摘 要
毕业设计的课题基本分为三大类，即工艺工装设计类、组合机床设计类和计算机课题类。本课题所涉及的是第一类，设计任务为汽车后桥壳体的工艺工装设计，在壳体内部装有主传动器、差速器、半轴等传动机构。
壳体起保证和支撑的作用，其主要加工表面为端面外圆、法兰平面、弹簧座平面、以及内孔等。
本次设计主要包括工艺规程、夹具、刀具和量具的设计。此次设计共分三个阶段，即：（1）毕业实习阶段（2）课题设计阶段（3）考核答辩阶段。结合本次设计零件的特点，在设计中完成工艺规程一套，夹具两套：（1）铣床夹具（2）钻床夹具，其中，前者为手动夹紧。另外还据任务书分别设计刀具——铣刀一把和量具——单头双极限卡规一套，共完成图纸近5张，基本完成老师所交给的任务。
关键词：汽车后桥；工艺分析；设计任务
I
ABSTRACT
The subject of the graduation project is divided into three big classes,namely the frock designing type of craft ,making up the designingtype of lathe and comper subjects basically.What this subject involved is the first kind,designing the task for the rear axle of automobile,the craft frock of the shell is designed.Equipped with the organizations of the transmission,such as main hammer mechanism actuator,differential mechanism,semi-axis,ect,within the shell.The shell plays a role in guatanteeing and support,it processes flange,spring seat plane,and interior hole round for outside of the terminal surface of surface,ect,mainly.
This design includes the design of rules of craft,jig,cutter and measuring tool mainly.This design divides three stages altogether,namely:(1)Graduation field work stage(2)Ddeign phase of subject(3)Examine the stage of replying.Combine this charateristic of designing the part,finisshes one set of rules of craft in the design,two sets of jigs:(1)Jig of the milling machine(2)The jig of the drilling machine,among them,the former,in order to clamp manually.Still design the cutter sepatately according to the task book in addition—One milling cutter is with measuring,finish drawing amount nearlu 5 altogether,finish the task that a teacher assigns basically.
Key word:The rear axle of automobile；the crafu analuses；designs the task
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目录
1 绪论 ...................................................................................................................................... 1
1.1 我国汽车后桥制造业的现状及其发展趋势 ............................................................ 1 1.2 汽车后桥壳体的构造 ................................................................................................ 1 1.3 汽车后桥壳体的性能要求 ........................................................................................ 1 2 零件的分析 .......................................................................................................................... 3
2.1 零件的作用 ................................................................................................................ 3 2.2 零件的工艺分析 ........................................................................................................ 3 2.3 生产类型的确定 ........................................................................................................ 4 2.4 确定毛坯的制造形式 ................................................................................................ 4 2.5 基面的选择 ................................................................................................................ 4 3 械加工工艺路线 .................................................................................................................. 6
