机械制造及其自动化专业毕业设计

2010届毕业设计说明书

题目：支架的机械加工工艺规程编制和专用夹具设计

学院：机电工程学院

专业：机械制造及其自动化

姓名：

班级：机制***班

学号：****

指导老师：********

设计地点：武汉职业技术学院

起止日期：2009年12月至2010年4月

序言

随着机械制造业的不断发展，社会对生产率的要求也越来越高，因此，大批量生产成为时代的需求，而组合机床就可以满足这一需求，我们有必要来研究他。另外，支架是主要起支撑作用的构架，承受较大的力，也有定位作用，使零件之间保持正确的位置。因此支架加工质量直接影响零件加工的精度性能，我们有必要对其进行研究。

机械制造毕业设计涉及的内容比较多，它是基础课、技术基础课以及专业课的综合，是学完机械制造技术基础（含机床夹具设计）和全部专业课，并进行了实训的基础上进行的，是我们对所有课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们三年大学生活中占有重要的地位。

本次毕业设计使我们能综合运用机械制造的基本理论，并结合生产实践中学到的技能知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件（支架）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。

目录

一、对零件进行工艺分析并画零件图

1.1支架的作用及结构特点 (4)

1.2支架的工艺分析 (4)

1.3支架的零件图 (5)

二、选择毛坯的制造方法并绘制毛坯简图

2.1 选择毛坯的制造方式 (5)

2.2 确定毛坯的形状、大小 (6)

三、制订零件的机械加工工艺路线

3.1 确定零件各孔、平面加工方案 (7)

3.2 定位基准的选择 (9)

3.3 制订工艺路线 (9)

3.4 选择各工序机床及工、夹具，刀具，加工余量及工序间尺寸

与公差的确定 (10)

3.5 切削用量和时间定额的确定 (11)

3.6 机械加工工艺过程卡和工序卡 (13)

四、机床夹具设计计算和结构设计

4.1确定夹具设计方案，绘制结构原理示意图 (15)

4.2工件在夹具中加工的精度分析 (18)

4.3计算夹紧力 (20)

4.4画夹具装配图和零件图 (21)

五、参考文献及毕业设计总结 (21)

一、对零件进行工艺分析并画零件图

1.1 支架的作用及结构特点

支架是起支撑作用的构架，承受较大的力，也具有定位作用，使零件之间保持正确的位置。

在支架高20mm 处两个R12mm 宽12mm 的凸出部位之间相隔2mm ，其中一个上有螺纹孔，另一个上有通孔，则此处构造比较复杂，且在支架高36mm 处有2mm 宽的一个缺口，这两部分刚度比较低。中间有Ф30mm 的孔，属于套类结构，伸出部分为一平台，上有螺纹盲孔，在端部有倾斜60°的凸出部分，起定位作用，此处应力教集中，强度要好。在平台下面有增强其硬度的肋板。两个R12mm 凸出，2mm 宽36mm 高处缺口及R10mm 凸出部分为复杂结构，其加工存在一定的难度，要求较高，防止其损坏，需要对其进行必要的热处理。

1.2 零件的工艺分析

主要加工表面Ф30mm 中心孔及两端倒角，上、下端面，M6↓12螺纹盲孔，右端部倾斜60°凸出部分中间孔Ф8mm ，左端两个凸出部分外侧面及其中间M10螺纹孔和Ф11孔。

(1)选用灰铸铁HT150，硬度150～200HB ，负荷低，磨损无关重要，变形很小，经过正火处理。灰铸铁件的牌号和应用范围如表1-1所示。 （2）未标注圆角半径为R3mm 。

（3）加工表面不应该有毛刺、裂缝、结疤、夹渣等缺陷，并应清理清洁。 （4）所有加工表面应光洁，不可有裂缝、压痕、毛刺、气孔、凹痕以及非金属夹杂物。

（5）上下表面应与中心孔轴线保持一定的垂直度0.06mm 和平面度0.05mm ，中心孔内表面表面粗糙度Ra ≤1.6μm ，左端两个凸出部分外表面Ra ≤6.3μm ，

