CA6140车床后托架夹具设计

安徽机电职业技术学院

  

    毕 业 设 计

设计题目：CA6140车床后托架夹具设计

       指导教师：江德松

       姓    名：吴德举

       班    级：数控3051班级

       系 （部）：数控工程系

             

              目  录

一、序言.......................................4

二、机床夹具介绍...............................5

三、机床夹具的定位及夹紧.......................8

四、零件的分析.................................19

五、工艺规程设计...............................20

六、夹具设计...................................35

七、毕业总结...................................38

八、参考文献...................................39

     

                

                  

                   一、序 言

   

     毕业设计在我们学完大学的全部基础课、技术基础课之后进行的，这是我们在进行毕业设计对所学各课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。另外在做完这次毕业设计之后，我得到一次在毕业工作前的综合性训练，我在想我能在下面几方面得到锻炼：

   （1）运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。

（2）提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。

（3）学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。   

就我个人而言，我希望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，从中锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力。

                 

                  二、机床夹具介绍                  

夹具最早出现在1787年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期。机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全。夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。

2.1夹具的现状几生产对其提出新的要求

    现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，尽管国际生产研究协会的统计表明中不批，多品种生产的工件已占工件种类数的85%左右。然而目前，一般企业习惯与采用传统的专用夹具，在一个具有只能感等生产的能力工厂中约拥有13000~15000套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有15%左右，特别最近年来柔性制造系统（FMS）、数控机床（NC），加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术被应用和推广，使中小批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。

 综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求：

    （1）能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期

    （2）能装夹一组相似性特征的工件

    （3）适用于精密加工的高精度的机床

    （4）适用于各种现代化制造技术的新型技术

    （5）采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率

 2.2现代夹具的发展发向

       现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面：

1、精密化

随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高

对其精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度可达正负0.1，用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5um，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆读可达0.2~0.5um。

2、高效化

高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时的和辅助时的，以提高劳动生产率，减少工人劳动强度，常见的高效化夹具有：自动化夹具、告诉化夹具、具有夹紧动力模块的夹具等。例如使用电动虎钳装夹工件，可使工件效率比普通虎钳提高了5倍左右；而高速卡盘则可保证卡爪在转速9000r/min的条件下能正常夹紧工件，使切削速度大幅度提高。

3、柔性化

夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是通过调

组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等，具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数控夹具等，在较长时间内，夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。

4、标准化

夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面，在制造典型夹具，结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和不见的形成：舍弃一些功能低劣的结构，通用化方法包括：夹具、部件、元件、毛呸和材料的通用化夹具的标准化阶段是通用化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。目前，我国已有夹具零件、部件的国家标准：GB2148~2249-80，GB2262~2269-80以及通用夹具标准，组合夹具标准等。夹具的标准化也是夹具柔性化高效化的基础，作为发展趋势，这类夹具的标准化，有利于夹具的专业化生产和有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。

             

             三、机床夹具的定位及夹紧

一、概述

     在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹具。它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，一接受施工或检测的装置。

 1、机床夹具的概念

     在机械加工过程中，为了保证加工精度，首先要使工件在机床上占有正确的位置，确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置的过程，称为工件的定位。定位后将其固定，使其在加工过程中始终保持定位位置不变的操作称为夹紧。工件在机床或夹具上定位、夹紧的过程称为工件的装夹。用以装夹工件的装置称为机床夹具，简称夹具。

2、机床夹具的组成

（1）机床夹具的基本组成部分

 1）定位装置

    该装置由定位元件组合而成，其作用是确定工件在夹具中的正确位置。

 2）夹具装置

    该装置的作用是将工件压紧夹牢，并保证工件在加工的过程中正确位置不变。

 3）夹具体

    夹具体是夹具的基本骨架，通过它将夹具所有的元件构成一个整体。

（2）机床夹具的其他特殊元件或装置

 1）连接元件

    根据机床的特点，夹具在机床上的安装连接常有两种形式。一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上。连接元件用以确定夹具本身在机床上的位置。如机床夹具所使用的过渡盘，铣床夹具所使用的定向键等，都是连接元件。

 2）对刀元件

    常用在普通铣床夹具中，用对刀快调整铣刀加工前的位置。对刀时，铣刀不与对刀快直接接触，而用塞尺进行检查，以免碰伤铣刀的切削刃和对刀快工作表面。

 3）导向元件

    常用在钻床、镗床夹具中，用钻套和镗套引导刀具加工中的正确位置。

 4）其他元件或装置

    根据加工需要，有些夹具还分别采用分度装置、靠模装置、上下料装置、预出器个平衡快等。这些元件或装置需要专门设计。

3、机床夹具的分类

    根据机床夹具的通用化程度，可将夹具氛围以下几种：

（1）通用夹具

    可加工一定范围内不同工价的夹具为通用夹具，如车床上的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘；铣床上的平口虎钳、分度头和回转工作台等。它们有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。这类夹具一般已标准化，由专业工厂生产，作为机床附件供应给用户。

