机械毕业设计（论文）-气门摇杆轴支座零件机械加工工艺及其典型夹具设计[三套夹具]【全套图纸】 .pdf

本科毕业设计本科毕业设计(论文论文) 题目题目：气门摇杆轴支座零件机械加工工艺及气门摇杆轴支座零件机械加工工艺及 其典型夹具设计其典型夹具设计 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013 年 4 月 25 日 气门摇杆轴支座零件机械加工工艺及其典型夹具设计气门摇杆轴支座零件机械加工工艺及其典型夹具设计 摘摘 要要 气门摇杆轴支座是柴油机一个重要零件，是柴油机摇杆座的结合部。本毕 业设计在气门摇杆轴支座工艺规程设计过程中，详细的分析了摇杆轴支座的加 工工艺，通过工艺方案的比较与分析得到了符合技术要求的工序，形成了机械 加工工艺过程卡和机械加工工序卡。 并完成了铣削和车削以及钻孔夹具的设计， 阐述了定位方案的选择、夹紧方案的确定、夹具体设计，运用 autocad 完成了 此典型夹具的装配图和夹具体的零件图。本设计的加工工艺合理，夹具可行、 高效、省力，能满足零件的加工要求，保证其加工质量。 关键词：关键词：气门摇杆轴支座；机械加工；加工工艺；典型夹具 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 bearing parts machining process valve rocker shaft and its typical fixture design abstract valve rocker shaft bearing is an important part of the diesel engine, is a combination of diesel engine rocker seat. this graduation design in valve rocker shaft bearing process design process, a detailed analysis of the process of the rocker shaft bearing, meet the technical requirements of the process was obtained through the comparison and analysis of the process, forming a machining process card and machining process card. and finish milling and turning and drilling fixture design, elaborated the localization scheme selection, clamping scheme, clamp design, autocad is used to complete the assembly drawing of this typical fixture and clamp parts map specific. processing technology of the design is reasonable, feasible， high efficiency, labor saving fixture, can meet the processing requirements of parts， ensure the machining quality. key words: valve rocker shaft bearing; mechanical processing; processing technology; typical jig i 目目 录录 1 绪论绪论 1 1.1 题目背景及研究意义 . 1 1.2 国内外相关研究情况 . 2 1.3 本课题主要内容和拟采用的研究方案 . 3 2 零件的分析零件的分析 5 2.1 零件的作用 . 5 2.2 零件的结构分析 . 5 2.2 零件的工艺分析 . 6 2.3 零件的生产类型 . 6 3 机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计 8 3.1 确定毛坯的制造形式 . 8 3.2 定位基准的选择 . 8 3.3 制定机械加工工艺路线 . 9 3.4 工艺方案的比较与分析 . 9 3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 10 3.6 选择加工设备及刀、夹、量具 11 3.7 确定切削用量及基本工时 11 4 铣铣 50 底面的夹具设计底面的夹具设计 . 19 4.1 铣床夹具设计特点 . 19 4.2 定位部分设计 . 20 4.2.1 问题的提出 20 4.2.2 定位基准点的选择 20 4.2.3 定位元件的设计 20 4.3 切削力及夹紧力的计算 . 20 4.4 定向键与对刀装置设计 . 22 4.5 夹具设计及操作简要说明 . 23 5 粗车、半精车、精车粗车、半精车、精车 32 两端面的夹具设计两端面的夹具设计 24 5.1 车床夹具设计特点 . 24 5.2 定位部分设计 . 25 5.2.1 问题提出 25 5.2.2 定位基准的选择 25 5.2.3 定位元件的设计 25 ii 5.3 切削力和夹紧力的计算 . 25 5.4 夹具设计及简要操作说明 . 25 6 钻钻 213 通孔夹具设计通孔夹具设计 . 26 6.1 钻床夹具的设计特点 . 26 6.2 问题的提出 . 27 6.3 定位基准的选择 . 27 6.4 定位元件的设计 . 27 6.5 切削力和夹紧力的计算 . 27 6.6 定位误差分析 . 28 6.7 夹具设计及简要操作说明 . 28 7 结论结论 29 参考文献参考文献 . 30 致谢致谢 . 