第一篇：減速器箱體加工工藝規程和工裝設計論文

畢業設計說明書

題目：減速器箱體加工工藝規程和工裝設計

專 業： 班 級： 學 號： 姓 名：

指導教師：

畢業設計（論文）任務書

一 設計內容和要求

1、按給定圖繪出零件工作圖 2張

2、選擇毛坯，繪制毛坯圖，制定毛坯技術條件 1張

3、對零件進行工藝分析，擬定工藝方案

4、合理選擇定位基準

5、填寫“機械加工工藝卡” 2張

6、編寫設計說明書：按設計作業指導書內容認真編寫。要求“立論鮮明，論證嚴密，計算準確，文理通順” 二 課題來源 老師自主命題

目錄

一 畢業設計的目的··········································1 二 零件的分析··············································1

1、零件的作用············································1

2、零件的圖樣分析········································1

3、工藝分析··············································1 三 工藝規程設計············································2

1、毛坯的確定············································2

2、基面的選擇············································2

3、制定工藝路線··········································2

4、機械加工余量工序尺寸的確定····························4

5、確定切削用量··········································5 四 鉆模設計················································9 五 設計小結················································9 六 主要參考資料············································10

一 畢業設計的目的

畢業設計是工科院校的最后一個重要教學環節。它對畢業生走上新的工作崗位能否適應技術工作需要有著直接的影響，同時也是對學生的一次綜合訓練。機械設計制造技術設計是培養機械工程類專業學生應職應崗能力的重要實踐性教學環節，它要求學生能全面綜合地運用所學的理論和實踐知識，進行零件機械加工工藝規程和工藝裝備的設計。通過本期設計，應達到以下學習目的

1.掌握編制機械加工工藝規程的方法和機械設計的基本計算；學會查閱有關手冊、資料，能夠正確應用公式和工藝參數的有關數據。2.學會擬定夾具設計方案并完成規定的工裝設計。3.培養分析和解決工藝問題的能力。

4.把所學的機械制造有關課程的知識應用于生產實際。二零件的分析 1.零件的作用

題目所給定的零件為箱體機蓋與機座。箱體零件是機器及部件的基礎件，它將機器及部件的軸，軸承和齒輪等零件按一定的相互位置關系裝配成一個整體，并按預定傳動關系協調其運動。2.零件圖樣分析 1）Ф100 0 2）Ф100 0+0.035 mm和Ф80 0

+0.030

mm軸心線的平行度公差值為0.07mm。

+0.035 mm和Ф80 0

+0.030

mm兩孔端面對基面B、A的位置度，公差為0.10mm。

3）分割面（箱蓋，箱體的結合面）的平面度公差為0.03mm.4）鑄件人工時效處理。5）零件材料HT200-400.6）箱體做煤油滲漏試驗。3.工藝分析

1）減速器箱體、箱座主要加工部分是分割面，軸承孔、通過孔和螺孔其中軸承孔要在箱蓋、箱體合箱后再進行孔加工，以確保兩個軸承孔中心線與分割面的位置，以及兩孔中心線的平行度和中心距。

2）減速器整個箱體壁薄，容易變形，在加工前要進行人工時效處理，以消除鑄件內應力，加工時要注意夾緊位置和夾緊力的大小，防止零件變形。3）如果磨削加工分割面不到平面度要求時，可采用箱蓋與箱體對研的手法。最終安裝使用時，一般加密封膠密封。

4）減速器箱蓋與箱體不具有互換性，所以以每裝配一套必須鉆鉸定位銷，做標記和編號。

5）減速器若批量生產可采用專鍾模或專用鍾床。以保證加工精度及提高生產效率。

6）兩孔平行度的精度主要有設備精度來保證。工件一次裝夾，主軸不移動，靠移動工作臺來保證兩孔中心距。

7）兩孔平行度檢查，可用兩根心軸分別裝入兩個軸承孔中，測量兩根心軸兩端的距離差，即可得出平行度誤差。

8）兩孔軸心線的位置度也通過兩根心軸進行測量。

9）箱蓋、箱體的平面度檢查，可將工件放在平臺上，用百分表測量。10）一般孔的位置，靠鉆模和劃線來保證。三 工藝規程設計

1.箱體零件的材料為HT20-40即是灰口鑄鐵。由于箱體零件的結構形狀比較復雜，內部常為空腔型，某些部位有“隔墻,”箱體壁薄且厚薄不均，而且零件的生產要求為小批量生產，為了提高生產效率，節約生產成本，保證加工質量，則選擇采用砂型鑄造的方式進行加工。為了消除鑄造時形成的內應力，減少變形，保證其加工精度的穩定性。毛坯鑄造后要安排人工時效處理。2.基面的選擇

箱體基準的選擇，直接關系到箱體上各個平面與平面之間，孔與平面之間，孔與孔之間的尺寸精度和位置精度要求是否能夠保證。在選擇基準時，首先要遵守“基準重合和基準統一“的原則，同時必須考慮生產批量的大小，生產設備，特別是夾具的選用等因素。1）粗基準的選擇

粗脊準的作用主要是決定不加工面與加工面的位置關系，以及保證加工面的余量均勻。箱體零件上一般有一個（或幾個）主要的大孔，為了保證孔的加工余量均勻，應以該毛坯孔為粗基準。箱體零件上的不加工面主要考慮內腔表面，它和加工面之間的距離尺寸有一定的要求，因為箱體中往往裝有齒輪等傳動件，它們與不加工的內壁之間的間隙較小，如果加工出的軸承端面與箱體內壁之間的距離尺寸相差太大，就有可能使齒輪安裝時與箱體內壁相碰。從這一要求出發，應選內壁為粗基準。但這將使夾具結構十分復雜，甚至不能實現。考慮到鑄造時內壁與主要軸承孔都是同一個泥心澆注的，因此實際生產中常以孔為主要粗基準限制四個自由度，而輔之以內腔或其它毛坯孔為次要基準面，以達到完全定位的目的。2）精基準的選擇

根據批量生產的減速器箱體通常以頂面和定位銷孔為基準，機蓋以下平面和兩定位銷孔為精基準，平面和兩定位銷孔這種定位方式很簡單地限制了工件六個自由度，定位穩定可靠；在一次安裝下，可以加工除定位面以外的所有五個面上的孔或平面，也可以作為從粗加工到精加工的大部分工序的定位基準，實現“基準統一；”此外，這種定位方式夾緊方便，工件的夾緊變形小；易于實現自動定位和自動夾緊，但不存在基準重合誤差。3.制訂工藝路線

整個加工過程分為兩個大的階段，先對蓋和底座分別進行加工，而后再對裝配好的整體進行加工。第一個階段主要完成平面，緊固孔和定位孔的加工，為箱體的裝合作準備，第二階段為在裝合好的箱體上加工軸承孔 及其端面。在兩個階段之間應安排鉗工工序，將蓋與底座合成箱體，并用二錐銷定位，使其保持一定的位置關系，以保證軸承孔的加工精度和撤裝后的重復精度。1）箱體機蓋工藝路線方案: 工序Ⅰ 鑄造 鑄造成形

工序Ⅱ 清砂 清除澆注系統、冒口、型砂、飛邊、毛刺等

工序Ⅲ 熱處理 人工時效處理

工序Ⅳ 涂底漆 非加工面涂防銹漆

工序Ⅴ 劃線 劃分割面加工線，劃Ф100 0

+0.035

mm、Ф80 0

+0.030

mm兩個軸承

孔端面加工線，劃頂部斜面加工線（檢查孔）

工序Ⅵ 銑 以分割面為裝夾基面，按線找正，夾緊工件，銑頂部斜

面，保證尺寸5mm 工序Ⅶ 銑 以已加工的頂部斜面做定位基準，裝加工件（專用工裝），銑分割面，保證尺寸12毫米（注意周邊尺寸均勻）

工序Ⅷ 鉆 以分割面及外形定位，鉆6xФ13mm和2xФ11mm孔，锪

以6xФ30mm和2xФ24mm孔深2mm，鉆攻M10螺紋。

工序Ⅸ 鉆 以分割面定位鉆攻頂斜面上4xM6螺紋。工序Ⅹ 檢驗 檢查各部尺寸及精度。2）箱體機座工藝路線方案

工序Ⅰ 鑄造 鑄造成型。

工序Ⅱ 清砂 清除澆口、冒口、型砂、飛邊、毛刺等。

工序Ⅲ 熱處理 人工時效處理。

工序Ⅳ 涂漆 非加工面涂防銹漆。

工序Ⅴ 劃線 劃分割面加工線，劃兩個軸孔端面加工線，底面線照顧

壁厚均勻。

工序Ⅵ 銑 以分割面定位，按線找正，裝夾工件。銑底面保證高度

尺寸170mm（工藝尺寸）。

工序Ⅶ 銑 以底面定位，按線找正，裝夾工件，銑分割面保證尺寸

12mm.工序Ⅷ 銑 定位夾緊，銑兩處寬8mm，深5mm,距內壁8mm油槽。

工序Ⅸ 鉆 鉆底面6xФ17mm孔，其中兩個鉸至Ф17.5 0

锪6xФ30mm孔，深2mm。

+0.01

(工藝用)，工序Ⅹ 鉆 鉆6xФ13mm和2xФ11孔，锪6xФ30mm和2xФ24mm孔，深2mm。

工序Ⅺ 鉆 鉆攻M12測油孔，深16MM,锪Ф20mm，深1mm。

工序Ⅻ鉆 以兩個Ф17.5 0

+0.01

mm孔及在底面定位，裝夾工件，鉆M16x1.5底

孔，攻M16x1.5螺紋，锪Ф30mm平。

工序ⅩⅢ 鉗 箱體底部用煤油做滲漏試驗。

工序ⅩⅣ 檢驗 檢查各部尺寸及精度。3）箱體整體的工藝過程

工序Ⅰ 鉗 將箱蓋、箱底對準合箱。用6xM12螺栓，螺母緊固。

工序Ⅱ 鉆 鉆鉸2xФ18mm,1:50錐度銷孔，裝入錐銷。

工序Ⅲ 鉗 將箱蓋、箱體做標記、編號。

工序Ⅳ 劃線 已合箱后的分割面為基準，劃Ф100 0

兩軸承孔加工線。

工序Ⅴ 鏜 以底面定位，按線找正，裝夾工件，粗鏜Ф100 0

Ф80 0

+0.030

+0.035

+0.035

mm，Ф80 0

+0.030

mm

mm，mm兩軸承孔，留加工余量1～2mm,保證中心距

150±0.07mm,保證分割面與軸承孔的位置度公差0.1mm。

工序Ⅵ 鏜 定位夾緊，同工序Ⅴ按分割面精確對刀。精鏜兩軸承孔

至圖樣尺寸，保證中心距150±0.07mm,并倒角兩處2x45o。

工序Ⅶ 鏜 定位夾緊同工序Ⅴ，鏜軸承孔兩端面（兼顧尺寸均勻）

保證尺寸196mm。工序Ⅷ 鉆 以底面，一端面定位，找正裝夾，鉆軸承孔兩面12XM8

底孔，深20mm，攻12xM8螺紋深15，倒角0.5x45o。

工序Ⅸ 鉗 折箱，清理飛邊、邊刺。工序Ⅹ 鉗 合箱裝錐銷，緊固。工序Ⅺ 檢驗 檢查各部分尺寸及精度。工序Ⅻ 入庫。4.機械加工余量、工序尺寸的確定 1）箱蓋

①毛坯的外廓尺寸

考慮其加工外廓尺寸為428x196x140mm，表面粗糙度要求為3.2um。根據《機械加工工藝手冊》（以下簡稱《工藝手冊》表2.3-5及表2.3-6按公差等級7-9級，取9級，加工余量等級取F級）確定毛坯長：因為零件兩端為非加工面，故不留加工余量，其外廓尺寸長428mm 寬：196+2x6=208mm 高: 140+2x6=152mm ②主要平面加工的工序尺寸及加工余量

為了保證加工后工件的尺寸，在銑削工件表面時工序Ⅵ的銑削深度=3mm,工序Ⅶ的銑削深度=3mm。

③加工的工序尺寸及加工余量

⑴鉆6xФ13孔

鉆孔Ф13mm·2z=13mm·=6.5mm ⑵鉆2xФ11mm孔

鉆孔：Ф10mm·2z=10mm·=5mm 擴孔：Ф11mm·2z=1mm·=0.5mm ⑶攻鉆4xM6孔

鉆孔：Ф6mm·2z=6mm·=3mm 攻孔：M6mm 2）箱底

①毛坯的外廓尺寸

考慮其加工尺寸為428x196x170mm，表面粗糙度要求為為3.2um。根據《工藝手冊表》表2.3-5及表2.3-6，按公差等級7-9級，取9級，加工余量等級取F級確定毛坯長：428mm 寬：196+2x6=208mm 高：170+2x6=182mm ②主要平面加工的工序尺寸及加工余量

為了保證加工后工件的尺寸，在銑削工件表面時，工序Ⅵ的銑削深度=3mm。

③加工的工序尺寸及加工余量

⑴鉆6xФ17孔

鉆孔：Ф14mm·2z=14mm·=7mm 擴孔：Ф17mm·2z=3mm·=1.5mm ⑵鉆6xФ13孔

鉆孔：Ф13mm·2z=13mm·=6.5mm ⑶鉆2xФ11孔

鉆孔：Ф10mm·2z=10mm·=5mm 擴孔：Ф11mm·2z=1mm·=0.5mm ⑷攻鉆M12孔

鉆孔：Ф12mm·2z=12mm·=6mm 攻孔：M12mm ⑸攻鉆M16孔

鉆孔：Ф16mm·2z=16mm·=8mm 攻孔：M16mm 3）箱體

①主要平面加工的工序尺寸及加工余量

為了保證加工后工件的尺寸，在銑削工件表面時，工序Ⅴ的鏜削深度=2.6mm,工序Ⅵ的鏜削深度=0.4mm，工序Ⅶ的鏜削深度=2.6mm留0.8精鏜余量，連續完成。

②加工的工序尺寸及加工余量

攻鉆：24XM8孔

鉆孔：Ф8mm·2z=8mm·=4mm 攻孔：M16mm 5.確定切削用量 1）箱蓋

⑴工序Ⅵ銑頂部余面 ①加工條件：

工件材料：灰鑄鐵

加工要求：粗精銑箱蓋，頂部斜面，保證尺寸5mm 機床：臥式銑床X63 刀具：采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，=225mm 齒數z=20.量具：卡板 ②計算銑削用量

已知被加工長度為100mm，最大加工余量為=6mm，分兩次銑削，切削深度=3mm,確定進給量f.根據《工藝手冊》表2.4-75確定=0.2mm/min.切削速度：參考有關手冊確定v=0.45m/s,即27m/min.=1000x27/3.14x225=38r/min 根據表2.4-86，取=37.5r/min,故實際切削速度為： V=/1000=26.5m/min ⑵工序Ⅶ

①加工條件：

工作材料：灰鑄鐵

加工要求：粗精銑分割面，保證尺寸12mm 機床：臥式銑床 X63 刀具：采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀ｄun=225mm，齒數Z=20。

量具：卡尺 ②計算銑削用量

已知毛坯被加工長度為428mm，最大加工余量Emax=6mm。留精銑余量0.8mm。分兩次銑削，切削深度ａp=2.6mm。

確定進給量ｆ：根據《工藝手冊》表2.4-75確定ｆz=0.2mm/Z 切削速度：參考有關手冊確定V=0.45m/s。即27m/min Ｎs=1000v/πdw=1000×27/（3.14×225）=38r/min 根據表2.4-86取Nw=37.5r/min 故實際切削速度為V=πdwｎw/1000=26.5m/min ⑶工序Ⅷ

①鉆6×φ13mm孔

工作材料：灰鑄鐵

加工要求：鉆6個直徑為13mm的孔

機床：立式機床2535 刀具：采用φ13的麻花鉆頭走刀一次； f=0.25mm/r（《工藝手冊》表2.4-

38、3.1-36）r=0.44m/s=26.4m/min（《工藝手冊》表2.4-41）

Ｎs=1000r/πdw=336r/min 按機床先取Nw=400r/min（《工藝手冊》表3.1-36）

所以實際切削速度V=πdwNw/1000=3.14×225×400/1000=31.42m/min ②鉆2×φ11mm孔

工作材料：灰鑄鐵 加工要求：鉆2個直徑為11mm的孔

機床：立式鉆床2535 刀具：采用φ10mm的麻花鉆鉆頭走刀一次，擴孔鉆φ11mm一次

Φ10mm的麻花鉆：

f=0.2mm/r（《工藝手冊》表2.4-38）

v=0.53m/s=31.8m/min（《工藝手冊》表2.4-41）Ns=1000v/πdw=405r/min 按機床選取Nw=400r/min（《工藝手冊》表3.1-36）

所以實際切削速度v=πdwNw/1000=31.42m/min ⑷工序Ⅸ

攻鉆4×M6孔

鉆φ6孔：f=0.15mm/r（《工藝手冊》表2.4-

38、表3.1-36）v=0.61m/s=36.6m/min（《工藝手冊》表2.4-41）Ns=1000v/πdw=466r/min 按機床選取Nw=400r/min（《工藝手冊》表3.1-36）

所以實際切削速度V=πdwNw/1000=31.42m/min 攻鉆4×M6mm孔

V=0.1m/s=6m/min Ns=238r/min 按機床選取Nw=195r/min 則實際切削速度V=4.9m/min。2）箱底

⑴工序Ⅵ 粗銑底面

由于加工條件與加工箱蓋工序Ⅶ相同，所以計算過程也相同，在此不再陳述。

⑵工序Ⅶ 粗精銑分割面 同上

⑶工序9 鉆6×φ17孔

工作材料：灰鑄鐵

工作要求：鉆6個直徑為17mm孔

機床：立式鉆床2535 刀具：采用φ14mm的麻花鉆頭走刀一次，擴孔鉆φ17mm走刀一次。

Φ14mm的麻花鉆：

f= 0.3mm/s（《工藝手冊》表2.4-38）

V=0.52m/s=31.2m/min（《工藝手冊》表2.4-41）Ns=1000v/πdw=397r/min 按機床選取Nw=400r/min|（《工藝手冊》表3.1-36）

所以實際切削速度v=πdwNw/1000=31.42m/min ⑷工序Ⅹ

①鉆6×φ13孔 ②鉆2×φ11孔

由于加工條件與加工箱蓋工序Ⅷ（①②）相同，所以計算過程在此不再陳述。

⑸工序Ⅺ 攻鉆M12mm、深16mm孔

機床：立式鉆床2535 刀具：φ12mm的麻花鉆 M12絲錐

鉆φ12mm的孔；

f=0.25mm/r（《工藝手冊》表2.4-38表3.1-36）v=0.51m/s=30m/min（《工藝手冊》表2.4-41）Ns=1000v/πdw=402r/min 按機床選取Nw=400r/min（《工藝手冊》表3.1-36）

所以實際切削速度v=πdwNw/1000=31.42m/min 攻鉆M12mm孔

V=0.1m/s=6m/min Ns=238r/min 按機床選取Nw=195r/min 則實際切削速度v=4.9m/min ⑹工序Ⅻ 攻鉆M16×1.5mm孔

機床：立式鉆床2535 刀具：φ16mm的麻花鉆 M16絲錐

鉆φ16mm的孔

f=0.32mm/r（《工藝手冊》表2.4-

38、表3.1-36）v=0.57m/s=34.2m/min（《工藝手冊》表2.4-41）Ns=1000v/πdw=435r/min 按機床選取Nw=400r/min（《工藝手冊》表3.1-36）

所以實際切削速度v=πdwNw/1000= 31.42m/min 攻M16mm孔

v=0.1m/s=6m/min Ns=238r/min 按機床選取Nw=195r/min 則實際切削速度v=4.9m/min 3）箱體

⑴工序Ⅱ 鉆鉸兩個直徑為8mm的孔

①鉆孔工步

機床：立式鉆床2535 刀具：采用φ6mm的麻花鉆頭走刀一次 f=0.11m/r（《工藝手冊》表2.4-38）

v=0.76m/s=45.6m/min（《工藝手冊》表2.4-41）Ns=1000v/πdw=580r/min 按機床選取Nw=530r/min（《工藝手冊》表3.1-36）所以實際切削速度v=πdwNw/1000=41.6m/min ②粗鉸工步

機床：立式鉆床2535 刀具：采用φ6-φ8mm的鉸刀走刀一次 f=0.4mm/r（《工藝手冊》表2.4-38）

v=0.36m/s=21.6m/min（《工藝手冊》表2.4-41）Ns=1000v/πdw=275r/min 按機床選取Nw=275r/min（《工藝手冊》表3.1-36）

所以實際切削速度v=πdwNw/1000=21.6m/min ⑵工序Ⅴ

粗鏜

①加工條件

工件材料：灰鑄鐵

加工要求：粗鏜φ100、φ80軸承孔，留加工余量0.3mm加工11.4mm 機床：768鏜床

刀具：YT30鏜刀

量具：塞規

②計算鏜削用量

粗鏜孔至φ99.4mm、φ79.4mm。單力余量z=0.3mm，切削深度ａp=5.7mm走刀長度為L=196mm 確定進給量f：根據《工藝手冊》表2.4-60確定ｆz=0.37mm/z 切削速度：參考有關手冊確定v=200mm/min Ns=1000v/πdw=1000×200/（3.14×260）=368r/min 根據表3.1-41取Nw=380r/min ⑶工序Ⅵ 精鏜

