毕业论文- 典型摇枕（70t）机加工艺设计及钻模设计

毕业设计典型摇枕（70t）机加工艺设计及钻模设计学生姓名：学号：机械工程系机械设计制造及其自动化系部：机械工程系机械设计制造及其自动化专业：指导教师：二零一五年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名：年月日

毕业设计任务书设计题目：典型摇枕（70t）机加工艺设计及钻模设计系部：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化学号：学生：指导教师（含职称）：1．课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解机械加工工艺方案的选择、工艺方法的确定、加工过程设备选型等；及机械加工过程中使用的专用夹具设计、夹具各零部件材料选择、性能参数确定、应力计算方法等机械加工方面的设计规范、计算方法及设计思想等，为学生在毕业后从事机械加工技术工作打好基础。2．主要任务1）制定所提供零件的机械加工工艺流程，选择合适的工艺方法。2）将确定的工艺方法按工艺流程分工序展开进行详细说明，包含设备选型、加工基准选择、加工步骤描述、加工过程尺寸确定、所需工装需求、量具选择等。3）根据加工设备种类和零件定位、加工需要设计联合钻孔夹具（简称钻模），绘制该钻模的装配图及各零部件的分解图，并对设计过程和设计思路进行详细介绍，包含各零部件的材料选定、直径或厚度确定、热处理参数等进行分步骤详细阐述。4）完成设计说明书一本，内容包括两部分：详细的机械加工工艺过程展开说明；机加夹具装配图和零件图及设计说明。3．主要参考资料[1]陈宏钧.实用机械加工工艺手册.-2版.北京:机械工业出版社,2003.1.[2]任嘉卉.公差与配合手册.-2版.北京:机械工业出版社,2000.4.[3]李维荣.五金手册.-2版.北京:机械工业出版社,2002（2007.3重印）.4．进度安排设计各阶段名称起止日期1根据提供的零件图纸及设计要求，确定加工工艺方案和工艺流程2015年3月3日～3月23日2完成零件加工工艺过程的设计3月24日～4月13日3设计机加夹具，确定机加夹具的总体结构及零件结构，并进行强度和内力计算4月14日～5月4日4完成夹具的装配图及零件图绘制5月55完成毕业论文及答辩工作6月2日～6月22日审核人：年月日

典型摇枕（70t）机加工艺设计及钻模设计摘要：本设计主要研究如何设计典型摇枕(70t)的机械加工工艺和配套钻夹具。该零件结构复杂，加工困难，经调查发现传统的生产工艺和钻夹具存在定位不合理、结构设计不合理等缺点。针对这些问题，在仔细研究传统工艺和夹具的基础上，经过查阅大量文献资料，与技术人员讨论，对摇枕的机加工艺进行改进，并且对钻夹具的结构和工作原理也进行更合理的改进。最终设计出了新的工艺方案和新型钻模。本设计内容经过多方论证，可以投入生产应用，对生产设计有一定的实用价值和借鉴意义。关键词：摇枕，机械加工工艺，钻夹具，设计TypicalBolsters(70t)MachiningProcessAndJigPlanningAbstract:Thisplanningessentiallystudieshowtodrawupmachiningprocessoftypicalbolsters(70t)anddesigncompletesetsofjig.Theparthascomplexstructure,sothemachiningisdifficult.Afterinvestigation,traditionalmachiningprocessandjigexistthattheallocationisunreasonable,thedesignofmechanismshavedefectandsoon.Abouttheseproblems,onthebasisofcarefullystudyingtraditionalprocessandjig,byreadingalargenumberdocumentsanddiscussingwiththetechnicalstaff,thebolster’machiningprocesswasmadebetter,themechanismsandworkingprinciplebecomemorereasonable.Finally,newmachiningprocessandjigweredesigned.Aftermanyarguments,thisplanningcanisusedtomanufacture,andhassomepracticalvalueandsignificancefortheproductiondesign.Keywords:bolsters;manufacturingprocess;jig;design目录TOC\o"1-4"\h\z\u1. 前言 12. 零件分析 22.1. 零件结构及作用 22.2. 零件工艺分析 32.2.1. 下心盘 32.2.2. 旁承面 42.2.3. 旁承孔 42.2.4. 侧面凸台 52.2.5. 凸台孔 52.2.6. 长槽孔 62.2.7. 凸耳 72.2.8. 凸耳孔 73. 毛坯分析 84. 机械加工工艺路线的拟定 84.1. 表面加工方法的选择 84.2. 加工路线的安排 104.3. 最佳加工路线 104.4. 最佳机械加工工艺路线确定 105. 工序设计 105.1. 划线 105.1.1. 中心线的确定 115.1.2. 划线的目的 115.2. 加工心盘面 115.2.1. 定位基准 115.2.2. 工序内容 125.2.3. 加工余量、工序尺寸及公差的确定 125.2.4. 工艺装备选择 125.3. 加工两端旁承面及摇枕侧面三个平台 125.3.1. 定位基准 125.3.2. 工序内容 125.3.3. 工艺装备选择 125.3.4. 加工余量、工序尺寸及公差的确定 135.4. 加工旁承面四孔、摇枕侧面各孔和凸耳孔 135.4.1. 定位基准 135.4.2. 工序内容 135.4.3. 加工余量、工序尺寸及公差的确定 145.4.4. 工艺装备选择 145.5. 打磨毛刺、擦拭切削液 155.6. 检验工序 156. 最终工艺路线 157. 夹具的认识 178. 问题的提出 179. 钻夹具的设计 189.1. 设计方案的确定 189.2. 夹具整体结构及操作 189.3. 钻套设计 199.3.1. 钻套类型的选择 199.3.2. 钻套设计计算 199.4. 钻模板设计 219.4.1. 钻模板结构及设计原理 219.4.2. 钻模板设计计算 229.4.3. 铰链联动机构设计 239.5. 零件的安放及夹紧设计 259.5.1. 零件的安放 259.5.2. 切削力的计算 269.5.3. 夹紧力的计算 279.5.4. 选择螺栓 289.6. 夹具体的设计 289.7. 分度装置的设计计算 2910. 夹具设计和操作说明 3011. 结论 32参考文献 33致谢信太原工业学院毕业设计前言本毕业设计的论文题目是70t摇枕机加工艺设计及钻模设计，整个设计过程涉及到了工艺设计中的解读、绘制工程图、零件结构工艺性分析、机床、刀具等工艺装备的选择、以及钻夹具设计中的机械结构设计、机械原理设计、材料的选择等专业知识，涵盖了大学所有的基础专业课，是一次综合能力提高。同时，通过查阅大量文献资料、专业类书籍，可以发现现在的制造业发展迅速，制造技术日新月异，出现了大量新型的特殊加工技术，以及柔性自动化和数字控制技术等新型工艺技术，促进了机械加工工艺的发展，为零件的加工提了更多、更合理的加工工艺;通过关注国内外科学技术的发展，可以了解到随着科学技术的发展，出现了成组技术、计算机辅助工艺过程设计等技术，使效率和合理性都有很大的提高。同时也对夹具有了新要求。