31 毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明 32 毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明 33 1 绪论 1 1 绪论绪论 1.1 题目背景和研究意义题目背景和研究意义 制造业是一个国家的立国之本，是一个国家的民族产业和支柱产业，也是 反映一个国家经济实力的重要标志，是为国家创造财富的重要产业。 制造技术支持着制造业的发展，当今制造技术的发展使传统制造业革新了 他原来的面目，制造工艺与夹具同样取得了较快发展。所谓工艺，是使各种原 材料、半成品成为产品的方法和过程。进行机械加工工艺设计是保证产品质量、 节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、 生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、 上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。机械零件加工精度是机械 零件加工质量的核心部分。 零件的加工精度是指零件完工后的实际几何参数 （尺 寸、形状和相互位置）对理想几何参数的符合程度，符合程度越高。机械加工 工艺对加工精度的影响主要体现在加工工艺的受力变形、加工工艺的几何精度 以及工艺系统的热变形三个方面。加工精度包括：尺寸精度，形状精度，位置 精度。提高加工及高度的措施归纳为：减少误差法；误差补偿法(误差抵消法)； 误差转移法；就地加工法；误差平均法1。 夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充 分发挥和扩大机床的工艺性能。机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组 成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。在设计过程 中应深人实际，进行调查研究，吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方 案，再进行具体的设计。 夹具是制造系统的重要组成部分，是机械制造中的一项重要工艺装备。工 件在机床上进行加工时，为了保证加工精度和提高生产效率，必须使工件相对 刀具占有正确位置，完成之一功能的辅助装置成为机床夹具。它的主要用于保 证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。不论是传 统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以 提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机 床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激 烈的市场竞争和企业信息化的要求，企业对夹具的设计及制造提出了更高的要 求。 机床夹具按其使用范围可分为以下五种基本类型：1）通用夹具 通用夹具 1 绪论 2 具有一定的通用性。2）专用夹具 专用夹具是针对某一种工件的某一个工序而 专门设计的。3）通用可调整夹具和成组夹具 通用可调整夹具和成组夹具的特 点是夹具的部分元件可以更换， 部分装置可以调整， 以适应不同零件的加工。 4） 组合夹具 组合夹具是由一套完全标准化的元件， 根据零件的加工要求拼装而成 的夹具3。组合夹具的适用范围可以从不同角度来谈:从产品的批量来看，组合 夹具最适于新产品研制、试制、单件和小批量生产。因此，对于产品变化频繁、 该型周期短、产品类型多的企业选用组合夹具最为适宜，能收到最显著的经济 效果；从加工工序来看，组合夹具应用极为广泛，它可以方便的组成各类机床 使用的夹具；从加工工件的几何形状和尺寸看，组合夹具一般不受工件形状的 限制。 工件的工艺分析及夹具设计是工艺工程师必备的专业素质。这次设计使我 们能综合运用了械制图学，机械设计，机械制造工程学，互换性与测量技术中 的基本理论和方法独立地分析和解决工艺与夹具设计中的问题，初步具备了设 计一个中等复杂程度零件（气门摇杆轴支座）的工艺规程的能力和运用夹具设 计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成家具结构设计的能力，也是熟 悉和运用有关手册，图表等技术资料及编写技术文件技能的一次中和性实践机 会，为今后从事的工作打下良好的基础。 1.2 国内外相关研究情况国内外相关研究情况 迄今为止，夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具(刀具、夹具、量 具、模具)之一。夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行 业。 1.2.1 国内夹具发展史国内夹具发展史 我国国内的夹具始于 20 世纪 60 年代，当时建立了面向机械行业的天津组 合夹具厂，和面向航空工业的保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹 具元件的工厂。在当时曾达到全国年产组合夹具元件 800 万件的水平。20 世纪 80 年代以后，两厂又各自独立开发了适合 nc 机床、加工中心的孔系组合夹具 系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家。当前我国每年尚需 进口不少 nc 机床、加工中心，而由国外配套孔系夹具，价格非常昂贵，现大 都由国内配套，节约了大量外汇5。 1.2.2 国外夹具发展史国外夹具发展史 从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。