毕业设计传动箱壳体的工艺设计和夹具设计

摘 要本设计是最终传动箱壳体的工艺设计和夹具设计。最终传动箱是一种支承和包容各种传动机构的箱形零件。设计中先进行了零件的结构和工艺分析，得出零件的加工工艺过程。用几道工序举例说明了几种加工的工序卡的设计方法和过程。由于是专用机床，本次设计中设计了一套专用钻床夹具和专用铣床夹具，其相关的零部件大都查阅的专业工具书。设计过程涉及到机械制造专业的一系列专业知识，包括了毛坯制造、工艺、切削用量、机床、刀具、定位、误差分析、夹紧等。【关键词】工艺、工序、夹具AbstractThis design is ultimately gearbox shell process design and fixture design. The final transmission box is a kind of transmission of supporting and inclusive of transmission parts. In the beginning of the design ,we analyze the structure of the part, and work out the technology of parts processing. Meanwhile we use a few procedures to illustrates many design methods and process of several processing process card. Due to the special machine tool, we have to designed many special set of drilling fixture and milling special, consult some related parts of these fixtures in the professional dictionaries. The Design process involves a series of mechanical manufacturing professional expertise, including manufacturing the semifinished product,process, cutting machine, cutter, dosage, orientation, error analysis, clamping, etc.【Key words】 Process; Procedure; Dictionaries1前言毕业设计是大学四年所学知识的综合运用。对于零件的工艺安排、夹具设计是机械系学生都应掌握的最基本的知识。这些内容对于机械加工起着致关重要的作用。零件加工质量的好坏、成本的高低，都是这些内容的直接反映。这次的设计主要内容是加工最终传动箱体零件。它的整个加工过程中涉及到毛坯的制造方法选择、加工余量的计算、工艺路线的确定、机床夹具定位和夹紧装置的设计、机械加工刀具和辅具的选择、加工时间的计算以及专用夹具体的设计等内容。通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，同时发现自己在专业知识方面的不足。为今后的工作打下一个良好的基础。2 工艺规程设计2.1零件分析最终传动箱体零件较为复杂，内部为空腔，外形不规则。需要加工5个平面和一个外圆面，另外后端面上有6个孔需要加工，底面和前端面、侧面都有螺纹孔加工。其中有84外圆面和后端面加工难度高，表面粗糙度要求Ra1.6,需用数控机床来加工。4个主轴孔表面粗糙度也达到Ra1.6，需用到镗床来精加工。加工时应注意装夹，保证各个孔的位置度、垂直度和同轴度要求。2.1.1零件的功用最终传动箱，是一种支承和包容各种传动机构的箱形零件。一般由外墙、内支撑墙、轴承座、凸台、法兰及肋等构件组成。传动箱具有密封、防尘、隔热、隔音、储存润滑油和防护和功能。传动箱可采用铸造、压铸或焊接方法制造。2.1.2零件的工艺分析零件是传递力的箱体结构，要求有很高的强度来受力，采用HT200来铸造。需要淬火和表面渗碳处理。有6个主要加工表面，4个主轴孔。其中前端的两个凸台面和后端面在铣床上用端铣刀精铣，4个主轴孔用镗床经精镗和细镗，外圆面则在数控车床上经精车和细车。后端面上的6个孔之间位置要求比较高所以可以一起在专用钻床上一起加工，提高加工效率。底面为定位精基准，应首先加工出来。观察零件结构，加工底面时选用两个大的主轴孔和较大凸台面通过心轴来定位。2.2制定工艺规程2.2.1确定生产类型（1）确定生产纲领：机械产品在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为该产品的生产纲领。机械产品的生产纲领除了该产品在计划期内的产量以外，还应包括一定的备品率和平均废品率。其计算公式为：式中 n为零件计划期内的产量；a为备品率；b平均废品率。由生产任务得：n=6000, a=5%,b=3%，代入公式计算，N=6000*（1+5%+3%）=6480（2）确定生产类型：最终传动箱壳体长275mm，宽138mm，高200mm，属于中型零件，中型零件生产纲领大于5000属于大量生产，最终传动箱壳体生产纲领为6480件，属于大量生产。大批大量生产的特点和要求是：广泛采用专用设备和自动生产线，广泛使用高效专用夹具和特种工具，对于毛坯制造采用金属模机器造型、模锻、压力铸造等。