在夹具设计过程中，要求夹具向着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展，提高零件的加工精度，降低生产成本，缩短设计周期，提高生产率和利用率。而通过调查发现，在现在的机械加工行业多数工厂依然采用的是传统的机械加工工艺和专用夹具，生产率效率低，加工成本高。因此对摇枕机加工艺和钻夹具进行改进、设计很有必要。通过本次毕业设计，不仅巩固了所学的专业知识，提高了设计能力，而且结合已掌握的专业知识对现有的工艺和钻夹具进行合理改进，对降低生产成本，提高生产效率有积极地意义。由于本人水平有限，设计中尚有不合理的地方，请老师批评指正。

零件分析零件结构及作用通过查找资料，结合零件图可知，摇枕是薄壁箱体零件，零件结构复杂。它具有箱形断面，内部中空但在承重部分铸有加强钢筋，同时将其外形做成鱼腹形，这既减轻了摇枕重量又保证了合理的受力，避免零件断裂。摇枕中央有下心盘，通过上、下心盘配合和中心销的连接使车体和转向架连接在一起，承受车体上的水平力和垂直力；摇枕两端各有一个下旁承面和两个旁承孔，用于安装和固定下旁承以配合机车的上旁承。见图1-1图1-SEQ图1-\*ARABIC1在摇枕的两侧有三个凸台以及一个长槽孔和一个凸耳，主要用于安装和固定转向架上其他结构。见图1-2和图1-3图1-SEQ图1-\*ARABIC2图1-SEQ图1-\*ARABIC3摇枕端部的下表面为平面，在横向中线位置有两个圆脐，在铸造车间已经经过加工，其精度较高，主要用于摇枕后期机械加工的定位。摇枕是转向架部件的重要组成部分，它的主要作用是直接支承车体，并将车体的载荷传递给侧架或构架，缓和、减小车辆的振动，保证机车顺利通过曲线。零件工艺分析下心盘在加工过程中，保证心盘底面至弹簧承台面高度150.8-6.40，心盘内径φ420.7±0.8、高度50.8图2-1旁承面加工两端旁承面时，保证旁承面至心盘底面高度尺寸4.8±1.6，旁承面平面度≤0.5，同时在加工旁承面时兼顾保证旁承面的最小壁厚，要求旁承加工表面应光滑、无凸起、无毛刺。见图2-2图2-2旁承孔加工两端旁承面的四孔时，保证尺寸4×φ240+1图2-3侧面凸台加工三个凸台平面过程中，保证各平面与摇枕中心平面的对称性，保证尺寸368.3±3.2、336.3-1.4+3.4图2-4凸台孔加工摇枕侧面凸台面各孔及固定杠杆支点座安装孔时，保证工艺图所示各孔直径尺寸及定位尺寸，要求各孔孔边缘光滑、无毛刺，孔背面凸台光滑、平整。见图2-5、图2-6和图2-7图2-5图2-6图2-SEQ图1-\*ARABIC4长槽孔加工长槽孔时，保证尺寸46±1.6、28.6±0.8等要求，要求长槽孔孔边缘光滑、无毛刺，加工面边缘光滑、平整。见图2-8图2-SEQ图1-\*ARABIC5凸耳加工凸耳中间平面时，保证尺寸46±1.6、28.6±0.8等要求，要求凸耳平面孔边缘光滑、无毛刺，加工面边缘光滑、平整。见图2-9凸耳孔钻、铰凸耳衬套孔时，保证尺寸2×φ37.846-0.034-0.018，428.6图2-SEQ图1-\*ARABIC6通过零件图的分析和指导老师的讲解，我知道了摇枕零件的重要性，明白了在摇枕的机械加工过程中要保证零件的尺寸精度和形位精度，还要保证配合表面的光整平滑。毛坯分析通过车间观察零件毛坯和指导老师的讲解，了解到：摇枕毛坯是由B+级铸钢铸造成型，并经过后续工序对摇枕端部的底面-弹簧承面进行加工，使其作为机械加工的定位基准；其他非加工面和内腔精度较低，在铸造时就可保证尺寸精度和形位精度；与其他型号摇枕相比，该摇枕结构更复杂，需要进行侧面的机械加工，因此机加工过程更复杂。机械加工工艺路线的拟定表面加工方法的选择机械加工是质量、效率和成本的矛盾集合体，因此在选择选择加工方法的时候，首先要充分考虑各种加工方法的工艺范围和加工经济精度。