前提下，提高了生产率，降低了生产成本，是国内外现代机械加工工艺的主要发展方面方向之一。通过对60140主轴箱体零件图的分析及结构形式的了解，从而对主轴箱体进行工艺分析、工艺说明及加工过程的技术要求和精度分析。然后再对主轴箱体的底孔、轴承孔的加工进行夹具设计与精度和误差分析，该工艺与夹具设计结果能应用于生产要求。
关键词：主轴箱加工工艺定位夹具设计
Abstract:ThisPaperrequiresthatwithqualitybegdevelopment,withbenefitsseektoliveontostore.Undertheprerequisiteofguaranteeingthequalityofelementprocessing,raisingproductivityandreducingproductioncostisoneofmainlydirectionofdomesticandinternationalmodernmachiningtechnologydeveloping.ThroughknowingandanalysistheconfigurationofthecasingpartdrawingforWH212gearreducer,wemasterhowtoanalysistheprocess,makeprocessexplanation,analysisthetechnicalrequirementandtheprecisionofgearreducer.Then,weshouldcarryoutthedesignofclampingapparatusandanalysistheprecisionanderrorfortheprocessingofbearingholeandthebaseholeofthecasingofgearreducer.Inthelast,thistechnologyandthedesignresultofclampingapparatuscanbeapplied`inproductionrequirement.Keywords:principalaxisdesign
processingtechnology
Fixedposition
Tongs
1
1前言
加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。
机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。
1.1课题背景及发展趋势
材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用、美观、经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。
技术是产品形态发展的先导，新材料、新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料、加工工艺、结构和产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化。
工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，对中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。
1.2夹具的基本结构及夹具设计的内容
按在夹具中的作用,地位结构特点,组成夹具的元件可以划分为以下几类:（1）定位元件及定位装置；
（2）夹紧元件及定位装置(或者称夹紧机构)；（3）夹具体；
（4）对刀、引导元件及装置(包括刀具导向元件、对刀装置及靠模装置等)；（5）动力装置；（6）分度、对定装置；
2
每个夹具不一定所有的各类元件都具备,如手动夹具就没有动力装置,一般的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之,按照加工等方面的要求,有些夹具上还需要设有其它装置及机构,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。专用夹具的设计主要是对以下几项内容进行设计：（1）定位装置的设计；（2）夹紧装置的设计；（3）对刀、引导装置的设计；（4）夹具体的设计；（5）其他元件及装置的设计。
3
2主轴箱体加工工艺规程设计
2.1零件的作用
题目给出的零件是C6140主轴箱体，它的主要的作用是用来支承、固定的。它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中的主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值也将大打折扣。
2.2零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，减震性能良好。传动箱体需要加工表面以及加工表面的位置要求。现分析如下：（1）主要加工面：
1）铣上下平面保证尺寸100mm，平行度误差为0.032）铣侧面保证尺寸62与20与下平面的平行度误差为0.023）镗上、下面平面各孔至所要求尺寸，并保证各位误差要求4）钻侧面4—M6螺纹孔5）钻孔攻丝底平面各孔（2）主要基准面：
1）以下平面为基准的加工表面
这一组加工表面包括：传动箱上表面各孔、传动箱上表面2）以下平面为基准的加工表面
这一组加工表面包括：主要是下平面各孔及螺纹孔
2.3主轴箱体加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施
