支架的机械加工工艺规程编制和专用设计

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毕业设计(论文)

论文题目

支架的机械加工工艺规程编制和专用设计

姓 名 学 号 专 业 指导教师

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摘要

随着机械制造业的不断发展，社会对生产率的要求也越来越高，因此，大批量生产成为时代的需求，而组合机床就可以满足这一需求，我们有必要来研究他。另外，支架是主要起支撑作用的构架，承受较大的力，也有定位作用，使零件之间保持正确的位置。因此支架加工质量直接影响零件加工的精度性能，我们有必要对其进行研究。

机械制造毕业设计涉及的内容比较多，它是基础课、技术基础课以及专业课的综合，是学完机械制造技术基础（含机床夹具设计）和全部专业课，并进行了实训的基础上进行的，是我们对所有课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们三年大学生活中占有重要的地位。 本次毕业设计使我们能综合运用机械制造的基本理论，并结合生产实践中学到的技能知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件（支架）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，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等基本技能的一次实践机会。

关键词：支架加工；夹具；零件加工

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Abstract

With the machinery manufacturing industry development, social productivity are increasingly high requirements, therefore, mass production has become the demand of the times, and the combined machine tool can meet this

demand, we need to study it. In addition, support is the main support frame, bear larger force, but also has the function of positioning, so that the parts to maintain the correct position. So the bracket processing directly affects the quality of parts processing precision, it is necessary for us to study.

Machinery manufacture graduation design involves more content, it is a foundation course, technical and specialized courses based on the comprehensive, is the completion of the foundations of machinery

manufacturing technology (including machine tool fixture design ) and all the professional courses, and conducted training on the basis of, is that we all course of an in-depth and comprehensive general review, is also a theory with practical training, therefore, in our three years university life occupy an important position.

This graduation design so that we can make comprehensive use of machinery basic theory, and combining with the production practice skills learned

knowledge, independent analysis and solve process problems in preliminary design, with a moderately complex parts ( bracket ) process capability and use of fixture design of the basic principles and methods, formulate fixture design, completion tongs structure design ability, is also familiar with and apply the manuals, charts and other technical data and write technical file to wait an opportunity to practice basic skills.

Key words machining jig parts processing

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目 录

摘要·······················································1 Abstract···················································2

1绪论·····················································6

1.1对零件进行工艺分析并画零件图···························6 1.1.1 支架的作用及结构特点2222222222222222222222222226

1.1.2 支架的工艺分析2222222222222222222222222222222226 1.1.3 支架的零件图22·································6 1.2选择毛坯的制造方法并绘制毛坯简图 1.2.1 选择毛坯的制造方式22222222222222222222222222222228 1.2.2 确定毛坯的形状、大小222··························9

2.制订零件的机械加工工艺路线222222222222222222222222222222211

2.1 确定零件各孔、平面加工方案22222222222222222222222222211 2.1.1 定位基准的选择22222222222222222222222222222222222211 2.1.2 制订工艺路线222222222222222222222222222222222222212

2.1.3 选择各工序机床及工、夹具，刀具，加工余量及工序间尺寸与公差

的确定22222222222222222222222222222222222222222222213

2.1.4 切削用量和时间定额的确定2222222222222222222222222214 2.1.5 机械加工工艺过程卡和工序卡22······················15

3.机床夹具设计计算和结构设计·······························20

3.1确定夹具设计方案，绘制结构原理示意图22222222222222220

3.1.1工件在夹具中加工的精度分析2222222222222222222222221 3.1.2计算夹紧力22222222222222222222222222222222222222222 3.1.3画夹具装配图和零件图2····························24 结论·······················································28 致谢·······················································30 参考文献···················································31

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1绪论

1.1对零件进行工艺分析并画零件图

1.1 支架的作用及结构特点

支架是起支撑作用的构架，承受较大的力，也具有定位作用，使零件之间保持正确的位置。

在支架高20mm处两个R12mm宽12mm的凸出部位之间相隔2mm，其中一个上有螺纹孔，另一个上有通孔，则此处构造比较复杂，且在支架高36mm处有2mm宽的一个缺口，这两部分刚度比较低。中间有Ф30mm的孔，属于套类结构，伸出部分为一平台，上有螺纹盲孔，在端部有倾斜60°的凸出部分，起定位作用，此处应力教集中，强度要好。在平台下面有增强其硬度的肋板。两个R12mm凸出，2mm宽36mm高处缺口及R10mm凸出部分为复杂结构，其加工存在一定的难度，要求较高，防止其损坏，需要对其进行必要的热处理。

1.2 零件的工艺分析

主要加工表面Ф30mm中心孔及两端倒角，上、下端面，M6↓12螺纹盲孔，右端部倾斜60°凸出部分中间孔Ф8mm，左端两个凸出部分外侧面及其中间M10螺纹孔和Ф11孔。

(1)选用灰铸铁HT150，硬度150～200HB，负荷低，磨损无关重要，变形很小，经过正火处理。灰铸铁件的牌号和应用范围如表1-1所示。 （2）未标注圆角半径为R3mm。

（3）加工表面不应该有毛刺、裂缝、结疤、夹渣等缺陷，并应清理清洁。 （4）所有加工表面应光洁，不可有裂缝、压痕、毛刺、气孔、凹痕以及非金属夹杂物。

（5）上下表面应与中心孔轴线保持一定的垂直度0.06mm和平面度0.05mm，中心孔内表面表面粗糙度Ra≤1.6μm，左端两个凸出部分外表面Ra≤6.3μm，右端部倾斜60°凸出部分中间孔内表面Ra≤1.6μm，为较高精度，且Φ8 。

