偏心轴零件加工工艺及夹具设计

常州机电职业技术学院

课 题：

专 题：

毕业设计

偏心轴零件加工工艺及夹具设计

专 业： 机械制造及自动化

学 生 姓 名： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间：

I

摘 要

本设计是基于偏心轴零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。偏心轴零件的主要加工表面是外圆及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后槽的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出顶平面，在后续工序中除个别工序外均用顶平面和工艺孔定位加工其他孔系与平面。夹具选用专用夹具，夹紧方式多选用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。因此生产效率较高。适用于大批量、流水线上加工。能够满足设计要求。

关键词：偏心轴类零件；工艺；夹具；

II

ABSTRACT

The design is based on the body parts of the processing order of the processes and some special fixture design. Body parts of the main plane of the surface and pore system. In general, the plane guarantee processing precision than that of holes machining precision easy. Therefore, this design follows the surface after the first hole principle. Plane with holes and the processing clearly divided into roughing and finishing stages of holes to ensure machining accuracy. Datum selection box input shaft and the output shaft of the supporting hole as a rough benchmark, with top with two holes as a precision technology reference. Main processes arrangements to support holes for positioning and processing the top plane, and then the top plane and the supporting hole location hole processing technology. In addition to the follow-up processes individual processes are made of the top plane and technological hole location hole and plane processing. Supported hole processing using the method of coordinate boring. The whole process of processing machine combinations were selected. Selection of special fixture fixture, clamping means more choice of pneumatic clamping, clamping reliable, institutions can not be locked, so the production efficiency is high, suitable for large batch, line processing, can meet the design requirements.S

Key words: Angle gear seat parts; fixture;

III

目 录

摘 要 ···································································································· II ABSTRACT ····························································································· III 第1章 加工工艺规程设计 ············································································ 1

1.1 零件的分析 ··················································································· 1 1.1.1 零件的作用 ················································································· 1 1.1.2 零件的工艺分析 ··········································································· 1 1.2 偏心轴加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 ··················· 2 1.2.1 孔和平面的加工顺序 ····································································· 2 1.2.2加工方案选择 ·············································································· 2 1.3 偏心轴加工定位基准的选择 ······························································ 2 1.3.1 粗基准的选择 ·············································································· 2 1.3.2 精基准的选择 ·············································································· 3 1.4 偏心轴加工主要工序安排 ································································· 3 1.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定········································· 5 1.6选择加工设备及刀、量具·································································· 5 1.7确定切削用量及基本工时（机动时间） ··············································· 6 第2章 偏心轴钻孔夹具设计 ······································································· 17

2.1设计要求 ······················································································ 17 2.2夹具设计 ······················································································ 17 2.2.1 定位基准的选择 ········································································ 17 2.2.2 切削力及夹紧力的计算 ······························································· 17 2.3定位误差的分析 ············································································· 20 2.4夹具设计及操作的简要说明 ····························································· 21 结 论 ····································································································· 23 参考文献 ································································································ 24 致 谢 ································································································ 26

IV

第1章 加工工艺规程设计

1.1 零件的分析

1.1.1 零件的作用

题目给出的零件是偏心轴。偏心轴的主要作用是传动连接作用，保证各轴各挡轴能正常运行，并保证部件与其他部分正确安装。因此偏心轴零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。

图1 偏心轴

1.1.2 零件的工艺分析

由偏心轴零件图可知。偏心轴是一个轴类零件，它的外表面上有2个平面需要进行加工。此外各表面上还需加工一系列螺纹孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：

（1）以φ20外圆面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：φ20外圆面的加工；，其中表面粗糙度要求为Ra3.2?m。

（2）以φ16外圆面主要加工面的加工面。这一组加工表面包括φ16外圆面和退刀槽和台阶面，加工粗糙度为Ra3.2?m。

（3）其他各个孔的加工，φ5孔

1

1.2 偏心轴加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施

由以上分析可知。该偏心轴零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于偏心轴来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。

由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。

1.2.1 孔和平面的加工顺序

偏心轴类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工偏心轴上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。偏心轴的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。

偏心轴零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。 1.2.2加工方案选择

偏心轴孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。

根据偏心轴零件图所示的偏心轴的精度要求和生产率要求，当前应选用在组合机床上用镗模法镗孔较为适宜。

1.3 偏心轴加工定位基准的选择

1.3.1 粗基准的选择

粗基准选择应当满足以下要求：

（1）保证各重要支承孔的加工余量均匀； （2）保证装入偏心轴的零件与箱壁有一定的间隙。

为了满足上述要求，应选择的主要支承孔作为主要基准。即以偏心轴的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的

