支架零件的机械加工工艺及夹具设计本科论文

设计（论文）

题目支架零件的机械加工工艺及夹具设计

所属系部机械工程系所属专业机械设计与制造所属班级学号

学生姓名指导教师

起讫日期

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摘要

本文是对支架零件加工应用及加工的工艺性分析，主要包括对零件图的分析、毛坯的选择、零件的装夹、工艺路线的制订、刀具的选择、切削用量的确定、加工工艺文件的填写。选择正确的加工方法，设计合理的加工工艺过程。此外还对填料箱盖零件的两道工序的加工设计了专用夹具.

机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广的通用夹具，规格尺寸多已标准化，并且有专业的工厂进行生产。而广泛用于批量生产，专为某工件加工工序服务的专用夹具，则需要各制造厂根据工件加工工艺自行设计制造。本论文夹具设计的主要内容是设计磨中心孔夹具。

关键词：支架，加工工艺，加工方法，工艺文件，夹具

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Abstract

This paper is on the bracket parts processing application and processing technology and analysis, including the parts of the plan, the choice of blank, the clamping, the craft route making, tool selection, the determination of cutting conditions, processing documents. Choose the correct processing methods, design the reasonable process. In addition to the stuffing box cover part two process designing special fixture.

Machine tool fixture of many kinds, among them, the most widely used common fixture, size specifications have been standardized, and a professional production plant. While widely used in batch production, specially for a workpiece processing services for the fixture, it needs each factory according to workpiece machining technology to design and manufacture. In this paper, fixture design are the main contents of design of fixture for grinding center.

Key words: scaffold, processing technology, processing method, process documentation, fixture

目录

摘要 (2)

ABSTRACT (3)

目录 (4)

1 绪论 (6)

2 零件的分析 (5)

2.1零件的工艺分析 (5)

2.2零件的工艺要求 (5)

3 工艺规程设计 (6)

3.1加工工艺过程 (6)

3.2确定各表面加工方案 (6)

3.2.1 考虑因素 (6)

3.2.2 加工方案的选择 (7)

3.3确定定位基准 (7)

3.3.1粗基准的选择 (7)

3.3.2精基准选择的原则 (8)

3.4工艺路线的拟订 (9)

3.4.1工序的合理组合 (9)

3.4.2工序的集中与分散 (9)

3.4.3加工阶段的划分 (10)

3.4.4加工工艺路线方案的比较 (11)

3.5零件的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (13)

3.5.1毛坯的结构工艺要求 (13)

3.5.2零件的偏差计算 (13)

3.6确定切削用量及基本工时（机动时间） (14)

3.7时间定额计算及生产安排 (21)

4 钻直径14的孔夹具设计 (24)

4.1概述 (24)

4.2方案设计 (24)

4.3定位基准的选择 (24)

4.4切削力和夹紧力的计算 (24)

4.5定位误差分析 (25)

4.6导向装置设计 (26)

4.7夹具设计及操作说明 (26)

5 铣直径54端面设计 (27)

5.1设计要求 (27)

5.2夹具设计 (27)

5.2.1 定位基准的选择 (27)

5.2.2 切削力及夹紧力的计算 (27)

5.3定位误差的分析 (28)

5.4夹具设计及操作的简要说明 (28)

总结 (29)

参考文献 (30)

致谢 (31)

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1 绪论

机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，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，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。

而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。它们的研究对机械工业有着很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。

而本次对于零件加工工艺及夹具设计的主要任务是：

⑴完成零件零件加工工艺规程的制定；

⑵完成专用夹具的设计。

通过对零件零件的初步分析，了解其零件的主要特点，加工难易程度，主要加工面和加工粗、精基准，从而制定出零件加工工艺规程；对于专用夹具的设计，首先分析零件的加工工艺，选取定位基准，然后再根据切销力的大小、批量生产情况来选取夹紧方式，从而设计专用夹具。

2 零件的分析

2.1零件的工艺分析

支架是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和底面的精度要求较高，此外还有支架端面要求加工，对精度要求也很高。零件的底面、中心孔Φ38孔粗糙度要求都是6.1Ra ，所以都要求精加工。其中心孔有同轴度公差要求因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。 2.2 零件的工艺要求

一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。

图2.1 零件零件图

该加工有七个加工表面：平面加工包括零件底面、底部平面；孔系加工包括大、小头孔、小孔。

⑴ 以平面为主有：① 零件底面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是2.3 Ra ；

②支架小端面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是Ra。

2.3

=

⑵孔系加工有：①Φ38粗、精镗加工，其表面粗糙度为2.3

=

Ra；

②小孔钻铰加工2.3

Ra

=

零件毛坯的选择铸造，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。单边余量一般在1~3mm，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。因其年产量是中批量生产。

上面主要是对零件零件的结构、加工精度和主要加工表面进行了分析，选择了其毛坯的的制造方法为铸造和中批的批量生产方式，从而为工艺规程设计提供了必要的准备。

3 工艺规程设计

3.1 加工工艺过程

由以上分析可知，该零件零件的主要加工表面是平面、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，对于零件来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系以各尺寸精度。

由上面的一些技术条件分析得知：零件的尺寸精度，形状精度以及位置关系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。

3.2确定各表面加工方案

一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时使加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计零件的加工工艺来说，应选择能够满足平面孔系和孔加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较低的机床。

3.2.1 考虑因素

⑴要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。

⑵根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，

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在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。

⑶要考虑被加工材料的性质，例如：淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。

⑷要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。

⑸此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。

选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6，表面粗糙度为Ra0.63μm，并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车——半精车——淬火——粗磨。

