推土机“右支架座”机械设计及加工工艺.doc

第一节 序 言

本次课程设计的任务是针对生产实际中的一个零件——东方红—75推土机

铲臂右支架，制定其机械生产加工工艺规程。该零件的工艺过程总共包括了十四道工序，可分类为铣平面、镗内孔、钻孔、扩孔、攻螺纹、倒角、铣开、去毛刺等工序。由于所加工的推土机铲臂右支架是带孔的零件，Φ55mm孔不但是精度要求最高的孔，而且也是该零件的设计基准、装配基准与测量基准，所以加工此孔时需要经过粗镗、半精镗、精镗三道工序加工而成，而其他表面的加工都为粗加工，经一道工序即可完成。

本次课程设计从机械加工工艺分析对零件进行制造和研究，用二维CAD制图软件夹具的总装配图，并手工绘制夹具体零件图。

第二节 零件图的工艺分析

一、零件的功用分析

题目所给的零件是东方红——75推土机铲臂右支架5.它位于推土机的前

部，其作用是用来支撑铲臂上油缸3的支座，如图2-1所示。推土机在工作过程中，其铲臂1应能绕其回转中心上下摆动。摆动的动力是由油缸3 提供的。通过油缸油腔的进油与出油，可使得油缸活塞杆2伸出与缩回，从而实现铲臂1的上下摆动。同时，油缸3和活塞杆2本身亦需做微幅摆动。活塞杆2伸出端与铲臂1铰接，油缸3的尾部与轴线固定的轴4铰接。右支架5的作用是在轴4的一端对其进行固定.右支架5都分上盖和支架座两部分，每一部分都有一与轴接触的Φ55mm半圆孔，上盖与支架座通过螺钉与轴4连接在一起。支架体上有轴线空间交叉成 46°±10′的两个Φ43.5mm的叉孔，叉孔与杆6焊死。杆6的

另外一端与一块钢板7焊接在一起，钢板7与推土机底盘铆接，最终把轴4与底盘固定在一起。从零件的实际功用看，右支架5的主要作用是连接与紧固。

1-铲臂 2-活塞杆 3-油缸 4-轴 5-右支架 6-杆 7-钢板

图2-1 右支架功用是意图

二、零件的工艺分析

从零件图上可以看出，标有表面粗糙度符号的表面有平面、退刀槽、内孔等。其中，表面粗糙度要求最高的是Φ55mm孔，公差等级达到IT8级，表面粗糙度为Ra1.6µm。该孔是右支架的主要设计基准。从表面间的位置精度要求来看，A、B两端面（即前、后两端面）应与Φ55mm孔轴线垂直，两个Φ43.5mm孔的轴线应垂直与Φ55mm孔轴线，且两Φ43.5mm轴线的夹角应为46°±10′，夹角顶点在Φ55mm孔的轴线上。

从工艺上看，Φ43.5mm孔的轴线对Φ55mm孔的轴线的垂直度要求为 0.2／100，相当于公差等级10级，可以通过使用专用夹具来保证。Φ55mm孔公差等级为IT8级，表面粗糙度为Ra1.6μm，可通过精镗保证。平面A、B用于轴的轴向定位，小凸台C平面与B平面在同一平面上，在零件的工作过程中不起作用。

由于工艺凸台C平面面积较小，为保证铸件质量，将B、C平面取为浇铸的底面位置，将A面作为浇铸时的顶面位置。

对右支架零件图进行工艺审核后，可知该零件图视图正确、完整、尺寸、公差

及技术要求齐全，加工要求合理，零件的结构工艺性较好。

机械加工工序的安排

一、确定零件的生产类型

按设计任务书，东方红——75推土机年产量为4500台/年，其上有左、右支架各一件。若右支架备品率为8%，机械加工废品率为1%，则该零件的年生产纲领为

NQn1%%45004000×（11+818％%+11％）件%/年=4905件/年 （3-1）

可见，右铲臂支架的年生产量为4905件。推土机铲臂支架可看成独立的一部分，属轻型机械。因此，根据表，有生产纲领与生产类型的关系可确定该零件的生产为中批生产，其毛坯制造、加工设备及工艺装备的选择应呈现中批生产的工艺特点，如多采用通用设备配以专用的工艺装备等。

二、确定毛坯制造形式

由该零件的功用及推土机的工作状况知，铲臂支架与连接支架上盖与支架座

的螺钉承受的都是冲击性载荷，故要求该支架材料应具备较高的强度与抗冲击能力。因此，原设计单位选用了既满足要求，价格有相对低廉的铸钢材料ZG310-570，因此可以确定毛坯的制造形式为铸造。一般工程用铸钢的特性和应用见表。由于该支架为成批生产，由表可知，选择砂型机器造型，铸钢件的公差等级为CT9级。

该零件的形状不是十分复杂，因此毛坯的形状与零件的形状应尽量接近。由于在Φ55mm孔的轴线方向上还有一个Φ49mm孔，从减少加工余量考虑，此处的毛坯孔可以与Φ55mm的毛坯孔一起铸成阶梯孔。2个Φ43.5mm孔径也较大，因此在铸造时也应铸成出毛坯孔。

三、选择定位基准

定位基准的选择是工艺规程制定中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理

的前提。正确与合理地选择定位基准，可以确保加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类、提高生产率。

⑴ 精基准的选择

精基准的选择原则为：基准重合原则、基准统一原则、互为基准原则、自为基准原则。可根据以上原则进行精基准的选择。

右支架是带孔的零件。Φ55mm孔不但是精度要求最高的孔，而且也是零件的设计基准。装配基准与测量基准。为避免由于基准不重合而产生的误差，保证加工精度，应选Φ55mm孔为基准，即遵循“基准重合”的原则。同时为了定位可靠，使加工过程稳定、减小振动，还可选B、C平面为精基准。即选Φ55mm孔及地面B、工艺凸台面C所构成的组合平面作为精基准，以一个长孔与一个大端面定位。为了避免过定位可采用Φ55mm孔一段短孔与端面的组合，或采用Φ55mm孔长孔与 Φ55mm孔一小部分端面的组合。考虑到该零件精度不是太高以及加工时的稳定性，最终选底面B和工艺凸台C作为第一定位基准，限制三个自由度，Φ55mm短孔作为第二定位基准，限制二个自由度。为了限制右支架绕Φ55mm孔中心线的旋转自由度，还可选二个Φ43.5mm孔之一的外缘表面作为第三定位基准，在此设置一个挡销。在右支架的加工过程中，该组合表面还可作为大部分工序的定位基准，加工其他的次要表面，体现了“基准统一”的选择原则。

⑵ 粗基准的选择

粗基准的选择原则为：合理分配加工余量的原则、保证相互位置的要求的原则、便于装夹的原则。

Φ55mm孔为重要表面，加工时要求余量小而均匀，因此应选择该Φ55mm长孔为粗基准。但此时的定位、夹紧装置结构复杂。考虑到该零件精度要求不是太高，可选底面B与工艺凸台面C的组合表面作为粗基准，这样可使定位和加紧方便、可靠。由于采用机械造型，铸件有一定的精度，基本可以保证Φ55mm

孔的加工余量均匀。

由上可看出，粗、精基准选择结果基本上是一致的，均选择了底面B与工艺凸台面C所构成的组合表面。

四、选择加工方法

⑴ 平面的加工

平面的加工方法很多，有车、刨、铣、磨、拉等。对于本支架，面A与面B的粗糙度要求Ra12.5µm，其距离尺寸100mm为未注公差尺寸。由表5-11，根据 GB/T1804-2000规定，选用中等级﹙m﹚，相当于IT13级，故可考虑粗车或粗端铣，但车削加工底面的工艺凸台C时会出现断续车削，冲击较大，故选择端铣加工方式。

