K358-支架工艺规程及钻Φ6孔夹具设计【含三维PROE】
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毕业设计（设计）
支架工艺规程设计
学 院：
专 业：
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完成日期：
摘要
支架零件加工工艺及夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。
关键词：工艺，定位，切削用量，夹紧
Abstract
The bolt body parts and milling fixture design process is the design process design, including machining process design and fixture three. In process design should first of all parts for analysis, to understand part of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design the process routes of the parts; then the parts of each step in the process to the size calculation, the key is to determine the craft equipment and the cutting dosage of each working procedure design; then the special fixture, the fixture for the various components of the design, such as the connecting part positioning devices, clamping element, a guide element, fixture and machine tools and other components; positioning error calculated by the analysis of fixture, jig structure the rationality and the deficiency, pay attention to improving and will design in.
Keywords: process, positioning, cutting dosage, clamping,
20
目 录
第1 章 绪论 3
第2章 零件的分析 4
2.1 零件的作用 4
2.2 零件的工艺分析 4
第3章 零件的工艺规程 4
3.1 确定毛坯的制造形式 4
3.2 支架加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 5
3.2.1 孔和平面的加工顺序 5
2.2.2 孔系加工方案选择 5
3.3 支架加工定位基准的选择 6
3.3.1 粗基准的选择 6
3.3.2 精基准的选择 6
3.4 支架加工主要工序安排 7
3.5 毛坯尺寸的确定 9
3.6 确定各工序的加工设备和工艺装备 9
第4章 确定切削用量及基本时间 10
第5章 钻￠10孔夹具设计 17
5.1 夹具的夹紧装置和定位装置 17
5.2夹具的导向 17
5.3切削力及夹紧力的计算 18
5.4 钻孔与工件之间的切屑间隙 21
5.5 钻模板 22
5.6定位误差的分析 23
5.7 钻套、衬套、钻模板设计与选用 24
5.8 确定夹具体结构和总体结构 26
5.9夹具设计及操作的简要说明 28
总 结 28
参考文献 29
致 谢 30
第1 章 绪论
机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。
支架零件加工工艺及夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证尺寸证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。
本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。
第2章 零件的分析
2.1 零件的作用
题目给出的零件是支架。支架的主要作用是保证各轴之间的中心距及平行度，并保证部件正确安装。因此支架零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。
支架图
2.2 零件的工艺分析
由支架零件图可知。支架是它的外表面上有4个平面需要进行加工。支承孔系在前后端面上。此外各表面上还需加工一系列孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：
（1）以后侧大平面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：后侧大平面铣削加工，其中有表面粗糙度要求为，
（2）以圆柱左侧面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：圆柱左侧面。
（3）以Φ20H7孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：Φ20H7粗糙度为的孔。
（4）以顶部φ12凸台面凸台面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：φ12凸台面
（5）以3×φ7孔、3×φ14孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：3×φ7孔、3×φ14孔粗糙度为的孔。
（6）以Φ6H7孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：Φ20H7粗糙度为的孔。
第3章 零件的工艺规程
3.1 确定毛坯的制造形式
灰铸铁（HT200）中的碳全部或大部分以片状石墨方式存在铸铁中，由于片状石墨对基体的割裂作用大，引起应力集中也大；因此，使石墨片得到细化，并改善石墨片的分布，可提高铸铁的性能。可采用石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），以便于切削加工。
零件材料为HT200，考虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用铸造，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平，而且零件轮廓尺寸不大，可以采用铸造，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成本上考虑，也是应该的。
牌号
铸件壁厚
最小抗拉强度
硬度
铸件硬度范围
金相组织
HT200
2.5-10
10-20
20-30
30-50
175
145
130
120
H175
150-200
铁素体+珠光体
表1.1灰铸铁（HT200）的性能参数
3.2 支架加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施
由以上分析可知。该支架零件的主要加工表面是平面及孔系。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，对于支架来说，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。
由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。
3.2.1 孔和平面的加工顺序
支架类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工支架上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。支架的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。
支架零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。
2.2.2 孔系加工方案选择
支架孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。
根据支架零件图所示的支架的精度要求和生产率要求，当前应选用在钻床上用钻床较为适宜。
3.3 支架加工定位基准的选择
3.3.1 粗基准的选择
粗基准选择应当满足以下要求：
（1）保证各重要支承孔的加工余量均匀；
（2）保证装入支架的零件与边缘有一定的距离。
为了满足上述要求，应选择的主要孔作为主要基准。即以支架的20孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。
