毕 业 设 计
设计题目：齿轮架零件的机械加工工
艺规程及专用夹具设计
目 录
一 设计目的及要求 …………………………………………… 1
二 设计任务 …………………………………………………… 1
三 对零件工作图的分析 ……………………………………… 2
四 选择毛坯 …………………………………………………… 3
五 确定表面加工方案 ………………………………………… 4
六 选择定位基准 ……………………………………………… 6
七 拟订加工工艺路线 ………………………………………… 6
八 确定加工余量 ……………………………………………… 8
九 选择工艺装备 ……………………………………………… 9
十 夹具设计要求 …………………………………………… 11
十一 夹紧力的计算 ………………………………………… 11
十二 夹具零件的选择 ………………………………………… 12
十三 选择切削用量及切削力 ………………………………… 14
十四 确定工时定额 ……………………………………………… 15
十五 小结 ………………………………………………………… 15
十六 参考书 ……………………………………………………… 17
一 设计目的及要求
1、目的：
机械制造技术基础是以机械制造工艺技术设备为主要内容的技术科学，是机械类专业的一门主要课程，具有很强的实践性。因此在完成了理论教学和实践教学后，还需要对学生进行机械零件加工工艺设计的实际训练，使学生通过工艺设计获得综合运用所学过的全部相关课程（如机械制造技术基础，互换性及技术测量，金属学与热处理学）进行零件工艺及结构设计的基本能力，能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理
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并能保证加工质量的专用夹具的能力，培养学生熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力，进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。
2、 要求：
○1 掌握编制机械加工工艺规程的方法，能正确解决中等复杂程度零件在加工中的工艺问题。
○2根据已学的知识，提高结构设计的能力，通过设计夹具的训练，根据被加工零件要求，设计出能保证加工技术要求，经济、高效的工艺装备。
○3 认真复习设计有关的知识，并查阅有关的资料，手册让学生会使用与机械加工工艺和工装设计有关的手册及图纸资料。
二 设计任务：
设计题目：设计齿轮架零件的机械加工工艺规程及专用夹具设计。
生产纲领：一般为500-5000件(中批)
具体设计工作内容：
1、 抄绘，分析零件的工作图，图幅为A3。绘图时应充分利用计算机的功能，准确、迅速地绘制图形；
2、 编制机械加工工艺规程，填写机械加工工艺及指定工序的工序卡，画工序流程图，
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图幅为A1；
3、 设计、绘制夹具零件图，图幅为A3；
4、 设计、绘制指定工序的夹具装配图，图幅为A2；
5、 撰写设计说明书一份。
三 对零件工作图的分析：
1、 抄绘零件图
通过抄绘工作图，了解零件的尺寸、结构和精度、粗糙度、热处理、设计基准等技术要求，结合分析零件所在部件的装配图，深入了解零件的功用和工作条件，找出主要加工表面和关键技术要求；
2、 齿轮架材料为QT60-2，生产类型为中批，毛坯用铸造加工，初步即可形成外圆角。
齿轮架零件中对圆柱面的粗糙度，精度最高。对该圆柱面加工应为粗车——半精
的平面。需要铣的平面有一圆面和
，只需粗铣（图
车——精车。同时加工该圆柱左部-加工要求为一平面。精度要求均为
，都要求精铣，另有一键槽，加工要求为
要与气缸体配较要求和一垂直度要求
如工序简图）。钻孔较多，工孔另有一车床平面跳动要求
，钻孔均采用立式钻床。。如下图：
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四 选择毛坯：
机械加工常用的毛坯有铸件，锻件，型材件，焊接件等。选用时应考虑以下因素：
1， 零件的材料及其力学性能.
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2， 零件的结构形状和尺寸.
3， 生产类型.
4， 车间的生产能力.
5， 充分注意应用新工艺，新技术，新材料.