通过查《机械加工工艺手册》表2.2-1、表2.2-2、表2.2-6以及表2.2-25，针对摇枕的机械加工方法进行了整理，见表1在选择表面加工方法，根据零件的材质和技术要求，从车间设备条件出发，选择与生产类型相适应的加工经济精度最佳的加工方法，即：加工心盘面时，可以选择车或者铣；加工旁承面、侧面凸台平面和凸耳中间平面时，可以选择铣、刨或者拉；加工孔时，可以选择钻、扩、铰、镗。表1摇枕机加工面的各种加工方法主要加工面加工方法加工情况加工经济度（IT）表面粗糙度Ra/μm心盘加工面车粗车12~1310~80半精车10~112.5~10精车7~81.25~5铣粗铣12~1310~80半精铣11~122.5~10精铣8~91.25~5磨粗磨8~91.25~10半精磨7~80.63~2.5精磨6~70.16~1.25心盘加工面、旁承面、侧面凸台、凸耳中间平面（平面加工）铣粗铣11~135~20半精铣8~112.5~10精铣6~80.63~5刨、插粗刨11~135~20半精刨8~112.5~10精刨6~80.63~5拉粗拉10~115~10精拉6~90.32~2.5磨粗磨8~101.25~10半精磨8~90.63~2.5旁承孔、侧面凸台孔、凸耳孔（孔加工）钻、扩、铰Φ15以下Φ15以上11~1310~125~2020~80扩9~131.25~20铰6~90.32~10拉粗拉9~101.25~5一次拉孔10~110.32~2.5精拉7~90.16~0.63镗粗镗12~135~20半精镗10~112.5~10精镗7~90.63~5加工路线的安排首先考虑加工顺序原则：①先加工出工序基准，再加工其他表面。②先加工平面，再加工孔。③先加工主要平面，再加工次要平面。其次考虑加工成本。在满足加工要求情况下，选用车、铣和钻三种加工方法；因此制定了加工路线一和加工路线二。见表2表2摇枕加工路线加工路线一车心盘面铣摇枕两端旁承面、侧面凸台平面。铣凸耳中间平面以及长槽孔钻旁承孔、侧面凸台孔、固定杠杆支点座安装孔以及钻、扩凸耳孔加工路线二铣摇枕心盘面、两端旁承面、侧面凸台平面、凸耳中间平面以及长槽孔。钻旁承孔、侧面凸台孔、固定杠杆支点座安装孔以及钻、扩凸耳孔最佳加工路线在上述的加工路线中，从机械加工效率角度考虑，选出最佳加工路线。首先考虑机床的效率，由于上述的加工顺序选的机床类型基本相同，因此差距不大。其次考虑工序的分散和集中，为了使各工序加工时间分配合理，实现流水线加工，降低操作工人的技术水平要求，应选择分散工序。因此最终选择加工路线一。最佳机械加工工艺路线确定根据各种辅助工序和加工工序最终安排出合理的工艺路线：划线→加工心盘面→加工两端旁承面及摇枕侧面三个平台→加工长槽孔及凸耳中间平面→加工旁承面四孔、摇枕侧面各孔和凸耳孔→打磨毛刺、擦拭切削液→检验工序设计划线中心线的确定1）确定摇枕纵向中心线：摇枕两端弹簧承台中心的弹簧圆脐中心连线即为摇枕纵向中心线；2）确定摇枕横向中心线：以两端弹簧承台中心的弹簧圆脐中心连线的中点垂直于摇枕纵向中心线的直线即为摇枕横向中心线。见图5-1图5-1划线的目的1）判断毛坯是符合各：以中心销孔为摇枕中心划横向和纵向中心线，并比较该横纵向中心线与以弹簧承台圆脐为中心划出的摇枕横纵向中心线的偏差，若偏差≤5mm，则毛坯合格，可进行后续加工；若偏差＞5mm，则毛坯不合格，进行隔离操作。（2）作为后续工序在装夹、找正操作中的参考，实现快速、准确装夹。加工心盘面定位基准因为摇枕外形复杂，精度低，只有弹簧承面和弹簧圆脐表面精度高，因此以弹簧承面——弹簧圆脐为定位基准，以摇枕中心销孔中心为工序基准，加工心盘面。见图5-2图5-2工序内容首先加工心盘内壁；然后换刀加工心盘底面；再次换刀加工心盘面中的圆角；最后进行自检，保证零件符合加工要求。见图2-1加工余量、工序尺寸及公差的确定通过零件图分析可知心盘面加工要求较低，经过一次粗加工就可达到加工要求，因此不需要尺寸计算。工艺装备选择1）机床的选择由于摇枕外形尺寸大，重达700kg，因此选择车床时，优先考虑大型落地车床，通过查《机械加工工艺手册表》表3.1-15，选择机床型号：落地车床C6016A。