右端部倾斜60°凸出部分中间孔内表面Ra ≤1.6μm ，为较高精度，且Φ8015

.00 。

（6）在加工之前进行人工时效热处理，对毛坯预备性热处理，为降低零件硬度，在精加工阶段的磨削加工前进行淬火处理，淬火后工件硬度提高且易变形。

1.3 支架的零件图，见图纸所示。

二、选择毛坯的制造方式并绘制毛坯简图

2.1 选择毛坯的制造方式

该零件加工要求高，加工面数量多，并且种类繁多，有车、磨端面，钻孔、扩孔、攻螺纹、车倒角、钻斜孔等，位置、形状、尺寸精度都各有要求。支架材料为灰铸铁HT150，硬度为150～200HB，承受中等载荷的零件，摩擦面间的压力≤490KPa,用于一般机械制造，薄壁（重量不大）零件，工作压力不大的管子配件以及壁厚≤30mm的耐磨轴套等和圆周速度为6～12m/s的带轮以及其他符合表1-1中条件的零件。

毛坯种类的确定是与零件的结构形状、尺寸大小、材料的力学性能和零件的生产类型直接相关的，另外还和毛坯的具体生产条件相关。铸件：包括铸钢、铸铁、有色金属及合金的铸件等。铸件毛坯的形状可以相当复杂，尺寸可以相当大，且吸振性能好，但铸件的力学性能差。

生产纲领为大批量生产，采用精度和生产率高的毛坯制造方法，如金属型铸造，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，因此可以减少切削加工用量，从而提高材料的利用率，降低了机械加工成本。金属型铸造就是将熔融的金属浇注到金属模具中，依靠金属自重充满金属模具型腔而获得的铸件，这种铸件比砂型铸造铸件精度高，表面质量和力学性能好，生产效率也高，但需要专用的金属型腔模，适用于大批量生产中的尺寸不大的有色金属铸件，综合上述生产此支架零件选择金属型铸造铸件的方式。

2.2 确定毛坯的形状、大小

（1）毛坯的特点，如表2-1所示：

（5）机械加工余量，工序尺寸确定

由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有误差，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和最小加工余量之分。铸件的机械加工余量见毛坯的制造表2-3所示，尺寸公差等级为12，加工余量等级MA为G，则可选取毛坯的加工余量有4.5mm和3.0mm两种数值，及其他分析，确定毛坯的基本尺寸，画出毛坯简图，如图2-5所示：

图2-5

三、制订零件的机械加工工艺路线

由于零件是大批量生产，它的主要工艺特征是广泛采用专用机床、专用夹具及专用刀具、量具，机床按工艺路线排列组织流水生产。为减轻工人的劳动强度，留有进一步提高生产率的可能，该支架在工艺设计上采用了组合机床的流水线加工方式。

