发动机吊挂支架加工工艺及夹具设计 - 副本

沈阳工学院毕业设计（论文）题目：发动机吊挂加工工艺及夹具设计独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：2022年5月30日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解沈阳工学院有关保留、使用学位论文的规定。特授权沈阳工学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：2024年5月30日签字日期：2024年5月30日I1绪论发动机，作为汽车的心脏，其性能直接影响着整车的动力输出及稳定性。发动机的组成部件之一，吊挂支架，承担着将发动机固定于车身并减少振动传递的重要职能。为确保其可靠性与精确度，吊挂支架必须在高度规范化的加工工艺环境下生产。随着汽车工业对加工精度和效率的不断追求，传统的加工工艺和夹具设计已经不能完全满足现代高效、精准的生产需求。因此，开发先进的加工工艺和创新的夹具设计对于提升发动机吊挂支架的制造质量和生产效率具有重大意义。夹具在加工过程中起到定位、固定和保护工件的作用，允许工件在批量生产中重复精确地加工。然而，夹具设计的合理性直接关系到加工效率、加工精度以及生产成本。当前的夹具设计多数是基于经验而非科学计算，这导致了其设计的优化潜力未被完全挖掘。随着材料科学、计算机技术和智能制造的发展，夹具设计也面临着新材料、新技术的应用挑战。本次研究将针对发动机吊挂支架的加工工艺和关键工序的夹具进行设计，设计成果在理论和实践层面均具有一定的意义。[2]1.理论意义（1）创新理论支撑：本研究将探索适用于发动机吊挂支架的先进加工工艺，填补现有理论的空白，并基于工程实践提出有价值的实施方案和建议。（2）扩展学术视野：通过系统研究发动机吊挂支架的加工工艺和夹具设计，有助于增强学术界对汽车制造核心部件加工的深入理解，并为相关研究提供新的启示和方向。[（3）交叉学科融合：夹具设计与机械工程、材料科学等学科密切相关，本研究的成果将促进这些领域的知识融合和技术交流。2.实践意义（1）提升生产效率：优化的加工工艺能显著提升生产效率，短缩产品上市时间，增强企业市场响应能力。（2）保障产品质量：高精度加工和夹具设计将保障发动机吊挂支架的装配精度和使用性能，提高最终产品的市场竞争力。（3）降低制造成本：通过精确的夹具设计和加工工艺优化，有助于降低加工过程中的材料浪费和操作时间，从而减少生产成本。（4）促进技术创新：本研究将促使发动机吊挂支架生产行业采用新兴技术，推动行业技术的发展。国内研究情况。在中国，随着汽车工业的迅速发展，关键汽车零部件加工工艺和夹具设计备受关注。近年来国内的研究机构与高校在汽车零件的加工工艺优化、夹具的智能化设计、以及制造系统的集成化方面取得了显著的进展。国内的研究者着重探讨了基于计算机辅助设计、和计算机辅助制造的设计方法，致力于通过先进的夹具设计软件提高夹具设计的创新性与加工效率。此外，国内学者对于夹具的模块化设计给予了较多的关注，旨在降低设计复杂性、提高夹具的通用性和适应性。中国学者亦注重于应用有限元分析（FEA）对支架的应力分布进行模拟，以指导支架结构设计和优化夹具的抓持力布局。在加工工艺方面，国内研究人员尝试将精益生产和敏捷制造原则应用于工艺流程设计中，力求实现加工效率与质量的双重提升。张榕宾（2016）认为汽车传动轴的夹具设计的优劣直接关联到其加工的精确度，而加工工艺的先进性则显著决定了传动轴的工作表现、组装精度及耐用性。袁礼彬（2019）集中解析了制动夹钳闸瓦托零件的加工工艺和夹紧装置的设计，显著提升了生产流程的效率，同时有效降低了操作过程中的劳动负担，并确立了零件加工的高精度标准。王鹏（2020）深入探讨了车床支架机械加工工艺设计的关键特点与必需要求，综合考量了定位基准点的设定、多样表面加工技术的选取、必要热处理步骤及与之配套的辅助流程。在夹具的设计过程中着重分析了应重视的各项问题，并据此制定了一套更优化的车床支架机械加工方案。国外研究情况，国际上，尤其是在欧美和日本等汽车工业发达的国家，发动机吊挂支架的加工工艺和夹具设计是一个成熟且动态发展的领域。外国研究人员在提高加工精度、减少工艺步骤、以及减轻夹具重量方面有着广泛深入的研究。先进的制造技术如高速切削、多轴机床加工、自动化与机器视觉集成以及增材制造（3D打印）在夹具设计与制造中被广泛利用。这些技术不仅可以缩短设计周期、提高制造灵活性，还可以通过定制化设计来满足特殊加工要求。国外学者也在不断研究新材料和新工艺，以获得更好的性能和更高的效率。例如，应用复合材料制作夹具可以减少重量同时保持高强度，而使用激光或电子束加工技术能够在复杂几何形状的支架制造中实现更高的精度和更低的制造成本。在智能制造和工业4.0的背景下，国外不少研究机构和企业正致力于夹具和加工设备的网络化、智能化升级。通过植入传感器和执行器，实现夹具与机床的即时通讯，实行加工过程监控和自动调节，以提升制造过程的智能性和自适应性。本论文主要对发动机吊挂支架加工工艺及夹具设计进行研究。通过分析发动机及其吊挂支架零件的工艺特点，深入探讨吊挂支架零件在发动机中的功能及其结构特性，以及吊挂支架零件加工工艺规程设计的重要性。通过对吊挂支架零件的图样和结构进行详细剖析，选择零件毛坯的类型和确定毛坯的制造方法。其次拟定零件的加工工艺路线，包括基准的选择、设计加工方案、对工序尺寸及其公差进行精确，最后进行加工工艺过程卡的绘制。针对镗球面工序的精度要求进行分析，包括尺寸精度和表面质量的分析。设计镗球面工序的工步安排，包括加工基准的选择、装夹方案的规划以及镗球面的加工工步设计。最后，计算镗球面工序的切削用量和工时。在此基础上，设计镗球面工序中车床夹具。设计零件的定位结构，包括自由度分析、定位误差计算和定位零件设计。设计夹紧机构，包括夹紧力的计算、夹紧机构方案的设计、夹紧机构标准件的选型以及非标准零件的设计。此外，还包括其他零件的设计和标准件的选型，以及专用夹具的装配设计，包括装配尺寸链与精度、装配工艺方法和装配工艺路线，并提供夹具的使用说明。在本论文的研究过程中，通过查阅国内外关于发动机吊挂支架加工工艺及夹具设计的文献，了解当前的研究现状和发展趋势，为本论文的研究提供理论依据和参考。