位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。 1.3.2 精基准的选择

从保证偏心轴孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证偏心轴在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从偏心轴零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是偏心轴的装配基准，但因为它与偏心轴的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。

1.4 偏心轴加工主要工序安排

对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。偏心轴加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到偏心轴加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，结合面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。

后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于偏心轴，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。

加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在80?90?c的含0.4%—1.1%苏打及0.25%—0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于200mg。

根据以上分析过程，现将偏心轴加工工艺路线确定如下： 工艺路线一： 10 型材开料毛坯

20 车右端面及外圆至φ22mm，留2mm加工余量

30 掉头车左端面（长度达122mm）粗车外圆至φ18mm及台阶

40 调质处理

50 钻中心孔φ2、φ5及倒角 60 精车φ20、φ16、φ12以及倒角 70 精车φ16偏心轴

80 车退刀槽2X0.5，4.5Xφ14， 90 钻φ5孔 100 110

工艺路线二： 10 型材开料毛坯

20 车右端面及外圆至φ22mm，留2mm加工余量

30 掉头车左端面（长度达122mm）粗车外圆至φ18mm及台阶 40 钻中心孔φ2、φ5及倒角 50 精车φ20、φ16、φ12以及倒角 60 精车φ16偏心轴

70 车退刀槽2X0.5，4.5Xφ14， 80 钻φ5孔 90 去毛刺

100检验，油封、入库

以上加工方案大致看来合理，但通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，

采用互为基准的原则，先加工上、下两平面，然后以下、下平面为精基准再加工两平面上的各孔，这样便保证了，上、下两平面的平行度要求同时为加两平面上各孔保证了垂直度要求。

从提高效率和保证精度这两个前提下，发现该方案一比较合理。 综10 型材开料毛坯

20 车右端面及外圆至φ22mm，留2mm加工余量

30 掉头车左端面（长度达122mm）粗车外圆至φ18mm及台阶 40 调质处理

50 钻中心孔φ2、φ5及倒角 60 精车φ20、φ16、φ12以及倒角 70 精车φ16偏心轴

去毛刺

检验，油封、入库

80 车退刀槽2X0.5，4.5Xφ14， 90 钻φ5孔 100 110

去毛刺

检验，油封、入库

1.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

(1)毛坯种类的选择

零件机械加工的工序数量、材料消耗和劳动量等在很大程度上与毛坯的选择有关，因此，正确选择毛坯具有重要的技术和经济意义。根据该零件的材料为45、生产类型为批量生产、结构形状很复杂、尺寸大小中等大小、技术要求不高等因素，在此毛坯选择型材成型。

(2)确定毛坯的加工余量

根据毛坯制造方法采用的型材造型，查取《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-5，“偏心轴”零件材料采用灰铸铁制造。材料为45，硬度HB为170—241，生产类型为大批量生产，采用型材毛坯。

（1）结合面的加工余量。

根据工序要求，结合面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下： 粗铣：参照《机械加工工艺手册第1卷》表3.2.23。其余量值规定为

1.7~3.4mm，现取2.0mm。表3.2.27粗铣平面时厚度偏差取?0.28mm。

精铣：参照《机械加工工艺手册》表2.3.59，其余量值规定为1mm。 （2）面的加工余量。

根据工序要求，结合面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下： 粗铣：参照《机械加工工艺手册第1卷》表3.2.23。其余量值规定为

1.7~3.4mm，现取2.0mm。表3.2.27粗铣平面时厚度偏差取?0.28mm。

精铣：参照《机械加工工艺手册》表2.3.59，其余量值规定为1mm。 差等级选用CT7。再查表2.3.9可得铸件尺寸公差为1.6mm。

1.6选择加工设备及刀、量具

由于生产类型为大批量生产，所以所选设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机车。起生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床加工生产。工件在各机床上的装卸及各机床间的传递，由于工件质

工序20. 车右端面及外圆至φ22mm，

量较大，故需要辅助工具来完成。

平端面确定工件的总长度。可选用量具为多用游标卡尺（mm）,测量范围0～1000mm（参考文献[2]表6—7）。采用车床加工，床选用卧式车床CA6140（参考文献[2]表4—3），专用夹具。钻孔、扩孔、攻丝所选刀具见（参考文献[2]第五篇金属切削刀具，第2、3节），采用相匹配的钻头，专用夹具及检具。