3.2.2 加工方案的选择

⑴由参考文献[3]表2.1～12可以确定，平面的加工方案为：粗铣——精铣（79

R6.3～0.8，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可IT IT

），粗糙度为

a

以较小。

⑵由参考文献[3]表2.1～11确定，Φ40H7孔的表面粗糙度要求为6.3，则选择孔的加方案序为：粗镗——精镗。

⑷小孔钻铰孔加工方法：

因为孔的表面粗糙度的要求6.1

Ra，所以我们采用钻——扩——铰的加

=

工方法。

⑸小头端面的加工方法是：

因孔两侧面表面粗糙度的要求较高，为6.1

Ra，所以我们采用粗铣——

=

精铣。

3.3 确定定位基准

3.3.1粗基准的选择

选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。

粗基准选择应当满足以下要求：

⑴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。

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⑵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。

⑶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。

⑷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。

要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证零件在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从零件零件图分析可知，主要是选择加工零件底面的装夹定位面为其加工粗基准。

3.3.2精基准选择的原则

⑴基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。

⑵基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。

⑶互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。

自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。

此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。

要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证零件在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从零件零件图分析可知，它的底平面，适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不够，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统

的一的基准定位的要求。至于两侧面，因为是非加工表面，所以也可以用44

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孔为加工基准。

选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。

3.4工艺路线的拟订

对于中批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。零件的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔和面定位粗、精加工零件底面底部平面。

后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。

3.4.1工序的合理组合

确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：

⑴工序分散原则

工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。

⑵工序集中原则

工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。

的含0.4%～1.1%加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在8090c

苏打及0.25%～0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证

200。

零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于m g

3.4.2工序的集中与分散

制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。

⑴工序集中的特点

工序数目少，工件装夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这

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些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。

⑵工序分散的特点

工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备，简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术水平要求不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。

工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。

由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。

3.4.3加工阶段的划分

零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：

⑴粗加工阶段

粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。

粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11～IT12。粗糙度为Ra80～100μm。

⑵半精加工阶段

半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9～IT10。表面粗糙度为Ra10～

1.25μm。

⑶精加工阶段

精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。

精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工

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精度．精加工的加工精度一般为IT6～IT7，表面粗糙度为Ra10～1.25μm。

此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。

但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。

3.4.4加工工艺路线方案的比较

在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订三个加工工艺路线方案。

方案一：

1、铸造

2、时效处理

3、粗镗Φ38孔

4、精镗Φ38孔

5、车Φ46端面

6、车Φ34端面

7、铣削Φ54左端面

8、铣削Φ54右端面

9、铣削左凸台

10、铣削右凸台

11、铣削支架小端顶部凸台

12、钻支架小端顶部孔φ6

13、钻沉头孔

14、钻φ14孔

15、倒角φ14孔

16、终检

17、清洗入库

方案二：

1、铸造

2、时效处理

3、车Φ46端面

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4、车Φ34端面

5、铣削Φ54左端面

6、铣削Φ54右端面

7、铣削左凸台

8、铣削右凸台

9、铣削支架小端顶部凸台

10、粗镗Φ38孔

11、精镗Φ38孔

12、钻支架小端顶部孔φ6

13、钻沉头孔

14、钻φ14孔

15、倒角φ14孔

16、终检

17、清洗入库

加工工艺路线方案的论证：

⑴从前两步工序可以看出：方案把粗、精加工都安排在一个工序中，

以便装夹、安装工件。

⑵再看后面的镗孔、铣孔工序，方案Ⅰ把粗、精加工分在两个不同的工序中，而方案Ⅱ都在一个工序中，这样不但有利于工件的安装，且在设计专用夹具时也可以减少工件的安装次数。

方案二与方案三区别在于先镗孔后再钻各凸台面小孔。这样钻孔后导致孔内的粗糙度受到影响。

方案2中其工序较为集中，如粗、精加工都安排在一个工序中，以便装夹、安装工件。

由以上分析：方案Ⅱ为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程如下表：

1、铸造

2、时效处理

3、车Φ46端面

4、车Φ34端面

5、铣削Φ54左端面

6、铣削Φ54右端面

7、铣削左凸台

8、铣削右凸台

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9、铣削支架小端顶部凸台

10、粗镗Φ38孔

11、精镗Φ38孔

12、钻支架小端顶部孔φ6

13、钻沉头孔

14、钻φ14孔

15、倒角φ14孔

16、终检

17、清洗入库

3.5零件的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定

零件的锻造采用的是HT200铸造制造，其材料是HT200，生产类型为中批量生产，采用铸造毛坯。

3.5.1毛坯的结构工艺要求

零件为锻造件，对毛坯的结构工艺性有一定要求：

⑴由于铸造件尺寸精度较高和表面粗糙度值低，因此零件上只有与其它机件配合的表面才需要进行机械加工，其表面均应设计为非加工表面。

⑵为了使金属容易充满模膛和减少工序，铸造件外形应力求简单、平直的对称，尽量避免铸造件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构。

⑶铸造件的结构中应避免深孔或多孔结构。

⑷铸造件的整体结构应力求简单。

⑸工艺基准以设计基准相一致。

⑹便于装夹、加工和检查。

⑺结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。

在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类

形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。

3.5.2零件的偏差计算

⑴零件底平面和底部平面的偏差及加工余量计算

底平面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：

粗铣：由参考文献[4]表11～19。其余量值规定为2-3mm，现取3mm。查[3]

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