减速器箱盖加工工艺及夹 毕业设计

摘 要

在生产加工过程中，通过一定的手段使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，工件的定位方案的采用，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。对应工序的夹具设计，夹具设计所采取的定位方案，方案的可行性分析，以及各个零部件的装配图和多视图。

关键词：工序 工艺分析 定位方案 夹具设计

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Abstract

In the production process, Through some means to make production object (raw materials, semifinished product, parts or assembly, etc.) state of the quality and quantity of the process is called direct change happened process, such as blank manufacturing process, mechanical processing, heat treatment, assembling and are called the process technology. In making process, make sure the process of installation location and the process need work step, processing this process of locomotive and machine tools, cutting depth, the feed spindle speed and cutting speed, this process of fixture, tools and measuring tools, and go walking knife number and length of the process, Also the positioning scheme adopted. Finally calculated the basic time, Auxiliary time and locate service time. Corresponding process of fixture design, fixture design scheme to the feasibility of the scheme, the position of each component analysis, and the assembly and multiple views.

Keywords: Process; Process analysis; Positioning scheme; Fixture design;

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目 录

摘 要 .............................................................. I ABSTRACT ........................................................... II 目 录 ............................................................ III 第1章 绪论 ......................................................... 1 第2章 减速器箱盖的分析 ............................................. 2 2.1 减速器箱盖的工艺分析 .......................................... 2 2.2确定毛坯的制造形式 ............................................ 4 2.3箱体零件的结构工艺性 .......................................... 4 第3章 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影响加工方法的因素 ......................................... 6 3.3确定定位基准 .................................................. 6 3.3.1粗基准的选择 ............................................... 6 3.3.2精基准选择的原则 ........................................... 7 3.4工艺路线的拟订 ................................................ 8 3.4.1工序的合理组合 ............................................. 8 3.4.2工序的集中与分散 ........................................... 8 3.4.3加工阶段的划分 ............................................. 9 3.4.4拟定加工工艺规程 .......................................... 10 第4章 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 ...................... 13 4. 1毛坯的外廓尺寸 .............................................. 13 4．2主要平面加工的工序尺寸及加工余量 ............................ 14 4. 3加工的工序尺寸及加工余量 .................................... 14 第5章 确定切削用量及基本工时 ...................................... 15 5.1工序5 粗铣上窥视孔面 ......................................... 15 5.2工序6 粗铣结合面 ............................................. 15 5.3工序7 磨分割面 ............................................... 16 5.4工序8 钻孔 ................................................... 17 第6章 专用夹具的设计 .............................................. 20

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6．1粗铣下平面夹具 .............................................. 20 6.1.1问题的指出 ................................................ 20 6.1.2夹具设计 .................................................. 20 6.2粗铣前后端面夹具设计 ................................................................................... 21 6.2.1定位基准的选择 ............................................ 22 6.2.2定位元件的设计 ............................................ 22 6.2.3定位误差分析 .............................................. 22 6.2.4铣削力与夹紧力计算 ........................................ 23 6.2.5夹紧装置及夹具体设计 ...................................... 23 6.2.6定位销选用 ................................................ 24 6.2.7夹紧装置的选用 ............................................ 24 6.2.8定向键与对刀装置的设计 .................................... 24 6.2.9具设计及操作的简要说明 .................................... 29 结 论 .......................................................................................................................... 30 参考文献 ...................................................................................................................... 31 致 谢 .......................................................................................................................... 32

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第1章 绪论

机械设计制造及其夹具设计是我们融会贯通四年所学的知识，将理论与实践相结合，对专业知识的综合运用训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下良好的基础。

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。

而本次对于减速器箱盖加工工艺及夹具设计的主要任务是： （1）完成减速器箱盖零件加工工艺规程的制定； （2）完成其中部分专用夹具的设计。

通过对减速器箱盖零件的初步分析，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，从而制定出拨叉加工工艺规程；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。