⑵ 孔及退刀槽的加工

孔的加工方式有钻、扩、镗、拉、磨等。对于已铸出Φ55mm孔和Φ49mm孔的阶梯型毛坯，可采取在车床上镗孔的方式。原因之一是该零件的结构紧凑，重量也不大，适用于车削加工；原因之二是该零件精度不是很高，使用车床镗孔较为经济。

对于Φ49mm孔，其公差等级为IT14，退刀槽属未注公差尺寸，两孔都可一次镗出。Φ55mm孔的公差等级为IT8级，表面粗糙度要求为Ra1.6µm，可采取 粗镗—半精镗—精镗的加工方式。

对于右支架座上四个M20mm螺纹底孔及6个Φ20mm孔，都属于未注公差尺寸，可在实体上一次钻出。对于二个Φ43.5mm孔，要求其轴线与Φ55mm孔轴线垂直，且二个Φ43.5孔轴线夹角成46°±10′，考虑到毛坯上已有预铸孔，可采取一次扩孔实现。加工方法有两种：①用麻花钻扩孔；② 用扩孔钻扩孔。在实际生产中常用经修磨的麻花钻当扩孔钻使用。由表5-12知钻孔的公差等级为IT12~IT13，可以满足加工要求，故这里使用锥柄麻花钻进行扩孔。

⑶ 螺纹加工

右支架座上4个M20mm螺纹孔应采取攻螺纹的方式。在攻螺纹工序之前应设置一道倒角工序，或在本工序中应先设一道倒角工步，以避免折断丝锥，使攻螺纹顺利进行。

⑷ 零件的剖开

右支架最终要分成上盖与支架座两部分，剖分面表面粗糙度要求为Ra12.5μm，中心面应通过Φ55mm孔的轴线。可利用心轴定位将其一次或分两次在铣床上用锯片铣刀铣开。为使定位方便及使夹具的结构简单采取在一个工序中分两次安装铣开的方法，即在卧铣刀杆上装有两把锯片铣刀，分别用于铣开右支架的一半。

五、制定工艺路线

1）右支架零件的生产类型是中批量生产，其工艺特点是尽量选用通用机床并配以专用夹具。在安排本零件工艺路线的过程中主要考虑了以下几个方面：

⑴底面B与Φ55mm孔一部分短孔为精基准，同时底面B也是粗基准，根据“先面后孔”和“基面先行”的原则，最先开始加工顶面A与底面B，底面B与工艺凸台面C属于同一平面，装卡后一次加工。

⑵右支架加工表面中Φ55mm孔精度最高,一切工序都是围绕保证该孔的精度开安排。根据“先主后次”的原则，Φ55mm孔应安排在工艺路线的前部进行，但又不能一次加工到设计要求，否则在后续的工序中利用该表面定位加工一些次要表面时，有可能损伤该表面。

⑶“先粗后精”是针对整个工艺路线而言的，而并非只对某一表面而言。对于Φ55mm孔，它是其他次要表面的基准，必须先加工出来。在具体处理时可将 Φ55mm孔半精加工后作为统一的精基准来加工其他次要表面，待这些次要表面加工完成之后在对其精加工至图样要求。

2）工艺路线安排

如何安排工艺路线，一定要根据现场实际情况，具体情况具体分析。最终的

工艺路线安排如下： 工序05：粗铣顶面A

定位基准：底面B、工艺凸台C面。 工序10：粗细底面B、工艺凸台C面

定位基准：顶面A。

工序15：粗镗Φ49mm孔（工步一）及退刀槽3×Φ56mm（工步二）

定位基准：底面B、工艺凸台C面及Φ55mm毛坯孔。 工序20：粗镗Φ55mm孔（工步一）及倒角C2（工步二）

定位基准：顶面A及Φ49mm孔。 工序25：半精镗Φ55mm孔

定位基准：顶面A及Φ49mm孔。 工序30：扩2×Φ43.5mm孔

定位基准：底面B、工艺凸台C面、Φ55mm孔及Φ43.5mm孔外缘。 工序35: 2×Φ43.5mm倒角C2

定位基准：底面B、工艺凸台C面、Φ55mm孔及Φ43.5mm孔外缘。 工序40：钻6×Φ20mm孔

定位基准：底面B。工艺凸台C面。Φ55mm孔及一个Φ43.5mm孔。 工序45：钻4×M20×2螺纹底孔Φ18mm

定位基准：底面B、工艺凸台C面、Φ55mm孔及一个Φ20mm孔。 工序50：精镗Φ55mm孔（工步一）及倒角C2（工步二） 定位基准：顶面A及Φ49mm孔。 工序55；铣开（两次安装）

安装一：铣开零件一侧

定位基准：底面B、工艺凸台C面、Φ55mm孔及一个Φ20mm孔。 安装二：铣开零件另一侧

定位基准：底面B、工艺凸台C面、Φ55mm孔及铣开的切口。 工序60：扩上盖6×Φ21mm孔

定位基准：剖分面、Φ55mm半圆孔及一端面。

工序65：4×M20×2底孔倒角（工步一）、攻4×M20×2支架座螺纹（工步二）

定位基准：Φ55mm半圆孔、端面及一个Φ20mm孔。 工序70：去毛刺、清洗、检验。

六、确定毛坯余量及毛坯尺寸

（一）确定加工余量

该支架材料为ZG310-570，屈服强度s=310MPa，抗拉强度b=570MPa,采用砂型机器造型，且为成批生产。由表5-2知，铸钢件采用砂型机器造型时，铸件尺寸公差为CT8~CT12级，此处选为CT9级。由表5-3选择加工余量为H级，根据机械加工后铸件的最大轮廓尺寸有表5-4可查的各加工表面加工余量，如下表所示：

右支架各加工表面加工余量

加工表面 单边余量/mm 双边余量/mm Φ55mm孔、 Φ49mm孔 顶面A 因铸造顶面，故加大取4.0 底面B 2个Φ43.5mm孔 3.0 3.0 6.0 基本尺寸为孔深尺寸68mm 面A、面B为双侧均加工，并考虑铸造情况，基本尺寸为101mm 3.0 6.0 基本尺寸取孔轴向长度尺寸101mm 备注 零件重量约为7.4kg,加上加工余量，经过估算，毛坯重量约为9.5kg。

（二）确定毛坯基本尺寸

加工表面的毛坯尺寸只需将零件尺寸加上相应的加工余量即可，所得毛坯尺寸如下表所示:

右支架毛坯尺寸

零件尺寸/mm 101 Φ55 Φ49 Φ43.5 单边加工余量/mm 顶面A为4，底面B为3 3 3 3 毛坯尺寸/mm 108 Φ49 Φ43 Φ37.5 (三）确定毛坯尺寸公差

由表5-3查得各铸件加工尺寸公差如表4-3所示：

表4-3 右支架铸件加工尺寸公差

毛坯尺寸/mm 108 Φ49 Φ43 Φ37.5 公差/mm 2.5 2.0 2.0 1.8 按“对称”标注 ±1.25 ±1 ±1 ±0.9 结果/mm 108±1.25 Φ49±1 Φ43±1 Φ37.5±0.9

（四）绘制毛坯简图

右支架毛坯简图

七、工序设计

（一）加工设备与工艺设备的选择

1、选择加工设备

选择加工设备即选择机床类型。其经济精度应与零件表面的设计要求相适应，初步选定各工序机床如下：

⑴工序05、10铣平面：XA5032立式升降台铣床，主要技术参数见表5-13； ⑵工序15、20、25、50镗孔：由于加工的零件外轮廓尺寸不大，故宜在车床上镗孔，选择常用的CA6140卧式车床。同时，由于使用时间长短的不同，各机床的精度也不同，在选择机床进行粗、精加工工序时应不同；

