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大連理工大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文（設計）模板
機械工程學院
畢業(yè)設計論文(說明書)
曲軸箱加工工藝及鉆夾具設計
說明書
學生姓名
學院名稱
專業(yè)名稱
指導教師
2014年
3月
20日
31
曲軸箱零件加工工藝及鉆孔夾具設計說明書
摘 要
本次設計課題是曲軸箱零件的機械加工工藝及夾具設計，內(nèi)容涉及了機械制造工藝及機床夾具設計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。
在生產(chǎn)過程中，使生產(chǎn)對象（原材料，毛坯，零件或總成等）的質(zhì)和量的狀態(tài)發(fā)生直接變化的過程叫工藝過程，如毛坯制造，機械加工，熱處理，裝配等都稱之為工藝過程。在制定工藝過程中，要確定各工序的安裝工位和該工序需要的工步，加工該工序的機車及機床的進給量，切削深度，主軸轉(zhuǎn)速和切削速度，該工序的夾具，刀具及量具，還有走刀次數(shù)和走刀長度，最后計算該工序的基本時間，輔助時間和工作地服務時間。
關(guān)鍵詞： 工序；工藝規(guī)程；夾具
Abstract
This design topic is the machining process and fixture design contents of crankshaft box related to mechanical manufacturing process and fixture design, metal cutting machine tool, tolerance and measurement and other aspects of knowledge.
Enable producing the target in process of production (raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always ) take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally.
Keyword: The Process；Process Specification；Fixture
目 錄
摘 要 2
Abstract 3
引 言 5
1 緒論 6
2 工藝設計 7
2.1機械加工工藝過程基本知識 7
2.2機械加工工藝設計的內(nèi)容 7
2.3 題目來源 8
2.5工藝過程設計 10
2.6工藝路線的擬定 11
2.7切削計算過程 13
3 鉆孔夾具設計 23
3.1夾具的基本知識 23
3.2定位原理及方案分析 24
3.3 定位基準的選擇 26
3.4定位元件選擇 26
3.5 夾緊元件的選擇 26
3.6夾緊力的計算 27
3.7 夾具設計及操作的簡要說明 28
總 結(jié) 29
致 謝 30
參考文獻 31
引 言
曲軸箱的加工工藝規(guī)程及其夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術(shù)基礎、機械設計、機械工程材料等進行課程設計之后的下一個教學環(huán)節(jié)。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證零件的加工質(zhì)量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設計。
機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學技術(shù)水平的重要指標。
1 緒論
本次課題針對曲軸箱零件的加工進行了相關(guān)探索，設計出一種切實可行的工藝流程及工藝裝備。在產(chǎn)品的加工過程中，工件在夾具內(nèi)的定位和夾緊顯得尤為重要，夾具是涵蓋了從加工到組裝的幾乎所有操作過程的一種裝夾設備。由于大量的加工操作需要裝夾，夾具設計在制造系統(tǒng)中就變得非常重要，它直接影響加工質(zhì)量，生產(chǎn)率和制造成本。本文通過分析曲軸箱零件的結(jié)構(gòu)特點和加工要求，指定了二套較合理的夾具設計，從而為保證該零件的加工精度提供了一種經(jīng)濟實用的工藝裝備，具有一定的實用價值。
箱體零件是機械加工方法中應用最為廣泛的機械零件之一，曲軸箱是組成機械的重要零件，并承受切削力，因此它必須有足夠的剛度和穩(wěn)定性，有較大的安裝基面和必要的加強筋，以防止加工中受力時產(chǎn)生振動和變形。
2 工藝設計
制訂工藝的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。通過仔細考慮零件的技術(shù)要求后，制定出工藝過程。
2.1機械加工工藝過程基本知識