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第2章 减速器箱盖的分析

2.1 减速器箱盖的工艺分析

减速器箱盖的三维实体图如图2-1所示：

图2-1 减速器箱盖

减速器箱盖的二维图如图2-2、2-3、2-4所示：

图2-2底视图

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图2-3正视图

图2-4俯视图

通过上述各图对工件进行工艺分析，可知：

要加工孔的孔轴配合度为H7，其中Ⅰ轴的表面粗糙度为Ra小于2.5um,圆柱度为0.010mm ,同轴度为0.025mm。Ⅱ轴的表面粗糙度为Ra小于1.6um，圆柱度为0.008mm，同轴度为0.025mm，两轴孔的平行度为0.025mm。两轴孔的位置精度见图2-3。

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其它孔的表面粗糙度为Ra小于12.5um,锥销孔的表面粗糙度为Ra小于1.6um。盖体上平面表面粗糙度为Ra小于12.5um,端面表面粗糙度为Ra小于3.2um，机盖机体的结合面的表面粗糙度为Ra小于1.6um，结合处的缝隙不大于0.05mm，未注明的倒角为2×45，表面粗糙度为Ra小于12.5um。

2.2确定毛坯的制造形式

图2-3 零件毛坯图

箱体零件的毛坯通常采用铸铁件.因为灰铸铁具有较好的耐磨性,减震性以及良好的铸造性能和切削性能,价格也比较便宜。有时为了减轻重量,用有色金属合金铸造箱体毛坯(如航空发动机上的箱体等)。在单件小批生产中,为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯。

毛坯的铸造方法,取决于生产类型和毛坯尺寸.在单件小批生产中,多采用木模手工造型;在大批量生产中广泛采用金属模机器造型,毛坯的精度较高.箱体上大于30~50mm的孔,一般都铸造出顶孔,以减少加工余量由于铸铁容易成形，由于铸铁容易成形，切削性能好，价格低廉，且抗振性和耐磨性也较好，因此，一般箱体零件的材料大都采用铸铁。

2.3箱体零件的结构工艺性

箱体的结构形状比较复杂，加工的表面多，要求高，机械加工的工作量大，结构工艺性有以下几方面值得注意

本箱盖加工的基本孔可分为通孔和阶梯孔两类，其中通孔加工工艺性最好，阶梯孔相对较差。

箱盖的内端面加工比较困难，结构上应尽可能使内端面的尺寸小于刀具需穿

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过之孔加工前的直径，当内端面的尺寸过大时，还需采用专用径向进给装置。

为了减少加工中的换刀次数，箱盖上的紧固孔的尺寸规格应保持一致，本箱盖分别为直径M10和M12。

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第3章 工艺规程设计

3.1 加工工艺过程

由以上分析可知，该箱盖零件的主要加工表面是平面和孔系。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，对于箱盖来说，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及各尺寸精度。

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。对于我们设计减速器箱盖的加工工艺来说，应选择能够满足平面孔系和槽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，考虑到成本问题应选择价格较底的机床。

3.2.1影响加工方法的因素

（1）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。

（2）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，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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

注意各项因素，对于改善加工质量有很大的帮助。

3.3确定定位基准

3.3.1粗基准的选择

选粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面

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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：

（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。

（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，必要时需经粗加工。

要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证箱盖在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从箱盖零件图分析可知，主要是选择加工箱盖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

（1）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。

（2）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。

（3）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，能保证箱盖在整个加

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工过程中基本上都能用统一的基准定位。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。

本次工艺设计所采用的加工粗基准为上箱体与下箱体的结合面，加工上箱体的下结合面，作为定位的粗基准。

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。箱盖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、精加工相应面，后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。第一阶段主要完成平面，，紧

固孔和定位空的加工，为箱体的装合做准备；第二阶段为在装合好的箱体上加工轴承孔及其端面。

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：

（1）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。

（2）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。

加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在80―90ml的含0.4%～1.1%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。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于200mg。

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（1）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些表

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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。

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。

（2）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： （1）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。

（2）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。

（3）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，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般为IT6～IT7，表面粗糙度为 Ra10～1.25μm。

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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，要是情况而定，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。