3.1 确定零件各孔、平面的加工方式 （1）孔的加工方式，如表3-1所示：

由表3-1可以确定支架零件各孔的加工方案如下：

A 、加工孔Φ30032

.00+，要求内表面粗糙度Ra ≤6.3μm ，则选择钻-扩-粗铰-

精铰的加工方式；

B 、加工Φ11，要求内表面Ra ≤6.3μm ，选择钻-铰的加工方式；

C 、加工Φ8015

.00+，要求内表面Ra ≤1.6μm ，选择钻-粗铰-精铰的加工方式。

（2）平面的加工方式，如表3-2所示：

由表3-2可以确定支架零件各面的加工方案如下：

分析零件的各部分技术要求，四处平面加工，精度要求都在表面粗糙度Ra ≤6.3～1.6μm 之间，结合零件形状尺寸，选择粗铣-精铣的加工方式。

（3）机械加工的安排原则

1. 对于形状复杂、尺寸较大的毛坯，或尺寸偏差较大的毛坯，应首先安 排划线工序，为精基准加工提供找正基准；

2. 按“先基面后其他”的顺序，首先加工精基准面；

3. 在重要表面加工前应对精基准进行修正；

4. 按“先主后次、先粗后精”的顺序，对精度要求较高的各主要表面进行 精加工、半精加工和精加工；

5. 对于主要表面有位置精度要求的次要表面，应安排在主要表面加工之后 加工；

6. 一般情况，主要表面的精加工和光整加工应放在最后阶段进行，对于 易出现废品的工序，精加工和光整加工可适当提前。

3.2 定位基准的选择

工件在机床上用夹具进行夹紧加工时，用来决定工件相对于刀具的位置的工件上的这些表面称为定位基准，定位基准分为粗基准和精基准。 1、粗基准的选择

粗基准的选择要重点考虑如何保证各个加工表面都能分配到合理的加工余量，保证加工面与非加工面的位置、尺寸精度，还同时要为后续工序提供可靠的精基准。

按照有关粗基准的选取原则（即当零件有非加工表面时，应以这些非加工表面作粗基准；若零件有若干个非加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准）：①加工D 面时，选取Φ60外表面外圆为粗基准，利用V 型块和一紧固螺钉以Φ60外圆定位夹紧，以限制四个自由度，再以C 面为次要粗基准，限制一个自由度，共限制五个自由度，可以满足加工要求；②加

工M10和Φ11以R12非加工表面外圆为粗基准；③加工Φ8015

.00 以R10非加工表

面外圆为粗基准。

2、精基准的选择 选择精基准时，重点考虑的是减少工件的定位误差，保证零件的加工精度和加工表面之间的位置精度，同时也要考虑零件的装夹方便、可靠、准确。结合零件形状尺寸大小、装夹定位，取D 面为精基准，较好定位，且定位基准与设计基准重合。

3.3 制订工艺路线

拟定工艺路线的出发点是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到保证。工艺路线的拟定一般需要做两个方面的工作：一是根据生产纲领确定加工工序和工艺内容，依据工序的集中和分散程度来划分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准。在生产纲领已确定为批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床，组合机床和专用夹具，并尽量采用工序集中的原则，通过减少工件安装的数量来提高生产率。除此之外，还应尽量考虑经济精度以便使生产成本尽量下降。

根据以上原则及前文分析，拟定如下工艺路线： 工序1 铸坯（铸造）

工序2 热处理（人工时效，降低硬度） 工序3 以所选基准，划C 、D 、E 面加工线 工序4 粗铣-精铣D 面 工序5 粗铣-精铣C 、E 面 工序6 钻M6↓12螺纹底孔 工序7 攻螺纹M6↓12

工序8 粗铣-精铣F 面 工序9 钻M10螺纹底孔 工序10 攻螺纹M10 工序11 粗铣-精铣G 面 工序12 钻-铰Ф11

工序13 钻-扩-粗铰-精铰Φ30032

.00+ 工序14 倒角Φ30032.00+孔，C 端面处 工序15 倒角Φ30032.00+孔，D 端面处 工序16 钻-粗铰-精铰Φ8015.00+

工序17 热处理淬火，提高硬度，150～200HB 工序18 去毛刺 工序19 终检 工序20 入库

分析：为了提高效率，尽量减少零件的装夹定位，如同一平面上孔加工在一次装夹就完成加工要求，使工序集中，节约时间，提高了生产率，按机械加工安排原则，合理的拟定工艺路线。

3.4 选择各工序机床及工、夹具，刀具，加工余量及工序间尺寸与公差的确定

（1）工序3，工件固定在平台上，用划线尺划线找正；

（2）工序4，选择X6130A 万能升降台铣床，专用夹具，采用高速钢镶齿三面刃铣刀Ф225mm ，量具卡板。D 面有3mm 加工余量，粗铣2mm 留1mm 余量，精铣，保证平面度0.05mm ；

（3）工序5，选择X6130A 万能升降台铣床，专用夹具，采用高速钢镶齿三面刃铣刀Ф225mm ，量具卡板。C 、E 面有4.5mm 加工余量，粗铣3.5mm 留1mm 余量，精铣，相对A 基准，保证其垂直度度0.06mm ；