①加工條件

加工要求：精鏜φ100、φ80軸承孔加工0.3mm 機床：T68鏜床

刀具：YT30鏜刀

②計算鏜削用量

精鏜孔至φ100，φ80切削深度ａp=0.3mm，走刀長度為L=196mm 確定進給量f：根據《工藝手冊》表2.4-60確定ｆz=0.17mm/z 切削速度：參考有關手冊確定v=300mm/min Ns=1000v/πdw=1000×300/（3.14×260）=868r/min 根據表3.1-41取Nw=800r/min ⑷工序7 鉆24×M8mm孔

①加工條件

加工要求：鉆φ8底孔深20mm，攻M8螺紋深15mm 機床：立式銑床2535 刀具：φ8mm的麻花鉆 M8絲錐 ②計算鉆削用量

鉆φ8mm的孔確定進給量f根據《切削用量手冊》表2-7，do=8mm時f=（0.2～0.32）m/r。由于本零件在加工φ8孔時屬于低鋼度零件，故進給量應乘系數0.75.則f=（0.2～0.32）×0.75=（0.15～0.24）mm/r 切削速度：根據《工藝手冊》表3-42 v===2.21 查得切削速度v=20m/min.所以=100v/dw==796r/min 按機床選取=750v/min 所以實際切削速度v=/1000=18.84m/min 攻M8mm孔 V==0.1m/s=6m/min =1000v/=205r/min 按機床選取=180r/min 所以實際切削速度v=πdwNw/1000==4.5m/min 四 鉆模設計

為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度。需要設計專用夾具。但因為產量少，只有50件。經與指導老師協商，可用鉆模。鉆模是搖臂鉆、臺鉆等鉆孔設備在生產批量（50件可用）產品時的必備夾具，又稱靠模，北方人稱“鉆胚”是靠在零件鉆孔面上進行鉆孔的工具，讓被鉆零件的孔位置達到圖紙要求，以滿足產品的裝配需要，“模”屬于模具，就是要求其模具與被鉆零件的孔位置統一。因此每個零件則需要一個模具。減速器的鉆模可用蓋板式，這樣可以節省費用，經與老師協商，本零件要求精度不高。所以只有3個鉆模即可，即分割面和兩個軸承孔。這樣就減少了困難度。使設計更加容易的完成。

經過討論和協商做出了如圖所示樣板，這樣的樣板既方便找正，又方便操作，使工作更容易。如前所述，這樣設計的鉆模提高了勞動生產率，又保證了生產成本，做工作更得于進行。

對于其他夾具則可用常用夾具，也能保證精度，故不做設計。五 設計小結

畢業設計是我們在學習階段的最后一個重要環節，要求我們能綜合運用大學三年所學的專業知識和理論知識，結合實際，獨立解決本專業一般問題樹立為生產服務，扎實肯干，一絲不茍的工作作風，為將來在機械方面工作打下良好的基礎。為了綜合訓練我們的綜合設計能力，進一步培養和提高科學的思維方式和正確的設計思想以及發現，分析，解決解決實際問題的能力，在老師的指導下解決一定的工程問題，完成專科教育中非常重要的實踐教學環節。我的畢業設計課題是前機體的機械加工工藝以及鉆模的設計，對其加工過程的工藝，工裝夾具進行設計。本次設計是要求解決實際的非虛擬的機械工程問題，前提要求是我們掌握相當的專業知識，而通過本次設計提高自己綜合運用所掌握知識，查閱相關設力，熟悉相關的國家標準和國際標準，進一步熟練手工繪圖和操作繪圖軟件繪制工程圖，鍛煉我們獨立解決一定的實際工程問題的能力，使我們的設計更具實用性。本次設計還能讓我們更多的接觸社會，了解社會的發展態勢和國內外的現狀，作 崗位作一個鋪墊，增加自己的就業信心，明確今后的發展方向。由于本人的能力有限，在設計過程中會有很多不足之處，望各位老師給與批評和指教。我將努見。我基本上完成了前機體機械加工工藝以及夾具設計。在這整個設計的過程中我遇到了許多的問題，但是通過查找資料、和同組的同學一起探討、請教指導老師來解決了這些問題。從這次設計當中我不但把以前學習到的知識運用上來了，還學習了一些我們以前沒有學到的，可以說是即學即用。這對于即將走上工作崗位的我來說是一個很好的鍛煉，因為參加工作之后還有很多的東西要學，我們就應該具有這種即學即用的能力。總的來說，通過畢業設計，我學到了很多知識，也深刻體會到畢業設計這一課在整個大學學習當中的重要性

六 主要參考資料

1、機械零件設計手冊

2、機械加工工藝手冊

3、金屬切割手冊

4、夾具設計手冊

第二篇：減速器箱體蓋加工工藝及夾具設計小批量生產

機械設計說明書

《機械制造工程原理》

課程設計說明書 設計題目: 減速器箱體蓋設計加工工藝及夾具設計

設 計 者

學

號

指導教師

汪洪峰

信息工程學院 2013 年月日

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摘 要

初步學會綜合運用以前所學過的全部課程，并且獨立完成了一項工程基本訓練。運用機械制造工藝學的基本理論和夾具設計原理的知識，正確地解決減速器箱體蓋零件在加工中的定位，夾緊以及合理制訂工藝規程等問題的方法。對減速器箱體蓋零件工序進行了夾具設計，學會了工藝裝備設計的一般方法，提高了結構設計的能力。

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前 言

《機械制造工程原理課程設計》是我們學習完大學階段的機械類基礎和技術基礎課以及專業課程之后的一個綜合課程，它是將設計和制造知識有機的結合，并融合現階段機械制造業的實際生產情況和較先進成熟的制造技術的應用，而進行的一次理論聯系實際的訓練，通過本課程的訓練，將有助于我們對所學知識的理解，并為后續的課程學習以及今后的工作打下一定的基礎。

對于我本人來說，希望能通過本次課程設計的學習，學會將所學理論知識和工藝課程實習所得的實踐知識結合起來，并應用于解決實際問題之中，從而鍛煉自己分析問題和解決問題的能力；同時，又希望能超越目前工廠的實際生產工藝，而將有利于加工質量和勞動生產率提高的新技術和新工藝應用到機器零件的制造中，為改善我國的機器制造業相對落后的局面探索可能的途徑。

由于所學知識和實踐的時間以及深度有限，本設計中會有許多不足，希望各位老師能給予指正。

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目 錄

摘 要..............................................................2 第一章: 概 述......................................................5 第二章：零件工藝的分析..............................................6 2.1 零件的工藝分析.........................................6 2.2

確定毛坯的制造形式.........................................6 2.3 箱體零件的結構工藝性........................................6 第三章：擬定箱體加工的工藝路線......................................7 3.1 定位基準的選擇...........................................7 3.2 加工路線的擬定.........................................7 第四章：機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定......................8 4.1．毛坯的外廓尺寸.............................................8 4.2．加工的工序尺寸及加工余量...................................8 第五章： 確定切削用量及基本工時....................................9 5.1.粗銑上窺視孔面.............................................9 5.2.粗銑結合面................................................10 5.3.磨分割面..................................................11 5.4.鉆孔......................................................12 第六章：專用夾具的設計 6．1 粗銑下平面夾具............................................14 6.2 粗銑前后端面夾具設計......................................15 參考文獻...........................................................18 結 論...........................................................19

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第一章: 概 述

箱體零件是機器或部件的基礎零件,它把有關零件聯結成一個整體,使這些零件保持正確的相對位置,彼此能協調地工作.因此,箱體零件的制造精度將直接影響機器或部件的裝配質量,進而影響機器的使用性能和壽命.因而箱體一般具有較高的技術要求.由于機器的結構特點和箱體在機器中的不同功用,箱體零件具有多種不同的結構型式,其共同特點是:結構形狀復雜,箱壁薄而不均勻,內部呈腔型;有若干精度要求較高的平面和孔系,還有較多的緊固螺紋孔等.箱體零件的毛坯通常采用鑄鐵件.因為灰鑄鐵具有較好的耐磨性,減震性以及良好的鑄造性能和切削性能,價格也比較便宜.有時為了減輕重量,用有色金屬合金鑄造箱體毛坯(如航空發動機上的箱體等).在單件小批生產中,為了縮短生產周期有時也采用焊接毛坯.毛坯的鑄造方法,取決于生產類型和毛坯尺寸.在單件小批生產中,多采用木模手工造型;在大批量生產中廣泛采用金屬模機器造型,毛坯的精度較高.箱體上大于30—50mm的孔,一般都鑄造出頂孔,以減少加工余量.機械設計說明書

第二章：零件工藝的分析

2.1 零件的工藝分析

2.1.1 要加工孔的孔軸配合度為H7，2.1.2 表面粗糙度為Ra小于1.6um,圓度為0.0175mm,垂直度為0.08mm,同2.1.3 軸度為0.02mm。其它孔的表面粗糙度為Ra小于12.5um,錐銷孔的表面粗糙度為Ra小于1.6um。

2.1.3 蓋體上平面表面粗糙度為Ra小于12.5um,端面表面粗糙度為Ra小于3.2um，2.1.4 機蓋機體的結合面的表面粗糙度為Ra小于3.2um，2.1.5 結合處的縫隙不2.1.6 大于0.05mm，機體的端面表面粗糙度為Ra小于12.5um。

2.2 確定毛坯的制造形式

由于鑄鐵容易成形，切削性能好，價格低廉，且抗振性和耐磨性也較好，因此，一般箱體零件的材料大都采用鑄鐵，其牌號選用HT20-40，由于零件年生產量2萬臺，已達到大批生產的水平，通常采用金屬摸機器造型，毛坯的精度較高，毛坯加工余量可適當減少。

2.3 箱體零件的結構工藝性

箱體的結構形狀比較復雜，加工的表面多，要求高，機械加工的工作量大，結構工藝性有以下幾方面值得注意：

2.3.1 本箱體加工的基本孔可分為通孔和階梯孔兩類，其中通孔加工工藝性最好，階梯孔相對較差。

2.3.2 箱體的內端面加工比較困難,結構上應盡可能使內端面的尺寸小于刀具需穿過之孔加工前的直徑，當內端面的尺寸過大時，還需采用專用徑向進給裝置。2.3.3 為了減少加工中的換刀次數,箱體上的緊固孔的尺寸規格應保持一致，機械設計說明書

第三章：擬定箱體加工的工藝路線

3.1 定位基準的選擇

定位基準有粗基準和精基準只分，通常先確定精基準，然后確定粗基準。3.1.1

精基準的選擇

根據大批大量生產的減速器箱體通常以頂面和兩定位銷孔為精基準，機蓋以下平面和兩定位銷孔為精基準，平面為330X20mm，兩定位銷孔以直徑6mm,這種定位方式很簡單地限制了工件六個自由度，定位穩定可靠；在一次安裝下，可以加工除定位面以外的所有五個面上的孔或平面，也可以作為從粗加工到精加工的大部分工序的定位基準，實現“基準統一”；此外，這種定位方式夾緊方便，工件的夾緊變形小；易于實現自動定位和自動夾緊，且不存在基準不重合誤差。3.1.2基準的選擇

加工的第一個平面是蓋或低坐的對和面，由于分離式箱體軸承孔的毛坯孔分布在蓋和底座兩個不同部分上很不規則，因而在加工蓋回底座的對和面時，無法以軸承孔的毛坯面作粗基準，而采用凸緣的不加工面為粗基準。故蓋和機座都以凸緣A面為粗基準。這樣可以保證對合面加工后凸緣的厚薄較為均勻，減少箱體裝合時對合面的變形。

3.2 加工路線的擬定

分離式箱體工藝路線與整體式箱體工藝路線的主要區別在于：

整個加工過程分為兩個大的階段，先對蓋和低座分別進行加工，而后再對裝配好的整體箱體進行加工。第一階段主要完成平面，緊固孔和定位空的加工，為箱體的裝合做準備；第二階段為在裝合好的箱體上加工軸承孔及其端面。在兩個階段之間應安排鉗工工序，將蓋與底座合成箱體，并用二錐銷定位，使其保持一定的位置關系，以保證軸承孔的加工精度和撤裝后的重復精度。

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第四章：機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定

根據上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量，工序尺寸及毛坯的尺寸如下：

4.1．毛坯的外廓尺寸

見圖紙《箱體零件毛坯圖》 考慮其加工外廓尺寸為485×176×155mm，表面粗糙度要求RZ為3.2um，根據《機械加工工藝手冊》（以下簡稱《工藝手冊》），表2.3—5及表2.3—6，按公差等級7—9級，取7級，加工余量等級取F級確定，毛坯長：485+2×3.5=492mm

寬：176+2×3=182mm 高：155+2×2.5=160mm

4.2．加工的工序尺寸及加工余量

① 鉆4-Φ6mm孔

鉆孔：Φ5mm，2Z=5 mm，ap=2.5mm 擴孔：Φ6mm，2Z=1mm，ap=0.5mm ② 鉆6-Φ10mm孔

鉆孔：Φ10mm，2Z=10 mm，ap=5mm ③ 攻鉆M10mm孔

鉆孔：Φ10mm，2Z=10 mm，ap=5mm 攻孔：M10mm

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第五章： 確定切削用量及基本工時

5.1.粗銑上窺視孔面

⑴ 加工條件： 工件材料：灰鑄鐵

加工要求：粗銑箱蓋上頂面，保證頂面尺寸3 mm 機床：臥式銑床X63 刀具：采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，dw=225mm,齒數Z=20 量具：卡板

⑵ 計算銑削用量

已知毛坯被加工長度為125 mm，最大加工余量為Zmax=2.5mm,可一次銑削，切削深度ap=2.5mm 確定進給量f：

根據《工藝手冊》），表2.4—75,確定fz=0.2mm/Z 切削速度：參考有關手冊，確定V=0.45m/s,即27m/min 根據表2.4—86,取nw=37.5r/min, 故實際切削速度為：

V=πdwnw /1000=26.5(m/min)當nw=37.5r/min,工作臺的每分鐘進給量應為：

fm=fzznz=0.2×20×37.5=150(mm/min)(5-2)切削時由于是粗銑，故整個銑刀刀盤不必銑過整個工件，則行程為

l+l1+l2=125+3+2=130mm 故機動工時為：

tm =130÷150=0.866min=52s 輔助時間為：

tf=0.15tm=0.15×52=7.8s 其他時間計算：

6%×（tb+tx)=6%×(52+7.8)=3.58s 故工序5的單件時間：

tdj=tm+tf+tb+tx =52+7.8+3.58=63.4s 9

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5.2.粗銑結合面

⑴ 加工條件： 工件材料：灰鑄鐵

加工要求：精銑箱結合面，保證頂面尺寸3 mm 機床：臥式銑床X63 刀具：采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，dw=225mm,齒數Z=20 量具：卡板

⑵ 計算銑削用量

已知毛坯被加工長度為330 mm，最大加工余量為Zmax=2.5mm,留磨削量0.05mm，可一次銑削，切削深度ap=2.45mm 確定進給量f：根據《機械加工工藝手冊》（以下簡稱《工藝手冊》），表2.4—75,確定

fz=0.2mm/Z 切削速度：

參考有關手冊，確定V=0.45m/s,即27m/min 根據表2.4—86,取nw=37.5r/min;由公式（5-1）得 故實際切削速度為：

V=πdwnw /1000=26.5(m/min)當nw=37.5r/min,工作臺的每分鐘進給量應為：

fm=fzznz=0.2×20×37.5=150(mm/min)切削時由于是粗銑，故整個銑刀刀盤不必銑過整個工件，則行程為

l+l1+l2=330+3+2=335mm 故機動工時為：

tm =335÷150=2.23min=134s 輔助時間為：

tf=0.15tm=0.15×134=20.1s 其他時間計算：

tb+tx=6%×(134+20.1)=9.2s 故工序6的單件時間：

tdj=tm+tf+tb+tx =134+20.1+9.2=163.3s 10

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5.3.磨分割面

工件材料：灰鑄鐵

加工要求：以底面及側面定位，裝夾工件，磨分割面，加工余量為0.05mm機床：平面磨床M7130 刀具：砂輪 量具：卡板 ⑴ 選擇砂輪

見《工藝手冊》表4.8—2到表4.8—8，則結果為

WA46KV6P350×40×127 其含義為：砂輪磨料為白剛玉，粒度為46號，硬度為中軟1級，陶瓷結合劑，6號組織，平型砂輪，其尺寸為350×40×127（D×B×d）⑵ 切削用量的選擇

砂輪轉速為N砂 =1500r/min,V砂=27.5m/s 軸向進給量fa =0.5B=20mm(雙行程)工件速度Vw =10m/min 徑向進給量fr =0.015mm/雙行程 ⑶ 切削工時

根據《工藝手冊》可知 式中L—加工長度，L=330mm b—加工寬度，230mm Zb——單面加工余量，Zb =0.0 5mm K—系數，1.10 V—工作臺移動速度（m/min）

fa——工作臺往返一次砂輪軸向進給量（mm）fr——工作臺往返一次砂輪徑向進給量（mm）輔助時間為：

tf=0.15tm=0.15×162=24.3s 其他時間計算：

tb+tx=6%×(162+24.3)=11.2s 故該工序的單件時間：

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

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5.4.鉆孔

⑴ 鉆4-Φ6mm孔 工件材料：灰鑄鐵

加工要求：鉆4個直徑為6mm的孔 機床：立式鉆床Z535型

刀具：采用Φ5mm的麻花鉆頭走刀一次，擴孔鉆Φ6mm走刀一次 Φ5mm的麻花鉆：f=0.25mm/r（《工藝手冊》2.4--38)

v=0.53m/s=31.8m/min（《工藝手冊》2.4--41)ns=1000v/πdw=405(r/min)按機床選取nw=400r/min,（按《工藝手冊》3.1--36）所以實際切削速度

Φ6mm擴孔：f=0.57mm/r（《工藝手冊》2.4--52）

v=0.44m/s=26.4m/min（《工藝手冊》2.4--53）ns=1000v/πdw=336(r/min)按機床選取nw=400r/min,（按《工藝手冊》3.1--36）所以實際切削速度

由于是加工2個相同的孔，故總時間為

T=2×(t1 +t2)=2×(10.8+10.8)=86.4s 輔助時間為：

tf=0.15tm=0.15×86.4=12.96s 其他時間計算：

tb+tx=6%×(86.4+12.96)=5.96s 故單件時間：

tdj=tm+tf+tb+tx =86.4+12.96+5.96=105.3s ⑵ 鉆6-Φ10mm孔 工件材料：灰鑄鐵

加工要求：鉆6個直徑為10mm的孔 機床：立式鉆床Z535型

刀具：采用Φ10mm的麻花鉆頭走刀一次，f=0.25mm/r v=0.44m/s=26.4m/min ns =1000v/πdw=336(r/min)按機床選取nw=400r/min,（按《工藝手冊》3.1--36）所以實際切削速度

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由于是加工6個相同的孔，故總時間為

T=6×t=6×20.4=102.4 s 輔助時間為：

tf=0.15tm=0.15×81.6=12.2s 其他時間計算：

tb+tx=6%×(81.6+12.2)=5.6s 故單件時間：

tdj=tm+tf+tb+tx =81.6+12.2+5.6=99.5s ⑶ 鉆M10mm孔 工件材料：灰鑄鐵

加工要求：攻鉆4個公制螺紋M10mm的孔 機床：立式鉆床Z535型 刀具：Φ10mm的麻花鉆10絲錐 鉆M10的孔

f=0.15mm/r v=0.61m/s=36.6m/min ns=1000v/πdw=466(r/min)按機床選取nw=400r/min, 作為實際切削速度

輔助時間為：

tf=0.15tm=0.15×90=13.5s 其他時間計算：

tb+tx=6%×(90+13.5)=6.2s 故單件時間：

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)按機床選取nw=195r/min, 則實際切削速度

V=4.9(m/min)故機動加工時間：

l=19mm, l1 =3mm,l2 =3mm, t=(l+l1+l2)×2/nf×4=1.02(min)=61.2s 輔助時間為：

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tf=0.15tm=0.15×61.2=9.2s 其他時間計算：

tb+tx=6%×(61.2+9.2)=4.2s 故單件時間：

tdj=tm+tf+tb+tx =61.2+9.2+4.2=74.6s 故該工序的總時間：

T=105.3+99.5+109.7+74.6=389.1s

第六章：專用夾具的設計

6．1 粗銑下平面夾具

6.1.1 問題的指出

為了提高勞動生產率和降低生產成本，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。

對于機體加工工序5粗銑機體的下平面，由于對加工精度要求不是很高，所以在本道工序加工時，主要考慮如何降低降低生產成本和降低勞動強度。6.1.2 夾具設計

（1）定位基準的選擇：

由零件圖可知，機體下平面與分割面的尺寸應保證為240mm，故應以蝸輪軸承孔及分割面為定位基準。為了提高加工效率，決定采用兩把鑲齒三面刃銑刀對兩個面同時進行加工。同時，為了降低生產成本，此夾具采用手動夾緊。（2）定位方案和元件設計

