毕业设计-摇臂零件工艺分析及夹具设计

1、I摇臂零件的工艺分析及夹具设计摇臂零件的工艺分析及夹具设计摘摘 要要本次设计的题目为摇臂零件的工艺分析及夹具设计，本篇设计包含了摇臂零件的工艺分析、钻床的夹具设计，重点在于工艺规程卡的编写和钻削孔的钻床夹具设计。在工艺分析中，分析了零件图样、加工工艺方案的mm14确定、工艺过程卡片的填写、机床、刀具、量具、夹具的选择；在夹具设计中，分析了钻床夹具的特点，说明了如何进行定位及定位元件的设计、如何夹紧及夹紧机构的设计。最后以 A1 图纸画出夹具的总装图，完成关键尺寸的标注。关键词：关键词：摇臂零件，工艺分析，夹具设计I目目 录录1 绪论 .12 零件工艺性分析 .22.1 零件的总体结构分析 .2

2、2.2 零件的形状以及尺寸分析 .22.3 零件技术条件分析 .32.3.1 表面精度 .32.3.2 表面间的位置精度 .32.4 零件图尺寸标注分析以及基准的确定 .32.4.1 选择定位基准的原则 .32.4.2 摇臂定位基准的选择 .32.5 零件的工艺性分析 .33 加工工艺方案的确定 .53.1 加工工艺方案的拟定 .53.2 加工工艺方案的确定 .53.3 重要工序的分析 .73.4 工序的阶段划分 .73.4.1 工序的划分 .73.4.2 工序的安排 .74 设备与工艺参数的选择及工艺文件的制定 .94.1 毛坯的选择 .94.1.1 毛坯的余量 .94.1.2 毛坯的技术要

3、求及说明 .94.2 机床的选择 .94.3 刀具材料的选择 .94.4 冷却液的选择 .104.5 工艺参数的选择 .114.5.1 主轴转速的确定 .124.5.2 进给速度的确定 .13II4.5.3 切削时刀具材料应具备的性能 .154.5.4 背吃刀具的确定 .154.6 量具的选择 .154.7 制定工艺文件 .164.8 刀具卡 .165 钻削14mm 孔的钻模设计.185.1 设计的准备.195.2 方案设计.195.3 确定装夹方案.215.3.1 工件的夹紧.215.3.2 斜楔夹紧机构.246 夹具的零部件设计 .286.1 钻套的尺寸、公差、材料 .286.2 钻模板设

4、计.296.3 支脚设计.296.4 钻模夹具的误差分析.306.5 手柄的设计.316.6 夹具体的设计 .317 夹具总体设计步骤 .337.1 尺寸确定与工艺要求的标注 .357.2 夹具构造特点及原理 .367.3 夹具装配图 .368 结论 .37参考文献.38致谢.39附录.40西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）11 1 绪论绪论随着社会生产和科学技术的不断发展，机械产品日趋精密、复杂，人们对机械产品的质量和生产率也提出了越来越高的要求。尤其是航天、军事、造船等领域所需要的零件，精度要求越来越高，形状也越来越复杂，这些零件用普通机床和通用夹具是难以加工的。数控机床是用数字化

5、信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，或者说是装备了数控系统的机床。它是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备是数控技术与机床相结合的产物。数控加工则是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制出以数码表示的程序，输入到机床的数控装置或控制计算机中，以控制工件和刀具的相对运动，使之加工出合格工件的一种加工方法。在数控加工过程中，如果数控机床是硬件的话，数控工艺和数控程序就相当于软件，两者缺一不可。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善的一种应用技术。实现数控加工，编程是关键。编程前必须要做好必要的准备工作，编程后还要进行必要的善后处理工作。严格来说，数控编程也属于数控加

6、工工艺的范畴。对于一个零件的加工来说，首先进行工艺分析后，然后制定出工艺规程卡，也就是要按工艺规程顺序进行加工。加工中除了需要机床、刀具、量具之外，还需要机床夹具。它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床或刀具获得正确的位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以夹具设计是装配设计中一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。机床夹具包括通用夹具，专用夹具，可调整夹具和成组夹具，组合夹具和随行夹具，本篇设计的主要是立式钻床在钻削摇臂零件14mm孔的专用夹具，它是针对某一工件某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特点是针对性强，没有通用性。产品相对稳定，批量较大的生

7、产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产效率和加工精度，同时降低了劳动强度，提高西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）2了机床的适用范围。机床夹具设计涉及到多个领域的知识，涉及最多的是机械设计，机械设计本身受到各方面的限制，在一定的限制中要求有最合理的设计思想，最合理的设计结果，达到人们所渴望的要求，满足生产的需要。设计要有创新还要易于实现，因此设计要从实际出发，围绕着实际的问题而进行。2 2 零件工艺性分析零件工艺性分析2.12.1 零件的总体结构分析零件的总体结构分析从图 2-1 可以看出，摇臂是由铸铁经铣削、钻削等手段加工而成的零件。总体看来，整体的精度要求并不是很高，零件的西南科技

8、大学应用型自学考试毕业设计（论文）3表面粗糙度的要求也不是很高。图 2-1 摇臂零件2.22.2 零件的形状以及尺寸分析零件的形状以及尺寸分析零件左边孔的尺寸为20H7，并且加工出半径为 2mm 的倒角，和一个锥度为 1：8 的锥孔，表面粗糙度无特殊要求，零件右边有一个为31H7 的一个通孔，是后续加工孔的一个定向位置公差（垂直度）的基准孔，距31H7 孔mm 处有一个垂直于02 . 025.20西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）431H7 孔且公称尺寸为14mm 的孔，其表面粗糙度为 6.3m，摇臂左右两端的前后平面、右端的左右两侧面及开口槽，都是该零件的加工内容，具体见图 2-1