按照此次工艺规程设计的要求，根据工序的集中与分散原则及其相应的特点，拟定如下的工艺加工路线，工艺规程设计见下图： 3.4.4拟定加工工艺规程

零件加工工艺如表3-1所示：

表3-1工艺规程卡

工序号 1 2 铸造 清砂 清除浇注系统，冒口，型砂，飞边，飞刺等 3 4 5 热处理 涂漆 粗铣 人工时效处理 非加工面涂防锈漆 以分割面为装夹基面，按线找正，夹紧工件， 铣上孔平面，保证尺寸3mm 6 粗铣 以已加工上平面及侧面做定位基准，装夹工件，铣结合面，保证尺寸12mm，留有磨削余量0.05—0.06mm 7 磨 钻 磨分割面至图样尺寸12mm 以分割面及外形定位，钻2—Φ11mm孔 6—Φ13mm孔，钻攻M10mm 专用磨床 专用钻床 专用铣床 专用铣床 工序名称 工序内容 工艺装备 8 9 10 11

检验 钳 检查各部尺寸及精度 将箱盖，箱体对准和箱，用6—M12螺栓， 螺母紧固 钻 钻，铰2—Φ6mm的锥销孔，装入锥销 - 10 -

专用钻床 12 13 钳 粗铣 将箱盖，箱体做标记，编号 以底面定位，按底面一边找正，装夹工件，专用铣床 兼顾其他三面的加工尺寸，铣前后端面，保证尺寸260mm 14 精铣 以底面定位，按底面一边找正，装夹工件，专用铣床 兼顾其他三面的加工尺寸，铣前后两端面，保证端面A的垂直度为0.048 15 粗镗 以底面定位，以加工过的端面找正，装夹工件，粗镗前端面Φ80mm轴承孔，留加工余量0.2—0.3mm,保证两轴中心线的平行度公差为0.025 专用镗床 16 粗镗 以底面定位，以加工过的端面找正，装夹工件，粗镗前端面Φ100mm轴承孔，留加工余量0.2—0.3mm,保证两轴中心线的平行度公差为0.025， 专用镗床 17 18 检验 半精镗 检查轴承孔尺寸及精度 以底面定位，以加工过的端面找正，装夹工件，半精镗前端面Φ80mm轴承孔，留加工余量0.1—0.2mm 专用镗床 19 半精镗 以底面定位，以加工过的端面找正，装夹工件，半精镗前端面Φ100mm轴承孔，留加工余量0.1—0.2mm 专用镗床 20 精镗 以底面定位，以加工过的端线找正，装夹工件，按分割面精确对刀（保证分割面与轴承孔的位置度公差为0.02mm），加工前端面轴承孔 专用镗床 21 精镗 以底面定位，以加工过的端线找正，装夹工件，按分割面精确对刀（保证分割面与轴承孔的位置度公差为0.02mm），加工前端面轴承孔 专用镗床 22 钻 用底面和两销孔定位，用钻模板钻，攻前端面轴承空端面螺孔 专用钻床 23 钻 用底面和两销孔定位，用钻模板钻，攻后端面轴承空端面螺孔 专用钻床 24

锪孔 用带有锥度为90度的锪钻锪轴承孔内边- 11 -

专用钻床

缘倒角4—45度 25 26 27 28 钳 钳 检验 入库 撤箱，清理飞边，毛刺 合箱，装锥销，紧固 检查各部尺寸及精度 入库

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第4章 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定

根据上述原始资料及加工工艺，采取铸造毛坯件，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯的尺寸如下：

（1）毛坯的结构工艺要求：

减速器箱盖为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求： ① 铸件的壁厚应和合适，均匀，不得有突然变化。 ② 铸造圆角要适当，不得有尖角。

③ 铸件结构要尽量简化，并要有和合理的起模斜度，以减少分型面、芯子、并便于起模。

④ 加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。 ⑤ 铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。 （2）毛坯形状、尺寸确定的要求 设计毛坯形状、尺寸还应考虑到： ① 各加工面的几何形状应尽量简单。 ② 工艺基准以设计基准相一致。 ③ 便于装夹、加工和检查。

④ 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。

4.1毛坯的外廓尺寸

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图4-1为毛坯的外廓尺寸图：

图4-1 毛坯外廓

考虑其加工外廓尺寸为434×200×142mm，表面粗糙度要求RZ为3.2um，根据《机械加工工艺手册》（以下简称《工艺手册》），表2.3—5及表2.3—6，按公差等级7—9级，取7级，加工余量等级取F级确定，

