传动箱体工艺与夹具毕业设计论文.pdf

1 四川职业技术学院 毕 业 设 计 设计题目设计题目： 传动箱体工艺与夹具设计 系系别别: : 专专业业: : 班班级级: : 姓姓名名: : 学学号号: : 设计小组设计小组: : 指导教师指导教师: : 完成时间完成时间: : 2 前言前言 加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践 之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。 机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产 发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和 创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。 1.1 课题背景及发展趋势 材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计； 另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还 具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和 适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术 潜在的“功能”。 技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的 结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系 在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。 工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种， 对中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对 机床夹具提出更高的要求。 1.2 夹具的基本结构及夹具设计的内容夹具的基本结构及夹具设计的内容 按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类: (1)定位元件及定位装置； (2)夹紧元件及定位装置(或者称夹紧机构)； (3)夹具体； (4)对刀,引导元件及装置(包括刀具导向元件,对刀装置及靠模装置等)； (5)动力装置； (6)分度,对定装置； (7)其它的元件及装置(包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接 用的紧固螺钉,销钉,键和各种手柄等)； 每个夹具不一定所有的各类元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般的 车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之,按照加工等方面的要求,有些 夹具上还需要设有其它装置及机构,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。 专用夹具的设计主要是对以下几项内容进行设计： （1）定位装置的设计； （2） 夹紧装置的设计； （3）对刀-引导装置的设计； （4）夹具体的设计； （5）其他元件 3 及装置的设计。 4 目 录 1前 言 . 1 1.1 课 题 背 景 及 发 展 趋 势 1 1.2 夹 具 的 基 本 结 构 及 设 计 内 容 .1 2t 箱 体 加 工 工 艺 规 程 设 计 .3 2.1 零 件 的 分 析 3 2.1.1 零 件 的 作 用 .3 2.1.2 零 件 的 工 艺 分 析 .3 2.2 箱 体 加 工 的 主 要 问 题 和 工 艺 过 程 设 计 所 应 采 取 的 相 应 措 施 4 2.2.1 确 定 毛 坯 的 制 造 形 式 .4 2.2.2 基 面 的 选 择 .4 2.2.3 确 定 工 艺 路 线 4 2.2.4 机 械 加 工 余 量 、 工 序 尺 寸 及 毛 坯 尺 寸 的 确 定 5 2.2.5 确 定 切 削 用 量 6 2.3 小 结 .19 3专 用 夹 具 设 计 .20 3.1 加 工 上 平 面 镗 孔 夹 具 设 计 .20 3.1.1 定 位 基 准 的 选 择 20 3.1.2 切 削 力 的 计 算 与 夹 紧 力 分 析 .21 3.1.3 夹 紧 元 件 及 动 力 装 置 确 定 21 3.1.4 钻 套 、 衬 套 、 钻 模 板 及 夹 具 体 设 计 22 3.1.5 夹 具 精 度 分 析 . 27 3.1.6 夹 具 设 计 及 操 作 的 简 要 说 明 .27 3.2 粗 、 精 铣 传 动 箱 上 平 面 夹 具 夹 具 设 计 . 28 3.2.1 定 位 基 准 的 选 择 28 3.2.2 定 位 元 件 的 设 计 28 3.2.3 定 位 误 差 分 析 . 29 3.2.4 铣 削 力 与 夹 紧 力 计 算 29 3.2.5 夹 具 体 槽 形 与 对 刀 装 置 设 计 .30 3.2.6 夹 紧 装 置 及 夹 具 体 设 计 .27 3.2.7 夹 具 设 计 及 操 作 的 简 要 说 明 .28 3.3 钻 18 M8 螺 纹 孔 夹 具 设 计 28 3.3.1 定 位 基 准 的 选 择 28 5 3.3.2 定 位 元 件 的 设 计 29 3.3.3 定 位 误 差 分 析 . 