    由于使用通用夹具夹紧工件比较费时，操作复杂，生产效率低，且较难装夹形状复杂的工件，故通用夹具主要用于单件小批生产，在产品固定的大批量生产中很少使用通用夹具，而使用效率较高的专用夹具。

（2）专用夹具

     专用夹具是针对某一种工件的某道工序专门设计的夹具。所以结构紧凑，操作迅速方便。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计与制造。

     专用夹具定位精度高，一批工件加工或所得尺寸稳定，互换性高，并且可以减轻劳动强度，节省工时，显著提高效率，另外利用专用夹具还可以扩大机床的工艺范围。但专用夹具是为满足某个工件某道工序的加工需要而专门设计的，所以它的适用范围较窄。此外、专用夹具的设计制造周期较长。当产品更换时，往往因无法再使用而报废，因此，专用夹具主要适用于产品品种相对稳定的大批大量生产。

 （3）成组夹具

      根据成组技术原来技术的用于成组加工的夹具。这种夹具的特点是，在通用的夹具体上，只需对夹具的部分元件稍加调整或更换，即可用于组内的不同工件的加工。

 （4）组合夹具

      组合夹具是由可循环使用的标准夹具零件部件组装成易于联结和拆卸的夹具。它在使用上具有专用夹具的优点，而当产品更换时，不存在夹具“报废”问题。因为它可以拆开，其元件可清洗入库，留待组装新的夹具。因此，组合夹具很适合于新产品试制和单件小批生产使用。由于组合夹具还具有缩短生产准备周期，减少专用夹具种类、数量和存放面积等优点，特别适用于新产品的试制和多品种小批量生产。

 （5）随行夹具

     随行夹具为自动线上使用的一种夹具。自动线夹具基本上分为两类：一类为固定式夹具，它与一般专用夹具相似；一类为随行夹具，她除了具有一般夹具所担负的装夹任务外，还担负自动线输送工件的任务。所以，它是跟随被加工工件沿着自动线从一个工位移到下一个工位的，故称为随行夹具。

   除了上述分类外，夹具还可以按照动力来源不同分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具及自夹紧夹具等，按工种还可以分为车床夹具、铣床夹具、磨床夹具、钻床夹具等。

4、机床夹具在机械加工中的作用

    夹具是机械加工中的一种工艺装备，它在生产中起的作用很大，所以在机械加工中的应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用：

（1）保证工件的加工精度

    由于采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，所以在机械加工中，可以保证工件各个表面的相互位置精度，使其不受或不受各种主观因素的影响，容易获得较高的加工精度，并使一批工件的精度稳定。

（2）提高劳动生产率和降低加工成本

    采用夹具使工件装夹方便，免去工件逐个找正对刀所花费的时间，因此可以缩短辅助时间。另外，采用夹具装夹或，产品质量稳定，对操作工人的技术水平的要求可以降低，有利于提高生产率和降低成本。

（3）扩大机床工艺范围和改变机床用途

     使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。这是在生产条件有限的也器中常用的一种技术改造措施。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗摸夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工，一充分发挥通用机床的作用。

（4）改善劳动条件和保证生产安全

     使用专用机床夹具可减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，保证安全生产。

二、工件的装夹方式

工件在机床上的装方式有以下三种方法：

（1）直接找正法

     在机床上根据工件上有关基准直接找正工件，使工件获得加工的正确位置的方法。

     直接找正法的定位精度和工作效率，取决于被找工件表面的精度、找正方法和所用工具及工人的技术水平。此法一般多用于单件小批生产和精度要求特别高的场合。

（2）划线找正法

     在机床上按毛坯或工件上所划线找正工件，使工件获得正确位置的方法。

     此法由于受到划线精度的限制，定位精度比较低，多用于单件小批量生产、毛坯精度较低以及大型零件等不使用夹具的粗加工中。

（3）用夹具装家

     即通过夹具上的定位元件使工件相对于刀具及机床获得正确位置的方法。

     此法使工件定位迅速方便，定位精度较高，广泛用于成批和大量生产。

上述用装夹工件的方法有以下几个特点：

1）工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准与夹具上的定位元件相接触而实现的。

2）由于夹具预先在机床上已调整好位置（也有在加工过程中再进行找正的），因此，工件通过夹具相对于机床也就有了正确的位置。

3）通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。

三、基准及其分类

    机器零件是由若干个表面组成的。这些表面之间的相对位置关系包括两方面的要求：表面见的位置尺寸精度和相对位置精度。研究零件表面的相对位置关系，是离不开基准的。不明确基准就不无法确定表面的位置。

