收割机链箱体制造工艺及工艺装备设计

本科生毕业论文（设计）

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收割机链箱体制造工艺及工艺装备设计 工学院 指导教师: 职称: 讲师

2013 年5月12日 南京农业大学教务处制

目 录

摘要................................................................................................................................ 1 关键词............................................................................................................................ 1 Abstract .......................................................................................................................... 1 Key words ...................................................................................................................... 1 引 言.......................................................................................................................... 2 1 零件的工艺分析........................................................................................................ 4 1.1 零件的作用............................................................................................................. 4 1.2 零件的技术要求..................................................................................................... 4 1.3 零件的工艺分析..................................................................................................... 4 1.3.1 零件材料的选用.................................................................................................. 4 1.3.2 零件的生产类型.................................................................................................. 4 1.3.3 该零件主要加工表面及技术要求分析：.......................................................... 4 2 零件的工艺规程设计................................................................................................ 5 2.1 确定毛坯的制造形式............................................................................................. 5 2.1.1 确定毛坯种类...................................................................................................... 5 2.1.2 确定铸件余量...................................................................................................... 5 2.1.3 绘制毛坯图.......................................................................................................... 6 2.2 定位基准的选择..................................................................................................... 6 2.3 工序的集中与分散................................................................................................. 6 2.4 工序顺序的安排..................................................................................................... 6 2.4.1 机械加工顺序...................................................................................................... 6 2.4.2 辅助工序.............................................................................................................. 6 2.5 制定工艺路线......................................................................................................... 7 2.5.1 制定工艺过程、选择加工方法.......................................................................... 7 2.5.2 工艺过程的确定.................................................................................................. 7 2.6 选择加工设备与工艺设备..................................................................................... 8 2.7 确定工序尺寸......................................................................................................... 9 2.8 确定切削用量....................................................................................................... 10

t2.9 确定基本工时j的计算 ....................................................................................... 17 3 夹具的设计.............................................................................................................. 22 3.1 专用铣床夹具....................................................................................................... 22 3.1.1 问题的提出........................................................................................................ 22 3.1.2 分析资料............................................................................................................ 22 3.1.3 确定结构方案.................................................................................................... 22 3.1.4 夹具操作简要说明............................................................................................ 23 3.2 专用铣镗床夹具................................................................................................... 24 3.2.1 问题的提出........................................................................................................ 24 3.2.2 分析资料............................................................................................................ 25 3.2.3 确定结构方案.................................................................................................... 25 3.2.4 夹具操作简要说明............................................................................................ 26 致谢.............................................................................................................................. 27 参考文献...................................................................................................................... 29

收割机链箱体制造工艺及工艺装备设计

机械设计制造及其自动化 邹海洋

指导老师 丁兰英

摘要：箱体零件是机器的基础件，它将机器及部件中的轴、轴承和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体，并按预定传动关系协调其运动。因此，箱体的加工质量不仅影响其装配精度及运动精度，而且影响到机器的工作精度、使用性能和寿命。零件的工艺编制，在机械加工中占有非常重要的地位，零件工艺规程编制得合不合理，这直接关系到零件最终能否达到质量要求，同时，夹具的设计也是必不可少的一部分，它关系到能否提高其加工效率的问题。因此，这两者在机械加工行业中是至关重要的环节。本文针对箱体类零件中的收割机连箱体的结构特点，结合中批量生产的加工方法与工艺特点，通过深入分析和研究，编制了一套简便合理的机械加工工艺规程，同时对加工过程中刀具、机床、切削用量等进行了分析，总结了一套适用于本箱体的完整的工艺分析方法，并对其中两道工序进行了专用夹具设计。

关键词：箱体；粗糙度；工艺规程；夹具；方法。

The Harvester chain box manufacturing processes and

design of process equipment

Student majoring in Mechanical Design,Manufacturing and Automation Zou Haiyang Tutor Ding Lanying

Abstract: Box Parts are the basic parts of the machine, it put shaft, bearings and gears and other parts of the machine and components at a certain mutual positional relationship as a whole, according to a predetermined transmission relations to coordinate their movement. Therefore, the cabinet processing quality not only affect the accuracy of the assembly and movement precision, but also affects the accuracy of the machine performance and life. Parts of the preparation process, occupies a very important position in the machining parts process planning is reasonable, which is directly related to the ultimate parts meet quality requirements, at the same time, the design of the fixture is an essential part of it is related whether we can improve the processing efficiency. Therefore, both in the machining industry is a vital link. In this paper, a box-type parts harvester even cabinet structural features, combined with mass production processing methods and process characteristics, through in-depth analysis and research, prepared a set of easy-to-reasonable machining process, while the process in cutting tools, machine tools, cutting, summed up in the

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box set of the complete process of analysis methods, and one of the two processes dedicated fixture design.

Key words: Case; roughness; technical rules; fixture; method.