钻中心孔。选用60°中心钻（参考文献[4]第6章）。

1.7确定切削用量及基本工时（机动时间）

工序10无切削加工，无需计算 留2mm加工余量

已知工件材料： 45，型材，有外皮，机床CA6140普通车床，工件用卡盘固定。

所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀。根据《切削用量简明手册》表1.1，由于CA6140机床的中心高为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸

B?H=16mm?25mm，刀片厚度为4.5mm。选择车刀几何形状为卷屑槽带

倒棱型前刀面，前角V0=120，后角?0=60，主偏角Kv=900，副偏角Kv'=100，刃倾角?s=00，刀尖圆弧半径rs=0.8mm。

①.确定切削深度ap

由于单边余量为2mm，可在一次走刀内完成 ②.确定进给量f

根据《切削加工简明实用手册》可知：表1.4

刀杆尺寸为16mm?25mm，ap?4mm，工件直径100～400之间时， 进给量f=0.5～1.0mmr

按CA6140机床进给量（表4.2—9）在《机械制造工艺设计手册》可知：

f=0.7mmr

确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表1—30，CA6140机床进给机构允许进给力Fmax=3530N。

根据表1.21，当强度在174～207HBS时，ap?4mm，f?0.75mmr，

Kr=450时，径向进给力：FR=950N。

切削时Ff的修正系数为KroFf=1.0，K?sFf=1.0，KkrFf=1.17（表1.29—2），故实际进给力为：

Ff（1-2）

由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选

f=0.7mmr可用。

=950?1.17=1111.5N

③.选择刀具磨钝标准及耐用度

根据《切削用量简明使用手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为

1.5mm，车刀寿命T=60min。

④.确定切削速度V0

切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。

根据《切削用量简明使用手册》表1.11，当YG6硬质合金刀加工硬度200～219HBS的铸件，ap?4mm，f?0.75mmr，切削速度V=63mmin。

切削速度的修正系数为Ktv=1.0，Kmv=0.92，Ksv0.8，KTv=1.0，，故： KKv=1.0（见表1.28）

V0'=VtKv=63?1.0?1.0?0.92?0.84?1.0?1.0 （1-3） ?48mmin

1000Vc'1000?48 n===120rmin （1-4）

??127?D根据CA6140车床说明书选择 n0=125rmin 这时实际切削速度Vc为： Vc（1-5）

⑤.校验机床功率

切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。

由《切削用量简明使用手册》表1.25，HBS=160～245，ap?3mm，

f?0.75mmr，切削速度V?50mmin时，

=

?Dnc1000=

??127?1251000?50mmin

PC=1.7KW

切削功率的修正系数kkrPc=0.73，Kr0Pc=0.9，故实际切削时间的功率为：

PC（1-6）

=1.7?0.73=1.2KW

根据表1.30，当n=125rmin时，机床主轴允许功率为PE=5.9KW，

PC?PE，故所选切削用量可在C620—1机床上进行，最后决定的切削用量为：

ap=3.75mm，f=0.7mmr，n=125rmin=2.08rs，V=50mmin

工序30 粗车外圆φ60mm及台阶

所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀。根据《切削用量简明手册》表1.1，由于C6140机床的中心高为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸

B?H=16mm?25mm，刀片厚度为4.5mm。选择车刀几何形状为卷屑槽带

倒棱型前刀面，前角V0=120，后角?0=60，主偏角Kv=900，副偏角Kv'=100，刃倾角?s=00，刀尖圆弧半径rs=0.8mm。

①.确定切削深度ap

由于单边余量为2.5mm，可在一次走刀内完成，故 ap=②.确定进给量f

根据《切削加工简明实用手册》可知：表1.4

刀杆尺寸为16mm?25mm，ap?4mm，工件直径100～400之间时， 进给量f=0.5～1.0mmr

按CA6140机床进给量（表4.2—9）在《机械制造工艺设计手册》可知：

f=0.7mmr

确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表1—30，CA6140机床进给机构允许进给力Fmax=3530N。