2.2.2零件毛坯的确定毛坯的铸造方法：由上文可知，最终传动箱壳体属于大量生产，对于毛坯制造宜采用金属模机器造型、模锻、压力铸造等。本次采用金属模机器造型，这种铸造方法的特点是铸件内部组织致密，机械性能较高，单位面积的产量高，适用于泵体、泵盖、壳体、减速箱体、汽缸头等中、小型铸件。毛坯的材料是HT200。最小铸孔的尺寸见表1表1生产类型通圆孔不通圆孔通方孔不通方孔大批大量1215mm1518mm1518mm1620mm由此确定哪些孔可以在毛坯上铸出来，哪些要经过机械加工。确定4个主轴孔可以铸造出来，其他孔均不铸造出来。毛坯的加工余量与尺寸公差：最终传动箱壳体零件毛坯采用金属模机器造型，零件最大外廓尺寸为275mm，查参考文献1第1012页得铸件机械加工余量等级一般为7级。根据此精度等级和零件公称尺寸可查得铸件机械加工余量和铸件尺寸公差。本次设计最终传动箱铸件的各加工面的单边加工余量取6mm；中间吊耳的上面和侧面需要钻螺纹孔，余量去5mm。由上各个加工余量确定零件的铸件尺寸，毛坯图如图2.1图2.1.毛坯剖视图2. 3 工艺过程设计2.3.1零件定位基准的选择（1）精基准的选择：精基准的选择原则一般包括以下五个方面。第一，用设计基准作为精基准以便消除基准不重合误差，即所谓的“基准重合原则”。第二，当工件以某一个表面定位可以方便加工其它表面时，常采用该表面为精基准，即所谓的“基准统一原则”。第三，当精加工表面或者光整加工工序余量要求尽量小而均匀时，应选择该加工表面作为精基准，即所谓的“自为基准原则”。第四，为了获得均匀的加工余量和较高的位置精度，可采用“互为基准”的原则。第五，精基准的选择应使定位准确，夹紧可靠。为此，精基准的面积与被加工表面相比，应有较大的长度和宽度，以提高其位置精度。 最终传动器壳体的加工中，采用底面上左右两端的螺纹底孔和底面为定位精基准，这不但可以使加工方便，而且夹具设计简单，也易于保证各个面的位置精度和表面质量。因此最终传动器壳体加工采用底面和两螺纹底孔作为精基准，既满足“基准统一原则，也满足第五条原则。而且轴承孔，工艺凸台这些面的工序基准也是结合面，因此也满足了“基准重合原则”。（2）粗基准的选择：粗基准的选择原则一般有有四个。第一，如果必须保证工件加工表面和不加工表面的位置要求，则应以不加工表面作为粗基准。第二，如果必须保证某重要表面的加工余量必须以该表面作为粗基准。第三，选择为粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口、或飞边等缺陷。第四，粗基准只能使用一次，不能重复使用。在最终传动箱壳体的加工中，只有加工底面是需要采用粗基准，它是整个工艺过程的精基准，而轴承孔是整个工艺过程中最重要的加工表面，为保证轴承孔的精度，加工底面时最好采用心轴穿进两主轴孔，和前段较大端面组成一面两销作为粗基准，这样有利于保证在加工轴承孔时余量的均匀。2.3.2表面加工方法的选择底面为精基准，表面粗糙度为Ra3.2，用铣刀一道工序加工出来，经过粗铣、半精铣、精铣。前端两凸台面粗糙度为Ra3.2，后端凸台面表面粗糙度为Ra6.3都要经过粗铣、半精铣、精铣。后端面上粗糙度为Ra1.6，精度很高，并且端面上还有一个84的凸台面，不容易加工。用数控铣床粗铣、半精铣、精铣。左端的两小凸台面和上端面上需钻螺纹孔，故需要一次粗铣。85、80、62、72都是主轴孔表面粗糙度为Ra1.6，精度高，用镗床粗镗、半精镗、精镗、细镗。54、60、24孔只需粗镗。前端面上的6个螺纹孔：为了提高效率，先在专用钻床上钻底孔，再倒角、攻丝。后端面上的2-14.5有一个32的沉孔，所以先钻14.5孔，然后用锪钻锪出32孔。2M12螺纹孔经钻孔、倒角、攻丝。2.3.3 加工阶段的划分（一）划分加工阶段的原因划分加工阶段的原因在于：1、粗加工时切去的余量较大，因此产生的切削力和切削热都较大，功率的消耗也较多，所需的夹紧力也大，从而在加工过程中工艺系统的受力变形、受热变形、和工件的残余应力变形也都大，不可能达到高的加工精度和表面质量，需要有后续的加工阶段逐步减小切削用量，逐步修正工件的原有误差。2、粗加工阶段中可采用功率大而精度一般的高效率设备，而精加工阶段则应采用相应的精密机床。这样，既发挥了机床设备的各自性能特点，又可延长高精度机床的使用寿命。3、零件的工艺过程插入了必要的热处理工序，这样也就使工艺过程以热处理为界，自然地划分为几个各具不同特点和目的的加工阶段。（二）最终传动箱壳体加工阶段的划分先加工出底面作为定位精基准，接着可以大致划分为以下几个主要阶段。由于加工的余量比较大，所以先粗铣、半精铣几个主要加工表面；粗镗4个主轴孔；半精铣各个面，半精镗4个主轴孔，待半精加工完成后，表面达到一定的精度和表面粗糙度，保证一定的加工余量；钻孔、倒角、攻丝；把精加工放在后面，需要超精加工的表面如84外圆面和主轴孔放在最后用细车、细镗完成。2.3.4机械加工顺序的安排加工顺序安排的原则：1、作为精基准的表面应在工艺过程一开始就进行加工，因为后续工序中加工其它表面时要用它来定位。2、在加工精基准表面时，要用粗基准定位。3、精基准加工好以后，接着应对精度要求较高的各主要表面进行粗加工半精加工和精加工，次要表面的加工可穿插在主要表面加工工序之间。4、对于和主要表面有位置要求的次要表面，应安排在主要表面加工之后。5、对于易出现废品的工序宜适当靠前加工。最终传动箱壳体加工顺序安排：遵循“先基准后其它”的原则，先加工出底面作为精基准。