29 3.3.4 钻 削 力 与 夹 紧 力 的 计 算 .29 3.3.5 钻 套 、 衬 套 、 钻 模 板 及 夹 具 体 设 计 30 3.3.6 夹 紧 装 置 的 设 计 38 3.3.7 夹 具 设 计 及 操 作 的 简 要 说 明 .38 3.4 小 结 .39 4结 束 语 40 参 考 文 献 41 6 2 2传动箱体加工工艺规程设计传动箱体加工工艺规程设计 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 题目给出的零件是传动箱体，它的主要的作用是用来支承、固定的。它的主 要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反 两种转向的不同转速，同时传动箱分出部分动力将运动传给进给箱。传动箱中的 主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量， 一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值也将大打折扣。 2.1.2 零件的工艺分析 零件的材料为 HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，减震性能良好。 传动箱体需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下： （1）主要加工面： 1）铣上下平面保证尺寸 100mm，平行度误差为 0.03 2）铣侧面保证尺寸 62 与 20 与下平面的平行度误差为 0.02 3）镗上、下面平面各孔至所要求尺寸，并保证各位误差要求 4）钻侧面 4M6 螺纹孔 5）钻孔攻丝底平面各孔 （2）主要基准面： 1）以下平面为基准的加工表面 这一组加工表面包括：传动箱上表面各孔、传动箱上表面 2）以下平面为基准的加工表面 这一组加工表面包括：主要是下平面各孔及螺纹孔 2.2 传动箱体加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措 施 2.2.1 确定毛坯的制造形式 零件的材料 HT200。由于年产量为 4000 件，达到大批生产的水平，而且零件 的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批 生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。 2.2.2 基面的选择 （1）粗基准的选择对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零 件的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用底面定位块支承 和底面作为主要定位基准，以限制 z、z、y、y、五个自由度。再以一面定位消除 x、 7 向自由度，达到定位,目的。 （2）精基准的选择主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用已加工 结束的上、下平面作为精基准。 2.2.3 确定工艺路线 表 2.1 工艺路线方案一 工序 1粗精铣上平面 工序 2粗精铣下平面 工序 3粗精铣宽度为 20mm 的侧面及保证尺寸 60 的面 工序 4钻上平面 12-M6 螺纹底孔 工序 5钻下平面 18-M8 螺纹底孔 工序 6钻下平面台阶面各小孔 工序 7钻侧面各孔 工序 8钳工，攻丝各螺纹孔 工序 9镗上平面各孔 工序 10镗下平面各孔 表 2.2 工艺路线方案二 工序 1粗精铣上平面 工序 2粗精铣下平面 工序 3粗精铣宽度为 20mm 的侧面及保证尺寸 62 的面 工序 4镗上平面各孔 工序 5镗下平面各孔 工序 6钻上平面 12-M6 螺纹底孔 工序 7钻下平面 18-M8 螺纹底孔 工序 8钻下平面台阶面各小孔 工序 9钻侧面各孔 工序 10钳工，攻丝各螺纹孔 工艺路线的比较与分析： 第二条工艺路线不同于第一条是将“工序 8 与工序 9， 放到后面。加工完上 下平面各螺纹孔 M8 与螺纹孔 M6”变为“工序 4 工序 5”其它的先后顺序均没变 化。通过分析发现这样的变动提高了生产效率。而且对于零的尺寸精度和位置精 度都有太大程度的帮助。 8 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。符合先加工面再钻孔的原则。若选第一条工艺路线， 加工“工序 4 与工序 5， ”不便于装夹，并且毛坯的端面与轴的轴线是否垂直决定 了钻出来的孔的轴线与轴的轴线是非平行这个问题。所以发现第一条工艺路线并 不可行。如果选取第二条工艺方案，先镗上、下平面各孔，然后以这些已加工的 孔为精基准，加工其它各孔便能保证 12-M6 与 18-M8 孔的形位公差要求 从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第二个方案比较合理。所以我决 定以第二个方案进行生产。具体的工艺过程见工艺卡片所示。 2.2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 传动箱体的材料是 HT200，生产类型为大批生产。由于毛坯用采用金属模铸 造, 毛坯尺寸的确定如下： 由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余 量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量 之分。 