运用机械加工工艺学、夹具设计原理等相关理论，对发动机吊挂支架零件的加工工艺和夹具设计进行理论分析和计算，确保设计的合理性和科学性。2发动机吊挂支架零件基本概述 2.1发动机及吊挂支架零件工艺特点 2.1.1发动机的功能及其安装需求发动机是汽车的核心部件，它的功能和安装需求对于汽车的正常运行起到至关重要的作用。发动机的主要功能是将燃料的化学能转化为机械能，为汽车提供驱动力。通过内部的燃烧过程，发动机产生高温高压气体，推动活塞运动，进而通过曲轴将直线运动转化为旋转运动，输出扭矩。这一过程的效率和稳定性直接影响到汽车的加速性能、行驶平稳性和燃油经济性。在安装需求方面，发动机的安装必须精准且稳固。发动机的装配精度要求极高，各部件之间的配合必须准确无误，以确保其高效、稳定运行。发动机的安装位置需经过精确计算，以确保其重心与汽车的整体重心相匹配，从而提高汽车的操控性和稳定性。发动机的固定和支撑也十分重要，需要使用专用的吊挂支架和紧固螺栓，确保发动机在行驶过程中不会发生晃动或位移。 吊挂支架零件在发动机安装技术领域中占据重要地位，是发动机功能实现的关键组成部分。吊挂支架零件的加工工艺特点主要体现在材料的选用、精密机加工技术的运用、表面处理方式的多样化以及对加工精度的高标准要求。1.材料选择的多样性与特定性吊挂支架零件在材料的选择上需满足强度、硬度以及耐腐蚀性等要求，常见的材料包括铸铁、不锈钢、铝合金等。根据实际工作条件及发动机的性能要求，合理选用材料对零件的性能和寿命有决定性影响。2.精密机加工的应用零件的加工多采用数控机床，确保了高精度与高重复性。工艺流程中，常常融合车削、铣削、钻孔等多种加工方式，以适应吊挂支架内部复杂的异形结构和精细的容积要求。3.表面处理的重要性加工后的吊挂支架表面通常需要进行特殊处理以提升其性能，常见处理方法包括阳极氧化、电镀、喷涂等。这些表面处理能增强零件的耐磨性、密封性并减少工作中的摩擦系数。4.加工精度的严格控制吊挂支架零件的加工精度直接影响着发动机的工作效率和使用寿命。控制尺寸公差、形状和位置公差以及表面粗糙度，确保零件间的配合精度和运动平稳性是加工过程中的关键环节。掌握以上工艺特点，可以提高零件的加工效率，确保最终产品的可靠性和经济性。通过不断的技术创新和工艺优化，能够进一步提升发动机的整体性能。吊挂支架零件工艺规程设计对吊挂支架制造至关重要，这种重要性体现在多个方面：在提高生产效率方面，工艺规程设计的优化直接关联到成品的加工速度与整体作业的流畅性。经过精心设计的工艺流程可以明确每个步骤的操作要求和参数设定，减少加工过程中不必要的时间浪费，从而显著增快生产节拍。在此基础上，标准化的流程也便于机器运作和自动化控制的整合，进一步推动生产线的效率提升。[3]在保证产品质量方面，严格的工艺规程设计为吊挂支架零件的一致性和精确度提供了有力保障。准确的工艺规定确保每个零件都能按照既定的质量标准进行生产，极大地减少了零件之间的公差差异和质量波动。这对于吊挂支架这类要求高精度和高可靠性的产品尤为重要，因为任何微小的缺陷都可能导致性能下降乃至整体设备的故障。在促进技术提升和创新方面，细致入微的工艺规程设计激励工程师和技术人员深入理解生产过程中的每一个细节，这种深入分析是技术进步和创新的催化剂。随着工艺的不断完善和优化，新技术和新方法的采用随之增加。这些新技术和新方法不仅能够改进现有生产流程，还有可能引导开发全新的吊挂支架产品，从而持续推动行业的技术革新和发展。吊挂支架零件工艺规程设计的精心策划与执行对于提升生产效率、保证产品质量以及促进技术创新发挥着决定性作用。有效的工艺规程是实现机电产品卓越性能与经济效益并存的核心要素，值得业界给予高度重视和不断优化。吊挂支架零件尺寸如图3.1～图3.3所示，可以清楚地查看出所需尺寸和技术要求，该零件加工的精度和粗糙度能够轻易达到指定要求，且各表面可以采用切削加工。该零件加工表面，及其位置精度和表面粗糙度如表3.1所示。因为具有简单的表面处理需求，零件可以用一般普通机床搭配常规加工方法完成，以确保其工件加工精度和位置精度的需求能够得到满足。零件的结构工艺性是指零件的结构在满足使用性能的前提下制造的经济性和可行性。零件的结构工艺性涉及毛坯制造、机械加工、热处理和装配等方面，本节主要进行零件机械加工中的结构工艺性分析。随着我国科学技术的发展,机械自动化技术也越来越广泛地应用到各个行业中,极大地提高了工作效率和工作质量。在汽车制造中,机械自动化也有着相当重要的地位,通过合理利用机械自动化,能够方便汽车制造的顺利进行,本文通过对汽车制造中的机械自动化进行分析,探究其应用优势和未来发展趋势,希望为机械自动化在汽车制造业的合理应用和汽车制造业的稳定发展提供一些参考。[4]2.1.2吊挂支架零件的加工工艺特点 吊挂支架零件在发动机安装技术领域中占据重要地位，是发动机功能实现的关键组成部分。吊挂支架零件的加工工艺特点主要体现在材料的选用、精密机加工技术的运用、表面处理方式的多样化以及对加工精度的高标准要求。2.2吊挂支架零件工艺规程设计的重要性吊挂支架零件工艺规程设计对吊挂支架制造至关重要，这种重要性体现在多个方面：在提高生产效率方面，工艺规程设计的优化直接关联到成品的加工速度与整体作业的流畅性。经过精心设计的工艺流程可以明确每个步骤的操作要求和参数设定，减少加工过程中不必要的时间浪费，从而显著增快生产节拍。[5]在此基础上，标准化的流程也便于机器运作和自动化控制的整合，进一步推动生产线的效率提升。自动化技术在生产过程中的应用可以提高汽车装配和零部件生产的加工效率。机械自动化技术为汽车制造技术提供了极大的便利，可以减少人力资源在汽车制造过程中的投入，提高汽车生产的质量和效率。帮助中国汽车工业，满足汽车工业的需求，促进中国汽车工业的发展。[6]关于吊挂支架毛坯图如下：图2.1吊挂支架毛坯图