引 言

箱体的种类很多，其尺寸大小和结构形式随着机器的结构和箱体在机器中功用的不同有着较大的差异。但从工艺上分析它们仍有许多共同之处，其结构特点是：

（1）外形基本上是由六个或五个平面组成的封闭式多面体，又分成整体式和组合式两种。

（2）结构形状比较复杂。内部常为空腔形，某些部位有“隔墙”，箱体壁薄且厚薄不均。

（3）箱壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系。 （4）多为铸造件，加工部位多，加工难度大。

（5）箱体上的加工面，主要是大量的平面，此外还有许多精度要求较高的轴承支承孔和精度要求较低的紧固用孔。

零件的工艺编制，在机械加工中占有非常重要的地位，零件工艺编制的合不合理，这直接关系到零件最终能否达到质量要求；夹具设计也是不可缺少的一部分，它关系到能否提高其加工效率的问题。因此这两者在机械加工行业中是至关重要的环节。另外，箱体是机器设备中的基础件和基准件，它和一些零件组装在一起，在本课题的设计过程中，它和收割机链条组装在一起，并要求其与链条间保持准确的位置，因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命等，收割机链箱体的设计工艺是否完好，对整个机器运行时的工作效率和配合精度影响很大。特别是现代工艺对箱体零件的要求越来越高，已经运用于各种场合，很多工业设备对其运用非常重要，所以我们对它进行深入的研究显得非常重要。

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。

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，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。

一般中型机床制造厂用于箱体类零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的15%~20%。因此，在生产之前，首先应该进行工艺设计，使加工工件的整

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个工艺过程都能实现科学操作。工艺的科学合理性，工艺的先进性，工艺的稳定性，工艺的规范性，将突破制造技术发展的关键。此外，机械制造本身离不开工艺装备的应用，工艺装备就是机械制造中所用到的刀具、工卡具、量具、模具、辅具等的总称。本课题以此为背景，要求编制的工艺要合理、能保证加工精度、符合中批量生产要求，工艺要有先进性和创新性。设计的夹具、结构要合理、操作方便、满足中批量生产要求。 任务介绍：

设计题目：收割机链箱体制造工艺及工艺装备设计。 课题简介：零件的机械加工工艺编制和专用夹具、量具设计是机械制造企业常见的技术问题。链箱体是联合收割机中一个链传动的箱体，它的结构比较复杂，精度要求较高。本课题是链箱体的机械加工工艺编制和夹具、专用检验量具设计。根据提供的链箱体的零件图，按照中批量生产纲领，制定出链箱体生产的工艺规程。编制出工艺过程卡、全套工序卡。同时进行二维和三维设计并进行仿真。

要求如下：编制的工艺要合理、能保证加工精度、符合中批量生产要求，工艺要有先进性和创新性。设计的夹具、专用量具结构要合理、操作方便、满足中批量生产要求。对夹具设计要有精度的校核。同时进行二维和三维设计，并进行加工过程模拟仿真。零件结构设计、结构工艺性及选材要合理。所有二维图纸要符合制图相关规范要求。工艺方案采用先进的技术和工艺，达到较佳的经济效益。夹具要保证加工精度，操作方便。

具体内容为：

（1）根据生产类型，对零件进行工艺分析；

（2）选择毛坯种类及制造方法，绘制毛坯零件图；

（3）制订零件的机械加工工艺过程，选择工序加工设备及工艺装备，确定各 工序切削用量及工序尺寸，并计算工序的工时定额； （4）填写工艺卡片，编制全套工序卡； （5）撰写设计说明书。

收割机链箱体零件图如图1所示。

图1 收割机链箱体零件图

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1 零件的工艺分析

1.1 零件的作用

题目所给定的零件是收割机的链箱体，它将机器及部件中的轴、轴承、链条和链轮等零件按一定的相互关系装配成一个整体，并按预定的传动关系协调其运动，因此，收割机链箱体在整个机器运行过程中起着非常重要的作用，箱体的尺寸精度、表面粗糙度直接影响机器的工作稳定性和寿命；根据所给零件图可知，其主要加工表面为上下端面，各通孔及螺纹孔。 1.2 零件的技术要求

（1）铸件表面不允许有裂纹、气孔、粘沙等缺陷。 （2）铸件拔模斜度3-5°，未注圆角半径R3-5。未注倒角C0.5 （3）铸件经回火，除内应力处理，硬度HBS187-255。 （4）所有螺纹空口倒角至螺纹大径。

（5）去锐边毛刺，非加工表面涂硝化油漆。 1.3 零件的工艺分析

箱体类零件属于薄壁型零件，形状复杂而不规则。该类零件在加工和使用过程中都要重点考虑零件的变形问题，通过对此零件图纸的分析及重新绘制，了解到设计人员为了提高零件抗变形的能力，在壁上设计有一定高度的加强筋；由于以上端面为基准加工下端面时，上端面接触面积比较小，而且其中一面出现悬空状态，所以使该零件没有一个相对较为可靠的基面作为粗基准，所以给加工下端面和镗孔带来较大的困难。 1.3.1 零件材料的选用

由于链箱体的外形比较相对来说比较复杂，在机器中起着保护轴与链条等零件的作用，抗拉强度小于200Mpa，因此零件选用材料为HT200，俗称灰口铸铁，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，耐磨、耐热性较好，但塑性较差，脆性高，不适合磨削加工。 1.3.2 零件的生产类型

该零件的生产类型为中批量生产。 1.3.3 该零件主要加工表面及技术要求分析：

（1）上端面包括Φ56与Φ58的端面的加工无公差等级要求，表面粗糙度为Ra≤12.5um，所以，只需一次粗加工即可，无需精加工

（2） 下端面及Φ76表面及箱体内表面的加工无公差等级要求，下端面表面粗糙度为Ra≤6.3um，需半精铣；Φ76表面及箱体内表面表面粗糙度为Ra≤12.5um，只需粗铣即可。

