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西安工業(yè)大學北方信息工程學院
本科畢業(yè)設計(論文)
題目：搖臂支架的機械加工工藝規(guī)程及夾具設計
系 別： 機電信息系
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： B090207
學 生： 楊俊
學 號： B09020740
指導教師： 萬宏強
2013年05月
畢業(yè)設計（論文）任務書
系別 機電信息系專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 B090207姓名 楊俊 學號 B09020740
1.畢業(yè)設計（論文）題目： 搖臂支架的機械加工工藝規(guī)程及夾具設計
2.題目背景和意義：夾具是能夠使產品按一定的技術要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝置，
它的主要用于保證產品的加工質量、減輕勞動強度、輔助產品檢測、展示、運輸?shù)取９ぜ?
的工藝分析及夾具設計是工藝工程師必備的專業(yè)素質，對學生的培養(yǎng)具有重要實踐意義。
3.設計(論文)的主要內容（理工科含技術指標）：
(1)對所給零件進行設計和建模，所給零件的工藝分析，計算、編寫各工件加工工藝；
(2)各工件的定位分析（自由度）、夾具的定位誤差計算；
(3)繪制各夾具的裝配圖及部分零件圖；
(4)要求各夾具設計合理，符合工程實際；
(5)各工件具體參數(shù)見所給參考圖紙。
4.設計的基本要求及進度安排（含起始時間、設計地點）：
第1周－第3周：查閱資料，完成基礎知識的積累和開題報告；
第4周－第6周：典型工件的工藝分析，計算、編寫各工件加工工藝；
第7周－第8周：各夾具的設計計算，定位分析，設計中存在的問題。
第9周：中期檢查。
第10周－第13周：繪制各夾具的裝配圖、部分零件工程圖。
第14周－第15周：完成畢業(yè)論文。
第16周：答辯。
5.畢業(yè)設計（論文）的工作量要求 不少于15000字
① 實驗（時數(shù)）或實習（天數(shù)）：
② 圖紙（幅面和張數(shù)）： A0圖紙2張，工藝卡片1份
③ 其他要求：參考文獻不少于15篇（其中外文文獻不少于3篇），外文文獻翻譯漢字3000
字以上。
指導教師簽名： 年 月 日
學生簽名： 年 月 日
系主任審批： 年 月 日
說明：1 本表一式二份，一份由學生裝訂入冊，一份教師自留。
2 帶*項可根據(jù)學科特點選填
搖臂支架的機械加工工藝規(guī)程及夾具設計
摘 要
本次畢業(yè)設計主要分為兩個階段：機械加工工藝規(guī)程的設計和專用夾具的設計。
在機械加工工藝規(guī)程設計中，首先，根據(jù)查閱有關資料，對零件圖進行技術要求分析，并熟悉材料種類和用途，確定出搖臂支架毛坯的材料、大小、和形狀，由此確定了加工方案，擬定工藝路線；然后，根據(jù)毛坯尺寸確定加工余量和基準，安排加工順序，選出所用機床、刀具、夾具、設計工裝；再次計算各工序的切削用量及基本工時，并且編寫加工過程和工藝卡片。夾具的設計主要圍繞機床鉆孔夾具為中心，設計出兩套鉆床夾具，分別是在零件一耳端面上鉆一個Φ3孔，另外在兩耳上分別鉆Φ2孔的夾具。確定定位元件和加緊方案，完成夾具的設計及其受力分析和誤差分析。最終完成了零件毛坯圖、零件圖、夾具設計圖、夾具總裝配圖。
關鍵詞：搖臂支架；工藝設計；專用夾具；機械；鉆模；加工
30
The Machining Process Planning and Fixture Design of Rocker Arm Bracket
Abstract
This graduation design is mainly divided into two stages: the design of the machining process planning and fixture.
In the machining process planning design, first of all, according to available information, analysis the technical requirements of parts drawing, and familiar with the material and use, determine the rocker arm support blank material, size, and shape, thereby processing scheme is determined, the proposed process line; then, according to the determination of machining allowance and a reference blank size, arrangement processing sequence, select the machine, tool, fixture, tooling design; again calculate the amount of cutting and the basic working hours each working procedure, and the preparation process and process card. Fixture design mainly machine drilling fixture as the center, designed two sets of drilling fixture, which is a Phi drill in parts of an ear end 3 holes, in addition to the two ears are respectively drilled 2 holes with fixture. Determine the position of components and to plan, complete fixture design and analysis of force and error. The final completion of the blank drawing, part drawing, fixture design, fixture assembly drawing.