在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，與原材料變?yōu)槌善酚兄苯雨P(guān)系的過程稱為工藝工程。例如：鑄造、鍛造、焊接和零件的機械加工等。在工藝過程中，采用機械加工的方法，直接改變毛坯的形狀，尺寸和性能使之變?yōu)槌善返墓に囘^程，稱為機械加工工藝過程。機械加工工藝過程是由若干個順次工序組成的，通過這些不同的工序把毛坯加工成合格的零件。
機械加工工藝規(guī)程主要有機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片兩種基本形式。機械加工工藝過程卡是以工序為單位簡要說明零件加工過程的一種工藝文件。一般適用于單件小批生產(chǎn)。（零件加工的流向）
2.2機械加工工藝設計的內(nèi)容
制定合理的零件加工工藝過程首先要掌握目前有可供選用的加工方法，并能夠針對零件的具體要求較合理的選用。其次，還必須解決各表面的加工順序和熱處理如何安排的問題。零件的加工過程，就是零件表面經(jīng)加工獲得符合要求的零件表面的過程。零件表面的類型和要求不同，采用的加工方法也不一樣。主要有車削、鉆削、銑削、刨削、磨削等五大類加工方法。此外還有鏜削、拉削、光整、特種加工等。零件加工需要遵循的原則是粗、精加工分開，零件的加工一般不是在一臺機床上用一種工藝方法就可完成，往往需要幾種加工方法互相配合，經(jīng)過一定的工藝過程才能逐步地完成零件表面的加工。若一種表面可采用不同的加工方法進行加工的話，那么就生產(chǎn)的具體條件而言，其中必有一種加工方法是最合適的。
2.3 題目來源
零件如圖1所示：
圖1：曲軸箱零件圖
曲軸箱是一個很重要的零件，因為其零件尺寸比較大，結(jié)構(gòu)形狀比較復雜，箱體類零件是箱體類零部件裝配時的基礎零件，它的作用是容納和支承其內(nèi)的所有零部件，并保證它們相互間的正確位置，使彼此之間能協(xié)調(diào)地運轉(zhuǎn)和工作。因而，箱體類零件的精度對箱體內(nèi)零部件的裝配精度有決定性影響。它的質(zhì)量，將直接影響著整機的使用性能、工作精度和壽命。
零件的材料為HT200，硬度適中，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，撥動叉的位置要求：
兩側(cè)面：表面粗糙度要求為Ra3.2μm， 對稱度0.15。
2-M12孔：表面粗糙度要求為Ra6.3μm，對稱度0.16。
Φ36孔：表面粗糙度要求為Ra1.6μm，同心度0.16。
Φ33孔：表面粗糙度要求為Ra1.6μm，對稱度0.1，垂直度0.15，平行度0.04。零件總體特點是一個典型的鑄造類零件。
4）確定毛坯、畫毛坯
在仔細分析了零件的基礎上，選擇零件的加工方法，首先從毛坯開始，在毛坯的選擇上，既要考慮工藝性，又要考慮到經(jīng)濟性，綜合兩項因素進行毛坯的選擇。毛坯的選擇對零件工業(yè)過程的經(jīng)濟性有很大影響，工序數(shù)量，材料消耗加工工時等都取決于所選擇的毛坯，但要提高毛坯的質(zhì)量往往會使毛坯制造困難，需要復雜的工藝和昂貴的設備，增加了毛坯的成本，這兩者是矛盾的。因此毛坯的種類和制造方法的選擇要根據(jù)毛坯的類型和具體的生產(chǎn)條件決定。同時應該主要到，充分使用新工藝、新技術(shù)、新材料的可能性，以便降低零件生產(chǎn)總成本提高質(zhì)量。
毛坯的類型有：鑄件、鍛件、型材、焊接件、壓制件、沖壓件等，由于本零件是中批生產(chǎn)，則優(yōu)先考慮鍛件和鑄件，雖然成本高，但提高了生產(chǎn)率，零件材料為HT200。零件在機床運行過程中所受沖擊不大，結(jié)構(gòu)又比較簡單，在考慮零件的力學性能，形狀大小等因素后，選擇鑄件?，F(xiàn)畫零件毛坯圖2如下：
圖2：曲軸箱毛坯圖
鑄件采用機器造型，精度等級選8級，查《金屬機械加工工藝人員手冊》表12-2和12-3得，澆注頂面、余量為5mm。
2.5工藝過程設計
基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。基面選擇的正確與合理可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產(chǎn)無法進行。
制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下，可以考慮采用萬能型機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率，除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。因此確定工藝路線方案如下：
工
序
號
工 名
序 稱
工 序 內(nèi) 容
0
鑄造
鑄造毛坯
10
熱處理
熱處理
20
銑面
粗精銑兩側(cè)面，保證尺寸135
30
銑面