当前国际上的夹 具企业均为中小企业，专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货，而 1 绪论 3 通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。有关夹具和组合夹 具的产值和贸易额尚缺乏统计资料，但欧美市场上一套用于加工中心的夹具， 而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累 和性能价格比的优势，随着我国加入 wto 和制造业全球一体化的趋势，特别 是电子商务的日益发展，其中蕴藏着很大的商机，具有进一步扩大出口良好前 景16。 1.2.3 国内外机床夹具发展现状国内外机床夹具发展现状 研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类 总数的 85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应 市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一 般在具有中等生产能力的工厂，里约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面， 在多品种生产的企业中，每隔 34 年就要更新 5080左右专用夹具，而夹具 的实际磨损量仅为 1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组 技术、柔性制造系统、 （fms）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新 的要求： 1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； 2）能装夹一组具有相似性特征的工件； 3）能适用于精密加工的高精度机床夹具； 4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 5）采用以液压等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动 生产率； 6）提高机床夹具的标准化程度。 总体来说现代机床的发展趋势是：1） 、提高标准化通用化程度。2） 、适应 多品种、中小批生产企业的特点，发展可调整夹具，力求缩短生产准备周期， 提高经济效果。3） 、发展高效率夹具力求提高劳动生产率，减轻劳动强度 4） 、 机床夹具的发展应向机床工作台技术转移18。 1.3 本课题研究的主要内容和本课题研究的主要内容和拟采用拟采用的研究的研究方案方案 1.3.1 课题研究主要内容课题研究主要内容 气门摇杆轴支座是柴油机一个主要零件。是柴油机摇杆座的结合部， 1 . 0 06 . 0 20+ - fmm 孔装摇杆轴， 轴上两端各装一进气门摇杆， 摇杆座通过两个 13mm 孔用 m12 螺杆与汽缸盖相连，3mm 轴向槽用于锁紧摇杆轴，使之不转动。汽 缸盖内每缸四阀使燃烧室充气最佳，气门由摇杆凸轮机构驱动，摩擦力小且气 1 绪论 4 门间隙由液压补偿。这种结构可能减小燃油消耗并改善排放。另外一个优点是 减小噪音，这种结构使 3.0 升的 tdi 发动机运转极端平稳。 主要研究内容：1)对所给零件进行工艺分析，并建立该零件三维模型，设 计该零件毛坯。 2） 、所给零件的工艺分析，计算、编写加工工艺，有数控工序 的并编写数控代码。3） 、设计 1- 2 个工序的机床夹具，有定位分析（自由度） ， 夹具的定位误差计算等内容。4） 、绘制各夹具的装配图及部分零件图；要求各 夹具设计合理，符合工程实际。 1.3.2 拟采用的研究方案拟采用的研究方案 第一步、零件作用分析和工艺分析。第二步、零件工艺规程定性设计，包 括毛坯制造方法的确定、基准面选择、工艺路线确定。第三步，零件工艺规程 定量设计和计算，包括毛坯尺寸的确定、工艺尺寸、机械加工余量确定、切削 用量和基本工时确定。第四步、夹具设计。第五步、绘制零件、夹具及装配二 维图。 2 零件的分析 5 2 零件的分析零件的分析 2.1 零件的零件的作用作用 气门摇杆轴支座是柴油机一个主要零件，是柴油机摇杆座的结合部。 1 . 0 06 . 0 20+ - f孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个 13mm 孔 用 m12 螺杆与汽缸盖相连，3mm 轴向槽用于锁紧摇杆轴，使之不转动。气缸 盖内每缸四阀使燃烧室充气最佳，气门由摇杆凸轮机构驱动，摩擦力小且气门 间隙由液压补偿。这种结构可以减少燃油消耗并改善排放。零件图见图 2.1 图 2.1 气门摇杆轴支座三维建模 2.2 零件的结零件的结构构分析分析 该零件是属于箱体零件，典型通过对该零件的重新绘制，知道了得原图的 视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。该零件上主要加工面为上端面， 毕业设计（论文） 6 下端面，左右端面，213mm 孔和 1 . 0 06 . 0 20+ - fmm 以及 3mm 轴向槽的加工。 1 . 0 06 . 0 20+ - fmm 孔的尺寸精度以及下端面与 20mm 孔的中心轴线的平行度为 0.05mm 与左右两端面孔的尺寸精度等， 直接影响到进气孔与排气门的传动精度 及密封，以及 213mm 孔的尺寸精度，和上下两端面的平行度 0.05mm。 2.3 零件的工艺分析零件的工艺分析 由零件毛坯图 2.2 得知，其材料为 ht200，该材料为灰铸铁，具有较高的 强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。 该零件上主要加工面为上端面，下端面，左右端面，213mm 孔和 1 . 0 06 . 0 20+ - fmm 以及 3mm 轴向槽的加工。 