殼體零件的加工工藝規(guī)程及其夾具設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計學位論文范文模板參考資料模具說明書

1、畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：殼體零件的加工工藝規(guī)程及其夾具設(shè)計學 號：姓 名： 班 級： 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化指導教師：學 院：機械工程學院答辯日期： 摘 要本設(shè)計是一種殼體的工藝設(shè)計和夾具設(shè)計。該零件是一種支承和包容傳動機構(gòu)的殼體零件。設(shè)計中先進行零件的結(jié)構(gòu)和工藝分析，確定粗基準和精基準以及零件的加工余量與毛坯的尺寸，得出零件的加工工藝過程，接著再計算各工序的切削用量以及工時。除此之外，還設(shè)計了一套專用車床夾具和專用鉆床夾具。首先確定合適的定位基準，設(shè)計夾具體，再選擇定位元件、夾緊元件等部件。然后計算出定位誤差、夾緊力以及切削力，分析夾具的合理性。最后對關(guān)鍵部位進行Proe有限元分析，確

2、保夾具可以安全的工作。關(guān)鍵詞：殼體；工藝分析；車床夾具；鉆床夾具；有限元分析AbstractThis design is a process design and fixture design of the shell. This section is a shell of supporting and embracing transmission mechanism. In the design, it should first process the structural and industrial analysis of the section, and then determine

3、the coarse benchmark, fine benchmark, machining allowance and blank size of the section to obtain the process of the parts making. After that it calculated the cutting dosages of every process and the production time.In addition, this design involved a set of special milling fixture and a set of spe

4、cial drill press fixture. First, it identified the appropriate locating datum, chose clip specific. Then it chose positioning components, clamping component, and so on. It should also calculate the positioning error, clamping force, cutting force and then analyze the rationality of the fixture. Fina

5、lly it had a finite-element analysis of the key parts to ensure that the fixture can work safely.Key words: Shell; Process analysis; Turning attachment; Drill jig; FEA目 錄第1章 前言1第2章 引言12.1課題的提出原因12.2課題的主要內(nèi)容12.3課題的構(gòu)思22.4本人所完成的工作量2第3章 零件的工藝設(shè)計23.1 零件的功用及工藝分析23.2 工藝規(guī)程的設(shè)計33.3機械加工余量及毛坯的尺寸確定93.4確定切削用量及基本工時1

6、0第4章 加工設(shè)備與工藝裝備選擇164.1選擇機床164.2選擇夾具164.3選擇刀具16第5章 零件的車床夾具設(shè)計175.1車床夾具設(shè)計175.2問題的提出195.3定位基準的選擇205.4切削力及夾緊力的計算205.5夾具結(jié)構(gòu)及定位誤差的分析225.6心軸的有限元分析235.7車床夾具的截圖24第6章 鉆床夾具設(shè)計256.1問題的提出256.2定位基準的選擇256.3切削力及夾緊力的計算256.4定位誤差的分析276.5夾具總體方案276.6夾緊裝置286.7壓板的有限元分析286.8鉆套的選擇296.9鉆模板的設(shè)計306.10夾具的裝夾與拆卸306.11鉆床夾具截圖31總 結(jié)33參考文獻

7、35附 錄第1章 前言畢業(yè)設(shè)計是大學四年所學知識的綜合運用。對于零件的工藝安排、夾具設(shè)計是機械系學生都應掌握的最基本的知識。這些內(nèi)容對于機械加工起著致關(guān)重要的作用。零件加工質(zhì)量的好壞、成本的高低，都是這些內(nèi)容的直接反映。這次的設(shè)計主要內(nèi)容是殼體零件。它的整個加工過程中涉及到毛坯的制造方法選擇、加工余量的計算、工藝路線的確定、機床夾具定位和夾緊裝置的設(shè)計、機械加工刀具和輔具的選擇、加工時間的計算以及專用夾具體的設(shè)計等內(nèi)容。通過這次畢業(yè)設(shè)計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，同時發(fā)現(xiàn)自己在專業(yè)知識方面的不足。為今后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。第2章 引言2

8、.1課題的提出原因在現(xiàn)代制造技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，機床夾具無論在傳統(tǒng)機床上還是在數(shù)控機床、加工中心上，仍是必不可少的重要工藝裝備。然而，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔34年就要更新5080左右機床夾具，而夾具的實際磨損量僅為1020左右。因此，設(shè)計各種專用夾具以減少夾具的損耗已經(jīng)擺上的日程。2.2課題的主要內(nèi)容（1）完成殼體零件的三維造型（2）完成殼體零件的工藝規(guī)程及工序卡片（3）完成殼體上一副鉆夾具的設(shè)計任務（4）完成殼體上一副車夾具的設(shè)計任務（5）完成夾具全部零件的三維造型及裝配（6）完成關(guān)鍵零件的有限元分析2.3課題的構(gòu)思在做銑夾具和鉆夾具的過程中，首先要分析殼體零件圖及加工的技術(shù)要求，其次考

9、慮毛坯的選擇，再者要考慮制定機械加工工藝過程中一些關(guān)鍵問題，像基準的選擇、零件表面加工方法的選擇、加工順序的安排和組合、加工路線的擬定等等都需要了解大量的資料后精心加以選擇和確定，最后結(jié)合實際情況設(shè)計出方便實用且經(jīng)濟的夾具。2.4本人所完成的工作量殼體零件的三維造型及零件圖，以及工序過程卡，一副鉆夾具裝配圖及零件圖，一副銑夾具裝配圖及零件圖，全部零件的三維造型圖及裝配圖，關(guān)鍵零件的有限元分析第3章 零件的工藝設(shè)計3.1 零件的功用及工藝分析3.1.1 零件的功用題目所給的零件是殼體零件，即某種產(chǎn)品的外殼，主要作用是用來支承、包容、保護運動零件或其他零件，也起定位和密封作用，其三維形狀以及零件圖

