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機械制造基礎 課程設計說明書 錐齒輪座加工工藝及夾具設計 機械制造基礎課程設計 摘　要 本文是有關錐齒輪座工藝步驟的說明和機床夾具設計方法的具體闡述。工藝設計是在學習機械制造技術工藝學及機床夾具設計后，在生產實習的基礎上，綜合運用所學相關知識對零件進行加工工藝規(guī)程的設計和機床夾具的設計，根據零件加工要求制定出可行的工藝路線和合理的夾具方案，以確保零件的加工質量。 據資料所示,錐齒輪座是一個典型的交叉孔零件，主要應用在混凝土拖泵中的導向輪部件上，其上要安裝兩個配對錐齒輪，加工精度要求較高。在設計錐齒輪座機械加工工藝過程時要通過查表法準確的確定各表面的總余量及余量公差，合理選擇機床加工設備以及相應的加工刀具，進給量，切削速度、功率，扭矩等用來提高加工精度，保證其加工質量。 關鍵詞：機械加工、工藝規(guī)程、專用夾具、錐齒輪座 目 錄 第1章 錐齒輪座的工藝分析及生產類型的確定 5 1.1 錐齒輪座的作用 5 1.2錐齒輪座的技術要求 6 1.3錐齒輪座的工藝分析 6 第2章 確定毛坯及繪制毛坯簡圖 8 2.1選擇毛坯 8 2.2確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 8 2.3繪制錐齒輪座毛坯的鑄造簡圖 9 第3章 擬定錐齒輪座工藝路線 10 3.1定位基準的選擇 10 3.1.1 精基準的選擇 10 3.1.2 粗基準的選擇 10 3.2面與孔加工方法的確定 10 3.3加工階段的劃分 11 3.4工序的集中與分散 11 3.5工序順序的安排 11 3.5.1機械加工工序 11 3.5.2熱處理工序 13 3.5.3輔助工序 14 3.6確定加工路線 14 第4章 機床設備及工藝裝備的選用 15 4.1機床設備的選用 15 4.2工藝裝備的選用 15 第5章 加工余量、工序尺寸和公差的確定 16 第6章 切削用量、時間定額的計算 17 第7章 車床夾具設計 25 7.1 車床夾具設計要求說明 25 4.2車床夾具的設計要點 25 7.3 定位機構 27 7.4夾緊機構 27 7.5 切削力及夾緊力的計算 27 7.6零件的車床夾具的加工誤差分析 28 7.7 確定夾具體結構尺寸和總體結構 30 7.8 零件的車床專用夾具簡單使用說明 31 參考文獻 33 第1章 錐齒輪座的工藝分析及生產類型的確定 1.1 錐齒輪座的作用 錐齒輪座是一個典型的交叉孔零件（見圖1—1），主要應用在混凝土拖泵中導向輪部件上，其上要安裝兩個配對錐齒輪座，因此主要的工作表面為Φ90mm和Φ52mm的兩個孔。 圖1-1 1.2錐齒輪座的技術要求 錐齒輪座的技術要求見表1-1 表1-1 錐齒輪座技術要求 加工表面 尺寸及偏差 mm 公差及精度等級 表面粗糙Raμm 形位公差mm Φ80mm孔 Φ80 IT13 6.3 Φ73mm孔 Φ73 IT13 6.3 Φ90mm孔 Φ90 IT7 1.6 Φ52mm孔 Φ52 IT7 1.6 垂直于Φ90mm孔，公差為0.05 兩端面 164 IT13 6.3 Φ80mm孔的外圓面 Φ100 IT7 1.6 φ52mm孔軸線101mm的端面 Φ101 IT9 3.2 錐銷孔 Φ8 IT8 1.6 Φ52mm孔端面 Φ82 IT13 6.3 從錐齒輪座技術要求表來看，加工錐齒輪座主要存在以下加工難點： （1）Φ52mm孔和Φ90mm孔兩尺寸屬于空間尺寸，加工過程中難以測量，因而兩尺寸的加工精度難以保證； （2）安裝齒輪的兩個交叉孔的中心線必須相交處于同一基準平面內，才能確保錐齒輪的傳動效果。 為此，通過對該零件的加工工藝性分析，找出了合理的加工方法，保證零件的加工質量。 1.3錐齒輪座的工藝分析 分析可知本零件材料為灰口鑄鐵，HT200。該零件具有較高的強度，耐磨性，耐熱性，減震性，適應于承受較大的應力，要求耐磨的零件。錐齒輪座具有兩組工作表面，他們之間有一定的位置要求。 由零件圖可知，φ90mm孔和φ52mm孔的中心線是主要的設計基準和加工基準。該零件的主要加工面可分為兩組： 1.以φ90mm孔為中心加工表面 這一組加工表面包括，φ80mm的端面和倒角及內孔φ73mm、φ90mm的孔及退刀槽，φ120mm的孔，M5螺紋孔，M8螺紋孔，φ8錐銷孔。 2.φ52mm孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括：φ52mm的端面，孔和倒角及M6螺紋孔。 這兩組的加工表面有著一定的位置要求，主要是： 1.φ52mm孔的中心線與φ90mm中心線垂直度公差為0.05； 2.