机械毕业设计（论文）-汽车变速箱导块的工艺工装设计【全套图纸】

沈阳理工大学学士学位论文 I I 摘 要 本设计说明书主要是针对汽车变速箱导块加工的工艺设计，及加工中典型工序的 专用夹具、刀具和量具的设计说明。我们编排了汽车导块的生产加工工艺规程，确定 最佳方案后，再进行夹具设计。我们设计了钻.扩.铰直径为 16 孔并且倒角 145时 的夹具。我们要注意分析此工序的定位.夹紧以及自由度等问题，而且设计是钻床夹具 所用的回转工作台。这就要用到许多夹具课上的许多知识，然后我们绘制草图，粗略 勾出此夹具的结构，进一步修改，得出最佳方案。还设计了铣床夹具，它的设计内容 和钻床夹具的设计基本相同，用来铣导块拨槽及顶面。还有刀具设计。 关键词：加工工艺；专用夹具；刀具； 全套图纸，加 153893706 沈阳理工大学学士学位论文 II II 目 录 绪 论.1 1 机械加工工艺规程的制定.2 1.1 零件工艺性分析.2 1.2 零件的材料、毛坯及热处理.3 1.3 零件加工工艺规程的制定.3 1.3.1 选择加工方法和加工方案.3 1.3.2 确定加工顺序.4 1.3.3 定位基准的选择.4 1.3.4 热处理及检验的选择和安排.6 1.3.5 拟定加工工艺路线.7 1.3.6 选择各工序加工机床设备及工艺装备.14 1.3.7 确定各工序机械加工余量，工序尺寸及表面粗糙度.21 1.3.8 确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额.23 2 夹具设计.28 2.1 钻床夹具的设计.28 2.1.1 研究原始资料，确定设计方案.28 2.1.2 确定零件的定位方式，选择定位元件.30 2.1.3 定位误差的计算.31 2.1.4 确定夹具的对刀装置、引导装置.32 2.1.5 确定夹具与机床联接固定相对位置的元件.32 沈阳理工大学学士学位论文 IIIIII 2.1.6 钻模板的设计.33 2.2 铣床夹具设计.33 2.2.1 研究原始资料，明确设计任务.33 2.2.2 确定夹具设计方案，结构绘制结构简图.34 2.2.3 定位误差的计算.37 2.2.4 计算夹紧力.38 2.2.5 确定刀具的对刀装置，引导装置.40 2.2.6 夹具与机床联接的定位元件.41 2.2.7 确定夹具体的整体结构.41 2.2.8 液压缸体设计.42 4 专用刀具设计.45 4.1 铰刀类型的选用.45 4.2 设计步骤和方法.46 4.3 刀具结构.52 结 论.53 谢 辞.54 参考文献.56 附录 A.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 沈阳理工大学学士学位论文 1 1 绪 论 此次设计的主要目的在于：综合运用大学这些年来所学习、掌握的知识和技能完 成所有设计任务，把我们大学内所学到的知识与解决生产中的实际技术问题有机地结 合，从而提高利用专业知识研究问题、解决问题的能力，为将来的工作做好充分的准 备。 制造业是国家发展与社会进步的基础，而汽车将是未来面对普通消费者的主要的 机械制造产品，随着国家的发展人民生活水平的提高，人们对汽车的需求和要求必定 变的更多，所以我们有必要对汽车及汽车零件的设计与加工投入更多的精力。 而汽车变速箱导块是一个非常典型的零件，其机械加工的工艺、工装都非常有特 点。通过导块加工工艺、工装设计可使我对机械零件制造活动有一个全方位的了解。 能够掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能够合理选择加工方 法与机床，刀具，夹具及有关的各项技术参数，具备制定工艺规程的能力和掌握机械 加工精度和表面质量的基础，初步具备分析解决现场工艺问题的能力，了解当今先进 制造技术和先进制造模式的发展状况。并为将来毕业后的工作打下良好的基础。 通过这次对汽车导块工艺规程的拟定、分析和专用工装的设计，清楚了解了导块 的工作情况及加工工艺和工装的特点。并在设计说明书中对工艺规程和两套专用夹具 以及专用刀、量具的设计都作了详细的说明。 由于本人所学知识有限、经验不足，在设计中难免有错误和缺陷，恳请各位老师 批评指正。 沈阳理工大学学士学位论文 2 2 1 机械加工工艺规程的制定 1.1 零件工艺性分析 汽车变速箱导块是典型的叉类异型零件，它与拨叉配合使用完成传动，它的体积 不大，但形状复杂，从零件图上看有许多相贯线，使加工很难保持精度，且工作中承 受一定的力和摩擦。因此要求它要具有一定的强度和耐磨性主要是导块滑动时与 轴配合的表面以及为完成传动而与拨叉配合的接触面。此外为了保证传动的平稳、可 靠，与轴配合的各孔表面的尺寸精度、形状精度以及孔与孔、拨槽与孔等之间的位置 精度都应适当控制。各项精度要求详见拨叉零件图中的标注。 1.2 零件的材料、毛坯及热处理 考虑拨叉零件的结构工艺等特点，其材料可以为 45 钢或铸铁。本零件的材料为铸 铁 HT250，铸造毛坯，并且大批量生产。为了保证零件上配合和接触表面所需要的硬 度，加工中应对这些表面进行局部淬火以增加其硬度。 1.3 零件加工工艺规程的制定 1.3.1 选择加工方法和加工方案 1. 首先要根据每个加工表面的技术要求，确定加工方法及加工方案 2. 决定加工方法时要考虑被加工材料的性质 3. 选择加工方法要考虑到生产类型，即要考虑生产和经济性的问题 分析完导块零件图的基础上，决定各加工表面的加工方法和加工方案。 导块零件图上，表面的粗糙度是，因此采用铣床加工。并且走一刀就能达到标 5 . 12a 准。 孔一次性钻就能达到标准。，孔在钻床上采用钻 5 . 2 5 . 12a168145 . 9 扩 铰加工方案就能达到要求的标准。孔在钻床上采用钻 铰加工方案2 . 3a6 就能达到要求的标准。2 . 