机床后托架设计说明书.doc

1 CA6140车床后托架的加工工艺设计
机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，安全生产，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种，上质量，上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。
在实际生产中，由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求等不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上，用某一种加工方法就能完成的，而是要经过一定的工艺过程才能完成其加工。因此，不仅要根据零件的具体要求，结合现场的具体条件，对零件的各组成表面选择合适的加工方法，还要合理地安排加工顺序，逐步地把零件加工出来。
对于某个具体零件，可采用几种不同的工艺方案进行加工。虽然这些方案都可以加工出来合格的零件，但从生产效率和经济效益来看，可能其中有种方案比较合理且切实可行。因此，必须根据零件的具体要求和可能的加工条件等，拟订较为合理的工艺过程。
1.1 CA6140车床后托架的结构特点和技术要求
由零件图1-1可得：CA6140车床后托架是铸造件，从整体形状来看类似长方体。根据要求主要是加工孔和底平面。具体特点和技术要求如下：
① 精加工孔, , 要求达到的精度等级为。粗糙度为，且以底平面为基准，要求平行度公差为，主要满足加工孔的位置精度。
② 其他各个孔的加工都要以底平面为定位基准。所以，底平面的形位公差要达到设计要求。
③ 、粗糙度为；为锥孔，且粗糙度为。
④ 其余未注要求的加工表面为不去除材料加工。
1.2 CA6140车床后托架的材料、毛坯和热处理
1.2.1 毛坯材料及热处理
毛坯材料
灰铸铁（HT150），由资料[2]《机械加工工艺手册》表4-71，可得力学性能：
表1.1灰铸铁（HT150）的性能参数
牌号
铸件壁厚
最小抗拉强度
硬度
铸件硬度范围
金相组织
HT150
2.5-10
10-20
20-30
30-50
175
145
130
120
H175
150-200
铁素体+珠光体
灰铸体一般的工作条件：
① 承受中等载荷的零件。
② 磨檫面间的单位面积压力不大于490KPa。
毛坯的热处理
灰铸铁（HT150）中的碳全部或大部分以片状石墨方式存在铸铁中，由于片状石墨对基体的割裂作用大，引起应力集中也大；因此，使石墨片得到细化，并改善石墨片的分布，可提高铸铁的性能。可采用石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），以便于切削加工。
1.2.2 毛坯的结构确定
毛坯的结构工艺要求
CA6140车床后托架为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求：
① 铸件的壁厚应和合适，均匀，不得有突然变化。
② 铸造圆角要适当，不得有尖角。
③ 铸件结构要尽量简化，并要有和合理的起模斜度，以减少分型面、芯子、并便于起模。
④ 加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。
⑤ 铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。
毛坯形状、尺寸确定的要求
设计毛坯形状、尺寸还应考虑到：
① 各加工面的几何形状应尽量简单。
② 工艺基准以设计基准相一致。
③ 便于装夹、加工和检查。
④ 结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。
在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类
形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。
1.3 工艺过程设计中应考虑的主要问题
1.3.1 加工方法选择的原则
① 所选加工方法应考虑每种加工方法的经济、精度要求相适应。
② 所选加工方法能确保加工面的几何形状精度，表面相互位置精度要求。
③ 所选加工方法要与零件材料的可加工性相适应。
④ 加工方法要与生产类型相适应。
⑤ 所选加工方法企业现有设备条件和工人技术水平相适应。
1.3.2 加工阶段的划分
按照加工性质和作用的不同，工艺过程一般可划分为三个加工阶段：
① 粗加工阶段
粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为，粗糙度为。
② 半精加工阶段
半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为。表面粗糙度为。
③ 精加工阶段
精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。
精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般为，表面粗糙度为。
④ 光整加工阶段
对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为,表面粗糙度为。
此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。
1.3.3 工序的合理组合
确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：
① 工序分散原则
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。
② 工序集中原则
工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
1.3.4 加工顺序的安排
零件的加工过程通常包括机械加工工序，热处理工序，以及辅助工序。在安排加工顺序时常遵循以下原则：见下表
表1.2 加工工序安排原则
工序类别
工序
安排原则
机械加工