3.1 工艺方案 .................................................................................................................... 6 3.2 工艺方案比较分析 .................................................................................................... 7 3.3 加工阶段的划分和检验工序的安排 ........................................................................ 7 4 加工余量、工序、毛坯尺寸的确定 .................................................................................. 9 5 工时定额 ............................................................................................................................ 10
5.1工序六的工时定额 ..................................................................................................... 10 5.2工序十三的工序定额 ................................................................................................. 11 6 夹具设计 ............................................................................................................................ 12
6.1 铣床夹具设计 .......................................................................................................... 12
6.1.1 工件的加工工艺分析 .................................................................................... 12 6.1.2 定方案，设计定位元件 ................................................................................ 12 6.1.3 确定夹紧方式和设计夹紧结构 .................................................................... 13 6.1.4 定位误差的分析 ............................................................................................ 14 6.1.5 夹紧元件的强度校核 .................................................................................... 14 6.1.6 夹具体的设计 ................................................................................................ 15 6.1.7 夹具体设计及其操作的简要说明 ................................................................ 15 6.2 钻床夹具的设计 ...................................................................................................... 16
6.2.1 定位基准的选择 ............................................................................................ 16 6.2.2 夹紧力的确定 ................................................................................................ 16 6.2.3 钻削力的计算 ................................................................................................ 16 6.2.4 动力源设计 .................................................................................................... 17 6.2.5 夹具体的设计 ................................................................................................ 18 6.2.6 夹具设计及操作简要说明 ............................................................................ 19