3a 沈阳理工大学学士学位论文 3 3 1.3.2 确定加工顺序 工件各表面的加工顺序，一般按照先粗加工后精加工;先基准面加工后其它面加工; 先主要表面加工后次要表面加工;先平面加工后孔加工。 根据上述原则，作为精基准的表面应安排在工艺过程开始时加工。精基准加工好 后，接着对精度要求高的主要表面进行粗加工和半精加工，并穿插进行一些次要表面 的加工，然后进行各表面的精加工。要求高的主要表面的精加工一般安排在最后进行， 这样可避免已加工表面在运输过程中碰伤，有利于保证加工精度。有时也可将次要的， 较小的表面安排在最后加工等。 安排导块零件的工序时，先铣平面和小凸台，再加孔。 1.3.3 定位基准的选择 定位基准选择得正确与否是关系到工艺路线和夹具结构设计是否合理的主要因素 之一，并将影响到工件的加工精度，生产率和加工成本，因此定位基准的选择是制定 工艺规程的主要内容之一。 定位基准分为粗定位基准，精定位基准。 选择定位基准主要是为了保证零件加工表面之间以及加工表面与未加工表面之间 的相互位置精度，因此定位基准的选择应从有相互位置精度要求的表面间去找。 1. 精基准的选择 选择精基准的主要考虑应保证加工精度并使工件装夹得方便，准确，可靠。因此， 要遵循以下几个原则： (1). 准重合的原则; (2). 准不变的原则； (3). 为基准，反复加工的原则； (4). 自为基准的原则； (5). 应能是工件装夹稳定可靠，夹具简单； 6 2. 粗基准的选择 在零件加工过程的第一道工序，定位基准必然是毛坯表面，即粗基准。选择粗基 准时应从以下几个方面考虑： (1) 选择要求加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面有足够而均匀 的加工余量; 沈阳理工大学学士学位论文 4 4 (2). 某些表面不需加工，则应选择其中与加工表面有相互位置精度要求的表面为 粗基准; (3). 选择比较平整，光滑，有足够大面积的表面为粗基准; (4). 粗基准在一般情况下只允许在第一道工序中使用一次，尽量避免重复使用。 对于所要设计的零件定位基准。详细见工序流程图。 6 1.3.4 热处理及检验的选择和安排 1. 热处理的序安排 为了改善导块材料的机械性能和切削性能，在加工过程中常常要安排热处理工序。 (1). 退火和正火可以消除内应力和改善材料的加工性能，一般安排在加工前行， 有时正火也安排在粗加工后进行. 本次设计采用了退火，放在铸造毛坯后进行的; (2) 对于大而复杂的铸件，为了尽量减少由于内应力引起的变形，常常在粗加工后 进行人工时效处理。粗加工之后进行前最好采用自然时效; (3).调质处理可以改善材料的机械性能，因此许多中碳钢和合金钢常采用这种热处 理方法，一般安排在粗加工之后进行，但也有安排在粗加工之前进行的 (4). 淬火处理或渗碳淬火处理，可以提高零件表面的硬度和耐磨性。淬火处理一 般安排在磨削之前进行，当用高频淬火时，也可安排在最终工序。渗碳可安排在半精 加工之前或之后进行。 本次设计采用了高频淬火。所以放在最终工序。 (5) 表面处理可提高零件的坑腐蚀能力，增加耐磨性，使表面美观等。一般安排在 工艺过程的最后进行。零件高频淬火之后，进行最终的清洗零件。并入库。 2. 检验工序的安排 检验工序是保证产品质量和防止产生废品的重要措施。在每个工序中，操作者都 必须自行检验。在操作都是自检的基础上，如果有粗加工全部结束后，精加工之前;送 往其它车间加工的前后;后要工序的前后;最终加工之后等都要进行独立检验工序。 1.3.5 拟定加工工艺路线 安排工艺路线时，应按照工序的安排原则，将选为基准面的安排在前先加工，为 沈阳理工大学学士学位论文 5 5 后工序提供定位基准，要遵循先面后孔的原则，应为平面的轮廓平整，安放的定位 6 才比较可靠，可以以平面定位加工孔，使刀具切削条件得到改善，因此拟订工艺路线 如下： 方案一： 1铸造毛坯 2退火 3铣导块两端面及小圆凸台面 保证两侧端面距离 63.262.8，两端面 RA 为 12.5 4钻.扩.铰直径 16 上限+0.005，下限-0.025 孔及倒角 145 工位 1：装卸工件 工位 2：钻孔至直径 15，深 35 工位 3：钻孔到底 RA 达 12.5 工位 4：扩孔至直径 15.85 RA12.5 工位 5：铰孔到直径 16 上限+0.005 下限-0.025RA 达 3.2 倒角 145。 5倒角（另一端）倒角 145RA12.5，并去毛刺 6铣导块拨槽各加工面粗糙度为 12.5 槽宽有刀具直接保证，去毛刺保证侧壁到定位面 距离为 27.928.1 7铣导块止柱口拨槽附近端面拨槽顶平面侧面保证加工面精度 RA 达到 12.5 8铣导块止柱口另一端面保证加工精度 RA12.5 9铣导块止柱口颈部小端面。 10钻扩铰止柱销孔直径 14 上限+0.15 下限+0.05 及直径 9.5 上限+0.15 下限+0.05， 工位 1：装卸工件 工位 2：钻通孔至直径 9.2 工位 3：钻大孔直径 13，深 35 工位 4：扩孔到直径 1385，深 35 工位 5：锪孔到直径 13.85，深 37.437.6 工位 6：铰大孔到直径 14.0514.15，RA3.2 铰小孔到直径 9.059.15，RA3.2 保证：加工孔中心到定位中心距离 25， 保证：加工孔中心到定位端面距离 35.435.6， 沈阳理工大学学士学位论文 6 6 保证：同轴度 0.06 相对于定位基准。 11钻铰到弹簧孔直径 8 上限+0.015 下限 0，倒角 0.545 工位 1：装卸工件 工位 2：钻孔到直径 7.8 工位 3：铰孔直径 88.015，RA3.2 工位 4：倒角 0.545，RA12.5 保证：中心孔到定位中心距离 25 保证：中心孔定位面距离 16.316.7。 