（3）Φ56外圆表面粗糙度要求为Ra≤6.3um，需半精车。

（4）Φ40，Φ47的孔及Φ49.5的槽都有其公差要求，加工时应保证这些尺寸，使其满足给定的公差要求。

（5）Φ40与Φ47的孔的内表面粗糙度为Ra≤3.2um，需进行精镗。而Φ50的孔的内表面粗糙度为Ra≤12.5um，一次粗镗即可保证。 （6）Φ8.5的螺栓孔，只需钻孔，且粗糙度要求不高。

（7）8个M6的孔与箱体上一个M6的孔需要钻孔与攻丝。

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根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面尺寸，上述各表面的技术要求采用常规的加工工艺均可以保证。零件机械加工的工艺过程卡见附表一。

2 零件的工艺规程设计

2.1 确定毛坯的制造形式

零件材料为HT200。考虑零件在机器运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较复杂且为薄壁零件，零件为中批量生产，且零件上孔比较多，故我们选择精密铸造毛坯，此时可满足零件图上大多数粗糙度要求。 2.1.1 确定毛坯种类

根据零件材料确定毛坯为铸件，具有高的抗压强度、良好的铸造性、耐磨性、消振性和低的缺口敏感性、可切屑加工性。考虑到铸造可以铸造内腔、外形很复杂的毛坯，工艺灵活性大，铸造成本低，并依据其结构形状、尺寸大小和生产类型，选用毛坯的铸造方法为金属模机械砂型。铸件的机械加工余量等级G级，公差等级8-12级。 2.1.2 确定铸件余量

表1 铸件加工余量 加工 表面 基本 尺寸 铸件尺寸 公差 机械加工 总余量 铸件 尺寸 Φ58端面与下端面 Φ56端面与下端面 上下端面 Φ56外圆 Φ76及箱体内表面 Φ40孔 45 54 46.5 Φ56 76 Φ40 0.025 7 7 7 6 6 6 52 61 53.5 Φ62 82 34±0.025 Φ47孔 Φ47 0.025 6 41±0.025 Φ49.5槽 Φ50孔 Φ49 0.34 6 43±0.34 Φ50 6 44 Φ8.5定位销孔 Φ8.5 8.5 M6螺纹孔 Φ6 6

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2.1.3 绘制毛坯图

图2 收割机链箱体毛坯图

2.2 定位基准的选择

定位基准是影响箱体类零件加工精度的关键因素，基准选择的合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则，加工过程中奖问题百出，更有甚者，造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。

粗基准的选择：对于零件而言，应尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，我们首先选下端面与两个孔作为粗基准（一面两孔）。

精基准的选择：主要应该考虑基准重合、统一基准、互为基准等原则。采用互为基准反复加工两个孔，然后以精铣后的下端面为精基准。 2.3 工序的集中与分散

已知零件的生产规模为中批量生产，初步确定工艺安排的基本倾向为：加工过程划分阶段，工序都要集中，采用工序集中可以减少工件的装夹次数，在一次装夹中可以加工许多表面，有利于保证各表面之间的相互位置精度。加工设备主要以通用设备为主，采用专用夹具，这样生产质量高，投产快生产率较高。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 2.4 工序顺序的安排 2.4.1 机械加工顺序

（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准，即前面加工阶段，先加工下端面。同时考虑位置精度要求，对左右两个孔采用互为基准，反复加工。 （2）遵循“先粗后精”原则，先安排精加工工序，后安排精加工工序。 （3）遵循“先面后孔”原则，先加工端面，后加工孔。 2.4.2 辅助工序

毛坯铸造成型后，应当对铸件毛坯安排清砂工序，并对清砂后的铸件进行一次尺寸检验，然后再进行机械加工。在对零件的所有加工工序完成之后，安排喷漆、去毛刺、清洗、终检工序。

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2.5 制定工艺路线

制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具进行生产，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 2.5.1 制定工艺过程、选择加工方法

（1）上端面：粗铣（Ra12.5） （2）Φ58端面：粗铣（Ra12.5） （3）Φ56端面：粗铣（Ra12.5）

（4）下端面： 粗铣（Ra12.5）—半精铣（Ra6.3） （5）Φ56外圆：粗车（Ra12.5）—半精车（Ra6.3） （6）Φ76及内平面：粗铣（Ra12.5）

（7）Φ40孔：粗镗（Ra12.5）—半精镗（Ra6.3）—精镗（Ra3.2） （8）Φ47孔：粗镗（Ra12.5）—半精镗（Ra6.3）—精镗（Ra3.2） （9）Φ49.5槽：粗加工（Ra6.3） （10）Φ50孔：粗镗（Ra12.5）

（11）螺栓、定位销孔：钻孔（Ra12.5） （12）螺纹孔：钻孔（Ra12.5）

2.5.2 工艺过程的确定

表2 工艺过程卡 工序号 工序内容 定位基准 10铸造 20 人工时效 粗铣下端面 30 粗铣Φ76及箱体的内平面 上端面、两孔 上端面、两孔 40粗铣上端面、Φ58端面、Φ56端面 下端面、两外圆 50 粗车、半精车Φ56外圆、倒角 Φ50内表面 60半精铣下端面 上端面、两孔 70 钻3xΦ8.5的定位销孔 下端面、两孔 80 钻9xM6螺纹孔 下端面、两孔 90 粗镗2xΦ40的孔、倒角 下端面、两螺纹孔 100 粗镗2xΦ47的孔、倒角 下端面、两螺纹孔 110 粗镗2xΦ49.5x1.7的孔 下端面、两螺纹孔 120 粗镗Φ50的孔 下端面、两螺纹孔 7