φ52mm孔端面與φ90mm孔中心線的距離為119mm。 由以上分析可知，對這兩組加工表面而言，先加工第一組，再加工第二組。由參考文獻中有關面和孔加工精度及機床所能達到的位置精度可知，上述技術要求是可以達到的，零件的結構工藝性也是可行的。另外考慮到零件的精度不高可以在普通機床上加工。 34 第2章 確定毛坯及繪制毛坯簡圖 2.1選擇毛坯 根據零件查資料知：零件材料確定毛坯為灰鑄鐵，通過計算和查詢資料可知，毛坯重量約為11.7kg。生產類型為大批量，可采用砂型鑄造毛坯。由于各個孔都需要預先鑄造出來，故還需要安放型心。此外，為消除殘余應力，鑄造后應安排人工時效進行處理。 2.2確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 零件基本尺寸在150—170之間，由表1.70可知，查得該鑄件的尺寸公差等級CT為10級。由表1.70可知，機械加工余量等級MA為G級，選取CT=9級，MA為G級。 表2-1用查表法確定各加工表面的總余量 加工表面 基本尺寸 加工余量等級 機械加工余量/mm 尺寸公差 備注 上下端面 164 G 8 2.8 頂面降一級，雙側加工 Φ52mm的端面 119 G 3.5 2.5 單側加工 Φ52mm孔 Φ52 G 5 2.8 孔降一級，雙側加工 Φ73mm孔 Φ73 G 5 3.2 孔降一級，雙側加工 圓Φ82mm Φ82mm G 0 2.2 圓Φ155mm Φ155mm G 0 2.5 表2-2 鑄件主要尺寸的公差 主要加工表面 零件尺寸/mm 總余量/mm 毛坯尺寸/mm 上下端面 164 8 172 Φ52mm的端面 119 3.5 122.5 Φ52mm的孔 Φ52 5 Φ47 Φ73mm的孔 Φ73 5 Φ68 圓Φ82mm Φ82mm 0 Φ82 圓Φ155mm Φ155mm 0 Φ155 2.3繪制錐齒輪座毛坯的鑄造簡圖 由表2-1和表2—2所得結果，繪制毛坯簡圖如圖2-2所示。 圖2—2 工件毛胚圖 第3章 擬定錐齒輪座工藝路線 3.1定位基準的選擇 定位基準有粗基準和精基準之分，通常先確定精基準，然后再確定粗基準。基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。基面選擇得正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產無法正常進行。 3.1.1 精基準的選擇 精基準的選擇主要考慮基準重合的問題。選擇加工表面的設計基準為定位基準，稱為基準重合的原則。采用基準重合原則可以避免由定位基準與設計基準不重合引起的基準不重合誤差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保證。為使基準統(tǒng)一，先選擇φ52mm孔的中心線和φ90mm孔的中心線作為精基準。 3.1.2 粗基準的選擇 對一般的箱體類零件來說，以底面作為基準是合理的，按照有關零件的粗基準的選擇原則：當零件有不加工表面時，應選擇這些不加工的表面作為粗基準，當零件有很多個不加工表面的時候，則應當選擇與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準，從零件的分析得知，錐齒輪座以下底面作為粗基準。 3.2面與孔加工方法的確定 根據錐齒輪座零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法，如表3-1： 表3-1 錐齒輪座各表面加工方案 加工表面 尺寸精度等級 表面粗糙度 Ra/μm 加工方案 Φ80mm孔 IT13 6.3 粗車 Φ73mm孔 IT13 6.3 粗車 Φ90mm孔 IT7 1.6 粗車—半精車—磨 Φ52mm孔 IT7 1.6 擴—粗鉸—精鉸 兩端面 IT13 6.3 粗車 Φ80mm孔的外圓面 IT7 1.6 粗車—半精車 距Φ52mm孔軸線101mm的端面 IT9 3.2 粗車—半精車 Φ52mm孔端面 IT13 6.3 粗銑 錐銷孔 IT8 1.6 鉆—粗絞—精絞 3.3加工階段的劃分 該錐齒輪座的加工質量要求較高，可將加工階段劃分成面加工和孔加工兩個階段。加工過程中，首先加工面，然后加工各孔，最后加工各細節(jié)部分（攻絲、拉槽等）。 3.4工序的集中與分散 該零件選用工序集中原則安排錐齒輪座的加工工序。該錐齒輪座的生產類型是大批生產，可以采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數少，不但可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面之間的相對位置精度要求。 