12钻铰锁销孔直径 6 上限+0.015 下限 0 及孔口倒角 145 工位 1：装卸零件 工位 2：钻孔到直径 5.8 工位 3：倒角 145 工位 4：铰孔直径 66.015，RA3.2 保证：加工孔中心到定位面距离 50.851.2 保证：位置公差在 0.1 内，垂直度在 0.08 内； 保证：加工孔中心到拨槽顶平面距离 31.832.2 13钻开口销孔直径 2.5 表面粗糙度 RA12.5 保证：加工孔中心到拨槽定位顶平面距离 16.316.7 保证：加工孔中心到叉轴孔定位端面的距离 59.5 14去除毛刺 1去除直径 16 上限+0.005 下限-0.025 孔内毛刺。 2去除直径 6 上限+0.015 下限 0 孔内毛刺。 3去除直径 14 上限+0.15 下限+0.05 孔内毛刺。 4去除直径 8 上限+0.015 下限 0 孔内毛刺。 15清洗零件 将零件放入温度 8090 摄氏度，含 1.82.0%的苏打水中清洗并吹干。 16热处理表面高频淬火及低温回火 对刀块拨槽部位表面淬火，表面硬度 HV600700，心部硬度 HV480 以上。 17对热处理后的零件进行磁粉探伤检查，检查热处理部位是否有裂纹等缺陷。 18清洗零件 沈阳理工大学学士学位论文 7 7 将零件放入温度 8090 摄氏度，含 1.82.0%的苏打水中清洗并吹干。 19最后检查 方案二 1铸造毛坯。 2退火 3铣导块两端面及小圆凸台端面 保证：两侧端面距离 63.262.8 两端面的表面粗糙度 12.5。 4钻扩铰孔直径 16 上限+0.005 下限-0.025 及倒角尺寸为 145 工位 1：装卸工件 工位 2：钻孔至直径 15，深 35 工位 3：钻孔到底 RA 达 12.5 工位 4: 扩孔至直径 15.85，RA12.5 工位 5: 铰孔到直径 16 上限+0.005 下限-0.025RA 达 3.2 倒角 145 5. 16 孔另一端倒角 145RA12.5，并去毛刺 6铣导块止柱口两端面及顶部小端面。各加工面粗糙度 RA12.5 保证：两端面距离 39.439.6 保证：右侧与直径 16 的孔中心线距离为 25.826.2 保证：定位可调支撑与中心线在 13.914.2；其它各加工面尺寸由刀具直接保证 保证：叉口侧面与定位中心距离为 24.5 7铣导块拨槽及顶平面 保证：顶平面到定位中心距离为 32 上限+0.1 下限-0.1 各加工面粗糙度 RA12.5 槽宽由刀具直接保证，即刀具半径差在 5.96.1 之间。 保证：侧壁到定位面距离为 27.928.1。 8钻扩铰止柱销孔直径 14 上限+0.15 下限+0.05 及直径 9.5 上限+0.15 下限+0.05， 工位 1：装卸工件 工位 2：钻通孔至直径 9.2 工位 3：钻大孔直径 13，深 35 工位 4：扩孔到直径 13.85，深 35 工位 5：锪孔到直径 13.85，深 37.437.6 沈阳理工大学学士学位论文 8 8 工位 6：铰大孔到直径 14.0514.15，RA3.2 铰小孔到直径 9.059.15，RA3.2 保证: 加工孔中心到定位中心距离 25， 保证: 加工孔中心到定位端面距离 35.435.6， 保证: 同轴度 0.06 相对于定位基准。 9钻铰到弹簧孔直径 8 上限+0.015 下限 0，倒角 0.545 工位 1：装卸工件 工位 2：钻孔到直径 7.8 工位 3：铰孔直径 88.015，RA3.2 工位 4：倒角 0.545，RA12.5 保证：中心孔到定位中心距离 25 保证：中心孔定位面距离 16.316.7。 10钻铰锁销孔直径 6 上限+0.015 下限 0 及孔口倒角 145 工位 1：装卸零件 工位 2：钻孔到直径 5.8 工位 3：倒角 145 工位 4：铰孔直径 66.015，RA3.2 保证：加工孔中心到定位面距离 50.851.2 保证：位置公差在 0.1 内，垂直度在 0.08 内； 保证：加工孔中心到拨槽顶平面距离 31.832.2 11.钻开口销孔直径 2.5 表面粗糙度 RA12.5 保证：加工孔中心到拨槽定位顶平面距离 16.316.7 保证：加工孔中心到叉轴孔定位端面的距离 59.5 12.去孔内毛刺及锐边倒对钝 a)去除直径 16 上限+0.005 下限-0.025 孔内毛刺。 b)去除直径 6 上限+0.03 下限 0 孔内毛刺。 c)去除直径 14 上限+0.15 下限+0.05 孔内毛刺。 d)去除直径 8 上限+0.03 下限 0 孔内毛刺。 13.清洗零件 将零件放入温度 8090 摄氏度，含 1.82.0%的苏打水中清洗并吹干。 沈阳理工大学学士学位论文 9 9 14.热处理表面高频淬火及低温回火 对刀块拨槽部位表面淬火，表面硬度 HV600700，心部硬度 HV480 以上。 15.对热处理后的零件进行磁粉探伤检查，检查热处理部位是否有裂纹等缺陷。 16.清洗零件 将零件放入温度 8090 摄氏度，含 1.82.0%的苏打水中清洗并吹干。 17最后检查。 两种方案都可将导块加工成型， 但对于我们来说省时省力的方案是我们的选择。 方案一，它使用复合铣刀加工面，大大缩短了时间，提高了生产率。但方案二，它合 理的应用了专用刀具。两个方案都各有特色，方案一有不合 理之处，例如 7 工序应用 了专用铣刀，虽然可提高生产率，但他的应用不合理，使后面的 8，9 工序分步加工， 这样一来并没节省时间，由工序 7 节省的时间由工序 8，9 消耗了，所以选用专用刀具 要更合理。 方案二则不同了，工序 6 应用了复合铣刀完成了止柱口两端面及顶部小端面， 工序 7 同样应用了专用铣刀，完成了拨槽及顶平面，比方案一少了一道工序，虽然方 案二在刀具上下了工夫，但还是节省时间，大大提高了生产率。显然方案二为最佳方 案，所以我们的设计按照方案二的工艺路线进行。 