机床夹具及加工工艺设计

机床夹具及加工工艺设计

铳床传动后箱体铳削孔平面夹具

及加工工艺设计

摘要

本设计是铳床传动后箱体零件的加工工

艺规程及一些工序的专用夹具设计。铳床传

动后箱体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，本设计遵循

先面后孔的原则。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。

基准的选择分为粗基准和精基准，粗基

准选择首先保证工件某重要表面的余量均

匀，表面应平整，没有浇口或飞边等缺陷，

而且只能用一次，以免产生较大的的位置误

差。应选择该表面作粗基准。精基准的选择

应尽可能使各个工序的定位都采用同一基

准，当精加工或光整加工工序要求余量小而

无效均匀时，应选择加工表面本身作为精基

准。

加械夹具在中国的发展前景是十分广泛，

有着很大的发展空间。机械夹具的要求结构

简单，使用方便，制造精度高。就本次设计

而言，整个加工过程均选用组合机床。夹具

选用专用夹具，夹紧方式多选用气动夹紧，

夹紧可靠，机构能够不必自锁。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。

关键词工艺路线；卡具设计；工序

AfterMillingMachineDriveBox-pIaneKajuMilling

andProcessingTechnologyDesign

Abstract

ThedesignisabouttheAftermilling

machinetransmissionboxofthemachining

technologyprocessandsomeworking

proceduresofthecargearboxparts.The

mainmachiningsurfaceofthecargearbox

partsistheplaneandaseriesofhole.

Generallyspeaking,toguaranteethe

workingaccuracyoftheplaneiseasierthan

toguaranteethehole's.Sothedesignfollows

theprincipleofplanefirstandholesecond.

Andinordertoguaranteetheworking

accuracyoftheseriesofhole,themachining

oftheholeandtheplaneisclearlydivided

intoroughmachiningstageandfinish

machiningstage.Thesupportingholeofthe

inputbearingandoutputbearingisasthe

roughdatum.Andthetopareaandtwo

technologicalholesareasthefinishdatum.

Benchmarkrudeintothechoiceof

benchmarksandfinebenchmarkcrude

benchmarkchoosefirstguaranteean

importantpartofauniformsurfaceofthe

cushion,thesurfaceshouldbeformed,no

gateorfly-defects,andcanonlybeusedonce,

soastoavoidthelargerLocationerror.The

surfaceshouldbeselectedforthebenchmark

crude.Thebenchmarkshouldbefinechoices

aspossiblesothatallprocessesaretargeting

thesamebenchmark,whenfinishingor

Hnishingprocessesrequireuniformcushion

smallandineffective,shouldchoosethe

surfaceitselfasafineprocessingbase.

MechanicalfixtureinChina's

developmentprospectsareverywide,hasa

lotofroomfordevelopment.The

requirementsofmechanicalfixturestructure

issimple,easytouse,manufactureofhigh

precision.Onthisdesign,special-purpose

clampingapparatusareusedinthewhole

machiningprocess.Theclampingwayisto

clampbypneumaticandisveryhelpful.The

instructiondoesnothavetolockbyitself.So

theproductefficiencyishigh.Itisapplicable

formassworkingandmachininginassembly

line.Itcanmeetthedesignrequirements.

KeywordsProcessroute；Fixture

designing；Operation

目录

摘要................................I

Abstract.........................................................II

第1章绪论.........错误!未定义书签。

L1夹具设计中的特点错误!未定义书签。

L2夹具分类.......错误!未定义书签。

L3机床发展趋势.•……错误!未定义书签。

L4本章小结.......错误!未定义书签。

第2章零件的设计_错误!未定义书签。

2.1零件的作用.....错误!未定义书签。

2.2零件的工艺分析.…错误!未定义书签。

221平面加工....错误!未定义书签。

222孔加工......错误!未定义书签。

2.3本章小结.......错误!未定义书签。

第3章工艺规程的设计.错误!未定义书签。

3.1确定毛坯制造形式错误!未定义书签。

3.L1零件材料的选择错误!未定义书签。

3.L2确定生产类型的依据错误!未定义

书签。

3.2基面的选择.....错误!未定义书签。

321粗基准选择原则错误!未定义书签。

322精基准的选择原则错误!未定义书

签。

323零件各加工表顺序安排错误！未定

义书签。

324机械加工工序安排的原则错误！未

定义书签。

325工艺路线的拟定错误!未定义书签。

3.3本章小结.......错误!未定义书签。

第4章确定加工余量、工序及毛坯尺寸..错

误!未定义书签。

4・1毛坯余量和工序余量的确定错误!未定

义书签。

4.L1平面加工....错误!未定义书签。

4.L2孔加工......错误!未定义书签。

4.2切削用量的选择•…错误!未定义书签。

421粗加工切削用量的选择原则错误!

未定义书签。

422精加工时切削用量的选择原则..错

误!未定义书签。

423工时定额的确定（单件时间定额）

.................错误!未定义书签。

4.2.4确定切削用量及基本工时错误！未

定义书签。

43本章小结........错误!未定义书签。

第5章夹具设计......错误!未定义书签。

5.1设计方法和步骤.…错误!未定义书签。

5.2方案设计........错误!未定义书签。

5.3定位机构的设计及误差分析错误!未定

义书签。

531确定定位元件，计算定位误差..错

误!未定义书签。

532定位销的选择.错误!未定义书签。

533定位误差的分析与计算错误！未定

义书签。

5.4夹紧机构的设计及夹紧力的计算错误!