Key words: rocker shaft bracket; process design; special fixture; machinery; Fixture; processin
目 錄
1 緒論 1
1.1機床夾具概述 1
1.1.1夾具的發(fā)展趨勢 1
1.1.2夾具的國內外相關研究情況 2
1.2機床夾具設計的目的、內容 3
1.2.1設計的目的 3
1.2.2設計的內容 3
1.2.3設計要求 4
1.2.4設計的步驟 4
2 零件工藝方案設計 5
2.1零件作用 5
2.2零件的工藝分析 6
3 工藝規(guī)程設計 8
3.1毛坯確定 8
3.1.1選前準備 10
3.1.2確定加工方法 10
3.2基準的選擇 10
3.2.1粗基準選擇 10
3.2.2精基準選擇 11
3.3工藝路線的擬定 12
3.3.1工藝路線方案一 12
3.3.2工藝路線方案二 12
3.4切削用量、時間定額的計算 13
3.4.1機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 13
3.4.2各工序的切削用量的選擇 14
4 鉆Φ3mm孔夾具設計 23
4.1夾具設計 23
4.1.1確定夾具的結構方案 23
4.1.2夾具誤差分析 24
4.2定位誤差分析 27
4.3工裝夾具的裝配要求 27
4.4工裝夾具的使用說明 27
4.4.1夾具的操作步驟 27
4.4.2夾具使用注意事項、保養(yǎng)及維護 27
5 鉆Φ2mm孔夾具設計 28
5.1擬定設計方案 28
5.2確定夾具設計方案 28
5.2.1定位元件及基準的選擇 28
5.2.2定夾緊元件及動力裝置確定 29
5.3力的計算 29
5.3.1切削力與加緊力的計算 29
5.3.2夾具精度分析 30
5.4工裝夾具的裝配要求 30
5.5工裝夾具的使用說明 30
6 結論 31
參考文獻 32
致 謝 33
畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 34
畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 35
西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）
1 緒論
1.1機床夾具概述
在機械制造過程中，用來固定加工對象，使其占有正確的位置，以使工件接受施工在鉆床上進行孔的鉆、鉸、擴，攻螺紋加工時所用的夾具稱為鉆夾具，又稱為鉆模。機床夾具為機床的一種附加裝置，安裝工件后使之獲得相對機床成刀具的正確位置并把工件可靠的夾緊。
1.1.1夾具的發(fā)展趨勢
近些年來，隨著數(shù)控機床、加工中心、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)等現(xiàn)代或加工設備的廣泛應用，使傳統(tǒng)的機械加工的指導方法發(fā)生了重大變革，夾具的功能已經(jīng)從過去的裝夾、定位、引導刀具，轉變?yōu)檠b夾、定位。而數(shù)字化的設備加工功能的廣大化。給今后夾具的快速定位、快速裝夾提出了更高的要求。
夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。
1) 高精
隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達±5μm，夾具支承面的垂直度達到0.01mm/300mm，平行度高達0.01mm/500mm。德國demmeler（戴美樂）公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內；夾具重復安裝的定位精度高達±5μm；瑞士EROWA柔性夾具的重復定位精度高達2~5μm。機床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，為了適應不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標準供選擇。
2) 高效
為了提高機床的生產效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產品越來越多了。減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用1~2秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機床上安裝與調整夾具的時間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可完成線切割機床夾具的安裝與校正。采用美國Jergens（杰金斯）公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，1分鐘內就能將夾具定位和鎖緊在機床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產線上更換夾具，起到縮短停機時間，提高生產效率的作用。
3) 模塊、組合
夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用CAD技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經(jīng)營電子商務化。