粗精銑Φ62內(nèi)圓端面，保證尺寸180
40
鉆孔
鉆孔4-Φ11通孔
50
鉆孔
鉆孔2-M12
60
鉆孔
鉆孔M10，锪孔Φ18深1
70
鉆孔
鉆孔6-M8
80
鉆孔
鉆孔6-M6
90
鉆孔
鉆孔M24
100
鏜孔
粗精鏜孔Φ62
110
鏜孔
粗精鏜孔Φ33，粗精鏜孔Φ36
120
攻絲
攻絲2-M12，攻絲M10，攻絲6-M8，攻絲6-M6
130
攻絲
攻絲M24X2-6H
140
檢查
檢查入庫
2.6工藝路線的擬定
在擬定工藝路線時，必須同時確定各工序所采用的機床，刀具，輔助設備及工藝裝備，切削用量的選擇和生產(chǎn)節(jié)拍的符合設計。機床和工裝的選擇應盡量做到合理，經(jīng)濟，使之與被加工零件的生產(chǎn)類型，加工精度和零件的形狀尺寸相適應。
一）機床的選擇（見《金屬機械加工工藝人員手冊》P522）
1 機床的加工規(guī)格范圍應與零件的外部形狀，尺寸相適應。
2 機床的精度應與工序要求的加工精度相適應
3 機床的生產(chǎn)率應與被加工零件的生產(chǎn)類型相適應。大批量生產(chǎn)盡量選用生產(chǎn)率高的專用機床，組合機床或自動機床。
4 機床的選擇應與現(xiàn)有條件相適應。做到盡量發(fā)揮現(xiàn)有設備的作用，并盡量做到設備負荷平衡。
按照加工過程中每道工序的有效功率，選擇工序Ⅰ、工序Ⅱ的加工機床為：X52K型銑床。
工序Ⅲ、工序Ⅳ、工序Ⅴ的加工機床為：Z3050立式鉆床。
二）刀具的選擇（《金屬機械加工工藝人員手冊》P802）
刀具的選擇也包括刀具的類型，構(gòu)造和材料的選擇，主要應根據(jù)加工方法、工序應達到的加工精度、粗糙度、工件的材料形狀、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性等因素加以考慮，原則上盡量采用標準刀具，必要時采用各種高生產(chǎn)率的專用刀具。
本工藝中銑削的工序都采用YG類硬質(zhì)合金刀具。YG類硬質(zhì)合金刀具的韌性較好，但切削韌性材料時耐磨性和耐熱性較差。所以，目前YG類硬質(zhì)合金適用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料。常用牌號有：YG3、YG6、YG8等，其中數(shù)字表示Go的含量。
孔加工中刀具的選擇主要根據(jù)被加工孔的直徑大小來選擇。
三）夾具的選擇（《金屬機械加工工藝人員手冊》P630）
正確設計和使用夾具，對保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率、擴大機床使用范圍既減輕勞動強度都有重要意義。同時，使用夾具還有助于工人掌握復雜或精密零件的加工質(zhì)量及解決較為復雜的工藝問題等。具體情況見后面的夾具設計部分。
四）量具的選擇
1 量具的選擇應做到量具的精度應與零件的加工精度相適應。
2 量具的量程應與被測零件的尺寸大小相適應。
3 量具的類型應與被測表面的性質(zhì)（孔或外圓尺寸還是形狀位置值）、生產(chǎn)類型、生產(chǎn)方式相適應。
4 按量具的極限尺寸選擇量儀時應保證：T*K
T—被測尺寸的公差值（mm）
K—測量精度系數(shù)
—測量工具和測量方法的極限誤差
測量精度系數(shù)如表2-5-1所示：
被測尺寸的精度等級
IT5
IT6
IT7
IT8
IT9
K
0.325
0.30
0.275
0.25
0.20
表2-5-1：測量精度系數(shù)
五）切削用量的確定
正確的選擇切削用量，對保證零件的加工精度、提高生產(chǎn)率、降低刀具的損耗以及降低工藝成本都有很大的意義。切削用量的選擇與下列因素有關(guān)：
1生產(chǎn)率
2加工質(zhì)量（主要指表面光潔度）
3切削力所引起的機床―夾具―工件―刀具工藝系統(tǒng)的彈性變形
4工藝系統(tǒng)的振動
5刀具的耐用度，v越大，耐用度越低
選用原則：
a. 先盡量選取大的ap值
b. 其次盡量取大的s值
c. 最后取合適的v值
（一）切深ap的選擇
一般平面的加工分為粗加工—半精加工—精加工的切深一般等于它的加工余量，而粗加工在留有精加工余量外，應盡量取較大的切深，以一次加工切削其加工余量的為最佳。在本次設計中所有的切深均等于其加工余量，其走刀次數(shù)也因而全部為一次走刀。
（二）進給量s的確定
在切深確定后，其進給量s應盡量取大值，但應保證兩個基本要求：
a. 因切削力所引起的工藝系統(tǒng)的彈性變形不至于使工件的加工尺寸超出公差范圍。
b. 表面光潔度要求
粗加工時，主要是工藝系統(tǒng)變形限制s，而光潔度的要求不高；
精加工時，光潔度要求限制s，而工藝系統(tǒng)變形是次要的，s可根據(jù)切深ap、光潔度要求，加工方法從工藝人員手冊中查出。
（三）切削速度v的選擇