2）刀具的选择首先YT类硬质合金适合高速加工铸钢等钢料；其次含Co量多的适合零件的粗加工。因此在加工心盘面时选择YT15为材质的内孔车刀、端面车刀和圆弧车刀。加工两端旁承面及摇枕侧面三个平台定位基准本工序仍然以弹簧承面——弹簧圆脐为定位基准，但以已加工心盘底面和摇枕纵向中心平面为工序基准和测量基准进行加工、测量两端旁承面和三个凸台平面。见图4-2工序内容加工摇枕两端旁承面，同时加工摇枕侧面三个平台，加工结束后，利用量具自检，合格后送入下一道工序。见图2-2、图2-4工艺装备选择1）机床的选择因为考虑到同时铣削摇枕两端旁承面和侧面凸台，因此选用龙门铣床。根据摇枕的尺寸，查《机械加工工艺手册表》表3.1-72：选择机床型号：龙门铣床X2010C。2）刀具的选择由于铣刀形状复杂，因此选择综合性能较好，易于加工的高速钢刀具。同时铣刀已标准化，因此可通过查表选择合适刀具。通过查《机械加工工艺手册》表4.4-4，铣刀分别选用D80GB1129-85、D250GB1129-85。加工余量、工序尺寸及公差的确定通过零件图分析可知该工序加工要求较低，经过一次粗加工就可达到加工要求，因此不需要尺寸计算。加工旁承面四孔、摇枕侧面各孔和凸耳孔定位基准摇枕的安装依然以弹簧承面——弹簧圆脐为定位基准。但为了提高摇枕上各孔的加工精度，通过设计钻夹具将孔的定位基准转移到加工后的摇枕心盘横、纵向中心线及心盘下平面上，实现定位基准和工序基准的重合。见图5-3图5-3工序内容本道工序中，要加工的孔类型和数量较多，因此在安排加工顺序时，要尽可能减少换刀次数。因此加工内容安排如下：见图2-3、图2-5、图2-6和图2-7、图2-91）加工两端旁承面上Φ24的孔；2）加工侧面固定杠杆支座安装孔Φ24；3）加工该侧面Φ46的孔；4）加工该侧面Φ20的孔；5)加工该侧面Φ27的孔；6)加工另一侧面Φ27的孔；7）钻→扩凸耳孔；8）加工结束后检查零件是否合格；加工余量、工序尺寸及公差的确定通过零件图分析可知该工序，凸耳孔精度要求高，需要钻→扩→铰三次加工，因此凸耳孔的加工需要工序尺寸的计算。其计算过程如下：1）通过查《机械加工工艺手册》表2.3-48：铰孔余量为0.3mm，扩孔余量为1.923mm。2）工序公称尺寸通过计算来获得，由最后一道工序开始向前依次推算，直至毛坯为止，即可确定各工序尺寸。计算工序尺寸：铰孔37.846mm-0.3mm扩孔37.246mm钻孔34mm3）工序的加工经济度和表面粗糙度的确定，通过查《机械加工工艺手册》表2.2-2、表2.2-25得：铰孔后为IT6，Ra=0.8μm；扩孔后为IT8，Ra=1.25μm钻孔后选择IT12，Ra=6.3μm。4）根据上述选择的公差等级查《机械加工工艺手册》表1.4-1，并将公差数值按“入体原则”标注在工序尺寸上。见表3表3工序的工序尺寸及其公差的计算加工名称加工余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度/μm铰孔0.3R6-0.0180.837.84637.846-0.018扩孔1.623H8+0.0391.2537.24637.246+0.039钻孔H12+0.2506.33434+0.250毛坯00除了凸耳孔，其他孔加工要求较低，经过一次粗加工就可达到加工要求，因此不需要尺寸计算。工艺装备选择1）机床的选择由于摇枕是大型零件，加工过程中零件移动不方便，因此选用摇臂钻床。根据摇枕上孔径的大小，查《机械加工工艺手册表》表3.1-30，选择机床型号：摇臂钻床Z35A。2）刀具的选择在选刀具时除了考虑加工要求，还要考虑材料性能及成本，因此尽可能选择标准刀具。通过查《机械加工工艺手册》表4.3-9，钻头分别选用：D20.5GB1438-85、D24GB1438-85、D27GB1438-85、D34GB1438-85、D46.5GB1438-85；查表4.3-31，扩孔钻选用：D37.846GB1141-84。