学位论文ys234001牵引杆的机械加工工艺及夹具设计Word文件下载.docx

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现代机械产品的特点是多品种、更新快、生产周期短。

这就要求整个机械加工系统及机械制造工艺向着柔性、高效、自动化方向发展。

由于成组技术理论的出现和计算机技术的发展，计算机辅助设计CAD，计算机辅助工艺设计CAPP、计算机辅助制造CAM、数控加工技术等在机械制造业中得到了广泛的应用，从而大大缩短了机电产品的生产周期，提高了效率，保证了产品的高精度、高质量。

1.2机械制造工艺与夹具的研究内容

机械制造的内容极其广泛，它包括零件的毛坯制造、机械加工及热处理和产品的装配等。

机械制造工艺及夹具研究的工艺问题可归纳为质量、生产率和经济性三类。

第一，要保证和提高产品的质量。

第二，要提高劳动生产率。

第三，要降低成本。

对这三类问题也要辩证的分析，要在满足质量要求的前提下，不断提高劳动生产率和降低成本。

以优质，高效，低耗的工艺去完成零件的加工和产品的装配，这样的工艺才是合理的和先进的工艺。

第2章零件的机械加工工艺设计

图一牵引杆零件图

2.1零件工艺性分析

2.1.1零件图纸分析

由零件图可知，该零件主要加工面为U型槽，加工时为防止两侧面变形，故铣U型槽时要设计专用夹具。

牵引杆整体精度要求并不是很高，采用铣削加工就可以达到要求，但是其形状位置精度要求较高，U型槽与基准面A的平行度要求为0.1，左端面与基准面B的垂直度要求为0.02，这些要求将影响到仪器的装配精度，是加工中主要要保证的精度要求。

零件的尺寸标注采用统一的基准即设计基准，无多余尺寸与封闭尺寸。

2.1.2主要技术要求分析

1.牵引杆的技术要求如下：

⑴锻造

⑵调制，220～270HB

⑶涂防锈油保护

2.牵引杆的位置要求如下

⑴U型槽与基准面A的平行度要求为0.1

⑵左端面与基准面B的垂直度要求为0.02

3.牵引杆的加工表面如下：

⑴主要加工表面

基准面B，U型槽，工件上下前后端面，Φ8，Φ4的孔

⑵次要加工便面

前后端面，M8螺纹孔

2.1.3毛坯和材料的分析

1.材料：

45钢

2.毛坯类型：

此零件为锻件

3.生产批量：

小批量

4.热处理

⑴因为牵引杆的毛坯制造方式是锻造，锻造后会出现组织缺陷，残余应力，还常出现硬度不均匀现象,为了细化晶粒，改善组织提高力学性能以利于切削加工，也为最终做好热处理，所以要在切削加工之前做退火或正火热处理。

⑵在切削加工后还要做淬火和低温回火处理，淬火＋低温回火获得较好的强度，塑性，韧性和良好配合的力学性能。

⑶最终热处理发黑

5.确定机械加工余量

此零件最大的外形轮廓尺寸为400㎜左右，在《机械加工工艺设计手册》表2-9锻件最大边长尺寸250-400㎜中查出锻件的单边加工余量为3㎜。

6.零件尺寸公差

表2-1

尺寸

上偏差

下偏差

234

+0.15

-0.15

392.5

50

+0.3

-0

9（左端面）

+0.1

-0.1

9（U型槽）

+0

-0.2

16

--0.2

15.7

18

8.5

5.5

7.零件的毛坯图如下：

图二牵引杆的毛坯图

2.2机械工艺路线确定

2.2.1加工内容

基准面ARa6.3,基准面BRa6.3,两侧面Ra6.3,上表面Ra3.2,U型槽Ra3.2,Ф8通孔Ra1.6,左端面与底面平行度要求0.02，尺寸16的中心线与U型槽的同轴度要求0.1,尺寸16与M8螺纹的同轴度要求0.15。

2.2.2定位基准的选择

1.粗基准的选择。

粗基准的作用主要是决定不加工面与加工面的位置关系，以及保证加工面的余量均匀。

根据粗基准选择原则：

（1）选择重要表面为粗基准 

（2）选择不加工表面为粗基准 

（3）选择加工余量最小的表面为粗基准 

（4）选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准 

（5）粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次

因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将产生较大的误差。

根据以上原则可选基准面A面和基准面B为粗基准，加工其他表面。

2.精基准的选择原则：

⑴“基准重合”原则

⑵“基准统一”原则

⑶“自为基准”原则

⑷“互为基准”原则

⑸精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。

根据“基准重合”“基准统一”原则，以尺寸160-0.2的中心线为精基准。

2.2.3主要表面加工方法的选择

表2-2

加工表面

尺寸精度

表面粗糙度

加工方案

基准面A

IT8～IT11

6.3

粗铣—半精铣

基准面B

粗铣—粗磨

两侧面

上表面

IT7～IT8

3.2

U型槽

粗铣—精铣

左端斜面右端倒角

粗铣

Φ8的通孔

IT6～IT8

1.6

钻—粗铰—精铰

Φ4的孔

钻

M8-6H的螺纹孔

IT7-IT8

钻—攻

2.2.4加工阶段的划分

⑴粗加工阶段

粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为精加工提供定位基准，粗加工能及时发现毛坯的缺陷，予以报废或修

补，以免浪费工时。

牵引杆的粗加工是加工牵引杆的各个表面。

⑵辅助加工阶段

攻牵引杆左端上的螺纹。

⑶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精度、尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求。

精加工的加工精度一般为IT6~IT8，表面粗糙度为Ra3.2~1.6μm，牵引杆的精加工包括牵引杆的各个表面。

2.2.5确定加工工艺方案

工序一：

工步1铣四方

工序二：

工步1热处理

工序三：

工步1铣四面，去锐边

工步2铣两端

工序四：

工步1磨四面，去锐倒角

工序五：

工步1粗铣槽

工步2精铣槽

工步3按图铣30°

×

50+0.30

工序六：

工步1铣倒角，铣左端斜边，钻铣孔Ф8（通孔），钻孔Ф4（通孔），扩铣孔Ф8（螺纹孔）

工序七：

工步1钻攻左端螺纹孔M8，孔口倒角

工步2铰孔Ф8（通孔）

工步3去所有锐角，检查，调整B面平行度，上防锈油

2.3机床和装夹方案及刀具的选择

铣四方

（1）加工设备的选择

本工序选择X6142万能升降台铣床，主要技术参数如下：

工作台尺寸（mm）:

425X2000定位精度0.02/150

最大工作行程（mm）:

X1210、Y370、Z370主轴转速:

18—1400m/s

重复定位精度：

0.02mm

（2）定位、夹紧方式和对刀点的确定

铣四方时，直接加紧工件两侧固定即可。

装夹工件时要校正工件，方法是用百分表拉直侧边直线，然后用深度百分表打毛坯上表面，调整可调支撑使毛坯表面误差在0.5以内。

（3）刀具和量具的选择

选择高速钢圆柱铣刀，选用分度值为0.05mm的游标卡尺进行测量

铣四面及两端，去锐边

铣四面及两端时，直接加紧两侧固定即可。

（在磨四面时，均已相邻两面定位，保持四面垂直）

去锐边

在装夹工件时要校正工件，方法是用百分表拉直侧边直线，然后用深度百分表打毛坯上表面，调整可调支撑使毛坯表面误差在0.5以内。

选择高速钢立铣刀，选用分度值为0.05mm的游标卡尺进行测量

磨四面

（1）加工设备的选择

本工序选择M1432B万能外圆磨床，主要技术参数如下：

320X2000定位精度0.003/150

X5700、Y1800、Z1515

磨轮最大外径×

厚度（㎜）：

400×

磨四面时，直接加紧两侧，固定。

（在磨某一表面时，均已相邻的两表面定位，保持四面垂直）。

（3）刀具的选择

选择砂轮进行磨削。

工序五﹕粗铣精铣槽及按图铣30°

（2）定位、夹紧方式和对刀点的确定

铣槽时，将工件装于特定的夹具中。

在装夹夹具时要校正工件，方法是用百分表拉直侧边直线，然后用深度百分表打毛坯上表面，调整可调支撑使毛坯表面误差在0.5以内。

（3）刀具和量具的选择

选择高速钢圆柱铣刀，高速钢立铣刀，T形槽铣刀，选用分度值为0.05mm的游标卡尺进行测量

铣右端倒角及左端斜面

铣左端斜面时，将工件装于特定的夹具中即可。

铣右端倒角时，将工件调头装夹于特定的夹具中即可。

钻通孔Ф4，钻铰通孔Ф8

本工序选择T617A卧式铣镗床，主要技术参数如下：

工作台行程（mm）:

纵向900横向750定位精度0.01/150

镗床外形尺寸（mm）:

X3773、Y2425、Z1848

铣通孔时，将工件直接装夹于工作台上，夹紧。

（夹紧时，可在工件两侧面垫铜片以防止工件表面磨损）在装夹工件时要校正工件，方法是用百分表拉直侧边直线，然后用深度百分表打毛坯上表面，调整可调支撑使毛坯表面误差在0.5以内。

选择刀具中心钻，扩孔钻，丝锥。

量具选用内径千分尺。

左端M8螺纹孔的加工

四爪卡盘夹紧。

（夹紧时，可在工件表面垫铜片以防止工件表面磨损）在装夹工件时要校正工件，方法是用百分表拉直侧边直线，然后用深度百分表打毛坯上表面，调整可调支撑使毛坯表面误差在0.5以内。

选择刀具中心钻，丝锥。

量具选用内径千分尺

2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

1.平面的加工

⑴基准面B和上表面的加工，要求粗铣—粗磨，跟据《金属机械加工工艺设计手册》表4-28及表4-11，得粗铣1mm，粗磨0.5mm。

表2-3

工序名称

工序间余量

经济精度等级

工序尺寸

粗磨

0.5

IT8

Ra6.3

1

IT9

18+0.5×

2=19

毛坯

19+1×

2=21

Ra12.5

⑵两侧面的加工，要求粗铣—粗磨，跟据《金属机械加工工艺设计手册》表4-28及表4-11，得粗铣1mm，粗磨0.5mm。

表2-4

16+0.5×

2=17

17+1×

⑶基准面A和后端面的加工，要求粗铣—半精铣，跟据《金属机械加工工艺设计手册》表4-28，得粗铣1.5mm，半精铣1mm。

表2-5

半精铣

400

1.5

400+1×

2=402

402+1.5×

2=405

⑷U型槽的加工，要求粗铣—精铣，跟据《金属机械加工工艺设计手册》表4-28，得精铣1.5mm。

表2-6

精铣

6+1.5×

2=9

Ra3.2

6

2.孔的加工

⑴Φ8通孔的加工要求钻—粗铰—精铰，根据《金属机械加工工艺设计手册》表4-15，得钻加工到的尺寸为7.8mm，粗铰加工到的尺寸为7.96mm，铰加工到的尺寸为8mm。

表2-7

工序间余量

精铰

0.04

IT7

8

Ra1.6

粗铰

0.08

8-0.04=7.96

7.8

IT11

7.96-0.08=7.8

⑵M8-6H螺纹孔的加工要求钻—攻，根据《金属机械加工工艺设计手册》表4-41，得钻加工的尺寸为6.8mm。

攻螺纹：

螺距P=1.25

牙深=0.6495×

1.25=0.812

H=0.866×

1.25=1.0825

螺纹底径=螺纹外径-2×

牙深=7.73-2×

0.812=6.106

2.5切削用量及基本工时的计算

铣四面

1．加工条件

工件材料：

45钢调制处理，σb＝550～670MPa,锻造。

加工要求：

粗铣粗磨牵引杆四面，粗铣精铣U型槽

机床：

X6142卧式（万能）铣床。

刀具：

高速钢立铣刀，铣刀直径D=22mm，L=72mm

2．计算切削用量

⑴粗铣牵引杆的四面

确定粗铣两侧面的加工余量为1.5mm,可以两次加工完成，按ap=0.5确定进给量f:

根据《机械加工工艺师手册》表30-13得af=0.06～0.10mm/z可取0.48mm/r,根据《机械加工工艺师手册》表30-23得立铣刀的铣削速度为55～115m/min,可取55m/min

确定机床主轴转速

现选用X6142卧式铣床，根据机床使用说明书取nw=800r/min

则实际切削速度

当nw=800r/min时工作台每分钟进给量fm应为：

Fm=f×

nw=0.48×

800=384mm/min

按机床说明书取fm=390mm/min

计算切削工时：

按工艺手册得

被切削层长度L=400mm

刀具切入长度

刀具切出长度L2=2～5mm,取L2=4mm

行程次数i=2

机动时间

铣槽

⑴粗铣U型槽，重新选用Φ6的立铣刀

确定粗铣U型槽的加工余量为6mm,可以一次加工完成，按ap=3确定进给量f:

根据《机械加工工艺师手册》表30-13得af=0.06～0.10mm/z可取0.5mm/r,根据《机械加工工艺师手册》表30-23得立铣刀的铣削速度为15～35m/min,可取15m/min

按机床说明书取发fm=400mm/min

被切削层长度L=375mm

行程次数i=1

⑵精铣U型槽

确定精铣U型槽的最大加工余量Zmax=1.5mm,可以一次加工完成，ap=0.75mm

确定进给量f:

根据《机械加工工艺师手册》表30-13得af=0.06~0.10mm/z可取0.80mm/r,根据《机械加工工艺师手册》表30-23得立铣刀的铣削速度为15～25m/s可取15m/min。

按机床说明书取fm=400mm/min

刀具切出长度L2=2～5mm,取L2=3mm

基本工时为：

第3章铣U型槽专用夹具的设计

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。

经过与指导老师协商，决定设计第六道工序钻铣U型槽的夹具。

3.1设计主旨

本夹具主要用来铣槽，加工到本工序的时候，上表面已经加工，以此面定位来铣槽，在这道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。

由于考虑到装夹时会影响两侧面的精度要求的问题，故铣U型槽时要设置专用夹具。

3.2专用夹具设计

1.定位基准的选择

由零件图可知，以底面作为精基准。

把零件直接插进专用夹具中，尾端设置一顶点，限制六个自由度。

在上表面上设置三个夹紧点，用钩形压板来夹紧，可防止零件移动，采用完全定位的方式。

2.夹紧装置的设计

夹紧机构的三要素是夹紧力方向、作用点、大小的确定。

设计的时候有如下要求：

⑴在夹紧过程中工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支撑。

⑵夹紧力的大小要适当、可靠。

既要使工件在加工过程中不产生移动和震动，又不使工件产生不允许的变形和损伤。

⑶加紧装置应操作安全、方便、省力。

⑷夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的产量和批量相适应。

3.定位误差分析

⑴定位元件尺寸及公差的确定。

该夹具以底面定位，要求保证槽的尺寸公差以及槽的轴线与底座上槽16+0.1+0.05的同轴度公差，为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和小于或等于该工序所规定的工序公差。

槽90-0.2与底座上槽16+0.1+0.05的同轴度公差为0.1

⑵计算槽90-0.2与底座上槽16+0.1+0.05的同轴度公差。

其最大间隙

此即为槽90-0.2与底座上槽16+0.1+0.05的最大同轴度误差，满足上述要求，故上述同轴度误差允许。

4.夹具体设计

铣U型槽时，为了防止装夹过程中使两侧面变形，影响表面精度，所以设计夹具时应减少对两侧面的装夹。

夹具体要有足够的精度、强度和刚度，结构工艺性要好，排屑方便，和在机床上安装稳定可靠的要求。

本夹具用于在铣床上加工U型槽，夹紧机构操作简单、夹紧可靠。

本次设计中还按老师的要求画出了夹具图，具体结构可参见附图

3.3切削力及夹紧力的计算

切削刀具：

Φ6高速钢立铣刀，Z=3

本加工按铣削估算夹紧力，实际效果可以保证可靠的夹紧。

1.实际所需夹紧力：

查《机械加工工艺师手册》表30-20得

表20-21得

表20-22得

，

2.螺旋夹紧力

所以

毕业设计的心得体会

紧张而又辛苦的毕业设计结束了。

当我拿到的任务的时候，我仿佛经过一次翻山越岭，登上了高山之巅，顿感眼前豁然开朗。

毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。

“千里之行始于足下”,通过这次毕业设计，我深深体会到这句千古名言真正的含义。

我今天认真地进行毕业设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

说实话，毕业设计非常累。

然而，当我一着手理清自己的设计成果，仔细回味这几周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使我倦意顿消。

虽然这是我刚学会走完的第一步，是我人生中的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟了许多。

通过毕业设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心细致。

毕业设计过程中，许多计算时不免令我感到心烦意乱；

有两次因为不小心我计算出错，只能毫不情愿地重来。

但一想起老师对我们的耐心教导，想到今后自己应承担的社会责任，想到世界上因为某些细小的失误而出现难以控制的事故，我不禁时刻提醒自己，一定要养成一种高度负责，一丝不苟的良好习惯。

这次毕业设计是我在工作作风上，得到了一次难得的磨练。

短短几周的毕业设计，使我发现自己所掌握的知识是真正的如此贫乏，自己综合应用所学专业知识的能力是如此不足，几年来学习那么多课程