毛坯长：434+2×3.5=441mm

宽：200+2×3=206mm 高：142+2×2.5=147mm

4. 2主要平面加工的工序尺寸及加工余量

为了保证加工后工件的尺寸，在铣削工件表面时，工序5的铣削深度

ap=2.5mm，工序6的铣削深度ap=2.45mm，留磨削余量0.05mm,工序8的磨削深度ap=0.05mm

4. 3加工的工序尺寸及加工余量

（1）钻2-Φ11mm孔

钻孔：Φ10mm，2Z=10 mm，ap=5mm 扩孔：Φ11mm，2Z=1mm， ap=0.5mm （2）钻6-Φ13mm孔

钻孔：Φ13mm，2Z=13 mm，ap=6.5mm （3）攻钻M10mm孔

钻孔：Φ10mm，2Z=10 mm，ap=5mm 攻孔：M10mm

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第5章 确定切削用量及基本工时

5.1工序5 粗铣上窥视孔面

（1）加工条件： 工件材料：灰铸铁

加工要求：粗铣箱盖上顶面，保证顶面尺寸3 mm 机床：卧式铣床X63

刀具：采用高速钢镶齿三面刃铣刀，dw=225mm,齿数Z=20 量具：卡板

（2）计算铣削用量

已知毛坯被加工长度为125 mm，最大加工余量为Zmax=2.5mm,可一次铣削，切削深度ap=2.5mm 确定进给量f：

根据《工艺手册》），表2.4—75,确定fz=0.2mm/Z 切削速度：

参考有关手册，确定V=0.45m/s,即27m/min 根据表2.4—86,取nw=37.5r/min, 故实际切削速度为：

V=πdwnw /1000=26.5(m/min) \\ (5-1) 当nw=37.5r/min,工作台的每分钟进给量应为：

fm=fzznz=0.2×20×37.5=150(mm/min) (5-2) 切削时由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，则行程为l+l1+l2=125+3+2=130mm

故机动工时为：

tm =130÷150=0.866min=52s

辅助时间为：

tf=0.15tm=0.15×52=7.8s

其他时间计算：

6%×（tb+tx) =6%×(52+7.8)=3.58s

故工序5的单件时间：

tdj=tm+tf+tb+tx =52+7.8+3.58=63.4s (5-3)

5.2工序6 粗铣结合面

（1）加工条件： 工件材料：灰铸铁

加工要求：精铣箱结合面，保证顶面尺寸3 mm

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机床：卧式铣床X63

刀具：采用高速钢镶齿三面刃铣刀，dw=225mm,齿数Z=20 量具：卡板

（2）计算铣削用量

已知毛坯被加工长度为330 mm，最大加工余量为Zmax=2.5mm,留磨削量0.05mm，可一次铣削，切削深度ap=2.45mm 确定进给量f：

根据《机械加工工艺手册》（以下简称《工艺手册》），表2.4—75,确定fz=0.2mm/Z 切削速度：

参考有关手册，确定V=0.45m/s,即27m/min 根据表2.4—86,取nw=37.5r/min;由公式（5-1）得 故实际切削速度为：

V=πdwnw /1000=26.5(m/min)

当nw=37.5r/min,工作台的每分钟进给量应为：

fm=fzznz=0.2×20×37.5=150(mm/min)

切削时由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，则行程为l+l1+l2=330+3+2=335mm 故机动工时为：

tm =335÷150=2.23min=134s

辅助时间为：

tf=0.15tm=0.15×134=20.1s

其他时间计算：

tb+tx=6%×(134+20.1)=9.2s

故工序6的单件时间：

tdj=tm+tf+tb+tx =134+20.1+9.2=163.3s

5.3工序7 磨分割面

工件材料：灰铸铁

加工要求：以底面及侧面定位，装夹工件，磨分割面，加工余量为0.05mm机床：平面磨床M7130 刀具：砂轮 量具：卡板 （1）选择砂轮

见《工艺手册》表4.8—2到表4.8—8，则结果为 WA46KV6P350×40×127

- 16 -

其含义为：砂轮磨料为白刚玉，粒度为46号，硬度为中软1级，陶瓷结合剂，6号组织，平型砂轮，其尺寸为350×40×127（D×B×d）

（2）切削用量的选择

砂轮转速为N砂 =1500r/min,V砂=27.5m/s 轴向进给量fa =0.5B=20mm(双行程) 工件速度Vw =10m/min 径向进给量fr =0.015mm/双行程 （3）切削工时 根据《工艺手册》可知 式中L—加工长度，L=330mm b—加工宽度，230mm