（6）在加工之前进行人工时效热处理，对毛坯预备性热处理，为降低零件硬度，在精加工阶段的磨削加工前进行淬火处理，淬火后工件硬度提高且易变形。

表1-1 灰铸铁件的牌号和应用范围 牌号 硬度HB 应用范围 工作条件 用途举例 盖、外罩、油盘、手轮、手把、支架、（1）负荷极低 坐板、重锤等形状简单、不重要的零HT100 ≤170 （2）磨损无关重要 件，这些铸件通常不经试验即被采用，（3）变形很小 一般不需要加工，或者只需经过简单的机械加工。 HT150 150～200 （1）承受中等载荷(1)一般机械制造中的铸件，如支柱、- 6 -

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的零件 坐板、齿轮箱、刀架、轴承座、轴承（2）摩擦面间的压滑座、工作台，齿面不加工的齿轮和力≤490KPa 链轮，汽车、拖拉机的进气管，排气管、液压泵进油管等； （2）薄壁（重量不大）零件，工作压力不大的管子配件，以及壁厚≤30mm的耐磨轴套等； （3）圆周速度为6～12m/s的带轮以及其他符合左列工作条件的零件。 （1）一般机械制造中较为中重要的铸HT200 170～220 件，如气缸、齿轮、链轮、棘轮、衬(1)承受较大负荷的套、金属切削机床床身、飞轮等； 零件 （2）汽车、拖拉机的汽缸体、汽缸盖、（2）摩擦面间的压活塞、制动毂、联轴器盘、飞轮、离力＞490KPa（大于合器外壳、分离器本体、左右半轴壳10t的大型铸件＞HT250 190～240 1470 Kpa）或需经表等； （3）承受7840KPa以下中等压力的液面淬火的零件 压缸、泵体、阀体等； （3）要求保持气密（4）汽油机和柴油机的活塞环； 性以及韧性的零件 （5）圆周速度为12～20m/s的带轮以及其他符合左列工作条件的零件。 1.3 支架的零件图，见图纸所示。

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1C1两端130°0.060AR102R1M1015技术要求：1、未注圆角均为R2～3；2、加工表面涂漆；3、线性未注公差为GB/T1804-m。2R3820840±0.1?600.1A0.05036M6↓0.060B1260?70A?16?30 +0.003010?R1015.0+008 26122A0.060B0.050B?116560°A14101:11材料HT1505R135设计校核审核支架比例数量2010.3.14重量2010.3.14

1.2选择毛坯的制造方式并绘制毛坯简图

2.1 选择毛坯的制造方式

该零件加工要求高，加工面数量多，并且种类繁多，有车、磨端面，钻孔、扩孔、攻螺纹、车倒角、钻斜孔等，位置、形状、尺寸精度都各有要求。支架材料为灰铸铁HT150，硬度为150～200HB，承受中等载荷的零件，摩擦面间的压力≤490KPa,用于一般机械制造，薄壁（重量不大）零件，工作压力不大的管子配件以及壁厚≤30mm的耐磨轴套等和圆周速度为6～12m/s的带轮以及其他符合表1-1中条件的零件。

毛坯种类的确定是与零件的结构形状、尺寸大小、材料的力学性能和零件的生产类型直接相关的，另外还和毛坯的具体生产条件相关。铸件：包括铸钢、铸铁、有色金属及合金的铸件等。铸件毛坯的形状可以相当复杂，尺寸可以相当大，且吸振性能好，但铸件的力学性能差。

生产纲领为大批量生产，采用精度和生产率高的毛坯制造方法，如金属型铸造，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，因此可以减少切削加工用量，从而提高材料的利用率，降低了机械加工成本。金属型铸造就是将熔融的金属浇注到金属模具中，依靠金属自重充满金属模具型腔而获得的铸件，这种铸件比砂型铸造铸件精度高，表面质量和力学性能好，生产效率也高，但需要专用的金属型腔模，适用于大批量生产中的尺寸不大的有色金属铸件，综合上述生产此支架零件选择金属型铸造铸件的方式。

2.2 确定毛坯的形状、大小

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（1）毛坯的特点，如表2-1所示：

毛坯的特点及应用范围 制造精度 加工余量 IT11～13

（2）铸件尺寸公差，如表2-2所示：（/μm） 铸件基本尺寸 大于 25 40 63 100 至 40 63 100 160 11 3.6 4.0 4.4 5.0 公差等级 12 5.0 5.6 6 7 13 7 8 9 10 14 9 10 11 12 大 原材料 铸铁、铸铜为主 工件尺寸 工件形状 各种尺寸 复杂 适用生产类型 各种生产 生产成本 较低

（3）铸件的机械加工余量，如表2-3所示:(/mm) 尺寸公差等级CT 加工余量等级MA 基本尺寸 大于 - 至 100 4.0 2.5 5.0 3.5 F G 12 H J 加工余量数值 4.5 3.0 5.5 4.0 5.0 3.5 6.5 5.0 6.0 4.5 7.5 6.0 100 160 （4）铸造孔的最小尺寸,如表2-4所示：（/mm) 铸造方法 金属及砂型铸造 合金种类 全部 一般最小孔径 30 特殊最小孔径 8～10 （5）机械加工余量，工序尺寸确定 由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有误差，因此所规定的加工余量其实只

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是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量和最小加工余量之分。铸件的机械加工余量见毛坯的制造表2-3所示，尺寸公差等级为12，加工余量等级MA为G，则可选取毛坯的加工余量有4.5mm和3.0mm两种数值，及其他分析，确定毛坯的基本尺寸，画出毛坯简图

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2、制订零件的机械加工工艺路线

由于零件是大批量生产，它的主要工艺特征是广泛采用专用机床、专用夹具及专用刀具、量具，机床按工艺路线排列组织流水生产。为减轻工人的劳动强度，留有进一步提高生产率的可能，该支架在工艺设计上采用了组合机床的流水线加工方式。

