杠杆零件(831009)的机械加工工艺及夹具设计【钻25孔】【钻M8底孔】【说明书+CAD】
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杠杆零件的机械加工工艺及夹具设计
学 生：蒋骏
指导老师：董亮
（湖南农业大学工学院，长沙 410128）
摘 要：本设计是CA6140杠杆零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。CA6140杠杆零件的主要加工表面是平面及孔。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并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的加工精度。基准的选择以杠杆外圆面作为粗基准，以孔及其下表面作为精基准。先将底面加工出来，然后作为定位基准，在以底面作为精基准加工孔。整个加工过程选用组合机床。在夹具方面选用专用夹具。考虑到零件的结构尺寸简单，夹紧方式多采用手动夹紧，夹紧简单，机构设计简单，且能满足设计要求。
关键词：杠杆零件，加工工艺，夹具，定位，夹紧
Mechanical Processing Technology And Fixture Design of The Lever Part
Student:Jiang Jun
Tutor:Dong Liang
(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract ：This paper is to design the craft processes of making the CA6140 lever spare parts and some specialized tongs in the process. The CA6140 lever spare part primarily processes the surface and bores. Generally speaking, to guarantee the accuracy of the flat surface process is easier than that of the bore. Therefore, this design follows the principle that surface first and then the bore, and definitely divides the process of flat surface and bore into coarse processes and precise processes to guarantee the bore processes. The basic choice is to consider 45 outside circle as rough basis and to consider 25 bore and its next surface as precise basis. The bottom is first processed out to be fixed position basis, and process the bore using the bottom as the precise basis. The whole processes choose the machine bed. In the aspects of tongs choosing, specialized tongs are used. In consideration of the simple construction size of the spare parts, clipping by hands is adopted. It is simple, and the organization design is simple, and can satisfy the design request.
Key Words Lever spare parts, Craft proces , Tongs, Fixed position, Tight clip
1 前 言
本设计的课题，不仅让我们系统全面的巩固了三年来所学的的理论知识，还使我们把所学的理论知识运用到实际操作中。理论结合实际从而达到对理论知识更加的巩固与理解，为我们走向社会打下坚实的基础。
二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。
数控加工本身而言，具有设定数控程序后大批大量加工、效率高、质量控制稳定等优点，是加工的必然趋势。关键是你承接的工件，是否适合你的数控机床，价格是否具有赢利。数控技术是一种集机、电、液、光、计算机、自动控制技术为一体的知识密集型技术，它是制造业实现现代化、柔性化、集成化生产的基础，同时也是提高产品质量，提高生产率必不可少的物质手段。
本次设计主要步骤：杠杆零件夹具设计：设计夹具装置,导向装置,确定夹具技术要求和有关尺寸,公差配合,夹具精度分析和计算；杠杆零件工艺设计：确定毛坯,确定工艺内容。
2 杠杆加工工艺规程设计
2.1 零件的分析
2.1.1 零件的作用
题目给出的零件是CA6140的杠杆。它的主要的作用是用来支承、固定的。要求零件的配合要符合要求。
2.1.2 零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，为此以下是杠杆需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下：