根據工序圖及對零件的結構的分析，此夾具定位以V形塊上四個支承釘對蝸桿軸承孔與兩個支承釘及一個雙頭浮動支承釘對磨合面同時進行定位。所選用的四個支承釘尺寸為，兩個支承釘的尺寸為，浮動支承釘見夾具設計剖面圖。（3）夾緊方案和夾緊元件設計

根據零件的結構和夾緊方向，采用螺釘壓板夾緊機構，在設計時，保證： 1）緊動作準確可靠

采用球面墊圈，以保證工件高低不一而傾斜時，不使螺釘壓彎。壓板和工件的接觸面應做成弧面，以防止接觸不良或改變著力點而破壞定位。

一般采用高螺母，以求扳手擰緊可靠，六角螺母頭也不易打滑損壞。支柱的高低

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應能調節，以便適應工件受壓面高低不一時仍能正確夾緊。2）操作效率高

壓板上供螺釘穿過的孔應作成長圓孔，以便松開工件時，壓板可迅速后撤，易于裝卸。壓板下面設置彈簧，這樣壓板松開工件取走后，仍受彈力托住而不致下落。螺旋夾緊機構各元件均已標準化，其材料，熱處理要求和結構尺寸都可以查表求得。

（4）切削力及夾緊力的計算

刀具：高速鋼鑲齒三面刃銑刀，dw=225mm,齒數Z=20 則F=9.81×54.5 ap0.9af0.74ae1.0Zd0-1.0δFz(《切削手冊》)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，銑削水平分力，垂直分力，軸向力與圓周分力的比值： 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 當用兩把銑刀同時加工銑削水平分力時： FL/ =2FL=2×5364=10728N 在計算切削力時，必須考慮安全系數，安全系數 K=K1K2K3K4 式中：K1 —基本安全系數，2.5 K2—加工性質系數，1.1 K3—刀具鈍化系數，1.1 K2—斷續切削系數，1.1 則F/=K FH=2.5×1.1×1.1×1.1×10728 =35697N 選用螺旋—板夾緊機構，故夾緊力 fN=1/2 F/ f為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數，f=0.25 則 N=0.5×35697÷0.25=71394N（5）具設計及操作的簡要說明

在設計夾具時，為降低成本，可選用手動螺釘夾緊，本道工序的銑床夾具就是選擇了手動螺旋—板夾緊機構。由于本工序是粗加工，切削力比較大，為夾緊工件，勢必要求工人在夾緊工件時更加吃力，增加了勞動強度，因此應設法降低切削力。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。夾具上裝有對刀塊，可使夾具在一批零件的加工之前很好地對刀（與塞尺配合使用）。

6.2 粗銑前后端面夾具設計

本夾具主要用來粗銑減速箱箱體前后端面。由加工本道工序的工序簡圖可知。粗銑前后端面時，前后端面有尺寸要求，前后端面與工藝孔軸線分別有尺寸要求。以及前后端面均有表面粗糙度要求Rz3.2。本道工序僅是對前后端面

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進行粗加工。因此在本道工序加工時，主要應考慮提高勞動生產率，降低勞動強度。同時應保證加工尺寸精度和表面質量。6.2.1 定位基準的選擇

在進行前后端面粗銑加工工序時，頂面已經精銑，兩工藝孔已經加工出。因此工件選用頂面與兩工藝孔作為定位基面。選擇頂面作為定位基面限制了工件的三個自由度，而兩工藝孔作為定位基面，分別限制了工件的一個和兩個自由度。即兩個工藝孔作為定位基面共限制了工件的三個自由度。即一面兩孔定位。工件以一面兩孔定位時，夾具上的定位元件是：一面兩銷。其中一面為支承板，兩銷為一短圓柱銷和一削邊銷。為了提高加工效率，現決定用兩把銑刀對汽車變速箱箱體的前后端面同時進行粗銑加工。同時為了縮短輔助時間準備采用氣動夾緊 6.2.2 定位元件的設計

本工序選用的定位基準為一面兩孔定位，所以相應的夾具上的定位元件應是一面兩銷。因此進行定位元件的設計主要是對短圓柱銷和短削邊銷進行設計。由加工工藝孔工序簡圖可計算出兩工藝孔中心距。由于兩工藝孔有位置度公差，所以其尺寸公差為: 所以兩工藝孔的中心距為，而兩工藝孔尺寸為。

根據《機床夾具設計手冊》削邊銷與圓柱銷的設計計算過程如下（1）、確定兩定位銷中心距尺寸 及其偏差（2）、確定圓柱銷直徑 及其公差（—基準孔最小直徑）取f7 所以圓柱銷尺寸為（3）、削邊銷的寬度b和B（由《機床夾具設計手冊》）（4）、削邊銷與基準孔的最小配合間隙

其中： —基準孔最小直徑 —圓柱銷與基準孔的配合間隙（5）、削邊銷直徑 及其公差

按定位銷一般經濟制造精度，其直徑公差帶為，則削邊銷的定位圓柱部分定位直徑尺寸為。（6）、補償值

6.2.3 定位誤差分析

本夾具選用的定位元件為一面兩銷定位。其定位誤差主要為：（1）、移動時基準位移誤差 =0.009+0.027+0.016 =0.052mm(2)、轉角誤差

6.2.4 銑削力與夾緊力計算

根據《機械加工工藝手冊》可查得：

當用兩把銑刀同時加工時銑削水平分力

銑削加工產生的水平分力應由夾緊力產生的摩擦力平衡。

即：（u=0.25）

計算出的理論夾緊力F再乘以安全系數k既為實際所需夾緊力

即： 取k=3.3275 F/=3.3275Χ42054.4=139936N

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6.2.5 夾緊裝置及夾具體設計

為了提高生產效率，縮短加工中的輔助時間。因此夾緊裝置采用氣動夾緊裝置。工件在夾具上安裝好后，氣缸活塞帶動壓塊從上往下移動夾緊工件。

根據所需要的夾緊力F/=139936N，來計算氣缸缸筒內徑。

氣缸活塞桿推力

其中：P—壓縮空氣單位壓力（取P=6公斤力/）

—效率（取）

Q=F/=13993.6公斤力

夾具體的設計主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯成一個整體。這些主要元件設計好后即可畫出夾具的設計裝配草圖。整個夾具的結構夾具裝配圖3所示。

6.2.6 夾具設計及操作的簡要說明

本夾具用于減速器箱體前后端面的粗銑。夾具的定位采用一面兩銷，定位可靠，定位誤差較小。其夾緊采用的是氣動夾緊，夾緊簡單、快速、可靠。有利于提高生產率。工件在夾具體上安裝好后，壓塊在氣缸活塞的推動下向下移動夾緊工件。當工件加工完成后，壓塊隨即在氣缸活塞的作用下松開工件，即可取下工件。由于本夾具用于變速箱體端面的粗加工，對其進行精度分析無太大意義。所以就略去對其的精度分析。

機械設計說明書

參 考 文 獻

鄒青 主編 機械制造技術基礎課程設計指導教程 北京： 機械工業出版社 2004，8 趙志修 主編 機械制造工藝學 北京： 機械工業出版社 1984，2 孫麗媛 主編 機械制造工藝及專用夾具設計指導 北京：冶金工業出版社 2002，12 李洪 主編 機械加工工藝手冊 北京： 北京出版社 1990，12 鄧文英 主編 金屬工藝學 北京： 高等教育出版社 2000 黃茂林 主編 機械原理 重慶： 重慶大學出版社 2002，7 丘宣懷 主編 機械設計 北京： 高等教育出版社 1997 儲凱 許斌 等主編 機械工程材料 重慶： 重慶大學出版社 1997，12 廖念釗 主編 互換性與技術測量 北京： 中國計量出版社 2000，1 10，樂兌謙 主編 金屬切削刀具 北京： 機械工業出版社 1992，12 11，李慶壽 主編 機床夾具設計 北京： 機械工業出版社 1983，4 12，陶濟賢 主編 機床夾具設計 北京： 機械工業出版社 1986，4 13，機床夾具結構圖冊 貴州：貴州人民出版社 1983，7 14，龔定安 主編 機床夾具設計原理 陜西：陜西科技出版社，1981,7 15，李益民 主編 機械制造工藝學習題集 黑龍江： 哈兒濱工業大學出版社 1984, 7 16, 周永強等 主編 設計指導北京： 中國建材工業出版社 2002,12

機械設計說明書

結 論

在本次畢業設計中，我們將設計主要分為兩大部分進行：工藝編制部分和夾具設計部分。

在工藝部分中，我們涉及到要確定各工序的安裝工位和該工序需要的工步，加工該工序的機車及機床的進給量，切削深度，主軸轉速和切削速度，該工序的夾具，刀具及量具，還有走刀次數和走刀長度，最后計算該工序的基本時間，輔助時間和工作地服務時間。其中，工序機床的進給量，主軸轉速和切削速度需要計算并查手冊確定。

在夾具設計部分，首先需要對工件的定位基準進行確定，然后選擇定位元件及工件的夾緊，在對工件夾緊的選擇上，我用了兩種不同的夾緊方法，即：粗銑下平面用的是螺釘壓板夾緊機構，粗銑前后端面時用的是氣動夾緊機構，兩種方法在生產中都有各自的優點和不足，但都廣泛運用在生產中。然后計算銑削力以及夾緊工件需要的夾緊力，這也是該設計中的重點和難點。

通過這次畢業設計，使我對大學里所學的知識有了一次全面的綜合運用，也學到了許多上課時沒涉及到的知識，尤其在利用手冊等方面，對今后畢業出去工作都有很大的幫助。另外，在這次設計當中，指導老師劉麥榮老師在大多數時間犧牲自己的寶貴休息時間，對我們進行細心的指導，我對他們表示衷心的感謝！在這次畢業設計中，我基本完成了畢業設計的任務，達到了畢業設計的目的，但是，我知道自己的設計還有許多不足甚至錯誤，希望老師們能夠諒解，謝謝！

第三篇：分離式減速箱箱體機械加工工藝規程設計

分離式減速箱箱體機械加工工藝

規程設計

內容提要：本文主要是分析了箱體的結構特點，箱體零件加工工藝等內容，敘述了該箱體毛坯的加工余量與生產批量、毛坯尺寸、結構、精度和鑄造方法，主要平面的形狀精度和表面粗糙度，孔的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度等。

關鍵詞：箱體；主要技術要求；工藝分析。

目 錄

引 言................................................................1 第一章 箱體類零件的主要技術要求、材料和毛坯...........................2 1.1主要平面的形狀精度和表面粗糙度............................................2 1.2孔的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度....................................2 1.3主要孔和平面相互位置精度..................................................3 1.4箱體的材料及毛坯..........................................................3 第二章

箱體零件加工....................................................4 第三章 箱體孔系加工及常用工藝裝備......................................8 結 論................................................................10 致 謝...............................................................11

引 言

箱體要求加工的表面很多。在這些加工表面中，平面加工精度比孔的加工精度容易保證，于是，箱體中主軸孔（主要孔）的加工精度、孔系加工精度就成為工藝關鍵問題。本文主要是分析了分離式減速箱的結構特點，敘述了該箱體的毛坯的加工余量與生產批量、毛坯尺寸、結構、精度和鑄造方法，主要平面的形狀精度和表面粗糙度，孔的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度等。

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第一章 箱體類零件的主要技術要求、材料和毛坯

箱體類零件中以機床主軸箱的精度要求最高。以某車床主軸箱，如圖2-1所示為例，箱體零件的技術要求主要可歸納如下：

圖1-1 車床主軸箱

1.1主要平面的形狀精度和表面粗糙度

箱體的主要平面是裝配基準，并且往往是加工時的定位基準，所以，應有較高的平面度和較小的表面粗糙值，否則，直接影響箱體加工時的定位精度，影響箱體與機座總裝時的接觸剛度和相互位置精度。

一般箱體主要平面的平面度在0.1-0.03mm，表面粗糙度Ra2.5-0.63um，各主要平面對裝配基準面垂直度為0.1/300。

1.2孔的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度

箱體上的軸承支承孔本身的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度都要求較高，否則，將

第 2 頁 影響軸承與箱體孔的配合精度，使軸的回轉精度下降，也易使傳動件（如齒輪）產生振動和噪聲。一般機床主軸箱的主軸支承孔精度為IT7-IT6，表面粗糙度值為Ra2.5-0.63um。1.3主要孔和平面相互位置精度

同一軸線的孔應有一定的同軸度要求，各支承孔之間也應有一定的孔距尺寸精度及平行度要求，否則，不僅裝配有困難，而且使軸的運轉情況惡化，溫度升高，軸承磨損加劇，齒輪嚙合精度下降，引起振動和噪聲，影響齒輪壽命。支承孔之間的孔距公差為0.12-0.05mm，平行度公差應小于孔距公差，一般在全長取0.1-0.04mm。同一軸線上孔的同軸度公差一般為0.04-0.01mm。支承孔與主要平面的平行度公差為0.1-0.05mm。主要平面間及主要平面對支承孔之間垂直度公差為0.1-0.04mm。1.4箱體的材料及毛坯

箱體材料一般選用HT200-400的各種牌號的灰鑄鐵，而最常用的為HT200。灰鑄鐵不僅成本低，而且具有較好的耐磨性、可鑄性、可切削性和阻尼特性。在單位生產或某些簡易機床的箱體，為了縮短生產周期和降低成本，可采用鋼材焊接結構。此外，精度要求較高的坐標鏜床主軸箱則選用耐磨鑄鐵。負載大的主軸箱也可以采用鑄鋼件。

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第二章

箱體零件加工

工藝箱體類零件是機器及其部件的基礎件，它將機器及其部件中的軸、軸承、套和齒輪等零件按一定的相互位置關系裝配成一個整體，并按預定傳動關系協調其運動。因此，箱體的加工質量不僅影響其裝配精度及運動精度，而且影響到機器的工作精度、使用性能和壽命。

2.1箱體類零件功用、結構特點和技術要求(一)箱體零件的功用

箱體零件是機器及部件的基礎件，它將機器及部件中的軸、軸承和齒輪等零件按一定的相互位置關系裝配成一個整體，并按預定傳動關系協調其運動。

(二)箱體類零件的結構特點

箱體的種類很多，其尺寸大小和結構形式隨著機器的結構和箱體在機器中功用的不同有著較大的差異。但從工藝上分析它們仍有許多共同之處。

(三)箱體類零件的技術要求

1．軸承支承孔的尺寸精度和、形狀精度、表面粗糙度要求。

2．位置精度 包括孔系軸線之間的距離尺寸精度和平行度，同一軸線上各孔的同軸度，以及孔端面對孔軸線的垂直度等。

3．此外，為滿足箱體加工中的定位需要及箱體與機器總裝要求，箱體的裝配基準面與加工中的定位基準面應有一定的平面度和表面粗糙度要求；各支承孔與裝配基準面之間應有一定距離尺寸精度的要求。

(四)箱體類零件的材料和毛坯

箱體類零件的材料一般用灰口鑄鐵，常用的牌號有HT100～HT400。

毛坯為鑄鐵件，其鑄造方法視鑄件精度和生產批量而定。單件小批生產多用木模手工造型，毛坯精度低，加工余量大。有時也采用鋼板焊接方式。大批生產常用金屬模機器造型，毛坯精度較高，加工余量可適當減小。

2.2箱體零件加工工藝分析 2.2.1工藝路線的安排

車床主軸箱要求加工的表面很多。在這些加工表面中，平面加工精度比孔的加工精度容易保證，于是，箱體中主軸孔（主要孔）的加工精度、孔系加工精度就成為工藝關鍵問題。因此，在工藝路線的安排中應注意三個問題：

第 4 頁 1．工件的時效處理

對于特別精密的箱體，在粗加工和精加工工序間還應安排一次人工時效，迅速充分地消除內應力，提高精度的穩定性。

2．安排加工工藝的順序時應先面后孔

由于平面面積較大定位穩定可靠，有利與簡化夾具結構檢少安裝變形。從加工難度來看，平面比孔加工容易。先加工批平面，把鑄件表面的凹凸不平和夾砂等缺陷切除，在加工分布在平面上的孔時，對便于孔的加工和保證孔的加工精度都是有利的。因此，一般均應先加工平面。

3．粗、精加工階段要分開

箱體均為鑄件，加工余量較大，而在粗加工中切除的金屬較多，因而夾緊力、切削力都較大，切削熱也較多。加之粗加工后，工件內應力重新分布也會引起工件變形，因此，對加工精度影響較大。為此，把粗精加工分開進行，有利于把已加工后由于各種原因引起的工件變形充分暴露出來，然后在精加工中將其消除。

2.2.2定位基準的選擇

箱體定位基準的選擇，直接關系到箱體上各個平面與平面之間，孔與平面之間，孔與孔之間的尺寸精度和位置精度要求是否能夠保證。在選擇基準時，首先要遵守“基準重合”和“基準統一”的原則，同時必須考慮生產批量的大小，生產設備、特別是夾具的選用等因素。

工藝過程的擬訂

(1)箱體的時效處理 為了消除鑄造內應力，防止加工后的變形，使加工精度保持長期穩定，要進行時效處理。粗加工之后，精加工之前應有一段存放時間，以消除加工內應力。對于精密機床的主軸箱體，應為粗加工后甚至半精加工之后再安排一次時效處理。

人工時效處理的工藝規范為加熱到530~560℃，保溫6~8h，冷卻速度≤300℃/h，出爐溫度≤200℃。

(2)箱體加工工藝的原則 擬訂箱體類零件工藝過程時一般應遵循以下原則： ① “先面后孔”的原則。先加工平面，后加工孔，是箱體零件加工的一般規律。這是因為作為精基面的平面在最初的工序中應該首先加工出來。而且，平面加工出來以后，由于切除了毛坯表面的凸凹不平和表面夾砂等缺陷，使平面上的支承孔的加工更方便，鉆孔時可減少鉆頭的偏斜，擴孔和鉸孔時可防止刀具崩刃。

② “粗精分開，先粗后精”的原則。由于箱體結構復雜，主要表面的精度要求高，為

第 5 頁 減少或消除粗加工時產生的切削力、夾緊力和切削熱對加工精度的影響，一般應盡可能把粗精加工分開，并分別在不同機床上進行。至于要求不高的平面，則可將粗精兩次走刀安排在一個工序內完成，以縮短工藝過程，提高工效。

(3)主要表面加工方法的選擇 箱體的主要加工表面為平面和軸承支孔。箱體平面的粗加工和半精加工，主要采用刨削和銑削，也可采用車削。銑削的生產率一般比刨削高，在成批和大量生產中，多采用銑削。箱體平面的精加工，在單件小批生產時，除一些高精度的箱體仍需手工刮研以外，一般多以精刨代刮；當生產批量大而精度要求又高時，多采用磨削。為了提高生產效率和平面間的相互位置精度，還可采用專用磨床進行組合磨削。

箱體上精度為IT7的軸承支承孔，一般采用鉆—擴—粗鉸—精鉸或鏜—半精鏜—精鏜的工藝方案進行加工。前者用于加工直徑較小的孔，后者用于加工直徑較大的孔。當孔的精度超過IT7、表面粗糙度小于0.63μm時，還應增加一道最后的精加工或精密加工工序，如精細鏜、珩磨、滾壓等。

2.2.3主要表面的加工 1．箱體的平面加工

箱體平面的粗加工和半精加工常選擇刨削和銑削加工。

刨削箱體平面的主要特點是：刀具結構簡單；機床調整方便；在龍門刨床上可以用幾個刀架，在一次安裝工件中，同時加工幾個表面，于是，經濟地保證了這些表面的位置精度。

箱體平面銑削加工的生產率比刨削高。在成批生產中，常采用銑削加工。當批量較大時，常在多軸龍門銑床上用幾把銑刀同時加工幾個平面，即保證了平面間的位置精度，又提高了生產率。

2．主軸孔的加工

由于主軸孔的精度比其它軸孔精度高，表面粗糙度值比其它軸孔小，故應在其它軸孔加工后再單獨進行主軸孔的精加工（或光整加工）。

目前機床主軸箱主軸孔的精加工方案有： 精鏜—浮動鏜；金剛鏜—珩磨；金剛鏜—滾壓。

上述主軸孔精加工方案中的最終工序所使用的刀具都具有徑向“浮動”性質，這對提高孔的尺寸精度、減小表面粗糙度值是有利的，但不能提高孔的位置精度。孔 的位置精度應由前一工序（或工步）予以保證。

