r 机床主轴转速n： n1000V100010106.8r/min，取n110r/min d03.1429.8实际切削速度V： Vd0n10003.1429.8110m/min10.3m/min

1000⑵ 加工孔Φ8深孔

切削速度 V=10m/min 进给量 f=1.0mm/r 机床主轴转速n： n1000V100012477r/min，取n480r/min d03.148 14

实际切削速度V： V⑶ 铣斜面

铣削宽度 aw=8mm 每齿进给量 af=0.03mm/齿 背吃刀量ap=50mm 切削速度V=25m/min

机床主轴转速n： n1000V100025130r/min，取n150r/min d03.1463d0n10003.148480m/min12.1m/min

1000实际切削速度V： Vd0n10003.1463150m/min29.7m/min

1000⑷ 加工5-Φ5.2通孔与Φ5-11沉孔

进给量 f=1.0mm/r 切削速度 V=10m/min 机床主轴转速n： n1000V100010318.5r/min，取n320r/min d03.1411实际切削速度V： Vd0n10003.1432011m/min11.1m/min

10001.6 曲柄板加工时间定额计算

1.6.1粗车、半精车、精车Φ29h6外圆柱面

查资料14可知：

切削时间 tm=

（2-3）

ll1l2i fn 15

式中：

iz apn1000VD

l-加工长度,l1-刀具切入长度（mm）,l2-刀具切出长度（mm）,i-进给次数,z-

加工余量（mm）,ap-背吃刀量,f-进给量(mm/r),n-机床主轴转速,V-切削速度（m/min）,D-加工直径（mm）

查资料14 l1l23mm 可计算 i1 粗车Φ29h6外圆

tm1243ll1l2min=0.14min i=

0.5400fn半精车Φ29h6外圆

tm2=

243ll1l2=0.14min i=

0.3660fn精车Φ29h6外圆

tm3=

243ll1l2=0.31min i=

0.1880fn本工序总基本时间tm：tm=tm1tm2tm3=0.59min

1.6.2粗车、半精车、精车Φ103底面

查资料14可知：

切削时间 tm=

（2-4）

l-加工长度（mm）,l2-刀具切出长度（mm）,Vf-进给速度（mm/min）

l1l2i Vf 取l1=2mm， 计算可得：l=81.5mm，i=1

16

粗车：tm1=

l1l2281.5min=0.41min i=

Vf200l1l2281.5min=0.82min i=

Vf100半精车：tm2=

精车：tm3=

l1l2281.5min=1.04min i=

Vf80本工序总基本时间tm：tm=tm1tm2tm3=2.27min 1.6.3粗镗、半精镗、精镗Φ30H8孔

由式（2-3） ,查资料14 l1l23mm 可计算 i1 粗镗：tm1233ll1l2min=0.08min i=

0.5660fn233ll1l2min=0.10min i=

0.3910fn半精镗：tm2=

精镗：tm3=

233ll1l2min=0.24min i=

1.0110fn本工序总基本时间tm：tm=tm1tm2tm3=0.42min

1.6.4加工5-Φ5.2通孔与5-Φ11沉孔 查资料14可知：

切削时间 tm=

（2-5）

式中：

l-沉孔深度（mm）,l1-切入长度（mm），l1=（1-2）mm

Lll1 fnfn切削时间tm： tm=

Lll13.52=min=0.17min fnfn0.1320 17

1.6.5粗铣斜面

查资料14可知：

切削时间 tm=

（2-6）

式中：

lwl1l2 Vflw-铣削长度（mm）,l1-刀具切入长度（mm）,l2-刀具切出长度（mm）,Vf-进给速度（mm/min）

其中：Vf=afzn, l1=aw(Daw)d0aw-aw(d0aw)

af=0.03mm/齿 z=10 n=100r/min aw=8mm D=103mm d0=63mm 得：Vf=39mm/min l1=14.5mm 又由零件图知：lw=50mm l2=26.5mm 则：

切削时间 tm=

lwl1l25014.526.5=min=2.3min

39Vf 18

结 论

此次课程设计的内容主要有两个方面：曲柄板的加工工艺设计和夹具的设计。主要目的：在于通过对曲柄板加工工艺的设计，熟悉和掌握零件从毛坯材料选择到成品过程，培养实际生产中产品设计能力；另外通过对夹具的设计，熟悉和掌握夹具的基本知识和设计原则。通过本次的毕业设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，工艺的设计，能使我们更加了解毛坯材料的选择，材料的热处理，加工方法的选择，加工余量的确定，更加熟悉了工艺规程和先进的加工工艺，学习到了工艺的制定过程，工艺卡片的制作，工艺手册的查询等方面的知识，先制定合理的加工工序，再选用合适的机床，查工艺手册定合适的毛坯，再查进给、切削速度、转速，计算实际转速和时间完成工艺卡片；通过专用夹具的设计，使我们掌握了专用夹具的设计步骤及过程，六点定位原理，通过设计定位元件来实现设计标准，通过夹紧力的计算选用夹紧装置，对毛坯夹紧的原则，最终完成零件的加工达到设计的要求。

脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。

我相信通过这次课程设计不仅提升了对我大学期间所学基本专业知识综合运用也锻炼了我们实际解决工程实际的能力，而且让我们对所学的知识有了更加深刻的理解，对我们以后的学习、工作有了更大的帮助，为我们留下了宝贵的经验。

19

20