由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与 最小余量时应按调整法加工方式予以确定。 1）加工箱体的上下平面，根据参考文献8表 4-35 和表 4-37 考虑 3mm，粗 加工 2mm 到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工 1mm， 2）加工宽度为 20mm 的侧面时，用铣削的方法加工两侧面。由于侧面的加工 表面有粗糙度的要求1.6 a Rm， 而铣削的精度可以满足， 故采取分二次的铣削的 方式，粗铣削的深度是 2mm，精铣削的深度是 1mm 3）镗上、下平面各传动轴孔时，由于粗糙度要求1.6 a Rm，因此考虑加工 余量 2.5mm。可一次粗加工 2mm，一次精加工 0.5 就可达到要求。 6）加工 18M8 底孔，根据参考文献8表 4-23 考虑加工余量 1.2mm。可一 次钻削加工余量 1.1mm，一次攻螺纹 0.1 就可达到要求。 7）加工 12M6 底孔时，根据参考文献8表 4-23 考虑加工余量 1.2mm。可 一次钻削加工余量 1.1mm，一次攻螺纹 0.1mm 就可达到要求。 8）加工下平面台阶面各小孔，粗加工 2mm 到金属模铸造的质量和表面粗糙度要 求，精加工 1mm，可达到要求。 2.2.5 确定切削用量 工序 1：粗、精铣传动箱体下平面 （1）粗铣下平面 加工条件： 9 工件材料： HT200，铸造。 机床：X52K 立式铣床。 查参考文献7表 3034 刀具： 硬质合金三面刃圆盘铣刀 （面铣刀） ， 材料：15YT，100Dmm， 齿数8Z ， 此为粗齿铣刀。 因其单边余量：Z=2mm 所以铣削深度 p a：2 p amm 每齿进给量 f a：根据参考文献3表 2.4-75，取0.12/ f amm Z铣削速度V：参照 参考文献7表 3034，取1.33/Vm s。 机床主轴转速n： 1000V n d 式（2.1） 式中V铣削速度； d刀具直径。 由式 2.1 机床主轴转速n： 10001000 1.33 60 254 /min 3.14 100 V nr d 按照参考文献3表 3.1-74300 /minnr 实际铣削速度v： 3.14 100 300 1.57/ 10001000 60 dn vm s 进给量 f V：0.12 8 300/604.8/ ff Va Znmm s 工作台每分进给量 m f：4.8/288/min mf fVmm smm a：根据参考文献7表 2.4-81,40amm （2）精铣下平面 加工条件： 工件材料： HT200，铸造。 机床： X52K 立式铣床。 参考文献7表 3031 刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀） ：15YT，100Dmm，齿数 12，此为细 齿铣刀。 精铣该平面的单边余量：Z=1mm 铣削深度 p a：1 p amm 每齿进给量 f a：根据参考文献7表 3031，取0.08/ f amm Z 铣削速度V：参照参考文献7表 3031，取0.32/Vm s 机床主轴转速n，由式（2.1）有： 10 10001000 0.32 60 61 /min 3.14 100 V nr d 按照参考文献7表 3.1-3175 /minnr 实际铣削速度v： 3.14 100 75 0.4/ 10001000 60 dn vm s 进给量 f V，由式（1.3）有：0.15 12 75/602.25/ ff Va Znmm s 工作台每分进给量 m f：2.25/135/min mf fVmm smm 粗铣的切削工时 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知315lmm， 刀具切入长度 1 l： 22 1 0.5()(1 3)lDDa 22 0.5(10010040 )(1 3)7mm 刀具切出长度 2 l：取mml2 2 走刀次数为 1 机动时间 1 j t： 12 1 31572 1.13min 288 j m lll t f 根据参考文献5表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间 1 1.04 f t 精铣的切削工时 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知315lmm 刀具切入长度 1 l：精铣时 1 100lDmm 刀具切出长度 2 l：取mml2 2 走刀次数为 1 机动时间 2j t： 12 2 315 1002 1.09min 135 j m lll t f 根据参考文献5表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间 2 1.04 f t 铣下平面的总工时为：t= 1 j t+ 2j t+ 1f t+ 2f t=1.13+1.04+1.04 +1.09=2.58min 工序 2：加工上平面，各切削用量与加工上平面相近，因此省略不算，参照工 序 1 执行。 工序 3：粗精铣宽度为 20mm 的侧面： （1）粗铣宽度为 20mm 的侧面 加工条件： 工件材料： HT200，铸造。 11 机床：X52K 立式铣床。 查参考文献7表 3034 刀具： 硬质合金三面刃圆盘铣刀 （面铣刀） ， 材料：15YT，100Dmm， 齿数8Z ， 此为粗齿铣刀。 