3.1 确定零件各孔、平面的加工方式 （1）孔的加工方式，如表3-1所示： 表3-1 孔的加工方案 序经济加工精加工表面粗加工方案 适用范围 号 度等级（IT） 糙度Ra/μm 加工未淬火钢及铸1 钻 11～12 12.5 铁的实心毛坯，也可2 钻-铰 8～9 3.2～1.6 用于加工非铁金属（但粗糙度稍高），3 钻-粗铰-精铰 7～8 1.6～0.8 孔径＜20mm。 4 钻-扩 11 12.5～6.3 加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可5 钻-扩-铰 8～9 3.2～1.6 用于加工非铁金属，6 钻-扩-粗铰-精铰 7 1.6～0.8 （但粗糙度稍高）孔径＞20mm。 7 钻-扩-机铰-手铰 6～7 0.4～0.1 8 钻-（扩）-拉（或推） 7～9 1.6～0.1 大批量生产的中、小零件的通孔

由表3-1可以确定支架零件各孔的加工方案如下：

A、加工孔Φ30 ，要求内表面粗糙度Ra≤6.3μm，则选择钻-扩-粗铰-精铰的加工方式；

B、加工Φ11，要求内表面Ra≤6.3μm，选择钻-铰的加工方式；

C、加工Φ8 ，要求内表面Ra≤1.6μm，选择钻-粗铰-精铰的加工方式。

（2）平面的加工方式，如表3-2所示： 表3-2 平面的加工方案 序经济加工精度等加工表面粗糙加工方案 适用范围 号 级（IT） 度Ra/μm 1 2 3 4 粗车-半精车 粗车-半精车-精车 粗车-半精车-磨削 粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣） 8～9 6～7 7～9 7～9 - 11 -

6.3～3.2 1.6～0.8 0.8～0.2 6.3～1.6 一般加工不淬硬的平面（端端面 徐州工程学院成人教育学院毕业设计（论文）

5 6 粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-刮研 粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-宽刃精刨 5～6 6～7 0.8～0.1 0.8～0.2 铣表面粗糙度可较低） 精度要求较高的不淬硬平面，批量较大时，宜采用宽刃精刨方案 由表3-2可以确定支架零件各面的加工方案如下： 分析零件的各部分技术要求，四处平面加工，精度要求都在表面粗糙度Ra≤6.3～1.6μm之间，结合零件形状尺寸，选择粗铣-精铣的加工方式。

（3）机械加工的安排原则

1. 对于形状复杂、尺寸较大的毛坯，或尺寸偏差较大的毛坯，应首先安 排划线工序，为精基准加工提供找正基准；

2. 按“先基面后其他”的顺序，首先加工精基准面； 3. 在重要表面加工前应对精基准进行修正；

4. 按“先主后次、先粗后精”的顺序，对精度要求较高的各主要表面进行 精加工、半精加工和精加工；

5. 对于主要表面有位置精度要求的次要表面，应安排在主要表面加工之后 加工；

6. 一般情况，主要表面的精加工和光整加工应放在最后阶段进行，对于 易出现废品的工序，精加工和光整加工可适当提前。

3.2 定位基准的选择

工件在机床上用夹具进行夹紧加工时，用来决定工件相对于刀具的位置的工件上的这些表面称为定位基准，定位基准分为粗基准和精基准。 1、粗基准的选择

粗基准的选择要重点考虑如何保证各个加工表面都能分配到合理的加工余量，保证加工面与非加工面的位置、尺寸精度，还同时要为后续工序提供可靠的精基准。 按照有关粗基准的选取原则（即当零件有非加工表面时，应以这些非加工表面作粗基准；若零件有若干个非加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准）：①加工D面时，选取Φ60外表面外圆为粗基准，利用V型块和一紧固螺钉以Φ60外圆定位夹紧，以限制四个自由度，再以C面为次要粗基准，限制一个自由度，共限制五个自由度，可以满足加工要求；②加工M10和Φ11以R12非加工表面外圆为粗基准；③加工Φ8 以R10非加工表面外圆为粗基准。 2、精基准的选择 选择精基准时，重点考虑的是减少工件的定位误差，保证零件的加工精度和加工表面之间的位置精度，同时也要考虑零件的装夹方便、可靠、准确。结合零件形状尺寸大小、装夹定位，取D面为精基准，较好定位，且定位基准与设计基准重合。

3.3 制订工艺路线

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拟定工艺路线的出发点是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到保证。工艺路线的拟定一般需要做两个方面的工作：一是根据生产纲领确定加工工序和工艺内容，依据工序的集中和分散程度来划分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准。在生产纲领已确定为批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床，组合机床和专用夹具，并尽量采用工序集中的原则，通过减少工件安装的数量来提高生产率。除此之外，还应尽量考虑经济精度以便使生产成本尽量下降。

根据以上原则及前文分析，拟定如下工艺路线： 工序1 铸坯（铸造）

工序2 热处理（人工时效，降低硬度） 工序3 以所选基准，划C、D、E面加工线 工序4 粗铣-精铣D面 工序5 粗铣-精铣C、E面 工序6 钻M6↓12螺纹底孔 工序7 攻螺纹M6↓12 工序8 粗铣-精铣F面 工序9 钻M10螺纹底孔 工序10 攻螺纹M10 工序11 粗铣-精铣G面 工序12 钻-铰Ф11