    基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同功能，基准分为设计基准和工艺基准两大类。

1、设计基准

    在零件图样上所采用的基准，称为设计基准。

2、工艺基准

    零件在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。

（1）装配基准

    装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。

（2）测量基准

    测量时用以检验已加工表面尺寸几 位置的基准，称为测量基准。

（3）工序基准

    在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、形状及位置的基准，称为工序基准。

（4）定位基准

     工件定位时所采用的基准，称为定位基准。

 需要说明的是，作为基准的点、线、面在工件上并不一定具体存在。如轴心线、对称面等，它们是由某些具体表面来体现的。用以体现基准的表面称为定位基准。

四、工件的定位

一、工件定位的基本原理

    工件装夹在机床上必须使工件相对于刀具和机床处于正确的加工位置，它包括工件在夹具的定位、夹具在机床上的安装以及夹具相对于刀具和整个工艺系统的调整等工作过程。在使用夹具的情况下，就要使机床、刀具、夹具和工件之间保持正确的加工位置。显然，工件的定位是其中极为重要的一个环节。

1、六点定位原则

    定位，就是限制自由度。通常是用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是工件定位的“六点定位原则” 。

2、工件定位中可能出现的集中情况

（1）完全定位

     六个支承点限制了工件的全部自由度，称为完全定位。

（2）不完全定位

     根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。

（3）欠定位

     根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有被限制的定位，称为欠定位。器定位无法保证加工要求，所以是决不允许的。

（4）过定位

     夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象，称为过定位。过定位中常会出现干涉现象。

   消除或减小过定位所引起的干涉，一般有两种方法：

 一种是提高定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。

 一种是改变定位元件的结构，使定位元件在重复限制自由度的部分不起定位作用。

五、常见定位方式及定位元件

     定位方式和定位元件的选择包括选择定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等，他们主要取决于工件的加工要求、工件定位基准和外力的作用等因素。

1、工件及平面定位

（1）主要支承  主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用

   1）固定支承

   2）可调支承

   3）自位支承

（2）辅助支承  提高工件的安装刚性和稳定性

   1）螺旋式辅助支承

   2）自位式辅助支承

   3）推引式辅助支承

   4）液压锁紧的辅助支承

2、工件以圆柱空定位

（1）圆柱销

（2）圆锥销

（3）圆柱心轴

3、工件以外圆柱面定位

（1）在V形块中定位

（2）在圆孔中定位

（3）在半圆孔和圆锥孔中定位

六、工件的夹紧

     在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。工件定位以后需要通过一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上，使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动，以保证加工精度和安全生产。这样把工件压紧夹牢的装置，即称为夹紧装置。

一、夹紧装置的组成及基本要求

1、夹紧装置的组成

（1）力源装置

（2）中间传动机构  作用如下：

   1）改变夹紧作用力的方向

   2）改变夹紧作用力的大小

   3）具有一定的自锁性能

（3）夹紧元件

2、对夹紧装置的基本要求

（1）夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置

（2）夹紧力的大小要适当

（3）夹紧装置要操作方便

（4）结构要进凑简单，有良好的结构工艺性，尽量使用标准件

二、夹紧力的确定

     确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作同点。在确定夹紧力的三要素时要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情况，而且必须考虑定位装置的结构形式和布置方式。夹紧力的三要素对夹紧结构的设计起着决定性的作用。只有夹紧力的作用点分布合理，大小适当，方向正确才能获得良好的效益。

1、夹紧力方向的确定

（1）夹紧力方向应垂直于主要定位基准面

（2）夹紧力的方向最好与切削力、工件重力方向一致

2、夹紧力作用点的选择

（1）应能够保持工件定位稳定可靠，在夹紧过程中不会引起工件产生位移或偏转。

（2）应尽量避免或减少工件的夹紧变形

（3）夹紧力作用点应尽量靠近加工部位

3、夹紧力大小的估算

（1）首先假设系统为刚性系统，切削过程处于稳定状态。

（2）常规情况下，只考虑切削力（矩）在力系中的影响；切削力（矩）用切削原理公式计算。

（3）对重型工件应考虑工件重力的影响。在工件做高速运动场合，必须计入惯性力。

（4）分析对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡方程计算此状态下所需的夹紧力即为计算夹紧力