（1）主要加工面：
1）小头钻Φ以及与此孔相通的Φ14阶梯孔、M8螺纹孔；
2）钻Φ锥孔及铣Φ锥孔平台；
3）钻2—M6螺纹孔；
4）铣杠杆底面及2—M6螺纹孔端面。
（2）主要基准面：
1）以Φ45外圆面为基准的加工表面
这一组加工表面包括：Φ的孔、杠杆下表面
2）以Φ的孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：Φ14阶梯孔、M8螺纹孔、Φ锥孔及Φ锥孔平台、2—M6螺纹孔及其倒角。其中主要加工面是M8螺纹孔和Φ锥孔平台。
杠杆的Φ25孔的轴线合两个端面有着垂直度的要求。现分述如下：
本套夹具中用于加工Φ25孔的是立式钻床。工件以Φ25孔下表面及Φ45孔外圆面为定位基准，在定位块和V型块上实现完全定位。加工Φ25时，由于孔表面粗糙度为。主要采用钻、扩、铰来保证其尺寸精度。
本套夹具中用于加工杠杆的小平面和加工Φ12.7是立式铣床。工件以 孔及端面和水平面底为定位基准，在长销、支承板和支承钉上实现完全定位。加工表面：包括粗精铣宽度为30mm的下平台、钻Ф12.7的锥孔，由于30mm的下平台的表面、孔表面粗糙度都为。其中主要的加工表面是孔Ф12.7，要用Ф12.7钢球检查。
本套夹具中用于加工与Φ25孔相通的M8螺纹底孔是用立式钻床。工件以孔及其下表面和宽度为30mm的下平台作为定位基准，在大端面长圆柱销、支承板和支承钉上实现完全定位。加工M8螺纹底孔时，先用Φ7麻花钻钻孔，再用M8的丝锥攻螺纹。
2.2 杠杆加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施
2.2.1 确定毛坯的制造形式
零件的材料HT200。由于年产量为4000件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。
2.2.2 基面的选择
（1）粗基准的选择 对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的不加工表面是加强肋所在的肩台的表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用一个V形块支承45圆的外轮廓作主要定位，以限制z、z、y、y四个自由度。再以一面定位消除x、x两个自由度，达到完全定位,就可加工Φ25的孔。
（2）精基准的选择 主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用Φ25的孔作为精基准。
2.2.3 确定工艺路线
表1 工艺过程
Table 1 process engineering
工序
内容
工序1
粗精铣杠杆下表面。保证粗糙度是3.2选用立式升降台铣床X52K。
工序2
加工孔Φ25。钻孔Φ25的毛坯到Φ22mm；扩孔Φ22mm
续表1
工序
内容
到Φ24.7mm；铰孔Φ24.7mm到Фmm。保证粗糙度是1.6采用立式钻床Z535。采用专用夹具。
工序3
粗精铣宽度为30mm的下平台，仍然采用立式铣床X52K，用组合夹具。
工序4
钻Ф12.7的锥孔，采用立式钻床Z535，为保证加工的孔的位置度，采用专用夹具。
工序5
加工螺纹孔M8，锪钻Ф14阶梯孔。用组合夹具，保证与垂直方向成10゜。
工序6
粗精铣M6上端面 。用回转分度仪加工，粗精铣与水平成36゜的台肩。用卧式铣床X52K，使用组合夹具。
工序7
钻2-M6螺纹底孔、攻2-M6螺纹用立式钻床Z535，为保证加工的孔的位置度，采用专用夹具
工序8
检查
2.2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
杠杆的材料是HT200，毛坯的重量0.85kg，生产类型为大批生产。由于毛坯用采用金属模铸造, 毛坯尺寸的确定如下：
由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。
毛坯与零件不同的尺寸有：(具体见零件图)故台阶已被铸出,根据参考文献[14]的铣刀类型及尺寸可知选用6mm的铣刀进行粗加工,半精铣与精铣的加工余量都为0.5mm。
1）加工Φ25的端面，根据参考文献[8]表4-35和表4-37考虑3mm，粗加工2mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工1mm，同理上下端面的加工余量都是2mm。
2）对Φ25的内表面加工。由于内表面有粗糙度要求1.6。可用一次粗加工1.9mm，一次精加工0.1mm就可达到要求。
3）加工宽度为30mm的下平台时，用铣削的方法加工台肩。由于台肩的加工表面有粗糙度的要求，而铣削的精度可以满足，故采取分四次的铣削的方式，每次铣削的深度是2.5mm。
4）钻锥孔Φ12.7时要求加工一半，留下的余量装配时钻铰，为提高生产率起见，仍然采用Φ12的钻头，切削深度是2.5mm。
5）钻Ф14阶梯孔，由于粗糙度要求，因此考虑加工余量2mm。可一次粗加工1.85mm，一次精加工0.15就可达到要求。
6）加工M8底孔，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量1.2mm。可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹0.1就可达到要求。
7）加工2-M6螺纹，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量1.2mm。可一次钻削加工余量1.1mm，一次攻螺纹0.1mm就可达到要求。
