手柄零件的加工工藝設計

陳衛東

摘要：工藝方案的合理設計是確保零件加工質量的關鍵，也是技校機加工專業教學的難點和重點。本文以手柄零件為例指導技校學生運用所學專業知識自主設計出合理的工藝方案，保證了加工質量，培養和提高了技校學生分析、處理和解決生產工藝問題的能力，收到較好的教學效果。

關鍵詞：校企合作;手柄零件;工藝方案設計;工藝能力培養

0? 引言

手柄零件如圖1所示，是校企合作中我校學生在企業進行生產實習時大批量生產的任務。為保證加工質量和提高生產效率，學生們在本人的指導下對其生產工藝問題進行了分析和處理，設計出合理的工藝方案。

1? 零件加工工藝設計

1.1 分析零件圖樣

①零件材料。該零件為機床手柄，需要具有較好的強度、耐磨性和較好的減震性能，材料為HT200。

②形狀特征。該零件主要由柄部、底部和臂部組成。其中底部設計有Φ20H7孔和Φ12插銷孔、柄部設計有Φ的孔，兩部分底面高度距離40±0.5mm。

③加工精度要求。加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度三方面。1）尺寸精度：底部孔直徑為Φ20H7mm，柄部孔直徑為Φmm，兩孔底面高度距離尺寸為40±0.5mm、中心距離尺寸為150±0.5mm;插銷孔與主動孔間中心距為13±0.5mm;2）位置精度：Φ孔與Φ20H7孔的平行度要求為0.1mm;Φ12插銷孔與Φ20H7孔的垂直度要求為0.1mm。

④表面質量要求。表面質量包括表面層的微觀幾何形狀誤差和表面層的物理、力學性能兩個方面。該零件只是表面粗糙度有具體要求：1）Φ12插銷孔為Ra12.5μm;Φ孔與Φ20H7其兩端面及側面均為Ra3.2μm;2）其余表面為毛坯表面。

⑤確定加工內容。加工內容的確定依據零件圖紙中所規定的加工精度和表面質量的要求而定。根據以上分析，該零件加工內容為：1）Φ孔及其上下兩端面（表面粗糙度均為Ra3.2μm）;2）Φ20H7孔及其上下兩端面及側面（表面粗糙度均為Ra3.2μm）;3）Φ12銷孔（表面粗糙度為Ra12.5μm）。

1.2 備料方法的選取

常用的備料方法有型材開料、鑄件、鍛件、焊接件、沖壓件等。由于HT200（灰鑄鐵）屬于脆性材料，不能鍛造和沖壓，但該零件結構較復雜，所以該毛坯選用鑄件。

1.3 加工方法的選擇

根據加工內容的材料、形狀特征、加工精度和表面質量的要求，該零件的加工方法確定如下：①Φ及Φ20H7兩孔：孔徑較小、尺寸精度不算高、表面粗糙度均為Ra3.2μm，采用先鉆后鉸削方法即可保證加工質量;②Φ及Φ20H7兩個孔的上、下端面：表面粗糙度均為Ra3.2μm，采用精銑方法即可保證加工質量;③Φ12孔：孔徑較小、無尺寸精度要求、表面粗糙度為Ra12.5μm，采用鉆削方法即可保證加工質量。

1.4 加工順序的安排與工序劃分

根據先面后孔原則，在加工孔之前先對孔口平面及側面進行加工，這樣可以提高孔加工時刀具的定位精度和裝夾穩定性，從而提高加工質量和刀具使用壽命;根據基面先行原則，精基準優先加工，由圖樣可知，該工件的設計基準為Φ20H7孔及其下平面，Φ20H7孔為其它兩個孔位置精度的設計基準、Φ20H7孔下平面為零件高度方向尺寸設計基準。為提高定位精度，保證加工精度，該工件的精基準應選用設計基準——Φ20H7孔及其下平面，優先加工好以減小定位誤差;另外，考慮到Φ和Φ12兩個孔都與Φ20H7孔有位置精度要求，為保證加工精度、提高生產效率，Φ和Φ12兩個孔最好是在同一道工序里以Φ20H7孔作為定位精基準裝夾進行加工。綜合以上考慮，該工件加工順序及工序劃分如下：

