陈卫东

摘要：工艺方案的合理设计是确保零件加工质量的关键，也是技校机加工专业教学的难点和重点。本文以手柄零件为例指导技校学生运用所学专业知识自主设计出合理的工艺方案，保证了加工质量，培养和提高了技校学生分析、处理和解决生产工艺问题的能力，收到较好的教学效果。

关键词：校企合作;手柄零件;工艺方案设计;工艺能力培养

0  引言

手柄零件如图1所示，是校企合作中我校学生在企业进行生产实习时大批量生产的任务。为保证加工质量和提高生产效率，学生们在本人的指导下对其生产工艺问题进行了分析和处理，设计出合理的工艺方案。

1  零件加工工艺设计

1.1 分析零件图样

①零件材料。该零件为机床手柄，需要具有较好的强度、耐磨性和较好的减震性能，材料为HT200。

②形状特征。该零件主要由柄部、底部和臂部组成。其中底部设计有Φ20H7孔和Φ12插销孔、柄部设计有Φ的孔，两部分底面高度距离40±0.5mm。

③加工精度要求。加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度三方面。1）尺寸精度：底部孔直径为Φ20H7mm，柄部孔直径为Φmm，两孔底面高度距离尺寸为40±0.5mm、中心距离尺寸为150±0.5mm;插销孔与主动孔间中心距为13±0.5mm;2）位置精度：Φ孔与Φ20H7孔的平行度要求为0.1mm;Φ12插销孔与Φ20H7孔的垂直度要求为0.1mm。

④表面质量要求。表面质量包括表面层的微观几何形状误差和表面层的物理、力学性能两个方面。该零件只是表面粗糙度有具体要求：1）Φ12插销孔为Ra12.5μm;Φ孔与Φ20H7其两端面及侧面均为Ra3.2μm;2）其余表面为毛坯表面。

⑤确定加工内容。加工内容的确定依据零件图纸中所规定的加工精度和表面质量的要求而定。根据以上分析，该零件加工内容为：1）Φ孔及其上下两端面（表面粗糙度均为Ra3.2μm）;2）Φ20H7孔及其上下两端面及侧面（表面粗糙度均为Ra3.2μm）;3）Φ12销孔（表面粗糙度为Ra12.5μm）。

1.2 备料方法的选取

常用的备料方法有型材开料、铸件、锻件、焊接件、冲压件等。由于HT200（灰铸铁）属于脆性材料，不能锻造和冲压，但该零件结构较复杂，所以该毛坯选用铸件。

1.3 加工方法的选择

根据加工内容的材料、形状特征、加工精度和表面质量的要求，该零件的加工方法确定如下：①Φ及Φ20H7两孔：孔径较小、尺寸精度不算高、表面粗糙度均为Ra3.2μm，采用先钻后铰削方法即可保证加工质量;②Φ及Φ20H7两个孔的上、下端面：表面粗糙度均为Ra3.2μm，采用精铣方法即可保证加工质量;③Φ12孔：孔径较小、无尺寸精度要求、表面粗糙度为Ra12.5μm，采用钻削方法即可保证加工质量。

1.4 加工顺序的安排与工序划分

根据先面后孔原则，在加工孔之前先对孔口平面及侧面进行加工，这样可以提高孔加工时刀具的定位精度和装夹稳定性，从而提高加工质量和刀具使用寿命;根据基面先行原则，精基准优先加工，由图样可知，该工件的设计基准为Φ20H7孔及其下平面，Φ20H7孔为其它两个孔位置精度的设计基准、Φ20H7孔下平面为零件高度方向尺寸设计基准。为提高定位精度，保证加工精度，该工件的精基准应选用设计基準——Φ20H7孔及其下平面，优先加工好以减小定位误差;另外，考虑到Φ和Φ12两个孔都与Φ20H7孔有位置精度要求，为保证加工精度、提高生产效率，Φ和Φ12两个孔最好是在同一道工序里以Φ20H7孔作为定位精基准装夹进行加工。综合以上考虑，该工件加工顺序及工序划分如下：

工序一：钳工划线，根据毛坯余量，找出Φ20H7、Φ两个孔的中心线、水平方向的侧母线，然后画线。

工序二：在立式铣床上，根据Φ20H7、Φ两个孔的中心线、先加工Φ20H7孔两个侧平面至尺寸要求。

工序三：然后在平中钳上以Φ20H7孔两个侧平面为装夹基准，进行人工找正Φ20H7、Φ两个孔的水平方向的侧母线定位装夹，在Φ孔上、下平面加工时要进行辅助支承防止柄部振动、变形。加工Φ20H7与Φ两个孔的上、下平面：粗、精铣Φ20H7、Φ孔上平面至加工要求→粗、精铣Φ20H7、Φ孔下平面至加工要求。

工序四：钳工划线，在Φ20H7孔上平面找出其孔心位置。

工序五：在立式钻床上，以Φ20H7孔下平面进行定位夹紧，加工Φ20H7孔：钻底孔Φ16→扩孔Φ19.7→铰孔Φ20H7至要求。

工序六：在立式钻床上，加工Φ12、Φ两个孔。

①加工顺序的安排：1）Φ加工：钻底孔Φ7.8→铰孔Φ至要求;2）Φ12孔：一次性钻至要求。

②机床夹具设计。1）由于该工序所加工两个孔相互垂直，且不在同一个平面里，要钻完一个孔后工件翻转90°再钻削另一个孔，因此要设计成翻转式钻床夹具。2）定位方案设计。为减小定位误差，根据基准重合原则，选用Φ20H7孔及其下平面作为定位精基准，用垂直放置的定位圆柱销轴对其进行定位，使与之平行的Φ孔与机床主轴平行，以便加工;另外，以Φ20外圆后母线作为粗基准，用可调支承钉对其定位，对工件进行角度定位，使Φ20H7、Φ两个孔中心连线与夹具体后平面平行，从而使Φ12孔与夹具体后平面垂直，使机床夹具反转90°后Φ12孔与机床主轴平行。3）由于工件臂部刚性差，如悬空钻削Φ孔会使臂部震动、变形，需在Φ孔下平面使用一个螺旋辅助支承，通过调整辅助支承的高度，既提高工件刚性，同时也可以减少加工误差对定位精度的影响。4）夹紧装置的设计。采用螺母垫圈夹紧方式，在定位圆柱轴上部设计成螺杆，利用开口垫圈及螺母对工件进行夹紧，达到结构简单、装夹快速的效果。5）钻模板设计。由于Φ孔需钻→铰两个工步才能完成加工，在加工过程中需不断更换钻套，采用快换钻套;而Φ12孔只需一次钻削即可完成，无需更换钻套，采用固定钻套即可。6）夹具体设计。夹具体采用两块45#钢焊接而成，然后在机床上加工，保证平行度与垂直度，钻模板采用销钉与螺栓与夹具体联接，机床夹具如图2所示。

2  教学效果

在技校学生开展社会实践生产活动中，指导学生们自己动手分析、制订加工工艺方案并设计、装配出机床夹具，对工件进行快速、准确地定位和夹紧，既提高了生产效率，又保证了产品质量，从而使技校学生觉得技工教育学有所用，提高了技校学生对所学专业课与操作技能的学习兴趣和自学能力，收到较好的教学效果。

参考文献：

[1]机械加工工艺及装备[M].机械工业出版社.

[2]机械零件设计手册[M].机械工业出版社.

[3]机械设计工艺性手册[M].上海交通大学出版社.

[4]机床夹具设计[M].机械工业出版社.