气门摇杆轴支座加工工艺工装设计及铣端面夹具设计
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1 引言
机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程编制的好坏是生产该产品的重要保证和重要依据。夹具结构设计在加深对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥极其重要的作用[1]。
利用更好的夹具可以保证加工质量，机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工面与定位面以及被加工表面相互之间的位置精度；提高生产率、降低成本，使用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间，且易于实现多工位加工[2]。扩大机床工艺范围，在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床工艺范围。减轻工人劳动强度，保证安全生产。为了让夹具有更好的发展，夹具行业应加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐，创建夹具专业技术网站，充分利用现代信息和网络技术，与时俱进地创新和发展夹具技术。
1.1 机械制造业及其现状
在国民经济的各条战线上广泛使用着大量的机械、机床、工具、仪器、仪表等工艺装备。这些工艺装备的制造过程总称为机械制造，生产这些工艺装备的工业即是机械制造业[3]。机械制造业的主要任务就是围绕各种工程材料的加工技术，研究其工艺，并设计和制造各种工艺装备。
机械制造业是国民经济的基础和支柱，是向其他各部门提供工具、仪器和各种机械设备的技术装备部。据西方工业国家统计，机械制造业创造了60%的社会财富，完成45%的国民经济收入。如果没有机械制造业提供质量优良、技术先进的技术装备，那么信息技术、新材料技术、海洋工程技术、生物工程技术、以及空间技术等新技术群的发展将会受到严重的制约。因此，一个国家的经济竞争归根结底是机械制造业的竞争，机械制造业的发展水平是衡量一个国家经济实力和科学技术水平的重要标志之一。
机械制造业是一个历史悠久的产业，经历了一个漫长发展过程。蒸汽机和电力的两次工业革命使机械制造业发生了巨大变革，世界各国都逐渐充分重视、发展和应用机械制造技术。经过建国五十多年的发展，机械工业已经成为我国工业中产品门类比较齐全，具有相当规模和一定技术基础的支柱产业之一。改革开放以来，机械工业引进了大量的国外先进技术，加上国内自行研究开发的成果，使机械产品的结构正向合理化方向发展，对市场的适应能力日益明显增强。
但是，与工业发达国家相比，我国的机械制造仍存在阶段性的差距。集中表现为制造技术的落后——在设计方法和手段、制造工艺、制造过程自动化及管理技术诸方面都明显落后于工业发达国家。制造技术的落后严重制约了机械工业的进一步发展，使我国机械传动工业的技术来源大部分依赖引进国外技术，全员劳动生产率低，机械产品质量差，可靠性低，缺乏竞争力[4]。
1.2 机械制造业的发展趋势
1.2.1 常规工艺的不断优化
常规工艺优化的方向是实现高效化、精密化、强韧化、轻量化，以形成优质高效、低耗、少（无）污染的先进实用工艺为主要目标，同时实现工艺设备、辅助工艺、工艺材料、检测控制系统的成套工艺服务，使优化工艺易于为企业采用[5]。
1.2.2 新型加工方法的不断出现和发展
包括精密加工和超精密加工、微细加工、特种加工及高密度能加工、新硬材料加工技术、表面功能性覆盖技术和复合加工，以适应机械产品更新换代对制造工艺提出的更高、更新的制造模式。
1.2.3 自动化等高新技术与工艺的精密结合
微电子、计算机和自动化技术与工艺及设备的相结合，使传统工艺面貌产生显著、本质的变化，如生产线自动控制、在线检测自适应控制、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助夹具设计、计算机辅助装备工艺设计和智能制造系统等。
中国的机械制造工业任重而道远，我们必须不断开拓进取，改进制造技术，使制造业达到一个新的高度。
1.3 设计目的
现代机械制造工艺设计是机械类专业学生在学完了《机械制造技术基础》等技术基础和专业课理论之后进行的一个实践教学环节。其目的是巩固和加深理论教学内容，培养学生综合运用所学理论，解决现代实际工艺设计问题的能力。通过工艺规程及工艺装备设计，学生应达到：
（1） 掌握零件机械加工工艺规程设计的能力；
（2） 掌握加工方法及其机床、刀具及切削用量等的选择应用能力；
（3） 掌握机床专用夹具等工艺装备的设计能力；
（4） 学会使用、查阅各种设计资料、手册和国家标准等，以及学会绘制工序图、夹具总装图，标注必要的技术条件等。
