CA6140 杠杆加工工艺及夹具设计

CA6140杠杆加工工艺及钻Φ25孔的夹具设计

摘要

本设计是CA6140杠杆零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。CA6140杠杆零件的主要加工表面是平面及孔。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。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的加工精度。基准的选择以杠杆 外圆面作为粗基准，以 孔及其下表面作为精基准。先将底面加工出来，然后作为定位基准，在以底面作为精基准加工孔。整个加工过程选用组合机床。在夹具方面选用专用夹具。考虑到零件的结构尺寸简单，夹紧方式多采用手动夹紧，夹紧简单，机构设计简单，且能满足设计要求。

关键词：杠杆零件，加工工艺，夹具，定位，夹紧

CA6140 Leverage processing technology andΦ25 hole drilling of fixture design Abstract

This paper is to design the craft processes of making the CA6140 lever spare parts and some specialized tongs in the process. The CA6140 lever spare part primarily processes the surface and bores. Generally speaking, to guarantee the accuracy of the flat surface process is easier than that of the bore. Therefore, this design follows the principle that surface first and then the bore, and definitely divides the process of flat surface and bore into coarse processes and precise processes to guarantee the bore processes. The basic choice is to consider 45 outside circle as rough basis and to consider 25 bore and its next surface as precise basis. The bottom is first processed out to be fixed position basis, and process the bore using the bottom as the precise basis. The whole processes choose the machine bed. In the aspects of tongs choosing, specialized tongs are used. In consideration of the simple construction size of the spare parts, clipping by hands is adopted. It is simple, and the organization design is simple, and can satisfy the design request.

Key words: Lever spare parts, craft proces , tongs, fixed position, tight clip

目录

第一章 前言……………………………………………………………………………... …...6 1.1加工工艺及夹具设计的发展…………………………………………………………...6

1.1.1发展状况…………………………………………………………………………..6 1.2发展趋势……………………………………………………………………………..6 1.2.1加工工艺的发展趋势……………………………………………………………..6 1.2.2夹具的发展趋势…………………………………………………………………..7 2.1评述……………………………………………………………………………..............8 3.1课题背景及发展趋势…………………………………………………………………...8 4.1夹具的基本结构及夹具设计的内容…………………………………………………..8 第二章 杠杆加工工艺规程设计……………………………………………...……………..10

2.1零件的分析………………………………………………………………………….10 2.1.1零件的作用……………………………………………………………………..…10 2.1.2零件的工艺分析…………………………………………………………….….…10 2.2杠杆加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施…………………….11 2.2.1确定毛坯的制造形式…………………………………………………………..…11 2.2.2基面的选择…………………………………………………………………..……11 2.2.3确定工艺路线 ………………………………………………………………….…11 2.2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定………………………………..…12 2.2.5确定切削用量……………………………………………………………………..13 2.2.6确定基本工时……………………………………………………………………..24 2.3小结………………………………………………………………………………….29 第三章 专用夹具设计……………………………………………………………………...31

3.1加工工艺孔Φ25夹具设计…………………………………………………………31 3.1.1定位基准的选择…………………………………………………………………..31 3.1.2切削力的计算与夹紧力分析……………………………………………………..31 3.1.3夹紧元件及动力装置确定………………………………………………………..32 3.1.4钻套、衬套、钻模板及夹具体设计……………………………………………..33 3.1.5夹具精度分析……………………………………………………………………..35 3.1.6夹具设计及操作的简要说明……………………………………………………..35 3.2粗精铣宽度为30MM的下平台夹具设计…………………………………………36 3.2.1定位基准的选择…………………………………………………………………..36 3.2.2定位元件的设计…………………………………………………………………..36 3.2.3定位误差分析……………………………………………………………………..37 3.2.4铣削力与夹紧力计算……………………………………………………………..37 3.2.5夹具体槽形与对刀装置设计……………………………………………………..38 3.2.6夹紧装置及夹具体设计…………………………………………………………..40 3.2.7夹具设计及操作的简要说明……………………………………………………..41 3.3钻M8螺纹孔夹具设计……………………………………………………………..41 3.3.1定位基准的选择…………………………………………………………………..41

3.3.2定位元件的设计…………………………………………………………………..42 3.3.3定位误差分析……………………………………………………………………. 43 3.3.4钻削力与夹紧力的计算…………………………………………………………. 43 3.3.5钻套、衬套、钻模板及夹具体设计……………………………………………. 44 3.3.6夹紧装置的设计…………………………………………………………………. 45 3.3.7夹具设计及操作的简要说明……………………………………………………. 46 3.4小结………………………………………………………………………………….46 总结与展望………………………………………………………………………………..….47 参考文献……………………………………………………………………………………...48 致 谢……………………………………………………………………………………….…50

第一章 前言

1.1加工工艺及夹具设计的发展

1.1.1发展状况

改革开放以来，机械工业充分利用国内外两方面的技术资源，有计划地进行企业的

技术改造，引导企业走依靠科技进步的道路，使制造技术、产品质量和水平以及经济效益有了很大的提高，为繁荣国内市场、扩大出口创汇、推动国民经济的发展起了重要作用。

夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。

随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，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。

目前，大批量生产正逐渐成为现代机械制造业新的生产模式。在这种模式中，要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性，以缩短生产准备时间、降低生产成本，所以，按手动夹紧的方法已不能满足生产发展的要求，而气动、液压夹紧等夹具正是适应这一生产模式的工装设备。它对缩短工艺装备的设计、制造周期起到至关重要的作用。国外为了适应这种生产模式,也把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展。

1.2发展趋势

长时间以来，加工工艺及夹具设计都朝着标准化、自动化、高效率、高精度、低劳动强度方面发展。

1.2.1加工工艺的发展趋势

加工工艺作为制造技术的主要基础工艺，随着制造技术的发展，在20世纪末也取得了很大的进步，进入了以发展高速切削、开发新的加工工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。它是制造业中重要工业部门，如汽车工业、航空航天工业、能源工业、军事工业和新兴的模具工业、电子工业等部门主要的加工技术，也是这些工业部门迅速发展的重要因素。因此，在制造业发达的美、德、日等国家保持着快速发展的势头。

金属切削刀具作为数控机床必不可少的配套工艺装备，在数控加工技术的带动下，

进入了“数控刀具”的发展阶段，显示出“三高一专”(即高效率、高精度、高可靠性和专用化)的特点。 显而易见，在21世纪初，尽管近净成形技术、堆积成形技术是非常有前途的新工艺，但切削加工作为制造技术主要基础工艺的地位不会改变。从当前制造业发展的趋势中可以看到，制造业发展和人类社会进步对切削加工提出的双重挑战，这也是21世纪初切削加工技术发展的主要趋势。

1.2.2夹具的发展趋势

夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

（1）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±5μm，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。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5μm以内；夹具重复安装的定位精度高达±5μm；瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达2～5μm。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，正在着手创建夹具专业技术网站，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、经济夹具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。