因其单边余量：Z=2mm 所以铣削深度 p a：2 p amm 每齿进给量 f a：根据参考文献3表 2.4-75，取0.12/ f amm Z铣削速度V：参照 参考文献7表 3034，取1.33/Vm s。 由式 2.1 得机床主轴转速n： 10001000 1.33 60 254 /min 3.14 100 V nr d 按照参考文献3表 3.1-74300 /minnr 实际铣削速度v： 3.14 100 300 1.57/ 10001000 60 dn vm s 进给量 f V：0.12 8 300/604.8/ ff Va Znmm s 工作台每分进给量 m f：4.8/288/min mf fVmm smm a：根据参考文献7表 2.4-81,60amm 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知60lmm， 刀具切入长度 1 l： 22 1 0.5()(1 3)lDDa式（2.2） 22 0.5(10010060 )(1 3)1113mm 刀具切出长度 2 l：取mml2 2 走刀次数为 1 （2）精铣宽度为 20mm 的下平台 加工条件： 工件材料： HT200，铸造。 机床： X52K 立式铣床。 由参考文献7表 3031 刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀） ：15YT，100Dmm，齿数 12，此为细 齿铣刀。 精铣该平面的单边余量：Z=1mm 铣削深度 p a：1.0 p amm 每齿进给量 f a：根据参考文献7表 3031，取0.08/ f amm Z 铣削速度V：参照参考文献7表 3031，取0.32/Vm s 12 机床主轴转速n，由式（2.1）有： 10001000 0.32 60 61 /min 3.14 100 V nr d 按照参考文献3表 3.1-3175 /minnr 实际铣削速度v： 3.14 100 75 0.4/ 10001000 60 dn vm s 进给量 f V，由式（2.3）有：0.15 12 75/602.25/ ff Va Znmm s 工作台每分进给量 m f：2.25/135/min mf fVmm smm 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知210lmm 刀具切入长度 1 l：精铣时 1 100lDmm 刀具切出长度 2 l：取mml2 2 走刀次数为 1 根据参考文献9： 1 t=249/(37.53)=2.21min。 根据参考文献5表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间 1 0.41 f t 精铣宽度为 20mm 的下平台 根据参考文献9切削工时： 2 t=249/(37.53)=2.21min 根据参考文献5表 2.5-45 可查得铣削的辅助时间 2 0.41 f t 粗精铣宽度为 30mm 的下平台的总工时： t= 1 t+ 2 t+ 1f t+ 2f t=2.21+2.21+0.41+0.41=5.24min 工序：粗镗62H12 的孔 机床：卧式镗床618T 刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：5YT 切削深度 p a：2.0 p amm，毛坯孔径 0 57dmm。 进给量f：根据参考文献表 2.4-66，刀杆伸出长度取mm200，切削深度为 F a=2.0mm。因此确定进给量0.2/fmm r。 切削速度V：参照参考文献3表 2.4-9 取2.4/144/minVm sm 机床主轴转速n： 10001000 144 804.56 / min 3.14 57 V nr d ， 按照参考文献3表 3.1-41 取1000 /minnr 实际切削速度v： 3.14 57 1000 2.98/ 10001000 60 dn vm s 工作台每分钟进给量 m f：0.2 1000200/min m ffnmm 被切削层长度l：35lmm 13 刀具切入长度 1 l： 1 2.5 (2 3)26.33 30 p r a lmm tgktg 刀具切出长度 2 l：mml53 2 取mml4 2 行程次数i：1i 机动时间 1 j t： 12 1 356.334 0.227min 200 j m lll t f 查参考文献1，表 2.5-37 工步辅助时间为：2.61min 精镗下端孔62H12 机床：卧式镗床618T 刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：5YT 切削深度 p a：0.5 p amm 进给量f：根据参考文献3表 2.4-66，刀杆伸出长度取mm200，切削深度为 F a=0.5mm。因此确定进给量0.15/fmm r 切削速度V：参照参考文献3表 2.4-9，取3.18/190.8/minVm sm 机床主轴转速n： 0 10001000 190.8 1029 / min 3.14 61 V nr d ，取1000 /minnr 实际切削速度v， ： 3.14 61 1000 3.09/ 10001000 62 dn vm s 工作台每分钟进给量 m f：0.15 1000150/min m ffnmm 被切削层长度l：35lmm 刀具切入长度 1 l： 1 0.5 (2 3)22.87 30 p r a lmm tgktg 刀具切出长度 2 l：mml53 2 取mml4 2 行程次数i：1i 机动时间 1 j t： 12 1 352.874 0.279min 150 j m lll t f 所以该工序总机动工时0.2270.2790.506min j t 查参考文献1，表 2.5-37 工步辅助时间为：1.86min 工序 5：粗镗72H12 的孔 机床：卧式镗床618T 刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：5YT 14 切削深度 p a：2.0 p amm，毛坯孔径 0 67dmm。 