7 CAD绘图简介 ................................................................................................................... 20 8 量具设计 ............................................................................................................................ 21 9 刀具设计 ............................................................................................................................ 24 结 论 ........................................................................................................................................ 26 致 谢 ........................................................................................................................................ 27 参考文献 .................................................................................................................................. 28
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附录A 英文原文 .................................................................................. 错误！未定义书签。 附录B 汉语翻译 .................................................................................. 错误！未定义书签。
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1 绪论
1.1 我国汽车后桥制造业的现状及其发展趋势
我国丰富的原材料资源为后桥壳体国产化提供了坚实的基础。针对国产原材料的特点，研制一套相适应的生产技术及工艺，保证国产化产品满足高质量的要求。后桥在驱动系中的重要地位决定了国内各汽车生产厂家都建有自己的后桥生产线，这样，可以在保证整机质量的前提下，尽可能的降低成本，提高竞争力。
多年来，以国产原材料为基础，研制成功了适合于我国国情的、成熟实用的、并具有国际先进水平的成套工艺工装技术，生产出高质量后桥，不仅成为一些引进汽车零件的替代品，而且还出口到日本、美国、英国等发达国家。
1.2 汽车后桥壳体的构造
后桥壳体的主体是一根圆柱形棒体，它与主减速器、差速器和车轮传动装置组成驱动桥。驱动桥处与动力传动系的末端，其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩，并将动力合理的分配给左、右驱动轮，另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力。结构及特点：连接主减速器传递动力，支撑差速器及半轴实现俩车轮差速转动；尺寸比较大，主要承受载荷。
1.3 汽车后桥壳体的性能要求
重点要保证桥壳的强度和刚度性能，便于安装、调整和维修。另外外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。在各种转速和载荷下具有高的传动效率。在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动相协调。结构简单，加工工艺性好，制造容易。
毕业设计是完成工程师基本训练的重要环节，其目的是培养学生综合运用所学专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。
为了切实做好本次设计，我们首先进行了实习，结合生产现场实际情况，并通过大
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量查找资料，编写了本设计说明书。它通过工艺规程的设计，进一步明确了CA141汽车后桥壳体的作用。通过编写夹具、量具、刀具说明书，进一步阐明了设计思想，巩固了所学知识。本次设计编制了一套中批生产的工艺规程，简单实用的夹具设计更体现了经济技术指标在设计中的重要地位。
设计工作是一项细致、艰苦、复杂、涉及面十分广泛的工作，不但要巩固所学知识，而且要提高和锻炼我们的计算能力、绘图能力等综合能力。由于本人水平有限，设计中难免存在缺点和不足，敬请各位老师批评指正。
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2 零件的分析
2.1 零件的作用
解放牌CA141载重汽车的后桥壳总成是一种整体式的驱动桥壳，中间部分是一段环行空心整梁，钢制的半轴套管压入空心梁的两端并用止动螺钉锁紧，防止套管在梁内运动。解放牌载重汽车后桥是驱动桥，在桥壳的中央要安装有主传动器、差速器及半轴等传动结构，后桥起支撑、保护作用。刹车器及车轮安装在后桥壳的两端。因此，后桥壳也承受一部分汽车的重量，把刹车力、路面反力传到车架上。后桥壳体的结构如图2.1所示：
1、4—半轴壳 2—左桥壳 3—右桥壳 5—钢板弹簧座
6—法兰 7—半轴套管8—后桥壳 9—壳盖
图2.1
2.2 零件的工艺分析
从零件图上可以看出这个零件的就加工表面可以分为三组，一是零件正面及反面的平面，孔以及两端面、端面外圆的加工，一是零件两侧面的表面，还有零件的内孔加工。 1、零件正面、反面的平面及两端面、端面外圆的加工
3
40.2这一组加工表面包括：υ1020.5外圆面，15562的两端面尺寸为：