2.1 评述

综上，根据机械加工工艺及夹具设计的发展方向，现在的一般加工条件已不能满足现在的技术要求。所以以后的多为数控技术、自动化技术、系统化。主要体现其高效率、高精度、高可靠性、专业化程度深。这就要求从事这方面的高科技人才，就我们现在所学的知识还远远不够。所以我们在以后的学习工作中要多学习这些方面的知识，不断的充实自己，使自己的综合能力不断提高，从而跟上科技发展的脚步。

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。

3.1 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。

4.1 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）其他元件及装置的设计。

第二章 杠杆加工工艺规程设计

2.1零件的分析

2.1.1零件的作用

题目给出的零件是CA6140的杠杆。它的主要的作用是用来支承、固定的。要求零件的配合要符合要求。

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，但塑性较差、脆性高，为此以下是杠杆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：

0.0231）小头钻Φ250以及与此孔相通的Φ14阶梯孔、M8螺纹孔； 0.10.12）钻Φ12.70锥孔及铣Φ12.70锥孔平台；

3）钻2—M6螺纹孔；

4）铣杠杆底面及2—M6螺纹孔端面。 （2）主要基准面：

1）以Φ45外圆面为基准的加工表面

0.023这一组加工表面包括：Φ250的孔、杠杆下表面 0.0232）以Φ250的孔为中心的加工表面

0.10.1这一组加工表面包括：Φ14阶梯孔、M8螺纹孔、Φ12.70锥孔及Φ12.70锥0.1孔平台、2—M6螺纹孔及其倒角。其中主要加工面是M8螺纹孔和Φ12.70锥孔

平台。

杠杆的Φ25孔的轴线合两个端面有着垂直度的要求。现分述如下： 本套夹具中用于加工Φ25孔的是立式钻床。工件以Φ25孔下表面及Φ45孔外圆面为定位基准，在定位块和V型块上实现完全定位。加工Φ25时，由于孔表面粗糙度为Ra1.6m。主要采用钻、扩、铰来保证其尺寸精度。

0.023

本套夹具中用于加工杠杆的小平面和加工Φ12.7是立式铣床。工件以250孔及端面和水平面底为定位基准，在长销、支承板和支承钉上实现完全定位。加工表面：包括粗精铣宽度为30mm的下平台、钻Ф12.7的锥孔，由于30mm的下平台的表面、孔表面粗糙度都为Ra6.3m。其中主要的加工表面是孔Ф12.7，要用Ф12.7钢球检查。

本套夹具中用于加工与Φ25孔相通的M8螺纹底孔是用立式钻床。工件以

0.023孔及其下表面和宽度为30mm的下平台作为定位基准，在大端面长圆柱250销、支承板和支承钉上实现完全定位。加工M8螺纹底孔时，先用Φ7麻花钻钻孔，

再用M8的丝锥攻螺纹。

2.2杠杆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不大，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，按照粗基准的选择原则，选择本零件的不加工表面是加强肋所在的肩台的表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用一个V形块支承45圆的外轮廓作主要定位，以z、z、y、y四个自由度。再以一面定位消除x、x两个自由度，达到完全定位,就可加工Φ25的孔。

（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Φ25的孔作为精基准。

2.2.3确定工艺路线

表2.1工艺路线方案一

工序1 工序2 工序3 工序4 工序5 工序6 工序7 工序8 粗精铣Φ25孔下表面 0.023钻、扩、铰孔使尺寸到达Ф250mm 粗精铣宽度为30mm的下平台 钻Ф12.7的锥孔 加工M8螺纹孔，锪钻Ф14阶梯孔 粗精铣2-M6上端面 钻2-M6螺纹底孔孔，攻螺纹孔2-M6 检查

表2.2工艺路线方案二

工序1 工序2 工序3 工序4 工序5 工序6 粗精铣Ф25孔下表面 0.023钻、扩、铰孔使尺寸到达Ф250mm 粗精铣宽度为30mm的下平台 钻Ф12.7的锥孔 粗精铣2-M6上端面 钻2-Ф5孔，加工螺纹孔2-M6

续表2.2 工序7 工序8

加工M8螺纹孔，锪钻Ф14阶梯孔 检查 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5钻Ф14孔，再加工螺纹孔M8”变为“工序7粗精铣M6上端面”其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动影响生产效率。而对于零的尺寸精度和位置精度都没有太大程度的帮助。 以Ф25mm的孔子外轮廓为精基准，先铣下端面。再钻锥孔，从而保证了两孔中心线的尺寸与右端面的垂直度。符合先加工面再钻孔的原则。若选第二条工艺路线而先上端面， 再“钻Ф14孔，加工螺纹孔M8”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功过否重合这个问题。所以发现第二条工艺路线并不可行。

从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第一个方案也比较合理想。所以我决定以第一个方案进行生产。具体的工艺过程如表2.3所示。

表2.3 最终工艺过程

工序1 工序2 粗精铣杠杆下表面。保证粗糙度是3.2选用立式升降台铣床X52K。 加工孔Φ25。钻孔Φ25的毛坯到Φ22mm；扩孔Φ0.02322mm到Φ24.7mm；铰孔Φ24.7mm到Ф250mm。保证粗糙度是1.6采用立式钻床Z535。采用专用夹具。 工序3 工序4 工序5 工序6 粗精铣宽度为30mm的下平台，仍然采用立式铣床X52K，用组合夹具。 钻Ф12.7的锥孔，采用立式钻床Z535，为保证加工的孔的位置度，采用专用夹具。 加工螺纹孔M8，锪钻Ф14阶梯孔。用组合夹具，保证与垂直方向成10゜。 粗精铣M6上端面 。用回转分度仪加工，粗精铣与水平成36゜的台肩。用卧式铣床X52K，使用组合夹具。 工序7 钻2-M6螺纹底孔、攻2-M6螺纹用立式钻床Z535，为保证加工的孔的位置度，采用专用夹具。

工序8 检查 2.2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

杠杆的材料是HT200，毛坯的重量0.85kg，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。

毛坯与零件不同的尺寸有：(具体见零件图)故台阶已被铸出,根据参考文献[14]的铣刀类型及尺寸可知选用6mm的铣刀进行粗加工,半精铣与精铣的加工余量都为0.5mm。

1）加工Φ25的端面，根据参考文献[2]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，同理上下端面的加工余量都是2mm。

2）对Φ25的内表面加工。由于内表面有粗糙度要求1.6。可用一次粗加工1.9mm，一次精加工0.1mm就可达到要求。

3）加工宽度为30mm的下平台时，用铣削的方法加工台肩。由于台肩的加工表面有粗糙度的要求Ra6.3m，而铣削的精度可以满足，故采取分四次的铣削的方式，每次铣削的深度是2.5mm。

4）钻锥孔Φ12.7时要求加工一半，留下的余量装配时钻铰，为提高生产率起见，仍然采用Φ12的钻头，切削深度是2.5mm。

5）钻Ф14阶梯孔，由于粗糙度要求Ra3.2m，因此考虑加工余量2mm。可一次粗加工1.85mm，一次精加工0.15就可达到要求。

6）加工M8底孔，根据参考文献[2]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2-M6螺纹，根据参考文献[2]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2-M6端面，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25孔下平面 （1）粗铣25孔下平面 加工条件：