未定义书签。

5.5加紧元件的强度校核错误！未定义书

签。

5.6夹具设计技术的发展错误！未定义书

签。

561柔性夹具的研究和发展错误！未定

义书签。

5.6.2计算机辅助夹具设计(CAFD)错误!

未定义书签。

5.6.3自动化夹具（AFD）错误!未定义

书签。

5.7本章小结........错误!未定义书签。

结论.................错误!未定义书签。

致谢.................错误!未定义书签。

参考文献.............错误!未定义书签。

附录................错误!未定义书签。

第1章绪论

随着科技不断的发展，使机械工业得到

了很大的提高，特别是近年来机械工业领域

正向着高精度、高质量、高效率、低成本方

向发展。随着机械工业的发展，其它各工业

部门都想着高深度迈进，机械工业的发展日

趋重要。

机械工业是国民经济的支柱产业，现代

机械制造技术是机械工业赖以生存和发展的

重要保证。机械制造工艺是制造机械产品的

技巧、方法和程序。机械制造中，需要的加

工顺序、装配工序及检验工序等，使用着大

量的夹具，能够提劳动效率，提高加工精度,

减少废品，能够扩大机床的工艺范围，改进

操作的劳动条件。因此，夹具是机械制造的

一项重要工艺装备。

夹具是一种装夹工件的工艺装备,它广泛

地应用于机械制造过程中的切削加工、热处

理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金

属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。

在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工

艺装备，它直接影响着工件的加工精度劳动生

产率和产品的制造成本等［1］。

1.1夹具设计中的特点

1夹具的设计周期较短，一般不进行强

度和刚度的计算。

2专用夹具的设计对产品零件有很强的

针对性。

3确保产品加工质量,提高劳动生产率是

夹具设计工作的主要任

务，加工质量包括被加工表面的本身精度和

位置精度，后者主要用夹具来保证。

4夹紧装置的设计对整个夹具的结局有

具定性的影响。设计一个好的夹具能够减少

废品率。

1.2夹具分类

］通用夹具

通用夹具百指结构、尺寸已规格化，而且

具有一定通用性的夹具，如三爪自动定心卡

盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、

顶尖、中心架和电子吸盘等。这类夹具适应

性强,可用来装夹一定形状和尺寸范围内的各

种工件o这类夹具已商品化，且成为机床附件O

其缺点是夹具的加工精度不高，生产率也较低,

且较难装夹形状复杂的工件，一般适用于单件

小批量生产中。

2专用夹具

这类夹具是专为零件的某一道工序的加

工而设计和制造的。在产品相对稳定、批量

较大的生产中，常见各种专用夹具，可获得较

高的生产率和加工精度。专用夹具的设计周

期较长、投资较大。

3可调夹具

可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的

缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类

型和尺寸的工件,只需调整或更换原来夹具上

的个别定位元件和夹紧元件便可使用。它一

般又可分为通用可调夹具和成组夹具两种。

前者的通用范围比通用夹具更广;后者则是一

种专用可调夹具,它按成组原理设计并能加工

一族相似的工件，故在多品种，中、小批量生产

中使用有较好的经济效果。

4组合夹具

组合夹具是一种模块化的夹具。标准的

模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各

种夹具。夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新

夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周

期,元件能重复多次使用，并具有减少专用夹

具数量等优点，因此组合夹具在单件、中、小

批量多品种生产和数控加工中,是一种较经济

的夹具。组合夹具也已经商品化。

5自动线夹具

自动线装具一般分为两种:一种为固定式

夹具,它与专用夹具相似;另一种为随行夹具,

使用中夹具随着工件一起运动,并将工件沿着

自动线从一个工位移至下一个工位进行加

工。按使用机床可将夹具分为车床夹具、铳

床夹具、钻床夹具、镇床夹具、齿轮机床夹

具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线

随行以及其它机床夹具等。这是专用夹具设

计所用的分类方法。设计专用夹具时,机床的

组别、型别和主要参数均已确定。它们的不

同点是机床的切削成形运动不同，故夹具与机

床的连接方式不同。它们的加工精度要求也

各不相同。

按夹紧的动力源分类夹具按夹紧的动力

源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、

气液增力夹具、电磁夹具、真空夹具、离心

夹具等⑵。

1.3机床发展趋势

]高精

随着机床加工精度的提高，为了降低定

位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度

要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达

±5pm,夹具支承面的垂直度达到

0.01mm/300mm,平行度高达

0.01mm/500mln。德国demmeler（戴美乐）

公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接

夹具平台，其等高误差为±0.03mm；精密平

口钳的平行度和垂直度在5pm以内；夹具重

复安装的定位精度高达±5pm；瑞士EROWA

柔性夹具的重复定位精度高达2〜5pm。机床

夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹

具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，

为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有

不同的型号，以及不同档次的精度标准供选

择。

2高效

为了提高机床的生产效率，双面、四面

和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少

工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密

平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压

夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。

新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用

1〜2秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、

多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机

床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅

用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装

与校正。采用美国Jergens（杰金斯）公司的

球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁

紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性