工序13 钻-扩-粗铰-精铰Φ30 工序14 倒角Φ30 孔，C端面处 工序15 倒角Φ30 孔，D端面处 工序16 钻-粗铰-精铰Φ8

工序17 热处理淬火，提高硬度，150～200HB 工序18 去毛刺 工序19 终检 工序20 入库

分析：为了提高效率，尽量减少零件的装夹定位，如同一平面上孔加工在一次装夹就完成加工要求，使工序集中，节约时间，提高了生产率，按机械加工安排原则，合理的拟定工艺路线。

3.4 选择各工序机床及工、夹具，刀具，加工余量及工序间尺寸与公差的确定 （1）工序3，工件固定在平台上，用划线尺划线找正；

（2）工序4，选择X6130A万能升降台铣床，专用夹具，采用高速钢镶齿三面刃铣刀Ф225mm，量具卡板。D面有3mm加工余量，粗铣2mm留1mm余量，精铣，保证平面度0.05mm；

（3）工序5，选择X6130A万能升降台铣床，专用夹具，采用高速钢镶齿三面刃铣刀Ф225mm，量具卡板。C、E面有4.5mm加工余量，粗铣3.5mm留1mm余量，精铣，相对A基准，保证其垂直度度0.06mm； （4）工序6，选择X6130A万能升降台铣床，专用夹具。

①Ф5麻花钻，螺旋角β=28°，顶角2Kγ=118°，后角α。=16°，横刃斜角ψ=40～60°，钻孔深度12mmФ5盲孔，M10螺纹底孔，量具卡尺；

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②攻螺纹，丝锥M631，螺纹量规，攻螺纹机S4012A；

（5）工序8，选择X6130A万能升降台铣床，专用夹具，采用高速钢镶齿三面刃铣刀Ф225mm，量具卡板。F面有3mm加工余量，粗铣2mm留1mm余量，精铣，相对于B面，保证平行度0.06mm；

（6）①工序9，选择X6130A万能升降台铣床，专用夹具，Ф9扩孔钻（直柄扩孔钻），扩钻通孔Ф9，M10螺纹底孔，量具卡尺；

②攻螺纹，丝锥M1031，螺纹量规，攻螺纹机S4012A；

（7）工序11，选择X6130A万能升降台铣床，专用夹具，采用高速钢镶齿三面刃铣刀Ф225mm，量具卡板。G面有3mm加工余量，粗铣2mm留1mm余量，精铣，相对于B面，保证平行度0.06mm；

（8）①工序12，选择X6130A万能升降台铣床，专用夹具，Ф10.8扩孔钻（直柄扩孔钻），量具卡尺，加工此孔有4mm（双边）余量，留0.2mm精加工； ②铰刀Ф11H8，铰孔，直柄机用铰刀；

（9）①工序13，选择X6130A万能升降台铣床，专用夹具，Ф29.8扩孔钻（直柄扩孔钻），量具卡尺，加工此孔有10mm（双边）余量，留0.2mm精加工； ②粗铰到Ф29.93，直柄机用铰刀； ③精铰到Ф30H7，直柄机用铰刀；

（10）工序14、15，倒角Φ30 孔两端面内孔，选用卧式车床C620-1，专用夹具； （11）工序16，选择X6130A万能升降台铣床，专用夹具，量具卡尺 ①Ф7.8标准麻花钻，钻孔，留0.2mm余量；

②粗铰到Ф7.96mm，留0.04mm余量，直柄机用铰刀； ③精铰到Ф8H7，直柄机用铰刀；

3.5 切削用量和时间定额的确定

（1）工序4，粗铣-精铣D面，保证总高，fz =0.08mm/齿（参考《切削手册》），切削速度：参考有关手册，确定V =0.45m/s。即27m/min，采用高速钢镶齿三面刃铣刀，dw =225mm，齿数z=20，则ns = = =38r/min,现采用X6130万能升降台铣床，根据机床使用说明书，取nw =37.5r/min,故实际切削速度为： V =πdwnw/1000=π×225×37.5/1000=26.5m/min

当nw =37.5r/min时，工作台的每分钟进给量fm应为： Fm =fzznw =0.08×20×37.5=60mm/min

查机床说明书，刚好有fm=60mm/min,故直接选用该值，切削加工时，由于是粗铣-精铣，利用作图法，可得出行程刀刃口宽20mm，L=23 360mm=360mm，则机动加工时间为：Tm =L/fm =360/60min=6min

(2)工序5，粗铣-精铣C、E面，切削用量同上，铣刀行程L=360mm﹢1632mm=392mm，则机动加工时间为Tm = L/fm =392/60min=6.53min

（3）工序6，钻M6↓12螺纹底孔，即钻Ф5盲孔，确定进给量f：根据《切削手册》，当材料δb＜800MPa，d。=Ф5mm时，f =0.2～0.6mm/r，由于本零件在加工Ф5孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则 f =（0.2～0.6）30.75=0.15～0.45mm/r

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根据X6130机床说明书，取f=0.1mm/r,切削速度，根据《切削手册》，查得切削速度V=18m/min，所以

Ns = 1000V/πdw =1000×18/3.14×5=1145r/min

根据机床说明书，取nw=195r/min,故实际切削速度为 V =πdwnw/1000 =π×5×195/1000=3.06m/min

切削工时，L=12，则Tm = L/nwf =12/19530.1=0.62min

(4)工序7，攻螺纹M6↓12，V = 0.1m/s = 6m/min,即ns =238r/min,按机床选取nw =195r/min，则V=4.9m/min,机动工时：L=12mm，则 Tm = 2L/nwf =12×2/195×1=0.13min

(5)工序8，粗铣-精铣F面，切削用量同工序4，L=4032=80mm,则机动工时为Tm =L/fm =80/60min=1.33min

(6)工序9，钻M10螺纹底孔，即扩孔钻Ф9的钻头对Ф8的孔进行扩孔，根据有关手册的规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 f=(1.2～1.8)f钻 =(1.2～1.8) 30.6530.75=0.585～0.87mm/r 根据机床说明书，选取f=0.57mm/r,则