工序一：鉗工劃線，根據毛坯余量，找出Φ20H7、Φ兩個孔的中心線、水平方向的側母線，然后畫線。

工序二：在立式銑床上，根據Φ20H7、Φ兩個孔的中心線、先加工Φ20H7孔兩個側平面至尺寸要求。

工序三：然后在平中鉗上以Φ20H7孔兩個側平面為裝夾基準，進行人工找正Φ20H7、Φ兩個孔的水平方向的側母線定位裝夾，在Φ孔上、下平面加工時要進行輔助支承防止柄部振動、變形。加工Φ20H7與Φ兩個孔的上、下平面：粗、精銑Φ20H7、Φ孔上平面至加工要求→粗、精銑Φ20H7、Φ孔下平面至加工要求。

工序四：鉗工劃線，在Φ20H7孔上平面找出其孔心位置。

工序五：在立式鉆床上，以Φ20H7孔下平面進行定位夾緊，加工Φ20H7孔：鉆底孔Φ16→擴孔Φ19.7→鉸孔Φ20H7至要求。

工序六：在立式鉆床上，加工Φ12、Φ兩個孔。

①加工順序的安排：1）Φ加工：鉆底孔Φ7.8→鉸孔Φ至要求;2）Φ12孔：一次性鉆至要求。

②機床夾具設計。1）由于該工序所加工兩個孔相互垂直，且不在同一個平面里，要鉆完一個孔后工件翻轉90°再鉆削另一個孔，因此要設計成翻轉式鉆床夾具。2）定位方案設計。為減小定位誤差，根據基準重合原則，選用Φ20H7孔及其下平面作為定位精基準，用垂直放置的定位圓柱銷軸對其進行定位，使與之平行的Φ孔與機床主軸平行，以便加工;另外，以Φ20外圓后母線作為粗基準，用可調支承釘對其定位，對工件進行角度定位，使Φ20H7、Φ兩個孔中心連線與夾具體后平面平行，從而使Φ12孔與夾具體后平面垂直，使機床夾具反轉90°后Φ12孔與機床主軸平行。3）由于工件臂部剛性差，如懸空鉆削Φ孔會使臂部震動、變形，需在Φ孔下平面使用一個螺旋輔助支承，通過調整輔助支承的高度，既提高工件剛性，同時也可以減少加工誤差對定位精度的影響。4）夾緊裝置的設計。采用螺母墊圈夾緊方式，在定位圓柱軸上部設計成螺桿，利用開口墊圈及螺母對工件進行夾緊，達到結構簡單、裝夾快速的效果。5）鉆模板設計。由于Φ孔需鉆→鉸兩個工步才能完成加工，在加工過程中需不斷更換鉆套，采用快換鉆套;而Φ12孔只需一次鉆削即可完成，無需更換鉆套，采用固定鉆套即可。6）夾具體設計。夾具體采用兩塊45#鋼焊接而成，然后在機床上加工，保證平行度與垂直度，鉆模板采用銷釘與螺栓與夾具體聯接，機床夾具如圖2所示。

2? 教學效果

在技校學生開展社會實踐生產活動中，指導學生們自己動手分析、制訂加工工藝方案并設計、裝配出機床夾具，對工件進行快速、準確地定位和夾緊，既提高了生產效率，又保證了產品質量，從而使技校學生覺得技工教育學有所用，提高了技校學生對所學專業課與操作技能的學習興趣和自學能力，收到較好的教學效果。

參考文獻：

[1]機械加工工藝及裝備[M].機械工業出版社.

[2]機械零件設計手冊[M].機械工業出版社.

[3]機械設計工藝性手冊[M].上海交通大學出版社.

[4]機床夾具設計[M].機械工業出版社.