《加工工艺及夹具设计》毕业设计任务书
(Machinery Manufacturing Planning and Fixture Design)
系 别 机械工程系 专 业 机制、模具、机电、数控 班 级 姓 名 同组学生姓名 课程设计题目 一、设计的目的和要求 (一) 设计目的
机械制造工艺及夹具设计课程设计是在学完了机械制造工艺及夹具设计，进行了生产实习之后进行的下一个教学环节。它一方面要求学生在设计中能初步学会综合应用过去所学过的全部课程，另外也为搞好毕业设计做一次综合训练。学生应当通过机械制造工艺及夹具设计课程设计在下述各方面得到锻炼：
1． 能熟练运用机械制造工艺及夹具设计课程中的基本理论，正确地解决一个零件在加工中的
定位，夹紧以及工艺路线合理安排等问题，保证零件的加工质量。
2． 提高结构设计能力。学生通过设计夹具的训练，应当掌握如何根据被加工零件的加工要求，
设计出高效、省力、既经济合理，又能保证加工质量的夹具来。
3． 学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称出处，能够做到熟练应用。 (二) 设计的要求
机械制造工艺及夹具设计课程设计题目一律定为：制订xx 零件的机械加工工艺。生产纲领为中批或大批生产。
设计的要求包括如下几个部分：
1．零件——毛坯合图 一张 2．机械加工工艺过程卡片 一套
3．夹具装配总图 一张 4．夹具零件图 一张 5．课程设计说明书 一份 课程设计题目由指导老师选定发给学生。
二、设计内容及步骤 1． 对零件进行工艺分析
学生得到设计题目之后，应首先对零件进行工艺分析，其主要内容包括： （1）零件的作用及零件图上技术要求进行分析。
（2）对零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面光洁度及设计基准等进行分析。 （3）零件的材质，热处理及工艺性进行分析。 2．选择毛坯的制造方式
毛坯的选择应该以生产批量的大小，非加工表面的技术要求以及零件的复杂程度、技术要求的高低等几方面综合考虑。在通常情况下，应主要以生产性质来决定。正确的选择毛坯制造方式，可以使得整个工艺过程经济合理。 3．零件的机械加工工艺路线。
（1）制订工艺路线。在对零件进行分析的基础上，制定零件的工艺路线。对于比较复杂的零件，可以先考虑几个加工方案，分析比较后，在从中选择比较合理的加工方案。
（2）选择定位基准，进行必要的工序尺寸计算。当某工序定位基准，与设计基准不符时，需对它的工序尺寸进行换算。
（3）选择机床及工、夹、量、刃具。机床设备的选用应当既要保证加工质量，又要经济合理。在成批生产的条件下，一般采用通用机床和专用工夹具。 （4）加工余量及工序尺寸与公差的确定。
根据工艺路线的安排，首先应确定一个加工表面的各工序加工余量，其工序尺寸公差按经济精度确定，一个表面的总加工余量则为该表面各工序间加工余量之和。 （5）切削用量的确定。
在机床、刀具、加工余量等确定的基础上，要求学生用公式计算一～二道工序的切削用量，
其余各工序的切削用量可由上述手册中查得。 （6）画毛坯图。
在加工余量确定的基础上画毛坯图，要求毛坯轮廓用粗实线条绘制，零件的实体尺寸用双点划线绘出。比例取1：1，同时应在图上表出毛坯的尺寸、公差，技术要求，毛坯制造的分模面、圆角半径和拔模斜度等
（7）绘制零件的机械加工工艺卡片。
将前述各项内容及各工序简图，一并填入规定的工序卡片上。
4．工艺装备的结构设计
要求学生在课程设计中设计加工给定零件所必须的夹具1～2套。具体的设计内容可根据加工需要由学生本人提出并经指导教师同意后确定。
结构设计的具体步骤如下：
（1）确定设计方案，绘制结构原理示意图。
学生在确定夹具设计方案时应当遵循的原则是：确保加工质量，结构尽量简单，操作省力高效，制造成本低廉。这四条原则如果单独拿出来分析，有些是互相矛盾的，而设计者的任务，就是要在设计的实践中，综合上述四条，通盘考虑，灵活运用所学知识，结合实际情况，注意分析研究，考虑互相制约的各种因素，确定最合理的设计方案。 （2）选择定位元件，计算定位误差。
按照加工精度的高低，需要消除不定度的数目以及粗精加工的需要，按有关标准正确的选择定位元件。
选择好定位元件之后，还应对定位误差进行计算。计算结果如超差时，需要改变定位方法，以减少定位误差，提高加工精度。有时甚至要从根本上改变工艺路线的安排，以保证零件的加工能顺利进行。
（3）计算所需的夹紧力，设计夹紧机构。
为了保证零件装夹的安全可靠，实际所需的夹紧力应比理论夹紧力要大，即应对理论夹紧力要以安全系数K 。K 的大小可由有关手册中查得，一般K=1.5～2.5。
应该指出，由于加工方法，切削刀具以及装夹方式千差万别，夹紧力的计算在有些情况下是没有现成的公式可以套用的，所以需要同学根据过去所学的理论进行分析研究，以决定合理的计算方法。
夹紧机构的功用就是将动力源的力正确、有效地施加到工件上来。同学们可以根据具体情况，选择并设计杠杆、螺旋、偏心、绞链„„等不同的夹紧机构，并配合手动、气动和液动的动力源，将夹具的设计工作逐步完善起来。 （4）画夹具装配图。
要求按比例1：1的比例画夹具装配图。被加工零件在夹具上的位置，要用双点划线表示，夹紧机构应处于“夹紧”的位置上。
a) 注意投影选择，应当用最少的投影将夹具的结构完全清楚的表达出来。因此在画图之前，应当仔细考虑各視图的配置与安排。
b) 所设计的夹具，不但机构要合理，结构也应当合理。否则会影响工作甚至不能工作。
c) 要保证夹具与机床的相对位置及刀具与夹具的相对位置的正确性。即夹具上应具备定位键及对刀装置，这可在有关夹具设计手册中得。
d) 运动部件的运动灵活，不能蹩劲和卡死。回转工作台或回转定位部件应有锁紧装置，不能在工作中自动松脱。
e) 夹具的装配工艺性和夹具零件（尤其是夹具体）的可加工性要好。 f) 夹具的运动零部件要有润滑装置，排屑要方便。
g) 零件的选材，尺寸公差的标注以及总装技术要求要合理。为便于审查零件的加工工艺性及夹具的装配工艺性，从教学要求出发，所有零部件不采用简化法绘制。
学生在完成上述全部工作内容后，应将前述全部工作内容依先后顺序写成设计说明书一份。要求字迹工整，语言简练，文字通顺。说明书应以十六开纸书写，四周留有边框，并装订成册。
三、进度安排
按教学计划规定，机械制造工艺及夹具设计课程设计总学时数为2周，其进度及时间大致分配
参考文献
[1] 赵家齐等. 机械制造工艺学课程设计指导书. 北京：机械工业出版社，1987 [2] 王小华. 机床夹具图册. 北京：机械工业出版社，2004 [3] 吴圣庄. 金属切削机床概论. 北京：机械工业出版社，1993 [4] 王先逵. 机械制造工艺学. 北京：机械工业出版社，2002
[5] 徐鸿本. 机床夹具设计手册. 沈阳：辽宁科学技术出版社，2004.3 [6] 王伯平. 互换性与测量技术. 北京：机械工业出版社，2004.4
范例1 设计任务书
机械制造工艺及夹具设计课程设计任务书
题目：设计犁刀变速齿轮箱体零件的机械加工工艺规程及钻N 面6孔工序的专用夹具 内容：（1）零件——毛坯合图 1张
（2）机械加工工艺规程卡片 1套 （3）夹具装配总图 1张 （4）夹具零件图 1张 （5）课程设计说明书 1份
原始资料：该零件图样一张；生产纲领6000件年；每日1班。
班 级 学 生 指 导 教师 教研室主任
200 年 月
一、零件的分析 （一）零件的作用
犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个主要零件。旋耕机通过该零件的安装平面（即附图1零件图上的N 面）与手扶拖拉机变速箱的后部相连，用两圆柱销定位，四个螺栓固定，实现旋耕机的正确联接。N 面上的4-Φ13mm 孔即为螺栓联接孔，2-Φ10F9孔为定位销孔。
如图2-1所示，犁刀变速齿轮箱体2内有一个空套在犁刀传动轴上的犁刀传动齿轮5，它与变速箱的一倒档齿轮常啮合（图中未画出）。犁刀传动轴8的左端花键上套有啮合套4，通过拔叉可以轴向移动。啮合套4和犁刀传动齿轮5相对的一面都有牙嵌，牙嵌结合时，动力传给犁刀传动轴8。其操作过程通过安装在S Φ30H9孔中的操纵杆拔叉而得以实现。