切削速度v的選擇根據(jù)能最大發(fā)揮刀具的切削性能（不使刀具磨損太快），盡可能發(fā)揮機床的性能（機床的功率）。并且可以很好地保證加工質(zhì)量（主要是加工表面的粗糙度要求）和降低加工成本（從提高生產(chǎn)率和減小刀具損耗的角度考慮）。
一般的加工方法，如鉆、擴、鉸、銑、鏜的切削用量均可以從手冊中查出其范圍，再由具體的加工環(huán)境，加工方法等確定其具體數(shù)值。而大量生產(chǎn)中所應用的流水線的切削用量的選擇則有其自身的特點：
1．比普通機床的切削用量約低30％，以減少換刀時間，和機床調(diào)整次數(shù)，
一般取刀具的耐用度為：
硬質(zhì)合金銑刀 200分
鉆頭 300分
擴孔鉆 60分
鉸刀 70分
鏜刀 60分
絲錐 90分
2. 在服從機床本身某一參數(shù)下（多數(shù)為每分進給量，因組合專用機床的動力頭的運動為一定的），兼顧同時工作的不同刀具的合理要求，如孔的一般加工為鉆、擴、鉸，鉆孔的v較高，而擴、鉸的略低，但由于機床動力頭的運動是一定的，因而可以適當降低鉆頭的v，而擴、鉸的可以適當增加，以求得最高的生產(chǎn)率。
3. 切削用量的選擇應使每道工序的時間與流水線節(jié)拍相等或小于流水線節(jié)拍，并使各道工序的時間定額相接近。
2.7切削計算過程
工序20 粗銑兩側(cè)面
機床：銑床
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀）材料： 齒數(shù)
（1）粗銑
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
， 式（2.1）
實際銑削速度：
式（2.2）
進給量：
式（2.3）
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
式（2.4）
取
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間： 式（2.5）
（2）精銑兩側(cè)面
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2.1）有：
，
實際銑削速度，由式（2.2）有：
進給量，由式（2.3）有：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1。
機動時間，由式（2.5）有：
工序30 ：粗銑Φ62內(nèi)圓端面
機床：銑床
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀）材料： 齒數(shù)
（1）粗銑
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
， 式（2.1）
實際銑削速度：
式（2.2）
進給量：
式（2.3）
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
式（2.4）
取
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間： 式（2.5）
（2）精銑Φ62內(nèi)圓端面
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2.1）有：
，
實際銑削速度，由式（2.2）有：
進給量，由式（2.3）有：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1。
機動時間，由式（2.5）有：
工序40 鉆孔4-Φ11
切削深度：
根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表查得：進給量,切削速度，
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2.1）有：
，取
實際切削速度，由式（2.2）有：
被切削層長度：
刀具切入長度，由式（2.8）有：
刀具切出長度： 取
加工基本時間，由式（2.5）有：
工序50，鉆孔2-M12
切削深度：
根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表查得：進給量,切削速度，
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2.1）有：
，取
實際切削速度，由式（2.2）有：
被切削層長度：
刀具切入長度，由式（2.8）有：
刀具切出長度： 取
加工基本時間，由式（2.5）有：
工序60，鉆孔M10
切削深度：
根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表查得：進給量,切削速度，
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2.1）有：
，取
實際切削速度，由式（2.2）有：
被切削層長度：
刀具切入長度，由式（2.8）有：
刀具切出長度： 取
加工基本時間，由式（2.5）有：