工件材料： HT200，铸造。 机床：X52K立式铣床。 查参考文献[1]表30—34

刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT15，D100mm ，齿数Z8，此为粗齿铣刀。 因其单边余量：Z=1.9mm 所以铣削深度ap：ap1.9mm

每齿进给量af：根据参考文献[3]表2.4-75，取af0.12mm/Z铣削速度V：参照参考文献[1]表30—34，取V1.33m/s。

1000V机床主轴转速n：n （2.1）

d式中 V—铣削速度； d—刀具直径。

由式2.1机床主轴转速n：

1000V10001.3360n2r/min

d3.14100按照参考文献[3]表3.1-74 n300r/min 实际铣削速度v：vdn10003.141003001.57m/s

100060进给量Vf：VfafZn0.128300/604.8mm/s 工作台每分进给量fm：fmVf4.8mm/s288mm/min

a：根据参考文献[1]表2.4-81,a40mm

（2）精铣25孔下平面 加工条件：

工件材料： HT200，铸造。 机床： X52K立式铣床。 参考文献[1]表30—31

刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：YT15，D100mm ，齿数12，此为细齿铣刀。

精铣该平面的单边余量：Z=0.1mm 铣削深度ap：ap0.1mm

每齿进给量af：根据参考文献[1]表30—31，取af0.08mm/Z 铣削速度V：参照参考文献[1]表30—31，取V0.32m/s 机床主轴转速n，由式（2.1）有：

n1000V10000.326061r/min d3.14100按照参考文献[1]表3.1-31 n75r/min 实际铣削速度v：vdn10003.14100750.4m/s

100060进给量Vf，由式（1.3）有：VfafZn0.151275/602.25mm/s 工作台每分进给量fm： fmVf2.25mm/s135mm/min

工序2：加工孔Φ25到要求尺寸

工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为25mm，公差为H7，表面粗糙度Ra1.6m。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔——Φ22mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ24.7mm标准高速钢扩孔钻；铰孔——Φ25mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。

（1）确定钻削用量

1）确定进给量f 根据参考文献[1]表28-10可查出f表0.47~0.57mm/r，由于孔深度比l/d030/221.36，klf0.9，故

f表(0.47~0.57)0.90.42~0.51mm/r。查Z535立式钻床说明书，取

f0.43mm/r。

根据参考文献[1]表28-8，钻头强度所允许是进给量f'1.75mm/r。由于机床进给机构允许的轴向力Fmax15690N（由机床说明书查出），根据表28-9，允许的进给量f\"1.8mm/r。

由于所选进给量f远小于f'及f\"，故所选f可用。

2）确定切削速度v、轴向力F、转矩T及切削功率Pm 根据表28-15，由插入法得：

v表17m/min，F表4732N T表51.69NM，Pm表1.25kW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[1]表28-3，kMv0.88，klv0.75，故

v'表17m/min0.880.7511.22(m/min) 1000v'表100011.22mm/minn162r/min

d022mm'查Z535机床说明书，取n195r/min。实际切削速度为： dn22mm195r/minv014m/min

10001000

由表28-5，kMFkMT1.06，故

F4732N1.065016(N) T51.69Nm1.06.8Nm

3）校验机床功率 切削功率Pm为

'PP（n/n)kMM mm表1.25kW(195/246)1.061.05kW

机床有效功率

P'EPE4.5kW0.813.65kWPm

故选择的钻削用量可用。即

d022mm，f0.43mm/r，n195r/min，v14m/min

相应地

F5016N，T.8Nm，Pm1.05kW

（2）确定扩孔切削用量

1）确定进给量f 根据参考文献[1]表28-31，

f表（0.70.8）mm/r0.7=0.490.56mm/r。根据Z535机床说明书，取

f=0.57mm/r。

2）确定切削速度v及n 根据参考文献[1]表28-33，取v表25m/min。修正系数：

kmv0.88，kapv1.02(根据apRap24.722/1.50.9) 2故 v'表25m/min0.881.02m11. 22/minn'1000v'表（/d0)

100011m.2m2286r/min/min/(mm24

查机床说明书，取n275r/min。实际切削速度为

vd0n103

24.m7m27r5/mi3n10

21.m3/min（3）确定铰孔切削用量

1）确定进给量f 根据参考文献[7]表28-36，f表1.3~2.6mm，按该表注4，进给量取小植。查Z535说明书，取f1.6mm/r。

2）确定切削速度v及n 由参考文献[1]表28-39，取v表8.2m/min。由

参考文献[1]表28-3，得修正系数kMv0.88，kapv0.99

(根据apRap2524.7/0.1251.2) 2故 v'表8.2m/min0.880.99m7. 14/minn'1000v'表/(d0)

10007.14(m/min)/(25mm)91.5r/min

查Z535说明书，取n100r/min，实际铰孔速度

vd0n103

3mm100r/min10 25m7.8 /min（4）各工序实际切削用量 根据以上计算，各工序切削用量如下： 钻孔：d022mm，f0.43mm/r，n195r/min，v14m/min 扩孔：d024.7mm，f0.57mm/r，n275r/min，v21.3m/min 铰孔：d025mm，f1.6mm/r，n100r/min，v7.8m/min

工序3：粗精铣宽度为30mm的下平台 （1）粗铣宽度为30mm的下平台 加工条件：

工件材料： HT200，铸造。 机床：X52K立式铣床。 查参考文献[1]表30—34

刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT15，D100mm ，齿数Z8，此为粗齿铣刀。 因其单边余量：Z=2mm 所以铣削深度ap：ap2mm

每齿进给量af：根据参考文献[3]表2.4-75，取af0.12mm/Z铣削速度V：参照参考文献[1]表30—34，取V1.33m/s。 由式2.1得机床主轴转速n： 1000V10001.3360n2r/min

d3.14100按照参考文献[3]表3.1-74 n300r/min 实际铣削速度v：vdn10003.141003001.57m/s

100060进给量Vf：VfafZn0.128300/604.8mm/s

工作台每分进给量fm：fmVf4.8mm/s288mm/min

a：根据参考文献[1]表2.4-81,a30mm 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l30mm， 刀具切入长度l1：

l10.5(DD2a2)(1~3) （2.2）

0.5(1001002302)(1~3)5.3mm 刀具切出长度l2：取l22mm 走刀次数为1

（2）精铣宽度为30mm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[1]表30—31

刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：YT15，D100mm ，齿数12，此为细齿铣刀。

精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm 铣削深度ap：ap1.0mm

每齿进给量af：根据参考文献[1]表30—31，取af0.08mm/Z 铣削速度V：参照参考文献[1]表30—31，取V0.32m/s 机床主轴转速n，由式（2.1）有：