2 零件工艺性分析
2.1 零件的作用
气门摇杆轴支座是柴油机一个主要零件。是柴油机摇杆座的结合部，Ø20孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个Ø13mm孔用M12螺杆与汽缸盖相连，3mm轴向槽用于锁紧摇杆轴，使之不转动。
2.2 零件的工艺分析
由附图1得知，其材料为HT200。该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。
该零件上主要加工面为上端面、下端面，左、右端面，2-φ13mm孔和φ20mm以及3mm轴向槽的加工。φ20mm孔的尺寸精度与下端面0.05mm的平行度与左右两端面孔的尺寸精度，直接影响到进气门与排气门的传动精度及密封，2—Ø13mm孔的尺寸精度，以上下两端面的平行度0.05mm。因此，需要先以下端面为粗基准加工上端面，再以上端面为粗基准加工下端面，再把下端面作为精基准，最后加工φ20mm孔与左右两端面时以下端面为定位基准，以保证孔轴线与两端面相对下端面的位置精度。
由参考文献[1]中有关孔的加工的经济精度机床能达到的位置精度可知上述要求可以达到的零件的结构的工艺性也是可行的。
3 毛坯的选择
3.1 毛坯的种类
毛坯的种类主要有碳钢、合金钢、不锈钢与耐热钢、铸铁与黄铜、青铜、铝合金；在选择毛坯的制造方法时，首先考虑材料的工艺特性，如铸铁不能锻造，这类材料只能选择铸造；高碳钢的铸造性和焊接性都较差，一般都采用锻造。
3.2 确定毛坯是应考虑到的因素
在确定毛坯时应考虑以下因素：
(1)零件的材料及其力学性能
当零件的材料选定之后，毛坯的类型就大体确定了。例如，材料为铸铁的零件，自然应选择铸造毛坯；而对于重要的钢质零件，力学性能要求高时，可选择锻造毛坯。
(2)零件的结构和尺寸
形状复杂的毛坯常采用铸件，但对于形状复杂的薄壁件，一般不能采用砂型铸造；对于一般用途的阶梯轴，如果各段直接相差不大，力学性能要求不高时，可选择棒料做毛坯，倘若各段直径相差较大，为了节省材料，应选者锻件[6]。
(3)生产类型
当零件的生产批量较大时，应采用精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，这时毛坯制造增加的费用可由材料费减少的费用以及机械加工减少的费用来补偿。
(4)现有生产条件
选择毛坯类型时，要结合本企业的具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力，外协的可靠性等。
(5)充分考虑利用新技术，新工艺和新材料的可靠性
为了节约材料和能源，减少机械加工余量，提高经济效益，只要有可能，就必须尽量采用精密锻造，精密铸造，冷挤压。粉末冶金和工程塑料等新工艺，新技术和新材料[7]。
3.3 确定毛坯时的几项工艺措施
实现少切削，无切削加工，是现代机械制造技术的发展趋势。但是，由于毛坯制造技术的限制，加之现代机器对精度和表面质量的要求越来越高，为了保证机械加工能达到质量要求，毛坯的某些表面仍需留有加工余量。加工毛坯时，由于一些零件形状特殊，安装和加工不大方便，必须采取一定的工艺措施才能进行机械加工。
3.4 毛坯的确定
零件材料是HT15-33。零件年产量是大批量,而且零件加工的轮廓尺寸不大,在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型，采用方法为砂模机器造型。零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。
4 工艺规程设计
对于机器中的某一零件，可以采用多种不同的工艺过程完成。在特定条件下，总存在一种相对而言最为合理的工艺规程，将这个工艺规程用工艺文件的形式加以规定，由此得到的工艺文件统称工艺规程[8]。
4.1 工艺规程的作用
工艺规程是生产准备、生产组织、计划调度的主要依据，是指导工人操作的主要技术文件，也是工厂和车间进行设计或技术改造的重要原始资料。工艺规程的制订须严格按照规定的程序和格式进行，并随技术进步和企业发展，定期修改完善。
(1)根据机械加工工艺规程进行生产准备（包括技术准备）。在产品投入生产以前，需要做大量的生产准备和技术准备工作，例如，关键技术的分析与研究；刀、夹、量具的设计、制造或采购；设备改装与新设备的购置或定做等。这些工作都必须根据机械加工工艺规程来展开。
(2)机械加工工艺规程是生产计划、调度、工人的操作、质量检查等的依据。
(3)新建或扩建车间(或工段),起原始依据也是机械加工工艺规程，根据机械加工工艺规程确定机床的种类和数量，确定机床的布置和动力配置，确定生产面积的大小和工人的数量。