8）加工2-M6端面，粗加工2mm到金属模铸造的质量和表面粗糙度要求，精加工1mm，可达到要求。
2.2.5 确定切削用量
工序1：粗、精铣孔下平面
（1）粗铣孔下平面
加工条件：
工件材料： HT200，铸造。
机床：X52K立式铣床。
查参考文献[7]表30—34
刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。
因其单边余量：Z=1.9mm
所以铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[3]表2.4-75，取铣削速度：参照参考文献[7]表30—34，取。
机床主轴转速： （1）
式中 V—铣削速度；
d—刀具直径。
由式(1)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[7]表2.4-81,
（2）精铣孔下平面
加工条件：
工件材料： HT200，铸造。
机床： X52K立式铣床。
参考文献[7]表30—31
刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：， ，齿数12，此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量：Z=0.1mm
铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[7]表30—31，取
铣削速度：参照参考文献[7]表30—31，取
机床主轴转速，由式（1）有：
按照参考文献[7]表3.1-31
实际铣削速度：
进给量，由式（2）有： (2)
工作台每分进给量：
工序2：加工孔Φ25到要求尺寸
工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为25mm，公差为H7，表面粗糙度。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔——Φ22mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ24.7mm标准高速钢扩孔钻；铰孔——Φ25mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。
（1）确定钻削用量
1）确定进给量 根据参考文献[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z535立式钻床说明书，取。
根据参考文献[7]表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据表28-9，允许的进给量。
由于所选进给量远小于及，故所选可用。
2）确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 根据表28-15，由插入法得：
，
，
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。
由参考文献[7]表28-3，，，故
查Z535机床说明书，取。实际切削速度为：
由表28-5，，故
3）校验机床功率 切削功率为
(3)
机床有效功率
(4)
故选择的钻削用量可用。即
，，，
相应地
，，
（2）确定扩孔切削用量
1）确定进给量 根据参考文献[7]表28-31，
f表=（0.7～0.8）mm/r×0.7=0.49～0.56mm/r。根据Z535机床说明书，取=0.57mm/r。
2）确定切削速度及 根据参考文献[7]表28-33，取。修正系数：
， (5)
故
查机床说明书，取。实际切削速度为
(6)
（3）确定铰孔切削用量
1）确定进给量 根据参考文献[7]表28-36，，按该表注4，进给量取小植。查Z535说明书，取。
2）确定切削速度及 由参考文献[7]表28-39，取。由
参考文献[7]表28-3，得修正系数，
(7)
故
查Z535说明书式（6），取，实际铰孔速度
（4）各工序实际切削用量 根据以上计算，各工序切削用量如下：
钻孔：，，，
扩孔：，，，
铰孔：，，，
工序3：粗精铣宽度为30mm的下平台
（1）粗铣宽度为30mm的下平台
加工条件：
工件材料： HT200，铸造。
机床：X52K立式铣床。
查参考文献[7]表30—34
刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。
因其单边余量：Z=2mm
所以铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[3]表2.4-75，取铣削速度：参照参考文献[7]表30—34，取。
由式2.1得机床主轴转速：
按照参考文献[3]表3.1-74
实际铣削速度：
进给量： （7）
工作台每分进给量：
：根据参考文献[7]表2.4-81,
被切削层长度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入长度：
（8）
刀具切出长度：取
走刀次数为1
（2）精铣宽度为30mm的下平台
加工条件：
工件材料： HT200，铸造。
机床： X52K立式铣床。
由参考文献[7]表30—31
刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：， ，齿数12，此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm
铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[7]表30—31，取
