毕业设计（论文）-加工工艺编制及工装设计.doc

西南科技大学本科生毕业论文第1章 绪 论1.1 概述科学技术和社会生产的不断发展对机械产品的质量和生产效率提出了越来越高的要求，数控机床不仅满足了上述要求而且可以提高劳动者的工作环境。因此，数控机床现在已经被广泛地应用于工业的各个领域了。其中大型数控机床的作用尤为突出，因为大型数控机床可以制造一些大型设备，为国民经济中的核心领域以及国防事业所用。1.2 国内外背景据统计，我国50%以上的大型数控机床都是向欧美等发达国家进口的，并主要集中在我国的高新技术和国防产业、重大基础装备制造、国民经济支柱产业三大关键领域。同时，国外又对大型数控机床的技术进行封锁，使得我们无法获得生产这些机床的核心技术，只能继续向他们购买。目前我国国内能生产的中高档数控机床的技术性能指标与国际先进水平还存在15年的差距。上述表明数控机床方面技术的落后不利于我国经济的发展和国家安全。鉴于此，国家近年来十分重视我国的装备制造业，在国家公布的国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见和国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）中都将数控机床作为我国未来重点发展的对象，国家将加大对数控机床行业投入，重点扶持国内企业研发有自主产权的大型数控机床。从而提高我国大型数控机床的生产水平，减少我国在大型数控机床上对欧美等发达国家的依赖，从根本上提高我国的工业技术。1.3 研究内容xkc2430（数控铣2430）作为一种大型数控铣床，因其刚性大、加工范围大，主要用于高铁、风力发电和核潜艇等大型装备上的箱体类零件加工，对于我国的国民经济支柱产业和国防产业有着很重要的作用。而xkc2430机床上的斜拖板作为该机床的主要承载构件，对于整个机床的正常工作十分重要。但由于斜拖板的体积大，形状复杂，其工艺性较难，如何保证xkc2430斜拖板的工艺性就成为了一个难题。本次课题的研究对象即是xkc2430斜拖板的工艺编制问题和工装设计问题。具体而言，本课题需要对xkc2430斜拖板从选材、详细的工艺编制到工装夹具等各个方面进行研究、分析，得出一个xkc2430斜拖板的经济、可行、可操作的加工方案，从而解决xkc2430斜拖板的制造工艺问题。第2章 加工工艺方案及工艺编制2.1 选择机械加工工艺方案由于该零件的工艺性较难，如果工艺方案不合适，可行性和可操作性不高，就不可能将其生产出来。同时因为该零件要实际生产的需求，在选取加工工艺方案时还必须考虑该加工方案是否经济。因此，能否选择到合适的机械加工工艺方案就显得尤为重要。试拟定了两个加工工艺方案并且对其进行优点和缺点的分析和比较，如表2-1所示：表2-1机械加工工艺方案对比方案1方案21铸造1铸造2回火2划线3划线3粗铣4粗铣4粗镗5粗镗5刮镗6刮镗6粗铣7粗铣7（零件翻身）粗铣8（零件翻身）粗铣8精铣9时效9精镗10涂漆10刮镗11精铣11钻孔、攻丝12精镗12钻孔、攻丝13刮镗13精铣14钻孔、攻丝14钳15精铣15钻孔、攻丝16刮16精铣17拉17刮18钻孔、攻丝18拉19精铣19去毛刺20钳20检验21钻孔、攻丝2122去毛刺2223检验优点对零件有必要的热处理，加工顺序较好，保证了零件的加工质量及精度要求优点耗费时间较短，节约了生产成本缺点耗费时间较长，生产成本较大缺点 未经过必要的热处理，零件的铸造内应力和粗加工产生的加工应力未进行消除，使得零件的质量及精度难以保证，同时在精加工部分部位的过程中采取了先孔后面的方法，对精加工后的孔的质量及精度影响很大 续表通过对两个加工工艺方案的优缺点进行比较可知：方案2虽然耗费时间少成本低，但是采用方案2不能达到要求的加工精度以及加工质量；方案1虽然成本较高但是可以达到此零件的加工精度以及加工质量要求。鉴于此零件在xkc2430机床中的重要作用，必须保证其加工精度和加工质量，因此选择方案1作为最终的加工工艺方案。2.2 对工艺方案的路线进行说明和分析由于该零件的体积较大且形状较复杂，用其他的加工方法成本太高而且不容易将该零件加工出来，而采用铸造的加工方法不仅成本较低，而且能生产出体积大形状复杂的零件，故采用铸造的方法生产该零件的毛坯件。