杠杆小孔钻模夹具设计

摘要机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段。本课题研究机械零件加工工艺规程。首先通过对零件图的分析，了解工件的结构形式，明确了具体的技术要求，从而对工件各组成表面选择合适的加工方法。再拟订较为合理的工艺规程，充分体现质量、生产率和经济性的统一。机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，在整个机械加工过程中，夹具除了夹紧、固定被加工零件外，还要求保证加工零件的位置精度、提高加工生产率。本课题在设计的过程当中，深入生产实际，进行调查研究，吸取国内外先进技术，制定出合理的设计方案，在进行具体设计。关键词:产品设计，加工工艺，夹具 I目录摘要 .I目录 .III1 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 夹具的发展史 .11.3 小结 .22 零件的分析 .32.1 零件的作用 .32.2 零件的工艺分析 .32.3 零件的技术要求 .43 工艺规程的分析 .53.1 生产纲领和生产类型的确定 .53.2 确定毛坯制造形式 .53.3 毛坯尺寸与机械加工工艺尺寸确定 .63.4 基准面的选择 .73.4.1 粗基准的选择 .73.4.2 精基准的选择 .83.5 机床与工艺装备的选用 .83.5.1 机床的选择 .83.5.2 工艺装备的选择 .83.6 工艺方案的制定 .93.7 切削用量与工时的计算 .104 夹具设计 .244.1 概论 .244.1.1 机床夹具的基本概念 .244.1.2 机床夹具设计的基本要求 .244.1.3 专用夹具设计步骤 .254.2 钻夹具设计 .264.2.1 工件预加工内容 .264.2.2 定位方案 .264.2.3 夹紧方案 .264.2.4 导向对刀和定位键元件设计 .284.2.5 切削力和夹紧力计算 .28II4.2.6 误差分析计算 .29结论语 .30参考文献 .31致谢 .3201 绪论1.1 课题背景随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。“工欲善其事，必先利其器。 ”工具是人类文明进步的标志。自 20 世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。1.3 小结一项优秀的夹具结构设计，往往可以使得生产效率大幅度提高，并使产品的加工质量得到极大地稳定。尤其是那些外形轮廓结构较复杂的，不规则的拔叉类，杆类工件，几乎各道工序都离不开专门设计的高效率夹具。目前，中等生产规模的机械加工生产企业，其夹具的设计，制造工作量，占新产品工艺准备工作量的 50%80%。生产设计阶段，对夹具的选择和设计工作的重视程度，丝毫也不压于对机床设备及各类工艺参数的慎重选择。夹具的设计，制造和生产过程中对夹具的正确使用，维护和调整，对产品生产的优劣起着举足轻重的作用。12 零件的分析2.1 零件的作用此零件与其它机械零部件相配，构成一个结合体，然后装于机器上，与其它零件配合工件，成为一个重要组成部分，此零件是机械中的一个关键零件。由于此零件承件伴随其它零件工作，又是机械中的支承件，因此它对于机器加工零件的同轴度、轴向压力、机件的磨损、及周围机件安装的准确性和零件的回转平稳度都有不可忽视的影响。2.2 零件的工艺分析由零件图 1-1 可得：连杆是铸造件，从整体形状来看类似长方体。根据要求主要是加工孔和底平面。具体特点和技术要求如下： 精加工孔要求达到的精度等级为 。粗糙度为 ，且87ITumRa6.1以底平面为基准，要求平行度公差为 ，主要满足加工孔的位置精度。0. 其他各个孔的加工都要以底平面为定位基准。所以，底平面的形位公差2要达到设计要求。粗糙度为 ； 为锥孔，且粗糙度为 。50Rzm2umRa6.1 其余未注要求的加工表面为不去除材料加工。2.3 零件的技术要求从机械的各个需要加工的表面来分析：后平面与机体相连，其长度尺寸精度不高，而表面质量较高；孔和面，因需要装配进行连接，还要用于夹具定位，其加工精度可定为 IT9 级；端面位置精度要求不高；孔面需要定位，表面质量要求比较高；其他有些面，其表面质量要求高；各加工面之间的尺寸精度要求不高。从以上分析可知，该零件在批量生产条件下，不需要采用专用的机床进行加工，用普通机床配专用夹具即可保证其加工精度和表面质量要求。因此，该零件的加工不存在技术难题。为提高孔或者面的表面质量，在孔和面加工工序中采用对其进行精加工。33 工艺规程的分析3.1 生产纲领和生产类型的确定生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选用的工艺方法和工艺装备。零件生产纲领可按下式计算。N=Qn（1+a%） （1+b%） 4 N零件的年产量Q产品年产量n每台产品中该零件的件数备品百分率废品百分率根据教材中生产纲领与生产类型及产品大小和复杂程度的关系，确定其生产类型。某产品上的一个零件。该产品年产量为 8000 台。设其备品率为 1%，机械加工废品率为 0.3%，每台产品中该零件的数量为 1 件，现制定该此零件零件的机械加工工艺规程。