铣削速度：参照参考文献[7]表30—31，取
机床主轴转速，由式（1）有：
按照参考文献[3]表3.1-31
实际铣削速度：
进给量，由式（2.3）有：
工作台每分进给量：
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：精铣时
刀具切出长度：取
走刀次数为1
工序4： 钻Ф12.7的锥孔
工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为12.7mm，，表面粗糙度。加工机床为Z535立式钻床，钻孔——Φ12mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ12.7mm标准高速钢扩孔钻。选择各工序切削用
量。
（1）确定钻削用量
1）确定进给量 根据参考文献[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z535立式钻床说明书，取。
根据参考文献[7]表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据参考文献[7]表28-9，允许的进给量。
由于所选进给量远小于及，故所选可用。
2）确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 根据参考文献[7]表28-15，由插入法得：
，
，
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。
由参考文献[7]表28-3，，，故
查Z535机床说明书，取。实际切削速度为：
由参考文献[7]表28-5，，故
3）校验机床功率 切削功率为
（9）
机床有效功率
（10）
故选择的钻削用量可用。即
，，，
相应地
，，
（2）确定扩孔切削用量
1）确定进给量 根据参考文献[7]表28-31，
f表=（0.7～0.8）mm/r×0.7=0.49～0.56mm/r。根据Z535机床说明书，取=0.57mm/r。
2）确定切削速度及 根据参考文献[7]表28-33，取。修正系数：
，
故
查机床说明书，取。实际切削速度为
工序5：钻M8螺纹孔锪钻Φ14阶梯孔
（1）加工M8底孔
工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为8mm。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻孔至Φ7，选用Φ7的麻花钻头。攻M8螺纹，选用M8细柄机用丝锥攻螺纹。
切削深度：
进给量：根据参考文献[5]表2.4-39，取
切削速度：参照参考文献[5]表2.4-41，取
由式（1）机床主轴转速：
，取
实际切削速度：
被切削层长度：
刀具切入长度： （11）
刀具切出长度：
走刀次数为1
攻M8×1.5的螺纹
机床：Z535立式钻床
刀具：细柄机用丝锥（）
进给量：由于其螺距,因此进给量
切削速度：参照参考文献[5]表2.4-105，取
由式（1）机床主轴转速：
，取
丝锥回转转速：取
实际切削速度：
（2）锪钻Φ14阶梯孔
工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为14mm，表面粗糙度。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为锪钻，加工刀具为：锪钻孔——Φ14mm小直径端面锪钻。
1）确定切削用量
确定进给量 根据参考文献[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z535立式钻床说明书，取。
根据参考文献[7]表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据参考文献[7]表28-9，允许的进给量。
由于所选进给量远小于及，故所选可用。
确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 根据表28-15，由插入法得：
，
，
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。
由参考文献[7]表28-3，，，故
查Z535机床说明书，取。实际切削速度为
由参考文献[7]表28-5，，故
校验机床功率 切削功率为
机床有效功率
故选择的钻削用量可用。即
，，，
相应地
，，
工序6：粗精铣M6上端面
工件材料为HT200铁，硬度200HBS。要求粗糙度，用回转分度仪加工，粗精铣与水平成36゜的台肩。用立式铣床X52K，使用组合夹具。
（1）粗铣M6上端面
加工条件：
工件材料： HT200，铸造。
机床：X52K立式铣床。
查参考文献[7]表30—34
刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数此为粗齿铣刀。
因其单边余量：Z=2mm
所以铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[3]表2.4-75，取铣削速度：参照参考文献[7]表30—34，取
由式（1）机床主轴转速：
按照参考文献[7]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[7]表2.4-81,
被切削层长度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入长度：