1） 对于形状复杂、尺寸较大的毛坯，先安排划线工序，为精基准加工提供找正基准
2） 按“先基准后其他”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
5） 对于与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
热处理
退火与正火
毛坯预备性热处理，应安排在机械加工之前进行
时效
为消除残余应力，对于尺寸大结构复杂的铸件，需在粗加工前、后各安排时效处理；对于一般铸件在铸造后或则粗加工后安排时效处理；对于精度高的铸件，在半精加工前、后各安排一次时效处理
淬火
淬火后工件硬度提高，应安排在精加工阶段的磨削加工前进行
渗碳
渗碳易产生变形，应安排在精加工前
渗氮
一般安排在工艺过程的后部、该表面的最终加工之前
辅助工序
中间检验
一般安排在粗加工全部结束之后，精加工之前；花费工时较多和重要工序的前后
特种检验
荧光检验、磁力探伤主要用于表面质量的检验，通常安排在精加工阶段。荧光如用于检验毛坯的裂纹，则安排在加工前
表面处理
电镀、涂层、发蓝等表面处理工序一般安排在工序的最后进行

1.4 CA6140车床后托架的机械加工工艺过程分析
1.4.1 CA6140车床后托架零件图分析

图1.1 CA6140车床后托架零件图
由图1-1可知：
①该零件为铸件，材料为灰铸铁，重量为。
②要求加工、 、的精度等级为，粗糙度，且要求与底平面的平行度公差为。
③要求精加工底平面粗糙度，平面度公差为。
④要求加工、粗糙度为。
⑤是锥孔，要求精铰加工，粗糙度。
⑥对于孔口进行锪平加工。
⑦加工螺纹孔。
1.4.2 CA6140车床后托架的加工工艺的路线
拟定工艺路线是制定工艺过程的关键性的一步。在拟定时应充分调查研究，多提几个方案，加以分析比较确定一个最合理方案。
采用加工方法一般所能达到的公差等级和表面粗糙度以及需留的加工余量
表1.3 (参考参数)
加工表面
加工方法
表面粗糙度Ra
表面光洁度
公差等级
公差等级
加工余量
说 明

外

圆
粗 车
半精车
精 车
细 车
粗 磨
精 磨
研 磨
12.5
6.3
1.6
0.8
1.0
0.4
0.1
1~3
4~5
6~7
7~8
6~7
8~9
10~14
IT12~IT11
IT10~IT9
IT8~IT7
IT6~IT5
IT8~IT7
IT6~IT5
IT6~IT5
11~10
10~8
8~7
7~6
7
6
4~5
1~5
0.50~1.60
0.2~0.5
0.1~0.25
0.25~0.85
0.06
0.10~0.03
指尺寸在直径180以下,长度在500以下,铸件的直径余量
内

孔
钻 孔
扩 孔
粗 镗
半精镗
精 镗
细 镗
粗 铰
精 铰
粗 磨
精 磨
研 磨
25
6.3
6.3
1.6
0.8
0.2
3.2
1.6
1.6
0.2
0.1
1~3
4~5
2~4
5~6
6~7
9~10
5~6
6~7
6~7
910
10~14
IT13~IT11
IT10~IT9
IT10~IT9
IT9~IT8
IT8~IT7
IT7~IT6
IT8
IT7
IT8
IT7~IT6
IT7~IT6
10
8
9~8
8
7
6
8~7
7~6
7
6
5~4
0.3~0.5
>1.8
1.0~1.8
0.5~0.8
0.1~0.3
0.1~0.55
0.4~0.2
0.2~0.3
0.2~0.5
0.1~0.2
0.01~0.02
指孔径在180以下,铸件直径的余量.L/d<2
L/d=2~10时,加工误差增加1.2~2倍
平

