学位论文-—ys239023拐臂加工工艺及夹具设计.doc

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1、南通纺织职业技术学院毕业设计（论文） YS239023拐臂加工工艺及夹具设计前 言本课题来自于实践，夹具在机械加工中具有重要的作用，它能保证加工精度，提高产品质量，减轻工人的劳动强度，保证安全，提高劳动生产率，能以优质、高效、低耗的工艺去完成零件的加工和产品的装配。 使用夹具的最根本目的是获得好的经济效益。所以设计夹具也和其它技术工作一样，不仅是一个技术问题，而且是个经济问题。每当设计一套夹具之前，都要进行必要的技术经济分析，使所设计的夹具获得最佳的经济效果。 对设计夹具进行经济技术分析时，应从精度设计和结构设计两方面考虑。精度设计技术分析：一般来说，夹具的精度都应比工件要求的精度高，才能加工

2、出合格的工件。但是盲目的提高夹具精度会造成人力的浪费，所以夹具精度的设计准则是：应使夹具的设计精度与工件的加工精度要求相适应，不可盲目地提高夹具的精度要求。通过这次毕业设计与学习，使我对制造加工过程有一个总体的、全面的了解与把握，了解当今先进制造技术和先进制造模式的发展概况，初步具备对制造系统、制造模式选择决策的能力。能掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床、刀具、编程及加工参数，具备制订工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识，初步具备分析解决现场工艺问题的能力。由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。目 录前 言1目

3、 录2摘 要3第1章 零件结构工艺性分析41.1 零件的作用41.2 零件的结构特点分析41.3 零件的主要加工要求51.4 零件的主要技术要求6第2章 工艺规程设计72.1 零件材料与毛坯的选择，制造形式的确定72.2 制定工艺路线82.2.1 确定各表面的加工方案82.2.2 定位基准的选择82.2.3 拟定工艺路线102.3机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定11第3章 专用夹具设计183.1 设计主旨183.2 夹具设计193.2.1 定位方案及定位元件的选择193.2.2 夹紧方案及夹紧元件设计193.2.3 切削力及夹紧力的计算193.2.4 定位误差分析203.2.5 夹具装配图

4、21第4章 毕业设计心得体会22致谢23参考文献24摘 要本文在查阅相关的资料和参考文献的基础上，首先对拐臂零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，明确加工内容和要求，确定加工方案，选择适合的数控机床、刀具和切削参数，设计适合拐臂加工工序的专用夹具。最终根据拐臂的加工工艺和工艺装备加工出符合生产要求的合格零件。通过本次毕业设计，了解和掌握了机械加工工艺及夹具设计的一般步骤和方法，了解生产过程中出现的实际问题，通过解决这些问题，提高了自己分析问题解决问题的能力。 关键词 拐臂 工艺 铣夹具 第 24 页 共 24 页南通纺织职业技术学院毕业设计（论文） YS239023拐臂加工工艺

5、及夹具设计第1章 零件结构工艺性分析 图1拐臂零件图1.1 零件的作用该零件主要结构由两个拐臂片和轴套组成，上面有两耳朵组成，主要起传递扭矩、转矩的作用。1.2 零件的结构特点分析拐臂在工作中承受转动与扭矩的作用，所以对强度要求比较高。因此，拐臂材料一般采用高强度碳钢和合金钢；该拐臂采用铸钢ZG40Cr。调质处理，硬度为220270HB。分析零件图可知，该零件除了主要工作表面外，其余表面加工精度都比较低，不需要通过高精度的机床加工，只需通过铣削，车削，钻床的粗加工就可以达到加工技术的要求。而主要加工的表面精度在现有的生产技术要求下是可以达到的，操作难度不是太大。由此可见，该零件的工艺性较好。1

6、.3 零件的主要加工要求加工表面尺寸及偏差公差/精度等级表面粗糙度拐臂叉内侧IT1212.5拐臂下端面IT103.2拐臂上根端面IT106.3拐臂圆柱长IT106.3拐臂下端面半孔IT106.3拐臂长IT106.3孔IT86.3孔IT1212.5拐臂下端长IT1212.5加工表面精度要求基准余量拐臂下端面垂直度拐臂孔轴线 1.4 零件的主要技术要求1.未住铸造圆角为R22.去除毛刺飞边3.调质220270HB4.铸件表面的粘砂，夹砂，飞边，毛刺，浇冒口和氧化皮等应清除干净5.镀锌18um,28孔允许镀后加工，并涂油保护第2章 工艺规程设计2.1 零件材料与毛坯的选择，制造形式的确定毛坯制造方法