N=Qn（1+a%） （1+b%）=8000x1x（1+1%） （1+0.3%）=8104.24 件/年此零件零件的年产量为 8105 件，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型与生产纲领的关系查阅参考文献 ，确定其生产类型为大量生产。3.2 确定毛坯制造形式根据零件的材料可确定毛坯材料为 HT200，其生产类型为批生产，毛坯采4用锻造。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大压力，是要求耐磨的零件。形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。3.3 毛坯尺寸与机械加工工艺尺寸确定 1：余量与工序尺寸根据精度要求，确定工序尺寸，余量分别为余量分别为 3.5mm,1mm,0.5mm，查 可得如下具体工序尺寸如表。2针对铣工序的零件的工 序尺寸:30工序间工 序名 称工序间余量/mm 经济精度/um表面粗糙度/u工序尺寸/mm上偏差 下偏差精铣 0.5 H7 Ra1.6 30 0 -0.025半精铣 1 H9 Ra3.2 30.5 0 -0.077粗铣 3.5 H11 Ra3.2 31.5 0 -0.147毛坯 CT9 Ra25 35 +0.42 -0.425表 工 序 尺 寸 表2：余量与工序尺寸根据精度要求，确定工序尺寸，余量分别为余量分别为 3.5mm,1mm,0.5mm，查 可得如下具体工序尺寸如表。2针对铣工序的零件的工 序尺寸:15工序间工 序名 称工序间余量/mm 经济精度/um表面粗糙度/u工序尺寸/mm上偏差 下偏差精铣 0.5 H7 Ra1.6 15 0 -0.025半精铣 1 H9 Ra3.2 15.5 0 -0.077粗铣 3.5 H11 Ra3.2 16.5 0 -0.147毛坯 CT9 Ra25 20 +0.42 -0.42表 工 序 尺 寸 表3.4 基准面的选择3.4.1 粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工6床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。3.4.2 精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应当进行尺寸换算。3.5 机床与工艺装备的选用机床与工艺装备是零件加工的物质基础，是加工质量和生产率的重要保证。机床与工艺装备包括机械加工过程中所需要的机床、夹具、量具、刀具等。机床和工艺装备的选择是制定工艺规程的一个重要环节，对零件加工的经济性也有重要影响。3.5.1 机床的选择在工件的加工方法确定后，加工工件所需的机床就已基本确定，由于同一类型的机床中有多种规格，其性能也并不完全相同，所以加工范围和质量各不相同，只有合理地选择机床，才能加工出合理理想的产品。在对机床进行选择时，除对机床的基本性能有充分了解，还要考虑以下几点：（1）机床的技术规格要与被加工的工件尺寸相适应；（2）机床的精度要与被加工的工件要求精度相匹配。机床的精度过低，不能加工出设计的质量；机床的精度过高，又不经济。对于由于机床的局限，理论上达不到应有加工精度的，可通过工艺改进的办法达到目的。7（3）机床的生产率应与被加工工件的生产纲领相匹配；（4）机床的选用应与自身的经济实力相匹配。既要考虑机床的先进性和生产的发展需要，又要实事求是，减少投资。要立足于国内，就近取材。（5）机床的使用应与现有的生产条件相匹配。应充分利用现有机床，如果需要改造机床或设计专用机床，则应提出与加工参数和生产率有关的技术资料，确保零件加工质量的技术要求等。3.5.2 工艺装备的选择（1）夹具的选择单件小批量生产应尽量选用通用夹具和机床自带的卡盘、虎钳和转台。大批量生产时，应采用高生产率的专用夹具，在推行计算机辅助制造、成组技术等新工业或为提高生产率时，应采用成组夹具、组合夹具。夹具的精度应与工件的加工精度相适应。（2）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、加工精度、生产率和经济性。一般情况下，选用标准刀具，必要时可选用高生产率的复合刀具和其他一些专用刀具。（3）量具的选择量具的选择主要取决于生产类型和所检验的精度。在单件小批生产中应尽量选用通用量具；在大批大量生产中应选用各种规格和高生产率的专用检具。（4）辅具的选择工艺装备中也要注意辅具的选择，如吊装用的吊车、运输用的叉车和运输小车、各种机床附件、刀架、平台和刀库等，以便于生产的组织管理，提高工作效率。3.6 工艺方案的制定方案 18工序 1 铸造出毛坯 95x50x42 工序 2 毛坯退火处理 工序 3 粗，精铣底平面 工序 4 钻，扩，铰小头孔 工序 5 粗，精铣顶平面 工序 6 钻，扩，铰大头孔 工序 7 钳工去毛刺 工序 8 入库 方案 2工序 1 铸造出毛坯 95x50x42工序 2 毛坯退火处理工序 3 粗，精铣底平面工序 4 粗，精铣顶平面工序 5 钻，扩，铰大头孔工序 6 钻，扩，铰小头孔工序 7 钳工去毛刺工序 8 入库工艺方案的比较分析上述两方案的特点在于：方案二是先加工孔，然后以此孔为基准加工其它各处以孔作为定位基准加工时位置精度较易保证，而方案一是以面为基准加工其它面。