箱体的结构特点
箱体是机器和部件的基础零件,由它将机器和部件中许多零件连接成一个整体,
4
并使之保持正确的相互位置,彼此能协调地运动。常见的箱体零件有:各种形式的机床主轴箱、减速箱和变速箱等。
各种箱体类零件由于功用不同,形状结构差别较大,但结构上也存在着相同的特点:1.尺寸较大
箱体通常是机器中最大的零件之一,它是其他零件的母体,如大型减速箱体长达5～6m,宽3～4m,重50～60吨,正因为它是一个母体,所以它是机器整体的最大零件。2.形状复杂
其复杂程度取决于安装在箱体上的零件的数量及在空间的相互位置,为确保零件的载荷与作用力,尽量缩小体积。有时为了减少机械加工量或减轻零件的重量,而又要保证足够的刚度,常在铸造时减小壁的厚度,再在必要的地方加筋板、凸台、凸边等结构来满足工艺与力的要求。3.精度要求
有若干个尺寸精度和相互位置精度要求很高的平面和孔，这些平面和孔的加工质量将直接影响机器的装配精度，使用性能和使用寿命。4．有许多紧固螺钉定位箱孔
这些孔虽然没有什么特殊要求。但由于分分布在大型零件上，有时给加工带来很大的困难。
由于箱体有以上共特点，故机械加工劳动量相当大，困难也相当大，例如减速箱体在镗孔时，要如何保证位置度问题，都是加工过程较困难的问题。箱体的材料、毛坯及热处理1、毛坯种类的确定
常用毛坯种类有：铸件、锻件、焊件、冲压件，各种型材和工程塑料件等。在确定毛坯时，一般要综合考虑以下几个因素：
（1）依据零件的材料及机械性能要求确定毛坯。例如，零件材料为铸铁，须用铸造毛坯；强度要求高而形状不太复杂的钢制品零件一般采用锻件。
（2）依据零件的结构形状和外形尺寸确定毛坯，例如结构比较的零件采用铸件比锻件合理；结构简单的零件宜选用型材，锻件；大型轴类零件一般都采用锻件。
（3）依据生产类型确定毛坯。大批大量生产中，应选用制造精度与生产率都比
5
较高的毛坯制造方法。例如模锻、压力铸造等。单件小批生产则采用设备简单甚至用手工的毛坯制造方法，例如手工木模砂型铸造。
（4）确定毛坯时既要考虑毛坯车间现有生产能力又要充分注意采用新工艺、新技术、新材料的可能性。
本主轴箱体是大批量的生产，材料为HT20～40用铸造成型。2．毛坯的形状及尺寸的确定
毛坯的尺寸等于零件的尺寸加上（对于外型尺寸）或减去（对内腔尺寸）加工余量。毛坯的形状尽可能与零件相适应。在确定，毛坯的形状时，为了方便加工，有时还要考虑下列问题：
（1）为了装夹稳定、加工方便，对于形状不易装夹稳固或不易加工的零件要考虑增加工艺搭子。
（2）为了提高机械加工的生产率，有些小零件可以作成一坯多件。
（3）有些形状比较特殊，单纯加工比较困难的零件可以考虑将两个甚至数个合制成一个毛坯。例如连杆与连杆盖在一起模锻，待加工到一定程度再切割分开。
在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。
在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。3．毛坯的材料热处理
长期使用经验证明，由于灰口铸铁有一系列的技术上（如耐磨性好，有一定程度的吸震能力、良好的铸造性能等）和经济上的优点，通常箱体材料采用灰口铸铁。最常用的是HT20～40，HT25～47，当载荷较大时，采用HT30～54，HT35～61高强铸铁。
箱体的毛坯大部分采用整体铸铁件或铸钢件。当零件尺寸和重量很大无法采用整体铸件（受铸造能力的）时，可以采用焊接结构件，它是由多块金属经粗加工后用焊接的方法连成一整体毛坯。焊接结构有铸—焊、铸—煅—焊、煅—焊等。采用焊接结构可以用小的铸造设备制造出大型毛坯，解决铸造生产能力不足的问题。焊前对各种组合件进行粗加工，可以部分地减轻大型机床的负荷。
毛坯未进入机械加工车间之前，为不消除毛坯的内应力，对毛坯应进行人工实效
6
处理，对某些大型的毛坯和易变形的零件粗加工后要再进行时效处理。
毛坯铸造时，应防止沙眼、气孔、缩孔、非金属夹杂物等缺陷出现。特别是主要加工面要求更高。重要的箱体毛坯还应该达到规定的化学成分和机械性能要求。2.3.1确定毛坯的制造形式
零件的材料HT200。由于年产量为4000件，达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。2.3.2基面的选择
（1）粗基准的选择
对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零件
的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行加紧，利用底面定位块支承和底面作为主要定位基准，以z移动、z转动、y移动、y转动、x转动五个自由度。再以一面定位消除x移动自由度，达到定位目的。
（2）精基准的选择
主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用已加工结
束的上、下平面作为精基准。2.3.3确定工艺路线
表2.1工艺路线方案一
工序1工序2工序3工序4工序5工序6工序7工序8工序9工序10工序11工序12
钻箱体直径18孔钻前端面各孔镗左平面各孔镗右平面各孔粗,精铣上平面至尺寸粗,精铣下平面粗,精铣左端平面粗,精铣右端平面粗,精铣前端平面粗,精铣后端平面钳工,去除锐边毛剌检验
7
表2.2工艺路线方案二
工序1工序2工序3工序4工序5工序6工序7工序8工序9工序10工序11工序12
粗,精铣上平面至尺寸粗,精铣下平面粗,精铣左端平面粗,精铣右端平面粗,精铣前端平面粗,精铣后端平面钻箱体直径18孔钻前端面各孔镗左平面各孔镗右平面各孔钳工,去除锐边毛剌检验
工艺路线的比较与分析：