Zb——单面加工余量，Zb =0.0 5mm K—系数，1.10

V—工作台移动速度（m/min）

fa——工作台往返一次砂轮轴向进给量（mm） fr——工作台往返一次砂轮径向进给量（mm）

辅助时间为：

tf=0.15tm=0.15×162=24.3s

其他时间计算：

tb+tx=6%×(162+24.3)=11.2s

故工序7的单件时间：

tdj=tm+tf+tb+tx =162+24.3+11.2=197.5s

5.4工序8 钻孔

（1）钻2-Φ11mm孔 工件材料：灰铸铁

加工要求：钻2个直径为11mm的孔 机床：立式钻床Z535型

刀具：采用Φ10mm的麻花钻头走刀一次， 扩孔钻Φ11mm走刀一次

Φ10mm的麻花钻：

f=0.25mm/r（《工艺手册》2.4--38)

v=0.53m/s=31.8m/min（《工艺手册》2.4--41)

ns=1000v/πdw=405(r/min)

按机床选取nw=400r/min, （按《工艺手册》3.1--36） 所以实际切削速度 Φ11mm扩孔:

- 17 -

f=0.57mm/r（《工艺手册》2.4--52）

v=0.44m/s=26.4m/min（《工艺手册》2.4--53）

ns=1000v/πdw=336(r/min)

按机床选取nw=400r/min, （按《工艺手册》3.1--36） 所以实际切削速度

由于是加工2个相同的孔，故总时间为

T=2×(t1 +t2)=2×(10.8+10.8)=86.4s

辅助时间为：

tf=0.15tm=0.15×86.4=12.96s

其他时间计算：

tb+tx=6%×(86.4+12.96)=5.96s

故单件时间：

tdj=tm+tf+tb+tx =86.4+12.96+5.96=105.3s

（1）钻6-Φ13mm孔 工件材料：灰铸铁

加工要求：钻4个直径为13mm的孔 机床：立式钻床Z535型

刀具：采用Φ13mm的麻花钻头走刀一次，

f=0.25mm/r（《工艺手册》2.4—38，3.1--36） v=0.44m/s=26.4m/min（《工艺手册》2.4--41）

ns=1000v/πdw=336(r/min)

按机床选取nw=400r/min, （按《工艺手册》3.1--36） 所以实际切削速度

由于是加工6个相同的孔，故总时间为

T=6×t=6×20.4=102.4 s

辅助时间为：

tf=0.15tm=0.15×81.6=12.2s

其他时间计算：

tb+tx=6%×(81.6+12.2)=5.6s

故单件时间：

tdj=tm+tf+tb+tx =81.6+12.2+5.6=99.5s

（3）钻M10mm孔 工件材料：灰铸铁

加工要求：攻钻4个公制螺纹M10mm的孔 机床：立式钻床Z535型

- 18 -

刀具：Φ10mm的麻花钻 10丝锥 钻M10的孔

f=0.15mm/r（《工艺手册》2.4—38，3.1--36） v=0.61m/s=36.6m/min（《工艺手册》2.4--41）

ns=1000v/πdw=466(r/min)