從工藝要求上，精鏜和半精鏜應在不同的設備上進行。若設備條件不足，也應在半精

第 6 頁 鏜之后，把被夾緊的工件松開，以便使夾緊壓力或內應力造成的工件變形在精鏜工序中得以糾正。

3．孔系加工

車床箱體的孔系，是有位置精度要求的各軸承孔的總和，其中有平行孔系和同軸孔系兩類。

平行孔系主要技術要求是各平行孔中心線之間以及孔中心線與基準面之間的尺寸精度和平行精度根據生產類型的不同，可以在普通鏜床上或專用鏜床上加工。

坐標法加工孔系，許多工廠在單件小批生產中也廣泛采用，特別是在普通鏜床上加裝較精密的測量裝置（如數顯等）后，可以較大地提高其坐標位移精度。

第 7 頁 第三章 箱體孔系加工及常用工藝裝備

箱體上一系列相互位置有精度要求的孔的組合，稱為孔系。孔系可分為平行孔系，如圖5-1a所示、同軸孔系，如圖5-1b所示和交叉孔系，如圖5-1c所示。

圖4-1 孔系的分類

孔系加工不僅孔本身的精度要求較高，而且孔距精度和相互位置精度的要求也高，因此是箱體加工的關鍵。

孔系的加工方法根據箱體批量不同和孔系精度要求的不同而不同，現分別予以討論。平行孔系的加工

平行孔系的主要技術要求是各平行孔中心線之間及中心線與基準面之間的距離尺寸精度和相互位置精度。生產中采用以下幾種方法。

1.找正法

2）心軸和塊規找正法 3）樣板找正法 4）定心套找正法

2.鏜模法

鏜模法即利用鏜模夾具加工孔系。鏜孔時，工件裝夾在鏜模上，鏜桿被支承在鏜模的導套里，增加了系統剛性。

3.坐標法

坐標法鏜孔是在普通臥式鏜床、坐標鏜床或者數控鏜銑床等設備上，借助于測量裝置，第 8 頁 調整機床主軸與工件間在水平和垂直方向的相對位置，來保證孔距精度的一種鏜孔方法。

同軸孔系的加工

成批生產中，一般采用鏜模加工孔系，其同軸度由鏜模保證。單位小批生產，其同軸度用以下幾種方法來保證。

1.利用已加工孔作支承導向

2.利用鏜床后立柱上的導向套支承鏜桿

這種方法其鏜桿系兩端支承，剛性好，但此法調整麻煩，鏜桿要長，很笨重，故只適于大型箱體的加工。

3.采用調頭鏜

當箱體箱壁相距較遠時，可采用調頭鏜，如圖5-7所示。交叉孔系的加工

交叉孔系的主要技術要求是控制有關孔的垂直度誤差。在普通鏜床上主要靠機床工作臺上的90度對準裝置。因為它是擋塊裝置，結構簡單，但對準精度低。

第 9 頁

結 論

此次畢業設計所設計的題目是“分離式減速箱箱體機械加工工藝規程設計”通過這次設計，我對箱體的發展現狀有了一個全面地了解，了解了箱體技術在現在以及以后機械工業中所起的作用，為自己今后更好的學習數控技術指明了方向。

通過這次畢業設計，使我對大學期間所學的知識，進行了融會貫通，有了一個全新的認識，對以前許多不太清楚的地方，通過問老師和查資料的方法，已經明白了很多，知道了自己以前學習的不足，并對自己不足的地方進行了復習，所以以后應該更加努力。

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致 謝

時間總是過的很快，轉眼間大學生活即將在這次艱辛又充滿樂趣的畢業設計中結束。對所有幫助我完成畢業設計的老師和同學表示感謝。

這次設計，不僅使我學到了箱體技術方面的知識，端正了我的學習態度，對我以后工作起到了至關重要的作用。

通過這次設計，我對大學所學的知識進行了一次全面的總結和應用。初步了解了整個機械設計的過程，學會了怎樣利用有關資料和手冊去獲得所需的數據，更重要的是，在這次設計中，我明白了，無論做什么事情都必須嚴謹，認真，不能有絲毫馬虎，要有吃苦耐勞的精神。

第 11 頁

參考文獻

[1] 成大先.機械設計手冊.北京：化學工業出版社，1993.[2] 申永勝.機械原理教程（第2版）.北京：清華大學出版社，2003.[3] 陳宏鈞.典型零件機械加工生產實例.北京：機械工業出版社，1996。[4] 王茂元.機械制造技術.北京：機械工業出版社，2000.[5] 祁紅志.機械制造基礎.西安：電子工業出版社，1976.[6] 王林玉.機修手冊.北京：機械工業出版社，2001.[7] 吳宗澤.機械零件設計手冊.北京：機械工業出版社，2005.[8] 吳宗澤機械設機師手冊.北京：機械工業出版社，1999.[9] 姚振浦.實用機械傳動設計手冊.北京：科學技術出版社，1996 [10] 唐錫杰.公差與配合技術手冊.北京：機械工業出版社，1986.第 12 頁

第四篇：銑床傳動箱體加工工藝及銑床夾具畢業設計論文

X225銑床傳動箱體加工工藝及銑床夾具設計

摘要

本設計是銑床傳動后箱體零件的加工工藝規程及一些工序的專用夾具設計。銑床傳動后箱體零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，本設計遵循先面后孔的原則。并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度基準的選擇分為粗基準和精基準，粗基準選擇首先保證工件某重要表面的余量均勻，表面應平整，沒有澆口或飛邊等缺陷，而且只能用一次，以免產生較大的的位置誤差。應選擇該表面作粗基準。精基準的選擇應盡可能使各個工序的定位都采用同一基準，當精加工或光整加工工序要求余量小而無效均勻時，應選擇加工表面本身作為精基準。

機械夾具在我國的發展前景是十分廣泛，有著很大的發展空間。機械夾具的要求結構簡單，使用方便，制造精度高。就本次設計而言，整個加工過程均選用組合機床。夾具選用專用夾具，夾緊方式多選用氣動夾緊，夾緊可靠，機構可以不必自鎖。因此生產效率較高。適用于大批量、流水線上加工。能夠滿足設計要求。關鍵詞 工藝路線；夾具設計；工序

-I

operate and has a high production efficiency.Mechanical fixture in the structure should be toward the direction of the simple, easy-to-use, high-precision.Keywords Process route；Fixture designing；Operation

-III

4.2.4 確定切削用量及基本工時................................................................14 4.2.5 切削力的計算....................................................................................16 4.3 本章小結..................................................................................................16 第5章 夾具設計...............................................................................................17 5.1 設計方法和步驟.....................................................錯誤！未定義書簽。5.2 方案設計.................................................................錯誤！未定義書簽。5.3 定位機構的設計及誤差分析.................................錯誤！未定義書簽。5.3.1 確定定位元件，計算定位誤差........................................................18 5.3.2 定位銷的選擇....................................................................................21 5.3.3 定位誤差的分析與計算....................................................................21 5.4 夾緊機構的設計及夾緊力的計算..........................................................22 5.5 加緊元件的強度校核..............................................................................24 5.6 夾具設計技術的發展.............................................錯誤！未定義書簽。5.6.1 柔性夾具的研究和發展...................................................................25 5.6.2 計算機輔助夾具設計(CAFD)..........................................................26 5.6.3 自動化夾具（AFD）...........................................................................26 5.7本章小結...................................................................................................27 結論.....................................................................................................................28 致謝.....................................................................................................................29 參考文獻.............................................................................................................29 附 錄...................................................................................................................30

-V

-VII

程中有朝著下列方向發展的趨勢

1.功能柔性化。2.傳動高效化。3.自動化。

4.制造的精密化。5.旋轉夾具的高速化。6.機構標準化 7.模塊化。

8.設計自動化。

1.3 機床夾具的組成

1.定位裝置。2.夾緊裝置。

3.導向、對刀元件。4.連接元件。

5.其它裝置或元件。6.夾具體。

本設計說明書的設計題目是 所給的題目是X225銑床傳動箱體加工工藝及鉆床夾具設計。本說明書分為以下幾部分 第一部分 零件的分析，第二部分 零件的工藝規程設計，第三部分 機械加工余量及工序尺寸，第四部分 夾具設計，繪制工程圖，第五部分 夾具體受力分析。樹種詳盡列列出了各個加工工序，在每個加工工序中，又詳細的列出了每切削工時，都進行了精密的計算，對每個加工工序所需的機床進行合理的選擇，且編寫了《機械加工工藝規程卡片》單獨裝訂成冊。

本設計屬于工藝設計范圍，機械加工工藝設計在零件的加工制造過程中有著重要的作用。工藝性的好壞，直接影響著零件的加工質量及生產成本，在本設計中為了適應大批量生產情況以提高產品的生產效率[2]。在設計中所采用的零件盡量采用標準件，以降低產品的生產費用。

就個人而言，畢業設計是在學完大學全部基礎課程和專業課程后進行的，是對思念的大學學習的一種綜合檢驗。是大學學習中不可缺少的重要部分，也可是說將學校生活和工作聯系起來的一座橋梁，為我們提供了很好的實踐機會。我希望通過畢業設計能對自己將來所從事的工作進行一次

第2章 零件的設計

2.1 零件的作用

所給的題目是銑床傳動后箱體鉆削卡具及加工工藝設計，其主要作用是箱體兩側的?190、?90、?85、?80安裝軸承的孔，以便于變速箱體中的齒輪配合變速，使銑床獲得前進后退的各級速度。[3]各孔周圍均勻分布螺紋孔，用來連接一些軸承蓋，而且箱體頂部和上下端都有螺紋孔，可使箱體直接連接到機床上。

2.2 零件的工藝分析

由零件圖可知，此銑床傳動前箱體的加工可以分為兩部分

1.平面加工 其中包括箱體的頂面、底面，和頂、底面上安裝操縱桿的?190、?90、?85、?80的孔的平面，以及鎖定箱蓋的加工表面。還有箱體的上下外側面，以及以及鎖定箱蓋的加工表面，總的來說，零件所需加工的平面并不多，位置精度要求不太高，用半精加工就可以實現其設計要求。

2.孔加工 該零件的孔加工較多，而且要求較高，對于大于?50的孔只需鑄出，比如?190、?90、?80系列孔鑄出后再對其進行一次半精加工就可以。對于其他小于?50的孔其中大部分是以頂、采用一面兩孔定位方式，這些孔包括垂直于箱體表面的四個階梯孔，以及其他定位孔，剩余的螺紋孔按同樣的加工方法加工[4]。

以上分析可知，對這兩部分的加工而言，我們可以先進行平面加工，然后進行孔的加工，加工孔時使用一面兩孔的定位方式，采用專用夾具，并且保證他們的尺寸精度要求。

零件如圖2-1零件仰視圖所示

第3章 工藝規程的設計

3.1 確定毛坯制造形式

3.1.1 零件材料的選擇

考慮到銑床箱體在工作過程中并不承受夾大的交變及沖擊性載荷，選用灰口鑄鐵鑄造毛坯件。

3.1.2 確定生產類型的依據

生產綱領公式查看公式（3-1）

Np =N * n *(1+2%+b%)（3-1）

其中 Np——零件的生產綱領，件/年

N——產品的年生產量，臺/年 A%——備用品率 B%——廢品率

N——每臺機械生產中該零件的數量 所以 Np =2000*1*(1+4%+1%)=2010件/年

由于零件結構不是很復雜，毛坯質量小于100公斤，年產量在500到5000件內，零件屬于輕型，中批量生產，考慮到現有條件和技術水平，采用砂型鑄造是較合適的。[5]

3.2 基面的選擇

基面的選擇是工藝規程設計中的重要的工作之一，選擇定位基準必須從零件整個工藝過程的全局出發，具體情況具體分析，使先行工序為后續工序創造條件，使每個工序都有合適的基準和定位 夾緊方式。基面選擇的正確與合理，可以使加工量得到保證，生產率得以提高，否則，不但使加工工藝過程中問題百出，甚至還會造成零件大批報廢，使生產無法正常運行。

（2）主要表面的粗精加工要分開，以消除切削力帶來的變形；

（3）次要表面的加工，經可能在同一次裝夾中加工，以減少裝夾次 數，節省輔助時間，提高個表面的相對位置精度。

2.熱處理工序的安排 退火安排在機械加工之前。

3.輔助工序的安排

（1）劃線工序安排在機械加工之前；

（2）清洗工序緊接在光整加工之后；

（3）油漆工序安排在機械加工之前，熱處理之后。

4.檢驗工序的安排

（1）粗加工全部結束后，精加工之前；

（2）零件從一車間到另一個車之前；

（3）重要工序之前后；

（4）零件全部加工結束之后。

3.2.5 工藝路線的擬定

此零件為成批生產，可采用專用夾具使工序集中，以提高生產效率，由于該零件平面的位置精度要求較高，所以在制定工藝路線先考慮加工平面，然后再采用專用夾具進行孔加工。工藝路線方案如下。

工藝方案 1.毛胚鑄造 2.時效處理 3.粗銑頂面 4.粗銑底面 5.精銑頂面 6.精銑頂面

7.粗鏜頂面孔?190，孔?90，孔?85，孔?80 8.半精鏜頂面孔?190，孔?90，孔?85，孔?80 9.在箱體頂面鉆、攻16-M8，鉆深18攻深15的螺紋孔 10.鉆、擴孔?21 工藝方案的分析

所給的零件的孔和孔周圍的面加工精度要求較高，屬于箱體類零件，平面加工應用銑削，孔加工主要是鉆削和擴削，而一些特殊的孔應用鏜削。

第4章 確定加工余量，工序及毛坯尺寸

4.1 毛坯余量余與工序的確定

加工余量是指加工過程中所切除的金屬厚度，加工余量可分為加工總余量（毛坯余量）和工序余量。加工余量等于各工序余量之和。

影響工序余量的因素有

1.上工序的各種表面缺陷和誤差因素，包括表面粗糙度和缺陷層、尺寸公差和行為誤差

2.本工序的裝夾誤差 確定加工余量的方法(1)經驗估計法(2)查表法

(3)分析計算法 這里采用查表法，為了防止余量不夠而產生廢品，在查表所得的數量上稍大一些。

此零件材料為灰鑄鐵,硬度為HB190,生產類型為成批生產，采用砂型鑄造，2級精度。

根據以上原始材料及加工工藝要求，分別確定各加工表面的機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下

4.1.1平面加工

1.頂面 最大加工尺寸 195mm 半精加工余量 Z2=1.5mm 粗加工余量 Z1=2.5mm 毛坯余量 Z=1.5+2.5=4.0mm 粗銑后尺寸H1=195+1.5=196.5mm 毛坯尺寸 H2=195+4.0=199.0mm 2.底面 最大加工尺寸195mm 半精加工余量 Z2=1.5mm 粗加工余量 Z1=2.5mm 毛坯余量 Z=1.5+2.5=4.0mm 粗銑后尺寸 H1=195+1.5=196.5mm

0

鉸孔至?21 先鉆孔至?6，深度5mm 鉸孔至?8,深度5mm 3.粗鏜、半精鏜頂面孔?190，孔?90，孔?85，孔?80 粗鏜至?187 半精鏜至?190 粗鏜至?83 半精鏜至?85 粗鏜至?88 半精鏜至?90 粗鏜至?78 半精鏜至?80 4.2 切削用量的選擇

正確的選擇切削用量，對提高切削效率，保證必要的工具耐用度和經濟性，保證加工質量，具有相當重要的作用。

4.2.1 粗加工切削用量的選擇原則

粗加工時，加工精度與表面粗糙度要求不高，毛坯余量較大。因此，選擇粗加工切削用量時，要盡量保證較高的單位時間金屬切除量（金屬切除率）和必要的刀具耐用三要素（切削速度V、進給量F和切削深度αp）中，提高任何一項，都能提高金屬切削率。但是對刀具耐用度影響最大的是切削速度，其次是進給量。切削深度影響最小。[8]所以，粗加工切削用量的選擇原則是 首先考慮選擇一個盡可能大的切削深度αp，其次選擇一個較大的進給量F，最后確定一個合適的切削速度V。

4.2.2 精加工時切削用量的選擇原則

精加工時加工精度和表面質量要求比較高，加工余量要求小而均勻。因此，選取精加工切削用量時應著重考慮，如何保證加工質量，并在此前提下盡量提高生產率。所以，在精加工時，應選用較小的切削深度αp和進給量F，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度V，以保證加工質量和表面質量。

度。[9]4.2.4 確定切削用量及基本工時

用查表法確定余用計算方法相結合而得到的切削用量，并計算切削力，作為以后核算夾具之用。

1.鉆?8孔

加工條件 Z35立式鉆床，高速鋼麻花鉆頭 其直徑d0?8mm。鉆頭幾何形狀 雙錐修磨橫刃，β=30°，2?=118°，2?1=70°,b??3.5 mm，a0?12?，??55?，b=2 mm,l=4 mm。

決定進給量f 按加工要求決定進給量 根據[6]表2.7，灰鑄鐵的硬度位于168～218HBS之間，f=0.52～0.64 mm/r。由于l/d=47/12=4,d0?8 mm時，故應乘孔深修正系數kt??0.95，則進給量

f??0.52~0.64??0.95 mm/r??0.50~0.61? mm/r 按鉆頭強度決定進給量，當灰鑄鐵硬度為190HBS ,d0?8 mm，鉆頭強度允許的進給量f=0.55mm/r

根據Z35鉆床說明書f=0.43mm/r

當f=0.43，d0?12 mm時，Ff?2900N

Fmax?15969mm Ff?Fmax，故f=0.43 mm/r可用。

決定鉆頭磨鈍標準及壽命 根據文獻[6]表2.12，當d0?8mm時，鉆頭后刀面最大磨損量取為0.6mm，壽命T=60min。

切削速度如公式（4-4）所示

4.2.5 切削力的計算

1.軸向力

軸向力的計算公式如（4-8）所示

Ff?gFd0zffyFkF

（4-8）

跟據文獻[1]kf?1.0，yF?0.8，zf?1.0

F?420?10.71.0?0.430.8?1 ?2287.7N

2.切削扭矩

切削扭矩的計算公式如（4-9）所示

M?cmd0zmfymkm

（4-9）

根據文獻[1]km?1.0，ym?0.8，zm?1.0

M?0.206?10.720.430.8km

?12.0 N·m 3.切削功率

切削功率的計算公式如（4-10）所示

PM?2M?d0

?2?12.0?9.575?21.47Km10.7

（4-10）

4.3 本章小結

本章介紹了零件加工的毛坯余量，定位基準的選擇，時間定額的計算，重點是切削用量的計算以及切削力的計算。

位元件不能由來承受力和力矩，所以要選輔助支撐，輔助支撐用來提高共建的裝夾剛度和穩定性，不起定位作用。[10]

上述特點在夾具設計中應給予足夠的重視。夾具體設計的好壞關系到加工精度、加工效率、加工成本及工人的勞動強度。

5.3 定位機構的設計及誤差分析

工件在夾具中的定位是指在夾具中，工件的定位基準與定位元件相接觸或配合，從而使同一批 工件在夾具中都能獲得一致的正確位置。加工零件的位置精度取決于工件在機床或夾具中定位的準確性，所以夾具定為基準的選擇，既要保證本身的定位精度。[11]又要保證被加工零件的各種精度要求。定位機構的設計是非常重要的。

5.3.1 確定定位元件，計算定位誤差

由于定位方案為一面兩銷定位，一兩個圓柱銷作為定位元件，則會產生重復定位現象，即一銷套上工件孔以后，另一個銷很難同時套上。為了避免這種定位干涉，補償工件兩定位孔直徑和中心距誤差及夾距兩定位銷直徑和中心距誤差。夾具兩定位銷采用一圓柱銷，另一銷在連心線的垂直方向削去兩邊，即削邊銷。

1.確定定位銷中心距及尺寸公差

銷間距的基本尺寸和孔間距的基本尺寸相同，?1尺寸公差一般取為?L銷???~?3孔間距的計算

1??L1 ??5?L銷?L1

2L1y?215sin45??398）?218.028mm

?L1x?(215cos45??55)2?120.028mm

22L1?L1.665mm x?L1y?430?L1??L1xcos???L1ysin?

???L銷??LI?X1min（5-1）

?0.033由于零件圓柱孔銷的尺寸為?12H80

X1min?0?(?0.020)?0.020mm

1?0.065??0.020?0.07??0.021mm

24.確定削邊銷圓弧部分與其相配合得工件定位孔的最小間隙

2???b2?0.071?3X2min???0.020mm

D221式中D2為與削邊銷相配合的工件定位孔的最小直徑。

5.銷邊銷的最大直徑d2

公差配合取h7，其下偏差為ei=0.025mm

d2?D2?X2min

0.020?0.020 d2?42?0.025?000.020?42?0.045

6.確定轉角誤差?