9、所示。2.32.3 零件技术条件分析零件技术条件分析2.3.1 表面精度总体看来摇臂的表面精度要求不是很高，整个零件的强度也不是很高。端面粗糙度是该零件要求最高的可达到3.2m,14mm 的孔粗糙度为 6.5m，其余表面的粗糙度都是 12.5m。2.3.2 表面间的位置精度在零件加工过程中31H7 的孔中线为加工14mm 孔中线表面间的位置精度基准，与14mm 孔要保持一定的垂直度，垂直度误差不得超过 0.15m。2.42.4 零件图尺寸标注分析以及基准的确定零件图尺寸标注分析以及基准的确定2.4.1 选择定位基准的原则（1）尽量选择零件上的设计基准作为定位基准。（2）当零件的定位基准与设计基

10、准不能重合，且加工面与其设计基准又不能在一次安装内同时加工时，应认真分析零件图纸，确定该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的公差范围，确保加工精度。（3）当在加工中心上无法同时完成包括设计基准在内的全部表面加工时，要考虑所选基准定位后，一次装夹能够完成全部关键精度部位的加工。（4）定位基准的选择要保证完成尽可能多的加工内容。（5）若批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准（对刀后，工件坐标系原点与定位基准间的尺寸为定值）重合。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）5（6）必须多次安装时应遵循从基准统一原则。2.4.2 摇臂定位基准的选择

11、如零件图 2-1 尺寸标注所示，中心线为工序基准，将摇臂左边20H7 的孔确定后，以后的工序中孔的位置，成型面的位置都是以大圆端面为工序基准确定的，而孔的深度，沿轴线的两切面等都是以轴线为设计基准的。以加工后工件的加工孔的定位尺寸为 160.01mm、mm，被加工孔14mm 与20H7 孔需要保持位置关系。 02 . 025.202.52.5 零件的工艺性分析零件的工艺性分析零件中主要是孔的加工和平面的加工，通过以上对零件的分析，加工14mm 和31H7 孔时工件与夹具所产生的总重力超过了 150N，宜采用摇臂钻床或立式钻床，由于该工件是中批量生产，则采用立式钻床；为提高生产效率，在加工平面2

12、0H7 的倒角及锥孔时，普通机床难以实现，宜采用用数控铣床或加工中心进行铣削加工，并辅以专用夹具进行加工。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）63 3 加工工艺方案的确定加工工艺方案的确定3.13.1 加工工艺方案的拟定加工工艺方案的拟定由上面的零件结构分析可知：主要包括通孔、锥孔、倒角、平面、及开口槽。以已加工表面为定位基准面，再综合其他精西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）7度要求和一些细节问题可以初步确定如下二个方案：方案一：铣摇臂左端下平面铣左端上平面钻20H7 孔铣20H7 孔倒角铣左端上平面铣 1：8 的锥孔铣右端下平面铣右端上平面右末端左右两平面粗铣开口槽精铣开口槽钻

13、14mm 中心孔钻14mm 孔。方案二：铣摇臂左右两端上端平面铣摇臂左右两端下平面铣 1：8 锥度钻31H7 中心孔扩31H7 孔粗镗31H7 孔精镗31H7 孔粗铣倒角精铣倒角粗铣右末端左右两平面精铣右末端左右两平面粗铣开口槽精铣开口槽钻14mm 中心孔钻14mm 孔。3.23.2 加工工艺方案的确定加工工艺方案的确定分析：在具有良好冷却系统的数控机床上，对于毛坯质量高、加工余量较小、加工精度要求不高或新产品试制等单件的零件，也可把粗、精加工合并进行，对于该零件，毛胚是铸造结构，平面几乎只有 3mm 左右的余量，所以在加工左右两端上下平面的时候，可把粗精加工放在一起；在零件开口槽、倒角、锥孔

14、处，毛胚是封闭的，所以应在铣开口槽、倒角、锥度的时候，把粗精加工应划分成两道工序分别完成：钻削孔的时候，要先钻中心孔，以确定孔位置的准确性。方案一的具体分析如下：第一次装夹：铣左端下平面，使之成为铣左端上平面的定位基准面。刀具选择20mm 的端铣刀，在专用夹具上装夹，在数控铣床上加工。第二次装夹：以铣后的下平面为定位基准面，铣左端上平面，再钻20H7 孔，铣20H7 孔倒角。铣平面选用20mm 的端铣刀，钻孔采用20mm 麻花钻，倒角选用12mm 的立铣刀，用专用夹具装夹，为减少装卸次数在加工中心上加工。第三次装夹：铣右端下平面使之成为铣右端上平面的定位基准面。刀具选择20mm 的端铣刀，用专

15、用夹具装夹，在数控铣床上加工。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）8第四次装夹：以铣后的右端下面为定位基准面铣右端上平面。刀具选择20mm 的端铣刀，用专用夹具定位夹紧，在数控铣床上加工。第五次装夹：铣摇臂左端 1：8 锥孔，用12mm 的立铣刀，用专用夹具上定位夹紧，由于加工内容单一，机床选用数控铣床。第六次装夹：铣右末端左右两个平面及开口槽，刀具选择12mm 的立铣刀和6mm 的立铣刀，在铣开口槽时要把粗精加工分开安排为两次工步，在专用夹具上装夹，为减少装夹次数，采取两次换刀，在加工中心上加工。第七次装夹：钻削钻14mm 孔的中心孔，选用 A5mm 的中心钻在专用夹具上定位装夹，机床