4.2 定位基准的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择零件的重要面和重要孔做基准。在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，此外，还要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以粗基准为上端面。加工左右两端平面时，为了保证位置度求，采用一面两孔定位，限制六个自由度，用下端面与两φ13孔作为定位基准。镗削Ø20mm孔的定位夹紧方案为：用一菱形销加一圆柱销定位两个Ø13mm的孔，再加上底面定位实现，两孔一面完全定位，这种方案适合于大批生产类型中。
精基准的选择：主要考虑基准重合问题，气门摇杆轴支座的下端面既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准，能使加工遵循基准重合的原则。Ø20孔及左右两端面都采用底面做基准，这使得工艺路线又遵循“基准统一”的原则，下端面的面积比较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单，可靠，操作方便。
4.3 制定工艺路线
制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本[9]。
4.3.1 工艺路线方案一
工序Ⅰ 铸造
工序Ⅱ 涂漆
工序Ⅲ 车上端面
工序Ⅳ 钻两φ13通孔
工序Ⅴ 精铣下端面
工序Ⅵ 铣右端面
工序Ⅶ 钻通孔¢18mm
工序Ⅷ 镗孔φ20mm，孔口角1×45度
工序Ⅸ 铣左端面
工序Ⅹ 铣轴向槽
工序Ⅺ 检验
工序Ⅻ 入库
4.3.2 工艺路线方案二
工序Ⅰ 铸造
工序Ⅱ 时效
工序Ⅲ 涂漆
工序Ⅳ 铣上端面
工序Ⅴ 粗,精铣下端面
工序Ⅵ 钻两φ13通孔
工序Ⅶ 铣右端面
工序Ⅷ 钻通孔φ18
工序Ⅸ 镗孔到φ20，孔口倒角1×45度
工序Ⅹ 铣左端面
工序Ⅺ 铣轴向槽
工序Ⅻ 检验
工序ⅩⅢ 入库
4.3.3 工艺方案的比较与分析
因左右两端面均对φ20mm孔有较高的位置要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，减少装次数，提高加工精度。根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将端面的精铣和下端面的粗铣放在前面，下端面的精铣放在后面，每一阶段要首先加工上端面后钻孔，左右端面上φ20mm孔放后面加工。初步拟订加工路线方案一。方案一遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序还有一些问题还值得进一步讨论。如车上端面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们惯性力较大，平衡困难；又由上端面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削容易引起工艺系统的震动，故改动铣削加工。工序05应在工序06前完成，使上端面在加工后有较多的时间进行自然时效，减少受力变形和受热变形对2—Ø13mm通孔加工精度的影响。
通过以上的两工艺路线的优、缺点分析，最后确定工艺路线方案一为该零件的加工路线。该工艺过程详见附表１和附表2，机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。
4.4 毛坯尺寸的确定与机械加工余量
由于本零件材料为灰铸铁，由《工艺手册得》，毛坯为双侧加工，MA为G，加工精度为8到10级，这里选取9级。则，由《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4得：
零件延轴线方向的加工余量为：2x2.5mm=5mm
Ф100径向加工余量为6mm，轴向加工余量为2x2.5mm=5mm
Ф90径向加工余量为2x2.5mm=5mm，轴向加工余量为2x2.5mm=5mm
Ф45径向加工余量为2x2.5mm=5mm
由《机械零件工艺性手册》表：2-64得：Ф100，Ф90柱体圆角为：R=2mm；右端Ф45的圆角为：R=4mm；铸件上的过渡部分尺寸确定为：R=5mm，C=3mm，H=15mm。
由以上资料得出毛坯尺寸图。
4.5 确定切削用量及基本工时
在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量。
(1)切削用量指：背吃刀量asp(即切削深度ap、进给量f及切削速度Vc 。
(2)确定方法是：确定切削深度——>确定进给量——>确定切削速度．
(3)具体要求是：
①由工序或工步余量确定切削深度：精、半精加工全部余量在一次走刀中去除
在中等功率机床上一次走刀ap可达8mm～10mm。