3.5工序順序的安排 3.5.1機械加工工序 由于設計加工方案時要遵循“先基準后其他”原則 、“先粗后精”原則、“先主后次”原則、“先面后孔”原則。制定機械加工工序如下： 表3-1 錐齒輪座各表面加工方案 方案一 工序1 粗車下端面 工序2 粗車內孔Φ73孔 工序3 粗車Φ90孔 工序4 粗車Φ120孔 工序5 粗車上端面 工序6 粗車外圓面Φ100 工序7 粗車Φ80孔 工序8 半精車Φ90內孔，切退刀槽3*0.5 工序9 半精車Φ100外圓面，切3*1退刀槽 工序10 粗銑右端面 工序11 擴—粗鉸—精鉸Φ52內孔 工序12 鉆孔4—M8螺紋底孔，攻絲4—M8 工序13 鉆孔4—M5螺紋底孔，攻絲4—M5 工序14 鉆孔3—M6螺紋底孔，攻絲3—M6 工序15 鉆孔M3螺紋底孔Φ2通孔 工序16 磨Φ90內孔 工序17 磨Φ100外圓 工序18 磨Φ52內孔 方案二 工 序 號 工序內容 工藝裝備 00 鑄造 05 時效，硬度要求HBS187~220 10 粗車下端面，粗車內孔Φ73孔，粗車Φ90孔，粗車Φ120孔 端面車刀，內孔車刀，盲孔車刀，游標卡尺 15 粗車上端面，粗車外圓面Φ100，粗車Φ80孔 外圓車刀，端面車刀，盲孔車刀，游標卡尺 20 半精車Φ90內孔，切退刀槽3*0.5 盲孔車刀，切槽刀，游標卡尺 25 半精車Φ100外圓面，切3*1退刀槽 端面車刀，切槽刀，游標卡尺 30 粗銑右端面 端銑刀，游標卡尺 35 擴—粗鉸—精鉸 擴孔鉆，鉸刀，卡尺，塞規(guī) 40 鉆孔4—M8螺紋底孔，攻絲4—M8 Φ6.7的麻花鉆，M8絲錐，游標卡尺，螺紋塞規(guī) 45 鉆孔4—M5螺紋底孔，攻絲4—M5 Φ4麻花鉆，M5絲錐，游標卡尺，螺紋塞規(guī) 50 鉆孔3—M6螺紋底孔，攻絲3—M6 Φ5麻花鉆，M6絲錐，游標卡尺，螺紋塞規(guī) 55 鉆孔M3螺紋底孔Φ2通孔 Φ2麻花鉆，M3絲錐 60 去毛刺 65 磨Φ90內孔 砂輪，內徑千分尺 70 磨Φ100外圓 砂輪，外徑千分尺 75 磨Φ52內孔 砂輪，內徑千分尺 80 終檢 因為工序集中有利于采用搞生產率機床；減少工件裝夾次數，節(jié)省裝夾工作時間；有利于保證各加工面的相互位置精度；減少工序數目，縮短了工藝路線，也簡化了生產計劃和組織工作；所以最終制定機械加工工序如下： 表3-1 錐齒輪座各表面加工方案 工 序 號 工序內容 工藝裝備 00 鑄造 05 時效，硬度要求HBS187~220 10 粗車下端面，粗車內孔Φ73孔，粗車Φ90孔，粗車Φ120孔 端面車刀，內孔車刀，盲孔車刀，游標卡尺 15 粗車上端面，粗車外圓面Φ100，粗車Φ80孔 外圓車刀，端面車刀，盲孔車刀，游標卡尺 20 半精車Φ90內孔，切退刀槽3*0.5 盲孔車刀，切槽刀，游標卡尺 25 半精車Φ100外圓面，切3*1退刀槽 端面車刀，切槽刀，游標卡尺 30 粗銑右端面 端銑刀，游標卡尺 35 擴—粗鉸—精鉸 擴孔鉆，鉸刀，卡尺，塞規(guī) 40 鉆孔4—M8螺紋底孔，攻絲4—M8 Φ6.7的麻花鉆，M8絲錐，游標卡尺，螺紋塞規(guī) 45 鉆孔4—M5螺紋底孔，攻絲4—M5 Φ4麻花鉆，M5絲錐，游標卡尺，螺紋塞規(guī) 50 鉆孔3—M6螺紋底孔，攻絲3—M6 Φ5麻花鉆，M6絲錐，游標卡尺，螺紋塞規(guī) 55 鉆孔M3螺紋底孔Φ2通孔 Φ2麻花鉆，M3絲錐 60 去毛刺 65 磨Φ90內孔 砂輪，內徑千分尺 70 磨Φ100外圓 砂輪，外徑千分尺 75 磨Φ52內孔 砂輪，內徑千分尺 80 終檢 3.5.2熱處理工序 加工之前進行時效處理。 3.5.3輔助工序 在半精加工后，安排去毛刺和中間檢驗工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和終檢工序。 綜上所述，該錐齒輪座工序的安排順序為：熱處理（時效處理）——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——主要表面精加工。 