（4）工序6，选择X6130A 万能升降台铣床，专用夹具。

①Ф5麻花钻，螺旋角β=28°，顶角2K γ=118°，后角α。=16°，横刃斜角ψ=40～60°，钻孔深度12mm Ф5盲孔，M10螺纹底孔，量具卡尺；

②攻螺纹，丝锥M6×1，螺纹量规，攻螺纹机S4012A ；

（5）工序8，选择X6130A 万能升降台铣床，专用夹具，采用高速钢镶齿三面刃铣刀Ф225mm ，量具卡板。F 面有3mm 加工余量，粗铣2mm 留1mm 余量，精铣，相对于B 面，保证平行度0.06mm ；

（6）①工序9，选择X6130A 万能升降台铣床，专用夹具，Ф9扩孔钻（直柄扩孔钻），扩钻通孔Ф9，M10螺纹底孔，量具卡尺；

②攻螺纹，丝锥M10×1，螺纹量规，攻螺纹机S4012A ；

（7）工序11，选择X6130A 万能升降台铣床，专用夹具，采用高速钢镶齿三面刃铣刀Ф225mm ，量具卡板。G 面有3mm 加工余量，粗铣2mm 留1mm 余量，精铣，相对于B 面，保证平行度0.06mm ； （8）①工序12，选择X6130A 万能升降台铣床，专用夹具，Ф10.8扩孔钻（直柄扩孔钻），量具卡尺，加工此孔有4mm （双边）余量，留0.2mm 精加工；

②铰刀Ф11H8，铰孔，直柄机用铰刀； （9）①工序13，选择X6130A 万能升降台铣床，专用夹具，Ф29.8扩孔钻（直柄扩孔钻），量具卡尺，加工此孔有10mm （双边）余量，留0.2mm 精加工；

②粗铰到Ф29.93，直柄机用铰刀； ③精铰到Ф30H7，直柄机用铰刀；

（10）工序14、15，倒角Φ30032

.00+孔两端面内孔，选用卧式车床C620-1，专

用夹具；

（11）工序16，选择X6130A 万能升降台铣床，专用夹具，量具卡尺 ①Ф7.8标准麻花钻，钻孔，留0.2mm 余量；

②粗铰到Ф7.96mm ，留0.04mm 余量，直柄机用铰刀； ③精铰到Ф8H7，直柄机用铰刀；

3.5 切削用量和时间定额的确定

（1）工序4，粗铣-精铣D 面，保证总高，f z =0.08mm/齿（参考《切削手册》），切削速度：参考有关手册，确定V =0.45m/s 。即27m/min ，采用高速钢镶齿三

面刃铣刀，d w =225mm ，齿数z=20，则n s =

dw v 1000π=225

27

1000??π=38r/min,现采用X6130万能升降台铣床，根据机床使用说明书，取n w =37.5r/min,故实际切削速度为： V =πd w n w /1000=π×225×37.5/1000=26.5m/min 当n w =37.5r/min 时，工作台的每分钟进给量f m 应为：

F m =f z zn w =0.08×20×37.5=60mm/min

查机床说明书，刚好有f m =60mm/min,故直接选用该值，切削加工时，由于是粗

铣-精铣，利用作图法，可得出行程刀刃口宽20mm ，L=2×20

60

×60mm=360mm ，则

机动加工时间为：T m =L/f m =360/60min=6min

(2)工序5，粗铣-精铣C 、E 面，切削用量同上，铣刀行程L=360mm ﹢16×2mm=392mm ，则机动加工时间为T m = L/f m =392/60min=6.53min

（3）工序6，钻M6↓12螺纹底孔，即钻Ф5盲孔，确定进给量f ：根据《切削手册》，当材料δb ＜800MPa ，d 。=Ф5mm 时，f =0.2～0.6mm/r ，由于本零件在加工Ф5孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则

f =（0.2～0.6）×0.75=0.15～0.45mm/r

根据X6130机床说明书，取f=0.1mm/r,切削速度，根据《切削手册》，查得切削

速度V=18m/min ，所以

N s = 1000V/πd w =1000×18/3.14×5=1145r/min 根据机床说明书，取n w =195r/min,故实际切削速度为

V =πd w n w /1000 =π×5×195/1000=3.06m/min 切削工时，L=12，则T m = L/n w f =12/195×0.1=0.62min