⑶工序30、35扩孔、倒角：Z35摇臂钻床，主要参数见表5-14；

⑷工序40、45 、60、65钻孔、攻螺纹：Z3025摇臂钻床，主要技术参数见 表5-14；

⑸工序55铣开：XA6132卧式铣床，主要技术参数见表5-13； 2、选择夹具

对于成批生产的零件，大多数采用专用机床夹具。在保证加工质量、操作方便、满足高效的前提下，亦可部分采用通用夹具。本机械加工工艺规程中所有工序均采用了装用机床夹具，需专门设计、制造。 3、选择刀具

在右支架的加工中，采用了铣、镗、钻、扩、攻螺纹等多种加工方式，与之相对应，初选道具的情况如下：

⑴ 铣刀 工序05、10中顶面A、底面B采用端铣刀来进行加工。工序05中要求铣削深度为aP=4mm，工序10要求铣削深度为aP=3mm，铣削宽度均为

aw=94mm。根据表5-15，选用高速钢镶齿套式端铣刀。由表5-16知所需铣刀直

径为110～130mm。查表5-17知，满足加工要求的铣刀直径d=125mm，孔径D=40mm，宽L=40mm，齿数z=14。

工序55中铣开加工所用铣刀，根据工件尺寸，由表5-18知，选用中齿锯片铣刀（GB6120-1996）,直径d=160mm，孔径D=32mm，宽L=5mm，齿数z=48。

⑵ 镗刀 在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金刀具。加工钢制零件

可采用YT类硬质合金，粗加工时用YT5，半精加工时用YT15精加工时用YT30，且均可采用r=45°，直径为20mm的圆形镗刀进行加工。

⑶ 钻头 从零件要求和加工经济性考虑，采用锥柄麻花钻头（GB 1438-2008）完成加工工序。工序30中，采用麻花钻扩孔，由表5-19知，选用d=43.5mm的高速钢锥柄麻花钻；工序35中，采用锪钻进行倒角；工序40中，选用Φ20mm的麻花钻钻6个Φ20mm孔；工序45中，由表5-20知，钻M20mm螺纹底孔的钻头直径为18mm，由表5-84知，选用d=18mm的高速钢锥柄麻花钻。

⑷ 丝锥 根据表5-21可知，选用M20×2细柄机用丝锥（摘自GB 3464-2007）完成攻螺纹工序。 4、选择量具

选择连狙的原则是根据被测量的对象的要求，在满足测量精度的前提下，尽量选用操作方便、测量效率高的量具。本零件属于成批生产，一般采用通用量具。

（二）确定工序尺寸

确定工序尺寸时，对于加工加工精度较低的表面，只需粗加工工序就能保证设计要求，将设计尺寸作为工序尺寸即可，上下偏差也按设计规定。当加工表面精度较高时，往往要经过数道工序才能达到要求。对于右支架的加工要求可知，只有Φ55mm的孔加工表面精度要求比较高，其他表面只需经粗加工工序就能保证设计要求。因此只需计算Φ55mm孔的工序尺寸、余量及公差。

Φ55mm孔的加工需要经过三道工序，并且定位基准与工序基准重合。由前知其总加工余量为6mm，其公差等级为IT8级。参考卧式铣镗床的切削用量和加工精度参数，由5-24和表5-25知精镗时直径上切深aP=0.6～1.2mm表面粗糙度为Ra6.3～1.6µm，孔径公差带为H6～H8；半精镗时，aP=1.5～3mm、Ra25～12.5µm，孔径公差带为H8～H9；粗镗时aP=5～8mm、Ra25µm，孔径公差带为H10～H12。按照上述方法，确定Φ55mm孔的工序加工余量、工序尺寸公差及表面粗糙度如下表：

Φ55mm孔加工各工序要求

加工表面：Φ55mm孔 工序双边余量/mm 工序尺寸及公差/mm 表面粗糙的/µm 精镗 0.5 Φ55±0.02 1.6 半精镗 1.5 0.074Φ54.50 粗镗 4 0.019Φ530 毛坯 Φ49±1 6.3 25

八、确定切削用量和基本时间

切削用量包含切削速度、进给量及背吃刀量三项，确定的方法是先确定背吃刀量aP，进给量f，而后确定切削速度v。不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也有所不区别。

（一）工序05（粗铣顶面A）切削用量及其基本时间的确定

⑴切削用量

本道工序是粗细端面，已知加工材料为ZG310-570,b=570MPa,铸件无外皮，机床为XA5032型立式铣床，所选刀具为高速钢镶齿套式面铣刀，其参数：直径d=125mm，孔径D=40mm，宽L=40mm，齿数z=14.根据表5-26确定铣刀角度，选择前角0=20°，后角0=12°，主偏角r60，螺旋角

10。已知铣削宽度aw=94mm，铣削背吃刀量aP=4mm。

① 确定每齿进给量fz 根据表5-13知XA5032型立式铣床的主电动机功率为7.5kW，查表5-27知当工艺系统刚性中等、镶齿端铣刀加工钢料时，每齿进给量fz=0.08～0.15mm/z。由于本工序背吃刀量和铣削宽度较大，选择最小的吃进给量fz=0.08mm/z.

② 选择铣刀钝磨标准和耐用度 根据表5-28，用高速钢镶齿端铣刀粗加工钢料时，选择铣刀后刀面磨损极限为1.8mm，已知铣刀直径

d=125mm，查表5-29经插值的端铣刀的合理耐用度T=150min。

③ 确定切削速度和工作台每分钟进给量fmz 根据表5-30知，高速钢铣削速度15~25m/min，

n1000v100022.538.2~63.7r/min 57.32d125根据XA5032型立式铣床转速表，选择n=60r/min=1r/s，则实际切削速度v：

vdn1000125601000=23.55m/min

工作台每分钟进给量fmz为：

fmz=fz×z×n=0.08×14×60=67.2mm/min

根据XA5032型立式铣床工作台进给量表5-13，选择标准纵向进给量，选取

fmz=60mm/min，则实际的每齿进给量为：

fzfmz60mm/z=0.071mm/z zn1460 ④ 校验机床功率根据表5-31和5-32的计算公式，铣削时的功率Pc（kw）和切削力Fz的计算公式为： PcFcv (kW) （5-1-2）

601000 式

FcyFuFFCFaxfpzaezdnqFwFkFc （N） （5-1-3）

：

中

qF1.1，aP4mm，CF788，xF0.95，yF0.8，uF1.1，wF0， fz0.071mm/z，ae94mm，z14，v23.55mm/min，d0125mm，n60r/min所以切削力Fz为：

78840.950.0710.8941.114Fc0.92N3336.15N

1251.1切削时的功率Pm为：

Pm3336.1523.55kW=1.31kW

601000XA5032铣床主电动机功率为7.5kW，故所选切削用量合适。最后所确定的切削用量为：ap4mm，fz0.071mm/z，n60r/min，fmz60mm/min。

⑵ 基本时间Tj

根据表5-33知，r＜90°的端铣刀对称铣削的基本时间Tj为：

TjLl1l2 fmz其中：L——工件铣削部分长度，单位mm；

apl1——切入行程长度，单位mm ，l10.5(dda)(1～2）

tanr22el2——切出行程长度，单位mm，l2=1～3 fmz——工作台每分钟进给量，单位mm/min。

已知：fmz=60mm/min，l=94mm，l2=1mm，

l1=0.5（125-1252-942）4+（1～2）=25mm，l1+l2=26mm； tan60所以：Tj9426min=2min。 60（二）工序15（粗镗Φ49mm孔及退刀槽3×Φ56mm）切削用量及基本时间的确定

本工序为粗镗及切退刀槽，已知条件与工序05相同，机床采用最常用的

CA6140卧式车床，工步1采用YT5硬质合金刀具，根据加工条件和工件材料由表5-35、表5-36得刀具参数为主偏角r45、前角010、刃倾角

s5、刀尖圆弧半径r0.6mm。选用杆部直径为20mm得圆形镗刀。由表5-40知镗刀的钝磨标准为1.4mm，镗刀合理耐用度为T=60min。工步2采用高速钢内孔切槽加工完成。