3零件的加工工艺规程设计3.1吊挂支架零件分析 3.1.1零件的图样分析表3.1零件关键特征尺寸、形位公差和粗糙度要求表面加工公差等级精度要求工件表面粗糙度位置精度球面/孔/端面/槽宽/图3.1吊挂支架主视图图3.2吊挂支架俯视图图3.3吊挂支架球面孔剖视图3.1.2零件的结构工艺性分析观察图3.1～图3.3可知，零件的尺寸20.5+0.02-0.02上面、端面均可以作为装夹和定位的特征。（1）零件的加工和测量结构零件的加工和测量特征以及要求如表3-1所示。观察图3-1～图3-3可以得出，零件加工时各特征方便刀具进给和退出，不存在未敞开的内表面加工，无深孔，但有一个内球面孔需要加工和测量。结合图3-1～图3-3中各尺寸公差要求、形位精度要求和表面质量要求可以看出，除球面外，该零件的其余尺寸的测量可以采用通用测量方法，各尺寸的精度最高位IT6级，零件最大尺寸约为143mm，不存在测量困难的结构。（2）零件的切削效率分析该零件长×宽×高=142.907mm×60mm×35.04mm，体积较小，各特征均可以采用多件装夹一起加工的方式提高切削效率。（4）零件尺寸的标准化分析如图3-1～图3-3所示，关键尺寸球面、孔、端面的基本尺寸大小均可以由GB/T321-2005中R40优先数系中的优先数乘以10获得，可以使用标准刀具加工，除球面外，其余尺寸均可以使用标准量具测量。 3.2零件毛坯类型及制造方法1.基于生产纲领确定毛坯类型根据机械制造技术基础课程设计指南，可以按照下面的计算公式计算出生产纲领N:（2.1）其中为一年内生产工件的生产纲领,单位（件)；为一年内生产产品的产量，单位(台、辆)；是每台产品中加工的工件数，单位（件/台）；是预备的多余工件占每年生产工件的百分比，取值在2%-4%；是报废或不合格工件占每年生产工件的百分比，取值0.3%-0.7%。其中台每年，件每台，，代入公式（3-1）求得：零件的生产类型与生产纲领关系如表3.2所示。表3.2生产类型与生产纲领关系生产类型每种零件生产纲领（100件/年）重型零件中型零件轻型零件单件生产<0.05<0.1<1成批生产小批0.05～0.10.1～21～5中批1～32～55～50大批3～105～505～500大量生产>10>50>500由于零件的生产纲领为6217件/年，根据上表3.1可知零件属于轻型零件大量生产。根据3.1.1中零件的图样分析，零件的较小，因此，吊挂支架零件毛坯类型选择为锻造类型。2.毛坯制造形式选择根据该零件构型特点，确定零件为锻造件；由于该零件是重要的联接件，其技术条件要求较高，铸造很难满足其要求，因而选择锻造，可采用“自由锻”、“模锻”。模锻相对自由锻生产率高，因为模锻可锻造出形状较复杂的锻件，同时模锻生产可比自由锻生产节省材料，减少切屑工作量，降低生产成本，因此选择模锻。[7]模锻加工是在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压而塑性流动变形，在流动过程中，由于模膛对金属坯料的流动限制，能得到与模膛形状相符的锻件。模锻工艺流程：下料——加热——锻粗——模锻——切边——校正——热处理——清理——精压——检验 3.3零件加工工艺路线拟定 3.3.1基准的选择工艺基准是为保证加工过程中表面、位置、尺寸精度要求。原始基准的选择发动机吊挂原始基准的选择主要包括以下五点：1.重量和尺寸：根据发动机的重量和尺寸，选择合适的吊挂方式。如果发动机较重，可以考虑采用多吊点或者加强型吊挂系统。2.安装位置：根据发动机的安装位置，选择合适的吊挂方式。例如，如果发动机安装在车辆的前部，可以考虑采用前吊挂系统；如果发动机安装在车辆的后部，可以考虑采用后吊挂系统。3.车辆用途：根据车辆的用途，选择合适的吊挂方式。例如，如果是赛车或高性能车辆，需要考虑到发动机的重量分布和动力输出特性，选择合适的吊挂方式。4.成本和维护：考虑吊挂系统的成本和维护费用，选择合适的吊挂方式。例如，如果预算有限，可以考虑采用比较简单的吊挂系统；如果需要频繁更换发动机，可以考虑采用易于拆卸和安装的吊挂系统。5.安全性：最后，要考虑到吊挂系统的安全性。在吊挂系统的设计中，要确保发动机在车辆行驶过程中不会脱落或损坏，同时也要保证维修人员的安全。总之，发动机吊挂原始基准的选择需要综合考虑多种因素，在实际应用中，需要根据具体情况进行具体分析，选择最合适的吊挂方式。[8]定位基准选择必须在加工之前就应选定好。粗加工阶段定位基准的选择：由于该阶段加工是为了切除大部分加工余量，发动机吊挂零件的定位基准选择对于确保可靠、安全地运行至关重要。以下是选择定位基准时应考虑的几个因素：结构特点、安装位置位基准、零件功能、加工工艺、装配需求、成本和维护。总之，发动机吊挂零件的定位基准选择需要综合考虑多种因素，在实际应用中，需要根据具体情况进行具体分析，选择最合适的定位基准。粗基准的选择：发动机吊挂零件的粗基准是指在设计中，用于确定发动机各部件之间的相对位置和关系的基准。这些基准通常包括缸体、曲轴、凸轮轴等主要部件的相对位置和方向。在发动机设计中，通常会定义一些基准平面和基准线，这些基准平面和基准线用于确定其他部件的位置和方向。这些基准对于发动机的组装和调试非常重要，因为它们确保了各个部件之间的正确位置和关系。如果这些基准不准确，可能导致发动机性能下降、振动加剧、噪音增大等问题。因此，在设计和制造过程中，必须严格按照这些基准来进行组装和调试。[9]工件毛坯进行初次加工定位所用的表面为粗基准，底平面在铣平面和钻孔的工序中，均为主定位基准，因此避免粗基准的重复使用。3.3.2加工方案的确定本文收集和分析了大量相关资料，并结合生产单位的科学理论和设备等情况来确定符合本次设计需求的工艺路线。在这个过程中，对各方面因素做了全面考量，进而采用必要的措施来保证产品质量。本次设计中使用了先进的技术，且充分考虑了成本。在此基础上得出各部分工艺路线。具体情况如下：零件前后上下平面与左右凹面为铣削加工后进行磨削加工达到要求精度，ø23、四处ø10孔需经过先钻削在进行扩孔加工。3.3.3制定工艺路线设计制造流程的初衷应是在满足部件几何结构和尺度的准确性和定位精准性的同时，确保其技术的合理保障;当生产的规模已经明确时，可以选择使用通用设备搭配特定的工具夹持器并且尽可能地把操作步骤整合在一起提升效率。此外还需要考虑到财务效益问题，从而降低制造成本的可能性最大化。