机械设计制造本科毕业论文

题目 泵用直流发电机机壳加工工艺及夹具设计

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王锋 [1**********]69 机械制造及其自动化本科

摘 要

本文通过对某型号泵用直流发电机机壳的图纸和要求进行了分析，拟定出该零件合理的机械加工工艺路线，编制出工艺规程，对机床设备的选择也作出了相应的分析，并且根据实际情况设计合适的夹具以满足生产要求，从而达到高效率，高要求的生产目的。

零件加工工艺方面：确定毛坯的制造形式； 总结出设计工艺规程的原则，工艺过程中的基本要求以及设计过程中的原则和方法，并对设计工艺过程中的主要依据作出了一定的分析：重点是对基面的选择及加工方法的确定进行了探讨，继而确定出零件的加工工艺规程，在具体的生产条件，把较为合理的工艺过程和操作方法，按规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产的。工艺规程一般包括零件加工的工艺路线、各工序的具体加工内容、切削用量、时间定额以及所采用的设备和工艺装备等。

夹具设计方面：以能一次装夹同时加工机壳上表面孔和侧面窗口孔位目的，根据对夹具方案，定位元件，加紧机构的确定设计出方便、可靠、易行的夹具。并对误差以及装备误差进行了相对具体的分析，并且阐述了夹具的使用方法。

关键词：机壳 加工工艺 夹具设计

目 录

引言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

第一章 生产过程和工艺过程组成 „„„„„„„„„„„„„„„„„„2

1.l 生产过程和生产系统组成 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

1.2 设计工艺过程的基本要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

1.3 设计工艺过程的原则和方法 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

1.4 设计工艺过程的主要依据 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

1.5 基准与定位 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

1.6 工序的集中与分散 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

1.7 机床和工艺设备的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

第二章 零件分析及工艺规程设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

2.1 产品零件的功用 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

2.2 机床零件图纸分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

2.3 确定毛坯 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

2.4 定位基准的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

2.5 尺寸链及计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

2.6 加工余量的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

2.7 切削用量的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

2.8 工艺路线的制定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

2.9 具体工序加工方式的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

第三章 机床夹具的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16

3.1 夹具设计的目的和意义„„ „„„„„„„„„„„„„„„„„„„16

3.2 钻孔工序夹具的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17

3.2.1 夹具方案的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17

3.2.2 定位元件的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18

3.2.3 夹紧机构的确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19

3.2.4 误差分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20

3.2.5 装备误差分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20

3.3 夹具的使用 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22 结论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23 致谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25

引 言

此次设计内容主要包括：工艺路线的确定，各种图纸的绘制，夹具方案的确定及制作等。

二十一纪新型的航空机载设备正在向精密化、小型化、轻量化的方向发展，这就对制造技术提出了更高的要求。机载设备在技术上涉及光、机、电、计算机等各种领域，制造精度之高为其他行业所罕见。机械加工工艺即规定产品或该零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程编制的好坏是生产该产品质量保证的重要依据，面对高要求，就应在结合现有成熟加工经验的基础上，充分利用现有设备，及时更新知识，设计出符合生产实际、能提高生产效率、满足加工质量的新型工艺规程才行。

机床夹具的首要任务是保证加工内容及精度，提高生产率，降低成本，使用夹具后可以减少装夹、划线、找正等辅助时间，且易于实现多工位加工，减轻工人劳动强度，保证生产安全。

第一章 生产过程和工艺过程组成

1.1 生产过程和生产系统组成

生产过程是将原材料或半成品转变为成品所进行的全部过程。生产过程包括：生产技术准备过程、毛坯制造过程、零件的各种加工过程、生产服务过程。工厂的生产过程，是一个十分复杂的过程，它不仅包括直接作用在生产对象上去的工作，而且还包括许多生产准备工作和生产辅助工作。

生产系统是指事物由数个相互作用和相互依赖的部分组成的有机整体，并具有特定的功能。

1.2 设计工艺过程的基本要求

规定零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件称为机械加工工艺规程。它是在具体的生产条件，把较为合理的工艺过程和操作方法，按规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产的。工艺规程一般包括零件加工的工艺路线、各工序的具体加工内容、切削用量、时间定额以及所采用的设备和工艺装备等。工艺规程是制造企业最主要的技术文件之一，先进的工艺规程还起着交流和推广先进经验的作用。典型和标准的工艺规程能缩短企业的生产准备时间。一个零件可以采用不同的工艺过程制造出来。但是正确与合理的工艺过程应满足：

1) 保证产品的质量符合设计图和技术条件所规定的要求；

2）保证高的劳动生产率；

3) 保证经济上的合理。

质量、生产率和经济性通常就构成了制订工艺规程所必须满足的技术和经济要求。

1.3 设计工艺规程的原则和方法

设计工艺规程的原则：在保证产品质量的前提下，尽量提高生产率和降低成本。制订工艺规程首先要保证产品质量，在保证质量的前提下，最大限度地提高生产率，满足生产量要求，并尽可能节约耗费、减少投资、降低制造成本、保证良好的经济性。产品质量、生产率和经济性这三方面有时互相矛盾，因此合理的工艺规程应该处理好些矛盾，体现三者统一的原则。