16、选用立式钻床。第八次装夹：钻14mm 孔，选用14mm 的麻花钻在专用夹具上定位装夹。机床采用立式钻床。优点：遵循了先面后孔的原则，在一定程度上也能提高生产率。缺点：工序分布太散，没有必要先钻削的孔，再进行倒角，铣锥度，还有单独钻削的孔，定位更准确，同时加工的精度也更高方案二的具体分析：第一次装夹：铣摇臂左右端上平面，使之成为铣左右两端下平面的定位基准面。刀具选择20mm 的端铣刀，在专用夹具上装夹，在数控铣床上加工。第二次装夹：以铣削后的上平面作为定位基准面，铣削摇臂左右端下平面，刀具选择20mm 的端铣刀；铣摇臂左端 1：8锥孔，用10mm 的锥度铣刀；钻31H7 中心孔，扩31H7 孔，

17、再粗镗31H7 孔，最后精镗31H7 孔，用的 A5mm 的中心钻、20mm的扩孔钻31mm 的镗刀。在专用夹具上装夹，为减少装卸次数采取 5 次换刀，在加工中心上加工。第三次装夹：以摇臂左端下平面为定位基准面，铣 C2 的倒角，刀具选择12mm 的球头铣刀，在专用的夹具上定位装夹，由于加工内容单一，故选择数控铣床进行加工。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）9第四次装夹：铣右末端左右两个侧面及开口槽，刀具选择12mm 的立铣刀和6mm 的立铣刀。在专用夹具上装夹，为减少装夹次数，采取两次换刀，在加工中心上加工。第五次装夹：钻削钻14mm 孔的中心孔，选用 A5mm 的中心钻在专用夹具上

18、定位装夹，机床选用立式钻床。第六次装夹：钻14mm 孔，选用14mm 的麻花钻在专用夹具上定位装夹。机床采用立式钻床。优点：（1）满足先面后孔的原则。（2）先钻中心孔在钻孔定位准确，能提高孔的加工精度。（3）基准先行，定位准确，提高了工作精度要求。（4）在方案一的基础上加工次序安排合理，工序集中，减少了装夹次数，也就减少了工件加工的工时，同时还可以少用几台数控设备，大大的降低了生产成本以及生产周期。综上所述，虽然两种方案都能加工出工件，但是综合比较后，方案二比方案一更合理，故选择方案二进行加工。3.33.3 重要工序的分析重要工序的分析（1）先铣摇臂左端前侧平面使之成为后续加工的定位基准面。（

19、2）首先铣削20H7 的孔，使之成为后续铣削加工31H7 孔的基准孔，以保证两孔的轴线位置精度，再钻削14mm 的孔，使前面加工的两个孔成为它的定位基准孔，20H7 的孔是第一个标准孔，故不需要钻中心孔进行定位。在钻削14mm 孔时，为了保证位置精度，故需要钻中心孔，使它们之间相互保持位置关系，同时也方便加工14mm 孔的钻模的定位设计。3.43.4 工序的阶段划分工序的阶段划分3.4.1 工序的划分（1）以一次安装作为一道工序。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）10（2）以粗、精加工划分工序。（3）以同一把刀具加工的内容划分工序。（4）以加工部位划分工序。3.4.2 工序的安排工序通

20、常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等，工序安排得科学与否将直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工的成本。切削加工工序通常按以下原则安排。（1）先粗后精。（2）基准面先行原则。（3）先面后孔。（4）先主后次。在加工中心上加工零件，一般都有多个工步，使用多把刀具，因此加工顺序安排得是否合理，直接影响到刀具数量，加工精度，加工效率和经济效益。在安排加工顺序时同样要遵循“基准先行” 、 “先粗后精”及“先面后孔“的一般工艺原则。此外还应考虑：1）减少换刀次数，节省辅助时间。2）每道工序尽量减少刀具的空行程移动量，按最短路线安排加工表面的加工顺序。对于该零件主要是各个孔之间的位置关系，平面的配合

21、要求不高，所以孔是加工的重点内容。对于 1:8 锥孔及倒角的加工：先钻20mm 的孔，再对锥孔及倒角进行铣削加工；对于14mm 孔的加工：需先钻中心孔再用14mm 麻花钻来钻削加工以保证孔与孔之间的位置精度；对于各平面的加工：因各平面余量均只有 3mm 左右，所以把粗、精铣安排成一道工序，粗铣即可达到加工要求。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）114 4 设备与工艺参数的选择设备与工艺参数的选择及工艺文件的制定及工艺文件的制定4.14.1 毛坯的选择毛坯的选择毛坯的尺寸、形状、材料选择是根据所要加工零件的形状、尺寸、工作条件、状态、生产类型等诸多因素决定的。由于零西南科技大学应用型自学

22、考试毕业设计（论文）12件的基本外形并不规则，且生产类型是批量生产，为了保证高生产率，毛坯可以选择铸造结构，除了避免了材料的浪费又能节省加工的工时，以便于进行连续加工，避免装卸麻烦，耽误时间。综合经济性考虑，选择 HT200。4.1.1 毛坯的余量 毛坯为铸铁，在摇臂前后两端面各留有宽 3mm 的余量开口槽处是一个封闭的整体，为了保证孔之间的位置精度，每个孔都不预铸孔。4.1.2 毛坯的技术要求及说明1）铸件表面应去除毛刺、披缝结构瘤和粘沙等，不应有裂纹、沙眼和局部疏松、多针孔及夹渣缺陷。2）去除锐边毛刺。4.24.2 机床的选择机床的选择机床的选择见表 4-1 所示。表 4-1 机床主要参数