加工底面时用前段较大凸台面作为粗基准。再遵循“先主要后次要，先粗后精”的原则。对前端两凸台面，后端面，后端凸台面，84外圆面，左端两小凸台面，上端面进行粗加工、半精加工。根据“先面后孔”的原则，待几个主要加工表面的粗加工、半精加工完成后，对几个主轴孔进行粗镗、半精镗；接着是在后端面钻孔，对螺纹孔倒角、攻丝。最后是各个表面的精加工，后端面的精铣，84外圆面的精车，4个主轴孔的精镗。对精度要求很高的几个表面还要安排超精加工，如84外圆面的细车，4个主轴孔的细镗。由于底面是作为大多数加工工序的精基准，所以最后加工底面的6个螺纹孔。2.3.5工序的集中与分散同一个工件，同样的加工内容，可以安排两种不同形式的工艺规程：一种是工序集中，另一种是工序分散。所谓工序集中，就是把工件上较多的加工内容集中在一道工序中进行，而整个工艺过程由数量比较少的复杂工序组成。所谓工序分散，就是在每道工序中仅仅对工件上很少的几个表面进行加工，整个工艺过程由数量比较多的简单工序组成。(1)工序集中与分散的特点工序分散的特点是：1、所使用的机床设备和工艺装备都比较简单，容易调整，生产工人也便于掌握操作技术，容易适应更换产品。2、有利于选用最合理的切削用量，减少机动工时。3、机床设备数量多，生产面积大，工艺路线长。工序集中的特点是：1、有利于采用高效的专用设备和工艺设备，显著提高生产率。2、减少了工序数目，缩短了工艺过程，简化了生产计划和生产组织工作。3、减少了设备数量，相应地减少了操作工人人数和生产面积，工艺路线短。4、减少了工件装夹次数，不仅缩短了辅助时间，而且由于一次装夹加工较多表面，就容易保证它们之间的位置精度。5、专用机床设备、工艺装备的投资大、调整和维修费事，生产准备工作量大，转为新产品的生产也比较困难。最终传动箱壳体工序集中与分散的选择：为了提高加工效率，在铣削几个主要加工表面时，可以工序集中，前端面较大凸台面和后端凸台面可以一起铣削；左端和上端的面主要是有螺纹孔需要加工，可以放在钻螺纹孔之前再铣削；后端面上有凸台较难加工，采用分散加工；待主要加工表面粗铣后紧接着粗镗主轴孔；半精加工以上各面和孔；后端面上的8和24距离很近，无法一起加工，所以这里先分散加工8孔；再集中对其它5个孔一起加工；对前端两凸台面上的6个螺纹孔也采用集中加工，用6个钻头在专用机床上加工；最后才加工次要的侧面和上面以及上面的螺纹孔。在精加工阶段也可以像前面一样集中加工各个孔；最后是分散超精加工外圆面和主轴孔。2.3.6制定加工工艺路线完成工艺规程的设计后便可以制定加工工艺路线，加工工艺路线制定的原则是：在保证产品质量的前提下，尽量提高生产效率和降低成本，并且能够充分利用现有的生产条件。根据以上分析制定的工艺路线如下：1.粗、精铣底面2.钻铰底面两定位孔3.粗铣、半精铣A面和C凸台面4.粗铣、半精铣前端较小凸台面5.粗铣后端面6.粗车84外圆面7.粗镗85、80（80）孔8.粗镗72、62、60、54、（54）9.精铣两凸台面10.精铣B面11.半精铣D面12.半精铣84外圆面13.粗镗、半精镗85、80并倒角14.粗镗、半精镗62、72并倒角15.钻A、B凸台面3-M6、3-M8螺纹底孔16.倒角、攻丝A、B凸台面3-M6、3-M8螺纹孔17.钻、铰D面上的818.钻D面上的24、2-M12底孔、2-14.519.倒角、攻丝2-M1220.锪2-32孔21.钻吊耳上20孔22.粗铣E面（左端两小凸台面）23.粗铣F面（上面）24.钻E、F面上4-M12螺纹底孔，并倒角、攻丝25.精铣D面26.精车84外圆面27.精镗85、80孔28.精镗72、62孔29.细车84外圆面30.细镗85、8031.钻底面6-M6底孔32.倒角、攻丝6-M63 工序设计3.1机床的选择选择机床应遵循如下原则：1、机床的加工范围应与零件的外廓尺寸相适应；2、机床的精度应与工序加工要求的精度相适应；3、机床的生产率应与零件的生产类型相适应。 在最终传动箱壳体的加工过程中，为了提高生产率将大量使用专用机床，如钻孔、镗孔工序中会用到专用钻床和专用镗床。在铣端面、倒角和攻丝工序中会用到通用机床。在加工难度较大的84外圆面和后端面时会用到数控车床和数控铣床。通用机床是在机械加工工艺人员手册上查找，具体机床的选用见后面的加工工艺过程卡。3.2夹具的选择机床夹具是在切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将工件牢固地夹紧的一种工艺装备。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。夹具的种类很多，按夹具的应用范围分类，可分为通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具；按夹具上的动力源分类，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具和真空夹具等。在单件、小批量生产时，应尽可能采用通用夹具。为提高生产率，在条件允许时也可采用组合夹具。中批以上生产时，应采用专用夹具，以提高生产效率，夹具的精度应与工序的加工精度相适应。最终传动箱壳体的生产属于大批量生产，为了提高生产率，加工中应该采用专用夹具。为此要为生产线上的工序专门设计一套夹具。对于动力源，由于最终传动箱壳体的加工属于大批量生产，应该采用气动或液压夹紧，可大大减轻劳动强度，缩短辅助时间，大大提高生产率。