6
8
9
12345
7
图2-1 犁刀变速齿轮箱传动示意图
1-左臂壳体 2-犁刀变速齿轮箱体 3-操纵杆 4-啮合套 5-犁刀传动齿轮
6-轴承 7-右臂壳体 8犁刀传动轴 9-链轮
（二）零件的工艺分析
由附图1得知，其材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。
该零件上的主要加工面为N 面、R 面、Q 面和2-Φ80H7孔。
N面的平面度0.05mm 直接影响旋耕机与拖拉机变速箱的接触精度及密封。
2-Φ80H7孔的尺寸精度、同轴度Φ0.04mm ，与N 面的平行度0.07mm ，与R 及Q 面的垂直度Φ0.1mm ，以及R 相对于Q 面的平行度0.055mm ，直接影响犁刀传动轴对N 面的平行度及犁刀传动齿轮
的啮合精度、左臂壳体及右臂壳体孔轴线的同轴度等。因此，在加工它们时，最好能在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来。
2-Φ10F9孔的尺寸精度、两孔距尺寸精度mm 以及mm 对R 面的平行度0.06mm ，影响旋耕机与变速箱联接时的正确定位，从而影响犁刀传动齿轮与变速箱倒档齿轮的啮合精度。 由参考文献[1]中有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。
A
A-A
C 向
附图1 犁刀变速齿轮箱体
二、确定毛坯、画毛坯—零件合图
根据零件材料确定毛坯为铸件。又由题目已知零件的生产纲领为6000件年。通过计算，该零件质量约为7kg 。由参考文献[5]表1-4、表1-3可知，其生产类型为大批生产。毛坯的铸造方法选用砂型机器造型，又由于箱体零件的内腔及2-Φ80mm 孔均需铸出，故还应安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。
参考文献[1]表2.3-6，该种铸件的尺寸公差等级CT 为8-10级，加工余量等级MA 为G 级。故取CT 为10级，MA 为G 级。
铸件的分型面选择通过C 基准孔轴线，且与R 面（或Q 面）平行的面。浇冒口位置分别位于C 基准孔凸台的两侧。
参考文献[1]表2.3-5，用查表法确定各表面的总余量如表2-1所示。
三、工艺规程设计
（一）定位基准的选择
精基准的选择：犁刀变速齿轮箱体的N 面和2-Φ10F9孔既是装配基准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现箱体零件“一面两孔”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，N 面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。
粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择箱体零件的重要孔（即2-Φ80mm 孔）的毛坯孔与箱体内壁作粗基准：第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，装入箱体内的旋转零件（如齿轮、轴套等）与箱体内壁有足够的间隙；此外还应能保证定位准确、夹紧可靠。
最先进行机械加工的表面是精基准N 面和2-Φ10F9孔，这时可有两种定位夹紧方案：
方案一 用一浮动圆锥销插入一Φ80mm 毛坯孔中限制二个自由度；用三个支承钉支承在与Q 面相距32mm 并平行于Q 面的毛坯上，限制三个自由度；再以N 面本身找正限制一个自由度。这种方案适合于大批量生产类型中，在加工N 面及其表面上各孔和凸台面极其各孔的自动线上采用随行夹具时用。
方案二 用一根两头带反锥形（一端的反锥可以取下，以便卸装工件）的心棒插入2-Φ80mm 毛坯孔中并加紧。粗加工N 面时。将心棒至于两头V 型架上限制四个自由度，再以N 面本身找正限制一个自由度。这种方案虽要安装一个心棒，但由于下一道工序（钻扩铰2-Φ10F9孔）还要用一根心棒定位，即将心棒至于两头的U 型槽中限制两各自由度，故本道工序可不用将心棒数量就少，因而该方案是可行的。 （二）制定工艺路线
根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度。确定各表面的加工方法如下：
N 面：粗车—精铣；R 面和Q 面：粗铣—精铣；凸台面：粗铣；2-Φ80mm 孔：粗镗—精镗；7级—9级精度饿未铸出孔：钻—扩—铰；螺纹孔；钻孔—攻螺纹。
因R 面和Q 面有较高的平行度要求，2-Φ80mm 孔较高的同轴度要求，故他们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来，以保证其精度。
根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将N 面、R 面、Q 面及2-Φ80mm 孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中又先加工N 面后在镗2-Φ80mm 孔。R 面及Q 面上的Φ8N8孔及4-M12螺纹孔等次要表面放在最后加工。
上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序有些问题还值得进一步讨论。
如粗车N 面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们的惯性较大，平衡较困难；又由于N 面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削，容易引起工艺系统的振动，故改用铣削加工。
工序40应在工序30前完成，使R 面和Q 面在粗加工后有较多的时间进行自然时效，减少工件受力变形和受热变形对2-Φ80mm 孔加工精度的影响。
精铣N 面后，N 面与2-
Φ10F9孔的垂直度误差难以通过精铰孔纠正，故对这两孔的加工改为扩铰，并在前面的工序中预留足够的余量。
4-Φ13mm 孔尽管是次要表面，但在钻扩铰2-Φ10F9孔时，也将4-Φ13mm 孔钻出，可以节约一台钻床和一套专用夹具，能降低生产成本，而且工时也不长。
同理，钻孔工序也应合并到扩铰球形孔工序中。这组孔在精镗孔后加工，容易保证其轴线与2-Φ80H7孔轴线的位置精度。
工序140中工步太多，工时太长，考虑到整个生产线的节拍，应将8-M12螺孔的攻螺纹作另一道工序。
工艺文件详见附表1、附表2。
四、夹具设计
本次设计的夹具为第20道工序 —— 钻扩铰2-Φ10F9孔、孔口倒角1×45°，钻4-Φ13mm 孔夹具。该夹具适用于Z3025摇臂钻。
1. 确定设计方案
这道工序所加工的孔均在N 面上，且与N 面垂直。按照基准重合原则并考虑到目前只有N 面经过加工，为避免重复使用粗基准，应以N 面定位。又为避免钻头引偏，4-Φ13mm 孔应从N 面钻孔，且2-Φ9F9孔是盲孔，也只能从N 面加工，这就要求钻孔时N 面必须朝上。这给装夹工件带来了一定的困难。
从对工件的结构形状分析，若工件以N 面朝下放置在支承板上，定位夹紧都比较稳定, 可靠，也容易实现。待夹紧后将夹具反转180°，N 面就能朝上，满足加工要求。这个翻转过程可以借助于标准的卧式回转工作台来实现。夹具以夹具体安装面和定位孔、定位销定位，用T 型槽螺栓连接。
工件以N 面在夹具上定位，限制了三个自由度，其余三个自由度也必须限制。用哪种方案合理呢？
方案1 在2- 80H7的B 孔内插入一削边销限制一个移动自由度；再以B 孔内侧面用两个支承钉限制一个移动自由度和一个转动自由度。这种定位方案从定位原理上分析是合理的，夹具结构也很简单。但由于B 孔和其内侧面均为毛坯面，又因结构原因，夹紧力不宜施加在这样的定位元件上，故工件定位面和定位元件之间很可能会接触不好，使定位不稳定。这个方案不宜采用。