4) 通用、經(jīng)濟
夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性好。德國demmeler（戴美樂）公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費用低，經(jīng)濟實用才有推廣應用的價值。
專家們建議組合夾具行業(yè)加強產、學、研協(xié)作的力度，加快用高新技術改造和提升夾具技術水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網(wǎng)站，充分利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡技術，與時俱進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術。主動與國外夾具廠商聯(lián)系，爭取合資與合作，引進技術，這是改造和發(fā)展我國組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑。
1.1.2夾具的國內外相關研究情況
迄今為止，夾具仍是機電產品制造中必不可缺的四大工具（刀具、夾具、量具、模具）之一。夾具在國內外也正在逐漸形成一個依附于機床業(yè)或獨立的小行業(yè)。
我國國內的夾具始于20世紀60年代，當時建立了面向機械行業(yè)的天津組合夾具廠，和面向航空工業(yè)的保定向陽機械廠，以后又建立了數(shù)個生產組合夾具元件的工廠。在當時曾達到全國年產組合夾具元件800萬件的水平。20世紀80年代以后，兩廠又各自獨立開發(fā)了適合NC機床、加工中心的孔系組合夾具系統(tǒng)，不僅滿足了我國國內的需求，還出口到美國等國家。當前我國每年尚需進口不少NC機床、加工中心，而由國外配套的孔類夾具，價格非常昂貴，現(xiàn)大都由國內配套，節(jié)約了大量外匯。
從國際上看俄國、德國和美國是組合夾具的主要生產國。當前國際上的夾具企業(yè)均為中小企業(yè)，專用夾具、可調整夾具主要接受本地區(qū)和國內訂貨，而通用性強的組合夾具已逐步成熟為國際貿易中的一個品種。由于我國在組合夾具技術上有歷史的積累和性能價格比的優(yōu)勢，隨著我國加入WTO和制造業(yè)全球一體化的趨勢，特別是電子商務的日益發(fā)展，其中蘊藏著很大的商機，具有進一步擴大出口良好前景。
1.2機床夾具設計的目的、內容
1.2.1設計的目的
本次設計是在我們學完了大學的全部基礎課，技術基礎課以及專業(yè)課之后而進行。此次的設計是對大學期間所學各課程及相關的應用繪圖軟件的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。其目的在于：
1) 鞏固我們在大學里所學的知識，也是對以前所學知識的綜合性的檢驗。
2) 加強我們查閱資料的能力，熟悉有關資料。
3) 樹立正確的設計思想，掌握設計方法，培養(yǎng)我們的實際工作能力。
4) 通過對搖臂支架的機械制造工藝設計，使我們在機械制造工藝規(guī)程設計，工藝方案論證，機械加工余量計算，工藝尺寸的確定，編寫技術文件及查閱技術文獻等各個方面受到一次綜合性的訓練。初步具備設計一個中等復雜程度零件的工藝規(guī)程的能力。
5) 能根據(jù)被加工零件的技術要求，運用夾具設計的基本原理和方法，學會擬定夾具設計方案，完成夾具結構設計，初步具備設計出高效，省力，經(jīng)濟合理并能保證加工質量的專用夾具的能力。
6) 通過零件圖，裝配圖繪制，使我們對于AutoCAD繪圖軟件的使用能得到進一步的提高。
通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結構設計，使我們在擬定傳動和變速的結構方案過程中，得到設計構思、方案的分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，并培養(yǎng)自己具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。
1.2.2設計的內容
1) 本次設計的主要內容為：首先運用AutoCAD軟件繪制搖臂支架的二維零件圖；
2) 對搖臂支架零件進行工藝分析，確定毛坯類型和制造方法，搖臂支架的材料為45鋼，擬采用以鍛造的形式進行毛坯的制造，并建立該零件三維模型，設計該零件毛坯；
3) 所給零件的工藝分析，計算、編寫加工工藝：設計2個工序的機床夾具，即對鉆Φ2孔和Φ3孔兩加工工序進行夾具裝配圖及夾具體的設計，有定位分析（自由度）、夾具的定位誤差計算等內容；
4) 繪制各夾具的裝配圖及部分零件圖；
5) 各工件具體參數(shù)見所給參考圖紙。
1.2.3設計要求
評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術—經(jīng)濟指標來判定的。技術先進合理，亦即“質優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內和國際市場上才有競爭力。機床設計的技術—經(jīng)濟指標可以從滿足性能要求、經(jīng)濟效益和人機關系等方面進行分析。
1.2.4設計的步驟
1) 調查報告
