凿岩机缸体零件的机械加工工艺规程和专用机床夹具设计
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毕业设计（论文）任务书专业 机械设计制造及其自动化 下发日期 200741题目设计凿岩机缸体零件的机械加工工艺规程和专用机床夹具 专题设计凿岩机缸体零件的机械加工工艺规程和钻端面浅孔工序、磨内孔工序的专用机床夹具 主 要 内 容 及 要 求 要求：在教师指导下，独立完成设计任务，培养较强的创新意识和学习能力，获得机械工程师的基本训练。使整个设计在技术上是先进的，在经济上是合理的，在生产上是可行的。工艺规程设计应满足加工质量、生产率、经济性要求，机床夹具设计方案应合理，有一定的特色和见解。计算步骤清晰，计算结果正确；设计制图符合国家标准；使用计算机设计、计算和绘图；说明书要求文字通顺、语言简练、图示清晰。必须以负责的态度对待自己所做的技术决定、数据和计算结果。主要内容：（1）确定生产类型，对零件进行工艺分析。（2）选择毛坯种类及制造方法，绘制零件毛坯综合图。（3）拟订零件的机械加工工艺过程，选择各工序的加工设备和工艺装备，确定各工序切削用量和工序尺寸，计算某一代表工序的工时定额。（4）填写工艺文件：工艺过程卡片（或工艺卡片）、工序卡片（可视工作量大小只填部分主要工序的工序卡片）。（5）设计指定工序的专用夹具，绘制装配总图和主要零件图。（6）撰写毕业设计说明书。成果形式：设计说明书不少于2万字，查阅文献15篇以上，翻译与课题有关的英文资料2篇，译文字数不少于5千字，绘制图纸折合总量不少于6张A1。 主要 技术参数该零件图样一张，年生产纲领10000件，备品率为10%，废品率为0.5%，每日一班。 进度及完成日期4月 2日 4 月 15日：布置、讲解设计题目，熟悉理解设计内容，借阅图书资料；毕业实习 / 调研，收集、整理、消化、翻译有关资料。 4月 16日 4 月 22日：分析、抄画零件工作图；确定毛坯种类、余量、形状，绘出零件毛坯综合图。4月 23日 5 月 6日：选择加工方案，确定工艺路线和工艺尺寸，编制机械加工工艺规程。5月 7日 5 月 27日：设计专用夹具，画出夹具总装图及其主要零件图。5月 28日 6 月 10日：编写毕业设计说明书。6月 11日 6 月 24日：毕业设计审阅、修改，准备及答辩。教学院长签字日期教研主任签字日期指导教师签字 日期 I指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日II指 定 论 文 评 阅 人 评 语: 评阅人: 年 月 日III答 辩 委 员 会 评 语评定成绩周 记说明书(或论文)图 纸答 辩总 评答辩委员会主席签字IV本科毕业设计（论文）说明书摘要本文介绍了凿岩机箱体的加工工艺设计过程及其专用夹具设计过程。通过本设计了解机械加工工艺设计过程的一般方法和步骤。联系生产现场实际条件进行工艺方案的比较选择适当方案；掌握根据生产的要求设计专用机床夹具的方法；以及根据商业利益进行工艺方案的比较与技术经济分析。本文内容包括：机械加工工艺的组成，工艺规程的作用，工艺规程的设计原则，生产纲领的计算和生产类型的确定，毛坯的分析，毛坯的制造形式，制造工艺中基准的选择，零件的尺寸、形状误差和位置误差的分析，机械加工工艺路线的制定，各个工序的加工余量、工序尺寸、尺寸公差的确定及某些刀具的几何参数的选择和常见的金属切削机床的选用，机械加工各工序的切削深度、进给量、切削速度的确定，机械加工工时的计算，专用夹具设计的基本要求，专用夹具设计的依据、夹紧装置的选择、夹紧力的估算、定位误差的分析、夹具的操作说明。本文中介绍的各个工序都是从保证使用功能要求、提高劳动生产率，保证加工质量、降低劳动强度，注意劳动保护和环境保护，提高可靠性出发进行各工序的工艺和专用夹具的比较和制定。为了更好的了解各国先进的工艺技术本文还选择了两篇相关英文文献进行了可供读者参考。关键词：机械加工；工艺；工序；夹具；机床 V本科毕业设计（论文）说明书AbstractThe actual term of touch manufacture field is carried on the technology scheme comparing proper scheme of selection ; Demand design on the basis of the manufacture machine tool clamping apparatus special means is mastered ; Along with on the basis of the trade benefit carries on the technology scheme comparing analysing against technique economy The original substance consists of : The calculation of manufacture guiding principle and the manufacture form fixs ； technics component ; every workman sequence allowance ; geometry parameter selection common choosing of metal cutting machine tool to the machining; technology course formulation to the dimensions of spare parts ; form shape error and the positional error analysis; selection in the manufacture technology to shape and the analysis of roughcast ; amount of feeding and fiing of cutting action velocity ; machining man hour calculation ; the clamping apparatus design special basic requirement ; estimating of taut force of clamping apparatus criterion special selection rule and mingles taut unit selection ;The mingles and positioning error analysis;Operating instruction of clamping apparatus . Every workmans sequence introducing in the original wholly is through gurrantee causes diligently require and lift labour productivity ; the guaranty process quality ; cuts down labour intensity ; pays attention to labour safety and environmental protection ; lifts comparing and the formulation that every workmans sequence technology is carried on in the dependability