套筒加工工艺及夹具毕业设计论文

×××× 学 院

毕 业 设 计（论 文）说 明 书

题 目 套 筒 加 工 工 艺

及 夹 具 设 计

学 生

系 别 机 电 工 程 系

专 业 班 级 机械设计制造及自动化

学 号

指 导 教 师

×××× 学 院

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目： 套筒加工工艺及夹具设计 系：机电工程专业：机械设计制造及自动化 班级：

学生： 学号： 指导教师：

接受任务时间

教研室主任 （签名） 系主任 （签名）

1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求

⑴、绘制并审核零件图、毛坯图；

⑵、设计加工工艺并编制工艺规程、工序卡；

⑶、设计夹具装配图；

⑷、编制夹具安装调整及使用维护说明书；

⑸、编制设计说明书。

2．原始资料

⑴、零件图一张；

⑵、生产批量6000件/年

2．指定查阅的主要参考文献及说明

⑴、机械设计手册

⑵、机械加工工艺手册

⑶、夹具设计手册

⑷、机床图册

⑸、其他相关资料

3．进度安排

中文摘要

零件的加工工艺编制，在机械加工中占有非常重要的地位，零件工艺编制得合不合

理，这直接关系到零件最终能否达到质量要求；夹具的设计也是不可缺少的一部分，它关系到能否提高其加工效率的问题。因此这两者在机械加工行业中是至关重要的环节。

套筒零件的主要加工表面为孔和外圆表面。外圆表面加工根据精度要要求可选择车

削和磨削。孔加工方法的选择比较复杂，需要考虑零件的结构特点、孔径大小、长径比、精度和粗糙度要求以及生产规模等各种因素。对于精度要求较高的孔往往还要采用几种不同的方法顺次进行加工。本次设计的油缸，为保证孔的精度和表面质量将先后经过粗镗、半精镗、精镗和滚压等四道工序加工。

在机床上对零件进行机械加工时，为保证工件加工精度，首先要保证工件在机床上

占有正确的位置，然后通过夹紧机构使工件在正确位置上固定不动，这一任务就是由机床夹具完成。对于单件、小批量生产，应尽量使用通用夹具，这样可以降低工件的生产成本。但是由于通用夹具适用各种工件的装夹，所以夹紧时往往比较费时间，并且操作复杂，生产效率低，也难以保证加工精度，为此需设计专用夹具。

关键词：工艺设计、基准选择、切削用量、定位误差

ABSTRCT

Is the components craft establishment, holds the very important status in the machine-finishing, the components craft establishes reasonable, whether do this direct relation components achieve the quality requirement finally; Jig's design is also an essential part, whether does it relate raises its processing efficiency the question. Therefore this both in the machine-finishing profession are the important links.

Sleeve components main processing surface for hole and outer annulus surface. The outer annulus face work needs to request according to the precision to be possible to choose the turning and the grinding. The hole processing method's choice is quite complex, needs to consider the components the unique feature, the aperture size, the length to diameter ratio, the precision and roughness request as well as the scale of production and so on each kind of factor. Often must use several different methods regarding the accuracy requirement high hole to carry on the processing in order. This design's cylinder, will pass through half finished boring, the finished boring, the fine articulation and the trundle successively for the guarantee hole's precision and the surface quality and so on four working procedure processings

When the engine bed carries on the machine-finishing to the components, is guaranteed that the work piece working accuracy, first needs to guarantee the work piece holds the correct position on the engine bed, then causes the work piece in the correct position through the clamp organization fixed motionless, this duty is completes by the engine bed jig. Regarding the single unit, the small batch production, should use the universal jig as far as possible, like this may reduce the work piece the production cost. But because the universal jig is suitable each kind of work piece the attire to clamp, therefore time clamp often compares spends the time, and operates complex, the production efficiency is low, also guarantees the working accuracy with difficulty, for this reason must design the unit clamp.

Key word: Craft, datum, cutting specifications, localization datum, position error.

目录

中文摘要 ..................................................................................................................... Ⅰ

英文摘要 ..................................................................................................................... Ⅱ

概述 ............................................................................................................................... 1

第一章 零件的分析 ................................................................................................... 3

1.1 零件的作用 ......................................................................................................... 3

1.2 零件的工艺分析 .................................................................................................. 3

1.2.1 加工方法的选择..............................................................................................3

1.2.2 保证套筒表面位置精度的方法.........................................................................3

1.2.3 防止套筒变形的工艺措施................................................................................4

第二章 工艺规程的设计 ........................................................................................... 5

2.1 确定毛坯的制造形式 ........................................................................................... 5

2.2 基准的选择 ......................................................................................................... 5

2.2.1 粗基准的选择 ................................................................................................. 5

2.2.2 精基准的选择 ................................................................................................. 5

2.3 制定工艺路线 ...................................................................................................... 5

2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯的确定 ............................................................... 6

2.5 确定切削用量及基本工时 .................................................................................... 8

2.5.1工序1 配料（35钢） ............................................................................... 8

2.5.2工序2 车 .................................................................................................... 8

2.5.3工序3 深孔推镗 ...................................................................................... 14

2.5.4工序4 滚压孔 .......................................................................................... 16

2.5.5工序5 车 .................................................................................................. 16

2.5.6 工序6 检查............................................................................................... 19

第三章 夹具设计......................................................................................................20

3.1 概述....................................................................................................................20

3.2 镗床夹具设计要则...............................................................................................20

3.3 夹具设计.............................................................................................................20

3.3.1 问题的提出. ................................................... ............................................20

3.3.2 镗套的结构.... ................................................... ........................................ 21

3.3.3 镗套的布置形式.... ......................................... ............................................21

3.3.4 镗杆............................................................................................................22

3.3.5 支架与底座... ................................................................................................. ........23

3.3.6 镗套与镗杆以及衬套等的配合选择...............................................................23