3.6確定加工路線 在綜合考慮上述工序安排的原則基礎上，由表3-2列出錐齒輪座的工藝路線（選擇方案二）： 表3—2 工序號 工序內容 工藝裝備 00 鑄造 05 時效，硬度要求HBS187~220 10 粗車下端面，粗車內孔Φ73孔，粗車Φ90孔，粗車Φ120孔 端面車刀，內孔車刀，盲孔車刀，游標卡尺 15 粗車上端面，粗車外圓面Φ100，粗車Φ80孔 外圓車刀，端面車刀，盲孔車刀，游標卡尺 20 半精車Φ90內孔，切退刀槽3*0.5 盲孔車刀，切槽刀，游標卡尺 25 半精車Φ100外圓面，切3*1退刀槽 端面車刀，切槽刀，游標卡尺 30 粗銑右端面 端銑刀，游標卡尺 35 擴—粗鉸—精鉸 擴孔鉆，鉸刀，卡尺，塞規(guī) 40 鉆孔4—M8螺紋底孔，攻絲4—M8 Φ6.7的麻花鉆，M8絲錐，游標卡尺，螺紋塞規(guī) 45 鉆孔4—M5螺紋底孔，攻絲4—M5 Φ4麻花鉆，M5絲錐，游標卡尺，螺紋塞規(guī) 50 鉆孔3—M6螺紋底孔，攻絲3—M6 Φ5麻花鉆，M6絲錐，游標卡尺，螺紋塞規(guī) 55 鉆孔M3螺紋底孔Φ2通孔 Φ2麻花鉆，M3絲錐 60 去毛刺 65 磨Φ90內孔 砂輪，內徑千分尺 70 磨Φ100外圓 砂輪，外徑千分尺 75 磨Φ52內孔 砂輪，內徑千分尺 80 終檢 第4章 機床設備及工藝裝備的選用 4.1機床設備的選用 在大批生產條件下，可以選用高效的專用設備和組合機床，也可選用通用設備。所選用的通用設備應提出機床型號，所選用的組合機床應提出機床特征，如“四面組合機床”。主要已由表3.2給出。 4.2工藝裝備的選用 工藝裝配主要包括刀具、夾具和量具。在工藝卡片中應簡要寫出它們的名稱，如“鉆頭”、“百分表”、“車床夾具”等。 刀具、量具已在3.2給出。該零件的生產類型為大批生產，所選用的夾具均為專用夾具。 第5章 加工余量、工序尺寸和公差的確定 確定加工余量是為適應機床的性能、刀具的切削刃所能承受的切削力，有利于保證設備的最大利用化，同時還能保證加工精度，在粗加工階段加工余量較大，所達到的加工精度較低，精加工階段加工余量較小，所達到的加工精度較高，能到達到所要求的精度。 表3 粗車—半精車 左端面 工序名稱 工序加工余量 工序加工精度等級 半精車 1.5 0.033（IT8） 粗車 3 0.13（IT11） 毛坯 3 —— 表4 粗車—半精車 右端面 工序名稱 工序加工余量 工序加工精度等級 半精車 1.5 0.039（IT8） 粗車 3 0.16（IT11） 毛坯 3 —— 由表1-20可以依次確定各工序的加工精度等級為：精鉸：IT7;粗鉸：IT10;擴孔：IT12。根據上述結果，再查標準公差數值表可確定各工步的公差值分別為，精鉸：0.030mm; 粗鉸：0.120mm; 擴孔：0.300mm。 毛坯為空心，通孔，孔內要求尺寸精度等級介于IT7，由表2-28可查得工序尺寸及余量： 擴孔：Φ51.5 2z=4.5mm 粗鉸: Φ51.9 2z=0.4mm 精鉸：Φ52.0 2z=0.1mm 第6章 切削用量、時間定額的計算 工序10:粗車下端面，粗車內孔Φ73孔，粗車Φ90孔，粗車Φ120孔 1、加工條件 （1）選擇刀具 1） 選擇直頭焊接式外圓車刀 2）依據，根據表1.1，所以選擇的刀桿尺寸BxH=16mmX25mm，刀片的厚度為4.5mm。 3）依據，根據表1.2，粗車毛坯為HT200，可以選擇YT15硬質合金刀具。 4）依據，根據表1.3，車刀幾何形狀如表12 表12 車刀幾何形狀角度 刀角名稱 符號 范圍 取值 主偏角 kr 30～45 45 副偏角 10～15 15 前角 5～10 10 后角 5～8 5 刃傾角 0 0 倒棱前角 -10～ -15 -10 續(xù)表12 車刀幾何形狀角度 倒棱寬度 0.4［（0.3~0.8）f］ 1 0.4~0.8 0.5 （2）選擇切削用量 1）、確定切削深度ap 由于粗加工余量僅為3mm，可在一次走刀內切完，故 ap=2.9mm 2）、進給量 依據，根據表1.4，在粗車鋼料，刀桿的尺寸為16mmX25mm，ap=3mm，以及工件直徑小于40mm時， 依據，根據CA6150車床的使用說明書選擇 確定的進給量尚需滿足車床進給機構強度的要求，故需進行校驗 依據，根據CA6150車床的使用說明書得其進給機構允許的進給力為。 依據，根據表1.21，當鋼的強度=570~670MPa，，，， (預計)時，進給力為N。 依據，根據表1.29-2，切削時的修正系數為=1.0，=1.0，=1.0，故實際進給力為 N 由于切削時的進給力小于車床進給機構允許的進給力，故所選的進給量可用 3）、車刀磨鈍標準及耐用度T 依據，根據表1.9，車刀的后刀面最大磨損量取為1.0mm（1.0~1.4），車刀的壽命T=60min。 4）、確定切削速度 依據，根據表1.28，切削速度的修正系數為=1.0，=1.0，=0.8，=1.0，=1.0，故 =0.94 依據，根據表1.27，切削速度的計算 故 =110m/min r/min 依據，根據CA6150車床的使用說明書，選擇 這時實際切削速度為 =120m/min 最后決定的車削用量為 。 