depart . Well-developed for the sake of better comprehension every state nation technology technique the original still chooseed two sheets of correlation English literatures to be underway feeding reader the reference. Keywords : Enginery machining ; technics; working procedure; Clamping apparatus ; Machine tool VI本科毕业设计（论文）说明书目录第1章 绪论 1第2章 零件的分析 32.1零件的功能及用途32.2零件的工艺分析42.2.1零件的技术要求分析42.2.2零件结构及其工艺性分析42.2.3缸体结构分析42.2.4缸体的图纸要求和技术条件分析4第3章 工艺规程设计63.1 机械加工工艺规程的定义6 3.2 加工阶段的划分 6 3.2.1 荒加工阶段 6 3.2.2粗加工 7 3.2.3粗加工7 3.2.4精加工 7 3.2.5 精密、超精密或光整加工阶段7 3.3 工序的集中和分散 7 3.3.1工序的集中 7 3.3.2工序的分散 8 3.4 机械加工工艺过程的组成 8 3.5 机械加工工艺规程的作用9 3.6 机械加工工艺规程的设计原则、步骤和内容10 3.7时间定额和提高生产率的工艺途径 11 3.8 机械加工工艺过程与生产类型15 3.8.1计算生产纲领15 3.8.2确定生产类型15VII 3.9确定毛坯的制造形式 16 3.10 基准的选择和工艺路线的制定163.10.1粗基准的选择18 3.10.2精基准的选择193.10.3工艺路线的制定19第4章 专用夹具的设计.30 4.1 概述30 4.2 问题的提出.31 4.3 设计专用夹具的基本要求31 4.4设计夹具的依据31 4.5钻端面浅孔专用夹具设计32 4.5.1工件在夹具上的定位和定位装置32 4.5.2工件的夹紧及夹紧装置32 4.5.3夹具精度分析35 4.5.4端面钻的夹具设计及操作364.6 精磨的夹具简要说明36第5章 加工方案技术经济分析38第6章 结论42参考文献43致谢44附件一、附件二、附件三 VIII本科毕业设计（论文）说明书第1章 绪论本次的毕业设计的说明书是根据机械工程学院的毕业设计任务书编写的。设计题目是凿岩机箱体大批量生产工艺的制定及其专用夹具的设计。本次的毕业设计是对我们毕业生大学四年所学知识的综合和升华，它不仅要求我们学习掌握广泛的相关专业知识同时要求我们拥有独立分析问题解决问题的能力。所以本次的设计是不断的检验自己知识含量，同时是在我们踏入工作岗位的前的一次历练。本文介绍了凿岩机箱体的加工工艺设计过程及其专用夹具设计过程。通过本设计了解机械加工工艺设计过程的一般方法和步骤。联系生产现场实际条件进行工艺方案的比较选择适当方案；掌握根据生产的要求设计专用机床夹具的方法；以及根据商业利益进行工艺方案的比较与技术经济分析。本文内容包括：机械加工工艺的组成，工艺规程的作用，工艺规程的设计原则，生产纲领的计算和生产类型的确定，毛坯的分析，毛坯的制造形式，制造工艺中基准的选择，零件的尺寸、形状误差和位置误差的分析，机械加工工艺路线的制定，各个工序的加工余量、工序尺寸、尺寸公差的确定及某些刀具的几何参数的选择和常见的金属切削机床的选用，机械加工各工序的切削深度、进给量、切削速度的确定，机械加工工时的计算，专用夹具设计的基本要求，专用夹具设计的依据、夹紧装置的选择、夹紧力的估算、定位误差的分析、夹具的操作说明。本文中介绍的各个工序都是从保证使用功能要求、提高劳动生产率，保证加工质量、降低劳动强度，注意劳动保护和环境保护，提高可靠性出发进行各工序的工艺和专用夹具的比较和制定。机械制造工艺学是一门有着悠久历史的学科，是国家建设和社会发展的支柱学科之一。机械制造可分为热加工和冷加工两部分，热加工指铸造，塑性加工、焊接、表面处理等；冷加工一般是指零件的机械加工工艺过程和装配工艺过程。一般机械制造多指研究各种机械制造冷加工过程和方法的科学。机械产品的制造工艺指导思想是在保证质量的前提下达到高生产率、经济性。工艺是使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程。各种机械的制造方法和过程的总称为机械制造工艺学。工艺是生产中最活跃的因素，它既是构思和想法，又是实在的方法和手段，并落实在由工件、刀具、机床、夹具所构成的工艺系统中，所以它包含和涉及的范围很广，需要多门学科知识的支持，同时又和生产实际联系十分紧密。机械制造过程是一种离散的生产过程，它主要表现在制造过程中的各个环节之间是可以彼此关联或不关联的。机械制造过程的实施依赖个人的经验和技艺较多，难以用数学方法、规律、逻辑进行描述，所以在技术方面要不断的吸取有经验者的经验不断的提高自己。第2章 零件的分析2.1零件的功能及用途本文所给题目的零件是凿岩机的缸体。缸体是机器和部件的基础零件，它将机器和部件中的所有零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，完成必需的运动。因此缸体的加工质量，直接影响着产品的性能、精度和寿命。在缸体中要安装各种作往复或回转运动的零件如活塞、螺旋棒等。同时缸体在凿岩机工作的过程中要不断的承受冲击载荷。所以缸体主要的是起到载体和抵抗冲击载荷的作用。结合生产实习和查阅有关资料摘录了相关产品的示意图如下：图2-1 凿岩机缸体结构示意图图2-2 凿岩机缸体和其它零件连接的示意图 2.2零件的工艺分析2.2.1零件的技术要求分析 加工表面的尺寸精度； 主要加工表面的形状精度； 主要加工表面之间的相互位置精度； 各加工表面粗糙度以及表面质量方面的其他要求； 热处理要求及其它技术要求（如动平衡等）； 零件的视图、技术要求是否齐全主要技术要求和加工关键； 零件图所规定的加工要求是否合理； 零件的选材是否恰当，热处理要求是否合理。2.2.2零件结构及其工艺性分析 结构组成内外圆柱面、圆锥面、平面、螺旋面、齿形面、成形面； 结构组合轴类、套筒类、盘环类、叉架类、箱体类 分析刚度及其方向； 结构的工艺性保证使用要求的前提下能否以高生产率和低成本制造。制定工艺路线的出发点，应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能够得到合理的保证。选用适当的机床，既要保证生产进度，又要考虑经济效果，以降低生产成本。2.2.3 缸体结构分析零件的机构分析：由零件图可以看出缸体缸体的外表面是经过复杂的模锻成型的，其机加工的部分主要是内表面和端面，缸体内孔和端面是来连接和配合其它零部件的。2.2.4 缸体的图纸要求和技术条件分析缸体的加工主要是：缸孔、缸孔端面、缸体侧面孔、缸体侧面锥孔、槽、端面孔和径向孔。它们有一定的位置精度和表面精度要求先分别叙述如下： 76H7和82H7的缸体孔相对于中心有同轴度要求，同轴度公差为0.03mm 76H7和82H7的缸体孔有相同的圆柱度要求，圆柱度公差为0.012mm 76H7缸体孔的两端面的端面圆跳动公差为0.015mm82H7的缸体孔有粗糙度要求 76H7的缸体孔有粗糙度要求 76H7和82H7的缸体孔的两端面粗糙度要求 图2-3 凿岩机缸体的零件简图第3章 工艺规程设计 3.1机械加工工艺规程的定义定义：规定产品零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。