0.500.360.1873.5的两平面，υ340的内孔，υ200的法兰外径，以及钻12-M12孔和0.35000.500.366-M14孔，其中主要加工表面是尺寸为73.5的内孔，因为他们0.35的两平面。υ3400加工难度相对较大且对零件的质量影响也较大。 2、零件两侧面的平面，孔的加工
这一组加工表面包括：110×99四个平面以及四个孔，孔径分别为υ20.5和υ16.5。 3、零件的内孔加工
这一组孔分别为υ75T8、υ73H9、υ71H9、粗糙度为Ra6.3,同轴度公差为0.1mm。
0.50孔υ340H11，其端面及B台面至轴线距离为73.50.35。
2.3 生产类型的确定
根据设计任务书所给顶的原始材料来确定生产类型。设计任务书给出的资料显示并结合车间的工作制度及工件的重量可知：本工件生产类型为重型、大批量生产。根据生产特征，初步确定加工中一般采用一些高效和专用机床，对于刀具一般用通用刀具，也可以根据加工情况采用部分专用刀具，量具用专用量具，夹具用专用夹具。
2.4 确定毛坯的制造形式
解放牌载重汽车的后桥壳体材料是KT350-10可锻铸铁，故可采用金属模砂型铸造的方法来完成毛坯的加工，这样有较高的毛坯精度和较高的生产率。要求时效处理，毛坯的硬度为HB121-149，毛坯的质量为91Kg，净重为75Kg[1]。
2.5 基面的选择
基面选择是工艺规程中的重要工作之一，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，不但加工工艺过程中问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废。因此，选择基面时要慎重考虑[4]。
0.36后桥壳体的主要加工部分有：套管孔；两端轴头各外圆表面；中间υ3400mm孔
及其端面。它们除本身的尺寸精度和粗糙度要求之外，平面对套管孔轴线的平行度要求为0.05mm（在100mm长度上测量），两侧套管孔的同轴度要求为0.1mm。为此，工艺
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0.36安排要优先考虑。首先加工两轴头外圆，然后加工孔，再加工中间υ3400孔及两端面，
对于轴头加工采用粗车——精车的方法。套管孔的加工采用粗镗——半精镗，对于υ
0.363400的及其端面，工艺采用粗镗车——精镗车的加工方法。其余工序安插在主要工序
之间进行。由于铣钢板弹簧座平面，余量大，加工时能使平面内的轴孔υ72H9变成椭圆，因此，将铣削工序安排在精镗之前，根据基准选择原则，后桥壳体的粗基准可以选
1.8择υ75T8毛坯孔表面，也可以选择υ2000法兰外圆的毛坯面。考虑到孔比外圆难加工，
为保证加工孔时余量均匀，在刀杆刚性一定的情况下，容易保证孔的精度和孔与外圆的
0.361.8同轴度要求。在加工υ3400孔、凸台平面、υ2000法兰上孔组时，由于这些要素的
设计基准是套管孔的轴线，所以就选用了已加工好的套管孔做为这些要素的精基准。
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3 械加工工艺路线
制定工艺路线的出发点，是根据零件的几何形状使尺寸精度和位量精度等技术要求得到保证。在生产纲领已确定为以大批生产的条件下，尽量使用专用机床和专用夹具来提高生产率。工艺过程设计要满足产品质量要求，也要满足生产纲领要求，并要有较高的经济性，在设计时尽量使工序集中，当然，也要注意经济效果，以便使生产成本下降，令产品在市场更具竞争力。因此由以上分析考虑，制定以下两套工艺路线方案。
3.1 工艺方案
工艺路线方案一：
1、加工两端面、外圆、倒角 2、粗镗孔（套管孔）、倒角 3、半精镗、套管孔 4、中间检查 5、铣弹簧座平面 6、粗铣υ340法兰平面 7、粗铣υ340法兰另一平面 8、粗镗υ340孔 9、精镗孔（υ340） 10、钻8-υ14孔 11、钻孔、攻管螺纹
12、钻法兰孔（12-υ12）6-υ14孔、攻丝 13、清洗 14、检验 工艺路线方案二：
1、粗车两端面外圆、倒角 2、粗镗孔、倒角 3、精车两端外圆 4、铣弹簧座平面 5、精镗
6
6、中间检查
7、粗镗孔、粗车平面、倒角 8、精镗孔、精车平面 9、铣平面、钻法兰孔 10、铣平面 11、钻孔、攻管螺纹 12、钻孔、攻丝 13、清洗 14、检验
3.2 工艺方案比较分析
上述两个工艺方案不同点是：
1、方案一，后桥壳体外圆两端面粗精车放在一起再加工孔。而方案二。采用粗车外圆υ200法兰再粗镗套管孔，精车法兰外圆，再半精镗孔，显然方案二使粗、精加工分开，容易保证外圆与套管孔的同轴度要求。
2、方案一，υ340平面、孔分开加工。而方案二则两工序合在一起，缩短了时间，避免工件安装误差。
3、方案一，在半精镗、套管孔后铣弹簧座平面，铣削力大，对已加工的孔产生圆度误差变成椭圆。
综上分析比较，最后确定采用工艺方案二。
3.3 加工阶段的划分和检验工序的安排
对于精度和粗糙度要求比较高的部分，工艺上都安排了粗、精加工，如轴头和外圆，在第一道工序粗车，在第三道工序上精车。轴孔在第二道工序粗镗，第五道工序精镗，
0.36υ3400孔和端面是在第七道工序粗加工，在第八道精加工。这样粗、精加工分开有利
于消除残余应力影响和余量的合理分配，容易保证加工精度和获得较高的生产率。
后桥壳体的加工 可分为两个阶段，第一个阶段为基准加工，即在第六道工序之前，完成轴头的外圆表面及套管孔的加工，为以后的各工序提供了精基准。第二阶段是第七道工序之后，利用已加工好的基准完成其他边面的加工。
7
在第一阶段之后，安排了中间检查工序，检查基准加工的正确性，防止不良产品出现。在后桥壳最后一道工序又安排一次检查，检查第二阶段加工各表面，根据重要程度和工艺装备可靠性确定各参数检查的次数。这样安排，可以保证后桥壳体在压如套管之前发现不合格品，避免压如套管后反修。
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4 加工余量、工序、毛坯尺寸的确定
汽车后桥壳体材料为可锻铸铁，采用砂型铸造Ⅰ级精度。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。 毛坯余量的确定：
1、查金属机械加工工艺人员手册可确定毛坯铸件的尺寸公差等级、余量等级分别为：CT10底面侧面余量等级MA-G，顶面、铸孔加工余量等级为MA-H 2、确定各面加工余量及尺寸公差等级如表4.1所示[1] [6]：
表4.1 加工余量及尺寸公差