1000V10000.3260n61r/min

d3.14100按照参考文献[3]表3.1-31 n75r/min 实际铣削速度v：vdn10003.14100750.4m/s

100060进给量Vf，由式（2.3）有：VfafZn0.151275/602.25mm/s 工作台每分进给量fm： fmVf2.25mm/s135mm/min 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l40mm 刀具切入长度l1：精铣时l1D100mm 刀具切出长度l2：取l22mm 走刀次数为1

工序4： 钻Ф12.7的锥孔

工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为12.7mm，，表面粗糙度

Ra6.3m。加工机床为Z535立式钻床，钻孔——Φ12mm标准高速钢麻花钻，

磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ12.7mm标准高速钢扩孔钻。选择各工序切削用量。

（1）确定钻削用量

1）确定进给量f 根据参考文献[1]表28-10可查出f表0.47~0.57mm/r，由于孔深度比l/d030/221.36，klf0.9，故

f表(0.47~0.57)0.90.42~0.51mm/r。查Z535立式钻床说明书，取

f0.43mm/r。

根据参考文献[1]表28-8，钻头强度所允许是进给量f'1.75mm/r。由于机床进给机构允许的轴向力Fmax15690N（由机床说明书查出），根据参考文献[1]表28-9，允许的进给量f\"1.8mm/r。

由于所选进给量f远小于f'及f\"，故所选f可用。

2）确定切削速度v、轴向力F、转矩T及切削功率Pm 根据参考文献[1]表28-15，由插入法得：

v表17m/min，F表4732N T表51.69NM，Pm表1.25kW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[1]表28-3，kMv0.88，klv0.75，故

v'表17m/min0.880.7511.22(m/min)

'1000v100011.22mm/min表n'162r/min

d022mm查Z535机床说明书，取n195r/min。实际切削速度为： dn22mm195r/minv014m/min

10001000由参考文献[1]表28-5，kMFkMT1.06，故

F4732N1.065016(N) T51.69Nm1.06.8Nm

3）校验机床功率 切削功率Pm为

'P（n/n)kMM mPm表1.25kW(195/246)1.061.05kW

机床有效功率

P'EPE4.5kW0.813.65kWPm

故选择的钻削用量可用。即

d022mm，f0.43mm/r，n195r/min，v14m/min 相应地

F5016N，T.8Nm，Pm1.05kW

（2）确定扩孔切削用量

1）确定进给量f 根据参考文献[1]表28-31，

f表（0.70.8）mm/r0.7=0.490.56mm/r。根据Z535机床说明书，取

f=0.57mm/r。

2）确定切削速度v及n 根据参考文献[1]表28-33，取v表25m/min。修正系数：

kmv0.88，kapv1.02(根据apRap24.722/1.50.9) 2故 v'表25m/min0.881.02m11. 22/minn'1000v'表（/d0)

100011m.2m2286r/min/min/(mm24

查机床说明书，取n275r/min。实际切削速度为

vd0n103

24.m7m27r5/mi3n10

21.m3/min工序5：钻M8螺纹孔锪钻Φ14阶梯孔 （1）加工M8底孔

工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为8mm。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻孔至Φ7，选用Φ7的麻花钻头。攻M8螺纹，选用M8细柄机用丝锥攻螺纹。

切削深度ap：ap10.5mm

进给量f：根据参考文献[3]表2.4-39，取f0.25mm/r 切削速度V：参照参考文献[3]表2.4-41，取V0.43m/s 由式（2.1）机床主轴转速n：

n1000V10000.43601174r/min，取n900r/min d03.147实际切削速度V：Vd0n10003.1479000.33m/s

100060被切削层长度l：l12.5mm

刀具切入长度l1：l1D7ctgkr(1~2)ctg12024.1mm 22刀具切出长度l2：l20 走刀次数为1

攻M8×1.5的螺纹 机床：Z535立式钻床

刀具：细柄机用丝锥（M81.5）

进给量f：由于其螺距p1.5mm,因此进给量f1.5mm/r

切削速度V：参照参考文献[3]表2.4-105，取V0.148m/s8.88m/min 由式（2.1）机床主轴转速n：

n1000V10008.88353.5r/min，取n360r/min d03.148丝锥回转转速n0：取nn360r/min 实际切削速度V：Vd0n10003.1483600.15m/s

100060（2）锪钻Φ14阶梯孔

工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为14mm，表面粗糙度

Ra3.2m。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——Φ14mm小直径端面锪钻。

1）确定切削用量

确定进给量f 根据参考文献[1]表28-10可查出f表0.25~0.31mm/r，由于孔深度比l/d03/120.25，klf1.0，故

f表(0.25~0.31)1.00.25~0.31mm/r。查Z535立式钻床说明书，取

f0.23mm/r。

根据参考文献[1]表28-8，钻头强度所允许是进给量f'1.75mm/r。由于机床进给机构允许的轴向力Fmax15690N（由机床说明书查出），根据参考文献[1]表28-9，允许的进给量f\"1.8mm/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Pm 根据表28-15，由插入法得：

v表17m/min，F表4732N T表51.69NM，Pm表1.25kW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[1]表28-3，kMv0.88，klv0.75，故

v'表17m/min0.880.7511.22(m/min) 1000v'表100011.22mm/minn298r/min

d012mm'查Z535机床说明书，取n195r/min。实际切削速度为 dn12mm195r/minv07.35m/min

10001000由参考文献[1]表28-5，kMFkMT1.0，故

F4732N1.04732(N) T51.69Nm1.051.69Nm

校验机床功率 切削功率Pm为

P（n/n')kMM mPm表 1.25kW(195/298)1.00.82kW 机床有效功率

P'EPE4.5kW0.813.65kWPm 故选择的钻削用量可用。即

d012mm，f0.23mm/r，n195r/min，v7.35m/min 相应地

F4732N，T51.69Nm，Pm0.82kW

工序6：粗精铣M6上端面

工件材料为HT200铁，硬度200HBS。要求粗糙度Ra3.2m，用回转分度仪加工，粗精铣与水平成36゜的台肩。用立式铣床X52K，使用组合夹具。

（1）粗铣M6上端面 加工条件：

工件材料： HT200，铸造。 机床：X52K立式铣床。 查参考文献[1]表30—34

刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT15，D100mm ，齿数Z8，此为粗齿铣刀。 因其单边余量：Z=2mm 所以铣削深度ap：ap2mm

每齿进给量af：根据参考文献[3]表2.4-75，取af0.12mm/Z铣削速度V：参照参考文献[1]表30—34，取V1.33m/s 由式（2.1）机床主轴转速n：

n1000V10001.33602r/min d3.14100按照参考文献[1]表3.1-74 n300r/min 实际铣削速度v：vdn10003.141003001.57m/s

100060进给量Vf：VfafZn0.128300/604.8mm/s 工作台每分进给量fm：fmVf4.8mm/s288mm/min

a：根据参考文献[1]表2.4-81,a40mm 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l40mm， 刀具切入长度l1：

l10.5(DD2a2)(1~3)