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规程来实现。因此，机械加工工艺规程设计是一项重要而又严肃的工作。它要求设计者必须具备丰富的生产实践经验和广博的机械制造工艺基础理论知识。工艺规程是在具体的生产条件下，最合理或较合理的工艺过程和操作方法，并按规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产的。工艺规程中包括各个工序的排列顺序、加工尺寸、公差及技术要求，工在3.2 加工阶段的划分当零件的精度要求比较高时，若将加工面从毛坯面开始到最终的精加工或精密加工都集中在一个工序中连续完成，则难以保证零件的精度要求，或浪费人力、物力资源。这是因为：1）粗加工时，切削层厚，切削热量大，无法消除因热变形带来的加工误差，也无法消除因粗加工留在工件表层的残余应力产生的误差。2）后续加工容易吧已加工好的加工面划伤。3）不利于即使发现毛坯的缺陷。若在加工最后一个表面时才发现毛坯有缺陷，则前面加工就白白浪费了。4）不利于合理地利用设备。把精密机床用于粗加工，使精密机床会过早地丧失精度。5）不利于合理地使用技术工人。让高技术工人完成粗加工任务使人力资源地一种浪费。因此，通常可将高精零件地工艺过程划分为几个加工阶段。根据精度要求地不同，可以划分为：3.2.1 荒加工阶段：安排在粗加工之前。若毛坯的余量特别大，表面极其粗糙时，为粗加工做准备。3.2.2 粗加工：切除各加工表面的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上尽快接近成品，给后面工序留下适当的加工余量。3.2.3 半精加工：为精加工做准备，留有一定的加工余量，加工精度为IT8-IT9，表面粗糙度为。3.2.4 精加工：各加工面孔，在工序完成后达到图样技术要求，精度为IT7，表面粗糙度为。3.2.5 精密、超精密或光整加工阶段。对那些精度要求很高的零件，在工艺过程的最后安排研磨、精密磨、超精加工、金刚石车、金刚镗或其它特种加工方法加工，以达到零件最终的精度要求。高精度零件的中间热处理工序，自然地把工艺过程划分为几个加工阶段。零件在上述各种加工阶段中加工，可以保证有充足地时间消除热变形和消除粗加工产生地残余应力，使后续加工精度提高。另外，在粗加工阶段发现毛坯有缺陷时，就不必进行下一加工阶段地加工，避免浪费。此外还可以合理地使用设备，低精度机床用于粗加工，精密机床专门用于精加工，以保持精密机床的精度水平；合理地安排人力资源，高技术工人专门从事精密、超精密加工，这对保证产品质量，提高工艺水平来说都时十分重要的。加工工艺路线划分的原则：先粗后精，先面后孔，基准先行，先主后次，往往是反复加工互为基准而达到渐精地步。本零件加工分为粗、半精、精三个阶段。3.3 工序的集中和分散同一个工件，同样的加工内容，可以安排两种不同形式的工艺规程：一种时工序集中，另一种时工序分散。3.3.1 工序的集中：零件的加工集中在少数工序内完成，每一工序的加工内容较多。特点： 可减少工件的装夹次数，减少装夹及搬运时间。一次装夹，可加工较多的平面，缩短辅助时间。易于保证加工表面的位置精度。 减少工序数量、设备数量、操作人员与生产场地便于生产计划和调度工作有利于采有高效专用设备（如多工位组合机床），提高生产率。 有利于采用高效设备及其自动化程度高的机床（如多工位组合机床、加工中心），提高生产效率。 使用的设备及投资大，转换产品较困难，要求工人的技术水平较高。本零件采用工序集中的方法，适合大批量，保证质量。3.3.2 工序的分散 工艺路线中的工步内容分散在更多的工序中完成，每一工序的加工内容少。特点： 工件工序多，内容简单。往往一个工序只有一些简单的工作内容，可以采用最合理的切削用量，减少机动时间，对操作工人技术水平要求不高； 设备与工艺简单，调整方便、工人容易掌握，容易适应产品的变化； 设备数目多，生产场地大，操作工人多，管理工作量较大。 由于工序集中和工序分散各有特点，所以生产上都有应用。传统的流水线、自动线生产多采用工序分散的组织形式（个别工序亦有相对集中的形式，例如，对箱体类零件采用专用组合机床加工孔系）。这种组织形式可以实现高生产率生产，但是适应性较差，特别是那些工序相对集中、专用组合机床较多的生产线，转产比较困难。采用高效自动化机床，以工序集中的形式组织生产（典型的例子是采用加工中心机床组织生产），除了具有上述工序集中的有点外，生产适应性强，转产相对容易，因而虽然设备价格昂贵，但仍然受到愈来愈多的重视。当零件的加工精度要求比较高时，常需要把工艺过程划分为不同的加工阶段，在这种情况下，工序必然比较分散。 3.4机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程由若干个按一定顺序排列的工序组成。 工序一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。 安装 如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部分工序内容称为一个安装。 工位 在工件的一次安装中，通过分度（或位移）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，我们把每个加工位置上的安装内容称为工位。 工步 加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容，称为一个工步。 走刀 切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。 工序工序工序工艺过程安装安装安装工位工位工位工步工步工步安装安装工位走刀走刀走刀工位工步 图3-1工艺过程简图3.5 机械加工工艺规程的作用一般说来，大批量生产类型要求有细致和严密的组织工作。因此要求有比较详细的机械加工工艺规程。单件小批生产由于分工上比较粗糙，因此其机械加工工艺规程可以简单一些。但是，不论生产类型如何，都必须有章可循，即都必须有机械加工工艺规程。这是因为：生产的计划、调度，工人的操作、质量检查等都是以机械加工工艺规程为依据，一切生产人员都不得随意违反机械加工工艺规程。 生产准备工作（包括技术准备工作）离不开机械加工工艺规程。在生品投入生产以前，需要做大量的生产准备工作和技术准备工作，例如，技术关键的分析与研究；刀、夹、量具的设计、制造或采购；原材料、毛坯的制造或采购；设备改装或新设备的购置或定做等。这些工作都必须根据机械加工工艺规程来展开，否则生产将陷入盲目和混乱。 除单件小批量生产以外，在中批或大批量生产中要新建或扩建车间（或工段），其原始依据也是机械加工工艺规程。根据机械加工工艺规程确定机床的种类和数量，确定机床的布置和动力配置，确定生产面积和工人的数量等。机械加工工艺规程的修改与补充是一项严肃的工作，它必须经过认真讨论和严格的审批手续。不过，所有的机械加工工艺规程几乎都要经过不断的修改与补充才能得以完善，只有这样才能不断吸收先进经验，永葆其合理性。3.6 机械加工工艺规程的设计原则、步骤和内容一 机械加工工艺规程的设计应遵循如下原则：1）必须可靠地保证零件图纸上所有技术要求的实现。在设计机械加工工艺规程时，如果发现图纸某一技术要求规定的不适当，只能向有关部门提出建议，不得擅自修改图纸或不按图纸要求去做。2）在规定的生产纲领和生产批量下，一般要求工艺成本最低。3）充分利用现有生产条件，少花钱，多办事。4）尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好、文明的劳动条件。