②按本工序或工步加工表面粗糙度确定进给量：对粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度。
③可用查表法或计算法得出切削速度Vc查，用公式 换算出查或计算法所得的转速nc查，根据Vc查在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速n机作为实际的转速，再用 换算出实际的切削速度Vc机填入工艺文件中。
对粗加工，选取实际切削速度Vc机实际进给量f机和背吃刀量asp之后，还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。
工序1 钻2个φ13mm孔
(1)加工条件
工件材料：HT200正火，бb=220MPa，190～220HBS
加工要求：钻扩孔φ13mm
机床选择：选用立式钻床Z525（见《工艺手册》表4.2-14）
(2)确定切削用量及基本工时
选择φ13mm高速钢锥柄标准麻花钻（见《工艺手册》P84）
d=13 L=238mm L1=140mm
f机=0.48mm/r (见《切削手册》表2.7和《工艺手册》表4.2-16)
Vc查=13m/min （见《切削手册》表2.15）
按机床选取n机=195r/min（按《工艺手册》表4.2-15）
所以实际切削速度： m/min.
基本工时:l=80mm l2=1mm～4mm(取4mm)
按《工艺手册》表6.2-5公式计算1.24（min）
工序2 粗、精铣左右端面
(1) 粗铣
(a) 选择刀具：
根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，其参数为：铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10。
(b)确定铣削深度a p：
单边加工余量Z=2±0.27，余量不大，一次走刀内切完，则：a =２mm
(C)确定每齿进给量fz:
根据《切削手册》表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，由于是粗铣，取较大的值。现取：fz=0.18mm/z
(d） 选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0mmm～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
(e） 确定切削速度Vc：
根据《切削手册》表3.16可以查Vc：由 ap=２mm fz=0.18mm/z，查得
Vc=77mm/z n=245mm/z Vƒ=385mm/z
根据X1632型立铣床说明书（表4.2-35）nc=255 r/min Vc=400 mm/min (横向)
(f） 计算基本工时：l=47mm l2=2 T=0.14min
(2)精铣
(a) 选择刀具：
根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10
(b) 确定铣削深度ap：
由于单边加工余量Z=1，故一次走刀内切完，则：a p= 1 mm
(c) 确定每齿进给量fz：
由《切削手册》表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.14 mm/z～0.24mm/z，半精铣取较小的值。现取：fz=0.14mm/z
(d) 选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0mm～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
(e) 确定切削速度Vc：
根据《切削手册》表3.16可以查Vc：由 ap≤4mm ƒz=0.14mm/z，查得：
Vc=110mm/z n=352mm/z Vƒ=394mm/z
根据X1632型立铣床说明书（表4.2-35）nc=380 r/min Vƒc=400 mm/min (横向)
(f) 计算基本工时：l=40 mm l2 =2mm
所以本工序的基本时间为：T=t1+t2=0.14+0.12=0.26min
工序3 粗镗φ18工序
φ18粗镗余量参考文献[1]表3－83取粗镗为1.8mm，粗镗切削余量为0.2mm,铰孔后尺寸为20H8。
孔轴线到底面位置尺寸为60mm，精镗后工序尺寸为20.02±0.08mm，与下底面的位置精度为0.05mm，与左右端面的位置精度为0.06mm，且定位夹紧时基准重合，故不需保证。0.06mm跳动公差由机床保证。
工序4 钻孔φ18mm
选择φ18mm高速钢锥柄标准麻花钻（见《工艺手册》P84）
d=18 L=238mm L1=140mm
f机=0.48mm/r (见《切削手册》表2.7和《工艺手册》表4.2-16)