在该零件的材料选择问题上，由于该零件的承重较大，而且质量较大，灰口铸铁不仅成本低，而且具有较好的耐磨性、可铸性、可切削性和阻尼特性，故采用灰口铸铁比较合适。另外，由于该零件承受的力较大，所选择的材料应该是抗拉强度较大的材料，因此选择ht300作为零件的材料。关于铸造采用何种造型的问题，一般的造型方式有金属模机械造型和木模手工造型两种。因为金属模机械造型最主要的优点是毛坯精度高，加工余量较小，但投入的成本远高于木模，因此主要用在大批量、小型零件的生产。而木模手工造型的特点与金属机械造型的特点正相反，其毛坯精度低，余量大，但是采用手工木模造型的价格很低，因此一般用在大型复杂零件的铸件毛坯生产中。由于该零件形状复杂、体积大，并且此类机床一般都是以单件或小批量生产，毛坯精度低和加工余量大等问题可以通过加工过程来解决，加之采用木模手工造型的话可以节约很多成本，因此在铸造的过程中采用木模手工造型。此处需要注意的是由于本零件的体积较大，铸造的误差也很大，因此在铸造时必须留有较大的余量，以防止零件回火后由于尺寸较小而无法保证该工件的加工精度和加工质量。由于铸造之后的零件具有较大的铸造内应力，如果直接加工则其加工精度的稳定性很低，加工质量不高，不能达到对本零件的加工精度和加工质量的要求。在该零件采用哪一种找正方法的问题上，由于该零件是单件小批量生产，并且加工尺寸较大，零件形状复杂，因此在零件找正时采用划线找正法的方法，即在工件定位之前先经划线工序，然后按工件上划出的线进行找正。另外在给零件找正时应满足以下三点要求：使零件各表面都有足够的加工余量；使零件各表面与零件各加工表面保持正确的相对位置关系；使零件找正定位准确迅速方便。由于该零件属于箱体类零件，而生产面是箱体生产及其上的装配基准，需要先加工主要平面然后再加工它的支承孔，使定位基准和装配基准重合，从而消除因基准不重合而引起的误差，因此采取先面后孔的加工顺序。在加工该零件的过程中，应先粗铣零件一边以及完成其他测平面的加工工作（因为本零件的侧面有高有低，故设计了两个工艺搭子以方便零件的加工），同时须将工艺搭子铣到与侧面同高，以方便之后零件翻身时保持基准面的水平。之后便可将零件翻身，将工艺搭子所在的平面朝下，作为基准来粗加工与工艺搭子相对的平面以及侧面。等到加工完这些平面之后，即可将零件放到专用工装夹具上，加工该零件60平斜面上的各个部分，在完对该零件60斜面的加工之后即可将零件从专用工装夹具上吊下。虽然在粗加工之前已经对零件进行了一次回火以消除其铸造时所造成的铸造内应力，但是由于粗加工过程中时的切削用量较大，造成其加工应力较大，加之对此零件的加工质量和加工精度的要求较高，故在粗加工之后安排一次时效处理，以消除粗加工时形成的加工应力以及一次回火后尚未完全消除的残余铸造内应力，从而提高零件在加工过程中加工精度和加工质量的稳定性。在时效处理选择人工时效还是自然时效的问题上，虽然自然时效的效果更好，但是采用自然时效耗费的时间很长，考虑到实际生产的时间较紧张的关系选择人工时效作为时效的处理方法，因此在粗加工之后安排一次人工时效处理。接着对那些不再需要加工的表面进行涂漆，以防止这些非加工表面生锈以及被腐蚀，保护零件的这些面，从而较好地保护零件，延长零件的使用寿命。在人工时效之后，零件的内应力减小，此时就可以对零件进行精加工了。值得注意的是在对该零件精加工的过程中同样需要按照先平面后孔的顺序进行加工，这样可以较好地保护零件的加工精度，如果先进行钻孔和攻丝然后再对平面进行精加工，这样的话就会在精加工平面时破坏已经加工好的螺纹，而且这样的破坏不易修复，因此在精加工的过程中同样应该先加工平面在加工孔。用铣刀精铣需要加工的平面，然后再分别精镗和刮镗其他需要加工的平面。之后便可以以精加工之后的平面为基准进行钻孔和攻丝。之后再将零件吊起放在专用夹具上，精加工60斜面的各个加工部位。由于图纸中的滚珠丝杆安装座面的粗糙度要求较高，故需采用刮研的方法加工该平面。在完成了该零件60斜面的平面加工之后，就可以将这些平面作为基准先进行钻孔然后再进行攻丝的工作。