二 设计机械加工工艺规程的步骤和内容1）阅读装配图和零件图 了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用。2）工艺审查 审查图纸上的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一；找出主要技术要求和分析关键的技术问题；审查零件的结构工艺性。所谓零件的结构工艺性是指在满足使用要求的前提下，制造该零件的可行性和经济性。功能相同的零件，其结构工艺性有很大的差异。所谓结构工艺性好，是指在现有工艺条件下既能方便制造，又有较低的制造成本。如果在工艺审查中发现了问题，应同产品设计部门联系，共同研究解决办法。3）熟悉或确定毛坯 确定毛坯的主要依据是零件在产品中的作用和生产纲领以及零件本身的结构。常用毛坯的种类有：铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件等。毛坯的选择通常是由产品设计者来完成的，工艺人员在设计机械加工工艺规程之前，首先要熟悉毛坯的特点。例如，对于铸件应了解其分型面，浇口和铸钢件冒口的位置以及铸件公差和拔模斜度等。这些都是设计机械加工工艺规程时不可缺少的原始材料。毛坯的种类和质量与机械加工关系密切。例如精密铸件、压铸件、精锻件等，毛坯质量好，精度高，它们对保证加工质量、提高劳动生产率和降低机械加工工艺成本有重要的作用。当然，这里所说的降低机械加工工艺成本是以提高毛坯制作成本为代价的。在选择毛坯的时候，应该从实际出发，除了要考虑零件的作用，生产纲领和零件的结构以外，还要充分考虑国情和厂情。4）拟定机械加工工艺路线 这是制定机械加工工艺规程的核心。其主要内容有：选择定位基准、确定加工方法、安排加工顺序以及安排热处理、检验和其它工序等。机械加工工艺路线的最终确定，一般要通过一定范围的论证，即通过对几条工艺路线的比较和分析，从中选出一条适合本厂条件的，确保加工质量、高效和低成本的最佳工艺路线。5）确定满足各个工序要求的工艺装备（包括机床、夹具、刀具和量具等） 对需要改装或重新设计的专用工艺装备应提出具体设计任务书。6）确定各主要工序的技术要求和检验方法。7）确定各个工序的加工余量、计算工序尺寸和公差。8）确定切削用量目前，在单件小批量生产厂，切削用量多由操作者自行决定，机械加工工艺过程卡中一般不做明确规定。在中批，特别是在大批量生产厂，为了保证生产的合理性和节奏均衡，则要求必须规定切削用量，并不得随意改动。9）确定时间定额。10）填写工艺文件3.7时间定额和提高生产率的工艺途径一 时间定额1.时间定额的概念 所谓时间定额是指在一定生产条件下,规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。它在安排作业计划、进行成本核算、确定设备数量、人员编制以及规划生产面积的重要根据。因此，时间定额是工艺规程的重要组成部分。时间定额订的过紧，容易诱发忽视产品质量的倾向，或者会影响工人的主动性，创造性和积极性。时间定额订得过松就起不到指导生产和促进生产发展的积极作用。因此合理的制定时间定额对保证产品的质量、提高劳动生产率、降低生产成本都是十分重要的。2时间定额的组成（1）基本时间 直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置，以及表面状态或材料性质等的工艺过程所消耗的时间，称为基本时间。对切削加工来说，基本时间是切去金属所消耗的机动时间。机动时间可通过计算的方法来确定。不同的加工面，不同的刀具或者不同的加工方式、方法，其计算公式不完全一样。但是计算公式中一般都包括有切入、切削加工和切出时间。各种不同情况下机动时间计算公式可参考有关手册，针对具体情况予以确定。（2）辅助时间 为实现工艺过程而必须进行的各种辅助动作所消耗的时间，称为辅助时间。这里所说的辅助动作包括：装卸工件、开动和停止机床、改变切削用量、测量工件尺寸以及进刀和退刀动作等。确定辅助时间的方法主要有两种：第一，在大批量生产中，可先将各辅助动作分解，然后查表确定各分解动作所需消耗的时间，并进行累加。第二，在中小批生产中，可按基本时间的百分比进行估算，并在实际中修改百分比，使之趋于合理。上述基本时间和辅助时间的总和称为操作时间。（3）布置工作地时间 为使加工正常进行，工人照管工作地（如更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的时间，称为布置工作地时间。又称工作地点服务时间，一般按操作时间的2%7%来计算。（4）休息和生理需要时间 工人在工作班内，为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，称为休息和生理需要时间，一般按操作时间的2%来计算。（5）准备与终结时间 工人为了生产一批产品和零、部件，进行准备和结束工作所消耗的时间称为休息和生理需要时间。这里所说的准备和结束工作包括：在加工进行前熟悉工艺文件、领取毛坯、安装刀具和夹具、调整机床和刀具等必须准备的工作，加工一批工件终了后需要拆下和归还工艺装备，发送成品等结束工作。如果一批工件的数量为n，则每个零件所分摊的准备与终结时间为。可以看出，当n 很大时，就可以忽略不计。3单件时间和单件工时定额计算公式（1）单件时间的计算公式： （2）单件工时定额的计算公式：在大量生产中，单件工时定额可忽略即：二、提高生产率的工艺途径在机械制造范围内，围绕提高生产率开展的科学研究工作、技术革新和技术改造活动一直很活跃，取得大量成果，推动了机械制造业的不断发展，使得机械制造业面貌不断地发生着新的变化。研究如何提高生产率，实际上是研究怎样才能减少工时定额。因此，可以从时间定额的组成中寻求提高生产率的工艺途径。（一）缩短基本时间1提高切削用量缩短基本时间提高切削用量的主要途径是进行新型刀具材料的研究和开发。刀具材料经历了碳素工具钢高速钢硬质合金等几个发展阶段。在每一个发展阶段中，都伴随着生产率的大幅度提高。就切削速度而言，在18世纪末到19世纪初的碳素工具钢时代，切削速度仅为612m/min左右。20世纪初出现了高速钢刀具使得切削速度提高了24倍。二次世界大战以后，硬质合金刀具的切削速度友在高速钢刀具的基础上提高了25倍。可以看出，新型刀具材料的出现，使得机械制造业发生了阶段性的变化。一方面，生产率越过一个新的高度，另一方面，原以为不能加工或不可加工的材料，可以加工了。近代出现的立方氮化硼和人造金刚石等新型刀具材料，其刀具切削速度高达6001200m/min。这里需要说明两点:第一，随着新型刀具材料的出现，有许多新的工艺性问题需要研究，例如，刀具如何成形，刀具成形后如何刃磨等等；第二，随着切削速度的提高，必须有相应的机床设备与之配套，例如，提高机床主轴转速、增大机床的功率、提高机床的制造精度等等。在磨削加工方面，高速磨削、强力磨削、砂带磨的研究成果，使得生产率有了大幅度的提高。高速磨削的砂轮速度已高达80125m/s（普通磨削的砂轮速度仅为3035m/s）;缓进给强力磨削的磨削深度达612mm;砂带磨同铣削加工相比，切除同样金属余量的加工时间仅为铣削加工的1/10。缩短基本时间还可在刀具结构和刀具的几何参数方面进行深入的研究，例如群钻在提高生产率方面的作用就是典型的例子。2采用复合工步缩短基本时间 生产上应用复合工步加工的例子很多。按复合工步的特征规类，有如下几种形式：(1)多刀单件加工（2）单刀多件或多刀多件加工 将工件串联装夹或并联装夹进行多件加工，可有效地缩短基本时间。（二）减少辅助时间和辅助时间与基本时间重叠在单件时间中，辅助时间所占比例一般都比较大。