7、的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。该零件的材料为ZG40Cr.因此选用铸造，考虑到该零件的形状复杂，各个加工部位之间的位置都要靠铸造保证，铸造要求比较高，因此选用金属模。由于零件为中批生产，从提高生产效率、保证加工精度上考虑，选用金属模铸也是正确的。确定机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯图 图2 拐臂毛坯图2.2制定工艺路线2.2.1 确定各表面的加工方案加工表面尺寸精度表面粗糙度加工方案的端面IT1212.5粗车的孔IT1212.5粗车槽IT106

8、.3粗铣半精铣孔IT86.3粗车半精车拐臂下端面IT106.3粗铣半精铣拐臂台阶IT1212.5粗车-精车IT81.6粗车铰15720钭面IT106.3粗铣-精铣拐臂上叉表面IT106.3粗铣半精铣2.2.2 定位基准的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确、合理，可以保证加工质量，使零件获得较高的尺寸和位置精度，提高生产效率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。因此基准的选择要尽可能正确、合理，这样可以保证加工质量和提高生产率。否则，就会使加工工艺过程中出现许多问题，影响加工质量，造成报

9、废，影响生产的顺利性。选择铸件基准面应符合下列原则1）铸件的基准面应选择在铸件的非加工表面上，以保证铸件的非加工表面，加工表面之间的尺寸精度。如果铸件上有多个非加工表面，应根据简化铸件的铸造工艺和保证铸件加工时定位，夹紧可靠等原则，合理的选择。2）铸件的基准面应尽可能选在铸件的外表面上。如果铸件内腔尺寸精度要求较高时，则基准面应选在由同一个型芯成形的内表面上；3）铸件的内外表面均需要加工时，基准面最好选在加工余量小、尺寸精度高的表面上。这样可避免零件由于加工余量不够、加工精度达不到要求而造成的超差报废。 2.2.2.1 粗基准的选择 粗基准的作用是保证不加工表面和加工表面的位置，并使重要表面加

10、工余量均匀。所以，拐臂零件在粗基准的选择中，一是要尽量保证起主要作用的大孔主轴的加工余量均匀; 二是要使拐臂上不加工面(主要是内腔表面)与主要孔之间的位置误差不要太大。为保证第一点应以重要大孔为粗基准，为保证第二点应以内壁为粗基准，但这样有时会使夹具结构过于复杂。实际加工中常以重要大孔为主要粗基准，同时兼顾内壁表面的位置要求，使矛盾得到统一。按照有关粗基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以不加工表面作为粗基准，要尽可能的选择大而平整的表面作为粗基准，为了保证重要加工余量均匀，应选择重要加工面为粗基准，且粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上的尺寸不能重复使用，如果工件上每个表面都要加工，

11、则选择余量最小的表面作为粗基准。该零件加工可将加工阶段划分为粗加工，半精加工和精加工。在粗加工阶段，首先将精基准准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求。选择粗基准，要注意表面是否平整，有没有飞边，毛刺或者其他缺陷。我选择的外圆面及零件图左图右叉面，加工孔和台阶面。工艺孔（提前加工出来）以及台阶面，孔及叉侧，孔及20槽四个定位基准为粗基准。2.2.2.2精基准的选择精基准加工表面左面右叉面及 外圆车平面保持尺寸，车孔，以孔及台阶面车平面取长78，扩孔，深，孔倒角。以孔及叉侧定位车叉内侧，保持64，切割槽及两斜面。以孔及20槽铣15720钭面，深100.12.2.3

12、拟定工艺路线机械加工工序的安排应遵循以下原则：（1）基准先行的原则。即先从精基准加工开始，然后再以精基准定位加工其他表面；（2）先粗后精。先粗加工，其次半精加工，最后安排精加工；（3）先面后孔。（4）先主后次。（5）就进不就远。（6）工序集中。现在生产中，拐臂更多的采用工序集中的方式进行加工，尤其是在数控机床或加工中心上，可以针对零件结构充分发挥机床优势，不但保证加工质量而且效率很高。 不论单件小批，还是大批大量都适合采用这种方式。（7）同时，还要安排必要的热处理工序。按照以上的加工原则，制定出以下拐臂加工的工艺方案工序1：铸造毛坯工序2：清理，铣除浇口,要求过渡自然工序3：热处理，T220-