在完成了该零件60斜面的所有加工之后，就可以将零件从专用夹具上吊下。此时工艺搭子已经没有用了，应该将其铣去，同时加工工艺搭子所在的平面至要求。接着根据已钻的孔为基准钻通油孔，因为油孔的配合要求不高，故可以放在最后一个钻以保证其他加工部位的加工质量，之后即可将尚待加工的孔进行攻丝。之后再去毛刺以使零件更加光滑平整，从而使零件的加工精度更高，最后将零件送到质检部门检验其是否合格。2.3 制订工艺卡片根据查阅相关资料同时结合该零件的具体情况，编制了如表2-2 所示的机械加工工艺卡片。表2-2 机械加工工艺卡片机械加工工艺卡片材料零件名称制作件数共 8页ht300y轴斜拖板1第1 页工序工 序 内 容刀具名称刀具直径/mm切削深度/mm切削速度/ m/min进给量/mm/r第1张视图上方一排视图中自左往右第1个视图主视图，第1张图以下简称图1，第2张图以下简称图21铸造 2回火 续表机械加工工艺卡片材料零件名称制作件数共 8页ht300y轴斜拖板1第 2页工序工 序 内 容刀具名称刀具直径/mm切削深度/mm切削速度/ m/min进给量/mm/r3划铣、镗线及校正线4垫平图1主视图尺寸760右侧一端平面，铣工艺搭面及俯视图工件左端面，保证二者等高面铣刀12038015零件翻身，工艺搭面朝下，校正工件正面及顶面,压板压牢6参考划线，换成侧铣头7粗铣平图1俯视图前平面，单边留余量3面铣刀12038018粗铣平图1俯视图后平面，单边留余量3面铣刀12038019粗铣平图1俯视图右平面，单边留余量3面铣刀120380110粗铣平工件下部平面，留余量3面铣刀120380111粗铣平图1右视图右上方平面，留余量3面铣刀120380112粗铣图1主视图及俯视图中两处1：100的斜面，放余量3立铣刀32220113粗铣图1俯视图中两处110缺口面，单边放余量3键槽刀321.5400.814粗铣图1俯视图中两处尺寸深14、宽55缺口，单边放余量3立铣刀32220115粗铣图1主视图中工件正面的的4个槽，宽度单边放2，深度放2立铣刀32220116刀具检查图1俯视图中尺寸190处缺口，有余量时加工至尺寸，没有不加工立铣刀32220117刀具检查图1俯视图中两个葫芦孔，有余量时加工至尺寸，没有不加工立铣刀320.5300.3 续表机械加工工艺卡片材料零件名称制作件数共8 页ht300y轴斜拖板1第 3页工序工 序 内 容刀具名称刀具直径/mm切削深度/mm切削速度/ m/min进给量/mm/r18粗镗图2中a-a视图下部60h8孔，放余量5镗杆50400.619粗镗图2中a-a视图下部72j7孔，放余量5镗杆50400.620刮平图2中a-a视图下部72j7孔端面的平面，放余量3立铣刀32220121换立铣头，摇坐标加工图1右视图滚珠丝杆安装座的144孔至138h8立铣刀32220122将零件吊起，放在专用夹具上23校正零件两个安装底面，使零件的60 斜面保持水平，压板压牢24校正图1右视图滚珠丝杆安装座的放镗孔138h8中心线，根据此中心线加工25粗铣平图1两处装线轨的缺口面，单边放余量3立铣刀40220126粗铣平图1两处装线轨的基准c面，单边放余量3立铣刀40220127粗铣60斜面上各平面，单边放余量3面铣刀120380128粗铣60斜面上各平面，单边放余量3面铣刀120380129粗铣图1右视图滚珠丝杆安装座81缺口至40，单边各留余量3立铣刀32220130将零件从专用夹具上吊下31人工时效32涂漆 续表机械加工工艺卡片材料零件名称制作件数共8 页ht300y轴斜拖板1第 4页工序工 序 内 容刀具名称刀具直径/mm切削深度/mm切削速度/ m/min进给量/mm/r33本工序为半精铣、精铣工序，精铣前压板螺钉略松开34垫平图1俯视图工件左端面及工艺搭面35校平图1俯视图中工件的右端平面36校正、校直工件正面及顶面,压板压牢37参考划线，换成侧铣头38精铣平图1俯视图前平面至图纸要求面铣刀12011000.539精铣平图1俯视图后平面至图纸要求面铣刀12011000.540精铣平图1俯视图右平面至图纸要求面铣刀12011000.541侧铣头换位，并且保证工件顶部与工件正面9042精铣平工件下部平面，至图纸要求面铣刀12011000.343 