10、如下：三維模型如下：圖3.1 三維模型圖二維零件圖如下：圖3.2 殼體零件圖零件的實際形狀如上圖所示，從零件圖上看，該零件結(jié)構(gòu)比較復雜。3.1.2零件的工藝分析殼體零件共有兩組加工表面，它們相互間有一定的加工要求?，F(xiàn)分述如下:（1）以20mm孔中心軸線為中心的加工表面。這一組加工表面包括：兩個直徑50mm的外圓端面，兩個直徑為90mm的外圓端面及倒角，還有8個15mm的通孔，其中，主要加工表面為8個15mm的通孔。（2）以18mm孔中心軸線為中心的加工表面。這一組加工表面包括：一個50mm的外圓端面，一個mm的孔，一個1:7梯形孔以及退刀槽。這兩組加工表面之間有著一定的加工要求，主要是：mm孔

11、的粗糙度要求是6.3； 1:7梯形孔的粗糙度要求是1.6；其余各面及孔的粗糙度要求是12.5。3.2 工藝規(guī)程的設(shè)計3.2.1 確定生產(chǎn)類型（1）確定生產(chǎn)綱領(lǐng)：機械產(chǎn)品在計劃期內(nèi)應當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃稱為該產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)除了該產(chǎn)品在計劃期內(nèi)的產(chǎn)量以外，還應包括一定的備品率和平均廢品率，其計算公式為3.1。 （3.1）式中n為零件計劃期內(nèi)的產(chǎn)量；a為備品率；b平均廢品率。由生產(chǎn)任務得：,，代入公式計算，（2）確定生產(chǎn)類型：最終傳動箱殼體長110mm，寬80mm，高100mm，屬于中型零件，殼體生產(chǎn)綱領(lǐng)為108件，屬于小批量生產(chǎn)。3.2.2確定毛坯的制造形式毛坯的鑄造方法

12、：由上文可知，該殼體屬于小批量生產(chǎn)，對于毛坯制造宜采用金屬模機器造型、模鍛、壓力鑄造等。本次采用金屬模機器造型，這種鑄造方法的特點是鑄件內(nèi)部組織致密，機械性能較高，單位面積的產(chǎn)量高，適用于泵體、泵蓋、殼體、減速箱體、汽缸頭等中、小型鑄件。毛坯的材料是HT200。3.2.3基準的選擇選擇工件的定位基準，實際上是確定工件的定位基面。根據(jù)選定的基面加工與否，又將定位基準分為粗基準和精基準。在起始工序中，只能選擇未經(jīng)加工的毛坯表面作為定位基準，這種基準稱為粗基準。用加工過的表面作為定位基準，則稱為精基準。在選擇定位基準時，是從保證精度要求出發(fā)的，因此分析定位基準選擇的順序就應為精基準到粗基準。（1）粗

13、基準的選擇選擇的原則是：a、非加工表面原則b、加工余量最小原則c、重要表面原則d、不重復使用原則e、便于裝夾原則選擇粗基準主要是選擇第一道機械加工工序的定位基準，以便為后續(xù)工序提供精基準。粗基準的選擇對保證加工余量的均勻分配和加工面與非加工面（作為粗基準的非加工面）的位置關(guān)系具有重要影響。根據(jù)以上選擇的原則，可以選擇零件左端面作為粗基準。這樣便于加工左右兩端面，便于保證其尺寸。（2）精基準的選擇選擇的原則是：a、基準重合原則b、基準統(tǒng)一原則c、自為基準原則d、互為基準原則e、便于裝夾原則選擇精基準時應重點考慮如何減少工件的定位誤差，保證加工精度，并使夾具結(jié)構(gòu)簡單，工件裝夾方便。根據(jù)以上選擇的原

14、則，我們就可以20孔和50右端面定位，用可調(diào)輔助支承90外圓并找正20外圓母線。精基準選擇20孔軸線,這樣可以便于在一次裝夾中車左右端面，完成所需零件形狀的加工，所以精基準選擇20mm孔軸心線。工序的合理組合確定基準以后，就按生產(chǎn)類型、零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求和機床設(shè)備等具體生產(chǎn)條件確定工藝過程的工序數(shù)。確定工序數(shù)的基本原則：（1）工序分散原則工序內(nèi)容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設(shè)備。簡單的機床工藝裝備。生產(chǎn)準備工作量少，產(chǎn)品更換容易。對工人的技術(shù)要求水平不高。但需要設(shè)備和工人數(shù)量多，生產(chǎn)面積大，工藝路線長，生產(chǎn)管理復雜。（2）工序集中原則工序數(shù)目少，工件裝，夾次數(shù)少，縮短了工