[10]方案一：工序1：锻造，毛坯锻造，下料、自由锻后模锻成型工序2：铣平面，铣尺寸30底平面，铣尺寸60两平面，铣凹平面工序3：钻扩孔，预钻扩中心Φ40球面孔、Φ34孔至Φ23mm工序4：热处理，调质后硬度达到HRC35~40.5工序5：磨平面，磨尺寸30上、下两平面、磨尺寸60两平面至尺寸要求工序6：钻铰孔，以尺寸30上面及预钻中心孔为定位基准，利用钻床夹具钻铰四处Φ10孔至尺寸工序7：铣凹槽平面、大圆弧、倒角，三面刃铣刀铣两处开档尺寸为44的凹两处槽平面；立铣刀铣R305大圆弧，三面刃铣刀铣R50大圆弧；铣两处C9倒角和两处C4倒角工序8：车端面镗孔，修整尺寸30上面并镗Φ34孔至尺寸工序9：铣槽，铣两处Φ40两凹槽，留1mm余量备插销；铣Φ41内槽至尺寸工序10：镗球面，用专用夹具装夹零件，镗Φ40球面至，留0.02mm余量备研磨工序11：插槽，插两处Φ40槽至尺寸工序12：研球面，精研磨Φ40球面，配合球体检查尺寸及接触情况至符合要求工序13：检测、入库方案二：工序1：锻造，毛坯锻造，下料、自由锻后模锻成型工序2：铣平面，铣尺寸30底平面，铣尺寸60两平面，铣凹平面工序3：磨平面，磨尺寸30上、下两平面、磨尺寸60两平面至尺寸要求工序4：热处理，调质后硬度达到HRC35~40.5工序5：铣凹槽平面、大圆弧、倒角，三面刃铣刀铣两处开档尺寸为44的凹两处槽平面；立铣刀铣R305大圆弧，三面刃铣刀铣R50大圆弧工序6：预钻扩中心Φ40球面孔、Φ34孔至Φ23mm工序7：钻铰孔，以尺寸30上面及预钻中心孔为定位基准，利用钻床夹具钻铰四处Φ10孔至尺寸工序8：车端面镗孔，修整尺寸30上面并镗Φ34孔至尺寸工序9：铣槽，铣两处Φ40两凹槽，留1mm余量备插销；铣Φ41内槽至尺寸工序10：铣两处C9倒角和两处C4倒角工序11：镗球面，用专用夹具装夹零件，镗Φ40球面至，留0.02mm余量备研磨插槽，插两处Φ40槽至尺寸工序12：研球面，精研磨Φ40球面，配合球体检查尺寸及接触情况至符合要求工序13：检测、入库对于以上步骤安排的两个策略进行比较：本文更倾向于采取方案一的设计方式，因为它能使操作流程更加集约化，便于管理和控制。然而，如果我们将其与方案二相比，就会发现后者采用了分步式的工作模式，使得每个环节都具有一定的独立性。[11]鉴于此产品的制造规模庞大，通过实施步骤整合策略能够有效地减少调试任务，有助于确保生产的品质稳定性和精确度，同时利用气动夹具也能提升工艺速度，所以从这些角度来看，方案一似乎是更好的选择。钻床夹具和镗孔夹具定位结构：钻床夹具：两个定位，定位元件有2个，分别为底座8和菱形销3，底座8采用平面定位，限制钻孔方向Z向和绕X、Y方向旋转的3个自由度，菱形销3采用圆柱面定位，限制X、Y方向平移和绕Z向旋转的3个自由度，共限制6个自由度。夹紧元件通过螺母13旋进夹紧，使工件尺寸60的侧面靠紧在底座8定位面上镗孔夹具：一面两销定位方案，定位元件有3个，分别为基座2和定位销10，基座2采用平面定位，限制绕镗孔方向Z向旋转、绕Y向旋转和X方向移动的3个自由度，两个圆柱销10采用圆柱面定位，限制Z、Y方向平移和绕X向旋转的3个自由度，共限制6个自由度。夹紧元件通过螺母5旋进夹紧，使工件尺寸60的侧面靠紧在基座2定位面上。4镗球面工序加工工艺设计 4.1镗球面工序的精度要求分析 4.1.1尺寸及位置精度分析表4.1球面尺寸及位置精度要求特征基本尺寸粗糙度公差球面Sφ40Ra1.6μm0.05mm孔φ10Ra1.6μm0.027mm端面60Ra1.6μm0.02mm槽宽23Ra1.6μm0.13mm该发动机吊挂支架的关键尺寸和精度要求非常严格，以确保其在使用中的稳定性和性能。球面特征的尺寸为Sφ40，即球面直径为40mm，表面粗糙度要求为Ra1.6微米，这意味着球面的表面必须相当光滑，以减少摩擦和磨损。[12]同时，球面的尺寸公差被控制在0.05mm以内，这保证了球面的制造精度，使得吊挂支架在配合其他部件时能够达到预期的稳定性和定位精度。[12]吊挂支架上还有一个孔特征，其直径为10mm。这个孔的表面粗糙度同样要求为Ra1.6微米，以确保光滑度和配合精度。值得注意的是，该孔的尺寸公差被严格控制在0.027mm，这对于确保装配的准确性和运行的平稳性至关重要。吊挂支架的端面尺寸为60mm，其表面粗糙度也需达到Ra1.6微米，以提供良好的接触面和装配性能。同时，端面的尺寸公差被限定在0.02mm以内，这进一步提升了整体的制造和装配精度。吊挂支架上槽宽尺寸为23mm。尽管槽的表面粗糙度也为Ra1.6μm，但其尺寸公差相对较宽松，为0.13mm，这是因为槽的功能特性允许有一定的制造误差范围。4.1.2表面质量分析发动机吊挂表面质量分析是对吊挂表面进行微观和宏观质量的检测和分析。这包括对表面的粗糙度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等进行分析，以评估其是否符合设计要求和使用要求。[13]该零件的外观尺寸不大，但构形较复杂，配合表面精度为IT6～IT8，配合表面粗糙度大部分为Ra1.6μm。工作表面为Ra6.3μm，其刚性较差（两边缘处）。 4.2镗球面工序的工步安排 4.2.1加工基准选择基于零件图中要求的11±0.1mm的原始尺寸，所给定的设计基准为端面A。如果以此端面作为工序的定位基准，可以实现定位基准与设计基准相重合的设计效果。采用这种方案能减少定位与设计基准的误差，但是A端面的截面面积过小，不宜作为基准面。同时根据夹紧力的合力应该尽量作用于支承表面的几何中心这一设计原则，其夹紧的位置应应该选为与端面A相对的底面B，底面B的几何构型为φ610mm的一段圆弧面。显然以其作为夹紧并不可靠，再对工序卡片进行分析和参考可知，与不利于槽和内球面的加工，而且按这种夹紧方法设计出的夹具结构过于复杂。[14] 4.2.3镗球面的加工工步设计在主要定位基准面工序40、50修复加工后开始此工序。是由于主定位基准平面其热处理之前工序25孔加工时，孔的位置精度偏差，镗削可调整，车端面及镗孔在同一工序中加工，可保证镗孔中心与端面的垂直度达到要求。是为下一道工序60的准备工序，这里采用了工序集中原则，为球面加工切除部分余量。[15]4.3确定切削用量及基本工时工序2：铣尺寸30底平面，铣尺寸60两平面，铣凹平面工步1：铣尺寸30底平面，此步骤中需要保留0.5mm余量加工机床：结合设计需求，选择X52K立式铣床加工刀具：选择直径为100mm，齿数为5的高强度、高耐磨性锥柄立铣刀切削深度：参考相关资料可直接得到切削深度，走刀次数为1刀。进给量：机械加工工艺手册和车床使用说明是进给量的确定依据。初选切削速度、主轴转速、进给速度。