1.4 设计工艺过程的主要依据

设计工艺规程必须根据生产对象，生产规模和具体生产条件来进行，为此必须以下列原始资料为依据。

1) 零件图和技术条件

零件图和技术条件，是制造的对象，是设计工艺过程的主要技术依据。零件图是确定零件特征的最基本而详尽的资料，它应全面反映零件的结构，尺寸标注正确，并规定明确的技术要求。在设计工艺过程中，对零件图进行详细的工艺分析，根据构形、技术要求及材料确定工艺过程。

2) 生产纲领

生产纲领决定产品生产规模的大小，并决定其生产类型。

工艺过程必须根据给定的生产量的大小来设计。产品的产量及劳动量的大小，是影响生产类型的主要依据。生产可分为三种类型：

单件生产 这种生产类型的特点是产品的品种多，产量小，而且是很少重复或 不

定期重复的生产。由于这种生产类型的产量小，常采用通用的设备及

工艺装备。对于形状复杂的表面’一般采用数控加工。通常用于新产

品的试制。

成批生产 这种生产类型的特点是产品周期地成批生产，每种产品均有一定的数 量，工作地的加工对象呈周期性地重复。航空工业的零件生产，按其 性质来 说一般是属于中小批生产的类型。

大量生产 这种生产类型的特点是产品的产量大，大多数设备经常重复进行某一 工件的一个工序加工。常采用专用设备及专用工艺装备。

由于生产类型的不同，对生产组织、生产管理、车间布局、设备、工艺装备、工

艺方法以及操作者的技术水平等各方面的要求也有所不同。所以，在设计工艺过程时，应先确定生产类型，在分析该生产类型的工艺特征，以使所制订的工艺规程正确合理。在一般情况下，如果生产类型不同，则设计工艺过程的详细程度也有所不同。单件生产时一般只设计工艺路线；在成批和大量生产时，才设计详细的工艺过程。但由于对航空产品的可靠性要求极高，因此在各种情况下均须详细地设计工艺过程。

3) 生产条件

现有的生产条件也决定了工艺规程的设计，它包括工厂的设备规格、功能、精度筹级，工艺装备及专用设备的制造能力，现有的工艺装备、车间的运输方法，技术干部的配备，工人的技术水平及生产组织情况等条件。设计工艺过程时，主要应从工厂的现有机床设备出发，使现有的设备能得到充分利用。

1.5 基准与定位

在设计工艺过程时，不但要考虑获得表面本身的精度，而且还必须保证表面间位置精度的要求，这就需要考虑工件在加工过程中的定位和测量等基准问题。在设计工艺过程时，要根据设计基准来分析如何选取工艺基准，以获得表面间的位置精度。工件在机床上的定位方法有校正定位法和非校正定位法。

1.6 工序的集中与分散

在设计工艺路线时，当选定了各表面的加工方法并确定了阶段划分以后，就可将同一阶段中的各加工表面组成若干工序。编制时采用集中或分散的原则。 工序集中的特点是：便于采用高生产率的专用设备和工艺装备及数控加工技术进行生产，减少了工件的装夹次数，缩短了辅助时间，可有效地提高劳动生产率；工序数目少，工艺路线短，便于制订生产计划和生产组织；由于一次装夹中可以加工出较多的表面，有利于保证这些表面间的相互位置关系。

工序分散的特点：使用的设备和工艺装备结构简单，调整和维修方便，工人容易掌握操作技术，生产准备简单，便于产品品种的更新；设备数量多，操作工人多，车间面积犬，生产组织工作量大。

1.7 机床和工艺设备的选择

机床是将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”“工作机”，习惯上简称机床。现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有锻造、锻造锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。在一般的机器制造中，机床所担负的加工工作量占机器总制造工作量的40%-60%，机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。

1）夹具的选择

机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的 正确位置，并把工件可靠地夹紧。 通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。

专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。通用可调夹具和成组夹具 特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工 。

组合夹具 组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。标准元件和部件组装而成的夹具 由专业厂家制造，其特点万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品产。

随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序。

2）刀具的选择

一般应选用标准刀具，必要时可选择各种高生产率复合刀具和其他一些专用刀具。刀具的类型、规格及精度应与工件的加工要求想适应。在加工过程中，根据零件实际生产需要部分工序定用专用丝锥、铰刀、铣刀、镗刀等。

3）量具的选择

单件、小批量生产应选择通用量具，所选量具的量程和精度要与工件的尺寸和精度相适应。大批量生产应尽量选择效率高的专用量具，如各种专用同轴度量规、检验夹具、测量仪器等。针对该壳体的结构、形状、尺寸与精度、位置度要求，在加工过程中，采用普通机床和数控设备相结合的方式，取长补短合理安排二者之间的衔接，并选用专用和自备的夹具更好的保证零件的尺寸和精度。