进给量f：根据参考文献表 2.4-66，刀杆伸出长度取mm200，切削深度为 F a=2.0mm。因此确定进给量0.2/fmm r。 切削速度V：参照参考文献3表 2.4-9 取1.92/115/minVm sm 机床主轴转速n： 10001000 115 546.63 / min 3.14 67 V nr d ， 按照参考文献3表 3.1-41 取600 / minnr 实际切削速度v： 3.14 67 600 1.75/ 10001000 71 dn vm s 工作台每分钟进给量 m f：0.2 600120/ min m ffnmm 被切削层长度l：20lmm 刀具切入长度 1 l： 1 2.0 (2 3)25.45 30 p r a lmm tgktg 刀具切出长度 2 l：mml53 2 取mml4 2 行程次数i：1i 机动时间 1 j t： 12 1 205.454 0.196min 150 j m lll t f 查参考文献1，表 2.5-37 工步辅助时间为：2.61min 精镗下端孔到72H12 机床：卧式镗床618T 刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：5YT 切削深度 p a：0.5 p amm 进给量f：根据参考文献3表 2.4-66，刀杆伸出长度取mm200，切削深度为 F a=0.5mm。因此确定进给量0.15/fmm r 切削速度V：参照参考文献3表 2.4-9，取2.86/171.72/minVm sm 机床主轴转速n： 0 10001000 171.72 770.2 / min 3.14 71 V nr d ，取800 /minnr 实际切削速度v， ： 3.14 61 800 3.09/ 10001000 72 dn vm s 工作台每分钟进给量 m f：0.15 800120/ min m ffnmm 被切削层长度l：20lmm 15 刀具切入长度 1 l： 1 0.5 (2 3)22.87 30 p r a lmm tgktg 刀具切出长度 2 l：mml53 2 取mml4 2 行程次数i：1i 机动时间 1 j t： 12 1 202.874 0.224min 120 j m lll t f 所以该工序总机动工时0.1960.2240.42min j t 查参考文献1，表 2.5-37 工步辅助时间为：1.56min 工序 6：钻下平在 12-M6 工件材料为 HT200 铁，孔的直径为 6mm。加工机床为 Z535 立式钻床，加工工序为 钻孔至5，选用5 的麻花钻头。攻 M6 螺纹，选用 M6 细柄机用丝锥攻螺纹。 进给量f：根据参考文献5表 2.4-39，取rmmf/25. 0 切削速度V：参照参考文献5表 2.4-41，取smV/43. 0 由式（2.1）机床主轴转速n： 0 10001000 0.43 60 1643 /min 3.14 5 V nr d ，取900 /minnr 实际切削速度 V ： 0 3.14 5 900 0.24/ 10001000 60 d n Vm s 被切削层长度l：15lmm 刀具切入长度 1 l： 1 5 (1 2)12023.5 22 r D lctgkctgmm 刀具切出长度 2 l：0 2 l 走刀次数为 1 攻 M61.5 的螺纹 机床：Z535 立式钻床 刀具：细柄机用丝锥（6 1.5M ） 进给量f：由于其螺距mmp5 . 1,因此进给量rmmf/5 . 1 切削速度V：参照参考文献5表 2.4-105，取min/88. 8/148. 0msmV 由式（2.1）机床主轴转速n： 0 10001000 8.88 471.3 /min 3.14 6 V nr d ，取480 /minnr 丝锥回转转速 0 n：取480 /min n nr 16 实际切削速度 V ： 0 3.14 6 480 0.15/ 10001000 60 d n Vm s 被切削层长度l：20lmm 刀具切入长度 1 l： 1 4.5lmm 刀具切出长度 2 l：0 2 l 走刀次数为 1 机动时间 j t： 12 203.5 0.118min 0.25 800 j lll t fn 根据参考文献5表 2.5-41 可查得钻削的辅助时间 1 1.77 f t 攻 M6 螺纹 被切削层长度l：20lmm 刀具切入长度 1 l： 1 4.5lmm 刀具切出长度 2 l：0 2 l 走刀次数为 1 机动时间 j t： 1212 0 204.5204.5 0.05min 1.5 4801.5 480 j llllll t fnfn 根据参考文献5表 2.5-41 可查得钻削的辅助时间 1 1.77 f t 总工时为：t=2 j t+ f t=3.75min 工序 7：加工 18M8 底孔 工件材料为 HT200 铁，孔的直径为 8mm。加工机床为 Z535 立式钻床，加工工序为 钻孔至7，选用7 的麻花钻头。攻 M8 螺纹，选用 M8 细柄机用丝锥攻螺纹。 进给量f：根据参考文献5表 2.4-39，取rmmf/25. 0 切削速度V：参照参考文献5表 2.4-41，取smV/43. 