生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提

高生产效率的作用。

3模块、组合

夹具元件模块化是实现组合化的基础。

利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件,

快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发

的基点。省工、省时，节材、节能，体现在

各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计

为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，

应用CAD技术,可建立元件库、典型夹具库、

标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计,

为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的

切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹

具与元件配套方案，又能积累使用经验，了

解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。

组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着

手创立夹具专业技术网站，为夹具行业提供

信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台,

争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信

息化和经营电子商务化。

4通用、经济

夹、/的通用性直接影响其经济性。采用

模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较

大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及

可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，

夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经

济性好。德国demmeler（戴美乐）公司的孔

系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的

配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。

元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件

少而精，配套的费用低，经济实用才有推广

应用的价值。

1.4本章小结

本章主要介绍了机械加工工艺和机床夹

具在机械制造过程中所占的重要地位，夹具

设计中的特点以及分类和其发展趋势。

第2章零件的设计

2.1零件的作用

给定的题目铳床传动后箱体铳削孔平面

夹具及加工工艺设计，其主要作用是在箱体

的顶面铳宽20mm深7mm的凹槽,设计一专

用卡具以便能够更好的使其达到加工精度，

较好的在箱体中的齿轮配合变速，使汽车获

得前进后退的各级速度。

2.2零件的工艺分析

由零件图可知，此铳床传动后箱体的加

工能够分为两部分：

2.2.1平面加工

其中包括余箱体的顶面、底面，和顶、

底面上安装操纵杆的〃90、°90、°85、°80

的孔的平面，以及锁定箱盖的加工表面。还

有箱体的左右外侧面、上下外侧面，以及以

及锁定箱盖的加工表面，总的来说，零件所

需加工的平面并不多，位置精度要求不太高,

用半精加工就能够实现其设计要求。

2.2.2孔加工

该零件的孔加工较多，而且要求较高，

对于大于050的孔只需铸出，比如0190、。0、

080系列孔铸出后再对其进行一次半精加工

就能够。对于其它小于050的孔其中大部分是

以顶、底面为基础，采用一面两孔定位方式,

这些孔包括垂直于箱体表面的四个阶梯孔，

以及其它定位孔，剩余的螺纹孔按同样的加

工方法加工。

由以上分析可知，对这两部分的加工而

言，我们能够先进行平面加工，然后进行孔

的加工，加工孔时使用一面两孔的定位方式,

采用专用夹具，而且保证她们的尺寸精度要

求。

零件如图2-1（零件主视图）图2-2（零件

俯视图）图2-3（零件斜二侧视图）所示：

图2-1零件主视图

图2-3零件斜二侧视图

2.3本章小结

本章主要介绍了零件的作用，并对其进

行工艺分析，最后确定了“先面后孔”的加

工方法，提出采用“一面两销”的定位原则。

第3章工艺规程的设计

3.1确定毛坯制造形式

3.1.1零件材料的选择

考虑到变速箱盖在工作过程中并不承受

夹大的交变及冲击性载荷，选用灰口铸铁铸

造毛坯件。

3.1.2确定生产类型的依据

生产纲领公式查看公式（3-1）

Np=Nx"x（l+2%+b%）

（3-1）

其中：N.零件的生产纲领（件/

年）

N产品的年生产量（台/

年）

A%备用品率

B%废品率

〃每台机械生产中该

零件的数量

因此Np=2000xlx（l+4%+1%）2010（件/年）

由于零件结构不是很复杂，毛坯质量小

于100公斤，年产量在500到5000件内，零

件属于轻型，中批量生产，考虑到现有条件

和技术水平，采用砂型铸造是较合适的。

3.2基面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要的

工作之一，基面选择的正确与合理，能够使

加工量得到保证，生产率得以提高，否则，

不但使加工工艺过程中问题百出，甚至还会

造成零件大批报废，使生产无法正常运行。

3.2.1粗基准选择原则

1如果必须首先保证工件上加工表面与

不加工表面的位置要求，则应以不加工表面

作为粗基准，如在工件上有很多不加工表面。

则应有与其中的加工表面的位置精度要求较

高的表面作粗基准。

2如果必须首先保证工件某重要表面的

余量均匀，应选择该表面作粗基准。

3选作粗基准的表面应平整,没有浇口或

飞边等缺陷，以便定位可靠。

4粗基准只能用一次，以免产生较大的的

位置误差。

根据以上原则，本零件选取高为12毫米

的台作为粗基准。

3.2.2精基准的选择原则

1用公用基准作为精基准，以消除不重合

误差，即“基准重合”原则。

2尽可能使各个工序的定位都采用同一

基准，即“基准统一”。

3当精加工或光整加工工序要求余量小

而无效均匀时，应选择加工表面本身作为精

基准，即“自为基准”原则。

4为了获得均匀的加工余量或较高的位

置精度，遵循“互为基准”原则。

5精基准的选择，特别是主要定位面，应

有足够大的面积和精度，以保证定为基准可

靠。同时还应使夹紧机构简单，操作方便。

即“便于装夹”原则。

3.2.3零件各加工表顺序安排

制定工艺路线的出发点应当是使零件的

几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求

能得到合理的保证，再生产纲领已确定为称

其生产的条件下，能够采用万能机床配以专

用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，

出另外还应当考虑经济效果，以便使生产成

本下降。

3.2.4机械加工工序安排的原则

主要表面与次要表面的加工顺序安排原则：

1基准工序安排：

(1)基准先行。

(2)主要表面的粗精加工要分开，以

消除切削力带来的变形。

(3)次要表面的加工，经可能在同一

次装夹中加工，以减少装夹次数，节省辅助

时间，提高个表面的相对位置精度。

2热处理工序的安排：退火安排在机械

加工之前。

3辅助工序的安排：

(1)划线工序安排在机械加工之前；

(2)清洗工序紧接在光整加工之后；

(3)油漆工序安排在机械加工之前，

热处理之后。

4检验工序的安排：

(1)粗加工全部结束后，精加工之前;