Vc查=13m/min （见《切削手册》表2.15）
按机床选取n机=195r/min（按《工艺手册》表4.2-15）
所以实际切削速度：
基本工时：
l=80mm l2=1mm～4mm(取4mm)
按《工艺手册》表6.2-5公式计算 1.10min
粗镗孔时因余量为1mm,故ap=1mm,
查文献[1]表2.4-8
取V=0.4m/s=24m/min
取进给量为f=002mm/r
n=1000V/πd=1000×24/3.14×20=380r/min
查文献[1]得
pm=FzV×10-3
CF2=180,
XFz=1
Yfz=0.75
nFz=0
Rfz=9.81×60°×180×2.75ˊ×0.2×0.75×0.4°×1
=1452 N
P=0.58 kw
取机床效率为0.85
0.78×0.85=0.89kw>0.58kw
故机床的功率足够。
下面计算工序09的时间定额
粗镗时：L/(f×n)=45/0.2×380=7.5s
精镗时：f取0.1mm/s
L/(f×n)=45/0.1×380=15s
总机动时间：T=7.5+15=0.38min
5 夹具的设计
5.1 夹具的概述
5.1.1 机床夹具的基本组成部分
(1)定位元件及定位装置,它与工件的定位基准相接处，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动之间的相对正确位置。
(2)对刀及引导元件,这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置，用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件。用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件，称为引导元件[10]。
(a)夹紧装置,用于加紧工作,在切削时使使工件在夹具中保持既定位置。
(b)联接元件,用以确定夹具在机床上的位置并于机床相连接
(c)夹具体,用以联接夹具各元件或装置，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上。
(d)其他联接或装置,除上述元件或装置以外的元件或装置。如某些夹具上的分度装置、防错装置、安全保护装置、为便于拆下工件而设置的顶出器等。
5.1.2 机床夹具的作用
(1)保障加工质量
使用机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件加工面与定位面之间以及被加工表面互相之间的位置精度。使用机床夹具后,这种精度主要是靠夹具和机床来保证,不再依赖于工人的技术水平。
(a)提高生产效率,降低生产成本
使用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间，而且易实现多件、多工位加工。现代机床夹具中广泛采用气动、液压等机动夹紧装置,可使辅助时间进一步减少。
(b)扩大机床工艺范围
在机床上使用可使加工变得方便，并可扩大机床的工艺范围。例如，在车床或钻床上使用镗膜，可以代替镗床镗孔。又如,使用靠模夹具，可在车床或铣床上进行仿形加工。
(c)减轻工人劳动强度，保证安全生产。
5.1.3 机床夹具的分类
按机床夹具的使用范围，可划分为5种类型
(1)通用夹具，如车床上常用的三爪自定心卡盘、顶尖，铣床上常用的平口钳、分度头、回转工作台等均属此类夹具。该类夹具由于具有较大的通用性，故得其名。通用夹具一般以标准化，并有专门的专业工厂生产，常作为机床的标准附件提供给用户。
(2)专用夹具，这类夹具是针对某一工件的某一工序而专门设计的，因其用途专一而得名。专用夹具广泛用于批量生产中。
(3)可调整夹具和成组夹具，这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同的零件的加工。用于相似零件成组加工的夹具，通常称为成组夹具。与成组夹具相比，可调整夹具的加工对象不很明显，适用范围更广一些。
(4)组合夹具，这类家具有一套标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成，不同元件的不同组合和联接可构成不同结构和用途的夹具。夹具用完以后，元件可以拆卸重复使用。这类夹具特别适合于新产品试制和小批生产。
(5) 随行夹具，这是一种在自动线或柔线制造系统中使用的夹具。工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还装载着工件随输送装置送往各机床，并在机床上被定位夹紧。
为提高生产效率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用的夹具。根据我们所需加工的零件，由于其结构较为特殊，一般机床的通用夹具较难以定位及夹紧，因此每道工序都运用专用夹具来加工，加工本零件所需的专用夹具为四个。