0 由式（2.1）机床主轴转速n： 0 10001000 0.43 60 1174 /min 3.14 7 V nr d ，取900 /minnr 实际切削速度 V ： 0 3.14 7 900 0.33/ 10001000 60 d n Vm s 被切削层长度l：20lmm 刀具切入长度 1 l： 1 7 (1 2)12024.1 22 r D lctgkctgmm 17 刀具切出长度 2 l：0 2 l 走刀次数为 1 攻 M81.5 的螺纹 机床：Z535 立式钻床 刀具：细柄机用丝锥（8 1.5M ） 进给量f：由于其螺距mmp5 . 1,因此进给量rmmf/5 . 1 切削速度V：参照参考文献5表 2.4-105，取min/88. 8/148. 0msmV 由式（2.1）机床主轴转速n： 0 10001000 8.88 353.5 /min 3.14 8 V nr d ，取360 /minnr 丝锥回转转速 0 n：取360 /min n nr 实际切削速度 V ： 0 3.14 8 360 0.15/ 10001000 60 d n Vm s 攻 M8 螺纹的工时 被切削层长度l：20lmm 刀具切入长度 1 l： 1 4.5lmm 刀具切出长度 2 l：0 2 l 走刀次数为 1 机动时间 j t： 1212 0 204.5204.5 0.09min 1.5 3601.5 360 j llllll t fnfn 根据参考文献5表 2.5-41 可查得钻削的辅助时间 1 1.77 f t 工序 8：阶梯孔 工件材料为 HT200 铁，孔的直径为 20mm，表面粗糙度3.2 a Rm。加工机 床为 Z535 立式钻床，加工工序为锪钻，加工刀具为：锪钻孔20mm 小直径 锪钻。 1）确定切削用量 确定进给量f根据参考文献7表 28-10 可查出0.25 0.31/fmm r 表 ， 由 于孔深度比 0 /8/130.6l d ，1.0 lf k，故 (0.25 0.31) 1.00.25 0.31/fmm r 表 。查 Z535 立式钻床说明书，取 0.23/fmm r。 根据参考文献7表 28-8， 钻头强度所允许是进给量 1.75/fmm r。 由于机床进给 18 机构允许的轴向力 max 15690FN（由机床说明书查出） ，根据参考文献7表 28-9， 允许的进给量 “ 1.8/fmm r。 由于所选进给量f远小于 f及 “ f，故所选f可用。 确定切削速度v、轴向力 F、转矩 T 及切削功率 m P根据表 28-15，由插入 法得： 17/minvm 表 ，4732FN 表 51.69TN M 表 ，1.25 m PkW 表 由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。 由参考文献7表 28-3，0.88 Mv k，0.75 lv k ，故 17/min 0.88 0.7511.22(/min)vmm 表 0 10001000 11.22/ min 298 / min 13 vmm nr dmm 表 查 Z535 机床说明书，取195 /minnr。实际切削速度为 0 12195 /min 7.35/min 10001000 d nmmr vm 由参考文献7表 28-5，1.0 MFMT kk，故 47321.04732()FNN 51.691.051.69TN mN m 校验机床功率切削功率 m P为 /) mMMm PPn n k 表 （ 1.25(195/298) 1.00.82kWkW 机床有效功率 4.50.813.65 EEm PPkWkWP 故选择的钻削用量可用。即 0 13dmm，0.23/fmm r，195 /minnr，7.35/minvm 相应地 4732FN，51.69TN m，0.82 m PkW 工序 9：校验 （5）锪钻20 阶梯孔 加工条件： 工件材料：HT200，金属模铸造， 机床：Z535 立式钻床 刀具：高速钢钻头7，M8 丝锥，20 小直径端面锪钻 被切削层长度l：20lmm 19 刀具切入长度 1 l： 1 7 (1 2)12024.1 22 r D lctgkctgmm 刀具切出长度 2 l：0 2 l 走刀次数为 1 机动时间 j t： 12 12.54.1 0.07min 0.25 900 j lll t fn 根据参考文献5表 2.5-41 可查得钻削的辅助时间 1 1.77 f t 锪钻20 阶梯的工时 锪钻孔进给量0.23/fmm r，机床主轴转速195 /minnr， 被切削层长度l：12lmm 刀具切入长度 1 l： 1 20 (1 2)120210.2 22 r D lctgkctgmm 刀具切出长度 2 l：0 2 l 走刀次数为 1 机动时间 j t： 12 3 10.2 0.27min 0.25 195 j lll t fn 由参考文献5表 2.5-41 可查得钻削的辅助时间 1 1.77 f t t= j t+ f t t=0.27+1.77=2.04min 该工序的总工时为： 2.04+0.07+0.05+1.77+1.77=5.7min 所以该方案满足生产要求。 2.3 小结 机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工 艺文件。对加工工艺规程的设计，可以了解了加工工艺对生产、工艺水平有着极 其重要的影响。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法 和手段都要通过机械加工工艺来体现。 20 3 3专用夹具设计专用夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工杠杆零件时， 需要设计专用夹具。 