面
粗刨,粗铣
精刨,精铣
细刨,细铣
粗 磨
半精磨
精 磨
研 磨
12.5
6.3
0.8
1.6
0.8
0.8
0.1

1~3
4~6
7~8
6~7
7~9
7~9
10~14
IT14~IT11
IT10
IT9~IT6
IT9
IT7~IT6
IT7~IT6
IT5
11~9
10~9
8~6
8~6
7~5
7~5
5~2
0.9~2.3
0.2~0.3
0.16
0.05
0.03
0.03
0.01~0.03
指平面最大尺寸500以下的铸件的平面余量
主要工序的加工工艺路线
① 根据孔的技术要求，由资料[7]《公差与配合技术手册》得：
，；
根据公式；查资料[6]《互换性与技术测量》表1-8得：
精度等级为。
同理可得：
孔精度等级为。
孔精度等级为。
由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：
钻——粗铰——精铰
② 根据孔、粗糙度为，查资料[7]《公差与配合技术手册》得：与有一定的线性关系：
即：
查《公差与配合技术手册》表，取
由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：
钻孔——扩孔
③ 孔锥孔粗糙度为
由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：
粗铰——精铰
④ 底平面A粗糙度为
由上述的技术要求（粗糙度和精度等级），选择合理、经济的加工方式，查表1.3可得孔的加工工艺路线为：
粗铣——精铣——细铣
CA6140后托架加工工艺路线的确定
① 加工工艺路线方案
在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。见下表：
表1.4 加工工艺路线方案
工序号
方案Ⅰ
方案Ⅱ
工序内容
定位基准
工序内容
定位基准
010
粗刨底平面
侧面和外圆
粗、精铣底平面
侧面和外圆
020
精铣底平粗
侧面和外圆
钻、扩孔：
、
底面和侧面
030
细精铣底平
侧面和外圆
粗铰孔：、、
底面和侧面
040
钻、扩孔：
、
底面和侧面
粗铣油槽
底面和侧面
050
粗铰孔：、、
底面和侧面
精铰孔：、、
底面和侧面
060
精铰孔：、、
侧面和两孔
锪钻孔：
底面和侧面
070
粗铣油槽
底面和侧面
钻：、
底面和侧面
080
锪钻孔：
底面和侧面
扩孔
底面和侧面
090
钻：、
底面和侧面
精铰锥孔：

底面和侧面
110
扩孔
底面和侧面
锪钻孔：、
底面和侧面
120
精铰锥孔：

底面和侧面
去毛刺

130
锪钻孔：、
底面和侧面
钻：、
底面和孔
140
钻：、
底面和孔
攻螺纹
底面和孔
150
攻螺纹
底面和孔
细精铣底平面
侧面和孔
160
倒角去毛刺

倒角去毛刺

170
检验

检验

② 加工工艺路线方案的论证
a.方案Ⅱ中的010和150工序在铣床上加工底平面，主要考虑到被加工表面的不连续，并且加工表面积不是很大，工件受太大的切削力易变形，不能保证平面的平面度公差。方案Ⅰ比方案Ⅱ铣平面生产效率底，采用铣较经济合理。
b.方案Ⅱ在012工序中按排倒角去毛刺，这不仅避免划伤工人的手，而且给以后的定位及装配得到可靠的保证。
c.方案Ⅱ在010工序中先安排铣底平面，主要是因为底平面是以后工序的主要定位面之一，为提高定位精度。
d.方案Ⅱ把细精铣底平面A安排在后工序中，是以免划伤而影响美观及装配质量。
e.方案Ⅱ符合粗精加工分开原则。
由以上分析：方案Ⅱ为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程如下表：
表1.5 加工工艺路线
工序号
工 种
工作内容
说 明
010
铸
砂型铸造
铸件毛坯尺寸：
长： 宽： 高：
020
清砂
除去浇冒口，锋边及型砂