研究市場和用戶對設計機床的要求，然后檢索有關資料。其中包括情報、預測、研究成果、發(fā)展趨勢、新技術應用以及相應的圖紙資料等。甚至還可以通過網(wǎng)絡檢索技術查閱先進國家的有關資料和專利等。通過對上述資料的分析研究，擬訂適當?shù)姆桨?，以保證機床的質量和提高生產率，使用戶有較好的經(jīng)濟效益。
2) 擬定方案
通?？梢詳M定出幾個方案進行分析比較。每個方案包括的內容有：工藝分析、主要技術參數(shù)、總布局、主要部件的結構草圖、實驗結果及技術經(jīng)濟分析等。
在制定方案時應注意以下幾個方面：
(1) 當使用和制造出現(xiàn)矛盾時，應先滿足使用要求，其次才是盡可能便于制造。要盡量用先進的工藝和創(chuàng)新的結構；
(2) 設計必須以生產實踐和科學實驗為依據(jù)，凡是未經(jīng)實踐考驗的方案，必須經(jīng)過實驗證明可靠后才能用于設計；
(3) 繼承與創(chuàng)造相結合，盡量采用先進工藝，迅速提高生產力，為實現(xiàn)四個現(xiàn)代化服務。注意吸取前人和國外的先進經(jīng)驗，并在此基礎上有所創(chuàng)造和發(fā)展。
3) 工作圖設計
首先，在選定工藝方案并確定機床配置形式、結構方案基礎上，進行方案圖紙的設計。這些圖紙包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產率計算卡，統(tǒng)稱“三圖一卡”設計。并初定出主軸箱輪廓尺寸，才能確定機床各部件間的相互關系。
然后，整理機床有關部件與主要零件的設計計算書，編制各類零件明細表，編寫機床說明書等技術文件。最后，對有關圖紙進行工藝審查和標準化審查。
2 零件工藝方案設計
2.1零件作用
叉架類零件包括撥叉、支架、連桿、杠桿等，它們多為鑄件或鍛件，結構形狀變化較大，也較為復雜，機械加工的工序常不相同。選擇主視圖時應根據(jù)零件的具體特點，按其工作位置和充分反映零件特征的原則來選擇定。除用基本試圖外，常采用局部視圖，斜視圖、局部放大圖等放大圖來表示一些局部結構，而用剖面圖來表示需要表達的斷面形狀。
題目所給的零件搖臂支架中，潤滑油由Φ2孔進入Φ3孔油道孔，Φ4孔壓入S4球收口保證油道內部的清潔，Φ10.5用來裝配搖臂軸；Φ12的兩耳與孔配合，起到支撐作用，支撐搖臂按正常軌跡動作。
圖2.1 搖臂支架零件三維圖
圖2.2 搖臂支架零件二維圖
2.2零件的工藝分析
該零件是支架類零件，形狀不規(guī)則，尺寸精度、行位精度要求一般。
主要技術要求：
1) 未鍛造圓角R2~R4。
2) 去銳邊尖角。
3) 清洗油道后在Φ孔內壓入S4壓入孔口收口。
具體要求如下：
表2.1 零件所有尺寸及精度要
加工表面
尺寸及偏差(mm)
公差/mm及精度等級
表面粗糙度Ra/μm
形位公差/mm
搖臂支架底面
20
IT11
3.2
搖臂支架耳朵端面
54
IT7
6.3
搖臂支架耳朵外表面
Φ
IT8
0.8
∥ 0.05 D
Φ3mm孔
Φ3
IT12
12.5
Φ4mm孔
Φ
0.018，IT8
6.3
Φ10.5mm孔
Φ10.5
IT12
12.5
∥ 0.1／100 D
Φ6.1mm孔
Φ6.1
IT12
12.5
搖臂支架外圓表面
Φ20
IT12
6.3
3 工藝規(guī)程設計
搖臂支架在工作中承受多向交變載荷的作用，要求具有很高的強度。因此，支架材料一般采用高強度碳鋼和合金鋼；該搖臂支架采用45鋼。45鋼最低抗拉強度為600MPa，屈服強度不小于355MPa，適用范圍是承受彎曲應力及抗拉應力。耳朵表面要求高頻淬火處理，硬度為52~56HRC。
3.1毛坯確定
毛坯制造方法的選擇，主要根據(jù)生產類型、材料的工藝性（可塑性，可鍛性）及零件對材料的組織性能要求，零件的形狀及其外形尺寸，毛坯車間現(xiàn)有生產條件及采用先進的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。
由于搖臂支架在工作過程中要成熟沖擊載荷，為增強其強度和韌性，且根據(jù)生產綱領為大量生產，毛坯選用鍛件。為提高生產率和鍛件的精度，采用模鍛方法來制造毛坯。
要確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量，應該先確定一下各個因素。
1) 公差等級：由搖臂支架的公用和技術要求，確定該零件的公差等級為普通級。
2) 鍛件重量：搖臂支架的重量約為0.23Kg，初步估計機械加工前鍛件毛坯的重量為0.4Kg。
3) 鍛件形狀復雜系數(shù)對零件圖金星分析計算：可大致確定鍛件外廓包容的長度、寬度、高度。即L=54mm，b=32mm，h=53mm?？捎嬎愠鲈撳懠男螤顝碗s系數(shù)S==0.526。屬于S2 級。
4) 鍛件材質系數(shù)：搖臂支架的材料為45鋼，是碳的質量分數(shù)小于0.65%的碳素鋼。所以該鍛件的材質系數(shù)屬于M 級。
5) 鍛件分模線形狀：根據(jù)該零件的形位特點，選擇零件高度方向的對稱平面為分模面，屬于直分模線。
6) 零件表面粗糙度：由零件圖可知，各個加工表面的粗糙度Ra大多數(shù)都大于等于3.2μm。
根據(jù)上述諸因素，可查表確定該鍛件的尺寸和機械加工余量，
如下圖所示：
圖3.1 搖臂支架毛坯圖
搖臂支架材料為#45，由于產品外表面大部分不用加工，所以毛坯選用精密模鍛。該種模鍛的尺寸公差等級為6～7 級，確定加工表面的總余量。
如下表所示：