15、藝路線，相應減少了操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積，也簡化了生產(chǎn)管理，在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設(shè)備少，大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機床，以提高生產(chǎn)率。但采用復雜的專用設(shè)備和工藝裝備，使成本增高，調(diào)整維修費事，生產(chǎn)準備工作量大。一般情況下，單件小批生產(chǎn)中，為簡化生產(chǎn)管理，多將工序適當集中。結(jié)構(gòu)簡單的專用機床和工夾具組織流水線生產(chǎn)。3.2.5制定工藝路線加工工藝路線制定的原則是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量提高生產(chǎn)效率和降低成本，并且能夠充分利用現(xiàn)有的生產(chǎn)條件。制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。根據(jù)以上分析制定的

16、工藝路線如下(如圖3.2及3.3所示)：工藝路線：（1）工藝路線方案一：工序1：鑄造毛坯。工序2：時效處理。工序3：劃線。工序4：粗銑左右50mm端面。工序5：粗車90mm外圓端面并倒角C2。工序6：鉆八個15mm孔。工序7：粗銑頂面50mm面。工序8：鉆、擴36mm孔。工序9：鏜梯形孔與退刀槽。工序10：粗鉸梯形孔。工序11：鉆M8mm底孔6.7mm。工序12：攻螺紋M8。工序13：去毛刺。工序14：清洗。工序15：檢驗。工序16：入庫。（2）工藝路線方案二：工序1：鑄造毛坯。工序2：時效處理。工序3：劃線。工序4：粗銑左右50mm端面。工序5：粗銑頂面50mm面。工序6：粗車90mm外圓端

17、面并倒角C2。工序7：鉆八個15mm孔。工序8：鏜36mm孔。工序9：鏜梯形孔與退刀槽。工序10：粗鉸梯形孔。工序11：鉆M8mm底孔6.7mm。工序12：攻螺紋M8。工序13：去毛刺。工序14：清洗。工序15：檢驗。工序16：入庫。（3）工藝方案比較與分析上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工以18mm孔為中心的一組表面，然后以此為基準加工八個15mm孔；而方案二則先完成所有面的加工，再加工各孔。經(jīng)比較可見，先加工以18mm孔為中心的一組表面，然后以此為基準加工八個15mm孔，這時的位置精度交易保證，并且定位及裝夾都較方便。但方案一中工序4與工序5中涉及到兩個不同的機床，不宜采用組合機床

18、。故決定將方案一中工序4粗銑面改成粗車面，這樣工序4與工序5可采用同一個專用夾具，也不用重新裝夾，符合工序集中原則。還有就是方案一工序8用鉆、擴36mm孔，而方案二工序8用鏜36mm孔，這兩個工序都可以完成零件的加工，但考慮到兩個方案工序9要鏜梯形孔及退到槽，如果用鉆、擴36mm孔，便要更換機床，讓費時間，故采用鏜孔方案。具體工藝過程如下：工序1：鑄造毛坯。工序2：時效處理。工序3：劃線。工序4：粗車左右50mm端面。工序5：粗車90mm外圓端面并倒角C2。工序6：鉆八個15mm孔。工序7：粗銑頂面50mm面。工序8：鏜36mm孔。工序9：鏜梯形孔與退刀槽。工序10：粗鉸梯形孔。工序11：鉆M

19、8mm底孔6.7mm。工序12：攻螺紋M8。工序13：去毛刺。工序14：清洗。工序15：檢驗。工序16：入庫。以上加工方案大致看來還是合理的。但通過仔細考慮零件的技術(shù)要求以及可能采取的加工手段之后，發(fā)現(xiàn)仍有問題，主要表現(xiàn)加工8個15mm 孔時，因為該零件的8個15mm 孔全是通孔且加工深度不大，并且到下一表面的距離不大，極易造成鉆頭折斷或擦到下一表面上，甚至會造成零件報廢。為了解決這個問題，原有的加工路線仍可保持不變，只是在加工8個15mm 孔時，觀察到鉆頭快鉆穿零件時，采用手動進給方式。因為零件是小批量生產(chǎn)，故可以采用手動進給方式。這樣既可以避免鉆頭及零件的報廢，同時也照顧了原有的加工路線中

20、裝夾方便的特點。還有在加工兩個50mm外圓端面以及兩個90mm外圓端面時涉及到兩次掉頭以及需要4次裝夾，讓費了大量時間。為了解決這一問題，可以先加工50mm以及90mm外圓左端面，再掉頭一次加工右端面，減少了裝夾的次數(shù)以及掉頭的次數(shù)。因此，最后的加工路線確定如下：工序1：鑄造毛坯。工序2：時效處理。工序3：劃線。工序4：粗車50mm右外圓端面，粗車90mm右外圓端面并倒角C2。工序5：粗車50mm左外圓端面，粗車90mm左外圓端面倒角C2。工序6：鉆八個15mm孔（鉆頭快鉆穿零件時采用手動進給）。工序7：粗銑頂面50mm面。工序8：鏜36mm孔。工序9：鏜梯形孔與退刀槽。工序10：粗鉸梯形孔。

21、工序11：鉆M8mm底孔6.7mm。工序12：攻螺紋M8。工序13：去毛刺。工序14：清洗。工序15：檢驗。工序16：入庫。以上工藝過程詳見機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片。3.3機械加工余量及毛坯的尺寸確定加工余量是指加工過程中從加工表面所切去的金屬層厚度。加工余量有工序余量和加工總余量之分，工序余量是指某一工序所切去的金屬層厚度；加工總余量是指某加工表面上切去的金屬層總厚度。 （1）粗銑各表面的加工余量：由機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導教程表235平面的加工余量，及考慮在鑄造過程中，表面會產(chǎn)生氣泡等部分，因此，加工余量得留大點。從而得出粗銑各表面的加工余量為3mm。（2）粗車左右50m