3.3.2 精基准的选择
从保证支架孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证支架在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从支架零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是支架的装配基准，但因为它与支架的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。
3.4 支架加工主要工序安排
对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。支架加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到支架加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，顶面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。
后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合铣床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于支架，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。
加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含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。
根据以上分析过程，现将支架加工工艺路线确定如下：
工艺路线一：
工序号
工 序 内 容
10
铸造
20
时效处理
30
粗铣后侧大平面（3XΦ7孔所在平面）
40
粗铣圆柱左侧面
50
粗铣圆柱右侧面
60
钻、扩、铰φ20H7孔
70
粗铣φ12凸台面
80
钻、扩、铰φ6H8孔
90
钻3×φ7孔
100
钻3×φ14孔
110
清洗、检验
工艺路线二：
工序号
工 序 内 容
10
铸造
20
时效处理
30
粗铣后侧大平面（3XΦ7孔所在平面）
40
粗铣圆柱左侧面
50
粗铣圆柱右侧面
60
钻、扩φ20H7孔
70
粗铣φ12凸台面
80
钻、扩、铰φ6H8孔
90
钻3×φ7孔
100
钻3×φ14孔
110
铰φ20H7孔
120
清洗、检验
以上加工方案大致看来合理，但通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，
方案一与方案二主要区别钻、扩、铰φ20H7孔的加工选择方面，方案一安排在最开始，方案二安排在最后，因为要遵循先基准后其他的原则，采用方案二
以上工艺过程详见机械加工工艺过程综合卡片。综合选择方案二：
工序号
工 序 内 容
10
铸造
20
时效处理
30
粗铣后侧大平面（3XΦ7孔所在平面）
40
粗铣圆柱左侧面
50
粗铣圆柱右侧面
60
钻、扩φ20H7孔
70
粗铣φ12凸台面
80
钻、扩、铰φ6H8孔
90
钻3×φ7孔
100
钻3×φ14孔
110
铰φ20H7孔
120
清洗、检验
3.5 毛坯尺寸的确定
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。
（1）面的加工余量。
根据工序要求，顶面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：
粗铣：参照《机械加工工艺手册第1卷》表3.2.23。其余量值规定为，现取。表3.2.27粗铣平面时厚度偏差取。
精铣：参照《机械加工工艺手册》表2.3.59，其余量值规定为。
（2）毛坯为实心，不冲孔。
3.6 确定各工序的加工设备和工艺装备
机床的选用
查资料[1]《机械加工工艺手册》可得：
立式铣床，主要用于铣加工。
摇臂钻床Z525，可用于钻、扩、铰及攻丝。
刀具的选用
查资料[1]《机械加工工艺手册》可得：
高速钢端面铣刀，铣刀材料：，刀具的角度取：
钻头：直柄麻花钻
铰刀：硬质合金锥柄机用铰刀
锥铰刀：公制/莫氏4号锥直柄铰刀，刀具材料：
其他设备的选用
夹具：夹具采用专用的铣、钻夹具
量具选用：锥柄双头塞规，多用游标卡尺
辅助设备：锉刀、钳子等
第4章 确定切削用量及基本时间
切削用量包括背吃刀量a、进给量f和切削速度v。确定顺序是先确定a、f、再确定v。
工序30：粗铣后侧大平面（3XΦ7孔所在平面）
机床：铣床X52K
刀具：两块镶齿套式面铣刀，材料：， ，齿数，为粗齿铣刀。
因其单边余量：Z=3mm
所以铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[3]表2.4-73，取铣削速度：参照参考文献[3]表2.4-81，取
机床主轴转速：
，
按照参考文献[3]表3.1-74
实际铣削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
：根据参考文献[3]表2.4-81,
切削工时
被切削层长度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入长度：
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间：
查参考文献[1]，表2.5-45工步辅助时间为：1.23min
工序40：粗铣圆柱左侧面
机床：铣床X52K
刀具：两块镶齿套式面铣刀，材料：， ，齿数，为粗齿铣刀。
因其单边余量：Z=3mm
所以铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[3]表2.4-73，取铣削速度：参照参考文献[3]表2.4-81，取
机床主轴转速：
，
按照参考文献[3]表3.1-74
实际铣削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
：根据参考文献[3]表2.4-81,
切削工时
被切削层长度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入长度：
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间：
查参考文献[1]，表2.5-45工步辅助时间为：1.23min
工序50：粗铣圆柱右侧面
机床：双立轴圆工作台铣床
刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： 齿数
铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-73，取铣削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-81，取
机床主轴转速：
， 式（1.1）
实际铣削速度： 式（1.2）
进给量： 式（1.3）
工作台每分进给量：
：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-81,
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：
式（1.4）
取
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间： 式（1.5）
工序60 钻、扩φ20H7孔。
机床：立式钻床Z525
刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～9选高速钢锥柄麻花钻头。
⑴ 钻孔
钻孔时先采取的是钻孔，再扩到，所以。
切削深度：
进给量：根据参考文献[3]表2.4～38，取。
切削速度：参照参考文献[3]表2.4～41，取。
机床主轴转速：
，
按照参考文献[3]表3.1～31，取
所以实际切削速度：
切削工时
被切削层长度：
刀具切入长度：
刀具切出长度： 取
走刀次数为1
机动时间：
⑵ 扩孔
刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～31选择硬质合金锥柄麻花扩孔钻头。
片型号：E403
因钻孔时先采取的是先钻到孔再扩到，所以，
切削深度：
进给量：根据参考文献[3]表2.4～52，取。
切削速度：参照参考文献[3]表2.4～53，取。
机床主轴转速：
按照参考文献[3]表3.1～31，取
所以实际切削速度：
切削工时
被切削层长度：
刀具切入长度有：
刀具切出长度： ，取
走刀次数为1
机动时间：
工序70：粗铣φ12凸台面
机床：双立轴圆工作台铣床
刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： 齿数
铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-73，取铣削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-81，取