(4)工序7，攻螺纹M6↓12，V = 0.1m/s = 6m/min,即n s =238r/min,按机床选取n w =195r/min ，则V=4.9m/min,机动工时：L=12mm ，则

T m = 2L/n w f =12×2/195×1=0.13min

(5)工序8，粗铣-精铣F 面，切削用量同工序4，L=40×2=80mm,则机动工时为T m =L/f m =80/60min=1.33min

(6)工序9，钻M10螺纹底孔，即扩孔钻Ф9的钻头对Ф8的孔进行扩孔，根据有关手册的规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取

f=(1.2～1.8)f 钻 =(1.2～1.8) ×0.65×0.75=0.585～0.87mm/r 根据机床说明书，选取f=0.57mm/r,则

V=（1/2～1/3）V 钻 =（1/2～1/3）×12=6～4m/min

则主轴转速为n=51.6～34r/min,并按机床说明书取n w =68r/min,实际切削速度为：V=πd w n w /1000=π×37×68/1000=7.9m/min

切削工时，L=12mm,T m = L/n w f=12/68×0.57=0.31min

(7)工序10，攻螺纹M10，切削用量同工序7，L=12mm ，则机动工时为： T m = L/f m =12/60=0.2min

(8)工序11，粗铣-精铣G 面，切削用量同工序8，机动工时为：T m =1.33min （9）工序12，钻-铰Ф11孔

①用Ф10.8钻头对Ф8孔进行扩钻，同工序9，切削工时：T m =0.31min ②Ф11H8铰刀铰孔，参考有关资料，取铰刀的切削速度V c =0.3m/s=18m/min,由此计算出转速为：

n=1000V/πd=1000*18/π*11=573.25r/min 按机床实际转速取n=500r/min,则实际切削速度

V c =πdn/1000=π*11*500/1000=15.7m/min=0.26m/s 切削工时：L=12mm ，T m =L/nV c =12/500*0.26=0.09min

(10)工序13，加工Φ30032

.00+孔

①用Ф29.8钻头对Ф25孔进行扩钻，同工序9，切削工时：L=71，则切削工时：T m =L/n w f=71/68×0.57=1.83min

②粗铰-精铰Φ30孔，参考有关资料，取铰刀的切削速度V c =0.3m/s=18m/min,由此计算出转速为：

n=1000V/πd=1000*18/π*30=191.08r/min 按机床实际转速取n=200r/min,则实际切削速度

V c =πdn/1000=π*30*200/1000=18.84m/min=0.314m/s 切削工时：L=70mm ，T m =2L/nVc=2*70/200*0.314=2.23min

（11）工序14，Φ30032

.00+内孔倒角C1（C 端面处），选卧式车床C620-1，

据手册及机床取f 1 =0.08mm/r,当采用高速钢车刀时，根据一般资料，确定切削速度V=16m/min,则

n s =1000V/πd=1000*16/π*30=159.1r/min 按机床说明书取n w =120r/min,则此时切削速度为：

V =πdn w /1000=11.3m/min

切削工时：L=2mm ，则T m = L/n w f =2/120*0.08=0.21min

（12）工序15，Φ30032

.00+内孔倒角C1（D 端面处），同工序14，切削工时：

T m =0.21min

（13）工序16，钻-粗铰-精铰Φ8015

.00+

①Φ7.8标准麻花钻钻孔，同工序6，切削工时：L=10mm ， T m = L/n w f=10/195*0.1=0.51min

②粗铰-精铰Φ8，参考有关资料，取铰刀的切削速度V c =0.3m/s=18m/min,由此计算出转速为：

n=1000V/πd=1000*18/π*8=716.56r/min 按机床实际转速取n=700r/min,则实际切削速度

V c =πdn/1000=π*8*700/1000=17.58m/min=0.29m/s 切削工时：L=10mm ，T m =2L/nVc =2*10/700*0.29=0.1min