V=（1/2～1/3）V钻 =（1/2～1/3）312=6～4m/min

则主轴转速为n=51.6～34r/min,并按机床说明书取nw =68r/min,实际切削速度为：V=πdwnw/1000=π337368/1000=7.9m/min

切削工时，L=12mm,Tm = L/nwf=12/6830.57=0.31min

(7)工序10，攻螺纹M10，切削用量同工序7，L=12mm，则机动工时为： Tm = L/fm =12/60=0.2min

(8)工序11，粗铣-精铣G面，切削用量同工序8，机动工时为：Tm=1.33min （9）工序12，钻-铰Ф11孔

①用Ф10.8钻头对Ф8孔进行扩钻，同工序9，切削工时：Tm =0.31min

②Ф11H8铰刀铰孔，参考有关资料，取铰刀的切削速度Vc =0.3m/s=18m/min,由此计算出转速为：

n=1000V/πd=1000*18/π*11=573.25r/min

按机床实际转速取n=500r/min,则实际切削速度 Vc =πdn/1000=π*11*500/1000=15.7m/min=0.26m/s

切削工时：L=12mm，Tm =L/nVc =12/500*0.26=0.09min

(10)工序13，加工Φ30 孔

①用Ф29.8钻头对Ф25孔进行扩钻，同工序9，切削工时：L=71，则切削工时：Tm =L/nwf=71/6830.57=1.83min

②粗铰-精铰Φ30孔，参考有关资料，取铰刀的切削速度Vc =0.3m/s=18m/min,由此计算出转速为：

n=1000V/πd=1000*18/π*30=191.08r/min

按机床实际转速取n=200r/min,则实际切削速度

Vc =πdn/1000=π*30*200/1000=18.84m/min=0.314m/s

切削工时：L=70mm，Tm =2L/nVc=2*70/200*0.314=2.23min

（11）工序14，Φ30 内孔倒角C1（C端面处），选卧式车床C620-1，据手册及

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机床取f1 =0.08mm/r,当采用高速钢车刀时，根据一般资料，确定切削速度V=16m/min,则

ns =1000V/πd=1000*16/π*30=159.1r/min

按机床说明书取nw =120r/min,则此时切削速度为： V =πdnw/1000=11.3m/min

切削工时：L=2mm，则Tm = L/nwf =2/120*0.08=0.21min （12）工序15，Φ30 内孔倒角C1（D端面处），同工序14，切削工时：Tm =0.21min

（13）工序16，钻-粗铰-精铰Φ8

①Φ7.8标准麻花钻钻孔，同工序6，切削工时：L=10mm， Tm = L/nwf=10/195*0.1=0.51min

②粗铰-精铰Φ8，参考有关资料，取铰刀的切削速度Vc =0.3m/s=18m/min,由此计算出转速为：

n=1000V/πd=1000*18/π*8=716.56r/min

按机床实际转速取n=700r/min,则实际切削速度 Vc =πdn/1000=π*8*700/1000=17.58m/min=0.29m/s

切削工时：L=10mm ，Tm =2L/nVc =2*10/700*0.29=0.1min 3.6 机械加工工艺过程卡和工序卡

表3-4 支架机械加工工艺主要工序卡

夹具切工走主轴切削或削时工工工序量刀进给量 转速 速度 机床 辅刀具 深定序 步 说明 具 次mm/r r/mim/mi助度 额 数 n n 工mm min 具 粗铣D面，1 留1 2 3 X61301mm4 A 余量 高速精铣专2 1 1 3 钢镶D面 用卡60mm/mi齿三37.5 26.5 夹板 n 粗铣面刃具 C、E铣刀 面，3.3.21 1 X6130留5 6 5 A 1mm余量 2 精铣1 1 3.2- 16 -

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C、E面 钻M6↓12X61306 1 螺纹A 底孔 攻螺S40127 1 纹M6A ↓12 粗铣F面，1 留X61301mm8 A 余量 精铣2 F面 钻M10X61309 1 螺纹A 底孔 攻螺1S40121 纹0 A M10 粗铣G面，1 留1X61301mm1 A 余量 精铣2 G面 扩钻1 Ф8孔 精加2 工铰孔 6 Ф5卡麻花1 12 尺 钻头 丝锥M631 螺纹1 量规 0.1 195 3.06 0.62 1.25 195 4.9 0.13 高速1 钢镶卡齿三板 面刃铣刀 1 2 60mm/min 37.5 26.5 0.67 0.67 1 Ф9卡扩孔1 12 尺 钻头 螺丝锥纹M101 量31 规 高速1 钢镶卡齿三板 面刃铣刀 1 0.57 68 7.9 0.31 1.25 195 4.9 0.2 2 60mm/min 37.5 26.5 0.67 0.67 1 12 X6130A 扩钻11 Ф253 孔 X6130A Ф10.81 12 扩孔钻头 Ф卡11H81 12 尺 铰刀 Ф29.81 71 扩孔钻头 0.57 68 7.9 0.31 0.09 1.83 1.6 500 15.7 0.57 68 7.9 - 17 -

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2 3 11 4 11 5 1 16 2 3 粗铰到Ф29.93 精铰到Ф30H7 倒角Ф30内C620-孔，C1 端面处 倒角Ф30内C620-孔，D1 端面处 用Ф7.8钻头钻孔 粗铰X6130到ФA 7.96 精铰到Ф8H7 Ф29.93铰刀 Ф30H7 1 71 1.1 1 71 200 18.8 1.12 1.12 成型刀具 样板 成型刀具 1 0.08 0.21 120 11.3 0.21 1 0.08 Ф7.81 10 麻花钻 Ф卡7.96尺 1 10 铰刀 Ф8H71 10 铰刀 0.1 195 3.06 0.51 0.05 1.7 700 17.6 0.05

