目 录
前言……………………………………………………………………………………2
一、零件的分析 …………………………………………………………………2
（一）零件的作用及技术要求 …………………………………………………2
（二）零件的工艺性分析 ………………………………………………………2
二、工艺规程设计…………………………………………………………………3
（一）确定毛坯的制造形式 ……………………………………………………3
（二）基面的选择 ………………………………………………………………3
（三）制订工艺路线 ……………………………………………………………3
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯确定 …………………………………5
（五）选择机床设备及工艺装备 ………………………………………………6
（六）确定切削用量及基本工时 ………………………………………………6
工序Ⅰ 锻造…………………………………………………………………6
工序Ⅱ 热处理：正火处理…………………………………………………6
工序Ⅲ 车钻：车端面、钻ZX孔 ………………………………………6
工序Ⅳ 粗车：Φ50h8外圆…………………………………………………7
工序Ⅴ 热处理：调质HB255-302 …………………………………………8
工序Ⅵ 半精车：端面及外圆并倒角2x45°………………………………8
工序Ⅶ 钻孔：Φ8.5mm，并倒角1x45° …………………………………9
工序Ⅷ 热处理：淬火 ……………………………………………………10
工序Ⅸ 粗磨：外圆Φ50h8…………………………………………………10
工序Ⅹ 钻孔：Φ5mm，坑配作……………………………………………10
工序Ⅺ 铣：Φ27半圆槽 …………………………………………………11
工序Ⅻ 精磨：Φ50h8外圆 ………………………………………………11
工序Ⅷ 探伤检查 ………………………………………………………12
三、铣床夹具设计 ………………………………………………………………13
1、定位方案……………………………………………………………………13
2、夹紧方案……………………………………………………………………14
3、夹具体与定位键……………………………………………………………14
4、夹具总图上的尺寸、公差和技术要求……………………………………15
5、加工精度分析………………………………………………………………15
6、钻削力计算…………………………………………………………………17
四、设计心得体会 ………………………………………………………………18
五、参考文献………………………………………………………………………19
序言
机械加工工艺设计是在学完了机械制造技术和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性学习环节。这次设计使我们能综合运用机械制造技术中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这个典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后从事的工作打下了良好的基础。
就个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的训练，希望在设计中能锻炼自己分析问题、解决问题的能力。
由于能力所限，经验不足设计尚有许多不足之处，希望各位老师给予指教。
一、零件的分析
（一）零件的作用及技术要求
1零件的结构
配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照发动机的作功次序和每一缸的工作循环的要求，适时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。一般由凸轮轴、气门推杆、挺柱、气门摇臂、摇臂控制轴、气门导管以及气门等部件构成。