根据任务要求中的设计内容，需要设计加工铣上平面夹具、传动箱体镗上顶面 镗孔夹具及传动箱体钻 18-M8 底孔夹具各一套。其中上顶面镗孔的夹具将用于组 合钻床，刀具分别镗刀。采用 X62W 铣床，硬质合金端铣刀 YG8 对铣上平面进行 加工。钻 M8 底孔夹具采用立式钻床，先用麻花钻钻孔，再用丝锥攻螺纹。 3.1 加工上平面孔的镗孔夹具设计 本夹具主要用来镗上平夹具，此孔也是后面作为工艺孔使用，这个工艺孔有 尺寸精度要求为+0.03，表面粗糙度要求，表面粗糙度为1.6 a Rm，与顶面垂直。 并用于以后各面各孔加工中的定位。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。 本到工序为杠杆加工的第一道工序，加工到本道工序时只完成了传动箱体上表面 的粗、精铣。因此再本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面 粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 3.1.1 定位基准的选择 由零件图可知，有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。为了保 证所钻的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔 的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准 时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣箱体的下表面工序的定位基准，以及设计 21 基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择选用下平作为定位基准， 为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准硬质合金镗刀刀具对工艺孔进行粗 镗削加工；然后采用硬质合金镗刀对其进行精加工，准备采用手动夹紧方式夹紧。 3.1.2 切削力的计算与夹紧力分析 由于本道工序主要完成工艺孔的镗加工，参考文献9得： 镗削力 6 . 08 . 0 26HBDfF 镗削力矩 6 . 0 8 . 09 . 1 10HBfDT 式中：62Dmm232187255 3 1 255 3 1 minmaxmax HBHBHBHB 1 15. 0 rmmf 0.80.6 26 25 0.152323755.2FN 1.90.80.6 10 250.1523226174TN mm 本道工序加工工艺孔时，工件的下平面与台价台靠紧。采用带光面压块的压 紧螺钉夹紧机构夹紧，该机构主要靠压紧螺钉夹紧，属于单个普通螺旋夹紧。根 据参考文献11可查得夹紧力计算公式： 0 12 () Z QL W rtgr tg 式（3.1） 式中： 0 W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） ； 1 螺杆端部与工件间的摩擦角（） ； Z r螺纹中径之半（mm） ； 螺纹升角（） ； 2 螺旋副的当量摩擦角（） 。 由式（3.1）根据参考文献11表 1-2-23 可查得点接触的单个普通螺旋夹紧力： 0 35 50 1895 4 (3109 50 ) WN 3.1.3 夹紧元件及动力装置确定 由于传动箱体的生产量很大，采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应 用也比较广泛。因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。采用手动夹紧， 夹紧可靠，机构可以不必自锁。 本道工序夹具的夹紧元件选用带光面压块的压紧螺钉。旋紧螺钉使其产生的 力通过光面压块将工件压紧。 22 3.1.4 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计 工艺孔的加工需粗、精镗切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构 如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。钻模板选用固定式钻模板，工件以底 面及侧面分别靠在夹具支架的定位快，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧。 夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些 主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装配图 如上图所示： 3.1.5 夹具精度分析 利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工 系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹 具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。 由工序简图可知，本道工序由于工序基准与加工基准重合，又采用顶面为主 要定位基面，故定位误差 w d很小可以忽略不计。本道工序加工中主要保证工艺 孔尺寸 0.02 0.01 62 mm 及表面粗糙度1.6 a Rm。