已知d0=100、Z=5、、粗加工ap=1.5＜5，最终查表得到Vc=181m/min、n=575r/min、Vf=230mm/min。查表得n=575r/min的近似值为n=600r/min故实际的切削速度（4）加工工时：工步2：铣尺寸60两平面加工机床：结合设计需求，选择XA5032铣床，，查《切削用量简明手册》3.1铣刀直径的选择，，加工刀具，选择铣刀直径为100mm，根据表3.15查刀具齿数，当d=100时，齿数为5，硬质合金端铣刀。查表3.5加工平面进给量表，切削材料为钢，粗加工刀具为YT5，确定fz=0.12~0.18mm/z。查表3.15，确定Vc、n、Vf，已知d0=100、Z=5，得到：粗加工ap=3.5＜5，所以确定Vc=181m/min、n=575r/min、Vf=230mm/min查表3.30取近似值为n=600r/min；Vf=235mm/min粗加工；故实际的切削速度（4）加工工时：工步3:铣凹平面加工机床：结合设计需求，选择X52K立式铣床，，查《切削用量简明手册》3.1铣刀直径的选择，，加工刀具，选择铣刀直径为100mm，根据表3.15查刀具齿数，当d=100时，齿数为5，硬质合金端铣刀。查表3.5加工平面进给量表，切削材料为钢，粗加工刀具为YT5，确定fz=0.12~0.18mm/z。查表3.15，确定Vc、n、Vf，已知d0=100、Z=5，得到：粗加工ap=3.5＜5，所以确定Vc=181m/min、n=575r/min、Vf=230mm/min查表3.30取近似值为n=600r/min；Vf=235mm/min粗加工；故实际的切削速度（4）加工工时：工序3：钻孔Φ28至Φ34mm1.工件材料为40钢，=640MPa，热轧钢孔径d=34mm，孔深L=30mm通孔，精度为12~13级，机床为Z525，乳化液，选择刀具：高速钢麻花钻d=34mm；2.切削用量（1）切削进给量①按加工要求进给量f根据表2.7，σb=640＜800，d=34∈（30,60），故f=0.6~0.7；根据表2.7下面注释，当孔深大于3倍直径时应乘修正系数，本工序无需乘系数。②按钻头强度决定的进给量根据表2.8，由σb=640，d=34，确定f=1.6mm/r③按机床进给机构强度决定的进给量根据表2.9、可知Z525允许的轴向力为8830N，因此，f=0.16mm/r。由表2.35确定f=0.17mm/r（2）切削速度由表2.14确定加工性分类，“40”结构碳钢，σb=640，为5类；由表2.13知：当加工性为5类，f=0.17时，d=34，切削速度为26m/min；由表2.35，确定n=272r/min；故实际切削速度为：工时查表2.29，取切入、切出量=12，所以L=30+12=42工序5：铣平面，铣尺寸30上、下两平面、铣尺寸60两平面至尺寸要求工步1：铣平面，铣尺寸30上、下两平面，此步骤中不保留余量加工机床：结合设计需求，选择XA5032铣床查《切削用量简明手册》3.1铣刀直径的选择，，加工刀具，选择铣刀直径为100mm，根据表3.15查刀具齿数，当d=100时，齿数为5，硬质合金端铣刀。查表3.5加工平面进给量表，切削材料为钢，粗加工刀具为YT5，确定fz=0.12~0.18mm/z。查表3.15，确定Vc、n、Vf，已知d0=100、Z=5，得到：粗加工ap=3.5＜5，所以确定Vc=181m/min、n=575r/min、Vf=230mm/min查表3.30取近似值为n=600r/min；Vf=235mm/min粗加工；故实际的切削速度（4）加工工时：工步2：磨尺寸60两平面至尺寸要求加工机床：选择M7130平面磨床加工刀具：本文使用耐磨性能良好的高速钢麻花钻头(1)切削深度：参考相关资料，可直接获得切削深度，按工序余量分2次进行刀削。(2)进给量：机械加工工艺手册和车床使用说明是进给量的确定依据。(3)切削速度和主轴转速：机械加工过程手册是确定进给量的基础。故主轴转速根据铣工使用说明选择主轴转速故实际的切削速度（4）加工工时：工序6：钻铰孔，以尺寸30上面及预钻中心孔为定位基准，利用钻床夹具钻铰四处Φ10孔至尺寸加工机床：本文结合设计需求，选择Z35摇臂钻床加工刀具：选择具有较高强度和刚度的高速钢麻花钻头切削用量：(1)切削深度：根据《机械加工工艺手册》的规定，确定切削深度，按工序余量分2次进行刀削。(2)进给量：机械加工工艺手册和车床使用说明是进给量的确定依据。(3)切削速度和主轴转速：机械加工过程手册是确定进给量的基础。故主轴转速根据铣工使用说明选择主轴转速故实际的切削速度（4）加工工时：工序7：铣凹槽平面、大圆弧、倒角，三面刃铣刀铣两处开档尺寸为44的凹两处槽平面；立铣刀铣R305大圆弧，三面刃铣刀铣R50大圆弧；铣两处C9倒角和两处C4倒角。工步1：三面刃铣刀铣两处开档尺寸为44的凹两处槽平面加工机床：结合设计需求，本文选择X52K专用三面刃错齿组合铣刀加工刀具：选择直径为10mm、齿数为5的高强度、高耐磨度硬质合金立铣刀切削用量：(1)切削深度：参考相关资料可直接获得切削深度，4刀一次。(2)进给量：机械加工工艺手册和车床使用说明是进给量的确定依据。(3)切削速度和主轴转速：机械加工过程手册是确定进给量的基础。故主轴转速根据铣工使用说明选择主轴转速故实际的切削速度（4）加工工时：工步2：立铣刀铣R305大圆弧，三面刃铣刀铣R50大圆弧加工机床：结合设计需求，本文选择X52K立式铣床加工刀具：选取直径为25mm、齿数为6的高强度、性能优异的合金立铣刀切削用量：(1)切削深度：参考相关资料，可直接得到切削深度，走刀次数为1刀。(2)进给量：机械加工工艺手册和车床使用说明是进给量的确定依据。(3)切削速度和主轴转速：机械加工过程手册是确定进给量的基础。故主轴转速根据铣工使用说明选择主轴转速故实际的切削速度加工工时：工步:3：铣两处C9倒角和两处C4倒角。加工机床：结合设计需求，本文选择X52K立式铣床加工刀具：选取直径为25mm、齿数为6的高强度、性能优异的合金立铣刀切削用量：(1)切削深度：参考相关资料，可直接得到切削深度，走刀次数为1刀。(2)进给量：机械加工工艺手册和车床使用说明是进给量的确定依据。(3)切削速度和主轴转速：机械加工过程手册是确定进给量的基础。