23、表机床类型机床型号数量（台）卧式加工中心KVC650/12数控铣床X62W2立式钻床Z401524.34.3 刀具材料的选择刀具材料的选择对于数控加工，刀具材料也是很重要的一个方面，刀具材料主要是指刀具切削部分的材料。刀具材料可以决定一个零件加工的质量、精度和加工效率，加工工序相对集中及零件装夹次数少等要求数控机床对所用的刀具有许多性能上的要求。只有达到这些要求才能使数控机床真正发挥效率。在数控机床所使用的刀具就具有以下特点：（1）刀具应有很高的切削性能。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）13（2）刀具应有很高的精度和重复定位精度。（3）刀具应有很高的可靠性和耐用度。（4）能实现刀具尺

24、寸的预调和快速换刀。（5）应具有一个比较完善的工艺系统。（6）建立刀具管理系统。（7）应有刀具在线监控及尺寸补偿系统。而常用的刀具材料主要是高速钢和硬质合金。高速钢是在合金工具钢种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。它具有较高的强度、韧性和耐热性，是目前应用最广泛的刀具材料。而硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳化物，用 Co、Mo、Ni 作黏结剂烧结而成的粉末冶金制品。其常温硬度可达 78-82HRC，能耐 850-1000 度的高温，切削速度比高速钢高 4-10 倍，但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢差。考虑到各种原因，在铣削平面时，刀具选择硬质合金材质；钻削选用高速钢材质。对于铣

25、削加工来说数控机床的一次性投资是很高的，而这些先进设备的效率能否发挥出来，在一定程度上取决于刀具及其性能的好坏。随着制造技术的发展，开发大量新的工刀具材料对提高切削加工的效率起着决定性的作用。4.44.4 冷却液的选择冷却液的选择切削液是为提高切削加工效率而使用的液体。它可以有效地减小摩擦，改善散热条件，从而降低切削力、切削温度和减少刀具磨损，提高生产率和加工表面质量。切削液具有冷却、润滑、清洁和防锈的作用，常用的切削液分为水溶液、乳化液和切削油三种。（1）水溶液 它的导热性好，冷却效果好。但单纯的水溶液使金属生锈，润滑性能也差。所以常在水溶液中加入一定量西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论

26、文）14的添加剂，如活性物质和油性添加剂等，使其既具有良好的防腐性能和润滑性能。（2）乳化液 乳化液是将乳化油（由矿物油和表面活性剂配成）用 95%98%的水稀释而成，呈乳白色或半透明状的液体，它具有良好的冷却作用，但润滑、防腐性能较差。常再加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。（3）切削油 切削油的主要成分是矿物油（如机械油、轻柴油、煤油等）和动植物油。纯矿物油不能在摩擦界面形成坚固的润滑膜，润滑效果较差。实际使用中，常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂，以提高其润滑和防锈的作用，对于提高零件表面的加工质量有重要作用。切削有色金属和铜、铝合金时，为了得到

27、较高的表面质量和精度，可采用 10%20%的乳化液、煤油或煤油与矿物油的混合物。综上所述，出于毛坯材料和刀具材料的考虑该零件的加工选用切削油。4.54.5 工艺参数的选择工艺参数的选择编程时必须首先确定每道工序的切削用量，然后根据公式计算出各个参数，并把这些数值以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速背吃刀量及进给速度，对于不同的加工方法需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度；充分发挥刀具切削性能；保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能最大限度地提高生产率降低成本。常用铣削参数术语和公式查表 4-2。影响切削用量的因素包括：（1）机床 机床刚性、最大

28、转速、进给速度等；（2）刀具 刀具长度、刃长、刀具刃口、刀具材料、刀具齿数、刀具直径等；（3）工件 毛坯材质、热处理性能等；（4）装夹方式 压板、台钳、托盘等；西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）15（5）冷却情况 油冷、气冷、水冷等。表 4-2 铣削切削参数计算公式一览表符号术语单位公式cV切削速度minm1000nDVccn主轴转速minrDVnc1000minmmnzfznfVfV进给速度rmmnfVnfzf每齿进给量mmnfzznVfnf每转进给量rmmnVffnQ金属去除率min3cm1000fepvaaQeD有效切削直径mm2232peadddDD（R 角立铣刀）pCpeaD

29、aD 2（球头铣刀）说明：切削深度（mm） ；：切削宽度（mm） ；：切削直径（mm） ；paeacD ：刀具上切削刃总数（个） ；d：R 角立铣刀刀角圆直径（mm） 。nZ西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）16因此本设计的切削用量等设计全部都根据公式计算，选用最佳的参数进行加工。4.5.1 主轴转速的确定主轴转速应根据允许的切削速度和工件的（或刀具）的直径来选择，其计算公式为：（4-1）DVnc1000式中：切削速度，单位为 m/min 由刀具的耐用度决定；cVN主轴的转速，单位为 r/min；D刀具的直径或工件的直径，单位为 mm。计算的主轴转速 n 最后要根据机床说明书选取机床有