3.3.7 定位机构设计..............................................................................................28

3.3.8 夹紧机构的设计...........................................................................................28

3.4 夹具工作原理及动作说明...................................................................................25

第四章 结论 ............................................................................................................. 26

设计体会……………………………………………………………………………. 27

参考文献 ..................................................................................................................... 28

致谢 ............................................................................................................................. 29

附录 ............................................................................................................................. 30

概述

一、 套筒零件的功用和结构特点 套筒零件是机械加工中经常碰到的一种零件，它的应用范围很广。例如：支承旋

转轴的各种形式的轴承、夹具上的导向套、内燃机的汽缸套以及液压系统中的油缸等。 机器中的套筒零件起支承或导向作用。由于功用不同，套筒零件的结构和尺寸有很大的差别，但结构上仍有共同的特点：零件的主要表面为不同轴度要求较高的内、外旋转表面；零件壁的厚度较薄：零件的长度一般大于直径等。

二、 套筒零件的技术要求

套筒零件的主要表面是内孔和外圆，其主要技术要求如下：

1、内孔

内孔是套筒零件起支承作用或导向作用最主要的表面，它通常与运动着的轴、刀具或活塞相配合。内孔直径的尺寸精度一般为2级，精密轴套有时取1级，油缸由于与其相配的活塞上有密封圈，故要求较低。 内孔的形状精度，一般应控制在孔径公差以内，有些精密轴套控制在孔径公差的

11~，甚至更严。对于长的套筒除了圆柱度和同轴度外，还应注意孔轴线直线度的要23

求。

为保证零件的功能和提高其耐磨性，内孔表面粗糙度一般为Ra3.2~Ra0.2，有的高

达Ra0.05以上。

2、外圆

外圆表面一般是套筒零件的支承表面，常以静配合或过渡配合同箱体或机架沙锅内的孔相连接。外径的尺寸精度通常为2~3级；形状精度控制在外径公差以内；粗糙度一般为Ra6.3~Ra0.8。

1）内外圆之间的同轴度

当内径的最终加工系将套筒装入机座后进行时，套筒内外圆间的同轴度要求较低；如果最终加工是在装配前完成时要求较高，一般为0.01~0.05mm。

2）孔轴线与端面的垂直度

套筒的端面（包括凸缘端面）如工作中承受轴向载荷，或虽不承受载荷但加工中是作为定位面时，与孔轴线的垂直度要求较高，一般为0.02~0.05mm。

三、 套筒零件的材料与毛坯

套筒零件一般都是用钢、铸铁、青铜或黄铜等材料制成。有些滑动轴承采用双金属

机构，即用离心铸造法在钢或铸铁套的内壁上浇注巴氏合金等轴承合金材料，这样既可

节省贵重的有色金属，又能提高轴承的寿命。

套筒零件的毛坯选择与其材料、结构和尺寸等因素有关。孔径较小（如d

第一章 零件的分析

1.1 零件的作用

液压缸又称为油缸，它是液压系统中的一种执行元件，其功能就是将液压能转变成直线往复式的机械运动。缸筒是液压缸的重要组成部分。

1.2 零件的工艺分析

1.2.1 加工方法的选择

套筒零件的主要加工表面为孔和外圆表面。外圆表面加工根据精度要要求可选择车削和磨削。孔加工方法的选择比较复杂，需要考虑零件的结构特点、孔径大小、长径比、精度和粗糙度要求以及生产规模等各种因素。对于精度要求较高的孔往往还要采用几种不同的方法顺次进行加工。本次设计的油缸，为保证孔的精度和表面质量将先后经过粗镗、半精镗、精镗和滚压等四道加工（零件毛坯为无缝钢管）。

1.2.2、保证套筒表面间位置精度的方法

由套筒零件的技术要求知，套筒零件内外表面间的同轴度以及端面与孔轴线的垂直度一般均有较高要求。为保证这些要求通常可采用下列方法：

1.在一次安装中完成内外表面及端面的全部加工。这种方法除了工件的安装误差，所以可获得很高的相对位置精度。但是，这种方法的工序比较集中，对于尺寸较大（尤其是长径比较大）套筒也不便与安装，故多用于尺寸较小轴套的车削加工。

2.套筒主要表面加工分在几次安装中进行，先终加工孔，然后以孔为精基准最终加工外圆。这种方法由于所用夹具（心轴）机构简单，且制造和安装误差小，因此可保证较高的位置精度，在套筒加工中一般多采用这种方法。

套筒主要表面加工在几次安装中进行，先终加工外圆，然后以外圆为精基准最终加工内孔。采用这种方法时工件装夹迅速可靠，但因一般卡盘安装误差较大，加工后工件的位置精度较低。若欲获得较小的同轴度，则必须采用定心精度高的夹具，如弹性膜片卡盘、液体塑料夹头和经过修磨的三爪卡盘等。

对于较长的套筒零件，为保证位置精度，往往以外圆定位，采用一端夹持，另一端用中心夹支托来最终加工内孔。对于本次设计加工零件的工艺不采用这种

方法,是因为加工内孔时,安装工件需要φ88工艺外圆,只有当内孔加工完后,才可能车去工艺螺纹,进而车出与内孔有较小不同轴度的外圆表面φ82d,故采用上述第二种方法,以内孔作为校正基准.

