机械工艺夹具毕业设计233移动手柄的工艺工装设计说明书

毕业设计

移动手柄的工艺工装设计The design of the connecting rod cap ‘s

technical frock

系名：机械系

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师姓名：

指导教师职称：讲师

目录

引言 (3)

第一章零件的分析 (3)

1.1 零件的作用 (3)

1.2 零件的工艺分析 (3)

第二章确定毛坯，画毛坯图 (4)

第三章工艺规程设计 (5)

3.1 定位基准的选择 (5)

3.2 加工工艺路线 (6)

3.3 选择加工设备及刀具，夹具，量具 (7)

3.4 加工工序设计 (7)

第四章夹具设计 (11)

4.1 第30道工序的夹具设计 (11)

4.1.1 确定设计方案 (11)

4.1.2 计算夹紧力并确定螺杆的直径 (12)

4.1.3 定位精度分析 (12)

4.2 第50道工序的夹具设计 (13)

4.2.1 确定设计方案 (13)

4.2.2 定位精度分析 (13)

结论 (14)

致谢 (15)

参考文献 (16)

移动手柄的工艺工装设计

摘要现代机械加工行业发生着深刻的结构性变化，工艺工装的设计与改良已成为企业生存和发展的必要条件。工艺工装的设计与改良直接影响着连杆盖的质量与性能。连杆盖行业作为一个传统而富有活力的行业，近十几年取得了突飞猛进的发展。在新经济时代，连杆盖行业呈现了新的发展趋势，由此对其连杆盖质量、性能产生了新的变化。

本文首先介绍了连杆盖的作用和工艺分析，其次确定毛坯尺寸，然后进行了工艺规程设计，最后对第30道工序和第50道工序进行了夹具设计

关键词：工艺分析工艺规程设计夹具设计

The design of the connecting rod cap ‘s technical frock

Abstract A profound structural movement is taking place in the modern machine process industry, so the design and improvement of the technical frock have become the necessary condition for the corporation to live and develop. the design and improvement of the technical frock directly affect the quality and performance of the connecting rod cap. The connecting rod cap industry which is traditional and vivid has much developed in recent ten years. In new economy times , The cap industry presents a new developing trend. So there is a new requirement to its quality and performance.

This paper introduces the effect and technical analyse of the Connecting rod cap at first , the n makes sure the rough’s size, planning the technical rules , at last designs the modular for the 30th and 50th working procedure .

Key words technical analyse the technical rules plan modular design

引言

这次设计使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践经验知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（手柄）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，为未来从事的工作打下良好的基础。

由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。

第一章零件的分析

1.1零件的作用

该零件为手柄。φ42H7的孔和φ35H7,φ20H7的孔是用来装入轴类零件由动力源提供动力通过手柄，有孔和轴的配合传递动力。宽为35+0.34的槽也是套入且有一定配合关系的零件来传递动力。

1.2零件的工艺分析

1.2.1分析、审查产品的零件图和装配图

制定工艺规程时，首先应分析零件图及该件所在部件的装配图。了解该零件在件中的作用及零件的技术要求，找出其主要技术关键，以便在拟定工艺规程时采取适当的措施加以保证。

1.2.2.零件的结构工艺分析

所谓零件的结构工艺性是指设计的零件在满足使用要求的前提下，其制造。的可行性和经济性

由附图零件图得知,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.

该零件的主要加工面为N面R面Q面D面及宽为35的两槽面和φ42H7,φ35H7,φ42,φ20H7的孔.

N面R面的粗糙度为Ra12.5um,Q面D面的粗糙度为Ra3.2um.φ42H7,φ

35H7的孔的同轴度为0.03且两孔的粗糙度Ra为3.2um,φ42的孔内壁粗糙度为12.5um, 2-φ20H7的孔内壁粗糙度Ra为 1.6um,宽度为35+0.34的槽两侧壁的粗糙度Ra为 3.2um,在前部φ42H7的孔与2-φ20H7的孔圆心距为46.37mm加工这些时最好能在一次装夹下同时加工出来,同时也可以采用互为基准的原则进行互定位.