（5）将计算夹紧力再乘以K，即得实际夹紧力。K为总安全系数，K=K₀K₁K₂K₃

    各种因素的安全系数可查表2-3，一般K=1.5~2.5；

    当夹紧力与切削力相反时，K=2.5~3 。

三、典型夹紧结构

1、斜楔夹紧结构

2、螺旋夹紧结构

（1）单个螺旋夹紧结构

（2）螺旋压板夹紧结构

（3）偏心夹紧机构

四、定心夹紧机构

     当加工尺寸的工序基准是中心要素（轴线、中心平面等）撕，为使基准重合以减少定位误差，可以采用定位夹紧机构，所以，定心夹紧机构主要用于要求准确定心或对中的场合。

（1）螺旋式定心夹紧机构

（2）杠杆式定心夹紧机构

（3）楔式定心夹紧机构

（4）弹簧筒夹式定心夹紧机构

（5）膜片卡盘定心夹紧机构

（6）波纹套定心夹紧机构

（7）液性塑料定心夹紧机构

七、专用夹具设计

一、对机床专用夹具的基本要求可总括为以下几个方面：

（1）稳定地保证工件的加工精度

（2）提高机械加工的劳动生产率

（3）结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件

（4）应能够降低工件的制造成本

（5）适当提高夹具元件的通用化和标准化程度，以缩短夹具制造周期，降低夹具成  本

二、专用夹具设计方法和步骤

1、明确设计任务，收集设计资料

2、拟订夹具结构方案，绘制夹具草图

（1）确定工件的定位方案，设计定位装置，并对夹紧力进行估算，以确保夹紧可靠

（2）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置

（3）确定刀具的引导方式，选择或设计引导元件或对刀元件

（4）确定其他元件或装置的结构形式，如定位键、分度装置等

（5）确定夹具的总体结构及夹具在机床上的安装方式。对夹具的总体结构最好能拟订出几个不同的方案，画出草图，经过分析比较，选择最佳方案

3、绘制夹具总图

（1）选择操作者工作时正对的位置为主视图

（2）用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面以及加工表面画在各视图相应的位置上，待加工面上的加工余量可用网纹线表示。在夹具总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面的线条

（3）依次画出定位、夹紧、导向元件或装置的具体结构，再画出夹具体，将各元件或装置连成一个整体

（4）在总图上标注尺寸（包括轮廓尺寸、联系尺寸、重要的配合尺寸等）、公差和技术要求

（5）绘制夹具零件图。在夹具中的非标准零件都要绘制零件图，并按总图要求确定零件的尺寸、公差及技术条件

三、夹具总图技术要求的制订

1、夹具总图上应标注的尺寸和公差

（1）夹具外形的最大轮廓尺寸

（2）影响定位精度的尺寸

（3）影响对刀精度的尺寸和公差

（4）影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差

（5）影响夹具精度的尺寸和公差

（6）其他装配尺寸及公差

2、夹具总图上公差值的确定

（1）与加工尺寸有直接对应关系的夹具公差δ_J

（2）其他装配尺寸的配合性质及公差等级

3、夹具总图上应标注

4、的技术要求

                     

                四、 零件的分析

一、零件的作用

      题目所给的零件是CA6140车床后托架。后拖架是在加工超出床身长度的细长杆零件时，用来支撑工件的机床附件，通常半自动机床使用较多，主要起支撑作用和固定作用。

二、零件的工艺分析

     CA6140车床后拖共有三组加工表面，他们相互之间有一定的位置要求。现分析如下：

1、加工φ40孔

2、加工φ30.2孔

3、加工φ25.5孔

这三组加工圆孔之间有着一定的位置要求，主要是：

（1）φ40孔与底面的平行度公差为100：0.07。

（2）Φ30.2孔与底面的平行度公差为100：0.07,相对于φ40孔的平行度公差为100：0.08。

（3）Φ25.5孔与底面的平行度公差为100：0.07,相对于φ40孔的平行度公差为100：0.08。

（4）粗糙度要求都是1.6μm ，且都处于同一高度（35±0.07）。

由以上分析可知，有一个面和一个锪平面有尺寸精度要求，而且有一定的表面粗糙度要求。对于这三组孔，可以设计一专用夹具，将三孔同时加工出来，因是大批量生产，保证其加工精度。

            

                五、工艺规程设计

一、确定毛坯的制造形式

     零件材料为HT200，采用铸造。由于零件年产量为5000件，已达大批量生产水平，故采用铸造精度较高的金属型铸造。

二、基面的选择

     基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面的选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

（1）粗基准的选择

     因本零件毛坯是金属模铸造成型，铸件精度较高，所以选择底面作为粗基准加工三个孔。再加底面的三个支撑钉一共限制六自由度，达到完全定位。

（2）精基准的选择

     主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，在此不在重复。

三、制定工艺路线

     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  级等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