1 . 0 06 . 0 20+ - fmm 孔的尺寸精度以及下端面 0.05mm 的平面度与左右两端面孔的尺寸精度， 直接影响到进气孔与排气门的传 动精度及密封，2- 13mm 孔的尺寸精度，以上下两端面的平行度 0.05mm。因 此，需要先以下端面为粗基准加工上端面，再以上端面为粗基准加工下端面， 再把下端面作为精基准，最后加工 1 . 0 06 . 0 20+ - fmm 孔时以下端面为定位基准，以保 证孔轴相对下端面的位置精度。零件毛坯图如图 2.2 所示 图 2.2 气门摇杆轴支座毛坯图 2.4 零件的生产类型零件的生产类型 ()banqn+=1 （2.1） 毕业设计（论文） 7 依设计题目知：q=6000 台/年，n=2 件/台；结合生产实际，备品率 a 和废 品率 b 都为 4%。带入公式得该零件的生产纲领 ()12960%4%4126000=+=n 从此结果可知，该零件生产类型为大批生产。 毕业设计（论文） 8 3 机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计 3.1 确定毛坯确定毛坯的的的的制造形式制造形式 由零件图可知，其材料为 ht200，该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热 性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。该零件外形结构较复杂， 因此确定毛坯为铸件，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型，此外，为消除残余 应力，铸造后安排人工时效处理。零件上主要加工面为上端面，下底面，左右 两端面，213 孔， 1 . 0 06 . 0 20+ - f孔以及 3mm 宽的轴向槽。其中 1 . 0 06 . 0 20+ - f孔的尺寸精 度以及下端面相对于 1 . 0 06 . 0 20+ - f孔轴线的平行度及左右端面的尺寸精度，直接影响 到进气孔与排气门的转动精度和密封性。因此，需要先以上端面为粗基准加工 下端面，再以下端面为精基准加工上端面，最后加工 1 . 0 06 . 0 20+ - f时以下端面为定位 基准，以保证孔轴相对下端面的位置精度。由参考文献17中有关孔的加工的 经济精度机床能达到的位置精度可知，上述要求是可以达到的零件结构的工艺 性也是可行的。 根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的类型为大批量生产，故毛坯的 铸造方法用砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。 由参考文献17查得该种铸造公差等级为 ct1011，加工余量等级 ma 选择 h 级。 3.2 定位基准定位基准的的选择选择 在机械加工过程中，定位基准的选择合理与否决定零件质量的好坏，对能 否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各表面间的加工顺序 安排都有很大影响，当用夹具安装工件时，定位基准的选择还会影响到夹具结 构的复杂程度。因此，定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。定位基准有 粗基准和精基准之分。零件开始加工时，所有的面均为加工，只能以毛坯面作 定位基准，这种以毛坯面为定位基准的，称为粗基准；以后的加工，必须以加 工过的表面做定位基准，以加工过的表面作为定位基准的称为精基准。 3.2.1 精精基准基准的的选择选择 气门摇杆轴支座的下端面既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准， 能使加工遵循基准重合的原则。 1 . 0 06 . 0 20+ - f孔及左右两端面都采用底面做基准，这 使得工艺路线又遵循“基准统一”的原则，下端面的面积比较大，定位比较稳 定，夹紧方案也比较简单，可靠，操作方便。 毕业设计（论文） 9 3.2.2 粗基准的选择粗基准的选择 选择零件的重要面和重要孔做基准。在保证各加工面均有加工余量的前提 下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，此外，还要保证定位夹紧的可靠性， 装夹的方便性，减少辅助时间，所以粗基准为上端面。 3.3 制定制定机械加工工艺机械加工工艺路线路线 制定工艺路线时，必须充分考虑采用确保产品质量，并以最经济的办法达 到所要求的生产纲领的必要措施，即应该做到：技术上先进，经济上合理，并 有良好、安全的劳动条件。 （1） 、工艺路线方案一： 工序 1：铸造 工序 2：时效 工序 3：粗车、精车 50 底面 工序 4：粗车上端面 工序 5：钻 18 的孔，扩孔至 19.8、铰孔至 20，倒角 工序 6：粗车、半精车、精车左右两 32 端面 工序 7：铣轴向槽 工序 8：钻 12 的孔，扩孔至 12.8、铰孔至 13 工序 9：清洗去毛刺 工序 10：验收 工序 11：入库 （2） 、工艺路线方案二： 工序 1：铸造 工序 2：时效 工序 3：粗、精铣 50 底面 工序 4：粗铣上端面 工序 5：钻 18 的孔，扩孔至 19.8、铰孔至 20，倒角 工序 6：钻 12 的孔，扩孔至 12.8、铰孔至 13 工序 7：铣轴向槽 工序 8：粗车、半精车、精车左右两 32 端面 工序 9：清洗去毛刺 工序 10：验收 工序 11：入库 以上工艺过程详见“机械加工工艺过程卡综合片” 毕业设计（论文） 10 3.4 工艺方案的比较与分析工艺方案的比较与分析 上述前两个工艺方案的特点在于：两个加工方案都是按先加工面再加工孔 的原则进行加工的。方案一用车削的方法加工上下底面，由于工件形状和尺寸 原因本工件在车床上车削时比较困难，故改用铣床加工。