方案2 见附图2，用一根两头带反锥形的心棒插入2-Φ80mm 毛坯孔中并夹紧。将心棒两端的轴颈放入两U 形槽中定位，限制一个移动自由度和一转动自由度。此外以2-80Φ毛坯孔的两内侧面在自定心结构上定位，限制一个移动自由度。这种方案定位可靠，夹紧也很方便，用一铰链压板压在工件R80mm 外圆上即可。
本道工序与前道粗铣N 面共用一根心棒，这根“随行心棒”在铣完N 后立即连同工件一同转入本道工序，其间不得重新卸装心棒，待本道工序加工完后，方可卸下心棒，否则将违背粗基准一般只用一次的原则而影响N 面各孔与2-Φ80mm 孔轴线的位置精度。
本道工序的夹具因要回转，若采用气动或液压夹紧，则气管或油管会妨碍操作，故选用手动夹紧，使夹具简单，操作方便。
技术要求
1.未铸造圆角R2-R3；
2.所有螺孔锪90°锥孔至螺纹外径；3.去毛刺、锐边倒钝；
4.热处理：时效180-200HBS；5.材料：HT200。
附图2 夹具体零件图
参考文献
1 李洪主编。机械加工工艺手册。北京：北京出版社，1990
2 孟少农主编。机械加工工艺手册 第一卷。北京：机械工业出版社，1991
3 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学编。机床夹具设计手册。上海科学技术出版社，1990
4 王绍俊主编。机械制造工艺设计手册。北京：机械工业出版社，1997 5 郑修本，冯冠大主编。机械制造工艺学。北京：机械工业出版社，1991 6 刘友才，肖继德主编。机床夹具设计。北京：机械工业出版社，1991
零件图
A
工艺过程卡
. 附表2 机械加工工序卡片
技术要求
1.未铸造圆角R2-R3；
2.所有螺孔锪90°锥孔至螺纹外径；3.去毛刺、锐边倒钝；
4.热处理：时效180-200HBS；5.材料：HT200。
范例2 设计任务书
课程设计举例
一、零件的分析
（一）零件的作用
题目所给定的零件是解放牌汽车底盘传动轴上的万向节滑动叉（见附图1），它位于传动轴的端部。主要作用一是传递扭矩，使汽车获得前进的动力；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同的状态时，由本零件可以调整传动轴的长短及其位置。零件的两个叉头部位上有两个Φ㎜的孔，用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万向联轴节的作用。零件Φ65㎜外圆内为Φ50㎜花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用于传递动力之用。
（二）零件的工艺分析
万向节滑动叉共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求。现分析如下： 1．以Φ39㎜孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：两个Φ㎜的孔及其倒角，尺寸为㎜的与两个孔Φ㎜相垂直的平面，还有在平面上的四个M8螺孔。其中，主要加工表面为Φ㎜的两用个孔。
2．以Φ50㎜花键孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：Φ50㎜十六齿方齿花键孔，Φ55㎜阶梯孔，以及Φ65㎜外圆表面和M60×1㎜的外螺纹表面。
这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：
（1）Φ50㎜花键孔与Φ㎜二孔中心联线的垂直度公差为100:0.2；
（2）Φ39㎜二孔外端面对Φ39㎜孔垂直度公差为0.1㎜；
（3）Φ50㎜花键槽宽中心线与Φ39㎜中心线偏转角度公差为2˚。
由以上分析可知， 对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用加具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。
二、工艺规程设计
（一）确定毛坯的制造形式
零件材料为45钢。考虑到汽车在运行中要经常加速及正、反向行驶，零件在工作过程中则经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量为4000件，已达大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。
（二）基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
（1）粗基准的选择。对于一般的轴类零件而言，以外圆作为基准是完全合理的。但对本零件来说，如果以Ø65㎜外圆（或Ø62㎜外圆）表面作基准（四点定位），则可能造成这一组内外圆柱表面与零件的叉部外形不对称。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不同加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工表面时，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为粗基准），现选取叉部两个Ø㎜孔的不加工外轮廓表面作为基准，利用一组共两个短V 形块支承这两个Ø㎜外圆轮廓作主要定位面，以消除四个自由度，再用一对自动定心的窄口卡爪，夹持在Ø65㎜外圆柱面上，用以消除两个自由度，达到完全定位。
（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。
（三）制订工艺路线
制订工艺路线的出发点，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生产的条件下，可以考虑采用万能性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，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
1. 工艺路线方案一
工序Ⅰ 车外圆Ø62㎜，Ø60㎜，车螺纹M60×1㎜。
工序Ⅱ 两次钻孔并扩钻花键底孔Ø43㎜，锪沉头孔Ø55㎜。 工序Ⅲ 倒角5×30˚。 工序Ⅳ 钻Rc18底孔。 工序Ⅴ 拉花键孔。
工序Ⅵ 粗铣 Ø39㎜二孔端面。 工序Ⅶ 精铣 Ø39㎜二孔端面。
工序Ⅷ 钻、扩、粗铰、精铰两个Ø39㎜孔至图样尺寸并锪倒角 2×45°。
工序Ⅸ 钻M8㎜底孔Ø6.7㎜，倒角120°。 工序Ⅹ 攻螺纹M8㎜，Rc18。 工序Ⅺ 冲箭头。 工序Ⅻ 检查。 2. 工艺路线方案二
工序Ⅰ 粗铣 Ø39㎜二孔端面。 工序Ⅱ 精铣 Ø39㎜二孔端面。 工序Ⅲ 钻 Ø39㎜二孔。（不到尺寸） 工序Ⅳ 镗Ø39㎜二孔。（不到尺寸）
工序Ⅴ 精铣 Ø39㎜二孔，倒角 2×45°。
工序Ⅵ 车外圆Ø62㎜，Ø60㎜，车螺纹M60×1㎜。 工序Ⅶ 钻、镗孔Ø43㎜，并锪沉头孔Ø55㎜。 工序Ⅷ 倒角 5×30°。 工序Ⅸ 钻Rc18底孔。
工序Ⅹ 拉花键孔。
工序Ⅺ 钻M8㎜底孔Ø6.7㎜，倒角120°。 工序Ⅻ 螺纹M8㎜，Rc18。 工序ⅩⅢ 冲箭头。 工序ⅩⅣ 检查。
3. 工艺方案的比较与分析
上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工以花键孔为中心的一组表面，然后以此为基面加工Ø39㎜二孔；而方案二则与此相反，先是加工Ø39㎜孔，然后再以此二孔为基准加工花键孔及其外表面。两相比较可以看出，先加工花键孔后再以花键孔定位加工Ø39㎜二孔，这时的位置精度较易保证，并且定位及装夹都比较方便。但方案一中的工序Ⅷ虽然代替了方案二中的工序Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，减少了装夹次数，但在一道工序中要完成这么多工作，除了选用专门设计的组合机床（但在成批生产时，在能保证加工精度的情况下，应尽量不选用专用组合机床）外，只能选用转塔车床，利用转塔头进行加工。而转塔车床目前大多选、用于粗加工，用来在此处加工Ø39㎜二孔是不合适的，因此决定将方案二中的工序Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ移入方案一，改为两道工序加工。具体工艺过程如下：