1.2.3、防止套筒变形的工艺措施

套筒零件的结构特点是孔壁一般较薄，加工中常因夹紧力、切削力和切削热等因素的影响而产生变形。防止变形应注意以下几点：

1．为减少切削力和切削热的影响，粗、精加工应分开进行。粗加工产生的变形在精加工中可以得到纠正。

2．为减少夹紧力的影响，工艺上可采取以下措施：

（1）.采用轴向夹紧的夹具。例如本次设计中的零件加工。两端想车出的φ88外圆,即为加工内孔时实现轴向夹紧用的工艺外圆,内孔加工后即将它车去。 （2）.在工件上做出增加径向刚性的辅助凸边，加工后将凸边切去。

第二章 工艺规程的设计

2.1 确定毛坯的制造形式

套筒零件一般是用钢、铸铁、青铜或黄铜等材料制成。有些滑动轴承采用双金属结构，即用离心铸造法在钢或铸铁套的内壁上浇注巴氏合金等轴承合金材料，这样既可节省贵重的有色金属，又能提高轴承的寿命。

套筒零件的毛坯选择与材料、机构和尺寸等因素有关。孔径较小的套筒一般选择热轧或冷拉棒料，也可采实心铸件。孔径较大时，常采用无缝钢管或带孔的铸件和锻件。大量生产时可采用冷挤压和粉末冶金等先进的毛坯制造工艺，既提高生产率又节约金属材料。

本零件为无缝钢管，规格：89⨯14；材料为35钢，抗拉强度：σb=530MPa；屈服强度：σs=315MPa；硬度：HBS为197。

2.2 基准的选择

基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准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，加工工艺过程中问题百出，更我甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。

2.2.1 粗基准的选择

对于零件而言，尽可能选择不加工表面作为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，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粗基准。对于较长的套筒零件，为保证位置精度，往往以外圆定位，采用一端夹持，另一端用中心夹支托来最终加工内孔。

根据这个原则，本零件选取无逢钢管外圆∅89为粗基准。工件一端用三爪卡盘夹持一端，另一端则用大头顶尖顶住另一端。采用这种方法时工件装夹迅速可靠，但因一般卡盘安装误差较大，加工后工件的位置精度较低。为了获得较小的同轴度，须采用定心精度高的夹具，如弹性膜片卡盘、液体塑料夹头和经过修磨的三爪卡盘等。

2.2.2 精基准的选择

精基准的选择主要应该考虑的是基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸的换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。

2.3 制定工艺路线

制定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，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能机床以及专用夹具，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下降。

工艺路线方案： 工序1、配料（35钢）：

无缝钢（φ89⨯14）管切断，取总长695mm 工序2、车：

车￠82到尺寸￠88（工艺用）； 车端面及倒角； 调头

车￠82到尺寸￠88（工艺用）； 车端面及倒角取总长686mm（余1mm）。

工序3、深孔推镗： 粗镗孔到￠66； 半精镗孔到￠68； 精镗孔到￠69.85；

精铰（浮动镗刀镗孔）孔到￠70±0.20粗糙度R=3.2。

工序4、滚压孔：

用滚压头滚压孔至￠70±0.02，粗糙度R=0.4。 工序5.车

车去工艺外圆，将两端外圆加工到尺寸￠82，割R7槽； 镗内锥孔1.5及车端面；

调头，车去工艺外圆，将两端外圆加工到尺寸￠82，割R7槽； 镗内锥孔1.5及车端面，取总长685mm。

工序5.检查。

00

2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“液压油缸缸筒”：零件材料为35钢，硬度HB197，生产类型大批量，毛

坯形式：φ89⨯14无逢钢管截断。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。

2.4.1 两端外圆表面：

两外圆（φ82dmm）表面一端加工长度为60mm，与其联接的非加工外圆表面直径为 φ89mm，现取其外圆表面直径为φ89mm。φ82mm表面尺寸公差±0.02，表面粗糙度值Ra1.6，要求半精车；精车，加工直径余量2Z=3.5mm. 由于本设计规定零件是大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。φ82dmm的尺寸加工余量和工序间余量及公差分布见图2-1。

图2-1φ82d外圆工序间尺寸公差分布图（调整法）

由图可知：

毛坯名义尺寸：82+3.5×2=89（mm） 毛坯最大尺寸：89+1.3×2=91.6（mm） 毛坯最小尺寸：82-0.5×2=83（mm） 半精车后最大尺寸：82+0.5×2=83（mm） 半精车最小尺寸：82-0.02=81.98（mm） 精车后尺寸和零件图尺寸相同，即φ82dmm.

最后，将上述计算的工序间尺寸及公差整理成表2-1。 表2-1 加工余量计算表

2.4.2 工件内孔加工

毛坯为无逢钢管φ89×14，内孔直径φ61，参照《工艺手册》表2.3-9确定工序尺寸及余量为：

粗镗孔：φ66mm 半精镗孔：φ68mm 精镗：φ69.5mm

精铰（浮动镗刀）：φ70±0.20mm

2.5 确定切削用量及基本工时

2.5.1 工序1：无缝钢管（35钢，φ89⨯14）切断，取总长687mm 2.5.2 工序2：车削，本工序采用计算法确定切削用量。 （1）、加工条件

工件材料：无缝钢管（35钢，φ89⨯14），σb=530MPa 车￠82到尺寸￠88及M88×1.5螺纹（工艺用）； 车端面及倒角；

车￠82到尺寸￠88及M88×1.5螺纹（工艺用）； 车端面及倒角取总长686mm（余1mm）

机床：C630-1卧式车床

刀具：刀具材料为YT15，刀杆尺寸16mm×25mm，

kr=90o,γ0=15o,a0=120,rR=0.5mm。

（2）、计算切削用量

①、车￠82到￠88 切削深度ap：

ap=

89-88

=0.5 2

进给量f：根据《切削用量简明手册》（第三版）（以下简称《切削手册》）表1.4，当刀杆尺寸为16mm×25mm,ap≤3以及工件直径为100mm时：f=0.6~0.9。按CA6140车床的说明书（见《切削手册》表1.30）取f=0.7。

计算切削速度：按《切削手册》表1.27，切削速度的公式为（寿命选T=60min）：

vc=

Ta

m

vxv

P

f

yv

kv （m/min）

式中，cv=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2。修正系数kv见《切削手册》表1.28，即：kmv=1.44，ksv=0.8，kkv=1.04，kkrv=0.81，kBv=0.97。