22、m端面的加工余量：由機械加工余量實用手冊表5-25查得粗車左右50mm面的加工余量為1.6mm。（3）粗車左右50mm外圓的加工余量：由機械制造工藝學查得粗車90mm外圓的加工余量為2mm。（4）加工36mm孔的加工余量：查機械制造工藝設(shè)計簡明手冊表2.3-10得鏜孔的加工余量為0.3mm。（5）加工梯形孔的加工余量：查機械制造工藝設(shè)計簡明手冊表2.3-8得先鏜出梯形孔，再粗鉸，粗鉸的加工余量為0.04mm。（6）加工M8孔的加工余量：由機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導教程表229查出先鉆孔6.7mm，攻螺紋M8的加工余量為1.3mm。由上各個加工余量確定零件的鑄件尺寸，毛坯圖如圖3.3：圖3.3

23、 毛坯圖3.4確定切削用量及基本工時 工序4切削用量的計算以及基本工時的確定工序4：粗車50mm右外圓端面，粗車90mm右外圓端面并倒角（第一步）（1）確定端面最大加工余量 毛坯的長度方向加工余量為1.6mm，故可一次走刀完成，所以可得長度加工公差按IT12級。取-0.46mm（入體方向）。（2）確定進給量f根據(jù)切削用量手冊表4，當?shù)稐U尺寸為16mm×25mm，以及工件直徑在60到100之間時：按C620-1車床說明書?。海?）計算切削速度：查切削用量手冊表21，切削速度的計算公式為3.2（壽命選T=60min）： （3.2）式中：加工材料系數(shù)加工形式系數(shù)刀具材料系數(shù)系數(shù)指數(shù)修正系數(shù)

24、，見切削用量手冊表211，即公式3.3： （3.3）式中：鋼和鑄鐵的強度和硬度改變時切削速度的修正系數(shù)毛坯表面狀態(tài)改變時切削速度的修正系數(shù)車削方式改變時切削速度的修正系數(shù)車刀主偏角改變時切削速度的修正系數(shù)刀具材料改變時切削速度的修正系數(shù)所以 即 所以 （4）確定機床主軸轉(zhuǎn)速： （3.4）按機床說明書，與134r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為120r/min和150r/min。現(xiàn)取機轉(zhuǎn)速為150r/min，如果選取120r/min，則速度損失較大。所以實際切削速度。（5）計算切削工時： （3.5）根據(jù)切削用量手冊表20，（y為入切量，為超切量），故 工序4切削用量的計算以及基本工時的確定工序4：粗車5

25、0mm右外圓端面，粗車90mm右外圓端面并倒角C2（第二步）（1）確定進給量f根據(jù)切削用量手冊表4，當?shù)稐U尺寸為16mm×25mm, 以及工件直徑在60到100之間時：按C620-1車床說明書?。海?）計算切削速度：查切削用量手冊表21，切削速度的計算公式為（3.2）（壽命選T=60min）：即 式中， ，。修正系數(shù)，見切削用量手冊表211，即：。所以 所以 （3）確定機床主軸轉(zhuǎn)速：由公式3.4得 按機床說明書，與303r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為230r/min和305r/min?，F(xiàn)取機床轉(zhuǎn)速為305r/min。如果選230r/min，則速度損失較大。此時實際切削速度。（4）計算切削

26、工時：根據(jù)切削用量手冊表20，由公式3.5得： 工序6切削用量的計算以及基本工時的確定 工序6：鉆八個15mm孔（1） 選擇鉆頭選擇高速鋼麻花鉆頭，其直徑d0=15mm。鉆頭的幾何形狀為（查切削用量手冊第三章表1及表二）：雙錐修磨橫刃，=30°，2=118°，21=70°，b1=3.5mm，a0=12°，=55°，b=2mm，l=4mm。（2）選擇切削用量1）決定進給量fa、按加工要求決定進給量：根據(jù)表5（查切削用量手冊第三章）當加工要求為7級精度，鋼的強度b<0.784GPa，d0=15mm時，f=0.350.43mm/r。由于l/d=

27、12/15=0.8，故應乘孔深系數(shù)klf=0.95，則f=(0.350.43) ×0.95=0.330.41mm/rb、按鉆頭強度決定進給量：根據(jù)表7（查切削用量手冊第三章），當b=0.628GPa,d0=15mm，鉆頭強度允許的進給量f=1.11mm/r。c、按機床進給機構(gòu)決定進給量：根據(jù)表8（查切削用量手冊第三章），當b<0.628GPa，d020.5mm，機床進給機構(gòu)允許的軸向力為8330N時，進給量為0.53mm/r。從以上三個進給量比較可以看出，受限制的進給量是工藝要求，其值為f=0.350.43mm/r，根據(jù)Z535機床說明書，選擇f=0.36mm/r。由于加工通孔

28、，為了避免孔即將鉆穿時鉆頭容易折斷，故宜在孔即將鉆穿時停止自動進給而采用手動進給。2）決定切削速度由表10及11（查切削用量手冊第三章），查得vi=0.46m/s。切削速度的修正系數(shù)為：kTv=1.0，kcv=1.0，klv=0.85，ktv=1.0，則由公式3.4得 （3）計算基本工時 （3.6） 式中L=l1+l2+l3，l1=12mm，l2=9mm，l3=3mm，則 工序7切削用量的計算以及基本工時的確定工序7：粗銑頂面50mm面（1） 選擇刀具銑刀直徑的大小直接影響切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗，不能任選取。查（切削用量手冊第五章表1及表9），采用標準鑲齒圓柱銑刀，故齒數(shù)Z=8