第二章 零件分析及工艺规程设计

2.1 产品零件的功用

xx型号的发电机有补偿绕组和全数换向极的4极并励直流电机，并且是靠强

迫通风进行冷却的。机壳是该发电机主要零组件之一，也是主要支撑部件。发电

机主要由定子装配、电枢装配、换向器端端盖、传动端端盖、轴组件、防护带组

件、电刷组件等七大部分组成。现在已成小批量生产。

2.2 机壳零件图纸分析

(1) 工艺性分析

零件图是制造零件的主要技术依据，在设计工艺路线之前，仔细进行工艺分

析，了解零件的功用及工作条件，分析零件精度及其他技术要求。（某型泵用直流

发电机机壳见产品图）。

(2) 结构分析

从零件图中可以看出，该零件主体为旋转体，外圆为中166hllmm,在其圆周

上有18组孔：4组×2-Ф5.3Hl2，4组×2一Ф6. 3H12用于安装电机主极：

4-Ф1.9HII用于安装铭牌；2-M5-5H用于安装接线板；4-M4-5H用于安装通风管。

两端的止口尺寸为Ф150. 8H7mm，两端端面各有一组安装孔即6组×2-M5-5H及

8-M5-5H用于机壳总长为235hllmm，总长较长且最小处壁厚仅7mm，零件刚较差，

孔的位置度要求高。因此在加工孔、内腔等薄壁处尺寸时都霈要采取特殊工艺措

施加以解决。

(3) 精度分析

零件主要的加工面为外圆、内圆、端面孔、圆周孔。其中止口尺寸为Ф150.

8H7（+0.082 +0.045），公差0.037，粗糙度1.6, 两端面的平行度0. 025，两端

面对内孔轴线的垂直度0.025，两端止口的同轴度Ф0.03：外圆尺寸

Ф166hll-0.063，公差0. 063，粗糙度1.6，圆周孔4组×2-Ф5. 3Hl2、4组×

2-Ф6.3H12对内孔的轴线和一端面的位置度为Ф 0. 12。由于机壳总长偏长，两

端的平行度要求严，加工难度大，圆周孔和端面孔的相对于内腔及端面的位置度

要求精度高，是机壳的加工难点。所以在钻孔时要选择特殊的机床和钻孔夹具保

证零件的精度。

(4) 热处理的安排

在粗加工后进行退火处理，可以降低零件的硬度以利于切削，并且退火后有

利于细化晶粒、改善金属组织，为后续热处理创造条件。

2.3 确定毛坯

确定毛坯的主要任务是：根据零件的技术要求、结构特点、材料、生产纲领

等方面的要求，合理地确定毛坯的种类、毛坯的制造方法、毛坯的形状、毛坯的

尺寸。

确定毛坯的种类：

铸件：当零件的结构比较复杂，所用的材料又具备可铸性时，零件的毛坯应选

择铸件。

锻件：自由锻造件使用于单件小批生产中，生产结构简单的锻件；模锻件精度，

表面质量及综合力学性能都高，结构可以比自由 锻件的结构复杂。

型材：指各种不同截面形状的热轧和冷拉钢材。

组合焊接件：是用焊接的方法将不同材料或不同的材料焊接在一起。

根据该零件形状及尺寸分析，机壳属于旋转体的管型材料，零件的结构形状

复杂程度一般，但是对外圆和内腔的加工比较要求的必要高，根据零件的材料要

求可选择DT3纯铁管来加工。

2.4 定位基准的选择

粗基准的选择原则:某些零件上的个别表面不需要进行机械加工，为了保证加

工表面和非加工 表面的位置关系，应选择非加工表面作为粗基准。当零件上具有

较多加工表面时，粗基准的选择，应有利于合理的分配各加工表面的加工余量。

基准的选择原则:

基准重合原则：选择加工表面的设计基准作为定位基准；

基准统一原则；

自为基准原则；

互为基准原则。

通过对零件图纸及具体尺寸的分析认为，止口尺寸是所有径向尺寸的设计基

准，按基准重合原则，优先选止口为定位基准。由于机壳的各组孔距的位置度要

求很严，故在工艺方法的安排上采用先加工定位基准止口的尺寸，定位基准确定

后再钻孔保证孔的位置度，这样加工的孔就减少了因定位基准不确定而造成的误

差。

2.5 尺寸链及计算

尺寸链是由相互连接的尺寸形成封闭的尺寸组。在加工过程中， 工件的尺寸

不断地变化，有毛坯尺寸到工序尺寸，最后达到设计要求的尺寸．这些尺寸之间

存在一定的联系，应用尺寸链理论去揭示它们之间的内在关系，我们在设计工艺

规程的过程中必须合理确定工序尺寸及其公差和计算各种工艺尺寸的方法。

2.6 加工余量的确定

工艺路线拟定之后，在进一步确定各个工序的具体内容时，应正确确定各个

工序加工应达到的尺寸一工序尺寸及公差。在设计工艺规程的过程中，要确定工

序尺寸，首先要确定加工余量。确定加工余量的方法有三种：即经验估计法，查

表修正法，分析计算法。在确定加工余量时，总加工余量和工序加工余量要分别

确定。总加工余量的大小与选择的毛坯制造精度有关，在确定工序加工余量时，

粗加工工序余量应由总加工余量减去各工序余量求得，同时对粗加工工序余量进

行分析，如果余量过小不能保证零件的加工量，余量过大，不但加大劳动强度，

而且也降低了材料利用率，加大了刀具和材料的消耗，从而提高了成本，因此要

合理选择加工余量。

在加工过程中，影响加工余量的主要因素有以下几点：前工序的尺寸公差(Ta)；

前工序形成的表面粗糙度和表面缺陷层深度(Ra+Da)：前工序形成的形状误差和位

置误差(△x、△w)；本工序的装夹误差（ζb）。在该机壳组件的工艺编制过程中，

主要采用经验估计法和分析计算法来确定，具体尺寸见工艺路线。

在编制工艺路线的过程中，粗基准只能在首次加工中使用一次。而在后续加工

中应用同一组精基准定位，尽可能多地加工出零件上的加工表面，当零件上的加

工表面很多，有多个设计基准时，若要遵循基准重合原则，就会有较多的定位基

准，使夹具的种类多，结构差异大。为了尽量统一夹具的结构，缩短夹具的设计、

制造周期及降低夹具的制造费用，可进行尺寸链换算或在工件上选一组精基准，

或在工件上专门设计一组定位面，用它们定位来加工工件上尽可能多的表面，这

样就遵循了基准统一原则。某些表面的尺寸不便或无法按设计尺寸直接测量时，

需要在零件上另选一易于测量的表面作为测量基准以控制加工尺寸，从而间接保

证设计尺寸的要求。

2.7 切削用量的确定

正确的确定切削用量，对保证加工质量、提高生产率、获得良好的经济效益

都有着重要的意义。在确定切削用量时，应综合考虑零件的生产纲领、加工精度、

表面粗糙度，材料、刀具的材料及耐用度等方面因素。

单件、小批量生产时，可由操作者根据实际情况，凭经验确定合理的切削用

量。

成批或大批生产时，确定的一般原则：

l)在粗加工时，由于要求加工精度较低、表面粗糙度较大，切削用量的确定应

尽可能保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，以达到较高的生产率。因此应

优先考虑采用大的切削深度，其次考虑 采用较大的进给量，最后根据刀具耐用度

要求，确定合理的切削速度。

2)半精加工、精加工时确定切削用量首先要考虑保证加工精度和表面质量，同

时兼顾必要的刀具耐用度和生产效率，一般切削深度有粗加工余量来确定，进给

量根据表面粗糙度来确定，加工时 多采用较小的切削深度和进给量。

2.8 工艺路线的制定

拟定工艺路线，是制定工艺规程时一项很重要的工作。设计工艺规程的原则：

在保证产品质量的前提下，尽量提高生产率和降低成本。制订工艺规程首先要保

证产品质量，在保证质量的前提下，最大限度地提高生产率，满足生产量要求，

并尽可能节约耗费、减少投资、降低制造成本、保证良好的经济性。产品质量、

生产率和经济性这三方面有时互相矛盾，因此合理的工艺规程应该处理好些矛盾，

体现三者统一的原则。

零件机械加工的工艺过程，主要取决于零件的尺寸、精度要求，毛坯的性质，

产量的犬小和现场的生产条件。根据零件及毛坯结构，具体尺寸精度、表面质量、

刚性等特点，在安排工序时， 对主要表面分粗、精加工，对有位置度要求的，

使用专用工装加工，或采用工序集中原则进行加工。而该零件为批量生产，还应

根据单位实际生产能力，对部分工序进行合理的集中、分散安排，以提高生产效

率。因此在加工该零件时，应综合考虑各方面因素，合理地将各表面的加工组合

成工序，以利于保证零件位置度及尺寸精度。

机壳具俸工艺路线及简要内容如下:

10工序：下料（毛坯为纯铁管DT3，尺寸是Ф172/14.5×245）

20工序：粗车外圆及内孔（以外圆的毛面定位，平面保证长度240,粗车一端外圆

Ф170 -0.3,长度180min，镗整个内孔Ф147+0.6 0,用专用软三爪卡

盘夹持）

设备：车床

30工序：车外圆及端面（专用软三爪卡盘夹持已加工外圆,平端面保证长度239

±0.3，车另一端外圆尺寸到Ф173 -0.3 ，允许与已加工面有轻微接刀

痕）

设备：车床

40工序：退火（去应力）

50工序：车基准（专用软三爪卡盘夹持外圆，平端面保证长度237.8±0.2，车另

一 端外圆尺寸到Ф167 -0.3，长170min，镗整 个内孔保证尺寸Ф

150+0.063 0）

设备：车床

60工序： 车外圆及端面（专用软三爪卡盘夹持已加工外圆，平端面保证长度236

±0.15，车另一端外圆尺寸保证 由Ф167 -0.3车环形槽保证Ф163.96

-0.2。，宽66，距端面尺寸10.5-0.18）

设备：车床

70工序： 精车外圆（用反三爪撑内孔，精车外圆到尺寸Ф165.9 -0.063，粗糙

度要求 Ral.6，外圆用专用卡规检测）

设备：车床

(G) 80工序：精车内腔及端面（精镗软三爪跳动在0.015以内，用 软三爪夹持

无环形槽一端外圆，平端面保证距环形槽外端面1 0-0.15，，京镗

内孔保证内 孔尺寸在距两端面l0min, 范围内由Ф150.8+0.082

+0.045，中间

允许为Ф150.8 +0.105 +0.045．保证止口与零件的轴心线的同轴

度为Ф0.03，

端面与零件的轴心线垂直度为0.025。由于零件较长 , 在镗孔时要

使用专用的加长镗 刀，内孔用专用塞规进行测量。

设备：车床

(G) 90工序：磨端面（磨端面保证两端面平行度0.025，相对轴心垂直度0.025)