机床主轴转速：
， 式（1.1）
实际铣削速度： 式（1.2）
进给量： 式（1.3）
工作台每分进给量：
：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-81,
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：
式（1.4）
取
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间： 式（1.5）
工序80：钻，铰Φ6H7孔
机床：Z525
刀具：硬质合金锥柄麻花钻头。型号：E211和E101
带导柱直柄平底锪钻（GB4260-84）
公制/莫式4号锥直柄铰刀 刀具材料：
切削深度：
进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-52，取
切削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-53，取
机床主轴转速，由式（1.1）有：
，取
实际切削速度，由式（1.2）有：
被切削层长度：
刀具切入长度：
式（1.8）
刀具切出长度： 取
走刀次数为1
机动时间： 式（1.9）
．铰孔
切削深度：，
进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-58，取
切削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-60，取
机床主轴转速，由式（1.1）有：
，取
实际切削速度，由式（1.2）有：
被切削层长度：
刀具切入长度，由式（1.8）有：
刀具切出长度： 取
走刀次数为1
机动时间，由式（1.9）有：
工序90、100 钻3×φ7孔、钻3×φ14孔
计算步骤：一、钻孔至Φ5，保证大孔钻孔至Φ12以小孔为基准，使用阶梯钻头。（因为阶梯钻头的刚度不同，应以小钻头为基准）
机床—Z525立式钻床
1，选择高速钢麻花钻头，其直径等d0=5mm。
2，选择切削用量
(1)决定进给量f
1)按加工要求决定进给量，当加工要求H12～H13精度时，铸铁强度≤200时，d0=5mm时f=0.27～0.33mm／r
2)按钻头强度决定进给量，根据表2.8，当硬度为200HBS，d0=5mm，钻头允许的进给量f=0.60mm／r
3)按机床进给机构强度决定进给量，根据表2.9.当硬度≤210HBS，d0≤10.2mm机床进给机构允许的轴向力8330N时进给量为1.6 mm／r
从以上三个进给量比较看出受限制的进给量是工艺要求。其值为f=0.28mm/r
由表2.19可看出钻孔时的轴向力
当f=0.28，d0≤10.2mm时轴向力Ff=4280N轴向力的修正系数均为1.0故Ff=4280N
根据Z525机床说明书机床进给机构允许的最大轴向力为Fmax=8830N。由于Ff〈Fmax故f=0.28 mm／r可用
(2)决定钻头磨钝标准寿命 由表2.12，当d0=5mm时钻头后刀面最大磨损量取为0.5mm寿命T=60min
(3)决定切削速度 由表2.15 f=0.28mm／r标准钻头d0=5mm时Vc=14m／min
切削速度修正值为KTv=1.0，Kcv=1.0 Klv=0.85，Ktv=1.0，根据公式2-4，2-5得
V=Vt·Kv=14×1.0×1.0×0.85×1.0=11.9 m／min
根据Z525钻床说明书可考虑使用nc=960 r／min但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f=0.22mm／r，也可选择较低一级转速nc=680r／min，仍使f=0.28 mm／r
比较两种选择方案
1)第一方案 f=0.22mm／r nc=960 r／min nc·f=0.22×960=211.2 mm／min
2)第二方案 f=0.28mm／r nc=680 r／min nc·f=0.28×680=190.4mm／min
因此第一方案nc·f的乘积比较大，基本工时较少，故第一方案较好。
这时Vc=14 m／min，f=0.22mm／r。
(4)检验机床扭矩及功率
根据表2.21，当f≤0.26mm／r，d0≤11.1mm，Mt=8.82·m
扭转修正系数均为1.0.故Mc=8.82N·m
根据Z525钻床说明书，当nc=960 r／min，Mm=29.4N·m
根据表2.23当=170～213HBS，d0=5mm，f≤0.53，Vc=14 m／min 时Pc=1.0KW
根据Z525机床说明书PE=2.8KW
由于Mc＜Mm Pc＜PE 故选择之切削用量可用
即f=0.22mm／r，n=nc=960r／min，Vc=14m／min
3计算基本工时
根据公式2-6
式中L=l+y+△,l=8mm,入切量及超切量y+△=2.5mm
所以，tm=0.050min
二、扩孔至Φ6,保证大扩孔至Φ13以小孔为基准，使用阶梯扩孔钻头。
机床—Z525立式钻床
1，选择高速钢麻花钻头，其直径等d0=6mm。
2，选择切削用量
(1)决定进给量f
1)按加工要求决定进给量，当加工要求H12～H13精度时，铸铁强度≤200时，d0=6mm时f=0.27～0.33mm／r
2)按钻头强度决定进给量，根据表2.8，当硬度为200HBS，d0=6mm，钻头允许的进给量f=0.72mm／r
3)按机床进给机构强度决定进给量，根据表2.9.当硬度≤210HBS，d0≤10.2mm机床进给机构允许的轴向力8330N时进给量为1.6 mm／r
从以上三个进给量比较看出受限制的进给量是工艺要求。其值为f=0.28mm/r
由表2.19可看出钻孔时的轴向力
当f=0.28，d0≤10.2mm时轴向力Ff=4280N轴向力的修正系数均为1.0故Ff=4280N
根据Z525机床说明书机床进给机构允许的最大轴向力为Fmax=8830N。由于Ff〈Fmax故f=0.28 mm／r可用
(2)决定钻头磨钝标准寿命 由表2.12，当d0=6mm时钻头后刀面最大磨损量取为0.5mm寿命T=60min
(3)决定切削速度 由表2.15 f=0.28mm／r标准钻头d0=6mm时Vc=14m／min
切削速度修正值为KTv=1.0，Kcv=1.0 Klv=0.85，Ktv=1.0，根据公式2-4，2-5得
V=Vt·Kv=14×1.0×1.0×0.85×1.0=11.9 m／min
根据Z525钻床说明书可考虑使用nc=680 r／min但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f=0.22mm／r，也可选择较低一级转速nc=545r／min，仍使f=0.28 mm／r
比较两种选择方案
1)第一方案 f=0.22mm／r nc=680 r／min nc·f=0.22×680=149.6mm／min
2)第二方案 f=0.28mm／r nc=545 r／min nc·f=0.28×545=152.6mm／min
因此第一方案nc·f的乘积比较大，基本工时较少，故第一方案较好。
这时Vc=14 m／min，f=0.22mm／r。
(4)检验机床扭矩及功率
根据表2.21，当f≤0.26mm／r，d0≤11.1mm，Mt=8.82·m
扭转修正系数均为1.0.故Mc=8.82N·m
根据Z525钻床说明书，当nc=680 r／min，Mm=42.2N·m
根据表2.23当=170～213HBS，d0=6mm，f≤0.53，Vc=14 m／min 时Pc=1.0KW
根据Z525机床说明书PE=2.8KW
由于Mc＜Mm Pc＜PE 故选择之切削用量可用
即f=0.22mm／r，n=nc=680r／min，Vc=14m／min
3计算基本工时
根据公式2-6
式中L=l+y+△,l=8mm,入切量及超切量y+△=2.5mm
所以，tm=0.050min
三、铰孔至Φ7，保证大孔铰孔至Φ14
查表2.25可知：进给量f=0.2mm/r,切削速度vc =8m/min。
决定铰刀磨钝标准寿命 由表2.12，当d0=7mm时钻头后刀面最大磨损量取为0.4mm寿命T=60min
计算基本工时
根据公式2-6
式中L=l+y+△,l=8mm,入切量及超切量y+△=2.5mm
所以，tm=0.050min
工序 110 铰φ20H7孔
刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～54，选择硬质合金锥柄机用铰刀。
切削深度：，且。
进给量：根据参考文献[3]表2.4～58，取。
切削速度：参照参考文献[3]表2.4～60，取。
机床主轴转速：
按照参考文献[3]表3.1～31取
实际切削速度：
切削工时
被切削层长度：
刀具切入长度，
刀具切出长度： 取
走刀次数为1
机动时间：
该工序的加工机动时间的总和是：
总 结