在说明书中将对其中的钻A、B两凸台面上的螺纹孔和铣左端两小凸台面两道工序的家具作详细说明。3.3刀具的选择刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度和表面粗糙度、生产率及经济性等，在选择时一般尽可能采用标准刀具，必要时可采用高生产率的复合刀具和其它一些专用刀具。最终传动箱壳体的加工基本都采用标准刀具, 可以在机械加工工艺手册上查到。铣平面时大都采用镶齿套式面铣刀，铣D面时用数控铣床加工，选用直柄立式铣刀。镗刀则根据孔的大小不同分别选取。钻孔时大都选用锥柄麻花钻，这种钻头有足够的强度，排屑容易。对于刀具的材料，常用的刀具材料有碳素工具钢、高速钢、硬质合金。其中碳素工具钢指含碳的质量分数在0.65%1.35% 的优质钢碳钢。常用牌号有T8A、T10A和T12A等，其中以T12A用的最多，淬火后硬度可达（5864）HRC,红硬性达250300C左右，允许的切削速度Vc=510m/min，所以一般用于制造手用和切削速度很低得工具，如锉刀、手用锯条、丝锥和板牙等。而高速钢是在高碳钢中加入较多的合金元素W、Gr、V、Mo等与C生成碳化物制得的。加入合金元素后，细化了晶粒，提高了合金的硬度。所以一般高速钢的淬火硬度可达（6367）HRC，红硬性可达550650.允许的切削速度Vc可比合金工具钢提高12倍。它具有较高的强度，在所有刀具材料中它的抗弯强度和冲击韧度最高，是制造各种刃型复杂刀具的主要材料。而硬质合金的耐热性比高速钢高得多，约在8001000C,允许的切削速度约是高速钢的410倍。硬度很高，但它的抗弯强度为1.11.5GPa，只是高速钢的一半，冲击韧度不足高速钢的1/251/10.由于它的耐热性与耐磨性好，因而在刃型不太复杂的刀具上的应用日益增多，如车刀，铣刀，镗刀，小尺寸钻头，丝锥等刀具上。综上所述，端面套式面铣刀材料选择硬质合金，加工孔用的麻花钻、扩孔钻、锪钻、丝锥都采用高速钢材料，镗主轴孔用镗刀刀尖部分材料也选用硬质合金。具体刀具型号及规格见后面的加工工艺过程表格。3.4加工余量及切削用量的确定3.4.1加工余量的确定加工余量是指加工过程中从加工表面所切去的金属层厚度。加工余量有工序余量和加工总余量之分，工序余量是指某一工序所切去的金属层厚度；加工总余量是指某加工表面上切去的金属层总厚度。查机械加工工艺人员手册P1050页，各面的加工余量取6mm,粗铣时的余量取3mm或3.5mm，半精铣时取1.5mm,精铣余量取为1mm。粗镗孔时单边加工余量取3.5mm,半精镗单边加工余量取2.5mm,精镗时的精度要求就很高了，单边加工余量取0.2mm,细镗为超精加工，单边余量取0.05mm。钻孔时，查机械加工工艺人员手册P1045可以查出各个孔可以加工出来的底孔直径，如钻底孔5时先钻到4.8，再铰到5。车84外圆面时，先粗车单边余量3.75mm，半精车取1.5mm,精车时取0.5mm,细车时取0.25mm。另外，加工时的工序余量可以分为几次走刀来完成，以减小切削力，保护刀具。3.4.2切削用量的选择切削用量是切削加工时可以控制的参数，具体是指切削速度v/(m/min)、进给量f(mm/r)和背吃刀量ap (mm)三个参数。(1）选择切削用量主要应根据工件的材料、精度要求以及刀具的材料、机床的功率和刚度等情况，在保证工序质量的前提下，充分利用刀具的切削性能和机床的功率、转矩等特性，获得高生产率和低加工成本。从刀具耐用度角度出发，首先应选定背吃刀量ap,其次选定进给量f,最后选定切削速度v.粗加工时，加工精度和表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽量能保证较高的金属切除率，以提高生产率；精加工时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量小且均匀。因此，选择切削用量时应着重保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。(2）背吃刀量ap的选择粗加工时，背吃刀量应根据加工余量和工艺系统刚度来确定。由于粗加工时是以提高生产率为主要目标，所以在留出半精加工、精加工余量后，应尽量将粗加工余量一次切除。一般ap可达810mm，当遇到断续切削、加工余量太大或不均匀时，则应考虑多次走刀，而此时的背吃刀量ap应依次递减，即ap1ap2ap3.精加工时，应根据粗加工留下的余量确定背吃刀量，使加工余量小而均匀。(3）进给量f的选择粗加工时对表面粗糙度要求不高，在工艺系统刚度和强度好的情况下，可以选用大一些的进给量；精加工时，应主要考虑工件表面粗糙度要求，一般表面粗糙度数值越小，进给量也要相应减小。(4）切削速度v的选择 切削速度主要应根据工件的材料来决定。粗加工时，v主要受刀具寿命和机床功率的限制。如果超出了机床许用功率，则应降低切削速度；精加工时，ap和f选用得都较小，在保证合理刀具的情况下，切削速度应选取得尽可能高，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。切削用量选定后，应根据已选定的机床，将进给量f和切削速度v修定成机床所具有的进给量f和转速n，并计算出实际的切削速度v。工序卡上填写的切削用量应是修定后的进给量f、转速n及实际切削速度v. 