υ340法兰 两端面（1556） 3弹簧座平面υ1300 加工余量 上5.0下4.0 2×7.5 2×3 2×4 2×3.0 2×3.0 2×6.5 公差等级 ±1.8 ±3.5 ±1.8 ±1.1/2 ±1.6 ±1.8 ±2.2 υ200法兰两面/外圆 υ71-75孔 υ102υ133υ140 υ340孔 各工序尺寸如表4.2所示[5]：
表4.2 各工序尺寸
工序名称 精车 粗车 毛坯（车） 铣平面 毛坯（铣） 半精镗 粗镗 毛坯（镗） 工序基本余量 2 6 8 3 3 2 3.5 6 工序精度 IT7 IT13 ±1.8 IT13 ±1.8 IT10 IT13 ±1.6 工序尺寸 υ102 2υ1020 工序尺寸 0.18υ1020.53 υ10400.44 υ110±1.8 1.8650 6υ1040 65 3650 0.5υ130 68±1.8 0.14υ73.50 2υ13.50 3.5υ75.50 0.44υ75.50 υ79 9
5 工时定额
完成零件加工一个工序的时间定额，称为单件时间定额，单件时间定额可由下式来计算出来[1]：
Td=Tj+Tf+(Tj+Tf)α/100+(Tj+Tf)β/100+(Tj+Tf)γ/100 （5.1）
=( Tj+Tf)﹝1+(α+β+γ/100)﹞= Tj+Tf+Tfu+Tfv+Tx
公式中：
Td——单间时间 Tj——基本时间 Tf——辅助时间
Tfu——工作地点技术服务时间 Tfv——工作地点组织服务时间 Tx——休息及生理需要时间
α——工作地点技术服务时间对工序时间比值的百分数 β——工作地点组织服务时间对工序时间比值的百分数 γ——休息及生理需要时间对工序时间比值的百分数
5.1工序六的工时定额
T0=L/fMi （5.2） L=l+l1+l2+l3 （5.3） fM=fzzn （5.4）
式中： T0——机动时间
L——工作台的行程长度mm l——加工长度mm l1——切入长度mm l2——超出长度mm l3——附加长度mm
fM——工作台的每分钟进给量mm/min f ——铣刀的每转进给量mm/r fz ——铣刀的每齿进给量mm
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z ——铣刀齿数
n ——铣刀每分钟的转数r/min i ——行程次数 B——铣削宽度 主偏角Kr
l1=0.5(D-D-B)+αp/tgKr+(0.5~3)= （5.5）
0.5(150-150-110)+1.1/tg90+2=0.5(150-102)+2=26mm
l2=2
T0=(90+26+2)×1/250=0.51min
Tf=1.58min α+β+γ=4.7
Td=(Tj+Tf)﹝1+(α+β+γ)/100﹞(0.51+1.58)(1+4.7%)=2.188min
5.2工序十三的工序定额
T0=L/fn L=l+l1+l2 式中： f ——主轴每转刀具的进给量mm/r
N ——机床主轴每分钟的转数r/min
l=16
l1=(D-d1)/2ctgKr+(1~3)=(120-0)/2ctg60+2=3.5mm l2=2
T0=(16+3.5+2)/0.15×480=0.3min
Tf=1.2
α+β+γ=3.0 Td=(Tj+Tf)﹝1+(α+β+γ)/100﹞=(0.3+1.2)(1+3%)=1.55min
11
5.6）
5.7） 5.8）
（5.9）
5.10） 5.11） （ （ （ （ （
6 夹具设计
6.1 铣床夹具设计
本夹具是用来铣后桥壳体两侧面的110×90平面，对本工件性能要求影响不大，因而主要考虑提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度要求不是很严格，基于以上分析开始设计本套专用夹具。
6.1.1 工件的加工工艺分析
工件属于壳体类零件，工件比较长而且比较重。而本工序在两端同时铣削，工件振
0.181.8动较大。零件在此工序前已加工完成υ2000的外圆，υ72.120内孔等表面的加工。
31.5本工序同时铣四个弹簧座平面，保证尺寸110×90，1300和650，表面粗糙度为R50，
一次铣削可达到要求，依靠夹具来保证的加工要求有： （1） 被加工平面的长宽尺寸110×90
1.5（2） 平面到壳体回转轴线的距离650
（3） 两平面的间距130 （4） 两平面的平行度 （5） 平面的平面度
6.1.2 定方案，设计定位元件
被铣削面为平面，因而沿平面延伸方向的移动可以不限制。由于弹簧座平面有平面
31.8度和平行度要求，必须限制平面沿X轴和Z轴方向的旋转，又因为有尺寸1300和650的要求，所以需要限制工件沿平面法线方向的移动，并以设计基准——壳体回转轴线为基准，使得基准重合，以避免基准不重合产生误差。综上所述，需要限制一个移动自由度和两个转动自由度，故可按不完全定位设计夹具[4]。
设计定位元件时，可以用外圆或内孔和平面组合定位，若以72T8内孔和υ340端面组合定位，基准重合。同样，若以外圆υ200和υ340端面或以壳体两端的锥体部分（毛坯面）和υ340端面组合定位，均符合基准重合且满足工序要求。考虑到本工序需要四面同时铣削，工件受力比较大，以及装夹方便等因素，采用以壳体两锥面（毛坯面），υ340端面和内孔定位。由于加工时工件处于悬臂状态，铣削振动又大，故采用辅助支
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撑，以增加其刚性。
6.1.3 确定夹紧方式和设计夹紧结构
本夹具选用手动压板夹紧结构，采用回转压板和螺栓夹紧，在υ200外圆上夹紧，使压板与外圆顶部上一短圆弧连接，这种压板虽不能起增大或扩大夹紧行程的作用。但由于压板和螺栓都可绕其自身一端旋转，便于实现快速装卸工件，从而减轻工人劳动强度，提高效率。
夹紧力的计算：
Fz=9.81Gzα
水平分力：
F=(1~1.2)Fz=1.1Fz=4393N （6.2）
垂直分力：
Fv=0.3Fz=1198N （6.3）
因而能够引起工件沿安装轴线方向的最大铣削力为：
F=Fr+Fv=5591N （6.4）
由夹紧机构产生的实际夹紧力应满足下式：
P=KF （6.5） K=K1K2K3K4 （6.6）
式中：K——安全系数
K1——基本安全系数 K2——加工性质系数 K3——刀具钝化系数 K4——继续切削系数
P=5591×1.5×1.1×1.2×1.2=13284N
四把刀同时加工：
P4=4P=53136N （6.6）