加工工艺的编制和专用夹具的设计，使对零件的加工过程和夹具的设计有进一步的提高。在这次的设计中也遇到了不少的问题，如在编写加工工艺时，对所需加工面的先后顺序编排，对零件的加工精度和劳动生产率都有相当大的影响。在对某几个工序进行专用夹具设计时，对零件的定位面的选择，采用什么方式定位，夹紧方式及夹紧力方向的确定等等都存在问题。这些问题都直接影响到零件的加工精度和劳动生产率，为达到零件能在保证精度的前提下进行加工，而且方便快速，以提高劳动生产率，降低成本的目的。通过不懈努力和指导老师的精心指导下，针对这些问题查阅了大量的相关资料。最后，将这些问题一一解决，并夹紧都采用了手动夹紧，由于工件的尺寸不大，所需的夹紧力不大。
完成了本次设计，通过做这次的设计，使对专业知识和技能有了进一步的提高，为以后从事本专业技术的工作打下了坚实的基础。
参考文献
参考文献
1.《机床夹具设计》 第2版 肖继德 陈宁平主编 机械工业出版社
2.《机械制造工艺及专用夹具设计指导》 孙丽媛主编 冶金工业出版社
3.《机械制造工艺学》 周昌治、杨忠鉴等 重庆大学出版社
3. 《机械制造工艺设计简明手册》李益民 主编 机械工业出版社
5. 《工艺师手册》 杨叔子主编 机械工业出版社
3. 《机床夹具设计手册》 王光斗、王春福主编 上海科技出版社
7. 《机床专用夹具设计图册》南京市机械研究所 主编 机械工业出版社
8. 《机械原理毕业设计手册》 邹慧君主编 机械工业出版社
9.《金属切削手册》第三版 上海市金属切削技术协会 上海科学技术出版社
10.《几何量公差与检测》第五版 甘永立 主编 上海科学技术出版社
11．《机械设计基础》 第三版 陈立德主编 高等教育出版社
12．《工程材料》 丁仁亮主编 机械工业出版社
13．《机械制造工艺学毕业设计指导书》， 机械工业出版社
20．《机床夹具设计》 王启平主编 哈工大出版社
15.《现代机械制图》 吕素霞 何文平主编 机械工业出版社
致 谢
经过了的很长时间，终于比较圆满完成了设计任务。回顾这日日夜夜，感觉经过了一场磨练，通过图书、网络、老师、同学等各种可以利用的方法，巩固了自己的专业知识。对所学知识的了解和使用都有了更加深刻的理解。
此时此刻，我要特别感谢我的导师的精心指导，不仅指导我们解决了关键性技术难题，更重要的是为我们指引了设计的思路并给我们讲解了设计中用到的实际工程设计经验，从而使我们设计中始终保持着清晰的思维也少走了很多弯路，也使我学会综合应用所学知识，提高分析和解决实际问题的能力。不仅如此，老师的敬业精神更是深深的感染了我，鞭策着我在以后的工作中爱岗敬业，导师是真真正正作到了传道、授业、解惑。
同时也要感谢其他同学、老师和同事的热心帮助，感谢院系领导对我们毕业设计的重视和关心，为我们提供了作图工具和场所，使我们能够全身心的投入到设计中去，为更好、更快的完成毕业设计提供了重要保障。
43
毕业设计(论文)进度计划与考核表
学生姓名
专业班级
指导教师
宿 崇
本课题其他人员
无
题 目
支架工艺规程及钻6孔工装夹具设计
时 间
计划完成内容
学生工作进展情况
（由学生手写）
指导教师检查
意见、签名、日期（手写）
第1周
调研报告和翻译外文
第2周
分析给定参考资料，复原设计加工零件工作图
第3周
设计加工工艺过程卡和加工工序卡
第4周
工装夹具结构方案设计
第5周
绘制工装夹具装配图
第6周
绘制工装夹具装配图
第7周
绘制工装夹具装配图
第8周
拆画夹具零件图
第9周
支架及其工装夹具三维造型
第10周
支架及其工装夹具三维造型
第11周
编写设计计算说明书提交初稿
第12周
编写设计计算说明书提交初稿
第13周
修改图纸和说明书并
打印
第14周
论文整理、装订和参加
答辩
指导教师签字： 年 月 日
注： 1.“计划完成内容”由学生本人在毕业设计（论文）开始时制定并交由指导教师审核签字。
2．“第 周”依据毕业设计（论文）的实际执行周数
2
大连交通大学
毕业设计（设计）
支架工艺规程及钻 6孔工装夹具设计
学 院：
专 业：
班 级：
学生姓名：
指导老师：
完成日期：
摘要
支架零件加工工艺及夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。
关键词：工艺，定位，切削用量，夹紧
Abstract
The bolt body parts and milling fixture design process is the design process design, including machining process design and fixture three. In process design should first of all parts for analysis, to understand part of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design the process routes of the parts; then the parts of each step in the process to the size calculation, the key is to determine the craft equipment and the cutting dosage of each working procedure design; then the special fixture, the fixture for the various components of the design, such as the connecting part positioning devices, clamping element, a guide element, fixture and machine tools and other components; positioning error calculated by the analysis of fixture, jig structure the rationality and the deficiency, pay attention to improving and will design in.
Keywords: process, positioning, cutting dosage, clamping,
32
目 录
第1 章 绪论 3
第2章 零件的分析 4
2.1 零件的作用 4
2.2 零件的工艺分析 4
第3章 零件的工艺规程 4
3.1 确定毛坯的制造形式 4
3.2 支架加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 5
3.2.1 孔和平面的加工顺序 5
2.2.2 孔系加工方案选择 5
3.3 支架加工定位基准的选择 6
3.3.1 粗基准的选择 6
3.3.2 精基准的选择 6
3.4 支架加工主要工序安排 7
3.5 毛坯尺寸的确定 9
3.6 确定各工序的加工设备和工艺装备 9
第4章 确定切削用量及基本时间 10
第5章 钻￠10孔夹具设计 17
5.1 夹具的夹紧装置和定位装置 17
5.2夹具的导向 17
5.3切削力及夹紧力的计算 18
5.4 钻孔与工件之间的切屑间隙 21
5.5 钻模板 22
5.6定位误差的分析 23
5.7 钻套、衬套、钻模板设计与选用 24
5.8 确定夹具体结构和总体结构 26
5.9夹具设计及操作的简要说明 28
总 结 28
参考文献 29
致 谢 30
第1 章 绪论
机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。
支架零件加工工艺及夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证尺寸证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。
本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。
第2章 零件的分析
2.1 零件的作用
题目给出的零件是支架。支架的主要作用是保证各轴之间的中心距及平行度，并保证部件正确安装。因此支架零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。
支架图
2.2 零件的工艺分析
由支架零件图可知。支架是它的外表面上有4个平面需要进行加工。支承孔系在前后端面上。此外各表面上还需加工一系列孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：
（1）以后侧大平面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：后侧大平面铣削加工，其中有表面粗糙度要求为，
（2）以圆柱左侧面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：圆柱左侧面。
（3）以Φ20H7孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：Φ20H7粗糙度为的孔。
（4）以顶部φ12凸台面凸台面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：φ12凸台面