⑴ 确定粗镗Φ49mm孔的切削用量

① 确定背吃刀量ap: 由前述可知粗镗是双边加工余量为6mm，粗镗后

孔直径为Φ49mm，故单边余量为3mm，即ap=3mm。

② 确定进给量f: 根据表5-41，当粗镗钢料，镗刀杆直径为20mm，

ap=3mm，镗刀伸出长度为100mm时，f=0.15～0.25mm/r。按CA6140车

床的进给量（表5-57），选择f=0.20mm/r。

③ 确定切削速度v ： 根据表5-43的计算公式确定切削速度 CxTmapfyk

式中，C291，x0.15，y0.20，m=0.20。因本例中的加工条件与公式条件不完全相同，故需根据表5-32对镗削速度进行修正：根据刀具耐用度T=60min，得修正系数kTV=1.0；根据工件材料b570MPa，得修正系数kMv1.18；根据毛坯表面状态得修正系数为ksv=1.0；刀具材料为YT5，的修正系数ktv=0.65；此处为镗孔，经插值得修正系数kgv=0.765；主偏角

r45，得修正系数kv=1.0。所以

r2911.01.181.00.650.7651.0m/min=88.1m/min

600.230.150.20.2

n1000100088.1r/min572.6r/min d49查表5-44，根据CA6140机床上的主轴转速n=560r/min,则实际切削速度为

dn100049560100086.16m/min

④ 检验机床功率： 由表2-10查得切削力Fc和切削功率Pc计算公式如下：

FcCFcapFcf（5-3-2）

xyFckFnFcc (N)

Pm其中，

Fc （kW） （5-3-3）

601000CFc

=2650，

xFc=1.0，

yFc=0.75，

nFc=-0.15，

kFckTFckMFckgFckrFck0Fc，由表5-32得：与刀具耐用度有关的修

正系数kTFc=1.0；与工件材料有关的修正系数kMFc=0.92；经插值得镗孔相对于外圆纵车时的修正系数

kgFc=1.04；与主偏角有关的修正系数

=1.04。因此总的修正系数为

krFc=1.0；与前角有关的修正系数k0FC所以，切削力为

kFc=1.0×0.92×1.04×1.0×1.04=1.0

Fc265031.00.200.7588.10.151.0N=1214.06N

切削功率为

Pm1214.0688.1kW=1.45kW 36010根据表5-55知：CA6140机床主轴电动机功率PE=7.5kW，因Pm＜PE，故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为：

ap=3mm，f=0.2mm/r，=88.1m/min(n=560r/min)。

⑵ 确定加工退刀槽的切削用量

选用高速钢切槽刀，采用手动进给，选择主轴转速n=40r/min,切削速度为：

⑶ 基本时间Tj

dn100056401000m/min7.03m/min

由表2-24得镗孔的基本时间为

Tjll1l2l3i

fn式中，l——切削加工长度，单位为mm； l1——刀具切入长度，单位为mm，l1aptanr； (2～3）

l2——刀具切出长度，单位为mm，l2=（3～5）mm； l3——单件小批生产时的试切长度，单位为mm；

i——进给次数。

已知l=9mm，l1=

32.5mm=5.5mm，l2=4mm，l3=0，

tan45f=0.2mm/r,n=560r/min,i=1。所以，基本时间为

Tj95.540min=0.165min

0.2560三）工序20（粗镗Φ55mm孔及倒角C2）切削用量及基本时间的确定

本工序为粗镗及倒角C2，机床采用最常用的CA6140卧式车床，两个

工步采用YT5硬质合金刀具，根据加工条件和工件材料由表5-35、表5-36得刀具参数为主偏角r45、前角010、刃倾角s5、刀尖圆弧半径r0.6mm。选用杆部直径为20mm得圆形镗刀。由表5-40知镗刀的钝磨标准为1.4mm，镗刀合理耐用度为T=60min。

⑴ 确定粗镗Φ55mm孔的切削用量

① 确定背吃刀量ap: 由前述可知粗镗是双边加工余量为4mm，粗镗后孔直径为Φ53mm，故单边余量为2mm，即ap=2mm。

② 确定进给量f: 根据表5-41，当粗镗钢料，镗刀杆直径为20mm，

ap=2mm，镗刀伸出长度为100mm时，f=0.15～0.30mm/r。按CA6140车

床的进给量（表5-42），选择f=0.20mm/r。

③ 确定切削速度v ： 根据表5-43的计算公式确定切削速度 CxTmapfy k （5-4-1）

式中，C291，x0.15，y0.20，m=0.20。因本例中的加工条件与公式条件不完全相同，故需根据表5-32对镗削速度进行修正：根据刀具耐用度T=60min，的修正系数kTV=1.0；根据工件材料b570MPa，得修正系数kMv=1.18；根据毛坯表面状态得修正系数为ksv=1.0；刀具材料为YT5，

的修正系数ktv=0.65；此处为镗孔，经插值得修正系数kgv=0.765；主偏角

r45，得修正系数kv=1.0。所以

r2911.01.181.00.650.7651.0m/min=93.6m/min 0.20.150.26020.2

n1000100093.6r/min562.4r/min d53查表5-44，根据CA6140机床上的主轴转速n=560r/min,则实际切削速度为

dn100053560100093.2m/min

④ 检验机床功率： 由表2-10查得切削力Fc和切削功率Pc计算公式如下：

FcCFcapFcf（5-4-2）

xyFckFnFcc (N)

Pm（5-4-3）

其中，

Fc （kW）

601000CFc=2650，

xFc=1.0，

yFc=0.75，

nFc=-0.15，

kFckTFckMFckgFckrFck0Fc，由表5-32得：与刀具耐用度有关的修

正系数kTFc=1.0；与工件材料有关的修正系数kMFc=0.92；经插值得镗孔相对于外圆纵车时的修正系数

kgFc=1.04；与主偏角有关的修正系数

=1.04。因此总的修正系数为

krFc=1.0；与前角有关的修正系数k0FCkFc=1.0×0.92×1.04×1.0×1.04=1.0

所以，切削力为

Fc265021.00.200.7593.20.151.0N=802.99N

切削功率为

Pm802.9993.2kW=1.25kW 36010根据表5-46知：CA6140机床主轴电动机功率PE=7.5kW，因Pm＜PE，故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为：

ap=2mm，f=0.2mm/r，=93.2m/min(n=560r/min)。

⑵ 确定加工倒角切削用量

因为该工序中的倒角主要是为了装配方便，故在实际生产过程中，加工倒角时并不需要详细的计算，切削用量与粗镗Φ55mm孔的相同即可。

⑶ 基本时间Tj

由表2-24得镗孔的基本时间为

Tj（5-4-4）

式中，l——切削加工长度，单位为mm； l1——刀具切入长度，单位为mm，l1ll1l2l3i

fnaptanr； (2～3）

l2——刀具切出长度，单位为mm，l2=（3～5）mm； l3——单件小批生产时的试切长度，单位为mm； i——进给次数。

已知l=91mm，l1=

22.5mm=4.5mm，l2=4mm，l3=0，

tan45f=0.2mm/r,n=560r/min,i=1。所以，基本时间为

Tj914.540min=0.89min

0.2560（四）工序25（半精镗Φ55mm孔）切削用量及基本时间的确定 本工序为半精镗Φ55mm孔，机床采用最常用的CA6140卧式车床，采

用YT15硬质合金刀具，根据加工条件和工件材料由表5-35、表5-36得刀具参数为主偏角r45、前角010、刃倾角s5、刀尖圆弧半径

r0.6mm。选用杆部直径为20mm得圆形镗刀。由表5-40知镗刀的钝磨

标准为1.4mm，镗刀合理耐用度为T=60min。

⑴ 确定半精镗Φ55mm孔的切削用量

① 确定背吃刀量ap: 由前述可知粗镗是双边加工余量为1.5mm，半精镗后孔直径为Φ54.5mm，故单边余量为0.75mm，即ap=0.75mm。

② 确定进给量f: 对于半精加工，根据表5-57，按CA6140机床的进给量（表5-42），选择f=0.10mm/r。

③ 确定切削速度v ： 根据表2-8的计算公式确定切削速度 CxTmapfy k （5-5-1）

式中，C291，x0.15，y0.20，m=0.20。因本例中的加工条件与公式条件不完全相同，故需根据表5-32对镗削速度进行修正：根据刀具耐用度T=60min，的修正系数kTV=1.0；根据工件材料b570MPa，得修正系数kMv=1.18；根据毛坯表面状态得修正系数为ksv=1.0；刀具材料为YT5，的修正系数ktv=0.65；此处为镗孔，经插值得修正系数kgv=0.765；主偏角