故主轴转速根据铣工使用说明选择主轴转速故实际的切削速度加工工时：工序8：车端面镗孔，修整尺寸30上面并镗Φ34孔至尺寸选择CA6140、专用夹具，外圆刀背吃刀量（）：=1mm车削速度：＝75米/分转换为主轴转速＝切削速度/（外圆直径×3.14）＝75000/（70×3.14）＝341转/分与341转/分相近的转速为362转/分。所以选取362转/分确定进给量：进给量0.7～1mm，取0.73mm/r基本工时t=代入公式（4.1）其中l=25mm;=3mm;=2mm;t===0.11(min)（4.1）工序9：铣槽，铣两处Φ40两凹槽，留1mm余量备插销；铣Φ41内槽至尺寸工步1：粗铣底面，此步骤中需要保留0.5mm余量加工机床：结合设计需求，选择X52K立式铣床加工刀具：选择直径为100mm，齿数为5的高强度、高耐磨性硬质合金端铣刀。切削用量：(1)切削深度：参考相关资料可直接得到切削深度，走刀次数为1刀。(2)进给量：机械加工工艺手册和车床使用说明是进给量的确定依据。(3)切削速度和主轴转速：机械加工过程手册是确定进给量的基础。故主轴转速（2.1）根据铣工使用说明选择主轴转速）故实际的切削速度（2.2）（4）加工工时：工步2：铣槽，铣两处Φ40两凹槽，留1mm余量备插销；铣Φ41内槽至尺寸：选择数控铣床X51、专用夹具，刀具：φ40立铣刀背吃刀量（）：=0.5mm进给量：每齿进给量0.4～0.6mm，取0.4mm/Z切削速度：＝25米/分转换为主轴转速＝切削速度/（铣刀直径×3.14）＝25000/（40×3.14）＝159转/分与159转/分相近的转速为160转/分。所以选取160转/分基本工时：代入公式（4.1）其中，，，取，。则有：工序10：镗球面，用专用夹具装夹零件，镗Φ40球面至，留0.02mm余量备研磨选择C6140车床，专用夹具，粗镗刀背吃刀量（）：=0.5mm进给量：进给量0.3～1.0mm，取0.5mm/Z5镗削速度：＝40~60米/分，取40米分转换为主轴转速＝切削速度/（镗刀直径×3.14）＝40000/（39×3.14）＝326转/分与326转/分相近的转速为340转/分。所以选取340转/分基本时间代入公式（4.1）其中，，，取，。则有：4.3.1加工余量的确定加工余量的确定时，应考虑零件的制造过程、机床特性、刀具性能、材料特点及加工精度等要素。加工余量是指从毛坯加工到成品过程中各表面需去掉的材料量。确定加工余量的原则包括：确保足够材料量，以便完成所有后续加工过程并实现所需的尺寸和表面质量；预见任何可能出现的工艺误差；及遵循经济、高效的生产原则，以最小的切削量满足零件质量要求。基于以上原则，确定镗球面孔工序的粗加工余量为单边2.3mm，精加工余量为单边0.5mm。4.3.2背吃刀量确定本次设计的吊挂支架零件机加工工艺方案中，切削加工分为粗加工、精加工。粗加工(Ra50～12.5μm)时，应尽可能一次走刀切除粗加工的全部余量，在中等功率机床上，背吃刀量可达8～10mm。精加工(Ra6.3～3.2μm)时，背吃刀量可取为0.5～2mm。在加工余量过大或工艺系统刚性不足的情况下，粗加工可分几次走刀。若分两次走刀，应使第一次走刀的背吃刀量占全部余量的2/3～3/4，而第二次走刀的背吃刀量取小些，以使精加工工序具有较高的刀具寿命和加工精度及较小的表面粗糙度。基于以上原则，确定镗球面孔工序背吃刀量为粗加工2次走刀，首次走刀背吃刀量1.6mm，二次走刀背吃刀量0.7mm，精加工2次走刀，首次走刀背吃刀量0.35mm，二次走刀背吃刀量0.15mm。4.3.3进给量确定粗加工时，工件的表面质量要求不高，但切削力往往很大，进给量的大小主要受机床进给机构强度、刀具的强度与刚性、工件的装夹刚度等因素的限制。精加工时，进给量的大小则主要受加工精度和表面粗糙度的限制。生产实际中常根据经验或查表法确定进给量。粗加工时根据工件材料、车刀刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量按《切削用量简明手册》表1.4、表1.5和表1.6来选择进给量。在精加工时，则按加工表面粗糙度要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度选择进给量。基于以上原则，确定镗球面孔工序粗加工进给量为0.8mm/r，精加工进给量为0.12mm/r。4.3.4切削速度确定根据已选定的背吃刀量ap，进给量f及刀具使用寿命T，切削建度ve可按式（4.1）计算求得：(4.1)查《切削用量简明手册》中各系数和指数，确定镗球面孔工序粗加工切削速度为37.51m/min，精加工切削速度为53.62m/min。5镗球面工序中镗孔夹具设计5.1镗孔夹具方案的确定 吊挂支架制造工序10需要使用专用夹具装夹零件，镗φ40球面至留0.02mm余量备研磨。因此需要设计专业夹具用于镗床装夹工件。根据工件的结构特点，共有两套夹具方案可供选择。具体夹具方案的内容如表5.1所示。表5.1镗孔夹具的方案对比项目方案一方案二较优方案定位特征Φ10H8孔，尺寸60侧面Φ34H11孔，尺寸60侧面，尺寸20.5顶面方案一定位元件定位销，平面零件定位销、平面零件方案一定位元件数量定位销2件+平面零件1件定位销1件+平面零件2件方案一定位误差组成基准位移误差基准不重合误差、基准位移误差方案一夹紧力作用方向与平面定位面垂直与定位销定位面平行与定位面垂直与定位销定位面平行方案一、方案二均可自动化程度自动定位，半自动夹紧自动定位，半自动夹紧方案一（方案二定位销的定位有效长度过短）夹具操作难度简单复杂，方案一夹具复杂程度中等复杂方案一镗孔夹具设计在对于达到镗孔工艺指标具有极其重要的作用。夹具的主要功能是定位、夹紧工件，并确定工件与机床、刀具的相对位置，从而提升加工精度和效率。在镗孔加工中，夹具的设计直接影响到孔的加工质量、生产效率和制造成本。需要遵循以下原则：（1）定位精准夹具应确保工件在加工过程中的精确定位，以满足孔轴线与加工平面的位置精度要求。通常选择底面或侧面作为定位基准，以实现工件的稳定固定。（2）夹紧可靠夹具需要提供足够的夹紧力，以确保工件在加工过程中不会移动或振动。夹紧机构应设计得简单、可靠，并便于操作。同时，要避免因夹紧力过大而损坏工件。