由参考文献(1)中的有关方面和孔加工,面槽铣的经济精度及机床所能达到的位置精度可知,上述技术要求是可以达到的,零件的结构工艺性也是可行的.

第二章. 确定毛坯，画毛坯－零件合图

在拟订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很大影响。毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，机械加工的劳动量就越少，但毛坯制造的成本可能会越高。由于原材料消耗的减少，会抵消或部分抵消毛坯成本的增加。所以，应根据生产纲领、零件的材料、形状、尺寸、精度、表面质量及具体的生产条件等作综合考虑，以选择毛坯。在毛坯选择时，应充分注意到采用新工艺、新技术、新材料的可能性，以降低成本、提高质量和生产率。

毛坯的种类包括：铸件、锻件、型材、冲压件、冷或热压制件、焊接件等。合理的选择毛坯，通常从下面几个方面综合考虑：1、零件材料的工艺特性；2、生产纲领的大小；3、零件的形状和尺寸；4、现有的生产条件。

根据毛坯材料确定毛坯为铸件,又由题目已知零件的生产纲领一2000件/年由文献(1)P139表4-2可知其生产类型为成批生产中的中批生产,毛坯的铸造方法选用砂型手工造型.又由于手柄中有内腔,均铸出,故还应放型心,此外为消除应力,铸造后应安排人工时效.

参考文献[1]表2.3-6，该种铸件的尺寸公差等级CT为11-13级，加工余量等级MA为H级。故取CT为12级，MA为H级。

铸件的分型面选择通过正视图铸造内腔中心平面，且与N面（或Q面）平行的面。浇口位置位于分型面上。本零件主要加工面为R面N面Q面D面和槽以及φ42H7,φ35H7,φ42,φ20H7，2-φ20H7的孔。由于槽和孔是后序加工出来的，

因此只在R面N面Q面D面上在铸造时留有余量。

参考文献[1]表2.3-5，用查表法确定各表面的总余量如表2-1所示。

各加工表面的总余量表2-1

由参考文献[1]表2.3-9可得，铸件主要尺寸的公差如表2-1所示。

主要毛坯尺寸及公差（mm）

第三章工艺规程设计

3.1 定位基准的选择：

粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择零件的重要孔的毛坯孔和轴面作粗基准：1、在保证各加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；2保证定位准确、夹紧可靠。因此选择铸造孔的轴线作为粗基准

选择精基准的出发点是保证加工精度，特别是加工表面的相互位置精度，以及安装的方便可靠。其选择的原则如下：1、基准重合原则；2、基准统一原则；

3、自为基准原则；

4、互为基准原则；

5、所选精基准应能保证工件定位准确稳定，装夹方便可靠，夹具结构简单适用。R面是装配基准又是设计基准，用它们作精基准能使加工遵循“基准重合”的原则，其余各表面也能用它们定位。这样

使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外R面的面积相比较大，定位比较稳定，夹紧方案相对简单可靠，操作方便。

最先进行机械加工的表面是精基准R面，此时的定位夹紧方案1为：R面用铣床夹紧，对工件进行定位，夹紧。方案2，用磁力工作台把N面牢牢吸住，消除三个自由度，在用V型块消除另外三个自由度。

3.2制定工艺路线

根据各表面加工要求和各加工方法所能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：R面N面：粗铣；D面Q面：粗铣—精铣；φ42H7,φ35H7, φ42,：钻—粗镗—精镗；φ20H7，2-φ20H7：钻—扩—铰；宽35+0.34的槽：粗铣—精铣。

因为42H7的孔与φ35H7的孔有较高同轴度要求，故它们的加工宜采用工序集中的原则，即在一次装夹下将两孔同时加工出来，以保证其位置精度。

根据先面后孔、先主要面后次要面和先粗后精的原则，将N面R面Q面D 面及宽为35mm的两槽面和φ42H7,φ35H7, φ42,φ20H7的孔的粗加工防在前面，精加工放在后面。每一阶段中首先加工R面再加工孔，在特殊情况如铣槽和铣面不在同一工序中，故在面、孔.加工后在加工。