可以看出以先加工孔，并且定位装夹等都比较方便。因此选择方案 23.7 切削用量与工时的计算3.7.1 工序 3:粗，精铣底平面工步 1 的切削用量:9确定加工初始条件，即已知条件:本工序的工序内容：粗铣底平面加工零件材料，HT200加工设备，立式铣床,X52k（1）选取加工刀具性能参数根据本工序的实际加工情况，选择硬质合金铣刀，铣刀直径 d=12mm、铣刀粗齿结构齿数 Z=4 齿。铣刀几何形状：由于 b800MPa，故选择 kr =60，k re=30，k r =5， o=8（假定 omax0.88mm） ， o=10， o=-5。（2）决定切削深度 ap根据本工序的加工余量的情况，可安排在 1 次走刀内铣削完，铣削深度ap=3.5mm，及满足加工精度要求同时缩短工时。（3）决定进给量 fz 采用不对称端铣刀以提高进给量。查阅机械加工工艺手册铣刀进给量表格，当铣刀直径为 12mm，进给量可选取范围为 0.27 mm/z，本设计取 fz=0.27mm/z。（4）选择铣刀磨钝标谁及刀其寿命 铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm；由于铁刀直径 do=12mm，故刀具寿命 T=180rnin。（5）确定切削速度 决定切削速度 c 和每分钟进给量 f:切削速度 c 可根据公式计算，也可直接由表中查出。当 do=12mm, z=4， p5mm 时，根据立式铣床,X52k 说明书，选择 nc =200r/min, 因此实际切削速度和每齿进给量为 c =（d on）/1000= （ 3.1412200）/1000m/min=7.536m/min（6）计算切削力并校验机床功率校验机床功率根据表,当 b=5601000MPa, do =12mm，z=4,近似为Pco = 4.1kW10根据立式铣床,X52k 说明书，机床主轴允许的功率为PcM =7.5 0.75 kW =5.63 kW故 PccP cM 因此所选择的切削用量可以采用，即 =3.5mm， n=200r/min， c =7.536mm/min， fZ=0.27mm/z。（7）计算基本工时：式中 L=l+y+，根据表铣 削时的入切量及超切量 y+=2.5mm 则 L=128.52mm，故tm =128.52/(2000.27)min=2.38min(8)小结总结上述 17 步计算所得的主要切削用量参数入下表所示：工序: 3 设备: 立式铣床,X52k 走刀次数: 1 切削深度: 3.5 进给量: 0.27切削速度: 7.536 主轴转速: 200工步 2 的切削用量:确定加工初始条件，即已知条件:本工序的工序内容：精铣底平面加工零件材料，HT200加工设备，立式铣床,X52k（1）选取加工刀具性能参数根据本工序的实际加工情况，选择硬质合金铣刀，铣刀直径 d=8mm、铣刀粗齿结构齿数 Z=4 齿。铣刀几何形状：由于 b800MPa，故选择 kr =60，k re=30，k r =5， o=8（假定 omax 0.88mm） ， o=10， o=-5。（2）决定切削深度 ap根据本工序的加工余量的情况，可安排在 1 次走刀内铣削完，铣削深度 ap=0.5mm，及满足加工精度要求同时缩短工时。（3）决定进给量 fz 采用不对称端铣刀以提高进给量。查阅机械加工工艺手册铣刀进给量表格，当铣刀直径为 8mm，进给量可选取范围为 0.1 mm/z，本设计取fz=0.1mm/z。（4）选择铣刀磨钝标谁及刀其寿命 铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 0.8mm；由于铁刀直径 do=8mm，故刀具寿命 T=180rnin。（5）确定切削速度 决定切削速度 c 和每分钟进给量 f:切削速度 c 可根据公式计算，也可直接由表中11查出。当 do=8mm, z=4， p5mm 时，根据立式铣床,X52k 说明书，选择 nc =350r/min, 因此实际切削速度和每齿进给量为 c =（d on）/1000=（3.148350）/1000m/min= 8.792m/min（6）计算切削力并校验机床功率校验机床功率根据表,当 b=5601000MPa, do =8mm，z=4,近似为Pco = 4.1kW根据立式铣床,X52k 说明书，机床主轴允许的功率为PcM =7.5 0.75 kW =5.63 kW故 PccP cM 因此所选择的切削用量可以采用，即 =0.5mm， n=350r/min， c =8.792mm/min，f Z=0.1mm/z。（7）计算基本工时：式中 L=l+y+，根据表铣削时的入切量及超切量 y+=2.5mm 则L=63.7mm，故tm =63.7/(3500.1)min=1.82min(8)小结总结上述 17 步计算所得的主要切削用量参数入下表所示：工序: 3 设备: 立式铣床,X52k 走刀次数: 1 切削深度: 0.5 进给量: 0.1切削速度: 8.792 主轴转速: 3503.7.2 工序 4:粗，精铣顶平面工步 1 的切削用量:确定加工初始条件，即已知条件:本工序的工序内容：粗铣顶平面加工零件材料，HT200加工设备，立式铣床,X52k（1）选取加工刀具性能参数根据本工序的实际加工情况，选择硬质合金铣刀，铣刀直径 d=12mm、铣刀粗齿结构齿数 Z=4 齿。