根据表1.21，当强度在174～207HBS时，ap?4mm，f?0.75mmr，

2.5=1.25mm 2Kr=450时，径向进给力：FR=950N。

切削时Ff的修正系数为KroFf=1.0，K?sFf=1.0，KkrFf=1.17（表1.29—2），故实际进给力为：

Ff=950

?1.17=1111.5N

由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选f=0.7mmr可

用。

③.选择刀具磨钝标准及耐用度

根据《切削用量简明使用手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为

1.5mm，车刀寿命T=60min。

④.确定切削速度V0

切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。

根据《切削用量简明使用手册》表1.11，当YT15硬质合金刀加工硬度200～219HBS的铸件，ap?4mm，f?0.75mmr，切削速度V=63mmin。

切削速度的修正系数为Ktv=1.0，Kmv=0.92，Ksv0.8，KTv=1.0，，故： KKv=1.0（见表1.28）

V0'=VtKv=63?1.0?1.0?0.92?0.84?1.0?1.0 （3-12）

?48mmin

1000Vc'100048 n===120rmin

??127?D（3-13）

根据CA6140车床说明书选择 n0=125rmin 这时实际切削速度Vc为： （3-14）

⑤.校验机床功率

切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。

由《切削用量简明使用手册》表1.25，HBS=160～245，ap?3mm，

f?0.75mmr，切削速度V?50mmin时，

Vc=

?Dnc1000=

??127?1251000?50mmin

PC=1.7kw

切削功率的修正系数kkrPc=0.73，Kr0Pc=0.9，故实际切削时间的功率为：

PC=1.7?0.73=1.2kw 根据表1.30，当n=125rmin时，机床主轴允许功率为PE=5.9kw，

PC?PE，故所选切削用量可在CA6140机床上进行，最后决定的切削用量

为：

ap=1.25mm，f=0.7mmr，n=125rmin=2.08rs，V=50mmin

工序30 掉头车左端面（长度达122mm）粗车外圆至φ18mm及台阶 所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀。根据《切削用量简明手册》表1.1，由于C6140机床的中心高为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸

B?H=16mm?25mm，刀片厚度为4.5mm。选择车刀几何形状为卷屑槽带

倒棱型前刀面，前角V0=120，后角?0=60，主偏角Kv=900，副偏角Kv'=100，刃倾角?s=00，刀尖圆弧半径rs=0.8mm。

①.确定切削深度ap

由于单边余量为2.5mm，可在一次走刀内完成，故 ap=②.确定进给量f

根据《切削加工简明实用手册》可知：表1.4

刀杆尺寸为16mm?25mm，ap?4mm，工件直径100～400之间时， 进给量f=0.5～1.0mmr

按CA6140机床进给量（表4.2—9）在《机械制造工艺设计手册》可知：

f=0.7mmr

确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表1—30，CA6140机床进给机构允许进给力Fmax=3530N。