工艺路线如下：

铸造

时效（消除内应力）

10 粗铣R面及N面先加工基准面 20 粗铣D面及Q面先加工面

30 钻扩铰φ20H7的孔至φ19H9 和钻φ35H7的孔至φ30 留工序余量40 粗镗φ42H7,φ35H7的孔留精镗余量50 粗铣35+0.34/0的槽至宽为32 留精铣余量60 精铣D面及Q面

70 精镗φ42H7,φ35H7的孔

80 精铣宽35+0.34/0的槽

90 检验

100 入库

3.3 选择加工设备及，刀，夹，量具

由于生产类型大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式为以通用机床及专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床的的装卸及各机床间的传送均由工人完成。

粗铣R面N面。考虑到工件的定位夹紧及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择X52K立式铣床（参考文献[1]表3.1-73）。选择直径D为φ100mm的A类可转位面铣刀（参考文献[1]表4.4-40）、专用夹具和游标卡尺。

粗铣D面Q面。采用立式铣床，因切削功率较大，故采用功率为5.5KW的1Tx32型铣削头（参考文献[1]表3.2-43）。选择直径为φ80mm的A类可转位面铣刀（参考文献[1]表4.4-40）、专用夹具和游标卡尺。

精铣D面Q面。采用功率为1.5KW的1TXb20M的型铣削头的立式铣床。精铣刀具类型与粗铣的相同。采用专用夹具。

粗镗φ42H7,φ35H7的孔。采用卧式双面组合镗床。选择功率为2.2KW的TA25镗削头（参考文献[1]表3.2-44）。分别选择镗盲孔和通孔的镗刀、专用夹具和游标卡尺。

精镗φ42H7,φ35H7的孔。也采用卧式双面组合镗床。选择功率为2.2KW的TA25镗削头，分别选择镗盲孔和通孔的镗刀、专用夹具。

在N面上钻扩铰2-φ20H7的孔，在Q面钻扩铰φ20H7的孔。选用摇臂钻床Z3063x20(1)（参考文献[1]表3.1-30）。选用锥柄麻花钻（参考文献[1]表4.3-9），选用锥柄扩孔钻（参考文献[1]表 4.3-31），锥柄长刃机用铰刀（参考文献[1]表4.3-50），专用夹具和游标卡尺。

粗铣宽为35+0.34的槽。考虑到工件的定位夹紧及夹具结构设计等问题，采用卧铣，选择X52K卧式铣床（参考文献[1]表3.1-73）。选择直径为φ200mm，宽为32mm的错齿三面刃铣刀（参考文献[1]表4.4-8），专用夹具和游标卡尺。

精铣宽为35+0.34的槽。仍采用卧铣，选择X52K卧式铣床，选择粗铣槽的刀具，只是调整刀具达到宽为35mm，专用夹具和游标卡尺。

3.4 加工工序设计

3.4.1工序30钻扩铰φ20H7的孔和钻φ35H7的孔至φ30。

φ20H7的扩铰余量参考文献[1]表2.3-48 取Z扩=1.6mm，Z铰=0.15mm。由此可算出Z钻=19.9/2-1.6-0.15=8.2mm。

φ35H7的孔因一次钻出，故其钻削余量为Z钻=30/2=15mm。

各工步的余量和工序尺寸及公差列于下表：

孔与孔之间的位置尺寸如46.37+0.25/0.17mm由钻模保证。

参考文献[1]表2.4-38，并参考Z3063×20(I)机床说明书，取钻φ30mm 孔的进给量f=1mm/r，取钻φ16.5mm的孔的进给量f=0.63mm/r.