工序70，鉆孔6-M8
切削深度：
根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表查得：進給量,切削速度，
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2.1）有：
，取
實際切削速度，由式（2.2）有：
被切削層長度：
刀具切入長度，由式（2.8）有：
刀具切出長度： 取
加工基本時間，由式（2.5）有：
工序80，鉆孔6-M6
切削深度：
根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表查得：進給量,切削速度，
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（2.1）有：
，取
實際切削速度，由式（2.2）有：
被切削層長度：
刀具切入長度，由式（2.8）有：
刀具切出長度： 取
加工基本時間，由式（2.5）有：
工序90，鉆孔M24
參考切削用量簡明手冊，取鉆孔的進給量為=0.3mm/r,Vc=22m/min。
由此計算出轉(zhuǎn)速為n===304.6r/min。
按機床實際轉(zhuǎn)速取n=320r/min。
則實際切削速度為：
Vc===72.22m/min。
驗證扭矩及功率：
=9.81×42.7×23×0.3×1=3677.24N
=9.81×0.021×23×0.3×1=41.6N.M
P=×Vc=3677.24×72.22/60×1000=4.4kw
由實用機械加工工藝手冊查得的主軸最大扭矩為200N.M主電動機功率為7.5kw,故能滿足加工要求。
被切削層長度：
刀具切入長度，由式（2.8）有：
刀具切出長度： 取
加工基本時間，由式（2.5）有：
工序100，工位101粗鏜孔Φ62
粗鏜至Φ55.1mm：
背吃刀量的確定 ap =3.45mm
進給量的確定 查切削用量簡明手冊表1.4取f=0.75mm/r
鏜削速度的確定 查切削用量簡明手冊表1.11取v =63m/min
則鏜削轉(zhuǎn)速 n=1000v/3.14d
=1000*63/(3.14*52.6)
=382r/min
查機械制造工藝設計簡明手冊表4.2-8取主軸轉(zhuǎn)速460r/min
則實際鏜削速度v=3.14*460*52.6/1000=76m/min
基本時間tj的計算: 按kr=15°,查機械制造工藝設計簡明手冊表6.2-1中鏜削基本時間計算公式為
tj =Li/fn =(l+l1+l2+l3)/fn
式中l(wèi)1=ap/tgkr+(2~3)=15.4mm
加工到臺階L2=0查機械制造工藝設計簡明手冊表6.2-2 l3=5
tj =(14+15.4+0+5)/(0.75*460)=0.10min
工序100，工位102半精鏜至Φ57.3mm：
背吃刀量的確定 ap =1.1mm
進給量的確定 查切削用量簡明手冊表1.4取f=0.75mm/r
鏜削速度的確定 查切削用量簡明手冊表1.11取v =71m/min
則鏜削轉(zhuǎn)速 n=1000v/3.14d
=1000*71/(3.14*53.7)
=421r/min
查機械制造工藝設計簡明手冊表4.2-8取主軸轉(zhuǎn)速460r/min
則實際鏜削速度v=3.14*460*53.7/1000=77.6m/min
基本時間tj的計算: 按kr=15°,查機械制造工藝設計簡明手冊表6.2-1中鏜削基本時間計算公式為
tj =Li/fn =(l+l1+l2+l3)/fn
式中l(wèi)1=ap/tgkr+(2~3)=6.6 mm
加工到臺階L2=0查機械制造工藝設計簡明手冊表6.2-2 取l3=5
tj =(14+6.6+0+5)/(0.75*460)=0.08min
工序100，工位103 精鏜至62mm：
背吃刀量的確定 ap =0.3mm
進給量的確定 查切削用量簡明手冊表1.4取f=0.75mm/r
鏜削速度的確定 查切削用量簡明手冊表1.11取v =80m/min
則鏜削轉(zhuǎn)速 n=1000v/3.14d
=1000*80/(3.14*54)
=472r/min
查機械制造工藝設計簡明手冊表4.2-8取主軸轉(zhuǎn)速480r/min
則實際鉆削速度v=3.14*480*54/1000=81.4m/min
基本時間tj的計算: 按kr=15°,查機械制造工藝設計簡明手冊表6.2-1中鏜削基本時間計算公式為
tj =Li/fn =(l+l1+l2+l3)/fn
式中l(wèi)1=ap/tgkr+(2~3)=3.7 mm
查機械制造工藝設計簡明手冊表6.2-2 取l3=5
tj =(14+3.7+0+5)/(0.75*480)=0.07min
3 鉆孔夾具設計
3.1夾具的基本知識