根据表1.21，当强度在174～207HBS时，ap?4mm，f?0.75mmr，

2.5=1.25mm 2Kr=450时，径向进给力：FR=950N。

切削时Ff的修正系数为KroFf=1.0，K?sFf=1.0，KkrFf=1.17（表1.29—2），故实际进给力为：

Ff用。

③.选择刀具磨钝标准及耐用度

根据《切削用量简明使用手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为

1.5mm，车刀寿命T=60min。

=950?1.17=1111.5N

由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选f=0.7mmr可

④.确定切削速度V0

切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。

根据《切削用量简明使用手册》表1.11，当YT15硬质合金刀加工硬度200～219HBS的铸件，ap?4mm，f?0.75mmr，切削速度V=63mmin。

切削速度的修正系数为Ktv=1.0，Kmv=0.92，Ksv0.8，KTv=1.0，，故： KKv=1.0（见表1.28）

V0'=VtKv=63?1.0?1.0?0.92?0.84?1.0?1.0 （3-12）

?48mmin

1000Vc'100048 n===120rmin

??127?D（3-13）

根据CA6140车床说明书选择 n0=125rmin 这时实际切削速度Vc为： （3-14）

⑤.校验机床功率

切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。

由《切削用量简明使用手册》表1.25，HBS=160～245，ap?3mm，

f?0.75mmr，切削速度V?50mmin时，

Vc=

?Dnc1000=

??127?1251000?50mmin

PC=1.7kw

切削功率的修正系数kkrPc=0.73，Kr0Pc=0.9，故实际切削时间的功率为：

PC=1.7?0.73=1.2kw 根据表1.30，当n=125rmin时，机床主轴允许功率为PE=5.9kw，

PC?PE，故所选切削用量可在CA6140机床上进行，最后决定的切削用量为：

ap=1.25mm，f=0.7mmr，n=125rmin=2.08rs，V=50mmin ⑥.计算基本工时

t?（3-15）

l nf式中L=l+y+?，l=127mm

由《切削用量简明使用手册》表1.26，车削时的入切量及超切量

y+?=1mm，则L=126+1=128mm

127 tm==1.4min

125?0.7工序40 调质不需计算切削计算。 工序70 钻中心孔φ2、φ5及倒角 ②.切削用量的选择

速度： n=1500r/min，V=30m/s

轴向进给量：fa=0.2B=8mm（双线程）《机械加工工艺设计实用手册》表15-67

径向进给量： fr=0.02（双线程）

工件速度 vw=100

27.51000v1000?0.3Vw==0.3（m/s） N===1.737r/m

100?d3.14?55（3-21）

③.切削工时

查《机械加工工艺手册》表2.5-11 k=1.1

表2.5-12

2lzk2?125?0.1?1.4tj=b==129.6（s） （3-22）

nfafr1.737?8?0.02根据《机械加工工艺设计实用手册》表13.4-16确定砂轮直接为20mm，则工件速度vw=20mmin，纵向进给量fa?20mmr，工作台一次往复行程磨削深度ap?0.00212mmd.st，根据以上数据计算出所耗工时为41.5 s。

工序60精车φ20、φ16、φ12以及倒角

已知加工材料为45，型材，有外皮，机床CA6140普通车床，工件用卡盘固定。

所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀。根据《切削用量简明手册》表1.1，由于CA6140机床的中心高为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸

B?H=16mm?25mm，刀片厚度为4.5mm。选择车刀几何形状为卷屑槽带

倒棱型前刀面，前角V0=120，后角?0=60，主偏角Kv=900，副偏角Kv'=100，刃倾角?s=00，刀尖圆弧半径rs=0.8mm。

①.确定切削深度ap

由于单边余量为2mm，可在一次走刀内完成，故

ap=2mm （3-1） ②.确定进给量f

根据《切削加工简明实用手册》可知：表1.4

刀杆尺寸为16mm?25mm，ap?4mm，工件直径100～400之间时， 进给量f=0.5～1.0mmr

按CA6140机床进给量（表4.2—9）在《机械制造工艺设计手册》可知：

f=0.7mmr

确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表1—30，CA6140机床进给机构允许进给力Fmax=3530N。