130 半精镗2xΦ40的孔 下端面、两螺纹孔 140 半精镗2xΦ47的孔 下端面、两螺纹孔 150 精镗2xΦ40的孔 下端面、两螺纹孔 160 精镗2xΦ47的孔 下端面、两螺纹孔 170 攻9xM6螺纹孔 下端面、两孔 180 去锐边毛刺 190 非加工表面涂硝化油漆 200 清洗 210 终检入库 2.6 选择加工设备与工艺设备

表3 加工设备与工艺设备 工序号 10 20 30 40 50 60 粗铣Φ76及箱体的内平面 粗铣上端面、Φ58端面、Φ56端面 粗车、半精车Φ56外圆、倒角 半精铣下端面 钻3xΦ8.5的定位销孔 钻9xM6螺纹孔 粗镗2xΦ40的孔、倒角 粗镗2xΦ47的孔、倒角 粗镗2xΦ49.5x1.7的孔 粗镗Φ50的孔 半精镗2xΦ40的孔 半精镗2xΦ47的孔 精镗2xΦ40的孔 精镗2xΦ47的孔 立式铣床XA5032 立式铣床XA5032 卧式车床CA6140 立式铣床XA5032 立式钻床Z3025 立式钻床Z3025 立式铣镗床T7220C 立式铣镗床T7220C 立式铣镗床T7220C 立式铣镗床T7220C 立式铣镗床T7220C 立式铣镗床T7220C 立式铣镗床T7220C 立式铣镗床T7220C 高速钢立铣刀、游标卡尺 YT15硬质合金端铣刀、游标卡尺 硬质合金车刀、游标卡尺 YT15硬质合金端铣刀、游标卡尺 高速钢钻、游标卡尺、钻模板 高速钢钻、游标卡尺、钻模板 高速钢镗刀、游标卡尺 高速钢镗刀、游标卡尺 高速钢镗刀、游标卡尺 高速钢镗刀、游标卡尺 高速钢镗刀、游标卡尺 高速钢镗刀、游标卡尺 高速钢镗刀、游标卡尺 高速钢镗刀、游标卡尺 工序内容 铸造 人工时效 粗铣下端面 加工装备 立式铣床XA5032 工艺装备 YT15硬质合金端铣刀、游标卡尺 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 8

170 180 190 200 210 攻9xM6螺纹孔 去锐边毛刺 非加工表面涂硝化油漆 清洗 终检入库 立式钻床Z3025 高速钢钻、游标卡尺、钻模板 2.7确定工序尺寸

表4 工序尺寸 工序号 10 工步号 1 2 20 1 2 3 30 1 2 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 工步内容 粗铣下端面 粗铣Φ76及箱体的内表面 粗铣Φ58端面 粗铣Φ56端面 粗铣上端面 粗车Φ56外圆 半精车Φ56外圆 半精铣下端面 钻3xΦ8.5的定位销孔 钻9xM6螺纹孔 粗镗2xΦ40的孔、倒角 粗镗2xΦ47的孔、倒角 粗镗2xΦ49.5x1.7的孔 粗镗Φ50的孔 半精镗2xΦ40的孔 半精镗2xΦ47的孔 精镗2xΦ40的孔 精镗2xΦ47的孔 攻9xM6螺纹孔 工序尺寸 50 Φ76 46 55 47.5 46.5 Φ8.5 Φ4.8 Φ37 Φ44 Φ49.5 Φ50 Φ39 Φ46 Φ40 Φ47 Φ4.8 加工余量（mm） 2.5 3（单边） 3.5 3.5 3.5 2（单边） 1(单边) 1 8.5（直径） 4.8（直径） 1.5（单边） 1.5（单边） 3（单边） 3（单边） 1（单边） 1（单边） 0.5（单边） 0.5（单边） 4.8（直径） 9

2.8 确定切削用量

工序10

工步1：粗铣下端面 （1）切削深度ap2.5mm

（2）进给量的确定

XA5032立式铣床功率为7.5kw，查《切削用量简明手册》表3.15知YT15硬质合金端铣刀粗铣平面进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量fz取为0.1mm/z。 （3）铣削速度

由本工序采用YT15硬质合金端铣刀，dw=80mm、齿数z=4.查表3.15硬质合金端铣刀铣削速度，确定铣削速度c=57.6m/min，则

ns1000c100057.6229.18r/mind80

nw235r/min由本工序采用XA5032型立式铣床，查表3.30，取转速为：

故实际铣削速度为：

vcdnw802351000100059.06m/min

工作台的每分钟进给量为：

fmfzznw0.14235mm/min94mm/min根据表3.30查得机床的进给量为95mm/min。

工步2：粗铣Φ76及箱体的内表面 （1）切削深度ap3mm

（2）进给量的确定

XA5032立式铣床功率为7.5kw，查《切削用量简明手册》表3.14知高速钢立铣刀粗铣平面进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量fz取为0.05mm/z。 （3）铣削速度

由本工序采用高速钢立铣刀，dw=16mm、齿数z=6.查表3.14高速钢立铣刀铣削速度，确定铣削速度c=15m/min，则

ns1000c10001559.68r/mind80

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由本工序采用XA5032型立式铣床，查表3.30，取转速为：

nw60r/min

故实际铣削速度为：

vcdnw1660100010003.01m/min

工作台的每分钟进给量为：

fmfzznw0.05660mm/min18mm/min根据表3.30查得机床的进给量为23.5mm/min。

工序20

工步1：粗铣上端面、Φ58端面、Φ56端面 （1）切削深度ap3.5mm

（2）进给量的确定

XA5032立式铣床功率为7.5kw，查《切削用量简明手册》表3.15知YT15硬质合金端铣刀粗铣平面进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量fz取为0.1mm/z。 （3）铣削速度