第二条工艺路线不同于第一条是将铣各平面工序放到前面。加工完上下平面再加工各孔与,其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动提高了生产效率。而且对于零的尺寸精度和位置精度都有太大程度的帮助。
采用互为基准的原则，先加工上、下两平面，然后以下、下平面为精基准再加工两平面上的各孔，这样便保证了，上、下两平面的平行度要求同时为加两平面上各孔保证了垂直度要求。符合先加工面再钻孔的原则。若选第一条工艺路线，加工不便于装夹，并且毛坯的端面与轴的轴线是否垂直决定了钻出来的孔的轴线与轴的轴线是非平行这个问题。所以发现第一条工艺路线并不可行。如果选取第二条工艺方案，先加工上、下平面，然后以这些已加工的面为精基准，加工其它各孔便能保证孔的形位公差要求
从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第二个方案比较合理。所以我决定以第二个方案进行生产。具体的工艺过程见工艺卡片所示。2.3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
8
主轴箱体的材料是HT200，生产类型为大批生产。由于毛坯用采用金属模铸造,毛坯尺寸的确定如下：
由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
由于本设计规定零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此计算最大与最小余量时应按调整法加工方式予以确定。
1）加工箱体的上下平面，根据参考文献[8]表4-35和表4-37考虑3mm，粗加工2mm到金属模铸造的质量和表面的粗糙度要求，精加工1mm。
2）加工的侧面时，用铣削的方法加工两侧面。由于侧面的加工表面有粗糙度的要求Ra=1.6µm，而铣削的精度可以满足，故采取分二次的铣削的方式，粗铣削的深度是2mm，精铣削的深度是1mm。
3）镗上、下平面各孔时，由于粗糙度要求Ra=1.6µm，因此考虑加工余量2.5mm。可一次粗加工2mm，一次精加工0.5就可达到要求。
6）加工6－φ10孔，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量1.2mm。可一次钻削加工余量5mm，就可达到要求。
7）加工2－φ30底孔时，根据参考文献[8]表4-23考虑加工余量15mm。可一次钻削加工余量5mm，第二次扩孔就可达到要求。
8）加工上平面2-φ18孔，粗加工10mm到金属模铸造的质量和表面粗糙度要求，精加工4mm，可达到要求。2.3.5确定切削用量
工序1：粗、精铣传动箱体上平面（1）粗铣上平面工件材料：HT200，铸造。机床：X52K立式铣床。查参考文献[7]表30—34
刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT15，D=100mm，齿数Z=8，此为粗齿铣刀。
9
因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度ap：
ap=2mmaf=0.12mm/Z每齿进给量af：根据参考文献[3]表2.4-75，取
铣削速度V：参照参考文献[7]表30—34，取V=1.33m/s机床主轴转速n：
n=
1000Vπd式（2.1）
式中V—铣削速度；
d—刀具直径。由式2.1机床主轴转速n：
1000V1000×1.33×60
=≈254r/minπd3.14×100
n=
按照参考文献[3]表3.1-74
n=300r/min
实际铣削速度v：进给量Vf：
v=
πdn3.14×100×300
=≈1.57m/s10001000×60
Vf=afZn=0.12×8×300/60≈4.8mm/sfm=Vf=4.8mm/s=288mm/min
工作台每分进给量fm：
aε：根据参考文献[7]表2.4-81,aε=40mm（2）精铣上平面工件材料：HT200，铸造。机床：X52K立式铣床。参考文献[7]表30—31
刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）,材料：YT15，D=100mm，齿数12，此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量：Z=1mm铣削深度ap：
ap=1mmaf=0.08mm/Z每齿进给量af：根据参考文献[7]表30—31，取
10
铣削速度V：参照参考文献[7]表30—31，取V=0.32m/s机床主轴转速n，由式（2.1）有：
n=
1000V1000×0.32×60
=≈61r/minπd3.14×100
按照参考文献[7]表3.1-31
n=75r/min
实际铣削速度v：
v=
πdn3.14×100×75
==0.4m/s10001000×60
Vf=afZn=0.15×12×75/60=2.25mm/s进给量Vf，由式（1.3）有：工作台每分进给量fm：粗铣的切削工时
fm=Vf=2.25mm/s=135mm/min
被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l=315mm，刀具切入长度l1：
l1=0.5(D−D2−aε2)+(1~3)
=0.5(100−1002−402)+(1~3)=7mml刀具切出长度2：取l2=2mm走刀次数为1
tj1=
机动时间tj1：
l+l1+l2315+7+2
=≈1.13minfm288
tf1=1.04