(2)零件从一车间到另一个车之前；

(3)重要工序之前后；

(4)零件全部加工结束之后⑶。

3.2.5工艺路线的拟定

此零件为成批生产，可采用专用夹具使工

序集中，以提高生产效率，由于变速该需要

加工的平面较少，且要求不高，而孔的加工

比较复杂，因此在制定工艺路线是，先考虑

加工平面，然后再采用专用夹具进行孔加工。

工艺方案：

1毛坯铸造

2时效处理

3粗铳顶面

4粗铳底面

5粗铳左外侧面

6粗铳右外侧面

7半精铳底面

8粗铳凹槽

9半精铳凹槽

10半精铳左右侧面

11半精铳顶面

12粗镇顶面孔0190,孔090,孔.85,孔

080

13半精镇顶面孔”90,孔090,孔085,

孔080

14钻、扩、绞030和孔021

15镇内孔035

16在箱体顶面钻、攻16-M18,钻深18

攻深15的螺纹孔

17在两018孔表平面各钻、攻3-M8,钻

深19攻深14,均布螺纹孔

18在孔080平面各钻、攻2-M16,钻深

17攻深13,均布螺纹孔

19在孔0190平面各钻、攻6-M8,钻深

22攻深18,均布螺纹孔

20粗链底面孔筋90,孔090,孔085,孔

080

21半精力底面孔”90,孔090,孔085,

孔080

22钻、扩、绞030和孔021

23链内孔035

24在箱体底面钻、攻4-M16,钻深33

攻深25的螺纹孔

25钻、攻8-M8,钻深18攻深15螺纹

孔

26在孔0190平面各钻、攻6-M8,钻深

22攻深18,均布螺纹孔

27在箱体左侧面钻、攻12-M8,钻深17

攻深15的螺纹孔

28钻、攻2-M16XL5螺纹孔

29在箱体上侧面钻、攻2-M16,钻深45

攻深37的螺纹孔

30清洗、去毛刺、倒角

31检验

32涂耐油防锈漆

3.3本章小结

本章主要是工艺规程的设计，考虑到工

作中所受的夹紧力和载荷，决定选用灰口铸

铁铸造毛坯件。然后选择加工的粗基准和精

基准。根据机械加工工序安排的原则拟定工

艺路线。

第4章确定加工余量、工序及毛坯尺寸

4.1毛坯余量和工序余量的确定

方法：1经验估计法

2查表法

3分析计算法

这里采用查表法，为了防止余量不够而

产生废品，在查表所得的数量上稍大一些。

此零件材料为灰铸铁，硬度为HB210,生

产类型为成批生产,采用砂型铸造,2级精度。

根据以上原始材料及加工工艺要求，分

别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺

寸及毛坯尺寸如下：

4.1.1平面加工

1顶面：最大加工尺寸：195mm

半精加工余量：Z2=1.5mm

粗加工余量：Zi=2.5mm

毛坯余量：Z=1.5+2.5=4.0mm

粗铳后尺寸：Hi=195+1.5=196.5mm

毛坯尺寸：H2=195+4.0=199.0mm

2底面：最大加工尺寸195mm

半精加工余量：Z2=1.5mm

粗加工余量：Zi=2.5mm

毛坯余量：Z=1.5+2.5=4.0mm

粗铳后尺寸：Hi=195+1.5=196.5mm

毛坯尺寸：H2=195+4.0=199.0mm

3左外侧面：最大尺寸：410mm

半精加工余量：Z2=lmm

粗加工余量：Zi=2mm

毛坯余量：Z=l+2=3m

粗铳后尺寸：Hi=195+l=196mm

毛坯尺寸：H2=195+3=198mm

半精铳加工尺寸：H=65+0.7=65.7mm

粗铳加工余量：H=65+2.2=67・2mm

4右外侧面：最大尺寸：410mm

半精加工余量：Z2=lmm

粗加工余量：Zi=2mm

毛坯余量：Z=l+2=3m

粗铳后尺寸：Hi=195+l=196mm

毛坯尺寸：H2=195+3=198mm

半精铳加工尺寸：H=65+0.7=65.7mm

粗铳加工余量：H=65+2.2=67.2mm

4.1.2孔加工

本零件上的孔直径均小于50,求成批生

产，因此零件的孔不预先铸出。

1粗镇、半精铺顶面孔子精,孔090,孔

085,孔080

粗健至〃87

半精键至0190

粗健至083

半精镇至085

粗健至088

半精键至090

粗镇至"8

半精镇至。80

2钻、较孔030和孔021,镇内孔035

先钻孔至018

钱孔至021

先钻孔至028,深度5mm

较孔至021,深度5mm

链内孔至033,深度6mm

镇内孔至035,深度6mm

3在箱体顶面钻、攻16-M18,钻深18攻

深15的螺纹孔

钻孔至47,深度18mm,对孔进行攻螺

纹至48X1.5,深度15mm

4在两“8孔表平面各钻、攻3-M8,钻深

19攻深14,均布螺纹孔

钻孔至〃，深度18mm,对孔进行攻螺纹至08

XI,深度15mm

5在孔080平面各钻、攻2-M6,钻深17

攻深13,均布螺纹孔