式中，l=75mm, 根據，根據表1.26，車削時的入切量以及超切量,則L=80mm,故 min 工序15:粗車上端面，粗車外圓面φ100，粗車φ80孔 所選刀具為YG6硬質合金可轉位車刀。根據《切削用量簡明手冊》表1.1，由于CA6150機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。 ①.確定切削深度 由于單邊余量為3mm，可在一次走刀內完成，故 = 3mm ②.確定進給量 根據《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4 刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時， 進給量=0.5～1.0 按CA6140機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知： =0.7 確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據表1—30，CA6140機床進給機構允許進給力=3530。 根據表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。 切削時的修正系數為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為： =950=1111.5 （3-2） 由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。 ③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度 根據《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。 ④.確定切削速度 切削速度可根據公式計算，也可直接有表中查出。 根據《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。 切削速度的修正系數為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故： ==63 （3-3） ===120 （3-4） 根據CA6150車床說明書選擇 =125 這時實際切削速度為： == （3-5） ⑤.校驗機床功率 切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。 由《切削用量簡明使用手冊》表1.25，=～，，，切削速度時， = 切削功率的修正系數=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為： =1.7=1.2 （3-6） 根據表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機床上進行，最后決定的切削用量為： =3，=，==，= 式中，l=75mm, 根據，根據表1.26，車削時的入切量以及超切量為,則L=77mm,故 min 工序35:擴、粗鉸、精鉸φ52mm孔。 1 擴孔工步 1）背吃刀量的確定 取雙邊被吃刀量аp=4.5mm。 2）進給量的確定 查《機械加工工藝簡明速查手冊》表8.11，該工步的每轉的進給量=1.3~1.5mm/r。 3）切削速度的計算 由表8.5，按工件材料為灰鑄鐵的條件選取，鉆削速度可以取為14~26m/min,而擴孔切削速度。由公式（5-1） 可求得該工序鉆頭轉速=123.67r/min,參照表36所列Z550型立式鉆床的主軸轉速，取轉速=125r/min。再將此轉速帶入公式（5-1），可求出該工序的實際鉆削速度： =125r/min51.5mm/1000=20.2m/min。 2粗鉸工步 1)背吃刀量的確定 取雙面被吃刀量аp=0.4mm。 進給量的確定 2)由表8.15，選取該工步的每轉的進給量=1.2mm/r。 3)切削速度的計算 由表8.6，按工件材料為灰鑄鐵的條件選取，切削速度可以取為8.5m/min。由公式（5-1） 可求得該工序鉆頭轉速=52.4r/min,參照表36所列Z550型立式鉆床的主軸轉速，取轉速=63r/min。再將此轉速帶入公式（5-1），可求出該工序的實際鉆削速度=63r/min51.9mm/1000=10.26m/min。 3精鉸工步 1) 背吃刀量的確定 取雙面被吃刀量аp=0.1mm。 2) 進給量的確定 由表8.15，選取該工步的每轉進給量=0.90mm/r。 3) 切削速度的計算 由表8.6，按工件材料為灰鑄鐵的條件選取，切削速度可以取為3m/min。