5.1.4 夹具设计的基本要求
一台优良的机床必须满足下列基本要求：
(1)保证工件的加工精度,保证加工精度的关键，首先在于正确的选定定位基准，定位方法和定位元件，必要时还需要进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。
(2)提高生产效率,专用夹具的复杂程度应与生产纲领相对应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率[11]。
(3)工艺性能好,专用夹具的结构应力求简单、合理，便于操作、装配、调整、检验、维修等。
(4)使用性能好,专用夹具的操作应简便，省力，安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹具装置，以减轻操作者的劳动强度。
5.1.5 夹具设计规范化的意义
研究夹具设计规范化程序的主要目的在于：
(1)保证设计质量，提高生产效率，夹具设计质量主要表现在
(a)设计方案与生产纲领的适应性；
(b)高位设计与定位副设置的相容性；
(c)夹具设计技术经济指标的先进性；
(d)精度控制项目的完备性以及各种控制项目公差数值规定的合理性；
(e)夹具结构设计的工艺性；
(f)家具制造成本低经济型。
有了规范的设计程序，可以指导设计人员有步骤、有计划、有条理的进行工作，提高设计效率，缩短设计周期。
(2)有利于计算机辅助设计，有了规范化的设计程序，就可以利用计算机进行辅助设计，实现优化设计，减轻设计人员的负担。有利于计算机进行辅助设计，除了进行精度设计之外，还可以寻找最佳夹紧状态，利用有限对零件的强度、刚度进行设计计算，实现包括绘图在内的设计过程的全部计算机控制。
(3)有利于初学者尽快掌握夹具设计的方法。近年来，关于夹具设计的理论、研究和实践经验总结已日渐完备，在此基础上总结出来的夹具规范化设计程序，使初级夹具设计人员的设计工作提高到了一个新的科学化水平[12]。
5.2 夹具的设计及操作简要说明
5.2.1 问题的提出
本夹具用来加工气门摇杆轴支座的左右端面，有一定的公差要求，但同时应考虑提高生产率；因此设计时，对本夹具有一定的形位要求，还应装夹方便。
5.2.2 夹具设计
如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动率。为此，在螺母夹紧时采用活动手柄，以便装卸，夹具体底面上的一对定位槽可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置，以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。
为了保证零件加工精度，我们采用可换定位销来进行定心加紧。夹具体底面上的一对定位槽
与铣床工作台的T型槽相连接，保证夹具与铣床纵向进给方向相平行的位置，使夹具在机床工作台上占有一正确加工位置。此外，为了把夹具紧固在铣床工作台上，夹具体两端设置供T型螺栓穿过夹具用的两个U型耳座。
夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以有利于铣削加工。
轴向力：F=9.81CFd0ZfyKF(N)
其中：CF=42.7 d0=4 f=0.22 KF=0.9（新的钻头）ZF=1.0 yF=0.8
则：
扭矩: M=9.81CMd0fykmM
其中： Zm=2.0 Ym=2.8 KM=0.87
则： N·m
(3)夹紧力的计算：
初步确定气缸参数
表5-1 按负载选择工作压力[1]
负载/ KN
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
工作压力/MPa
< 0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
≥5
表5-2 各种机械常用的系统工作压力[1]
机械类型
机 床
农业机械
小型工程机械
建筑机械
液压凿岩机
液压机
大中型挖掘机
重型机械
起重运输机械
磨床
组合
机床
龙门
刨床
拉床
工作压力/MPa
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
由于钻削力为4239N，往往要取大一些，在这取负载约为10000N，初选气缸的设计压力P1=3MPa，为了满足工作这里的气缸课选用单杆式的，并在快进时差动连接，则气缸无杆腔与有杆腔的等效面积A1与A2应满足A1=2A2（即气缸内径D和活塞杆直径d应满足：d=0.707D。为防止切削后工件突然前冲，气缸需保持一定的背压，暂取背压为0.5MPa，并取气缸机械效率。则气缸上的平衡方程