工艺路线方案：

   工序Ⅰ：铣面A长为120mm

   工序Ⅱ：磨消A面

   工序Ⅲ：锪平，保证R_a=6.3

   工序Ⅳ：钻φ13的孔，锪φ20孔到12mm

   工序Ⅴ：钻2-φ9.8的孔，粗铰2-φ9。96的孔，精铰2-φ10的孔，锪2-φ13的孔到40

   工序Ⅵ：钻φ25的孔，φ28的孔，扩φ39，钻φ28，钻φ24的孔

   工序Ⅶ：粗镗φ39.5,精镗φ39.8，粗镗φ29.5,精镗φ30,粗镗φ25,精镗φ25.3

   工序Ⅷ：磨孔φ40，φ30.2，φ25.5的孔

   工序Ⅸ：钻φ6的孔，φ5.1的孔，攻M6的螺纹

   工序Ⅹ：检查

以上工艺过程祥见“机械加工工艺卡片”。

四、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

     零件材料为HT200，硬度170~220HBS，毛坯重量为3.05kg。生产类型为大批生产，采用金属模铸造毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，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：

1、铣底面A为120mm方向的加工余量及公差

     查《机械加工工艺手册》（以下简称《工艺手册》）表3.1-24，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公差等级CT分为5~7级，选用5级。

查表3.1-21，得铸件尺寸公差为0.82mm

查表3.1-27，得此铸件机械加工余量等级为5~7级，选用5级

查表3.1-26，得加工余量值为2.5mm

2、孔(φ40mm、φ30.2mm、φ25.5mm)

①如孔尺寸为，参照《工艺孔的加工余量分配手册》表3.2-10，确定

 钻孔：φ38mm

 扩孔：φ39mm

 粗镗：φ39.5mm

 精镗：φ39.8mm

 磨：  φ40mm

②如孔尺寸为，参照《工艺孔的加工余量分配手册》表3.2-10，确定

 钻孔：φ28mm

 粗镗：φ29.6mm

 精镗：φ30mm

 磨：  φ30.2mm

③如孔尺寸为，参照《工艺孔的加工余量分配手册》表3.2-10，确定

 钻孔：24mm

 粗镗：φ24.9mm

 精镗：φ25.3mm

 磨：  φ25.5mm

3、底面A长为120X18的加工余量

①按照《工艺手册》表3.1-21，铸件的尺寸偏差为±0.41mm

②精铣余量：查《工艺手册》表3.2-25，取0.1mm，因为该方向上有尺寸精度要求，表面粗糙度R_a 1.6μm，所以规定本工序精铣的加工精度为IT6级，精铣公差即零件公差为0.54mm

③粗铣余量：Z=2.0-0.1=1.9mm

粗铣公差：本工序粗铣的加工精度取IT12级，因此粗铣的加工公差为-0.35（入体方向）

由于毛坯及以后各道工序（或工序）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和最小余量之分。

由于本设计规定的零件为大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。

毛坯名义尺寸：   120+2*2=124mm

毛坯最大尺寸：   124+0.55=124.55mm

毛坯最小尺寸：   124-0.55=123.45mm

粗铣后最大尺寸： 120+0.35=120.35mm

粗铣后最小尺寸： 120.35-0.035=120.315mm

磨后最小尺寸：   120.315-0.1=120.215mm

五、确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ：粗精铣底端面A

1、粗铣底端面

 ①进给量

   查《工艺手册》表9.4-1粗铣每齿进给量a_f为0.2~0.3mm/z取0.125mm/z,此工序采用φ40硬质合金面铣刀，查表9.2-2得齿数为2

   所以进给量f=a_fz=0.125X2=0.25mm/r

 ②铣削速度

   按《工艺手册》表9.4-8，铣削速度的计算公式

        

      

    其中c_v=23、q_v=0.2、m=0.15、p_v=0.1，修正系数k_v(见《工艺手册》表9.4-11)即：

   k_mv=0.88、k_mpm=1.11、k_0v=1.1 

   所以：v=90(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000V/πID=1000X90/3.14X40=800(r/min)

 ④切削工时

   查《工艺手册》表9.4-31，切削工时计算公式：

  

    其中l₁=0.5d₀+(0.5-1)=21

        l₂=1~2取2

        v_f=a_f*z_*n=0.15X4X174=104.4

    所以：t_m= 0.67(min)

2、精铣底端面

 ①进给量

   根据《工艺手册》表9.4-1，精铣每转进给量f=0.15mm/r

 ②铣削速度

 

  

  其中c_v=23、q_v=0.2、m=0.15、p_v=0.1，修正系数k_v(见《工艺手册》表9.4-11)即：

   k_mv=0.88、k_mpm=1.11、k_0v=1.1、k_s=0.8

  所以：  V=60(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w=130(r/min)

 ④切削工时

  

  其中l₁=0.5d₀+(0.5-1)=21

      l₂=1~2取2

      v_f=f_*n=1.0X130=130

  所以：t_m=0.54(min)