根据表1.21，当强度在174～207HBS时，ap?4mm，f?0.75mmr，

Kr=450时，径向进给力：FR=950N。

切削时Ff的修正系数为KroFf=1.0，K?sFf=1.0，KkrFf=1.17（表1.29—2），故实际进给力为：

Ff（3-2）

由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选

f=0.7mmr可用。

=950?1.17=1111.5N

③.选择刀具磨钝标准及耐用度

根据《切削用量简明使用手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为

1.5mm，车刀寿命T=60min。

④.确定切削速度V0

切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。

根据《切削用量简明使用手册》表1.11，当YG6硬质合金刀加工硬度200～219HBS的锻造件，ap?4mm，f?0.75mmr，切削速度

V=63mmin。

切削速度的修正系数为Ktv=1.0，Kmv=0.92，Ksv0.8，KTv=1.0，

，故： KKv=1.0（见表1.28）

V0'=VtKv=63?1.0?1.0?0.92?0.84?1.0?1.0 （3-3）

?48mmin

1000Vc'1000?48 n===120rmin （3-4）

??127?D根据CA6140车床说明书选择 n0=125rmin

这时实际切削速度Vc为：

?Dnc??127?125 Vc==?50mmin （3-5）

10001000⑤.校验机床功率

切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。

由《切削用量简明使用手册》表1.25，HBS=160～245，ap?3mm，

f?0.75mmr，切削速度V?50mmin时，

PC=1.7KW

切削功率的修正系数kkrPc=0.73，Kr0Pc=0.9，故实际切削时间的功率为：

PC=1.7?0.73=1.2KW （3-6） 根据表1.30，当n=125rmin时，机床主轴允许功率为PE=5.9KW，

PC?PE，故所选切削用量可在CA6140机床上进行，最后决定的切削用量为：

ap=3.75mm，f=0.7mmr，n=125rmin=2.08rs，V=50mmin ⑥.倒角

为了缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与钻孔相同 n?3.28rs 换车刀手动进给。

工序80车退刀槽2X0.5，4.5Xφ14，

根据《机械加工工艺手册》表2.4?76查得：进给量机床主轴转速n：

af?0.05mm/z,

查《机械加工工艺手册》表2.4-82得切削速度V?23m/min，

n?1000V1000?23??45.8r/min?d3.14?160，

查《机械加工工艺手册》表3.1-74取n?47.5r/min 实际切削速度v：进给量

Vfv??Dn1000?3.14?160?47.5?0.40m/s1000?60

：

Vf?afZn?0.05?24?47.5/60?0.95mm/s

f?Vf?0.18mm/s?57mm/min工作台每分进给量fm： m

被切削层长度l：由毛坯尺寸可知深度为3mm，l=3mm 机动时间

工序70精车φ16偏心轴 确定进给量f

根据《切削加工简明实用手册》可知：表1.4

刀杆尺寸为16mm?25mm，ap?4mm，工件直径100～400之间时， 进给量f=0.5～1.0mmr

按CA6140机床进给量（表4.2—9）在《机械制造工艺设计手册》可知：

f=0.7mmr

确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表1—30，CA6140机床进给机构允许进给力Fmax=3530N。

根据表1.21，当强度在174～207HBS时，ap?4mm，f?0.75mmr，

tj1=

3=0.052min=3.12s 57Kr=450时，径向进给力：FR=950N。

切削时Ff的修正系数为KroFf=1.0，K?sFf=1.0，KkrFf=1.17（表1.29—2），故实际进给力为：

Ff=950?1.17=1111.5N 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选

f=0.7mmr可用。

③.选择刀具磨钝标准及耐用度

根据《切削用量简明使用手册》表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为

1.5mm，车刀寿命T=60min。

④.确定切削速度V0

切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。

根据《切削用量简明使用手册》表1.11，当YT15硬质合金刀加工硬度200～219HBS的铸件，ap?4mm，f?0.75mmr，切削速度V=63mmin。

切削速度的修正系数为Ktv=1.0，Kmv=0.92，Ksv0.8，KTv=1.0，，故： KKv=1.0（见表1.28）

V0'=VtKv=63?1.0?1.0?0.92?0.84?1.0?1.0 （3-12） ?48mmin

1000Vc'100048 n===120rmin （3-13）

??127?D根据CA6140车床说明书选择 n0=125rmin 这时实际切削速度Vc为： （3-14）

工序90：钻φ5孔 机床：台式钻床Z525

刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～9，选硬质合金锥柄麻花钻头 切削深度ap：ap?2.5mm

根据参考文献[3]表2.4?39查得：进给量f?0.22mm/r,切削速度

V?0.36m/s。

Vc=

?Dnc1000=

??127?1251000?50mmin

机床主轴转速n：

1000V1000?0.36?60n???1147r/min，

?d3.14?5按照参考文献[3]表3.1～31，取n?1600r/min。

?Dn3.14?5?1600??0.50m/s 实际切削速度v：v?10001000?60切削工时

被切削层长度l：l?30mm D6刀具切入长度l1：l1?ctgkr?(1~2)?ctg120??2?4mm

22刀具切出长度l2：l2?1~4mm 取l2?3mm。 L?l1?l230?4?3??0.11min 加工基本时间tj： tj?f?n0.22?1600

第2章 偏心轴钻孔夹具设计

2.1设计要求

为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本夹具将用于Z525钻床。成批生产，任务为设计一偏心轴钻孔φ5孔。

本夹具无严格的技术要求，因此，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，精度不是主要考虑的问题。

2.2夹具设计

2.2.1 定位基准的选择

为了提高加工效率及方便加工，决定材料使用高速钢，用于对进行加工，准备采用手动夹紧。

由零件图可知：进行加工前，外圆面进行了粗、精铣加工，进行了粗、精加工。因此，定位、夹紧方案有：

方案Ⅰ：选外圆面平面、和侧面和V型块定位夹紧方式用操作简单，通用性较强的螺旋压块来夹紧。

为了使定位误差达到要求的范围之内，这种定位在结构上简单易操作。

2.2.2 切削力及夹紧力的计算

钻该孔时选用：钻床Z525，刀具用高速钢刀具。 由参考文献[5]查表1?2?7可得：

切削力公式：Ff?667D1.2f0.7KP 式中 D?5mm f?0.22mm/r 查表1?2?8得：Kp?(?b736)0.75

其中：?b?0.6 Kp?0.0048

即：Ff?955.08(N)

