机械制造工艺课程设计-夹具设计.docx

机械制造工艺学课程设计
钻削一级圆柱齿轮减速器结合面螺栓孔夹具设计

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第一章 产品概述 3
1.1产品介绍 3
1.2零件介绍 3
第二章 图纸技术要求分析 3
2.1 箱体零件的结构工艺性 3
第三章 生产纲领 3
第四章 材料、毛坯制造方法的选择及毛坯图 3
4.1 材料的选择 3
4.2 毛坯的制造方法 3
4.3毛坯图的绘制 3
第五章 定位基面的选择及分析 3
5.1定位基准的选择 3
5.2各加工面基准表 3
第六章 加工工作量及加工手段组合 3
6.1确定各工序的尺寸和偏差 3
6.1.1机座与机盖结合面 3
6.1.2、轴承孔两端面 3
6.1.3、视窗面 3
6.1.4、机盖凸台面 3
6.1.5、输入（出）轴承孔 3
6.1.6、机座底面 3
第七章 大致工艺过程 3
7.1 机盖 3
7.2 机座 3
7.3 合箱后 3
第八章 夹具设计 3
8.1夹具设计应遵循的原则： 3
8.2切削力的计算 3
8.2.1机床的选择 3
8.2.2刀具的选择： 3
8.2.3量具的选择 3
8.2.4切削用量的确定 3
8.3机动时间的计算及单位时间定额 3
8.5 夹紧机构的设计 3
8.5.1 夹紧力的计算 3
8.5.2 夹紧机构的选择 3
8.5.3 机构个杆件尺寸的设计 3
8.6 气缸的选择 3
8.6.1 气缸输出压力的计算 3
8.6.2气缸型号的选择 3
8.7 气动回路的设计 3
8.8 定位误差的计算 3
8.8.1 定位方式的选择 3
8.8.2 定位误差的计算 3
8.8.3 伸缩式定位销结构 3
总结 3
参考文献 3
附录 3

第一章 产品概述
本组设计对象是一级圆柱齿轮减速器箱体的工艺和夹具。

1.1产品介绍
箱体是减速器中所有零件的基座，是支撑和固定轴系部件、保证传动零件的正确相对位置并承受作用在减速器上载荷的重要零件，在整个减速器总成中的起支撑和连接的作用，它把各个零件连接起来，支撑传动轴，保证各传动机构的正确安装。箱体一般还兼做润滑油的油箱，具有充分润滑和良好密封箱内零件的作用。
为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体大多做成剖分式，由机座和机盖组成，取轴的中心线所在平面为剖分面。机座与机盖采用普通螺栓联结，用圆锥销定位。箱体的材料、毛坯种类与减速器的应用场合及生产数量有关。铸造箱体通常采用灰铸铁铸造。铸造箱体的刚性较好，外型美观，易于切削加工，能吸收振动和消除噪声，但重量较重，适合于成批生产。

1.2零件介绍
变速器箱体是典型的箱体类零件，其结构和形状复杂，壁薄，外部为了增加其强度加有很多加强筋。有精度较高的多个平面、轴承孔，螺孔等需要加工，因为刚度较差，切削中受热大，易产生震动和变形。
箱体零件是机器或部件的基础零件,它把有关零件联结成一个整体,使这些零件保持正确的相对位置,彼此能协调地工作.因此,箱体零件的制造精度将直接影响机器或部件的装配质量,加工质量的优劣，将直接影响到轴和齿轮等零件位置的准确性，也为将会影响减速器的寿命和性能进而影响机器的使用性能和寿命.因而箱体一般具有较高的技术要求.
由于机器的结构特点和箱体在机器中的不同功用,箱体零件具有多种不同的结构型式,其共同特点是:结构形状复杂,箱壁薄而不均匀,内部呈腔型;有若干精度要求较高的平面和孔系,还有较多的紧固螺纹孔等.
箱体零件的毛坯通常采用铸铁件.因为灰铸铁具有较好的耐磨性,减震性以及良好的铸造性能和切削性能,价格也比较便宜.有时为了减轻重量,用有色金属合金铸造箱体毛坯(如航空发动机上的箱体等).在单件小批生产中,为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯.
毛坯的铸造方法,取决于生产类型和毛坯尺寸.在单件小批生产中,多采用木模手工造型;在大批量生产中广泛采用金属模机器造型,毛坯的精度较高.箱体上大于30—50mm的孔,一般都铸造出顶孔,以减少加工余量.
变速箱的大批量生产的机加工工艺过程中，其主要加工面有轴承孔系及其端面，平面，螺纹孔，销孔等。因此加工过程中的主要问题是保证的孔的精度及位置精度，处理好孔与平面的相互关系。