夾具設計一般是在零件的機械加工工藝過程制訂之后按照某一工序的具體要求進行的。制訂工藝過程，應充分考慮夾具實現(xiàn)的可能性，而設計夾具時，如確有必要也可以對工藝過程提出修改意見。夾具的設計質(zhì)量的高低，應以能否穩(wěn)定地保證工件的加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、維護容易等為其衡量指標。工藝人員在編制零件的工藝規(guī)程時，便會提出相應的夾具設計任務書，經(jīng)有關(guān)負責人批準后下達給夾具設計人員。夾具設計人員根據(jù)任務書提出的任務進行夾具結(jié)構(gòu)設計?，F(xiàn)將夾具結(jié)構(gòu)設計的規(guī)范化程序具體分述如下。
1．明確設計要求，認真調(diào)查研究，收集設計資料
（1）仔細研究零件工作圖、毛坯圖及其技術(shù)條件。
（2）了解零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、投產(chǎn)批量以及生產(chǎn)組織等有關(guān)信息。
（3）了解工件的工藝規(guī)程和本工序的具體技術(shù)要求，了解工件的定位、夾緊方案，了解本工序的加工余量和切削用量的選擇。
（4）了解所使用量具的精度等級、刀具和輔助工具等的型號、規(guī)格。
（5）了解本企業(yè)制造和使用夾具的生產(chǎn)條件和技術(shù)現(xiàn)狀。
（6）了解所使用機床的主要技術(shù)參數(shù)、性能、規(guī)格、精度以及與夾具連接部分結(jié)構(gòu)的聯(lián)系尺寸等。
（7）準備好設計夾具用的各種標準、工藝規(guī)定、典型夾具圖冊和有關(guān)夾具的設計指導資料等。
（8）收集國內(nèi)外有關(guān)設計、制造同類型夾具的資料，吸取其中先進而又能結(jié)合本企業(yè)實際情況的合理部分。
2．確定夾具的結(jié)構(gòu)方案
在廣泛收集和研究有關(guān)資料的基礎上，著手擬定夾具的結(jié)構(gòu)方案，主要包括：
?。?）根據(jù)工藝的定位原理，確定工件的定位方式，選擇定位元件。
（2）確定工件的夾緊方案和設計夾緊機構(gòu)。
（3）確定夾具的其它組成部分，如分度裝置、對刀塊或引導元件、微調(diào)機構(gòu)等。
（4）協(xié)調(diào)各元件、裝置的布局，確定夾具體的總體結(jié)構(gòu)和尺寸。
在確定方案的過程中，會有各種方案供選擇，但應從保證精度和降低成本的角度出發(fā)，選擇一個與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應的最佳方案。
3．夾具精度校核
在夾具設計中，當結(jié)構(gòu)方案擬定之后，應該對夾具的方案進行精度分析和估算；在夾具總圖設計完成后，還應該根據(jù)夾具有關(guān)元件的配合性質(zhì)及技術(shù)要求，再進行一次復核。這是確保產(chǎn)品加工質(zhì)量而必須進行的誤差分析。
4．繪制夾具零件工作圖
夾具總圖繪制完畢后，對夾具上的非標準件要繪制零件工作圖，并規(guī)定相應在的技術(shù)要求。零件工作圖應嚴格遵照所規(guī)定的比例繪制。視圖、投影應完整，尺寸要標注齊全，所標注的公差及技術(shù)條件應符合總圖要求，加工精度及表面光潔度應選擇合理。
在夾具設計圖紙全部完畢后，還有待于精心制造和實踐和使用來驗證設計的科學性。經(jīng)試用后，有時還可能要對原設計作必要的修改。因此，要獲得一項完善的優(yōu)秀的夾具設計，設計人員通常應參與夾具的制造、裝配，鑒定和使用的全過程。
5．設計質(zhì)量評估
夾具設計質(zhì)量評估，就是對夾具的磨損公差的大小和過程誤差的留量這兩項指標進行考核，以確保夾具的加工質(zhì)量穩(wěn)定和使用壽命。
雖然各類機床夾具的結(jié)構(gòu)有所不同但按照主要功能加以分析，機床夾具的基本組成部分是定位元件，夾緊裝置和夾具體三個部分，這也好似夾具體的主要內(nèi)容。
3.2定位原理及方案分析
為了提高生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用銑面夾具。首先考慮夾具結(jié)構(gòu)的總體方案，夾具結(jié)構(gòu)方案經(jīng)常是參考生產(chǎn)中已有結(jié)構(gòu)加以改造，以適合本工序的加工要求。也往往需要把幾個夾具中采用的結(jié)構(gòu)或機構(gòu)綜合成自己需要的夾具。夾具總體結(jié)構(gòu)也會有幾個方案，同樣需要從保證工序加工精度、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、滿足該零件批量生產(chǎn)的生產(chǎn)效率等四個方面，從中選用較優(yōu)的結(jié)構(gòu)。
由于各類機床自身的工作特點和結(jié)構(gòu)形式各不相同，對所用夾具的結(jié)構(gòu)也相應地提出了不同的要求。按照所使用的機床不同，夾具可分為：車夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機床夾具和其他機床夾具等。