故气缸无杆腔的有效面积：
气缸直径
气缸内径：
按GB/T2348-1980，取标准值D=80mm；因A1=2A，故活塞杆直径d=0.707D=56mm（标准直径）
则气缸有效面积为：
2.缸体壁厚的校核
查机械设计手册，取壁厚为10mm。则
根据时； （4-2）
可算出缸体壁厚为：
<10mm
则气缸的外径
式中 ————许用应力；（Q235钢的抗拉强度为375-500MPa，取400MPa，为位安全系数取5，即缸体的强度适中），P-缸筒试验压力。
3.缸筒结构设计
缸筒两端分别与缸盖和缸底链接，构成密封的压力腔，因而它的结构形式往往和缸盖及缸底密切相关[6]。因此，在设计缸筒结构时，应根据实际情况，选用结构便于装配、拆卸和维修的链接形式，缸筒内外径应根据标准进行圆整。
活塞杆是气缸传递力的主要零件，它主要承受拉力、压力、弯曲力及振动冲击等多种作用，必须有足够的强度和刚度。其材料取Q235钢。
1.活塞杆直径的计算[1]
由=2 可知活塞杆直径：
按GB/T2348—1993将所计算的d值圆整到标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得：
d=56mm
按最低工进速度验算气缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量，因工进速度v=0.4m/min为最小速度，则由式
（4-3）
本例=78.5>1.25，满足最低速度的要求。
2.活塞杆强度计算：
<56mm （4-4）
式中 ————许用应力；（Q235钢的抗拉强度为375-500MPa，取400MPa，为位安全系数取5，即活塞杆的强度适中）
3．活塞杆的结构设计
活塞杆的外端头部与负载的拖动电机机构相连接，为了避免活塞杆在工作生产中偏心负载力，适应气缸的安装要求，提高其作用效率，应根据负载的具体情况，选择适当的活塞杆端部结构。
4.活塞杆的密封与防尘
活塞杆的密封形式有Y形密封圈、U形夹织物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄钢片组合防尘圈时，防尘圈与活塞杆的配合可按H9/f9选取。薄钢片厚度为0.5mm。为方便设计和维护，本方案选择O型密封圈。
由上述计算易得：
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，决定选用手动螺旋夹紧机构。
5.2.3 切削力与夹紧力比较
刀具：YG6硬质合金端铣刀(见《切削手册》表3.28)其中：CF=54.5，ap=4.5，XF=0.9，fZ=0.18，YF=0.74，ae=28，UF=1.0，d0=100，qF=1.0，n=255，WF=0，Z=10
∴F=54.5×4.50.9×0.180.74×28×10/(100×2550)≈166.1(N)
水平分力：FH=1.1F实≈182.7(N)
垂直分力：FV=0.3F实≈49.8(N)
在计算切削力时，必须安全系数考虑在内。
安全系数: K=K1K2K3K4。其中：K1=1.5 K2=1.1 K3=1.1 K4=1.1
∴F／=KFH=（1.5×1.1×1.1×1.1）×182.7=364.8 (N)
实际加紧力为F加= KFH/（U1*U2）=364.8/0.5=729.6 (N)其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1=U2=0.025
螺母选用M16X1.5细牙三角螺纹，产生的加紧力为W=2M/D2tg(a+6055)+0.66(D3- d3 )/（D2- d2)
其中： M=19000 N.M D2=14.8mm a=2029， D=23mm d=16mm
解得： W=1O405 (N)
此时螺母的加紧力W已大于所需的729.6的加紧力F加，故本夹具可安全工作。
(a) 心轴取材料为Q235
(b) 查表得Q235的许用弯曲应力为： 158Mpa
(c) 弯曲应力=M/Wz=32FL/ 3.14 d3=99.4´32´0.028/[3.14´0.022´2]
=2.67<< 许用弯曲应力158Mpa。
4.9定位误差分析
本夹具选用的定位元件为一面两V型块定位。其定位误差主要为：
（1）移动时基准位移误差
（2）转角误差
其中：
5.2.4 夹具图（见附图）
5.2.5 操作说明
如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。
夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，有利于铣削加工。
结束语
毕业设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和参考过程.