参考文献[1]表 2.4-41，用插入法求得钻φ30mm孔的切削速度v=0.37m/s= 22.2m/min,由此算出转速为

n=1000v/πd=1000×22.2 /(3.14×30)r/min=235.67r/min

按机床实际转速取250 r/min。

则实际切削速度为v=3.14×30×250/1000 m/min =23.55 m/min

同例可得用插入法求得钻φ16.5mm孔的切削速度v=0.44m/s= 26.4m/min,由此算出转速为

n=1000v/πd=1000×26.4 /(3.14×16.5)r/min=509.6r/min

按机床实际转速取500r/min。

则实际切削速度为v=3.14×16.5×500/1000 m/min =25.905 m/min

参考文献[1]表2.4-69得：

Ff=9.81×42.7d0×f^0.8×Kf (N)

M=9.81×0.021×d0^2×f^0.8×Km (Nm)

分别求出钻φ30mm孔的Ff和M及φ15.5mm孔的Ff和M如下：Ff=9.81×42.7×30×1^0.8×1=12566.6 (N)

M=9.81×0.021×30^2×1^0.8×1=185.4 (Nm)

Ff=9.81×42.7×16.5×0.63^0.8×1=4775.87 (N)

M=9.81×0.021×16.5^2×0.63^0.8×1=38.76 (Nm)

它们均小于机床的最大进给力24500 N和最大扭转力矩980 Nm故机床刚度足够。

扩φ19.7mm孔

参考文献[1]表2.4-50并参考机床实际进给量，取f=0.4mm/r

参考文献[4]表3-54，扩孔的切削速度为—（1/2～1/3）v钻，故取v扩=1/2v钻=1/2×25.91m/min=12.955m/min

由此算出转速n=1000v/πd=1000×2.95/(3.14×19.7)=209 r/min

按机床实际转速取n=180r/min

则实际切削速度v=πd n/1000=3.14×19.7×180/1000=11.13 m/min

粗铰φ19.9mm的孔

参考文献[1]表2.4-58，粗铰孔的进给量取f=1.6 mm/r

参考文献[1]表2.4-60，取粗铰孔的切削速度v=0.15mm/s=9m/min

由此算出转速n=1000v/πd=1000×9/(3.14×19.9)=144 r/min

按机床实际转速取n=125r/min

则实际切削速度v=πd n/1000=3.14×19.9×125/1000=7.81 m/min

粗铰φ19.9mm的孔

参考文献[1]表2.4-58，粗铰孔的进给量取f=1 mm/r

参考文献[1]表2.4-60，取粗铰孔的切削速度v=2mm/s=18m/min

由此算出转速n=1000v/πd=1000×18/(3.14×20)=287 r/min

按机床实际转速取n=250r/min

则实际切削速度v=πd n/1000=3.14×20×250/1000=15.7 m/s

3.4.2工序40粗镗φ42H7,φ35H7的孔和工序70精镗φ42H7,φ35H7的孔

查文献[1]表2.4-183得粗镗的直径为φ40.5mm，φ34mm，余量为2

故两孔的精镗余量为，Z精=（42-40.5）/2=0.75 mm Z精=（35-34）/2=0.5

mm

粗镗及精镗工序的余量和工序尺寸及公差列于下表：

孔的位置，中心孔的位置精度均由机床、夹具、划线来保证。

粗镗φ42H7,φ35H7的孔

粗镗φ42孔时因余量为3.75 mm，故ap=3.75 mm。

查文献[1]表2.4-180，取v=0.6 m/s=36m/min，取进给量为f=0.8 mm/r

所以n=1000v/πd=1000×36/(3.14×40.5)=283 r/min。

粗镗φ35孔时因余量为2 mm，故ap=2 mm。

查文献[1]表2.4-180，取v=0.6 m/s=36m/min，取进给量为f=1 mm/r

所以n=1000v/πd=1000×36/(3.14×34)=337 r/min。

查文献[1]表2.4-21得：

Fz=9.81×60^n Fz×C Fz×ap^x Fz ×f^y Fz×v^ y Fz×k Fz(N)

Pm=Fz×v/1000 (KW)