13、270HB工序4：表面喷丸工序5：粗车左图左端面工序6：粗车平面长工序7：精车左图左端面，保持尺寸16工序8：精车平面长工序9：车孔27.9+0.04(工艺尺寸),扩孔37深9.5,孔倒角C1工序10：扩孔38,深2-0.2,孔倒角C1.工序11：车叉内侧41+0.5+0.1保持64工序12：线切割18+02+0.1槽及两斜面工序13：以27.9+0.04孔及20槽定位，铣15720钭面，深100.1。工序14：铣两处越程槽81.5及2C0.5.锐角倒钝工序15：表面镀锌18um。工序16：铰孔28+0.021工序17：锐边倒角，去毛刺。工序18：终检2.3机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定

14、工序五：粗车的端面（1）确定最大大加工余量：Z=0.1mm，可一次切除，选择CA6140车床，刀具选择YG15车刀，刀杆规格1625mm，= ，= ，=，=0.5 mm。（2）确定进给量：根据27-2，根据CA6140机床的进给量，选用1） 切削速度：查27-23，2） 确定主轴转速：，根据CA6140取机床转速710r/min3） 确定切削速度： （3）工时的计算 根据表5-1（车削加工计算）选择圆环的端面车削，查得相关数据如下:切刀的切入长度见表5-3切刀的超出长度见表5-3附加长度见表5-6进给次数圆环的大径圆环的小径 工序六：粗车平面长78（1）确定最大大加工余量：Z=0.1mm，可一

15、次切除，选择CA6140车床，刀具选择YG15车刀，刀杆规格1625mm，= ，= ，=，=0.5 mm。（2）确定进给量：根据27-2，根据CA6140机床的进给量，选用1） 切削速度：查27-23，2） 确定主轴转速：，根据CA6140取机床转速710r/min确定切削速度：根据表5-1（车削加工计算）选择圆环的端面车削，查得相关数据如下:切刀的切入长度见表5-3切刀的超出长度见表5-3附加长度见表5-6进给次数圆环的大径圆环的小径 工序九：扩孔37深9.5(1)选用37m标准锥柄扩孔钻1) 确定最大大加工余量：Z=9.1mm，可一次切除2) 确定进给量:：根据28-10，f=0.18-0

16、.22mm/r,查Z525钻床说明书 ，选用f= 0.22mm/r3) 切削速度：查28-15，4) 确定主轴转速：，根据Z525取机床转速960r/min5) 确定切削速度： 6) 工时的计算r/min(1)选用27.9mm标准高速钢麻花钻1) 确定最大大加工余量：Z=10.5mm，可一次切除确定进给量:：根据28-10，f=0.25-0.31mm/r,查Z525钻床说明书 ，选用f= 0.28mm/r2) 切削速度：查28-15，3) 确定主轴转速：，根据Z525取机床转速545r/min4) 确定切削速度： 5) 工时的计算r/min工序十三:以27.9+0.04孔及20槽定位，铣157

17、20钭面，深100.1。1.铣刀直径 根据表2.1-32及硬质合金端铣刀YT15标准GB/T 5342-1985,选择铣刀直径，齿数。2.铣削用量1）背吃刀量：由于加工余量为，故可以一次走刀内完成，取。2）确定每齿进给量：根据表2.1-73，得每齿进给量，取。3）确定铣削速度及铣削功率。根据表2.1-75、表2.1-76，铣刀后刀面最大磨损限度为，刀具寿命。根据给定条件，查表2.1-90，得确定主轴转速：，根据X51取机床转速，确定切削速度：确定每分钟进给量： , 根据X51,取工时的计算根据表5-15加工长度切刀的切入长度见表5-3切刀的超出长度见表5-3进给次数工序十四:铣两处越程槽81.