242

⨯1.44⨯0.8⨯1.04⨯0.81⨯0.97 所以： vc=0.2

0.150.35

60⨯0.5⨯0.5 =123.8 (m/min) 确定主轴转速ns：

ns= =

1000vc

πdw

1000⨯123.8

3.14⨯90

≈438 (r/min)

与438 r/min相近的机床转速为500 r/min，。现选取nw=500，所以实际切削速度 v=141. 3m/min. 检验机床功率：

主切削力 Fc按《切削手册》表1.29所示公式计算

Fc=cFcaP

xFc

f

yFc

vckFc

nFc

1 式中：cFC=2795,xFc=1.0,yFc=0.75,nFc=-0.15

n

kMp

⎛530⎫

= = ⎪⎪

⎝650⎭⎝650⎭

⎛σb⎫

nF

0.75

=0.86

kkr=0.89 所以：Fc=cFcaP

xFc

f

yFc

vcFckFc

n

=2795⨯3.5⨯0.70.75⨯141.3-0.15⨯0.86⨯0.89 =784 N 切削时消耗功率pc为：

Fv

pc=cc4

6⨯10784⨯141.3

=

6⨯104 =1.85 (kw)

由《切削手册》表1.30中CA6140机床说明书知，CA6140主电动机功率为7.5kw，故机床功率足够，可以正常工作。

校验机床进给系统强度：已知主切削力Fc= 791 N，径向力Fp按《切削手册》表1.29所示公式计算 Fp=cFpap

xFp

y

n

f

Fp

p

vckFp

F

式中：cFp=1940,xFp=0.9,yFp=0.6,nFp=-0.3 kMp

F

⎛σb⎫⎛530⎫= = ⎪⎪

⎝650⎭⎝650⎭

n1.35

=0.76

kkr=0.5 所以：Fp=cFpap

xFp

f

yFp

vcpkFp

nF

=1940⨯0.50.9⨯0.50.6⨯141.3-0.3⨯0.76⨯0.5 =116.9 N 轴向切削力 Ff=cFfap式中 cFf=2880x,Ff=

n

xFf

y

n

f

Ff

vc

Ff

kFf

1.y0Ff,=

1.0

0.nFf5=,-：

F

⎛σb⎫⎛530⎫

km= = ⎪=0.82 ⎪

650650⎝⎭⎝⎭

kr=1.1 7

所以：Ff=cFfap

xFf

f

yFf

vc

nFf

kFf

=2880⨯1⨯0.50.5⨯141.3-0.4⨯0.82⨯1.17 =267 N

取机床导轨与床鞍系数μ=0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为：

F=Ff+μ(Fc+FP)

=267+0.1（784+116.9） =357.09 ≈357 N

而机床进给机构可承受的最大纵向力为3530N（见《切削手册》表1.30），故机床进给系统可以正常工作。 切削工时：t=

l+l1+l2

nf

式中：l=60mm,l1=3.5,l2=0,

60+3.5

所以：t=×2

500⨯0.7 =0.36（min） ②、车工艺外圆：

计算切削速度：按《切削手册》表1.27，切削速度的公式为（寿命选T=60min），采用高速钢外圆车刀，规定aP=0.25，走刀次数i=5，则

v

=c

Ta

m

vxv

P

t1

yv

kv （m/min）

式中，cv=11.8，xv=0.70，yv=0.30，m=0.11，。

0.6371.75

kM=()=1.11 kK=0.75

0.6

11.8

⨯1.11⨯0.75 所以： vc=0.11

0.70.3

60⨯0.25⨯1.5 =32.8 (m/min) 确定主轴转速ns：

ns=

1000vc

πdw

=

1000⨯32.8

3.14⨯90

≈116 (r/min)

按机床说明书取 n=96r/min，

所以实际切削速度 v=27m/min.

由《切削手册》表1.30中CA6140机床说明书知，CA6140主电动机功率为7.5kw，故机床功率足够，可以正常工作。 计算切削工时： 切削工时：t=式中：l=60,l1=2, 所以：t=

l+l1+

nf

60+2

×2

96⨯1.5

=0.086（min）

③、车端面及倒角：

确定端面最大加工余量：已知毛坯长度方向的加工余量为2mm

确定进给量f：根据《切削手册》表1.4，当刀杆尺寸为16mm×25mm,ap≤3以及工件直径为100mm时：f=0.6~0.9。按CA6140车床的说明书（见《切削手册》表1.30）取f=0.7。

计算切削速度：按《切削手册》表1.27，切削速度的公式为（寿命选T=60min）：

v

=c

Ta

m

vxv

P

f

yv

kv （m/min）

式中，cv=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2。修正系数kv见《切削手册》表1.28，即：kmv=1.44，ksv=0.8，kkv=1.04，kkrv=0.81，kBv=0.97。

242

⨯1.44⨯0.8⨯1.04⨯0.81⨯0.97 所以： vc=0.20.15

60⨯1⨯0.50.35 =125.8 (m/min) 确定主轴转速ns：

ns=

1000vc

πdw

=

1000⨯125.8

3.14⨯90

≈445 (r/min)

与445 r/min相近的机床转速为500 r/min，。现选取nw=500，所以实际切削速度 v=141. 3m/min. 检验机床功率：

主切削力 Fc按《切削手册》表1.29所示公式计算 Fc=cFcaP

xFc

f

y

Fc

c

vcFkFc

n

1

式中：cFC=2795,xFc=1.0,yFc=0.75,nFc=-0.15

n

kMp

F

⎛σb⎫⎛530⎫= = ⎪⎪

⎝650⎭⎝650⎭

n0.75

=0.86

kkr=0.89 所以：Fc=cFcaP

xFc

f

yFc

vcFckFc

n

=2795⨯1⨯0.70.75⨯141.3-0.15⨯0.86⨯0.89 =768 N 切削时消耗功率pc为：

Fv

pc=cc4

6⨯10768⨯141.3

=

6⨯104 =1.81 (kw)

