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1、毕 业 设 计 题 目 十字头的机械加工工艺及指定工序专用夹具的设计英文题目 The crosshead machining technology and special fixture design specified procedure 摘 要 此次设计是十字头零件的加工工艺和夹具设计，其毛坯为铸造，具有体积小，零件复杂的特点，其中有几道工序夹具都采用专用夹具。机械的加工工艺及夹具设计是我们在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为从事专业的工作打下基础。我的毕业设计为十字头的机械加工工艺及指定 工序专用夹具的设计。就我个人而言，
2、我希望通过这次的设计能够让我了解并认识一般机器零件的生产过程，巩固和加深所学的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力关键词： 十字头；功能；工艺规程；结构；夹具选择；工装设计目 录 绪论.11零件图的工艺分析.2 11十字头零件的功用和原理分析.212十字头零件的结构特点.213十字头零件的工艺分析.32毛坯的材料及生产类型的确定.52. 1生产批量的确定.52. 2毛坯材料的和制造方法的确定.7 3设计零件的机械加工工艺规程.831定位基准的选择.8 311粗基准的选择.8 312精基准的选择.832拟定加工工艺路线.933加工余量、工序尺寸及公差的选择
3、.934加工设备刀具量具及切削用量的计算和确定.17 3.4.1加工设备刀具及量具的选择.17 3.4.2切削用量的计算和确定.193.4.3 切削时间额定的确定.243. 5工序卡片的编制.354夹具设计.3641夹具的概要.36 4. 2 夹具定位要求的分析.36 4. 3 夹具加紧装置的设计.38 4.3.1确定夹紧力的基本原则.38 4.3.2定位误差的分析.40 4.3.3夹具的装配.40 结论.42致谢.42参考文献.43附录一.44绪论为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工此十字头零件时，需要设计专用夹具。机械的加工工艺及夹具设计是我们在完成了大学的全部课程之后，
4、进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为从事专业的工作打下基础。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。我的毕业设计为十字头并对其进行功能、工艺规程设计、结构设计、材料及加工工艺等综述，最后确定要选择的方案并对夹具进行设计。 本课题是对十字头零件加工工艺规程的分析与设计进行探讨，是学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、材料力学、互换性与测量技术基础、现代制造工艺基础、数控技术等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定问题，并设计出专用夹具，保证
5、零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此设计的综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要属于基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践想结合，才能很好的完成本次设计。所以，本次设计是在仔细分析十字头零件加工技术要求及加工精度后，合理确定毛坯类型，经过查阅相关参考书、手册、图表、标准等技术资料，确定各工序的定位基准、机械加工余量、工序尺寸及公差，最终制定出十字头零件的加工工序卡片，设计出M8底孔专用夹具和编制所需的加工程序。1.零件图的工艺分析在零件图的工艺分析之前要先了解零件的作用及原原理，然后根据零件的结构分析零件的加工工艺。11十字头零件的
6、功用和原理分析题目所给的零件是十字头的机械加工工艺及指定工序专用夹具的设计，它主要是连接连杆和活塞杆的部件，是将回转运动转化为往复运动的关节。对十字头的基本要求是：有足够的强度，刚度，耐磨损，重量轻，工作可靠。本十字头零件与活塞杆是依靠法兰连接的结构，这种结构使用可靠，调整方便，活塞杆与十字头容易对中，不足之处是结构相对复杂，加工不方便。12十字头的结构分析 根据十字头的结构、尺寸公差、粗糙度等要求对十字头零件进行结构分析，使零件可以达到设计的要求。十字头的结构相对复杂属于一般复杂零件，在加工时要考虑它的加工先后顺序，首先外圆是基准，所以在加工时我们要先把基准定出来，以此保证零件的尺寸要求，十