钻孔至05.2,深度17mm,对孔进行攻

螺纹至06义1,深度13mm

6在孔川90平面各钻、攻6-M8,钻深22

攻深18,均布螺纹孔

钻孔至"，深度22mm,对孔进行攻螺

纹至08XL深度18mm

7粗镇、半精镇顶面孔0190,孔090,孔

085,孔080

粗镇至0187

半精铺至0190

粗镇至083

半精键至085

粗镇至088

半精键至090

粗链至"8

半精键至080

8钻、较孔030和孔021,镇内孔035

先钻孔至018

较孔至021

先钻孔至028,深度5mm

较孔至021,深度5mm

镇内孔至。33,深度6mm

镇内孔至035,深度6mm

9在箱体底面钻、攻4-M16,钻深33攻

深25的螺纹孔

钻孔至“45深度33mm,对孔进行

攻螺纹至八6义1.5,深度25mm

10钻、攻8-M8,钻深18攻深15螺纹孔

钻孔至〃，深度18mm,对孔进行攻螺

纹至08XL深度15mm

11在孔0190平面各钻、攻6-M8,钻深22

攻深18,均布螺纹孔

钻孔至〃，深度22mm,对孔进行攻螺

纹至08XL深度18mm

10在箱体左侧面钻、攻12-M8,钻深17

攻深15的螺纹孔

钻孔至"，深度7mm,对孔进行攻螺

纹至08*1,深度15mm

11钻沉孔023mm,钻、攻2-M16XL5螺

纹孔

钻孔至023,深度3mm

钻孔至n45对孔进行攻螺纹至4）16

X1.5

12在箱体上侧面钻沉孔022和037,钻、

攻2-M16,钻深45攻深37的螺纹孔

钻孔至022,深度7mm

钻孔至037,深度1mm

钻孔至40.7,深度45mm,对孔进行

攻螺纹至012XL25,深度15mm

4.2切削用量的选择

正确的选择切削用量，对提高切削效率,

保证必要的工具耐用度和经济性，保证加工

质量，具有相当重要的作用。

4.2.1粗加工切削用量的选择原则

粗加工时，加工精度与表面粗糙度要求

不高，毛坯余量较大。因此，

选择粗加工切削用量时，要尽量保证较高的

单位时间金属切除量（金属切除率）和必要

的刀具耐用三要素（切削速度V、进给量F

和切削深度ap）中，提高任何一项，都能提

高金属切削率。可是对刀具耐用度影响最大

的是切削速度，其次是进给量。切削深度影

响最小。因此，粗加工切削用量的选择原则

是：首先考虑选择一个尽可能大的切削深度

ap,其次选择一个较大的进给量F,最后确

定一个合适的切削速度Vo

4.2.2精加工时切削用量的选择原则

精加工时加工精度和表面质量要求比较

高，加工余量要求小而均匀。因此，选取精

加工切削用量时应着重考虑，如何保证加工

质量，并在此前提下尽量提高生产率。因此,

在精加工时,应选用较小的切削深度ap和进

给量F,并在保证合理刀具耐用度的前提下,

选取尽可能高的切削速度V,以保证加工质

量和表面质量⑷。

4.2.3工时定额的确定（单件时间定额）

Td=Tj+Tfw+Tx+Tf（4

-1）

其中：T,单件时间

T,基本时间

T,辅助时间

TfX-------工作地点技术时间

/2工作地点组织时间

T,_______休息及身体需要时间

基本时吧与辅助时间之和称之为工序时

间，以Tg表示，即Tg=Ti+Tf

工作地点技术要求服务时间和组织服务

日间由时同成为工作地点服务时间，以Tw表

ZjKO

由于后桥箱是成批生产零件，须对整个

零件的时间定额计入准备结束时间Tz因此成

批生产中加工一批零的总时间为：

Tp=TdxP+Tz

(4-2)

其中：「加工一批零件

的时间定额

P批中的零件数

量

r准备结束时间

可查表得之

因而单间总时间定额L为：

Th=Tp/P=Td+Tz/P(4-3)

4.2.4确定切削用量及基本工时

4.2.4.1粗铳凹槽

加工条件：X53T立式铳床，立铳刀，

YT15刀片。根据铳削宽度及深度，查表得：

d。=74mm,齿数Z=16,专用卡具。

L确定背吃刀量由毛坯图已知铳削宽

度ae=20mm,铳削深度

ap=1mmo

2,确定每齿进给量取fz=0.09~0.18mm/z

3.选择铳刀磨钝标准及耐用度根据《切

削手册》表3.7,铳刀刀齿后面最大磨损量为

0.4mm；耐用度T=150min。

4.确定切削速度和工作台每分钟进给量

根据《切削手册》表3.27,

=0.7,x=0.3,=0.2,=0.5,=0.3,m=0.25,1=1.1o

ap=Jmm,qvvyvuvpv

匕=(4-4)

q•碟公

40.70°7.1.1,.、

...v=———―——--------------=181O.59(m/nnn)

c1500-25-703-1603-0.12°2-2005

1000”1000.18.59"」.、

----------=----------------=84.6(r/mm)