由《切削手册》表1.30中CA6140机床说明书知，CA6140主电动机功率为7.5kw，故机床功率足够，可以正常工作。 计算切削工时： 切削工时：t=式中：l=

l+l1+l2

nf

89-61

=14,l1=2,l2=0, 214+2

所以：t=×2

500⨯0.7

=0.091（min）

③、车￠82到尺寸￠88及； 同①

④、φ88外圆（工艺用）

⑤、车端面及倒角取总长686mm(余量1mm) 同③

2.5.3 工序3：深孔推镗： 粗镗孔到￠66mm； 半精镗孔到￠68mm； 精镗孔到￠69.85mm;

精铰（浮动镗刀）孔到￠70±0.20粗糙度Ra=3.2μm。

镗孔是常用的孔加工方法，可以作为粗加工，也可以作为精加工，加工范围很广。对于小批量生产中的非标准孔、大直径孔、精确的短孔及盲孔、有色金属孔等一般多采用镗孔。镗孔可以在车床、铣床和数控机床上进行，能获得的尺寸精度为1~3级，粗糙度为Ra6.3μm~Ra0.8μm。镗孔刀具（镗杆与镗刀）因受孔径尺寸的限制（特别是小直径深孔），一般刚性较差，镗孔时容易产生振动，生产率低。但是由于不需要专用的尺寸刀具（绞刀），镗刀机构简单，又可以在各种机床上进行镗孔，故单件、小批生产中，镗孔是较经济的方法。此外，镗孔能修正前工序加工后所造成孔的轴线歪曲和偏斜，以获得较高位置精度。

精细镗孔（又称金刚镗）

精细镗常用于有色金属合金及铸铁件的光整加工，在汽车与拖拉机的连杆和汽缸套加工中应用较多。为了达到高精度与粗糙度要求，常采用精度高、刚度高、和具有高转速的金钢镗床。所用刀具（称金钢镗刀）是选用细颗粒耐磨的硬质合金或金刚石刀具，经过刃磨和研磨获得锋利的刃口。精细镗孔时，加工余量小，高速切削下切去截面很小的切屑。由于切削力非常小，故能达到1级精度和小的粗糙度，孔的几何形状误差小于0.003~0.005mm。

①、 粗镗孔到￠66mm ，单边余量Z=2mm，一次镗去余量,ap=2.5mm 选用机床：T612卧式镗床

进给量： f=0.1mm/r 切削速度：

根据有关手册确定T612卧式镗床的切削速度为：v=100m/min,

1000v1000⨯100

则 n==

πD3.14⨯89 =359 r/min

根据《工艺手册》表4.2-20知，和359r/min相近的有320r/min、414r/min,

故取nw=320r/min。

切削工时：l=66mm，l1=3mm，l2=3mm.

t=

l1+l1+l2

nwf

66+3+3

=2.25（min）

320⨯0.1

=

②、 半精镗孔到￠68mm,

单边余量Z=1；

一次镗去余量：ap=1.5mm；

f=0.1；

nw=320r/min，v=100m/min t=2.3 min

③、 精镗孔到￠69.85mm,

单边余量Z=0.25；

一次镗去余量：ap=1.25mm；

f=0.1；

nw=320r/min，v=100m/min t=2.37 min

④、 精铰（浮动镗刀）孔到￠70±0.20粗糙度Ra=3.2μm

图2-2 油缸浮动镗刀

浮动镗孔是镗深孔后的精加工方法。图3-3是浮动镗刀头，浮动镗刀块在刀柄长方形孔内可以自由滑动。浮动镗孔的特点是：消除了由于刀具及机床等误差引起孔尺寸不稳定；由于刀块浮动且处于旋转的情况下，刀块有自动对中性；镗刀的导向良好。图2-2中的导向块为夹布胶木（或白桦木），有一定的弹性，这种材料的导向块，既可避免擦伤已加工表面，又可自动补偿数次镗孔后直径的磨

损，维持必要的导向要求。导向块为双导向。弹性导向块调整时，前导向应与孔紧配，后导向应调整略大于刀块尺寸，在工作时能自动磨去而保持较准确导向精度。

2.5.4 工序4：用滚压头滚压孔至￠70±0.02，粗糙度Ra=0.4μm

图2-3 油缸滚压头

上图为一油缸滚压头。滚压内孔表面的圆锥型滚柱3支承在锥套5上，滚压时滚柱与工件有一个0o30,或1o的斜角，是工件能逐渐产生变形，以提高孔壁粗糙度。

内孔滚压前，需要先通过螺母11调整滚压头的径向尺寸。旋转调节螺母11可使其相对心轴1轴向移动，当其向右移动时，推动过渡套10、止推轴承9、衬套8及套圈6经销子4使滚柱3沿锥套5表面向左移，结果使滚压头径向缩小。当其向右移动时，压缩弹簧7压移衬套8经止推轴承9使过渡套10始终贴紧调节螺母的左端面，同时衬套8右移时带动套圈6经盖板2使滚柱3沿轴向右移，结果使滚压头径向尺寸增大。滚压头径向尺寸应根据孔的滚压过盈量确定，一般钢材的滚压过盈量为0.10~0.12mm，滚压后孔径向增大0.02~0.03mm。

滚压过程中滚柱3所受轴向力，经销子4、套圈6、衬套8作用在止推轴承9上，而最终还是经过过渡套10、调节螺母11及心轴1传至和滚压头右端M40×4相连的刀杆上，当滚压完毕后，滚压头从内孔反向退出时，滚柱3会受到一个向左的轴向力，此力传给盖板2，经套圈6、衬套8压缩弹簧7，实现了向左移动，同时滚压头在弹簧力的作用下复位，是径向尺寸又恢复到原调数值。