零件材料已给定为QT60-2，工艺设计按照零件的已知条件如材料，批量，尺寸，形状，精度及粗糙度要求等确定。QT60-2表示球墨铸铁抗拉强度60公斤力/㎜2，延伸率为△=2%，其硬度为HRC197-269，具有较高的强度、硬度和耐磨性，但塑性、韧性较差。热加工采用淬火，以减小内应力，毛坯只铸造出大致外形，反映凸台、圆台及一些外倒角，精度低，毛坯要留出加工余量（毛坯图如零件毛坯图）。
五 确定表面加工方案：
按照零件各表面的技术要求，查询资料，选择各表面的加工方案，确定各表面的粗、半精及精加工等方法，以及有关的热处理方式。
1、 加工圆柱面：圆柱面精度要求为，精度要求非常高，所以所需工序为粗车→
半精车→精车三道工序，以达到所需精度要求。考虑夹具在车削圆柱面时，顺带加工圆柱左面加工精度要求也较高的平面（此时采用卧式车床）；
2、 铣平面：由于精度要求为，则也要求粗铣→半精铣→精铣 ；如下图：
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3、 铣圆面：根据精度对照表为精度要求的3.2~1.6，则该圆面也需经过精铣，
考虑到零件结构，采用立式铣床；如下图：
4、钻孔3个，钻后刮平，采用立式钻床;
5、钻工螺孔M10钻22攻18
6
钻孔 15攻12
钻孔 5
以上三种都用立式钻床;
6、铣键槽。
六 选择定位基准：
在最初的零件加工工序中，只能选用毛坯的表面进行定位，这种定位基准称为粗基准。在以后各工序的加工中，可以采用已经加工的表面进行定位，这种定位基准称为精基准。由于粗，精基准用途不同，在选择时所考虑的侧重点也不同。
确定基准时除了考虑满足有关的基准选择原则外，还要考虑怎 实现所选择的基准，要确定各工序的定位及夹紧方式，夹压位置和夹紧力作用方向；
要考虑定位精度要求，当工序定位基准与工序基准不重合时，要进行工序尺寸换算，分析定位误差。
1、 确定粗基准：
在粗铣上平面时，圆端面作为加工时的粗基准。
2、 确定精基准：
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在加工圆柱面时，由于表面精度要求高，须进行精车，此时选择左平面为精基准，
进行平面定位，限制三个自由度，下圆柱面用V形块定位，限制2个自由度。
七 拟定加工工艺路线：
工艺路线的拟订是制定工艺规程的总体布局，包括：选择定位基准，确定加工方法，划分加工阶段，决定工序的集中与分散，加工顺序的安排，以及安排热处理，检验及其他辅助工序（去毛刺，倒角等）。它不但影响加工的质量和效率，而且影响到工人的劳动强度，设备的投资，车间面积，生产成本等。
因此，拟订工艺路线是制订工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上，提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。
一般要拟定2-3种备选工艺路线进行比较，至少要对重要工序提出几种方案进行分析比较，选定比较合理的路线。
具体做法和要求：
○1定位基准的使用，变换顺序大致确定了各表面的加工顺序，注意基面先行等原则；
○2划分加工阶段，不能一次完成一个表面的全部加工；
○3适当选择热处理工序和检验工序；
○4划分加工工序、工步；
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○5选择工序集中或工序分散，说明选择时遵循的原则；
○6各工序的节拍要基本平衡。
齿轮架加工工序如下：
○1 粗铣平面
○2 粗车圆柱面
○3半精铣，精铣平面
○4 半精车，精车圆柱面
○5 铣圆台面
○6 钻3孔
○7 钻孔M10钻22攻18
○8 钻孔M10钻15攻12
○9铣键槽
10 ○钻孔 。
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八 确定加工余量：
在切削加工时，为了保证零件的加工质量，从某加工表面上所必须切除的金属层厚度，称为加工余量。加工余量分为总余量和工序余量两种。
在由毛坯加工成成品的过程中，毛坯尺寸与成品零件图的设计尺寸之差，称为总余量（毛坯余量），既某加工表面上切除的金属层厚度。
完成一道工序时，从某一表面上所必须切除的金属层厚度，称谓该工序的工序余量，既上工序的工序的工序尺寸与本工序的工序尺寸之差。
确定工序尺寸、工序余量、公差及毛坯尺寸
1、 查阅资料，确定各种加工方法的经济加工精度，基本余量；
2、 对与其它尺寸无关联的独立工序尺寸，可以从零件图的设计尺寸起，依次加上（对外尺寸）或减去（对内尺寸）各工序余量得到工序尺寸，公差值按经济精度确定，公差带带位置按“入体原则”确定；
3、 对相互关联，存在基准换算的工序尺寸要解算工艺尺寸链，保证
各工序的加工余量既满足，又最小；
4、 最后确定各表面的总加工余量及毛坯尺寸，经查表计算得加工余量如图：
○1 铣平面：
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○2 铣圆面：
九 选择工艺装备：
确定工序所用设备及工艺装备
1、根据零件加工精度、表面质量、零件的外形轮廓及夹具尺寸、零件的生产类型等因素选择机床 ；
2、 优先选用通用夹具，必要时要选用专用夹具；
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3、 根据被测参数、生产纲领、零件精度等选择量具及测量方法，量具要以规格和精度两方面满足测量要求，一般采用单项测量，当批量大时可以采用相对测量；
齿轮架零件加工中，铣削加工都是采用立式钻床；
在车削圆柱面时，考虑定位及夹紧利于车削，采用卧式车床。
例如：钻M8孔选择立式钻床
由于齿轮架是中批生产，故应选用外径直接压入钻模的固定钻套，而钻模也应选用固定钻模，其直径很小，钻削力扭矩不大，可用人力挡住钻模，介于以上原因，钻模板也应选择固定钻模板，其选择原则是：
当钻套直接装在整体钻模上致使夹具体内部加工不方便时，应采用单独制造的安装在夹具体上的固定钻模板，为防止在使用过程中移动，除用螺钉联接外，还要用定位销以保持钻套对定位元件的准确位置。