第二章 图纸技术要求分析

2.1 箱体零件的结构工艺性
(1)减速器箱盖、箱体主要加工部分是结合面、轴承孔、通孔和螺孔，其中轴承孔在箱盖、箱体合箱后再进行镗孔加工，以确保两个轴承孔中心线与分割面的位置，以及两个孔中心线的平行度和中心距。
(2)减速器整个箱体壁薄，容易变形，在加工前要进行时效处理，以消除内应力，加工时要注意夹紧位置和夹紧力大小，防止零件变形。
(3)箱盖、箱体结合面，底面上的孔的加工，采用专用钻模，这样可以保证孔的位置精度要求。

表2-1 零件技术要求
零件名称
设计说明

机
盖
机盖左视图标注的55mm重复标注，应去掉。
②输出轴承孔相对于A的位置度为0.06mm，表面粗糙度为2.5mm。输入轴承孔相对于A的位置度为0.012mm，表面粗糙度为1.6mm。
③两轴承孔轴线的平行度为0.025mm，等级为6级，距离为150±0.25mm。
④输出轴承孔的圆柱度公差值为0.010mm，等级为7级。同轴度为0.025mm，等级为7级。输入轴承孔的的圆柱度公差值为0.008mm，等级为7级。同轴度为0.025mm，等级为7级。
⑤机盖和机座合箱后，边缘应平齐，相互错位每边不大于2㎜；
⑥应检查与机座接合面的密封性，用0.05㎜塞尺塞入深度不得大于结合面宽度的1／3，用涂色法去检查接触面积达每个结合面一个斑点；
⑦与机座连接后，打上定位销进行镗孔，镗孔时接合面处禁放任何衬垫；
⑧未注明的倒角为C2，粗糙度为Ra12.5；
机械加工未标注偏差尺寸处精度为IT12；
两端面相对于基准B的垂直度为0.10mm，等级为8级。
结合面的表面粗糙度为1.6um
锥销孔的表面粗糙度为1.6um，凸台面的表面粗糙度为3.2um。
H向分割线应斜向上。

机
座
①与机盖结合面处平面度为0.025mm，公差等级为6级。
②输出轴承孔相对于A的位置度为0.06mm，表面粗糙度为2.5mm。输入轴承孔相对于A的位置度为0.012mm，表面粗糙度为1.6mm。
③输出轴承孔的圆柱度公差值为0.010mm，等级为7级。同轴度为0.025mm，等级为7级。输入轴承孔的的圆柱度公差值为0.008mm，等级为7级。同轴度为0.025mm，等级为7级。
④锥销孔的表面粗糙度为1.6um，凸台面的表面粗糙度为3.2um。
⑤螺栓孔、通油孔、机座面的表面粗糙度均为12.5um。
⑥输出（入）轴承孔两端面与输出（入）轴中心线的垂直度为0.01；
⑦输出轴承孔的同轴度为0.03。
⑧轴承孔的中心平行度为0.025；

第三章 生产纲领
年产量Q＝20000（件/年），该零件在每台产品中的数量n=1（件/台），废品率α＝3％，备品率β＝5％。
由公式N＝Q×n（1＋α＋β）得：
N＝10000×1×（1＋3％＋5％）=21600
该零件属于中型零件，查表知此零件的生产类型为大量生产。

第四章 材料、毛坯制造方法的选择及毛坯图
4.1 材料的选择
由于减速器箱体的外形与内形状相对比较复杂，而且它只是用来起连接作用和支撑作用的，综合考虑，抗拉强度小于200MPa，所以我们可以选用灰口铸铁（HT200），因为铸铁中的碳大部分或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件，又由于含有石墨， 石墨本身具有润滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和储存润滑油，使铸件有良好的耐磨性。此外，由于铸件中带有硬度很高的磷共晶，又能使抗磨能力进一步提高，这对于制备箱体零件具有重要意义。如果没有HT200时此种材料可以用45号钢，经正火或退火处理就可以达到强度和韧性。
4.2 毛坯的制造方法
金属型铸造：是以金属型模腔上覆以涂层作为型腔，有时辅以沙芯作内腔的铸造方法。铸造冷却速度快，铸件内部组织致密，机械性能较高，单位生产面积产量高，但零件尺寸大小，几何形状复杂程度有一定限制，仅适于成批与大量生产，一般不宜与单件或小批量生产。
根据零件图可知，减速箱上除主要的轴承孔是铸造的外，其它的孔都是机械加工出来的。因为查表得：在大量生产的时候通孔的最小直径是30㎜。这些不铸造的孔留待机械加工时钻出。
由于减速器箱体为大批量生产，必须采用自动线机器造型，因此分型面造在轴承孔的连线上，分成上下两半，采用两箱造型铸造。采用中注式浇注系统，在直浇道下面设有横浇道。浇注的时候重要的加工面应该向下，因为铸件的上表面容易产生砂眼、气孔等。为了补缩，上面设几个冒口。为了造型时方便拔模而设计了拔模斜度。