30、的或较接近的转速。由于每把刀计算方式相同，现选取铣削用到的四把刀具为例说明其计算过程。根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具的耐用度等因素，由表 4-4选取，切削速度min/)15066(mVc由 得 1000DnVcCVDn1000把参数带入公式中（1）选择20 的端铣刀：min/)23881050(rn （2）选择12 的立铣刀：min/)39811751(rn （3）选择10 锥度铣刀：min/)47772101(rn 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）17（4）选择6 的立铣刀：min/)79623503(rn 从理论上将，的值越大越

31、好，因为这不仅可以提高生产率，而且可以避免生成积屑瘤的临界速度，获得较低的表面粗糙cV度值。但实际上由于机床、刀具等的限制，综合考虑，根据上述公式和机床具体的转速选取范围。（1）铣平面时，用的是20 端铣刀，参数选择：，；minr1500粗nminr2000n精（2）倒角时，用的是12 的球头铣刀，参数选择：，；minr400粗nminr800n精（3）铣锥度时，用的是10 锥度铣刀，参数选择：，。min/2500rn粗minr4000n精具体得出主轴转速见附录 1 工序卡。表 4-3 铣削时切削速度切削速度 VC(m/min)工件材料硬度/HBS高速钢铣刀硬质合金铣刀22518-4266-1

32、50225-32512-3654-120钢325-4256-1236-759021-3666-150190-2609-1845-90铸铁160-3204.5-1021-30铝70-120100-200200-400黄铜53-5620-50100-180西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）184.5.2 进给速度的确定进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质fV选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。在轮廓加工中，在接近拐角处应适当降低进给量以克服由于惯性造成工艺系统的变形，在轮廓拐角处造成超程或是负程的现象。确定进给

33、速度的原则：（1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高（2000mm/min 以下）的进给速度；（2）在切削、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度；（3）切削时的进速度应与主轴转速和背吃刀具相适应；（4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。切削进给速度是切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位 mm/min。它与铣刀的转速、铣刀齿数及fVnz每齿进给量 fz(mm/z)的关系为 （4-2）znfVzf每齿进给量的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度值等因素。工件材料的强度和硬度越高，zffz越小，

34、反之则越大；工件表面粗糙度值越小，fz就越小；硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀，可参考表 4-5 选取：以选取20 的端铣刀为例，综合选取：铣zmmfz10. 0铣刀齿数3z 西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）19上面计算出：；min23881050rn 将它们代入式子 4-2 计算铣时：=min)/23881050(31 . 0rVfmin/716315mm）（根据上面选取的速度值粗铣n=1500r/min时：Vf=450mm/min；精铣n=2000r/min时：Vf=600mm/min。表 4-4 铣刀每齿进给量fz每齿进给量zmmfz粗铣精铣工件材料高速钢铣刀硬质合金

35、铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.10-0.150.10-0.25铸铁0.12-0.200.15-0.300.02-0.050.10-0.15铝0.06-0.200.10-0.250.05-0.100.02-0.05切削进给速度也可由机床操作者根据被加工工件表面的具体情况进行手动调整，以获得最佳切削状态。由此，得出的具体进给速度见附录 1。4.5.3 切削时刀具材料应具备的性能由于切削速度与刀具耐用度的关系比较密切，随着的增大，刀具耐用度急剧下降，故得选择主要取决于刀具耐用度。cVcV而刀具耐用度是刀具材料应具备的性能之一。切削用刀具材料应具备的性能见表 4-5。西南科技大学应用型自学考试毕业设

36、计（论文）20表 4-5 切削用刀具材料应具备的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能高硬度（常温及高温状态）耐磨损性化学稳定性良好耐氧化性、耐扩散性高韧性（抗弯强度）耐崩刃性耐破损性低亲和性耐溶着、凝着（粘刀）性高耐热性耐塑性变形性磨削成形性良好刀具制造的高生产率热传导能力良好耐热冲击性耐热裂纹性锋刃性良好刃口锋利表面质量好微小切削可能综合分析：一般来说粗铣刀具直径应选小一些，以减小切削接刀力矩，但也不能太小以免影响加工效率。精铣刀直径应选大一些，以减小接刀走痕迹，考虑到两次走刀间的重叠量及减少刀具种类。结合工艺分析本零件加工所需刀具有20 的立铣刀铣摇臂平

37、面；12 的立铣刀铣摇臂右末端两侧面；6 立铣刀铣摇臂槽孔内侧面，根据其规格根据加工尺寸选择。4.5.4 背吃刀具的确定背吃刀具是根据机床工件和刀具的刚度来确定，在刚度允许的条件下应尽可能选取较大的切削速度，以减少走刀次数，提高生产率。4.64.6 量具的选择量具的选择 本次加工涉及到孔的加工、槽的加工、端面的加工、倒角的加工、锥孔的加工。因此可选用量具如下：数显高度尺：高度测量。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）21数显深度尺：内孔深度测量。带表游标卡尺：长度测量。三爪内径千分尺：内孔孔径的测量。样板：倒角的测量。三坐标测量仪：锥度的测量，内孔圆柱度，内孔圆度，所的有孔和面的表面粗糙

38、度。洛氏硬度测量记：测热处理后铣削后的表面硬度。4.74.7 制定工艺文件制定工艺文件根据前述的工艺方案制定摇臂加工的主要工艺过程如见表 4-6。表 4-6 摇臂加工的主要工艺过程卡序号工序名称工序内容设备夹具1备料准备毛坯砂型铸造2铣铣摇臂左右两端上平面数控铣床专用夹具铣摇臂左右两端下平面至尺寸要求专用夹具铣 1：8 锥度钻31mm 中心孔钻31mm 底孔扩31mm 孔粗镗31mm 孔3铣精镗31mm 孔加工中心专用夹具西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）22粗铣 C2 倒角精铣 C2 倒角粗铣摇臂右端前后两侧面4铣精铣摇臂右端前后两侧面加工中心专用夹具粗铣开口槽5铣精铣开口槽数控铣床

