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第4章 工序8 利用車床尾架精鉸Φ16及Φ30孔專用夾具設計 4.1問題的提出 本夾具主要用于工序8 利用車床尾架精鉸Φ16及Φ30孔，夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應用于機械制造過程地切削加工、 熱處理、裝配等工藝過程中。 機床夾具按在不同生產(chǎn)類型中的通用性，可以分為通用夾具. 專用夾具. 可調(diào)夾具. 組合夾具等。本課題設計的是閥體加工中車軸承孔工序?qū)Ｓ脢A具——角鐵式車夾具設計。 4.2夾具的設計 4.2.1定位基準的選擇 據(jù)《夾具手冊》知定位基準應盡可能與工序基準重合，在同一工件的各道工序中，應盡量采用同一定位基準進行加工。 方案一 1面也就是整個閥體的截面定位限制兩個自由度。 2面是閥體的地面定位限制三個自由度 3采用2銷限制三個自由度。 方案二 1面是閥體的底面限制三個自由度。 2面是側面限制一個自由度。 3面是軸承孔外端面定位限制兩個自由度。 方案比較：方案一：是按照基準統(tǒng)一及基準重合原則確定的，有利于夾具的設計制造，加緊力方向指向定位元件剛性較大的方向，定位相對簡單。 方案二：是是按照基準統(tǒng)一原則確定的，有利于夾具的設計制造，但不容易保證空的軸線與外圓對稱面的重合，鉆頭進給的的軸向力完全由定位元件承受，很容易引起變形。 本工序加工的切削力主要是刀頭進給時的軸向力和鉆削扭矩，樣工件軸向幾乎沒有切削力，所需要的加緊力不是很大。綜合考慮兩個方案的優(yōu)缺點，及加工的具體情況，采用方案一。 4.2.2定位元件的設計 本工序選用的定位基準為一面兩孔定位，所以相應的夾具上的定位元件應是一面兩銷。因此進行定位元件的設計主要是對短圓柱銷和短削邊銷進行設計。 由加工工藝孔工序簡圖可知兩工藝孔中心距。 由于兩工藝孔有位置度公差，所以其尺寸公差為 所以兩工藝孔的中心距為134，而兩工藝孔尺寸為Φ9孔。 根據(jù)《機床夾具設計手冊》削邊銷與圓柱銷的設計計算過程如下： 圖4.2 兩銷分析圖 （1）、確定兩定位銷中心距尺寸及其偏差 == 4.2.3切削力及夾緊力的計算 刀具： ① 粗車切削力：查《現(xiàn)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(?30) 4mm(?35) f——每轉(zhuǎn)進給量 0.16mm(?30) 0.3mm (?35) Vc—切削速度m/min 60(?30) 40(?35) Kp—修正系數(shù)1.08 1.63 0.70 所以切削的各切削力 Fc1= 566.8N Fp2=801.5N Ff3= 416.4N 精車切削力：——背吃刀量0.5mm(?30) 0.7mm(?35) f——每轉(zhuǎn)進給量 0.13mm(?30) 0.2mm (?35) Vc—切削速度m/min 38(?30) 20(?35) Kp—修正系數(shù) 1.08 1.63 0.70 所以切削的各切削力 Fc1= 105.45N Fp2= 57.23N Ff3= 97.96N 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即： 安全系數(shù)K可按下式計算有：： 式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]表可得： 所以有： 螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有： 式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得： 其中： 螺旋夾緊力： 該夾具采用螺旋夾緊機構，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如下： 圖4.1 移動壓板受力簡圖 由表得：原動力計算公式 即： 由上述計算易得： 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。 3、定位誤差的分析 本夾具選用的定位元件為一面兩銷定位。其定位誤差主要為： （1）、移動時基準位移誤差 = = (2)、轉(zhuǎn)角誤差 其中： 1.7 確定夾具體結構和總體結構 對夾具體的設計的基本要求 （1）應該保持精度和穩(wěn)定性 在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。 （2）應具有足夠的強度和剛度 保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。 （3）結構的方法和使用應該不錯 夾較大的工件的外觀，更復雜的結構，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結構的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結構應該簡單。 （4）應便于鐵屑去除 在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應在夾具體上面。 （5）安裝應牢固、可靠 夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結構，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。 加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便于鐵屑。此外，夾點技術，經(jīng)濟的具體結構和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便排出鐵屑。 4.2.6夾具操作說明 先將定位元件及加緊元件固定在夾具體上面，然后只需擰松螺桿將螺旋壓板夾緊機構退回即可將元件按照定位基準放置好，最后擰緊螺桿將元件加緊。當加工完成之后擰松螺桿將元件取下，在放入下一個零件。 6 工學院 課程設計報告 課程名稱： 制造工藝學課程設計 指導老師： 聶信天 班 級： 車輛132 姓 名： 龍云浩 學 號： 30313205 學 期： 20 15 —20 16 學年 第 2 學期 南京農(nóng)業(yè)大學工學院教務處印 工學院課程設計報告 目 錄 第1章 零件分析 2 1.1 零件作用分析 2 1.2 零件工藝分析 3 第2章 確定毛坯、畫毛坯 4 2.1選擇毛坯種類 4 2.2 確定毛坯尺寸及機械加工余量 5 2.3 繪制毛坯圖 6 第3章 工藝規(guī)程設計 6 3.1 基面、基準的選擇 4 3.2 制定工藝路線 5 3.2.1加工階段的劃分 5 3.2.2工序的確定 5 3.2.3 工藝路線設計 6 3.3 填寫機械加工工藝過程卡和機械加工工序卡 9 第4章 半精銑下端面工序?qū)Ｓ脢A具設計 9 4.1 切削用量的確定及校核 10 4.2 工件自由度分析及定位方案的確定 11 4.3 夾緊力的計算 11 4.4 定位誤差分析 12 4.5 操作說明 12 13 項目 內(nèi)容 說明 1. 零件的分析 2. 確定毛坯 畫毛坯 3. 工藝規(guī)程設計 4.鉆Φ16孔工序?qū)Ｓ脢A具設計 1.1 零件的作用 題目給出的零件是閥體。閥體的主要作用是在流體系統(tǒng)中，用來控制流體的方向、壓力、流量的裝置。因此閥體零件的加工質(zhì)量，不但直接影響的裝配精度和流體的運動精度，而且還會影響工作精度、使用性能和壽命。如下，圖一是我們的閥體三維圖。 圖一 1.2 零件的工藝分析 由閥體零件圖可知。它的外表面上有4個平面需要進行加工?？紫捣植加谏舷虑昂?個端面。此外上表面還需加工4個螺紋孔。因此可將其分為3組加工表面。它們相互間有一定的位置要求?，F(xiàn)分析如下： （1）以S=148X46的下底面面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：下底面的銑削加工；其中有表面粗糙度要求為； （2）以上端面為主要加工平面的加工面。這一組加工表面包括：上端面的銑削加工；4- M6螺紋孔加工，以及一直徑Φ30、主直徑為Φ16的沉頭孔加工，該孔無表面粗糙度要求； （3）以前后端面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：前后端面，有表面粗糙度要求為 （4）Φ50孔，要求與前后端面垂直，無表面粗糙度要求 （5）Φ9孔， 無表面粗糙度要求 （6）Φ11孔，無表面粗糙度要求 2.1選擇毛坯種類 機械加工中毛坯的種類有很多種，如鑄件、鍛件、型材、擠壓件、沖壓件、焊接組合件等，同一種毛坯又可能有不同的制造方法。為了提高毛坯的制造質(zhì)量，可以減少機械加工勞動量，降低機械加工成本，但往往會增加毛坯的制造成本。選擇毛坯的制造方法一般應當考慮一下幾個因素。 （1）材料的工藝性能 材料的工藝性能在很大程度上決定毛坯的種類和制造方法。例如，鑄鐵，鑄造青銅等脆性材料不能鍛造和沖壓，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造組合毛坯，而只能用鑄造。 （2）毛坯的尺寸形狀和精度要求 毛坯的尺寸大小和形狀復雜程度也是選擇毛坯的重要依據(jù)。尺寸很大的毛坯，通常不采用模鍛或壓鑄、特種鑄造方法制造，而適宜采用自由鍛造或是砂型鑄造。形狀復雜的毛坯，不宜采用型材或自由鍛件，可采用鑄件、模鍛件、沖壓件或組合毛坯。 （3）零件的生產(chǎn)綱領 選擇毛坯的制造方法，只有與零件的生產(chǎn)綱領相適應，才能獲得最佳的經(jīng)濟效益。生產(chǎn)綱領大時宜采用高精度和高生產(chǎn)率的毛坯制造方法，如模鍛及熔模鑄造等；生產(chǎn)綱領小時，宜采用設備投資少的毛坯制造方法，如木模砂型鑄造及自由鍛造。 本閥體零件材料為HT200，考慮到零件在工作過程中經(jīng)常受到?jīng)_擊性載荷，采用灰鑄鐵材料，零件的強度也能保證。由于零件成批生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，采用機器造型，鑄造公差等級為11級，能保證鑄件的尺寸要求，這從提高生產(chǎn)率和保證加工精度上考慮也是應該的。 