特别是在大幅度提高切削用量之后，基本时间显著减少，辅助时间所占的比例就更大。因此，不能忽视辅助时间对生产率的影响。可以采取措施直接减少辅助时间，或使辅助时间与基本时间重叠来提高生产率。1减少辅助时间（1）采用先进夹具或自动上、下料装置减少装、卸工件的时间。（2）提高机床操作的机械化与自动化水平，实现集中控制、自动调速与变速以缩短开、停机床和改变切削用量的时间。在近代数控机床和加工中心等高效自动化设备上，直接缩短辅助时间成为提高劳动生产率的主要研究方向。2使辅助时间与基本时间重叠（1）采用可换夹具或和可换工作台，在机床外装夹工件，可使装夹工件的时间与基本时间重叠。例如在车床、磨床或齿轮机床上，采用几根心轴交替工作，当一根装好工件的心轴在机床上工作时，可在机床对另外一根心轴装夹工件。(2)采用转位夹具或转位工作台，可在加工完成工件的装卸。（3）采用回转夹具或回转工作台进行连续加工 在各种连续加工方式中都有加工区和装卸区。装卸工件的工作全部在连续加工过程中进行。（4）采用在线检测的方法来控制加工过程中的尺寸，使测量时间与基本时间重叠。近代在线检测装置发展为自动检测系统，改系统不仅能在加工过程中测量并能显示实际尺寸，而且能用测量结果控制机床的自动循环，使辅助时间大为减少。（三）减少布置工作地时间减少布置工作地时间，可在减少更换刀具的时间方面采取措施。例如采用在线检测加自动补偿，采用自动换刀装置，刀具上带微调机构以及采用快还刀夹，专用对刀样板或对刀样件，在夹具上装有对刀快等，这些方法都能使更换刀具的时间减少。减少更换刀具时间的另一条重要途径是研制新型刀具，提高刀具的耐磨性。例如在车、铣加工中广泛采用高耐磨性的机夹不重磨硬质合金刀片和陶瓷刀片，既可减少刃磨次数，又可减少对刀时间。（四） 减少准备与终结时间准备与终结时间的多少，与工艺文件是否详尽清楚、工艺装备是否齐全、安装、调整是否方便有关。在进行工艺设计和工艺装备设计以及进行加工方法选择时应给以充分的注意。在中小批生产中采用成组工艺和成组夹具，可明显缩短准备与终结时间，提高生产率。3.8械加工工艺过程与生产类型不同的生产类型，其生产过程和生产组织、车间的机床布置、毛坯的制造方法、采用的工艺设备、加工方法以及工人的熟练程度等都有很大的不同，因此在制定工艺路线 必须明确该产品的生产类型。 生产类型的确定一般是根据计算生产纲领值来确定的。3.8.1计算生产纲领该产品的年生产量为10000件/年，备品率为10%，废品率为0.5% 件/年3.8.2 确定生产类型为了优质的调配生产力和布置车间工作量提高生产效率一定要确定生产类型。已知零件为小型机械零件，根据下表可确定其生产类型为大批量生产。本零件为小型机械中成批生产的大批量生产，适应相应生产特点。 表3.1 各种生产类型的规范生产类型 零件的生产纲领（件/年）重型机械中型机械小型机械单件生产 5 20 1000 500050000 3.9 确定毛坯的制造形式选择毛坯时，应考虑以下主要因素：零件材料的工艺特性（如可铸性和可塑性）以及零件对材料组织和性能的要求。例如铸铁和青铜不能锻造，只能选铸件。 零件的结构形状和外形尺寸。 生产纲领的大小。它在很大程度上决定了采用某种毛坯方法的阶级性。现场的条件。这里主要是指现场的毛坯制造的实际水平、设备状况以及外界的可能性和经济性，但同时也要考虑生产的发展而采用较先进的毛坯制造方法。凿岩机缸体是凿岩机的基础件，在缸体中要安装各种作往复或回转运动零件如活塞、螺旋棒等。在工作中要不断的承受冲击载荷，为此，采用20Cr钢渗碳淬火，同时缸孔76H7需经磨孔与珩孔。精度及表面粗糙度要求较高，为了减轻工件的重量加上是大批量生产，缸体采用外形较复杂的模锻件。3.10 基准的选择和工艺路线的制定基准是机械制造中应用得十分广泛得一个概念，是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点，线或面。机械产品从设计、制造到出厂经常要遇到基准的问题：设计时零件尺寸的标注、制造时工件的定位、检查时尺寸的测量以及装配时零、部件的装配位置等都要用到基准的概念。从设计和工艺两个方面看基准，可以把基准分为两大类，即设计基准和工艺基（一）设计基准设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸(或角度)的起始位置称作设计基准。简言之，设计图样上所采用的基准就是设计基准。设计基准可以是点，也可以是线或者面。（二）工艺基准零件在加工工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。工艺基准又可以进一步分为：工序基准，定位基准，测量基准和装配基准。1工序基准 在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准，称为工序基准。在设计工序基准时， 主要应该考虑如下三个方面的问题：1）应该首先考虑用设计基准为工序基准；2）所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查；3）当采用设计基准为工序基准有困难时，可另选工序基准，但必须可靠的保证零件设计尺寸的技术要求。2定位基准 在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。定位基准是获得零件尺寸的直接基准，占有很重要的地位。定位基准还可以进一步分为：粗基准、精基准、另外还有附加基准。（1）粗基准和精基准 未经机械加工的定位基准称为粗基准，经过机械加工的定位基准称为精基准。机械加工工艺规程中第一道机械加工工序所采用的定位基准都是粗基准。（2）附加基准 零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准，称为附加基准。例如，轴类零件常用顶尖孔定位，顶尖孔就是专为机械加工工艺而设计的附加基准。3测量基准 在加工中或加工后用来测量工件的形状、位置和尺寸误差，测量时所采用的基准，称为测量基准。4装配基准 在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准，称为装配尺寸。 为了形象表示基准的分类，可以用框图归纳如下：定位基准设计基准工艺基准设计基准装配基准测量基准精基准粗基准辅助基准基准 图3-2 基准的分类3.10.1 粗基准的选择在选择粗基准时，一般应遵循下列原则： 选择与加工表面有相互位置要求的不加工表面为粗基准。有加工面和不加工面时选取不加工面做基准。 保证加工表面加工余量合理分配的原则选择要求加工余量均匀的重要表面为粗基准。都是加工面时，选加工余量最小的面为基准。 应选取大的平整光滑的面为基准。粗基准的表面尽可能平整、光洁，有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其他缺陷。以使定位准确，装夹可靠。 基准只能使用一次。上述选择粗基准的四条原则，每一原则都只说明一个方面的问题。在实际应用中，划线装夹有时可以兼顾这四条原则，而夹具装夹则不能同时兼顾，这就要根据具体情况，抓住主要矛盾，解决主要问题。粗基准面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准面的选择正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。否则，就会导致加工工艺过程出现问题，严重的还会造成零件大批量报废，使生产无法进行。根据上述粗基准的选择以缸体的外表面和一端面为粗基准，因为这样可以使缸体孔的加工精度达到最高。