由计算结果可知，夹具所需要的夹紧力是比较大的，为了使整个夹具结构简单，操作方便，决定选用铰链压板来实现夹具的夹紧功能。它的夹紧计算单个螺旋夹紧应视为螺旋夹紧机构。
计算单个螺旋夹紧产生的夹紧力按下式计算：
0.86
-αf0.72d0-0.86αp∑KFz=3994N z
（6.1）
13
W0=QL/﹝r1tgα+ r2tg(β+γ)﹞ （6.7）
公式中：
W0——单个螺旋夹紧产生的夹紧力 Q——原始作用力 L——作用力的力臂
r1——螺杆端部与工件间的当量摩擦半径，其值视螺杆端部的结构形式而定 α——螺杆端部与工件间的摩擦角 r2——螺纹中径 β——螺纹渐开角 γ——螺旋副的当量摩擦角
其中Q=53136N，L=2，r1=15.56，α=10，r2=8.513，β=136，γ=9.5
W0=53136×2/﹝15.56×tg10+8.513×tg（136+9.5）﹞=62512N
两个螺母为123024N，所以实际的夹紧力大与所需要的夹紧力，因此，工作是可靠的。此种方式机构结构简单，夹紧可靠，通用性强，缺点是夹紧和松开的时间长而且费力。
6.1.4 定位误差的分析
（1）定位元件尺寸的确定。夹具的主要定位是V型块，该V型块与工件两端的未加工表面相配合，故公差等级不是很高。
（2）工件的底平面与夹具的心盘限定了工件的X轴的旋转以及在X轴向的定位，
0.062其公差为υ340H11/h11，由金属机械加工设计人员手册得υ3400.119。
所以，最大轴向间隙为： bmax=0.119-0.062=0.057(mm) 满足加工要求。
6.1.5 夹紧元件的强度校核
在夹具的夹紧元件中，受力最大的部分是压板中间的连接压板与压板的轴销，所以应该校核此处的强度。若此满足加工要求，可知所设计的夹具可以使用。
如图6.1所示，B点为轴销受力处，它将
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受到2倍于C处的夹紧力，故能引起剪切应力以及挤压应力。
图6.1 受力图
σjy=Pb/Fjy=0.5×53136/（11.5×12）=192.5（Mp） （6.8）
为了保险，轴销的材料选择40Gr调质处理，屈服强度σb=510Mp,取安全系数K=1.9， 则许用挤压应力：
﹝σ﹞=σb/1.9=268(Mp) （6.9） 所以σjy＜﹝σ﹞轴销可以安全工作。 许用剪切应力：
﹝τ﹞=0.6 ﹝σ﹞=160Mp
时间剪切应力：
τ=P/(2×πd2/4)=34600/(2×π242/4)=63.5(Mp) （6.10）
τ＜﹝τ﹞
所以轴销可以安全使用。
6.1.6 夹具体的设计
夹具体形状比较复杂且四面同时加工，切削用量大，从而振动大，切削负荷大，因而选择铸造夹具体比较合适。底座设有四个耳座槽，用T型螺栓固定于铣床工作台上。由于夹具比较重，因而不适合采用定向键，而是通过夹具体上的找正基准面确定夹具在机床上的位置，此方案刚性好，使用性能稳定，但制造周期比较长。
6.1.7 夹具体设计及其操作的简要说明
在设计本套夹具时，因为简单夹具的结构，可以使制造、操作简单，采用了手动夹紧的方式。虽然夹紧所需要时间较长，但是整个机构牢固可靠，能够保证生产加工的要求。本太夹具的辅助支撑也是手动完成的，但是它的操作时间却缩短许多，是采用标准化设计的自位式辅助支撑，而这两个支撑与心盘，连接部分以螺钉紧固，形成了一个大的支撑底盘，对工件的定位起到了至关重要的作用。
此外，由于工件的两端是有锥度的圆柱体，V型块也设计成有坡度形式。这样可以使工件与夹具的接触面积增大，承受住工件，以及切削时产生的巨大的切削力。压块是压在工件的法兰上的，而压块也采用了梯形的结构，这样可以与法兰充分的接触，从而压紧工件，使整个机构更为合理。
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本来夹具的操作简单，将工件放入V型块以后，自位支撑顶起的心盘与V型块一同给工件定位，使之达到加工的位置要求。而此时，我们便可以转动自位支撑的手柄，使之锁紧。从而分担一部分铣削时产生的应力。之后便以扳手拧紧铰链压板上的螺母夹紧工件。拆卸时也是如此，一定要记得放松自位支撑的手柄，解除自锁，以不至影响工件的取下。
6.2 钻床夹具的设计
第13道工序：钻12-M12孔的钻床夹具，本夹具将用于钻孔、攻丝组合机床的加工，刀具为硬质合金钻头。
6.2.1 定位基准的选择
由零件图可知，钻12-M12孔应限制六个自由度。对于这12孔有位置度要求，加工时，夹具起定位和支撑作用，12个孔的位置由钻模板控制，机床本身确定刀具（钻头）均匀分布。
6.2.2 夹紧力的确定
计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。根据工件受切削力、夹紧力（大型工件还应该考虑工件重力，运动的工件还应该考虑惯性力等）的作用情况，找出在加工过程中夹紧最有利的瞬时状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需要夹紧力的数值。
即： Wk=WK （6.11） 公式中：Wk——实际所需夹紧力（N）
W——在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力（N）
K——安全系数
6.2.3 钻削力的计算
钻头材料采用硬质合金，工件材料为可锻铸铁。
切削扭矩计算公式： M=0.098D2.2S0.8Kp （6.12） 切削力计算公式： P=319D1.2S0.75Kp （6.13）
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公式中：
M——切削扭矩（Nm）
D——钻头直径（Nm） t——切削层的深度（mm） 对扩钻：t=0.5(D-d) d——扩孔前的孔径（mm） P——轴向切削力（N） S——每转进给量（mm） Kp——修正系数，可选0.87
6.2.4 动力源设计
由于加工元件比较大，需要夹紧力也比较大，所以采用气动夹紧装置，气动原理如图6.2所示[7]：
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1-气压马达 2-空气过滤器 3-减压阀 4-油雾器 5-换向阀 6-左气压缸 7-右气压缸
图6.2 气动原理图
在气压缸的设计过程中应主要考虑密封和防尘措施。工件依靠气压力带动钩型压板
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将工件压紧在平顶支撑上，设计气缸形成为70，要求工作压力较大。气缸的设计方式如下：