（5）以3×φ7孔、3×φ14孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：3×φ7孔、3×φ14孔粗糙度为的孔。
（6）以Φ6H7孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：Φ20H7粗糙度为的孔。
第3章 零件的工艺规程
3.1 确定毛坯的制造形式
灰铸铁（HT200）中的碳全部或大部分以片状石墨方式存在铸铁中，由于片状石墨对基体的割裂作用大，引起应力集中也大；因此，使石墨片得到细化，并改善石墨片的分布，可提高铸铁的性能。可采用石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），以便于切削加工。
零件材料为HT200，考虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用铸造，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平，而且零件轮廓尺寸不大，可以采用铸造，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成本上考虑，也是应该的。
牌号
铸件壁厚
最小抗拉强度
硬度
铸件硬度范围
金相组织
HT200
2.5-10
10-20
20-30
30-50
175
145
130
120
H175
150-200
铁素体+珠光体
表1.1灰铸铁（HT200）的性能参数
3.2 支架加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施
由以上分析可知。该支架零件的主要加工表面是平面及孔系。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，对于支架来说，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。
由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。
3.2.1 孔和平面的加工顺序
支架类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工支架上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。支架的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。
支架零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。
2.2.2 孔系加工方案选择
支架孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。
根据支架零件图所示的支架的精度要求和生产率要求，当前应选用在钻床上用钻床较为适宜。
3.3 支架加工定位基准的选择
3.3.1 粗基准的选择
粗基准选择应当满足以下要求：
（1）保证各重要支承孔的加工余量均匀；
（2）保证装入支架的零件与边缘有一定的距离。
为了满足上述要求，应选择的主要孔作为主要基准。即以支架的20孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。
3.3.2 精基准的选择
从保证支架孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证支架在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从支架零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是支架的装配基准，但因为它与支架的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。
3.4 支架加工主要工序安排
对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。支架加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到支架加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，顶面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。
后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合铣床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于支架，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。
加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含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。
根据以上分析过程，现将支架加工工艺路线确定如下：
工艺路线一：
工序号
工 序 内 容
10
铸造
20
时效处理
30
粗铣后侧大平面（3XΦ7孔所在平面）
40
粗铣圆柱左侧面
50
粗铣圆柱右侧面
60
钻、扩、铰φ20H7孔
70
粗铣φ12凸台面
80
钻、扩、铰φ6H8孔
90
钻3×φ7孔
100
钻3×φ14孔
110
清洗、检验
工艺路线二：
工序号
工 序 内 容
10
铸造
20
时效处理
30
粗铣后侧大平面（3XΦ7孔所在平面）
40
粗铣圆柱左侧面
50
粗铣圆柱右侧面
60
钻、扩φ20H7孔
70
粗铣φ12凸台面
80
钻、扩、铰φ6H8孔
90
钻3×φ7孔
100
钻3×φ14孔
110
铰φ20H7孔
120
清洗、检验
以上加工方案大致看来合理，但通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，
方案一与方案二主要区别钻、扩、铰φ20H7孔的加工选择方面，方案一安排在最开始，方案二安排在最后，因为要遵循先基准后其他的原则，采用方案二
以上工艺过程详见机械加工工艺过程综合卡片。综合选择方案二：
工序号
工 序 内 容
10
铸造
20
时效处理
30
粗铣后侧大平面（3XΦ7孔所在平面）
40
粗铣圆柱左侧面
50
粗铣圆柱右侧面
60
钻、扩φ20H7孔
70
粗铣φ12凸台面
80
钻、扩、铰φ6H8孔
90
钻3×φ7孔
100
钻3×φ14孔
110
铰φ20H7孔
120
清洗、检验
3.5 毛坯尺寸的确定
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。
（1）面的加工余量。
根据工序要求，顶面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：
粗铣：参照《机械加工工艺手册第1卷》表3.2.23。其余量值规定为，现取。表3.2.27粗铣平面时厚度偏差取。
精铣：参照《机械加工工艺手册》表2.3.59，其余量值规定为。
（2）毛坯为实心，不冲孔。
3.6 确定各工序的加工设备和工艺装备
机床的选用
查资料[1]《机械加工工艺手册》可得：
立式铣床，主要用于铣加工。
摇臂钻床Z525，可用于钻、扩、铰及攻丝。
刀具的选用
查资料[1]《机械加工工艺手册》可得：
高速钢端面铣刀，铣刀材料：，刀具的角度取：
钻头：直柄麻花钻
铰刀：硬质合金锥柄机用铰刀
锥铰刀：公制/莫氏4号锥直柄铰刀，刀具材料：
其他设备的选用
夹具：夹具采用专用的铣、钻夹具
量具选用：锥柄双头塞规，多用游标卡尺
辅助设备：锉刀、钳子等
第4章 确定切削用量及基本时间
切削用量包括背吃刀量a、进给量f和切削速度v。确定顺序是先确定a、f、再确定v。
工序30：粗铣后侧大平面（3XΦ7孔所在平面）
机床：铣床X52K
刀具：两块镶齿套式面铣刀，材料：， ，齿数，为粗齿铣刀。
因其单边余量：Z=3mm
所以铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[3]表2.4-73，取铣削速度：参照参考文献[3]表2.4-81，取
机床主轴转速：
，
按照参考文献[3]表3.1-74
实际铣削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
：根据参考文献[3]表2.4-81,
切削工时
被切削层长度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入长度：
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间：
查参考文献[1]，表2.5-45工步辅助时间为：1.23min
工序40：粗铣圆柱左侧面
机床：铣床X52K
刀具：两块镶齿套式面铣刀，材料：， ，齿数，为粗齿铣刀。
因其单边余量：Z=3mm