滚压中滚压速度：v=60~80m/min 走刀量：S=0.25~0.35mm/转

冷却润滑液采用50%硫化油加50%柴油或煤油。 2.5.5 工序5：

车去工艺外圆，将两端外圆加工到尺寸￠82，割R3.5槽； 镗内锥孔1.5及车端面；

调头，车去工艺螺纹，将两端外圆加工到尺寸￠82，割R3.5槽； 镗内锥孔1.5及车端面，取总长685mm

①、 车去工艺外圆，将两端外圆加工到尺寸￠82，割R3.5槽

切削深度ap：

ap=

88-82

=3 2

进给量f：根据《切削用量简明手册》（第三版）（以下简称《切削手册》）表1.4，当刀杆尺寸为16mm×25mm,ap≤3以及工件直径为100mm时：f=0.6~0.9。按CA6140车床的说明书（见《切削手册》表1.30）取f=0.7。

计算切削速度：按《切削手册》表1.27，切削速度的公式为（寿命选T=60min）：

v

=c

Ta

m

vxv

P

f

yv

kv （m/min）

式中，cv=242，xv=0.15，yv=0.35，m=0.2。修正系数kv见《切削手册》表1.28，即：kmv=1.44，ksv=0.8，kkv=1.04，kkrv=0.81，kBv=0.97。

242

⨯1.44⨯0.8⨯1.04⨯0.81⨯0.97 所以： vc=0.20.15

60⨯3⨯0.50.35 =115.8 (m/min) 确定主轴转速ns：

ns= =

1000vc

πdw

1000⨯115.8

3.14⨯90

≈410 (r/min)

与438 r/min相近的机床转速为500 r/min，。现选取nw=438，所以实际切削速度 v=123. 7m/min. 检验机床功率：

主切削力 Fc按《切削手册》表1.29所示公式计算

Fc=cFcaP

xFc

f

yFc

vckFc

nFc

1 式中：cFC=2795,xFc=1.0,yFc=0.75,nFc=-0.15

n

kMp

⎛530⎫

= = ⎪⎪

⎝650⎭⎝650⎭

⎛σb⎫

nF

0.75

=0.86

kkr=0.89 所以：Fc=cFcaP

xFc

f

yFc

vcFckFc

n

=2795⨯31⨯0.70.75⨯141.3-0.15⨯0.86⨯0.89 =765 N 切削时消耗功率pc为：

Fv

pc=cc4

6⨯10765⨯123.7

=

6⨯104 =1.57 (kw)

由《切削手册》表1.30中CA6140机床说明书知，CA6140主电动机功率为7.5kw，故机床功率足够，可以正常工作。

校验机床进给系统强度：已知主切削力Fc= 791 N，径向力Fp按《切削手册》表1.29所示公式计算 Fp=cFpap

xFp

y

n

f

Fp

p

vckFp

F

式中：cFp=1940,xFp=0.9,yFp=0.6,nFp=-0.3 kMp

F

⎛σb⎫⎛530⎫= = ⎪⎪

⎝650⎭⎝650⎭

n1.35

=0.76

kkr=0.5 所以：Fp=cFpap

xFp

f

yFp

vcpkFp

nF

=1940⨯30.9⨯0.50.6⨯141.3-0.3⨯0.76⨯0.5 =116.9 N 轴向切削力 Ff=cFfap式中 cFf=2880x,Ff=

n

xFf

y

n

f

Ff

vc

Ff

kFf

1.y0Ff,=

1.0

0.nFf5=,-：

F

⎛σb⎫⎛530⎫

km= = ⎪=0.82 ⎪

⎝650⎭⎝650⎭

kr=1.1 7所以：Ff=cFfap

xFf

f

yFf

vc

nFf

kFf

=2880⨯3⨯0.50.5⨯141.3-0.4⨯0.82⨯1.17

=267 N

取机床导轨与床鞍系数μ=0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为：

F=Ff+μ(Fc+FP)

=267+0.1（784+116.9） =357.09 ≈357 N

而机床进给机构可承受的最大纵向力为3530N（见《切削手册》表1.30），故机床进给系统可以正常工作。 切削工时：t=

l+l1+l2

nf

式中：l=60mm,l1=3.5,l2=0,

60+3.5

所以：t=×2

500⨯0.7 =0.36（min） 割R3.5槽，换成型车刀。 ②、镗内锥孔1.5及车端面。 2.5.6 工序6、检查

第三章 专用夹具设计

3.1 概述

在机床上对零件进行机械加工时，为保证工件加工精度，首先要保证工件在机床上占有正确的位置，然后通过夹紧机构使工件在正确位置上固定不动，这一任务就是由机床夹具完成。对于单件、小批量生产，应尽量使用通用夹具，这样可以降低工件的生产成本。但是由于通用夹具适用各种工件的装夹，所以夹紧时往往比较费时间，并且操作复杂，生产效率低，也难以保证加工精度。

经过与指导老师协商，决定设计第3道工序——深孔推镗：深孔推镗：粗镗孔到￠66；半精镗孔到￠68；精镗孔到￠69.85；精铰（浮动镗刀镗孔）孔到￠70 0.02粗糙度R=3.2。

3.2 镗床夹具设计要则

镗床夹具是保证达到工件上孔的尺寸精度、几何精度、表面光洁度以及多孔镗削时孔距和孔的位置精度的精密工艺装备。镗床夹具的主要加工对象是薄壳箱形铸件体类零件，因此在设计镗床夹具时，主要考虑的问题是工件的正确定位与夹紧、夹具的刚性，以及镗孔刀具导向装置的合理性，以保证达到产品的工艺要求。应着重考虑的问题，具体如下：