转速n(r/min)的计算公式如下： N = vd 1000 式中d-刀具（或工件）直径（mm） v-切削速度（m/min）在此以“粗、精铣底面”、“钻铰底面上两工艺孔”、“钻A、B两凸台面螺纹孔”、“攻丝A、B两凸台面螺纹孔”、“铣左端两小凸台面”这5道工序为例来说明是如何确定加工切削用量的。（一）粗、精铣底面查机械加工工艺人员手册P478表9-70，材料为灰铸铁硬度为200HBS，采用的硬质合金刀具粗铣速度取1.5m/s，即v=1.560=90m/s，刀具直径125mm 由 N = vd 1000 计算出N=903.141251000=211.76 r/min 圆整为 210r/min查1P475 表9-66 取铣刀每齿进给量af=0.2mm/Z,则每转进给量为a*n=0.214=2.8mm/r,每分进给量为f=2.8210=588mm/min。背吃刀量ap取3.5mm精铣时速度v取1.8m/s,同理计算得到N=1.8603.141251000=255 r/min。每分钟进给量为f=2.8255=714mm/min。背吃刀量取ap=1mm。工序中相关参数见下表：工步序号工 步 内 容切削深度走刀次数转数或往复数每分（转）进给量刀具名称规格数量01粗铣底面至120-0.184mm2210 r/min588 mm/min镶齿套式面铣刀D=125 L=40 Z=1402精铣底面至100-0.0222mm2255 r/min714 mm/min 表4.1（二）钻铰底面两工艺孔查1P446表9-33，钻孔d=4.8mm时，进给量取f=0.2mm/r，查1P448表9-35， 钻头切削速度取v=1.2m/s,即v=72m/min。由 N = vd 1000 计算出N=4777r/min 圆整为4800，取ap=2.4mm。铰孔时，查1P459表9-45取进给量f=0.8mm/r,查1表9-49取切削速度v=0.3mm/s。由 N = vd 1000 计算出N=1146.5r/min 圆整为1150r/min。工序相关参数见下表工步序号工 步 内 容切削深度走刀次数转数或往复数每分（转）进给量刀具名称规格数量01钻孔d=4.8mm2.4 mm14800 r/min0.2mm/r锥柄麻花钻d=4.8202铰孔至d=50.1 mm11150 r/min0.8mm/r锥柄机用铰刀d=52 表4.2(三)钻A、B两凸台面上的螺纹孔查1P446,表9-33，待钻螺纹孔M8和M6的底孔直径分别为d1=6.7、d2=5。D08，进给量取f=0.2mm/r,查1P448，由钻头直径和进给量的值，材料为硬度为200HBS的灰铸铁取切削速度vd1=1.2m/s即72m/min、vd2=1.3m/s即78m/min。由 N = vd 1000 计算出Nd1=3422 r/min圆整为3450r/min；Nd2=4968r/min，圆整为5000r/min。相关工序参数见下表：工步序号工 步 内 容切削深度走刀次数转数或往复数每分（转）进给量刀具名称规格数量01钻3-M6、3-M8螺纹底孔3mm15000r/min0.2 mm/r锥柄麻花钻d=534mm13450r/min0.2 mm/rd=6.73 表4.3（四）攻丝A、B两凸台面的螺纹孔:查3P1146，攻丝的切削用量。攻丝M6时，取v=8.9m/min，进给量f=0.2mm，背吃刀量ap=0.5mm；攻丝M8时，取v=9.8m/min，进给量f=0.2mm,背吃刀量ap=0.65mm由 N = vd 1000 计算出Nd1=611 r/min圆整为610r/min；Nd2=428r/min，圆整为430r/min。相关参数见下表工步序号工 步 内 容切削深度走刀次数转数或往复数每分（转）进给量刀具名称规格数量01倒角1mm13450 r/min0.2 mm/r02攻丝3-M6、 3-M80.51610 r/min0.2 mm/r粗柄带颈套机用丝锥d=630.651430 r/min0.2 mm/rd=83 表4.4（五）铣左端面两小凸台面查1P475粗铣时取速度v=1.5m/s。由N = vd 1000计算出N=441r/min,圆整为440r/min每齿进给量a=0.2mm/Z,则每转进给量af=a*z=0.2*10=2mm/r，每分钟进给量f=2*440=880mm/min。背吃刀量取ap=3mm。相关参数见下表：工步序号工 步 内 容切削深度走刀次数转数或往复数每分（转）进给量刀具名称规格数量01粗铣侧面5mm2440r/min2mm/r套式面铣刀D=63B=40Z=10 表4.53.5制定工序卡完成工序的设计后便可以制定工序卡，详细的工序卡包括工序名称，使用部门,设备,工艺装备,刀具,工具,量具,定位及装夹基准和位置,加工部位及尺寸,设备参数等,有时还需要画出简单的工序简图，它是指导工人进行生产加工，制造出合格的零件的重要依据。选取其中的“粗、精铣底面”、“钻铰底面上两工艺孔”、“钻A、B两凸台面螺纹孔”、“攻丝A、B两凸台面螺纹孔”、“铣左端两小凸台面”这5道工序为例制作了5张工序卡，说明书中不再赘述。4.夹具设计4.1钻床专用夹具设计4.1.1方案分析本次毕业设计是设计“钻A、B两凸台面上的螺纹底孔”这道工序的钻床夹具。分析了零件的结构特点，我决定采用“一面两销”的定位方式，将底面上左端和右端的螺纹底孔先钻铰出来作为工艺孔与底面一起构成“一面两销”定位。底面与支撑板接触限制3各自由度；在夹具体左端的孔用圆柱销定位，限制2个自由度；在右端的孔用削边销定位，限制1个自由度。由于零件的上端形状很不规则，所以在上面加紧很不方便。