设备：平面磨床

(G ) 100工序：钻孔（加工内容参照100工序图）

设备：数控铣加工中心

( G) 110工序：钻另一端孔（加工内容参照110工序图）

设备:数控铣加工中心

120工序：划窝（按要求孔口划窝，Ф10，Ф12孔除外）

130工序：铣窗口（自备夹具以有环形槽一端止口及端面定位，压紧另一端面进

行 加工，专用Ф10立铣刀铣窗口）

设备：立式铣床

140工序: 去毛刺 修锉

150工序: 攻螺纹（按要求攻M4-5H, M5-5H，M6-5H螺纹保证相应深度，量具：

通用螺纹塞规）

设备：攻丝机

160工序：洗涤 干燥

170工序：检验

180工序：洗涤 干燥 油封

190工序：镀镉 钝化

200工序: 校正螺纹（用M4-5H，M5-5H，M6-5H丝锥校正相应螺纹)

设备：攻丝机

210工序：检验

220工序：洗涤 干燥 油封

2.9 具体工序加工方式的确定

下面以100、110工序为例为例来说明所用机床、刀具、量具及切削方式及切削用

量的选择：

100工序主要内容：钻孔4组×2-Ф6.3 +0.15 0、4组×2-Ф5.3+0.12 0、

4-Ф1.9+0.06 0、6组（均布）×2-Ф4.2+0.12 0、2-Ф4.23+0.13 0、Ф4.98 +0.21

0 。分别保证5个位置度。加工时找正内孔Ф150.8+0.106 +0.045在0.01以内，

端面与底面的垂直度在0.01以内。

110工序内容：钻孔4组×2-Ф4.2+0.12 0．4-Ф3+0.12 0、15-Ф10+0.15 0、5-Ф12+0.180。 机壳上的四个矩形窗口及电机出线窗口有位置和形状要求，为了保证其要求，工

艺上采用先钻孔确定矩形窗口的4个端点的位置，后工序再铣除窗口中间的余量。

因此再工艺方法的安排上比设计图纸多了2组钻孔工步，即110工序钻孔

15-Ф10+0.15 0和5-Ф12+0.18 0，然后进行130工序：铣窗口，去除多余的部

分。

在发电机研制阶段，壳体的钻孔工序曾经使用普遁钻床的钻孔工艺，需要三

套以上钻模，分几个工序才能完成，而且钻模十分笨重、还必须配v型铁完成斜

孔加工，这样不仅工艺流程长、工装费用大、工人劳动强度高、生产周期长，而且由于多组孔间相对位置要求高，分多工序加工难以保证其相对位置度。当产品定型后，生产批量逐年增加，该工艺方法严重影响着生产的正常进行。因此必须对钻孔工序的加工方法和定位夹紧方法进行改进，以满足产品的加工精度要求。因此对该工序进行了工艺攻关：经过对现有设备及加工精度具体了解，初步确定出两种加工方案进行试加工:

方案一：将零件轴向装夹，用专用软三爪夹持，主轴孔装弹簧卡头安装各种尺寸的钻头保证孔的尺寸。数控车加工中心MAZAK，为4轴3联动立卧转换数控车.。

夹具：专用软三爪

量具：孔径量具（塞规）、位置度（三座标测量仪）

刀具：山高钻头

加工方法： 精镗软三爪，找正零件的端面和止口（Ф150.8+0.106 +0.045）的跳动度在0.03以内，将零件轴向装夹在软三爪上，用主轴孔装弹簧夹头带钻头钻孔，进行立卧转换，保证端面和圆周孔的尺寸和位置度。

采用软三爪夹持工件外圆进行钻孔。由于工件轴向尺寸较长，约240MM，因夹持部位较短，出现装夹不牢靠现象，甚至有时出现工件另一端下沉，零件的壁厚薄，装夹时容易产生内孔变形，找正不精确，从而影响着孔的位置度，因此在MAZAK数控车加工中心加工该工序不成功。

方案二：将零件立式装夹，设计专用钻孔装夹，用主轴孔装弹簧夹头带钻孔保证尺寸。

机床：数控加工中心DMU-60p为四轴半立卧转换机床，主轴为无级调速，最高转速为8000转/分，加工精度0.003mm，定位精度（X

夹具：专用钻孔夹具

量具： 孔径量具（塞规）、位置度（三座标测量仪）

刀具： 山高钻头

加工方法：先找正夹具的底盘中心与圆盘形工作台中心重合，将零件 立式装夹，以机壳一端面及内腔定位，用主轴孔装弹簧夹头带钻头，通过调整夹具的中心与内腔的中心在Ф0.03以内，机壳的端面与夹具端面的垂直度在0.01以内，