摇臂轴是一空心圆轴，用数个支座安装在气缸盖上，摇臂套装在摇臂轴上，并能在轴上作圆弧摆动。轴内孔与主油道相通，供给配气机构润滑油。
2主要技术要求
零件图上主要的技术要求为：
1）摇臂轴调质硬度为HB255-302；B表面淬火硬度HRC55-60，硬化深度1-1.5mm；
2）探伤检查。
（二）零件的工艺性分析
摇臂轴这个零件从零件图上可以看出，它一共有以下5组加工面，如下：
1.两端面：保证尺寸250mm，表面粗糙度为Ra6.3μm。
2.一个Φ8.5mm的孔及其倒角。
3.Φ50mm的外圆表面，表面粗糙度为Ra0.8μm及倒角。
4.两个垂直且通过ZX轴线的Φ5mm的孔及倒角。
5.两个Φ27mm的半圆槽，垂直于Φ5mm和工件ZX轴确定的平面，表面粗糙度Ra6.3μm。
两个Φ5mm的孔之间有着一定的位置要求，一个Φ5mm孔和基准端面有着一定的位置要求，我们可以用专用夹进行加工两孔，并保证他们之间的位置精度。两孔轴线的距离大小误差为±0.2mm，其中一孔轴线与基准端面误差为±0.2mm，铣的半圆槽ZX轴之间及其中一槽ZX轴线与基准端面距离误差为±0.1mm，因此应该注意验证轴线间的距离误差。
二、工艺规程设计
（一）确定毛坯的制造形式
零件材料为42CrMo，考虑到摇臂轴在应用过程中经常承受交变和冲击性载荷，因此选用锻件，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件采用单件大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，可以采用模锻成型，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，可以是加工质量得到保证，生产率得以提高。否则不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。
由于零件图所示的摇臂轴上多数尺寸及形位公差以Φ50h8外圆面及其端面为设计基准，因此必须首先将工件外圆面及其端面加工好，为后续工序准备基准。根据粗、精基准选择的原则，确定各加工表面的基准如下：
①粗基准的选择：对于摇臂轴这样的零件以外圆作为粗基准是完全合理的。因此，一Φ50外圆表面做基准（四点定位），以便加工出两端面和ZX孔，为后续工序精基准做准备。
②对精基准而言，主要应该考虑基准重合原则问题，以Φ50h8端面和ZX孔为精基准。
（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成批生产的条件下，可以考虑使用先进设备配以专用夹具，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降低。
1.工艺路线方案一
工序Ⅰ 锻造
工序Ⅱ 热处理：正火处理
工序Ⅲ 车钻：车端面、钻ZX孔
工序Ⅳ 粗车：Φ50h8外圆
工序Ⅴ 热处理：调质HB255-302
工序Ⅵ 半精车：Φ50h8端面及外圆，Ra6.3μm
工序Ⅶ 精车：Φ50h8外圆并倒角2x45°，Ra6.3μm
工序Ⅷ 钻孔：Φ8.5mm，并倒角1x45°
工序Ⅸ 热处理：淬火
工序Ⅹ 钻孔：Φ5mm，坑配作
工序Ⅺ 铣：Φ27半圆槽，Ra6.3μm
工序Ⅻ 探伤检查
2.工艺路线方案二
工序Ⅰ 锻造
工序Ⅱ 热处理：正火处理
工序Ⅲ 车钻：车端面、钻ZX孔
工序Ⅳ 粗车：Φ50h8外圆
工序Ⅴ 热处理：调质HB255-302
工序Ⅵ 半精车：端面及外圆并倒角2x45°，Ra6.3μm
工序Ⅶ 钻孔：Φ8.5mm，并倒角1x45°
工序Ⅷ 热处理：淬火
工序Ⅸ 粗磨：外圆Φ50h8
工序Ⅹ 钻孔：Φ5mm，坑配作
工序Ⅺ 铣：Φ27半圆槽，Ra6.3μm
工序Ⅻ 精磨：Φ50h8外圆，Ra0.8μm
工序Ⅷ 探伤检查
3、工艺方案比较与分析
方案一
优点：与方案二相比，工序少，只精车Ф50h8外圆（不磨削），加工成本低。
缺点：Ф50h8外圆的位置精度难保证。
方案二
优点：Ф50h8外圆的尺寸和位置精度容易保证。