由公式（5-1） 可求得該工序鉆頭轉速=37.5r/min,參照表36所列Z550型立式鉆床的主軸轉速，取轉速=47r/min。再將此轉速帶入公式（5-1），可求出該工序的實際鉆削速度=47r/min52mm/1000=7.67m/min。 時間定額的計算 1基本時間的計算 1）擴孔工步 根據表6.2-5，本工序時間可由公式求得。式中=59mm；=2~4mm；，取= ，2.4mm；=4mm； =1.30mm/r；n=125r/min。將上述結果帶入公式，則該工序的基本時間t=(59+2.4+4)/1.30mm/r / 125r/min=24.17s 2）粗鉸工步 根據表6.2-5，鉸圓柱孔的基本時間可由公式求得。式中、由表6.2-5按=、аp=0.4mm條件查得=0.37mm；=15mm；而=59mm；=1.20mm/r；n=63r/min。將上述結果代入公式，則該工序的基本時間t=(59+0.37+15)/1.20mm/r / 63r/min=59.02s。 3）精鉸工步 根據表6.2-5，鉸圓柱孔的基本時間可由公式求得。式中、由表6.2-5按=、аp=0.1mm條件查得=0.19mm；=13mm；而=59mm；；n=47r/min。將上述結果代入公式，則該工序的基本時間t=(59+0.19+13)/0.90mm/r / 47r/min=102.39s。 2輔助時間的計算 輔助時間與基本時間之間的關系為=(0.150.2)，該零件取=0.15,則該工序的輔助時間為： 擴孔孔工步的輔助時間：=0.1524.17=3.62s； 粗鉸孔工步的輔助時間：=0.1559.02=8.85s； 精鉸工步的輔助時間：=0.15102.39=15.35s； 3其他時間的計算 除了作業(yè)時間（基本時間與輔助時間之和）以外，每道工序的單件時間還包括布置工作地時間、休息與生理需要時間和準備與終結時間。由于該錐齒輪座的生產類型大批生產，分攤到每個工件上的準備與終結時間甚微，可以忽略不計；布置工作地時間是作業(yè)時間的2%7%，休息與生理需要時間是作業(yè)時間的2%4%,本工件均取3%，則各工序的其他時間（+）可按關系式（3%+3%）（+）計算，他們分別為： 擴孔孔工步的其他時間：+=6%（24.17+3.62）=1.66s； 粗鉸孔工步的其他時間：+=6%（59.02+8.85）=4.07s； 精鉸工步的其他時間：+=6%（102.39+15.35）=7.06s； 4單件時間的計算 工序VI的單件時間為三個工步單價時間的和，其中 擴孔工步=24.17+3.62+1.66=29.45s； 粗鉸工步=59.02+8.85+4.07=71.94s； 精鉸工步=102.39+15.35+7.06=124.8s； 因此，工序8的單件時間=++=29.45+71.94+124.8=226.19s。將上述零件的工藝規(guī)程設計的結果，填入工藝文件。 工序70: 磨?100外圓 1）確定磨削深度=0.4mm 2）確定進給量,取f= 0.05mm/r 3）根據機床選n=2667r/min，計算出= =2093.6m/min 4）基本時間=，故 ==0.195min 5) 計算,查表得輔助時間=0.2min,布置工作地時間=0.3min,休息與生理需要時間=0.1min 則=0.195+0.2+0.3+0.1=0.795min . 第7章 車床夾具設計 7.1 車床夾具設計要求說明 車床夾具主要用于工序10粗車下端面，粗車內孔?73孔，粗車?90孔，粗車?120孔夾具。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軸線同軸。 （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，花盤，頂尖等，還有自行設計的心軸；專用夾具通常可分為心軸式、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，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。 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。 花盤式車床夾具 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孔。這類夾具不對稱，要注意平衡。 （2） 安裝在托板上的夾具。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。而生產中需自行設計的較多是安裝在車床主軸上的專用夾具，所以零件在車床上加工用專用夾具。 