3.6 机械加工工艺过程卡和工序卡

表3-4 支架机械加工工艺主要工序卡

表3-3 支架机械加工工艺过程卡

四、 机床夹具设计计算和结构设计

经过对支架零件的机械加工工艺规程分析设计，对零件有了全面的认知，选

择工序13钻-扩-粗铰-精铰Φ30032

.00+分析，并结合此工序，设计一套专用夹具。

4.1 确定夹具设计方案，绘制结构原理示意图

（1）定位方案

加工Φ30032

.00+孔，内孔表面粗糙度Ra ≤1.6μm ，以底面D 面为精基准，限

制三个自由度，以Φ11孔轴线为定位基准，限制三个自由度，则对Z 轴旋转自由度形成过定位，增大误差，必须消除过定位。此种情形可选择削边销（棱形销）即可消除过定位，再由夹紧装置即可限制一个自由度，从而工件处于完全定位状态，进行加工。

削边销尺寸标准如图4-1和表4-2所示：

图4-1

表4-2 削边销尺寸

(2)导向方案

为了能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具都应设置引导刀具的元件—钻套，钻套一般安装在钻模板上，钻模板与夹具体连接，钻套与工件之间留有排屑空间，因工件批量大且经钻-粗铰-精铰孔工序，加工精度高，所以此处选用固定式钻模，钻套选用快换钻套，如图4-3所示：

图4-3 快换钻套

（3）夹紧方案

由于零件加工工序较简单，定位较容易，工件批量大，选取简单的手动夹紧装置，螺旋夹紧机构，用于夹紧零件的螺钉选有带手柄的螺冒，便于操作，使工件装卸迅速，方便。由于螺钉与工件Φ60外圆接触并施加夹紧力，此处选用圆周线接触。夹紧装置见总装配图所示。

（4）夹具体的设计

结合零件的结构、加工要求及以上分析，初步设计夹具体的结构。

a、采用铸造夹具体的钢套钻孔钻模、定位心轴及钻模板均按装在夹具体上，夹具体底面为安装基准面，此方案结构紧凑，安装稳定，刚性好，成本低，结构简单，较合理。

b、采用型材夹具体的钻模，夹具体由左侧板、定位心轴、钻模板安装在底座上，夹具体底面为安装基准面，此方案的夹具体为框架式结构，结构复杂、质量较轻、钻模刚性好，固定钻模板螺钉受力比较大，易变形，但是由于零件为大批量生产，尽量减少生产成本，此方案不可取。

综合上述，确定采用a方案。

①夹紧装置是紧固螺钉与V型块组成，其V型块与夹具体连接为一体，V型块及尺寸见图4-4和表4-5所示：

图4-4

②夹具体的设计结构及各部分尺寸见夹具体图纸所示：

（5）夹具总装配图上的公差、技术要求的标注

①活动配合公差选择如表4-7、表4-8所示：

②影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差（S A）

它们主要指夹具安装基面与机床相应配合表面之间的尺寸、公差。夹具体的安装基面与机床的配合，钻模的安装基面是平面，可不必标注。

③影响夹具精度的尺寸和精度

钻套与定位销之间尺寸40±0.1，V型块的宽度35.8±0.02，为影响夹具体的精度尺寸，误差在规定范围内。

④夹具总图上应标注的技术要求

夹具总图上无法用符号标注而又必须说明的问题，可作为技术要求用文字写在总图的空白处。如夹具使用时的操作顺序等。

⑤夹具总图上公差值的确定

夹具总图上标注公差值的原则是在满足工件加工要求的前提下，尽量降低夹具的制造精度。夹具总图上标注的第2～5类尺寸的尺寸公差和位置公差均直接影响工件的加工精度，取

δJ =(1/5～1/2)δk

式中：δJ —夹具总图上的尺寸公差或位置公差；

δk --与δJ 相应的工件尺寸公差或位置公差。

当工件批量大、加工精度低时，δJ 取小值，因为这样可延长夹具使用寿命，