1.3.6 选择各工序加工机床设备及工艺装备 由于生产类型类批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅助少量专用机床。其 生产方式为组合机床，辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各机床上的装卸及各 机床间的传递均由人工完成。查文献1得下表： 表 1.1 各工序使用机床设备及工艺装备 工 序 号 工 序 名 称设备名称及 编号 夹辅具及编 号 切削工具及 编号 量具及编号 1铸造毛坯 2退火 沈阳理工大学学士学位论文 1010 3 铣导块两端面及小圆凸台端 面 保证： 两端面距离 62.863.2mm； 及加工面12.5。 a Rm 卧室铣床 X61W 专用夹具三面刃铣刀 （两把） 游标卡尺 4 钻扩铰 16 孔并倒角 保证： 16mm，3.2 005 . 0 025 . 0 a R ； m 及 14512.5。 a Rm 组合钻床专用夹具麻花钻 扩孔钻 专用铰、倒 复合刀 塞 规 5 16 孔另一端倒角，并去毛 刺 保证： 14512.5。 a Rm 518 钻床专用夹具专用锥形钻卡 尺 6 铣导块止柱前后两侧面及顶 部小台面 保证： 两侧面距离 39.439.6mm； 右侧与16 孔中心线距 离为 25.826.2mm； 其它各加工面尺寸由刀具 直接保证； 各加工面12.5。 a Rm 卧式铣床 X61W 专用夹具阶梯三面刃 铣刀 游标卡尺 卡 规 沈阳理工大学学士学位论文 1111 7 铣导块拨槽及顶平面 保证： 顶平面到定位中心（16 孔中心，后同）距离 32 0.2mm；各加工面 12.5。 a Rm 槽深及宽由刀具直接保证， 即刀具半径差在 5.96.1mm 之间，槽部铣刀宽 14.9515.05mm； 侧壁到导块定位面（右端 面）距离 27.928.1mm。 卧式铣床 X61W 专用夹具阶梯三面刃 铣刀 槽塞规 8 钻扩铰止柱14孔及 15 . 0 05 . 0 9.5孔 15 . 0 05 . 0 保证： 14 孔中心到定位中心 的距离 25mm；孔中心线到导 块定位面的距离 35.435.6mm； 9.5 孔相对14 孔的同 轴度公差 0.06mm； 各加工面3.2。 a Rm 组合钻床专用夹具 麻花钻 锥柄扩孔钻 专用铰刀 锪钻 卡尺 9 钻铰8孔，并倒角 015 . 0 0 保证： 加工孔中心到定位中 心距离 25mm，加工面 3.2； a Rm 中心孔到拨槽顶平面的 距离 16.316.7mm； 倒角 0.545，12.5。 a Rm 组合钻床专用夹具麻花钻 专用铰刀 锪 钻 卡尺 塞规 沈阳理工大学学士学位论文 1212 10 钻铰6孔并倒角 015.0 0 保证：加工面3.2； a Rm 加工孔中心到定位端面 距离 11.912.1mm； 加工孔中心拨槽顶平面 的距离 31.832.2mm； 位置度公差 0.1mm；垂 直度公差 0.08mm.； 倒角 145，12.5。 a Rm 组合钻床专用夹具麻花钻 专用铰刀 卡尺 11 钻2.5 孔 保证： 加工孔中心到定位端面 的距离 59.5mm； 12.5。 a Rm Z518 钻床专用夹具麻花钻卡尺 12去毛刺及所有锐边倒钝 13清洗零件（高频淬火处） 14 对导块拨槽部位表面淬火保 证： 表面硬度 HRC5664， 心部硬度 HV480 以上。 15 探伤 保证： 热处理部位无裂纹等缺 陷。 16清洗零件 沈阳理工大学学士学位论文 1313 17最终检查。 从上述可以看出：加工孔时多采用组合机床，因为孔的加工工位比较多，一般都有 钻，扩，铰，这样采用组合钻床，回转工作台方便多了。我们通过查选刀具，可初步 确定钻孔时的直径 D，D 可以使标准刀具最好，钻孔的切削余量我们可以在手册中查 出。 以为属于大批量生产，所以量具选择卡尺，塞规较多，卡尺用来测轴或两面间距， 塞规可测孔，槽等，详细情况量具设计中有介绍。 1.3.7 确定各工序机械加工余量，工序尺寸及表面粗糙度 1. 加工余量的选择原则 (1). 加工余量的选择原则应完全保证图纸的全部精度，光洁度等技术要求。 (2). 为了缩短工时，降低成本，应尽量采用最小的加工余量。 (3). 决定余量应考虑热变形等带来的尺寸变化。 (4). 综合考虑机床与夹具的精度及变形。 (5).加工零件的尺寸大小及刚性好坏。 2. 确定加工余量的方法 (1). 查表法。 （泛用） (2). 经验估算法：常用于单件小批量生产。 (3). 分析计算法：材料十分贵重或少数大批量生产的工厂采用。 由文献1中的查表法确定的各工序加工余量，表面粗糙度，工序尺寸如下： 表 2.1 各工序加工余量，表面粗糙度，工序尺寸 工序号工序名称加工方法余量表面粗糙度工序尺寸 1铸造毛坯 2退火 2mm单边 5 . 12a3铣导块两端面及小 圆凸台端面铣床 1.4mm 5 . 12a 4孔并倒角16钻孔7.5mm 5 . 12a15 沈阳理工大学学士学位论文 1414 扩孔0.425单边4 . 6a85.15 铰孔0.075单边2 . 3a 005 . 0 025 . 0 16 5孔另一端倒角16 5 . 12a 2mm单边 5 . 12a6铣导块前后侧面及 顶部台面 铣床 1mm(单边) 5 . 12a 2mm(单边) 5 . 12a7铣导块拔槽及平面铣床 2mm(单边) 5 . 12a 钻孔6mm 5 . 12a13 扩孔0.425(单边)4 . 6a85.13 支柱孔14 铰孔0.075(单边)2 . 3a 15 . 0 05 . 0 14 钻孔4.45mm 5 . 12a2 . 9 8 孔5 . 9 铰孔0.15(单边)2 . 3a 15 . 0 05 . 0 5 . 9 钻孔3.8mm 5 . 12a8 . 79孔并倒角8 铰孔0.1(单边)2 . 