本次設計的曲軸箱零件工序一的加工在鉆床上完成，因此，本次夾具設計的任務是一個鉆床夾具的設計。本次設計零件曲軸箱要求成本低，且在加工過程夾緊力要求不高。
定位分析比較：
方案1：采用壓板用螺栓聯(lián)接，利用汽缸夾緊，這種夾緊方式夾緊力可靠，輔助時間短，工人勞動強度小，但是成本高。
方案2：采用壓板，用螺栓、螺母聯(lián)接，利用手動夾緊，這種夾緊方式夾緊力小，但成本低。
本次設計零件要求成本低，且在加工過程中夾緊力要求不高，因此夾具夾緊方案選用方案一，利用汽缸夾緊，這種夾緊方式夾緊力可靠，輔助時間短。才用一面兩銷，限制六個自由度。
夾具是裝夾工件的母體，所以，夾具制造要有相對較高的精度，夾具設計中，應首先選用典型的夾緊機構(gòu)。在滿足要求的前提下，選用的標準件越多越好，夾具越簡單越好。首先，基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇的正確與合理可以使加工質(zhì)量得到保障，生產(chǎn)得到保證，生產(chǎn)率得到提高。本夾具設計時以前道鑄造工序成型后的表面作為粗基準，再以加工好的面作為基準加工另外一個面。夾具是根據(jù)機床的工藝和結(jié)構(gòu)方案的具體要求而專門設計的，它是用于實現(xiàn)被加工零件的準確定位、夾壓、刀具的導向，以及裝卸工件時的限位等作用的。
由于支承元件直接與被加工零件相接觸，因此其尺寸、結(jié)構(gòu)、精度和布置都直接影響被加工零件的精度，其設計應注意以下問題：
（1） 合理布置定位支承元件，力求使其組成較大的定位支承平面，最好使夾緊力的位置對準定位支承元件，當受工件結(jié)構(gòu)限制不能實現(xiàn)時，也應使定位支承元件盡量接近壓緊力的作用線，并應使夾壓力的各力中心處于定位支承平面內(nèi)。
（2） 提高剛度，減小定位支承系統(tǒng)的變形，應力求使定位元件（定位銷）不受力。
（3） 提高定位支承系統(tǒng)的精度及其元件的耐磨性，一邊長期保持夾具的定位精度。
可靠的排出定位支承部件的切屑，使切屑不堵塞和粘附在支承定位系統(tǒng)上，對保證定位的準確性和工作可靠性有很大的影響。因此設計時應盡可能不使切屑落到定位支承系統(tǒng)上，當切屑有可能落在其上，必須采取有效的排屑和清理措施。
夾具體是夾具的最大和最復雜的元件，而且也是承受符合最大的元件。在它上面安裝定位元件、夾緊元件，對刀元件和導向元件，及其它的一切元件和機構(gòu)并通過它將夾具安裝在機床上。工件的加工精度與夾具體本身的精度有很大關(guān)系，而且在加工過程中產(chǎn)生的切削力，慣性力等及工件的自重作用在夾具體上，都可能影響工件的加工精度。因此，設計夾具體應考慮以下問題：
1) 有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性，特別是位置精度直接影響工件在加工過程中產(chǎn)生的誤差。
2) 夾具體要有足夠的強度和剛度，使夾具體能承受在加工過程中產(chǎn)生的作用力而不止變形和發(fā)生振動。
3) 夾具體的機構(gòu)要緊湊形狀要簡單，同時要有足夠的空間位置，保證夾具的其它元件和機構(gòu)安裝方便，更換易損元件容易以及裝卸工件方便。
4) 夾具體的結(jié)構(gòu)工藝性要好以便于制造，并注意消除內(nèi)應力避免變形。
5) 夾具體的中心要低，安裝在機床上能穩(wěn)固和安全，為了安裝后得到穩(wěn)定，底面的中部一般都挖空，同時應根據(jù)機床連接部分的機構(gòu)形狀來確定夾具體連接部分的形狀和結(jié)構(gòu)。
6) 在滿足剛度和強度的前提下，夾具體應盡量輕，不重要的部位，可以挖空以減輕重量，便于裝卸。
7) 夾具體采用鑄造件，由于鑄造可得到各種復雜的外形，剛性好還能吸振，但需進行時效處理以消除內(nèi)應力。
3.3 定位基準的選擇
第一道工序，采用精基準。由毛坯零件圖可知，底面的精度較高，采用底面作為第一定位基準面，然后以結(jié)合面為第二基準面。
3.4定位元件選擇
定位元件的選擇有4條原則：
（1） 定位元件要有較高的精度；
（2） 定位元件要有較高的耐磨性；
（3） 定位元件要有足夠的剛度和硬度；
（4） 定位元件要有良好的工藝性。
對于本工序而言，定位銷可設計為固定銷，這樣定位方便穩(wěn)定，裝置不復雜，直接將定位銷打入孔中即可，當定位銷時間長了有磨損時，可以直接換掉即可。
3.5 夾緊元件的選擇
選擇夾緊元件主要有3條原則：
1）夾緊元件結(jié)構(gòu)要簡單，制造要容易，體積小，重量輕，并且要有足夠的強度；
2）夾緊動作迅速，操作方便，使用安全，有足夠的夾緊行程和裝卸工作的空間；
3）夾緊力要適當。
對于本道工序而言，夾緊力要求比較大大，而定位面的面積比較大，為了保證夾緊可靠，夾緊機構(gòu)采用了氣缸夾緊機構(gòu)。
3.6夾緊力的計算