工序Ⅱ：磨削A面

 ①进给量

   查《工艺手册》表3-106，得f=0.05mm/z

 ②铣削速度

   查《工艺手册》表3-110,得V=0.048m/min

 ③主轴转速

   查《工艺手册》表4-13,得N=1500r/min

工序Ⅲ：钻、扩φ40、φ30.2、φ25.5孔

1、钻孔φ38mm

 ①进给量

   查《工艺手册》表10.4，得f为0.56~0.76mm/r取0.64mm/r

 ②铣削速度

   根据《工艺手册》表10.4-9，钻、铰孔的切削速度公式：

  

   其中c_v=9.4、z_v=0.25、y_v=0.4、x_v=0、m=0.125、T=75

   所以：v_c=72(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w=1000X12.89/3.14X21.5=191(r/min)

 ④切削工时

   根据《工艺手册》表10.4-43查得钻、铰孔时加工机动时间计算公式：

  

   其中l_f=(d_w/2)+3=13.75

       l₁=2~4取3

   所以：t_m=0.55(min)

2、扩孔φ39mm

 ①进给量

   查《工艺手册》表10.4-7，得f=1.3~1.6mm/r取1.4mm/r

 ②铣削速度

  

   其中c_v=15.6、z_v=0.2、y_v=0.5、x_v=0.1、m=0.3、T=120

   所以：v_c=28.8(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w=1000X3.77/3.14X22=55(r/min)

 ④切削工时

  

   其中l_f=(d-d_w/2)+3=3.25

       l₁=10~45取30

   所以：t_m=2.21(min)

3、钻φ28mm

 ①进给量

   查《工艺手册》表10.4-1，得f=0.56~0.76mm/r取0.60mm/r

 ②铣削速度

  

   其中c_v=9.4、z_v=0.25、y_v=0.4、x_v=0、m=0.125、T=75

   所以：v_c=64.8(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w=1000X12.89/3.14X21.5=191(r/min)

 ④切削工时

  

   其中l_f=(d_w/2)+3=13.75

       l₁=2~4取3

   所以：t_m=0.5(min)

4、钻φ24mm

 ①进给量

   查《工艺手册》表10.4-1,得f为0.46~0.66mm/r取0.54mm/r

 ②铣削速度

   根据《工艺手册》表10.4-9，钻、铰孔的切削速度公式：

  

   其中c_v=9.4、z_v=0.25、y_v=0.4、x_v=0、m=0.125、T=75

   所以：v_c=64.8(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w=1000X12.89/3.14X21.5=191(r/min)

 ④切削工时

  

    其中l_f=(d_w/2)+3=13.75

        l₁=2~4取3

   所以：t_m=0.56(min)

工序Ⅳ：粗、精镗φ40mm、φ30.2mm、φ25.5mm

1、粗镗φ39.5mm

 ①进给量

   查《工艺手册》表8.4-1，得f为0.14~0.35mm/r取0.25mm/r

 ②铣削速度

  

  其中c_v=158、y_v=0.4、x_v=0.15、m=0.2、T=60

  所以：v_c=20(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w=1000X83.6/3.14X22=1210(r/min)

 ④切削工时

  

     其中    

             l₂=0~3取2

    所以：t=0.44(min)

2、精镗φ39.8mm

 ①进给量

   查《工艺手册》表8.4-1，得f为0.10~0.25mm/r取0.12mm/r

 ②铣削速度

  

  其中c_v=158、y_v=0.4、x_v=0.15、m=0.2、T=60

  所以：v_c=12(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w =1000X83.6/3.14X22=1210(r/min)

 ④切削工时

  

  其中    

           l₂=0~3取2

  所以：t=0.62(min)

3、粗镗φ29.6mm

 ①进给量

   查《工艺手册》表8.4-1，得f为0.10~0.35mm/r取0.12mm/r

 ②铣削速度

  

  其中c_v=158、y_v=0.4、x_v=0.15、m=0.2、T=60

  所以：v_c=12(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w=1000X83.6/3.14X22=1210(r/min)

 ④切削工时

    

  其中    

           l₂=0~3取2

  所以：t=0.62(min)

4、精镗φ30mm

 ①进给量

   查《工艺手册》表8.4-1，得f为0.10~0.25mm/r取0.12mm/r

 ②铣削速度

  

  其中c_v=158、y_v=0.4、x_v=0.15、m=0.2、T=60

  所以：v_c=12(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w=1000X83.6/3.14X22=1210(r/min)

 ④切削工时

    

  其中    

           l₂=0~3取2

  所以：t=0.62(min)