缺点：比方案一多一道工序，又磨削Ф50h8外圆，加工成本比方案一稍高。
综合上述两个工艺路线方案的优缺点，制定工艺路线如下：
工序Ⅰ 锻造
工序Ⅱ 热处理：正火处理
工序Ⅲ 车钻：车端面、钻ZX定位孔
工序Ⅳ 粗车：Φ50h8外圆
工序Ⅴ 热处理：调质HB255-302
工序Ⅵ 半精车：端面及外圆并倒角2x45°，Ra6.3μm
工序Ⅶ 钻孔：Φ8.5mm，并倒角1x45°
工序Ⅷ 热处理：淬火
工序Ⅸ 粗磨：外圆Φ50h8
工序Ⅹ 钻孔：Φ5mm，坑配作
工序Ⅺ 铣：Φ27半圆槽，Ra6.3μm
工序Ⅻ 精磨：Φ50h8外圆，Ra0.8μm
工序Ⅹ 探伤检查
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯确定
1、根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
①工件两端面：粗车余量1.5mm，半精车余量1.0mm
②工件外圆：粗车余量1.0mm，半精车余量1.0mm，粗磨余量0.5mm，精磨余量0.2mm
③Φ8.5mm孔：毛坯为实心，不冲孔，内孔没有精度要求，内孔粗糙度要求Ra12.5μm，直接一次钻孔可以满足要求，工艺尺寸为：
钻孔：48.5mm
④Φ5mm孔：
毛坯为实心，不冲孔，直径偏差为±0.2mm，无公差等级要求，内孔粗糙度为Ra12.5μm，直接一次钻孔可以满足要求，工序尺寸为：
钻孔：Φ5mm
⑤Φ27槽
直径偏差为±0.1mm，无公差等级要求，表面粗糙度为Ra6.3μm，直接一次铣槽，可以满足要求工序尺寸：
铣槽：Φ27mm
2、毛坯选择
①确定毛坯的类型及制造方法
“摇臂轴”零件材料为42CrMo，硬度HB255-302，生产类型为成批生产。采用锻锤上合模模锻毛坯，3级精度组（成批生产）。
②确定毛坯形状、尺寸及公差
根据上述资料所得尺寸可得出毛坯尺寸，毛坯的形状及尺寸如附图所示。
③确定毛坯技术要求
A、锻件无明显锻造缺陷；
B、机加工前调质，消除内应力。
④绘毛坯图
根据零件图所示的零件结构形状，在各加工表面加上加工余量，绘制毛坯图。（五）选择机床设备及工艺装备
根据一般工厂现有的生产条件，为了满足生产需要，先选用各工序所用的设备为：
工序Ⅲ：选用C620-1车床、三爪卡盘、端面车刀、ZX钻、游标卡尺；
工序Ⅳ：选用C620-1车床、、夹头、外圆车刀、游标卡尺；
工序Ⅵ：选用C620-1车床、、夹头、外圆车刀、游标卡尺；
工序Ⅶ：选用Z5125立式钻床、Φ8.5标准锥柄麻花钻、GB3464-830M10机用丝锥、专用夹具、游标卡尺；
工序Ⅸ：选用M131Wwan能外圆磨床、、GB砂轮、游标卡尺；
工序Ⅹ：选用Z5125立式钻床、Φ5标准锥柄麻花钻、专用夹具、游标卡尺；
工序Ⅺ：选用X5012立式升降台铣床、Φ27铣刀、专用夹具；
工序Ⅻ：选用M131Wwan能外圆磨床、圆锥、GB砂轮、游标卡尺。
（六）确定切削用量及基本工时
工序Ⅰ 锻造
工序Ⅱ 热处理：正火处理
工序Ⅲ 车端面
加工条件：C620-1车床，端面车刀，三爪卡盘
1）、考虑模锻斜度，轴向长度方向的加工余量为3mm，二次加工，迟到深度 ；
2）、进给量：f=0.4mm/r
3）、计算切削速度：耐用度
4）、确定机床主轴转速：
按机床选取
所以实际切削速度
5）、切削工时：
，
工序Ⅳ 粗车Φ50h8外圆
加工条件：选用C620-1车床、、夹头、外圆车刀、游标卡尺
1）、切削深度：单边切削余量Z=1.5mm，可一次切除
2）、进给量：考虑刀杆尺寸，工件直径及规定的切削深度，选用
3）、计算切削速度：
4）、确定机床主轴转速：
按机床选取
所以实际切削速度：
5）由表查得单位切削率：
由表查得当 时， ，故切削功率： ，由机床说明书可知，C620-1车床的电机功率为 ，当主轴转速为 时，主轴传递功率为Z大55kw，所以机床功率足够。
6）、检验机床进给量机构强度
查表得单位切削力 ，故主切削力为： ，在一般切削加工中，刀尖圆弧半径 对 的影响较大，对 影响较小。由表查得 =2mm时， ， ，又从表查得当 75°时， ，故径向力和轴向力分别为：