铣刀几何形状：由于 b800MPa，故选择 kr =60，k re=30，k r =5， o=8（假定 omax0.88mm） ， o=10， o=-5。12（2）决定切削深度 ap根据本工序的加工余量的情况，可安排在 1 次走刀内铣削完，铣削深度ap=3.5mm，及满足加工精度要求同时缩短工时。（3）决定进给量 fz 采用不对称端铣刀以提高进给量。查阅机械加工工艺手册铣刀进给量表格，当铣刀直径为 12mm，进给量可选取范围为 0.21 mm/z，本设计取 fz=0.21mm/z。（4）选择铣刀磨钝标谁及刀其寿命 铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm；由于铁刀直径 do=12mm，故刀具寿命 T=180rnin。（5）确定切削速度 决定切削速度 c 和每分钟进给量 f:切削速度 c 可根据公式计算，也可直接由表中查出。当 do=12mm, z=4， p5mm 时，根据立式铣床,X52k 说明书，选择 nc =180r/min, 因此实际切削速度和每齿进给量为 c =（d on）/1000= （ 3.1412180）/1000m/min=6.7824m/min（6）计算切削力并校验机床功率校验机床功率根据表,当 b=5601000MPa, do =12mm，z=4,近似为Pco = 4.1kW根据立式铣床,X52k 说明书，机床主轴允许的功率为PcM =7.5 0.75 kW =5.63 kW故 PccP cM 因此所选择的切削用量可以采用，即 =3.5mm， n=180r/min， c =6.7824mm/min， fZ=0.21mm/z。（7）计算基本工时：式中 L=l+y+，根据表铣削时的入切量及超切量 y+=2.5mm 则L=39.312mm，故tm =39.312/(1800.21)min=1.04min13(8)小结总结上述 17 步计算所得的主要切削用量参数入下表所示：工序: 4 设备: 立式铣床,X52k 走刀次数: 1 切削深度: 3.5 进给量: 0.21切削速度: 6.7824 主轴转速: 180工步 2 的切削用量:确定加工初始条件，即已知条件:本工序的工序内容：精铣顶平面加工零件材料，HT200加工设备，立式铣床,X52k（1）选取加工刀具性能参数根据本工序的实际加工情况，选择硬质合金铣刀，铣刀直径 d=8mm、铣刀粗齿结构齿数 Z=4 齿。铣刀几何形状：由于 b800MPa，故选择 kr =60，k re=30，k r =5， o=8（假定 omax0.88mm） ， o=10， o=-5。（2）决定切削深度 ap根据本工序的加工余量的情况，可安排在 1 次走刀内铣削完，铣削深度ap=0.5mm，及满足加工精度要求同时缩短工时。（3）决定进给量 fz 采用不对称端铣刀以提高进给量。查阅机械加工工艺手册铣刀进给量表格，当铣刀直径为 8mm，进给量可选取范围为 0.18 mm/z，本设计取 fz=0.18mm/z。（4）选择铣刀磨钝标谁及刀其寿命 铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm；由于铁刀直径 do=8mm，故刀具寿命 T=180rnin。（5）确定切削速度 决定切削速度 c 和每分钟进给量 f:切削速度 c 可根据公式计算，也可直接由表中查出。当 do=8mm, z=4， p5mm 时，14根据立式铣床,X52k 说明书，选择 nc =350r/min, 因此实际切削速度和每齿进给量为 c =（d on）/1000= （ 3.148350）/1000m/min=8.792m/min（6）计算切削力并校验机床功率校验机床功率根据表,当 b=5601000MPa, do =8mm，z=4,近似为Pco = 4.1kW根据立式铣床,X52k 说明书，机床主轴允许的功率为PcM =7.5 0.75 kW =5.63 kW故 PccP cM 因此所选择的切削用量可以采用，即 =0.5mm， n=350r/min， c =8.792mm/min， fZ=0.18mm/z。（7）计算基本工时：式中 L=l+y+，根据表铣削时的入切量及超切量 y+=2.5mm 则L=35.28mm，故tm =35.28/(3500.18)min=0.56min(8)小结总结上述 17 步计算所得的主要切削用量参数入下表所示：工序: 4 设备: 立式铣床,X52k 走刀次数: 1 切削深度: 0.5 进给量: 0.18切削速度: 8.792 主轴转速: 3503.7.3 工序 5:钻，扩，铰大头孔工步 1 的切削用量:确定加工初始条件，即已知条件:本工序的工序内容：钻大头孔加工零件材料，HT200加工设备，钻床,Z52515（1）选取加工刀具性能参数直柄麻花钻（GB1436-85） ，材料 HSS，其直径为 d0=30mm。几何形状为（表 2.1 及表 2.2）：双锥修磨橫刃，=30，2=118，2 1=70， bE=3.5mm， o=12，=65，b=2mm ，l=4mm 。（2）决定切削深度 ap根据本工序的加工余量的情况，可安排在 1 次钻削完成，钻削深度ap=5mm，及满足加工精度要求同时缩短工时。