5、粗镗φ24.9mm

 ①进给量

   查《工艺手册》表8.4-1，得f为0.10~0.35mm/r取0.12mm/r

 ②铣削速度

  

  其中c_v=158、y_v=0.4、x_v=0.15、m=0.2、T=60

  所以：v_c=20(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w=1000X83.6/3.14X22=1210(r/min)

 ④切削工时

    

  其中    

           l₂=0~3取2

  所以：t=0.44(min)

6、精镗φ25.3mm

 ①进给量

   查《工艺手册》表8.4-1，得f为0.10~0.25mm/r取0.12mm/r

 ②铣削速度

  

  其中c_v=158、y_v=0.4、x_v=0.15、m=0.2、T=60

  所以：v_c=12(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w =1000X83.6/3.14X22=1210(r/min)

 ④切削工时

    

 

其中    

         l₂=0~3取2

  所以：t=0.62(min)

工序Ⅴ：磨孔φ40mm、φ30.2mm、φ25.5mm

1、磨孔φ40mm

 ①进给量

   查《工艺手册》表3-101和3-110，得f为0.04mm/r

 ②铣削速度

  

  其中c_v=158、y_v=0.4、x_v=0.15、m=0.2、T=60

   所以：v_c=12(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w =1000X83.6/3.14X22=1210(r/min)

 ④切削工时

    

  其中    

           l₂=0~3取2

  所以：t=6.25(min)

2、磨孔φ30mm

 ①进给量

   查《工艺手册》表3-101和3-110，得f为0.04mm/r

 ②铣削速度

  

  其中c_v=158、y_v=0.4、x_v=0.15、m=0.2、T=60

  所以：v_c=18(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w =1000X83.6/3.14X22=1210(r/min)

 ④切削工时

    

  其中    

           l₂=0~3取2

  所以：t=3.57(min)

3、磨孔φ25.5mm

 ①进给量

    查《工艺手册》表3-101和3-110，得f为0.04mm/r

 ②铣削速度

  

   其中c_v=158、y_v=0.4、x_v=0.15、m=0.2、T=60

   所以：v_c=20(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w =1000X83.6/3.14X22=1210(r/min)

 ④切削工时

    

  其中    

           l₂=0~3取2

  所以：t=3.57(min)

工序Ⅵ：钻φ6、φ5.1的孔

1、钻φ6mm的孔

 ①进给量

   查《工艺手册》表10.4-1，得f为0.16~0.26mm/r取0.22mm/r

 ②铣削速度

  

  其中c_v=9.4、z_v=0.25、y_v=0.4、x_v=0、m=0.125、T=75

  所以：v_c=100(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w =1000X83.6/3.14X22=1210(r/min)

 ④切削工时

  

   其中l_f=(d_w/2)+3=13.75

       l₁=2~4取3

   所以：t_m=2.37(min)

2、钻φ5.1mm的孔

 ①进给量

   根据《工艺手册》表9.4-1精铣每转进给量f=0.18mm/r

 ②铣削速度

         

      

    其中c_v=23、q_v=0.2、m=0.15、p_v=0.1，修正系数k_v(见《工艺手册》表9.4-11)即：

   k_mv=0.88、k_mpm=1.11、k_0v=1.1、k_s=0.8

   所以：v=100(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w =1000X83.6/3.14X22=1210(r/min)

 ④切削工时

      

    其中l₁=0.5d₀+(0.5-1)=21

        l₂=1~2取2

        v_f=f_*n=0.15X130=130

    所以：t_m= 3.33(min)  

工序Ⅶ：攻M6螺纹

 ①进给量

   根据《工艺手册》表9.4-1精铣每转进给量f=0.15mm/r

 ②切削速度

         

      

    其中c_v=23、q_v=0.2、m=0.15、p_v=0.1，修正系数k_v(见《工艺手册》表9.4-11)即：

   k_mv=0.88、k_mpm=1.11、k_0v=1.1、k_s=0.8

   所以：v=4.8(m/min)

 ③主轴转速

   n=1000v_c/πd_w =1000X83.6/3.14X22=1210(r/min)

 ④切削工时

       

  其中    

           l₂=0~3取2

  所以：t=3.57(min)

工序Ⅷ：检查

    最后，将以上各工序切削用量、额定工时的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工序卡片。

六、夹具设计

夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。

一、设计主旨

     设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。

本夹具主要用来对φ40、φ30.2及φ25.5孔进行加工，三组孔尺寸精度要求为IT7，表面粗糙度Ra1.6μm，钻、镗、磨就足以满足其精度。所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。

二、夹具设计

1、定位基准的选择

   本夹具用于在摇臂钻床上加工后托架的三杆孔，工件以底平面限制三个自由度、侧面和盖板平面为定位基准。为了缩短辅助时间，采用螺旋夹紧机构。

2、切削力及夹紧力的计算

刀具：硬质合金刀具，φ24mm，Z=4mm

①切削力

  查《机床夹具设计手册》表1-2-9,得铣削力计算公式：

   