取C Fz=92，x Fz=1，y Fz=0.75, n Fz=0, k Fz=1

则Fz=9.81×60^0×92×3.75^1×0.8^0.75×0.6^0×1=2862.9 N

Pm=2862.9×0.6/1000=1.72 KW

Fz=9.81×60^0×92×2^1×1^0.75×0.6^0×1=1805 N

Pm=1805×0.6/1000=1.08 KW

取机床效率为0.85，则2.2×0.85=1.87KW 故机床效率足够。

3.4.3 工序50粗铣35+0.34/0的槽至宽为32和工序80精铣宽35+0.34/0的槽

参考文献[1]表3.1-74，取粗铣的主轴转速为150r/min，精铣的主轴转速为300r/min 又前面已选定的铣刀直径为φ200 mm

故切削速度分别为：

v粗=πd n/1000=3.14×200×150/1000=94.2 m/min

v精=πd n/1000=3.14×200×300/1000=188.4m/min 参考文献[1]表2.4-76，取粗铣的每齿进给量为f=0.06mm/z，取精铣的每转进给量为f=0.3mm/r.粗铣走刀一次，ap=32mm.精铣走刀一次，ap=3mm 参考文献[1]表 2.4-85,取粗铣槽切削速度为v=1.58m/s,=94.8 m/min.Pm=6.1KW

又由文献[1]表 3.1-73得机床功率为7.5kw，若取效率为0.85 则

7.5×0.85=6.375KW>6.1KW.故机床效率足够。

第四章夹具设计

这次设计的夹具为第30道工序钻扩铰φ20H7的孔和钻φ35H7的孔至φ30该夹具适用于摇臂钻床Z3063×20（I）（参考文献（1）表 3.1-30）和第50道工序铣35+0.34/0的槽,该夹具适用于铣床X52K（参考文献（1）表4.3-50）

4.1 第30道工序钻扩铰φ20H7的孔和钻φ35H7的孔至φ30的夹

具设计

4.1.1确定设计方案

这道工序所加工的孔在R 面D面上，按照基准重合原则并考虑到目前R面经过加工后，为避免重复使用粗基准，所以以R面定位，又因为φ42H7的孔为后加工的孔，所以φ30应从N面上钻孔，又为避免更换夹具，2-φ20H7的孔在N面上钻，又为避免钻头引偏，φ20H7的孔在D面上钻，这就要求钻孔时N面必须朝上，D面朝外。这给装夹工具带来了一定的困难。

工件以底面R面在两块支承板上定位，消除三个自由度，以R45mm圆弧面在V形块上定位，消除二个自由度，又以R40mm弧面在上下活动V形块上定位，从而实现六点定位。

工件在支承板及V形块上定位后，先用两块移动压板将工件轻轻压住，再拧螺母，由钩头螺栓使上下活动V形块互相移近，直至将工件R40mm圆弧面抱住，然后将活动支板上推至图示位置，利用滚花螺钉使工件在V形块上可靠地定位，最后再使移动压板及上下活动V形块将工件完全夹紧。在工件R40mm圆弧面被夹

紧的同时，钩头螺栓的钩头沿下活动V形块的斜面上升，迫使活动V形块下部的弹性涨套涨开，锁紧于导套中。

本夹具结构紧凑，合理；利用上下活动V形块对工件进行定位并浮动辅助夹紧，设计构思较好，对一些异形件的加工颇有启发作用。

4.1.2 计算夹紧力并确定螺杆的直径

参考文献（3）表1-2-11，因为夹具的夹紧力与切削方向相反，实际所需要夹紧力F夹与切削力F之间的关系F夹=KF

式中K为安全系数，参考文献（6），当夹紧力与切削力方向相反时，取K=3 当前面的计算可知F夹=KF=3×12566.6=37699.8N

由于采用移动压板，故 F0=F夹/3=37699.8/3=12566.6N

参考文献（3）表1-24，从强度，刚度上考虑度及整体结构考虑，这里选用M16的螺栓。

4.1.3定位精度的分析

φ30，φ20的孔是在一次装夹下完成的，它们之间的精度由钻模保证。φ30，φ20的孔偏32度角的距离为46.37+0.25/+0.17mm

夹具钻模上的钻套孔相距尺寸公差，参考文献[3]表1.10-1，取工件公差的1/4，即夹具尺寸公差为+0.625mm/+0.425mm。故两钻套偏32度角，相距为46.37+0.625/+0.425mm即水平相距为39.46+0.015/-0.05mm,垂直相距为24.66+0.01/-0.01mm