（12）
刀具切出长度：取
走刀次数为1
（2）精铣M6上端面
加工条件：
工件材料： HT200，铸造。
机床： X52K立式铣床。
参考文献[7]表30—31
刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：， ，齿数12，此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm
铣削深度：
每齿进给量：根据参考文献[7]表30—31，取
铣削速度：参照参考文献[7]表30—31，取
机床主轴转速，由式（1）有：
按照参考文献[3]表3.1-31
实际铣削速度：
进给量，由式（2）有：
工作台每分进给量：
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：精铣时
刀具切出长度：取
走刀次数为1
工序7：钻2-M6
工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为6mm。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻孔至Φ5，选用Φ5的麻花钻头。攻M6螺纹，选用M6细柄机用丝锥攻螺纹。
切削深度：
进给量：根据参考文献[5]表2.4-39，取
切削速度：参照参考文献[5]表2.4-41，取
由式（1）机床主轴转速：
，取
实际切削速度：
被切削层长度：
刀具切入长度：
刀具切出长度：
走刀次数为1
攻M6×1.5的螺纹
机床：Z535立式钻床
刀具：细柄机用丝锥（）
进给量：由于其螺距,因此进给量
切削速度：参照参考文献[5]表2.4-105，取
由式（1）机床主轴转速：
，取
丝锥回转转速：取
实际切削速度：
被切削层长度：
刀具切入长度：
刀具切出长度：
走刀次数为1
工序8：校验
3 专用夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工杠杆零件时，需要设计专用夹具。
根据任务要求中的设计内容，需要设计加工工艺孔Φ25夹具、铣宽度为30mm的下平台夹具及钻M8底孔夹具各一套。其中加工工艺孔的夹具将用于组合钻床，刀具分别为麻花钻、扩孔钻、铰刀对工件上的工艺孔进行加工。铣宽度为30mm的下平台将用于组合铣床，刀具为硬质合金端铣刀YG8对杠杆的Φ25孔下表面进行加工。钻M8底孔夹具采用立式钻床，先用麻花钻钻孔，再用丝锥攻螺纹。
3.1 加工工艺孔Φ25夹具设计
本夹具主要用来钻、扩、铰工艺孔Φ25。这个工艺孔有尺寸精度要求为+0.023，表面粗糙度要求，表面粗糙度为，与顶面垂直。并用于以后各面各孔加工中的定位。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本到工序为杠杆加工的第二道工序，加工到本道工序时只完成了杠杆下表面的粗、精铣。因此再本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。
3.1.1 定位基准的选择
由零件图可知，工艺孔位于零件中心偏左，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。为了保证所钻、铰的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣Φ25下表面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择选用Φ45外圆面作为定位基准，用V型块定位限制4个自由度。再以Φ25下表面加3个支撑钉定位作为主要定位基面以限制工件的三个自由度。
为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准高速钢麻花钻刀具对工艺孔Φ25进行钻削加工；然后采用标准高速钢扩孔钻对其进行扩孔加工；最后采用标准高速铰刀对工艺孔Φ25进行铰孔加工。准备采用手动夹紧方式夹紧。
3.1.2 切削力的计算与夹紧力分析
由于本道工序主要完成工艺孔的钻、扩、铰加工，而钻削力远远大于扩和铰的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由参考文献[9]得：
钻削力 （13）
钻削力矩 （14）
式中：
本道工序加工工艺孔时，工件的Φ45外圆面与V形块靠紧。采用带光面压块的压紧螺钉夹紧机构夹紧，该机构主要靠压紧螺钉夹紧，属于单个普通螺旋夹紧。根据参考文献[11]可查得夹紧力计算公式：
（15）
式中： —单个螺旋夹紧产生的夹紧力（N）；
—原始作用力（N）；
—作用力臂（mm）；
—螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）；
—螺杆端部与工件间的摩擦角（°）；
—螺纹中径之半（mm）；
—螺纹升角（°）；
—螺旋副的当量摩擦角（°）。
由式（15）根据参考文献[11]表1-2-23可查得点接触的单个普通螺旋夹紧力：
3.1.3 夹紧元件及动力装置确定
由于杠杆的生产量很大，采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应用也比较广泛。因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。采用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。
本道工序夹具的夹紧元件选用带光面压块的压紧螺钉。旋紧螺钉使其产生的力通过光面压块将工件压紧。带光面压块的压紧螺钉的结构如图1所示。