"•703.14-70

根据《工艺手册》表4.2-39o取与

84.6m/min相近的主轴转速

nw=90r/nino

实际切削速度v=19.8m/min

工作台每分钟进给量为

fM=0.12x16x60=115.2mm/min,根据《工艺手册》表

4.2-40,取X53T铳床与115.2mm/min相近的

进作台进给量/M=llOzwzz/min

则实际的每齿进给量为

f^=^=°A15mm/Z

5.计算基本时间

I=70mm,/I+4=35mm,fM=0.115mm/min

70+35„„、

4.242半精铳凹槽

加工条件：X53T立式铳床，立铳刀，

YT15刀片。根据铳削宽度及深度，查表得：

d0=60mn,齿数Z=18,专用卡具。

L确定背吃刀量由毛坯图已知铳削宽

度ae=20mm,铳削深度

ap=1mmo

2.确定每齿进给量取了,=0,09-0.⑻即/Z

3.选择铳刀磨钝标准及耐用度根据《切

削手册》表3.7,铳刀刀齿后面最大磨损量为

0.2mm；耐用度T=120mino

4.确定切削速度和工作台每分钟进给量

根据《切削手册》表3.27,

ap=Jmm,qv=0.7,xv=0.3,%=0.2,uv=0.5,=0.3,m=0.25,1=1.1o

根据公式（4-4）得：

_________40-7007-l.l

=18.89（加/min）

120025.7°-3-180-3-0.1202-2005

1000”1000x18.89

=100.3（〃/min）

71-603.14x60

根据《工艺手册》表4.2-39o取与

100.3r/min相近的主轴转速

nw=112r/mino

实际切削速度v=21.1m/min

工作台每分钟进给量为

fM=0.12x18x60=129.6mm/min,根据《工艺手册》表

4.2-40,取X53T铳床与129.6mm/min相近的

进作台进给量

fM=110mm/min

则实际的每齿进给量为fM=11°=0.102mm/z

218x60

5.计算基本时间

I=+Z2-35,九=0.102mm/irdn

70+35„..、

t.=-----------=0.8o1(zmin)

~129.6

4.3本章小结

本章先查表确定毛坯的加工余量和工序

余量，具体分别计算了各平面和各孔的加工

余量。接着说明了粗加工和精加工切削用量

的选择原则。最后进行一系列的计算确定切

削用量和基本工时。

第5章夹具设计

机床卡具是在切削加工中，用以准确地

定位工件位置，并将其牢固地夹紧的工艺装

备。它的主要作用是：可靠地保证工件的加

工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充

分发挥和扩大机床的工艺性能。因此，机床

卡具在机械制造行业中占有十分重要的地

位。

5.1设计方法和步骤

1深入生产实际调查研究

在深入生产实际调查研究中，应掌握下面

一些资料：(1)工件图纸⑵工艺文件⑶生产

纲领(4)制造与使用卡具情况

2确定工件的定位方法和刀具的导向方式

3确定工件的卡紧方式和设计卡紧机构

4确定卡具其它部分的结构形式

5绘制卡具总装配图

6标注各部分主要尺寸、公差配合和技术

要去

7标注零件编号及编制零件明细表

8绘制卡具零件图

由设计任务书可知，此零件属于成批生

产。为提高劳动生产率，减

轻劳动强度，要求设计专用及具⑸。

5.2方案设计

设计方案的拟定必须遵循下列原则：

1定位装置要确保工件定位准确可靠,符

合六点定位原则。

2定位精度能保证工件加工精度要求。

3夹具结构尽量简单操纵力尽量小而可

靠，力争造价低。

本工序的特点：

粗铳半精铳顶面宽20mm深7mm的凹

槽，保证其加工精度和位置精度。

上述特点在夹具设计中应给予足够的重

视。夹具体设计的好坏关系到加工精度、加

工效率、加工成本及工人的劳动强度。

5.3定位机构的设计及误差分析

加工零件的位置精度取决于工件在机床

或夹具中定位的准确性，因此夹具定为基准

的选择，既要保证本身的定位精度。又要保

证被加工零件的各种精度要求。定位机构的

设计是非常重要的。

5.3.1确定定位元件，计算定位误差

由于定位方案为一面两销定位，一两个

圆柱销作为定位元件，则会产生重复定位现

象，即一销套上工件孔以后，另一个销很难

同时套上。为了避免这种定位干涉，补偿工

件两定位孔直径和中心距误差及夹距两定位

销直径和中心距误差。夹具两定位销采用一

圆柱销，另一销在连心线的垂直方向削去两

边，即削边销。

1确定定位销中心距及尺寸公差

销间距的基本尺寸和孔间距的基本尺

寸相同，"j

尺寸公差一般取为

出销=土［~:卜1(5-1)

孔间距的计算：

A=吊+.=639.14mm

况i=5”xCosd+MiySina

c601.53+216.03…r

8=0.05--------------------=0.0477nm

n639.14

由于%=±q-g)J取

々1销=：况1=±^-(0.047)=0.012mm

£销=L+出销=639.14±0.012mm

S

9

0

.

0

H

601.53士0.0651n

图5-1定位元件距离

2确定圆柱销的基本尺寸是该孔的最小

极限尺寸，其中4="2为基准孔。3最小直

径公差取夕，配合取为H8//7

由表中查的/丁=25人

f的基本偏差为es=-36所

ei=es-IT=-25-36=-61//m

=85黑mm

查表削边销宽度B和々

仇=8,5=85-5=80

3确定补偿距离£

£=3销+%-gXimin(5-2)

式中：X*为夹具圆柱销与其配合的工

件定位孔间的最小间隙。

由于零件圆柱孔销的尺寸为012H8产3

.-.ximin=0-(-0.025)=0.025mm

£=0.036+0.047——x0.025=0.071〃?加

2

4确定削边销圆弧部分与其相配合得工

件定位孔的最小间隙

X2mm二…二？."：。。⑶皿

2mm285

式中D为与削边销相配合的工件定位

孔的最小直径。

5销边销的最大直径,

公差配合取〃7,其下偏差为

ei=0.021mm

d^D2-X2mm(5-3)

-jo-n0013-71-0013

,,u2—-0.021v0.013—-0.034

6确定转角误差a

由于定位孔和定位销作上下销移接

触，造成工件两定位孔连心线相对夹

具上量定位销连心线发生偏移，产生

最大转角误差，其式可按下面公式计

臬

织"=(X|max+X2max)/2L(5

-4)