（3）刚性与稳定性夹具本身应具有良好的刚性和稳定性，以抵抗加工过程中产生的切削力和振动。这有助于保持刀具与工件之间的稳定接触，从而提高加工精度和表面质量。（4）调整方便夹具应设计成易于调整和装夹的形式，以适应不同尺寸和形状的工件。这不仅可以提高生产效率，还可以降低操作人员的劳动强度。（5）经济性与通用性在满足加工要求的前提下，夹具的设计应尽量简单、经济。同时，考虑夹具的通用性，使其能够适用于多种工件的加工，从而降低生产成本和提高设备利用率。对比以上2套夹具方案，根据以上镗孔夹具设计原则，综合考虑定位、夹紧、刚性、调整方便性以及经济性等多个方面，方案一相对于方案二更能够确保加工过程的顺利进行和加工质量的稳定提升，因此本次夹具设计选择方案一。5.2零件的定位结构设计 5.2.1自由度分析与限制该夹具主要用于满足如图3-1～图3-3所示的支架零件、附录A所示的第25道加工工序中发动机吊挂支架零件的加工装夹和定位需要而设计。加工过程中的进给方向为沿球面轴线方向，因此需要限制零件沿球面轴向的1个自由度；为保证零件球面的中心定位，需要限制垂直于球面轴线方向的2个自由度和该2个方向向的旋转自由度共5个自由度；同时，为保证零件被加工面与刀具产生相对运动，需要限制零件绕球面轴线的旋转。观察图3-1～图3-3所示的支架零件，尺寸60n6两侧面，尺寸2-φ10H8两孔均可以作为定位面，因此采用组合限制上述6个自由度。5.2.2定位误差计算由于设计基准与定位基准不重合，定位基准与设计基准的误差=20.08=0.16，安装间隙=0.072，取。两销的轴线所在平面的误差，取中值，二孔为，圆形销为，即，菱形销为，尺寸误差==0.068。由于夹紧方向所引起的形变对该零件的原始尺寸无影响，所以夹紧力误差=0。方法误差包括机床、刀具、零件的形变误差。取=0.02。对刀误差取=0.02。由于该夹具不存在变工位问题。所以分度误差=0。装夹安装产生的误差。夹具的校正面与定位元件的位置误差为0.015+0.015=0.03，安装找正时产生的误差为0.02。所以=0.02+0.03=0.05=0.018<0.2表明夹具的定位误差满足要求。 5.2.3定位零件设计按照以上“一面两销”定位方案，采用2-φ10H8两孔作为销定位孔，采用60n6侧面作为定位面。在销定位方式中，采取圆柱销与削边销配合使用方案。削边销的设计是为了增加两孔连心线方向上的间隙，避免过定位。通过把第二销碰到工件孔壁的部分削去，形成削边销，只留下上下一部分圆柱面，这样也减小了第二销的直径。面的定位采用夹具上经过高精度加工的平面作为定位零件，保证零件定位面可靠定位。5.3夹紧机构的设计 5.3.1夹紧力的计算由于本次设计的夹具采用了“一面两销”定位方案，因此夹紧的作用主要为了防止零件沿销轴线脱出，因此仅需要计算镗削时切削力沿销轴线方向的切削分力，即切削力的切向分力即可。(5.1)(5.2)查表得MPa，，，，计算：。 5.3.2夹紧机构方案设计C6140型机床在进行发动机吊挂支架内球面及槽孔加工时所采用的专用夹具，以加工件底面及其上两孔为定位准则，从而有效限制了待加工零件在空间中的运动自由度。在夹具安装过程中，需通过螺栓将夹具本体与圆盘连接牢固，通过螺栓确保圆盘上的螺孔与花盘保持恰当对接。为实现夹具的精准定位，本设计在夹具上增设了一圆环型找正器。在夹具正式工作时，将待加工零件装置于夹具之上，经由旋紧螺母，利用销钉来避免螺母旋转，从而实现对螺母的牢固固定，并辅以压板对零件施加夹紧力。本夹具设计结构简捷，注重夹具平衡的同时，特在圆盘上开设两孔以减轻其整体质量，并在基座上设计减重型面以配合，且这些设计均致力于解决夹具加工中所可能出现的偏心问题。设计的夹具整体结构如图5.1所示：（a）主视图（b）A向视图（c）俯视图1-圆盘2-基座3-销子4-双头螺栓5-螺母6-垫圈7-压板8-弹簧9-菱形销10-螺钉11-销子12-销子13-销子14-销子15-螺钉图5.1镗球面孔专用夹具装配图基座为夹具的主体零件，零件与圆盘连接的特征设计为146mm×102mm长方体，并用零件设计出四个φ11的沉孔，用于装配连接螺钉。夹具的夹紧机构安装孔、定位销安装孔均在夹具体上制出。如图5.2为夹具体二维尺寸图。图5.2基座尺寸图圆盘为夹具与过渡连接的零件，外形设计为回转体，并于车床上的卡盘夹紧和定位，圆盘上对应基座的螺钉装配位置设计有4个M10螺纹孔，用于与基座连接的螺钉装配。圆盘的二维尺寸如图5.3所示。图5.3圆盘尺寸图6钻扩孔中钻床夹具设计6.1钻孔夹具方案的确定该夹具主要用于满足如图3.1所示的吊挂支架零件、附录A所示的第6道加工工序、的4处φ10H8孔钻孔和铰孔工步过程中吊挂支架零件的加工装夹和定位需要而设计。吊挂支架的制造工序6需要使用专用夹具装夹零件，利用钻床夹具辅助钻铰四处φ10孔至尺寸。因此需要设计专业夹具用于钻床装夹工件。根据工件的结构特点，共有两套夹具方案可供选择。具体夹具方案的内容如表6.1所示。表6.1钻孔夹具的方案对比项目方案一方案二较优方案定位特征Φ40球面孔中间特征Φ32孔，尺寸20.5顶面Φ40球面孔中间特征Φ32孔，尺寸20.5顶面方案一、方案二均可定位元件菱形销、平面零件菱形销、平面零件方案一、方案二均可定位元件数量菱形销1件+平面零件2件菱形销1件+平面零件2件方案一、方案二均可定位误差组成基准位移误差基准位移误差方案一、方案二均可夹紧力作用方向平行于圆柱销定位面垂直于平面定位面垂直于圆柱销定位面平行于平面定位面方案一夹紧操作难度中等，需要拆卸压紧螺母、压板等简单，仅需要旋进、旋出螺母方案二自动化程度自动定位，人工夹紧自动定位，半自动夹紧方案二夹具复杂程度中等中等方案二钻孔夹具设计在机械加工中具有至关重要的作用。它不仅能够确保工件在加工过程中的稳定性和精度，还能有效提高加工效率，降低操作难度，为工人提供更好的安全保障。一个优秀的钻孔夹具设计能够显著提升产品质量，减少废品率，从而为企业节约成本。钻孔夹具设计需要遵循以下原则：（1）稳定性夹具必须具备足够的稳定性，确保在钻孔过程中工件不会产生滑动或移位。这要求夹具的底座要稳重，夹紧机构要牢固可靠。（2）精度保证原则夹具的设计应确保钻孔位置的准确性。这要求定位元件具有高精度，并且需要考虑工件的热变形和夹具的磨损对精度的影响。（3）夹紧力适中原则夹紧力要足够且适中，既要防止工件在加工过程中移动，又要避免夹紧力过大导致工件变形或夹具损坏。