4-1机盖铸造工艺图

4-2机座铸造工艺图

4.3 毛坯图的绘制
1、机盖
毛坯的外廓尺寸：
考虑其加工外廓尺寸为428×204×145mm，取机盖结合面的加工余量为5mm，凸台加工余量为2mm，其余加工面的加工余量为4mm。故
毛坯 长：428 mm
宽：196+2×4=204 mm
高：140+5=145 mm
2、机座
毛坯的外廓尺寸
考虑其加工外廓尺寸为428×204×180 mm，取机座结合面的加工余量为5mm，基座底
面加工余量为5mm，泄油口加工余量为2mm，其余加工面的加工余量为4mm。故
毛坯 长：428 mm
宽：196+2×4=204 mm
高：170+2×5=180 mm

4-3机盖毛坯图

4-4机座毛坯图

第五章 定位基面的选择及分析
5.1定位基准的选择
定位基准有粗基准与精基准之分。在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作定位基准，则该表面称为粗基准。在随后的工序中，用加工过的表面作定位基准，称为精基准。通常先确定精基准，然后确定粗基准。

精基准：
选择原则：“基准重合”原则；“基准统一”原则；“自为基准”原则；“互为基准”原则；精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。
减速器下箱体通常以底面和两定位销孔为精基准，上箱盖则分别以结合面、凸台面作为精基准。 在加工上箱盖时，以凸台为精基准粗铣、半精铣、精铣结合面。以结合面为精基准时铣视口端面、钻孔、攻丝；钻起盖螺纹孔攻丝。只有加工结合面时才以凸台为精基准，因此满足“基准统一”原则。下箱体则以底面和两定位销孔为精基准，这种定位基准的选择夹紧方便，工件的夹紧变形小；易于实现自动定位和自动夹紧，且不存在基准不重合误差。
粗基准的选择
选择粗基准时。主要考虑两个问题：一是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要求；二是合理分配各加工面的加工余量。
减速器的上箱盖、下箱体都以结合面为粗基准，加工出加工结合面的精基准，再以结合面作为精基准，加工分布在箱盖和箱座两个不同部分上很不规则轴承孔的毛坯孔，以及油孔、连接孔等，这样粗基准和精基准“互为基准”的原则下统一，可以保证结合面的平行度，减少箱体装合时对合面的变形。

5.1 确定各加工面基准
表5-1 各加工面基准详细表
工件
工序内容
定位基准
机盖
粗铣机盖连接螺栓凸台面
机盖的结合面为粗基准
粗精铣机盖结合面
机盖的凸台面为精基准
粗精铣窥视孔端面
机盖的结合面为精基准
钻吊耳孔
机盖的结合面为精基准
钻窥视孔台阶面螺钉孔
机盖的结合面为精基准
钻启盖螺钉孔
机盖的结合面为精基准
攻起吊螺钉孔和窥视孔台
阶面螺钉孔
机盖的结合面为精基准
机座
粗铣机座底面
机座的结合面为粗基准
粗精铣机座结合面
机座底面为精基准
精铣机座底面
机座结合面为精基准
粗铣机座凸台面
机座结合面为精基准
粗铣排油口台阶面
机座结合面为精基准
粗铣游标台阶面
机座结合面为精基准
钻地角螺栓孔
机座结合面为精基准
钻排油螺栓孔和游标孔
机座结合面为精基准
合箱后
粗精镗镗输出轴承孔
机座底面为精基准，采用一面两销定位
粗精镗镗输入轴承孔
机座底面为精基准，采用一面两销定位
粗精铣输入轴承孔端面
机座底面为精基准，采用一面两销定位
粗精铣输出轴承孔端面
机座底面为精基准，采用一面两销定位
钻上机座连接螺栓孔
机座底面为精基准，采用一面两销定位
锪上机座连接螺栓沉头座
孔
机座底面为精基准，采用一面两销定位
钻输入与输出轴承盖孔
机座底面为精基准，采用一面两销定位