7、字头的组要工作面为20内孔，底面20孔及顶面65内腔，外圆的尺寸公差要求不高，但粗糙度要求很高，所以在加工中，我们应该在保证精度的条件下劲量满足粗糙度要求，但是同时我们也要考虑好加工经济方面的问题，以此减少加工成本。加工20内孔是要保证其空的位置度，但是该孔加工起来不方便，由于十字头零件属于大批量生产的零件，所以在某些加工部分可以设计一个专用夹具，以此来减少加工需要的时间，已达到降低成本的目的。十字头的加工面有很多可以采用同一种机床进行加工，所以，在加工中我们可以适量的工序集中，这样可提高加工速度。13十字头的工艺分析设计工艺规程时，首先要应分析零件图以及该零件所在部件或总成的装配图，掌握该零
8、件在部件中的位置，公用以及部件总成对该零件提出的技术要求，明确零件的主要工作表面，以便在拟定规程时采取措施施以保证.1. 掌握零件的结构形状、材料、硬度及热处理等情况，了解该零件的主要工艺特点，形成工艺的总体构想。 2. 分析零件上有哪些表面需要加工，以及各加工面得尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度以及热处理等方面的技术要求；明确哪些表面是主要加工表面，以便于选择表面加工及在拟定加工工艺路线时重点考虑；对全部技术要求应进行归纳整理。十字头零件的技术要求表 零件技术要求表加工表面尺寸及偏差/mm公差及精度等级/mm表面粗糙度/mm形位公差/mm85mm外圆850.1/IT10Ra1.6无8
9、5mm顶面无无Ra1.6无85mm底面无无 Ra12.5无M6螺纹孔无 无 Ra12.5 无20mm孔200.018/IT7无无35mm十字头无无Ra12.5无65mm孔650.021/IT7Ra3.2无20内孔200.023/IT8Ra0.824环槽无无Ra12.5无55内孔无 无Ra12.5无2毛坯的材料及生产类型的确定要确定毛坯就必须根据零件的材料及机械加工中的精度要求，根据题目所需要的精度及尺寸公差要求，确定毛坯。2. 1毛坯批量的确定零件的生产类型是指企业生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制定有着决定性作用，生产类型一般可分为大量、成批、和单件生产，不同的生产类型有着完全不同的工艺
10、特征。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来决定的。生产纲领是指在计划期内应生产的产品产量和进度计划。计算公式如下： N=Q m（1+a%）（1+b%）式中 N零件的生产纲领（件/年）; Q产品的年产量（辆、台/年）; m每台产品中该零件的数量（件/台、辆）; a%备品率，一般取2%4%; b%废品率，一般取0.3%0.7%.零件的材料为HT200考虑到零件在机床中受到的冲击力不大，零件结构比较复杂，所以选择铸件毛坯，已知该十字头零件的生产纲领为10000件/年，每日1班，可以确定该零件为大批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程工序划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主。要判
11、断零件的加工类型，首先要计算零件的质量。将零件分为如下图的三个部分，因为钢铁的密度7.9kg/dm，所以可以通过公式计算出零件的质量。如下图：G=（+）G=102+10()+（G=3.4mmG=7.9G=2.686Kg 零件生产量为10000件/年，每日一班，经过计算其属于轻型零件，有下表可知，该零件达到了大量生产的条件。表2-1 生产类型与生产纲领的关系生产类型生产纲领（台/件）或（件/年）重型机械或重型零件（100kg）中型机械或中型零件（10100kg）小型机械或轻型零件（1000500050000-摘自王凡实用机械制造工艺设计手册.机械工业出版社所要设计的零件的生产纲领为10000件/
12、年，故属于大批生产。2. 2毛坯材料的和制造方法的确定 1.机械加工余量 (1)机械加工余量由于受工序尺寸公差的影响，实际切除的余量在一定的范围内变化。余量过大，费工费料；余量过小，加工困难，甚至加工成为不可能。 (2)在决定工序平均尺寸以前，首先要确定各尺寸的加工余量的平均值。各尺寸余量平均值是按所选择加工方法在有关资料或手册中查出而确定的。但平均余量的大小要结合已计算出的工序余量变动范围的大小考虑， 2.尺寸公差 （1）当工艺基准与设计基准重合，工艺基准不变换，同一表面经过多道工序加工才能达到图纸尺寸的要求时，其中间工序尺寸可根据零件图的尺寸采用“由后往前推”的方法来确定，并一直推算到毛坯