r45，得修正系数kv=1.0。所以

r2911.01.181.00.650.7651.0m/min=191.7m/mi

600.20.750.150.10.2n

n10001000191.7r/min1120r/min d54.5查表5-44，根据CA6140机床上的主轴转速n=900r/min,则实际切削速度为

dn100054.59001000154m/min

④ 检验机床功率： 由表2-10查得切削力Fc和切削功率Pm计算公式如下：

FcCFcapFcfxyFckFnFcc (N) （5-5-2）

PmFc （kW） （5-5-3）

601000其中，

CFc=2650，

xFc=1.0，

yFc=0.75，

nFc=-0.15，

kFckTFckMFckgFckrFck0Fc，由表5-32得：与刀具耐用度有关的修

正系数kTFc=1.0；与工件材料有关的修正系数kMFc=0.92；经插值得镗孔相对于外圆纵车时的修正系数

kgFc=1.04；与主偏角有关的修正系数

=1.04。因此总的修正系数为

krFc=1.0；与前角有关的修正系数k0FCkFc=1.0×0.92×1.04×1.0×1.04=1.0

所以，切削力为

Fc26500.751.00.100.751540.151.0N=166N

切削功率为

Pm166154kW=0.43kW 36010根据表5-46知：CA6140机床主轴电动机功率PE=7.5kW，因Pm＜PE，故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为：ap=0.75mm，f=0.1mm/r，

=154m/min(n=900r/min)。

⑵ 基本时间Tj

由表5-47得镗孔的基本时间为

Tjll1l2l3i

fn式中，l——切削加工长度，单位为mm； l1——刀具切入长度，单位为mm，l1aptanr； (2～3）

l2——刀具切出长度，单位为mm，l2=（3～5）mm； l3——单件小批生产时的试切长度，单位为mm； i——进给次数。

已知l=91mm，l1=

0.752.5mm=3.25mm，l2=4mm，l3=0，

tan45f=0.1mm/r,n=900r/min,i=1。所以，基本时间为

Tj913.2540min=1.14min

0.1900（五）工序45（钻4×M20螺纹底孔Φ18mm）切削用量及基本时间的确定

本工序为钻4个M20mm孔，所用机床为Z3025摇臂钻床。根据表5-19

知选取d=18mm，L=228mm，莫氏圆锥号为2号的莫氏锥柄麻花钻作为刀具。

f12°根据表5-84选择的钻头参数30，2Φ=118°，ψ=50°，。由表5-48知，当d0≤20mm时，选择钻头刀面磨损极限为0.8mm，耐用度T=45min。

⑴ 确定钻4×M20螺纹底孔Φ18mm的切削用量 ① 确定背吃刀量ap： 钻孔时,ap180=9mm。 2② 确定进给量f： 按照加工要求决定进给量。钻头直径d0=18mm，工件材料为铸钢且b=570MPa时，根据表5-50，进给量f取值范围为0.35-0.43mm/r。由于钻孔后要用丝锥螺纹，f需乘上系数0.5，又由于钻孔深度大于3倍直径，需乘上修正系数klf。由于

l703.9，经插值得klf=0.95。d018综上得进给量f的取值范围f=（0.35～0.43）×0.5×0.95mm/r=(0.166～0.204)mm/r。根据Z3025机床标准进给量，查表5-51，选取f=0.2mm/r。

③ 确定切削速度： 根据表5-52的计算公式确定切削速度

Cd0Z mxvyk（m/min）

Tapf式中C4.4,Z=0.4，x0，y=0.7，m=0.2。因本例的加工条件与该公式应用条件不完全相同，故需要对切削速度进行修正。由表5-53得：根据刀具耐用度T=45min，得修正系数kTv1.0；工件材料b=570MPa，得修正系数

kMv1.16；钻孔时工件经过退火热处理，得修正系数ksv=0.9；刀具材料为高

速钢，得修正系数ktv=1.0；钻头为标准刃磨形状，得修正系数kx=0.87；钻

孔深度l3.9d0，得修正系数klf0.85。所以

kvkTvkMvksvktvkxklf=1.0×1.16×0.9×1.0×0.87×0.85=0.77

4.4×180.40.20×0.77=15.51m/min 0.7459×0.2n1000100015.51r/min=274.4r/min d03.1418根据Z3025机床标准主轴转速，由表5-54选取n=250r/min，实际转速为

d0n10003.141825014.1m/min

1000 ④ 校验机床功率： 由表5-55知，查得转矩Mc和切削功率Pm计算公式如下：

zMc=CMd0MfyMkM(N·m) （5-9-2）

Pm（5-9-3）

Mcc 30d0式中：CM=0.305，zM=2.0，yM=0.8，kMkMMkxMkhM,由表5-56得：与加工材料有关的修正系数kMM=0.88；与刃磨形状有关的修正系数kxM=1.0；与刀具磨钝有关的修正系数khM=0.87。因此总的修正系数为：

kM=0.88×1.0×0.87=0.77。

所以扩孔时转矩为

Mc0.305×182.0×0.20.8×0.77N·m=21N·m

切削功率为

Pm2114.10.55kW

3018由表5-14知，Z3025机床主轴最大转速Tm=196.2N·m。主电动机功率

PE=2.2kW。由于Mc＜Tm，Pm＜PE，故选择的切削用量可用。最后所确定

的切削用量为ap=9mm，f=0.2mm/r，=14.1m/min(n=250r/min)。

⑵ 基本时间Tj

由表5-57得扩孔的基本时间 TjLll1l2 fnfn式中，l——工件切削部分长度，单位为mm； l1——刀具切入长度，单位为mm，l1dmcotr+3； 2 l2——刀具超出长度，单位为mm，l2=（2～4）mm；

已知：l=70mm，l118118cot3=8.4mm，l2=3mm，f=0.2mm/r，22708.436.5min0.2250

n=250r/min。所以，加工4个孔所用的基本时间为

Tj6六）工序50（精镗Φ55mm孔及倒角C2）切削用量及基本时间的确定

本工序为精镗及倒角C2，机床采用最常用的CA6140卧式车床，两个

工步采用YT30硬质合金刀具，根据加工条件和工件材料由表5-35、表5-36得刀具参数为主偏角r45、前角010、刃倾角s5、刀尖圆弧半径r0.6mm。选用杆部直径为20mm得圆形镗刀。由表5-40知镗刀的钝磨标准为0.6mm，镗刀合理耐用度为T=60min。