根据参考文献[5]表2.5-45可查得铣削的辅助时间精铣的切削工时
被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l=315mm刀具切入长度l1：精铣时l1=D=100mm刀具切出长度l2：取l2=2mm走刀次数为1
11
tj2=
机动时间tj2：
l+l1+l2315+100+2
=≈1.09minfm135
tf2=1.04
根据参考文献[5]表2.5-45可查得铣削的辅助时间铣下平面的总工时为：t=
tj1tj2tf1tf2
+++=1.13+1.04+1.04+1.09=2.58min
工序2：加工其下平面，各切削用量与加工上平面相近，因此省略不算，参照工序1执行。
工序3：粗精铣左右端的侧面：（1）粗铣左右端的侧面工件材料：HT200，铸造。机床：X52K立式铣床。查参考文献[7]表30—34
刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT15，D=100mm，齿数Z=8，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度ap：
ap=2mmaf=0.12mm/Z铣削速度V：参照参考
每齿进给量af：根据参考文献[3]表2.4-75，取文献[7]表30—34，取V=1.33m/s。由式2.1得机床主轴转速n：
n=
1000V1000×1.33×60
=≈254r/minπd3.14×100
按照参考文献[3]表3.1-74
n=300r/min
实际铣削速度v：进给量Vf：
v=
πdn3.14×100×300
=≈1.57m/s10001000×60
Vf=afZn=0.12×8×300/60≈4.8mm/sfm=Vf=4.8mm/s=288mm/min
工作台每分进给量fm：
aε：根据参考文献[7]表2.4-81,aε=60mm12
被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l=60mm，刀具切入长度l1：
l1=0.5(D−D2−aε2)+(1~3)
=0.5(100−1002−602)+(1~3)=11~13mm式（2.2）
l刀具切出长度2：取l2=2mm走刀次数为1
（2）精铣左右端侧平面工件材料：HT200，铸造。机床：X52K立式铣床。由参考文献[7]表30—31
刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：YT15，D=100mm，齿数12，此为细齿铣刀。
精铣该平面的单边余量：Z=1mm铣削深度ap：
ap=1.0mmaf=0.08mm/Z每齿进给量af：根据参考文献[7]表30—31，取
铣削速度V：参照参考文献[7]表30—31，取V=0.32m/s机床主轴转速n，由式（2.1）有：
n=
1000V1000×0.32×60=≈61r/minπd3.14×100
按照参考文献[3]表3.1-31
n=75r/min
实际铣削速度v：
v=
πdn3.14×100×75
==0.4m/s10001000×60
Vf=afZn=0.15×12×75/60=2.25mm/s进给量Vf，由式（2.3）有：工作台每分进给量fm：
fm=Vf=2.25mm/s=135mm/min
被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l=210mm13
刀具切入长度l1：精铣时l1=D=100mm刀具切出长度l2：取l2=2mm走刀次数为1
根据参考文献[9]：t1=249/(37.5×3)=2.21min。根据参考文献[5]表2.5-45可查得铣削的辅助时间精铣宽度为20mm的下平台
根据参考文献[9]切削工时：t2=249/(37.5×3)=2.21min根据参考文献[5]表2.5-45可查得铣削的辅助时间粗精铣宽度为30mm的下平台的总工时：
t=t1+t2+
tf1=0.41
tf2=0.41
tf1tf2
+=2.21+2.21+0.41+0.41=5.24min
工序4：镗φ62H12的孔（1）粗镗φ62H12的孔机床：卧式镗床T618
刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5切削深度ap：
ap=2.0mm，毛坯孔径d0=57mm。
进给量f：根据参考文献表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为aF=2.0mm。因此确定进给量f=0.2mm/r。
切削速度V：参照参考文献[3]表2.4-9取V=2.4m/s=144m/min机床主轴转速n：
n=
1000V1000×144
=≈804.56r/minπd3.14×57，
按照参考文献[3]表3.1-41取n=1000r/min
实际切削速度v：
v=
πdn3.14×57×1000
=≈2.98m/s10001000×60
14
工作台每分钟进给量ff=0.2×1000=200mm/minm：m=fn被切削层长度l：l=35mml1=
ap刀具切入长度ltgk+(2~3)=
2.5
1：
rtg30°
+2≈6.33mm刀具切出长度l2：l2=3~5mm取l2=4mm行程次数i：i=1
tl+l1+l235+j1=
机动时间tf=6.33+4
200
≈0.227minj1：
m查参考文献[1]，表2.5-37工步辅助时间为：2.61min
（2）精镗下端孔φ62H12机床：卧式镗床T618
刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5切削深度ap：
ap=0.5mm进给量f：根据参考文献[3]表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为
aF=0.5mm。因此确定进给量f=0.15mm/r削速度V：参照参考文献[3]表2.4-9，取V=3.18m/s=190.8m/min机床主轴转速n：
n=
1000V1000×190.8πd=≈1029r/min03.14×61，取n=1000r/min
πdn实际切削速度v，：
v=
1000=3.14×61×1000
1000×62
≈3.09m/s工作台每分钟进给量ffn=0.15×1000=150mm/minm：fm=被切削层长度l：l=35mml1=
ap刀具切入长度ltgk+(2~3)=
0.5
1：
rtg30°
+2≈2.87mm15
刀具切出长度l2：l2=3~5mm行程次数i：i=1
取l2=4mmtj1=
机动时间tj1：
l+l1+l235+2.87+4
=≈0.279minfm150
tj=0.227+0.279=0.506min
所以该工序总机动工时
查参考文献[1]，表2.5-37工步辅助时间为：1.86min
工序5：镗φ80H12的孔（1）粗镗φ80H12的孔机床：卧式镗床T618
刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5切削深度ap：
ap=2.0mm，毛坯孔径d0=75mm。
进给量f：根据参考文献表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为aF=2.0mm。因此确定进给量f=0.2mm/r。
切削速度V：参照参考文献[3]表2.4-9取V=1.92m/s=115m/min机床主轴转速n：
n=
1000V1000×115=≈488.32r/minπd3.14×75，
按照参考文献[3]表3.1-41取n=600r/min
实际切削速度v：
v=
πdn3.14×75×600
=≈1.79m/s10001000×79
工作台每分钟进给量fm：fm=fn=0.2×600=120mm/min被切削层长度l：l=65mm刀具切入长度l1：
l1=
aptgkr+(2~3)=
2.0
+2≈5.45mmtg30°
刀具切出长度l2：l2=3~5mm取l2=4mm16
行程次数i：i=1
tj1=
机动时间tj1：
l+l1+l265+5.45+4
=≈0.496minfm150
查参考文献[1]，表2.5-37工步辅助时间为：2.61min（2）精镗下端孔到φ80H12机床：卧式镗床T618
刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5切削深度ap：
ap=0.5mm进给量f：根据参考文献[3]表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为
aF=0.5mm。因此确定进给量f=0.15mm/r切削速度V：参照参考文献[3]表2.4-9，取V=2.86m/s=171.72m/min机床主轴转速n：
n=
1000V1000×171.72=≈770.2r/minπd03.14×71，取n=800r/min
实际切削速度v：
v=
πdn3.14×61×800
=≈3.09m/s10001000×72
工作台每分钟进给量fm：fm=fn=0.15×800=120mm/min被切削层长度l：l=65mm刀具切入长度l1：
l1=
aptgkr+(2~3)=
0.5
+2≈2.87mmtg30°
刀具切出长度l2：l2=3~5mm行程次数i：i=1
取l2=4mmtj1=
机动时间tj1：
l+l1+l265+2.87+4
=≈0.599minfm120
tj=0.496+0.599=1.094min
所以该工序总机动工时
17
查参考文献[1]，表2.5-37工步辅助时间为：1.56min
工序6：钻下平在2-φ18
工件材料为HT200铁，孔的直径为φ18mm。
加工机床为Z535立式钻床，加工工序为选用φ18的麻花钻头。进给量f：根据参考文献[5]表2.4-39，取f=0.25mm/r切削速度V：参照参考文献[5]表2.4-41，取V=0.43m/s由式（2.1）机床主轴转速n：
n=
1000V1000×0.43×60
=≈456r/minπd03.14×18，取n=900r/min
实际切削速度V′：
V′=
πd0n3.14×18×900
=≈0.85m/s10001000×60
被切削层长度l：l=45mm刀具切入长度l1：
l1=
D5
ctgkr+(1~2)=ctg120°+2≈3.5mm22
刀具切出长度l2：l2=0走刀次数为1
被切削层长度l：l=45mm刀具切入长度l1：l1=4.5mm刀具切出长度l2：l2=0走刀次数为1
机动时间tj：
tj=
l+l1+l245+3.5
=≈0.118minfn0.25×800
根据参考文献[5]表2.5-41可查得钻削的辅助时间
工序7：加工6－φ10底孔
tf1=1.77
工件材料为HT200铁，孔的直径为φ10mm。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为
18
选用φ10的麻花钻头。
进给量f：根据参考文献[5]表2.4-39，取f=0.25mm/r切削速度V：参照参考文献[5]表2.4-41，取V=0.43m/s由式（2.1）机床主轴转速n：
n=
1000V1000×0.43×60