13、尺寸。 （2）当工艺基准与设计基准不重合，或零件在加工过程中需要多次转换工艺基准，或工序尺寸须从尚待继续加工的表面标注时，工序尺寸的确定就比较复杂了，这时就应利用尺寸链原理来分析和计算，并对工序间的余量进行验算以确定工序尺寸及其上下偏差。由于十字头零件的结构相对复杂，根据图纸要求，该零件毛坯的加工工艺为铸造，同时又为大批量生产，所以我们应该选用砂型铸造中的机器造型和壳型铸造。又因为它所用的材料为HT200，所以零件毛坯的毛坯机械加工余量等级为EG,毛坯铸件的公差等级为CT812。如下图：方法要求的机械加工余量钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁机器造型FHEGEGEG 方法公差等级CT钢灰铸铁球墨铸铁可锻
14、铸铁机器造型812812812812 -摘至邹青机械制造技术课程设计指导机械工业出版3 工艺规程的编制采用机械加工的方法，改变毛坯的形状、尺寸、相互位置关系和表面质量，使其成为可完成某种使用要求的过程，称为机械加工 过程。机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法的工艺文件。机械加工工艺规程是指导生产活动的重要文件。 3定位基准的选择 而在选择基准的时候需要同时考虑三个问题：1.用哪一个表面作为加工时的精基面，有利于经济、合理地达到零件的加工精度要求？2.为加工出所要达到要求的精基面，应采用哪个表面作为粗基面？3.是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用第二个精基面？ 基面
15、的选择是工艺规程设计中的重要的工作之一。基面选择得正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。 3粗基准的选择 在选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够多的余量，及保证不加工表面与加工表面的尺寸，位置符合零件图样设计要求，粗基准的选择原则：1.重要表面余量均匀原则，必须首先保证工件表面具有较小的加工余量，应选择该表面为基准；2.表面间的相互位置要求原则，必须首先保证工件加工表面与不加工表面之间的相互位置要求，应以不加工表面为粗基准；3.余量足够原则，如果零件上各表面均需加工，则以加工表面余量较小的粗基准；
16、4.定位可靠性原则，作为粗基准的表面，应选用比较可靠，平整光洁的表面，以便定位准确、夹紧可靠；5.不重复使用原则，粗基准的定位精度低，在同一尺寸方向上只允许使用一次，不能重复使用。 根据这些基准原则，我们可选用十字头的底面作为粗基准，然后加工出基准A，再由基准外圆面来定位加工其他的加工面，以保准相关尺寸的精度。 312 精基准的选择 精基准的选择主要考虑的问题是是如何减少误差，保证加工精度及安装方便以及设计基准和工序基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，因此选择精基准面的原则有以下几个方面：1.应尽量选用设计基准作为定位基准，这称为基准重合原则；2.所选的定位基准，应
17、能使工件定位准确、稳定、刚性好、变形小和夹具结构简单；3.应尽可能选择统一的定位基准加工各表面，以保证各表面间的位置精度，这称为统一基准原则；4.有时还要遵循互为基准、反复加工的原则；5.有些精加工工序要求加工余量小而均匀，就应该选择该表面作为粗基准面。 -摘自阎光明 侯忠滨 张云鹏现代制造工艺基础西北工业大学出版社32拟定加工工艺路线制定加工工艺路线的出发点，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能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以采用万能机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。1 工艺路线方案一：