氣動杠桿夾緊機構(gòu)是一種利用杠桿作用原理（當動力與動力臂的乘積等于阻力與阻力臂的乘積時，杠桿平衡。杠桿平衡時杠桿處于靜止狀態(tài)或者勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)。這就是杠桿的工作原理），使原始力轉(zhuǎn)變?yōu)閵A緊力的夾緊機構(gòu)。
杠桿夾緊機構(gòu)夾緊動作迅速，可起到增力作用，但自鎖能力較差，受振動時易松開，所以常用氣壓或液壓作夾緊力源或與其它夾緊元件組成復合夾緊機構(gòu)。
（《切削用量簡明手冊》表3.28）
其中：， mm ，mm， mm， ， mm (在加工面上測的近似值) , mm, , ,
所以
N
水平分力：N
垂直分力：N
在計算切削力時，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù)。
其中：為基本安全系數(shù)1.5；
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1；
??????為刀具鈍化系數(shù)1.1；
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1；
所以， N
選用氣缸—杠桿夾緊機構(gòu)。則擴力比。
為克服水平切削力，實際夾緊力N應為
所以，
其中及為夾具定位面及夾具面上的摩擦系數(shù)，==0.5。則
N
氣缸選用Φ25mm。當壓縮空氣單位壓力MPa時，氣缸推力為N。由于已知杠桿機構(gòu)的擴力比，故由氣缸生產(chǎn)的實際夾緊力為
N
此時N氣已大于所需要的1435.5N的夾緊力，故本夾具可安全工作。
3.7 夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產(chǎn)率。為此應先著眼于機動夾緊而不采用手動加緊。因為這是提高勞動生產(chǎn)率的重要途徑。本道工序的夾具就選擇了氣動夾緊方式。本工序因為是粗加工，毛坯材料又是鑄件，切削力不是很大，為了夾緊工件，勢必要增大氣缸直徑，而這樣將使整個夾具過于龐大。因此，首先降低切削力。目前采取的措施有三：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是選擇一種比較理想的杠桿夾緊機構(gòu)；三是在可能情況下，適當提高壓縮空氣的工作壓力（由0.4MPa增至0.6MPa），以增加氣缸推力。結(jié)果本夾具總的感覺還是比較緊湊，可以滿足要求。
總 結(jié)
隨著現(xiàn)代機械工業(yè)的發(fā)展，機床的種類越來越繁多，機床的功能越來越多，為了適應當今機械生產(chǎn)中的特殊要求，專用夾具的應用也越來越廣泛。之所以選擇曲軸箱機械加工工藝及夾具設計作為我的設計題目，是因為我發(fā)現(xiàn)以前的設計雖然不少，但是有很多不足之處，比如對一些有特殊要求的工件也不能進行批量生產(chǎn)。基于這個前提，我選擇了鉆孔的專用夾具設計。通過本次設計的專用夾具既可以滿足特殊的加工要求又節(jié)省了時間、減少了勞動力。
本文對曲軸箱的機械加工工藝及夾具進行了設計，設計的工程綜合了大學里所學的知識，是理論與實際相結(jié)合的一個成果。制定了一套切實可行的一套工藝流程和設計了一套較為合理的夾具。
致 謝
本次設計是在老師的悉心指導和幫助下完成的，我的機械工藝知識有限，在設計中常常碰到問題，是老師不厭其煩的指導，不斷的點撥迷津，提供相關(guān)資料，才使設計順利完成。老師的耐心講解，使我如沐春風，不僅如此，老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和高尚的敬業(yè)情操深深打動了我，在此，我向老師表示最真誠的感謝。同時，感謝同班同學的支持和幫助，使我更好的完成了畢業(yè)設計。
這次設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊，由于經(jīng)驗不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了畢業(yè)設計。
這次設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下她的休息時間，耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些難題，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，她都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，她不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
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