表3.1 主要毛坯尺寸及公差
主要面尺寸
零件尺寸
總余量
毛坯尺寸
Φ12的面
12
3.2
15.2
高
53
2
55
總長
54
3
57
Φ20的面
25
4
29
3.2 零件模鍛毛坯圖
3.1.1選前準備
在擬定零件加工工藝路線時，首先要確定各個表面的加工方法和加工方案。零件表面的加工方案，首先取決于加工表面的技術要求。當明確了各加工表面的技術要求后，即可根據(jù)這些要求選擇能保證該要求的最終加工方法，并同時確定出所需要經(jīng)過工序（或工步）的加工方法。具體的加工方法可根據(jù)經(jīng)驗或參考有關表以及其它有關工藝手冊來確定。所選擇的加工方法，應滿足零件的質量要求，要具有良好的加工經(jīng)濟性和高的生產率。滿足同樣精度要求的加工方法有若干種，為此，選擇加工方法時應考慮下列因素：
1) 按經(jīng)濟精度選擇加工方法 所謂經(jīng)濟精度指的是在正常生產條件（完好的設備，使用必需的刀具和適當質量的夾具，一定熟練程度等級的生產工人，合理的定額工時）下，所能達到的經(jīng)濟精度，相應的粗糙度稱為經(jīng)濟粗糙度。
2) 工件的材料性質
3) 工件的形狀尺寸 如小孔一般采用鉆、擴、鉸的方法；大孔常采用鏜削的加工方法，當有孔和外圓時宜先加工孔。
4) 生產類型
5) 生產率和經(jīng)濟性 對于較大的平面，銑削加工生產率較高；窄長的工件宜采用刨削加工；對于大量生產的低精度孔系，宜采用多軸鉆；對批量較大的曲面加工，可采用機械靠模加工，數(shù)控加工和特種加工等加工方法。
6) 具體生產條件 使生產符合實際，并充分挖掘現(xiàn)有使用潛力。
7) 特殊要求 。
3.1.2確定加工方法
平面加工方法：粗銑—精銑 經(jīng)濟精度為IT8~IT10 表面粗糙度為Ra1.6~Ra3.2。
外圓柱面的加工：粗車—半精車—精車，經(jīng)濟精度為IT7~IT8 ，表面粗糙度Ra1.6~Ra3.2。
未鍛出孔：鉆—鉸 經(jīng)濟精度為IT8~IT9 表面粗糙度為Ra1.6~Ra3.2。
小孔加工：鉆
螺紋孔：先鉆后攻絲。
3.2基準的選擇
3.2.1粗基準選擇
粗基準選擇時，應重點考慮兩個問題：一是保證主要加工面有足夠而均勻的加工余量和各待加工表面有足夠的加工余量；二是保證加工面與不加工面之間的位置精度。
其選擇原則為：
1) 為了保證加工面與不加工面之間的位置要求，應選不加工面為粗基準。
2) 合理分配個加工面的加工余量。
a. 為了保證各加工面都有足夠的加工余量，應選擇毛坯余量最小的面為粗基準。
b. 為了保證重要加工表面的加工余量均勻，應選重要加工面為粗基準。
c. 粗基準的選擇應使工件上各加工表面總的金屬切除量最小。
3) 粗基準應避免重復使用，在同一尺寸方向上通常只使用一次。
4) 選作粗基準的表面應光潔，要避開鍛造、飛邊和鑄造澆冒口、分型面、毛刺等缺陷，以保證定位準確，加緊可靠。當使用夾具裝夾時，選擇的粗基準面最好使夾具結構簡單，操作方便。
因此，選擇外圓Φ20mm的外圓面做粗基準。
3.2.2精基準選擇
精基準的選擇，重點是考慮如何減小工件的定位誤差，保證工件的加工精度，同時也要考慮工件的裝夾方便可靠，夾具結構簡單，使零件的制造較為經(jīng)濟、容易。
其選擇原則為：
1) 基準重合原則 以設計基準作為定位基準。
2) 基準統(tǒng)一原則 加工過程中采用統(tǒng)一的定位基準，這樣做可以簡化工藝規(guī)程的制定工作，減小夾具設計，制造量和成本，縮短生產準備周期。由于減少了基準轉換，便于保證各加工表面的相互位置精度?；鶞手睾虾突鶞式y(tǒng)一原則是選擇精基準的兩個重要原則。但有時兩者相互矛盾，必須處理好。當遇有尺寸精度較高的表面時，應以基準重合為主，以免給加工帶來困難，這時不宜做到基準統(tǒng)一原則，除此之外，均應考慮基準統(tǒng)一原則。
3) 自為基準原則 當加工余量小而均勻時選擇加工表面本身作為定位基準。
4) 互為基準原則 用于兩個有相互位置要求的表面，采用反復加工，相互作為基準。
根據(jù)該搖臂支架的技術要求和裝配要求，選擇搖臂支架的底面和搖臂支架耳朵的端面作為精基準。零件上的很多表面都可以采用它們作為基準來進行加工。即遵循了“基準統(tǒng)一”的原則。搖臂支架的底面是設計基準，選用其做精基準定位加工Φ10.5mm孔和Φ6.1mm孔以及搖臂支架的外圓Φ12mm。搖臂支架耳朵的端面做為精基準，可以鉆Φ3mm孔和Φ4mm孔。這樣就實現(xiàn)了設計基準和工藝基準的重合。同時也保證了被加工表面的平行度要求。
3.3工藝路線的擬定
3.3.1工藝路線方案一
模鍛
工序1 車外圓、端面、倒角至要求，半精車底面，倒角，切槽。
工序2 銑底面和頂面
工序3 鉆Φ10.5 、Φ6.1鉆Φ3，鉸孔Φ4
工序4 鉆2×Φ2
工序5 局部淬火
工序6 磨2×Φ12
工序7 終檢
3.3.2工藝路線方案二
模鍛
工序1 銑底面和頂面
工序2 外圓、端面、倒角至要求。半精車端面、倒角、切槽。
工序3 鉆、擴孔Φ10.5 鉆、擴Φ6.1，鉆、鉸Φ3，锪Φ4孔。
工序4 鉆2×Φ2孔
工序5 局部淬火。
工序6 磨Φ12外圓。。
工序7 終檢。
兩個方案在開始時加工就出現(xiàn)不同，方案一實現(xiàn)加工面，方案二實現(xiàn)加工軸，根據(jù)給定的條件可知，需先加工作為基準的底面，而且方案一端面需精加工，因此需兩個圓柱的粗加工都結束后才能實施精加工，選擇方案時還應考慮工廠的具體條件等因素，如設備，能否借用工、夾、量具等。本次設計選擇工藝路線二。