18、工序1： 铸造工序2： 清砂工序3： 时效处理工序4： 粗车85外圆工序5： 粗车十字头顶面工序6: 粗车，半精车，精车，十字头底面工序7： 钻，攻4Xm6螺纹孔工序8: 钻、扩、铰，20内孔工序9： 铣十字头工序10：粗鏜、半精镗、精鏜65内孔工序11：车55孔工序12：车内圆环工序13：钻、扩、铰、20底面孔工序14：车挖24内环槽工序15：半精车，精车85外圆工序16：去毛刺工序17：终检2工艺路线方案二：工序1： 铸造工序2： 清砂工序3： 时效处理工序4： 粗车85外圆工序5： 粗铣十字头顶面工序6：粗铣、半精铣、精铣十字头顶面工序7：钻、攻6螺纹孔工序8：钻、扩、铰，20内孔工序9
19、： 铣十字头工序10：粗鏜、半精镗、精鏜65内孔工序11：车55孔工序12：车内圆环工序13：粗鏜、半精镗、精鏜20底面孔工序14：车挖24内环槽工序15：半精车，精车85外圆工序16：去毛刺工序17：终检以上加工方案大致看来是合理的，但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，只要表现在20底面圆孔和两端面的加工方式，根据工序的集中，加工经济度和加工难易程度通过分析比较，方案一比较合理，故选用方案一。33 加工余量、工序尺寸及公差的选择（1）铸件的基本尺寸 机械加工前毛坯铸件，包括必要的机械加工余量。（2）尺寸公差 允许尺寸的变动量。公差等于最大极限尺寸之代数差
20、的绝对值；也等于上偏差与下偏差之代数差的绝对值。（3）错行 由于合型时错位，铸件的一部分与另一部分在分型面处相互错开。（4）要求的机械加工余量 在毛坯铸件上为了随后可用机械加工方法去除铸件对金属表面的影响，冰室之达到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而留出的金属余量。对圆柱形部分或者在双侧机械加工的情况下，RMA应加倍。铸件毛坯基本尺寸表达式子如下： R=F+2RMA+CT/2 外圆 R=F-2RMA-CT/2 内腔按上述式子计算各毛坯尺寸：85的外圆,查表2-3和表2-4可算出R= F+2RMA+CT/2 =85+2.8+3=90.8；85两端面，查表2-3和表2-4可算出R= F+2RMA+
21、CT/2=85+2.5+3=90.8；65内孔，查表2-3和表2-4可算出R= F-2RMA-CT/2=65-2.8-3=59.8；35十字头，查表2-3和表2-4可算出R = F-2RMA-CT/2=35-1-2.5=31.5；55内孔，查表2-3和表2-4可算出R= F-2RMA-CT/2=55-2.8-1.4=50.8；其他尺寸由于过小铸造时可不铸造。 表2-3毛坯铸件基本尺寸/mm铸件尺寸公差等级CT大于至910111225 401.82.63.6540 6322.845.6631002.23.24.46 表2-4最大尺寸要求的机械加工余量等级大于至FGH400.50.50.74063
22、0.50.716310011.42-摘至邹青机械制造技术课程设计指导机械工业出版社计算各工序加工余量（1）加工基本尺寸为85mm，公差为0.1mm，其公差等级为IT10，确定其加工方案为：粗车-半精车-精车（2）用查表法定加工余量：由表可知，对于大批量生产，采用砂型机器造型，取尺寸公差为12，加工余量为G级其加工余量等级为CT10级，毛坯外圆的加工总余量由上面计算结果可知为Z=5.8mm 粗车： Z=1.2mm 半精车： Z=1.8mm 精车： Z=2.5mm（3）计算各工序的基本尺寸，精车后工序基本尺寸为85，其他各工序基本尺寸依次为：半精车： 85+1.2=86.2mm 粗车： 86.2+
23、1.8=88mm 毛坯： 88+2.8=90.8mm（4）确定各工序的公差及偏差。工序尺寸的公差按加工经济精度确定。精车IT8, 公差值为0.054mm 半精车IT10，公差值为0.140mm 粗车IT12，公差值为0.350mm按工序入体原则： 精车：85mm 半精车：86.2mm 粗车：88mm 毛坯：90.83mm计算结果列表如下表：工序名称工序余量工序尺寸工序公差工序尺寸及偏差精车1.2mm 85mm 0.054mm85mm半精车 1.8mm86.2mm 0.140mm86.2mm粗车2.5mm 88mm0.350mm88mm毛坯 5.5mm 90.8mm6mm90.83mm（1）加工