取机床导轨与溜板之间的摩擦系数 ，则机床进给机构沿纵向进给方向所承受的力为：
从机床说明书中可知，C620-1车床纵向进给机构允许承受的Z大力为3532N，因此，机床进给机构能正常工作。
7）、切削用时
所以
工序Ⅴ 热处理：调质HB255-302
工序Ⅵ 半精车端面及外圆
① 半精车端面
1）、确定切削深度：
2）、确定进给量：
3）、计算切削速度：耐用度
4）、确定机床主轴转速
按机床选取
所以实际切削速度
5）、切削工时
所以
Φ50倒角：
为缩短辅助时间，取主轴转速与车床相同 ，手动进给。
② 半精车外圆
1）、确定切削深度：
2）、确定进给量：
3）、计算切削速度：耐用度t=45min
4）、确定机床主轴转速：
按机床选取
所以实际切削速度：
5）、切削工时
工序Ⅶ 钻Φ8.5mmZX孔
1）、查表得 ， ，
2）、切削速度：
3）、进给量：
4）、材料切除率：
Φ8.5孔倒角
为缩短辅助时间，取主轴转速与车床相同 ，手动进给。
工序Ⅷ 热处理
工序Ⅸ 粗磨外圆
1）、选择砂轮：
2)、切削用量的选择
轴向进给量
工作速度
径向进给量
3）、切削工时
式中 L——加工长度， ；
b——加工宽度， ；
Zb——单面加工余量， ；
K——系数， ；
z——同时加工零件数。
工序Ⅹ 钻Φ5孔、倒角
1）、确定切削用量：钻孔直径为Φ5mm，切削深度 ，一次走到完成。
2）、确定进给量： ，切削速度 ，根据进给量级数取 。
3）、确定机床转速：
由公式 得：
按机床选取：
4）、确定切削速度：实际切削速度
5）、确定切削工时
基本工时：
式中 ——钻削深度（mm）
；Φ——刀具峰角取 ；
得
工序Ⅺ 铣
1）、确定被吃刀量：
2）、确定进给量：查表选取
3）、确定机床转速:
按机床选取
4）、确定切削速度：
实际切削速度：
每分钟走刀量
5）、确定切削工时：
工序Ⅻ 精磨工件外圆
1）、选择砂轮：
2)、切削用量的选择
轴向进给量
工作速度
径向进给量
3）、切削工时
工序Ⅷ 探伤检查
三、铣床夹具设计
1、定位方案
首先按照基准重合原则考虑选择定位基准。由于 孔、 孔、 孔及 孔的设计基准均为 外圆ZX线，所以选择外圆 ZX线为主要定位基准。因孔 外圆不是整圆。故用V形块做定位元件。支承套长度方向的定位基准，若选右端面定位，对孔 深 不重合误差，精度不能保证（因工序尺寸 的公差为 ），故选左端面定位。在装夹时应使工件上平面在夹具中保持垂直，以消除转动自由度。
方案：工件以 外圆在在压板的作用力下以V型块为定位基准，端面加二个压盖以支承套的左端面定位，如图3-1所示。
图3-1定位方案
2、夹紧方案
根据夹紧力的方向应朝向主要限位面和作用点应落在定位元件的支承范围内的原则，如
夹紧力的作用线应落在区域内（Nˊ为接触点的法线），夹紧力与垂直方向的夹角应尽量小，以保证夹紧稳定可靠。铰链压板的两个弧形面的曲率半径应大于工件的Z大半径。
3、夹具体与定位键
为保证夹具在工作台上安装稳定，应按照夹具体的高宽比不大于1.25的原则确定其宽度，并在两端设置耳座，以便固定。如图3-2夹具体。
如图3-2夹具体
为了保证侧面的二个圆孔平行度的要求，夹具体压板应具有可调节性，压板面应当与V形块的侧面平行。为减少夹具的安装误差，宜采用有可调节螺母。
图3-3
4、夹具总图上的尺寸、公差和技术要求
1. 夹具Z大轮廓尺寸为181mm ，225mm ，150mm。
2. 影响工件定位精度的尺寸和公差为压板是否与V型块侧面平行，用可调节螺母来控制其精度。
3. 影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差为定位键与铣床工作台U形槽的配合尺寸18 h 8（T形槽为18H8）。
5、加工精度分析
在支承套零件工序中，侧面对二个 轴线的平行度要求较高，应进行精度分析，其它加工要求未注公差或公差不是在本夹具中进行精度分析。
键槽侧面对 轴线的平行度的加工误差
1.定位误差 由于V形块2.一般在装配后一起精加工V形面，它们的相互位置误差极小，可视为一长V形块，所以 。