4.2車床夾具的設計要點 （1）定位裝置的設計特點和夾緊裝置的設計要求 當加工回轉表面時，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構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，故在加工過程中工件除受切削力矩的作用外，整個夾具還要受到重力和離心力的作用，轉速越高離心力越大，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）夾具與機床主軸的連接 車床夾具與機床主軸的連接精度對夾具的加工精度有一定的影響。因此，要求夾具的回轉軸線與臥式車床主軸軸線應具有盡可能小的同軸度誤差。 心軸類車床夾具以莫氏錐柄與機床主軸錐孔配合連接，用螺桿拉緊。有的心軸則以中心孔與車床前、后頂尖安裝使用。 根據徑向尺寸的大小，其它專用夾具在機床主軸上的安裝連接一般有兩種方式： 1)對于徑向尺寸D＜140mm，或D＜(2～3)d的小型夾具，一般用錐柄安裝在車床主軸的錐孔中，并用螺桿拉緊，如圖1-a所示。這種連接方式定心精度較高。 2)對于徑向尺寸較大的夾具，一般用過渡盤與車床主軸軸頸連接。過渡盤與主軸配合處的形狀取決于主軸前端的結構。 圖1-b所示的過渡盤，其上有一個定位圓孔按H7/h6或H7/js6與主軸軸頸相配合，并用螺紋和主軸連接。為防止停車和倒車時因慣性作用使兩者松開，可用壓板將過渡盤壓在主軸上。專用夾具則以其定位止口按H7/h6或H7/js6裝配在過渡盤的凸緣上，用螺釘緊固。這種連接方式的定心精度受配合間隙的影響。為了提高定心精度，可按找正圓校正夾具與機床主軸的同軸度。 對于車床主軸前端為圓錐體并有凸緣的結構，如圖1-c所示，過渡盤在其長錐面上配合定心，用活套在主軸上的螺母鎖緊，由鍵傳遞扭矩。這種安裝方式的定心精度較高，但端面要求緊貼，制造上較困難。 圖1-d所示是以主軸前端短錐面與過渡盤連接的方式。過渡盤推入主軸后，其端面與主軸端面只允許有0.05～0.1mm的間隙，用螺釘均勻擰緊后，即可保證端面與錐面全部接觸，以使定心準確、剛度好。 圖1 車床夾具與機床主軸的連接 過渡盤常作為車床附件備用，設計夾具時應按過渡盤凸緣確定專用夾具體的止口尺寸。過渡盤的材料通常為鑄鐵。各種車床主軸前端的結構尺寸，可查閱有關手冊 7.3 定位機構 由零件圖分析加工工序10粗車下端面，粗車內孔?73孔，粗車?90孔，粗車?120孔夾具的加工要求，必須保證孔軸向和徑向的加工尺寸，得出，夾具必須限制工件的六個自由度，才可以達到加工要求。先設計夾具模型如下： 選擇定位元件為：支撐板,固定V型塊，活動V型塊。支撐板限制了X,Y,Z方向的移動自由度，固定V型塊限制2個的轉動自由度，活動V型塊限制了1個方向的轉動自由度?？梢?，定位方案選擇合理。 7.4夾緊機構 選擇工件的夾緊方案，夾緊方案的選擇原則是夾得穩(wěn)，夾得勞，夾得快。選擇夾緊機構時，要合理確定夾緊力的三要素：大小、方向、作用點。夾緊裝置的基本要求如下： 1. 夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置； 2. 夾緊力要適當，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉動、不震動，又不因夾緊力過大而使工件表面損傷、變形。 3. 夾緊機構的操作應安全、方便、迅速、省力。 4. 機構應盡量簡單，制造、維修要方便。 分析零件加工要素的性質，確定夾緊動力源類型為手動夾緊，夾緊裝置為壓板，壓緊力來源為螺旋力。夾具的具體結構與參數見夾具裝配圖和零件圖。 7.5 切削力及夾緊力的計算 刀具： 粗車切削力：查《現代機床夾具設計》P104表，得車削切削力計算公式： 圓周分力Fc = 902 Kp 徑向分力Fp = 2383Kp 軸向分力Ff =3326Kp 其中——背吃刀量 2.3mm f——每轉進給量 0.16mm Vc—切削速度m/min 60 Kp—修正系數1.08 所以切削時的各切削力 Fc1= 566.8N Fp2=801.5N Ff3= 416.4N 所以切削時的各切削力 Fc1= 105.45N Fp2= 57.23N Ff3= 97.96N 7.6零件的車床夾具的加工誤差分析 工件在車床夾具上加工時，加工誤差的大小受工件在夾具上的定位誤差、夾具誤差、夾具在主軸上的安裝誤差和加工方法誤差的影響。 如夾具圖所示，在夾具上加工時，尺寸的加工誤差的影響因素如下所述： （1）定位誤差 注：V型塊夾角α=90°。 