4、 夹具的选择
夹具体使用铸造的方法制成盒式结构，其夹紧机构应用单螺旋夹紧。
十.夹具设计的要求：
夹具设计时，应满足以下的主要几点：
1）
夹具应满足零件加工工序的精度要求。特别对于精加工工序，应适当提高夹具
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的精度，以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。
2） 夹具应达到加工生产率的要求。
3） 夹具的操作要方便，安全。
4） 能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。
5） 要适当提高夹具元件的通用化合乎标准化程度。
6） 具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造，使用和维修。
十一.夹紧力的计算：
FF
如上图：Fz ×19－F×19≠G×3＝0
＝>F=3G/19+Fz
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其中Fz 为钻削力，F为夹紧力，G为工件的重量
十二 夹具零件的选择：
经查资料得以下零件的技术要求：
1、 固定钻套 GB2262-80
材料：T10A
热处理：20 渗碳深度0.8~1.2㎜ HRC58-64
2、 钻套用衬套 GB2263-80
材料：T10A
热处理：20 渗碳深度0.8-1.2㎜ HRC58-64
3、 活节螺栓 GB798-76
材料：35
螺栓 M10×70
4、 圆头螺钉 GB65-76
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材料：A3
螺钉 M8×50 螺钉M8×30 表面处理：氧化
5、 垫圈 GB97-76
材料：A3
垫圈 10 热处理：HRC44-50
6、 弹簧垫圈 GB93-76
材料：65Mn
热处理：HRC44-50
表面处理：氧化
7、 平压板 GB2183-80
材料：45
热处理：HRC35-40
压板 20×200
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8、 六角头支承 GB2227-80
材料：45
热处理：全部HRC40-50
M10×25
9、 六角头螺栓 GB21-76
M10×25
10、 V形块 GB2208-80
材料：20
热处理：渗碳深0.8-1.2㎜ HRC58-64
N=42㎜ V形块
11、 定位销
材料：T8
热处理：淬火、回火 HRC58-64
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12、 六角头螺母 GB51-76
材料：A3
螺母M10 表面氧化
热处理：HRC30-35
13、 夹具体：外框 196×130×140
内框 166×100×110
十三 选择切削用量及切削力：
1、 切削用量的选择：
选择切削用量是要选择切削用量三要素的最佳组合，在保持刀具合理耐用度的前提下，使ap 、f 、v 三者的乘积值最大，以获得最高的生产率，故首先要选取尽可能大的背吃刀量，其次根据机床动力和刚性限制条件或已加工表面粗糙度的要求，选取尽可能大的进给量，最后利用切削用量手册选取或者用公式计算确定切削速度。
2、 切削力的合力及分力
○1切削力的合力及分力
Fz ——主切削力或切向力
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Fy ——切深抗力，或称轴向力、吃刀力
Fx ——进给抗力，或称轴向力、走刀力
Fr =
○2切削功率
P m=（Fz V+ Fxnw f/1000）×10-3 KW
≈ FzV ×10-3 KW
切削力的经验公式：
Fz=CFz·apxFz·fyFz·VnFz·KFz
Fy=CFy·apxFy·fyFy·VnFy·KFy
Fx=CFx·apxFx·fyFx·VnFx·KFx
CFx、CFy、CFz为决定于被加工材料和切削条件的系数
KFx、KFy、KFz为修正系数
xFz、yFz、nFz等为ap、f、V的指数。
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十四 确定工时定额：
时间定额是在一定的技术、组织、条件下制定出来的完成单件产
品或某项工作所需的时间；时间定额是计算产品成本和企业经济核算
的依据之一，也是新建或扩建时决定设备和人员数量的重要依据。时
间定额必须正确确定，应该具有平均先进水平，过高或过低的定额都
不利于促进生产。
单件时间定额的计算公式：
Td=Tj+Tf+Tfw1+Tfw2+Tx
基本时间Tj 和辅助时间Tf 之和为工序时间Tg
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Tg=Tj+Tf
辅助时间可由定额表中查出。
工作地点技术服务时间Tfw1与工序时间百分比为1-7%；
工作地点组织服务时间Tfw2与工序时间百分比为1-1.7%；
休息及身体需要时间与工序时间的百分比约为2%。
综上所述，单件时间定额的公式可写成如下形式：
Td=Tj+Tf+(Tj+Tf)a/100+(Tj+Tf)B/100+(Tj+Tf)r2/100
=(Tj+Tf)(1+(a+b+r2)/100)
成批生产时加工一批零件的总时间为：
TP=TdP+Tz
单件总时间定额Th 则为：
Th= TP/P=Td+Tz/P
十五 .小结：
20
十六 参考书目：
1、《机床夹具设计》
2、《机械制造工艺与夹具设计指导》
3、《机械制造工艺课程设计简明手册》
4、《机械制造工艺过程》
5、《机床夹具手册》
6、《机床夹具结构图册》
7、《金属机械加工工艺人员手册》
8、《制图标准》
9、《机械零件设计手册》
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