39、专用夹具6钻钻14mm 的中心孔立式钻床专用夹具7钻钻14mm 的孔立式钻床专用夹具8钳去毛刺钳工台9清洗清洗摇臂10检验测量各部分尺寸大小、精度检验编制何敏审 核2011 年 01 月 10 日4.84.8 刀具卡刀具卡根据上述材料中刀具材料及零件工艺的分析具体刀具选择见表 4-7。表 4-7 零件加工刀具卡编号刀具号刀具名称刀具规格（mm）加工内容备注1T01端铣刀D20铣平面2T02球头铣刀D12铣倒角西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）233T03立铣刀D6铣开口槽4T04锥度铣刀D10铣 1：8 锥度5T05中心钻A5钻中心孔6T06麻花钻D14钻14mm 孔7T07麻花钻D2

40、0钻31H 孔的底孔8T08镗刀D31镗31H 孔编制何敏审核2011 年 01 月 10 日共 页西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）245 5 钻削钻削 14mm14mm 孔的钻模设计孔的钻模设计零件在工艺规程制定之后，就要按工艺规程顺序进行加工。加工中除了需要机床、刀具、量具之外，还要用机床夹具。它们是机床和工件之间的联接装置，使工件相对于机床或刀具获得正确位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是一项重要的工作。（1）机床夹具应满足的要求既然夹具在零件加工中占有重要地位，所以不能马虎大意，设计时应满足下列几个基本要求：1）保证加工精度。2）安全、方便

41、、减轻劳动强度。3）排屑顺畅，保证工件的定位精度。4）机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性。（2）机床夹具的基本组成部分：1）定位元件。2）夹紧装置。3）夹具体。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）254）连接元件。5）对刀与导向装置。6）其他元件或装置。（3）机床夹具按通用特性分类：1）通用夹具。2）专用夹具。3）可调夹具。4）组合夹具。5）自动化生产夹具。由于该零件外形不规则，通用夹具无法对它进行装夹，故需要设计专用夹具。专用夹具是针对某一件、某一工序的加工要求而专门设计制造的夹具。其特点是针对性极强，没有通用性，在生产相对稳定的批量生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和

42、加工精度。夹具的设计步骤可以划分为六个阶段：设计准备，方案设计，确定装夹方案，夹具零件设计，夹具体的设计，夹具总装配图设计。5.15.1 设计的准备设计的准备零件图分析：已知该零件毛坯为铸件，为中批量生产的零件。以钻14mm 为例，零件加工表面粗糙度为用去除材料的方法获得，Ra 的上限为 3.2u.m，但是由于该零件的外形特别，故通用的夹具无法对它进行装夹，故需要用专用夹具对其进行装夹。从零件图上可以看出，零件体很简单，而且具有一定的位置关系，如何能把孔精确的加工出来是设计的重点。如第 2 章图 2-1 所示。本工序是钻削零件的mm 孔。14西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）265.2

43、5.2 方案设计方案设计确定导向方案：（1）钻削14mm 孔采用固定式钻套。钻模板采用固定式结构。刀具选用mm 的麻花钻。0043. 014（2）定位设计：工件的加工孔尺寸为mm、mm，加工孔与20H7 孔需保持位置关系。从选择31H7 孔为另01. 01602 . 025.20两个定位基准。定位元件为定位销、菱形销。采用完全定位，定位点分布如图 5-1 所示。图 5-1 定位点分布图（3）定位元件菱形销的设计，如图 5-2 所示。1）确定两定位销的中心距 两定位销中心距的基本尺寸等于工件两定位孔距平均尺寸，其公差一般为 （5-1）LDLd)5131(因孔距孔距公差mmLD1 . 0150mm

44、Ld2 . 0故取mmmmLdLd04. 02 . 05151西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）27所以销距mmLd02. 01502）选择定位销按表取定位销的标准代号。1d2204/14979.19TGBB3）选择菱形销宽度按表取。bmmb74）确定菱形销的的直径2d（a）按式求补偿2)(LDLdmmmmLDLd102. 02)04. 02 . 0(2)(图 5-2 菱形销的设计（b）按式求菱形销定位的最小间距2min22DabXmmmmDabX075. 0979.197102. 0222min2西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）28（c）按式计算菱形销的直径min222XD

45、dmmmmXDd904.19)075. 0979.19(min222即菱形销标准公差代号为非标准定位销限制工件两个自由度，菱形销限制工件一个自由度，定位2204/14904.19TGBB销材料选用碳素工具钢，经淬火处理后硬至 5560HRC。菱形销选用优质碳素结构钢 20 钢，渗碳深，淬火处理8Tmm2 . 18 . 0后硬至 5358HRC。5.35.3 确定装夹方案确定装夹方案钻削时各支持面上受力良好采用端面斜楔夹紧机构。夹紧力方向指向主要定位基准面 A。该夹紧机构操作方便，在工件的夹紧机构里采用转动垫圈，以便工件的装卸。5.3.1 工件的夹紧在加工过程中，为了保证工件定位时所在一个正确的