=≈821r/minπd03.14×10，取n=900r/min
实际切削速度V′：
V′=
πd0n3.14×10×900
=≈0.47m/s10001000×60
被切削层长度l：l=20mm刀具切入长度l1：
l1=
D7
ctgkr+(1~2)=ctg120°+2≈4.1mm22
刀具切出长度l2：l2=0走刀次数为1
根据参考文献[5]表2.5-41可查得钻削的辅助时间工序8：钻φ40孔
工件材料为HT200铁，孔的直径为φ40mm，表面粗糙度Ra=3.2µm。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为锪钻，加工刀具为：钻孔——φ40mm小直径钻。
1）确定切削用量确定进给量f根据参考文献[7]表28-10可查出
tf1=1.77
f表=0.25~0.31mm/r，由于
k=1.0f=(0.25~0.31)×1.0=0.25~0.31mm/r孔深度比l/d0=8/13=0.6，lf，故表。查Z535立式钻床说明书，取f=0.23mm/r。
'
根据参考文献[7]表28-8，钻头强度所允许是进给量f>1.75mm/r。由于机床进给机
构允许的轴向力Fmax=15690N（由机床说明书查出），根据参考文献[7]表28-9，允许
\"
f的进给量>1.8mm/r。
19
'\"
fff由于所选进给量远小于及，故所选f可用。
确定切削速度v、轴向力F、转矩T及切削功率Pm得：
根据表28-15，由插入法
v表=17m/min
，
F表=4732NPm表=1.25kWT表=51.69N⋅M，
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。由参考文献[7]表28-3，kMv=0.88，klv=0.75，故
v'表=17m/min×0.88×0.75=11.22(m/min)1000v'表1000×11.22mm/min
n===1r/min
πd0π×40mm'
查Z535机床说明书，取n=195r/min。实际切削速度为
v=
πd0nπ×30mm×195r/min==18.37m/min10001000
由参考文献[7]表28-5，kMF=kMT=1.0，故
F=4732N×1.0=4732(N)T=51.69N⋅m×1.0=51.69N⋅m校验机床功率
切削功率Pm为
Pm=Pm表（n/n')kMM=1.25kW×(195/298)×1.0=0.82kW机床有效功率
P'E=PEη=4.5kW×0.81=3.65kW>Pm故选择的钻削用量可用。即
d0=40mm，f=0.23mm/r，n=195r/min，v=7.35m/min相应地
F=4732N，T=51.69N⋅m，Pm=0.82kW20
工序9：钻φ20孔
工件材料：HT200，金属模铸造，机床：Z535立式钻床
刀具：高速钢钻头φ20，被切削层长度l：l=20mm刀具切入长度l1：
l1=
D7
ctgkr+(1~2)=ctg120°+2≈4.1mm22
刀具切出长度l2：l2=0走刀次数为1
机动时间tj：
tj=
l+l1+l212.5+4.1
=≈0.07minfn0.25×900
根据参考文献[5]表2.5-41可查得钻削的辅助时间锪钻φ20阶梯的工时
tf1=1.77
锪钻孔进给量f=0.23mm/r，机床主轴转速n=195r/min，被切削层长度l：l=12mm刀具切入长度l1：
l1=
D20
ctgkr+(1~2)=ctg120°+2≈10.2mm22
刀具切出长度l2：l2=0走刀次数为1
机动时间tj：
tj=
l+l1+l23+10.2
=≈0.27minfn0.25×195
由参考文献[5]表2.5-41可查得钻削的辅助时间
tf1=1.77
ttt=j+ft=0.27+1.77=2.04min
该工序的总工时为：2.04+0.07+0.05+1.77+1.77=5.7min
所以该方案满足生产要求。
21
3专用夹具设计
镗床夹具又称镗模它主要用于加工相体，支架等工件上的单孔或孔系。镗模不仅
广泛用于一般镗床和镗孔组合机床上也可以用在一般车床、铣床和摇臂钻床上，加工有较高精度要求的孔或孔系。镗床夹具，除具有定位元件、加紧机构和夹具体等基本部分外，还有引导刀具的镗套。而且还像钻套布置在钻模板上一样，镗套也按照被加工孔或孔系的坐标位置，布置在一个或几个专用的镗孔的位置精度和孔的几何形状精度。因此，镗套、镗模支架和镗杆是镗床夹具的特有元件。
夹具的结构类型
镗床夹具按其结构特点，使用机床和镗套位置的不同，有以下分类方法：（1）按使用机床类别分，可分为万能镗床夹具、多轴组合机床镗床夹具、精密镗床夹具，以及一般通用机床镗床夹具。
（2）按夹具的结构特点分，可分为卧式镗床夹具和立式镗床夹具等。
（3）按镗套的位置分布，可分为单支承前引导的镗床夹具，即镗套为于被加工孔的前方；单支承后引导的镗床夹具。
本夹具属于单支承后引导的镗床夹具，本就加以说明介绍。
单支承后引导的镗床夹具，既镗套位于被加工孔的后方，介于工件与机床主轴之间，主要用于加工D<90mm。但根据1、镗削
L有两种类型：DL<1的通孔或小型箱体的不通孔时，刀具采用悬臂式，而导柱直径大于镗孔D经这种型式的特点为：
（1）因为所镗孔的长度很短，既刀具的悬伸长度很短，而导柱直径又大于镗孔径、所以刀具的刚性很好，加工精度也高。
（2）这种布置型式可用同一尺寸的后镗套而进行多工步加工。（3）因无前导柱，故装卸工件更换刀具均叫方便。
22
（4）用于立镗时，无切削落入镗套之虑。2、当镗削
L>1~1.5的通孔或不通孔时，刀具虽然仍是悬挂式，但导柱直径d则应D小于所镗孔经D.