所以铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[3]表2.4-73，取铣削速度：参照参考文献[3]表2.4-81，取
机床主轴转速：
，
按照参考文献[3]表3.1-74
实际铣削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
：根据参考文献[3]表2.4-81,
切削工时
被切削层长度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入长度：
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间：
查参考文献[1]，表2.5-45工步辅助时间为：1.23min
工序50：粗铣圆柱右侧面
机床：双立轴圆工作台铣床
刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： 齿数
铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-73，取铣削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-81，取
机床主轴转速：
， 式（1.1）
实际铣削速度： 式（1.2）
进给量： 式（1.3）
工作台每分进给量：
：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-81,
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：
式（1.4）
取
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间： 式（1.5）
工序60 钻、扩φ20H7孔。
机床：立式钻床Z525
刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～9选高速钢锥柄麻花钻头。
⑴ 钻孔
钻孔时先采取的是钻孔，再扩到，所以。
切削深度：
进给量：根据参考文献[3]表2.4～38，取。
切削速度：参照参考文献[3]表2.4～41，取。
机床主轴转速：
，
按照参考文献[3]表3.1～31，取
所以实际切削速度：
切削工时
被切削层长度：
刀具切入长度：
刀具切出长度： 取
走刀次数为1
机动时间：
⑵ 扩孔
刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～31选择硬质合金锥柄麻花扩孔钻头。
片型号：E403
因钻孔时先采取的是先钻到孔再扩到，所以，
切削深度：
进给量：根据参考文献[3]表2.4～52，取。
切削速度：参照参考文献[3]表2.4～53，取。
机床主轴转速：
按照参考文献[3]表3.1～31，取
所以实际切削速度：
切削工时
被切削层长度：
刀具切入长度有：
刀具切出长度： ，取
走刀次数为1
机动时间：
工序70：粗铣φ12凸台面
机床：双立轴圆工作台铣床
刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： 齿数
铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-73，取铣削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-81，取
机床主轴转速：
， 式（1.1）
实际铣削速度： 式（1.2）
进给量： 式（1.3）
工作台每分进给量：
：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-81,
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：
式（1.4）
取
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间： 式（1.5）
工序80：钻，铰Φ6H7孔
机床：Z525
刀具：硬质合金锥柄麻花钻头。型号：E211和E101
带导柱直柄平底锪钻（GB4260-84）
公制/莫式4号锥直柄铰刀 刀具材料：
切削深度：
进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-52，取
切削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-53，取
机床主轴转速，由式（1.1）有：
，取
实际切削速度，由式（1.2）有：
被切削层长度：
刀具切入长度：
式（1.8）
刀具切出长度： 取
走刀次数为1
机动时间： 式（1.9）
．铰孔
切削深度：，
进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-58，取
切削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-60，取
机床主轴转速，由式（1.1）有：
，取
实际切削速度，由式（1.2）有：
被切削层长度：
刀具切入长度，由式（1.8）有：
刀具切出长度： 取
走刀次数为1
机动时间，由式（1.9）有：
工序90、100 钻3×φ7孔、钻3×φ14孔
计算步骤：一、钻孔至Φ5，保证大孔钻孔至Φ12以小孔为基准，使用阶梯钻头。（因为阶梯钻头的刚度不同，应以小钻头为基准）
机床—Z525立式钻床
1，选择高速钢麻花钻头，其直径等d0=5mm。
2，选择切削用量
(1)决定进给量f
1)按加工要求决定进给量，当加工要求H12～H13精度时，铸铁强度≤200时，d0=5mm时f=0.27～0.33mm／r
2)按钻头强度决定进给量，根据表2.8，当硬度为200HBS，d0=5mm，钻头允许的进给量f=0.60mm／r
3)按机床进给机构强度决定进给量，根据表2.9.当硬度≤210HBS，d0≤10.2mm机床进给机构允许的轴向力8330N时进给量为1.6 mm／r
从以上三个进给量比较看出受限制的进给量是工艺要求。其值为f=0.28mm/r
由表2.19可看出钻孔时的轴向力
当f=0.28，d0≤10.2mm时轴向力Ff=4280N轴向力的修正系数均为1.0故Ff=4280N
根据Z525机床说明书机床进给机构允许的最大轴向力为Fmax=8830N。由于Ff〈Fmax故f=0.28 mm／r可用
(2)决定钻头磨钝标准寿命 由表2.12，当d0=5mm时钻头后刀面最大磨损量取为0.5mm寿命T=60min
(3)决定切削速度 由表2.15 f=0.28mm／r标准钻头d0=5mm时Vc=14m／min
切削速度修正值为KTv=1.0，Kcv=1.0 Klv=0.85，Ktv=1.0，根据公式2-4，2-5得
V=Vt·Kv=14×1.0×1.0×0.85×1.0=11.9 m／min
根据Z525钻床说明书可考虑使用nc=960 r／min但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f=0.22mm／r，也可选择较低一级转速nc=680r／min，仍使f=0.28 mm／r
比较两种选择方案
1)第一方案 f=0.22mm／r nc=960 r／min nc·f=0.22×960=211.2 mm／min
2)第二方案 f=0.28mm／r nc=680 r／min nc·f=0.28×680=190.4mm／min
因此第一方案nc·f的乘积比较大，基本工时较少，故第一方案较好。
这时Vc=14 m／min，f=0.22mm／r。
(4)检验机床扭矩及功率
根据表2.21，当f≤0.26mm／r，d0≤11.1mm，Mt=8.82·m
扭转修正系数均为1.0.故Mc=8.82N·m
根据Z525钻床说明书，当nc=960 r／min，Mm=29.4N·m
根据表2.23当=170～213HBS，d0=5mm，f≤0.53，Vc=14 m／min 时Pc=1.0KW
根据Z525机床说明书PE=2.8KW
由于Mc＜Mm Pc＜PE 故选择之切削用量可用
即f=0.22mm／r，n=nc=960r／min，Vc=14m／min
3计算基本工时
根据公式2-6
式中L=l+y+△,l=8mm,入切量及超切量y+△=2.5mm
所以，tm=0.050min
二、扩孔至Φ6,保证大扩孔至Φ13以小孔为基准，使用阶梯扩孔钻头。
机床—Z525立式钻床
1，选择高速钢麻花钻头，其直径等d0=6mm。
2，选择切削用量
(1)决定进给量f
1)按加工要求决定进给量，当加工要求H12～H13精度时，铸铁强度≤200时，d0=6mm时f=0.27～0.33mm／r
2)按钻头强度决定进给量，根据表2.8，当硬度为200HBS，d0=6mm，钻头允许的进给量f=0.72mm／r
3)按机床进给机构强度决定进给量，根据表2.9.当硬度≤210HBS，d0≤10.2mm机床进给机构允许的轴向力8330N时进给量为1.6 mm／r
从以上三个进给量比较看出受限制的进给量是工艺要求。其值为f=0.28mm/r
由表2.19可看出钻孔时的轴向力