3a 015 . 0 0 8 钻孔2.8mm 5 . 12a8 . 510孔并倒角6 铰孔0.1(单边)2 . 3a 15 . 0 0 6 11孔5 . 2钻孔1.25mm 5 . 12a5 . 2 12去毛刺及锐边倒钝 13清洗零件 (高频处 淬火) 14对导块拨槽部位表 面淬火 15探伤 16清洗零件 17最终检查 1.3.8 确定典型工序的切削用量及工序基本工时定额 1. 粗加工切削用量的选择原则 (1). 切削深度的选择： 沈阳理工大学学士学位论文 1515 依据加工余量和机床夹具刀具工件系统的刚性来确定在保留半精 加工，精加工必要的余量前提下应尽量将粗加工余量一次切掉，必要时分两次或三 次走刀。 (2). 进给量的选择： 选择进给量时应考虑机床进给机构的进给强度，刀杆尺寸，刀片厚度，工件直 径和长度，在工艺系统的刚度和强度允许下可选大一些的进给量。 (3). 切削速度的选择： 粗加工的切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制，合理的切削速度一般 不需要精确计算，而根据生产实践经验和有关资料确定。 2. 精加工时切削用量的选择原则 (1). 切削深度的选择 余量不能太大，否则 ap 增大，切削大显著，影响加工质量。 (2). 进给量的选择： 精加工限制进给量提高的主要因素四表面粗糙度，走刀量 f 增大，虽有利于切屑， 但残留面积高度增大，表面质量下降。 3. 切削速度 V 的选择 切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，由此可见，精加工时应选择 较小的吃刀深度和进给量 f，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选用尽量高的切削速 度 V，以保证加工精度和表面粗糙度，同时满足生产率要求。 查文献1第 869 页得下表： 表 2.2 切削用量的选用 工序 9进给量 f被吃刀量 ap切削速度 v 钻8 . 70.13320 铰 80.130.120 4. 工序基本工时定额 时间定额是在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时 间，用 tz 表示。时间定额是安排生产计划、成本核算的主要依据，在设计新厂时，是 计算设备数量、布置车间计算工人数量的依据。 由文献6知工序单件时间的组成，可表示如下: 沈阳理工大学学士学位论文 1616 t = tm + ta + tg + tj (1.1) 式中: t 工序单件时间(min); tm 基本时间(min); ta 辅助时间(min) tg 工作地点服务时间(min); tj 工人休息和自然需要时间(min); 一般情况下，工作地点服务时间与休息时间之和是以作业时间 tz=tm+ta 的形式给 出，由文献6知： tg + tj = () tz (1.2)100 x 所以 t = tz (1+) (1.3)100 x 式中: x = 36. 查文献1第 1191 页得:加工孔的 tm 公式:6 tm = (1.4) fnlll)211( 式中: l 加工长度(mm); l1 刀具的切入长度(mm); l2 刀具的超出长度(mm); 由文献1第 1191 页得: 钻孔时 l1=1.9mm, l2=1.0mm, 则: tm = =0.5 (min)5013 . 0 ) 19 . 126(x 铰孔时 l1=1.1mm, l2=15mm 则: tm = =0.6 (min)50013 . 0 )151 . 126(x 查文献1第 1213 页得: ta=1.5min 则: t=2.6(1+)=2.6781003 成批生产中，还要考虑加工一批工件的准备、结束时间。也就是在加工一批工件 之前，熟悉图纸、领取毛坯材料、准备刀具、量具、装夹和调整机床及在加工一批工 件之后交还工艺文件，拆卸、送还工艺装备和送检成品所需要的时间。由文献6可 6 知，长批成产时工件每个工序的总时间为： td = t + (1.5)Ntk 式中: td 单件时间定额 (min); tk 加工一批工件的准备时间、结束时间 (min); 沈阳理工大学学士学位论文 1717 N 一批工件数量 由公式（1.5）看出。N 越大，则 td 与 t 越接近。当大量生产时,有: td t (1.6) 由于我们设计的产品是大批量成产的，所以: td 2.678 (min) 沈阳理工大学学士学位论文 1818 2 夹具设计 汽车导块是与拨叉配合使用完成传动的，他的体积不大，但形状复杂，从零件图 上看有许多相贯线，致使零件加工时，定位、装夹都很复杂，利用通用、随机夹具很 难保正精度，有时甚至无法实现。我们设计的夹具要使其有更好的定位、夹紧方案， 从而保证必要的加工精度要求。我们设计了钻 6 孔和铣导块拨槽两道工序所用的专用 夹具。其中钻床夹具可以多工位同时加工多个工件；铣导块拨槽及顶部小端面时所用 的夹具，必须要考虑对刀板的位置，以及液压缸的选用等等。 2.1 钻床夹具的设计 2.1.1 研究原始资料，确定设计方案 如图 2.1 所示，根据编排的工艺规程，我们明确第 10 道工序的定位、夹紧及刀具、 量具的选用，为钻夹的设计奠定基础。(钻、铰销孔直径 6 上偏差+0.03，下偏差 0，倒 角 145)。 图 2.1 钻床夹具的定位夹紧方式 1. 确定夹具设计方案、结构 沈阳理工大学学士学位论文 1919 在确定夹具设计方案时，应当根据夹具设计的基本原则：确保零件加工质量，结 构尽量简单，操作方便高效，制造成本低廉。综合分析运用夹具设计的基本知识，结 合工序的实际情况，分析研究后确定方案。 8 , 3 2. 