打磨毛刺、擦拭切削液为了防止毛刺等影响装配甚至机器的性能，要将各加工面、各加工孔及孔背面的毛刺打磨、清除干净，并将加工过程中飞溅、残留在摇枕表面的切削液擦拭干净。检验工序检查、检验工序是保证产品质量的关键工序之一，除了每个操作工人在操作过程中和操作结束后自检外，在工艺过程最后阶段必须安排检验工序。在检验平台上，利用专用量具和通用量具进行终检，发现不合格产品返修或报废，保证加工质量最终工艺路线经过整个工艺的设计，现把工艺过程卡片写出，见表4。表4摇枕机械加工工艺过程工序号工序内容定位基准设备简要说明工步号工步内容Ⅰ划线划线台检验毛坯Ⅱ1车心盘内壁摇枕弹簧承面、弹簧圆脐车床C6016A2车心盘底面3车圆角4自检Ⅲ1铣摇枕两端旁承面、侧面凸台平面摇枕弹簧承面、弹簧圆脐铣床X2010C测量时以工序基准为测量基准2自检Ⅳ1铣凸耳中间平面摇枕弹簧承面、弹簧圆脐铣床X53T测量时以工序基准为测量基准2铣长槽孔3自检Ⅴ1钻旁承孔Φ24已加工的摇枕心盘、两侧面已加工的对称凸台面摇臂钻床Z35A2钻侧面固定杠杆支座安装孔Φ243钻侧面Φ46的孔4钻侧面Φ20的孔5钻侧面Φ27的孔6钻另一侧面Φ27孔7钻凸耳孔8扩凸耳孔9自检Ⅵ打磨毛刺、擦拭切削液钳工工作台Ⅶ检查、检验工序检验平台

夹具的认识夹具是使工件相对于其他工艺设备有一个正确位置并保持不变的设备，是机械加工工艺装备中的重要组成部分。首先夹具可以实现工件的精确定位；其次其操作简单、迅速，减少工序辅助时间且易实现多工位、多工件加工，缩短加工时间，可以降低加工成本，提高机床的生产效率；同时在加工过程中使用夹具可以避免划线、找正、对刀等操作，大大降低工人的操作技术水平要求和劳动强度，改善了工人的工作环境；最后，工艺人员可以设计夹具来扩大机床的加工工艺范围，提高机床的利用率。因此设计夹具有很大的意义。夹具主要由定位装置、刀具导向装置、夹紧装置、连接元件、夹具体及其他装置组成。见图7-1定位装置用于保证工件在夹具上有相对正确的位置；刀具夹紧装置用于引导刀具或调整刀具的相对位置；夹紧装置为工件提供夹紧力，用于固定工件；连接元件用于确定工件相对于机床的位置，并将工件固定在机床上；夹具体是夹具的基体，用于连接夹具各装置，使其成为整体；其他装置是夹具设计过程中根据实际生产情况设计制造的专用装置，包含分度装置、防错装置等。图7-SEQ图5-\*ARABIC1问题的提出通过分析分析摇枕的零件图等原始资料，结合之前设计的机械加工工艺流程，可以知道：摇枕是大批量生产的大型复杂零件，其毛坯是铸件，零件精度较低，需要加工的表面较多。其中平面加工相对来说比较好加工，而孔加工则复杂很多。首先看到在零件上分别有2个Φ20.6、6个Φ24、6个Φ27、1个Φ37.846、1个Φ46的孔，总共5类16个孔；其次，这16个孔分别分布在零件顶面和两侧面，这进一步增加了孔加工的难度。因此为了保证加工质量，提高车间的生产效率，降低成本和劳动强度，经过与指导老师协商，决定设计工序——加工摇枕上各个孔的钻夹具。钻夹具的设计设计方案的确定根据零件的结构和加工工艺，在初期设计了方案：在该方案中，夹具通过夹具体底面和摇臂钻床工作台采用T型螺栓连接，确定夹具相对机床的位置；钻模板和支撑件直接相连，并通过组合和变形平面定位元件、V型铁以及侧面支撑钉实现零件在支撑件上的六点定位，以理论上的摇枕横向、纵向中心线以及弹簧承面为定位基准，用于确定孔的加工位置；其中钻模板由钻模板一和钻模板二组成，为了保证零件的安装顺利，钻模板一是可拆卸的，当装载零件时，将该模板拆卸下来，零件安装完成后，再利用一面二孔定位原理保证钻模板之间的相对位置并用螺旋夹紧元件固定钻模板二。在操作时，工人只需要取下钻模板二，就可以实现零件的安装，操作简单、迅速，降低了工人的强度。后来通过与指导老师讨论，结合老师的工作经验，发现了初期方案中一些不合理的地方，其中最主要的问题是定位基准选择过于理想，忽略了毛坯的误差。由于零件毛坯是铸件，整体精度较低，无法保证加工精度，因此应采用已加工表面为定位基准。