精铣平图1右视图右上方向平面，至图纸要求面铣刀12011000.544精铣图1主视图及俯视图中两处1：100的斜面至图纸要求立铣刀320.5300.345精铣图1俯视图中两处110缺口面至图纸要求键槽刀320.3600.246精铣图1附视图中两处尺寸深14、宽55缺口至图纸要求立铣刀320.5300.347精铣工件图1主视图中工件正面的的4个槽至图纸要求立铣刀320.5300.348精镗图2中a-a视图下部60h8孔至图纸要求镗杆50800.1 续表机械加工工艺卡片材料零件名称制作件数共 8页ht300y轴斜拖板1第5 页工序工 序 内 容刀具名称刀具直径/mm切削深度/mm切削速度/ m/min进给量/mm/r49精镗图2中a-a视图下部72j7孔至图纸要求镗杆50800.150刮平图2中a-a视图下部72j7孔端面的面至图纸要求立铣刀320.5300.351钻图1俯视图中10-m16-7h 30/36螺底孔至13深36钻头13120.252扩图1俯视图中10-m16-7h 30/36螺底孔至13.9深36钻头13.9150.1553攻图1俯视图中10-m16-7h 30/36螺纹至图纸要求丝攻m16-7h354钻图1俯视图及d-d视图中4-m12-6h 40/50螺底孔至9（两端各2个，共4个）钻头9100.1555扩图1俯视图及d-d视图中4-m12-6h 40/50螺底孔至10.5（两端各2个，共4个）钻头10.5120.1256攻图1俯视图及d-d视图中4-m12-6h 40/50螺纹至图纸要求（两端各2个，共4个）丝攻m12-6h357钻图1主视图中68-m16-6h 30/35螺纹处的孔钻头13120.258扩图1主视图中68-m16-6h 30/35螺纹处的孔钻头13.9150.1659攻图1主视图中68-m16-6h 30/35螺纹至图纸要求丝攻m16-7h360钻图1主视图中8-m5-7h 8/12螺底孔至4.2深12钻头4.2100.06 续表机械加工工艺卡片材料零件名称制作件数共 8页ht300y轴斜拖板1第6 页工序工 序 内 容刀具名称刀具直径/mm切削深度/mm切削速度/ m/min进给量/mm/r61钻图2中a-a视图下方6-m10-7h 16/20螺底孔至7.5深20钻头7.5120.162扩图2中a-a视图下方6-m10-7h 16/20螺底孔至8.5深20钻头8.5140.0863换立铣头64铣图1右视图滚珠丝杆安装座的144孔至144h8立铣刀320.5300.365将零件吊起，放在专用夹具上66校正零件两个安装底面，使零件的60 斜面保持水平，压板压牢67校正图1右视图滚珠丝杆安装座的放镗孔138h8中心线，根据此中心线加工68精铣平两处装线轨的缺口面及基准c面至图纸要求立铣刀400.5300.369精铣60斜面上各平面至图纸要求面铣刀12011000.270精铣60斜面上各平面至图纸要求面铣刀12011000.571 精铣滚珠丝杆安装座81缺口至图纸要求立铣刀320.5300.372 刮平图2中c向视图滚珠丝杆安装座面立铣刀320.5300.373钻图1右视图中背面的4-m8-6h 20/25螺底孔至6.7深20钻头6.7110.1274钻图2中e-e视图中20-13.5孔至12钻头12120.1575扩图2中e-e视图中20-13.5孔至13.5钻头13.5150.1376倒图2中e-e视图中沉孔22深12至要求立铣刀220.5300.377钻图1右视图6-m16-6h 30/35孔至13，钻头13120.19 续表机械加工工艺卡片材料零件名称制作件数共8 页ht300y轴斜拖板1第 7页工序工 序 内 容刀具名称刀具直径/mm切削深度/mm切削速度/ m/min进给量/mm/r深3578扩图1右视图6-m16-6h 30/35至13.9，深35钻头13.9140.1679攻图1右视图6-m16-6h 30/35螺纹至图纸要求丝攻m16-7h380钻图1右视图中12-m6-6h 