第六章 加工工作量及加工手段组合
减速器箱体主要加工面有五个，机盖结合面、机座结合面、机座底面、输入轴承孔端面、输出轴承孔端面。此外，除了要镗轴承孔外，还要加工的有上机座螺栓孔，机盖吊环孔、窥视孔台阶面、机座底面螺栓孔、游标空、排油孔、油槽、上机座定位销孔。

6.1确定各工序的尺寸和偏差

6.1.1机座与机盖结合面
A 、加工工序：粗铣—半精铣—精铣
B 、工序余量：粗铣3mm， 半精铣1.5mm，精铣0.5mm
C、工序公差：毛坯±1.0mm，粗铣IT12，半精铣IT8，精铣IT7
D、工序尺寸：精铣mm，Ra1.6，半精铣mm，Ra6.3，粗铣
mm,Ra12.5，毛坯mm
6.1.2、轴承孔两端面
A、 加工工序：粗铣—精铣
B、 工序余量：粗铣3.5mm，精铣0.5mm
C、 工序公差：毛坯±2mm，粗铣IT10，精铣IT7
D、 工序尺寸：精铣mm，Ra1.6，粗铣 mm,Ra12.5，毛坯mm
6.1.3、视窗面
A、 加工工序：粗铣
B、 工序余量：粗铣2mm
C、 工序公差：毛坯±0.8mm，粗铣IT12
D、 工序尺寸：粗铣 mm,Ra12.5，毛坯mm

6.1.4、机盖凸台面
A、 加工工序：粗铣
B、 工序余量：粗铣2mm
C、 工序公差：毛坯±1.2 mm，粗铣IT12 mm
D、 工序尺寸：铣 mm， Ra12.5，毛坯 mm
6.1.5、输入（出）轴承孔
A、 加工工序：粗镗—半精镗—精镗—细镗
B、 工序余量：粗镗2.5，半精镗1.0，精镗0.4，细镗0.1
C、 工序公差：毛坯±0.8，粗镗IT12，半精镗IT11，精镗IT8，细镗IT7
D、 工序尺寸：输出轴承孔 ：细镗φmm，Ra2.5，精镗φ mm，Ra3.2，半精镗φmm，Ra6.3，粗镗φmm，Ra12.5，毛坯φmm
输入轴承孔： 细镗φmm，Ra1.6，精镗φmm， Ra3.2，半精镗
φmm，Ra6.3，粗镗φmm，Ra12.5，毛坯φmm。
6.1.6、机座底面
A、 加工工序：粗铣—精铣
B、 工序余量：粗铣4.5mm，精铣0.5mm
C、 工序公差：毛坯±1.1mm，粗铣IT12，精铣IT7
D、 工序尺寸：精铣φmm，Ra1.6，粗铣φmm,Ra12.5，毛坯mm

第七章 大致工艺过程

对减速箱箱体进行加工，尤为重要的就是确定其加工工艺的过程。并且，在确定加工工艺过程时，应该考虑各方面的因素，从而拟定出最佳加工方案。针对我们所要加工的减速箱，应当遵循先面后孔，先粗后精，工序适当等原则。
经过分析，我们把加工工艺过程大致分为了三个部分。第一部分是对箱盖的加工，主要是加工上箱盖凸台面，上下箱体结合面，上箱体窥视孔面以及钻孔、攻丝窥视孔台阶面；第二部分是对机座的加工，主要是加工机座底面，上下箱体结合面，钻锪底座螺栓孔和排油孔和油标孔；第三部分是将两箱体合箱后进行加工，主要工序是钻、绞定位销孔和钻连接孔，以底面为基准铣轴承端面和镗轴承孔，最后钻轴承孔端面的螺钉孔。其中，在第一、二和第三部分之间应安排钳工工序，将盖与底座合成箱体，并用二锥销定位，使其保持一定的位置关系，以保证轴承孔和螺栓连接孔的加工精度和撤装后的重复精度。