（3）决定进给量 fz 根据钻头大小查阅 30 的麻花钻机械加工工艺手册的进给量表格，进给量可选取范围为 0.49 mm/s，根据钻床,Z525 本设计选取 f=0.49mm/s。按加工要求决定进给量：加工要求为 H12H 13 精度，强度 b800MPa按钻头强度决定进给量：当 b=640MPa，d o=30mm，钻头强度允许的进给量 f=1.11mm/r.按机床进给机构强度决定进给量：当 b640MPa ，d o20.5mm，机床进给机构允许的轴向力为 8330N（钻床,Z525 允许的轴向力为 8830N）从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为选择 f=0.49mm/r。机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来校验。钻孔时的轴向力，当 f=0.49mm/r,，轴向力 Ff=6090N。轴向力的修正系数均为 1.0，故 Ff=6090N。根据钻床,Z525 说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=8830N,FfF max，故 f=0.49mm/r 可用。决定钻头磨钝标准及寿命 当 d=30mm 时，钻头后刀面最大磨损量取为0.6mm,寿命 =45min.（4）确定切削速度 切削速度 0 可根据公式计算，也可直接由表中查出。16当用麻花钻加工 b=630700MPaHT200 时 切削速度的修正系数为 ktv=0.65，k rv =0.92，！k=0.8，k v =1.0，k kv=1.0 故根据钻床,Z525 说明书，选择no=300r/min这时实际切削速度 c 为 c=（Dn c）/1000=（30300）/1000m/min=28.26m/min（5）计算基本工时：tm=L/nf式中 L=l+y+，根据表钻削时的入切量及超切量 y+=4.3mm 则L=380.73mm，故tm =380.73/(3000.49)min=2.59min(6)小结总结上述 15 步计算所得的主要切削用量参数入下表所示：工序: 5 设备: 钻床,Z525 走刀次数: 1 切削深度: 5 进给量: 0.49切削速度: 28.26 主轴转速: 300工步 2 的切削用量:（1）确定加工初始条件，即已知条件:本工序的工序内容：扩大头孔加工零件材料，HT200加工设备，钻床,Z525（2）选取加工刀具性能参数根据实际加工情况，选择扩孔刀，刀具寿命 T=100min。（3）决定切削深度 ap根据本工序的加工余量的情况，可安排在 1 次扩孔完成，扩孔深度ap=2mm，及满足加工精度要求同时缩短工时。（4）决定进给量 fz 17根据 30 的钻头查阅机械加工工艺手册的进给量表格，30 的扩钻进给量可选取范围为 0.37 mm/s，本设计选取 f=0.37mm/s。（5）确定切削速度 扩孔削速度由下式计算：根据钻床,Z525 说明书，选择no=180r/min这时实际切削速度 c 为 c=（Dn c）/1000=（30180）/1000m/min=16.956m/min（6）计算基本工时：tm=L/nf式中 L=l+y+，根据表扩削时的入切量及超切量 y+=3.3mm 则L=112.554mm，故tm =112.554/(1800.37)min=1.69min(7)小结总结上述 16 步计算所得的主要切削用量参数入下表所示：工序: 5 设备: 钻床,Z525 走刀次数: 1 切削深度: 2 进给量: 0.37切削速度: 16.956 主轴转速: 180工步 3 的切削用量:（1）确定加工初始条件，即已知条件:本工序的工序内容：铰大头孔加工零件材料，HT200加工设备，钻床,Z525（2）选取加工刀具性能参数根据实际加工情况，选择刀具为铰刀，铰刀直径 d=30mm，刀具寿命T=60min。（3）决定切削深度 ap根据本工序的加工余量的情况，可安排在 1 次钻削完成，钻削深度18ap=0.5mm，及满足加工精度要求同时缩短工时。（4）决定进给量 fz 根据 30 的铰刀查阅机械加工工艺手册进给量表格，进给量可选取范围为 0.11 mm/s，本设计选取 f=0.11 mm/s。（5）确定切削速度 钻削速度由下式计算：根据钻床,Z525 说明书，选择no=350r/min这时实际切削速度 c 为 c=（Dn c）/1000=（30350）/1000m/min=32.97m/min（6）计算基本工时：tm=L/nf式中 L=l+y+，根据表铰削时的入切量及超切量 y+=4.3mm 则L=80.08mm，故tm =80.08/(3500.11)min=2.08min(7)小结总结上述 16 步计算所得的主要切削用量参数入下表所示：工序: 5 设备: 钻床,Z525 走刀次数: 1 切削深度: 0.5 进给量: 0.11切削速度: 32.97 主轴转速: 3503.7.4 工序 6:钻，扩，铰小头孔工步 1 的切削用量:确定加工初始条件，即已知条件:本工序的工序内容：钻小头孔加工零件材料，HT200加工设备，钻床,Z525（1）选取加工刀具性能参数19直柄麻花钻（GB1436-85） ，材料 HSS，其直径为 d0=10mm。几何形状为（表 2.1 及表 2.2）：双锥修磨橫刃，=30，2=118，2 1=70， bE=3.5mm， o=12，=65，b=2mm ，l=4mm 。