如果这时仍采用上述d>D的方式，则在加工这种较长的孔时，刀具的悬伸长度h必然很大，起码应大于L.由于刀具悬伸长度大，所以刀具易引偏，严重时会使镗杆与镗套蹩住，否则须增加镗套长度，以保证足够的导引刚度。但这样将导致整个镗套部分的结构庞大。夹紧力大小的确定原则
夹紧力大小对于确定夹紧装置的结构尺寸，保证夹紧可靠性等有很大影响。夹紧力过大易引起工件变形，影响加工精度。夹紧力过小则工件夹不紧，在加工过程中容易发生工件位移，从而破坏工件定位，也影响加工精度，甚至造成安全事故。由此可见夹紧力大小必须适当。
计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统，然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，运动的工件还需考虑惯性）后处于静力平衡条件，求出理论夹紧力，为了安全起见再乘以安全系数K。
W=kW`
式中
W`——计算出的理论夹紧力；W——实际夹紧力；
K——安全系数，通常k=1.5～3.当用于粗加工时，k=2.5～3,用于精加工时k=1.5～2.
这里应注意三个问题：
（一）切削力在加工过程中往往方向、大小在变化，在计算机中应按最不利的加工条件下求得的切削力或切削合力计算。如图2-1所示切削方向进行静力平衡，求出理论夹紧力，再乘以安全系数即为实际夹紧力，图中W为夹紧力，N1、N1`…为镗孔各方向镗削力，可按切削原理中求切削力。而N1切削力将使夹紧力变大，在列静平衡方程式时，我们应按不利的加工条件下，即N1时求夹紧力。既W=KN1=1.5KN23
图2-1图2-1切削方向静力平衡图
（二）在分析受力时，往往可以列出不同的工件静平衡方程式。这时应选产生夹紧力最大的一个方程，然后求出所需的夹紧力。如图所示垂直方向平衡式为W=1.5KN;水平方向可以列出：W=1.5KN/f,f为工件与定位件间的摩擦系数，一般0.15,即W=10KN；对o点取矩可得下式
W=
KN[(2l)+l2
2
+0.5l+l2+l2+0.5l2l]
=3.2KN比较上面三种情况，选最大值，既W=10KN。
（三）上述仅是粗略计算的应用注意点，可作大致参考。由于实际加工中切削力是一个变值，受工件材料性质的不均匀、加工余量的变动、刀具的钝化等因素影响，计算切削力大小的公式也与实际不可能完全一致，故夹紧力不可能通过这种计算而得到结果。生产中也有根据一定生产实际经验而用类比法估算夹紧力的，如果是一些关键性的重要夹具，则往往还需要通过实验的方法来确定所需夹紧力。
3.1加工左端平面镗孔夹具设计
本夹具主要用来镗左端平面夹具，，这个工艺孔有尺寸精度要求，表面粗糙度要求，表面粗糙度为Ra=1.6µm，与顶面垂直。并用于以后各面各孔加工中的定位。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本到工序为杠杆加工的第一道工序，加工到本道工序时只完成了传动箱体上表面的粗、精铣。因此再本道工序加工时主要应考
24
虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。
3.2定位基准的选择
由零件图可知，有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。为了保证所钻的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣箱体的下表面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择选用下平作为定位基准，为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准硬质合金镗刀刀具对工艺孔进行粗镗削加工；然后采用硬质合金镗刀对其进行精加工，准备采用手动夹紧方式夹紧。
3.3切削力的计算与夹紧力分析
由于本道工序主要完成工艺孔的镗加工，参考文献[9]得：镗削力镗削力矩式中
F=26Df0.8HB0.6T=10D1.9f0.8HB0.6
D=62mmHB=HBmax−
1
(HBmax−HBmin)=255−1(255−187)=23233
f=0.15mm⋅r−1
F=26×25×0.150.8×2320.6=3755.2NT=10×251.9×0.150.8×2320.6=26174N⋅mm本道工序加工工艺孔时，工件的下平面与台价台靠紧。采用带光面压块的压紧螺钉夹紧机构夹紧，该机构主要靠压紧螺钉夹紧，属于单个普通螺旋夹紧。根据参考文献[11]可查得夹紧力计算公式：
W0=
式中
QL'
r'tgϕ1+rZtg(α+ϕ2)
式（3.1）
；W0—单个螺旋夹紧产生的夹紧力（N）