由本工序采用YT15硬质合金端铣刀，dw=80mm、齿数z=4.查表3.15硬质合金端铣刀铣削速度，确定铣削速度c=57.6m/min，则

ns1000c100057.6229.18r/mind80

nw235r/min由本工序采用XA5032型立式铣床，查表3.30，取转速为：

故实际铣削速度为：

vcdnw802351000100059.06m/min

工作台的每分钟进给量为：

fmfzznw0.14235mm/min94mm/min根据表3.30查得机床的进给量为95mm/min。

工序30

工步1：粗车Φ56外圆 （1）切削深度ap2mm

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（2）进给量的确定

根据《切削用量简明手册》表1.4知，在粗车灰铸铁、刀杆尺寸为16x25mm，

ap3mm以及工件直径为60—100时fz取0.6—0.8，根据卧式车床CA6140使

用说明，取fz=0.66mm/r （3）确定切削速度

根据表《切削用量简明手册》1.11，用硬质合金车刀加工铸铁时，

ap7mm，

f0.8时，切削速度c109m/min，故ctkv=109x0.65x0.92x0.8=52.1m/min

n1000c100052.1296.14r/minD56

选择n320r/min 工步2：半精车Φ56外圆 （1）切削深度ap1mm

（2）进给量的确定

根据《切削用量简明手册》表1.4知，在半精车灰铸铁、刀杆尺寸为16x25mm，

ap3mm以及工件直径为60—100时fz取0.2—0.5，根据卧式车床CA6140使

用说明，取fz=0.3mm/r （3）确定切削速度

根据表1.11，用硬质合金车刀加工铸铁时，

ap7mm，f0.8时，切削速度

c156m/min，由于切削速度的修正系数均1，则切削速度c156m/min。

n1000c1000156886.72r/minD56

选择n900r/min

工序40

工步1：半精铣下端面 （1）切削深度ap1mm

（2）进给量的确定

XA5032立式铣床功率为7.5kw，查《切削用量简明手册》表3.15知YT15硬质合金端铣刀粗铣平面进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量fz取为0.07mm/z。 （3）铣削速度