工序Ⅰ 车外圆Ø62㎜，Ø60㎜，车螺纹M60×1㎜。粗基准的选择如前所述。
工序Ⅱ 两次钻孔并扩钻花键底孔Ø43㎜，锪沉头孔Ø55㎜，以Ø62㎜外圆为定位基准。 工序Ⅲ 倒角5×30˚。
工序Ⅳ 钻Rc18锥螺纹底孔。 工序Ⅴ 拉花键孔。
工序Ⅵ 粗铣 Ø39㎜二孔端面，以花键孔及其端面为基准。 工序Ⅶ 精铣 Ø39㎜二孔端面。
工序Ⅷ 钻孔两次并扩孔Ø39㎜。孔至图样尺寸并锪倒角 2×45°。 工序Ⅸ 精镗并细镗 Ø39㎜二孔，倒角 2×45°。工序Ⅵ、Ⅷ、Ⅸ的定 位基准均与工序Ⅳ相同。
工序Ⅹ 钻M8㎜底孔Ø6.7㎜，倒角120°。 工序Ⅺ 攻螺纹M8㎜，Rc18。 工序Ⅻ 冲箭头。 工序ⅩⅢ 检查。
以上加工方案大致看来还是合理的。但通过仔细考虑零件的技术要求Ø以及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，主要表现在Ø39㎜两个孔其端面加工要求上。图样规定：Ø39㎜二孔中心线应与Ø55㎜花键孔垂直，垂直度公差为100:0.2；Ø39㎜二孔与其外端面应垂直，垂直度公差为0.1㎜。由此可以看出：因为Ø39㎜二孔的中心线要求与Ø55㎜花键孔中心线相垂直，因此，加工及测量Ø39㎜孔时应以花键孔为基准。这样做，能保证设计基准与工艺基准相重合。在上述工艺路线制订中也是这样做了的。同理，Ø39㎜二孔与其外端面的垂直度（0.1㎜）的技术要求在加工与测量时也应遵循上述原则。但在已制订的工艺路线中没有这样做：Ø39㎜孔加工时，以Ø55㎜花键孔定位（这是正确的）；而Ø39㎜孔的外端面加工时，也是以Ø55㎜定位的。这样做，从装夹上看似乎比较方便，但却违反了基准重合的原则，造成了不必要的基准不重合误差。具体来说，当Ø39㎜二孔的外端面以花键孔为基准加工时，如果两个端面与花键孔中心线已保证绝对平行的话（这是很难的）。那么由于种种原因Ø39㎜二孔中心线与花键孔仍有100:0.2的垂直度公差，则Ø39㎜孔与其外端面的垂直度误差就会很大，甚至会造成超差而报废。这就是由于基准不重合而造成的恶果。为了解决这个问题，原有的加工路线可仍大致保持不变，只是在Ø39㎜二孔加工完了以后，再增加一道工序：以Ø39㎜孔为基准，磨Ø39㎜二孔外端面。这样做，可以修正由于基准不重合造成的加工误差，同时也照顾了原有的加工路线中装夹较方便的特点。因此，最后的加工路线确定如下 ： 工序Ⅰ 车端面及外圆Ø62㎜，Ø60㎜并车螺纹M60×1㎜。以两个叉耳外轮廓及Ø62㎜外圆为粗基准，选用C620-1我式车床并加专用夹具。
工序Ⅱ 钻、扩花键孔Ø43㎜，并锪沉头孔Ø55㎜。以Ø62㎜外圆为基准，选用C365L 转塔车床。
工序Ⅲ 内花键孔5×30˚倒角。选用C620-1车床加专用夹具。
工序Ⅳ 钻锥螺纹Rc18底孔。选用Z525立式钻床及专用钻模。这里安排钻Rc18底孔主要是为了下道工序拉花键孔时为消除回转自由度而设置的一个定位基准。本工序以花键内底孔定位，并利用叉部外轮廓消除回转自由度。
工序Ⅴ 拉花键孔。利用花键内底孔、Ø55㎜端面及Rc18锥螺纹底孔定位，选用L6120卧式拉床加工。
工序Ⅵ 粗铣 Ø39㎜二孔端面，以花键孔定位，选用X63卧式铣床加工。
工序Ⅶ 钻、扩 Ø39㎜二孔及倒角。以花键孔及端面定位，选用Z535立式钻床加工。 工序Ⅷ 精、细镗Ø39㎜二孔。选用T740型卧式金刚镗床及专用夹具加 工以花键内孔及其端面定位。
工序Ⅸ 磨Ø39㎜二孔端面，保证尺寸㎜，以Ø39㎜孔及花键孔定 位，选用M7130平面磨床及专用夹具加工。
工序Ⅹ 钻叉部四个M8㎜螺纹底孔并倒角。选用Z525立式钻床及专用夹具加工，以花键孔及孔Ø39㎜定位。
工序Ⅺ 攻螺纹4-M8㎜及Rc18。 工序Ⅻ 冲箭头。 工序ⅩⅢ 检查。
以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程卡片”。
三 、夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
经过与指导老师协商，决定设计第Ⅵ道工序——粗铣Ø 39mm 二孔端面的铣床夹具。本夹具将用于X63式铣床。刀具为两把高速钢镶齿三面刃铣床，对工作的两个端面同时进行加工。
（一）问题的提出
本夹具主要用来粗铣Ø39mm二孔的两个端面，这两个端面对￠39㎜孔及花键都有一定的技术要求。但加工本道工序时，Ø39㎜孔尚未加工，而且这两个端面在工序Ⅸ还要进行磨加工。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产试验率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。
（二）夹具设计 1. 定位基准的选择
由零件图可知，Ø 39m 二孔端而应对花键孔中心线有平行度及对称度要求，其设计基准为花键孔中心线。为了使位误差为零，应该选择以花键定位的自动定心夹具。但这种自动定心夹具在结构上将过于复杂，因此这里只选用以花键孔定位的自动定心夹具。但这种自动定心夹具在结构上将过于复杂，因此这里选用以花键孔为主要定位基面。
为了提高加工效率，现决定用两把镶齿三面刃铣刀对两个Ø39㎜孔端面同时进行加工。同时，为了缩短辅助时间，准备采用气动夹紧。
2. 切削力及夹紧力计算
刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，Ø225㎜，Z=20
（见《切削手册》表3.28）
其中： =650， =3.1㎜， =1.0， =0.08㎜， =0.72， =40㎜，（在加工面上测量的近似值） =0.86， =225㎜， =0.86， =0 , z=20
∴ F= =1456(N) 当用两把刀铣削时， =2F=2912(N) 水平分力： =1.1=32.3(N) 垂直分力： =0.3=873(N)
在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数K=。 其中：为基本安全系数1.5；
为加工性质系数1.1；
为刀具钝化系数1.1；
为断续切削系数1.1。
∴ =K=1.5×1.1×1.1×1.1×3203=6395（N ）
选用气缸一斜一斜楔夹紧机构，楔角a=10˚，其结构形式选用Ⅳ型，则扩力比i=3.42。 为克服水平切削力，实际加紧力N 应力 N （ +）=K
∴ N=
其中及为夹具定位面及加紧面上的摩擦系数， = =0.25。则
N==12790（N ）
气缸选用Ø100㎜。当压缩空气单位压力P=0.5Mpa时，气缸推力为390N 。由于已知斜楔机构的扩力比i
=3.42，故由气缸产生的实际夹紧力为
=3900i=3900×3.42=13338(N)
此时N 气已大于所需的12790的夹紧力，故本夹具可安全工作。
3. 定位误差分析
（1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一花键轴，该定位花键轴的尺寸与公差现规定为本零件在工作时与其相配花键的尺寸相同，即16×43H11×50H8×5H10㎜。
（2）零件图样规定Ø50㎜花键孔键槽宽中心线与Ø㎜两孔中心线转角公差为2˚。由于Ø39㎜孔中心线应与其外端面垂直，故要求Ø39㎜二孔端面之垂线应与Ø50㎜花键槽宽中心线角公差为2º。此项技术要求主要应由花键槽宽配合中的侧向间隙保证。
已知花键孔键槽宽为㎜，夹具中定位花键轴键宽为5㎜，因此当零件安装在夹具中时，键槽处的最大侧向间隙为
△=0.048-(-0.065)=0.113(㎜)
由此而引起的零件最大转角a 为 tga==0.00452 所以 a=0.258˚
即最大侧隙能满足零件的精度要求.
