尾架体机械加工工艺及夹具设计

【摘要】

尾架体是车床上的重要的部件之一，是车床上用以支撑轴类零件车削加工和实 施钻孔的主要车床附件。本文针对某类给定的尾架体进行了加工工艺与工装的设 计，完成了以下工作：

1. 概述了尾架体的技术和现状发展；

2. 对尾架体进行了工艺分析，并提出了两种方案进行比较；

3. 编制了尾架体的工艺规程，完成了其工序卡的设计；

4. 针对工艺中的某重要工序，设计完成了一套钻孔夹具，包括定位元件，夹紧 机构、对刀块、夹具体的设计并分析了定位误差。

关键词:尾架体设计；夹具；工艺；尾架体；钻孔夹具

全套图纸加 V 信 153893706 或扣 3346389411

I

Abstract: The tailstock is one of the important parts on the lathe. It is the main Lathe accessory for lathe to support shaft parts turning and drilling. In this paper, the design of processing technology and tooling for a given tail frame is carried out, and the following work has been completed.

1. the technical and current development of the tailstock body is summarized.

2. the process analysis of the tailstock body is carried out, and the comparison of the

two schemes is put forward.

3. the technical regulations of the tailstock body were compiled, and the design of the process card was completed.

4., aiming at a key process in the process, a set of drilling fixture has been designed, including positioning element, clamping mechanism, cutter block and clamp, and the location error has been analyzed.

Keywords; fixture; process; tailstock; drilling fixture

II

目录

1 绪论....................................................................................................................................1
1.1 课题来源.....................................................................................................................1
1.2 课题背景及发展趋势.................................................................................................1
1.3 夹具的基本结构及夹具设计的内容.........................................................................1
1.4 本章小结.....................................................................................................................2
2 尾架体加工工艺规程设计................................................................................................3
2.1 零件的分析.................................................................................................................3
2.1.1 零件的作用..........................................................................................................3
2.1.2 零件的工艺分析..................................................................................................3
2.2 加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施.........................................4
2.2.1 确定毛坯的制造形式..........................................................................................4
2.2.2 基面的选择..........................................................................................................4
2.3 确定工艺路线.............................................................................................................4
2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.........................................................6
2.5 确定主要工序工程中的切削用量.............................................................................6
2.6 本章小结...................................................................................................................13
3 钻ø24孔夹具设计............................................................................................................14
3.1 设计要求...................................................................................................................14
3.2 夹具设计...................................................................................................................15
3.2.1 定位基准的选择................................................................................................15
3.2.2 切削力及夹紧力的计算....................................................................................15
3.3 定位误差的分析.......................................................................................................16
3.4 钻套、衬套、钻模板设计与选用...........................................................................17
3.5 夹具设计及操作的简要说明...................................................................................18
结 论..................................................................................................................................20
致 谢..................................................................................................................................21
参考文献..............................................................................................................................22

III

1 绪论

1 绪论

1.1 课题来源

本课题来源于指导教师所给众多题目之一。

1.2 课题背景及发展趋势

加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之 前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。

机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发 展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造 已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。

材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另 一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有 其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加 工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功 能”。

技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结 构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一 起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。

工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种， 对中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机 床夹具提出更高的要求。

1.3 夹具的基本结构及夹具设计的内容

根据夹具设计的基本原理，选择合理的夹紧与定位方案，最有效的满足镗床夹 具的设计要求当工件的加工精度要求较高时，应采用具有固定夹具的单工位组合机 床；加工精度较低时，可采用具有移动夹具的多工位组合机床。此外，还要考虑到 不同布置形式的机床所能达到的加工精度。例如，对于同轴度要求较高的各孔，应 采用从同一面对工件进行加工的机床布置形式。

按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类：

• 1．定位元件及定位装置；

• 2．夹紧元件及定位装置(或者称夹紧机构)；

• 3．夹具体；

• 4．对刀-引导元件及装置(包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等)；

1

• 5．动力装置；

  • 6．分度，对定装置；

• 7．其它的元件及装置(包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用

• 的紧固螺钉，销钉，键和各种手柄等)；

每个夹具不一定所有的各类元件都具备，如手动夹具就没有动力装置,一般的车 床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之，按照加工等方面的要求,有些夹具 上还需要设有其它装置及机构，例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。