其中：x.为夹具圆柱销与其配合的工

件定位孔间的最大间隙。

X*为夹具体削边销与其配合的工件

定位孔间的最大间隙。

X]max-0.054+0.036=0.090mm

X2max=0.033+0.034=0.067mm

一=0.09+0.06%*639-=0.000123

a=0.007°

7确定基准定位误差邑

这一误差取决于定位孔和圆柱销之间

的最大间隙，工件在平面内任何方向

上的基准位移误差为：

J—D[+TO、+Td、(5-5)

式中：s为工件孔直径的公差

刎为圆柱销直径的公差

△,：为圆柱销与工件孔最小间

隙

△1=

其中：0.027mmTDX=0.034mm

Td[=0.036mm

£x-0.027+0.034+0.036=0.097mm

5.3.2定位销的选择

由于零件为成批生产，为保证定位精度,

因此需定期检查定位销的磨损情况，及时更

换定位销，以利于准确定位，因此选择可换

定位销和可换削边销。该销经过螺纹与其导

向销相连，以便更换。

5.3.3定位误差的分析与计算

图5-2定位误差分析

见图5-2在使用夹具安装工件并按调整

法加工一批工件时，由于工件在夹具中定位

所产生的定位误差。必然要反映到工件的加

工精度上，因此在设计夹具定位机构时，应

对定位误差加以控制，使其不超过允许的范

围，一般情况下，工件的定位误差£与工件上

相应公差值的关系为：

(5-6)

产生定位误差的原因有以下两个方面：

一是定位基准与工序基准不重合，产生基准

不重合误差，用符号分表示;另一主要误差是

由工件的定位基面与定位元件的工作表面的

制造误差及配合的最小间隙的存在，引起定

位基准产生位移，即基准位移误差，用符号无

来表示。

对工序尺寸：33：0.2

£卬=△]+")]+Tdy(5-7)

其中式中：见..........工件孔直径的

公差TD]=0.034mm

外........…圆柱销直径公

Td[=0.036mn

△i.....................................圆柱销与

工件孔最小间隙

由以上计算可知：A；=0.027zmz

/.sw=0.027+0.016+0.018=0.097mm

根据图中计算可知：

cos6z=601.58/639.14=0.941

sincr=216.03/639.14=0.338

j=0.097xcosa=0.097x0.99=0.097

3=0.097xsina=0.097x0.0001=0.00001

水平方向：j=0.097＜」Tg=0.133

合格，因此对钻孔£制度误差要求，可

根据定位误差小于其零件公差的;而确定。

5.4夹紧机构的设计及夹紧力的计算

零件加工过程中所受的夹紧力不大，而且根据!

的形状，在夹具中

安装位置及保证加工的正常进行，可确定夹紧力的彳

为了节约辅助时间，

减轻工人的劳动强度，便于制造和安装，本夹具体^

固定支板，用螺母、

螺杆、弹簧和气动夹紧机构相互配合夹紧零件。

考虑到夹紧可靠应选择合适的加紧部位。

从零件图上能够看出，在零

件的上个边缘表面上夹紧比较合适。

由于计算切削力的主要目的是确定夹紧

力，确定夹紧方式及夹紧机构。由于加工孔

时，切削力的大小主要取决于孔的直径，因

此计算夹紧力主要一部分是切削力。精铳削

槽时力比较大。因此夹紧力只需以精铳时的

卡紧力而定。

夹紧力的计算：

本美具采用的是钩型压板，能够在水平

方向上回转，以便于零件的装夹。

首先计算铳床铳削的切削力：

&365

P=Ctp0-s^zD^BzKpn(5-8)

其中：p-------铳削力KJ;

G--------------------------在用高速铳钢

(W18Cr4V)铳刀铳削时。考虑工件材

料及铳刀类型的系数，其数值按《金属

切削机床卡具设计手册》表3-57选取。

查表得：7=682；

L每齿进给量(mm)；

。-------铳刀直径(mm)；

B-------铳削宽度所)；

N--------------------铳刀每分钟转数；

z---------------------铳刀的齿数；

Kp一一一一用高速钢

(W18Cr4V)铳刀铳削时，考虑工件材

料机械性能不同的修正系数。对于灰铸

铁:"需严；

%--------工件材料的抗拉强度

2

(Kgf/mm)o

...尸=68.2x70-83x0.115065x70一°期x20x16x1=779.9(7^/)

为使加工能够稳定的进行，则

p_

Q-j(5-9)

其中：Q-------卡紧力(物)；

尸-------切削力；

/-------摩擦系数。取人。［6。

£779.9

.■.Q>^==-L-=243T3(Kgf)

则：双头螺柱所需拉力为：

P=Q(1+4+4W)(5-10)

其中：/-------勾形压板点到轴心的距离

(mm)；

H--------勾形压板的导向长度

(mm)；

/-------摩擦系数；

q--------------------弹簧的作用力(Kgf)。

p==2437.3(1+3X6；；0.16)+W25=3503.75(的)

实际预紧力：P实=P理K

K=K、K2K3K4(5-11)

其中：K为安全系数

6--------------------------般安全系数，考虑

到增加夹紧的可靠性和因工件材料性质及余

量不均匀等引起的切削力的变化。一般取

3=1.5-2

(-------加工性质系数，粗加

工取(”2。精加工取

K2=1.5

储--------刀具钝化系数，考虑

刀具磨损钝化后，切削力增加。一般取

取5=1.2

6----------------------断续切削系数，断续

切削时取储"2。连续切削时，取耳=1

K=KjK2K3K4=1.5x1.2x1.2x1.2=2.592

理=KxP=2.592x3503.75=9081.72(0)

由此气缸的作用力P=2/^.=2x9081.72=18163.44(^)

