学位论文ys234001牵引杆的机械加工工艺及夹具设计.docx
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学位论文ys234001牵引杆的机械加工工艺及夹具设计
目录
摘要2
第1章前言2
1.1机械制造工艺技术的现状和发展趋势3
1.2机械制造工艺与夹具的研究内容3
第2章零件的机械加工工艺设计4
2.1零件工艺性分析4
2.1.1零件图纸分析4
2.1.2主要技术要求分析5
2.1.3毛坯和材料的分析5
2.2机械工艺路线确定7
2.2.1加工内容7
2.2.2定位基准的选择7
2.2.3主要表面加工方法的选择7
2.2.4加工阶段的划分8
2.2.5确定加工工艺方案8
2.3机床和装夹方案及刀具的选择9
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定11
2.5切削用量及基本工时的计算13
第3章铣U型槽专用夹具的设计16
3.1设计主旨16
3.2专用夹具设计16
3.3切削力及夹紧力的计算17
毕业设计的心得体会18
致谢19
参考文献20
摘要
本文在查阅相关的资料和参考文献的基础上，首先对牵引杆图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，明确加工内容和要求，确定加工方案，选择适合的数控机床、刀具和切削参数，设计适合牵引杆加工工序的专用夹具。
最终根据牵引杆的加工工艺和夹具加工出符合生产要求的合格零件。
整个设计的指导思想是“简便、高效、经济”。
通过牵引杆工艺、夹具设计与加工的整个过程，掌握零件工艺、夹具设计的步骤，为将来的就业打下基础。
[关键词]牵引杆工艺设计夹具设计
第1章前言
机械制造工业是国民经济最重要的部门之一，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力，科技水平，生活水准和国防实力。
机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国名经济的现代化程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度，产品性能的好坏则取决于制造工艺水平的高低。
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。
1.1机械制造工艺技术的现状和发展趋势
机械制造工艺技术是在人类生产实践中产生并不断发展的。
从20世纪90年代开始，机械制造工艺技术向着高精度，高效率，高自动化发展。
精密加工精度已经达到亚微米级、而超精密加工已经达到0.01υm级。
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
+0.15
-0.15
50
+0.3
-0
9（左端面）
+0.1
-0.1
9（U型槽）
+0
-0.2
16
0
--0.2
15.7
+0.1
-0.1
18
+0.1
-0.1
8.5
+0.1
-0.1
5.5
+0.1
-0.1
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
IT8～IT11
6.3
粗铣—粗磨
两侧面
IT8～IT11
6.3
粗铣—粗磨
上表面
IT7～IT8
3.2
粗铣—粗磨
U型槽
IT7～IT8
3.2
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
6.3
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
工序一：
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
工序三：
铣四面及两端，去锐边
（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。
（3）刀具和量具的选择
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
工序四：
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：
工作台尺寸（mm）:
320X2000定位精度0.003/150
最大工作行程（mm）:
X5700、Y1800、Z1515
磨轮最大外径×厚度（㎜）：
400×50
（2）定位、夹紧方式和对刀点的确定
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）。
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。
（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°×50+0.30
（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
工序七：
铣右端倒角及左端斜面
（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。
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。
（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
工序六：
钻通孔Ф4，钻铰通孔Ф8
（1）加工设备的选择
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
（2）定位、夹紧方式和对刀点的确定
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。
（3）刀具和量具的选择
选择刀具中心钻，扩孔钻，丝锥。
量具选用内径千分尺。
工序七：
左端M8螺纹孔的加工
（1）加工设备的选择
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
（2）定位、夹紧方式和对刀点的确定
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。
（3）刀具和量具的选择
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
表面粗糙度
粗磨
0.5
IT8
18
Ra6.3
粗铣
1
IT9
18+0.5×2=19
Ra6.3
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
工序名称
工序间余量
经济精度等级
工序尺寸
表面粗糙度
粗磨
0.5
IT8
16
Ra6.3
粗铣
1
IT9
16+0.5×2=17
Ra6.3
毛坯
17+1×2=19
Ra12.5
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
工序名称
工序间余量
经济精度等级
工序尺寸
表面粗糙度
半精铣
1
IT8
400
Ra6.3
粗铣
1.5
IT9
400+1×2=402
Ra6.3
毛坯
402+1.5×2=405
Ra12.5
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
工序名称
工序间余量
经济精度等级
工序尺寸
表面粗糙度
精铣
1.5
IT8
6+1.5×2=9
Ra3.2
粗铣
IT9
6
Ra6.3
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
工序名称
工序间余量
经济精度等级
工序尺寸
表面粗糙度
精铰
0.04
IT7
8
Ra1.6
粗铰
0.08
IT9
8-0.04=7.96
Ra3.2
钻
7.8
IT11
7.96-0.08=7.8
Ra6.3
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
工序三：
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
工序五：
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
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：
按机床说明书取发fm=400mm/min
计算切削工时：
按工艺手册得
被切削层长度L=375mm
刀具切入长度
刀具切出长度L2=2～5mm,取L2=4mm
行程次数i=1
机动时间
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。
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：
按机床说明书取fm=400mm/min
计算切削工时：
按工艺手册得
被切削层长度L=375mm
刀具切入长度
刀具切出长度L2=2～5mm,取L2=3mm
行程次数i=1
机动时间
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
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