24、基本尺寸为85mm，公差为无要求，其公差等级为无要求，确定其加工方案为：粗车（2）用查表法定加工余量：由表可知，对于大批量生产，采用砂型机器造型，取尺寸公差为12，加工余量为G级其加工余量等级为CT10级，毛坯外圆的加工总余量由上面计算结果可知为Z=2.9mm 粗车： Z=2.9mm （3）计算各工序的基本尺寸，精车后工序基本尺寸为85，其他各工序基本尺寸依次为： 毛坯： 88+2.8=87.9mm（4）确定各工序的公差及偏差。工序尺寸的公差按加工经济精度确定。 粗车IT12，公差值为0.350mm按工序入体原则： 粗车： 85mm 毛坯： 87.91.5mm计算结果列表如下表：工序名称工序余
25、量工序尺寸工序公差工序尺寸及偏差粗车2.9mm 85mm0.350mm85mm毛坯 2.9mm 87.9mm3mm89.71.5mm（1）加工基本尺寸为85mm，公差为0.1mm，其公差等级为IT10，确定其加工方案为：粗车-半精车-精车（2）用查表法定加工余量：由表可知，对于大批量生产，采用砂型机器造型，取尺寸公差为12，加工余量为G级其加工余量等级为CT10级，毛坯外圆的加工总余量由上面计算结果可知为Z=5.8mm 粗车： Z=0.6mm 半精车： Z=1mm 精车： Z=1.3mm（3）计算各工序的基本尺寸，精车后工序基本尺寸为85，其他各工序基本尺寸依次为：半精车： 85+0.6=85
26、.6mm 粗车： 85.6+1= 86.6mm 毛坯： 86.6+1.3=87.9mm（4）确定各工序的公差及偏差。工序尺寸的公差按加工经济精度确定。精车IT8, 公差值为0.054mm 半精车IT10，公差值为0.140mm 粗车IT12，公差值为0.350mm按工序入体原则： 精车：85mm 半精车：85.6mm 粗车：86.6mm 毛坯：87.91.5mm计算结果列表如下表：工序名称工序余量工序尺寸工序公差工序尺寸及偏差精车0.6mm 85mm 0.054mm85mm半精车 1mm85.5mm 0.140mm85.6mm粗车1.3mm 86.6mm0.350mm 86.6mm毛坯 2.9
27、mm 87.9mm3mm87.91.5mm（1）加工基本尺寸为55mm，公差为无要求，其公差等级为无要求，确定其加工方案为：粗车（2）用查表法定加工余量：由表可知，对于大批量生产，采用砂型机器造型，取尺寸公差为12，加工余量为G级其加工余量等级为CT10级，毛坯外圆的加工总余量由上面计算结果可知为Z=4.2mm 粗车： Z=4.2mm （3）计算各工序的基本尺寸，精车后工序基本尺寸为55，其他各工序基本尺寸依次为： 毛坯： 55-4.2=50.8mm（4）确定各工序的公差及偏差。工序尺寸的公差按加工经济精度确定。 粗车IT12，公差值为0.350mm按工序入体原则： 粗车： 55mm 毛坯：
28、50.82.6mm计算结果列表如下表：工序名称工序余量工序尺寸工序公差工序尺寸及偏差粗车4.2mm 55mm0.350mm55mm毛坯 4.2mm 50.2mm5.8mm50.82.9mm（1）加工基本尺寸为35mm，公差为无要求，其公差等级为无要求，确定其加工方案为：粗铣（2）用查表法定加工余量：由表可知，对于大批量生产，采用砂型机器造型，取尺寸公差为12，加工余量为G级其加工余量等级为CT10级，毛坯外圆的加工总余量由上面计算结果可知为Z=3.5mm 粗铣： Z=3.5mm （3）计算各工序的基本尺寸，精铣后工序基本尺寸为35，其他各工序基本尺寸依次为： 毛坯： 35-3.5=31.5mm
29、（4）确定各工序的公差及偏差。工序尺寸的公差按加工经济精度确定。 粗铣IT12，公差值为0.250mm按工序入体原则： 粗车： 35mm 毛坯：31.52.5mm计算结果列表如下表：工序名称工序余量工序尺寸工序公差工序尺寸及偏差粗铣3.5mm 35mm0.250mm55mm毛坯 3.5mm 31.5mm5mm50.82.5mm（1）加工基本尺寸为65mm，公差为0.021mm，其公差等级为IT7，确定其加工方案为：粗鏜-半精鏜-精鏜（2）用查表法定加工余量：由表可知，对于大批量生产，采用砂型机器造型，取尺寸公差为12，加工余量为G级其加工余量等级为CT10级，毛坯外圆的加工总余量由上面计算结果可知为Z=5.8mm 粗鏜： Z=0.5mm 半精鏜： Z=1.5mm 精鏜： Z=3.8mm（3）计算各工序的基本尺寸，精鏜后工序基本尺寸为65，其他各工序基本尺寸依次为：半精鏜： 65+0.5=64.5mm 粗车： 64.5-1.5=63mm 毛坯： 63-3.8=59.2mm（4）确定各工序的公差及偏差。工序尺寸的公差按加工经济精度确定。精车IT7, 公差值为0.021mm 半精车IT9，公差值为0.074mm 粗车IT11，公差值为0.190mm按工序入体原则： 精鏜：65mm 半精鏜：64.5mm 粗鏜：63mm 毛坯：59.23mm