030
热处理
退火
石墨化退火，来消除铸铁表层和壁厚较薄的部位可能出现的白口组织（有大量的渗碳体出现），以便于切削加工
040
检验
检验毛坯

050
铣
粗铣、精铣底平面
工件用专用夹具装夹；立式铣床
060
钻
钻、扩钻：

工件用专用夹具装夹；摇臂钻床
070
铣
粗铣油槽

080
铰
粗、精铰孔：

工件用专用夹具装夹；摇臂钻床
090
钻
将孔、、钻到直径

工件用专用夹具装夹；摇臂钻床
110
扩孔钻
将扩孔到要求尺寸
120
锪孔钻
锪孔、
到要求尺寸
130
铰
精铰锥孔

140
钳
去毛刺

150
钻
钻孔、

160
攻丝
攻螺纹
170
铣
细精铣底平面
工件用专用夹具装夹；立式铣床
180
钳
倒角去毛刺

190
检验

210
入库
清洗，涂防锈油

1.5 CA6140车床后托架的工序设计
工序设计包括工序基准的选择、工序尺寸的确定、加工余量的确定、机床的选择、工艺装备的选择、切削用量的选择和时间定额的确定。
1.5.1 工序基准的选择
工序是在工序图上以标定被加工表面位置尺寸和位置精度的基准。所标定的位置尺寸和位置精度分别称为工序尺寸和工序技术要求，工序尺寸和工序技术要求的内容在加工后应进行测量，测量时所用的基准称为测量基准。通常工序基准和测量基准重合。
工序基准的选择应注意以下几点：
① 选设计基准为工序基准时，对工序尺寸的检验就是对设计尺寸的检验，有利于减少检验工作量。
② 当本工序中位置精度是由夹具保证而不需要进行试切，应使工序基准与设计基准重合。
③ 对一次安装下所加工出来的各个表面，各加工面之间的工序尺寸应与设计尺寸一致。
1.5.2 工序尺寸的确定
孔、 、中心轴线间的尺寸链的计算
① 尺寸链图（如图1.2）

图1.2尺寸链图
② 的基本尺寸
由公式：=得：
③ 环公差
式（1.1）
式（1.2）

④ 中间偏差
式（1.3）
⑤ 环极限偏差
式（1.4）

⑥ 环极限尺寸

孔、 、的工序尺寸和公差
① 孔 ,粗糙度要求为,加工路线为:
钻——粗铰——精铰
查表1.3确定各工序的基本余量为:
钻: 扩钻: 粗铰: 精铰:
各工序的工序尺寸:
精铰后:由零件图可知；
粗铰后:；
扩钻后:；
钻后：；
各工序的公差按加工方法的经济精度确定，标注为：
精镗后:由零件图可知；
粗铰后:按级查资料[6]《互换性与技术测量》表；
可得
扩钻后:按级查资料[6]《互换性与技术测量》表；
可得
钻后：
② 孔,粗糙度要求为
同理：精铰后:由零件图可知
粗铰后:
扩钻后:
钻后：
③ 孔,粗糙度要求为
同理：精铰后:由零件图可知
粗铰后:
扩钻后:
钻后：
1.5.3 加工余量的确定
加工余量、工序尺寸及偏差查资料[2]《机械加工工艺手册》表6-20，并计算列表如下：
表1.6 加工余量、工序尺寸及偏差确定
序号
加工表面
加工内容
加工余量
表面粗糟度
尺寸及偏差
备注

1

底平面
粗铣

精铣

细精铣

2

钻

扩钻

粗铰

精铰

3

锪孔

深；

深；

深；

4

钻孔
深

扩孔

5

钻孔
深

粗铰锥孔

精铰锥孔

6

钻螺纹孔
深

攻丝

7

钻
深

1.5.4 确定各工序的加工设备和工艺装备
机床的选用
查资料[1]《机械加工工艺手册》可得：
立式铣床，主要用于铣加工。
摇臂钻床，可用于钻、扩、铰及攻丝。
刀具的选用
查资料[1]《机械加工工艺手册》可得：
高速钢端面铣刀，铣刀材料：，刀具的角度取：

钻头：直柄麻花钻
直柄短麻花钻
直柄长麻花钻
铸铁群钻
直柄扩孔钻
锥柄扩孔钻

锪钻：带导柱直柄平底锪钻

铰刀：硬质合金锥柄机用铰刀
锥铰刀：公制/莫氏4号锥直柄铰刀，刀具材料：
其他设备的选用
夹具：夹具采用专用的铣、钻夹具
量具选用：锥柄双头塞规，多用游标卡尺
辅助设备：锉刀、钳子等
1.5.5 确定切削用量及工时定额
铣底平面A的切削用量及工时定额
① 粗铣 由资料[1]《机械加工工艺手册》表2.4-73得：取，，；由铣刀直径，铣刀齿数 ；则：
主轴转速 ，则取 式（1.5）
实际铣削速度 式（1.6）
式（1.7）
铣刀切入时取： 式（1.8）

铣刀切出时取：
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
根据资料[5]《机械制造工艺学》表可得：
式（1.9）
② 精铣 由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：，， ；由式1.5得，主轴转速 ，则取
由式1.6得，实际铣削速度
由式1.7得，
同理：由式1.9得
③ 细精铣 由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：，， ；由式1.5，主轴转速 ，则取
由式1.6得，实际铣削速度
由式1.7得，
同理：由式1.9得
钻、扩、铰、锪孔加工的切削用量及工时定额
① 钻、扩、铰孔、、的切削用量及工时定额
钻孔加工
钻孔：由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：进给量,切削速度，；由式1.5得，
机床主轴转速，取
由式1.6得，实际切削速度
被切削层长度：
刀具切入长度： 式（1.10）
刀具切出长度： 取
根据资料[5]《机械制造工艺学》表可得
式（1.11）
同理：钻孔
由资料[1]《机械加工工艺手册》表得： ，，；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
，，
根据式1.11可得