29、；銑刀幾何形狀（切削用量手冊第五章表2）：n=15°,0=12°。（2） 選擇切削用量1） 決定銑削寬度ae由于加工余量不大，故可在一次走刀內(nèi)切完，則 ae=h=3mm;2） 決定沒齒進給量af根據(jù)X62W型銑床說明書（切削用量手冊第六章，常見銑床的技術(shù)資料，表24），其功率為7kW，中等系統(tǒng)剛度，則af=0.120.20mm/z，現(xiàn)取af=0.20mm/z。3） 決定切削速度v和沒秒進給量vf根據(jù)表9（切削用量手冊第五章），當d0=100mm，z=8mm，ap=41130mm，ae=3mm，af0.24mm/z時，vt=0.32m/s，nt=1.03r/s，vft=1.7

30、3mm/s。各修正系數(shù)為：kMv=kMn=kMv=0.69 ksv=ksn=ksvf=0.8故 v=vt×kv=0.32×0.69×0.8=0.18m/s； n=nt×kn=1.03×0.69×0.8=0.52r/s; vf=vft×kv=1.73×0.69×0.8=0.95mm/s。根據(jù)X62W型銑床說明書，選擇nc=0.625r/s，vfc=1.0mm/s。因此實際切削速度和沒齒進給量為： （3.7） （3.8）（3） 計算基本工時由公式3.6即 式中L=l1+l2+l3，由于是粗銑，故整個銑刀刀盤不

31、必銑過整個工件，利用作圖法，可得出的行程L=l1+l2+l3=69mm，故 工序8切削用量的計算以及基本工時的確定工序8：鏜36mm孔（1）選擇機床 選用T740金剛鏜床。（2）粗鏜孔至38.7mm，單邊余量Z=0.3mm，一次鏜去全部余量，進給量f=0.1mm/r。根據(jù)有關(guān)手冊，確定金剛鏜床的切削速度為v=100m/min，則：由公式3.4得 由于T740金剛鏜床主軸轉(zhuǎn)速為無級調(diào)速，故以上轉(zhuǎn)速可以作為加工時使用的轉(zhuǎn)速。（3）計算切削工時：切削工時：l=30mm，l2=3mm，l3=4mm，則：第4章 加工設(shè)備與工藝裝備選擇4.1選擇機床（1）選擇機床應遵循如下原則：（2）機床的加工范圍應與零

32、件的外廓尺寸相適應；（3）機床的精度應與工序加工要求的精度相適應；（4）機床的生產(chǎn)率應與零件的生產(chǎn)類型相適應。在殼體的加工過程中，為了提高生產(chǎn)率將大量使用專用機床，如鉆孔、鏜孔工序中會用到專用鉆床和專用鏜床。在銑端面、倒角和攻絲工序中會用到通用機床。通用機床是在機械加工工藝人員手冊上查找，具體機床的選用見后面的加工工藝過程卡。4.2選擇夾具機床夾具是在切削加工中，用以準確地確定工件位置，并將工件牢固地夾緊的一種工藝裝備。它的主要作用是：可靠地保證工件的加工精度；提高加工效率；減輕勞動強度；充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。夾具的種類很多，按夾具的應用范圍分類，可分為通用夾具、專用夾具、成組夾具、組

33、合夾具；按夾具上的動力源分類，可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具和真空夾具等。在單件、小批量生產(chǎn)時，應盡可能采用通用夾具。為提高生產(chǎn)率，在條件允許時也可采用組合夾具。中批以上生產(chǎn)時，應采用專用夾具，以提高生產(chǎn)效率，夾具的精度應與工序的加工精度相適應。殼體的生產(chǎn)屬于小批量生產(chǎn)，為了提高生產(chǎn)率，加工中應該采用專用夾具。為此要為生產(chǎn)線上的工序?qū)ｉT設(shè)計一套夾具。對于動力源，由于殼體的加工屬于小批量生產(chǎn)，可以采用手動旋轉(zhuǎn)六角螺母夾緊，這樣便于操作，減少工作強度，以及材料成本。4.3選擇刀具刀具的選擇主要取決于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度和表面粗糙度、生

34、產(chǎn)率及經(jīng)濟性等，在選擇時一般盡可能采用標準刀具，必要時可采用高生產(chǎn)率的復合刀具和其它一些專用刀具。最終傳動箱殼體的加工基本都采用標準刀具, 可以在機械加工工藝手冊上查到。銑平面時大都采用鑲齒套式面銑刀，銑面時用數(shù)控銑床加工，選用直柄立式銑刀。鏜刀則根據(jù)孔的大小不同分別選取。鉆孔時大都選用錐柄麻花鉆，這種鉆頭有足夠的強度，排屑容易。對于刀具的材料，常用的刀具材料有碳素工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金。其中碳素工具鋼指含碳的質(zhì)量分數(shù)在0.65%1.35% 的優(yōu)質(zhì)鋼碳鋼。常用牌號有T8A、T10A和T12A等，其中以T12A用的最多，淬火后硬度可達（5864）HRC，紅硬性達250300°C左右，