7.1 机盖
工序号
工序名称
工序内容
定位基准
设备
刀具
1
毛坯铸造

2
清砂
清除浇注系统，冒口，型砂，飞边，飞刺等

3
热处理
人工时效处理

4
涂漆

5
铣
铣机盖连接孔凸台面
保证:
六个连接孔凸台的尺寸mm，表面粗糙度为Ra12.5
机盖结合面
X6320
粗齿莫氏锥柄立铣刀
6
粗铣
粗铣机盖结合面。
保证：
结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra12.5
机盖凸台面
万能铣床
硬质合金盘铣刀
7
半精铣
半精铣机盖结合面。
保证：
结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra6.3
机盖凸台面
X53K
硬质合金面铣刀
8
精铣
精铣机盖结合面
保证：
结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra1.6，平面度为0.025
机盖凸台面
X53K
硬质合金面铣刀
9
铣
铣窥视孔台阶面
保证：
窥视孔台阶面高度尺寸，表面粗糙度为Ra6.3。
机盖结合面
龙门机床xq209/2m
硬质合金套式面铣刀
10
钻孔
钻窥视孔台阶面螺钉孔。
机盖结合面
Z3025B
麻花钻
11
攻丝
攻窥视孔台阶面螺钉孔
机盖结合面
Z3025B
丝锥
12
钻孔
钻启盖螺钉孔
机盖结合面
Z3025B
麻花钻
13
攻丝
攻启盖螺钉孔
机盖结合面
Z3025B
丝锥
14
钻孔
钻吊耳孔
机盖结合面
Z3025B
麻花钻
(如果是小批单件生产，加工工艺过程中应安排划线的工序，但由于是大量生产，采用流水线生产，故省略划线工序。)

7.2 机座
工序号
工序名称
工序内容
定位基准
设备
刀具
1
毛坯铸造

2
清砂
清除浇注系统，冒口，型砂，飞边，飞刺等

3
热处理
人工时效处理

4
涂漆

5
粗铣
铣机座底面
保证：
底座厚度为，底座表面粗糙度为 Ra12.5
机座结合面
X5032
硬质合金套式面铣刀
6
粗铣
粗铣机座结合面
保证：
结合面厚度为mm ，表面粗糙度为Ra12.5
机座底面
立式铣床X5030A
硬质合金套式面铣刀

半精铣机座结合面
保证：
结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra6.3
机座底面

8
精铣
精铣机座结合面
保证：
结合面尺寸mm，表面粗糙度为Ra1.6，平面度为0.025
机座底面
X53K
硬质合金面铣刀
9
铣油槽
铣机座结合面油槽
机座底面
X53K
硬质合金面铣刀
10
去毛刺
清理油槽表面毛刺
机座底面
锉刀
钳工台
11
精铣
精铣机座底面
保证：
底座厚度mm，表面粗糙度为Ra1.6
机座结合面
X5032
硬质合金面铣刀
12
钻孔
钻地角螺栓孔
保证：
沉头座孔的直径为φ17，距离和距离300，表面粗糙度为Ra12.5
机座结合面
Z3025B
麻花钻
13
锪孔
锪地角螺栓沉头座
保证：
沉头座孔的直径为φ30, 距离和距离300,表面粗糙度为Ra12.5
机座结合面

14
铣
铣排油口台阶面
保证:
台阶面距离底座的距离为20,表面粗糙度为Ra6.3
机座结合面
X62W
高速钢立铣刀W18Cr4V
15
铣
铣游标台阶面
保证:
台阶面距离机座结合面的距离为90,台阶面与机座壁的角度为45°，
表面粗糙度为Ra12.5
机座结合面
X62W
高速钢立铣刀W18Cr4V
16
钻孔
钻排油螺栓孔和游标孔
机座结合面
Z3025B
麻花钻
17
攻丝
攻排油螺栓孔和游标孔
箱盖结合面
Z3025B
丝锥
（由于机座有两凸缘面的原因，因此机座接合面与底面上螺栓孔的锪平不能用组合钻床直接锪平，而必须采用特殊的刀杆，把套式锪钻插装在特殊刀杆上来锪平螺栓孔。而且还应该先让刀杆穿过螺栓孔，在装上套式锪钻，然后再进行反锪。）

7.3 合箱后

工序号
工序名称
工序内容
定位基准
设备
刀具
1
钳工
将箱盖，箱体对准和箱
机座底面

钳工
2
钻
钻，铰锥销孔，装入锥销
机座底面

3
钳工
将箱盖，箱体做标记，编号

4
钻孔
钻上机座连接螺栓孔
机座底面
Z3025x10B
麻花钻
5
锪孔
锪上机盖机座连接螺栓沉头座孔
机座底面
Z3025x10B
锪钻
6
钳工
拆箱，去毛刺，清洗，再装配，拧紧螺栓。