0.5(1001002402)(1~3)7mm 刀具切出长度l2：取l22mm 走刀次数为1

（2）精铣M6上端面 加工条件：

工件材料： HT200，铸造。 机床： X52K立式铣床。 参考文献[1]表30—31

刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：YT15，D100mm ，齿数12，此为细齿铣刀。

精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm 铣削深度ap：ap1.0mm

每齿进给量af：根据参考文献[1]表30—31，取af0.08mm/Z 铣削速度V：参照参考文献[1]表30—31，取V0.32m/s 机床主轴转速n，由式（1.1）有：

1000V10000.3260n61r/min

d3.14100按照参考文献[3]表3.1-31 n75r/min 实际铣削速度v：vdn10003.14100750.4m/s

100060进给量Vf，由式（2.3）有：VfafZn0.151275/602.25mm/s 工作台每分进给量fm： fmVf2.25mm/s135mm/min 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l40mm

刀具切入长度l1：精铣时l1D100mm 刀具切出长度l2：取l22mm 走刀次数为1

工序7：钻2-M6

工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为6mm。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻孔至Φ5，选用Φ5的麻花钻头。攻M6螺纹，选用M6细柄机用丝锥攻螺纹。

切削深度ap：ap4.25mm

进给量f：根据参考文献[3]表2.4-39，取f0.25mm/r 切削速度V：参照参考文献[3]表2.4-41，取V0.43m/s 由式（2.1）机床主轴转速n：

n1000V10000.436013r/min，取n900r/min d03.145实际切削速度V：Vd0n10003.1459000.24m/s

100060被切削层长度l：l15mm

D5刀具切入长度l1：l1ctgkr(1~2)ctg12023.5mm

22刀具切出长度l2：l20 走刀次数为1

攻M6×1.5的螺纹 机床：Z535立式钻床

刀具：细柄机用丝锥（M61.5）

进给量f：由于其螺距p1.5mm,因此进给量f1.5mm/r

切削速度V：参照参考文献[3]表2.4-105，取V0.148m/s8.88m/min 由式（2.1）机床主轴转速n：

n1000V10008.88471.3r/min，取n480r/min d03.146丝锥回转转速n0：取nn480r/min 实际切削速度V：Vd0n10003.1464800.15m/s

100060被切削层长度l：l15mm 刀具切入长度l1：l14.5mm

刀具切出长度l2：l20 走刀次数为1 工序8：校验

2.2.6确定基本工时

（1）粗铣、精铣Φ25孔下平面 加工条件：

工件材料：HT200铸铁，b200MPa 机床：X525K机床

刀具：高速钢镶齿套式面铣刀 粗铣的切削工时

被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l90mm， 刀具切入长度l1：

l10.5(DD2a2)(1~3)

0.5(1001002402)(1~3)7mm 刀具切出长度l2：取l22mm 走刀次数为1 机动时间tj1：tj1ll1l290720.34min fm288根据参考文献[3]表2.5-45可查得铣削的辅助时间tf10.41 精铣的切削工时

被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l90mm 刀具切入长度l1：精铣时l1D100mm 刀具切出长度l2：取l22mm 走刀次数为1 机动时间tj2：tj2ll1l29010021.42min fm135根据参考文献[3]表2.5-45可查得铣削的辅助时间tf20.41

铣Φ25孔下表面的总工时为：t=tj1+tj2+tf1+tf2=0.34+1.42+0.41+0.41=2.58min

（2）钻孔 加工条件：

工件材料：HT200铸铁，b200MPa 机床：Z535立式钻床

刀具：钻孔——标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——标准高速钢

扩孔钻；铰孔——标准高速铰刀

钻孔工时：切入3mm、切出1mm，进给量f0.43mm/r，机床主轴转速n195r/min， 铰孔：d025mm，f1.6mm/r，n100r/min，v7.8m/min

195=0.41min t1=（30+3+1）/0.43×

根据参考文献[3]表2.5-41可查得钻削的辅助时间tf11.77

扩孔工时：切入3mm、切出1mm，进给量f0.57mm/r，机床主轴转速n275r/min

275=0.22min t2=（30+3+1）/0.57×

根据参考文献[3]表2.5-41可查得钻削的辅助时间tf21.77

铰孔工时：切入3mm、切出1mm，进给量f1.6mm/r，机床主轴转速n100r/min

100=0.21min t3=（30+3+1）/1.6×

根据参考文献[3]表2.5-41可查得钻削的辅助时间tf31.77

总工时：t=t1+t2+t3+tf1+tf2+tf3=0.41+0.22 +0.21+1.77+1.77+1.77=6.15min

（3）粗精铣宽度为30mm的下平台 工件材料：HT200，金属模铸造

加工要求：粗铣宽度为30mm的下平台，精铣宽度为30mm的下平台达到粗糙度3.2。

机床：X52K立式铣床 刀具：高速钢镶齿式面铣刀 计算切削工时

粗铣宽度为30mm的下平台

根据参考文献[2]进给量f=3mm/z，切削速度0.442m/s，切削深度1.9mm，走刀长度是249mm。机床主轴转速为37.5z/min。 切削工时：t1=249/(37.5×3)=2.21min。

根据参考文献[3]表2.5-45可查得铣削的辅助时间tf10.41 精铣宽度为30mm的下平台

根据参考文献[2]进给量f=3mm/z，切削速度0.442m/s，切削深度0.1mm，走刀长度是249mm。机床主轴转速为37.5z/min。 切削工时：t2=249/(37.5×3)=2.21min

根据参考文献[3]表2.5-45可查得铣削的辅助时间tf20.41 粗精铣宽度为30mm的下平台的总工时：

t=t1+t2+tf1+tf2=2.21+2.21+0.41+0.41=5.24min

（4）钻锥孔Φ12.7

工件材料：HT200，金属模铸造， 加工要求：粗糙度要求Ra6.3m，

机床：Z535立式钻床 刀具：高速钢钻头Φ12， 计算基本工时

用Φ12扩孔Φ12.7的内表面。根据参考文献[2]进给量f=0.mm/z，切削速度0.193m/s，切削深度是1.5mm，机床主轴转速为195r/min。走刀长度是36mm。 基本工时：

t1=2×36/(0.×195)=0.58 min。

根据参考文献[3]表2.5-41可查得钻削的辅助时间tf11.77

用Φ12.7扩孔Φ12.7的内表面。根据参考文献[2]进给量f=0.mm/z，切削速度0.204m/s，切削深度是0.5mm，机床主轴转速为195r/min。走刀长度是36mm。 基本工时：

t2=2×36/(0.×195)=0.58 min。

根据参考文献[2]表2.5-41可查得钻削的辅助时间tf21.77 总的基本工时：t=t1+t2+tf1+tf2=4.7min。

（5）钻M8底孔及锪钻Φ14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Φ7，M8丝锥，Φ14小直径端面锪钻 钻M8底孔的工时

被切削层长度l：l12.5mm

D7刀具切入长度l1：l1ctgkr(1~2)ctg12024.1mm

22刀具切出长度l2：l20 走刀次数为1 机动时间tj：tjll1l212.54.10.07min fn0.25900根据参考文献[2]表2.5-41可查得钻削的辅助时间tf11.77 攻M8螺纹的工时 被切削层长度l：l10mm 刀具切入长度l1：l14.5mm 刀具切出长度l2：l20 走刀次数为1