且把钻 213 孔放 的相对靠前，这样做为后面工序的加工提供了定位基准，节约了夹具设计的时 间，提高了生产效率，因此，选用方案二是比较合理的。 最后确定工艺方案如下表 3.1: 表 3.1 加工工艺路线 工序号 工序内容 简要说明 1 一箱多件沙型铸造 2 进行人工时效处理 消除内应力 3 粗、精铣 50 底面 先加工面 4 粗铣上端面 5 钻 18 的孔，扩孔至 19.8、铰孔至 20，倒角 6 钻 12 的孔，扩孔至 12.8、铰孔至 13 7 铣轴向槽 8 粗车、半精车、精车左右两 32 端面 9 清洗去毛刺 10 验收 11 入库 3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “气门摇轴支座”零件材料 ht200，毛坯的重量约为 1.4kg，生产类型为大批 量生产，采用砂型机铸造毛坯。 1、50 底面，表面粗糙度为 ra6.3，查参考文献6表 2- 8 得，单边总余量 z=2.0 粗铣 单边余量 z=1.5 精铣 单边余量 z=0.5 2、上端面，表面粗糙度为 ra12.5，查参考文献6表 2- 8 得，单边总余量 z=2.0 粗铣 单边余量 z=1.5 精铣 单边余量 z=0.5 毕业设计（论文） 11 3、213 孔，因孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造 4、轴向槽，因尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造 5、32 端面，表面粗糙度为 ra1.6，查参考文献6表 28 得，单边总余 量 z=2.0 粗车 单边余量 z=1.5 半精车 单边余量 z=0.4 精车 单边余量 z=0.1 6、20 孔，因孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造 7、 不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差， 由铸造可直接获得。 3.6 选择加工设备及刀、夹、量具选择加工设备及刀、夹、量具 由于生产类型为大批生产，故加工设备适宜通用机床为主，辅以少量专用 机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传动均由人工完成。 粗铣 50 底面：考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立 铣选择 x51 立式铣床，刀具为直径 d 为 60mm 立铣刀，专用夹具及游标卡尺。 精铣 50 底面：采用上述相同的机床与铣刀，专用夹具及游标卡尺。 粗铣上端面：采用上述相同的机床，刀具为直径 d 为 30mm 立铣刀，专用 夹具和游标卡尺。 钻孔至 18：采用立式钻床选择 z525 立式钻床，刀具为直柄麻花钻，专用 夹具和游标卡尺 扩 18 孔至 19.8：采用立式钻床选择 z525 立式钻床，刀具为扩孔钻， 专用夹具和游标卡尺 铰 19.8 孔至 20：采用立式钻床选择 z525 立式钻床，刀具为铰刀，专 用夹具和游标卡尺 钻孔至 12：采用立式钻床选择 z525 立式钻床，刀具为直柄麻花钻，专用 夹具和游标卡尺 扩 12 孔至 12.8：采用立式钻床选择 z525 立式钻床，刀具为扩孔钻， 专用夹具和游标卡尺 铰 12.8 孔至 13：采用立式钻床选择 z525 立式钻床，刀具为铰刀，专 用夹具和游标卡尺 铣轴向槽：采用卧式铣床选择 x62 卧式铣床，刀具为直径 d 为 80mm 锯片 铣刀，专用夹具和游标卡尺。 粗车左右两 32 端面：采用车床选择 ca6140 车床，刀具为端车刀，专用 夹具和游标卡尺。 毕业设计（论文） 12 半精车左右两 32 端面：采用上述相同的机床与车刀，专用夹具及游标卡 尺。 精车左右两 32 端面： 采用上述相同的机床与车刀， 专用夹具及游标卡尺。 3.7 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 工序 3：粗、精铣 50 底面 工步一：粗铣 50 底面 1.选择刀具 刀具选取端铣刀，刀片采用 yg8， mmap5 . 1=，mmd60 0 =，min/85mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度 因为加工精度相对较高，故分两次（即粗铣、精铣）完成，则mmap5 . 1= 2）决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 4.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/2 .451 60 8510001000 r d v ns= = pp : 按机床标准选取 w n 475min/r min/ 5 . 89min/ 1000 47560 1000 mm dn v w = = pp 3）计算工时 切削工时：mml25=，mml5 . 1 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min311 . 0 2 . 0475 35 . 125 21 = + = + = fn lll t w m 工步二：精铣 50 底面 1. 选择刀具 刀具选取端铣刀，刀片采用 yg8， mmap5 . 0=，mmd60 0 =，min/85mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度 因为加工精度相对较高，故分两次（即粗铣、精铣）完成，则 mmap5 . 0= 2）决定每次进给量及切削速度 毕业设计（论文） 13 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 4.