基準位移誤差： 工件以外圓柱面在V型塊定位，由于工件定位面外圓直徑有公差δD，因此對一批工件來說，當直徑由最小D－δD變大到D時，工件中心（即定位基準）將在V型塊的對稱中心平面內上下偏移，左右不發(fā)生偏移，即工件由變大到,其變化量（即基準位移誤差Δ）從圖（a）中的幾何關系退出： ΔY== 基準不重合誤差： 從圖（b）中設計基準與定位基準不重合，假設定位基準不動，當工件直徑由最小D－δD變到最大D時，設計基準的變化量為，即基準不重合誤差ΔB=。 從圖(c)中可知，設計基準為工件的下母線。即，上述方向由a到a′與定位基準變到的方向相反，故其定位誤差ΔD是ΔY與ΔB之差. ΔD=ΔY－ΔB=－=0.207δD=0.207×0.01=0.00207 ΔD=0.00207＜T 即滿足要求 （2）加工方法誤差 如車床主軸上安裝夾具基準與主軸回轉軸線間的誤差、主軸的徑向跳動、車床溜板進給方向與主軸軸線的平行度或垂直度等。它的大小取決于機床的制造精度、夾具的懸伸長度和離心力的大小等因素。一般取 =/3=0.05/3=0.017mm 零件的車床夾具總加工誤差是： 精度儲備： 故此方案可行。 7.7 確定夾具體結構尺寸和總體結構 夾具體設計的基本要求 （1）應有適當的精度和尺寸穩(wěn)定性 夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀塊或導向元件的表面以及夾具體的安裝基面，應有適當的尺寸精度和形狀精度，它們之間應有適當的位置精度。 為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造夾具體要進行退火處理。 （2）應有足夠的強度和剛度 為了保證在加工過程中不因夾緊力、切削力等外力的作用而產生不允許的變形和振動，夾具體應有足夠的壁厚，剛性不足處可適當增設加強筋。 （3）應有良好的結構工藝性和使用性 夾具體一般外形尺寸較大，結構比較復雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，因此應特別注意其結構工藝性，應做到裝卸工件方便，夾具維修方便。在滿足剛度和強度的前提下，應盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡單。 （4）應便于排除切屑 在機械加工過程中，切屑會不斷地積聚在夾具體周圍，如不及時排除，切削熱量的積聚會破壞夾具的定位精度，切屑的拋甩可能纏繞定位元件，也會破壞定位精度，甚至發(fā)生安全事故。因此，對于加工過程中切屑產生不多的情況，可適當加大定位元件工作表面與夾具體之間的距離以增大容屑空間：對于加工過程中切削產生較多的情況，一般應在夾具體上設置排屑槽。 （5）在機床上的安裝應穩(wěn)定可靠 夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上的相應表面的接觸或配合實現的。當夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應盡量低，支承面積應足夠大，安裝基面應有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應中空，大型夾具還應設置吊環(huán)或起重孔。 確定夾具體的結構尺寸，然后繪制夾具總圖。詳見繪制的夾具裝配圖。 7.8 零件的車床專用夾具簡單使用說明 （1）夾具的總體結構應力力求緊湊、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軸線不平衡時，將產生較大的離心力和振動，影響工件的加工質量、刀具的壽命、機床的精度和安全生產，特別是在轉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：設置平衡塊或加工減重孔。在工廠實際生產中，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。 參考文獻 [1]尹成湖，周湛學主編.機械加工工藝簡明速查手冊［M］.北京 化學工業(yè)出版社，2015.12 [2]侯放主編，機床夾具［M］，北京，中國勞動社會保障出版社，2007 [3]姬文芳主編，機床夾具設計［M］，北京，航空工業(yè)出版社，1994 [4]艾興，肖詩綱主編.切削用量簡明手冊［M］.北京，機械工業(yè)出版社，2002 [5]劉洋，關于錐齒輪座的工藝分析，科學展望2016年15期 ISSN1672-8289 [6]濮良貴, 陳國定, 吳立言. 機械設計.第九版[M]. 北京 高等教育出版社, 2013. 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