15/20螺底孔至5深20（含对面6个，共计12个）钻头580.0581钻图1右视图中4-m6-6h 15/20螺底孔至5深20钻头580.0582将零件从专用夹具上吊下83 垫平俯视图工件的右平面84铣去工艺搭子面铣刀12011000.585铣左端面面至要求面铣刀12011000.586工件正面面向下，垫平87在图1俯视图12-rc 1/8”深9螺纹处钻中心孔a1中心钻88钻图1俯视图12-rc 1/8”处孔7.9深9钻头7.9120.0589铰图1俯视图12-rc 1/8” 深9螺纹处铰刀1：1640.490 钻油孔4钻头4100.0591根据同心孔8的深度要求进行扩孔至要求钻头8120.0592垫平工件左侧面93根据上工步的4油孔位置，钻主视图中4油孔，保证与上步4油孔接通钻头4100.0594攻图1主视图中8-m5-7h 8/12螺纹至图纸丝攻m5-7h 续表机械加工工艺卡片材料零件名称制作件数共 8页ht300y轴斜拖板1第8页工序工 序 内 容刀具名称刀具直径/mm切削深度/mm切削速度/ m/min进给量/mm/r要求 95攻图1右视图中12-m6-6h 15/20螺纹至图纸要求（含对面6个，共计12个）丝攻m6-6h396攻图1右视图中4-m6-6h 15/20螺纹至图纸要求丝攻m6-6h397攻图2中a-a视图下方6-m10-7h 16/20螺纹至图纸要求丝攻m10-7h398攻图1俯视图12-rc1/8”深9螺纹至图纸要求丝攻rc 1/8”399攻图1右视图中背面的4-m8-6h 20/25螺纹至图纸要求丝攻m8-6h3第3章 工装设计因为该零件在设计时就带有工艺搭子，零件多为平面，并且对该零件的多数平面的粗糙度要求较高，平面度较好。因此在加工除60斜面以外的其他平面时就可以直接以工件自身的平面结合工艺搭子为定位基准直接放在龙门铣床的工作台上面来加工。而且在加工这些平面的过程中只需要用垫块将该零件垫平，随后用压板将工件夹紧即可，不需要对其进行工装设计。然而，在加工该零件的60斜面时，由于该零件的60斜面的加工质量和加工精度要求较高，且该面是斜面，若采取常规的定位和加工方式，则需要机床配有双摆头功能附件，才能完成该60斜面的加工，而目前该种双摆头件在国内尚未开发出来，如果选用进口双摆头，查询了相关资料得知双摆头的价格约为180万元（rmb），其费用几乎要占机床总成本的2/3。可否用比较经济的办法解决此问题？在本次毕业设计时，通过与指导老师及车间师傅共同探、分析，最终决定：采用专用工装夹具方式来解决该零件60斜面的加工。由此可见，能否设计出用于该斜面加工的专用工装夹具对于能否生产出该零件至关重要。值得注意的是，在工装的设计过程中需要根据该60斜面自身的结构特点以及编制好的工艺安排等来进行工装设计。3.1 定位方案3.1.1 定位基面的选取因为该斜面的加工精度和加工质量要求较高，因此对其基准面的粗糙度要求也很高，而且其基准面的面积应该较大，否则不能保证该斜面成水平。平面1和平面2满足这两项要求：平面1和平面2的粗糙度较高，其中平面1 的粗糙度为1.6，平面2的粗糙度为3.2；另外平面1和平面2的面积较大。又由表2-2中对斜拖板加工的工艺编制 图3-1 定位基面示图可知该斜面的粗加工和在平面1和平面2的粗加工之后进行，其精加工也是在平面1和平面2的精加工之后进行。综上所述平面1和平面2十分适合作为斜面加工的定位基面。故选择平面1和平面2作为定位基面，具体情况如图3-1所示。3.1.2 定位方案的选取为了得到更为合理的定位方案，试拟定了两个定位方案分别如图3-2和3-3所示，并对其进行分别进行分析。定位方案1：方案1（如图3-2所示）以平面1限制了x方向，绕y轴旋转方向和绕z轴旋转方向的自由度，以点2和点3限制了z方向和绕x轴旋转方向的自由度，销钉4限制了y方向的自由度，属于完全定位。 图3-2 定位方案1 图3-3 定位方案2定位方案2：如果用一个面定位代替方案1中的两个点定位，即如图3-3所示的方案2，由于平面2限制了z方向，绕x轴旋转方向和绕y轴旋转方向的自由度，其中限制的绕y轴旋转方向的自由度与平面1限制的自由度重复，出现过定位现象，因此会出现干涉现象。