3.10.2 精基准的选择选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。为此，一般应该遵循下列原则： 1 基准重合原则 尽可能的选择被加工表面的设计基准为精基准，以消除基准不重合误差。 2 基准统一原则尽可能在多个工序中采用同一组精基准定位。精基准要尽早的加工出来，并达到一定的精度。可使工件在一次定位中能加工尽量多的表面，减少工件搬运和翻转次数，有利于提高各加工表面的位置精度，简化夹具设计提高生产率。 3 互为基准原则 为了使加工面间有较高的相互位置精度，并使加工余量均匀，采用互为基准反复加工的方法。 4 自为基准原则 旨在减小表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀的工序，常以加工面本身为基准进行加工，称为自为基准原则。5 便于装夹原则所选择的精基准，应该保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便，这称为便于装夹原则。在上述五条原则中，前四条都有他们各自的应用条件，唯有最后一条，即便于装夹原则是始终不能违反的。在考虑工件如何定位的同时必须认真分析工件夹紧，遵守夹紧机构的设计原则。 根据上述精准的选择可知设计基准多为内孔轴线，所以尽可能的提前加工并保证其精度，从而提高产品的合格率。3.10.3工艺路线的制定3.10.3.1 工艺路线方案一工序5：以毛坯的外轮廓面为粗基准粗车缸孔的两端面；工序10：以毛坯的外轮廓面和上工序车的端面为粗基准套料粗钻缸孔；工序20：半精车缸孔的两端面、倒角； 工序30：去毛刺； 工序40： 钻端面浅孔和各轴向深孔；工序50：铣侧面孔的两端面；工序60：车侧面锥孔；工序70：车侧面孔；工序80：铣槽；工序90：车缸孔；工序100：钻内壁各径向孔；工序110：车槽；工序120：；铣槽；工序130：打字；工序140：焊封口；工序150：车焊口；工序160：去毛刺；工序170：检查；工序180：热处理；工序190：磨锥孔；工序200：磨缸孔；工序210：磨缸孔；工序220：珩磨缸孔；工序230：磨缸孔；工序240：磨端面；工序250：检查。3.10.3.2工艺路线方案二工序5：以毛坯的外轮廓面为粗基准粗车缸孔的两端面；工序10：以毛坯的外轮廓面和上工序车的端面为粗基准套料粗钻缸孔；工序20：半精车缸孔的两端面、倒角； 工序30：去毛刺； 工序40： 钻端面浅孔； 工序50： 钻轴向深孔；工序60：钻轴向孔；工序70：铣侧面孔的两端面；工序80：车侧面锥孔；工序90：车侧面孔；工序100：钻轴向深孔；工序110：铣槽；工序120：车缸孔；工序130：钻内壁径向孔；工序140：钻内壁径向孔；工序150：钻径向小孔；工序160：车槽；工序170：；铣槽；工序180：打字；工序190：焊封口。工序200：车焊口；工序210：去毛刺；工序220：检查；工序230：热处理；工序240：磨锥孔；工序250：磨缸孔；工序260：磨缸孔；工序270：珩磨缸孔；工序280：磨缸孔；工序290：磨端面；工序300：检查。3.10.3.3 工艺方案的比较与分析方案一为大批量生产工艺，方案二为中批量生产的工艺；大批量生产采用了集中工序有利与使用专用设备及其自动化性高，可提高生产效率， 因此适合大批量生产。根据生产类型要求是大批量的生产所以选择方案一。3.10.3.4 机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定 进行机械加工余量的分析计算，是为了确定最有利的加工余量，以节省材料。利用分析计算法，必需要有可靠的实验数据，否则难以进行。影响机械加工余量的因素： 前工序（或毛坯）加工后表面粗糙度及表面缺陷； 前工序（或毛坯）的尺寸公差，上工序的尺寸公差愈大，则本道工序的标称余量愈大。本工序应切除上道工序尺寸公差中包含的各种可能产生的误差； 前工序（或毛坯）各表面相互位置的空间偏差，如弯曲度、轴心线偏移及平面度、垂直度和同轴度误差等等。本工序的装夹误差 装夹误差应该包括定位误差和夹紧误差。由于这项误差直接影响被加工表面与切削刀具的相对位置，所以加工余量中应包括这项误差。由于空间误差和装夹误差都是有方向的，所以要采用矢量相加的方法取矢量和的模进行余量计算。综合上述个各影响因素，可有如下余量计算公式：1) 对于单边余量2）对于双边余量确定毛坯的形状和尺寸尽量与零件接近毛坯加工余量毛坯制造尺寸与零件相应尺寸的差值加工总余量毛坯公差毛坯制造尺寸的公差已知到零件为大批量生产，要求有较好的强度和刚度，同时外形形状比较复杂，因此毛坯的制造方法采用胎模锻。此外，为了消除残余应力，锻造后应安排人工时效。确定锻件的公差和机械加工余量的方法：根据锻件的重量、形状复杂系数、材质系数、分模面的表面粗糙度要求确定。确定各个加工工序尺寸及其公差。先用查表法确定机械切削加工余量。制定切削用量，就是在已经选择好刀具材料和几何角度的基础上，确定切削深度，进给量和切削速度。制定切削用量的原则是在保证加工质量，降低成本和提高生产率的前提下，使切削深度、进给量和切削速度的乘积最大，这样工序的切削工时最少。经过查找手册3 缸体孔的加工，加工76H的缸孔时珩磨余量选用0.05mm，细磨磨孔的余量选用0.4mm，车孔的余量选用0.55mm，钻孔的余量选用2mm。加工82H半精磨孔的余量选用0.2mm，粗磨孔的加工余量为0.3mm，车孔的余量选用0.5mm，钻孔的余量选用2mm。侧面孔的加工，加工86，76，66的车削余量都选用0.5mm。缸体孔端面的加工，加工76H的缸孔端面时磨余量选用0.4mm，车端面时选用1.3mm；加工82的缸孔端面时车削余量选用1.3mm。侧面锥孔的加工，磨削时加工余量选用0.3mm，车孔时加工余量选用0.5mm，侧面锥孔端面的加工，磨削余量选用0.4mm，车削余量选用1.0mm。经过查找手册2得铣削侧面槽的宽度余量由手册2查得选用2mm。各种加工方法的经济精度和表面粗糙度由手册2查询。珩磨IT6，Ra；细磨缸孔磨孔IT6，Ra；车削缸孔IT10，Ra 6.3；钻缸孔IT11；粗磨缸体孔IT8， Ra 0.8；车端面孔IT8，Ra 6.3。表2.2 加工76孔 尺寸、公差、表面粗糙度的确定工序名称工序余量（mm）工序间工序尺寸（mm）工序间经济精度（mm）表面粗糙度（m）尺寸、公差（mm）表面粗糙度（m）珩磨0.05Ra 0.27676Ra 0.2细磨0.4Ra 0.876-0.0575.95Ra 0.8车0.65Ra 6.376.05-0.475.65Ra 6.3钻275.65-0.6575Ra 20锻造75-273表2.3 加工孔82孔 尺寸、公差、表面粗糙度的确定半精磨0.2Ra 0.88282Ra 0.8粗磨0.3Ra 3.282-0.281.8Ra 3.2车0.5Ra 6.381.8-0.381.5Ra 6.3钻281.5-0.581Ra 20锻造81-279表2.4 加工侧面孔 尺寸、公差、表面粗糙度的确定车侧孔0.5Ra 6.366Ra 6.3锻造66-0.565.53.10.3.5 确定切削用量及基本工时1 车缸体孔的端面的加工工时的计算 加工条件工件材料 20Cr钢，模锻件；加工要求：半精车缸体孔端面；机床：C6201卧式车床；刀具：刀具材料YT14，刀具尺寸 25X16 ，L=140， 计算切削用量（1）切削深度半精车82端面，毛坯加工余量1.3mm，根据加工精度分析用车刀一次走刀即可完成，Ra=6.3，长度方向公差按IT12级取-0.46mm（入体方向）。 （2）进给量的确定。根据1表8.4-1，当刀杆尺寸为 25mmx16mm，以及工件的直径得到 f=0.5mm/r。