1）设计镗床夹具涉及镗孔要求、镗杆结构、镗刀位置、导向装置、机床工作行程等多方面的问题。为了防止产生错误，在设计镗床夹具时应首先根据工艺提供的加工工序图，绘制包括工件加工部位及尺寸要求，加工时的刀具布置及始末位置，镗杆结构、导向元件结构及安装位置等在内的刀具布置图或在总图上表示清楚。

2）镗床夹具的刚性和抗振性与其他夹具相比特别重要，为此应提高夹具底座的高度，高度与长度之比推荐取1：7。镗模架亦应具有足够的刚性和稳定性。

3）在设计定位与夹紧结构时，应保证夹紧后工件的弹性变形最小。 4）滑动轴承要有充分的润滑。

5）设置必要的起吊装置，并保证起吊时夹具不致变形

3.3、夹具设计

3.3.1、问题的提出

本夹具主要用来推镗深孔∅70±0.02。该孔对两端外圆表面，两端面都有一定的技术要求。在加工本道工序时两端外圆表面及两端面都未加工，因此在本道工序加工时除了要满足技术要求外，还应该提高加工效率，降低劳动强度。

3.3.2 镗套的结构

镗套的结构和精度直接影响到加工孔的尺寸精度、几何形状和表面粗糙度。设计镗套时，可按加工要求和情况选用标准镗套，特殊情况则可自行设计。一般镗孔用的镗套，主要有固定式的和回转式两类，都已标准化了。本夹具选用B型固定式镗套（如下图3-1）——镗套 B55H7×65g5×45 GB2266-80，它与快换钻套相似，加工时镗套不随镗杆转动。B型固定式镗套带油杯和油槽，使镗杆和镗套之间能允分地润滑，从而减少镗套的磨损。

图３-１固定式镗套

3.3.3 镗套的布置形式

镗套的布置形式主要根据被加工孔的直径D以及孔长与孔径的比值L/D

和

精度要求而定，一般有以下四种形式：①单支承后引导；②单支承前引导；③双支承前后引导；④双支承后引导。其中双支承前引导如图3-2所示，导向支架分别装在工件两侧。因为工件镗孔长度L>1.5D，加工孔径较大，并且各个孔系之间的位置精度也要求较高，宜采用“双支承前后引导”。另外镗套采用的是固定式镗套，故按H＝(1.5～2)d来选取，则取H＝63mm。

图3-2双支承前后引导

图3-3 镗杆导向部分的结构

3.3.4 镗杆

图3-3为用于固定式镗套的镗杆导向部分的结构。当镗杆导向部分直径

d

d = (0.6~0.8)D

选取，式中d——镗杆直径(mm)，D——被镗孔直径(mm)。 则得，d

=55 mm

设计镗杆时，镗孔直径D，镗杆直径d、镗刀截面BxB之间的关系参照表3-1选取。

表3-1 镗杆直径d、镗刀截面BxB与被镗孔直径D的关系

表中所列镗杆直径的范围，在加工小孔时取大值，在加工大孔时，若导向好，切削负荷小则可取小值；一般取中间值，若导向不良，切削负荷大时可取大值。镗杆的轴向尺寸，应按镗孔系统图上的有关尺寸确定。

镗杆的材料要求镗杆表面硬度高而心部有较好的韧性，因此可采用45钢。 镗杆的主要技术条件要求为：

①镗杆导向部分的圆度与锥度公差控制在直径公差的1/2以内。

②镗杆导向部分公差带为:粗镗为g6，精镗为g5。表面粗糙度值Ra0.8μm。 ③镗杆的直线度公差为0.1mm。刀孔表面粗糙度一般为Ra1.6μm，装刀孔不淬火。

3.3.5 支架与底座

镗模支架和底座为铸铁件（HT100），分开制造。镗模支架应具有足够的强度与刚度，且不允许承受夹紧力。其结构和尺寸参见镗模支架零件图。

镗模底座上要安装各种装置和元件，并承受切削力和夹紧力，因此必须有足够的强度与刚度，并保持尺寸精度的稳定性。其结构参见装配图。

3.3.6 镗套与镗杆以及衬套等的配合选择

镗套与镗杆、衬套等的配合必须选择恰当，过紧容易研坏或咬死，过松则不能保证加工精度。一般加工低于IT8级公差的孔或粗镗时，镗杆选用IT6级公差，当精加工IT7级公差的孔时，通常选用IT5级公差，当孔加工精度（如同轴度）高时，常用配研法使镗套与镗杆的配合间隙达到最小值，但此时应用低速加工。

表8-7镗套与镗杆、衬套等的配合

见表8-7，则本夹具镗套与镗杆、衬套的配合分别为H6/g5、H6/h5。

镗套内外圆的同轴度允公差常取0.01mm，内孔的圆度、圆柱度一般公差为0.01mm，表面粗糙度为Ra0.32μm。

镗套用衬套的内外圆的同轴度，粗镗时常取0.01mm；精镗时常取0.01～0.005mm。

3.3.7 定位基准的选择

对于工件的技术要求：①内孔必须光洁无纵向刻痕；②内孔位置度和圆柱度全长度不大于0.4mm；③内孔轴线的直线度为0.1/1000mm,内孔轴线与端面的不垂直度0.03mm；④内孔对两端外圆（∅82d）的不同轴度不大于0.025mm。 为了使工件达到技术要求，本工序的定位基准选两端外圆（∅82d）。

3.3.8 夹紧机构的设计

在满足考虑了夹紧装置的自动化程度和复杂程度与工件的产量和批量相适应，且操作安全、方便、省力等前提下，本夹具采用螺杆和压板夹紧装置，并进行手动夹紧。

3） 切削力的计算

本工序有4个工步，选择其中切削力最大的粗镗孔Φ61mm工步进行计算。已知，工件材料为35钢，切削参数：ap=2.5 mm，f= 0.1m，vc=100r/min，查《工艺手册》表2.4-14得：