35、允許的切削速度Vc=510m/min，所以一般用于制造手用和切削速度很低得工具，如銼刀、手用鋸條、絲錐和板牙等。而高速鋼是在高碳鋼中加入較多的合金元素W、Gr、V、Mo等與C生成碳化物制得的。加入合金元素后，細化了晶粒，提高了合金的硬度。所以一般高速鋼的淬火硬度可達（6367）HRC，紅硬性可達550650.允許的切削速度Vc可比合金工具鋼提高12倍。它具有較高的強度，在所有刀具材料中它的抗彎強度和沖擊韌度最高，是制造各種刃型復雜刀具的主要材料。而硬質(zhì)合金的耐熱性比高速鋼高得多，約在8001000°C，允許的切削速度約是高速鋼的410倍。硬度很高，但它的抗彎強度為1.11.5GPa，

36、只是高速鋼的一半，沖擊韌度不足高速鋼的1/251/10.由于它的耐熱性與耐磨性好，因而在刃型不太復雜的刀具上的應用日益增多，如車刀，銑刀，鏜刀，小尺寸鉆頭，絲錐等刀具上。綜上所述，端面套式面銑刀材料選擇硬質(zhì)合金，加工孔用的麻花鉆、擴孔鉆、锪鉆、絲錐都采用高速鋼材料，鏜梯形孔孔用鏜刀刀尖部分材料也選用硬質(zhì)合金。具體刀具型號及規(guī)格見后面的加工工藝過程表格。第5章 零件的車床夾具設(shè)計5.1車床夾具設(shè)計車床夾具主要用于零件的旋轉(zhuǎn)表面以及端面。因而車床夾具的主要特點是工件加工表面的中心線與機床主軸的回轉(zhuǎn)軸線同軸。車床夾具的主要類型（1） 安裝在車床主軸上的夾具。這類夾具很多，有通用的三爪卡盤、四爪卡盤，

37、花盤，頂尖等，還有自行設(shè)計的心軸；專用夾具通?？煞譃樾妮S式、夾頭式、卡盤式、角鐵式和花盤式。這類夾具的特點是加工時隨機床主軸一起旋轉(zhuǎn)，刀具做進給運動。定心式車床夾具：在定心式車床夾具上，工件常以孔或外圓定位，夾具采用定心夾緊機構(gòu)。角鐵式車床夾具：在車床上加工殼體、支座、杠桿、接頭等零件的回轉(zhuǎn)端面時，由于零件形狀較復雜，難以裝夾在通用卡盤上，因而須設(shè)計專用夾具。這種夾具的夾具體呈角鐵狀，故稱其為角鐵式車床夾具?；ūP式車床夾具：這類夾具的夾具體稱花盤，上面開有若干個T形槽，安裝定位元件、夾緊元件和分度元件等輔助元件，可加工形狀復雜工件的外圓和內(nèi)孔。這類夾具不對稱，要注意平衡。（2） 安裝在托板上的

38、夾具。某些重型、畸形工件，常常將夾具安裝在托板上。刀具則安裝在車床主軸上做旋轉(zhuǎn)運動，夾具做進給運動。由于后一類夾具應用很少，屬于機床改裝范疇。而生產(chǎn)中需自行設(shè)計的較多是安裝在車床主軸上的專用夾具，所以殼體零件在車床上加工用專用夾具。車床夾具的設(shè)計要點（1）定位裝置的設(shè)計特點和夾緊裝置的設(shè)計要求當加工回轉(zhuǎn)表面時，要求工件加工面的軸線與機床主軸軸線重合，夾具上定位裝置的結(jié)構(gòu)和布置必須保證這一點。當加工的表面與工序基準之間有尺寸聯(lián)系或相互位置精度要求時，則應以夾具的回轉(zhuǎn)軸線為基準來確定定位元件的位置。工件的夾緊應可靠。由于加工時工件和夾具一起隨主軸高速回轉(zhuǎn)，故在加工過程中工件除受切削力矩的作用外，整

39、個夾具還要受到重力和離心力的作用，轉(zhuǎn)速越高離心力越大，這些力不僅降低夾緊力，同時會使主軸振動。因此，夾緊機構(gòu)必須具有足夠的夾緊力，自鎖性能好，以防止工件在加工過程中移動或發(fā)生事故。對于角鐵式夾具，夾緊力的施力方式要注意防止引起夾具變形。（2）夾具找正基準的設(shè)置為保證車床夾具的安裝精度，安裝時應對夾具的限制基面仔細找正。若限為基面偏離回轉(zhuǎn)中心，則應在夾具體上專門制一個孔（或外圓）作為找正基面，使該面與機床主軸同軸，同時它也作為夾具設(shè)計、裝配和測量基準。為保證加工精度，車床夾具的設(shè)計中心與主軸回轉(zhuǎn)中心的同軸度應控制在0.01mm之內(nèi)，限制端面對主軸回轉(zhuǎn)中心的跳動量也不應大于0.01mm。（3）定位

40、元件的設(shè)計在車床上加工回轉(zhuǎn)表面，要求工件加工面的軸線必須和車床主軸的旋線重合。夾具上定位元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，必須保證工件的定位基面、加工面和機床主軸三者的軸線重合。特別對于如支座、殼體等工件，由于其被加工回轉(zhuǎn)表面與工序基準之間有尺寸或相互位置精度要求，因此應以機床夾具的回轉(zhuǎn)軸線為基準來確定夾具定位工作表面的位置。（4）夾具的平衡對角鐵式、花盤式等結(jié)構(gòu)不對稱的車床夾具，設(shè)計時應采取平衡措施，使夾具的重心落在主軸回轉(zhuǎn)軸線上，以減少主軸軸承的磨損，避免因離心力產(chǎn)生振動而影響加工質(zhì)量和刀具壽命。平衡的方法有兩種：設(shè)置配重塊或加工減重塊。配重塊上應開有弧形槽或徑向槽，以便于調(diào)整配重塊的位置。殼體零件的