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/2 .451 60 8510001000 r d v ns= = pp 按机床标准选取 w n 475min/r min/ 5 . 89min/ 1000 47560 1000 mm dn v w = = pp 3） 计算工时 切削工时：mml25=，mml5 . 0 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min30 . 0 2 . 0475 35 . 025 21 = + = + = fn lll t w m 工序 4：粗铣上端面 1. 选择刀具 刀具选取端铣刀，刀片采用 yg8， mmap0 . 2=，mmd30 0 =，min/85mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度 因为加工精度相对不高，故一次加工即可完成，则 mmap0 . 2= 2）决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 4.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/3 .902 30 8510001000 r d v ns= = pp 按机床标准选取 w n 900min/r min/ 8 . 84min/ 1000 90030 1000 mm dn v w = = pp 3）计算工时 切削工时：mml45=，mml0 . 2 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min278 . 0 2 . 0900 30 . 245 21 = + = + = fn lll t w m 工序 5：钻 18 的孔，扩孔至 19.8、铰孔至 20，倒角 工步一：钻孔至 18 确定进给量 f ： 根据参考文献6表 2- 7， 当钢的mpa b 800pcc。故校验合格。 最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min，vfc=475mm/s，v c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）计算基本工时 tml/ vf=(16+1.5+3)/（475 0.16）=0.2697min。 总的工时：t=2 tm =0.539min 工步二：半精车左右两 32 端面 毕业设计（论文） 18 1） 车削深度，表面粗糙度为 ra1.6，故可以选择 ap=0.4mm，三次走刀（粗 车、半精车、精车）即可完成所需长度。 2）机床功率为 7.5kw。查参考文献17f=0.140.24mm/z。选较小量 f=0.14 mm/z。 3） 查后刀面最大磨损及寿命 查参考文献17表 3.7，后刀面最大磨损为 1.01.5mm。 查参考文献17表 3.8，寿命 t=180min 4） 计算切削速度 按参考文献17，查得 vc98mm/s，n=439r/min， vf=490mm/s 据 ca6140 卧式车床 车床参数，选择 nc=475r/min，vfc=475mm/s 则实际切削速度 v c=3.14 80 475/1000=119.3m/min 实际进给量为 f zc=v fc/ncz=475/(300 10)=0.16mm/z。 5)校验机床功率 查参考文献17pcc=1.1kw，而机床所能提供功率为 pcmpcc。故校验合格。 最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min，vfc=475mm/s，v c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）计算基本工时 tml/ vf=(16+0.4+3)/（475 0.16）=0.2553min。 总的工时：t=2 tm =0.511min 工步三：精车左右两 32 端面 1） 车削深度，表面粗糙度为 ra1.6，故可以选择 ap=0.1mm，三次走刀（粗 车、半精车、精车）即可完成所需长度。 2）机床功率为 7.5kw。查参考文献17f=0.140.24mm/z。选较小量 f=0.14 mm/z。 3） 查后刀面最大磨损及寿命 查参考文献17表 3.7，后刀面最大磨损为 1.01.5mm。 查参考文献17表 3.8，寿命 t=180min 4） 计算切削速度 按参考文献17，查得 vc98mm/s，n=439r/min， vf=490mm/s 据 ca6140 卧式车床 车床参数，选择 nc=475r/min，vfc=475mm/s 则实际切削速度 v c=3.14 80 475/1000=119.3m/min 实际进给量为 f zc=v fc/ncz=475/(300 10)=0.16mm/z。 毕业设计（论文） 19 5)校验机床功率 查参考文献17pcc=1.1kw，而机床所能提供功率为 pcmpcc。故校验合格。 最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min，vfc=475mm/s，v c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）计算基本工时 tml/ vf=(16+0.1+3)/（475 0.16）=0.2513min。 总的工时：t=2 tm =0.503min 工步四：倒角 4 铣 50 底面的夹具设计 20 4 铣 50 底面的夹具设计 4.1 铣床夹具设计特点铣床夹具设计特点 4.1.1 铣床夹具的主要铣床夹具的主要类类型及结型及结构形式构形式 铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、键槽、花键、缺口及各种成 形面。