实际所需夹紧力：由参考文献[5]表1?2?12得：

WK?F?K

?1??2 有：?1?0.7,?2?0.16 安全系数K可按下式计算有：

K?K0K1K2K3K4K5K6

式中：K0~K6为各种因素的安全系数，见参考文献[5]表1?2?1 可得：

K?1.2?1.0?1.0?1.0?1.3?1.0?1.0?1.56 所以 WK?K?Ff?955.08?1.56?1489.92(N)

根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即：

WK?K?F 安全系数K可按下式计算：

K?K0K1K2K3K4K5K6

式中：K0~K6为各种因素的安全系数，查参考文献[5]1～2～1可知其公式参数：

K1?1.0,K2?1.0,,K3?1.0,K4?1.3,K5?1.0,K6?1.0.

由此可得： K?1.2?1.0?1.0?1.0?1.3?1.0?1.0?1.56

所以 WK?K?F?836.24?1.56?1304.53(N) 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。

夹紧力的确定 夹紧力方向的确定

夹紧力应朝向主要的定位基面。

夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。 (1)

夹紧力作用点的选择

a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。

b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。

c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。 (3)夹紧力大小的估算

理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。

估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。

估算的步骤：

a.建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程：FJ理=Ф (FP)。

b.实际需要的夹紧力FJ需，应考虑安全系数，FJ需=KFJ理。 c.校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件：FJ>FJ需。

夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。

仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。

夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。

一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。

考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。

螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。

螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此

他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。

典型的螺旋夹紧机构的特点： （1）结构简单； （2）扩力比大； （3）自琐性能好； （4）行程不受限制； （5）夹紧动作慢。

夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此套夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。

工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。

查参考文献[5]1～2～26可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：

W0?QL??tg?1??ztg(???2)式中参数由参考文献[5]可查得：

???6.22 rz?2.76 ?1?90? ?2?9?50? ??2?29'

螺旋夹紧力：W0?4748.2(N)

?该夹具采用夹紧机构， 由上述计算易得： WK??WK

由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。

2.3定位误差的分析

为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。

?j??w??g

与机床夹具有关的加工误差?j，一般可用下式表示：

?j??W?Z??D?A??D?W??j?j??j?M

⑴定位误差 ：

?D?W??D1??d1??1min

?J.W?arctg其中：

?D??d??1min??D??d??2min11222L

?D1?0.052mm，?D2?0mm

?d1?0.011mm，?d2?0.023mm

?1min?0mm，?2min?0.034mm

⑵ 夹紧误差 ：?j?j?(ymax?ymin)cos? 其中接触变形位移值：

?y?(kRaZRaZ?kHBN?c1)(Z)n HB19.62l查[5]表1～2～15有KRaz?0.004,KHB??0.0016,C1?0.412,n?0.7。

?j?j??ycos??0.0028mm

⑶ 磨损造成的加工误差：?j?M通常不超过0.005mm ⑷ 夹具相对刀具位置误差：?D?A取0.01mm 误差总和：?j??w?0.085mm?0.3mm

从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。

2.4夹具设计及操作的简要说明

由于是大批大量生产，主要考虑提高劳动生产率。因此设计时，需要更换零件加工时速度要求快。本夹具设计，用移动夹紧的大平面定位三个自由度，定位两个自由度，用定位块定位最后一个转动自由度。

夹具体是夹具的基础件，夹具体上所有组成部分都必须最终通过这一基础件连接成一个有机整体。为了满足加工要求，夹具体应有足够的刚度和强度，同时结构工艺性要好。

由于铸造工艺性好，几乎不受零件大小、形状、重量和结构复杂程度的限制，同时吸振性良好、抗压能力好，故此选用铸造夹具体，材料选取HT200，铸造成型后时效处理，以消除内应力。

由于工件采用V型块定位Φ20mm外圆面，这就要求V型块固定在一个与水平面成45°的支撑面上。我们可以采用加工一有45°面的支撑块固定在夹具体上，经过切削加工达到我们要求的定位尺寸。