由于零件与面1和面2都有平面度误差，将造成零件与两底面为点接触而出现定位不稳定或在夹紧力作用下，使零件变形，从而影响该斜面的加工精度和加工质量，而这种情况是不允许的。通过对两个方案的对比分析可知：方案2属于过定位，不能保证零件的加工质量和加工精度，不可采用；方案1属于完全定位，科学合理，可以保证零件的加工质量和加工精度。因此，选择方案1作为最终的定位方案。3.2 夹紧装置的设计由于此零件的体积较大，竖直方向上的尺寸较大，而加工的铣床带有的压板高度有限。即使可以用铣床上的压板进行夹紧，由于零件较高，压板加工也不容易将其完全夹紧，在加工过程中会因为夹紧力不稳定而影响零件的表面粗糙度，从而影响零件的加工质量和加工精度，而这种情况是不允许出现的。因此最好在工装设计中就设计一个夹紧装置，用工装自身带有的夹紧装置来保证零件的夹紧，这样在加工过程中就不在需要外部的夹紧装置了。设计夹紧装置时，一般应满足以下基本要求：1、夹紧过程不改变工件定位时所占据的正确位置。2、夹紧力的大小适当，既要保证加工过程中工件不会产生位移和振动，又要使工件不产生不允许的变形和损伤。3、夹紧装置的自动化程度应与工件的生产批量相适应。4、结构要简单，力求体积小、重量轻，并有足够的强度；工艺性好，便于制造和维修。由夹紧装置的作用可知该夹紧装置应该是将零件放在在工装上面定位好之后再将其夹紧，保证零件在加工过程中不会移动。由于此零件自身的重量较大，其自身的重力以及零件和工装的静摩擦力已经抵消了零件在加工过程中所受到的径向和法向上的切削力。而该零件在加工过程中最主要的受力是在铣削过程中所受到的铣削力，而铣削力在圆周方向的分力又是铣削力中最大的。因此夹紧装置应该主要考虑抵消零件加工过程中在圆周方向的受力。结合上面所提到的对夹紧装置的要求以及对此零件加工过程的分析，选择在工装的右上方设计一块压板作为该工装的夹紧装置，以保证零件在加工过程中的夹紧状态。为了压紧零件，在加工过程中需要先用一个外力（夹紧力）将零件压紧，再将压板安装上去。为了固定住该压板，同时保证零件在加工过程中一直保证夹紧状态，在生产过程中需将压板和工装用螺钉联接起来。3.3 夹具体的设计对本零件所需设计的专用工装夹具需考虑以下几个方面：1、保证零件的加工精度 专用夹具应有合理的定位方案，并确保夹具能满足零件的加工精度要求。2、提高生产效率 应根据生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。3、工艺性好 专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。4、使用性好 主用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便。5、经济性好 除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外，应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。对于此夹具所用于加工的斜面，该斜面难以加工的最重要的原因就是有个60的斜面，因此在对其进行夹具设计时就需要将该平面变成水平方向。为了将该平面转变成为水平方向，因此工装设计中需要设置了一个30的斜面。这样，将零件放到该夹具中时斜面即变成了水平面，此时就可以用常规的加工方式进行加工了。从而大大便利了对该平面的加工，并且可以保证该平面的加工精度和加工质量。通过表2-2中的对该零件的加工工艺编制可知在对该斜面的加工过程中，有铣削、钻削以及攻丝等加工方式，其中铣削加工的切削量以及切削速度等影响切削力的数据都最大，因此在切削的加工过程中所产生的切削力最大，对夹具体的要求最高，因此在夹具设计时应该主要考虑铣削时的情况。由于铣削加工是切削力较大的多刃断续切削，加工时容易产生振动。根据铣削加工的特点，该夹具必须具有良好的抗振性能，以保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。为了提高该夹具在机床上安装的稳固性和动态下的抗振性能，应该将将夹具中的各种装置布置得紧凑一些。