根據(jù)方案二制定出詳細的工序劃分，具體加工工藝路線及設備、工裝的選用如表3.2所示：
表3.2 機床、刀具及量具的選用
工序號
工序名稱
機床設備
刀具
量具
1
粗銑搖臂支架底面
X6132
硬質合金端銑刀
游標卡尺
2
粗車搖臂支架耳朵外圓表面
CA6140
硬質合金車刀
千分尺
3
粗車耳朵端面、倒角1×45°
CA6140
硬質合金車刀
千分尺
4
粗車臺階面、半精車臺階面、車各槽、倒角2.5×2
CA6140
硬質合金車刀
千分尺
5
鉆、擴Φ6.1mm孔、Φ10.5mm孔
Z550
麻花鉆、擴孔鉆
卡尺、塞規(guī)
6
鉆、鉸Φ3mm孔
Z550
麻花鉆、鉸刀、
游標卡尺
7
锪Φ4mm孔
Z550
锪刀
游標卡尺
6
鉆2×Φ2mm孔
專用鉆床
麻花鉆
卡尺、塞規(guī)
7
搖臂支架兩耳外圓柱表面局部淬火
淬火機
8
磨削搖臂支架2×Φ12外圓柱表面
平面磨床M114W
砂輪
游標卡尺
9
去毛刺
鉗工臺
銼刀
10
清洗
清洗機
11
壓入鋼球Φ4mm，孔口收口
12
終檢
淬火機
塞規(guī)、百分表
3.4切削用量、時間定額的計算
3.4.1機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
1) 銑端面：考慮其加工表面粗糙度要求為，可直接粗銑一次，取2Z=2mm已能滿足要求。
2) 加工Φ12mm的外圓表面：可直接粗車，經(jīng)熱處理后在進行磨削，確定工序尺寸及余量為2Z=3mm。
3) 車削Φ12mm端面：考慮其表面粗糙度要求，只要求粗加工，取2Z=4mm已能滿足要求。
4) 加工Φ10.5mm孔：其表面粗糙度要求，其加工方式可以分為鉆，擴，兩步，確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：Φ9.8mm
擴孔：Φ10.5mm 2Z=0.7mm
5) 加工Φ6.1mm孔
鉆孔：Φ5.8
擴孔：Φ6.1 2Z=0.3mm
6) 加工Φ3mm孔：其加工方式可以分為鉆兩步，確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：Φ2.9mm
鉸孔：Φ3mm 2Z=0.1mm
7) 加工Φ4mm孔
锪孔：Φ4mm
8) 加工Φ2mm孔
鉆孔：Φ2mm
3.4.2各工序的切削用量的選擇
1) 粗銑
a. 銑頂面
(1) 確定切削用量
確定切削用量
銑削深度aw： aw=1mm
每齒進給量fz：fw=0.2mm/齒
刀具：YT15硬質合金端銑刀。銑削寬度ae≤90，深度ap≤6，齒數(shù)z=4，取刀具直徑d0=80mm。選擇刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=5°，刃傾角：λs=－5°，主偏角Kr=60°，過渡刃Krε=30°，副偏角Kr’=5°。
銑削速度： V=0.45m/s=27m/min，
機床主軸轉速：
=
現(xiàn)采用X6132銑床，根據(jù)機床使用說明書，取=118r/min
故實際切削速度為
工作臺每分進給量：
取=0.15，z=4，=118代入公式得：
0.15×4×118=70.8m/min
取70m/min
40mm
走刀次數(shù)為1
(2) 計算基本工時：
機動時間tm：
b. 銑底面
52mm
機動時間tm：
2) 粗車Φ12外圓
(1) 確定切削用量
a. 確定背吃刀量
粗車外圓，加工余量為2Z=3mm，一次走刀，則ap=1.5mm。
b. 確定進給量
刀桿尺寸16 ，25，工件直徑為12mm，則f=0.3~0.4 f =0.3。
c. 選擇刀具磨鈍標準及耐用度
由表1.9查取后刀面磨損最大限度為0.8~1.0，焊接耐用度T=60mm。
d. 確定切削速度VC：
查?。?ap=1.5、f =0.3mm/r、車刀為YG硬質合金，由于實際車削過程使用條件的改變，查取切削速度修正系數(shù)：Kv=0.86 ，=43
則
e. 確定機床主軸轉速：
按CA6140車床轉速選擇與408r/min相近似的機床轉速n =410r/min，
則實際切削速度
3.14×15.2×410/1000=20m/min。
綜上，此工步的切削用量為：a =1.5mm，f =0.3，n =410r/min，V =20m/min。
(2) 計算基本工時：
3) 粗車Φ12端面
(1) 確定切削用量
a. 確定背吃刀量ap
粗車的余量為3mm， a =1.5mm。
b. 確定進給量
加工材料#45、車刀刀桿尺寸為16 、d0=12.2mm、切削深度a =1.5mm，則進給量為0.3~0.4。查取橫向進給量取f =0.3mm/r。
c. 確定切削速度VC：
刀具用YG6硬質合金車刀加工，a =1.5mm，f =0.1mm/r。切削速度的修正系數(shù)為：Kv =0.81，則
確定機床主軸轉速：
按CA6140車床轉速選擇與313r/min相近似的機床轉速n=350r/min，則實際切削速度
3.14×12.2×350/1000=13.4m/min。
綜上，此工步的切削用量為：a =3mm，f =0.3，n =350r/min，V =13.4m/min。
(2) 計算基本工時：
d=15.2，d1=0，l1=0，l2= l3=0
=(12.2－0)/2+0+0+0=6.6mm