⑴ 确定精镗Φ55mm孔的切削用量

① 确定背吃刀量ap: 由前述可知粗镗是双边加工余量为0.5mm，粗镗后孔直径为Φ55mm，故单边余量为0.25mm，即ap=0.25mm。

② 确定进给量f: 对于精加工，根据表5-42，按照CA6140车床的进给量，选择f=0.08mm/r。

③ 确定切削速度v ： 根据表5-43的计算公式确定切削速度

（5-10-1）

CxTmapfyk

式中，C291，x0.15，y0.20，m=0.20。因本例中的加工条件与公式条件不完全相同，故需根据表5-32对镗削速度进行修正：根据刀具耐用度T=60min，的修正系数kTV=1.0；根据工件材料b570MPa，得修正系数kMv=1.18；根据毛坯表面状态得修正系数为ksv=1.0；刀具材料为YT30，得修正系数ktv=1.4；此处为镗孔，经插值得修正系数kgv=0.765；主偏角

r45，得修正系数kv=1.0。所以

r2911.01.181.01.40.7651.0m/min=330.8m/mi0.20.150.2600.250.08n

n10001000330.8r/min1915.5r/min d55查表5-44，根据CA6140机床上的主轴转速n=1400r/min,则实际切削速度为

dn10005514001000241.78m/min

④ 检验机床功率： 由表5-45查得切削力Fc和切削功率Pc计算公式如下：

FcCFcapFcfxyFckFnFcc (N)

（5-10-2）

Pm其中，

Fc （kW） （5-10-3）

601000CFc=2650，

xFc=1.0，

yFc=0.75，

nFc=-0.15，

kFckTFckMFckgFckrFck0Fc，由表5-32得：与刀具耐用度有关的修

正系数kTFc=1.0；与工件材料有关的修正系数kMFc=0.92；经插值得镗孔相对于外圆纵车时的修正系数

kgFc=1.04；与主偏角有关的修正系数

krFc=1.0；与前角有关的修正系数k0FC所以，切削力为

=1.04。因此总的修正系数为

kFc=1.0×0.92×1.04×1.0×1.04=1.0

Fc26500.251.00.080.75241.780.151.0N=43.75N

切削功率为

Pm43.75241.78kW=0.18kW 36010根据表5-46知：CA6140机床主轴电动机功率PE=7.5kW，因Pm＜PE，故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为：ap=0.25mm，f=0.08mm/r，

=241.78m/min(n=1400r/min)。

⑵ 确定加工倒角切削用量

因为该工序中的倒角主要是为了装配方便，故在实际生产过程中，加工倒角时并不需要详细的计算，切削用量与精镗Φ55mm孔的相同即可。

⑶ 基本时间Tj

由表5-47得镗孔的基本时间为 Tjll1l2l3i （5-10-4）

fn式中，l——切削加工长度，单位为mm； l1——刀具切入长度，单位为mm，l1aptanr； (2～3）

l2——刀具切出长度，单位为mm，l2=（3～5）mm； l3——单件小批生产时的试切长度，单位为mm； i——进给次数。

已知l=91mm，l1=

0.252.5mm=2.75mm，l2=4mm，l3=0，

tan45f=0.08mm/r,n=1400r/min,i=1。所以，基本时间为

Tj912.7540min=0.87min

0.081400（七）工序55（铣开工序）的切削用量及其基本时间的确定

本工序将支架零件铣开成上盖和支架座两个部分。沿Φ55mm孔中心线铣断，分两次安装。第一次先铣开一侧。采用的机床为常见的XA6132卧式铣床，由表5-13知其主电动机功率为7.5kW。刀具为d0=160mm，D=32mm，L=6mm，z=48mm的锯片铣刀。已知铣削宽度ae=43mm，背吃刀量ap=5mm。

⑴ 切削用量

① 选择铣刀钝磨标准和耐用度： 查表5-28，选择后刀面磨损量极限为0.2mm，由表5-29经插值得铣削耐用度T=186min。

② 确定每齿进给量fz： 根据表5-74知XA6132型立式铣床的主电动机功率为7.5kW，已知当工艺系统刚性中等、切断铣刀加工钢料时，每齿进给量fz=0.02～0.01mm/z。由于本工序背吃刀量和铣削宽度较大，选择最小的吃进给量fz=0.016mm/z

③ 确定切削速度v和工作台每分钟进给量fmz及每齿进给量fz： 由表5-30知，高速钢铣刀铣削铸钢的切削速度v为15~25m/min 则所需铣床主轴转速：

n1000v100016.629.85~49.67r/min 33.04d3.14160由于本工序铣削深度和宽度较大，切断工况恶劣，故选择最小的主轴转速纵向进给量。根据XA6132卧式铣床的标准株洲转速和标准纵向进给量，（见表5-13）选取主轴转速n=30r/min，工作台纵向进给速度vf=23.5mm/min。则实际切削速度为：

vdn1000160301000=15.1m/min

工作台每齿进给量fz为：

fz=

fmz23.5mm/z0.016mm/z zn4830④ 校验机床功率： 根据表2-18的计算公式，铣削时的功率Pc（kw）

和切削力Fz的计算公式为：

PcFcv (kW)

601000yFuFFCFaxfpzaez

FcdnqFwFkFc （N）

qF0.86，式中：CF650，xF1.0，yF0.72，uF0.86，wF0，与工件

材料有关的修正系数为kMFz为

0.92，因此kFz=kMFz0.92，所以切削力

65051.00.0160.72430.8648Fc0.92N2361.1N

1600.86300切削时的功率Pm为：

Pm2361.115.1kW=0.59kW

601000XA6132铣床主电动机功率为7.5kW，故所选切削用量合适。最后所确定的切削用量为：

aP5mm，fz0.016mm/z，n30r/min，fmz23.5mm/min。

⑵ 基本时间Tj

TjLl1l2 fmz其中：L——工件铣削部分长度，单位mm；

l1——切入行程长度，单位mm ，l10.5d0；

l2——切出行程长度，单位mm，l2=1～3 fmz——工作台每分钟进给量，单位mm/min。

已知：fmz=23.5mm/min，l=100mm，l1=0.5×160=80mm，l2=1mm，l1+l2=8 所以：

Tj2100801min=15.4min。

23.5（八）工序65（倒角底孔并攻支架体螺纹4×M20×2）切削用量及基本时间的确定

本工序为倒角底孔并攻支架体螺纹4×M20×2，所用机床为Z3025摇臂钻

床。根据表5-58知工步1采用90°锥柄锥面锪钻加工，d=40mm，L=150mm，莫氏圆锥号为3号。由表5-49知，刀具耐用度为T=50min。工步2采用M20×2细柄机用高速钢丝锥，由表5-21知l=37mm，L=112mm，由表5-59知工件材料为中碳钢时，取丝锥前角09，后角07。刀具耐用度T=90min。

⑴ 确定倒角的切削用量

① 确定进给量f： 按照加工要求决定进给量。根据表5-60，进给量f取值范围为0.08～0.15mm/r。根据Z3025机床标准进给量，查表5-63，选取

f=0.12mm/r。

② 确定切削速度： 根据表5-60知锪钻加工的切削速度为23～26m/min,则所需铣床主轴转速范围为

n1000183.1～207r/min d根据Z3025机床标准主轴转速，由表5-54选取n=200r/min，实际转速为

d0n10003.144020025.12m/min

1000最后所确定的切削用量为：f=0.12mm/r；25.12m/min（n=200r/min）。 ⑵ 确定攻螺纹的切削用量 ① 确定背吃刀量ap： ap2018=1mm。 2② 确定进给量f： f等于工件螺纹的螺距，即f=2mm/r。 ③ 确定切削速度： 根据表5-61的计算公式确定切削速度

Cd0Z mxvyk（m/min）

Tapf式中C64.8,Z=1.2，y=0.5，m=0.9。工件材料b=570MPa，得修正系数

kMv1.0；刀具材料修正系数kt=1.0；螺纹公差等级修正系数kav=1.0；丝

锥芯部直径d0=（0.4～0.5）d，其中d为丝锥大径，取d0=0.5d=0.5×20=10。所以：

kvkMvktkav=1.0×1.0×1.0=1

64.8×101.20.90.5×1.0=12.7m/min

90×2n1000100012.7r/min=202.2r/min d3.1420根据Z3025机床标准主轴转速，由表5-62选取n=200r/min，实际转速为



dn10003.142020012.56m/min

1000 ④ 校验机床功率： 由表5-61知，查得转矩Mc和切削功率Pm计算公式如下：

zMCdfM M0c=

yMkM(N·m)