保证各孔的位置度。这种加工方法不受零件大小及重量限制，可直接找正机壳的内腔，端面。加工外圆和端面的孔时，只需进行机床的立卧转换就可以完成，由于机壳圆周上分布有几组斜孔，为避免钻斜孔时产生歪斜，采用先用立铣刀铣出平台，然后用中心钻点窝，钻孔，避免了钻孔过程的歪斜。

切削用量：每次钻孔时分3个工步完成：先用中心钻把孔的位置点出来，然后分别给孔留0. 2mm-0. 4mm的余量，用铣 刀基本钻出孔的直径，这样可以引导钻头，不至于使钻头发生偏斜，产生位置度超差，最后再用钻头保证孔的最终尺寸。

该零件100、110工序钻孔方案在数控铣加工中心DMU机床上经小批量试加工表明：所有尺寸、位置度及技术条件均符合设计要求，试加工成功，可以将此方法纳入正式工艺规程中。

第三章 机床夹具的设计

3.1 夹具设计的目的和意义

机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。在设计过程中应深入实际，进行调查研究，吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。而深入生产实际调查研究中，应当掌握下面的一些资料：

(l)工件图纸；详细阅读工件的图纸，了解工件被加工表面是技术要求，该件在机器中的位置和作用，以及装置中的特殊要求。

(2)工艺文件：了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面状况，基准面选择的情况，可用机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。

(3)生产纲领：夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应，做到经济合理。

(4)制造与使用夹具的情况，有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气站；制造和使用夹具的工人的技术状况等。

夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。

当进行钻孔工序时该机壳要加工的孔有：

① 4组×2-Ф5.3Hl2

② 4组×2-Ф6.3Hl2孔

③ 4-Ф1.9Hl1孔

④ 2-M5-5H, M6-5H底孔

⑤ 6组×2-M5-5H底孔

⑥ 4-M4-5H底孔

⑦ 8-M5-5H底孔

⑧ 15-Ф10+0.15 0孔

⑨ 5-Ф12+0.18 0孔

共计67个孔,如采用普通钻床的钻孔工艺,至少需要三套以上钻模,分几个工序才能完成,而且钻模十分笨重,还必须配V型铁完成斜孔加工，这样不仅工艺流程长，工装费用大，工人劳动强度大，生产周期长，而且由于多组孔间相对位置要求高，分工序加工难以保证其相对位置度。为避免多次定位，装夹造成的定位夹紧误差，在工艺方法上选用工序集中的方法，两次装夹完成孔的加工。工件在第一次装夹完成机壳一端1-5四组圆周孔及一组端面孔的加工；第二次将工件掉头装夹，完成机壳另一端6-9四组孔的加工。工件两次装夹皆采用相同的定位，装夹方法，只使第二次装夹比第一次装夹多了一个角向定位。为此，对加工机床也相对提高。

目前车间拥有一台高精度立卧转换铣削加工中心，该设备具有X Y Z三轴连动，具有Ф630mm回转工作台C轴，且具有立卧转换功能，能够实现钻圆周孔及端面孔加工。该设备运用精度高，重复定位精度达到±0.003,同时具有三十个刀位可换刀，对加工工多种孔径时钻头互换十分有利。利用该设备加工机壳上的所有孔，对保证孔的相对位置度精度十分有效。

3.2 钻孔工序夹具的设计

3.2.1 夹具方案的确定

夹具方案是夹具设计的关键，它的成功与否将直接影响工件的加工精度，生产效率，一般方案确定应遵循以下原则：

1)定位装置要确保工件定位准确可靠，即符合六点定位原则。

2)夹具的定位精度能满足工件精度要求。

3)夹具结构应尽量简单，夹紧力合理并且可靠。

首先分析一下100工序：工序中给出加工各种尺寸的圆周孔和端 面孔，每个孔的的位置度都与机壳的端面和内腔的中心轴线有关。

由于受机床装夹方式的限制，该零件在机床上只能采用立式装夹；加之零件外形尺寸较大，轴向距离较长，零件材料偏软，壁厚偏薄，容易变形，考虑到装夹的稳定性，定位的要求，不能用普通的软三爪装夹，所以在设计钻孔夹具时，采用以零件的内腔定位，上端面压紧的方案进行夹紧。

对于机加工艺系统来说，足够的连接刚度，是获得高加工精度的前题；减少部件的连接面，是提高加工工艺系统刚度和降低设备负荷的最佳途径；对于铣加工中心DMU机床，要求较小的切削力和切削负荷，是维持设备高精度的需要。因此在设计夹具时应尽量减少机床与夹具的迕接次数，保证夹具刚度的同时减小其重量，降低设备负荷，提高加工精度。所以结合现有机床所具备的装夹方式，我们自行设计了工装夹具，夹具的底座直接有机床的工作台连接，内止与零件的内腔连接，在一次装夹中加工夹具外止口与夹具大端面，并使夹具外止口与机壳内腔间形成间隙配合，以便于零件装夹找正。