Q—原始作用力（N）；
25
L—作用力臂（mm）；
r'—螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）；；ϕ1—螺杆端部与工件间的摩擦角（°）；rZ—螺纹中径之半（mm）；α—螺纹升角（°）
'
—螺旋副的当量摩擦角（°）。ϕ2
由式（3.1）根据参考文献[11]表1-2-23可查得点接触的单个普通螺旋夹紧力：
W0=
35×50
=15No'o'
4×(310+950)
3.4夹紧元件及动力装置确定
由于传动箱体的生产量很大，采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应用也比较广泛。因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。采用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。
本道工序夹具的夹紧元件选用带光面压块的压紧螺钉。旋紧螺钉使其产生的力通过光面压块将工件压紧。
3.5镗套、衬套、镗模板及夹具体设计
工艺孔的加工需粗、精镗切削才能满足加工要求。故选用快换钻套以减少更换钻套的辅助时间。钻模板选用固定式钻模板，工件以底面及侧面分别靠在夹具支架的定位快，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧。
夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。
3.6夹具精度分析
利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。
由工序简图可知，本道工序由于工序基准与加工基准重合，又采用顶面为主要定
26
位基面，故定位误差∆dw很小可以忽略不计。本道工序加工中主要保证工艺孔尺寸
0.02
φ62+−0.01mm及表面粗糙度Ra1.6µm。本道工序最后采用精镗加工，选用标准硬质合金0.02镗刀，直径为φ62+−0.01mm，并采用镗套，镗刀导套孔径为该工艺孔的位置度应用的是
最大实体要求。
工艺孔的表面粗糙度Ra1.6µm，由本工序所选用的加工工步粗镗精满足。影响两工艺孔位置度的因素有：
（1）镗模板上装衬套孔的尺寸公差：∆1=0.005mm（2）两衬套的同轴度公差：∆2=0.005mm（3）衬套与钻套配合的最大间隙：∆3=25.034−25.012=0.022mm（4）钻套的同轴度公差：∆4=0.005mm（5）镗套与镗刀配合的最大间隙：∆5=25.039−25.008=0.031mm222222∆1+∆22+∆3+∆4+∆5+∆dw=2×0.039=0.078mmp0.1mm所以能满足加工要求。
3.7夹具设计及操作的简要说明
装卸工件时，先将工件放在定位块上；用压块的压紧螺钉将工件夹紧；然后加工工件。当工件加工完后，将带光面压块的压紧螺钉松开，取出工件。
27
4致谢
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参考文献
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[2]孙已德，机床夹具图册[M]，北京：机械工业出版社，1984：20-23。[3]贵州工学院机械制造工艺教研室，机床夹具结构图册[M]，贵阳：贵州任命出版社，1983：42-50。[4]刘友才，机床夹具设计[Ｍ]，北京：机械工业出版社，1992。[5]孟少龙，机械加工工艺手册第1卷[M]，北京：机械工业出版社，1991。
[6]《金属机械加工工艺人员手册》修订组，金属机械加工工艺人员手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1979。
[7]李洪，机械加工工艺师手册[M]，北京：机械工业出版社，1990。[8]马贤智，机械加工余量与公差手册[M]，北京：中国标准出版社，1994。
[9]上海金属切削技术协会，金属切削手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1984。[10]周永强，高等学校毕业设计指导[M]，北京：中国建材工业出版社，2002。[11]薛源顺,机床夹具设计(第二版)[M],机械工业出版社,2003.1
[12]余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计[M]，重庆：重庆大学出版社，1995。
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