专用夹具的设计主要是对以下几项内容进行设计：

• 1．定位装置的设计；

• 2．夹紧装置的设计；

• 3．对刀-引导装置的设计；

• 4．夹具体的设计；

• 5．其他元件及装置的设计。

1.4 本章小结

通过本章陈述了尾架体加工的发展趋势以及所研究课题的主要内容，使以后的 设计有了明确的针对性。

本论文以车床尾座为模板，根据零件的特性，通过分析计算，确定加工基准。 需在多种方案中选择最优的加工工艺路线，并根据计算所得的余量选择合理的机床 进行加工。最后在所有的工序中选择一道工序，做镗床夹具设计。

2

2 尾架体加工工艺规程设计

2 尾架体加工工艺规程设计

2.1 零件的分析

尾架体零件图如图2-1所示

图2-1 尾架体

2.1.1 零件的作用

题目所给的零件是机床尾架体，Φ62H6的孔与顶尖研配，底面与工作台相连， 通过Φ18mm孔用螺栓将“尾架体”紧固在工作台上。主要作用是固定顶尖。圆柱体形 的部分有一个Φ62H6孔，并且有一个Φ24孔，顶尖穿过Φ62H6孔，将螺钉拧紧，这 样就将顶尖固定。

2.1.2 零件的工艺分析

• “尾架体”共有三组加工表面，其中两组有位置度要求。

• 1．以底面为基准的加工表面。这一组表面包括底面平面。

• 2．以圆柱体Φ98左右端面为基准的加工表面。这一组表面包括Ra=3.2μm的前端

• 面， Ra=6.3μm的后端面，Φ62的孔。

3

3．以Φ24孔基准的加工表面。这一组表面包括Φ24孔。

2.2 加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施

2.2.1 确定毛坯的制造形式

零件的材料HT200。由于尾架体年产量一般为几千件，达到大批生产的水平， 而且零件的轮廓尺寸较大，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。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。

2.2.2 基面的选择

1．粗基准的选择 对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零件的 下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用底面定位块支承和底面 作为主要定位基准，以限制z、xz、y、xy、yz五个自由度达到定位目的。

2．精基准的选择 主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用已加工结束 的上、下平面作为精基准。

2.3 确定工艺路线

表2.1工艺路线方案一

工 序 号	工名 序称	工 序 内 容
05	铸造	砂型铸造
10	热	时效处理
15	铣	粗铣底面
20	镗	粗镗、半精镗Φ62H6孔
25	镗	精镗Φ62H6孔
30	钻	钻、扩、铰Φ18孔
35	铣	粗铣、半精铣宽度为18H9的槽
40	铣	粗铣圆柱体Φ98左右端面
45	钻	钻Φ98端面上的8XM8深20螺纹底孔并攻丝
50	钻	钻底面上的2XM10、8XM10深18螺纹底孔并 攻丝
55	钻	钻、扩、铰Φ24H8孔
60	钳	去毛刺

4

2 尾架体加工工艺规程设计

65	检验	按图纸要求规格的尺寸
70	入库	封油入库

表2.2工艺路线方案二

工 序 号	工名 序称	工 序 内 容
05	铸造	砂型铸造
10	热	时效处理
15	铣	粗铣底面
20	钻	钻、扩、铰Φ18孔
25	铣	粗铣、半精铣宽度为18H9的槽
30	铣	粗铣圆柱体Φ98左右端面
35	镗	粗镗、半精镗Φ62H6孔
40	镗	精镗Φ62H6孔
45	钻	钻Φ98端面上的8XM8深20螺纹底孔并攻丝
50	钻	钻底面上的2XM10、8XM10深18螺纹底孔并 攻丝
55	钻	钻、扩、铰Φ24H8孔
60	钳	去毛刺
65	检验	按图纸要求规格的尺寸
70	入库	封油入库