3.2.2 定位元件的确定

在选择定位方案时，由于定位方式多种多样，对定位基准、限位基准的确定也有几种不同方法，此处采用以下观点：

当工件以回转面（内、外圆柱面、圆锥面、球面等）作为定位基面时，其轴线为定位基准。当工件以平面与定位元件接触，此平面就是定位基面，它的理想状态（平面度误差为零）是定位基准。但对于已经加工过的平面，通常忽略其平面度误差，所以认为，定位基面就是定位基准，二者重合。

1）工件在机床上的定位一般有两种方法：非校正定位法和校正定位法

非校正定位法，只要使工件上的定位基准和夹具（或设备）上的定位面相接触，就能使工件获得所要求的位置，这种方法的生产率很高，因此在成批及大量生产时主要采取这种方法。必须指出的是，采用这种方法定位时，要求工件的定位基准必须有一定的精度。

校正定位法，是零件在机床上是靠找正的方法来获得所要求的位置的。这种方法生产率较低，一般只是在单件或小批量生产中使用。另外，校正定位法还用于工件的定位精度耍求特别高的情况（0.01～0.005mm左右），因为使用夹具有时很难保证较高的定位精度。

2)基准重合原则

工件在夹具中的定位基准皆应与产品的设计基准重合。机壳上各组孔其设计基准皆为内孔Ф150. 8H8轴心线及端面。故机壳在夹具中的定位基准也应为机壳内孔Ф150. 8H8及端面F、G。定位采用短圆柱及一面定位，限制5各方向的自由度，同时由于机壳系薄壁零件，单纯靠一面及一短圆柱面定位显然定位步可靠。为此，夹具设计中特采用过定位的方法。过定位就是对工件的同一自由度出现重复限制。

原因首先，该机壳的定位基准即内孔Ф150.8H7精确，其与端面垂直度不大于0.025，相互位置精度要求较高，夹具上定位件的定位精度Ф150.8g6也很高，因此，定位基准与定位表面间彼此可以接触良好，定位不会受到不良影响。 其次，采用过定位可以加强整个定位系统和工件的刚性，对提高工件的加工精度有好处。尤其对该机壳而言，其薄壁刚性差的特点更需要采取过定位的方法增强刚性。

另外，工件在二次装夹钻孔时，其圆周方向上的定位基准同样采取基准重合的原则，选用一圆柱销插入以加工的端面孔6×2-Ф4.2+0.12 0之一定位，达到与设计基准相一致。

3）夹具结构简单，紧凑、能够实现多工位加工

由于工序安排比较集中，在一次装夹中要完成多工位的加工，因此夹具设计应尽量简单、紧。同时夹紧必须牢靠。

4）定位元件的选择：工件在夹具中采用过定位，定位元件选用两个短圆柱及端面定位，端面限制X、Y方向旋转自由度及Z方向平动自由度，两各短圆柱同时限制X、Y方向平都自由度。因此X、Y方向移动自由度被限制了两次，这样工件在夹具中的位置步仅准确而且可靠。工件在圆周方向上的定位基准，仍用一圆柱销插入端面孔6×2-Ф4.2之一中定位，限制z方向旋转自由度，角向分度依靠圆形回转工作台实现。 另外，由于在一次装夹中要同时实现端面孔的加工，因此对定位元件之一的端面必须加工豁口，将加工位预留出来，以便加工。

3.2.3夹紧机构的确定

由于夹具力求结构简单、紧凑，故选用螺旋夹紧机构较为简单、实用。同时

螺旋夹紧机构具有增大力、自锁性好的特点，使夹紧更加牢靠、快捷。螺纹连接选用M20×2.5螺杆配用盖板、螺母实现轴向均匀压紧，避免变形。螺杆同时将底座与盖板（即定位件）连接起来，连同工件形成一个同一整体。 由于整套夹具在结构上简单，紧凑，夹紧力相对适中，亦无其他特殊要求，故在材料选用上以一般碳钢为主，如45钢、35钢、40Cr等。采用一般的调质处理，提供其综合机械强度。

3.2.4误差分析

工件的定位就是使同一工序中的所有工件逐次放置到夹具中，使之占有正确的位置的工艺过程。-批工件逐个在夹具中定位耐，由于定位基准与工序基准不重合、定位副制造不准确等原因，使得各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，势必产生定位误差，即工件夹其中因定位不准确而产生的工件加工误差。定位误差实际上是一批工件采用调整法在加工时，由于定位所造成的工件加工面相对于工序基准的位置误差。假定在加工时，夹具相对于刀具及切削成形运动的位置经调整后不再变动，那么可以认为加工面的位置是固定的，这样工件加工面相对于其工序基准的位置误差就是由于工序基准的位置变动所引起的。所以，定位误差也就是工件定

位时工序基准在工序加工要求（位置尺寸或位置精度）方向上的位置变动量。

3.2.5装备误差分析

“机床夹具装配调整及夹具精度检验”实验，认识到夹具制造工艺特点和工件加工精度的保证方法，认识到夹具总装图公差配合与技术要求的实际意义。从而使我在进行夹具设计时明白到底应标注哪些技术要求有其意义。