（2）决定切削深度 ap根据本工序的加工余量的情况，可安排在 1 次钻削完成，钻削深度ap=5mm，及满足加工精度要求同时缩短工时。（3）决定进给量 fz 根据钻头大小查阅 10 的麻花钻机械加工工艺手册的进给量表格，进给量可选取范围为 0.55 mm/s，根据钻床,Z525 本设计选取 f=0.55mm/s。按加工要求决定进给量：加工要求为 H12H 13 精度，强度 b800MPa按钻头强度决定进给量：当 b=640MPa，d o=10mm，钻头强度允许的进给量 f=1.11mm/r.按机床进给机构强度决定进给量：当 b640MPa ，d o20.5mm，机床进给机构允许的轴向力为 8330N（钻床,Z525 允许的轴向力为 8830N）从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为选择 f=0.55mm/r。机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来校验。钻孔时的轴向力，当 f=0.55mm/r,，轴向力 Ff=6090N。轴向力的修正系数均为 1.0，故 Ff=6090N。根据钻床,Z525 说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=8830N,FfF max，故 f=0.55mm/r 可用。决定钻头磨钝标准及寿命 当 d=10mm 时，钻头后刀面最大磨损量取为0.6mm,寿命 =45min.（4）确定切削速度 切削速度 0 可根据公式计算，也可直接由表中查出。当用麻花钻加工 b=630700MPaHT200 时 20切削速度的修正系数为 ktv=0.65，k rv =0.92，！k=0.8，k v =1.0，k kv=1.0 故根据钻床,Z525 说明书，选择no=250r/min这时实际切削速度 c 为 c=（Dn c）/1000=（10250）/1000m/min=7.85m/min（5）计算基本工时：tm=L/nf式中 L=l+y+，根据表钻削时的入切量及超切量 y+=4.3mm 则L=371.25mm，故tm =371.25/(2500.55)min=2.7min(6)小结总结上述 15 步计算所得的主要切削用量参数入下表所示：工序: 6 设备: 钻床,Z525 走刀次数: 1 切削深度: 5 进给量: 0.55切削速度: 7.85 主轴转速: 250工步 2 的切削用量:（1）确定加工初始条件，即已知条件:本工序的工序内容：扩小头孔加工零件材料，HT200加工设备，钻床,Z525（2）选取加工刀具性能参数根据实际加工情况，选择扩孔刀，刀具寿命 T=100min。（3）决定切削深度 ap根据本工序的加工余量的情况，可安排在 1 次扩孔完成，扩孔深度ap=2mm，及满足加工精度要求同时缩短工时。（4）决定进给量 fz 根据 10 的钻头查阅机械加工工艺手册的进给量表格，10 的扩钻21进给量可选取范围为 0.36 mm/s，本设计选取 f=0.36mm/s。（5）确定切削速度 扩孔削速度由下式计算：根据钻床,Z525 说明书，选择no=120r/min这时实际切削速度 c 为 c=（Dn c）/1000=（10120）/1000m/min=3.768m/min（6）计算基本工时：tm=L/nf式中 L=l+y+，根据表扩削时的入切量及超切量 y+=3.3mm 则L=146.016mm，故tm =146.016/(1200.36)min=3.38min(7)小结总结上述 16 步计算所得的主要切削用量参数入下表所示：工序: 6 设备: 钻床,Z525 走刀次数: 1 切削深度: 2 进给量: 0.36切削速度: 3.768 主轴转速: 120工步 3 的切削用量:（1）确定加工初始条件，即已知条件:本工序的工序内容：铰小头孔加工零件材料，HT200加工设备，钻床,Z525（2）选取加工刀具性能参数根据实际加工情况，选择刀具为铰刀，铰刀直径 d=10mm，刀具寿命T=60min。（3）决定切削深度 ap根据本工序的加工余量的情况，可安排在 1 次钻削完成，钻削深度ap=0.5mm，及满足加工精度要求同时缩短工时。22（4）决定进给量 fz 根据 10 的铰刀查阅机械加工工艺手册进给量表格，进给量可选取范围为 0.18 mm/s，本设计选取 f=0.18 mm/s。（5）确定切削速度 钻削速度由下式计算：根据钻床,Z525 说明书，选择no=300r/min这时实际切削速度 c 为 c=（Dn c）/1000=（10300）/1000m/min=9.42m/min（6）计算基本工时：tm=L/nf式中 L=l+y+，根据表铰削时的入切量及超切量 y+=4.3mm 则L=81mm，故tm =81/(3000.18)min=1.5min(7)小结总结上述 16 步计算所得的主要切削用量参数入下表所示：工序: 6 设备: 钻床,Z525 走刀次数: 1 切削深度: 0.5 进给量: 0.18切削速度: 9.42 主轴转速: 30023244 夹具设计4.1 概论4.1.1 机床夹具的基本概念在机床上加工工件时，为使工件在该工序所加工表面能达到规定的尺寸与形位公差要求，在开动机床进行加工之前，必须首先使工件在机床上占有正确的加工位置，这一过程称为定位。