选择在底面上的凸台作为夹紧点，由于小凸台面是 毛坯上直接铸造出来的，所以表面粗糙，需采用两点浮动夹紧。在夹紧点有较大的力，所以设计了2个小支撑块来承受主要的压力。零件是大批大量生产，所以加紧时采用气压或液压夹紧，本设计中采用气压夹紧。要加工的几个孔的位置精度比较高，所以采用固定式的钻模板。大批大量生产时采用可换式钻套和可换式定位销。方案如图4.1。 图4.14.1.2定位件的选择定位件是用来确定工件在夹具中位置的元件。由上文已经知道，本道工序采用底面上两工艺孔2-5和底面作为定位基准。对于工艺孔，应该对其中一孔采用圆柱销限制2个自由度，另一孔采用削边销限制1个自由度。由于最终传动箱壳体属于大批量生产，孔之间的位置已经在钻模板上得道体现，定位的精度要求不高，为便于定期更换，定位销采用可换式定位销。对于结合面，有支承钉和支撑板两种，由于底面是精基准，已经经过了精加工，宜采用支撑板定位，限制三个自由度。定位销和支撑板的尺寸及数量由结合面和定位销孔确定。定位销和支撑板结构见下图： 图4.2 可换式定位销（圆柱销） 图4.3可换式定位销（菱形销） 图4.4支撑板4.1.3定位误差分析定位误差是指由于定位不准造成的工序尺寸或位置要求方面的加工误差。对某一个定位方案，经分析计算其可能产生的定位误差，只要小于工件有关尺寸或位置公差的1/31/5,一般即认为此方案能满足该工序的加工精度要求。定位误差是指一批工件在用调整法加工时，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。即定位误差主要是由基准位置误差和基准不重合误差两项组成。在两个销的定位中产生的横向误差如下图中（a）所示；纵向误差如图中（b）所示。 图4.5式中 TD -工件内孔的公差；-夹具上短圆柱定位销的公差； -工件内孔与定位销的最小配合间隙； -工件上两定位孔中心距公差。 根据各项技术要求查表可以得到：TD 查d=5的孔标准公差的公差为0.012 mm。 工件上两孔与两定位销的配合均为H7/g6,圆柱定位销和削边销的直径公差为0.012mm. 工件上两定位孔中心距公差为0.014 mm带入公式 =0.012+0.012+0.013=0.037 mm =0.012+0.012+0.013+0.014=0.051 mm如图上图所示，当工件内孔的直径尺寸最大、菱形定位销直径尺寸最小、且工件上两孔及夹具上两定位销中心距均为L=190mm，根据图示的两种极端位置可求得两孔中心连线的角度误差，即式中 -工件内孔的公差； -夹具上菱形定位销的公差； -工件内孔与菱形地国内位销的最小配合间隙。代入已知数据得：位置（o1o2）=TDTdXmin=0.0120.0120.013 =0.037 mm角度（o1o2）=arctg(0.0370.051)/（2190）= 0.012工件加工精度取为7级，经计算两定位孔的最大位置公差为0.051mm，这个值在工件的两个孔的未注尺寸极限偏差0.1mm的1/31/5范围内。所以能满足要求。4.1.4夹紧机构的设计（一）夹紧形式的确定：要确定夹紧形式首先要确定夹紧力，根据夹紧力方向确定的原则，即夹紧力应垂直于主要定位基面和夹紧力的方向有利于减小夹紧力，本处的主要定位基准为底面，因此夹紧力要垂直于结合面，根据工件的布置形式，夹紧力要竖直向下。由于最终传动箱壳体尺寸较大，又是两个点需要夹紧，设计夹具时要考虑尽量减小尺寸。将汽缸放在夹具体下面，用杠杆跟活塞杆连接，在通过活结螺栓跟杠杆连接，把力传递到压板上。（二）夹紧件的选择：夹紧元件的基本任务就是保持工件在定位中所获得的既定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生振动和移动，确保加工质量和安全生产。由前文已知夹紧位置选择为小台面，根据最终传动箱壳体特点与小凸台面所处位置，用来压紧小凸台面的夹紧原件选择移动式压板。这样在工件装夹的时候不会发生相互的干涉。如果用转动式压板则在装夹工件时可能会发生干涉，不能顺利的夹紧。移动式压板是有标准的，但此处受小凸台面尺寸的限制，若完全按标准选择，压板不可能取得很大，会导致整个夹紧装置的刚度不足。因此此处的压板是参考压板标准所设计的孔径为10但适度增加了长度的压板元件。除移动式压板之外，还有一系列的零件，如活结螺栓、弹簧和球形垫圈等，它们是实现两点浮动夹紧的典型元件，它们与压板共同作用实现了夹紧装置的两点夹紧。整个夹紧装置与夹紧件间的连接如图4.6所示： 图4.61.夹具体 2.移动压板 3.螺母 4.球形垫圈 5.弹簧 6.锁紧螺母7.螺纹圆柱 8.活节螺栓 9.销 10.活塞杆 11.销 12.连杆 连杆与活节螺栓通过销连接，活塞杆和连杆也是通过销连接。这样夹紧时连杆可以绕活塞杆摆动，连杆跟活节螺栓之间也可以摆动，实现两点浮动夹紧。（三）动力源的选择：动力源是为夹紧装置提供夹紧力的装置，要确定动力源，首先要确定夹紧力的大小。夹紧力的大小重要取决于切削P和重力G,重力是可认为不变的,而切削力在切削的过程中是变化的.影响切削力的大小因素很多,如工件质量的不均匀,加工质量的不均匀,刀具磨损以及切削用量的变化等等.同时夹紧力也和其他因素有关,如夹紧件和工件及工件与定位件间接触表面的光洁度,工艺系统的刚性等等,因此夹具夹紧力的设计只能对其作初略的估算. 夹紧力的确定过程如下：W:实际夹紧力 Wi:理论夹紧力 K:安全系数 安全系数:K=K1*K2*K3*K4 式中: K1-基本安装系数 K2-加工安装系数 K3-刀具钝化系数 K4-切削特点系数 根据生产经验，粗加工时一般取K=2.53；精加工时取K=1.52加工中所采用的是锥柄麻花钻，所以没有切向力，这里主要计算钻头的轴向力。