结 论

通过近一个月的毕业设计，使我们充分的掌握了一般的设计方法和步骤，不仅是对所学知识的一个巩固，也从中得到新的启发和感受，同时也提高了自己运用理论知识解决实际问题的能力，而且比较系统的理解了液压设计的整个过程。

在整个设计过程中，我本着实事求是的原则，抱着科学、严谨的态度，主要按照课本的步骤，到图书馆查阅资料，在网上搜索一些相关的资料和相关产品信息。这一次设计是大学四年来最系统、最完整的一次设计，也是最难的一次。在设计的时候不停的计算、比较、修改，再比较、再修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期间也遇到不少的困难和挫折，幸好有老师的指导和帮助，才能够在设计中少走了一些弯路，顺利的完成了设计。

本设计研究过程中仍然存在不足之处，有的问题还待于进一步深入，具体如下：

（1）缺乏实际工厂经验，对一些参数和元件的选用可能不是非常合理，有一定的浪费。

（2）与夹具相关的刀具和量具的了解还不太清楚。

（3）系统的设计不太完善，在与计算机配合进行精确的数据采集和控制上还有一些不足。

（4）使用有一定的局限：人工操作多，零部件磨损度在实际中尚不明确。

参考文献

[1] 刘德荣，组合夹具结构简图的初步探讨，组合夹具，1982. (1) [2] 孙已德，机床夹具图册[M]，北京：机械工业出版社，1984：20-23。 [3] 贵州工学院机械制造工艺教研室，机床夹具结构图册[M]，贵阳：贵州任命出版社，1983：42-50。

[4] 刘友才，机床夹具设计[Ｍ] ，北京：机械工业出版社，1992 。 [5] 孟少龙，机械加工工艺手册第1卷[M]，北京：机械工业出版社，1991。

[6] 《金属机械加工工艺人员手册》修订组，金属机械加工工艺人员手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1979。

[7] 李洪，机械加工工艺师手册[M]，北京：机械工业出版社，1990。 [8] 马贤智，机械加工余量与公差手册[M]，北京：中国标准出版社，1994。

[9] 上海金属切削技术协会，金属切削手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1984。

[10] 周永强，高等学校毕业设计指导[M]，北京：中国建材工业出版社，2002。

[11] 薛源顺,机床夹具设计(第二版) [M],机械工业出版社,2003.1 [12] 余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计[M]，重庆：重庆大学出版社，1995。

[13] 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学，机床夹具设计手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1980。

[14] 李庆寿，机械制造工艺装备设计适用手册[M]，银州：宁夏人民出版社，1991。

[15] 廖念钊，莫雨松，李硕根，互换性与技术测量[M]，中国计量出版社，2000：9-19。

[16] 哈尔滨工业大学,哈尔滨市教育局,专用机床夹具设计与制造,黑农

24

江人民出版社,1979.12

[17] 乐兑谦，金属切削刀具，机械工业出版社，2005：4-17。 [18] Machine Tools N.chernor 1984.

[19] Machine Tool Metalworking John L.Feirer 1973. [20] Handbook of Machine Tools Manfred weck 1984 .

[21] Sors l.fatigue design of machine components.oxford:pergramon press.1971

43

致 谢

在本文完成之际，首先向我最尊敬的导师老师致以最诚挚的敬意和最衷心的感谢。几个月以来，他不遗余力地对我的设计进行了指导。在我毕业设计这段时间，无论在学习还是在生活上，恩师都给予了我无微不至的关怀。他以其渊博的知识，宽厚的胸怀、无私的敬业精神以及严谨的治学态度和开拓进取的精神激励着我，并言传身教，身体力行地不断培养我独立思考，深入探索，解决实际问题的能力，使我受益匪浅。老师给与了该设计关键性的技术指导，并指明了研究的方向，虽然平日里工作繁多，但在我做毕业设计的过程中，特别在说明书的撰写和修改上给予了我悉心的指导，特此向老师表示衷心的感谢和敬意!

毕业设计虽已完成了，但由于知识水平的局限，实际经验缺乏，设计还存在许多不足，有很多地方需要改进。对于这些不足，我将在以后的工作中利用尽自已所能的去补充和完善，让自己成为对社会作更多的贡献，成为有用之才。

此外还要感谢那些给予过我关心、帮助的老师和同学，正是有了大家的关怀、鼓力和我自己的努力，此设计才得以顺利完成。

26

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vysg.html