（3）计算切削速度 由1表8.4-8，切削速度的计算公式为： 其中： 由1表8.4-13修正系数： (4)确定机床主轴转速:由2表4-3-1 与接近的有610 和760如果选取610的则切削速度过慢影响效率，取=760。则实际切削速度 (5)计算切削工时 由3表6.2-1得：式中：T_机动时间（min）；L_刀具或工作台行程长度（mm）； =0.07 min (5)检验机床功率主切削力按1表8.4-10所示计算公式:其中： =1478.7N 切削时切削功率为： 由3表4.2-7查得 C620-1主电动机功率为7，所以功率校验通过。2磨削75.98缸体孔的加工工时。（1） 由磨削加工精度知 切削余量为0.4mm由3表4.2-31选用M2110，磨床砂轮轴转速有11000r/min，18000r/min；可以达到的经济精度IT6，Ra=3.2。磨轮的选择：由3表3.2-8知磨内圆的磨轮直径d根据磨孔直径D确定 d=（0.8-0.9）D 由表选择d=65mm；由3表3.2-9选择磨轮宽度b=50mm；由3表3.2-10砂轮的形状采用P型；由2表3-109和磨床的类型磨内圆时砂轮的主轴转速选用11000r/min；纵向（轴向）进给量 =31.5mm/r由2表13.4-18工件速度取55m/min。计算加工工时由2表7-13查得磨削工时计算公式： 其中：T机械加工工时（min）；Z单面加工余量（mm）；L加工孔长度（mm）；n工件每分钟转数（r/min）；纵向进给量（mm/r）；双行程磨削深度进给量（mm/双行程）；K考虑加工终了时的无火花光磨以及为消除加工面宏观几何形状误差而进行局部修磨的系数。L=75mm，Z=0.2mm，=31.5mm/r，=0.2mm，n=116r/min由2表7-1.5查得K=1.1。 =0.045 min3 钻的深孔的加工工时计算（1）由于轴向深孔的加工精度要求不高属于粗加工，所以直接选择相应的钻床钻一次即可完成。由2表4-5 钻床选用Z518，钻孔的直径选用，主轴的转速选用330r/min，纵向进给量选用0.2mm/r。（1） 计算机械加工工时 由3表6.2-5查得计算公式为：式中：机动时间（min）；L刀具或工作台行程长度（mm）；孔是深度（mm）；=178，由3表6.2-5查得 =2.34 =2.8 min 第4章 专用夹具的设计4.1概述一、机床夹具及其组成机床夹具是机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或者刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。专用夹具的设计是为了提高劳动生产效率，保证加工质量，降低成本，扩大机床工艺范围，降低劳动强度，保证生产的安全。机床夹具的基本组成部分，根据其功用一般可分为：1）定位元件或装置 用以确定工件在夹具中的位置。刀具导向元件或装置 用以引导刀具或用以调整刀具相对于夹具的位置。2）夹紧元件或装置 用以夹紧工件。3）连接元件 用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。4）夹具体 用以连接夹具各元件及装置，使之成为一个整体过它将夹具安装在机床上。5) 其它元件或装置 如某些夹具上的分度装置，防错装置，安全保护装置等。二、机床夹具的分类机床夹具按其使用范围可以分为一下五种基本类型：1）通用夹具 例如车床上常用的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘，铣床上常用的平口虎钳、分度头、回转工作台等均属此类。这类夹具由于具有一定的通用性，故得其名。通用夹具一般已经标准化，并由专门得专业工厂生产，常作为机床的标准附件提供给用户。2）专用夹具 这类夹具是针对某一种工件的某一个工序而专门设计的，因其用途专一而得名。3）通用可调整夹具和成组夹具 这类夹具得特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。4）组合夹具 这类夹具是由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成的夹具。就好像搭积木一样，不同元件的不同组合和连接，可构成不同结构和用途的夹具。这类夹具的特点是灵活多变，万能性强，制造周期短，元件可以重复使用。因此特别适合于新产品试制和单件小批生产。5）随行夹具 这是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。工件安装在随行家具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件由运输装置送往各机床，并在各机床上被定位和夹紧。机床夹具除按其使用范围分类外，还可以按加工类型和在什么机床使用来分类。此时机床夹具可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、自动机床夹具、数控机床夹具等。机床夹具还可以按其夹紧装置的动力源来分类。此时可分为手动夹具、气动夹具、液动夹具、电磁夹具、真空夹具等。4.2问题的提出本文夹具的设计是用于缸体加工的在组合钻床上钻五个不同直径的浅孔，供后续工序钻孔时导向之用。本夹具用于大批量生产，应利用上工序的加工面和孔来实现本工序加工的定位，提高加工精度。夹具设计时，应使夹具结构简单，降低成本，操作方便，以提高生产效率。4.3设计专用夹具的基本要求设计夹具必须满足工艺要求，结构性能可靠，使用省力安全，操作方便，有利于实现优质、高产、低耗，改善劳动条件，提高标准化、通用化、系列化水平。要深入现场，联系实际，确定设计方案。具有良好的机构工艺性，即所设计的夹具应便于制造、检验、装配、调整、维修、且便于切屑的清理、排除。夹具的设计必须保证图样清晰、完整、正确、统一。对精密、重大、特殊的夹具应附有使用说明书和设计说明书。4.4设计夹具的依据工装设计任务书。工件的工艺规程。产品的图纸和技术要求。有关国家标准、行业标准、企业标准。国内外典型工装图样和有关资料。工厂设备清单。生产技术条件。4.5钻端面浅孔专用夹具设计4.5.1工件在夹具上的定位及定位装置 本工件在本夹具上的定位及定位装置：定位：工件以工序加工的及工序加工的前端面定位限制五个自由度，另外用锻件外表面的突起限制其转动自由度，实现工件的完全定位。定位装置：工件以圆柱孔定位大都属于定心定位（定位基准是孔的轴线），夹具上相应的定位元件为心轴和定位销，本夹具采用的是四棱心轴定位，采用这种装置既保证了定位精度又便于工件的装卸。4.5.2工件的夹紧及夹紧装置 在机械加工过程中，工件受到切削力、离心力、重力、惯性力等的作用，为了保证在这些外力的作用下工件仍然在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移。因此，一般夹具结构都必须设置一定的夹紧装置将工件可靠的固定。 一、对夹紧装置的要求（1） 在夹紧的过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。（2） 夹紧应可靠和适当。夹紧机构一般要有自锁作用，保证在加工过程中不会产生松动或振动。夹紧工件时，不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。（3） 夹紧装置应操作方便、省力、安全。（4） 夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。结构设计应力求简单、紧凑，并尽可能采用标准化元件。