与此同时，加工面应该尽可能地靠近工作台面，以降低该夹具的重心。同时，由于铣削加工的切削力较大，因此该夹具体应该具有就足够的刚度和强度。为了增加夹具体的刚度和强度，在选择夹具体材料的时候也应该选择那些抗压强度较大的材料，还可以增加材料的厚度。另外铣削加工时会产生大量切屑，在夹具体上还应该有足够的排屑空间。综合上述对于该专用夹具的要求，结合此零件是单件小批量生产的情况以及上文中所选取的定位方案和设计的夹紧装置，设计了如论文所带大图2所示的装配图中的夹具体。此夹具体由两部分组成，右方三角形状由于有一个30的倾角可以将该斜面转变成平面，值得注意的是，由于此斜面的加工要求很高，必须保证斜面放在工装时候变成水平的，因此工装的夹角必须保证是90。左边是主限位面，限制了零件x方向，绕y轴旋转方向和绕z轴旋转方向的自由度，右边是次限位面，限制了零件z方向和绕x轴旋转方向的自由度。左边是主要的定位面，而右边是主要的承力结构。为了实现定位方案1中的两点定位，在工装的右半部分设计了两个小垫片作为定位点，从而防止出现定位方案2中的过定位现象。为了限制零件在y轴的自由度在工装的中间设置了一个止推销，为了排屑，在夹具体上设计了一个排屑槽。另外，为了抵消零件加工时的切削力，还设计了一个压板放在夹具的右边部分，以此保证零件在加工过程中的夹紧，这样在加工零件该斜面的过程中就不再需要外部的工装设备了。3.4 夹具体的材料及加工方式选取工装的材料以及加工方式应该同加工零件的特点以及生产批量情况来确定。由于该加工零件重量约2.3吨，故该工装所承受的压力较大，工装的体积也较大。工装设计时在满足精度要求的前提下，结构设计时应尽可能简单化，鉴于此，本次所设计的夹具体采用焊接支架，而不采用铸件结构，降低了成本。另外接夹具体具有诸多优点：制造方便、生产周期短、成本低、质量轻。但是焊接夹具体的热应力较大，容易变形，因此必须经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性，从而保证零件的加工精度和加工质量。对于选材的问题，该夹具体由于形状的关系选择焊接的方式，而一般只有钢材和型材选择焊接的方式加工,其中钢材运用得更加普遍。在碳钢中，由于低碳钢的强度低，塑性和焊接性较好，所以选择焊接件时一般选择低碳钢作为焊接件的材料。为了降低成本，应该在保证夹具体能够承受零件重力的情况下选择尽量便宜和常见的材料，综合考虑各项要求之后选择碳素结构钢q235-a作为该夹具体的材料。故该工装选取碳素结构钢q235-a作为材料，同时采取焊接的方式进行加工。第4章 夹紧力的计算和校核4.1 切削力的计算由于铣削时的切削力比钻孔、扩孔以及攻丝等其他加工方式的切削力都大，因此应该选择铣削时的切削力来计算。另外由于粗铣时候的切削速度、进给量和切削深度都要大于精铣的时候，因此应计算粗铣时的切削力。而用120面铣刀铣平面的切削速度、切削面积、进给量和切削深度等影响切削力的参数中在粗铣中又是最大的，因此用120面铣刀粗铣平面时的切削力在零件的加工过程中是最大的。故计算切削力应该计算120面铣刀铣平面时的切削力（计算中的数据来自2章中工艺卡片对于加工的切削用量的规定）。切削速度的计算公式如下所示： （4-1）式中 铣刀直径，；铣刀转速，。由式（4-1）可得出 （4-2）将铣刀的速度=80带入式（4-2），则该铣刀的转速为。进给速度的计算公式为 （4-3）式中 铣刀转速，；每转进给量，。将和带入式（4-3）计算可得每齿进给量的计算公式为 （4-4）式中 每转进给量，；铣刀的齿数，齿。将每转进给量以及铣刀的齿数带入式（4-4），则每齿进给量为铣削面积的计算公式为 （4-5）式中 铣削宽度，；铣削深度，。将铣削时的铣削宽度和铣削深度为=3带入式（4-5），则铣削面积为 又有铣削时的主电机功率的计算公式 （4-6）式中 铣削面积，；进给速度，；每齿进给量，。将铣削面积，进给速度，每齿进给量带入式（4-6），得出铣削时的主电机功率为：有主轴扭矩的计算公式如下： （4-7）式中 主电机功率，；主轴转速，。将主电机功率和铣刀转速带入式（4-7），则其主轴扭矩为：有切削力的计算公式如下： （4-8）式中 刀具直径，；主轴扭矩，。