表3-3 支架机械加工工艺过程卡 工序号 1 2 3 4 工序名称 铸造 热处理 划线 铣 铸造 人工时效热处理 以毛坯外形找正划主要加工线 工序内容 钳台 工艺装备 以Ф60外圆和C面为粗基准，粗铣X6130A，专用工装 D面，留1mm余量，精铣 - 18 -

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5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 铣 钻 攻螺纹 铣 钻 攻螺纹 铣 钻-铰 钻-铰 倒角 倒角 钻-铰 热处理 钳工 终检 入库 以D面为精基准，粗铣C、E面，X6130A，专用工装 留1mm余量，精铣 X6130A，专用工用Ф5钻头钻M6↓12螺纹底孔 装，钻模 攻螺纹M6↓12 S4012A,专用工装 以D面为精基准，B面为粗基准，X6130A，专用工装 粗铣F面，留1mm余量，精铣 X6130A，专用工用Ф9钻头扩钻M10螺纹底孔 装，钻模 攻螺纹M10 以D面为精基准，B面为粗基准，粗铣G面，留1mm余量，精铣 用Ф10.8钻头扩钻Ф8孔，精加工铰孔 用Ф29.8钻头扩钻Ф25孔，粗铰到Ф29.93，精铰到Ф30H7 倒角Ф30内孔，C端面处 倒角Ф30内孔，D端面处 S4012A,专用工装 X6130A，专用工装 X6130A，专用工装，钻模 X6130A，专用工装，钻模 C620-1,专用工装 C620-1,专用工装 用Ф7.8钻头钻孔，粗铰到Ф7.96，X6130A，专用工精铰到Ф8H7 装，钻模 淬火，提高硬度，150～200HB 去毛刺 按图样要求检验各部分尺寸 涂防锈油，入库 钳台

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3、机床夹具设计计算和结构设计

经过对支架零件的机械加工工艺规程分析设计，对零件有了全面的认知，选择工序13钻-扩-粗铰-精铰Φ30 分析，并结合此工序，设计一套专用夹具。 4.1 确定夹具设计方案，绘制结构原理示意图 （1）定位方案

加工Φ30 孔，内孔表面粗糙度Ra≤1.6μm，以底面D面为精基准，限制三个自由度，以Φ11孔轴线为定位基准，限制三个自由度，则对Z轴旋转自由度形成过定位，增大误差，必须消除过定位。此种情形可选择削边销（棱形销）即可消除过定位，再由夹紧装置即可限制一个自由度，从而工件处于完全定位状态，进行加工。

削边销尺寸标准如图4-1和表4-2所示： 图4-1

表4-2 削边销尺寸 D2 b B 3～6 2 D2-0.5 6～8 3 D2-1 8～20 4 D2-2

20～25 25～32 32～40 5 D2-3 6 D2-4 6 ＞40 8 D2-5 (2)导向方案 为了能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具都应设置引导刀具的元件—钻套，钻套一般安装在钻模板上，钻模板与夹具体连接，钻套与工件之间留有排屑空间，因工件批量大且经钻-粗铰-精铰孔工序，加工精度高，所以此处选用固定式钻模，钻套选用快换钻套，如图4-3所示：

图4-3 快换钻套

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（3）夹紧方案

由于零件加工工序较简单，定位较容易，工件批量大，选取简单的手动夹紧装置，螺旋夹紧机构，用于夹紧零件的螺钉选有带手柄的螺冒，便于操作，使工件装卸迅速，方便。由于螺钉与工件Φ60外圆接触并施加夹紧力，此处选用圆周线接触。夹紧装置见总装配图所示。 （4）夹具体的设计

结合零件的结构、加工要求及以上分析，初步设计夹具体的结构。

a、采用铸造夹具体的钢套钻孔钻模、定位心轴及钻模板均按装在夹具体上，夹具体底面为安装基准面，此方案结构紧凑，安装稳定，刚性好，成本低，结构简单，较合理。

b、采用型材夹具体的钻模，夹具体由左侧板、定位心轴、钻模板安装在底座上，夹具体底面为安装基准面，此方案的夹具体为框架式结构，结构复杂、质量较轻、钻模刚性好，固定钻模板螺钉受力比较大，易变形，但是由于零件为大批量生产，尽量减少生产成本，此方案不可取。 综合上述，确定采用a方案。

①夹紧装置是紧固螺钉与V型块组成，其V型块与夹具体连接为一体，V型块

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及尺寸见图4-4和表4-5所示：

图4-4

表4-5 V型块尺寸 B N D 基本尺寸 65 极限偏差 f7 ?0.030?0.060H 基本尺寸 20 极限偏差 f9 ?0.020?0.072l b r 25 16 1.5 55 ＞45～60

②夹具体的设计结构及各部分尺寸见夹具体图纸所示： （5）夹具总装配图上的公差、技术要求的标注 ①活动配合公差选择如表4-7、表4-8所示： 表4-7 配合形式 定位销与工件基准孔 精度要求 一般要求 H7H7H7，， h6g6f6应用 定位元件与工件定位基准间 较高精度 H6H6H6，， h5g5f5

配合形式 精度要求 定位销与工件基准孔 ， ， ， ，

应用 一般要求

较高精度 定位元件与工件定位基准间

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表4-8 钻套名称 加工方法及配合部位 外径与衬套 钻孔及扩孔 刀具切削部分导向 刀柄或刀杆导向 可换钻套或快换钻套 配合种类及公差等级 H7H7， g6f7F7G7， h6h6H7H7， f7g6H7H7， h6g6G7H7， h6h6外径与衬套 粗铰孔 内径 外径与衬套 精铰孔 内径 H6H6， h5g5G6H6， h5h5