安装误差与定位误差：在应用夹具安装工件时，往往由于下列几种因数引起工件的安装误差：

①夹具本身的误差；

②夹具在机床上的安装，调整误差；

③夹紧时，整个夹具或其它元件受力后产生弹性变形；

④工件的定位基准与定位元件接触后的变形；

⑤由于工件的定位基准与设计基准不重合而引起的误差；

⑥由于工件的定位基准面与定位元件之间的间隙（如内，外圆柱面定位时）引起的工件可能的最大的位移。

影响钻孔工序误差的因素:

①工件上定位基准即内孔Ф150.8H7的加工误差

②定位元件上的定位尺寸Ф150.8H7的加工误差

③工件在夹具中的安装误差

④夹具在工作台上的安装误差

⑤钻头引偏误差

⑥机床误差

⑦加工误差

⑨变形误差

⑨角向分度误差

分析圆周孔4组×2-Ф6.3H12的加工误差：

4组×2-Ф6.3H12孔在机壳中的位置是：距离机壳端面F的轴向距离为130，两组间间距为49，沿圆周方向均布分布，位置度要求是Ф0.12。工件定位孔为Ф150. 8H7+0.04 0，按标准公差中的基轴制的规定，选择间隙配合g6，故定位件尺寸选为Ф150. 8g6(-0.014 -0.039)，公差为0.025,定位件与定位孔之间的最小间隙为0.014。

影响其加工误差分别为：

①由于定位基准与设计基准重合，故δ定基50

②工徉在夹具中的定位误差，即定位孔与定位件之间的最大间隙，δ定位 =0.04+0.025+0.014=0.079

③夹具在圆盘工作台上的安装误差：夹具在圆盘工作台上安装时，通常找正其

心轴全跳动0.0lmax，故δ夹安0.01

④加工过程产生的误差：该误差包括与机床有关的误差δ机床，与 刀具有

关的误差δ刀具，与变形有关的误差δ变形

⑤在分度过程中产生的角向误差，由于分度圆盘分度误差为±7，在 Ф158外

圆上，弦长误差为δ=158×2×π×7×2/2×360×3600=0.005

由于该工序所用的机床为数控机床，与机床有关的误差仅为重复定位误差±0. 003，加工误差δ加工及刀具误差δ刀具可通过调整程序排除，δ变形也相对较小，可忽略。因此，总误差δ=δ定位+δ夹定+δ机床+δ分度=0.079+0.01+0.006+0.005 = 0.1

3.3夹具的使用

将钻孔夹具与铣床的工作台用T型压板连接。

将机壳组件内腔与夹具的止口配合，机壳的端面贴紧夹具止口内端面，上端用盖板压在机壳的另一端，用螺杆连接底座和盖板，以螺母压紧。由于定位面与加工面之间距离较长，且受重力作用，在此范围内要保证上下止口的同轴度Ф0.01，必须先找正夹具定位面，再用间隙调整法，即通过调整夹具止口与机壳内腔内之间的径向间隙内腔找正在0.0lmm以内，然后用螺钉和压板将机壳端面与夹具端面压紧后进行加工，从而保证零件位置度要求。

卸下零件的步骤：将零件与夹具的压紧螺钉及压板轻轻松开，取下零件便可。至此，该110工序加工完毕。

结 论

这次设计的目的是巩固和加深我们这两年中的所有专业内容，培养我们综合运用所学理论，解决现代实际工艺设计问题的能力，以便将来在公司能更好的适应现代技术。

通过这次的工艺规程及工艺装备的设计，使我得到了以下几方面的锻炼：

一 ：能熟练应用机械制造工艺设计中的基本理论知识，和在实习中的实践知识，从而能正确对所设计的零件进行定位、工艺路线的拟定、尺寸的保证、表面粗糙度的确定等问题。

二 ：通过夹具的设计，让我明白设计夹具应该尽量设计出高效、省力、经济合理而且能保证加工质量的夹具。

三 ：学会了使用、查阅各种设计资料、手册和国家标准等，以及学会投制工序图，夹总装图和零件图，标注必要的技术条件等。

通过本次夹具设计让我明白做任何一件事都并非像的那么容易，只要我们肯付出努力，相信自己会得到属于自己的一份收获。

在此次设计中，由于自己本身水平有限，设计存在错误和不足之处，恳请老师给予指正和谅解，谢谢。

致 谢

毕业设计已经结束了,首先要感谢我的指导老师——陈荣老师,谢谢他为我热心的指导和帮助,是他给我细致的解答疑问,为我提供众多的有关设计书籍资料,又为我提纲契领,梳理脉络,使我确立了本文的框架。论文设计过程中,他为我指导一些以前没有弄清楚的知识,最终圆满的完成了本次设计.通过本次毕业设计使我在各方面都有了很大的提高,还要感谢各位代课老师及车间师傅的精心指导,使我对实际机械加工过程有了更深更全面的认识,对工艺设计公差配合等方面也有更多的了解,为我以后的工作鉴定了扎实的基础。

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