同理：钻孔
由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：，，；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
，，
根据式1.11可得

扩孔加工
扩孔：由资料[1]《机械加工工艺手册》表2.4-52，取， ，切削深度，；
由式1.5得，，取
由式1.6得，

由式1.10得，
刀具切出长度： 取
根据式1.11可得：

同理：扩孔
由资料[1]《机械加工工艺手册》表2.4-52，取， ，；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
，，
根据式1.11可得：

同理：扩孔
由资料[1]《机械加工工艺手册》表2.4-52，取， ，；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
，，
根据式1.11可得：

铰孔加工
铰孔：由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
，
铰圆柱孔时，由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：
根据式1.11可得：

同理：铰孔
由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：，；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
，
铰圆柱孔时，由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：
根据式1.11可得：

同理：铰孔
由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：，；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
，
铰圆柱孔时，由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：
根据式1.11可得：

② 加工孔、、、、的切削用量及工时定额
将、、、钻到直径
由资料[1]《机械加工工艺手册》表查得：进给量,切削速度，切削深度；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
被切削层长度：
由式1.10得：
刀具切出长度： 取
根据式1.11可得：

扩孔
扩孔由资料[1]《机械加工工艺手册》表2.4-52，取， ，切削深度；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
被切削层长度：
由式1.10得：
刀具切出长度： 取
根据式1.11可得：

铰锥孔
铰锥孔由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：，，切削深度；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
，取， 式（1.12）
根据式1.11可得：

锪孔（、、）
由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：进给量,切削速度；则
孔：，，；取，
；则由式1.11得，
孔：，，；取，
；则由式1.11得，
孔：，，；取，
；则由式1.11得，
锪孔加工总的基本时间 ：
钻
由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：进给量,切削速度，切削深度；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
被切削层长度：
由式1.10得：
刀具切出长度： 取
根据式1.11可得：

③ 加工螺纹孔的切削用量及工时定额
钻螺纹孔
由资料[1]《机械加工工艺手册》表得：进给量,切削速度，切削深度；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
被切削层长度：
由式1.10得：
刀具切出长度： 取
根据式1.11可得：

攻丝
根据查表：螺距，，；
由式1.5得，，取
由式1.6得，
根据式1.11可得：

由以上计算可得总的基本时间
技术时间定额除了基本时间以外，还包括辅助时间、服务时间、休息及自然需要时间、准备终结时间所组成。
① 辅助时间
辅助时间主要包括卸载工件，开停机床，改变切削用量和测量工件等所用的时间。

② 服务时间

③ 休息及自然需要时间

④ 准备终结时间

将上述所列的各项时间组合起来，可得到各种定额时间：
工序时间：
单件时间:
单件计算时间：
其中：N——零件批量（件）

2 专用夹具设计
机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，在整个加工构成中，夹具不仅仅是为了夹紧、固定被加工零件，设计合理的夹具，还要求保证加工零件的位置精度、提高加工生产率。各种专用夹具的设计质量，将直接影响被加工零件的精度要求，在机械加工工艺过程中起到重要的作用。
在设计的过程当中，应深入生产实际，进行调查研究，吸取国内外先进技术，制定出合理的设计方案，在进行具体设计。
2.1 铣平面夹具设计
2.1.1 研究原始质料
利用本夹具主要用来粗铣底平面，该底平面对孔、、的中心线要满足尺寸要求以及平行度要求。在粗铣此底平面时，其他都是未加工表面。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。
2.1.2 定位基准的选择
由零件图可知：粗铣平面对孔、、的中心线和轴线有尺寸要求及平行度要求，其设计基准为孔的中心线。为了使定位误差达到要求的范围之内，在此选用V形块定心自动找到中心线，这种定位在结构上简单易操作。
采用V形块定心平面定位的方式，保证平面加工的技术要求。同时，应加一侧面定位支承来限制一个沿轴移动的自由度。
2.1.3 切削力及夹紧分析计算
刀具材料：（高速钢端面铣刀）
刀具有关几何参数：
由资料[10]《机床夹具设计手册》表1-2-9得，铣削切削力的计算公式：
式（2.1）
查资料[10]《机床夹具设计手册》表得：
对于灰铸铁： 取 ， 即
由式2.1得，
由资料[9]《金属切削刀具》表1-2可得：
垂直切削力 ：（对称铣削） 式（2.2）
背向力： 式（2.3）
根据工件受力切削力、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。即：
式（2.4）
安全系数K可按下式计算：
式（2.5）
式中：为各种因素的安全系数，见资料[10]《机床夹具设计手册》表可得：
由式2.4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。
单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：
式（2.6）
式中参数由资料[10]《机床夹具设计手册》可查得：