工件在定位之后还不一定能承受外力的作用。为了使工件在加工过程中，不致因外力（切削力、惯性力、重力等）的作用而破坏其正确位置，还必须对工件施加夹紧力，这一过程称为夹紧。工件的装夹，就是在机床上对工件进行定位和夹紧。其目的是使工件在加工过程中始终保持其正确的加工位置，以保证达到加工要求。机床上用来装夹工件的工艺装备，称为机床夹具，简称夹具。4.1.2 机床夹具设计的基本要求1.保证工件的加工精度专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。2.提高生产效率应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。3.工艺性好专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。专用夹具的制造属于单件生产。当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。4.使用性好25专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。5.经济性好除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外。还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。4.1.3 专用夹具设计步骤（1）明确设计任务与收集设计资料夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内容主要是了解工件的结构特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。其次是根据设计任务收集有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计图样，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。（2）拟订夹具结构方案与绘制夹具草图确定工件的定位方案，设计定位装置。确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。确定和设计其它装置及元件的结构形式。如装置、预定位装置及吊装元件等。确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。（3）进行必要的分析计算工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。26（4）审查方案与改进设计夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。（5）绘制夹具装配总图夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。绘图比例尽量采用 11。主视图按夹具面对操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、个种装置的结构及其相互关系表达清楚。夹具装配图绘制方法如下：A. 用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。B. 依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。C. 标注必要的尺寸、公差和技术要求。D. 编制夹具明细表及标题栏。（6）绘制夹具零件图夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。4.2 钻夹具设计4.2.1 工件预加工内容1.该工件其他部位都已经加工完毕，工件所待加工的部位为钻孔 ；零件的形状、尺寸及其位置如零件图 2-1 所示。2.零件生产批量属批量生产。4.7.1 定位基准选择在研究和分析工件的定位问题时，定位基准的选择是一个关键问题，定位基准就是在加工中用作定位的基准。一般来说，工件的定位基准一旦被选定，则工件的定位方案也基本上被确定。定位方案是否合理，直接关系到工件的加27工精度能否保证。定位基准的选择应注意基准重合原则，尽量以精基准定位和考虑孔壁均匀等特殊要求，以使定位误差控制在允许范围内。由于零件简单，可以用零件的侧面和底面和内孔定位。4.7.2 定位约束分析在机械加工中，通过用一定规律分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，使工件在机床或夹具中的位置完全确定，称为工件的“六点定位原理” 。在实际生产中，并不要求在任何情况下都要限制工件的六个自由度，一般要根据工件的加工要求来确定工件必须限制的自由度数。工件定位只要相应的限制那些对加工精度有影响的自由度即可。主要定位元件X 平移自由度Y 平移自由度Z 平移自由度X 转动自由度Y 转动自由度Z 转动自由度自由度总计v 块 1心轴 4夹具体基面 1分析总结 约束状态 完全约束(ok) 自由度总计 6表：自由度约束分析4.7.3 定位误差分析该夹具以平面定位 V 形块定心，V 形块定心元件中心线与平面规定的尺寸公差为直径 20 的圆。