按机床选取nw=400r/min, （按《工艺手册》3.1--36） 所以实际切削速度 辅助时间为：

tf=0.15tm=0.15×90=13.5s

其他时间计算：

tb+tx=6%×(90+13.5)=6.2s

故单件时间：

tdj=tm+tf+tb+tx =90+13.5+6.2=109.7s

攻M10mm孔

v=0.1m/s=6m/min ns=238(r/min) 按机床选取nw=195r/min, 则实际切削速度

V=4.9(m/min) 故机动加工时间：

l=19mm, l1 =3mm,l2 =3mm,

t= (l+l1+l2)×2/nf×4=1.02(min)=61.2s

辅助时间为：

tf=0.15tm=0.15×61.2=9.2s

其他时间计算：

tb+tx=6%×(61.2+9.2)=4.2s

故单件时间：

tdj=tm+tf+tb+tx =61.2+9.2+4.2=74.6s

故工序8的总时间：T=105.3+99.5+109.7+74.6=389.1s

- 19 -

第6章 专用夹具的设计

6．1粗铣下平面夹具

6.1.1问题的指出

为了提高劳动生产率和降低生产成本，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

对于机体加工工序5粗铣机体的下平面，由于对加工精度要求不是很高，所以在本道工序加工时，主要考虑如何降低降低生产成本和降低劳动强度。

6.1.2夹具设计

（1） 定位基准的选择：

由零件图可知，机体下平面与分割面的尺寸应保证为240mm，故应以蜗轮轴承孔及分割面为定位基准。

为了提高加工效率，决定采用两把镶齿三面刃铣刀对两个面同时进行加工。同时，为了降低生产成本，此夹具采用手动夹紧。在大批量生产的情况下，应采用快速家境装置，一提高生产效率。

（2） 定位方案和元件设计

根据工序图及对零件的结构的分析，此夹具定位以V形块上四个支承钉对蜗杆轴承孔与两个支承钉及一个双头浮动支承钉对磨合面同时进行定位。所选用的四个支承钉尺寸为，两个支承钉的尺寸为，浮动支承钉见夹具设计剖面图。

（3） 夹紧方案和夹紧元件设计

根据零件的结构和夹紧方向，采用螺钉压板夹紧机构，在设计时，保证： 1）夹紧动作准确可靠

采用球面垫圈，以保证工件高低不一而倾斜时，不使螺钉压弯。压板和工件的接触面应做成弧面，以防止接触不良或改变着力点而破坏定位。

一般采用高螺母，以求扳手拧紧时可靠，六角螺母头同样也不易打滑损坏。支柱的高低应可以调节，以便适应工件受压面高低不一时仍能正确夹紧。

2）操作效率高

压板上供螺钉穿过的孔应作成长圆孔，以便松开工件时，压板可迅速后撤，易于装卸。压板下面设置弹簧，这样压板松开工件取走后，仍受弹力托住而不致下落。

螺旋夹紧机构各元件均已标准化，其材料，热处理要求和结构尺寸都可以通过查表求得。

（4）切削力及夹紧力的计算

刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，dw=225mm,齿数Z=20

则F=9.81×54.5ap0.9af0.74ae1.0Zd0-1.0δFz (《切削手册》)

- 20 -

查表得：d0=225mm,Z=20，ae=192, af =0.2, ap =2.5mm,δFz=1.06所以：

F=(9.81×54.5×2.50.9×0.20.74×192×20×1.06) ÷225=6705N

查表可得，铣削水平分力，垂直分力，轴向力与圆周分力的比值： FL/ FE=0.8, FV / FE =0.6, FX / Fe =0.53 故 :

FL=0.8 FE =0.8×6705=5364N FV=0.6 FE=0.6×6705=4023N FX =0.53 FE=0.53×6705=3554N

当用两把铣刀同时加工铣削水平分力时：

FL/ FE =2FL=2×5364=10728N

在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数： K=K1K2K3K4

式中：K1 —基本安全系数，2.5 K2—加工性质系数，1.1 K3—刀具钝化系数，1.1 K4—断续切削系数，1.1

则F/=K FH=2.5×1.1×1.1×1.1×10728

=35697N

根据静力平衡原理，列出作用在工件上的作用力的静力平衡方程式

Fcl-[Fl/10+Gl+F(2l-l/10)+Fpz]=0

选用汽缸带动—板夹紧机构，故夹紧力

fN=1/2 F/

f为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，f=0.25 则

N=0.5×35697÷0.25=71394N

（5） 具设计及操作的简要说明

在设计夹具时，为降低成本，可选用手动螺钉夹紧，本道工序的铣床夹具就是选择了手动螺旋—板夹紧机构。由于本工序是粗加工，切削力比较大，为夹紧工件，势必要求工人在夹紧工件时更加吃力，增加了劳动强度，因此应设法降低切削力。可以采取的措施是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力。夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）。

6.2粗铣前后端面夹具设计

本夹具主要用来粗铣减速箱箱体前后端面。由加工本道工序的工序简图可

知。粗铣前后端面时，前后端面有尺寸要求，前后端面与工艺孔轴线分别有尺寸

- 21 -

要求。以及前后端面均有表面粗糙度要求Rz3.2。本道工序仅是对前后端面进行粗加工。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。