当f=0.28，d0≤10.2mm时轴向力Ff=4280N轴向力的修正系数均为1.0故Ff=4280N
根据Z525机床说明书机床进给机构允许的最大轴向力为Fmax=8830N。由于Ff〈Fmax故f=0.28 mm／r可用
(2)决定钻头磨钝标准寿命 由表2.12，当d0=6mm时钻头后刀面最大磨损量取为0.5mm寿命T=60min
(3)决定切削速度 由表2.15 f=0.28mm／r标准钻头d0=6mm时Vc=14m／min
切削速度修正值为KTv=1.0，Kcv=1.0 Klv=0.85，Ktv=1.0，根据公式2-4，2-5得
V=Vt·Kv=14×1.0×1.0×0.85×1.0=11.9 m／min
根据Z525钻床说明书可考虑使用nc=680 r／min但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f=0.22mm／r，也可选择较低一级转速nc=545r／min，仍使f=0.28 mm／r
比较两种选择方案
1)第一方案 f=0.22mm／r nc=680 r／min nc·f=0.22×680=149.6mm／min
2)第二方案 f=0.28mm／r nc=545 r／min nc·f=0.28×545=152.6mm／min
因此第一方案nc·f的乘积比较大，基本工时较少，故第一方案较好。
这时Vc=14 m／min，f=0.22mm／r。
(4)检验机床扭矩及功率
根据表2.21，当f≤0.26mm／r，d0≤11.1mm，Mt=8.82·m
扭转修正系数均为1.0.故Mc=8.82N·m
根据Z525钻床说明书，当nc=680 r／min，Mm=42.2N·m
根据表2.23当=170～213HBS，d0=6mm，f≤0.53，Vc=14 m／min 时Pc=1.0KW
根据Z525机床说明书PE=2.8KW
由于Mc＜Mm Pc＜PE 故选择之切削用量可用
即f=0.22mm／r，n=nc=680r／min，Vc=14m／min
3计算基本工时
根据公式2-6
式中L=l+y+△,l=8mm,入切量及超切量y+△=2.5mm
所以，tm=0.050min
三、铰孔至Φ7，保证大孔铰孔至Φ14
查表2.25可知：进给量f=0.2mm/r,切削速度vc =8m/min。
决定铰刀磨钝标准寿命 由表2.12，当d0=7mm时钻头后刀面最大磨损量取为0.4mm寿命T=60min
计算基本工时
根据公式2-6
式中L=l+y+△,l=8mm,入切量及超切量y+△=2.5mm
所以，tm=0.050min
工序 110 铰φ20H7孔
刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～54，选择硬质合金锥柄机用铰刀。
切削深度：，且。
进给量：根据参考文献[3]表2.4～58，取。
切削速度：参照参考文献[3]表2.4～60，取。
机床主轴转速：
按照参考文献[3]表3.1～31取
实际切削速度：
切削工时
被切削层长度：
刀具切入长度，
刀具切出长度： 取
走刀次数为1
机动时间：
该工序的加工机动时间的总和是：
第5章 钻￠6孔夹具设计
5.1 夹具的夹紧装置和定位装置
本夹具主要用于钻￠6孔夹具设计
夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。
螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。
夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此套夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。
工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。
在这次夹具设计中，定位是采用一根心轴和一个定位插销来定位水平方向的。在垂直方向，用两个同心半圆环来定位。当被加工零件放到夹具体同心圆环上后，用定位插销把夹具上的钻模板和零件通过先加工的孔进行定位，把压板压紧，之后取出定位插销。
5.2夹具的导向
在钻床上加工孔时，大都采用导向元件或导向装置，用以引导刀具进入正确的加工位置，并在加工过程中防止或减少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的刚性，从而保证零件上孔的精度，在钻床上加工的过程中，导向装置保证同轴各孔的同轴度、各孔孔距精度、各轴线间的平行度等，因此，导向装置如同定位元件一样，对于保证工件的加工精度有这十分重要的作用。
导向元件包括刀杆的导向部分和导向套。
在这套钻床夹具上用的导向套是钻套。
钻套按其结构可分为固定钻套，可换钻套，快换钻套及特殊钻套。
因此套钻夹具加工量不大，磨损较小，孔距离精度要求较高，则选用固定钻套。如图4.2。直接压入钻模板或夹具体的孔中。
图4.2 钻套
钻模板与固定钻套外圆一般采用H7/h6的配合。且必须有很高的耐磨性，材料选择20Mn2。淬火HRC110。相同的，为了防止定位销与模板之间的磨损，在模板定位孔之间套上两个固定衬套。选取的标准件代号为12*18 GB2263-19134。材料仍选取T10A， 淬火HRC110。公差采用H7/p6的配合。
5.3切削力及夹紧力的计算
刀具：钻头φ6。
则轴向力：见《工艺师手册》表28.4
F=Cdfk……………………………………3.1
式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35
k=(
F=420
转矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=0.206
功率 P=
在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数
K=KKKK
式中 K—基本安全系数，1.5;
K—加工性质系数，1.1;
K—刀具钝化系数, 1.1;
K—断续切削系数, 1.1
则 F=KF=1.5
钻削时 T=17.34 N
切向方向所受力:
F=
取
F=4416
F> F
所以,时工件不会转动,故本夹具可安全工作。
根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：
安全系数K可按下式计算有：：
式中：为各种因素的安全系数，查参考文献[5]表可得：
所以有：
该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则； 参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F夹与切削力Ｆ之间的关系F夹＝KF
轴向力：F夹＝KF （N）
扭距：
Nm
在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数
由资料《机床夹具设计手册》查表可得：
切削力公式： 式（2.17）
式中
查表得：
即：
实际所需夹紧力：由参考文献[16]《机床夹具设计手册》表得：
安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：：
式中：为各种因素的安全系数，见参考文献[16]《机床夹具设计手册》表 可得：
所以
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用螺旋夹紧机构。
5.4 钻孔与工件之间的切屑间隙
钻套的类型和特点:
1、固定钻套：钻套直接压入钻模板或夹具体的孔中，钻模板或夹具体的孔与钻套外圆一般采用H7/n6配合，主要用于加工量不大，磨损教小的中小批生产或加工孔径甚小，孔距离精度要求较高的小孔。
2、可换钻套：主要用在大批量生产中，由于钻套磨损大，因此在可换钻套和钻模板之间加一个衬套，衬套直接压入钻模板的孔内，钻套以F7/m6或F7/k6配合装入衬套中。
3、快换钻套：当对孔进行钻铰等加工时，由于刀径不断增大，需要不同的导套引导刀具，为便于快速更换采用快换钻套。
4、特殊钻套：尺寸或形状与标准钻套不同的钻套统称特殊钻套。
钻套下端面与工件表面之间应留一定的空隙C，使开始钻孔时，钻头切屑刃不位于钻套的孔中，以免刮伤钻套内孔，如图4.3。
图4.3
切屑间隙 C=(0.3～1.2)d。
在本次夹具钻模设计中考虑了多方面的因素，确定了设计方案后，选择了C=8。因为此钻的材料是铸件，所以C可以取较小的值。
5.5 钻模板
在导向装置中，导套通常是安装在钻模板上，因此钻模板必须具有足够的刚度和强度，以防变形而影响钻孔精度。钻模板按其与夹具体连接的方式，可分为固定式钻模板、铰链式钻模板、可卸式钻模板、滑柱式钻模板和活动钻模板等。
在此套钻模夹具中选用的是可卸式钻模板，在装卸工件时需从夹具体上装上或卸下，钻螺栓紧固，钻模精度较高。[4]
5.6定位误差的分析
3) 夹具安装误差
因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。
图5-2中夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差，=0.