主切削力： Fr=1250N

径向切削力： Fy=620N

走刀力： Fx=680N

4） 夹紧力的计算

计算夹紧力时，通常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（大型工件还应该考虑工件的重力，运动的工件还应该考虑惯性力等）的作用情况，找出在加工过程中对夹具不利的瞬时状态。按静力平衡原理（∑Fxi=0,∑Fyi=0,∑M0(Fi)=0），计算出理论夹紧力，最后为保证夹紧可靠，将理论夹紧力乘以安全系数，作为实际所需夹紧力的值，

即 Wk=WK

式中：

； Wk——实际所需夹紧力（N）

W——在一定条件下，由静力平衡原理，计算出的理论夹紧力（N）；

K——安全系数。

安全系数K按下式计算： i=1i=1i=1nnn

K=K0⋅K1⋅K2⋅K3⋅K4⋅K5⋅K6

式中，K0~K6为各种因素的安全系数，查《机床夹具设计手册（第二版）》表1-2-1得，

K0=1.4,K1=1.2,K2=1.0,K3=1.0,K4=1.3,K5=1.0,K6=1.0

则计算得， K=2.18，

但由《机床夹具设计手册（第二版）》表1-2-1备注知，当K值计算结果小于2.5时，取K=2.5。

则 理论夹紧力W≈720N，因此实际夹紧力

Wk=W⋅K=720×2.5=1800 N

则 加工工件时所需要的夹紧力为：

Q=Wk=1800÷2=900 N

3.4 夹具设计及操作的简要说明

本夹具由镗模支架；改制V型块和夹紧螺栓，压块等几部分组成（详见夹具装配图）。装夹工件时，利用工件两端外圆表面，与两V型块相配合，将工件定位于V型块上。当要求夹紧工件时，只需将两个压板分别压住工件两端外圆上表面，然后拧紧螺母，直至工件夹紧为止。

为了防止在切削时因切削力和自身重力的作用而使工件发生变形，影响加工精度，将V型块设计为以圆弧面与工件配合以增加工件的支承刚性和稳定性。

第四章 结论

一个零部件其质量的高低取决于设计、加工等因素，那么机械加工就是不可缺少的一部分，零件从设计好，到拿到工厂去加工，要加工出合格的产品，就必须在工艺以及夹具上下工夫，工艺编制的合不合理，夹具结构设计的合不合理这些都是很重要的因素。因此在加工零件之前，要认真的分析，然后编制合理的工艺和夹具设计。

套筒零件是机械加工中经常碰到的一种零件，它的应用范围很广。例如：支承旋转轴的各种形式的轴承、夹具上的导向套、内机沙锅内的汽缸套以及本次设计液压系统中的油缸等。

机器中的套筒零件起支承或导向作用。由于功用不同，套筒零件的结构和尺寸有很大的差别，但结构上仍有共同的特点：零件的主要表面为不同轴度要求较高的内、外旋转表面；零件壁的厚度较薄：零件的长度一般大于直径等。 通过本次的毕业设计，使我明白了自己的差距和不足之处。特别是对于知识的总体把握上有所欠缺，以及对于零件分析得不够透彻，编制出的工艺不是很符合工厂实际加工的情况，零件专用夹具的设计其结构也不是很合理，但是通过指导老师的帮助，已基本解决这些问题。在设计的过程当中，让自己体会到了设计的乐趣，体会到战胜困难的激动，体会到了成功所带来了喜悦，为以后初到公司工作积累一定的经验。

设计体会

毕业设计是大学四年来理论基础知道和专业基础知识学习过程中最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节，是对专业基础知识的一次考验与综合运用。通过毕业设计能使学生综合运用大学几年来所学的理论和专业知识和在生产实习过程中学到的实践经验，以全面、系统、地培养学生独立思考能力、创新能力、解决实际问题等能力。

毕业设计三个月里，在导师的指导和同学的帮助下已顺利完成。在这几个月里从对所设计产品市场需求情况的调查、目前研究现状的了解、相关资料的查阅、结构初步设计方案的提出、及最后总方案的确定，在这每一个环节中我都严格要求自己：一个从事机械专业的人员，既要熟悉设计，更要熟悉工艺和控制，也要有能预测市场的能力。在这个过程中，不但培养了我独立思考、分析问题的能力也培养了我的创新能力、解决实际问题的能力及理论与实践相结合的能力。 在这短短三个月的毕业设计里，也深感自己还存在很多不足，如理论知识的不扎实、实践经验的欠缺、理论与实践的优化结合等等。我将在以后的学习和工作中继续对专业理论知识的深入学习和对实践经验的认真总结，做到理论与实践有机结合，争做一名“有志”、“有德”、“博学”适合当代社会发展所需要的优秀社会青年。

参考文献

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[3] 刘鸿文.材料力学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2004

[4] 邱宣怀.机械设计(第四版)[M].北京: 高等教育出版社,1997

[5] 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学(第六版)[M].北京:高等教育出版社,2002

[6] 沈学勤.公差配合与技术测量[M].北京: 高等教育出版社,1998

[7] 刘朝儒,彭福荫.机械制图(第四版)[M].北京:高等教育出版社，2001

[8] 胡宗武.非标准机械设备设计手册[M].北京：机械工业出版社，2003

致谢

在这几个月的毕业设计中，我首先要感谢我的指导老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

感谢曾经帮助过和教育过我的老师们，是你们严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，与无微不至、感人至深的人文关怀使我的大学生活不在感到孤立无助，使我在大学四年里学到了扎实的专业知识，使我的毕业设计能够顺利的完成。

我还要感谢学校的领导，由于你们的领导，学校有了长足的发展，在这四年里改变了自己的思维方式，锻炼了自己各方面的能力，确定了今后自己的发展目标。

最后祝愿××××学院，母校的明天更加辉煌！培养出一批批有志、有德、博学的优秀社会人才。