钳工台

7
粗铣
粗铣轴承孔两端面
保证：
两端面的距离为
机座底面
X364
硬质合金面镶齿套式面铣刀
8
精铣
精铣轴承孔两端面
保证：
端面到输入轴线的距离为
机座底面
X53K
硬质合金面铣刀
9
粗镗
粗镗两轴承孔
保证：
输出轴承孔的直径为；
输入轴承孔的直径为。
机座底面
TX617
硬质合金双刃镗刀
10
半精镗
半精镗两轴承孔
保证：
输出轴承孔的直径为，表面粗糙度为Ra6.3；
输入轴承孔的直径为，表面粗糙度为Ra6.3。
机座底面
T618
硬质合金镗刀
11
精镗
精镗两轴承孔
保证：
输出轴承孔的直径为，表面粗糙度为Ra3.2；
输入轴承孔的直径为，表面粗糙度为Ra3.2。
机座底面
T618
硬质合金镗刀
12
细镗
细镗两轴承孔
保证：
输出轴承孔的直径为，表面粗糙度为Ra2.5；
输入轴承孔的直径为，表面粗糙度为Ra1.6。
机座底面
T618
硬质合金镗刀
13
钻孔
钻轴承孔端面六个螺钉孔
机座底面
Z3025B
麻花钻
14
钳工
拆箱，去毛刺，清洗

钳工台

15
钳工
合箱，装锥销，紧固

钳工台
钳工
16
终检查
检查各部尺寸及精度

17
入库

第八章 夹具设计

8.1夹具设计应遵循的原则：
夹具设计应遵循“实现同等功能的前提下，机构简单者为最优”的设计理念。
机床夹具设计是培养学生实践能力的重要环节之一。它是我们完成所学全部课程，并进行了生产实习，做过课程设计，及与一系列教学环节的基础上进行的，它要求我们全面综合地运用所学课程的理论和实践知识进行零件加工。同时夹具设计应该遵循以下设计原则：
1、用夹具固定产品及工具 以固定用台钳及夹持具等来固定产品及工具，以解放人手从而进行双手作业
2、使用专用工具
生产线中所用工装应最适合该产品及人工操作的专用工具以提高生产效率
3、合并二种工装为一种
减少工具的更换麻烦，以减少转拉的工时消耗，提高工作效率。
4、提高工具设计便利性减少疲劳
(1)具手柄方便抓握
(2)作业工具与人体动作相协调
(3)工装夹具的操作应以IE的方法进行评估
5、机械操作动作作相对安定并且操作流程化
(1)作位置应相近集中
(2)让机械尽量减少或脱离人的监控和辅助
(3)开关位置与下工序兼顾
(4)工件自动脱落
(5)安全第一
8.2切削力的计算
8.2.1机床的选择
机床的选择原则：
1、机床尺寸规格和工件的形状尺寸应相适应
2、机床精度等级与本工序加工要求应相适应
3、机床电动机功率与本工序加工所需功率应相适应
4、机床自动化程度和生产效率与生产类型应相适应
本道工序是粗镗轴承孔，根据工件外形尺寸、本工序的加工精度等级等要求，查《机械加工工艺人员手册》可知选择机床为：摇臂钻床Z3025x10B，主电动机功率为2.2KW。
技术参数如下：
最大钻孔直径：25mm 主轴轴线至立柱表面距离：280~1000mm
主轴端面至底座工作面距离：280~1000mm 主轴箱水平移动最大距离：720mm
主轴锥孔（莫氏）：3号 主轴最大行程：250mm
主轴转速范围：32~2500r/min 主轴进给量范围：0.06~0.8mm/r
外形尺寸：长1750mm，宽840mm，高2100mm，如图8-1所示：

图8-1 Z3025x10B 摇臂钻床实物图

8.2.2刀具的选择：
刀具的选择主要取决于所采用的加工方法，工件材料，加工尺寸，精度和表面粗糙度的要求，生产率要求和加工经济性等。应尽量采用标准刀具，在大批量生产中应采用搞生产率的复合刀具。
本道工序采用材质为钨系高速钢W18Cr4V的直柄短麻花钻（GB1453-78）和直柄麻花钻（GB1436-78），具体尺寸参数如表8-1所示。
表8-1 刀具尺寸参数
刀具编号
刀具类别
公称直径D/mm
L/mm
l/mm
1
直柄短麻花钻
11
95
47
2
直柄麻花钻
13
151
101