按作用力方向选单杆活塞 （1）气缸与缸盖的连接形式
气缸为铸件，缸筒和缸盖用螺纹连接 （2）气缸的密封
气缸中需要密封的有以下几对零件之间：气缸筒与气缸盖；活塞杆与活塞（此二次为静密封）；气缸筒与活塞；活塞杆与气缸盖及缓冲套与气缸盖（此三次为动密封）。
对于动密封，采用了O型密封圈密封的方式。采用O型密封圈时，结构简单，摩擦阻力小（摩擦系数约为0.008）。由于接触面积小会降低密封性能，必要时可适当增加蜜蜂圈的数量以提高密封性能（活塞厚度超过30时，可用两个密封圈）。在本设计中，由于活塞厚度较大，且需要较大压力，所以增加了两个密封圈。
对于静密封，加入垫圈，以保证密封性。 （3）气缸的防尘
活塞杆的审出端除了需要密封外，还需要防尘，特别是在灰尘较多和严重不清洁的场所（如铸造车间、轧钢车间等），以免过多的尘土进入气缸，影响其寿命。
防尘圈一般不加压板，当振动大，活塞速度高，有内压力时，应使用压板，本设计使用压板结构。
（4）活塞与活塞杆的连接形式
活塞与活塞杆之间多用螺纹连接，由于活塞受力较大，在运动速度比较高的情况下冲击振动较大，为避免螺母松脱，要有防松装置，如弹簧圈，止动垫圈等。 （5）活塞杆的结构形式
活塞杆的结构有实心与空心两种，本设计采用实心形式。一般气缸盖多为铸件（铸铁或铝合金）也有焊接件，本设计中为铸件。可以避免活塞与气缸盖端面接触时，承受空气压力的面积太小，在气缸内形成过大压力。
6.2.5 夹具体的设计
夹具体须将定位、导向、夹紧装置连接成一体，并能正确的安装在机床上。
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6.2.6 夹具设计及操作简要说明
本夹具设计由工厂图纸模仿而来，并做了一定的修改，下面简述一下这套夹具的设计思想几操作过程：
工件是汽车的后桥壳体，加工的是平面上均匀分布的12的孔，由于工件较大，所以夹具体也较大，所以设计中在装配时考虑到了加工工艺吊装孔的方法。夹具主要靠平顶支撑和定位心轴支撑工件，由工件的一面进刀钻孔，整个过程是放置工件——启动气动装置——夹紧，装夹时间短，步骤少，适宜于成批生产。
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7 CAD绘图简介
本次毕业设计任务中，要求全部图纸用CAD绘图的方式画出。众所周知，传统的机床夹具设计采用人工设计，需要查阅大量资料手册，进行笔算，并手工绘出零件图和装配图，其劳动强度大，设计周期长，不易修改。然而，使用计算机辅助设计可提高设计计算的准确性，特别是计算机画图便于修改和储存，因此得到广泛的应用。
AutoCAD属于使用性软件，首先利用边界命令定义出绘图边界，然后在绘图区做图，绘图过程中分出不同层，绘制不同的线形并相应选取了不同颜色以示区别，然后加以说明[6]。
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8 量具设计
本次设计汽车后桥壳体工艺工装，该件产量3000件/年属于中批量生产，合理选用量具对提高生产率。提高测量精度有饿有重要因。因此，选择设计υ102c12外圆的单轴双极限卡规。由于加工外圆采用自动化机床，采用卡规测量接节省了测量时间，所以，根据手册设计量具过程如下[1] [2] [5]：
设计υ102轴端的卡规：
查得公差代号c12集基本尺寸102mm时 上偏差es=-0.18mm 下偏差ei=-0.53mm
工件轴上偏差为基本偏差es=-180um
工件轴下偏差（标准公差）ei=es-IT=-180-350=-530um （8.1） 按基本尺寸υ102mm公差等级IT12，可得量轨制造公差T=14um,量规位置要素z=30um
（1） 按基本尺寸计算量规尺寸偏差
轴用通规：上偏差Ts1=es-(z-T/2)=-180-(30-14/2)=-203um （8.2） 下偏差Ti1=es-(z+T/2)=-180-(30+14/2)=-217 um （8.3）
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通规尺寸标注：DT1=102217
通规磨损极限：D+Tu=D+es=102+(-0.18)=101.82 um （8.4） 轴用止规：上偏差 Zs1=ei+T=-530+14=-516 um （8.5） 下偏差 Zi1=ei=-530 um
0.516止规尺寸标注：Dz1=1020.530mm
（2） 按工艺尺寸计算量规尺寸偏差
通规工艺尺寸：DT1=D+es-(z+T/2)=102-0.18-(-0.03+0.014/2) （8.6） =101.783mm 轴用通规：上偏差 Ts1=+T=14um 下偏差Ti1=0 um
磨损偏差Tu1=+(z+T/2)=+(30+14/2)=+37um （8.7）
0.014通规尺寸标注：DT1=101.7830
通规磨损极限：DT1’+ Tu1’=101.783+0.037=101.82 um （8.8）
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止规工艺尺寸：Dz1’=D+e1’=102+(-0.53)=101.47 um （8.9） 轴用止规：上偏差 Zs1’=+T=14um 下偏差 Zi1’=0 um
0.014止规尺寸标注：Dz1=101.470
（3）υ102c12用卡规校对量规尺寸偏差计算 1) 按基本尺寸校对量规尺寸偏差
“校通——通”量规：上偏差TTs=es-z=-180-30=-210um
下偏差 TTi=es-(z+T/2)=-180-(30+14/2)=-217um
0.21 尺寸标注 DTt=1020.217
“校通——损”量规:上偏差TSs=es=-180um
下偏差 TSi=es-T/2=-180-14/2=-180um
0.180尺寸标注:DTs=1020.180
“校止——通”量规: 上偏差ZTs=ei+T/2=-530+14/2=-523um 下偏差 ZTi=ei=-530um
0.523 尺寸标注 DZt=1020.530
2) 按工艺尺寸计算校对量规尺寸偏差
“校通——通”量规：工艺尺寸 DTt=D+es-z=102+(-0.18)-0.03
=101.79um
“校通——通”量规:上偏差TTs= 0um
下偏差 TTi=-T/2=-14/2=-7um 尺寸标注:DTt=101.7900.007