（3）计算Ø39㎜二孔外端面铣加工后与花键孔中心线的最大平行度误差。 零件花键孔与定位心轴外径的最大间隙为：
=0.048-（-0.083）=0.131（㎜）
当定位花键轴的长度取100㎜时，则由上述间隙引起的最大倾角为0.131100。此即为由于定位问题而引起的Ø39㎜孔端面对花键孔中心线的最大平行度误差。由于Ø39㎜孔外端面以后还要进行磨削加工，故上述下平行度误差值可以允许。
4. 夹具设计及操作的简单说明
如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径。本道工序的铣床夹具就选择了气动夹紧方式。本工序由于是粗加工。因此，应首先设法降低切削力。目前采取的措施有三：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择一种比较理想的斜楔夹紧机构，尽量增加该夹紧机构的扩力比；三是在可能的情况下，适当提高压缩空气的工作压力（由0.4Mpa 增至0.5Mpa ），以增加气缸推力。结果，本来具总的感觉还比较紧凑。
夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。 零件图
附表1 机械加工工艺过程综合卡片
《加工工艺及夹具设计》毕业设计任务书
(Machinery Manufacturing Planning and Fixture Design)
系 别 机械工程系 专 业 机制、模具、机电、数控 班 级 姓 名 同组学生姓名 课程设计题目 一、设计的目的和要求 (一) 设计目的
机械制造工艺及夹具设计课程设计是在学完了机械制造工艺及夹具设计，进行了生产实习之后进行的下一个教学环节。它一方面要求学生在设计中能初步学会综合应用过去所学过的全部课程，另外也为搞好毕业设计做一次综合训练。学生应当通过机械制造工艺及夹具设计课程设计在下述各方面得到锻炼：
1． 能熟练运用机械制造工艺及夹具设计课程中的基本理论，正确地解决一个零件在加工中的
定位，夹紧以及工艺路线合理安排等问题，保证零件的加工质量。
2． 提高结构设计能力。学生通过设计夹具的训练，应当掌握如何根据被加工零件的加工要求，
设计出高效、省力、既经济合理，又能保证加工质量的夹具来。
3． 学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称出处，能够做到熟练应用。 (二) 设计的要求
机械制造工艺及夹具设计课程设计题目一律定为：制订xx 零件的机械加工工艺。生产纲领为中批或大批生产。
设计的要求包括如下几个部分：
1．零件——毛坯合图 一张 2．机械加工工艺过程卡片 一套
3．夹具装配总图 一张 4．夹具零件图 一张 5．课程设计说明书 一份 课程设计题目由指导老师选定发给学生。
二、设计内容及步骤 1． 对零件进行工艺分析
学生得到设计题目之后，应首先对零件进行工艺分析，其主要内容包括： （1）零件的作用及零件图上技术要求进行分析。
（2）对零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面光洁度及设计基准等进行分析。 （3）零件的材质，热处理及工艺性进行分析。 2．选择毛坯的制造方式
毛坯的选择应该以生产批量的大小，非加工表面的技术要求以及零件的复杂程度、技术要求的高低等几方面综合考虑。在通常情况下，应主要以生产性质来决定。正确的选择毛坯制造方式，可以使得整个工艺过程经济合理。 3．零件的机械加工工艺路线。
（1）制订工艺路线。在对零件进行分析的基础上，制定零件的工艺路线。对于比较复杂的零件，可以先考虑几个加工方案，分析比较后，在从中选择比较合理的加工方案。
（2）选择定位基准，进行必要的工序尺寸计算。当某工序定位基准，与设计基准不符时，需对它的工序尺寸进行换算。
（3）选择机床及工、夹、量、刃具。机床设备的选用应当既要保证加工质量，又要经济合理。在成批生产的条件下，一般采用通用机床和专用工夹具。 （4）加工余量及工序尺寸与公差的确定。
根据工艺路线的安排，首先应确定一个加工表面的各工序加工余量，其工序尺寸公差按经济精度确定，一个表面的总加工余量则为该表面各工序间加工余量之和。 （5）切削用量的确定。
在机床、刀具、加工余量等确定的基础上，要求学生用公式计算一～二道工序的切削用量，
其余各工序的切削用量可由上述手册中查得。 （6）画毛坯图。
在加工余量确定的基础上画毛坯图，要求毛坯轮廓用粗实线条绘制，零件的实体尺寸用双点划线绘出。比例取1：1，同时应在图上表出毛坯的尺寸、公差，技术要求，毛坯制造的分模面、圆角半径和拔模斜度等
（7）绘制零件的机械加工工艺卡片。
将前述各项内容及各工序简图，一并填入规定的工序卡片上。
4．工艺装备的结构设计
要求学生在课程设计中设计加工给定零件所必须的夹具1～2套。具体的设计内容可根据加工需要由学生本人提出并经指导教师同意后确定。
结构设计的具体步骤如下：
（1）确定设计方案，绘制结构原理示意图。
学生在确定夹具设计方案时应当遵循的原则是：确保加工质量，结构尽量简单，操作省力高效，制造成本低廉。这四条原则如果单独拿出来分析，有些是互相矛盾的，而设计者的任务，就是要在设计的实践中，综合上述四条，通盘考虑，灵活运用所学知识，结合实际情况，注意分析研究，考虑互相制约的各种因素，确定最合理的设计方案。 （2）选择定位元件，计算定位误差。
按照加工精度的高低，需要消除不定度的数目以及粗精加工的需要，按有关标准正确的选择定位元件。
选择好定位元件之后，还应对定位误差进行计算。计算结果如超差时，需要改变定位方法，以减少定位误差，提高加工精度。有时甚至要从根本上改变工艺路线的安排，以保证零件的加工能顺利进行。
（3）计算所需的夹紧力，设计夹紧机构。
为了保证零件装夹的安全可靠，实际所需的夹紧力应比理论夹紧力要大，即应对理论夹紧力要以安全系数K 。K 的大小可由有关手册中查得，一般K=1.5～2.5。
应该指出，由于加工方法，切削刀具以及装夹方式千差万别，夹紧力的计算在有些情况下是没有现成的公式可以套用的，所以需要同学根据过去所学的理论进行分析研究，以决定合理的计算方法。
夹紧机构的功用就是将动力源的力正确、有效地施加到工件上来。同学们可以根据具体情况，选择并设计杠杆、螺旋、偏心、绞链„„等不同的夹紧机构，并配合手动、气动和液动的动力源，将夹具的设计工作逐步完善起来。 （4）画夹具装配图。
要求按比例1：1的比例画夹具装配图。被加工零件在夹具上的位置，要用双点划线表示，夹紧机构应处于“夹紧”的位置上。
a) 注意投影选择，应当用最少的投影将夹具的结构完全清楚的表达出来。因此在画图之前，应当仔细考虑各視图的配置与安排。
b) 所设计的夹具，不但机构要合理，结构也应当合理。否则会影响工作甚至不能工作。
c) 要保证夹具与机床的相对位置及刀具与夹具的相对位置的正确性。即夹具上应具备定位键及对刀装置，这可在有关夹具设计手册中得。
d) 运动部件的运动灵活，不能蹩劲和卡死。回转工作台或回转定位部件应有锁紧装置，不能在工作中自动松脱。
e) 夹具的装配工艺性和夹具零件（尤其是夹具体）的可加工性要好。 f) 夹具的运动零部件要有润滑装置，排屑要方便。
g) 零件的选材，尺寸公差的标注以及总装技术要求要合理。为便于审查零件的加工工艺性及夹具的装配工艺性，从教学要求出发，所有零部件不采用简化法绘制。
学生在完成上述全部工作内容后，应将前述全部工作内容依先后顺序写成设计说明书一份。要求字迹工整，语言简练，文字通顺。说明书应以十六开纸书写，四周留有边框，并装订成册。
三、进度安排
按教学计划规定，机械制造工艺及夹具设计课程设计总学时数为2周，其进度及时间大致分配
参考文献
[1] 赵家齐等. 机械制造工艺学课程设计指导书. 北京：机械工业出版社，1987 [2] 王小华. 机床夹具图册. 北京：机械工业出版社，2004 [3] 吴圣庄. 金属切削机床概论. 北京：机械工业出版社，1993 [4] 王先逵. 机械制造工艺学. 北京：机械工业出版社，2002
[5] 徐鸿本. 机床夹具设计手册. 沈阳：辽宁科学技术出版社，2004.3 [6] 王伯平. 互换性与测量技术. 北京：机械工业出版社，2004.4
范例1 设计任务书
机械制造工艺及夹具设计课程设计任务书
题目：设计犁刀变速齿轮箱体零件的机械加工工艺规程及钻N 面6孔工序的专用夹具 内容：（1）零件——毛坯合图 1张
（2）机械加工工艺规程卡片 1套 （3）夹具装配总图 1张 （4）夹具零件图 1张 （5）课程设计说明书 1份
原始资料：该零件图样一张；生产纲领6000件年；每日1班。
班 级 学 生 指 导 教师 教研室主任
200 年 月