绘制结构草 图 2.2 钻床夹具 沈阳理工大学学士学位论文 2020 2.1.2 确定零件的定位方式，选择定位元件 根据零件的结构特点及六点定位原则结合加工精度要求，我们确定该工序零件的 定位方式如下： 共限制其六个自由度，其中心轴为长心轴，限制 4 个自由度；心轴小肩台限制 1 个自由度，侧面支承限制一个自由度，属于完全定位。 2.1.3 定位误差的计算 定位误差由基准位移误差和基准不重合误差组成，由文献8知： D = Y + B （2.1） 式中：D 夹具的定位误差 Y 基准位移误差 B 基准不重合误差 工件以孔与心轴(或定位销)外圆间隙配合时单边接触，选择芯轴直径公差为 0.01mm 则： Y=O1O2=(Dmax-dmin)2=(D+d)=(O.075 十 O.025)20.05（mm） 由于孔6 和与心轴配合的定位基准面在一个平面内，距离尺寸为 0，不存在基准 不重合误差，即B0，所以： DY0.05mm 因要求保证加工孔6 到定位基准（定位端面）的距离这一主要尺寸的公差 0.5mm。 工件允许误差的三分之二为 05230.3mm，显然定位误差没有超出工件主要 尺寸公差的三分之二，所以方案可行。 2.1.4 确定夹具的对刀装置、引导装置 根据本工序零件的待加工表面的工序尺寸精度及相互位置精度等几项要求，结合 实际情况，选择并确定引导装置，因为是钻夹我们不准备设计的对刀装置。固为是 3 钻床夹具所以它的钻模板比较特殊，它是与组合机床连在一起。当机床工作台落下 5 时钻模板随工作台落下，这时钻头随之落下，进行加工。而工作台是回转的，因为有 4 个工位，所以我们要设计是一个 360的正方形夹具。他随工作台回转，从而完成了 4 个工位。注意，我们要在夹具体上设有圆柱销设计。因为这样能保证加工位置的一致 沈阳理工大学学士学位论文 2121 性，而使加工达到高效的目的。 2.1.5 确定夹具与机床联接固定相对位置的元件 钻床夹具是直接通过耳座槽。用 T 型螺栓固定在夹具上的。应注意耳座槽的大小 尺寸与工作台上的 T 型槽相符。查文献8可知，T 型槽宽为 20 的耳座寸。 确定夹具体和整体结构。根据面转工作台的组合机床，我们设计的夹具也是整个 夹具体，它包含了 4 个工位，采用中空结构，这样可以节省材料，也可大大利用空间。 每个工位一次装夹 2 个工件，整体结构的设计，便于工件的装卸。再研究我们的这道 工序的定位、夹紧。利用紧固的三角形螺纹螺母手动夹紧。因为每个工位的工件为 2 个，共 4 个工位，可同时安装和加工 8 个工件，故生产率很高，而且夹紧工件也不浪 费工作时间。夹具装配图中，我们尽量采用标准件，对于必要的非标准零件我们都一 一画了零件图。 2.1.6 钻模板的设计 钻模板用于刀具的正确导向，以提高加工精度，本组机使用的是移动式钻模板。 钻模板是随组台机床的主轴箱一起上下运动的。为使钻模板与夹具准确定位，在夹 具体设计时，钻模板上有两孔，孔内有耐磨的衬套向下移动时与夹具体上的导向柱配 合实现定位。配合为 H7g6。 钻模板上导套磨损很大，采用可换钻套，钻套外端加有衬套，导套与衬套配合 H7/h6、衬套与钻模板的配合采用过盈配合，即 H8/n7。 为保证钻模板上下运动平稳性，用直径为40 的导向柱结构，导杆上安有弹簧，导 杆与钻模板间靠弹簧销锁紧，便于拆卸和安装。 2.2 铣床夹具设计 2.2.1 研究原始资料，明确设计任务 同钻床一样，我们根据编排的工艺路线，明确深入了解第 7 道工序(铣导块拨槽 及项面)。保证顶平面到定位中心距离为 32 上、下偏差 0.1，进一步明确定位夹紧方式， 对所用的铣床有一个初步概念。 沈阳理工大学学士学位论文 2222 2.2.2 确定夹具设计方案，结构绘制结构简图 1. 确定夹具设计方案,结构 同样要以夹具设计的基本原则为依据，经过分析、研究后确定最合理的设计方案。 确定零件的定位方式，选择定位元件，计算定位误差。 我们通过分析研究工件的规则外形及需要加工定位，还有六点定位原则，确定零 件的定位方式如下： 图 2.3 铣床夹具的定位夹紧方式 2. 结构草图 沈阳理工大学学士学位论文 2323 图 2.4 铣床夹具 沈阳理工大学学士学位论文 2424 如上图知，我们主要通过长心轴限制 4 个自由度，一个轴肩限制一个自由度。定 位块限制一个自由度。从而实现 6 个自由度的六点定位。用长心轴定位时，要对定位 误差进行计算. 2.2.3 定位误差的计算 定位误差由基准不重合误差和基准位移误差组成，由文献8可知： D=Y+B (2.2) 完成此工序时，工件孔与心轴单边接触：工件以孔为定位基准，与工序基准重合。 因为内孔间的配合为16H7h6。孔径为16 上偏差+0.018 下偏差-0.011 所以 D=(Dmax-dmin)/2=(D+d)/2=(0.018+0.011)/2=0.0145 要求保证顶平面到定位中心距离为 32 上下偏差 0 IT=0.2,工件误差的三分之一为 0.2/3=0.067 定位误差小于工件误差的 2/3，故可行。 2.2.4 计算夹紧力 由前面的定位，夹紧方式简单，我们分析叉口侧面需夹紧机构。或是压板或是其 它，我们通过计算夹紧力，选择合理的夹紧机构装置。有心轴及其轴屑定位后，通过 定位块可以给工件一面定位。经分析，26 的另一侧也需一夹紧机构给予夹紧。 1先看导块叉口侧面所需的夹紧力：根据文献8选择合适的公式进行计算。选择防止 工件转动的公式： Wk=Kmsin/2/1Rsin/2+2R P=CpT0.86Sz0.72D-0.86BKpG 式中：Cp 再用高速钢 W18Cr4V 铣刀铣削时，为考虑工件材料及铣刀类型的系数。 铣削深度 S：每齿进给量 D铣刀直径查得铣床 d109(0.52-0.7)，工作压力 (50-70)经过计算得，查手册选取 D=65 的液压缸合理，又方便，省时，费用不会太高， 所以在大批大量生产中选用此装置。另一液压夹紧装置，设想通过顶压 126 端面实现 的。