由于定位孔和定位銷作上下銷移接觸，造成工件兩定位孔連心線相對夾具上量定位銷連心線發生偏移，產生最大轉角誤差，其式可按下面公式（5-2）計算

tg?'?(X1max?X2max)/2L（5-2）

其中 X1max為夾具圓柱銷與其配合的工件定位孔間的最大間隙。

X2max為夾具體削邊銷與其配合的工件定位孔間的最大間隙。

X1max?0.033?0.020?0.052mm X2max?0.039?0.045?0.084mm

tg??(0.052?0.084)/2?591.665?0.000115

??0.007?7.確定基準定位誤差?1

這一誤差取決于定位孔和圓柱銷之間的最大間隙，工件在平面內任何方向上的基準位移誤差如（5-3）式

?1?△1?TD1?Td1（5-3）

式中 TD1為工件孔直徑的公差

0

1315

產生定位誤差的原因有以下兩個方面 一是定位基準與工序基準不重合，產生基準不重合誤差，用符號?B表示;另一主要誤差是由工件的定位基面與定位元件的工作表面的制造誤差及配合的最小間隙的存在，引起定位基準產生位移，即基準位移誤差，用符號?w來表示，公式如（5-4）

對工序尺寸 12??0.2

?w?△1?TD1?Td1（5-4）

其中式中 TD1—工件孔直徑的公差 TD1?0.033mm

Td1—圓柱銷直徑公差 Td1?0.021mm △1—圓柱銷與工件孔最小間隙 由以上計算可知 △1?0.020mm ?w?0.033?0.021?0.020?0.074mm 根據圖中計算可知

cos??550.028?0.843591.665sin??218.028?0.539591.625?x?0.074?cos??0.061?0.843?0.051

?y?0.074?sin??0.061?0.539?0.0331水平方向：?x?0.051?Tg?0.673合格，所以對鉆孔為制度誤差要求，可根據定位誤差小于其零件公差1的而確定。35.4 夾緊機構的設計及夾緊力的計算

設計和選用夾緊裝置時必須滿足以下基本要求

1.夾緊過程中應能保持工件定位時所獲得的正確位置 2.夾緊應可靠和適當

3.夾緊裝置應操作方便、省力、安全

4.夾緊裝置的自動化程度和復雜程度應與生產批量和生產條件相適應

ri—第I個螺栓的軸線到螺栓組對稱中心的距離（這里

[15]ri相等，均為r?94mm）

ks—防滑系數，取KS=1.2 QP?1.2?24.0?589N

0.13?4?94?10?3實際預緊力Q實?Q理K K?K1K2K3K4 K為安全系數 其中 K1 一般安全系數，考慮到增加夾緊的可靠性和因工件材料性質及余量不均勻等引起的切削力的變化。一般取K1?1.5~2

K2 加工性質系數，粗加工取K2?1.2。精加工取K2?1.5

K3 刀具鈍化系數，考慮刀具磨損鈍化后，切削力增加。一般取K3?1~1.3 取K3?1.2

K4 斷續切削系數，斷續切削時取K4?1.2。連續切削時，取K4?1

K?K1K2K3K4?1.5?1.2?1.2?1.2?2.592

.69N

Q?589?2.592?15265.5 加緊元件的強度校核

分析夾具體中各零件的受力情況，可知連接上下壓板的螺栓畏罪薄弱環節。

受力分析 當壓緊工件時，螺栓除受夾緊力Q作用產生拉應力外，還受轉矩T的扭轉而產生扭轉剪應力的作用。[15]

拉伸應力 ??Q?4?d21536.69?13.5Mpa

3.142?124扭轉剪應力 ??0.5???6.75Mpa

由第四強度理論，可知螺栓預緊狀態下的計算應力公式如（5-5）

?C???2?3?

2（5-5）

5.6.2 計算機輔助夾具設計(CAFD)

在過去的十幾年中, 制造研究團體將研究的重點放在了發展和改善諸如計算機輔助設計計算機輔助制造（CAD/CAM）和計算機輔助工藝規劃(CAPP)等方面只是在最近20年來,CAFD才發展成為(CAD/CAM)集成技術的一個重要組成部分 , 并且成為CAPP的一個重要方面。它是CIMS環境下設計和制造之間的連接紐帶.隨著CAD/CAM系統在工業中的建立, CAFD很自然地應用到了夾具設計當中。

CAFD領域的主要研究方面有：(1)夾具設計時基于成組技術的分類方法及基于案例的推理；(2)通過運動學分析確定定位點和夾緊點；(3)利用基于知識的專家系統選擇定位面和夾緊面；(4)基于幾何分析的夾具規劃；（5）用于定位基準選擇的精度關系分析；（6）組合夾具的構形設計。

5.6.3 自動化夾具（AFD）

近年來組合夾具系統的設計受到了夾具行業的普遍關注, 并且在一些文獻中對該領域的最新發展成果進行了回顧，通過幾何計算的方法驗證了夾具構形中力的鎖合問題, 在確定優化的夾緊點和夾緊順序中提出了幾何推理的方法, 這種方法在考慮到力的鎖合后, 從候選的夾緊點布局中確定最優化的夾緊點, 是非常簡單并行之有效的。通過變形一種是由于裝夾所產生的接觸變形, 另一種是由于切割力所引起的工件的彎曲變形分析, 對支撐和夾緊位置進行所需的重新布置, 以在給定的工件上設計出最好的支撐、定位和夾緊位置, 完成加工過程中牢固精確地夾緊工件的功能，并在自動夾具設計原型系統中貫徹了這樣的推理機制該系統提供了一種智能化的自動夾具設計環境系統由個主要模塊構成完全信息化的產品模型知識庫推理機制最終的夾具構型。按照自動化程度區分, 夾具設計系統分為交互式, 半自動化式和自動化式交互式的夾具。設計系統是計算機為使用者提供一種信息化的用戶界面, 基于設計者的知識, 輔助用戶選擇合適夾具元件的一種系統系統由于要由用戶根據工件的幾何形狀及加工要求來選擇裝夾表面、裝夾點及夾具元件, 所以是非常耗時的, 而且并未完全開發出計算機的功能半自動化式的夾具設計系統是在交互式的基礎上加以改進而來的, 它降低了對設計者專業知識的要求而自動化式的夾具設計系統用以進一步提高夾具設計過程的效率和質量, 可以自動確定夾緊點, 自動從一系列候選點

結論

為期四個月的工藝、夾具畢業設計基本結束，回顧整個過程，雖然我深深體會到了工作的艱辛，但面對著獨立完成的畢業設計，我覺得受益匪淺，成功的喜悅油然而生。畢業設計使我對四年中所學的知識有了進一步的理解，也鞏固和補充了所學到的東西，使理論與實踐更加接近，強化了生產實習中的感性認識，是對大學四年學習知識的綜合運用，這也是走上工作崗位前的一次有益的鍛煉。

本次畢業設計主要分兩個階段。第一階段是機械加工工藝規程設計，第二階段是專用夾具設計。第一階段本人認真復習了有關書本知識學會了如何分析零件的工藝性，學會如何查有關手冊，選擇加工余量、確定毛坯的類型、形狀、大小等，繪制出了毛坯圖。有根據毛坯圖和零件圖構想出工藝方案，確定了合理的方案來編制工藝。其中運用了基準選擇、切削用量選擇計算，時間定額計算等方面的知識。還結合了我們生產實習中所看到的實際情況選定設備，填寫了工藝文件。運用工件定位、夾緊及零件結構設計等方面的知識。

通過這次設計，我基本掌握了一個中等復雜零件的加工過程分析、工藝文件的編制、專用夾具設計的方法和步入等。學會查閱手冊，選擇使用工藝裝備等。

總的來說，這次設計，使我在基本理論的綜合運用以及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓練。提高了我獨立思考問題、解決問題創新設計的能力，為以后設計工作打下了較好的基礎。

由于自己水平有限，缺少設計經驗，在設計中存在錯誤之處在所難免，請各位老師給予批評指正。

最后，衷心的感謝各位老師的精心指導，使我順利的完成此次設計。謝謝！！

參考文獻 王紹俊．機械制造工藝設計手冊．哈爾濱工業大學出版社，1995 35～50 2 龔定安，蔡建國．機床夾具設計原理．陜西科技大學出版社，1981 84～90 3 黃克孚，王光逵．機械制造工程學．機械工業出版社，1992 25～36 4 邱宣懷．機械設計．高等教育出版社，2002 33～65 5 李哲． 夾具設計手冊．機械工業出版社，1993 40～55 6 東北重型機械學院，洛陽農業機械學院，長春汽車廠工人大學．機床夾具設計手冊.上海科學技術出版社，1979 103～121 7 陳露． AutoCAD2006基礎及應用教程．電子工業出版社，2006 56～74 8 王啟平．機械制造工藝學．哈爾濱工業大學出版社，1998 15～35 9 劉品．機械加工工藝編制手冊．機械工業出版社，1993 45～63 10 浦林祥．機械零件設計手冊．機械工業出版社，1997 46～63 11 趙家齊．機械制造工藝學課程設計指導書．機械工業出版社，1994 47～62 12 上海柴油機廠工藝設備研究所．金屬切削機床夾具設計手冊.機械工藝出版社，1982 65～78 13 石光源．機械制圖.高等教育出版社，1997 56～6 14 張耀辰．機械加工工藝設計實用手冊．航空工業出版社，1999 120～146 15 李益民．機械制造工藝設計簡明手冊．機械工業出版社，1993 36～58 16 Naki, D.Wagen.Rubber crumb toughened polystyrene prepared by Reinforcing reaction molding.American Syvthellc Rubber Industry，2003, 5(4)78～91 17 Liao Jianmin.Fixturing analysis for stability consideration in an automated fixture design system[J]．Journal of Manufacturing Science and Engineering,2002,124(2)98～104 18 Subramani can V ,Kumar Senthil A agent approach to fixture design [J] Journal of I ntelligent manufaturing,2001,12(1)31～42

0

environment．Fortunately, a bearing failure caused by environment or handling contamination is preventable，and a simple visual examination can easily identify the cause．

Conducting a postmortem il1ustrates what to look for on a failed or failing bearing．Then，understanding the mechanism behind the failure, such as brinelling or fatigue, helps eliminate the source of the problem.Brinelling is one type of bearing failure easily avoided by proper handing and assembly.It is characterized by indentations in the bearing raceway caused by shock loading－such as when a bearing is dropped-or incorrect assembly.Brinelling usually occurs when loads exceed the material yield point(350,000 psi in SAE 52100 chrome steel)．It may also be caused by improper assembly, Which places a load across the races．Raceway dents also produce noise，vibration，and increased torque.A similar defect is a pattern of elliptical dents caused by balls vibrating between raceways while the bearing is not turning．This problem is called false brinelling.It occurs on equipment in transit or that vibrates when not in operation.In addition, debris created by false brinelling acts like an abrasive, further contaminating the bearing.Unlike brinelling, false binelling is often indicated by a reddish color from fretting corrosion in the lubricant.False brinelling is prevented by eliminating vibration sources and keeping the bearing well lubricated.Isolation pads on the equipment or a separate foundation may be required to reduce environmental vibration.Also a light preload on the bearing helps keep the balls and raceway in tight contact.Preloading also helps prevent false brinelling during transit.Seizures can be caused by a lack of internal clearance, improper lubrication, or excessive loading.Before seizing, excessive, friction and heat softens the bearing steel.Overheated bearings often change color，usually to blue-black or straw colored．Friction also causes stress in the retainer，which can break and hasten bearing failure．

Avoiding failures The best way to handle bearing failures is to avoid them．This can be done in the selection process

by

recognizing

critical

performance characteristics．These include noise，starting and running torque，stiffness，nonrepetitive runout，and radial and axial play．In some applications, these items are so critical that specifying an ABEC level alone is not sufficient．

Torque requirements are determined by the lubricant，retainer，raceway quality(roundness cross curvature and surface finish)，and whether seals or shields are used．Lubricant viscosity must be selected carefully because inappropriate lubricant，especially in miniature bearings，causes excessive torque．Also，different lubricants have varying noise characteristics that should be matched to the application.For example，greases produce more noise than oil．

Nonrepetitive runout(NRR)occurs during rotation as a random eccentricity between the inner and outer races，much like a cam action．NRR can be caused by retainer tolerance or eccentricities of the raceways and balls．Unlike repetitive runout, no compensation can be made for NRR.NRR is reflected in the cost of the bearing．It is common in the industry to provide different bearing types and grades for specific applications．For example，a bearing with an NRR of less than 0.3um is used when minimal runout is needed，such as in disk—drive spindle motors．Similarly，machine—tool spindles tolerate only minimal deflections to maintain precision cuts．Consequently, bearings are manufactured with low NRR just for machine-tool applications．

Contamination is unavoidable in many industrial products，and shields and seals are commonly used to protect bearings from dust and dirt．However，a perfect bearing seal is not possible because of the movement between inner and outer races．Consequently，lubrication migration and contamination are always problems．

per revolution and indicate closely spaced chatter marks or widely spaced, rough irregularities.Classifying bearings by their noise characteristics allows users to specify a noise grade in addition to the ABEC standards used by most manufacturers.ABEC defines physical tolerances such as bore, outer diameter, and runout.As the ABEC class number increase(from 3 to 9), tolerances are tightened.ABEC class, however, does not specify other bearing characteristics such as raceway quality, finish, or noise.Hence, a noise classification helps improve on the industry standard.6 的麻花鉆如復合麻花鉆（又稱階梯麻花鉆）更合理，而在一般加工條件下選用標準麻還鉆被認為是唯一合理的選擇。

2.麻花鉆尺寸 一般是根據被加工孔直徑選擇麻花鉆直徑，同時，還慮經驗加工數據，如 用麻花鉆鉆孔結果，實際孔直徑比麻花鉆直徑大0.1mm甚至更大，另外，有時還考慮鉆孔后續加工需要的最少余量。

麻花鉆的夾持 麻花鉆夾持方法選用應考慮經濟、合理，并滿足加工精度要求。

麻花鉆材料 高速鋼麻花鉆韌性好，易重磨，但允許使用的切削速度比較低；硬質合金麻花鉆硬度高，耐磨性好，允許使用的切削速度比較高，重磨比較困難。選擇材料既考慮生產需要同時考慮工藝條件可能。

先進涂層的出現，使一些工具廠家開發出了幾何形狀更加合理的鉆頭，如干式加工用鉆頭。正確確定鉆頭的合理幾何形狀取決于所用鉆頭的尺寸和特定用途。在先進的CNC加工設備上進行大批量加工，一般要求有較高的切削速度和進給量，所以要求鉆頭具有更為合理的切削刃幾何形狀。

要想獲得滿意的加工效果，夾持鉆頭的夾具性能至關重要。如果鉆夾具達不到所要求的剛性，即使獲得了驅動鉆頭的功率，也不能進行有效的切削。先進的鉆夾具可獲得很小的鉆孔公差，盡管多數鉆削加工不需要太高精度，但仍有些鉆削加工的精度要求仍較高。最近，Bilz/RMT Tool公司和TM Smith Tool International公司引入了一個用于精密鉆削加工的新型的刀夾具系統——Thermo-Grip刀夾具，這是一種新型的熱裝夾緊工具系統，Thermo-Grip刀夾具不用緊固螺釘裝夾刀柄，也不用螺母和墊片固定刀具，由于在夾具的一側無緊固螺釘，因此不會引起振動，所以刀具和夾具從一開始就具有良好的動態平衡，使鉆削可在平衡狀態下更好地進行高速加工。Thermo-Grip夾具的孔比切削刀具稍小，用一個感應線圈加熱夾具前端，熱膨脹使夾具孔脹開，將切削刀具插入，當夾具冷卻后，刀柄四周在冷卻壓縮效應下即可產生足夠的刀具夾持力。

TM Smith Tool公司開發了兩種新型鉆削工具系統 HSK和近心鉆削系統。據該公司預測，這兩種系統承受冷卻液壓力指標是6895kPa(實際可達8274kPa)。

鉆削加工的三大要素

在鉆孔過程中，要提高生產率，似乎不是最復雜的加工問題，但如下三個最重要的因素將直接影響鉆削速度、公差和刀具壽命。盡管有多種不同的旋轉切削刀具能夠加工孔，但鉆削仍是主要的孔加工方式。當今正不

粒硬質合金材料開發領域。一種新型工藝使制造商能夠獲得小于微米級的硬質合金晶粒，這種毫微晶粒硬質合金兼具硬質合金的高硬度的高速鋼的高拉伸強度。在鉆削加工中，無論鉆頭轉速多快，鉆頭尖端的切削速度幾乎為零，當加工硬材料時，鉆頭有被壓碎的可能，采用微晶硬質合金鉆頭則可避免這種危險。

Iscar公司在硬質合金燒結前，通過在硬質合金中加入不同的添加劑，生產出亞微晶粒硬質合金，通常在加熱和燒結硬質合金到形成最終形態的冶金工藝過程中，晶粒尺寸是趨于長大的，這種亞微晶粒硬質合金是一種剛性類同于高速鋼、硬度又與硬質合金相似的材料，它可采用非常高的切削速度，其刀具壽命是原來刀具壽命的8～10倍。

先進涂層的出現，使一些工具廠家開發出了幾何形狀更加合理的鉆頭，如干式加工用鉆頭。正確確定鉆頭的合理幾何形狀取決于所用鉆頭的尺寸和特定用途。在先進的CNC加工設備上進行大批量加工，一般要求有較高的切削速度和進給量，所以要求鉆頭具有更為合理的切削刃幾何形狀。

先進的鉆頭夾具系統

要想獲得滿意的加工效果，夾持鉆頭的夾具性能至關重要。如果鉆夾具達不到所要求的剛性，即使獲得了驅動鉆頭的功率，也不能進行有效的切削。先進的鉆夾具可獲得很小的鉆孔公差，盡管多數鉆削加工不需要太高精度，但仍有些鉆削加工的精度要求仍較高。最近，Bilz/RMT Tool公司和TM Smith Tool International公司引入了一個用于精密鉆削加工的新型的刀夾具系統——Thermo-Grip刀夾具，這是一種新型的熱裝夾緊工具系統，Thermo-Grip刀夾具不用緊固螺釘裝夾刀柄，也不用螺母和墊片固定刀具，由于在夾具的一側無緊固螺釘，因此不會引起振動，所以刀具和夾具從一開始就具有良好的動態平衡，使鉆削可在平衡狀態下更好地進行高速加工。Thermo-Grip夾具的孔比切削刀具稍小，用一個感應線圈加熱夾具前端，熱膨脹使夾具孔脹開，將切削刀具插入，當夾具冷卻后，刀柄四周在冷卻壓縮效應下即可產生足夠的刀具夾持力。

TM Smith Tool公司開發了兩種新型鉆削工具系統 HSK和近心鉆削系統。據該公司預測，這兩種系統承受冷卻液壓力指標是6895kPa(實際可達8274kPa)。

為了提高切削速度和延長刀具壽命，許多用戶已將HSK短錐柄、高速

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第五篇：機械加工工藝規程

機械加工工藝規程

10.1 工藝過程

10.1.1 生產過程與工藝過程(1)生產過程

生產過程是指把原材料(半成品)轉變為成品的全過程.機械產品的生產過程,一般包括: ①生產與技術的準備,如工藝設計和專用工藝裝備的設計和制造,生產計劃的編制,生產資料的準備;②毛坯的制造,如鑄造,鍛造,沖壓等;③零件的加工,如切削加工,熱處理,表面處理等;④產品的裝配,如總裝,部裝,調試檢驗和油漆等;⑤生產的服務,如原材料,外購件和工具的供應,運輸,保管等.機械產品的生產過程一般比較復雜,目前很多產品往往不是在一個工廠內單獨生產,而是由許多專業工廠共同完成的.例如:飛機制造工廠就需要用到許多其他工廠的產品(如發動機,電器設備,儀表等),相互協作共同完成一架飛機的生產過程.因此,生產過程即可以指整臺機器的制造過程,也可以是某一零部件的制造過程.(2)工藝過程

工藝過程是指在生產過程中改變生產對象的形狀,尺寸,相對位置和性質等,使其成為成品或半成品的過程.如毛坯的制造,機械加工,熱處理,裝配等均為工藝過程.在工藝過程中,若用機械加工的方法直接改變生產對象的形狀,尺寸和表面質量,使之成為合格零件的工藝過程,稱為機械加工工藝過程.同樣,將加工好的零件裝配成機器使之達到所要求的裝配精度并獲得預定技術性能的工藝過程,稱為裝配工藝過程.機械加工工藝過程和裝配工藝過程是機械制造工藝學研究的兩項主要內容.10.1.2 機械加工工藝過程的組成

機械加工工藝過程是由一個或若干個順序排列的工序組成的,而工序又可分為若干個安裝,工位,工步和走刀,毛坯就是依次通過這些工序的加工而變成為成品的.(1)工序

工序是指一個或一組工人,在一個工作地點對一個或同時對幾個工件所連續完成的那一部分工藝過程.區分工序的主要依據,是工作地點(或設備)是否變動和完成的那部分工藝內容是否連續.如圖 4.1所示的零件,孔1需要進行鉆孔和鉸孔,如果一批工件中,每個工件都是在一臺機床上依次地先鉆孔,而后鉸孔,則鉆孔和鉸孔就構成一個工序.如果將整批工件都是先進行鉆孔,然后整批工件再進行鉸孔,這樣鉆孔和鉸孔就分成兩個工序了.工序不僅是組成工藝過程的基本單元,也是制訂工時定額,配備工人,安排作業和進行質量檢驗的依據.通常把僅列出主要工序名稱的簡略工藝過程稱為工藝路線.(2)安裝與工位

工件在加工前,在機床或夾具上先占據一正確位置(定位),然后再夾緊的過程稱為裝夾.工件(或裝配單元)經一次裝夾后所完成的那一部分工藝內容稱為安裝.在一道工序中可以有一個或多個安裝.工件加工中應盡量減少裝夾次數,因為多一次裝夾就多一次裝夾誤差,而且增加了輔助時間.因此生產中常用各種回轉工作臺,回轉夾具或移動夾具等,以便在工件一次裝夾后,可使其處于不同的位置加工.為完成—定的工序內容,一次裝夾工件后,工件(或裝配單元)與夾具或設備的可動部分一起相對刀具或設備固定部分所占據的每一個位置,稱為工位.圖4.2所示為一種利用回轉工作臺在—次裝夾后順序完成裝卸工件,鉆孔,擴孔和鉸孔四個工位加工的實例.(3)工步與走刀