回顾这次毕业设计,从选题到定稿,从理论到实践,在这段毕业设计期间里,可以说得是苦多于甜.通过本次毕业设计,不仅巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上没有学到过的知识.
对我来说,收获最大的是方法和能力-----那些反系和解决问题的方法和能力.在整个设计过程中,我发现我们这些学生最缺少的是经验,没有感性的认识,空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节.此次设计需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进.通过这次毕业设计,我懂得了理论与实际相结合是很重要的-----只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提该自己的实际动手能力.
在设计的过程中遇到问题，可以说是困难重重.在设计的过程中也发现了自己的不足之处:对以前所学过的知识理解的不够深刻,掌握的不够牢固.通过这次毕业设计之后,有把以前所学过的知识重新温故.
这次毕业设计使我受益匪浅,为我以后的学习和工作打下了一个坚实而良好的基础.在此衷心感谢各位老师的帮助和指导.
致 谢
经过近四个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个大学生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周的地方，如果没有指导老师的督促指导，以及一起工作学习的同学、朋友们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。
在这里，首先要感谢的是我的指导老师王教授和吴老师。王教授虽然工作繁忙，但是每周都不辞辛苦抽出时间由南京过来到这里亲自指导和检查督促我们做毕业设计，吴老师平日也是工作繁忙，但是在我做毕业设计的每个阶段，从开题报告到查阅资料，从设计草案的确定、修改，到中期检查，再到后期详细设计，装备草图等等整个过程中两位老师都给予我悉心的指导。除了敬佩老师的专业水平以外，王教授治学严谨的态度，吴老师科学研究的精神是永远值得我学习的榜样，并会一直积极影响我今后的工作和学习。
其次我要感谢我的父母和与我一起做毕业设计的同学们。父母给了我强大的精神动力，同学们在本次设计中勤奋工作克服许多困难来完成此次设计，并分担了许多工作。如果没有他们的支持和努力，此次设计的过程将变得非常困难。
我还要感谢的是学校图书馆的开放，让我们有足够的资料可以参考，查阅。还要感谢四年以来所有的老师，为我打下了机械专业知识的基础；同时感谢所有的同学们，正因为有了你们的支持，本次毕业设计才会顺利完成。
通过毕业设计，使我对机械加工工艺这门课程进一步加深了理解。对于各方面知识之间的相互联系有了实际的体会。同时也深深感到自己初步掌握的知识与实际需要还有相当的距离，还需进一步的学习和实践。
本设计由于时间紧和对知识掌握的程度有限，在设计上不很周详，许多应该考虑的因素可能没有体现出来。在设计过程中，我得到了老师的精心指导和各方面的帮助，才得以顺利进行，在这里再次表达我对王教授和吴老师的谢意。
最后感谢学院四年来对我的培养！
参 考 文 献
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