T= 6.6×1÷(0.03×350)=0.63min。
4) 粗車臺階面
(1) 切削用量的計算：
a. 確定背吃刀量ap
粗車的余量為2Z=4，a =2mm。
b. 確定進給量
加工材料#45、車刀刀桿尺寸為16 、工件直徑25mm、切削深度a=2mm，則進給量為0.3~0.4。查橫向進給量取f =0.3mm/r。
c. 確定切削速度VC：
當用YG6硬質合金車刀加工，a =2mm，f =0.03mm/r。由于實際情況，在車削過程使用條件的改變，查得切削速度的修正系數(shù)為：Kv =0.81，
則
確定機床主軸轉速：
按CA6140車床轉速選擇與280r/min相近似的機床轉速n=300r/min，
則實際切削速度：
3.14×20×300÷1000=18.8m/min。
綜上，此工步的切削用量為：a =2mm，f =0.0 3，n =300r/min，V =18.8m/min。
(2) 計算基本工時：
(d=25， d1=12，l1 =3，l2= l3=0)
=(20－12)/2+（3+0+0）=7mm
T = 7×1÷(0.03×300)=0.78min。
5) 倒角1×45o：采用車刀。為縮短輔助時間，取倒角時的主軸轉速車削相同：n=480r/min，手動進給。
6) 半精車臺階面
(1) 切削用量的計算：
a. 確定背吃刀量ap
粗車的余量為0.5， a =0.5mm。
b. 確定進給量
加工材料#45、車刀刀桿尺寸為16 、工件直徑20mm、切削深度a=0.5mm，則進給量為0.1~0.2。橫向進給量取f =0.1mm/r。
c. 確定切削速度Vc：
當用YG6硬質合金車刀加工，a =0.5mm，f =0.1mm/r。由于實際情況，在車削過程使用條件的改變，查得切削速度的修正系數(shù)為：Kv =0.81，
則
確定機床主軸轉速：
按CA6140車床轉速選擇與430r/min相近似的機床轉速n =450r/min，則實際切削速度
3.14×20×450÷1000=28m/min。
綜上，此工步的切削用量為：a =0.5mm，f =0. 1，n =450r/min，V =28m/min。
(2) 計算基本工時：
d=25，d1=12，l1 =0，l2= l3=0
=(20－12)/2+（3+0+0）=7mm
T = 7×1÷(0.1×450)=0.15min。
7) 倒角2.5×2：采用車刀。為縮短輔助時間，取倒角時的主軸轉速車削相同：n=450r/min，手動進給。
8) 切槽1.5×0.5：采用切槽刀。為縮短輔助時間，取主軸轉速與車削相同：n=450r/min，手動進給。
9) 鉆Φ9.8mm孔
(1) 切削用量的計算：
切削深度：=0.25
進給量：取f=0.22mm/r
取鉆削速度V=12.25m/min
機床主軸轉速：
，
取n=480r/min。
實際切削速度
3.14×9.8×480/1000=14.77m/min。
(2) 計算基本工時：
機動時間tm
取l=53，l1=3，l2=4，f=0.22，n=480r/min代入公式得：
=(53+3+4)/(0.22×480)=0.568min
10) 擴Φ10.5孔
(1) 切削用量的計算：
切削深度：=0.5
進給量：取f=1.1mm/r。
取切削速度V=0.4V鉆=5.788m/min
機床主軸轉速：
取n=180r/min。
(2) 計算基本工時：
機動時間tm
取l=53，l1=3，l2=3，f=1.1，n=180r/min代入公式得：
=(53+3+3)/(1.1×180)=0.298min
11) 鉆Φ5.8mm孔
(1) 切削用量的計算：
切削深度：=2.9
進給量：取f=0.14mm/r。
取切削速度V=15m/min
機床主軸轉速：
取nw=910r/min。
實際切削速度
3.14×5.8×910/1000=16.57m/min。
(2) 計算基本工時：
機動時間tm
取l=47，l1=3，l2=3，f=0.14，n=910r/min代入公式得：
=(47+3+3)/(0.14×910)=0.416min
12) 擴Φ6.1孔
(1) 切削用量的計算：
切削深度：=0.1
進給量的確定f=0.9mm/r
取切削速度V=0.4V鉆=6.628m/min
機床主軸轉速：
取n=480r/min。
(2) 計算基本工時：
機動時間tm
取l=47，l1=3，l2=3， f=1.1，n=480r/min代入公式得：
=(47+3+3)/(0.9 × 480)=0.123min
13) 加工Φ3mm孔
a. 鉆Φ2.9mm孔
(1) 切削用量的計算
切削深度：=1.45
進給量：取f=0.08mm/r
取切削速度V=15m/min
機床主軸轉速：
，取nw=1700r/min
實際切削速度
3.14×2.9×1700/1000=15.48m/min。
(2) 計算基本工時：
機動時間tm
取l=48，l1=3，l2=0，f=0.08，n=1700r/min代入公式得：
=（48+3+0）/(0.08×1700)=0.397min
b. 鉸Φ3孔
(1) 切削用量的計算
切削深度：=0.05 ，f=0.7mm/r
取切削速度V=0.4V鉆=6m/min
機床主軸轉速：
，取n=600r/min
(2) 計算基本工時：
機動時間tm
由鉆孔的基本時間可由公式
求得。
式中，，=3mm，因為是盲孔，所以
進給量 =0.5mm／r，n= 600 r／min，所以，
=0.17min=10.2s.