1)工步 工步是指被加工表面(或裝配時的連接表面)和切削(或裝配)工具不變的情況下所連續完成的那一部分工序.一個工序可以包括幾個工步,也可以只有一個工步.一般來說,構成工步的任一要素(加工表面,刀具及加工連續性)改變后,即成為一個新工步.但下面指出的情況應視為一個工步.①對于那些一次裝夾中連續進行的若干相同的工步應視為一個工步.如圖 4.1所示,兩孔1的加工,可以作為一個工步.② 為了提高生產率,有時用幾把刀具同時加工一個或幾個表面,此時也應視為一個工步.稱為復合工步.2)走刀 在一個工步內,若被加工表面切去的金屬層很厚,需分幾次切削,則每進行一次切削就是一次走刀.一個工步可以包括一次走刀或幾次走刀.10.1.3 機械加工生產類型和特點(1)生產綱領

企業在計劃期內生產的產品的數量和進度計劃稱為生產綱領.零件的年生產綱領.可按下式計算 N=Qn(1+a%+b%)

式中 N——零件的年生產綱領,件/年;Q——產品的年生產綱領,臺/年;n——每臺產品中該零件的數量,件/臺;a%--備品的百分率;b%--廢品的百分率.生產綱領的大小對生產組織形式和零件加工過程起著重要的作用,它決定了各工序所需專業化和自動化的程度,決定了所應選用的工藝方法和工藝裝備.(2)生產類型和工藝特點

企業(或車間,工段,班組,工作地)生產專業化程度的分類稱為生產類型.生產類型一般可分為:單件生產,成批生產,大量生產三種.1)單件生產 單件生產的基本特點是:生產的產品種類繁多,每種產品的產量很少,而且很少重復生產.例如,重型機械產品制造和新產品試制等都屬于單間生產.2)成批生產 成批生產的基本特點是:分批的生產相同的產品,生產呈周期性重復.如機床制造,電機制造等屬于成批生產,成批生產又可按其批量大小分為小批量生產,中批量生產,大批量生產三種類型.其中,小批量生產和大批生產的工藝特點分別與單件生產和大量生產的工藝特點類似;中批量生產的工藝特點.介于小批生產和大批生產之間.3)大量生產 大量生產的基本特點是:產量大,品種少,大多數工作長期重復的進行某個零件的某一道工序的加工.例如,汽車,拖拉機,軸承等的制造都屬于大量生產.生產類型的劃分除了與生產綱領有關外,還應考慮產品的大小及復雜程度,生產類型不同,產品制造的工藝方法,所用的設備和工藝裝備以及生產的組織形式等均不同.大批大量生產應盡可能采用高效率的設備和工藝方法,以提高生產率;單件小批生產應采用通用設備和工藝裝備,也可采用先進的數控機床,以降低各類生產類型的生產成本.10.2 機械加工工藝規程 10.2.1 概述

機械加工工藝規程是規定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件之一,它是在具體的生產條件下,把較為合理的工藝過程和操作方法,按照規定的形式書寫成工藝文件,經審批后用來指導生產.機械加工工藝規程一般包括以下內容:工件加工的工藝路線,各工序的具體內容及所用的設備和工藝裝備,工件的檢驗項目及檢驗方法,切削用量,時間定額等.10.2.1.1 機械加工藝規程的作用(1)是指導生產的重要技術文件

工藝規程是依據工藝學原理和工藝試驗,經過生產驗證而確定的,是科學技術和生產經驗的結晶.所以,它是獲得合格產品的技術保證,是指導企業生產活動的重要文件.正因為這樣,在生產中必須遵守工藝規程,否則常常會引起產品質量的嚴重下降,生產率顯著降低,甚至造成廢品.但是,工藝規程也不是固定不變的,工藝人員應總結工人的革新創造,可以根據生產實際情況,及時地汲取國內外的先進工藝技術,對現行工藝不斷地進行改進和完善,但必須要有嚴格的審批手續.(2)是生產組織和生產準備工作的依據

生產計劃的制訂,產品投產前原材料和毛坯的供應,工藝裝備的設計,制造與采購,機床負荷的調整,作業計劃的編排,勞動力的組織,工時定額的制訂以及成本的核算等,都是以工藝規程作為基本依據的.(3)是新建和擴建工廠(車間)的技術依據

在新建和擴建工廠(車間)時,生產所需要的機床和其它設備的種類,數量和規格,車間的面積,機床的布置,生產工人的工種,技術等級及數量,輔助部門的安排等都是以工藝規程為基礎,根據生產類型來確定.除此以外,先進的工藝規程也起著推廣和交流先進經驗的作用,典型工藝規程可指導同類產品的生產.10.2.1.2 工藝規程制訂的原則

工藝規程制訂的原則是優質,高產和低成本,即在保證產品質量的前提下,爭取最好的經濟效益.在具體制定時,還應注意下列問題: 1)技術上的先進性 在制訂工藝規程時,要了解國內外本行業工藝技術的發展,通過必要的工藝試驗,盡可能采用先進適用的工藝和工藝裝備.2)經濟上的合理性 在一定的生產條件下,可能會出現幾種能夠保證零件技術要求的工藝方案.此時應通過成本核算或相互對比,選擇經濟上最合理的方案,使產品生產成本最低.3)良好的勞動條件及避免環境污染 在制訂工藝規程時,要注意保證工人操作時有良好而安全的勞動條件.因此,在工藝方案上要盡量采取機械化或自動化措施,以減輕工人繁重的體力勞動.同時,要符合國家環境保護法的有關規定,避免環境污染.產品質量,生產率和經濟性這三個方面有時相互矛盾,因此,合理的工藝規程應用該處理好這些矛盾,體現這三者的統一.10.2.1.3 制訂工藝規程的原始資料 1)產品全套裝配圖和零件圖.2)產品驗收的質量標準.3)產品的生產綱領(年產量).4)毛坯資料 毛坯資料包括各種毛坯制造方法的技術經濟特征;各種型材的品種和規格,毛坯圖等;在無毛坯圖的情況下,需實際了解毛坯的形狀,尺寸及機械性能等.5)本廠的生產條件 為了使制訂的工藝規程切實可行,一定要考慮本廠的生產條件.如了解毛坯的生產能力及技術水平;加工設備和工藝裝備的規格及性能;工人技術水平以及專用設備與工藝裝備的制造能力等.6)國內外先進工藝及生產技術發展情況 工藝規程的制訂,要經常研究國內外有關工藝技術資料,積極引進適用的先進工藝技術,不斷提高工藝水平,以獲得最大的經濟效益.7)有關的工藝手冊及圖冊.10.2.1.4 制訂工藝規程的步驟

1)計算年生產綱領,確定生產類型.2)分析零件圖及產品裝配圖,對零件進行工藝分析.3)選擇毛坯.4)擬訂工藝路線.5)確定各工序的加工余量,計算工序尺寸及公差.6)確定各工序所用的設備及刀具,夾具,量具和輔助工具.7)確定切削用量及工時定額.8)確定各主要工序的技術要求及檢驗方法.9)填寫工藝文件.在制訂工藝規程的過程中,往往要對前面已初步確定的內容進行調整,以提高經濟效益.在執行工藝規程過程中,可能會出現前所未料的情況,如生產條件的變化,新技術,新工藝的引進,新材料,先進設備的應用等,都要求及時對工藝規程進行修訂和完善.10.2.1.5 工藝文件的格式

將工藝規程的內容,填入一定格式的卡片,即成為生產準備和施工依據的工藝文件.常用的工藝文件格式有下列幾種:(1)綜合工藝過程卡片

這種卡片以工序為單位,簡要地列出了整個零件加工所經過的工藝路線(包括毛坯制造,機械加工和熱處理等),它是制訂其它工藝文件的基礎,也是生產技術準備,編排作業計劃和組織生產的依據.在這種卡片中,由于各工序的說明不夠具體,故一般不能直接指導工人操作,而多作生產管理方面使用.但是,在單件小批生產中,由于通常不編制其它較詳細的工藝文件,而是以這種卡片指導生產.機械加工工藝卡片是以工序為單位,詳細說明整個工藝過程的工藝文件.它是用來指導工人生產和幫助車間管理人員和技術人員掌握整個零件加工過程的一種主要技術文件,廣泛用于成批生產的零件和小批生產中的重要零件.(3)機械加工工序卡片

機械加工工序卡片是根據工藝卡片為毎一道工序制訂的.它更詳細地說明整個零件各個工序的加工要求,是用來具體指導工人操作的工藝文件.在這種卡片上,要畫出工序簡圖,注明該工序每一工步的內容,工藝參數,操作要求以及所用的設備和工藝裝備.工序簡圖就是按一定比例用較小的投影繪出工序圖,可略去圖中的次要結構和線條,主視圖方向盡量與零件在機床上的安裝方向相一致,本工序的加工表面用粗實線或紅色粗實線表示,零件的結構,尺寸要與本工序加工后的情況相符合,并標注出本工序加工尺寸及上下偏差,加工表面粗糙度和工件的定位及夾緊情況.用于大批量生產的零件.10.2.2 零件的工藝分析

在制訂零件的機械加工工藝規程時,首先要對照產品裝配圖分析零件圖,熟悉該產品的用途,性能及工作條件,明確零件在產品中的位置,作用及相關零件的位置關系;了解并研究各項技術條件制定的依據,找出其主要技術要求和技術關鍵,以便在擬定工藝規程時采用適當的措施加以保證.然后著重對零件進行結構分析和技術要求的分析.10.2.2.1 零件結構分析

零件的結構分析主要包括以下三方面:(1)零件表面的組成和基本類型

盡管組成零件的結構多種多樣,但從形體上加以分析,都是由一些基本表面和特形表面組成的.基本表面有內外圓柱表面,圓錐表面和平面等;特形表面主要有螺旋面,漸開線齒形表面,圓弧面(如球面)等.在零件結構分析時,根據機械零件不同表面的組合形成零件結構上的特點,就可選擇與其相適應的加工方法和加工路線,例如外圓表面通常由車削或磨削加工;內孔表面則通過鉆,擴,鉸,鏜和磨削等加工方法獲得.機械零件不同表面的組合形成零件結構上的特點.在機械制造中,通常按零件結構和工藝過程的相似性,將各類零件大致分為軸類零件,套類零件,箱體類零件,齒輪類零件和叉架類零件等.(2)主要表面與次要表面區分

根據零件各加工表面要求的不同,可以將零件的加工表面劃分為主要加工表面和次要加工表面;這樣,就能在工藝路線擬定時,做到主次分開以保證主要表面的加工精度.(3)零件的結構工藝性

所謂零件的結構工藝性是指零件在滿足使用要求的前提下,制造該零件的可行性和經濟性.功能相同的零件,其結構工藝性可以有很大差異.所謂結構工藝性好,是指在現有工藝條件下,既能方便制造又有較低的制造成本.10.2.2.2 零件的技術要求分析

零件圖樣上的技術要求,既要滿足設計要求,又要便于加工,而且齊全和合理.其技術要求包括下列幾個方面: 1)加工表面的尺寸精度,形狀精度和表面質量;2)各加工表面之間的相互位置精度;3)工件的熱處理和其它要求,如動平衡,鍍鉻處理,去磁等.零件的尺寸精度,形狀精度,位置精度和表面粗糙度的要求,對確定機械加工工藝方案和生產成本影響很大.因此,必須認真審查,以避免過高的要求使加工工藝復雜化和增加不必要的費用.在認真分析了零件的技術要求后,結合零件的結構特點,對零件的加工工藝過程便有一個初步的輪廓.加工表面的尺寸精度,表面粗糙度和有無熱處理要求,決定了該表面的最終加工方法,進而得出中間工序和粗加工工序所采用的加工方法.如,軸類零件上 IT7 級精度,表面粗糙度 R a 1.6 μ m 的軸頸表面,若不淬火,可用粗車,半精車,精車最終完成;若淬火,則最終加工方法選磨削,磨削前可采用粗車,半精車(或精車)等加工方法加工.表面間的相互位置精度,基本上決定了各表面的加工順序.10.2.3 毛坯的選擇

毛坯的確定,不僅影響毛坯制造的經濟性,而且影響機械加工的經濟性.所以在確定毛坯時,既要考慮熱加工方面的因素,也要兼顧冷加工方面的要求,以便從確定毛坯這一環節中,降低零件的制造成本.10.2.3.1 機械加工中常用毛坯的種類

毛坯的種類很多,同一種毛坯又有多種制造方法,機械制造中常用的毛坯有以下幾種:(1)鑄件

形狀復雜的零件毛坯,宜采用鑄造方法制造.目前鑄件大多用砂型鑄造,它又分為木模手工造型和金屬模機器造型.木模手工造型鑄件精度低,加工表面余量大,生產率低,適用于單件小批生產或大型零件的鑄造.金屬模機器造型生產率高,鑄件精度高,但設備費用高,鑄件的重量也受到限制,適用于大批量生產的中小鑄件.其次,少量質量要求較高的小型鑄件可采用特種鑄造(如壓力鑄造,離心制造和熔模鑄造等).(2)鍛件

機械強度要求高的鋼制件,一般要用鍛件毛坯.鍛件有自由鍛造鍛件和模鍛件兩種.自由鍛造鍛件可用手工鍛打(小型毛坯), 機械錘鍛(中型毛坯)或壓力機壓鍛(大型毛坯)等方法獲得.這種鍛件的精度低,生產率不高,加工余量較大,而且零件的結構必須簡單;適用于單件和小批生產,以及制造大型鍛件.模鍛件的精度和表面質量都比自由鍛件好,而且鍛件的形狀也可較為復雜,因而能減少機械加工余量.模鍛的生產率比自由鍛高得多,但需要特殊的設備和鍛模,故適用于批量較大的中小型鍛件.(3)型材

型材按截面形狀可分為:圓鋼,方鋼,六角鋼,扁鋼,角鋼,槽鋼及其它特殊截面的型材.型材有熱軋和冷拉兩類.熱軋的型材精度低,但價格便宜,用于一般零件的毛坯;冷拉的型材尺寸較小,精度高,易于實現自動送料,但價格較高,多用于批量較大的生產,適用于自動機床加工.(4)焊接件

焊接件是用焊接方法而獲得的結合件,焊接件的優點是制造簡單,周期短,節省材料,缺點是抗振性差,變形大,需經時效處理后才能進行機械加工.除此之外,還有沖壓件,冷擠壓件,粉末冶金等其它毛坯.10.2.3.2 毛坯種類選擇中應注意的問題(1)零件材料及其力學性能

零件的材料大致確定了毛坯的種類.例如材料為鑄鐵和青銅的零件應選擇鑄件毛坯;鋼質零件形狀不復雜,力學性能要求不太高時可選型材;重要的鋼質零件,為保證其力學性能,應選擇鍛件毛坯.(2)零件的結構形狀與外形尺寸

形狀復雜的毛坯,一般用鑄造方法制造.薄壁零件不宜用砂型鑄造;中小型零件可考慮用先進的鑄造方法;大型零件可用砂型鑄造.一般用途的階梯軸,如各階梯直徑相差不大,可用圓棒料;如各階梯直徑相差較大,為減少材料消耗和機械加工的勞動量,則宜選擇鍛件毛坯.尺寸大的零件一般選擇自由鍛造;中小型零件可選擇模鍛件;一些小型零件可做成整體毛坯.(3)生產類型

大量生產的零件應選擇精度和生產率都比較高的毛坯制造方法,如鑄件采用金屬模機器造型或精密鑄造;鍛件采用模鍛,精鍛;型材采用冷軋或冷拉型材;零件產量較小時應選擇精度和生產率較低的毛坯制造方法.(4)現有生產條件

確定毛坯的種類及制造方法,必須考慮具體的生產條件,如毛坯制造的工藝水平,設備狀況以及對外協作的可能性等.(5)充分考慮利用新工藝,新技術和新材料

隨著機械制造技術的發展,毛坯制造方面的新工藝,新技術和新材料的應用也發展很快.如精鑄,精鍛,冷擠壓,粉末冶金和工程塑料等在機械中的應用日益增加.采用這些方法大大減少了機械加工量,有時甚至可以不再進行機械加工就能達到加工要求,其經濟效益非常顯著.我們在選擇毛坯時應給予充分考慮,在可能的條件下,盡量采用.10.2.3.3 毛坯形狀和尺寸的確定

毛坯形狀和尺寸,基本上取決于零件形狀和尺寸.零件和毛坯的主要差別,在于在零件需要加工的表面上,加上一定的機械加工余量,即毛坯加工余量.毛坯制造時,同樣會產生誤差,毛坯制造的尺寸公差稱為毛坯公差.毛坯加工余量和公差的大小,直接影響機械加工的勞動量和原材料的消耗,從而影響產品的制造成本.所以現代機械制造的發展趨勢之一,便是通過毛坯精化,使毛坯的形狀和尺寸盡量和零件一致,力求作到少,無切削加工.毛坯加工余量和公差的大小,與毛坯的制造方法有關,生產中可參考有關工藝手冊或有關企業,行業標準來確定.在確定了毛坯加工余量以后,毛坯的形狀和尺寸,除了將毛坯加工余量附加在零件相應的加工表面上外,還要考慮毛坯制造,機械加工和熱處理等多方面工藝因素的影響.下面僅從機械加工工藝的角度,分析確定毛坯的形狀和尺寸時應考慮的問題.(1)工藝搭子的設置

有些零件,由于結構的原因,加工時不易裝夾穩定,為了裝夾方便迅速,可在毛坯上制出凸臺,即所謂的工藝搭子.工藝搭子只在裝夾工件時用,零件加工完成后,一般都要切掉,但如果不影響零件的使用性能和外觀質量時,可以保留.(2)整體毛坯的采用

在機械加工中,有時會遇到如磨床主軸部件中的三瓦軸承,發動機的連桿和車床的開合螺母等類零件.為了保證這類零件的加工質量和加工時方便,常做成整體毛坯,加工到一定階段后再切開.(3)合件毛坯的采用

為了便于加工過程中的裝夾,對于一些形狀比較規則的小形零件,如 T 形鍵,扁螺母,小隔套等,應將多件合成一個毛坯,待加工到一定階段后或者大多數表面加工完畢后,再加工成單件.圖5.3a 為 T815 汽車上的一個扁螺母.毛坯取一長六方鋼, 圖 5.3b 表示在車床上先車槽,倒角;圖 5.3c 表示在車槽及倒角后,用 24.5mm 的鉆頭鉆孔.鉆孔的同時也就切成若干個單件.合件毛坯,在確定其長度尺寸時,既要考慮切割刀具的寬度和零件的個數,還應考慮切成單件后,切割的端面是否需要進一步加工,若要加工,還應留有一定的加工余量.在確定了毛坯種類,形狀和尺寸后,還應繪制一張毛坯圖,作為毛坯生產單位的產品圖樣.繪制毛坯圖,是在零件圖的基礎上,在相應的加工表面上加上毛坯余量.但繪制時還要考慮毛坯的具體制造條件,如鑄件上的孔,鍛件上的孔和空檔,法蘭等的最小鑄出和鍛出條件;鑄件和鍛件表面的起模斜度(拔模斜度)和圓角;分型面和分模面的位置等.并用雙點劃線在毛坯圖中表示出零件的表面,以區別加工表面和非加工表面.10.2.4 工藝路線的擬訂

工藝路線的擬訂是制訂工藝規程的關鍵,它制訂的是否合理,直接影響到工藝規程的合理性,科學性和經濟性.工藝路線擬訂的主要任務是選擇各個表面的加工方法和加工方案,確定各個表面的加工順序以及工序集中與分散的程度,合理選用機床和刀具,確定所用夾具的大致結構等.關于工藝路線的擬訂,經過長期的生產實踐已總結出一些帶有普遍性的工藝設計原則,但在具體擬訂時,特別要注意根據生產實際靈活應用.10.2.4.1 表面加工方案的選擇

(1)各種加工方法所能達到的經濟精度及表面粗糙度

為了正確選擇表面加工方法,首先應了解各種加工方法的特點和掌握加工經濟精度的概念.任何一種加工方法可以獲得的加工精度和表面粗糙度均有一個較大的范圍.例如,精細的操作,選擇低的切削用量,可以獲得較高的精度,但又會降低生產率,提高成本;反之,如增大切削用量提高生產率,雖然成本降低了,但精度也降低了.所以對一種加工方法,只有在一定的精度范圍內才是經濟的,這一定范圍的精度是指在正常的加工條件下(采用符合質量的標準設備,工藝裝備和標準技術等級的工人,不延長加工時間)所能保證的加工精度.這一定范圍的精度稱為經濟精度.相應的粗糙度稱為經濟表面粗糙度.各種加工方法所能達到的加工經濟精度和表面粗糙度,以及各種典型表面的加工方案在機械加工手冊中都能查到.這里要指出的是,加工經濟精度的數值并不是一成不變的,隨著科學技術的發展,工藝技術的改進,加工經濟精度會逐步提高.(2)選擇表面加工方案時考慮的因素