本道工序最后采用精镗加工，选用标 准硬质合金镗刀，直径为 0.02 0.01 62 mm，并采用镗套，镗刀导套孔径为该工艺孔的 位置度应用的是最大实体要求。 工艺孔的表面粗糙度1.6 a Rm，由本工序所选用的加工工步粗镗精满足。 影响两工艺孔位置度的因素有（如下图所示） ： （1）镗模板上装衬套孔的尺寸公差：mm005. 0 1 （2）两衬套的同轴度公差：mm005. 0 2 （3）衬套与钻套配合的最大间隙： 3 25.03425.0120.022mm （4）钻套的同轴度公差：mm005. 0 4 （5）镗套与镗刀配合的最大间隙： 5 25.03925.0080.031mm 222222 12345 22 0.0390.0780.1 w dmmmm 所以能满足加工要求。 3.1.6 夹具设计及操作的简要说明 镗62 孔的夹具如夹具装配图 ZJZ-01 所示。装卸工件时，先将工件放在定位 块上；用压块的压紧螺钉将工件夹紧；然后加工工件。当工件加工完后，将带光 面压块的压紧螺钉松开，取出工件。 3.2 粗、精铣传动箱体上平面夹具设计 本夹具主要用来粗、精铣传动箱上平面。由于加工本道工序的工序简图可知。 粗、精铣传动箱上平面时，上平面尺寸为 210315mm，粗糙度要求6.3 a Rm， 传动箱上平面与下平面有平行度要求,并与工艺孔轴线分别垂直度的要求，本道工 23 序是对传动箱上平面进行粗精加工。因此在本道工序加工时，主要应考虑提高劳 动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。 图 3.5 夹具装配图 3.2.1 定位基准的选择 由零件图可知工艺孔的轴线所在平面有垂直度的要求，从定位和夹紧的角度 来看，本工序中，定位基准是下平面，设计基准也是要求保证上、下两平面的平 行度要求，定位基准与设计基准重合，不需要重新计算上下平面的平行度，便可 保证平行度的要求。在本工序只需保证下平面放平就行，保证下平面与两定位板 正确贴合就行了。 为了提高加工效率，现决定用两把铣刀传动箱体的上平面同时进行粗精铣加工。 同时进行采用手动夹紧。 3.2.2 定位元件的设计 本工序选用的定位基准为一面两销定位，所以相应的夹具上的定位元件应是 一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对固定挡销和带大端面的短圆柱销进 24 行设计。 根据参考文献11带大端面的短圆柱销的结构尺寸参数如图 3.5 所示。 图 3.5带大端面的短圆柱销 根据参考文献11固定挡销的结构如图 3.6 所示。 图 3.6固定挡销 3.2.3 定位误差分析 本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为： 销与孔的配合 0.05mm，铣/钻模与销的误差 0.02mm，铣/钻套与衬套 0.029mm 由公式 e=(H/2+h+b)max/H max=(0.052+0.022+0.0292)1/2 =0.06mm e=0.0630/32=0.05625 25 可见这种定位方案是可行的。 3.2.4 铣削力与夹紧力计算 本夹具是在铣床上使用的，用于定位螺钉的不但起到定位用，还用于夹紧， 为了保证工件在加工工程中不产生振动，必须对“17”六角螺母和”11”螺母螺钉施 加一定的夹紧力。由计算公式 Fj=FsL/(d0tg(+1)/2+rtg2)式（3.2） Fj沿螺旋轴线作用的夹紧力 Fs作用在六角螺母 L作用力的力臂(mm) d0螺纹中径(mm) 螺纹升角() 1螺纹副的当量摩擦() 2螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角() r螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径() 根据参考文献6其回归方程为 FjktTs 其中 Fj螺栓夹紧力(N)； kt力矩系数(cm 1) Ts作用在螺母上的力矩(N.cm)； Fj=52000=10000N 3.2.5 夹具体槽形与对刀装置设计 定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远 些。通过定向键与铣床工作台 U 形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于 工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减 轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。 根据参考文献11定向键的结构如图 3.7 所示。 26 图 3.7定向键 根据参考文献11夹具 U 型槽的结构如图 3.8 所示。 图 3.8U 型槽 主要结构尺寸参数如下表 3.5 所示。 表 3.5U 型槽的结构尺寸 螺栓直径dD 1 DL 12143020 对刀装置由对刀块来实现，用来确定刀具与夹具的相对位置。 由于本道工序是完成传动箱体上平面尺寸为 210315mm 的粗、精铣加工，所以 27 选用直角对刀块。根据 GB224380 直角对到刀块的结构和尺寸如图 3.9 所示。 10 147 37 8 25 图 3.9直角对刀块 塞尺选用平塞尺，其结构如图 3.10 所示。 标记 四周倒圆 图 3.10平塞尺 塞尺尺寸如表 3.6 所示。 表 3.6平塞尺结构尺寸 公称尺寸 H允差 dC 3-0.0060.25 3.2.6 夹紧装置及夹具体设计 夹紧装置采用移动的 A 型压板来夹紧工件，采用的移动压板的好处就是加工 完成后，可以将压板松开，然后退后一定距离把工件取出。 28 移动压板的结构如图 3.