6.2.1定位基准的选择

在进行前后端面粗铣加工工序时，顶面已经精铣，两工艺孔已经加工出。因此工件选用顶面与两工艺孔作为定位基面。选择顶面作为定位基面限制了工件的三个自由度，而两工艺孔作为定位基面，分别限制了工件的一个和两个自由度。即两个工艺孔作为定位基面共限制了工件的三个自由度。即一面两孔定位。工件以一面两孔定位时，夹具上的定位元件是：一面两销。其中一面为支承板，两销为一短圆柱销和一削边销。

为了提高加工效率，现决定用两把铣刀对汽车变速箱箱体的前后端面同时进行粗铣加工。同时为了缩短辅助时间准备采用气动夹紧

6.2.2定位元件的设计

本工序选用的定位基准为一面两孔定位，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短削边销进行设计。

由加工工艺孔工序简图可计算出两工艺孔中心距。 由于两工艺孔有位置度公差，所以其尺寸公差为: 所以两工艺孔的中心距为，而两工艺孔尺寸为。

根据《机床夹具设计手册》削边销与圆柱销的设计计算过程如下： （1）确定两定位销中心距尺寸及其偏差

（2）确定圆柱销直径及其公差（—基准孔最小直径）取f7 所以圆柱销尺寸通过查表可得到。

（3）削边销的宽度b和B （由《机床夹具设计手册》）

（4）削边销与基准孔的最小配合间隙，其中：D —基准孔最小直径 h—圆柱销与基准孔的配合间隙

（5）削边销直径及其公差通过计算可以求得。

按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为，则削边销的定位圆柱部分定位直径尺寸为15mm。

（6）补偿值计算

6.2.3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： （1）移动时基准位移误差：

…Δs=0.009+0.027+0.016

=0.052mm

- 22 -

（2）、转角误差 其中：θ=0.02 6.2.4铣削力与夹紧力计算

根据《机械加工工艺手册》可查得： 切削力的计算公式：

40.9B?S P?50t1.1?.7?21.?0D?Z （6-1）

铣削力功率：

?5?0.3.75.1410?D?B?S0??t1?Z N?42.? n （6-2）

查表可得：

Z=20

代入得：

F =6571N

查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值当用两把铣刀同时加工时铣削水平分力

铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡。

即：FX= uFN （u=0.25） （6-3）

计算出的理论夹紧力F再乘以安全系数k既为实际所需夹紧力

即：取k=3.3275

F/=3.3275Χ42054.4=139936N

6.2.5紧装置及夹具体设计

为了提高生产效率，缩短加工中的辅助时间。因此夹紧装置采用气动夹紧

装置。选用合适的气缸，工件在夹具上安装好后，气缸活塞带动压板从上往下移动夹紧工件。

需要的夹紧力F/=139936N，来计算气缸缸筒内径D0； 气缸活塞杆推力Q；

其中：P—压缩空气单位压力 （取P=6公斤力） P1—效率

Q=F/=13993.6公斤力

则： D0=50mm

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

- 23 -

6-4和图6-5所示。

6.2.6定位销选用

本夹具选用一可换定位销和固定棱形销来定位，其参数如下表：

表6-1 定位销

d H D 公称尺寸

允差 0～0.011

D1

h

h1

b

d1

C

C1

14～18

16 15 22 5 1 4 M12 4 1

表6-2 定位棱销

d H d 公称尺寸

允差 +0.034 ～0.023

L h

h1

b

b1

C

C1

40～50

20 22 65 5 3 8 1 6 1.5

6.2.7夹紧装置

该夹紧装置选用压板结构，其参数如表6-3：

表6-3 移动压板

公称直径 L B H l b

b1

d K

6 45 20 8 19 6.6 7 M6 5

6.2.8定向键与对刀装置的设计

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T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GB2207—80定向键结构如图6-1所示：

- 24 -

×o

图6-1 夹具体槽形与螺钉

根据T形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如表6-4：

表6-4 定向键

B L H h D

h1

夹具体槽形尺寸

B2

公称尺寸

公称尺寸

18

～0.012 ～0.035

25

12

4

12

4.5

18

允差D +0.019

允差d

允差d4

h2

5

对刀装置由对刀块和塞尺的组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。 由于本道工序是完成箱盖端面粗铣加工，所以选用的是侧装对刀块。根据GB2243—80侧装对刀块的结构和尺寸如图6-2所示：