輔助時間的計算
=0.15×=0.15×10.2=1.53s
其他時間的計算
其他時間==6%×(+)=0.64s
單件時間 的計算
單件時間： =10.2s+1.53s+0.64s=12.37s
14) 锪Φ4孔
(1) 切削用量的計算：
進給量：取f=1/3f鉆=0.043mm/r
取切削速度V=1/3V鉆=9.1m/min
機床主軸轉速：
取n=750r/min
實際切削速度
3.14×4×750/1000=9.4m/min
(2) 計算基本工時：
機動時間tm
取l=4，l1=2，l2=0，f=0.043mm/r，n=750r/min代入公式得：
=(4+2+0)/0.043×750=0.19min
15) 鉆2×Φ2的孔
(1) 切削用量的計算：
切削深度：=4.5，進給量：f=0.4mm/r，取切削速度V=18m/min
機床主軸轉速：
取nw=3000r/min
實際切削速度
3.14×2×1700/1000=18.84m/min。
(2) 計算基本工時：
機動時間tm
取l=4.5，l1=3，l2=3，f=0.4，n=3000r/min代入公式得：
=(4.5+3+3)/0.4×3000=0.875min
16) 熱處理
17) 磨削
(1) 選擇砂輪
選砂輪選擇結果為：A46KV6P 300×50×230。砂輪耐用度為1800s。
(2) 確定切削用量
砂輪轉速 =1500r/min，V砂=27.5m/min
(0.5~0.6)B=20~32
20mm
=18m/min 0.0056mm/st
(3) 計算基本工時
西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）
4 鉆Φ3mm孔夾具設計
4.1夾具設計
已知搖臂支架的材料為45鋼，毛坯為鍛件，所用機床為臺式鉆床Z550，本夾具主要用來鉆Φ3mm孔，刀具為麻花鉆。由于本工序的加工精度不高，在加工本道工序時，主要應考慮如何提高勞動生產率，降低勞動強度。
4.1.1確定夾具的結構方案
按照基準重合原則確定的，用設計基準作為定位基準，以避免定位基準與設計基準不重合而引起的基準不重合誤差。有利于提高夾緊剛度，缺點是夾緊力大容易引起定位元件變形。夾具設計簡單，裝夾方便。
a. 確定定位元件
Φ3mm孔的加工精度要求不高，只需要鉆即可。根據(jù)零件圖和和規(guī)定的定位基準，為了減小定位誤差，按基準重合原則選Φ10 H7/h6定位芯軸與Φ10.1mm孔為定位基準。選用定位芯軸限制2個自由度，分別是沿Y軸和Z軸的移動。再選用搖臂支架另一只耳朵，即外圓柱面為工件定位基面。選用2個V型塊，可以限制限工件4個自由度，即工件在沿X軸和繞X軸、Y軸和Z軸方向的運動同時被限定，屬于完全定位。
此夾具的夾緊裝置為螺旋夾緊，因為用于鉆小孔的夾具，常常不另外再設夾緊裝置，這種處理方法可以縮短夾具的制造周期，降低夾具制造成本，又可以節(jié)省安裝工件的時間，提高生產率。
b. 確定導向裝置
本工序選用可換鉆套作為刀具的導向元件。
c. 確定加緊方式及元器件選擇
夾緊機構的三要素是夾緊力方向的確定、夾緊力作用點的確定、夾緊力大小的確定。
夾緊力作用點的選擇應遵循的規(guī)則：
1) 為了使定位穩(wěn)定，夾緊力作用點應該落在主要的定位支承面上，活絡在主要的定位支承面上的支承點所圍成的面積內；
2) 夾緊力應作用在工件剛性較好的部位上，不應該使工件產生夾緊變形或使工件產生翻磚力矩；
3) 為了防止工件在加工過程中產生振動，夾緊力的作用點應盡量靠近被加工表面；
4) 夾緊力作用點的數(shù)目，應盡量在工件的整個接觸面上分布均勻，以減小夾緊變形。
該夾具為旋轉螺母固定，夾具為手動旋轉螺母加緊。在裝夾過程中方便簡單，節(jié)約了大量的裝夾時間。操作方便，使用安全、可靠，且改善工人的勞動條件，減輕勞動強度。在夾緊過程中用不會使工件產生變形。
4.1.2夾具誤差分析
搖臂支架材料為45鋼，由于產品外表面大部分不用加工，所以毛坯選用精密模鍛。該種模鍛的尺寸公差等級為6～7 級，用查表法確定加工表面的總余量。但由于用查表法所確定的總余量與成產實際情況有些差距，故還應根據(jù)工廠具體情況進行適當?shù)恼{整。
鉆削切削力的計算公式如表4.1：
表4.1 鉆削切削力的計算公式
工件
材料
加工
方法
刀具
材料
切削扭矩
計算公式
切削力
計算公式
結構鋼和鑄鋼
=736MPa
鉆
高速鋼
擴鉆
耐熱鋼
（HB141）
鉆
灰鑄鐵
（HB190）
硬質合金
擴鉆
高速鋼
可鍛鑄鐵（HB120）
鉆
硬質合金
銅合金
高速鋼
鉆削時的進給量
f：0.15~0.32mm/轉，取f=0.3mm/轉
由表4.1可知，切削扭矩的計算公式
(4.1)
由表4.1可知，切削力的計算計算公式如下，
F= (4.2)
為修正參數(shù)，它的計算公式
因為45號鋼的抗拉強度 ，取
扭矩的計算如下，帶入式4.1得：
切削力的計算如下，帶入式4.2得：其中f=0.2mm/r， =1402，則
F==1402×××0.89=1444N
表4.2 安全系數(shù)的數(shù)值
符號
考慮的因素
系數(shù)值
考慮工件材料及加工余量均勻性的安全系數(shù)
1.2~1.5
加工性質
粗加工
1.2
精加工
1.0
刀具鈍化程度（詳見表3）
1.0~1.9
切削特點
連續(xù)切削
1.0
斷續(xù)切削
1.2
夾緊力的穩(wěn)定性
手動夾緊
1.3
機動夾緊
1.0
手動夾緊的手柄位置
操作方便
1.0
操作不方便
1.2
僅有力矩使工件回轉時，工件與支撐面接觸的情況
接觸點穩(wěn)定
1.0
接觸點不穩(wěn)定
1.5
若安全系數(shù)K的計算結果小于2.3時，取K=2.5。
計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件受切削力、夾緊力（大型工件還應考慮工件重力，運動的工件還應考慮慣性力等）的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利