46、加工位置，防止切削力、惯性力、离心力、及自身重力等作用下发生位移和振动，故需要设计一个夹紧装置，以将工件夹紧。夹紧装置有机动和手动之分，本夹具设计为手动夹紧的方式。力源装置：力源由人扳动手柄的力保证，不额外设置力源装置；中间的传力装置：它是介于力源和夹紧元件之间的机构。它的作用是把手柄产生的夹紧力传递给夹紧元件，然后夹紧元件最终完成对工件的夹紧。中间传力机构在传递夹紧力的过程中，改变了夹紧力的大小和方向，根据需要，还需具备一定的自锁功能，图 5-3 所示为斜楔，它便是该夹具中的中间传力机构。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）29图 5-3 斜楔的夹紧力分析图夹紧装置设计的好坏，不仅关系

47、到工件的加工质量，而且对提高生产率，降低加工成本以提高加工成本以创造良好的加工条件等诸多方面都有很大的影响。所以必须满足以下基本要求：（1）夹紧过程中，不改变工件定位后所处的正确位置。（2）夹紧力的大小要可靠和适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。（3）夹紧装置的自动程度和复杂程度上应与生产纲要相适应，在保证生产率的前提下，其结构要力求简单，以便绘制。（4）夹紧装置的操作应尽可能方便、安全、省力。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）30夹紧力确定的基本原则确定夹紧力的方向、作用点和大小时，应依据工件的结构特点、加工要求，并结合共计的受力情

48、况及定位元件的结构和布置方式等因素综合考虑。（1）夹紧力的方向夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。夹紧力的竖直分力背向定位基准面使工件抬起，WF夹紧力的两个分力分别朝向了定位基准面，将有助于定位稳定。1）夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。2）夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向，可避免工件发生严重的夹紧变形。（2）夹紧力的作用点夹紧力的方向确定以后，应根据下述原则确定作用点的位置。1）夹紧力的作用点应落在定位元件的支撑范围内。2）夹紧力的作用点应选在工件刚度较高的部位。3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，作用点靠近加工表面，可减少切削力对改点的力矩和减少振动。（3）夹紧力

49、的大小理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力（力矩）相平衡，而实际上，夹紧力的大小与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，计算公式很复杂的。因此，实际设计中常采用估算法、类比法和试切法确定所需的夹紧力。当采用估算法确定夹紧力的大小时，为简化计算。通常将夹具和工件看成一个刚体，根据工件所受切削力、夹紧力（大型工件应考虑重力等）的作用情况，加工过程中对夹紧力的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再除以安全系数作为实际夹紧力，即西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）31 （5-2）KFFw式中：F实际所需夹紧力（牛顿） 。Fw在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力（牛顿）

50、。K安全系数。安全系数 K 按下式计算 （5-3）6543210KKKKKKKK 式中，K0K6 为考虑了各种因素的安全系数，见图表 5-1。636. 20 . 10 . 13 . 10 . 13 . 10 . 10 . 12 . 13 . 16543210KKKKKKKK在下一章节 6.5 中讲到，手柄设计为 190mm，人对手柄施加 100N，理论上通过夹紧机构产生的夹紧力是 10600N，由KFFw得NNKFFW24.4021636. 210600考虑到各实际因素，通过计算得，人施加 100N 的力，就可以通过夹紧机构产生 4021.24N 的力，能满足夹紧的要求，故手柄设计成 190m

51、m。表 5-1 安全系数 K0K6 的取值符号考虑的因素系数值符号考虑的因素系数值西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）32手动夹紧1.3K0考虑工件材料及加工余量均性的基本安全系数1.21.5K4夹紧力的稳定性机动夹紧1.0粗加工1.2K1加工性质精加工1.0K5手动夹紧时的手柄位置1.0接触点确定1.0K2刀具钝化程度1.01.9切削特点连续切削1.0K3切削特点断续切削1.2K6仅有力矩使得工件回转时工件与支承面的接触情况接触点不确定1.5表 5-2 安全系数 K2K2加工方法切削分力或切削力矩铸铁钢mk1.151.15钻削mz1.01.05.3.2 斜楔夹紧机构（1）斜楔的结构设计

52、因用手动的斜楔直接夹紧工件费时费力，效率极低，所以在实际生产中应用得不多，多数情况下都与其它元件组合起来使用，本夹具采用斜楔与滑柱组合的夹紧机构。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）331）确定工件的夹紧方式斜楔静力学平衡条件为： （5-4）QRxFFF1即 11tanaFFW)tan(1aaFFWRx)tan(tan21aaaFFQw式中：FW斜楔对工件的夹紧力（牛顿） ； a斜楔升角（度） ；FQ原始作用力（牛顿） ；a1斜楔与工件间的摩擦角（度） ；a2斜楔与夹具体间的摩擦角（度） 。2）增力比计算 斜楔的夹紧力与原始作用力之比，即 FI （5-5）)tan(tan121aaaFF

53、IQWF在不考虑摩擦影响时，理想增比aIFtan113）夹紧行程工件所要求的夹紧行程 h 与斜楔相应移动的距离 s 之比。由图 5-4 可知西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）34 ashIStan12. 0tana图 5-4 斜楔的行程分析图因为，故斜楔理想增力倍数等于夹紧行程的缩小倍数。因此，选择升角 a 时，必须考虑增力比和夹紧行程两方面SFII11的问题。4）自锁条件图 5-5 为原始作用力停 FQ止作用后斜楔的受力情况。从图中可以看出自锁条件为 RxFF 1 即 )tan(tan21aaFaFWW )tan(tan21aaa 21aaa西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）

54、35或 21aaa图 5-5 斜楔自锁受力图因此斜楔的自锁条件是：斜楔的升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体的摩擦角之和。一般钢铁件接触面的摩擦系数，故摩擦角，相应的升角或。15. 01 . 0f308435a10a17a西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）365）升角 a 的选择根据自锁条件和对增力比夹紧行程的综合考虑，手动夹紧时，一般取到 8；自锁的夹紧机构取。6a12a该夹具中，采用手动夹紧机构，故取。7a12. 07tantana 在该夹具中考虑到与夹具体的配合，所以取 h=1.8mm s=15mm。12. 0tansha斜楔选用 45 钢，渗碳深淬火 4348HRC。mmmm2 .