将刀具直径和主轴扭矩带入式（4-8），则切削力为据上可知：120面铣刀铣平面时的切削力，即加工该零件过程中的最大切削力。由于此时的最大切削力是铣刀对零件进行铣削时的合力，是空间的力，需要将其分解在圆周、径向和法向三个方向上，该力在圆周、径向和法向三个方向的分解如图4-1所示，其中x方向为圆周方向，y方向为径向方向，z方向为法向方向。 图4-1 铣削力的分解 由铣削的经验公式可知圆周方向上的力、径向力以及法向力与切削力 的运算关系分别如式（4-9）、式（4-10）和式（4-11）所示： （4-9） （4-10） （4-11）将分别带入式（4-9）、式（4-10）和式（4-11）计算得出、和分别为：4.2 理论夹紧力的计算 对零件受到的圆周切削力和夹紧力的受力情况进行了分析，其受力示意图如图4-2所示，对圆周切削力和夹紧力两个力进行了分析如图4-3所示。零件受到的夹紧力在x轴上的分力应该与其所受到的圆周切削力大小相等，方向相反，故有： 图4-2 零件所受圆周力和夹紧力示图 （4-12）则有 （4-13）将带入式（4-13），可计算出 图4-3 零件所受圆周力和夹紧力分析4.3 实际夹紧力的计算实际夹紧力的大小为理论夹紧力乘以安全系数，公式如下： （4-14） 式中为实际所需夹紧力（n），为理论所需夹紧力（n），为安全系数。 安全系数可按下式计算 （4-15）式中为各种因素的安全因数，见表4-1。表4-1 安全因数的数值符号考虑的因数系数值考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数1.21.5加工性质粗加工1.2精加工1.0加工性刀具钝化程度1.01.9切削特点连续切削1.0断续切削1.2夹紧力的稳定性手动夹紧1.3机动夹紧1.0手动夹紧的手柄位置操作方便1.0操作不便1.2注：安全系数的计算结果小于2.5时，取。考虑到加工材料为铸铁以及加工余量均匀性较好，取=1.3；加工性质为粗加工，取=1.2；由于本工序为铣削取=1.4；由于是断续切削，取=1.2；夹紧为手工夹紧且手柄位置操作方便，故取=1.3，=1.0。由式（4-15）可知： 将理论夹紧力带入式（4-14），计算得实际夹紧力为4.4 夹紧力的校核4.4.1 径向方向力的校核因为压板相对零件和工装而言，压板的体积很少，质量很轻，因此压板因重力而产生的对工装和零件的压力相对零件所受重力及对零件的夹紧力很小，可以不考虑该压板的重力。因此工装受到的压力由因零件重力产生的压力和夹紧力产生的压力两部分组成，具体受力分析如图4-所示。重力公式如式（4-16）所示 （4-16） 式中 物体质量，； 重力系数，。由于零件约为2290kg，将其重量带入式（4-16）中可知其重力为：由如图可知和与的几何关系如式（4-17）和式（4-18）所示 （4-17） （4-18）将分别带入式（4-17）和式（4-18）可得 由于工装左边部分是零件的主定位基面，工装左边部分与零件的接触为面接触，零件在加工过程中的摩擦力是由工装的左边部分与零件产生的。该零件径向方向的受力分析如图4-5所示。 由于此时零件并没有发生滑动，其摩擦力为静摩擦力，静摩擦力的计算公式如式（4-19）所示 （4-19）式中 物体所受正压力，； 物体间的静摩擦系数。由图4-4和图4-5可知 另由于零件的材料是铸铁，工装的材料是钢，查资料可知两者间的静摩擦系数为0.3。将和带入式（4-19）可计算出为结 论拟定了两个对xkc2430斜拖板加工工艺方案并且进行了对比分析，选取了较为合理的一个。并且据此进行了详细的加工工艺编制。此次对xkc2430斜拖板加工的工艺安排，考虑到生产批量为单件小批量生产，以及本零件的体积较大，不宜多次安装的情况，采用了工序集中的加工方式，减少了零件的安装次数，有利于保证加工表面之间的位置精度，又可以减少装卸零件的辅助时间，减少机床数量以及操作工人人数和车间面积，并且可减少工序数目，缩短工艺路线，简化生产计划组织工作。同时，由于减少了工序数量和缩短了制造周期，有较好的经济效益。在整个工序安排上，采取了先粗后精，按主后次的原则。通过此工序安排，可以使零件的加工精