PmMcc 30d0式中：CM=0.264，zM=1.4，yM=1.5，kMkMT=1.0，则转矩为：

Mc0.264×101.4×21.5×1.0N·m=18.76N·m

切削功率为

Pm18.7612.560.79kW

3010由表5-14知，Z3025机床主轴最大转速Tm=196.2N·m。主电动机功率

PE=2.2kW。由于Mc＜Tm，Pm＜PE，故选择的切削用量可用。最后所确定

的切削用量为ap=1mm，f=2mm/r，=12.56m/min(n=200r/min)。

⑶ 基本时间Tj

① 工步1的基本时间： 根据表5-57知锪倒角的基本时间为：

Tjlwlffn

式中，lw——工件切削部分长度，单位为mm； lf——切入量，单位为mm，lf=（1.5～3）mm

已知lw=2mm，lf取为2mm。所以，加工四个孔所用的基本时间为

Tj4Tj422min=0.67min

0.12200② 工步2的基本时间： 选取丝锥退出的转速n1比攻螺纹时的转速n高一等级，根据表2-24知n1=250r/min，则根据表5-62，机用丝锥攻螺纹的机动时间计算公式为：

Tjll1l2ll1l2ll1l211() fnfn0fnn0式中， l=27mm，P=2mm，n=200r/min，n0=250r/min，f为工件每转进给量，等于工件螺纹的螺距，即f=2mm/r，l1=（1～3）P=2P=4mm，l2=0。则：

Tj2740110.14min 2200250又因再次道工序中要攻制4个相同的螺纹孔，所以4次攻螺纹所用的基本时间为：

Tj4Tj40.14=0.56min

(九）工序70：去毛刺、清洗、检验。

第二部分

专用夹具的设计

一、 接受设计任务、明确加工要求

本次专用机床夹具设计任务是设计用于加工东方红——75推土机铲臂右支架二个Φ43.5mm孔的钻模,具体设计内容和要求应以机械制造工艺学课程设计任务书和右铲臂支架机械加工工艺规程为依据。有关零件功用、工作条件方面的内容可参照零件图样和机械工艺规程制订部分。由零件图样和课程设计任务书中能得到的本工序加工要求如下：

0.34⑴ 2个Φ43.50mm尺寸公差等级要求为IT13级。 0.34⑵ 2个Φ43.50mm孔表面粗糙度要求为Ra12.5µm。 0.34⑶ 2个Φ43.50mm孔深均为62mm。

0.34⑷ 2个Φ43.50mm轴线对Φ55mm孔轴线的垂直度公差为0.2/100。 0.34⑸ 2个Φ43.50mm孔轴线夹角为46°±10′，两孔轴线关于主视图中的

竖直中心线对称且夹角顶点在Φ55mm孔的轴线上。

⑹ 零件毛坯材料为ZG310—570。 ⑺ 产品生产纲领：4905件/年。

0.34扩2个Φ43.50mm孔在整个机加工工艺规程中为第六道工序（工序0.07430），加工之前Φ55mm孔已进行半精加工，其加工后尺寸为Φ54.5H9（0）

mm，表面粗糙度为Ra12.5µm；A面及B和C面以加工完毕，表面粗糙度为Ra12.5µm。A、B和C面与Φ55mm孔虽在不同工序中加工，但位置精度较高。本零件毛坯为砂型机器造型，加工前退火处理，硬度为156～217HBW。铸造分型面在主视图投影的最大轮廓线上，铸件公差等级为CT9级。按毛坯的供应状态，分型面处毛刺又已经磨平，零件外部未加工表面基本平整光滑，被加工孔处单边加工余量为3mm。

二、 确定定位方案、选择定位元件

⑴ 确定定位方案

在钻模的设计中，工件的定位方案与定位基准面的选择一般应与该工件的机械加工工艺规程一致。若工艺规程中的定位方案与定位基准面的选择确有问题时，可重新进行考虑和确定。

由零件图样和该零件的机械加工工艺规程可知工件上2个Φ43.5mm孔与 Φ55mm孔轴线有垂直度的要求，且2个Φ43.5孔轴线的交点与Φ55mm孔轴线重合，这表明2个Φ43.5mm孔的工序基准为Φ55mm孔，在定位基准面与定位方案选择上应该以Φ55mm孔为定位基准，以避免由于基准不重合带来的加工误差。

有零件的加工要求可知，用“调整法”加工2个Φ43.5mm孔时必须限制6个自由度，若选Φ55mm孔为第一定位基准只能限制4个自由度，还必须另选定位基准面来满足定位要求。由有前面分析可知，还可利用的表面有已加工好的A、B平面。若选任一平面为为第二定位基准面，这时限制3个自由度，共限制了7个自由度，其中两个自由度被重复限制。此外，长心轴和平面的定位方式中，还有一个绕Φ55mm轴线转动的自由度未被限制，故应以2个Φ43.5mm孔之一的外援作为第三定位基准限制其转动自由度。为了解决过定位的问题，可以采取两种途径：

① 减少定位心轴的长度，改长定位心轴为短定位心轴，Φ55mm孔由第一定位基准变为第二定位基准，所限制的自由度数由4个变为2个，第一定位基准则为B、C构成的平面；

② 提高工件上Φ55mm孔与B、C构成平面的垂直度要求，同时提高夹具上定位心轴与其端面的垂直度要求。这样，此种定位方式表面上看是过定位，但实际上并不会出现定位所造成的一批工件定位不统一、装卡困难、工件和定位元件发生变形等恶果。

经综合分析比较，最终选择B、C构成的平面作为第一定位基准，限制3

个自由度。Φ55mm孔作为第二定位基准，限制2个自由度。2个Φ43.5mm孔之一的外缘作为第三定位基准，限制1个自由度。结果与右支架机械加工工艺规程中的定位方案一致。

⑴ 选择定位元件

工件的定位是通过定位基准面与定位元件接触来实现的，故定位元件的选取应与定位方案和工件定位表面相适应。

因此对于此工件的定位元件选择为：

① 第一定位基准：Φ55mm短心轴台肩与分度盘所构成的大平面。 ② 第二定位基准：Φ55mm短心轴。 ③ 第三定位基准：挡销。

三、确定夹紧方案、设计夹紧机构

根据工件的形状特点和定位方案，可采取以下两种夹紧方案：一种为手动螺旋夹紧机构，另一种为气动夹紧机构。由于本零件批量不是很大，考虑到制造成本因素，本工序宜选用手动螺旋夹紧的方案较为合适。为了克服单螺旋夹紧机构动作缓慢的缺点，此处采用开口垫圈。工人在操作时，不必将夹紧螺母全部拧下，只需拧松半扣后将开口垫圈取出，以实现快速装卸工件。

四、 确定分度装置，设计分度装置

本工序所加工的2个Φ43.5mm孔中心线呈46°夹角，且不在一个平面上。为保证该工序的加工要求，可采用分度式钻模。本工序所用分度式钻模中的分度装置主要由分度盘和对定机构组成。由于手拉式定位器结构简单，操作方便，这里就选用手拉式定位器作为对定机构。

分度盘与心轴由螺钉连接在一起，装入夹具体中。心轴具有两段主要轴径，一段轴径作为短轴实现工件的定位，另一段轴径与夹具体上的衬套配合。当心轴绕着夹具体上的衬套中心旋转时，最终带动工件旋转。手拉式定位器安装在夹具体上，其中的对定插销与分度盘上安装的定位套相配合，两个定

位套与 Φ55孔中心连线之间的夹角为46°±10′。当对定销分别插入2个定位套时，即可实现夹具的分度。

扩孔时，将工件装入心轴，加工完一个Φ43.5mm孔后，松开分度盘锁紧手柄，拔拔出对定插销，回转90°使其卡在浅槽上，暂时不回退到分度盘的定位套中，然后由分度盘带动工件转到另一定位套位置，再将对定插销回位插入，最终实现工件的分度，加工另外一个Φ43.5mm孔。