②影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差（SA）

它们主要指夹具安装基面与机床相应配合表面之间的尺寸、公差。夹具体的安装基面与机床的配合，钻模的安装基面是平面，可不必标注。 ③影响夹具精度的尺寸和精度

钻套与定位销之间尺寸40±0.1，V型块的宽度35.8±0.02，为影响夹具体的精度尺寸，误差在规定范围内。 ④夹具总图上应标注的技术要求

夹具总图上无法用符号标注而又必须说明的问题，可作为技术要求用文字写在总图的空白处。如夹具使用时的操作顺序等。

⑤夹具总图上公差值的确定

夹具总图上标注公差值的原则是在满足工件加工要求的前提下，尽量降低夹具的制造精度。夹具总图上标注的第2～5类尺寸的尺寸公差和位置公差均直接影响工件的加工精度，取 δJ =(1/5～1/2)δk

式中：δJ —夹具总图上的尺寸公差或位置公差； δk --与δJ 相应的工件尺寸公差或位置公差。

当工件批量大、加工精度低时，δJ 取小值，因为这样可延长夹具使用寿命，又不增加夹具制造难度；反之取大值。此夹具总装图尺寸公差、位置公差均取相应工件公差的1/3左右。对于直接影响工件加工精度的配合尺寸，在确定了配合性质后，应尽量选用优先配合。

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工件的加工尺寸未注公差时，工件公差δk 视为IT14～IT12,夹具上的相应尺寸公差按IT11～IT9标注；工件上的位置未注公差时，工件位置公差δk 视为IT9～IT11,夹具上的相应尺寸公差按IT7～IT9标注。

4.2 工件在夹具中加工的精度分析 （1）影响加工精度的因素

用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件精度的因素很多。与夹具有关的因素有定位误差△D、对刀误差△T、夹具在机床上的安装误差△A和夹具制造误差△J等。在机械加工工艺系统中，因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差△C。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不准确，而形成总的加工误差 △。

1) 定位误差△D 加工尺寸（40 ）mm的定位误差△D =0。

对称度0.1mm的定位误差为工件定位孔与定位心轴配合的最大间隙。工件定 位孔的尺寸为Φ11H7( ),定位心轴的尺寸为Φ11f6（ ），则 △D =Xmax =（0.018+0.027）mm =0.045mm 2）对刀误差△T 因对刀时刀具相对于对刀块或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。钻头与钻套间的间隙，会引起钻头的位移或倾斜，造成加工误差。由于钢套壁厚较薄，可只计算钻头位移引起的误差。钻套导向孔尺寸为Φ29.8F7（ ），钻头尺寸为Φ29.8 mm。尺寸（40 ）mm及对称度0.1mm的刀具误差均为钻头与导向孔的最大间隙。 △T = Xmax =（0.108+0.016）mm=0.124mm

3）夹具的安装误差△A 因夹具上定位元件、对刀或导向元件及安装基面三者间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。此夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差，△A =0。 4）夹具误差△J 因夹具上定位元件、对刀或导向元件及安装基面三者间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。夹具误差的大小取决于夹具零件的加工精度和夹具装配时的调整与修配精度。 影响尺寸（40 ）mm的夹具误差为导向孔对安装基面D的垂直度△J3 =0.03mm，导向孔轴心线到定位端面的尺寸公差△J2 =0.06mm。

影响对称度0.1mm的夹具误差为导向孔对定位心轴的对称度△J2 =0.03mm。 5）加工方法误差△G 因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以在设计夹具时常根据经验为它留出工件公差的1/3。计算时可设△G =δk/3

(2)保证加工精度的条件

工件在夹具中加工时，总加工误差 △为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此，保证工件加工精度的条件为 △=上述各项误差的平方和的平方根≤δk

即工件的总加工误差 △应不大于工件的加工尺寸公差δk 。 为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量JC 。因此将上式改写为：

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△≤δk-JC 或 JC =δk - △ ≥0

当JC≥0时，夹具能满足工件的加工要求。JC值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差δJ确定得是否合理。 钢套钻Φ29.8mm孔时，加工精度的计算列于表4-9所示： 表4-9 误差名称 △D △T △A △J △G 加工要求 （40?0.1）mm 0 0.124mm 0 △J2+△J3=（0.06+0.03）mm (0.2/3)mm=0.067mm 0.156mm (0.2-0.156)mm=0.044mm＞0 对称度0.1mm 0.045mm 0.124mm 0 △J2=0.03mm (0.1/3)mm=0.033mm 0.0194mm (0.1-0.0194)mm=0.0806mm＞0 ?△ JC 误差名称 加工要求 （40 ）mm 对称度0.1mm △D 0 0.045mm

△T 0.124mm 0.124mm △A 0 0

△J △J2+△J3=（0.06+0.03）mm △J2=0.03mm △G (0.2/3)mm=0.067mm (0.1/3)mm=0.033mm △

0.156mm 0.0194mm

JC (0.2-0.156)mm=0.044mm＞0 (0.1-0.0194)mm=0.0806mm＞0

由表4-9可知，该钻模能满足工件的各项精度要求，且有一定的精度储备。

4.3 计算夹紧力

（1） 由4.1中分析选择点接触式螺旋夹紧机构，计算此夹紧机构的夹紧力。单个螺旋夹紧产生的夹紧力按下公式计算： W0=QL/【r′tanφ1+rztan（а+φ2′）】