另一端面有支撑板实现定位夹紧，故夹紧力不会太大。由上述的计算法我们可以 推算，我们可以估算一下此装置。铣削力同上，夹紧力公式也由上式估算，最后，我 们还是选用 D 为 65 的液压缸我们选用的两个液压缸，都采用地脚式的，因为这样更适 沈阳理工大学学士学位论文 2525 合夹具体的结构，我们将安装于夹具体的外侧 2气缸的设计 根据对压板的结构进行强度校核，需要选择小径（活塞杆）为25 的活塞双作用 气压缸，才能满足生产需要。 设计过程： a、由文献6表 12-7 可知，选择气缸的类型。 因为此工序加工一次四个件，需要两个压板同时夹紧，所以选择双活塞气缸，两 个活塞同时向相反方向运动。 b、气缸的主要零部件设计计算，由文献6第 721 页可知： 拉力 P0=/4(D2-d2)P-T0.9/4D2P-T （2.3） 所以 （2.4） 式中：P0活塞杆上的拉力 T 汽缸工作时的阻力 D 汽缸内径 P 工作压力 取 P=3Mpa P0=4173N 代入公式（2.4）得： D=77m 由文献6表 12-9b 可知：取 D=80cm 由文献6表 12-10 可知： 取汽缸壁厚为 10mm d=0.25 D=22.4cm 由文献6表 12-14b 可知：取活塞杆 d=28cm 2.2.5 确定刀具的对刀装置，引导装置 铣夹不同于钻夹，它有对刀装置，用它来对刀，本工序加工拨槽及顶面，必须先 保证定位面到定位中心的距离，槽宽由刀具保证，侧壁到定位面的距离通过铣刀的宽 度和铣刀杆的直径保证，对刀装置上安装塞尺，所以，我们在安装对刀块时注意留出 3-5 毫米的位置放塞尺：对刀块安装在夹具体上。总之，使铣刀可顺利的铣完拨槽和顶 面。安装对刀装置，要先设好螺孔。加工时再钻销孔。销孔粗糙度值为 0.8，安装面的 cm P TP D 2 9 . 0 0 沈阳理工大学学士学位论文 2626 精度也得达到 Ra0.8。塞尺的放置，防止铣刀与对刀块干涉。对刀完毕后，塞尺应拿走。 通过 上述要点及夹具体的结构，我们采用侧装对刀板。 2.2.6 夹具与机床联接的定位元件 铣床与机床的联接方式不同于钻夹，它是通过定向键定位的，确定夹具在机床上 的合理位露，然后将 T 形螺栓通过耳座槽位置，把夹具体固定在工作台上。耳座槽与 定向键都是通过工作台上的 T 形槽进行选择的。由于 T 形槽的宽度是 18，确定了耳座 槽与定向键的大小，我们可从夹具设计手册中得到这些数据。 ，定向键的安装必须保证 它的精度和作用。定向键安装在工作台上的通槽内，槽的宽度与定向键的宽度相同， 以保证夹具良好的定位， 定向键的精度我们一般取 18h6。对导块的铣夹我们分析了基 本夹具的结构，它不会很大，所以需要两个耳座槽及定向键即可，它们的位置可由夹 具手册查得。见装配图。 2.2.7 确定夹具体的整体结构 通过设计钻床夹具，我们已经基本熟悉了夹具的设计结构，按照上述的分析，我 们已对铣夹有了一个初步方案，这个方案需要我们不断修改直到最优。夹具体设计成 一个中空式的，可以利用空间和节省材料。有些拧紧件可放置在里边。夹具体一侧开 口可以维修，以便可以修理、拧紧松的零件。粗略的勾出夹具的基本结构，然后考虑 对刀块的安装，为了满足加工要求采用逆铣，由于液压缸放在工作台的外侧，所以液 压缸的工作行程必须控制以便装卸工件方便。综合的反复考虑对刀板的安装可以在铸 出夹具体的凸台上精铣，一个平面保证平面精度后，再安装，同时保证位置。夹具体 上各零件的安装在合理的情况下，应尽量缩小整体结构体积和重量，工件要便于装卸， 由于工件用长心轴定位，所以工件装卸时使工件完全拿出，夹紧液压缸的行程有一定 要求。由于压板的反复运动，所以我们可以设置导套作一导向，具体装置请参看零件 图，我们将其铸出凸台，再半精加工，用圆拄销联结液压缸的活塞杆和压板，实现夹 紧工件，防止工件转动，具体的铣床夹具的结构请参照 铣床夹具装配图。 2.2.8 液压缸体设计 因为本机床采用液压缸控制加工，所以在选用液压缸时要考虑执行元件的运动方 沈阳理工大学学士学位论文 2727 式，行程，速度范围，负载条件，运动的平稳性和精度，工作循环和动作周期，同步 或连锁要求，工作可靠性等等。在这里我对液压缸的工作原理图作如下阐述： 12,11 如图 2.3 所示 当电磁铁 1YA 失电 ，2YA 得电 ，3YA 失电时 ，液压缸由差动 连接 实现快进，此时，压板压向工件。而当 1YA 失电 2YA 失电 3YA 得电 时 压 板缓慢靠向工件 压紧。而压紧后 KT 继电器得电，实现延时，此时加工，当电磁铁 1YA 得电 ，2YA 失电 ，3YA 失电时，液压缸实现快退，到终点时 KT 继电器再次得 电延时，此时安装工件。实现自动加工。 （a） 沈阳理工大学学士学位论文 2828 （b） （c） 图 2.5 液压工作原理图 沈阳理工大学学士学位论文 2929 4 专用刀具设计 铰刀是孔的精加工刀具，与钻头、扩孔钻相比，其加工余量小，齿数多、导向性 好、切削平稳、槽底直径大、刚性好，所以加工精度可达 IT9-IT7，加工表面粗糙度为 Ra3.2-0.4m。根据工件的加工要求，为了达到直径 8 孔的粗糙度 3.2，因此选用专 用绞刀。 9 4.1 铰刀类型的选用 铰刀的类型可根据被加工工件孔径大小、工件材料和切削用量等选用。因为我 9 们加工的是一个直径 8 的孔，根据直径我们选则高速钢锥柄机用铰刀。 