4) 夹具误差
因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。夹具误差主要包括定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；定位元件相对于对刀或导向元件（包含导向元件之间）的尺寸或位置误差；导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；若有分度装置时，还存在分度误差。以上几项共同组成夹具误差。
5) 加工方法误差
因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的1/3.计算时可设
。
2. 保证加工精度的条件
工件在夹具中加工时，总加工误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是
即工件的总加工误差应不大于工件的加工尺寸。
为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量。因此将上式改写为
或
当时，夹具能满足工件的加工要求。值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值确定得是否合理。
知此方案可行。
5.7 钻套、衬套、钻模板设计与选用
工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。
为了减少辅助时间采用可换钻套，以来满足达到孔的加工的要求。
表
d
D
D1
H
t
基本
极限
偏差F7
基本
极限
偏差D6
＞0～1
+0.016
+0.006
3
+0.010
+0.004
6
6
9
--
0.008
＞1～1.8
4
+0.016
+0.008
7
＞1.8～2.6
5
8
＞2.6～3
6
9
8
12
16
＞3～3.3
+0.022
+0.010
＞3.3～4
7
+0.019
+0.010
10
＞4～5
8
11
＞5～6
10
11
10
16
20
＞6～8
+0.028
+0.011
12
+0.023
+0.012
15
＞8～10
15
18
12
20
25
＞10～12
+0.034
+0.016
18
22
＞12～15
22
+0.028
+0.015
26
16
28
36
＞15～18
26
30
0.012
＞18～22
+0.041
+0.020
30
34
20
36
HT200
＞22～26
35
+0.033
+0.017
39
＞26～30
42
46
25
HT200
56
＞30～35
+0.050
+0.025
48
52
＞35～42
55
+0.039
+0.020
59
30
56
67
＞42～48
110
66
＞48～50
70
74
0.040
钻模板选用固定钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。
5.8 确定夹具体结构和总体结构
对夹具体的设计的基本要求
（1）应该保持精度和稳定性
在夹具体表面重要的面，如安装接触位置，安装表面的刀块夹紧安装特定的，足够的精度，之间的位置精度稳定夹具体，夹具体应该采用铸造，时效处理，退火等处理方式。
（2）应具有足够的强度和刚度
保证在加工过程中不因夹紧力，切削力等外力变形和振动是不允许的，夹具应有足够的厚度，刚度可以适当加固。
（3）结构的方法和使用应该不错
夹较大的工件的外观，更复杂的结构，之间的相互位置精度与每个表面的要求高，所以应特别注意结构的过程中，应处理的工件，夹具，维修方便。再满足功能性要求（刚度和强度）前提下，应能减小体积减轻重量，结构应该简单。
（4）应便于铁屑去除
在加工过程中，该铁屑将继续在夹在积累，如果不及时清除，切削热的积累会破坏夹具定位精度，铁屑投掷可能绕组定位元件，也会破坏的定位精度，甚至发生事故。因此，在这个过程中的铁屑不多，可适当增加定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间：对切削过程中产生更多的，一般应在夹具体上面。
（5）安装应牢固、可靠
夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹安装在重力的中心，夹具应尽可能低，支撑面积应足够大，以安装精度要高，以确保稳定和可靠的安装。夹具底部通常是中空的，识别特定的文件夹结构，然后绘制夹具布局。图中所示的夹具装配。
加工过程中，夹具必承受大的夹紧力切削力，产生冲击和振动，夹具的形状，取决于夹具布局和夹具和连接，在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便于铁屑。此外，夹点技术，经济的具体结构和操作、安装方便等特点，在设计中还应考虑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便排出铁屑。
5.9夹具设计及操作的简要说明
由于是大批大量生产，主要考虑提高劳动生产率。因此设计时，需要更换零件加工时速度要求快。本夹具设计，用移动夹紧的大平面定位三个自由度，定位两个自由度，用支撑销定位最后一个转动自由度。此时虽然有过定位，但面是经加工过的面，定位是允许的。
总 结
加工工艺的编制和专用夹具的设计，使对零件的加工过程和夹具的设计有进一步的提高。在这次的设计中也遇到了不少的问题，如在编写加工工艺时，对所需加工面的先后顺序编排，对零件的加工精度和劳动生产率都有相当大的影响。在对某几个工序进行专用夹具设计时，对零件的定位面的选择，采用什么方式定位，夹紧方式及夹紧力方向的确定等等都存在问题。这些问题都直接影响到零件的加工精度和劳动生产率，为达到零件能在保证精度的前提下进行加工，而且方便快速，以提高劳动生产率，降低成本的目的。通过不懈努力和指导老师的精心指导下，针对这些问题查阅了大量的相关资料。最后，将这些问题一一解决，并夹紧都采用了手动夹紧，由于工件的尺寸不大，所需的夹紧力不大。
完成了本次设计，通过做这次的设计，使对专业知识和技能有了进一步的提高，为以后从事本专业技术的工作打下了坚实的基础。
参考文献
参考文献
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2.《机械制造工艺及专用夹具设计指导》 孙丽媛主编 冶金工业出版社
3.《机械制造工艺学》 周昌治、杨忠鉴等 重庆大学出版社
3. 《机械制造工艺设计简明手册》李益民 主编 机械工业出版社
5. 《工艺师手册》 杨叔子主编 机械工业出版社
3. 《机床夹具设计手册》 王光斗、王春福主编 上海科技出版社
7. 《机床专用夹具设计图册》南京市机械研究所 主编 机械工业出版社
8. 《机械原理毕业设计手册》 邹慧君主编 机械工业出版社
9.《金属切削手册》第三版 上海市金属切削技术协会 上海科学技术出版社
10.《几何量公差与检测》第五版 甘永立 主编 上海科学技术出版社
11．《机械设计基础》 第三版 陈立德主编 高等教育出版社
12．《工程材料》 丁仁亮主编 机械工业出版社
13．《机械制造工艺学毕业设计指导书》， 机械工业出版社
20．《机床夹具设计》 王启平主编 哈工大出版社
15.《现代机械制图》 吕素霞 何文平主编 机械工业出版社
致 谢
经过了的很长时间，终于比较圆满完成了设计任务。回顾这日日夜夜，感觉经过了一场磨练，通过图书、网络、老师、同学等各种可以利用的方法，巩固了自己的专业知识。对所学知识的了解和使用都有了更加深刻的理解。
此时此刻，我要特别感谢我的导师的精心指导，不仅指导我们解决了关键性技术难题，更重要的是为我们指引了设计的思路并给我们讲解了设计中用到的实际工程设计经验，从而使我们设计中始终保持着清晰的思维也少走了很多弯路，也使我学会综合应用所学知识，提高分析和解决实际问题的能力。不仅如此，老师的敬业精神更是深深的感染了我，鞭策着我在以后的工作中爱岗敬业，导师是真真正正作到了传道、授业、解惑。
同时也要感谢其他同学、老师和同事的热心帮助，感谢院系领导对我们毕业设计的重视和关心，为我们提供了作图工具和场所，使我们能够全身心的投入到设计中去，为更好、更快的完成毕业设计提供了重要保障。
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