查金属机械加工工艺人员手册P1084 表14-30切削孔的轴向切削力：N=425*df0.8 (N) 式中:d-钻孔直径 f-进给量 该工序加工的6个螺纹底孔中有3个孔直径为d1=6.7mm，3个孔是d2=5mm。N1=4256.70.20.8=785.75 (N) N2=42550.20.8=586.4（N）所以总的轴向力为: N=3*（N1+ N2）=3(785.75+586.4)=4116.45 (N)计算出来的夹紧力和重力应该与轴向力达到静力平衡才能保证工件加工时的安全性。查金属切削机床夹具设计手册P480，第一种典型夹紧形式，防止工件在切削力作用下平移所需的夹紧力：Q=K(P-P0)/(f1+f2) 式中：P0-定位销上允许承受的切削力；f1-夹紧元件与工件间的摩擦系数；f2-工件与夹具支撑面间的摩擦系数。同样查金属切削机床夹具设计手册P478，取f1=0.4；取f2=0.25。代入相应值计算出的夹紧力为Q=30098（N）。根据夹紧力的大小，该工序选择使用法兰式气缸作为动力源。其型号大小及相关尺寸见该工序的夹具装配图。4.1.5引导装置钻模板：在导向装置中,导套通常是安装在钻模板上,因此钻模板必须具有足够的刚度和强度,以防变形而影响钻孔精度. 确保钻套在钻模上的正确位置，钻模板多装在夹具体或支架上。钻模板按其与夹具体连接的方式,可分为：（1）固定式钻模板（2）铰链式钻模板（3）可卸式钻模板（4）滑柱式钻模板（5）活动钻模板等。本钻孔工序中采用固定式钻模板，用销和螺钉将其与夹具体连接在一起。为了提高钻模板的刚度，在两端设计有加强筋。其形状如图4.7所示： 图4.7导向套：在钻床上加工孔时,大都采用导向元件或导向装置,用以引导刀具进入正确的加工位置,并在加工过程中防止或减少由于切削力等因素引起的偏移,提高刀具的刚性,从而保证零件上孔的精度,在钻床上加工的过程中,导向装置保证同轴各孔的同轴度、各孔孔距精度、各轴线间的平行度等,因此,导向装置如同定位元件一样，对于保证工件的加工精度有这十分重要的作用.导向元件包括刀杆的导向部分和导向套。在这套钻床夹具上用的导向套是钻套.钻套按其结构可分为固定钻套,可换钻套,快换钻套及特殊钻套。最终传动箱壳体的生产纲领属于大批大量生产，所以采用可换钻套，便于钻套磨损后快速更换。可换钻套的结构如图4.8所示，它的凸缘铣有台肩，防转螺钉的头部与此台肩有一定的间隙以防止可换钻套转动。拧去螺钉便可取出可换钻套。为了避免钻模板的磨损，钻套不直接压在夹具体或钻模板上，而是以或的配合装进衬套的内孔中，并用防转螺钉防止在加工过程中刀具、切屑与钻套内孔的摩擦力是钻套产生转动，或退刀时随刀具抬起。衬套外圆与钻模板的配合采用或。 1.防转螺钉 2.可换钻套 3.钻模板 4.衬套图4.8为了使钻孔时,钻头切屑刃不位于钻套的孔中,以免刮伤钻套内孔；钻套下端面与工件表面之间应留一定的空隙c。查机床夹具设计手册P201表1-7-4，加工铸铁时钻套与工件的距离c=(0.30.7)d，取c=6mm.如图4.9所示。 图 4.94.1.6夹具体的设计夹具体是将夹具上各种装置和元件连接成一个整体得基础件，它是夹具上结构最复杂，体积最大的零件。夹具体的设计应当满足以下要求：1.良好得加工精度和尺寸稳定性。在夹具体上安装定位元件的表面或导向元件的表面以及夹具的安装表面等，应有较高的尺寸，形状和相互位置精度，因此，夹具毛坯应作时效处理或退火处理。2.有足够得强度和刚度。加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力，位保证夹具不产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的刚度和强度。因此应选合适的夹具体材料，本此设计中夹具体采用的材料是灰铸铁。3.有良好的制造工艺性和使用性。夹具体结构要尽量简单，以便加工。同时要便于排削，夹具体上应该有足够的容削空间，以便清除落在定位元件上的少量切削。4.保证夹具体在机床上安装稳定可靠。夹具在机床主轴上安装时，安装基面的结构形式和尺寸应与机床主轴相应定位连接部分一致，有较高的配合。对指定工序夹具设计和机床的连接采用销钉和螺栓的连接方式，销钉可以满足定位的位置精度，在加工过程中夹具体位置不会因为震动而改变，采用螺栓连接有利于锁紧同时便于安装和拆卸。夹具体的具体形状及相关尺寸和精度要求参见钻床夹具零件图。4.2铣床专用夹具设计铣床夹具的结构在很大程度上取决与定位、夹紧装置及其他元件的结构和布置，此外，在进行夹具的总体设计时，还应考虑以下问题：（1）铣削加工的切屑力比较大，加工中易引起振动，因此铣床夹具要足够的强度和钢度。夹紧力应足够大，而且有较好的自锁性能。 （2）夹具上应有足够的排屑空间，尽量避免切屑堆积在定位支撑面上。定位支承面应高出周围的平面，在夹具体内尽可能做出便于清除和冷却液的出口。（3）为了提高夹具的工作效率和降低工人的劳动强度，应尽可能采用机动夹紧机构和联动夹紧机构，并在可能的情况下，采用多件夹紧和多件加工。另外，为了保证夹具在加工的过程中的加工稳定性，夹具的高度和重心应当尽可能的低一些。4.2.1 方案分析本工序是“铣左端两个小凸台面”，加工的面积不大。根据零件的结构特点，我选择了和上述钻床夹具相同的定位方式。以底面和底面上的两个工艺孔组成“一面两销”的定位方式。