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工序公差。 gwj与机床夹具有关的加工误差 ，一般可用下式表示：jMjjWDAZWj 由参考文献机床夹具设计手册可得：平面定位 V 形块定心的定位误差 ： 0WD28、夹紧误差 ： cos)(minaxyj其中接触变形位移值：lNcHBkRnZaZy 04.)62.19(yj 03.cos、磨损造成的加工误差： 通常不超过Mjm05.、夹具相对刀具位置误差： 取AD1.误差总和： mwj052.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。4.2.3 夹紧方案夹紧装置由三部分组成：（1）动力装置动力装置是产生夹紧作用力的装置。通常是指机动夹紧时所用的气动、液压、电动等动力装置。（2）夹紧元件夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。通过它和工件受压面的直接接触来完成夹紧动作。（3）中间传力机构中间传力机构是介于动力源和和夹紧装置之间的传力机构，它将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件。夹紧装置的基本要求（1）夹紧时不破坏工件在夹具中占有的正确位置；（2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中的定位稳定性，又要防止因夹紧力过大而损伤工件表面及产生夹紧变形；（3）夹紧机构操作安全、省力，夹紧迅速。（4）夹紧机构的复杂程度、工作效率应与工件的年生产类型相适应。结构29应该尽量简单，便于制造与维修。（5）具有良好的自锁性能确定夹紧力确定夹紧力即要确定夹紧力的作用点、方向和大小等三个要素。1 夹紧力作用点夹紧力作用点是指夹紧时，夹紧元件与工件表面的接触位置。它对工件夹紧的稳定性和变形有很大的影响。（1）夹紧力的作用点应该落在支撑元件上或几个支撑元件所形成的支撑平面内，以保证定位确定的工件位置不被破坏。（2）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这对刚性较差的零件尤为重要。（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近加工面，这样可以增加夹紧力的可靠性，防止和减少工件的振动。2 夹紧力方向夹紧力的方向与工件定位基准所处的位置，以及工件所受外力的作用方向有关。（1）夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基准，以保证加工精度。（2）夹紧力的作用方向应有利于减少所需的夹紧力的大小。3 夹紧力的大小夹紧力的大小，对工件装夹的可靠性，工件和夹具的变形，夹紧装置的复杂程度等都有很大的影响。计算夹紧力，通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算。然后根据工件受切削力、夹紧力后处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力 F ，再乘以安0J全系数 K，作为实际所需的夹紧力 F ，即 F =k F 。考虑到切削力的变化和工jj0J艺系统的变形等因素，一般取 K=2.53。本夹具采用螺旋压板夹紧机构，其夹紧力的计算公式为：30F =J)tan(21ldLMC式中 考虑传动机构转轴摩檫损失时的传动效率；螺纹升角；d 螺纹中径；2 螺纹摩檫角。经计算 F =5396NJ4.2.4 导向对刀和定位键元件设计钻套的选择在机床夹具设计过程中，特别是钻床夹具设计中，常要设置刀具的导向元件钻套。钻套按其结构型式可分为四类：固定钻套，可换钻套，快换钻套及特殊钻套。在实际生产中可根据被加工件的具体结构和被加工孔系的精度要求，选择不同的结构型式的钻套并确定相应的参数值。钻套又称钻套筒，钻套的作用主要是用来确定钻头、扩孔钻、饺刀等定尺寸刀具的轴线位置。当加工一组平行的孔系，一面这些孔间的距离又有一定的要求时，则利用分布位置按加工要求的钻套来保正上述孔心距离的精度，简便可靠。当工件批量很小，或孔间距离很小或孔径很小，或钻模板上地位受限而无法采用钻套时一也允许在钻模板上直接加工出导引刀具的导向孔。本设计采用的是固定钻套 B 型，钻套结构如下图所示：图 固定钻套结构314.2.5 切削力和夹紧力计算由于本道工序主要完成工艺孔的钻加工。因此切削力应以钻削力为准。由参考文献9得：钻削力 6.08.2HBDfF钻削力矩 6.0.91T231875323minaxmax HB15.0rf0.80.6267.FN1.9.2314Tm根据参考文献11可查得夹紧力计算公式：式（3.1）0 12()ZQLWrtgt式中： 单个螺旋夹紧产生的夹紧力（N） ；0原始作用力（N） ；作用力臂（mm） ；L螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（ mm） ；r螺杆端部与工件间的摩擦角（） ；1螺纹中径之半（mm） ；Zr螺纹升角（） ；螺旋副的当量摩擦角（） 。2由式（3.1）根据参考文献11表