“校止——损”量规工艺尺寸: DTs=D+es=120-0.18
=101.82um
“校通——损”量规工艺尺寸:上偏差TSs=0um
下偏差 TSi=T/2=14/2=-7um 尺寸标注 DTs=101.8200.007
“校通——通”量规尺寸: DZt=D+eiT/2=102-0.53+0.014/2
=101.477um
“校止——通”量规工艺尺寸:上偏差ZTs=0 um 下偏差 ZTi=T/2=-0.007um
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尺寸标注 DZt=101.47700.007 卡规其它尺寸如表8.1所示：
表8.1 卡规尺寸
D1=168 R=57.5 h=87.5 L1=98 R1=69 h1=44.5 L2=45 d1=24 H=139.5
Ls=108 d2=16 23
9 刀具设计
加工材料为可锻铸铁，刀具各参数如表9.1所示[1][3]：
表9.1 刀具参数
序号 1 项 目 铣刀直径d0 数据来源或公式计算 结果 d0=(1.4~1.6) a1=154mm d0=160mm 2 3 4 铣刀厚度B B=60 Z=12 H刀×B刀=14×20 h=8 D115z γ0=λs=5。 κr=60。 κr’ =10。 α0=α0’ =10。 铣刀齿数Z Z=（0.04-0.062） d0=12 刀齿截面尺寸H刀× B刀伸出量h刀片型号 确定端铣刀的几何 角度前角γ05 刃倾角λs主偏角κr副偏角κr’后角αα0’ 6 计算刀槽位置参数tgrf-tgrasinkk-tgλscoskr 刀槽斜角β偏心距l=tg5。sin60。-tg5。cos60。 刀槽倾角δ刀体端=0.032 面上刀槽底距铣刀tgβ=tgγpcosγf=0.12 轴线的距离H e= d0/2sinγf+ctgβ+H刀/cosβ =160/sin1.85+12*0.12+14/cos6.18 =18.119mm tgδr=-tgδsinβ=-tg15。sin6.81。 =0.03177 H=( d0 cosrf/2-ctgδ/cosβ-m/ cosδ) =80*cos1.85-12ctg15/cos6.81-10/cos15 =72.843 0副后角rf=1.85。 γp=6.81。 β=6.81。 δ=15。 δr=-1.81。 m=10 H=72.8mm 24
7 刀具几何角度计算 取γ0刀=γs刀=0。 a0刀- a0+γ=15。 a0刀’= a0+γ=10+6.81=16.81。 kr刀=45。 kr刀’=75。 过度刃后角a0ξ刀=( a0刀+a0刀’)/2 =15.905过度刃倾角kγξ-γξδr=15。 8 9 刀体外形 。 γ0刀=γs刀=0。 a0刀=15 a0刀’=16.81 kr刀=45。 kr刀’=75。 a0ξ刀=15.905。 kγξ=15 d1=185.673 S=23.45 刀齿夹固形式及尺取M=200.5 寸刀槽尺寸s选用柱d=22 楔块夹紧楔块尺寸 s=H刀+(m-d/2)cos5 =14+(20.5+22/2)cos5 =23.45 10 刀片型号选用 D115Z R=8 L=12 B=10 C=4.5 r=1 e=0.8 11 端铣刀端面键槽的选择 0.030.15d0=160 d=69.8320 d1=27 d2=540.15 0.30d3=11 L=70 R=7.95 b=15.70.12 0.300.30t=190 t1=100
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结 论
毕业设计是大学学习生活的最后一个重要的组成环节，它是对所学知识的一次全面性考察，同时又为我们提供和模拟了一次真实环境下的设计过程，为将来我们走上工作岗位奠定了基础。
对于机械类各专业的学生来说，毕业设计是完成工程师基本许连的重要环节，是学生由学习阶段转向实际工作必不可少的训练环节。对于提高我们的综合技术素质具有十分巨大的指导意义。任何工程技术问题，都是先把实际生活中提出的问题变成数学模型然后加以求解，再设计出图纸等技术文件，最后形成产品文件。所以，它是一项系统、复杂的工作，不仅涉及到数学、力学、材料、公差、工艺等专业还有很多其它知识应用其中，同时还考察了学生的动手能力、计算能力等各方面的能力。本次设计主要通过零件工艺指定、两套夹具的设计及一套刀具、一套量具的设计以及计算机绘图，对所学知道达到了巩固、提高、完善的目的，是一次由理论到实践的演习。同时，着重培养了编写说明书、文件资料检索及工艺性能分析等能力。通过这次设计切实提高了个人解决实际问题的能力。
本次设计从开始到答辩共用两个半月的时间，炎热的天气使设计过程增加了不少难度，既要保证设计进度的顺利进行，又要保证设计质量及准确性，使我真正体会到了作为一名工程技术人员的艰辛和不易。
通过毕业设计对于提高我的综合素质和能力大有好处，它能将所学的专业知识和解决实际问题有机的联系起来，使我将所学的知识用的实际生活中。
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致 谢
为期两个月的毕业设计即将结束，在此对校领导、指导老师、和液压教研室的老师以及其他老师和同学给予的帮助表示感谢。
在设计过程中，指导教师崔广臣老师给予了耐心的指导，百忙之中仍不辞辛劳的指导各个细节，及时指出错误及不足之处，并予以纠正。才使得毕业设计按时完成。
设计中得到了其他老师的指导和同学的帮助，学校图书馆为借阅资料提供方便，对此表示衷心的感谢。
最后，对曾经给予我帮助的老师和同学再次表示深深的感谢。
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参考文献
[1] 赵如福主编 《金属机械加工工艺人员手册》 上海科学技术出版社出版 1990年 37~1202页
[2] 许锍潮、何祚倩编写 《机械设计与制造工艺简明手册》 水利电力出版社出版 1988年 23~546页
[3] 朱祖良主编 《孔加工刀具》 国防工业出版社 1990年 45~98页 [4] 许坚、张崇德编写 《机床夹具设计》 东北大学出版社 1998年 [5] 任嘉卉主编 《公差与配合》 国防工业出版社 1990年
[6] 巩云鹏、田万禄、张祖立、黄秋波编写 《机械设计课程设计》 东北大学出版社 2000年
[7] 左健民主编 《液压与气压传动》 机械工业出版社 1999年
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