41、車床專用夾具的總體設(shè)計（1） 夾具的總體結(jié)構(gòu)應力力求緊湊、輕便，懸臂尺寸要短，重心盡可能靠近主軸。（2） 當工件和夾具上個元件相對機床主軸的旋轉(zhuǎn)軸線不平衡時，將產(chǎn)生較大的離心力和振動，影響工件的加工質(zhì)量、刀具的壽命、機床的精度和安全生產(chǎn)，特別是在轉(zhuǎn)速較高的情況下影響更大。因此，對于重量不對稱的夾具，要有平衡要求。平衡的方法有兩種：設(shè)置平衡塊或加工減重孔。在工廠實際生產(chǎn)中，常用適配的方法進行夾具的平衡工作。（3）為了保證安全，夾具上各種元件一般不超過夾具的圓形輪廓之外。因此，還應該注意防止切削和冷卻液的飛濺問題，必要時應該加防護罩。5.2問題的提出 利用本夾具主要用來粗車左右端面，在粗車左右端面

42、時，其他都是未加工表面。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度，如下圖所示：圖5.1 工序圖5.3定位基準的選擇由零件圖可知：粗車左右端面只有長度尺寸要求，其設(shè)計基準為零件左端面，限制了左右方向上的自由度，這樣設(shè)計基準和工藝基準統(tǒng)一 ，符合基準統(tǒng)一原則。為了使定位誤差達到要求的范圍之內(nèi)，在此通過心軸左端支撐零件及彈性套筒脹緊零件，限制3個自由度，從而保證零件的定位誤差在較小范圍內(nèi)，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。5.4切削力及夾緊力的計算（1）切削力的計算由切削用量手冊表22（車削時切削力及切削功率的計算公式）查得計算公式：主切削力 

43、5;CFz××××kFz(N) （5.1）徑向切削力 ××CFy××××kFy(N) （5.2）軸向切削力 ××CFx××××kFx(N) （5.3）其中系數(shù)與指數(shù)分別為CFz=367，xFz=0.72，yFz=0.8，nFz=0，CFy=142，xFy=0.73，yFy=0.67，nFy=0，CFx=294，xFx=1.0，yFx=0.5，nFx=-0.4，v=122。根據(jù)切削用量簡明手冊（第三版）表1.4，當?shù)稐U尺寸為16mm

44、15;25mm, p3mm以及工件直徑為90mm時：f=0.50.7mm/r按C620-1車床說明書，現(xiàn)取f=0.5mm/r。由于車削單邊余量為1.6mm，一次走刀就能完成，所以取ap=1.6。由切削用量手冊表22-1（鋼和鑄鐵的強度和硬度改變時切削力的修正系數(shù)kMF）查得計算公式5.4： （5.4）其中nF=0.75（指數(shù)），p =0.628（材料硬度）。故kMF=0.949。代入公式得：主切削力 FZ=9.81××CFz××××kFz =9.81×600×367×1.60.72×0.50.8

45、×1220×0.949 =2748(N)徑向切削力 Fy=9.81××CFy××××kFy =9.81×600×142×1.60.73×0.50.67×1220×0.949 =1172(N)軸向切削力 Fx=9.81××CFx××××kFx =9.81×60-0.4×294×1.61×0.50.5×122-0.4×0.949 =600(N

46、)（2）夾緊力的計算查切削手冊表3.28得 （5.5）式中650，1.6, 1.0，0.08，0.72，20，40，0.86，225，0.86，0代入公式進算得750（）計算切削力時，需考慮安全系數(shù) × ×× （5.6）式中基本安全系數(shù)1.5加工性質(zhì)系數(shù)1.1刀具鈍化系數(shù)1.1斷續(xù)切削系數(shù)1.1 則1.5×1.1×1.1×1.1×7501500（） f1f20.253000（） （5.7） 根據(jù)工藝手冊，彈性套筒的最大夾緊力8345（）,此時已大于3000的夾緊力，故本夾具可安全工作。5.5夾具結(jié)構(gòu)及定位誤差的分析由于生產(chǎn)類

47、型為小批生產(chǎn)，故考慮成本節(jié)約，使用手動加緊機構(gòu)，采用手動彈簧芯軸機構(gòu)進行其內(nèi)孔的定位加緊，工件以20mm通孔在彈性套筒和心軸端面上定位，旋緊螺母，通過椎體和錐套使彈性套筒產(chǎn)生向外均勻的彈性變形，將工件脹緊，實現(xiàn)對工件的定心夾緊。如下圖所示：圖5.2 車夾具裝配圖本夾具的定位元件主要為套筒的外圓和心軸端面進行定位，故對定位誤差的影響主要反映到心軸和襯套接觸的端面和中心軸線的垂直度上，即其端面和軸線是否垂直。由機床夾具設(shè)計手冊可得：（1）定位誤差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，這里的方向與加工方向一致。即：故（2）夾緊安裝誤差，對工序尺寸的影響均小。即： （3）磨損造成的加工誤差：通常不超