一、零件的分析 （一）零件的作用
犁刀变速齿轮箱体是旋耕机的一个主要零件。旋耕机通过该零件的安装平面（即附图1零件图上的N 面）与手扶拖拉机变速箱的后部相连，用两圆柱销定位，四个螺栓固定，实现旋耕机的正确联接。N 面上的4-Φ13mm 孔即为螺栓联接孔，2-Φ10F9孔为定位销孔。
如图2-1所示，犁刀变速齿轮箱体2内有一个空套在犁刀传动轴上的犁刀传动齿轮5，它与变速箱的一倒档齿轮常啮合（图中未画出）。犁刀传动轴8的左端花键上套有啮合套4，通过拔叉可以轴向移动。啮合套4和犁刀传动齿轮5相对的一面都有牙嵌，牙嵌结合时，动力传给犁刀传动轴8。其操作过程通过安装在S Φ30H9孔中的操纵杆拔叉而得以实现。
6
8
9
12345
7
图2-1 犁刀变速齿轮箱传动示意图
1-左臂壳体 2-犁刀变速齿轮箱体 3-操纵杆 4-啮合套 5-犁刀传动齿轮
6-轴承 7-右臂壳体 8犁刀传动轴 9-链轮
（二）零件的工艺分析
由附图1得知，其材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。
该零件上的主要加工面为N 面、R 面、Q 面和2-Φ80H7孔。
N面的平面度0.05mm 直接影响旋耕机与拖拉机变速箱的接触精度及密封。
2-Φ80H7孔的尺寸精度、同轴度Φ0.04mm ，与N 面的平行度0.07mm ，与R 及Q 面的垂直度Φ0.1mm ，以及R 相对于Q 面的平行度0.055mm ，直接影响犁刀传动轴对N 面的平行度及犁刀传动齿轮
的啮合精度、左臂壳体及右臂壳体孔轴线的同轴度等。因此，在加工它们时，最好能在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来。
2-Φ10F9孔的尺寸精度、两孔距尺寸精度mm 以及mm 对R 面的平行度0.06mm ，影响旋耕机与变速箱联接时的正确定位，从而影响犁刀传动齿轮与变速箱倒档齿轮的啮合精度。 由参考文献[1]中有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。
A
A-A
C 向
附图1 犁刀变速齿轮箱体
二、确定毛坯、画毛坯—零件合图
根据零件材料确定毛坯为铸件。又由题目已知零件的生产纲领为6000件年。通过计算，该零件质量约为7kg 。由参考文献[5]表1-4、表1-3可知，其生产类型为大批生产。毛坯的铸造方法选用砂型机器造型，又由于箱体零件的内腔及2-Φ80mm 孔均需铸出，故还应安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。
参考文献[1]表2.3-6，该种铸件的尺寸公差等级CT 为8-10级，加工余量等级MA 为G 级。故取CT 为10级，MA 为G 级。
铸件的分型面选择通过C 基准孔轴线，且与R 面（或Q 面）平行的面。浇冒口位置分别位于C 基准孔凸台的两侧。
参考文献[1]表2.3-5，用查表法确定各表面的总余量如表2-1所示。
三、工艺规程设计
（一）定位基准的选择
精基准的选择：犁刀变速齿轮箱体的N 面和2-Φ10F9孔既是装配基准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现箱体零件“一面两孔”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，N 面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。
粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择箱体零件的重要孔（即2-Φ80mm 孔）的毛坯孔与箱体内壁作粗基准：第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，装入箱体内的旋转零件（如齿轮、轴套等）与箱体内壁有足够的间隙；此外还应能保证定位准确、夹紧可靠。
最先进行机械加工的表面是精基准N 面和2-Φ10F9孔，这时可有两种定位夹紧方案：
方案一 用一浮动圆锥销插入一Φ80mm 毛坯孔中限制二个自由度；用三个支承钉支承在与Q 面相距32mm 并平行于Q 面的毛坯上，限制三个自由度；再以N 面本身找正限制一个自由度。这种方案适合于大批量生产类型中，在加工N 面及其表面上各孔和凸台面极其各孔的自动线上采用随行夹具时用。
方案二 用一根两头带反锥形（一端的反锥可以取下，以便卸装工件）的心棒插入2-Φ80mm 毛坯孔中并加紧。粗加工N 面时。将心棒至于两头V 型架上限制四个自由度，再以N 面本身找正限制一个自由度。这种方案虽要安装一个心棒，但由于下一道工序（钻扩铰2-Φ10F9孔）还要用一根心棒定位，即将心棒至于两头的U 型槽中限制两各自由度，故本道工序可不用将心棒数量就少，因而该方案是可行的。 （二）制定工艺路线
根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度。确定各表面的加工方法如下：
N 面：粗车—精铣；R 面和Q 面：粗铣—精铣；凸台面：粗铣；2-Φ80mm 孔：粗镗—精镗；7级—9级精度饿未铸出孔：钻—扩—铰；螺纹孔；钻孔—攻螺纹。
因R 面和Q 面有较高的平行度要求，2-Φ80mm 孔较高的同轴度要求，故他们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来，以保证其精度。
根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将N 面、R 面、Q 面及2-Φ80mm 孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中又先加工N 面后在镗2-Φ80mm 孔。R 面及Q 面上的Φ8N8孔及4-M12螺纹孔等次要表面放在最后加工。
上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序有些问题还值得进一步讨论。
如粗车N 面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们的惯性较大，平衡较困难；又由于N 面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削，容易引起工艺系统的振动，故改用铣削加工。
工序40应在工序30前完成，使R 面和Q 面在粗加工后有较多的时间进行自然时效，减少工件受力变形和受热变形对2-Φ80mm 孔加工精度的影响。
精铣N 面后，N 面与2-
Φ10F9孔的垂直度误差难以通过精铰孔纠正，故对这两孔的加工改为扩铰，并在前面的工序中预留足够的余量。
4-Φ13mm 孔尽管是次要表面，但在钻扩铰2-Φ10F9孔时，也将4-Φ13mm 孔钻出，可以节约一台钻床和一套专用夹具，能降低生产成本，而且工时也不长。
同理，钻孔工序也应合并到扩铰球形孔工序中。这组孔在精镗孔后加工，容易保证其轴线与2-Φ80H7孔轴线的位置精度。
工序140中工步太多，工时太长，考虑到整个生产线的节拍，应将8-M12螺孔的攻螺纹作另一道工序。
工艺文件详见附表1、附表2。
四、夹具设计
本次设计的夹具为第20道工序 —— 钻扩铰2-Φ10F9孔、孔口倒角1×45°，钻4-Φ13mm 孔夹具。该夹具适用于Z3025摇臂钻。
1. 确定设计方案
这道工序所加工的孔均在N 面上，且与N 面垂直。按照基准重合原则并考虑到目前只有N 面经过加工，为避免重复使用粗基准，应以N 面定位。又为避免钻头引偏，4-Φ13mm 孔应从N 面钻孔，且2-Φ9F9孔是盲孔，也只能从N 面加工，这就要求钻孔时N 面必须朝上。这给装夹工件带来了一定的困难。
从对工件的结构形状分析，若工件以N 面朝下放置在支承板上，定位夹紧都比较稳定, 可靠，也容易实现。待夹紧后将夹具反转180°，N 面就能朝上，满足加工要求。这个翻转过程可以借助于标准的卧式回转工作台来实现。夹具以夹具体安装面和定位孔、定位销定位，用T 型槽螺栓连接。
工件以N 面在夹具上定位，限制了三个自由度，其余三个自由度也必须限制。用哪种方案合理呢？
方案1 在2- 80H7的B 孔内插入一削边销限制一个移动自由度；再以B 孔内侧面用两个支承钉限制一个移动自由度和一个转动自由度。这种定位方案从定位原理上分析是合理的，夹具结构也很简单。但由于B 孔和其内侧面均为毛坯面，又因结构原因，夹紧力不宜施加在这样的定位元件上，故工件定位面和定位元件之间很可能会接触不好，使定位不稳定。这个方案不宜采用。