（式中W0 ——单个螺旋夹紧产生的夹紧力（N）； Q ——原始作用力（N）； L ——作用力臂（mm）；

r′——螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm），其值视为螺杆端部的结构形式而定；

φ1 ——螺杆端部与工件间的摩擦角； φ2′——螺旋副的当量摩擦角（°）；

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rz ——螺纹中经之半（mm）； а ——螺纹升角。）

（2）计算公式中各项的值 ①确定原始作用力Q的值：

由于是手动的简单装置，根据经验选择Q =65N。 ②确定L的值：

作用力臂即为螺钉上手柄的长度，L取为100mm。 ③确定r′的值：

由于夹紧装置是圆周线接触式，则螺杆端部与工件间的当量摩擦半径查资料取为6.9，即r′=6.9。

④确定φ1和φ2′的值：

螺杆端部与工件间的摩擦角φ1和螺旋副的当量摩擦角φ2′取值如4-10所示： 表4-10 螺纹形状 螺纹牙形半角β 三角螺纹 30° 梯形螺纹 15° 方牙螺纹 0 8°32′ φ2′=arctan90°50′ 8°50′ （tanφ2/cosβ 注：tanφ2 =0.15，φ2为螺旋副的摩擦角（°）。

⑤ 确定rz和а的值，由表4-11所示： 公称直径/mm 螺距P/mm 1.75 12 1.5 1.25 1 2 14 1.5 1 2 16 1.5 1 中经之半rz/mm 5.4315 5.513 5.594 5.675 6.3505 6.513 6.675 7.3505 7.513 7.675 升角а 2°26′ 2°29′ 2°2′ 1°36′ 2°52′ 2°61′ 1°22′ 2°29′ 1°49′ 1°11′ 注：а=arctan（nP/2πrz），n为螺纹线数。 （3）计算夹紧力

由（1）和（2）可以计算出夹紧力： W0 = QL/【r′tanφ1+rztan（а+φ2′）】

= 653190/【 6.9 30.15+ 7.35053tan（2°29′+ 8°50′）】

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= 4928N

4.4 画夹具装配图和零件图 夹具装配图和零件图见图纸所示。

45486123F7?50m6?60n6H717915072309?11f6H7100826166技术要求：1、各零件在装配前需去毛刺，表面保持光洁；2、钻套与定位销之间尺寸40±0.1；3、V型块宽度35.8±0.02,保持定位精度；4、夹具体平台平面度0.02；5、此夹具结构较简单，成本低，适合中大批量生产，为专用夹具。7654321序号夹具体螺钉M10350钻套衬套钻模板螺钉M10330圆锥销8350名称1111132数量HT200Q235A人工时效454540～45HRCQ235A35材料备注1T8A55～60HRC1Q235A数量材料备注比例1:1夹具装配图1数量设计2010.3.14重量校核2010.3.14审核98序号定位销手柄紧固螺钉名称

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结论

时光飞逝，为期三个多月的毕业设计已经接近尾声。回首这两个多月的设计过程，感慨万千。使我从中学到了以前在课内根本就学不到的东西。受益匪浅！ 在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。使我真正感受到了知识的重要性。

这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。

在毕业设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。

在毕业设计中还用到了CAD制图和一些计算机软件，因为学的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。但不久就能熟练的画了。CAD制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。因此，这次毕业设计真正将以前所学的联系到实际应用中来了。

在这次毕业设计中，还有一个重要的就是关于专用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过，因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。

在这次毕业设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，而且设计一个零件，需要花好长时间。亲自上阵后我才知道，做每件是都不是简简单单就能完成的，是要付出大量代价的。因此，我们也要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。

在这次毕业设计中，对我来说有所收获也存在着不足之处。有收获：

（1）能把以前所学的各种知识，综合的运用的这次设计中，巩固了以前所学的知识。

（2）学会了参阅各种资料及查各种余量、切削用量等手册。

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（3）学会了，分析问题，解决问题的能力。 不足之处：

（1）有些步骤，问题解决的方法不是很好，需在以后的学习、实践中进一步改进。

（2）有些工艺路线制定的不是太好，而且余量、切削用量设计不是很精确，需在以后的实践中积累经验，进一步改进。

综上所述：这次的毕业设计对我以后的工作起了很大的帮助，我认识到，无论是工作还是学习都必须做到认真、谨慎，时时处处细心。

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致谢

四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号， 而于我的人生却只是一个逗 号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下， 走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、 名人为我所崇拜， 可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人， 我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学 识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如 授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念， 树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作 的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有 “山重水复疑无路,柳暗 花明又一村” 。 感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远 健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进 入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助， 在这里请接受我诚挚谢意！ 人生的道路有许多的坎坷，不是一条通往光明之路，有痛苦，有伤心，有无 助，也有面对一切所不能忍受的，这就是生活。但是生活中确实有许多美好的东 西，有些时候你不会看到它的本身的色彩，如果你用这一种方式感受不到的话， 不妨换一种方式去感受，也许它正是你所需要的那种生活方式。千万不要放弃生 活，你放弃了它，生活也就放弃了你，人生贵在的是感受，会感受才会有幸福， 在生活中如果你感受的多了，那你才会感受到生活中的美好，你才会知道你在前 世所选择的是今生的最正确的人生路。

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参考文献

《简明机械加工工艺手册》 机械工业出版社，陈宏钧，2007年； 《机床夹具设计手册》 国防工业出版社，杨黎明，1996年；

《夹具-非标准夹紧装置》 机械工业出版社，Hiram E?Grant，1975年； 《机械制图》 中国地质大学出版社，王五一，2006年； 《机械制造工艺》 高等教育出版社，张绪祥，2007年；

《金属切削机床夹具设计手册》 机械工业出版社，浦林祥，1995年； 《机床夹具图册》 机械工业出版社，上海机械专科学校，1998年。

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