查表得：可选最佳气缸为：

D=250,S=40,L=166,标准活塞杆推力为Kgf

的法兰式气缸。

5.5加紧元件的强度校核

分析夹具体中各零件的受力情况，可知

连接上下压板的螺栓畏罪薄弱环节。

当压紧工件时，受力分析可知：螺栓只

受夹紧力Q作用产生预紧力作用。

紧联螺栓的许用拉应力

㈤产(5-12)

查《机械设计》表6.3,得

其中:[&]=L6

aB=500MPa

=6x=3QQMPa

s10

[cr]=—=187.5MP«

1.6

4xl.3xZ>4X1.3X9081.72皿「「i

•••-------卢=-----------A-=37.5<ILcrI

X7r-d23.14x202」

..强度满足要求。

5.6夹具设计技术的发展

无论是在传统制造业还是现代柔性制造系

统中，由于大量的加工操作需要装夹，夹具

设计在制造系统中就显得非常重要，它直接

影响加工质量，生产效率和制造成本在一个

柔性制造系统中，夹具设计制造的费用占到

整个系统费用的一，夹具在单件、成批、大

量生产中得到了广泛的应用，它是在制造加

工过程中根据设计说明书，在合理的位置定

位和牢固装夹工件，从而完成所要求的加工

过程的一种装置柔性夹具是随柔性制造系统

和计算机集成制造系统的发展而应运而生的

没有柔性夹具，就不可能实现真正意义上的

柔性，而随着的提出，多品种中小批生产日

益受到重视。适应于这种产品和生产变化需

要的柔性夹具更是必不可少的年代中期开始,

从计算机辅助夹具设计到自动夹具设计，在

国际上普遍受到重视，同时正在发展成为一个

独立的制造软件系统。

5.6.1柔性夹具的研究和发展

制造过程的工艺设备包括刀具、夹具、检

测设备及模具的选择和设计为了降低装夹费

用和生产准备时间，柔性装夹是必不可少的

一般说来，柔性夹具是指工件的形状和尺寸

有一定变化后，夹具还能适应这种变化并继

续使用的应变能力可是工件变化能够在小范

围，即在相似的形状和尺寸变动不大的范围,

也可在大范围，即零件形状完全不同，尺寸

变化也很大因此，柔性夹具还是模糊的，没

有明确的定义和界限笼统地说，就是指与机

床、加工中心配合使用的、具有夹持多种不

同工件能力的夹具。柔性夹具包括组合夹

具、可编程夹具、通用柔性夹具、相变材料

柔性夹具及其它夹具，使用不同的相变材料

可得到多种类型的夹具，相变材料柔性夹具,

而相变材料柔性夹具适合于装夹具有复杂曲

面和刚度较弱容易变形的工件朱耀祥和融易

鸣中将年代后期柔性夹具的研究开发分为两

大方向。

5.6.2计算机辅助夹具设计（CAFD）

在过去的十几年中，制造研究团体将研究

的重点放在了发展和改进诸如计算机辅助设

计计算机辅助制造（CAD/CAM）和计算机辅

助工艺规划（CAPP）等方面只是在最近20年

来,CAFD才发展成为（CAD/CAM）集成技术

的一个重要组成部分，而且成为CAPP的一

个重要方面。它是CIMS环境下设计和制造之

间的连接纽带.随着CAD/CAM系统在工业中

的建立,CAFD很自然地应用到了夹具设计当

中。

CAFD领域的主要研究方面有：（1）夹具

设计时基于成组技术的分类方法及基于案例

的推理；（2）经过运动学分析确定定位点和夹

紧点；（3）利用基于知识的专家系统选择定位

面和夹紧面；（4）基于几何分析的夹具规划；

（5）用于定位基准选择的精度关系分析；（6）

组合夹具的构形设计。

5.6.3自动化夹具（AFD）

近年来组合夹具系统的设计受到了夹具行

业的普遍关注，而且在一些文献中对该领域

的最新发展成果进行了回顾，经过几何计算

的方法验证了夹具构形中力的锁合问题，在

确定优化的夹紧点和夹紧顺序中提出了几何

推理的方法，这种方法在考虑到力的锁合后，

从候选的夹紧点布局中确定最优化的夹紧点,

是非常简单并行之有效的。经过变形一种是

由于装夹所产生的接触变形，另一种是由于

切割力所引起的工件的弯曲变形分析，对支

撑和夹紧位置进行所需的重新布置，以在给

定的工件上设计出最好的支撑、定位和夹紧

位置，完成加工过程中牢固精确地夹紧工件

的功能，并在自动夹具设计原型系统中贯彻

T这样的推理机制该系统提供了一种智能化

的自动夹具设计环境系统由个主要模块构成

完全信息化的产品模型知识库推理机制最终

的夹具构型。按照自动化程度区分，夹具设计

系统分为交互式，半自动化式和自动化式交

互式的夹具。设计系统是计算机为使用者提

供一种信息化的用户界面，基于设计者的知

识，辅助用户选择合适夹具元件的一种系统

系统由于要由用户根据工件的几何形状及加

工要求来选择装夹表面、装夹点及夹具元件,

因此是非常耗时的，而且并未完全开发出计

算机的功能半自动化式的夹具设计系统是在

交互式的基础上加以改进而来的，它降低了

对设计者专业知识的要求而自动化式的夹具

设计系统用以进一步提高夹具设计过程的效

率和质量，能够自动确定夹紧点，自动从一

系列候选点列表中选择精确的夹紧点，等基

于先进的及技术在组合夹具上的应用，使用

方法和一软件技术，