方案2 见附图2，用一根两头带反锥形的心棒插入2-Φ80mm 毛坯孔中并夹紧。将心棒两端的轴颈放入两U 形槽中定位，限制一个移动自由度和一转动自由度。此外以2-80Φ毛坯孔的两内侧面在自定心结构上定位，限制一个移动自由度。这种方案定位可靠，夹紧也很方便，用一铰链压板压在工件R80mm 外圆上即可。
本道工序与前道粗铣N 面共用一根心棒，这根“随行心棒”在铣完N 后立即连同工件一同转入本道工序，其间不得重新卸装心棒，待本道工序加工完后，方可卸下心棒，否则将违背粗基准一般只用一次的原则而影响N 面各孔与2-Φ80mm 孔轴线的位置精度。
本道工序的夹具因要回转，若采用气动或液压夹紧，则气管或油管会妨碍操作，故选用手动夹紧，使夹具简单，操作方便。
技术要求
1.未铸造圆角R2-R3；
2.所有螺孔锪90°锥孔至螺纹外径；3.去毛刺、锐边倒钝；
4.热处理：时效180-200HBS；5.材料：HT200。
附图2 夹具体零件图
参考文献
1 李洪主编。机械加工工艺手册。北京：北京出版社，1990
2 孟少农主编。机械加工工艺手册 第一卷。北京：机械工业出版社，1991
3 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学编。机床夹具设计手册。上海科学技术出版社，1990
4 王绍俊主编。机械制造工艺设计手册。北京：机械工业出版社，1997 5 郑修本，冯冠大主编。机械制造工艺学。北京：机械工业出版社，1991 6 刘友才，肖继德主编。机床夹具设计。北京：机械工业出版社，1991
零件图
A
工艺过程卡
. 附表2 机械加工工序卡片
技术要求
1.未铸造圆角R2-R3；
2.所有螺孔锪90°锥孔至螺纹外径；3.去毛刺、锐边倒钝；
4.热处理：时效180-200HBS；5.材料：HT200。
范例2 设计任务书
课程设计举例
一、零件的分析
（一）零件的作用
题目所给定的零件是解放牌汽车底盘传动轴上的万向节滑动叉（见附图1），它位于传动轴的端部。主要作用一是传递扭矩，使汽车获得前进的动力；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同的状态时，由本零件可以调整传动轴的长短及其位置。零件的两个叉头部位上有两个Φ㎜的孔，用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万向联轴节的作用。零件Φ65㎜外圆内为Φ50㎜花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用于传递动力之用。
（二）零件的工艺分析
万向节滑动叉共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求。现分析如下： 1．以Φ39㎜孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：两个Φ㎜的孔及其倒角，尺寸为㎜的与两个孔Φ㎜相垂直的平面，还有在平面上的四个M8螺孔。其中，主要加工表面为Φ㎜的两用个孔。
2．以Φ50㎜花键孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：Φ50㎜十六齿方齿花键孔，Φ55㎜阶梯孔，以及Φ65㎜外圆表面和M60×1㎜的外螺纹表面。
这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：
（1）Φ50㎜花键孔与Φ㎜二孔中心联线的垂直度公差为100:0.2；
（2）Φ39㎜二孔外端面对Φ39㎜孔垂直度公差为0.1㎜；
（3）Φ50㎜花键槽宽中心线与Φ39㎜中心线偏转角度公差为2˚。
由以上分析可知， 对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用加具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。
二、工艺规程设计
（一）确定毛坯的制造形式
零件材料为45钢。考虑到汽车在运行中要经常加速及正、反向行驶，零件在工作过程中则经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量为4000件，已达大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。
（二）基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
（1）粗基准的选择。对于一般的轴类零件而言，以外圆作为基准是完全合理的。但对本零件来说，如果以Ø65㎜外圆（或Ø62㎜外圆）表面作基准（四点定位），则可能造成这一组内外圆柱表面与零件的叉部外形不对称。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不同加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工表面时，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为粗基准），现选取叉部两个Ø㎜孔的不加工外轮廓表面作为基准，利用一组共两个短V 形块支承这两个Ø㎜外圆轮廓作主要定位面，以消除四个自由度，再用一对自动定心的窄口卡爪，夹持在Ø65㎜外圆柱面上，用以消除两个自由度，达到完全定位。
（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。
（三）制订工艺路线
制订工艺路线的出发点，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生产的条件下，可以考虑采用万能性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，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
1. 工艺路线方案一
工序Ⅰ 车外圆Ø62㎜，Ø60㎜，车螺纹M60×1㎜。
工序Ⅱ 两次钻孔并扩钻花键底孔Ø43㎜，锪沉头孔Ø55㎜。 工序Ⅲ 倒角5×30˚。 工序Ⅳ 钻Rc18底孔。 工序Ⅴ 拉花键孔。
工序Ⅵ 粗铣 Ø39㎜二孔端面。 工序Ⅶ 精铣 Ø39㎜二孔端面。
工序Ⅷ 钻、扩、粗铰、精铰两个Ø39㎜孔至图样尺寸并锪倒角 2×45°。
工序Ⅸ 钻M8㎜底孔Ø6.7㎜，倒角120°。 工序Ⅹ 攻螺纹M8㎜，Rc18。 工序Ⅺ 冲箭头。 工序Ⅻ 检查。 2. 工艺路线方案二
工序Ⅰ 粗铣 Ø39㎜二孔端面。 工序Ⅱ 精铣 Ø39㎜二孔端面。 工序Ⅲ 钻 Ø39㎜二孔。（不到尺寸） 工序Ⅳ 镗Ø39㎜二孔。（不到尺寸）
工序Ⅴ 精铣 Ø39㎜二孔，倒角 2×45°。
工序Ⅵ 车外圆Ø62㎜，Ø60㎜，车螺纹M60×1㎜。 工序Ⅶ 钻、镗孔Ø43㎜，并锪沉头孔Ø55㎜。 工序Ⅷ 倒角 5×30°。 工序Ⅸ 钻Rc18底孔。
工序Ⅹ 拉花键孔。
工序Ⅺ 钻M8㎜底孔Ø6.7㎜，倒角120°。 工序Ⅻ 螺纹M8㎜，Rc18。 工序ⅩⅢ 冲箭头。 工序ⅩⅣ 检查。
3. 工艺方案的比较与分析
上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工以花键孔为中心的一组表面，然后以此为基面加工Ø39㎜二孔；而方案二则与此相反，先是加工Ø39㎜孔，然后再以此二孔为基准加工花键孔及其外表面。两相比较可以看出，先加工花键孔后再以花键孔定位加工Ø39㎜二孔，这时的位置精度较易保证，并且定位及装夹都比较方便。但方案一中的工序Ⅷ虽然代替了方案二中的工序Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，减少了装夹次数，但在一道工序中要完成这么多工作，除了选用专门设计的组合机床（但在成批生产时，在能保证加工精度的情况下，应尽量不选用专用组合机床）外，只能选用转塔车床，利用转塔头进行加工。而转塔车床目前大多选、用于粗加工，用来在此处加工Ø39㎜二孔是不合适的，因此决定将方案二中的工序Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ移入方案一，改为两道工序加工。具体工艺过程如下：
工序Ⅰ 车外圆Ø62㎜，Ø60㎜，车螺纹M60×1㎜。粗基准的选择如前所述。
工序Ⅱ 两次钻孔并扩钻花键底孔Ø43㎜，锪沉头孔Ø55㎜，以Ø62㎜外圆为定位基准。 工序Ⅲ 倒角5×30˚。
工序Ⅳ 钻Rc18锥螺纹底孔。 工序Ⅴ 拉花键孔。