4.2 设计步骤和方法 由文献9可知下表： 表 4.1 铰刀的设计步骤及相关尺寸 序号 名 称 符 号 计算公式结 果 1铰刀类型由表 234选用高速钢锥柄机用铰刀 2铰刀直径dd=Dd=8 3铰刀直径公差由表 2-70公差值为 4铰刀齿数z由表 2-35Z=6 5铰刀刀齿在圆 上的分布 采用等齿距布 6齿槽形状及尺寸,F,f,r由表 2-37，2-38选用直线齿背， =80,F=0.6,f=0.15,r=0.5 7齿槽方向由表 2-40选用直槽 8刀具几何参数由表 2-42 9刀具工作部分材 料 选用 W18Cr4V 10刀柄材料选用 40Cr 11切削部分前端直d4d4=d-(1.31.4)2e铰削余量 沈阳理工大学学士学位论文 3030 径e=0.05,d4=8-1.30.1=7.87 12倒锥部分直径d2d2=d-g, 由表 2-44g=0.05,d2=8 13铰刀切削部分长度ll=(0.718)d,参考表 2-47取=58 14铰刀切削部分长 度 l1l1=d-d4/2ctgkrl1=8-7.872ctg5=2.24,取 l=2.5 15前导锥长l3l3=13取 l3=1.5 16铰刀圆柱校准部 分长 l6l6=(0160.9)dl6=0.88=6.4 17铰刀总长L由表 2-45L=117156, L=150 18柄部莫氏锥度由表 2-453# 19铰刀柄部长l2由表 2-45l2=42 20铰刀颈部直径d3由表 2-45d3=6.5 21铰刀颈部长l4l4=L-l-l2l4=150-42-33=75 22中心孔D,D1,l1,l由附表 1A 型D=0.8,D1=1.7,l1=0.78,l=0.7 4.3 刀具结构 沈阳理工大学学士学位论文 3131 图 4.1 专用铰刀图 结 论 这次的毕业设计是检验我们二年所学知识的一个过程，培养我们动手能力，我们 即将迈向社会，面对新的挑战，我们不仅要冷静下来用脑思考，而且要动手去做更是 不可分离的一个部分。 学无止境，机械这门课验证了这句话，它适用丁那些不怕吃苦，勇住直前的人， 不断的钻研才会有成就。这次的设计是我们充分发挥自己想象力的一个好机会。 在这四个半月的毕业设计中，我除了熟练掌握了 CAD 绘图，还知道了如何设计能 提高生产率，当然是以保证产品质量的前提下，还要涉及及到降低生产成本。 这次的设计只是一个开端，经过努力终于完成了毕业设计，当中还有很多不足之 处，希望老师给予指正，我会虚心的接受各位老师的意见。 总的来说，汽车导向块在变速箱中起到了变速的作用，东西虽小，作用很大。 沈阳理工大学学士学位论文 3232 谢 辞 经过两个月的不懈努力，在指导教师仲老师的指导下和教研室各位老师的辅助下， 使我如期完成了即定的设计任务，在此对各老师致以最真挚的谢意。 通过本次设计使我们真正体会到机械设计工作的艰辛，它需要设计者必须具备耐 心，细致，坚韧不拨的精神。 在这段时间里，我经过了三个阶段，即迷茫、入门、自己创三个阶段，在每个阶 段里，指导教师仲老师给予我很大的帮助。在刚刚发下题目的时候，我头脑里一片空 白无从入手，是在仲老师引导下我迈出了设计的第一步，渐渐的我找到了设计的感觉， 明白了一些原理，对题目有一了些初步的了解，再由仲老师的点拨之后，我可以根据 一些参考资料，计算一些参数，设计出两套夹具。 故然设计的结果肯定是有许多不足之处，但是，这次设计，使我明白了许多实际 的东西，是课堂和课本里所找不到的知识，是我受益蜚浅。 通过这次毕业设计，我感到机械学不是那么枯燥无味，其实这里面也有很多乐趣 还可以锻炼自己的逻辑思维和空间想象能力，而且老师对我的严格要求，使我有了一 个治学严谨的态度，以至于影响了我以后的人生道路。 在此，我再一次感谢各位老师。 2009 年 69 月 7 日 沈阳理工大学学士学位论文 3333 参考文献 1 赵如福. 金属机械加工工艺人员手册. 上海：上海科学技术出版社出版. 第三版 P148494 2 谢永瀛. 组合机床设计简明手册. 出版社: 机械工业出版社出版 . 1998 P3550 3 许峰. 机床夹县设计. 沈阳 : 东北大学出版社. 1998 P2372 4 罗圣国，吴宗泽 机械设计课程设计手册. 北京: 清华大学出版社出版. 第二版 P6118 5 组合机床设计. 上海: 上海科学技术出版杜出版. 2000 6 机械制造工艺学. 出版社: 机械工业出版社出版. 第二版 P650 7 吴孝先. 机械制图. 沈阳: 辽宁大学出版社. 8 吴孝先. 机械制造工装备简明手册. 宁夏: 宁夏人民出版社. 2000 P247256 9 范忠仁. 非标准刀具设计手册. 黑龙江: 黑龙江科学技术出版社 P95133 10 实用典型刀具图册. 北京: 中国农业机械出版社. 1996 11 杨硕. 液压传动. 沈阳: 东北大学出版社. 1999 12 左建民. 液压与气压传动. 机械工业出版社.第二版. 1995 P230300 13 巩云鹏. 机械设计课程设计. 沈阳: 东北大学出版社. 1999 14 张玉,刘平 几何量公差与测量技术 沈阳 东北大学出版社 第三版 1995 P145452 沈阳理工大学学士学位论文 3434 附录 A 金属切削刀具 刀具的形状（特别是其角度）和材料是刀具的两个非常重要的因素。本文向 大家介绍刀具的几何参数和刀具材料。 A1 刀具几何参数 刀具的角度不仅在很大程度上决定了刀具的寿命，而且也决定加工的表面质量。 刀具角度设计的一般性原则不因某种特殊刀具而变。车刀、铣刀、钻头甚至是砂轮的 设计，所要考虑的因素基本相同。国 14.1 所示的车刀外形易于观察，我们即以此为例 来讨论刀具的几何参数。 沈阳理工大学学士学位论文 3535 刀具特征参数名目繁多，技术文献中术语使用也很混乱。为了澄清已有的混乱的 概念和术语，美国机械工程师协会颁了标准5-22-1950，本文的术语即以此为 依据。 单尖刀具是指只有一个前刀面和一条连续切削刃的刀具。图 14-2 所示各个角度定 义如下： 主视图中的角度 1 为背前角，它是在垂直于刀具基面的纵向剖面内的平行于刀柄 的一条直线与刀面之间的夹角。如该角后倾，则为正角，否则为负角。背前角对加工 过程影响很大，它直接影响刀具的切削力，表面光洁度（现用表面粗糙度值表示 译者）以及刀具而用度。 角度 2 为侧前角，