图1 带光面压块的压紧螺钉
Fig l With smooth compression screw press block
3.1.4 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计
工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔Φ25mm分钻、扩、铰三个工步完成加工。钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔——Φ22mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ24.7mm标准高速钢扩孔钻；铰孔——Φmm标准高速铰刀。
根据参考文献[11]表2-1-47可查得钻套孔径结构尺寸如图2及表2所示。
图2 快换钻套
Fig 2 Quick drill bushing
表2 铰工艺孔钻套结构参数如下表：
Table 2 Drill bushing structure parameters of hole reaming technology
d
H
D
公称尺寸
公差
22
25
30
+0.021
+0.008
46
42
12
5.5
18
18
29.5
55°
衬套选用固定衬套其结构如图3所示。
图3 固定衬套
Fig 3 stationary bushing
衬套选用固定衬套其结构参数如表3所示。
表3 固定衬套的结构尺寸
Table 3 Structure size fixed bushing
d
H
D
C
公称尺寸
允差
公称尺寸
允差
30
+0.041
+0.020
25
42
+0.033
+0.017
1
3
根据参考文献[11]表2-1-27固定V型块的结构及主要尺寸如图4及表4所示。
图4 V型块
Fig 4 V type block
表4 V型块的主要尺寸
Table 4 The main dimensions of the V type block
N
D
B
H
L
l
l
A
A1
d
d1
d2
h
b
42
45
52
20
68
20
14
26
22
10
11
18
10
12
注：T=L+0.707D-0.5N
钻模板选用固定式钻模板，工件以底面及Φ45外圆面分别靠在夹具支架的定位快及V型块上定位，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧。
夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装配图ZJZ-01所示。
3.1.5夹具精度分析
利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。
由工序简图可知，本道工序由于工序基准与加工基准重合，又采用顶面为主要定位基面，故定位误差很小可以忽略不计。本道工序加工中主要保证工艺孔尺寸Φmm及表面粗糙度。本道工序最后采用铰加工，选用标准高速铰刀，直径为Φmm，并采用钻套，铰刀导套孔径为，外径为同轴度公差为。固定衬套采用孔径为，同轴度公差为。
该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求。即要求：（1）各孔的实际轮廓受最大实体实效边界的控制即受直径为的理想圆柱面的控制。（2）各孔的体外作用尺寸不能小于最大实体实效尺寸。（3）当各孔的实际轮廓偏离其最大实体状态，即其直径偏离最大实体尺寸时可将偏离量补偿给位置度公差。（4）如各孔的实际轮廓处于最小实体状态即其实际直径为时，相对于最大实体尺寸的偏离量为，此时轴线的位置度误差可达到其最大值。即孔的位置度公差最小值为。
工艺孔的尺寸，由选用的铰刀尺寸满足。
工艺孔的表面粗糙度，由本工序所选用的加工工步钻、扩、铰满足。
影响两工艺孔位置度的因素有（如下图所示）：
（1）钻模板上两个装衬套孔的尺寸公差：
（2）两衬套的同轴度公差：
（3）衬套与钻套配合的最大间隙：
（4）钻套的同轴度公差：
（5）钻套与铰刀配合的最大间隙：
所以能满足加工要求。
3.1.6 夹具设计及操作的简要说明
钻铰Φ25孔的夹具如夹具装配图ZJZ-01所示。装卸工件时，先将工件放在定位块上；再把工件向固定V行块靠拢，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧；然后加工工件。当工件加工完后，将带光面压块的压紧螺钉松开，取出工件。
3.2 钻M8螺纹孔夹具设计
3.2.1 定位基准的选择
在加工M8螺纹孔工序时，Φ25孔和宽度为30mm的下平台已经加工到要求尺寸。因此选用和Φ25孔及Φ25孔下表面加上宽度为30mm的作为定位基准。选择Φ25孔限制了工件的3个自由度，选择Φ45外圆面定位时，限制了3个自由度。即一面两销定位。工件以一面两销定位时，夹具上的定位元件是：一面两销。其中一面为Φ25孔下表面，两销为短圆柱销和固定挡销。
3.2.2 定位元件的设计
本工序选用的定位基准为一面两销定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和固定挡销进行设计
根据参考文献[11]，可查得短圆柱销的结构和尺寸，如图5所示。
图5 短圆柱销
Fig 5 Cylindrical pin
根据参考文献[11]表2-1-2固定定位销的结构及主要尺寸如图6所示。
图6 固定定位销
Fig 6 Fixed pin
主要结构尺寸参数如表5所示。
表5 固定定位销的结构尺寸
Table 5 Structure size fixed locating pin.