为此对方案进行了改进，重新选择了定位基准，改变了钻模板的结构。夹具整体结构及操作本夹具主要由夹具体、定位元件、钻套、钻模板、螺旋夹紧装置、连接元件、分度装置组成。见图9-1在操作时，先通过T型螺栓将夹具固定在摇臂钻床上；其次将零件安放在支撑件上，并通过组合和变形平面定位元件、V型铁以及侧面支撑钉实现定位，保证零件的相对位置；接着在零件的两端使用螺旋夹紧装置——螺母夹紧固定零件；然后安放钻模板，安放过程中，以已加工的摇枕心盘、两侧面已加工的对称凸台面为定位面并用螺栓固定，保证钻模板相对零件的位置，确保加工精度；最后开始加工零件，当加工完一个平面上的孔后，通过分度装置实现零件的精确翻转，接着加工下一平面上的孔，直至加工出所有孔。图9-SEQ图7-\*ARABIC1钻套设计钻套类型的选择根据钻套的结构特点，结合零件的加工情况和生产类型选择钻套类型。由于凸耳孔需要钻、扩两次加工，因此选择快换钻套；而其他孔只需要一次加工，精度要求不高，且零件是大批量生产，因此选择可换钻套。钻套设计计算1）目前，可换钻套和快换钻套已标准化，现设计Φ24的钻套。见图9-2根据钻套高度公式：H=得钻套高度H=24~60mm排屑间隙公式：h=得排屑高度h=7.2~28.8mm结合《机械加工工艺手册》，考虑尽可能使所有钻套等高，修正后的钻套规格为：24F7×35r6×56GB2264——80。图9-SEQ图7-\*ARABIC2Φ27钻套设计过程类似，最终选择钻套：27F7×42r6×56GB2264——80。2）由于凸耳孔需要多次加工，因此设计了快换钻套。但其过程与上述过程相同，最终设计快换钻套：34F7×55r6×56GB2265—80、37.864F7×55r6×56GB2265—80。见图9-3图9-SEQ图7-\*ARABIC33）在设计侧面孔钻套时，由于三孔之间距离较小，无法设计标准钻套，因此类似上述过程最终设计出特殊钻套。见图9-4图9-SEQ图7-\*ARABIC44）钻套用螺钉选择时按照《机械加工工艺手册》选择：M8×5.5GB2268——80和M10×7GB2268——80。钻模板设计钻模板结构及设计原理通过分析摇枕零件的结构，加工工艺，采用分离式钻模板，并对基本的钻模板形式进行了变型设计。在后期设计时再次改进，使钻模板的结构更加合理。工作原理：以短圆柱心轴和心盘内壁圆孔配合，限制→X、→Y两个方向自由度；通过短圆柱心轴端面和心盘底面配合，限制→Z、↷X、↷图9-SEQ图7-\*ARABIC5在此处，铰链联动机构主要用于侧面定位，实现钻模板与零件之间的六点定位，确保钻模板的完全定位。而且该结构还可以提供一定的夹紧力，但由于摇枕是大型零件且夹紧力是侧面受力，因此不将其作为主夹紧件。钻模板的夹紧件采用两个对称的螺旋夹紧件。为了保证钻模板在固定时其定位不被破坏，首先使夹紧力的方向垂直于心盘底面且与重力方向一致；其次，夹紧力的作用点正对心盘底面且关于心盘横向中心面对称；至于夹紧力的大小，经过分析钻模板的受力情况，知道钻模板不受切削力的影响，因此根据生产实际，选择螺母——T型螺栓夹紧，且夹紧时只需拧紧螺母即可。钻模板设计计算由于钻模板受力小，同时为了增加耐磨性，在选择材料时，结合生产成本，选用45号钢并进行调质处理。见图9-6由于钻模板整体受力小，对结构没有特殊要求，因此整体采用15mm厚的钢板进行加工，其他尺寸都是根据零件的工序尺寸设计制作的。在钻模板无关紧要的地方做切除处理，减轻重量，降低工人的劳动强度。钻套配合孔与钻套之间是过盈配合，选择H7r6图9-SEQ图7-\*ARABIC6铰链联动机构设计查《现代夹具设计手册》表3——43，为了使夹具的结构紧凑合理，选择Ⅰ型铰链机构，夹紧时倾斜角选用10°，扩力比为4.41。在设计过程中，首先根据铰链机构的运动轨迹规律确定铰链机构夹紧时和松开时的位置。为了结构紧凑，设计方便，使杆1的另一端位于钻模板水平端面上。