選擇表面加工方案,一般是根據經驗或查表來確定,再結合實際情況或工藝試驗進行修改.表面加工方案的選擇,應同時滿足加工質量,生產率和經濟性等方面的要求,具體選擇時應考慮以下幾方面的因素: 1)選擇能獲得相應經濟精度的加工方法 例如加工精度為 IT7 ,表面粗糙度為 Ra0.4 m 的外圓柱面,通過精細車削是可以達到要求的,但不如磨削經濟.2)零件材料的可加工性能 例如淬火鋼的精加工要用磨削,有色金屬圓柱面的精加工為避免磨削時堵塞砂輪,則要用高速精細車或精細鏜(金剛鏜).3)工件的結構形狀和尺寸大小 例如對于加工精度要求為 IT7 的孔,采用鏜削,鉸削,拉削和磨削均可達到要求.但箱體上的孔,一般不宜選用拉孔或磨孔,而宜選擇鏜孔(大孔)或鉸孔(小孔).4)生產類型 大批量生產時,應采用高效率的先進工藝,例如用拉削方法加工孔和平面,用組合銑削或磨削同時加工幾個表面,對于復雜的表面采用數控機床及加工中心等;單件小批生產時,宜采用刨削,銑削平面和鉆,擴,鉸孔等加工方法,避免盲目地采用高效加工方法和專用設備而造成經濟損失.5)現有生產條件 充分利用現有設備和工藝手段,發揮工人的創造性,挖掘企業潛力,創造經濟效益.10.2.4.2 加工階段的劃分(1)劃分方法

零件的加工質量要求較高時,都應劃分加工階段.一般劃分為粗加工,半精加工和精加工三個階段.如果零件要求的精度特別高,表面粗糙度很細時,還應増加光整加工和超精密加工階段.各加工階段的主要任務是: 1)粗加工階段 主要任務是切除毛坯上各加工表面的大部分加工余量,使毛坯在形狀和尺寸上接近零件成品.因此,應采取措施盡可能提高生產率.同時要為半精加工階段提供精基準,并留有充分均勻 的加工余量,為后續工序創造有利條件.2)半精加工階段 達到一定的精度要求,并保證留有一定的加工余量,為主要表面的精加工作準備.同時完成一些次要表面的加工(如緊固孔的鉆削,攻螺紋,銑鍵槽等).3)精加工階段 主要任務是保證零件各主要表面達到圖紙規定的技術要求.4)光整加工階段 對精度要求很高(IT6 以上),表面粗糙度很小(小于 R a 0.2 m)的零件,需安排光整加工階段.其主要任務是減小表面粗糙度或進一步提高尺寸精度和形狀精度.(2)劃分加工階段的原因

1)保證加工質量的需要 零件在粗加工時,由于要切除掉大量金屬,因而會產生較大的切削力和切削熱,同時也需要較大的夾緊力,在這些力和熱的作用下,零件會產生較大的變形.而且經過粗加工后零件的內應力要重新分布,也會使零件發生變形.如果不劃分加工階段而連續加工,就無法避免和修正上述原因所引起的加工誤差.加工階段劃分后,粗加工造成的誤差,通過半精加工和精加工可以得到修正,并逐步提高零件的加工精度和表面質量,保證了零件的加工要求.2)合理使用機床設備的需要 粗加工一般要求功率大,剛性好,生產率高而精度不高的機床設備.而精加工需采用精度高的機床設備,劃分加工階段后就可以充分發揮粗,精加工設備各自性能的特點,避免以粗干精,做到合理使用設備.這樣不但提高了粗加工的生產效率,而且也有利于保持精加工設備的精度和使用壽命.3)及時發現毛坯缺陷 毛坯上的各種缺陷(如氣孔,砂眼,夾渣或加工余量不足等),在粗加工后即可被發現,便于及時修補或決定報廢,以免繼續加工后造成工時和加工費用的浪費.4)便于安排熱處理 熱處理工序使加工過程劃分成幾個階段,如精密主軸在粗加工后進行去除應力的人工時效處理,半精加工后進行淬火,精加工后進行低溫回火和冰冷處理,最后再進行光整加工.這幾次熱處理就把整個加工過程劃分為粗加工——半精加工——精加工——光整加工階段.在零件工藝路線擬訂時,一般應遵守劃分加工階段這一原則,但具體應用時還要根據零件的情況靈活處理,例如對于精度和表面質量要求較低而工件剛性足夠,毛坯精度較高,加工余量小的工件,可不劃分加工階段.又如對一些剛性好的重型零件,由于裝夾吊運很費時,也往往不劃分加工階段而在一次安裝中完成粗精加工.還需指出的是,將工藝過程劃分成幾個加工階段是對整個加工過程而言的,不能單純從某一表面的加工或某一工序的性質來判斷.例如工件的定位基準,在半精加工階段甚至在粗加工階段就需要加工得很準確,而在精加工階段中安排某些鉆孔之類的粗加工工序也是常有的.10.2.4.3 工序的劃分

工序集中就是零件的加工集中在少數工序內完成,而每一道工序的加工內容卻比較多;工序分散則相反,整個工藝過程中工序數量多,而每一道工序的加工內容則比較少.(1)工序集中的特點

① 有利于采用高生產率的專用設備和工藝裝備,如采用多刀多刃,多軸機床,數控機床和加工中心等,從而大大提高生產率.② 減少了工序數目,縮短了工藝路線,從而簡化了生產計劃和生產組織工作.③ 減少了設備數量,相應地減少了操作工人和生產面積.④ 減少了工件安裝次數,不僅縮短了輔助時間,而且在一次安裝下能加工較多的表面,也易于保證這些表面的相對位置精度.⑤ 專用設備和工藝裝置復雜,生產準備工作和投資都比較大,尤其是轉換新產品比較困難.(2)工序分散特點 ① 設備和工藝裝備結構都比較簡單,調整方便,對工人的技術水平要求低.② 可采用最有利的切削用量,減少機動時間.③ 容易適應生產產品的變換.④ 設備數量多,操作工人多,占用生產面積大.工序集中和工序分散各有特點;在擬訂工藝路線時,工序是集中還是分散,即工序數量是多還是少,主要取決于生產規模和零件的結構特點及技術要求.在一般情況下,單件小批生產時,多將工序集中.大批量生產時,既可采用多刀,多軸等高效率機床將工序集中,也可將工序分散后組織流水線生產;目前的發展趨勢是傾向于工序集中.10.2.4.4 工序順序的安排(1)機械加工工序的安排

1)基準先行 零件加工一般多從精基準的加工開始,再以精基準定位加工其它表面.因此,選作精基準的表面應安排在工藝過程起始工序先進行加工,以便為后續工序提供精基準.例如軸類零件先加工兩端中心孔,然后再以中心孔作為精基準,粗,精加工所有外圓表面.齒輪加工則先加工內孔及基準端面,再以內孔及端面作為精基準,粗,精加工齒形表面.2)先粗后精 精基準加工好以后,整個零件的加工工序,應是粗加工工序在前,相繼為半精加工,精加工及光整加工.按先粗后精的原則先加工精度要求較高的主要表面,即先粗加工再半精加工各主要表面,最后再進行精加工和光整加工.在對重要表面精加工之前,有時需對精基準進行修整,以利于保證重要表面的加工精度,如主軸的高精度磨削時,精磨和超精磨削前都須研磨中心孔;精密齒輪磨齒前,也要對內孔進行磨削加工.3)先主后次 根據零件的功用和技術要求.先將零件的主要表面和次要表面分開,然后先安排主要表面的加工,再把次要表面的加工工序插入其中.次要表面一般指鍵槽,螺孔,銷孔等表面.這些表面一般都與主要表面有一定的相對位置要求,應以主要表面作為基準進行次要表面加工,所以次要表面的加工一般放在主要表面的半精加工以后,精加工以前一次加工結束.也有放在最后加工的,但此時應注意不要碰傷已加工好的主要表面.4)先面后孔 對于箱體,底座,支架等類零件,平面的輪廓尺寸較大,用它作為精基準加工孔,比較穩定可靠,也容易加工,有利于保證孔的精度.如果先加工孔,再以孔為基準加工平面,則比較困難,加工質量也受影響.(2)熱處理工序的安排

熱處理可用來提高材料的力學性能,改善工件材料的加工性能和消除內應力,其安排主要是根據工件的材料和熱處理目的來進行.熱處理工藝可分為兩大類:預備熱處理和最終熱處理.1)預備熱處理 預備熱處理的目的是改善加工性能,消除內應力和為最終熱處理準備良好的金相組織.其熱處理工藝有退火,正火,時效,調質等.① 退火和正火.退火和正火用于經過熱加工的毛坯.含碳量高于 0.5 %的碳鋼和合金鋼,為降低其硬度易于切削,常采用退火處理;含碳量低于 0.5 %的碳鋼和合金鋼,為避免其硬度過低切削時粘刀,而采用正火處理.退火和正火尚能細化晶粒,均勻組織,為以后的熱處理做準備.退火和正火常安排在毛坯制造之后,粗加工之前進行.② 時效處理.時效處理主要用于消除毛坯制造和機械加工中產生的內應力.為減少運輸工作量,對于一般精度的零件,在精加工前安排一次時效處理即可.但精度要求較高的零件(如坐標鏜床的箱體等),應安排兩次或數次時效處理工序.簡單零件一般可不進行時效處理.除鑄件外,對于一些剛性較差的精密零件(如精密絲杠),為消除加工中產生的內應力,穩定零件加工精度,常在粗加工,半精加工之間安排多次時效處理.有些軸類零件加工,在校直工序后也要安排時效處理.③ 調質.調質即是在淬火后進行高溫回火處理,它能獲得均勻細致的回火索氏體組織,為以后的表面淬火和滲氮處理時減少變形做準備,因此調質也可作為預備熱處理.由于調質后零件的綜合力學性能較好,對某些硬度和耐磨性要求不高的零件,也可作為最終熱處理工序.2)最終熱處理 最終熱處理的目的是提高硬度,耐磨性和強度等力學性能.① 淬火.淬火有表面淬火和整體淬火.其中表面淬火因為變形,氧化及脫碳較小而應用較廣,而且表面淬火還具有外部強度高,耐磨性好,而內部保持良好的韌性,抗沖擊力強的優點.為提高表面淬火零件的機械性能,常需進行調質或正火等熱處理作為預備熱處理.其一般工藝路線為:下料一鍛造一正火(退火)一粗加工一調質一半精加工一表面淬火一精加工.② 滲碳淬火.滲碳淬火適用于低碳鋼和低合金鋼,先提高零件表層的含碳量,經淬火后使表層獲得高的硬度,而心部仍保持一定的強度和較高的韌性和塑性.滲碳分整體滲碳和局部滲碳.局部滲碳時對不滲碳部分要采取防滲措施(鍍銅或鍍防滲材料).由于滲碳淬火變形大,且滲碳深度一般在 0.5~2mm 之間,所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間.其工藝路線一般為:下料一鍛造一正火一粗,半精加工一滲碳淬火一精加工.當局部滲碳零件的不滲碳部分,采用加大余量后切除多余的滲碳層的工藝方案時,切除多余滲碳層的工序應安排在滲碳后,淬火前進行.③ 滲氮處理.滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法.滲氮層可以提高零件表面的硬度,耐磨性,疲勞強度和抗蝕性.由于滲氮處理溫度較低,變形小,且滲氮層較薄(一般不超過 0.6 ～ 0.7mm),因此滲氮工序應盡量靠后安排,常安排在精加工之間進行.為減小滲氮時的變形,在切削后一般需進行消除應力的高溫回火.(3)檢驗工序的安排

檢驗工序一般安排在粗加工后,精加工前;送往外車間前后;重要工序和工時長的工序前后;零件加工結束后,入庫前.(4)其它工序的安排

1)表面強化工序 如滾壓,噴丸處理等,一般安排在工藝過程的最后.2)表面處理工序 如發藍,電鍍等一般安排在工藝過程的最后.3)探傷工序 如 X 射線檢查,超聲波探傷等多用于零件內部質量的檢查,一般安排在工藝過程的開始.磁力探傷,熒光檢驗等主要用于零件表面質量的檢驗,通常安排在該表面加工結束以后.4)平衡工序 包括動,靜平衡,一般安排在精加工以后.在安排零件的工藝過程中,不要忽視去毛刺,倒棱和清洗等輔助工序.在銑鍵槽,齒面倒角等工序后應安排去毛刺工序.零件在裝配前都應安排清洗工序,特別在研磨等光整加工工序之后,更應注意進行清洗工序,以防止殘余的磨料嵌入工件表面,加劇零件在使用中的磨損.10.2.5 加工余量的確定

10.2.5.1 加工余量的概念及其影響因素

在選擇了毛坯,擬訂出加工工藝路線之后,就需確定加工余量,計算各工序的工序尺寸.加工余量大小與加工成本有密切關系,加工余量過大不僅浪費材料,而且增加切削工時,增大刀具和機床的磨損,從而增加成本;加工余量過小,會使前一道工序的缺陷得不到糾正,造成廢品,從而也使成本增加,因此,合理地確定加工余量,對提高加工質量和降低成本都有十分重要的意義.(1)加工余量的概念

在機械加工過程中從加工表面切除的金屬層厚度稱為加工余量.加工余量分為工序余量和加工總余量.工序余量是指為完成某一道工序所必須切除的金屬層厚度,即相鄰兩工序的工序尺寸之差.加工總余量是指由毛坯變為成品的過程中,在某加工表面上所切除的金屬層總厚度,即毛坯尺寸與零件圖設計尺寸之差.由于毛坯尺寸和各工序尺寸不可避免地存在公差,因此無論是加工總余量還是工序余量實際上是個變動值,因而加工余量又有基本余量,最大余量和最小余量之分,通常所說的加工余量是指基本余量.加工余量,工序余量的公差標注應遵循“入體原則”即:“毛坯尺寸按雙向標注上,下偏差;被包容表面尺寸上偏差為零,也就是基本尺寸為最大極限尺寸(如軸);對包容面尺寸下偏差為零,也就是基本尺寸為最小極限尺寸(如內孔).加工過程中,工序完成后的工件尺寸稱為工序尺寸.由于存在加工誤差,各工序加工后的尺寸也有一定的公差,稱為工序公差.工序公差帶的布置也采用”入體原則“法.表示加工余量及其公差的關系,不論是被包容面還是包容面,其加工總余量均等于各工序余量之和.Z = Z + Z + Z + …

加工余量還有雙邊余量和單邊余量之分,平面加工余量是單邊余量,它等于實際切削的金屬層厚度.對于外圓和孔等回轉表面,加工余量是指雙邊余量,即以直徑方向計算,實際切削的金屬為加工余量數值的一半.(2)確定加工余量應考慮的因素

為切除前工序在加工時留下的各種缺陷和誤差的金屬層,又考慮到本工序可能產生的安裝誤差而不致使工件報廢,必須保證一定數值的最小工序余量.為了合理確定加工余量,首先必須了解影響加工余量的因素.影響加工余量的主要因素有: 1)前工序的尺寸公差 由于工序尺寸有公差,上工序的實際工序尺寸有可能出現最大或最小極限尺寸.為了使上工序的實際工序尺寸在極限尺寸的情況下,本工序也能將上工序留下的表面粗糙度和缺陷層切除,本工序的加工余量應包括上工序的公差.2)前工序的形狀和位置公差 當工件上有些形狀和位置偏差不包括在尺寸公差的范圍內時,這些誤差又必須在本工序加工糾正,在本工序的加工余量中必須包括它.3)前工序的表面粗糙度和表面缺陷 為了保證加工質量,本工序必須將上工序留下的表面粗糙度和缺陷層切除.4)本工序的安裝誤差 安裝誤差包括工件的定位誤差和夾緊誤差,若用夾具裝夾,還應有夾具在機床上的裝夾誤差.這些誤差會使工件在加工時的位置發生偏移,所以加工余量還必須考慮安裝誤差的影響.10.2.5.2 確定加工余量的方法

確定加工余量的方法有 3 種:分析計算法,經驗估算法和查表修正法.(1)分析計算法

本方法是根據有關加工余量計算公式和一定的試驗資料,對影響加工余量的各項因素進行分析和綜合計算來確定加工余量.用這種方法確定加工余量比較經濟合理,但必須有比較全面和可靠的試驗資料.目前,只在材料十分貴重,以及軍工生產或少數大量生產的工廠中采用.(2)經驗估算法

本方法是根據工廠的生產技術水平,依靠實際經驗確定加工余量.為防止因余量過小而產生廢品,經驗估計的數值總是偏大,這種方法常用于單件小批量生產.(3)查表修正法

此法是根據各工廠長期的生產實踐與試驗研究所積累的有關加工余量數據,制成各種表格并匯編成手冊,確定加工余量時,查閱有關手冊,再結合本廠的實際情況進行適當修正后確定,目前此法應用較為普遍.10.2.6 工序尺寸及其公差的確定

機械加工過程中,工件的尺寸在不斷地變化,由毛坯尺寸到工序尺寸,最后達到設計要求的尺寸.在這個變化過程中,加工表面本身的尺寸及各表面之間的尺寸都在不斷地變化,這種變化無論是在一個工序內部,還是在各個工序之間都有一定的內在聯系.應用尺寸鏈理論去揭示它們之間的內在關系,掌握它們的變化規律是合理確定工序尺寸及其公差和計算各種工藝尺寸的基礎,因此,本節先介紹工藝尺寸鏈的基本概念,然后分析工藝尺寸鏈的計算方法以及工藝尺寸鏈的應用.10.2.6.1 工藝尺寸鏈的概念(1)工藝尺寸鏈的定義

在零件的加工過程中,為了加工和檢驗的方便,有時需要進行一些工藝尺寸的計算.為使這種計算迅速準確,按照尺寸鏈的基本原理,將這些有關尺寸以一定順序首尾相連排列成一封閉的尺寸系統,即構成了零件的工藝尺寸鏈,簡稱工藝尺寸鏈.(2)工藝尺寸鏈的組成

① 環 組成工藝尺寸鏈的各個尺寸都稱為工藝尺寸鏈的環.② 封閉環 工藝尺寸鏈中間接得到的環稱為封閉環.封閉環以下角標” 0 “表示,如” A 0 “,” L “.③ 組成環 除封閉環以外的其它環都稱為組成環.組成環分增環和減環兩種.④ 增環 當其余各組成環保持不變,某一組成環增大,封閉環也隨之增大,該環即為增環.一般在該環尺寸的代表符號上,加一向右的箭頭表示.⑤ 減環 當其余各組成環保持不變,某一組成環增大,封閉環反而減小,該環即為減環.一般在該尺寸的代表符號上,加一向左的箭頭表示.(3)工藝尺寸鏈的特征

① 關聯性 組成工藝尺寸鏈的各尺寸之間必然存在著一定的關系,相互無關的尺寸不組成工藝尺寸鏈.工藝尺寸鏈中每一個組成環不是增環就是減環,其尺寸發生變化都要引起封閉環的尺寸變化.對工藝尺寸鏈中的封閉環尺寸沒有影響的尺寸,就不是該工藝尺寸鏈的組成環.② 封閉性 尺寸鏈必須是一組首尾相接并構成一個封閉圖形的尺寸組合,其中應包含一個間接得到的尺寸.不構成封閉圖形的尺寸組合就不是尺寸鏈.(4)建立工藝尺寸鏈的步驟

① 確定封閉環 即加工后間接得到的尺寸.② 查找組成環 從封閉環一端開始,按照尺寸之間的聯系,首尾相連,依次畫出對封閉環有影響的尺寸,直到封閉環的另一端,形成一個封閉圖形,就構成一個工藝尺寸鏈.查找組成環必須掌握的基本特點為:組成環是加工過程中”直接獲得“的,而且對封閉環有影響.③ 按照各組成環對封閉環的影響,確定其為增環或減環 確定增環或減環可先給封閉環任意規定一個方向,然后沿此方向,繞工藝尺寸鏈依次給各組成環畫出箭頭,凡是與封閉環箭頭方向相同的就是減環,相反的就是增環.10.2.6.2 工藝尺寸鏈的計算

尺寸鏈的計算方法有兩種:極值法與概率法.極值法是從最壞情況出發來考慮問題的,即當所有增環都為最大極限尺寸而減環恰好都為最小極限尺寸,或所有增環都為最小極限尺寸而減環恰好都為最大極限尺寸,來計算封閉環的極限尺寸和公差.事實上,一批零件的實際尺寸是在公差帶范圍內變化的.在尺寸鏈中,所有增環不一定同時出現最大或最小極限尺寸,即使出現,此時所有減環也不一定同時出現最小或最大極限尺寸.概率法解尺寸鏈,主要用于裝配尺寸鏈,其計算方法在裝配中講授.10.2.6.3 工序尺寸及其公差的確定(1)基準重合時工序尺寸及公差的確定

當零件定位基準與設計基準(工序基準)重合時,零件工序尺寸及其公差的確定方法是:先根據零件的具體要求確定其加工工藝路線,再通過查表確定各道工序的加工余量及其公差,然后計算出各工序尺寸及公差;計算順序是:先確定各工序余量的基本尺寸,再由后往前逐個工序推算,即由工件上的設計尺寸開始,由最后一道工序向前工序推算直到毛坯尺寸.(2)測量基準與設計基準不重合時工序尺寸及其公差的計算