由本工序采用YT15硬质合金端铣刀，dw=80mm、齿数z=4.查表3.15硬质合金端铣刀铣削速度，确定铣削速度c=203m/min，则

12

ns1000c1000203403.86r/mind80

nw375r/min由本工序采用XA5032型立式铣床，查表3.30，取转速为：

故实际铣削速度为：

vcdnw803751000100094.25m/min

工作台的每分钟进给量为：

fmfzznw0.074375mm/min105mm/min根据表3.30查得机床的进给量为118mm/min。

工序50

工步1：钻Φ8.5的定位销孔

由工件材料为HT200、高速钢钻头，查表5.20高速钢钻削灰铸铁的切削用量得，切削速度vc=20m/min，进给量f=0.36mm/r，取

nsap=8.5mm，则

1000v100020748.96r/mindw8.5

由本工序采用Z3025型立式钻床，由表3.14得，转速nw=1000r/min，故实际切削速度为：

vcdwnw10008.51000100026.69m/min

工序60

工步1：钻M6螺纹孔为Φ4.8

由工件材料为HT200、高速钢钻头，查《简明手册》表2.3-20，高速钢钻削灰铸铁的切削用量，切削速度vc=20m/min，进给量f=0.12mm/r,取

ns1000v1000201326.3r/mindw4.8ap=4.8mm，则

由本工序采用Z3025型立式钻床，由表3.14得，转速nw=1000r/min，故实际切削速度为：

vcdwnw10004.81000100015.1m/min

工序70

13

工步1：粗镗Φ40的孔一

经查《切削用量简明手册》表3.15，高速钢镗刀切削铸铁材料时，粗镗取

vc=24m/min, f=0.5mm/r，粗镗孔时因余量为1.5mm，故ap=1.5mm，则

ns1000v100024206.47r/mindw37

由

CFc180,xFc1,yFc0.75,nFc0,KFc1yFc，计算切屑力：

xFcFc9.81CFcapfnFcvcKFc9.811801.50.50.752401N1574.93N功率

PcFcvc10-31574.930.410-3kw0.63kw

0.630.74kW5kW取机床效率为0.85，则所需机床功率为0.85，故机床功率

足够，切削用量选择合理。 工步2：粗镗Φ40的孔二 步骤方法与工步1相同

工序80

工步1：粗镗Φ47的孔一

经查阅资料，高速钢镗刀切削铸铁材料时，粗镗取vc=24m/min, f=0.5mm/r，粗镗孔时因余量为1.5mm，故

nsap=1.5mm，则

1000v100024173.62r/mindw44

由

CFc180,xFc1,yFc0.75,nFc0,KFc1yFc，计算切屑力：

xFcFc9.81CFcapfnFcvcKFc9.811801.50.50.752401N1574.93N功率

PcFcvc10-31574.930.410-3kw0.63kw

0.630.74kW5kW0.85取机床效率为0.85，则所需机床功率为，故机床功率

足够，切削用量选择合理。

工步2：粗镗Φ47的孔二 步骤方法与工步1相同

工序90

工步1：粗镗Φ49.5x1.7的槽一

14

经查阅资料，高速钢镗刀切削铸铁材料时，粗镗取vc=24m/min, f=0.5mm/r，粗镗孔时因余量为3mm，故

nsap=3mm，则

1000v100024154.33r/mindw49.5

由

CFc180,xFc1,yFc0.75,nFc0,KFc1xFcFc9.81CFcapfyFc，计算切屑力：

nFcvcKFc9.8118030.50.752401N3149.85N功率

PcFcvc10-33149.850.410-3kw1.26kw

1.261.48kW5kW取机床效率为0.85，则所需机床功率为0.85，故机床功率

足够，切削用量选择合理。 工步2：粗镗Φ49.5x1.7的槽二 步骤方法与工步1相同

工序100

工步1：粗镗Φ50的孔

经查阅资料，高速钢镗刀切削铸铁材料时，粗镗取vc=24m/min, f=0.5mm/r，粗镗孔时因余量为3mm，故

nsap=3mm，则

1000v100024173.62r/mindw44

由

CFc180,xFc1,yFc0.75,nFc0,KFc1xFcFc9.81CFcapfyFc，计算切屑力：

nFcvcKFc9.8118030.50.752401N3149.85N功率

PcFcvc10-33149.850.410-3kw1.26kw

1.261.48kW5kW0.85取机床效率为0.85，则所需机床功率为，故机床功率

足够，切削用量选择合理。

工序110

工步1：半精镗Φ40的孔一

查表《切削用量简明手册》5.27，高速钢镗刀切削铸铁材料时，半精镗取

vc=35m/min, f=0.5mm/r，半精镗孔时因余量为1mm，故ap=1mm，则

15

ns1000v100035285.66r/mindw39

工步2：半精镗Φ40的孔二

步骤方法与工步1相同

工序120

工步1：半精镗Φ47的孔一

查表《切削用量简明手册》5.27，高速钢镗刀切削铸铁材料时，半精镗取

vc=35m/min, f=0.5mm/r，半精镗孔时因余量为1mm，故ap=1mm，则

ns1000v100035242.19r/mindw46

工步2：半精镗Φ47的孔二

步骤方法与工步1相同

工序130

工步1：精镗Φ40的孔一

查《切削用量简明手册》表5.27，高速钢镗刀切削铸铁材料时，精镗取

vc=30m/min, f=0.3mm，精镗孔时因余量为0.5mm，故ap=0.5mm，则

ns1000v100030238.73r/mindw40

工步2：精镗Φ40的孔二

步骤方法与工步4相同。

工序140

工步1：精镗Φ47的孔一

查《切削用量简明手册》表5.27，高速钢镗刀切削铸铁材料时，精镗取

vc=30m/min, f=0.3mm，精镗孔时因余量为0.5mm，故ap=0.5mm，则

ns1000v100030203.18r/mindw47

工步2：精镗Φ47的孔二

步骤方法与工步4相同。

工序150

工步1：攻螺纹M6

高速钢机动丝锥加工螺纹取其切削速度vc=8.9m/min,背吃刀量则

16

ap=0.6mm，

ns1000v10008.9472.2r/mindw6

由本工序采用Z3025型立式钻床，由表4.2-11得，转速nw=400r/min，故实际切削速度为：

vcdwnw1000640010007.5m/min

t2.9 确定基本工时j的计算

工序10

工步1：粗铣下端面

查《机械制造工艺设计简明手册》得此工序机动时间计算公式：

tjll1l2fMz，

由端铣刀不对称铣平面、主偏角kr=90，查表5.41铣削基本时间计算，

l10.5d-C0(d-Co)(1~3)mm，

C0(0.03~0.05)d, l23~5mm。确定

l130m，ml24mm，l41mm，

则该工序的基本时间为：

tjll1l241304i20.91min55s fMz165工步2：粗铣Φ76及箱体的内表面

该工序的基本时间为：

tjll1l2295474ii2.3min138.4s fMz165工序20

工步1：粗铣上端面、Φ58端面、Φ56端面