48、過（4）夾具相對刀具位置誤差：。誤差總和： 從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具的加工誤差較小，實用性強。5.6心軸的有限元分析心軸的三維造型如圖5.3：圖5.3 心軸三維模型導入模型文件，在應用程序中選擇Mechanica命令進行靜力學分析，得到圖5.4 心軸靜力學分析其中，心軸主要由7個部分組成，最下端螺紋段為第一部分，從下往上到第七部分梯形軸。第一部分與第二部分顯示顏色主要為紫色，表示這兩部分的受力在到29.26Mpa之間，由于該軸的材料為45鋼，其屈服應力為355Mpa，故滿足強度要求。第三部分與第四部分受力最復雜，受力最大最危險的部位也在這里，顯示顏色從紫色到淺黃色都有，受力在到233.9

49、Mpa之間，低于45鋼的屈服應力355Mpa，故該軸可安全工作。剩下的部分顯示顏色主要為紫色和藍色到58.49Mpa之間，遠遠小于355Mpa，滿足強度要求。所以，該心軸可以安全的工作。5.7車床夾具的截圖圖5.5 三維夾具爆炸圖圖5.6 三維夾具零件裝配圖第6章 鉆床夾具設(shè)計6.1問題的提出本夾具主要用來鉆上下端面上4個15mm通孔。因為位置精度要求不高，表面粗糙度要求精度低，為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度，如下圖所示：圖6.1 工序圖6.2定位基準的選擇由工序圖可知：由于在對孔進行加工前，底平面和頂平面進行了車加工，左端面是待加工面，右

50、端面是不加工表面，中心通孔是不加工通孔，因此，中心通孔軸線為定位精基準，這樣可以保證待加工孔的尺寸要求。由零件圖可以知道，圖中對孔的加工沒有位置公差要求，只有尺寸要求，我們可以選擇中心通孔軸線為定位基準來設(shè)計鉆模，從而滿足待加工孔軸線尺寸要求。工件定位用底面和左端面及心軸來限制5個自由度。6.3切削力及夾緊力的計算（1）切削力的計算查機床夾具設(shè)計手冊表可得：切削力公式： （6.1）式中D=15mm（孔的直徑），f=0.36mm/r（主軸進給率）查表得： （6.2）即：Ff=3206(N)（2）夾緊力的計算實際所需夾緊力：由機床夾具設(shè)計手冊表得： （6.3）安全系數(shù)K可按下式計算： （6.4）式

51、中：為各種因素的安全系數(shù)，見機床夾具設(shè)計手冊表 可得： K=1.2×1.0×1.0×1.1×1.3×1.0×1.0=1.72所以WK=Ff ×K= 3206(N) ×1.72=5500(N)由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。取，螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力公式： （6.5）式中參數(shù)由機床夾具設(shè)計手冊可查得：原始作用力作用力臂螺旋生角螺紋處摩擦角螺紋處摩擦系數(shù)螺桿端部與零件的摩擦系數(shù)螺紋處當量摩擦角則螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力：由公式6.5得：由上述計算易得： 因此采用

52、該夾緊機構(gòu)工作是可靠的。6.4定位誤差的分析該夾具以中心通孔軸線來作為定位基準，該零件雖然沒有任何尺寸公差要求，但為了盡量增強零件的適用性，要盡量減少加工誤差。由機床夾具設(shè)計手冊可得：（1）定位誤差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，這里的方向與加工方向一致。即：故（2）夾緊安裝誤差，對工序尺寸的影響均小。即： （3）磨損造成的加工誤差：通常不超過（4）夾具相對刀具位置誤差：鉆套孔之間的距離公差，按工件相應尺寸公差的五分之一取。即。誤差總和： 從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具的加工誤差較小，實用性強。6.5夾具總體方案 本次畢業(yè)設(shè)計是設(shè)計“鉆四個15mm孔”這道工序的鉆床夾具。分析了零件的結(jié)

53、構(gòu)特點以及零件小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)方式，決定采用螺旋壓板組合夾緊零件，左端配合防轉(zhuǎn)銷定位，上下用螺旋壓板配合心軸夾緊零件，這樣既能保證零件的夾緊，又可以使夾具體之間精密配合，延長夾具用久后產(chǎn)生變形的時間。該夾具總共限制了5個自由度。因為該零件的四個15mm 孔全是通孔且加工深度不大，并且到下一表面的距離不大，極易造成鉆頭折斷或擦到下一表面上，甚至會造成零件報費。為了解決這個問題，應在加工四個15mm 孔時，觀察到鉆頭快鉆穿零件時，采用手動進給方式。6.6夾緊裝置該零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)是小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)量不大，并且夾緊面是平面，因此，可以直接考慮手動夾緊裝置，可以使用螺旋壓板組合夾緊零件。夾緊裝置如下圖：1開槽圓柱頭螺釘 2鉸鏈座 3墊圈 4菱形螺母 5六角頭螺栓 6六角螺母 7壓板 8彈簧 9心軸 10墊板圖6.2 主要夾緊裝置6.7壓板的有限元分析壓板的三維造型如圖6.3：圖6.3 心軸的三維造型導入模型文件，在應用程序中選擇Mechanica命令進行靜力學分析，得到圖6.4 心軸的靜力學分析其中，該壓板主要由板塊和凹槽組成，左端圓弧板塊顏色顯示為從紫色到淺綠色之間，該部分也是受力最大最危險部分，其受力在3.530100Mpa到1.5531