机动时间tj：tjll1l2ll1l2104.5104.50.05min fnfn01.53601.5360根据参考文献[2]表2.5-41可查得钻削的辅助时间tf11.77 锪钻Φ14阶梯的工时

锪钻孔进给量f0.23mm/r，机床主轴转速n195r/min， 被切削层长度l：l3mm D14刀具切入长度l1：l1ctgkr(1~2)ctg12026.2mm

22刀具切出长度l2：l20 走刀次数为1 机动时间tj：tjll1l236.20.19min fn0.25195由参考文献[2]表2.5-41可查得钻削的辅助时间tf11.77 t=tj+tf

t=0.19+1.77=1.96min

该工序的总工时为： 1.96+0.07+0.05+1.77+1.77=5.62min

（6）粗精铣2-M6上端面 工件材料：HT200，金属模铸造

加工要求：粗铣宽度为30mm的下平台，精铣宽度为30mm的下平台达到粗糙度3.2。

机床：X52K立式铣床

刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：YT15，D100mm ，齿数12，此为细齿铣刀。

粗铣2-M6上端面切削工时

被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l40mm， 刀具切入长度l1：

l10.5(DD2a2)(1~3)

0.5(1001002402)(1~3)7mm 刀具切出长度l2：取l22mm 走刀次数为1 机动时间tj1：tj1ll1l240720.17min fm288根据参考文献[2]表2.5-45可查得铣削的辅助时间tf10.41

精铣2-M6上端面切削工时

被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l40mm 刀具切入长度l1：精铣时l1D100mm 刀具切出长度l2：取l22mm 走刀次数为1 机动时间tj2：tj2ll1l24010021.05min fm135根据参考文献[2]表2.5-45可查得铣削的辅助时间tf20.41

铣2-M6上端面切削总工时：t=tj1+tj2+tf1+tf2=0.17+1.05+0.41+0.41=2.04min

（7）钻2-M6螺纹孔

钻锥孔2－Φ6到2－Φ5。用Φ5的钻头，走刀长度38mm，切削深度2.5mm，进给量0.2mm/z，切削速度0.51m/s，

被切削层长度l：l15mm D5刀具切入长度l1：l1ctgkr(1~2)ctg12023.5mm

22刀具切出长度l2：l20 走刀次数为1 机动时间tj：tjll1l2153.50.08min fn0.25800根据参考文献[2]表2.5-41可查得钻削的辅助时间tf11.77 攻M6螺纹

被切削层长度l：l15mm 刀具切入长度l1：l14.5mm 刀具切出长度l2：l20 走刀次数为1 机动时间tj：tjll1l2ll1l2154.5154.50.05min fnfn01.54801.5480根据参考文献[2]表2.5-41可查得钻削的辅助时间tf11.77 总工时为：t=2tj++tf=3.75min

根据该零件的生产纲量为每年产4000件。按一年360天，每天总工作时间为8小时。则每个零件所需的额定时间为：t=360×8×60÷4000=43.2min。

根据计算所得的机动时间t机加上每道工序间的辅助时间。所用是实际时间为：

t实际t机t辅27.98min43.2min

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。

第三章 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，需要设计加工工艺孔Φ25夹具、铣宽度为30mm的下平台夹具及钻M8底孔夹具各一套。其中加工工艺孔的夹具将用于组合钻床，刀具分别为麻花钻、扩孔钻、铰刀对工件上的工艺孔进行加工。铣宽度为30mm的下平台将用于组合铣床，刀具为硬质合金端铣刀YG8对杠杆的Φ25孔下表面进行加工。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加工工艺孔Φ25夹具设计

本夹具主要用来钻、扩、铰工艺孔Φ25。这个工艺孔有尺寸精度要求为+0.023，表面粗糙度要求，表面粗糙度为Ra1.6m，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二道工序，加工到本道工序时只完成了杠杆下表面的粗、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，工艺孔位于零件中心偏左，其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、铰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Φ25下表面工序的定位基准，以及设计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Φ45外圆面作为定位基准，用V型块定位4个自由度。再以Φ25下表面加3个支撑钉定位作为主要定位基面以工件的三个自由度。

为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准高速钢麻花钻刀具对工艺孔Φ25进行钻削加工；然后采用标准高速钢扩孔钻对其进行扩孔加工；最后采用标准高速铰刀对工艺孔Φ25进行铰孔加工。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钻、扩、铰加工，而钻削力远远大于扩和铰的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由参考文献[3]得：

钻削力 F26Df0.8HB0.6 钻削力矩 T10D1.9f0.8HB0.6

式中：D25mm HBHBmax f0.15mmr1

0.850.15 F262.90.8 T102150.1511HBmaxHBmin255232255187 330.62320.6232 55.23N7 42N61m7m本道工序加工工艺孔时，工件的Φ45外圆面与V形块靠紧。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[1]可查得夹紧力计算公式：

W0QL （3.1） 'r'tg1rZtg(2)式中： W0—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（°）； rZ—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[1]表1-2-23可查得点接触的单个普通螺旋夹紧力：

W0355015N

4(310'950')3.1.3夹紧元件及动力装置确定

由于杠杆的生产量很大，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。带光面压块的压紧螺钉的结构如图3.1所示。

图3.1 带光面压块的压紧螺钉

3.1.4钻套、衬套、钻模板及夹具体设计

工艺孔的加工需钻、扩、铰三次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。根据工艺要求：工艺孔Φ25mm分钻、扩、铰三个工步完成加工。钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔——Φ22mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ24.7mm标准高速钢扩孔钻；

0.023铰孔——Φ250mm标准高速铰刀。

根据参考文献[1]表2-1-47可查得钻套孔径结构尺寸如图3.2及表3.1所示。

图3.2 快换钻套

表3.1 铰工艺孔钻套结构参数如下表： d H D 公称尺寸 30 公差 +0.021 +0.008 D1 46 D2 42 h 12 h1 5.5 m 18 m1 18 r  22 25 29.5 55° 衬套选用固定衬套其结构如图3.3所示。

图3.3 固定衬套

衬套选用固定衬套其结构参数如表3.2所示。

表3.2 固定衬套的结构尺寸

d 公称尺寸 30

允差 +0.041 +0.020 25 D 公称尺寸 42 允差 +0.033 +0.017 1 3 H C C1 根据参考文献[1]表2-1-27固定V型块的结构及主要尺寸如图3.4及表3.3所示。

图3.4 V型块

表3.3 V型块的主要尺寸

N 42 D 45 B 52 H 20 L 68 l 20 l 14 A 26 A1 22 d 10 d1 11 d2 18 h 10 b 12 注：T=L+0.707D-0.5N

钻模板选用固定式钻模板，工件以底面及Φ45外圆面分别靠在夹具支架的定位快及V型块上定位，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ZJZ-01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dw很小可以忽略不计。本道工序加工中主要保证工艺