18、5及2C0.5.锐角倒钝1.铣刀直径 根据表2.1-32及硬质合金端铣刀YT15标准GB/T 5342-1985,选择铣刀直径，齿数。2.铣削用量1）背吃刀量：由于加工余量为，故可以一次走刀内完成，取。2）确定每齿进给量：根据表2.1-73，得每齿进给量，取。3）确定铣削速度及铣削功率。根据表2.1-75、表2.1-76，铣刀后刀面最大磨损限度为，刀具寿命。根据给定条件，查表2.1-90，得确定主轴转速：，根据X51取机床转速，确定切削速度：确定每分钟进给量： , 根据X51,取工时的计算根据表5-15加工长度切刀的切入长度见表5-3切刀的超出长度见表5-3进给次数工序十六:铰孔28+0.02

19、1铰：1)确定最大大加工余量：Z=0.021mm，可一次切除，选择Z525钻床，刀具选择28mm锥柄机用铰刀； 2)确定进给量：根据表28-35，f=0.2-0.5mm/r,根据Z525机床参数：取f=0.22mm/r，v=6m/min, 3)确定主轴转速：，根据Z525机床参数：n=545r/min, 实际切削速度： 工时的计算r/min第3章 专用夹具设计机械制造业中广泛采用的能迅速把工件固定在准确位置上或同时能够确定加工工具位置的一种辅助装置，这种装备统称为夹具。在金属切削机床上采用的夹具统称为机床夹具。夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、工人劳动强度、生产率和成本

20、。一、夹具在现代机械加工中应用得相当广泛，它能够起到下列作用：（1） 保证稳定可靠地达到各项加工精度要求（2） 缩短加工工时，提高劳动生产率（3） 降低生产成本（4） 减轻工人劳动强度（5） 可由较低技术等级的工人进行操作（6） 能够扩大机床工艺范围二、 机床夹具作用实现必须满足三个条件： (1)夹具在机床上的准确装夹； (2)工件在夹具中占有正确的加工位置； (3)刀具相对于工件有准确的位置。为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。在本次的毕业设计中，根据所给的拐臂的零件图、技术要求和加工批量及设备，通过查阅有关书籍，了解和掌握的机械工艺及夹具设计的一般步骤和方

21、法，并运用这些方法和步骤进行了铣床和拐臂的专用夹具设计。经过分析及查阅相关资料决定设计工序13：以27.9+0.04孔及20槽定位，铣15720钭面的夹具设计。本夹具用在T68卧式铣床上，刀具为硬质合金端铣刀YT15标准GB/T 5342-1985。3.1 设计主旨本夹具主要用来铣15720的两个钭面，这两个有一定的技术要求：加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足以27.9+0.04孔及20槽定位0孔的垂直度公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度，保证加工精度。3.2 夹具设计3.2.1 定位方案及定位元件的选择由工艺路线可知，以27.9

22、+0.04孔及20槽定位，铣15720钭面的定位（两个定位销分别限制工件的三个自由度），工件定位用底平面（限制三个自由度）来限制六个自由度，达到完全定位。定位元件可选用定位销。3.2.2 夹紧方案及夹紧元件设计夹紧时主要是限制工件在平面上的转动，台阶面和的端面都以经加工，所以在加工的时候采用以加工的面作为夹紧。使用压板压紧工件，采用螺旋夹紧机构。确定圆柱销直径:圆柱销直径的基本尺寸应等于与之配合的工件孔的最小极限尺寸，其公差带一般为或。因拐臂定位孔的直径为和，故取定位销1的上端直径，定位销2的上端直径。 3.2.3 切削力及夹紧力的计算 切削刀具：高速钢立铣刀，.1. 实际所需夹紧力计算夹紧力

23、时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。根据工件受切削力、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。查表30-19即：式中实际所需夹紧力（N） 查30-20得，查30-21得,查表30-22得，的，。 实际所需夹紧力的计算是一个很复杂的问题，一般只能作粗略估算。为了简化计算，在设计夹紧装置时，可只考虑切削力对夹紧的影响，并假定工艺系统是刚性的，切削过程稳定不变。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。螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算

24、有：式中参数由参考文献7可查得： 其中： 螺旋夹紧力：由表得：原动力计算 即：3.2.4 定位误差分析1.定位元件尺寸及公差的确定。该夹具以两个平面定位，要求保证孔的尺寸公差以及孔轴线与底座上47+0.027 0孔的垂直度公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。孔40+0.027 0与47+0.027 0孔的垂直度公差为0.05mm。 2.计算40+0.027 0mm孔镗削加工后与底座上47+0.027 0孔的垂直度公差。 其最大间隙为 此即为由于定位问题而引起的孔40+0.027 0与底座上47+0.027 0孔的最大垂直度误差。由于40+0.02