为了避免分度盘锁紧手柄松开，对定插销拔出时，工件与分度盘因自重而旋转，可对分度盘进行限位。具体方式为在夹具体上设置限位螺钉，在分度盘上相应位置设置圆弧槽。

五、 确定导向方案和选择导向元件

在钻模中，钻套作为刀具导向元件，主要用于保证被加工孔的位置精度，同时可以起到减少加工过程中的振动的作用。由于可换钻套磨损后，可以迅速更换，适用于成批大量生产，故本夹具选用可换钻套。

可换钻套的具体结构和规格尺寸按照表5-66选取。钻套中导向孔的孔径及其偏差应根据所选取的刀具尺寸来确定。通常取刀具的最大极限尺寸为 引导孔的基本尺寸。由前面可知本工序选用的是d=43.5mm的高速钢锥柄麻花钻，由表5-67知高速钢麻花钻的直径上偏差为0，下偏差为-0.039mm故引导孔的基本尺寸为Φ43.5mm，由表5-66可知，引导孔的偏差应取F7，钻套中与衬套配合的部分公差取k6或m6。

钻套与工件之间应留有排屑间隙，若间隙过大，将影响导向作用；若间隙过小，切屑将不能及时排出。由表5-68，钻套与工件间的距离h=（0.7～1.5）d=30.45～65.25mm。考虑到本工序使用麻花钻扩孔，工件上已有预制孔，单边加工余量为3mm，产生的切屑要比在实体上钻孔少很多，故h的取值可以适当缩小。

衬套的具体结构和规格尺寸见表5-69.又该表可知衬套中与钻套配合的部

分公差取F7，与夹具体配合的部分公差取n6。

六、钻模板结构类型的确定

针对本工序中2个Φ43.5mm孔的结构特点，钻模板有两种形式可供选择。一种可将钻模板装配在分度盘上，这时需要两个钻模板，钻套固定在各自的钻模板上，在空间上呈47°的夹角；另一种为钻模板安装在夹具体上，这时只需一个钻模板和一个钻套，但由于2个Φ43.5mm孔轴线空间交叉，故钻套在钻模板上应能沿与Φ55mm孔轴线平行的方向移动，位置精度差，且需要有钻套锁紧装置。综上分析，本工序应选用第一种钻模板形式。

在安装钻模板时，注意应在找正钻套位置后，配钻两个定位销孔，装入圆柱销，以保证拆装钻模板时，能快速找正其位置。需要说明的是，这里选用的圆柱销为内螺纹圆柱销，方便拆卸。

七、夹具体的设计

由于铸造夹具体工艺性好，可铸出各种复杂形状，且具有较好的抗压强度、刚度和抗震性，在生产中应用广泛，故选用铸造夹具体，材料选用HT250。为使夹具体尺寸稳定，需要进行时效处理，以消除内应力。为了便于夹具体的制造、装配和检验，铸造夹具体上安装各种元件的表面应瞩出凸台，以减少加工面积，如夹具体底板上的耳座铸出凸台。本工序中切屑较少，可不考虑排屑结构。

夹具体上的耳座间距应是机床工作台上T形槽相邻尺寸的整数倍。根据选取的机床Z35可查其工作台上的T形槽的槽间距，查表知机床上的T形槽的槽间距e1=150mm，故夹具体上的耳座间距可以取150mm。

八、夹具精度分析与计算

为了保证夹具设计的正确性，首先要在设计图样上对夹具的精度进行分析。与夹具有关的因素有定位误差D、对刀误差T、夹具在机床上的安装误差A、夹具误差J和加工方法误差G。上述各项误差均导致刀具相对工

件的位置不准确，从而形成总的加工误差。扩Φ43.5mm孔的夹具精度分析与计算如下所示。

(1)定位误差D的计算与分析

造成定位误差的原因有两个：一个是定位基准与工序基准不重合，由此产生的基准不重合误差B；二是定位基准与限位基准不重合，由此产生的基准位移误差Y。 1)基准不重合误差B

由夹具装配图4-3知，定位基准为Φ54.5mm孔中心线，工序基准也为 Φ54.5mm孔中心线，定位基准与工序基准重合，所以B=0。 2)基准位移误差Y

在夹紧力Fj作用下，定位基准相对于限位基准单方向移动，根据一面一孔定位任意边接触可得公式：

YDdmin

式中：D——孔直径公差； d——轴直径公差；

min——定位副的最小间隙。min=0.010mm

在本定位方案中，工件定位内孔与定位心轴的配合H9/g6。工件内孔表面公差等级为IT9，直径公差等级D=0.074mm；定位心轴的的公差等级为IT6，直径公差为d=0.019。所以有：

YDdmin=0.074+0.019+0.010=0.103mm

3) 求定位误差

由于工序基准（孔的轴线）不在定位基面内圆柱面上，所以B与Y无相关公共变量。

1DBY00.1030.103k

3式中：k——工件相关误差，k=0.34mm。

满足设计要求。

(2)夹紧力的计算

夹紧机构应保证工件加紧可靠、安全、不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。同时夹紧机构的复杂程度应与工件的生产类型相适应。必要时应进行夹紧力的估算。

当采用估算法确定夹紧力大小时，将夹具和工件看成一个刚性系统，根据工件所受切削力、夹紧力的作用情况可知：当开始扩孔到切削深度最大时，引起工件绕心轴旋转为最不利的状态。而阻止工件翻转的心轴摩擦力矩为M=334.1N·m，工件自重及压板与工件间摩擦可以忽略不计。当FNFW时，

根据静力平衡并考虑安全系数得：

2KM FWK=2*2.028*334.1/(0.545+0.7)=1088.44 N

Dd式中：K——为安全系数；查表2-2-1得：K=2.028； D——心轴直径；D=54.5mm； d——开口垫圈直径；单位mm； FWK——实际所需夹紧力，单位N。

九、 绘制夹具装配图，标注有关尺寸及技术要求

最终绘制的用于加工Φ43.5mm孔的钻模装配图如图A0图纸所示，在改装配图中，应标注的有关尺寸和技术要求如下所示。

⑴ 视图的布置

按1:1的比例进行夹具装配图的绘制，主视图按操作者的正面位置表示。 ⑵ 零件的表示方法

用双点划线表示被加工零件的轮廓，将工件表示成一个透明体，这样即可以表示定位、夹紧和加工表面的空间位置，又不影响夹具装配图中夹紧的各功能元件的正常表示。

⑶ 装配图上应标注的尺寸与公差

① 夹具外形的最大轮廓尺寸：长400mm，宽286mm，高330mm。 ② 工件与定位元件间的联系尺寸：Φ54.5H9/g6。 ③ 夹具与刀具的联系尺寸：钻套间的位置尺寸46°±10′。

④ 家具与机床的连接部分的尺寸：两耳座中心横向距离为150mm，纵向距离为200mm。

⑤ 配合尺寸和公差：

①钻模套与衬套配合尺寸Φ78H7/n6； ②衬套与钻套配合尺寸Φ62F7/k6； ③定位插销与分度盘配合尺寸Φ15H7/g6； ④定位衬套与分度盘配合尺寸Φ22H7/n6；

⑤夹具体与手拉式定位器中导套配合尺寸Φ24H7/n6； ⑥心轴套与夹具体的配合尺寸Φ50H7/k6； ⑦定位心轴与心轴套配合尺寸Φ40H7/g6。 ⑷ 装配图上的技术要求

① Φ54.5mm心轴轴线对夹具体底面的平行度公差为0.2/100。 ② 2个Φ43.5mm钻套的轴线对心轴Φ54.5mm轴线的垂直度公差为0.2/100。

夹具装配图上无法用符号标注而又必须说明的问题，可作为技术要求用文字写在装配图的空白处。本钻模具有分度机构，需运转灵活，故有运动要求处均应涂润滑油。