8.2.3量具的选择
根据被测对象的性质和特点选用内测百分尺来测量。测量范围为50~100，读数值为0.01

8.2.4切削用量的确定
制定切削用量，就是要在已经选择好刀具材料几何角度的基础上，合理确定切削深度t、进给量S和切削速度V。粗加工时应保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，故一般优先选用尽可能大的切削深度，其次选择较大的进给量，然后根据刀具的耐用度要求选择合适的切削速度。
查表得钻削速度计算公式为：[m/min]
d-刀具直径[mm]，t-耐用度[min]，f-进给量[mm/r]
查表，可取t=30min，f=0.40mm/r
d=11mm，带入上式，得v=28m/min
d=13mm，带入上式，得v=29m/min

查表得钻削力计算公式：[N]
查表得钻削力矩计算公式：[N·mm]
查表得功率的计算公式：[KW]
-修正系数，n-转速，[r/min]
d=11mm，带入上式，得n=810r/min
=2632N
M=12.21N·m
P=1.04KW
d=13mm。带入上式，得n=715r/min
=3110N
M=20.26N·m
P=1.52KW

8.3机动时间的计算及单位时间定额
查表得机动时间计算公式：[min]
-加工长度(深度)[mm]，-刀具的切入长度[mm]，-刀具的超出长度[mm]，
t-切削深度[mm]，-进给量[mm/r]，n-刀具或零件每分钟的转数[r/min]。
查表得：=90mm，=0.31D+1=5.0mm，=1.5mm
带入上式，得min
=(15%～20%)=0.051~0.068min
=(10%～15%)=0.034~0.051min
=(5%～7%)=0.017~0.0232min
=(2%～6%)=0.0068~0.0204min
=(3%～5%)=0.0102~0.017min
=+++++=0.48min

8.5 夹紧机构的设计
8.5.1 夹紧力的计算
夹紧力大小对于确定夹紧装置的结构尺寸，保证夹紧可靠性等有很大影响。夹紧力过大易引起工件变形，影响加工精度。夹紧力过小则工件夹不紧，在加工过程中容易发生工件位移，从而破坏工件定位，也影响加工精度，甚至造成安全事故。由此可见夹紧力大小必须适当。
计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统，然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，运动的工件还需考虑惯性）后处于静力平衡条件，求出理论夹紧力，为了安全起见再乘以安全系数K。
在本工序中，夹紧力与自重同向，夹紧力矩与切削力矩同向，与摩擦力矩反向。实际夹紧力的计算公式为：
，（）
其中：——实际夹紧力 F——理论夹紧力
K——总安全系数 ——不同因素的安全系数
根据《金属机械加工工艺人员手册》查表得：
基本安全系数=1.2； 加工状态系数=1.2；
刀具钝化系数=1.2； 切削特性系数=1.0
则：K=1.728，取K=2.

根据施加夹紧力和钻削力后力和力矩的平衡得如下关系式：

其中：切削力=3110N
箱体重力G=800N
切削力矩M=20260N·mm
夹紧力矩
（为压板压表面摩擦系数，取）
摩擦力矩

= （为定位表面摩擦系数，取=0.20）
将上述数据代入公式，计算得=530N,
则实际夹紧力

8.5.2 夹紧机构的选择
考虑到是流水线作业，工件进出工作台的方向为沿输入轴轴线的方向，因此夹具不能与工件进出方向干涉，所以将夹具布置在输出轴承孔端面的两侧，并且夹具打开后不会碰到轴承孔端面，同时要求夹具夹紧后不得干涉到钻头。根据以上原则，来设计夹具。
结合夹具基体体积、气缸长度、动力大小等因素，设计出如图8-2所示的夹紧机构：

图8-2 夹紧机构示意简图

经过对以上机构进行各个数据的初步校核，方案从各个方面均符合初步校核要求，而且该机构非常省力，压杆摆动角度大，夹紧有效面积大，同时气缸行程很小。其中，1——气缸，2、3、5、8、10——连杆，4、9——滑块，6、7——压杆。
该机构一共有7根连杆，2个滑块，共有10个转动副和3个滑动副，则该机构的自由度为：