其中：
由式2.6得，螺旋夹紧力：
易得：
经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。
2.1.4 误差分析与计算
该夹具以平面定位V形块定心，V形块定心元件中心线与平面规定的尺寸公差为。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。
式（2.7）
与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示：
式（2.8）
由资料[10]《机床夹具设计手册》可得：
①平面定位V形块定心的定位误差 ：
②夹紧误差 ： 式（2.9）
其中接触变形位移值：
式（2.10）
由式2.9得，
③磨损造成的加工误差：通常不超过
④夹具相对刀具位置误差：取
误差总和：
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。
2.1.5 夹具设计及操作的简要说明
如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。
此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，支承钉和V形块采用可调节环节。以便随时根据情况进行调整。
2.2 钻三杠孔夹具设计
2.2.1 研究原始质料
利用本夹具主要用来钻、铰加工孔、、。加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔轴线对底平面的平行度公差要求。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。
2.2.2 定位基准的选择
由零件图可知：孔、、的轴线与底平面有平行度公差要求，在对孔进行加工前，底平面进行了粗铣加工。因此，选底平面为定位精基准（设计基准）来满足平行度公差要求。
孔、、的轴线间有位置公差，选择左端面为定位基准来设计钻模，从而满足孔轴线间的位置公差要求。工件定位用底平面和两个侧面来限制六个自由度。
2.2.3 切削力及夹紧力的计算
由资料[10]《机床夹具设计手册》查表可得：
切削力公式： 式（2.11）
式中
查资料[10]《机床夹具设计手册》表得：
即由式2.11得：
切削扭矩公式 ： 式（2.12）
即：
根据工件受力切削力、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。
由资料[10]《机床夹具设计手册》表得：
式（2.13）
取，， 即：
螺旋夹紧时产生的夹紧力按式2.6计算：

式中参数由资料[10]《机床夹具设计手册》可查得：

其中：
螺旋夹紧力：
该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件。受力简图如下：

图2.1 受力简图
由资料[10]《机床夹具设计手册》表得：原动力计算公式 式（2.14）
即：

由上述计算易得：
因此采用该夹紧机构工作是可靠的。
2.2.4 误差分析与计算
该夹具以底平面、侧面和盖板平面为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差以及孔轴线与底平面的平行度公差。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。
孔轴线与左侧面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由资料[6]《互换性与技术测量》表可知：
取（中等级）即 ：尺寸偏差为
由资料[10]《机床夹具设计手册》可得：
① 定位误差（两个垂直平面定位）：
② 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 式（2.15）

③ 磨损造成的加工误差：通常不超过
④ 夹具相对刀具位置误差：取
误差总和：
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。
2.2.5 夹具设计及操作的简要说明
本夹具用于在摇臂钻床上加工后托架的三杠孔。工件以底平面、侧面和盖板平面为定位基准，在支承钉和止推板上实现完全定位。为工件装夹可靠，采用了辅助支承。
如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。
2.3 钻底孔夹具设计
2.3.1 研究原始质料
利用本夹具主要用来钻加工孔、、。加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔的位置公差要求。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。
2.3.2 定位基准的选择
由零件图可知：在对孔进行加工前，底平面进行了粗铣加工。因此，选底平面为定位精基准（设计基准）。选择左端面为定位基准来设计钻模，从而满足孔的位置公差要求。工件定位用底平面和两个侧面来限制六个自由度。
2.3.3 切削力及夹紧力的计算
由资料[10]《机床夹具设计手册》查表可得：
切削力由式2.11得：
式中
查资料[10]《机床夹具设计手册》表得：
即：
切削扭矩由式2.12得：
即：
实际所需夹紧力：由式2.13得：
取，，
即：
螺旋夹紧时产生的夹紧力由式2.6得：

该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件。受力简图如下：

图2.2 受力简图
由表得：原动力计算由式 2.14得，