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1210230125470614783

188

图6-2 侧装对刀块

塞尺选用的是平塞尺，其结构如图6-3所示：

- 26 -

×四周倒圆标记

图6-3 平塞尺

塞尺尺寸参数见表6-5：

表6-5 塞尺

公称尺寸H

3

允差d

0～0.006

C 0.25

- 27 -

图6-4 夹具装配图

图6-5 夹具装配图炸开视图

- 28 -

6.2.9具设计及操作的简要说明

本夹具用于减速器箱体前后端面的粗铣。夹具的定位采用一面两销，定位可靠，定位误差较小。其夹紧采用的是气动夹紧，夹紧简单、快速、可靠。有利于提高生产率。在大批量生产条件下可以选择使用此夹具，工件在夹具体上安装好后，压块在气缸活塞的推动下向下移动夹紧工件。当工件加工完成后，压块随即在气缸活塞的作用下松开工件，即可取下工件。由于本夹具用于变速箱体端面的粗加工，对其进行精度分析无太大意义。所以就略去对其的精度分析。

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长春理工大学本科毕业设计

结 论

通过这次毕业设计，使我对零件的制造过程、加工工艺规程和夹具设计都有了更进一步的认识和了解，也加深了对大学四年中所学基础知识的学习和理解。毕业设计是理论联系实际的最直接有效的方法。在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，但是当你运用结合实际的时候往往会存在各种问题。这样，在设计时就必须考虑所设计的机构是否合理，在实际运用中能否正常工作，而不仅仅考虑理论上的可行性，毕业设计使我学会了从实际出发加工零件和设计夹具。

在本次设计中，考虑到零件的加工难易、材料、成本等问题，所选用的零、部件都是操作简单，通用性较强的标准件，从现时以最低的成本实现最先进的加工。但也有不足之处：特别是对于铣面夹具，在刀具加工完退出工件孔时，有可能会划伤工件内孔表面，本可以在夹具体内部设置气缸升降系统，使工件孔与定位立台可升可降，这样，在刀具退出时，使定位立台连同工件孔一起升起，从而避免划伤。为了降低成本及操作方便，本次采用的夹具设计结构简单，但具有实用性。为此，铣端面的专用夹具还有待改进。无论怎样，这次的毕业设计使我获益良多，是我在学校的最后一次答卷，也是我成功走向社会的第一步。

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长春理工大学本科毕业设计

参考文献

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Micromechanism

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Hall,1990.

[18]B.D.Choat.Jips,Tools and Fixtures Design.The Institution of Production Engineers.1973.

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长春理工大学本科毕业设计

致 谢

首先，我要感谢指导我毕业设计的姜永武老师。在毕业设计中，姜老师给予了我很多指导性的意见，每次姜老师都会仔细的为我指点设计中的错误，我万分的感谢他给我的宝贵的意见和鼓励。在老师的帮助下我才顺利的完成了这次毕业设计。

同时，我深深感谢张树仁老师、张文涛老师、刘薇娜老师、王淑坤老师、赵伟宏老师等。在他们的课堂上使我受益匪浅，得到了不少对我论文有帮助的知识和想法。

我也非常感谢我的父母。在学习和生活上，他们一直都很支持我，使我能全身心地投入到学习中。

最后，很感谢阅读这篇毕业设计的人们。感谢您们抽出宝贵的时间来阅读这篇毕业设计。

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长春理工大学本科毕业设计

致 谢

首先，我要感谢指导我毕业设计的姜永武老师。在毕业设计中，姜老师给予了我很多指导性的意见，每次姜老师都会仔细的为我指点设计中的错误，我万分的感谢他给我的宝贵的意见和鼓励。在老师的帮助下我才顺利的完成了这次毕业设计。

同时，我深深感谢张树仁老师、张文涛老师、刘薇娜老师、王淑坤老师、赵伟宏老师等。在他们的课堂上使我受益匪浅，得到了不少对我论文有帮助的知识和想法。

我也非常感谢我的父母。在学习和生活上，他们一直都很支持我，使我能全身心地投入到学习中。

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