二、夹紧机构的组成夹紧机构由两部分组成：（1） 力源装置力源装置是产生夹紧作用力的装置。由人力产生的力，称为手动夹紧；来自动力装置的。如气动、液压、电动等，称为机动夹紧。（2）夹紧机构夹紧机构是用来接受和传递作用力，使之变为夹紧力并执行夹紧任务。三、夹紧力的确定 夹紧力包括大小、方向、和作用点三个要素，它们的确定是夹紧机构设计中首要解决的问题。1、概述（1）夹紧力方向的选择夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。为此一般要求主要夹紧力应垂直指向主要定位面。如图所示，在直角支座零件上镗孔，要求保证孔与端面的垂直度，则应以端面A为第一定位基准面，此时夹紧力作用方向应如图中实线所示。若要求保证被加工被加工孔轴线与支座底面平行，应以底面B为第一定位基准面，此时夹紧力方向应如图中所示。否则，由于A面与B面的垂直度误差，将会引起被加工孔轴线相对于A面（或B面）的位置误差。实际上，在这种情况下，由于夹紧力作用不当，将会使工件的主要定位基准面发生转换，从而产生定位误差。 图4-1 加紧力方向的选择夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向一致，以减小工件的变形。夹紧力的作用方向应该尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。（2）夹紧力作用点的选择夹紧力作用点的选择是指在夹紧力作用方向已定的情况下，确定夹紧元件与工件接触点的位置和接触点的数目。一般应注意以下几点：夹紧力作用点应正对支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变。夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位。以减小工件的夹紧变形。夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以便减小切削力对工件造成的翻转力矩。（3）夹紧力大小的估算在夹紧力方向和作用点位置确定以后，还需合理地确定夹紧力的大小。夹紧力不足，会使工件在切削过程中产生位移并容易引起振动；夹紧力过大又会造成工件或夹具不应有的变形或表面损伤。因此，应对所需的夹紧力进行估算。估算夹紧力的一般方法是将工件视为分离体，并分析作用在工件上的各种力；再根据力系平衡条件，确定保持工件平衡所需要的最小夹紧力；最后将此最小夹紧力乘以一个适当的安全系数，即可得到所需要的夹紧力。2、确定本夹具的夹紧方案 根据工件的形状大小、定位面特性和夹紧力的要求，拟订夹紧方案为：气动铰链夹紧机构。工件的装夹示意图如下：图4-2 气动铰链机构示意图：四、夹具在机床上的定位 为了保持夹具相对于机床的准确位置，钻床夹具底面应该设置定位键。考虑到本夹体的形状采用两个定位键。图3-3 定位键安装示意图五、夹紧力的估算分析本工件和夹具知加紧力主要时克服钻孔时的扭矩。 根据4表10.4-11得到钻孔时扭矩的计算公式：则有：则需要夹具产生的最小扭矩为： 4.5.3夹具精度分析夹具误差包括夹具各元件之间的位置误差和各定位元件的磨损。定位误差是由于工件在夹具上定位不准确所引起的加工误差，在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。因此，计算定位误差，首先找出工序尺寸的工序基准，然后求其在工序尺寸方向上的最大变动量即可。在此采用几何方法求本夹具的定位误差。 此工序的工序基准是缸体孔的孔心，参考图当工件孔径为最大，而定位四棱心轴的直径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量均为孔和轴的最大间隙量，即无论工序的尺寸方向如何（只要工序尺寸方向垂直于孔的轴线），孔轴间隙配合的定位误差均为：4.5.4端面钻的夹具设计及操作的简要说明工件以工序加工的76及工序加工的前端面定位限制五个自由度，另外用锻件外表面的突起限制其转动自由度，实现工件的完全定位。工件由气缸活塞14经杠杆7带动开口垫3实现夹紧。由于同时钻五个孔，且加紧力方向与切削力相反，因此必须保证有足够的夹紧力。安装工件时，先操纵气阀，使拉杆4退回，抽出开口垫3，拧手轮6使定位爪9后退，将工件套在四棱心轴5上，使工件上两个孔边上的突起位于定位爪9之间。插上开口垫3，拧紧手轮6并反向操纵气阀，使气缸13内侧进气，活塞14带动杠杆7顺时针转动，从而使拉杆4经开口垫3将工件夹紧。夹具体1以其底面及两个定位键8在机床工作台上定位。 本夹具采用四棱心轴5定位是为了即保证定位精度又便于装卸。4.6 精磨的夹具简要说明 本夹具用于缸体加工工序在内圆磨床上精磨孔及其端面。工件以工序28珩磨的孔及其端面限制五个自由度。夹紧是通过气动操纵的液性塑料心轴定心夹紧的。安装工件时，操纵气阀，使活塞杆推动拉杆、压紧螺杆向右，使滑柱在塑料压力下也往右移动，薄壁套筒收缩，便可把加工完的工件取下，再将待加工工件套在心轴的套筒上，反向操纵气阀，拉杆及其压紧螺杆左移，推动滑柱向左挤压塑料，使套筒张开从而将工件夹紧。为了使定位可靠和制作方便，薄壁套筒分成两段。液性塑料定心精度高，但塑料容易老化，需要定期更换。夹具心轴以一定的锥度与磨床主轴相配。螺母是为了使锥柄从主轴孔中退出时用的。第5章 加工方案技术经济分析 通常有两种方法来分析工艺方案的技术经济问题。其一是对同一加工对象的几种工艺方案进行比较；其二是计算一些技术经济指标，再加以分析。一、方案比较当用于同一加工内容的几种工艺方案均能保证所要求的质量和生产率指标时，一般可通过经济评比加以选择。在全年工艺成本中包含两种类型的费用。一种是与年产量同步增长的费用，称为全年可变费用，如材料费、通用机床折旧费等；另一种是不随年产量变化的全年不变费用，如专用机床折旧费等。这是由于专用机床是专为某零件的某加工工序所用，它不能被用于其它工序的加工，当产量不足，负荷不满时，就只能闲置不用。由于设备的折旧年限是确定的，因此专用机床的全年费用不随年产量变化。 零件（或工序）的全年工艺成本为为：式中：V每件零件的可变费用（元/件）； N零件的年生产纲领（件）； 全年的不变费用（元）。其图形为一直线。图5-1的I、II和III分别表示三种加工方案。方案I采用通用机床加工；方案II采用数控机床加工；方案采III用专用机床加工。三种方案的全年不变费用依次递增，而每件零件的可变费用V则依次递减。根据工艺方案的投资差距大小有一定的差别。就本文的两种方案由于投资差别不大可就图5-1计算比较。方案一为大批量生产工艺，方案二为中批量生产的工艺；大批量生产采用了集中工序有利与使用专用设备及其自动化性高，可提高生产效率， 因此适合大批量生产。根据生产类型要求是大批量的生产所以选择方案一。当需评比的工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近时，工艺成本即可作为衡量各种方案经济性的依据。各方案的取舍与加工零件的年生产纲领有密切联系，如图所示。临界年产量由计算确定：在图5-2中当NN时，宜采用通用机床；当 NN宜采用专用机床；而数控机床介于两者之间（临界产量的具体数值与加工对象的形状、尺寸和重量有关。图5-2中的N一般为20-30件，N为1000-3000件，而重型机械零件的N小于10件，N小于几百件）。顺便指出，当工件的复杂程度增加时，例如具有复杂曲面的成型零件，则不论年产量多少，采用数控机床加工在经济上都是合理的，当然，在同一用途的
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