查《机械制造工艺设计简明手册》得此工序机动时间计算公式：

tjll1l2fMz，

k90r由端铣刀不对称铣平面、主偏角=，查表5.41铣削基本时间计算，

17

l10.5d-C0(d-Co)(1~3)mm，

C0(0.03~0.05)d, l23~5mm。确定

l130m，ml24mm，l41mm，则

（1）铣上端面的基本时间为：

tjll1l224304i20.71min42.6s fMz165（2）铣Φ58端面的基本时间为：

tjll1l258304i21.12min67s fMz165（3）铣Φ56端面的基本时间为：

tjll1l256304i21.02min65.4s fMz165工序30

工步1：粗车Φ56外圆

查《机械制造工艺设计简明手册》得此工序机动时间计算公式：

ll1l2LiifnfMz

则粗车Φ56外圆的基本时间为：

tjtjll1l2l3L5630427ii20.28min16s fnfn2.57320

工步2：半精车Φ56外圆

查《机械制造工艺设计简明手册》得此工序机动时间计算公式：

ll1l2LiifnfMz

则半精车Φ56外圆的基本时间为：

tjtjll1l2l3L5630427ii20.14min8.3s fnfn2.57900工序40

工步1：半精铣下端面

该工序的基本时间为：

18

tjll1l2295474i2.66min160s fMz130工序50

工步1：钻Φ8.5的定位销孔

查《机械制造工艺设计简明手册》表5.39，可知钻削加工基本工时计算公式为：

tjll1l2i fMzl1D8.5cotkr(1~2)mm(cot451)mm5.25mm22，l22mm

l10mm，该工序的基本时间为：

tjll1l2105.25230.2min13.8sfn7480.3

工序60

工步1：钻M6螺纹孔为Φ4.8

查《机械制造工艺设计简明手册》表5.39，可知钻削加工基本工时计算公式为：

tjll1l2i fMzl1D4.8cotkr(1~2)mm(cot451)mm3.4mm22，l22mm

l9mm，该工序的基本时间为：

tjll1l293.4290.32min19.25sfn13260.3

工序70

工步1：粗镗2xΦ40的孔

由《机械制造工艺设计简明手册》表5.57可知，镗削加工基本工时的计算公式

19

tji为进给次数，i=2

ll1l2ifn，

l12mm,l20,l20mm,主偏角kr90。

该工序的基本时间为：

tjll1l2202i20.42min25.6sfn2060.5

工序80

工步1：粗镗2xΦ47的孔

由《机械制造工艺设计简明手册》表5.57可知，镗削加工基本工时的计算公式为：

tji为进给次数，i=2

ll1l2ifn，

l12mm,l20,l23.5mm,主偏角kr90。

该工序的基本时间为：

tjll1l223.52i20.502min30.14sfn2030.5

工序90

工步1：粗镗2xΦ49.5x1.7的槽

由《机械制造工艺设计简明手册》表5.57可知，镗削加工基本工时的计算公式为：

tji为进给次数，i=2

ll1l2ifn，

l12mm,l20,l24.5mm,主偏角kr90。

该工序的基本时间为：

tj

ll1l224.52i20.68min41.29sfn1540.5

20

工序100

工步1：粗镗Φ50的孔

由《机械制造工艺设计简明手册》表5.57可知，镗削加工基本工时的计算公式为：

tji为进给次数，i=2

ll1l2ifn，

l12mm,l20,l25mm,主偏角kr90。

该工序的基本时间为：

tjll1l2252i0.31min18.7sfn1730.5

工序110

工步1：半精镗2xΦ40的孔

该工序的基本时间为：

tjll1l220220.31min18.5sfn2850.5

工序120

工步1：半精镗2xΦ47的孔

该工序的基本时间为：

tjll1l223.5220.42min25.3sfn2420.5

工序130

工步1：精镗2xΦ40的孔

tjll1l220220.36min22.3sfn2380.5

工序140

工步1：精镗2xΦ47的孔

tjll1l223.5220.51min30.1sfn2030.5

21

工序150

工步1：攻螺纹M6

查《机械制造工艺设计简明手册》表5.60可知，加工螺纹基本工时计算公式为：

tj(ll1l2ll1l2)ifnfn0，

（1~3）P,l2（2~3）P,P为工件螺距为0.75mm。 式中l1该工序的基本时间为：

tj(

ll1l2ll1l21220.7530.751220.7530.75)i()91.26min75.6sfnfn00.754000.752503 夹具的设计

为了提高劳动生产率，保证价格加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹

具。现决定设计第二道工序—粗铣上端面、Φ58端面Φ56端面的专用铣床夹具与镗两孔用的专用镗床夹具。 3.1 专用铣床夹具 3.1.1 问题的提出

本夹具主要用来粗铣端面，这三个端面只需一步粗加工，因此，在加工本道工序时，主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 3.1.2 分析资料

（1）本道工序为前期加工，其他尺寸还未确定，但工件已有合适的定位基准。 （2）本工序加工的要求主要是保证位置尺寸。

（3）此零件生产为中批生产，要求精度不高，所以夹具中采用手动加紧，降低夹具制造成本，提高经济效益。 3.1.3 确定结构方案

（1）定位方式：

为保证加工时零件的位置固定，需限定其在3个方向上的自由度，为保证加工点的位置精确，需限定其绕X、Y、Z三个方向的旋转自由度。为了方便装夹，故采用两V型块定位方式，其中一V型块可浮动，定位基准选为下端面和两个外圆。

（2）夹紧方式：经参考已有资料，初步选定用压板式夹紧方式。通过旋动手轮使两边的压板联动夹紧，并压紧工件，夹紧力为支撑板和压板提供给工件的摩擦力，与铣削过程中的切向力方向一致 （3）切削力及加紧力的计算

22

刀具：YT15硬质合金端铣刀，d=80mm，z=4，经查《切削手册》表3.28可知，铣削时切削力计算公式为：

FCFapxFqF0uFfzyFaezwFdn，

式中：CF=7900，ap=3.5mm，xF =1.0，fz=0.1mm，yz=0.75，ae=50mm （在工件上测量的近似值）uF=1.1，d0=80mm，qF=1.3，wF=0.2，z=4，

经计算，铣削力F=1638.3N， 水平分力FH=1.1F=1802.1N， 垂直分力FV=0.3F=491.5N。

在计算切削力时应该考虑安全系数 安全系数K=K1K2K3K4

式中 K1—基本安全系数，1.5； K2—加工性质系数，1.1； K3—刀具钝化系数，1.1； K4—断续切削系数，1.1；

则F‘=KFH=1.5x1.1x1.1x1.1x1802.1=3597.9N

为克服水平切削力，实际夹紧力N应为N（f1f2）=KFH， 即N=

KFH，其中f1与f2为夹具及加紧面上的摩擦系数，f1=f2=0.25，则f1f2N=7195.8N，由于此套夹具设计时采用手动夹紧方式，故夹紧力可满足现有要求。 3.1.4夹具操作简要说明