式中P───钻削力

    t───钻削深度，72mm

    S_z───每齿进给量，0.15mm

    D───钻刀直径，24mm

    B───钻削宽度，1.5mm

    Z───钻刀齿数，4

所以：P=490X24^1.0X0.15^0.74X24^-1.0X1.5^0.9X4

       =856(N)

 ②夹紧力

   查《机床夹具设计手册》表1-2-11,查得工件以孔定位时所需夹紧力计算公式：

    

式中Q───夹紧力

    K───安全系数

    D───工件与支撑面接触的最大长度，120mm

    u₁───工件与支撑面之间的摩擦系数，0.2

    u₂───工件与夹紧元件之间的摩擦系数，0.16

    D₁───压板直径，36mm

    D₂───支撑面直径，50mm

    d───支撑钉的直径，20mm

安全系数K=K₀K₁K₂K₃K₄K₅K₆

其中 K₀───基本安全系数，1.2

     K₁───加工性质，1.2

     K₂───刀具钝化程度，1.3

     K₃───切削特点，1.0

     K₄───夹紧力的稳定性，1.3

     K₅───手动夹紧时的手柄位置，1.0

     K₆───仅有力矩时工件回转时工件与支撑面接触的情况，1.0

所以：K=1.2X1.2X1.3X1.0X1.3X1.0X1.0=2.4336

则所需夹紧力Q=4436(N)

查《机床夹具手册》表1-2-26，查得螺旋夹紧机构夹紧力的计算公式：

 

式中W_Q───产生的夹紧力

    M_K───实际所需夹紧力，4436N

     r¹───螺杆端部与工件间的当量摩擦半径，0

    ───螺杆端部与工件间的摩擦角，

     a───螺纹升角，0⁰47¹

     r₂───螺纹中径一半，11.675

    ───螺旋副当量摩擦角，8⁰32¹

    ───除夹紧机构之外的效率，0.85~0.95

  W_Q=

计算得出W_Q=6989N大于所需夹紧力4436N，故本夹具可安全工作。

3、定位误差的分析

①零件图样上规定φ40mm与其位置公差0.10的转角公差为75⁰，故要求φ30mm        的公差小于75⁰，则符合要求。

②零件图样上规定φ30.2mm与其位置公差0.10的转角公差为100⁰，故要求φ25.5mm的公差小于100⁰，则符合要求。

③零件图样上有φ40mm的孔以A面为基准的平行度要求为100：0.07，则为35mm时为0.0245,与其要求公差为0.014,则符合要求。

④零件图样上有φ30.2mm，以A、B为基准的平行度要求分别为100：0.07和100:0.08,算得结果分别为：0.024和0.028，也是符合要求。

                 七、毕业设计的心得体会                

    

    时至今日，几个礼拜的毕业设计终于可以画上一个句号了，但是现在回想起来做毕业设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，不过乐趣尽在其中呀！没有接受任务以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结（这是我以前的一种想法），但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面、太偏激了。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结。

     第一，接到任务以后进行选题。选题是毕业设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目，这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。好比走路，这开始的第一步是具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。否则，就可能走许多弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地。而学校发布了指导老师所指导的学生名单，题目以在指导老师手中，现在的任务就是去找指导老师那里要毕业设计的题目。

     第二，题目确定后就是找资料了。查资料是做毕业设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，到院图书馆、书店、去虽说是比较原始的方式，但也有可取之处的，还有就是在网上寻找资料。总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。

     第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。

     第四，有了研究方向，就应该动手实现了。其实以前的三步都是为这一步作的铺垫。 编写源代码的时候最好是编写一个小模块就进行调试，这样可以避免设计的最后出现太多的错误而乱成一团糟。一步步地做下去之后，你会发现要做出来并不难，只不过每每做一会儿会发现一处错误要修改，就这样在不断的修改调试，再修改再调试。

     我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

     在此要感谢我的指导老师对我悉心的指导，感谢老师给我这样的机会锻炼。在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

八、参考文献八、参考文献

     

    1、杨叔子主编.机械加工工艺师手册.北京：机械工业出版社，2001

2、李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社，1994

3、孙本绪、熊万武编.机械加工余量手册.北京：国防工业出版社，1999

4、赵家齐主编.机械制造工艺学课程设计指导书.北京:机械工业出版社，2000

    5、田春霞主编.数控加工工艺.北京：机械工业出版社，2006

6、吴拓、方琼珊主编. 机械制造工艺与机床夹具课程设计指导书.北京：机械工业出版社，2005