与原动件数目吻合，故该机构有确定的运动，符合设计要求。

8.5.3 机构各杆件尺寸的设计
机构成夹紧状态的机构简图如下所示，通过多次计算和调整，最终确定各杆件的实际尺寸，如图8-3所示。

图8-3 夹紧机构各杆件尺寸示意图
=100mm，=130mm，=90mm，=170mm。

图8-4 杆1 示意图
杆1直径为，与杆2、3接头处开直径为的两个圆孔，采用圆头柱销连接。

图8-5 杆2示意图
杆2直径为，两头圆孔直径为，圆孔圆心深度为2mm。

图8-6 杆4示意图
杆4截面直径和圆孔直径与杆2相同。

图8-7 滑块示意图
滑块中心接的滑杆，上底面和侧面开宽度为3mm、深度为5mm的槽，槽内开直径为的圆孔。

图8-8 杆6（压杆）示意图
压杆宽度为10mm，厚度为8mm，与工件接触的部分伸出长度为36.2mm。
经过对力的初步的简单计算，最终折算到气缸上的动力较小，符合加工要求，该机构为一个省力机构。

8.6 气缸的选择
8.6.1 气缸输出压力的计算
当夹紧机构呈夹紧状态时，气缸输出的压力最大，所以只要设计在夹紧状态时气缸的输出压力能够满足夹紧力的要求，气缸就符合刚设计的总体要求；因此，要确定气缸的参数只需计算气缸在夹紧时需要输出的压力即可。
利用CAD可得出机构夹紧状态下的各项参数如图8-9所示：

图8-9 机构夹紧状态下的角度参数
由受力平衡得：

则气缸的最大动力F=2532N。

8.6.2气缸型号的选择
根据《机械设计手册》查得，型号为IQG的标准气缸符合要求，其系列气缸的具体参数如表8-2所示：
表8-2 IQG系列标准气缸参数

因为夹紧机构需要气缸的推理产生夹紧效果，所以据《液压传动与气压传动》，得：
；
取=1.0MPa，=0.9,；因为=F=2532N，所以D=59.9mm，选取气缸直径为D=63mm。
运用CAD对气缸的极限位置分析如图8-10所示：

图8-10 夹紧机构极限位置示意图

图中实线为夹紧状态压杆和气缸的位置，虚线为松开状态压杆和气缸的位置。模拟出压杆的转角，气缸的行程为41.5mm。气缸的行程及其他规格参数如表8-3所示：

表8-3 IQG系列气缸规格参数

所选取的直径D=63mm的IQG系列气缸的结构图和实物图如图8-12所示：

图8-11 IQG系列气缸结构图

图8-12 IQG气缸实物图

8.7 气动回路的设计
气动控制回路原理图如图8-13所示：

图8-13 气动控制回路示意图
1——气源，2——启动三联件，3——三位四通电磁换向阀，
4——气缸，5——蓄能器，6——溢流阀
气动回路工作原理：
气动回路工作前换向阀处于中位保压状态，当工件到达加工工位时，电磁阀左位接通，气缸推杆伸出，推动夹紧机构夹紧箱体；夹紧后换向阀回到中位保压状态，确保夹紧力的持续供应，工件加工完毕后电磁阀右位接通，气缸推杆收缩，夹紧机构松开，解除对工件的约束。

8.8 定位误差的计算
8.8.1 定位方式的选择
在本工序中采用机座底面为定位基准，故采用“一面两销”进行完全定位。

图8-14 底面一面两销定位示意图

其中两定位销限制X、Y方向的平动及绕Z轴的转动，定位平面限制绕X、Y方向的转动，Z方向的平动。

8.8.2 定位误差的计算

图8-15 定位销公差计算示意图

1）、确定两定位销中心矩尺寸及其公差
，=(～)， Lg—工件中心距，—工件中心距公差
所以=150mm，（定位孔尺寸17mm，公差H7， 定位孔中心距偏差0.4）
2）、确定圆定位销直径d1及其公差
d1=D1=17，D1—基准孔最小直径
按g6选取，=0.013,即尺寸为
3）、削边销宽度b和B（《工艺人员手册》表9-23）
b=4，B=15
4）、削边销与基准孔的最小配合间隙
===0.22mm
D2——基准孔最小直径；——圆柱销与基准孔的配合间隙
5）、削边销的直径d2
d2= D2－=24－0.22，
公差按h6选取，上偏差为0，下偏差为-0.011，即尺寸为mm
6）、计算定位误差
由于两孔定位有旋转角度误差,使加工尺寸产生定位误差和，应考虑较大值对加工尺寸的影响。两个方向上的偏转其值相同。因此，只对一个方向偏转误差进行计算。