在加工中,有時會遇到某些加工表面的設計尺寸不便測量,甚至無法測量的情況,為此需要在工件上另選一個容易測量的測量基準,通過對該測量尺寸的控制來間接保證原設計尺寸的精度.這就產生了測量基準與設計基準不重合時,測量尺寸及公差的計算問題.(3)定位基準與設計基準不重合時工序尺寸計算

在零件加工過程中有時為方便定位或加工,選用不是設計基準的幾何要素作定位基準,在這種定位基準與設計基準不重合的情況下,需要通過尺寸換算,改注有關工序尺寸及公差,并按換算后的工序尺寸及公差加工.以保證零件的原設計要求.(4)中間工序的工序尺寸及其公差的求解計算

在工件加工過程中,有時一個基面的加工會同時影響兩個設計尺寸的數值.這時,需要直接保證其中公差要求較嚴的一個設計尺寸,而另一設計尺寸需由該工序前面的某一中間工序的合理工序尺寸間接保證.為此,需要對中間工序尺寸進行計算.(5)保證應有滲碳或滲氮層深度時工藝尺寸及其公差的計算

零件滲碳或滲氮后,表面一般要經磨削保證尺寸精度,同時要求磨后保留有規定的滲層深度.這就要求進行滲碳或滲氮熱處理時按一定滲層深度及公差進行(用控制熱處理時間保證),并對這一合理滲層深度及公差進行計算.10.2.7 機械加工的生產率及技術經濟分析 10.2.7.1 機械加工時間定額的組成(1)時間定額的概念

所謂時間定額是指在一定生產條件下,規定生產一件產品或完成一道工序所需消耗的時間.它是安排作業計劃,核算生產成本,確定設備數量,人員編制以及規劃生產面積的重要依據.(2)時間定額的組成

1)基本時間 T 基本時間是指直接改變生產對象的尺寸,形狀,相對位置以及表面狀態或材料性質等工藝過程所消耗的時間.對于切削加工來說,基本時間就是切除金屬所消耗的時間(包括刀具的切入和切出時間在內).2)輔助時間T 輔助時間是為實現工藝過程所必須進行的各種輔助動作所消耗的時間.它包括:裝卸工件,開停機床,引進或退出刀具,改變切削用量,試切和測量工件等所消耗的時間.基本時間和輔助時間的總和稱為作業時間.它是直接用于制造產品或零部件所消耗的時間.輔助時間的確定方法隨生產類型而異.大批大量生產時,為使輔助時間規定得合理,需將輔助動作分解,再分別確定各分解動作的時間,最后予以綜合;中批生產則可根據以往統計資料來確定;單件小批生產常用基本時間的百分比進行估算.3)布置工作地時間 T 布置工作地時間是為了使加工正常進行,工人照管工作地(如更換刀具,潤滑機床,清理切屑,收拾工具等)所消耗的時間.它不是直接消耗在每個工件上的.而是消耗在一個工作班內的時間,再折算到每個工件上的.一般按作業時間的 2% ~ 7% 估算.4)休息與生理需要時間 T 休息與生理需要時間是工人在工作班內恢復體力和滿足生理上的需要所消耗的時間.T 是按一個工作班為計算單位,再折算到每個工件上的.對機床操作工人一般按作業時間的 2% 估算.以上四部分時間的總和稱為單件時間 T ,即 T = T +T + T + T

5)準備與終結時間T 準備與終結時間是指工人為了生產一批產品或零部件,進行準備和結束工作所消耗的時間.在單件或成批生產中,每當開始加工一批工件時,工人需要熟悉工藝文件,領取毛坯,材料,工藝裝備,安裝刀具和夾具,調整機床和其它工藝裝備等所消耗的時間以及加工一批工件結束后,需拆下和歸還工藝裝備,送交成品等所消耗的時間.T 既不是直接消耗在每個工件上的,也不是消耗在一個工作班內的時間,而是消耗在一批工件上的時間.因而分攤到每個工件的時間為T / n ,其中 n 為批量.故單件和成批生產的單件工時定額的計算公式 T 應為: T = T +T / n

大批大量生產時,由于 n 的數值很大,T / n ≈ 0,故不考慮準備終結時間,即: T = T 10.2.7.2 提高機械加工生產率的途徑

勞動生產率是指工人在單位時間內制造的合格產品的數量或制造單件產品所消耗的勞動時間.勞動生產率是一項綜合性的技術經濟指標.提高勞動生產率,必須正確處理好質量,生產率和經濟性三者之間的關系.應在保證質量的前提下,提高生產率,降低成本.勞動生產率提高的措施很多,涉及到產品設計,制造工藝和組織管理等多方面,這里僅就通過縮短單件時間來提高機械加工生產率的工藝途徑作一簡要分析.由式(5.8)所示的單件時間組成,不難得知提高勞動生產率的工藝措施可有以下幾個方面:(1)縮短基本時間

在大批大量生產時,由于基本時間在單位時間中所占比重較大,因此通過縮短基本時間即可提高生產率.縮短基本時間的主要途徑有以下幾種: 1)提高切削用量 增大切削速度,進給量和背吃刀量,都可縮短基本時間,但切削用量的提高受到刀具耐用度和機床功率,工藝系統剛度等方面的制約.隨著新型刀具材料的出現,切削速度得到了迅速的提高,目前硬質合金車刀的切削速度可達 200m/min ,陶瓷刀具的切削速度達 500m/min.近年來出現的聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀具切削普通鋼材的切削速度達 900m/min.在磨削方面,近年來發展的趨勢是高速磨削和強力磨削.國內生產的高速磨床和砂輪磨削速度已達 60m/s ,國外已達 90~120m/s;強力磨削的切入深度已達 6~12mm ,從而使生產率大大提高.2)采用多刀同時切削每把車刀實際加工長度只有原來的三分之一;每把刀的切削余量只有原來的三分之一;用三把刀具對同一工件上不同表面同時進行橫向切入法車削.顯然,采用多刀同時切削比單刀切削的加工時間大大縮短.3)多件加工 這種方法是通過減少刀具的切入,切出時間或者使基本時間重合,從而縮短每個零件加工的基本時間來提高生產率.多件加工的方式有以下三種: ① 順序多件加工.即工件順著走刀方向一個接著一個地安裝,這種方法減少了刀具切入和切出的時間,也減少了分攤到每一個工件上的輔助時間.②平行多件加工.即在一次走刀中同時加工 n 個平行排列的工件.加工所需基本時間和加工一個工件相同,所以分攤到每個工件的基本時間就減少到原來的 1/n ,其中 n 是同時加工的工件數.這種方式常見于銑削和平面磨削.③平行順序多件加工.這種方法為順序多件加工和平行多件加工的綜合應用,.這種方法適用于工件較小,批量較大的情況.4)減少加工余量 采用精密鑄造,壓力鑄造,精密鍛造等先進工藝提高毛坯制造精度,減少機械加工余量,以縮短基本時間,有時甚至無需再進行機械加工,這樣可以大幅度提高生產效率.(2)縮短輔助時間

輔助時間在單件時間中也占有較大比重,尤其是在大幅度提高切削用量之后,基本時間顯著減少,輔助時間所占比重就更高.此時采取措施縮減輔助時間就成為提高生產率的重要方向.縮短輔助時間有兩種不同的途徑,一是使輔助動作實現機械化和自動化,從而直接縮減輔助時間;二是使輔助時間與基本時間重合,間接縮短輔助時間.1)直接縮減輔助時間 采用專用夾具裝夾工件,工件在裝夾中不需找正,可縮短裝卸工件的時間.大批大量生產時,廣泛采用高效氣動,液動夾具來縮短裝卸工件的時間.單件小批生產中,由于受專用夾具制造成本的限制,為縮短裝卸工件的時間,可采用組合夾具及可調夾具.此外,為減小加工中停機測量的輔助時間,可采用主動檢測裝置或數字顯示裝置在加工過程中進行實時測量,以減少加工中需要的測量時間.主動檢測裝置能在加工過程中測量加工表面的實際尺寸,并根據測量結果自動對機床進行調整和工作循環控制,例如磨削自動測量裝置.數顯裝置能把加工過程或機床調整過程中機床運動的移動量或角位移連續精確地顯示出來,這些都大大節省了停機測量的輔助時間.2)間接縮短輔助時間 為了使輔助時間和基本時間全部或部分地重合,可采用多工位夾具和連續加工的方法.(3)縮短布置工作地時間

布置工作地時間,大部分消耗在更換刀具上,因此必須減少換刀次數并縮減每次換刀所需的時間,提高刀具的耐用度可減少換刀次數.而換刀時間的減少,則主要通過改進刀具的安裝方法和采用裝刀夾具來實現.如采用各種快換刀夾,刀具微調機構,專用對刀樣板或對刀樣件以及自動換刀裝置等,以減少刀具的裝卸和對刀所需時間.例如在車床和銑床上采用可轉位硬質合金刀片刀具,既減少了換刀次數,又可減少刀具裝卸,對刀和刃磨的時間.(4)縮短準備與終結時間

縮短準備與終結時間的途徑有二:第一,擴大產品生產批量,以相對減少分攤到每個零件上的準備與終結時間;第二,直接減少準備與終結時間.擴大產品生產批量,可以通過零件標準化和通用化實現,并可采用成組技術組織生產.10.2.7.3 機械加工技術經濟分析的方法

制訂機械加工工藝規程時,在同樣能滿足工件的各項技術要求下,一般可以擬訂出幾種不同的加工方案,而這些方案的生產效率和生產成本會有所不同.為了選取最佳方案就需進行技術經濟分析.所謂技術經濟分析就是通過比較不同工藝方案的生產成本,選出最經濟的加工工藝方案.生產成本是指制造一個零件或一臺產品所必須的一切費用的總和.生產成本包括兩大類費用:第一類是與工藝過程直接有關的費用叫工藝成本,約占生產成本的 70% ~ 75%;第二類是與工藝過程無關的費用,如行政人員工資,廠房折舊,照明取曖等.由于在同一生產條件下與工藝過程無關的費用基本上是相等的,因此對零件工藝方案進行經濟分析時,只要分析與工藝過程直接有關的工藝成本即可.(1)工藝成本的組成

工藝成本由可變費用和不變費用兩大部分組成.1)可變費用 可變費用是與年產量有關并與之成正比的費用,用” V “表示(元 / 件).包括:材料費,操作工人的工資,機床電費,通用機床折舊費,通用機床修理費,刀具費,通用夾具費.2)不變費用 不變費用是與年產量的變化沒有直接關系的費用.當產量在一定范圍內變化時,全年的費用基本上保持不變,用” S "表示(元 / 年).包括:機床管理人員,車間輔助工人,調整工人的工資,專用機床折舊費,專用機床修理費,專用夾具費.(2)工藝成本的計算 1)零件的全年工藝成本 E = V N +S

式中 E ——零件(或零件的某工序)全年的工藝成本(元 / 年);V ——可變費用(元 / 件);N ——年產量(件 / 年);S ——不變費用(元 / 年).由上述公式可見,全年工藝成本 E 和年產量 N 成線性關系.它說明全年工藝成本的變化Δ E與年產量的變化Δ N 成正比;又說明 S 為投資定值,不論生產多少,其值不變.2)零件的單件工藝成本

單件工藝成本 E 與年產量 N 呈雙曲線關系.在曲線的 A 段, N 很小,設備負荷也低,即單件小批生產區,單件工藝成本 E 就很高,此時若產量 N 稍有增加(Δ N)將使單件成本迅速降低(ΔE).在曲線 B 段, N 很大,即大批大量生產區.此時曲線漸趨水平,年產量雖有較大變化,而對單件工藝成本的影響卻很小.這說明對于某一個工藝方案,當 S 值(主要是專用設備費用)一定時,就應有一個與此設備能力相適應的產量范圍.產量小于這個范圍時,由于 S/N 比值增大,工藝成本就增加.這時采用這種工藝方案顯然是不經濟的,應減少使用專用設備數,即減少 S 值來降低工藝成本.當產量超過這個范圍時,由于 S/N 比值變小,這時就需要投資更大而生產率更高的設備,以便減少 V 而獲得更好的經濟效益.10.3 典型零件機械加工工藝過程 10.3.1 軸類零件加工分析(1)軸類零件加工的工藝路線 1)基本加工路線

外圓加工的方法很多,基本加工路線可歸納為四條.① 粗車—半精車—精車

對于一般常用材料,這是外圓表面加工采用的最主要的工藝路線.② 粗車—半精車—粗磨—精磨

對于黑色金屬材料,精度要求高和表面粗糙度值要求較小,零件需要淬硬時,其后續工序只能用磨削而采用的加工路線.③ 粗車—半精車—精車—金剛石車

對于有色金屬,用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度,因為有色金屬一般比較軟,容易堵塞沙粒間的空隙,因此其最終工序多用精車和金剛石車.④ 粗車—半精—粗磨—精磨—光整加工

對于黑色金屬材料的淬硬零件,精度要求高和表面粗糙度值要求很小,常用此加工路線.2)典型加工工藝路線

軸類零件的主要加工表面是外圓表面,也還有常見的特特形表面,因此針對各種精度等級和表面粗糙度要求,按經濟精度選擇加工方法.對普通精度的軸類零件加工,其典型的工藝路線如下: 毛坯及其熱處理—預加工—車削外圓—銑鍵槽—(花鍵槽,溝槽)—熱處理—磨削—終檢.(1)軸類零件的預加工

軸類零件的預加工是指加工的準備工序,即車削外圓之前的工藝.校直 毛坯在制造,運輸和保管過程中,常會發生彎曲變形,為保證加工余量的均勻及裝夾可靠,一般冷態下在各種壓力機或校值機上進行校值,(2)軸類零件加工的定位基準和裝夾

1)以工件的中心孔定位 在軸的加工中,零件各外圓表面,錐孔,螺紋表面的同軸度,端面對旋轉軸線的垂直度是其相互位置精度的主要項目,這些表面的設計基準一般都是軸的中心線,若用兩中心孔定位,符合基準重合的原則.中心孔不僅是車削時的定為基準,也是其它加工工序的定位基準和檢驗基準,又符合基準統一原則.當采用兩中心孔定位時,還能夠最大限度地在一次裝夾中加工出多個外圓和端面.2)以外圓和中心孔作為定位基準(一夾一頂)用兩中心孔定位雖然定心精度高,但剛性差,尤其是加工較重的工件時不夠穩固,切削用量也不能太大.粗加工時,為了提高零件的剛度,可采用軸的外圓表面和一中心孔作為定位基準來加工.這種定位方法能承受較大的切削力矩,是軸類零件最常見的一種定位方法.3)以兩外圓表面作為定位基準 在加工空心軸的內孔時,(例如:機床上莫氏錐度的內孔加工),不能采用中心孔作為定位基準,可用軸的兩外圓表面作為定位基準.當工件是機床主軸時,常以兩支撐軸頸(裝配基準)為定位基準,可保證錐孔相對支撐軸頸的同軸度要求,消除基準不重合而引起的誤差.4)以帶有中心孔的錐堵作為定位基準 在加工空心軸的外圓表面時,往往還采用代中心孔的錐堵或錐套心軸作為定位基準.錐堵或錐套心軸應具有較高的精度,錐堵和錐套心軸上的中心孔即是其本身制造的定位基準,又是空心軸外圓精加工的基準.因此必須保證錐堵或錐套心軸上錐面與中心孔有較高的同軸度.在裝夾中應盡量減少錐堵的安裝此書,減少重復安裝誤差.實際生產中,錐堵安裝后,中途加工一般不得拆下和更換,直至加工完畢.圖 10.1 錐堵和錐套心軸 a)錐堵 b)錐套心軸

10.3.2 典型套筒類零件的加工工藝分析 10.3.2.1 典型零件的工藝分析(1)軸承套加工工藝分析

圖 10.2 所示為 1 軸承套,材料為 ZQSn6-6-3 ,每批數量為 400 只.加工時,應根據工件的毛坯材料,結構形狀,加工余量,尺寸精度,形狀精度和生產綱領,正確選擇定位基準,裝夾方法和加工工藝過程,以保證達到圖樣要求.其主要技術要求為: 34mmjs7 外圓對 22mmH7 孔的徑向圓跳動公差為 0.01mm;左端面對 22mmH7 孔的軸線垂直度公差為 0.01mm.由此可見,該零件的內孔和外圓的尺寸精度和位置精度要求均較高.圖 10.2 軸承套

該軸承套屬于短套,其直徑尺寸和軸向尺寸均不大,粗加工可以單件加工,也可以多件加工.由于單件加工時,每件都要留出工件備裝夾的長度,因此原材料浪費較多,所以這里采用多件加工的方法.該軸承套的材料為 ZQSn6-6-3.其外圓為 IT7 級精度,采用精車可以滿足要求;內孔的精度也是 IT7 級,鉸孔可以滿足要求.內孔的加工順序為鉆—車孔—鉸孔.(2)液壓缸加工工藝分析

圖 10.3 所示某液壓缸零件圖,生產綱領為成批生產.該液壓缸屬長套筒類零件,與前述短套類零件在加工方法及工件安裝方式上都有較大差別.該液壓缸內孔與活塞相配,因此表面粗糙度,形狀及位置精度要求都較高.毛坯可選用無縫鋼管,如果為鑄件,其組織應緊密,無砂眼,針孔及疏松缺陷.必要時要用泵驗漏.該液壓缸為成批生產.圖 10.3 液壓缸簡圖

該零件長而壁薄,為保證內外圓的同軸度,加工外圓時參照空心主軸的裝夾方法.即采用雙頂尖頂孔口 1 o 30 1 的錐面或一頭夾緊一頭用中心架支承.加工內孔與一般深孔加工時的裝夾方法相同,多采用夾一頭,另一端用中心架托住外圓.孔的粗加工采用鏜削,半精加工多采用鉸削(浮動鉸孔).該液壓缸內孔的表面質量要求很高,內孔精加工后需滾壓.也有不少套筒類零件以精細鏜,珩磨,研磨等精密加工作為最終工序.內孔經滾壓后,尺寸誤差在 0.01mm 以內,表面粗糙度為 Ra0.16 或更小,且表面經硬化后更為耐磨.但是目前對鑄造液壓缸尚未采用滾壓工藝,原因是鑄件表面的缺陷(如疏松,氣孔,砂眼,硬度不均勻等),哪怕是很微小,都對滾壓有很大影響,會導致滾壓加工產生適得其反的效果.10.3.2.2 保證表面相互位置精度的方法及防止加工中工件變形的措施(1)保證表面相互位置精度的方法

套類零件內外表面的同軸度以及端面與孔軸線的垂直度要求一般都較高,一般可用以下方法來滿足: ① 在 1 次安裝中完成內外表面及端面的全部加工,這樣可消除工件的安裝誤差并獲得很高的相互位置精度.但由于工序比較集中,對尺寸較大的套筒安裝不便,故多用于尺寸較小的軸套車削加工.② 主要表面的加工分在幾次安裝中進行(先加工孔),先加工孔至零件圖尺寸,然后以孔為精基準加工外圓.由于使用的夾具(通常為心軸)結構簡單,而且制造和安裝誤差較小,因此可保證較高的相互位置精度,在套筒類零件加工中應用較多.③ 主要表面的加工分在幾次安裝中進行(先加工外圓)先加工外圓至零件圖尺寸,然后以外圓為精基準完成內孔的全部加工.該方法工件裝夾迅速可靠,但一般卡盤安裝誤差較大,使得加工后工件的相互位置精度較低.如果欲使同軸度誤差較小,則須采用定心精度較高的夾具,如彈性膜片卡盤,液性塑料夾頭,經過修磨的三爪自定心卡盤和軟爪等.(2)防止套類零件變形的工藝措施

套類零件的結構特點是孔的壁厚較薄,薄壁套類零件在加工過程中,常因夾緊力.切削力和熱變形的影響而引起變形.為防止變形常采取—些工藝措施: 1)將粗,精加工分開進行 為減少切削力和切削熱的影響,使粗加工產生的變形在精加工中得以糾正.2)減少夾緊力的影響 在工藝上采取以下措施減少夾緊力的影響: ① 采用徑向夾緊時,夾緊力不應集中在工件的某一徑向截面上,而應使其分布在較大的面積上,以減小工件單位面積上所承受的夾緊力.如可將工件安裝在一個適當厚度的開口圓環中,在連同此環一起夾緊.也可采用增大接觸面積的特殊卡爪.以孔定位時,宜采用張開式心軸裝夾.② 夾緊力的位置宜選在零件剛性較強的部位,以改善在夾緊力作用下薄壁零件的變形.③ 改變夾緊力的方向,將徑向夾緊改為軸向夾緊.④ 在工件上制出加強剛性的工藝凸臺或工藝螺紋以減少夾緊變形,加工時用特殊結構的卡爪夾緊,加工終了時將凸邊切去.3)減小切削力對變形的影響 ① 增大刀具主偏角和主前角,使加工時刀刃鋒利,減少徑向切削力.② 將粗,精加工分開,使粗加工產生的變形能在精加工中得到糾正,并采取較小的切削用量.③ 內外圓表面同時加工,使切削力抵銷.4)熱處理放在粗加工和精加工之間 這樣安排可減少熱處理變形的影響.套類零件熱處理后一般會產生較大變形,在精加工時可得到糾正,但要注意適當加大精加工的余量.