如图9-7计算杆1的长度为：其中：h为夹紧点到钻模板上平面距离，h=175mm；θ为该杆夹紧时杆与侧面凸台之间夹角，θ将数据代入上式得：L1=然后由夹紧时的10°倾斜角计算杆2的长度：L其中：l为夹紧时杆2到钻模板上平面的高度，l将数据代入上式得：L2=图9-SEQ图7-\*ARABIC7设计杆的结构时主要从减轻杆的质量以及杆的强度考虑，设计出合理的结构。但由于铰链机构的自锁性能差，因此设计了配套使用的斜楔夹紧元件。其中，斜楔的自锁条件为：见图9-8α≪其中α为斜楔的倾角°；φ1为斜楔与钻模板之间的摩擦角°φ2为斜楔与铰链机构之间的摩擦角°查《现代夹具设计手册》得：φ代入数据得：α≪30°，因此选择α图9-SEQ图7-\*ARABIC8零件的安放及夹紧设计零件的安放由于钻夹具是以钻模板经行定位固定的，因此零件的装载没有太高的要求。但为了保证加工质量，再次设计了工件定位元件和夹紧元件。在该定位件中，采用平面定位、V型铁、侧面支撑钉定位组合定位件。其中平面定位限制了→Z、↷X、↷Y三个方向的自由度，V型铁限制了→X、→图9-SEQ图7-\*ARABIC9图9-SEQ图7-\*ARABIC10切削力的计算先算切削力的大小：零件毛坯是铸钢，且钻床在钻削过程中提供切削转矩和轴向切削力，通过查《现代夹具设计手册》表3——89可得切削转矩的计算公式和轴向切削力的计算公式。其切削转矩公式为：T=345切削力计算式为：P其中：T为钻床切削转矩N∙D为钻头的直径mm；f为钻床的每转进给量mm；Px为钻床的轴向切削力NKp为修正系数，按表3——90选取，取K通过查《机械加工工艺手册》表2.4——38和表2.4——41得：f=0.23mm/r；由加工工艺知道：D=24mm；代入上述公式，计算的安全力矩：T=57.781N∙m钻床轴向切力：Px夹紧力的计算对零件进行受力分析，在加工水平面的孔时，由于切削力与夹紧力方向一致，而切削转矩较小，通过查《现代夹具设计手册》表3——21可知不用计算夹紧力的大小；但当零件加工侧面孔时，夹紧力与零件的重力和切削力方向垂直，因此查《现代夹具设计手册》表3——21,根据力系平衡条件，求解夹紧力的大小。其力矩平衡关系式如下:QK=其中：Q1为夹紧力NPx为切削力NG为工件的重力N；K为安全系数； f1f2K0K1K2为刀具钝化系数，一般取KK3K4K5K6其中，已知零件的重力G=7000N，查《现代夹具设计手册》表3——19得到：fQ每个螺母夹紧元件受到的预紧力:F选择螺栓T型螺栓是标准件，选择规格时，主要考虑其强度计算。强度计算公式为：σ其中：d1为螺栓危险截面直径mmFjmin为最小夹紧力（即螺栓预紧力）Nσ为螺栓材料许用拉应力MPa；其中选择螺栓材料为Q235、性能等级为4.6的螺栓。通过查《机械设计》表5——8得材料屈服极限为240MPa，表5——10得安全系数S=1.5，求出螺栓材料许用应力为160MPa。将数据代入上式，求得螺栓直径d1由螺纹标准选择公称直径d=24mm，螺栓规格为M24×GB/T37——1998。夹具体的设计夹具体用于安装其他元件并固定在钻床上。见图9-11在设计夹具体时，在夹具体的底板上切出对称的两个U型槽，保证夹具实现水平安装。夹具体上的轴承配合孔与轴承之间是过盈配合，通过查《机械加工工艺手册》表1.4——5选择H7由于摇枕是大型零件，重量大，尤其需要考虑夹具体的强度和刚度。因为对夹具体没有特殊的材料性能要求，所以夹具体的材料选用最常用的Q235钢。经分析夹具体的受力情况，可知其主要承受零件的重力和加工时的切削力，方向都是竖直向下，受力简单，属于简单的单向应力状态，因此根据第一强度理论——最大拉应力理论来设计夹具体。其公式为：σσ其中：σr1为第一强度理论相应应力σ1为材料危险处的最大应力MPaσ为单向拉伸时的许用应力MPa；Fn为零件承受的合力NA为零件的横截面mm2通过查《机械加工工艺手册》表1.2——17得：Q235的屈服应力σs其许用应力：σ其中：F将数据代入公式得A在设计钻模时，宽度根据零件大小取宽度D=350mm，长度选择合理即可，不用太笨重，其长度