设计时需根据工件的材质、形状和加工要求来合理确定夹紧力。（4）灵活性和可调性原则夹具应具有一定的灵活性和可调性，以适应不同尺寸和形状的工件。例如，可以设置可调定位元件或采用模块化设计，便于根据实际情况进行调整。（5）安全性原则夹具设计需考虑操作人员的安全。所有运动部件应设有防护装置，防止操作人员在操作过程中受伤。同时，夹具的操作应简便易懂，减少误操作的可能性。对比以上2套夹具方案，根据以上钻孔夹具设计原则，综合考虑稳定、精度、夹紧力、可调性以及安全性等多个方面，方案二相对于方案一更能够确保加工过程的顺利进行和加工质量的稳定提升，因此本次夹具设计选择方案二。6.2零件的定位结构设计6.2.1自由度分析与限制根据零件分析，由于选择的机床为Z35摇臂钻床，该机床加工时刀具进给方向沿Z方向自上而下，因此零件φ10H8孔加工时，孔轴线应与刀具进给方向一致，即10H8孔轴线应与刀具进给方向平行，同时为保证刀具与工件在该方向具有相对运动以实现有效切削，需要限制零件Z方向的自由度，同时由于4孔同时加工，因此需要限制绕Y、Z方向旋转的自由度。在兼顾零件加工基准选择的“基准统一”原则基础上观察图3.1中满足该要求的零件特征，尺寸60侧面和φ32孔（φ34H11孔或φ40球面孔的中间工序尺寸）可以通过组合限制该方向自由度，可以作为该方向装夹定位的基准面。按照图3.1所示的形位公差要求，吊挂支架零件中φ10H8孔和尺寸20.5上面（φ32孔口端面）有较高的线性尺寸精度要求，为保证该精度，需要限制与零件孔轴线垂直的Y方向自由度。直接利用尺寸20.5上面定位，不但可以限制零件Y方向的自由度，还可以同时限制工件绕X、Z方向的旋转自由度，这也符合基准选择的“基准统一”原则，即工艺基准与设计基准的统一。根据以上分析，钻-铰φ10H8孔时，工件以φ32孔及其孔口端面（即尺寸20.5上面）为定位基准，采用平面和短定位销组合定位方案，在定位平面及短定位轴的圆柱面上定位，其中平面限制Y方向平移和绕X、Z方向的转动共3个自由度，短定位销限制X和Z方向的移动以及2个自由度，尺寸60侧面限制绕Y方向的转动自由度，共限制了6个自由度。6.2.2定位误差分析观察图3.1，钻-铰φ10H8孔的定位误差仅在Y方向有20.5±0.02的尺寸精度要求，其它尺寸均为未注公差，因此仅考虑Y方向定位误差。由于工序基准与定位基准重合，因此该工件装夹的基准不重合误差为——，参考《机床夹具设计实用手册》定位误差计算公式，，其中为基准不重合误差，是基准位移误差。基准位移误差主要来源于夹具、工件定位特征的制造误差。在本例中，工件方面由于φ32孔轴线与Y向定位面和本工序待加工φ10H8孔轴线垂直，因此主要为φ32孔在X方向的制造误差，与Y方向定位误差无关，因此工件制造误差可以忽略。夹具方面，制造误差来源于定位销Y向定位面与钻套的最终位置精度，这一精度可以在最终装配时进行配做调整，以精密车床加工IT6级尺寸精度考虑，查加工经济精度为0.01mm，小于单边尺寸偏差0.02mm，可以满足要求。6.2.3定位零件设计按照6.2.1节的分析和表6.1的方案，定位元件为定位销1件、平面零件2件。（1）定位销设计定位销为圆柱形，本次设计为菱形圆柱销，与φ32孔配合，主要是为了提高定位的稳定性和精度。菱形销的四个角落能保持稳定接触，提供更大的容错空间，自适应找到正确位置。此外，菱形销安装便捷，使用寿命长。（2）平面零件1设计本设计中，将菱形销的轴肩面巧妙地设计为定位面，与φ32孔口端面配合，这一创新设计使得菱形销在作为一个零件的同时，能够兼顾两个重要的定位需求。这样做不仅优化了零件结构，还提高了装配的效率和准确性。通过使用菱形销的轴肩面作为定位基准，可以有效地确保装配过程中各部件之间的精确对齐，进而提升整个机械系统的稳定性和性能。这种设计还简化了装配流程，减少了所需零件数量，从而降低了制造成本并提高了生产效率。（2）平面零件2设计尺寸60侧面的定位，通过在夹具底座上加工出平面作为定位面。6.3夹紧机构的设计6.3.1夹紧力的计算吊挂支架钻孔时，夹紧机构的作用主要为防止钻孔时工件的位置发生变化。在本例中，由于夹紧力需要防止工件在钻孔时沿Y方向脱出或者在定位销的配合间隙范围内晃动。钻φ10H8孔的麻花钻扭矩计算按照式（4-1）计算：（4-1）其中Pc为所需动力，按照式（4-2）计算，DC为钻头的刃径，n为转速。（4-2）其中HB为被切削材料的布氏硬度，40CrNiMoA的布氏硬度为330HB～370HB，此处取370HB进行计算。vc为钻头切削速度，为60m/min。f为每转进给量，取0.15mm/r。带入以上公式，计算得。所需的夹紧力F按照式（4-3）计算：(4-3)其中L为压紧点与φ10H8孔中心的距离，为61mm，μ为压紧杠杆与零件表面摩擦系数，取0.15。K为安全系数，此处取2。由此计算得F=720.56N。所以固定加工该工件夹紧机构拥有足够的夹紧力,大小至少为720.56N6.3.2夹紧机构及夹具整体设计夹紧机构由垫片35、铆钉1、压板2、螺栓34、螺钉33、弹簧5、螺母13和底座6构成，螺栓34一端固定在底座6的螺纹孔内，通过螺钉33限制螺栓34与底座6的相对运动，操作人员通过旋紧装配在螺栓34上的螺母13，推动压板2向使其靠近工件的尺寸60的侧面，压板2通过由铆钉1固定在其上的垫片35压紧工件的尺寸60的侧面，使工件的φ32孔与菱形销3的圆柱面靠紧，从而完成工件夹紧。松开工件时，操作人员旋出螺母13，此时压板2在预压缩的弹簧5的恢复力作用下向远离工件方向运动，松开工件。除夹紧机构外，钻孔夹具还包括钻模板7、钻套16～21，钻模板利用螺钉与底座6连接。设计的夹具整体结构如图6.1所示：主视图俯视图向视图图6.1钻扩孔专用夹具装配图7结论本文通过对发动机吊挂支架零件的深入研究，详细探讨了其加工工艺及夹具设计。在研究过程中，首先对零件的图样和结构进行了全面的工艺性分析，确定了合理的设计方案，为实际生产提供了详实的操作指导。在镗球面工序的加工工艺设计中，本文着重分析了工序的精度要求，包括尺寸精度、位置精度和表面质量，并据此合理安排了工步，精确计算了切削用量，以确保加工质量和效率。在夹具设计方面，本文通过对零件的自由度进行深入分析，设计了有效的定位结构，