55、 18 . 0（2）夹紧元件 它是实现夹紧的最终执行元件，通过它和工件的之间接触来确定工件在加工中保持位置的不改变，本夹具中采用的手动夹紧装置，夹紧机构由中间传力机构（斜楔）和夹紧元件所组成。（3）夹紧装置的工作原理1）夹紧时的工作原理：当手柄处于下位时，把工件放到夹紧装置中的一个正确位置，再把支承钉从右端插入，再扳动摆动压板，使得压板和支承钉连接在一起，并对工件起定位作用；再把手柄往上扳动，使得对夹具体产生一个向下的作用力（夹紧力） ，端面斜楔自动往右运动，促使滑柱和定位销同时往下运动，当弹簧接触到支承钉时，在夹紧力的作用下，使得弹簧压缩，当手柄搬到上端极限位置时，工件夹紧。由于斜楔能自锁，

56、故松开手柄后工件就不会偏离原来的位置。此过程也就是工件的夹紧过程。2）卸载时的工作原理：先把手柄往下扳动，使之对夹具体产生一个向上的作用力（夹紧力） ，使得夹具体整体向上运动，同时带动被连接在一起的几个机械部件（非标准定位销，滑柱） ，斜楔自动往左运动，同时也会对夹具体产生一个向上的作用力，使得夹具体、定位销、滑柱这几个被连接在一起的元件整体向上运动，弹簧也恢复到原始的状态，直到手柄扳动到下端极西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）37限位置时，再松开手柄；再从右端扳开摆动压板，取下支承钉，变可拆下工件，此过程也就是工件的卸载过程。6 6 夹具的零部件设计夹具的零部件设计夹具体的各零部件的

57、设计，具体如下：（1）被钻得孔径是14mm，大于了10mm，而且孔的加工精度在个方面也有要求，所以宜采用固定式钻模。（2）工件与夹具所产生的总重力超过了 150N，宜采用摇臂钻床或立式钻床，由于该工件是中批量生产，则采用立式钻床。（3）考虑到被加工孔的精度，该夹具采用固定式钻模，钻模板采用固定式结构。西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）38（4）机床夹具装在机床上后，应还应使刀具切削刃相对于工件或夹具定位元件能处于正确位置，这里我们可以采用钻床夹具的钻套(导向元件)，钻套是引导加工刀具的元件，其作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，引导钻头等孔加工刀具，提高其刚性，防止在加工中发生偏斜。

58、钻套安装在钻模板中，其配合为或。采用固定式钻套，因为它结构简单，钻孔67nH67rH精度高，适用于单一钻孔工序，如图 6-1 所示。图 6-1 固定钻套（GB/T226291）6.16.1 钻套的尺寸、公差、材料钻套的尺寸、公差、材料 一般钻套导向孔的基本尺寸取刀具的最大尺寸，采用基轴制间隙配合，钻孔时其公差取 F8。查表得麻花钻的尺寸为14 mm。043.00钻套的导向高度 H 增大，则导向性能就越好，刀具刚度也会越高，但钻套与刀具的磨损就会加剧。一般取（ddH5 . 21为钻孔直径） ，对于加工精度越高的孔，或被加工孔较小其钻头刚度较差，应取小，所以取较小值。被加工孔直径 d 为14mm，

59、西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）39综合考虑上述情况取最合适。mmH20在加工过程中，钻套与刀具产生摩擦，故钻套必须有很高的耐磨性。该钻套孔径 d=14mm26mm，故 T10A 钢制造，热处理硬度为 6064HRC。6.26.2 钻模板设计钻模板设计钻模板式装配在夹具体或之架上，或与夹具上的其他元件相连接，有固定式、悬挂式、铰链式、可卸式这四种类型，每个类型都有它各自的应用范围。该零件适合采用固定式钻模板，采用两圆锥销和两个螺钉装配连接；采用整体的铸造结构。固定式钻模板的特点，钻孔精度高，不妨碍工件的装夹。6.36.3 支脚设计支脚设计为了减少夹具底面与机床工作台的接触面积，使夹具

60、放置平稳。根据需要，支脚的断面可采取矩形或圆柱形，支脚可和夹具体做成一体，也可以做成装配式的，但要注意以下几点：支脚必须为四个角，因为四个支脚能立即发现夹具是否放歪，如图 6-2 所示。图 6-2 钻床夹具的支脚西南科技大学应用型自学考试毕业设计（论文）40无论是矩形还是圆柱形支脚直径都必须大于机床工作台 T 型槽的宽度，以免陷入槽中。夹具的重心，钻削压力必须落在四个支脚所形成的支撑面内。钻套轴线应与支脚形成的支撑面垂直或平行，使钻头能正常工作，防止其折断，同时还能保证加工孔的定位置精度。装配式支脚已标准化，标准中规定了螺纹规格为 M4M20mm 的低支脚（GB/T2234-91）和螺纹规格为