底面限制3个自由度，左端的定位孔插入圆柱销限制2个自由度，右端定位孔插入菱形销限制1个自由度。小凸台面与竖直方向有一个5度的夹角，为了便于加工，就将夹具体倾斜5度。使待加工面在竖直面，便于铣刀的加工。同时，可以将上面来作为夹紧面，它与待铣表面是垂直关系便于夹紧机构的设计和放置。为了提高生产效率，采用机动夹紧的方式，同样用法兰式气缸。不同的是，将气缸置于工件的上方，便于设计夹紧件。从上方夹紧便带来了一个问题，工件不能从上方吊装到夹具体上，只能推进支撑面。所以定位销就要用伸缩式定位销。支撑面的两端必须设置预定位装置，当工件到了预定位点后再伸出定位销做精确定位。4.2.2 定位件的选择工件在夹具中位置的确定，主要是通过各种类型的定位元件实现的。在机械加工中，虽然被加工工件的种类繁多，形状各异，但从它们的基本结构来看，不外乎是由平面、圆柱面、圆锥面及各种成型面索组成。工件在夹具中定位时，可根据各自的结构特点和工序加工精度要求，选取其上的平面、圆柱面、圆锥面或它们之间的组合表面作为定位基准。根据最终传动箱壳体的结构特点，选择可换式伸缩定位销。它是将可换定位销通过螺纹连接入一个内螺纹杆里，杆可以在衬套里伸缩。当工件还没推入时，定位销是缩在下面的；当工件经过预定位到达指定位置时，旋转手柄带动轴一起旋转，推杆杠杆则将螺纹杆连同定位销一起向上推，插入工艺孔内，起到定位的作用。具体结构如图所示。1 杠杆 2 夹具体 3 衬套 4 可换式定位销A型5 内螺纹杆 6 可换式定位销B型 7 插销 8手柄 9杠杆推杆 图4.10在结合面仍然使用4块支撑板和2块小的支撑块，其规格与钻床夹具中的支撑板相同。此外，本工序中使用的是伸缩式定位销，所以有预定位装置。该处用的是4个挡块，在工件进给方向左右两端布置了3块，限定垂直于进给方向的移动；在进给方向的末端有另一块，限定进给方向的移动。支撑板和挡块的大致位置布置如下图：1.小支撑块 2.支撑板 3.挡块1 4.挡块2 5.挡块3 6.挡块4 图4.114.2.3定位误差分析铣床夹具的定位方式和钻床夹具的相同都是一面两销，同样采用的底面和底面上的两个工艺孔定位。所以该工序的定位误差也主要是由基准位置误差和基准不重合误差两项组成。由于是同一工件，相同定位基准，所以他们的误差也相等。在此不再详细叙述计算过程。另外，本铣削工序中，还有夹具体是与水平面倾斜5度的夹角的。这也会带来角度偏差，进而影响待加工的两小凸台面与夹具体底面（即水平面）的垂直度。由上文所述，要提高工件在夹具中的定位精度的主要措施就是在于消除或减小这两方面的误差。主要有以下几个主要措施：选用基准位置误差小的定位元件。本设计中的定位面经过粗铣和精铣，底面粗糙度达到了Ra3.2；两定位工艺孔也是先经过钻，再经过铰工艺，尺寸精度达到7级。这些加工都起到了减小基准位置误差的作用。合理布置定位元件在夹具中的位置。在本设计中也体现了这一点，底面的尺寸较大；两工艺孔位于底面的最左端和最右端。两定位工艺孔中心线之间的距离达到190mm，尽量拉大了定位件间的距离。这样不仅可增大工件定位的稳定性，还可以减少定位基准的位置误差。提高工件定位表面与定位元件的配合精度。本设计中定位销和工艺孔的是用基孔制的间隙配合，7级精度。这样减小了配合间隙而减少了被定位工件定位表面的位置误差。正确选取工件上的第一、第二和第三定位基准。通过各种类型的表面组合定位的分析可知，第一定位基准的位置误差最小，第二和第三定位基准的位置误差则较大。为此，在设计夹具和选取定位基准是，应以直接与工件加工精度有关的基准为第一定位基准。本设计中是底面为第一定位基准。选择以加工工序的工序基准为定位基准。这样可以消除或减小基准不重合误差。4.2.4 夹紧机构设计（一）夹紧形式：在铣削加工中因为待加工的小凸台面与垂直面有5度的夹角，为了加工的方便将夹具体与水平面有一个5度的夹角。夹紧点选择在上吊耳的上面，该面靠近待加工面且与待加工面垂直。为了夹紧方便，选择用弧形压块夹紧。由于夹紧点在上方，所以将动力源也布置在上方，将活塞杆与弧形压块直接用销连接。另外，需用一块平板来支撑气缸，用4根螺柱分布在平板的四个角来支撑平板。（二）夹紧件选择：由上文可知夹紧件选用弧形压块，查金属切削机床夹具设计手册P255，选择弧形压块的L=100,B=16，具体形状如下图4.12： 图4.12弧形压块与活塞杆之间通过销连接。销与活塞杆之间是过盈配合，销与弧形压块是间隙配合。在夹紧时，弧形压块可以绕活塞杆摆动来实现浮动夹紧。（三）动力源：为了提高生产效率，该工序采用机动夹紧方式。动力源采用最为普遍的气动夹紧，它的动力源是压缩空气。为了便于安装，具体使用法兰式气缸。空气经进气孔进入气缸，推动活塞向下运动从而夹紧工件；空气从出气孔进入气缸，活塞向上运动，释放工件。法兰式气缸型号的选择需要看它的工作压力。这需要计算出改工序的夹紧力。夹紧力的方向与切削力的方向相互垂直，查机床夹具设计手册P36,铣削的夹紧形式如图4.13所示：图4.13如图所示的夹紧力为： (N)式中：Wk-工件所需的夹紧力； P-切削力； K-安全系数 1-夹紧件与工件表面的摩擦系数；2-工件与夹具支撑面的摩擦系数。安全系数K，粗加工时一般取1.52.5，本设计中取K=2。取1=0.3，取2=0.25。查机床夹具手册P472，计算铣削切削力，径向的力可看作相互抵消。在圆周方向的周向力为： FZ=9.81*54.5*ae*af0.74 *ap0.9*z*d-1式中: ae刀具切削宽度为42mm； af