由于铣削加工通常是夹具随工作台一起作进给运动，按进给方式不同铣 床夹具可分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三种类型。 （1）直线进给式铣床夹具 这类铣床用得最多。夹具安装在铣床工作台上，加工中随工作台按直线进 给方式运动。根据工件质量、结构及生产批量，将夹具设计成单件多点、多件 平行和多件连续依次夹紧的联动方式，有时还要采用分度机构，均为了提高生 产效率。 （2）圆周进给式铣床夹具 圆周进给铣削方式在不停车的情况下装卸工件，一般是多工位，在有回转 工作台的铣床上使用。这种夹具结构紧凑，操作方便，机动时间与辅助时间重 叠，是高效铣床夹具，使用于大批量生产。 （3）靠模铣床夹具 这种带有靠模的铣床夹具用在专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。靠模 的作用是使工件获得辅助运动，形成仿形运动。按主动进给方式，靠模铣床夹 具可分为直线进给和圆周进给两种。 4.1.2 铣床夹具的设计要铣床夹具的设计要点点 由于铣削加工切削用量及切削力较大，又是多刃断续切削，加工时易产生 振动，因此设计铣床夹具时应注意：夹紧力要足够且反行程自锁；夹具的安装 要准确可靠，即安装及加工时要正确使用定向键、对刀装置；夹具体要有足够 的刚度和稳定性，结构要合理。 定向键也称定位键，安装在夹具底面的纵向槽中，一般用两个，安在一条 直线上，其距离越远，导向精度越高，用螺钉紧固在夹具体上。 定向键通过与铣床工作台上的形槽配合确定夹具在机床上的正确位置；还 能承受部分切削扭矩，减轻夹紧螺栓的负荷，增加夹具的稳定性，因此平面夹 具及有些专用钻镗床夹具也常使用。 定向键有矩形和圆形两种。 毕业设计（论文） 21 定向精度要求高或重型夹具不宜采用定向键，而是在夹具体上加工出一窄 长面作为找正基面来校正夹具的安装位置。 4.2 定位部分设计定位部分设计 4.2.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用于粗、精铣 50 底面，属于工序 3。 4.2.2 定位基准的选择定位基准的选择 以上端面作为定位基准，工件的 2r10 外圆面作为辅助基准，来实现工 件的完全定位。 4.2.3 定位元件的设计定位元件的设计 定位基准为上端面及工件 2r10 外圆面，对应该的定位元件分别为：夹 具体表面，固定 v 型块，活动 v 型块。 4.3 切削力及夹紧力计算切削力及夹紧力计算 （1）刀具：采用端铣刀 60mm 机床：x51 立式铣床 由公式得： f v fzf w q u e y z x pf nd zafac f 0 = 查表得其中： 修正系数0 . 1= v k 30= f c 83 . 0 = f q 0 . 1= f x 65 . 0 = f y 83 . 0 = f u 8= p a z=24 0= f w 代入上式，可得 f=889.4n 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。 安全系数 k= 4321 kkkk 毕业设计（论文） 22 其中： 1 k 为基本安全系数 1.5 2 k 为加工性质系数 1.1 3 k 为刀具钝化系数 1.1 4 k 为断续切削系数 1.1 所以 nkff7 .1775= （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由()fkffn=+ 21 其中 f 为夹紧面上的摩擦系数，取25 . 0 21 = ff f= z p +g g 为工件自重 n ff f n 4 . 3551 21 = + = 夹紧螺钉： 公称直径 d=8，材料 45 钢 性能级数为 6.8 级 mpa b 1006=s mpa b s 480 10 8= s s 螺钉疲劳极限：mpa b 19260032 . 0 32 . 0 1 = - ss 极限应力幅：mpa k kkm a 76.51 1lim = - s e s s m 许用应力幅： mpa sa a a 3 . 17 lim = s s 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s s s t= s=3.54 取s=4 得 mpa120=t t p = 8 . 2 2 4 2 c h d f 满足要求 s p = mpa d n c 15 43 . 1 2 毕业设计（论文） 23 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠。 4.4 定向键与对刀装置设计定向键与对刀装置设计 定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的 远些。通过定向键与铣床工作台 t 形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面 对于工作台的送进方向具有正确的位置。 根据 gb220780 定向键结构如图所示： o 图 4.1 夹具体槽形与螺钉图 根据 t 形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如下表 4.1 所示 表 4.1 定向键数据表 b l h h d 1 h 夹具体槽形尺寸 2 b 2 h 公称尺 寸 允差 d 允差 4 d 公称尺 寸 允差 d 18 - 0.011 - 0.027 25 12 5 12 6.8 17 +0.023 6 对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。 塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示： 毕业设计（论文） 24 标记 四周倒圆 图 4.2 平塞尺图 塞尺尺寸为： 表 4.2 平塞尺尺寸表 公称尺寸 h 允差 d c 2 - 0.006 0.25 4.5 夹具设计及夹具设计及操作简操作简要要说说明明 本工件采用夹具体表面、 固定 v 型块、 活动 v 型块来实现工件的定位， 夹 紧则是通过调节活动 v 型块来实现，这样操作简单，迅速，特别适合大批量生 产，总体来说这套夹具是非常不错的。能满足批量生产要求。 5 粗车、半精车、精车 32 两端面的夹具设计 25 5 粗车、半精车、精车粗车、半精车、精车 32 两端面的夹具设计两端面的夹具设计 5.1 车床夹具设计车床夹具设计特点特点 5.1.1 车床夹具的主要车床夹具的主要类类型型 在车床上用来加工工件内、外回转面及端面的夹具称为车床夹具。车床夹 具多数安装在主轴上；少数安装在床鞍或床身上。后一类属机床改装范畴，应 用较少，不做介绍。车床夹具按工件定位方式不同分为：定心式、角铁式和花 盘式等。 （1）定心式车床夹具 在定心式车床夹具上，工件常以孔或外圆定位，夹具采用定心夹紧机构。 （2）角铁式车床夹具 在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时，由于零件形 状较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而须设计专用夹具。这种夹具的夹具体 呈角铁状，故称其为角铁式车床夹具。 （3）花盘式车床夹具 这类夹具的夹具体称花盘，上面开有若干个 t 形槽，安装定位元件、夹紧 元件和分度元件等辅助元件，可加工形状复杂工件的外圆和内孔。这类夹具不 对称，要注意平衡。 5.1.2 车床夹具设计要车床夹具设计要点点 （1）车床夹具与主轴的连接方式 由于加工中车床夹具随车床主轴一起回转，夹具与主轴的连接精度直接影 响夹具的回转精度，故要求车床夹具与主轴二者轴线有较高的同轴度，且要连 接可靠。通常连接方式有以下几种：a.夹具通过主轴锥孔与主轴连接 b.夹具通 过过渡盘与机床主轴连接 （2）对定位及夹紧装置的要求 a.为保证车床夹具的安装精度，安装时应对夹具的限位表面进行仔细找正。 b.设置定位元件时应考虑使工件加工表面的轴线与主轴轴线重合。 c.车床夹具的平衡及结构要求 对角铁式、花盘式等结构不对称的车床夹具，设计时应采用平衡装置以减 少由离心力产生的振动及主轴轴承的磨损。 车床夹具一般都是在悬臂状态下工作的，为保证加工过程的稳定性；夹具 结构应力求简单紧凑， 轻便且安全， 悬伸长度尽量小， 使重心靠近主轴前支承。 毕业设计（论文） 26 为保证安全，夹具体应制成圆形，加具体上的各元件不允许伸出夹具体直径之 外。此外，夹具的结构还应便于工件的安装、测量和切屑的顺利排出或清理。 5.2 定位部分设计定位部分设计 5.2.1 问题提出问题提出 本夹具主要用来粗车、半精车、精车 32 两端面，属于工序 7。 5.2.2 定位基准的选择定位基准的选择 以 50 底面及 213 孔作为定位基准。 5.2.3 定位元件的设计定位元件的设计 本工序选用的定位基准为 50 底面及 213 孔，工件被完全定，所选的定 位元件为：分度盘表面、圆柱销、菱形销（即削边销） 。 5.3 切削力和夹紧力的计算切削力和夹紧力的计算 由于本道工序主要完成端面的车削加工，切削力。由参考文献17得： 切削力 6 . 08 . 0 26hbdff = （5.1） 切削力矩 6 . 0 8 . 09 . 1 10hbfdt = （5.2） 式中：10.5dmm= ()() maxmaxmin 11 187187 149174 33 hbhbhbhb=-=-= 1 0.20fmm r-= 代入公式（5- 2）和（5- 3）得 0.80.6 26 10.5 0.201741664fn= 1.90.80.6 10 10.50.2017446379tn mm= 本道工序加工端面时，车削力方向与切削力方向相同。因此进行夹紧立计 算无太大意义。 5.4 夹具设计及夹具设计及简简要要操作说操作说明明 本工件采用分度盘，一个圆柱销、一个削边销来定位，通过两移动压板夹 紧工件，这样操作更加简单，迅速，特别适合大批量生产，总体来说这套夹具 是非常不错的。能满足批量生产要求。 6 钻 2- 13 通孔夹具设计 27 6 钻钻 213 通孔夹具设计通孔夹具设计 6.1 钻床夹具的设计钻床夹具的设计特点特点 6.1.1 钻床夹具的主要钻床夹具的主要类类型型 钻床夹具简称钻模，主要用于加工孔及螺纹。它主要由钻套、钻模板、定位 及夹紧装置夹具体组成。其主要类型有以下几种： （1）固定式钻模 在使用中，这类钻模在机床上的位置固定不动，而且加 工精度较高，主要用于立式钻床上加工直径较大的单孔或摇臂钻床加工平行孔 系。 （2）回转式钻模 这类钻模上有分度装置，因此可以在工件上加工出若干 个绕轴线分布的轴向或径向孔系。 （3）翻转式钻模 主要用于加工小型工件不同表面上的孔，孔径小于 f8f10mm。它可以减少安装次数，提高被加工孔的位置精度。其结构较简单， 加工钻模一般手工进行翻转，所以夹具及工件应小于 10 kg 为宜。 （4）盖板式钻模 这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻 模板上。钻模板在工件上装夹，适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。夹 具、结构简单轻便，易清除切屑；但是每次夹具需从工件上装卸，较费时，故 此钻模的质量一般不宜超过 10 kg。 （5）滑柱式钻模 滑柱式钻模是带有升降钻模板的通用可调夹具。这种钻 模有结构简单、操作方便、动作迅速、制造周期短的优点，生产中应用较广。 6.1.2 钻钻模模的设计要的设计要点点 1钻 套 钻套安装在钻模板或夹具体上，用来确定工件上加工孔的位置，引导刀具进 行加工，提高加工过程中工艺系统的刚性并防振。钻套可分为标准钻套和特殊 钻套两大类。 a.固定钻套 b.可