参考文献[3]表1.10-6，取：

衬套与夹具体模板的配合为H7/r6;

钻套，扩孔套和铰套与衬套的配合为H7/g6;

钻，扩孔时的刀具与导套内孔的配合为F8/h6;

铰孔时取刀具与导套内孔的配合为H7/h6;

此外，夹具上还应标注下列技术要求：

钻套孔中心轴线与支承板平面的垂直度为φ30:0.02;

钻φ20的钻套孔中心轴线与支承板平面和夹具的侧平面的平行度为φ

0.02mm

夹具定位孔与卧轴转台定位销配合为φ30H7/g6mm

4.2 第50道工序铣35+0.34/0的槽夹具设计

4.2.1 确定设计方案

工件用φ35H7的内壁作为定位基准，用台阶销来限制工件的五个自由度。并通过拧紧螺母使移动压块等速移动，实现定心夹紧，在用一长

销来限制最后一个自由度。本夹具定位合理，夹紧可靠，结构完整，操

作方便，适用于成批生产。

4.2.2定位精度的分析

本夹具设置了直角对刀块，借助平塞尺进行对刀，控制三面刃铣刀的中心位置和铣削深度。

参考文献[3]表1.10-6，取：

φ35的孔与台阶销的配合为H7/h6;

φ20的孔和防转销的配合为H7/h6;

这次毕业设计是对我在大学四年中所学知识的重要总结，它将我所学的科学理论知识与社会实践相结合，是我们大学生从学校步入社会的主要载体之一。也正因为如此，我们应该认真的面对，做到一丝不苟。

在这两个月里，通过老师的细心指导，在同学的积极帮助和我的不懈努力下，我完成了这个重要的毕业设计。

在这次设计中我遇到不少难以解决的问题，比如：夹具的设计问题、CAD 的绘图问题以及说明书的编写问题。通过对这些问题的认识，我知道自己的一些薄弱环节；也通过解决这些问题，我更进一步的对所学专业知识的巩固加深。所谓“温故而知新”，在这些知识的基础上还明白了许多课本所未涉及的知识，令人振奋！

这次设计使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并能结合生产实习中学到的实践经验知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（输出轴）的工艺规程的能力和学到了夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，培养了我的熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力，进一步培养了我的识图、制图、图表和编写技术文件等基本技能，为未来从事的工作打下良好的基础。

弹指一挥间，大学生活瞬间即逝。在最后阶段，通过老师的认真指导和我的不懈努力我终于完成了毕业设计。在这次毕业设计中，我将在课堂上所学到的相关的科学知识都运用到设计里面，又一次的巩固了所学内容，甚感欣慰。在完成这一设计的过程中，我遇到了许多困难。面对它们，我并没有心灰意冷，而是查资料、寻找别人的帮助。在老师的指导和同学的帮助下，我一个个的解决了它们，获得了最后胜利！在这里，对帮助我完成这次毕业设计的指导老师和同学表示真诚的谢意。在此特别感谢马贵飞老师：这两个月来他们不断的引导我、教导我，让我在这次毕业设计中学到了很多知识！对于我不懂的问题，只要我提出他们就毫不吝啬的、不厌其烦地帮我解决，马贵飞老师这两个月来付出了辛勤汗水，换来了我在这次设计中所学到知识！我会谨记两位老师的教诲，为社会贡献一份自己的力量。总之，没有你们的帮助，我很难完成这次设计，再一次表示我对你们最真诚的谢意。

参考文献

[1]《机械加工工艺手册》李洪主编北京出版社

[2]《机械制造技术》黄鹤汀吴善元主编机械工业出版社

[3]《机床夹具设计》林文焕陈本通主编国防工业出版社

[4]《机床夹具设计图册》孙已德主编机械工业出版社

[5]《机械制造工艺学课程设计指导书及习题》张龙勋主编机械工业出版社