0.023孔尺寸Φ250mm及表面粗糙度Ra1.6m。本道工序最后采用铰加工，选用标准0.0230.039高速铰刀，直径为Φ250mm，并采用钻套，铰刀导套孔径为d250.021mm，0.0230.0340.005mm外径为D30同轴度公差为。固定衬套采用孔径为mm300.0120.016mm，

同轴度公差为0.005mm。

该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求。即要求：（1）各孔的实际轮廓受最大实体实效边界的控制即受直径为250.124.9mm的理想圆柱面的控制。（2）各孔的体外作用尺寸不能小于最大实体实效尺寸25mm。（3）当各孔的实际轮廓偏离其最大实体状态，即其直径偏离最大实体尺寸25mm时可将偏离量补偿给位置度公差。（4）如各孔的实际轮廓处于最小实体状态即其实际直径为

25.023mm时，相对于最大实体尺寸25mm的偏离量为0.023mm，此时轴线的

位置度误差可达到其最大值0.10.0230.123mm。即孔的位置度公差最小值为0.1mm。

0.015工艺孔的尺寸250.023mm，由选用的铰刀尺寸250.008mm满足。

工艺孔的表面粗糙度Ra1.6m，由本工序所选用的加工工步钻、扩、铰满足。 影响两工艺孔位置度的因素有（如下图所示）：

（1）钻模板上两个装衬套孔的尺寸公差：10.005mm （2）两衬套的同轴度公差：20.005mm

（3）衬套与钻套配合的最大间隙：325.03425.0120.022mm （4）钻套的同轴度公差：40.005mm

（5）钻套与铰刀配合的最大间隙：525.03925.0080.031mm

2222225dw2 212340.0390.m0m78m m0.1所以能满足加工要求。

3.1.6夹具设计及操作的简要说明

钻铰Φ25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；再把工件向固定V行块靠拢，用带光面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粗精铣宽度为30mm的下平台夹具设计

本夹具主要用来粗精铣杠杆宽度为30mm的下平台。由加工本道工序的工序简图可知。粗精铣杠杆宽度为30mm的下平台时，杠杆宽度为30mm的下平台有粗糙度要求Ra6.3m，杠杆宽度为30mm的下平台与工艺孔轴线分别有尺寸要

0.23求250mm。本道工序是对杠杆宽度为30mm的下平台进行粗精加工。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。

3.2.1定位基准的选择

由零件图可知Φ25孔的轴线所在平面和右端面有垂直度的要求是10゜，从定位和夹紧的角度来看，右端面是已加工好的，本工序中，定位基准是右端面，设计基准是孔Φ25的轴线，定位基准与设计基准不重合，需要重新计算上下端面的平行度，来保证垂直度的要求。在本工序只需要确定右端面放平。

为了提高加工效率，现决定用两把铣刀对杠杆宽度为30mm的下平台同时进行粗精铣加工。同时为了采用手动夹紧。

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行设计。

根据参考文献[1]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[1]固定挡销的结构如图3.6所示。

图3.6 固定挡销

主要结构尺寸参数如下表3.4所示。

表3.4 固定挡销的结构尺寸

D 12 D1 18 H 14 L 26 C 4 d 12 h 4 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=0.06×30/32=0.05625 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\\钻床上使用的，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(α+ψ1’)/2+r’tgψ2) 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) α－螺纹升角(゜)

ψ1－螺纹副的当量摩擦(゜)

ψ2－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[2]其回归方程为 Fj＝ktTs 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 =5×2000=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[1]定向键的结构如图3.7所示。

图3.7 定向键

根据参考文献[1]夹具U型槽的结构如图3.8所示。

图3.8 U型槽

主要结构尺寸参数如下表3.5所示。

表3.5 U型槽的结构尺寸

螺栓直径d 12

D 14 D1 30 L 20 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杠杆宽度为30mm下平台的粗精铣加工，所以选用直角对刀块。根据GB2243—80直角对到刀块的结构和尺寸如图3.9所示。

8714371025

图3.9 直角对刀块

塞尺选用平塞尺，其结构如图3.10所示。

×四周倒圆标记

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 3 允差d -0.006 C 0.25 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。

移动压板的结构如图3.11所示。

图3.11 移动压板

主要结构尺寸参数如表3.7所示。

表3.7 移动压板结构尺寸

L 97

B 30 b 11 l 36 l1 40 K 8 H 16 h 4 h1 1.5 m 12 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。整个夹具的结构夹具装配图ZJX-02所示。

3.2.7夹具设计及操作的简要说明

0.023本夹具用于在立式铣床上加工杠杆的小平面和加工Φ12.7。工件以250孔

及端面和水平面底为定位基准，在短销、支承板和支承钉上实现完全定位。采用转动A型压板夹紧工件。当加工完一边，可松开螺钉、螺母、支承钉来加工另一边。一次加工小平面和加工Φ12.7，如夹具装配图ZJX-02所示。

3.3钻M8螺纹孔夹具设计

3.3.1定位基准的选择

在加工M8螺纹孔工序时，Φ25孔和宽度为30mm的下平台已经加工到要求

尺寸。因此选用和Φ25孔及Φ25孔下表面加上宽度为30mm的作为定位基准。选择Φ25孔了工件的3个自由度，选择Φ45外圆面定位时，了3个自由度。即一面两销定位。工件以一面两销定位时，夹具上的定位元件是：一面两销。其中一面为Φ25孔下表面，两销为短圆柱销和固定挡销。

3.3.2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短圆柱销和固定挡销进行设计

根据参考文献[1]，可查得短圆柱销的结构和尺寸，如图3.12所示。

图3.12 短圆柱销

根据参考文献[1]表2-1-2固定定位销的结构及主要尺寸如图3.13所示。

图3.13 固定定位销

主要结构尺寸参数如表3.8所示。

表3.8 固定定位销的结构尺寸

D 12 D1 18 H 14 L 26 C 4 d 12 h 4 3.3.3定位误差分析

机械加工过程中，产生加工误差的因素有很多。在这些因素中，有一项因素于机床夹具有关。使用夹具时，加工表面的位置误差与夹具在机床上的对定及工件在夹具中的定位密切相关。为了满足工序的加工要求，必须使工序中各项加工误差之总和等于或小于该工序所规定的工序公差。

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，钻模与销的误差0.02mm，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=0.06×30/32=0.05625 可见这种定位方案是可行的。

3.3.4钻削力与夹紧力的计算

由于本道工序主要完成工艺孔的钻、攻螺纹加工，而钻削力远远大于攻螺纹切削力。因此切削力应以钻削力为准。由参考文献[2]得：

钻削力 F26Df0.8HB0.6

钻削力矩 T10D1.9f0.8HB0.6

11255232HBHB255187式中：D8mm HBHBma xmaxmin33 f0.15mmr1

.80.015 F268.88.90.105 T101.62032.623021N2 01.7N30m03m

本套夹具采用移动压板夹紧，移动压板主要靠移动压板上的螺母来实现夹紧。根据参考文献[1]可知该机构属于单个螺旋夹紧。

由式（3.1）根据参考文献[1]表1-2-20到表1-2-23可查得

W0351043033N

5.513tg（229'950')