工序Ⅵ 粗铣 Ø39㎜二孔端面，以花键孔及其端面为基准。 工序Ⅶ 精铣 Ø39㎜二孔端面。
工序Ⅷ 钻孔两次并扩孔Ø39㎜。孔至图样尺寸并锪倒角 2×45°。 工序Ⅸ 精镗并细镗 Ø39㎜二孔，倒角 2×45°。工序Ⅵ、Ⅷ、Ⅸ的定 位基准均与工序Ⅳ相同。
工序Ⅹ 钻M8㎜底孔Ø6.7㎜，倒角120°。 工序Ⅺ 攻螺纹M8㎜，Rc18。 工序Ⅻ 冲箭头。 工序ⅩⅢ 检查。
以上加工方案大致看来还是合理的。但通过仔细考虑零件的技术要求Ø以及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，主要表现在Ø39㎜两个孔其端面加工要求上。图样规定：Ø39㎜二孔中心线应与Ø55㎜花键孔垂直，垂直度公差为100:0.2；Ø39㎜二孔与其外端面应垂直，垂直度公差为0.1㎜。由此可以看出：因为Ø39㎜二孔的中心线要求与Ø55㎜花键孔中心线相垂直，因此，加工及测量Ø39㎜孔时应以花键孔为基准。这样做，能保证设计基准与工艺基准相重合。在上述工艺路线制订中也是这样做了的。同理，Ø39㎜二孔与其外端面的垂直度（0.1㎜）的技术要求在加工与测量时也应遵循上述原则。但在已制订的工艺路线中没有这样做：Ø39㎜孔加工时，以Ø55㎜花键孔定位（这是正确的）；而Ø39㎜孔的外端面加工时，也是以Ø55㎜定位的。这样做，从装夹上看似乎比较方便，但却违反了基准重合的原则，造成了不必要的基准不重合误差。具体来说，当Ø39㎜二孔的外端面以花键孔为基准加工时，如果两个端面与花键孔中心线已保证绝对平行的话（这是很难的）。那么由于种种原因Ø39㎜二孔中心线与花键孔仍有100:0.2的垂直度公差，则Ø39㎜孔与其外端面的垂直度误差就会很大，甚至会造成超差而报废。这就是由于基准不重合而造成的恶果。为了解决这个问题，原有的加工路线可仍大致保持不变，只是在Ø39㎜二孔加工完了以后，再增加一道工序：以Ø39㎜孔为基准，磨Ø39㎜二孔外端面。这样做，可以修正由于基准不重合造成的加工误差，同时也照顾了原有的加工路线中装夹较方便的特点。因此，最后的加工路线确定如下 ： 工序Ⅰ 车端面及外圆Ø62㎜，Ø60㎜并车螺纹M60×1㎜。以两个叉耳外轮廓及Ø62㎜外圆为粗基准，选用C620-1我式车床并加专用夹具。
工序Ⅱ 钻、扩花键孔Ø43㎜，并锪沉头孔Ø55㎜。以Ø62㎜外圆为基准，选用C365L 转塔车床。
工序Ⅲ 内花键孔5×30˚倒角。选用C620-1车床加专用夹具。
工序Ⅳ 钻锥螺纹Rc18底孔。选用Z525立式钻床及专用钻模。这里安排钻Rc18底孔主要是为了下道工序拉花键孔时为消除回转自由度而设置的一个定位基准。本工序以花键内底孔定位，并利用叉部外轮廓消除回转自由度。
工序Ⅴ 拉花键孔。利用花键内底孔、Ø55㎜端面及Rc18锥螺纹底孔定位，选用L6120卧式拉床加工。
工序Ⅵ 粗铣 Ø39㎜二孔端面，以花键孔定位，选用X63卧式铣床加工。
工序Ⅶ 钻、扩 Ø39㎜二孔及倒角。以花键孔及端面定位，选用Z535立式钻床加工。 工序Ⅷ 精、细镗Ø39㎜二孔。选用T740型卧式金刚镗床及专用夹具加 工以花键内孔及其端面定位。
工序Ⅸ 磨Ø39㎜二孔端面，保证尺寸㎜，以Ø39㎜孔及花键孔定 位，选用M7130平面磨床及专用夹具加工。
工序Ⅹ 钻叉部四个M8㎜螺纹底孔并倒角。选用Z525立式钻床及专用夹具加工，以花键孔及孔Ø39㎜定位。
工序Ⅺ 攻螺纹4-M8㎜及Rc18。 工序Ⅻ 冲箭头。 工序ⅩⅢ 检查。
以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程卡片”。
三 、夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
经过与指导老师协商，决定设计第Ⅵ道工序——粗铣Ø 39mm 二孔端面的铣床夹具。本夹具将用于X63式铣床。刀具为两把高速钢镶齿三面刃铣床，对工作的两个端面同时进行加工。
（一）问题的提出
本夹具主要用来粗铣Ø39mm二孔的两个端面，这两个端面对￠39㎜孔及花键都有一定的技术要求。但加工本道工序时，Ø39㎜孔尚未加工，而且这两个端面在工序Ⅸ还要进行磨加工。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产试验率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。
（二）夹具设计 1. 定位基准的选择
由零件图可知，Ø 39m 二孔端而应对花键孔中心线有平行度及对称度要求，其设计基准为花键孔中心线。为了使位误差为零，应该选择以花键定位的自动定心夹具。但这种自动定心夹具在结构上将过于复杂，因此这里只选用以花键孔定位的自动定心夹具。但这种自动定心夹具在结构上将过于复杂，因此这里选用以花键孔为主要定位基面。
为了提高加工效率，现决定用两把镶齿三面刃铣刀对两个Ø39㎜孔端面同时进行加工。同时，为了缩短辅助时间，准备采用气动夹紧。
2. 切削力及夹紧力计算
刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，Ø225㎜，Z=20
（见《切削手册》表3.28）
其中： =650， =3.1㎜， =1.0， =0.08㎜， =0.72， =40㎜，（在加工面上测量的近似值） =0.86， =225㎜， =0.86， =0 , z=20
∴ F= =1456(N) 当用两把刀铣削时， =2F=2912(N) 水平分力： =1.1=32.3(N) 垂直分力： =0.3=873(N)
在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数K=。 其中：为基本安全系数1.5；
为加工性质系数1.1；
为刀具钝化系数1.1；
为断续切削系数1.1。
∴ =K=1.5×1.1×1.1×1.1×3203=6395（N ）
选用气缸一斜一斜楔夹紧机构，楔角a=10˚，其结构形式选用Ⅳ型，则扩力比i=3.42。 为克服水平切削力，实际加紧力N 应力 N （ +）=K
∴ N=
其中及为夹具定位面及加紧面上的摩擦系数， = =0.25。则
N==12790（N ）
气缸选用Ø100㎜。当压缩空气单位压力P=0.5Mpa时，气缸推力为390N 。由于已知斜楔机构的扩力比i
=3.42，故由气缸产生的实际夹紧力为
=3900i=3900×3.42=13338(N)
此时N 气已大于所需的12790的夹紧力，故本夹具可安全工作。
3. 定位误差分析
（1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一花键轴，该定位花键轴的尺寸与公差现规定为本零件在工作时与其相配花键的尺寸相同，即16×43H11×50H8×5H10㎜。
（2）零件图样规定Ø50㎜花键孔键槽宽中心线与Ø㎜两孔中心线转角公差为2˚。由于Ø39㎜孔中心线应与其外端面垂直，故要求Ø39㎜二孔端面之垂线应与Ø50㎜花键槽宽中心线角公差为2º。此项技术要求主要应由花键槽宽配合中的侧向间隙保证。
已知花键孔键槽宽为㎜，夹具中定位花键轴键宽为5㎜，因此当零件安装在夹具中时，键槽处的最大侧向间隙为
△=0.048-(-0.065)=0.113(㎜)
由此而引起的零件最大转角a 为 tga==0.00452 所以 a=0.258˚
即最大侧隙能满足零件的精度要求.
（3）计算Ø39㎜二孔外端面铣加工后与花键孔中心线的最大平行度误差。 零件花键孔与定位心轴外径的最大间隙为：
=0.048-（-0.083）=0.131（㎜）
当定位花键轴的长度取100㎜时，则由上述间隙引起的最大倾角为0.131100。此即为由于定位问题而引起的Ø39㎜孔端面对花键孔中心线的最大平行度误差。由于Ø39㎜孔外端面以后还要进行磨削加工，故上述下平行度误差值可以允许。
4. 夹具设计及操作的简单说明
如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径。本道工序的铣床夹具就选择了气动夹紧方式。本工序由于是粗加工。因此，应首先设法降低切削力。目前采取的措施有三：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择一种比较理想的斜楔夹紧机构，尽量增加该夹紧机构的扩力比；三是在可能的情况下，适当提高压缩空气的工作压力（由0.4Mpa 增至0.5Mpa ），以增加气缸推力。结果，本来具总的感觉还比较紧凑。
夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。 零件图
附表1 机械加工工艺过程综合卡片