表3.1 套铣双槽夹具的加工误差
2.安装误差 定位键的位置所示
3.夹具误差 影响平行度的制造误差是I工位V形块设计心轴轴线与定位键侧面B的平行度（0.03 mm）所以， 。
加加工要求
代 号
平行度
0
0.038
0.03
6．钻削力计算：
所加工的支承套零件的材料为 ，并采用硬质合金刀具.根据 钻削连线表上查得钻削的深度 和进给量f连线，确定 和 。其中， 主切削力， 垂直于 的， 和 的合力。1/切削深度 的确定：由表3.2可知，钻孔时， ，根据表3.2说明，切削深度，当工件的加工直径较大及需转位或两次安装时，则取较大值，加工直径较小及要求较高的加工精度和表面光洁度是，则取较小值，所以，由于夹具所要加工的工件的直径较小且是在一次装夹中完成的，取较小值 。
工序名称 切削深度（直径上）mm
钻孔
粗加工 2～6
精加工 0.5～1.5
铰孔
粗加工 0.3～0.8
精加工 0.1～0.6
3.2表钻削深度表
进给量f的确定：根据精镗、硬质合金刀具及45材料的工件，查表3.3，可得进给量 ，取 。
工序名称 刀具名称 材料 进给量fmm/r
钻孔 硬质合金 铸铁 D1级<=0.08，D级：0.12~0.15
钢 0.12~0.15
铝合金 0.06~0.10
表3.3 钻孔时的进给量f
连接切削深度 和进给量 连线，交 和 的直线，交点值为 ， 。
根据工件材料、刀具材料和几何参数的不同，对 和 分别乘以修正系数 和 。
其中， ， ，
因为工件是45材料，其硬度为 ，所以为了保证加工的安全性，取Z大值 。
表3.4 修正系数与工件材料的关系
工件材料硬度
刀具主偏角
刀尖圆弧半径
表3.5 修正系数与工件材料的关系
工件材料硬度
刀具主偏角
查表3.4、表3.5知：
， ， ， ，
所以，Z终
，
即，Z终的切削力为轴向 ，径向 。
夹紧力与钻削力的比较：由计算得知，夹紧力大于钻削力，所以所设计的夹具所使用的螺旋夹紧机构的拧紧螺丝是适用的，达到了夹紧的作用，使工件在加工时不会移位，保证了加工的精度。
四、设计心得体会
这次实践，实质上是对我们学习知识能力的综合考验。一个项目的建立，一个的设计的完成，包括了很多细小的部分，每部分又都需要用心去认真完成，相当于采集很多原料，通过加工而成的一件精致的工艺品。这次的设计对我来说得到了很多方面的锻炼，一方面，我加深了对CAD的知识应用，对书本的运用能力，还有学习夹具的设计的各种问题，通过几天的不断翻书阅读，我发现了知识的无边性，要注意的地方非常多，我们这样的实习阶段也只是了解一些基本的配合问题，但是对我们来说也是受益匪浅，我们翻阅了很多手册，发现了仅仅一个夹具就是非常复杂的一个工作，可以有很多灵活的手段，但是也有很多考虑的点，这些都需要不断的尝试，不断的积累经验来获得。
这次的设计主要是工艺方面的设计，对于我们这些未来可能从事工艺工作的学生，这都是一门不可缺少的锻炼，这次的实习也可以说是对我们今后在工作上更为接近的一次锻炼，所以我们从小做起，通过这么多的锻炼，积累经验，也为我们考虑各个设计、工艺的问题有更深的理解和认识，有助于我们今后的发展。
在这里要感谢杨老师的悉心指导与帮助，使对整个设计的整体有了科学而又严谨的认识。
五、参考文献
[1]艾兴、肖诗纲主编.切削用量简明手册[M].北京：机械工业出版社，1994
[2]赵家齐主编. 机械制造工艺学课程设计指导书[M].北京：机械工业出版社 1994
[3]李益民主编.机械制造工艺设计简明手册[M].北京：机械工业出版社，1994
[4]陈宏主编.金属切削速查速算手册[M].机械工业出版社，2003
[5]王秀伦，边文义，张运祥主编.机床夹具设计[M].北京：ZG铁道出版社，1984
[6]上海柴油机厂工艺设备研究所主编.金属切削机床夹具设计手册[M].机械工业出版社，1982
[7]王光斗、王春福，机床夹具设计手册[ M]，北京：机械工业出版社，2000
[8]刘文剑、曹天河、赵维缓编.夹具工程师手册[M].黑龙江科学技术出版社.1987
[9]刘启星、赵海霞主编。机械制造算图手册。