工艺路线的比较与分析：

第二条工艺路线不同于第一条是将“镗孔工序放在除前后端面外的各面加工结束 后再进行加工。其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动提高了生产效 率。而且对于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的帮助,并且符合先面后孔的加 工原则。采用基准重合的原则，先加工底平面，然后以底平面为精基准再加工其它 平面上的各孔与平面，这样便保证了Φ62H6轴线，同时满足了以两轴轴线为基准加 工的要求。符合先加工面再钻孔的原则。若选第一条工艺路线，加工不便于装夹， 并且毛坯的端面与轴的轴线是否垂直决定了钻出来的孔的轴线与轴的轴线是非平行

5

这个问题。所以发现第一条工艺路线并不可行。选取第二条工艺方案，先镗上、下 平面，各孔，然后以这些已加工的孔为精基准，加工其它各孔，槽的形位公差要 求。

从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第二个方案比较合理。所以我决定 以第二个方案进行生产。具体的工艺过程见工艺卡片所示。

2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

尾架体的材料是HT200，生产类型为大批生产。由于毛坯采用金属模铸造, 毛坯 尺寸的确定如下：

由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量 其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之 分。

由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最 小余量时应按调整法加工方式予以确定。这里就不讲述如何铸造成毛坯的过程了， 只分析从毛坯加工成成品零件的过程如下：

1．加工尾架体的底平面，底平面粗糙度要求为Ra=1.6μm，平面度要求为 0.04，根据参考文献^[8] 表4-35和表4-37考虑3mm，粗加工2mm，精加工1mm到金属模 铸造的质量和表面的粗糙度要求。最后刮研底面，保证平面度0.04。加工上平面和 侧面时，用铣削的方法加工上平面和两侧面。由于上平面和两侧面的加工表面粗糙 度未标注，所以按照粗糙度要求为Ra=6.3μm来加工，根据参考文献^[8] 表4-35和表437考虑2mm，粗铣加工2mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求。

2．加工前后端面时，用铣削加工方法加工。考虑到加工方便，按照粗糙度都 是Ra=1.6μm加工，根据参考文献^[8] 表4-35和表4-37考虑可用镗刀一次加工2mm到金 属模铸造的质量和表面的粗糙度要求。因为后端面要求与基准B垂直度为0.04，所以 等Φ62H6孔加工之后，再刮研保证垂直度。

3．镗直径Φ62H6孔时，由于粗糙度要求Ra=0.8μm，因此考虑加工余量 2.5mm。可一次粗加工2mm，一次精加工0.5mm就可达到要求。并且要保证从前端 面开始的340mm锥度在0.04以内。

4．加工Φ24孔，内壁粗糙度要求Ra=1.6μm，根据参考文献^[8] 表4-23考虑加工余 量2.5mm。可一次钻削加工余量2mm，一次精镗0.5mm就可达到要求。以Φ24孔加工 余量与Φ24孔相同。同时粗铣Φ24孔两个端面和Φ25H7孔的两个端面，保证各自长 度值。

6

2 尾架体加工工艺规程设计

2.5 确定主要工序工程中的切削用量

工序15：粗铣底面

加工条件： 工件材料： HT200，铸造。 机床：X52K立式铣床。 查参考文献^[7] 表30—34

刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT15，D=100mm ，齿数 8，此为粗齿铣刀。 因其单边余量：Z=2mm 所以铣削深度 ap ： ap =2mm 每齿进给量 af ：根据参考文献^[3] 表2.4-62，取 af =0.12mm/Z，铣削速度 V ：参照参 考文献^[7] 表30—34，取 V =1.33m/s。 机床主轴转速 n ： 式（2.1） 式中 V —铣削速度； D—刀具直径。 由式2.1机床主轴转速 n ： 按照参考文献^[3] 表3.1-74，得： n =300r/min 实际铣削速度 v ： 进给量 Vf ： 工作台每分进给量 fm ： az ：根据参考文献^[7] 表2.4-81，知 az =40mm 粗铣的切削工时 被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 l =316mm 刀具切入长度 l1 ： 刀具切出长度 l2 ：取 l2 =2mm 走刀次数为1 机动时间 tj1 ： 根据参考文献^[5] 表2.5-45，可查得铣削的辅助时间 tf1 =1.04min

7