12
18
14
26
4
12
4
3.2.3 定位误差分析
机械加工过程中，产生加工误差的因素有很多。在这些因素中，有一项因素于机床夹具有关。使用夹具时，加工表面的位置误差与夹具在机床上的对定及工件在夹具中的定位密切相关。为了满足工序的加工要求，必须使工序中各项加工误差之总和等于或小于该工序所规定的工序公差。
本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为：
销与孔的配合0.05mm，钻模与销的误差0.02mm，钻套与衬套0.029mm
由公式e=(H/2+h+b)×△max/H （16）
△max=(0.052+0.022+0.0292)1/2
=0.06mm
e=0.06×30/32=0.05625
可见这种定位方案是可行的。
3.2.4 钻削力与夹紧力的计算
由于本道工序主要完成工艺孔的钻、攻螺纹加工，而钻削力远远大于攻螺纹切削力。因此切削力应以钻削力为准。由参考文献[9]得：
钻削力
钻削力矩
式中：
本套夹具采用移动压板夹紧，移动压板主要靠移动压板上的螺母来实现夹紧。根据参考文献[11]可知该机构属于单个螺旋夹紧。
由式（3.1）根据参考文献[11]表1-2-20到表1-2-23可查得
3.2.5 钻套、衬套、钻模板及夹具体设计
M8螺纹孔的加工需钻、攻螺纹两次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：M8螺纹孔分钻、攻螺纹两个工步完成加工。钻、攻，加工刀具分别为：钻孔——Φ7标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；攻螺纹——Φ8的丝锥。
根据参考文献[11]表2-1-47可查得钻套孔径结构如图7所示。
图7 快换钻套
Fig 7 Quick drill bushing
钻M8孔钻套结构参数如表6所示。
表6 钻套结构参数
Table 6 Drill bushing structure parameters
d
H
D
公称尺寸
允差
7
20
12
+0.018
+0.007
22
18
10
4
7
7
16
50°
根据参考文献[11]表2-1-58可得衬套选用固定衬套其结构如图8所示。
图8 固定衬套
Fig 8 stationary bushing
其结构参数如表7所示。
表7固定衬套结构尺寸
Table 7 Fixed bushing structure size
`
H
D
C
公称尺寸
允差
公称尺寸
允差
12
+0.034
+0.016
20
18
+0.023
+0.012
0.5
2
根据参考文献[11]夹具U型槽的结构如图9所示。
图9 U型槽
Fig U groove
主要结构尺寸参数如表8所示。
表8 U型槽结构尺寸
Table 8 U groove structure size
螺栓直径
12
14
30
20
3.2.6 夹紧装置的设计
夹紧装置采用移动的A型压板来夹紧工件，采用的移动压板的好处就是加工完成后，可以将压板松开，然后退后一定距离把工件取出。
根据参考文献[11]移动压板（GB2175-80），其结构如图10所示。
图10 移动压板
Fig 10 Moving platen
主要结构尺寸参数如表9所示
表 9 移动压板结构尺寸
Table 9 Moving platen size
120
30
11
36
50
8
16
4
1.5
12
3.2.7 夹具设计及操作的简要说明
本套夹具用于加工M8螺纹孔。定位采用常见的一面两销定位方案。以Φ25孔下表面（一面）及其内孔（带大端面的长圆柱销），加上宽度为30mm的下平台（固定定位销）来实现完全定位。主要考虑工件便于取出夹紧装置采用移动压板夹紧。工件加工完成后，移动压板向后退一定距离，工件就可以很方便的取出。工件装夹时，先将工件放到带大端面的长圆柱销和固定定位销处，然后将移动压板前移，压在工件上，将螺栓拧紧就可以进行加工了。加工完成以后将移动压板退出一定距离，就可以把工件直接取出。如夹具装配图ZJZ-03所示。
3.3小结
对专用夹具的设计，可以了解机床夹具在切削加工中的作用：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的给以性能。本夹具设计可以反应夹具设计时应注意的问题，如定位精度、夹紧方式、夹具结构的刚度和强度、结构工艺性等问题。
4 结 论
经过两个月的分析零件、在设计时通过查阅资料使得了解的知识面更广、范围更大，在查阅时了解有关机械方面的书，从而切实地感受到机械行业的范围涉及面之广，它能指导实际，理论知识有待实际的检验。
经过这次毕业设计，让我巩固了以前所学的知识它的全面性和系统性，使我对机械加工产生了更进一步的兴趣，并让我主观上认识了加工过程中如何找定位，，也为我以后的工作打下了很好的基础。这篇毕业设计虽然已经完成了，但由于本人缺少实际经验，在实际利用中次设计肯定还存在不少的问题，需要改进。希望老师能给我提点意见和建议从而切实地感受到机械行业的范围涉及面之广，它能指导实际，理论知识有待实际的检验，理论知识与实际操作是相辅相。
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致 谢
在这里，在这本设计即将完成之际，我要感谢一直帮助我的董亮导师，他在我的设计中给了我很多的指导，在一些对我来说比较艰深，比较把握不了方向的地方，给予了我指明，帮我除去了许多不必要的麻烦；感谢我的同学，是他们不遗余力的帮助，才使我有充足的时间来完成本设计，谢谢，谢谢你们，因为有你们才有本设计的实现，谢谢。由于本人设计经验不足及能力有限，错误之处在所难免，恳请各位老师和同学多多帮助，以便我在今后的学习和工作中不断的完善自我。
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