25、7 0孔以后还要进行精镗加工，故上述垂直度误差值可以允许。3.2.5 夹具装配图图3 拐臂装配图第4章 毕业设计心得体会经过一个多月的努力，我的毕业设计终于完成了，当我看着自己的设计成果，仔细回味这五个月的心路历程，一种少有的成功喜悦立即让我倦意全消。毕业设计凝聚了大学期间所学过的所有专业及相关基础知识，是对三年大学生活学习的一个很好总结。在毕业设计的过程中我遇到了许多问题，为解决问题查阅了大量的资料，重温并巩固了以前学过的专业基础知识，使我对专业知识的理解及应用更加深入，锻炼了我的综合应用能力，尤其让我提高了将所学理论知识用于解决实际工作问题的能力，这些都将积极影响我今后的学习和工作。然而在

26、这次设计中，我发现自己所掌握的专业知识并不是很牢固，将所学专业知识综合应用的能力还不够。在今后的工作中，我还要更加努力的学习，锻炼自己。通过这次设计，我深深的体会到：做任何事都必须有耐心、有毅力，且要有细致、严谨的态度。记得刚开始接到该课题时，并没有很深的想法，按照要求及规定去查找了好些相关资料，按部就班的去完成每一步的设计，并没有去做一个深入、详尽而又全面的思考。直到自己认真地去审视每一部分，才发现想要把各部分联系起来作为一个总体，难度顿时提高了许多倍，才发现除了要有过硬的专业知识，应用总体思维是多么重要。从中，我深切体会到，不论以后做什么事，一定要有全局观念，一定要持之以衡，要养成细致认真

27、、一丝不苟以及独立思考的良好习惯。“不积跬步，不以至千里；不积细流，不以成江海”。通过这次毕业设计，我深深的体会到了这句名言的深刻含义。我相信这次的毕业设计会给我的工作带来很大帮助的。由于经验的匮乏，设计中难免有许多考虑不周全的地方，希望在今后的学习工作中能进一步得到改正。 致谢在张海霞老师的精心帮助和指导下，我的毕业论文终于完成了，此刻的我思绪万千，心情久久不能平静。回顾这段的时间，如若不是张老师的精心帮助和指导，我的毕业设计不会这么顺利的完成，尤其是张老师牺牲自己的休息时间，孜孜不倦、不厌其烦的给我们指导论文，我就感动不已。张老师严谨的治学态度，渊博的学识，高尚的品德，平易近人的性格，使我

28、在学习期间不仅学到了知识，还学到了怎样去做人。这些都将使我终生受益。无论是在专业知识的学习阶段，还是在论文的选题、资料查询、开题、研究和撰写的每一个环节，无不得到张老师的悉心指导和帮助。我愿借此机会在这里再次感谢张海霞老师，感谢您在繁忙的工作中抽出时间，为我的毕业设计做了悉心的指导。千言万语，说不尽我的感激和敬佩之情！最后，我还要向所有关心、帮助和支持我的老师、同学们表示我最真挚的谢意！感谢你们对我的关心，关注和支持！我将终生难忘！参考文献1 吴拓, 方琼珊. 机械制造工艺与机床夹具课程设计指导. 北京：机械工业出版社，20052 张耀宸. 机械加工工艺设计手册. 北京：航空工业出版社，198

29、73 赵如福. 金属机械加工工艺设计手册. 上海：上海科学技术出版社，20094 兰建设. 机械制造工艺与夹具. 北京：机械工业出版社，20045 陈宏钧. 机械加工工艺设计手册. 北京：机械工业出版社，20096. 高玉芬, 朱凤艳. 机械制图. 大连：大连理工大学出版社，20047. 王光斗, 王春福. 机床夹具设计手册. 上海：上海科学技术出版社，20008. 魏康民, 王晓宏. 机械制造工艺装备. 重庆：重庆大学出版社，2004.99. 马鹏飞, 张松生. 机械工程材料与加工工艺. 北京：化学工业出版社，2008.110. 袁哲俊, 刘华明. 孔加工刀具、铣刀、数控机床工具系统. 北京：机械工业出版社，2009.611.朱家诚, 朱文予. 机械设计课程设计. 合肥:合肥工业大学出版社，2005.812.成大先. 机械设计手册. 北京：化学工业出版社，2010.1