3.3.5钻套、衬套、钻模板及夹具体设计

M8螺纹孔的加工需钻、攻螺纹两次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。根据工艺要求：M8螺纹孔分钻、攻螺纹两个工步完成加工。钻、攻，加工刀具分别为：钻孔——Φ7标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；攻螺纹——Φ8的丝锥。

根据参考文献[1]表2-1-47可查得钻套孔径结构如图3.14所示。

图3.14 快换钻套

钻M8孔钻套结构参数如表3.9所示。

表3.9

d H D 公称尺寸 12 允差 +0.018 +0.007 D1 22 D2 18 h 10 h1 4 m 7 m1 7 r 16  50° 7

20 根据参考文献[1]表2-1-58可得衬套选用固定衬套其结构如图3.15所示。

图3.15 固定衬套

其结构参数如表3.10所示。

表3.10

d 公称尺寸 12

允差 +0.034 +0.016 20 D 公称尺寸 18 允差 +0.023 +0.012 0.5 2 H C C1 根据参考文献[1]夹具U型槽的结构如图3.16所示。

图3.16 U型槽

主要结构尺寸参数如表3.11所示。

表3.11

螺栓直径d 12 D 14 D1 30 L 20 3.3.6夹紧装置的设计

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。

根据参考文献[1]移动压板（GB2175-80），其结构如图3.17所示。

图3.17 移动压板

主要结构尺寸参数如表3.12所示

表3.12

L 120 B 30 b 11 l 36 l1 50 K 8 H 16 h 4 h1 1.5 m 12 3.3.7夹具设计及操作的简要说明

本套夹具用于加工M8螺纹孔。定位采用常见的一面两销定位方案。以Φ25孔下表面（一面）及其内孔（带大端面的长圆柱销），加上宽度为30mm的下平台（固定定位销）来实现完全定位。主要考虑工件便于取出夹紧装置采用移动压板夹紧。工件加工完成后，移动压板向后退一定距离，工件就可以很方便的取出。工件装夹时，先将工件放到带大端面的长圆柱销和固定定位销处，然后将移动压板前移，压在工件上，将螺栓拧紧就可以进行加工了。加工完成以后将移动压板退出一定距离，就可以把工件直接取出。如夹具装配图ZJZ-03所示。

3.4小结

对专用夹具的设计，可以了解机床夹具在切削加工中的作用：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给以性能。本夹具设计可以反应夹具设计时应注意的问题，如定位精度、夹紧方式、夹具结构的刚度和强度、结构工艺性等问题。

总结与展望

本设计研究过程中仍然存在不足之处，有的问题还待于进一步深入，具体如下：

（1）缺乏经验，对一些参数和元件的选用可能不是非常合理，有一定的浪费。 （2）与夹具相关的刀具和量具的了解还不太清楚。

（3）系统的设计不太完善，在与计算机配合进行精确的数据采集和控制上还有一些不足。

（4）使用有一定的局限：人工操作多，零部件磨损度在实际中尚不明确。 希望在以后的学习和生活中能够不断的努力，以严谨的态度对待每一天的工作，用自己所学来回报社会，回报祖国。在努力和学习中不断的充实自我，完善自我，为祖国为社会做出更大的贡献。

参考文献

[ 1] 李洪，机械加工工艺师手册[M]，北京：机械工业出版社，1990。 [ 2] 薛源顺,机床夹具设计(第二版) [M],机械工业出版社,2003.1

[ 3] 马贤智，机械加工余量与公差手册[M]，北京：中国标准出版社，1994。

致 谢

在毕业设计的过程中，得到了公司师傅的大力帮助与指导。在他们的指导下，我的思维方式和学习方法得到了很大的提高。同时，师傅的认真负责、一丝不苟的工作态度，严谨的治学风格，使我深受启发。

同时在这次设计过程中，老师也给予我很大的帮助。在此，对老师和各位同学以及帮助过我的人表示由衷的感谢！

最后，在本文结束之际，向所有为我的论文提出宝贵意见的评阅专家们表示衷心的感谢和崇高的敬意! 谢谢!

附录：杠杆加工工艺及夹具设计图纸清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

图 名 钻M8底孔夹具体零件图 铣小平面夹具体零件图 钻M8底孔夹具 铣小平面夹具 钻￠25孔夹具体零件图 钻￠25孔夹具 杠杆 图 号 ZJZ-03-12 ZJZ-02-01 ZJZ-03 ZJZ-02 ZJZ-01-7 ZJZ-01 831009 图幅 A3 A3 A2 A2 备注 CAD图 CAD图 CAD图 CAD图 A1 CAD图 A0 A3 CAD图 CAD图 CA6140杠杆工艺卡片 831009 A3 CAD图 CA6140杠杆工艺卡片 CA6140杠杆工艺卡片 CA6140杠杆工艺卡片 CA6140杠杆工艺卡片 CA6140杠杆工艺卡片 CA6140杠杆工艺卡片 CA6140杠杆工艺卡片 831009 831009 831009 831009 831009 831009 831009 A3 A3 A3 A3 A3 A3 A3 CAD图 CAD图 CAD图 CAD图 CAD图 CAD图 CAD图

Xx 大 学

毕 业 设 计（论 文）任 务 书

机械工程 学院 2010 班级 机械设计及其自动化 学生

设计（论文）题目 CA6140 杠杆加工工艺及夹具设计

课题来源 工 厂

起讫日期 20 年 2 月 9 日至 20 年 5 月 26 日共 14周

指导教师（签名）

系（教研室）主任（签名）

课题依据 改革开放以来，机械工业充分利用国内外两方面的技术资源，有计划地进行企业的技术改造，引导企业走依靠科技进步的道路，使制造技术、产品质量和水平以及经济效益有了很大的提高，为繁荣国内市场、扩大出口创汇、推动国民经济的发展起了重要作用。 随着生产力的发展，科技在不断地进步，目前，大批量生产正逐渐成为现代机械制造业新的生产模式。在这种模式中，要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性，以缩短生产准备时间、降低生产成本。 本次课题的最后目的是了解杠杆的加工工艺过程及夹具的设计发展，与实际生产的应用联系。基本内容是1. 夹具的简介及市场发展前景；2. 定位基准的选择；3. 钻套、衬套、钻模板及夹具体设；4.夹具的加工工艺；5. 夹具的设计、操作 任务要求： 1. 图纸包括总装图和主要零件图，图纸量不少于2张0号图，其中至少有一张为计算机绘图。 2. 设计说明书8000字以上。

毕业设计（论文）进度计划：

起讫日期 2.9～2.23 2.24～4.4 4.5～5.3 5.4～5.20 5.27 工 作 内 容 确定课题，资料收集 方案的确定及总装草图 装配图，零件图 修改，说明书 答辩 备 注 备 注