如之前所述，在设计夹具时，为提高劳动生产率，保证经济效益，故本道工序的铣床夹具采用了手动夹紧方式。由于本道工序为粗加工，切削力较大，故对夹紧机构要求颇高，为了夹紧工件，势必要增大夹紧力。因为应设法提高压板的刚度，以致在手动夹紧时，可满足夹紧力要求。

夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。

夹具的夹紧机构由轴配合滑块组成，使用时旋动手轮，手轮带动轴转动，轴与滑块上均开有螺纹（两个滑块螺纹旋向相反），这样滑块即可带动压板将工件夹紧。

铣床夹具的装配图如图3、图4所示。

23

图3 专用铣床夹具装配图

图4 专用铣床夹具三维仿真图

3.2 专用铣镗床夹具 3.2.1 问题的提出

本夹具主要用来镗相距219±0.1mm的两个孔系，由于这两个孔系有一定的位置度要求，故设计的夹具及机床在走刀时要满足此位置度要求，本道工序加工时，不仅要粗镗，还要半精镗及精镗，因此在考虑如何提高劳动生产率，降低劳

24

动强度的同时，主要要保证其精度要求。 3.2.2 分析资料

（1）本道工序为后期加工，其他位置尺寸及相对位置尺寸均已确定，故工件已有合适的定位基准。

（2）本工序加工的要求主要是保证位置度要求与孔内表面的精度要求。

（3）此零件生产为中批生产，所以夹具中采用手动加紧，降低夹具生产制造成本，以提高经济效益。 3.2.3 确定结构方案

（1）定位方式：

为保证加工时零件的位置固定，需限定其在3个方向上的自由度，为保证加工点的位置精确，需限定其绕X、Y、Z三个方向的旋转自由度。由于本道工序为后期加工，螺纹孔已经钻好，为了方便装夹，故采用一面两销定位方式，其中两销分别为一短销，一削边销，定位基准选为下端面和两个螺纹孔。

（2）夹紧方式：经参考已有资料，初步选定用压板式夹紧方式。通过扳动把手使两边的压板联动夹紧，并压紧工件，夹紧力为支撑板和压板提供给工件的摩擦力，与镗削过程中的切向力方向一致。 （3）确定定位元件尺寸

因选择一面两销定位方式，一短销，一削边销配合对工件定位，因此需对两销尺寸，及其位置尺寸进行设计。两销的设计尺寸如图5所示。

图5 短圆柱销与削边销

（4）计算定位误差

在加工过程中，要求两个孔系的位置度误差为±0.1，经计算可得，工件在夹具中的定位误差为0.03，小于位置度误差的三分之一，因此此方案可以满足两孔的位置度误差要求。

25

3.2.4 夹具操作简要说明

本道工序为后期加工，故其他各尺寸已确定，因此可保证零件中两孔的位置度要求；为提高劳动生产率，保证经济效益，故本道工序的镗床夹具采用了手动夹紧方式。由于此工序加工为从粗镗到精镗，故夹紧力应满足粗镗时的夹紧要求。在此可通过提高夹爪刚度来实现。

夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。

夹具的夹紧机构由一凸轮配合两长销构成，使用时扳动把手使凸轮转动，当凸轮与长销转到死点位置时即可卡死，使夹爪夹紧工件，放松工件时，只需扳动把手，使凸轮和长销越过死点位置即可。

镗床专用夹具装配图如图6、图7所示。

图6 镗床专用夹具装配图

26

图7 镗床专用夹具三维仿真图

致谢

四年大学时光伴随着毕业设计即将画上一个完整的句号。回首这四年的美好岁月，感觉自己真的浪费了太多的时间与精力，随着六月的临近，自己也即将离开大学校园，离开这个自己熟悉的地方，一念至此，不免有些伤感，所谓白驹过隙，百代过客等等，想来便是这般惆怅吧。四年的时光就这样不知不觉的悄然走过，在完成大学最后一项任务后，不仅是对自己这四年的一次总结，同时也是对自己四年学习成果的一次考核，更是自己工作前的一次演习。

本次毕业设计的过程，也是自己不断回忆总结及学习的过程，当然，由于个人能力及其他诸多原因，此次设计总体来说还存在着许多的不足。也恳请各位多多批评指正。本次毕业设计，是对我四年大学学习的一次总结，在此过程中，也得到了许多老师与同学的帮助，这让我在本次设计在不仅得到了专业知识的提高，更得到了超越知识的一些东西。

我在这里首先要感谢的是我的毕业设计指导老师——丁兰英老师。本次课程设计从开题、资料查找、修改、以及图纸的绘制，如果没有丁老师的心血，尚不知我该如何完成。在此过程中，丁老师的教诲也是让我终生难忘的，特别是他对待工作认真、严谨的态度，实在令人敬佩。我很自豪能有这样一位指导老师，她值得我感激和尊敬。

在此次毕业设计中，我还要感谢机械工程系中其他老师热心的帮助和指导，同时还要感谢给予我帮助的同学，是你们在黑暗中给我指明前进的方向，在我遇到困难时给我走下去的勇气。感谢所有关心、帮助、鼓励、支持我的家人、亲戚和朋友们。

27

感谢各位老师这四年中的辛勤工作，感谢曾经辅导和指导我的全部老师，你们辛苦了，感谢机械工程系各位领导、辅导员老师这四年来对我的关怀。

六月是一个灿烂的季节，更是一个收获的季节，在这最后的大学生活里，我一定会更加珍惜此刻所拥有的一切。同时也衷心的祝愿所有老师在今后的工作中身体健康，工作顺利，万事如意！

最后，由于个人的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友们批评和指正。

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参考文献

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65-66.

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