2.2確定毛坯尺寸及機械加工余量 根據(jù)零件圖估算鍛件的重量 ，包容體重量 ,鍛件形狀復雜系數(shù) ,較復雜，零件材料為灰鑄鐵。 查閱《機械制造技術基礎課程設計指導教程》表2-1,2-3.2-5得鍛件機械加工余量及尺寸公差（由于大部分表面加工都需經(jīng)過粗加工和半精加工，因此余量將要放大，這里為了機械加工過程的方便，將外圓表面的總加工余量統(tǒng)一為一個值。 端面毛坯尺寸為 孔的毛坯尺寸為 鑄件的機械加工余量RMA取1.5 零件尺寸（mm） 單面加工余量（mm） 毛坯尺寸（mm） 148 2.4 152.8 106 2.4 110.8 64 2.3 68.6 Φ50 2.2 45.6 Φ11×2 2.2 45.6 Φ9×4 2.2 0 Φ30 2.2 25.6 Φ16 2.2 0 M6×4 2.2 0 2.3 繪制毛坯圖 3.1.1基面的選擇 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(zhì)量得到保證，生產(chǎn)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(chǎn)無法正常進行。 3.1.2粗基準的選擇 選擇粗基準時，考慮的重點是如何保證各加工表面有足夠的余量，使不加工表面與加工表面間的尺寸、位子符合圖紙要求。 粗基準選擇應當滿足以下要求： ①粗基準的選擇應以不加工表面為粗基準。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。 ②若必須首先保證工件的某些重要表面的加工余量均勻，應選擇該表面做粗基準。例如：機床床身導軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時選擇導軌面作為粗基準，加工床身的底面，再以底面作為精基準加工導軌面。 ③若需保證各加工表面都有足夠的加工余量，應選加工余量較小的表面做粗基準。 ④應盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準，以保證定位準確夾緊可靠。 ⑤粗基準一般只使用一次，特別是主要定位基準，以免產(chǎn)生較大的位置誤差。 要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證往閥體在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從閥體的零件圖分析可知該零件的加工表面比較多，粗基準可選為兩個，這里選擇該零件的上端面以及中心孔的內(nèi)輪廓面作為粗基準，分別以這兩面為基準對零件進行裝夾定位及加工。 3.1.3精基準的選擇 精基準的選擇原則： ①基準重合原則。即盡可能選擇設計基準作為定位基準。這樣可以避免定位基準與設計基準不重合而引起的基準不重合誤差。 ②基準統(tǒng)一原則。應盡可能選用統(tǒng)一的定位基準?；鶞实慕y(tǒng)一有利于保證各表面間的位置精度，避免基準轉(zhuǎn)換所帶來的誤差，并且各工序所采用的夾具比較統(tǒng)一，從而可減少夾具設計和制造工作。 ③互為基準的原則。選擇精基準時，有時兩個被加工面，可以互為基準反復加工。 ④自為基準原則。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均勻，可以選擇加工表面本身為基準 ⑤此外，還應選擇工件上精度高、尺寸較大的表面為精基準，以保證定位穩(wěn)固可靠。并考慮工件裝夾和加工方便、夾具設計簡單等。 閥體的精基準選擇時考慮的重點是有利于保證工件的加工精度并使裝夾準確。當設計基準與工序基準不重合時，還應該進行尺寸換算。粗基準的選擇，采用零件的中心孔的內(nèi)圓面及上端面作為定位的粗基準，使得零件達到完全定位。而在此基礎上，考慮到基準重合、便于裝夾的問題，則選取下端面與其上的孔作為加工的精基準。 3.2制定工藝路線 3.2.1加工階段的劃分 零件的加工質(zhì)量要求較高時，常把整個加工過程劃分為幾個階段： ①粗加工階段 粗加工的目的是切去絕大部分多余的金屬，為以后的精加工創(chuàng)造較好的條件，并為半精加工，精加工提供定位基準，粗加工時能及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，予以報廢或修補，以免浪費工時。粗加工可采用功率大，剛性好，精度低的機床，選用大的切前用量，以提高生產(chǎn)率、粗加工時，切削力大，切削熱量多，所需夾緊力大，使得工件產(chǎn)生的內(nèi)應力和變形大，所以加工精度低，粗糙度值大。 ②半精加工階段 半精加工階段是完成一些次要面的加工并為主要表面的精加工做好準備，保證合適的加工余量。半精加工的公差等級為IT9～IT10。表面粗糙度為Ra10～1.25μm。 ③精加工階段 精加工階段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保證零件的形狀位置幾精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面達到圖紙要求。另外精加工工序安排在最后,可防止或減少工件精加工表面損傷。精加工應采用高精度的機床小的切前用量，工序變形小，有利于提高加工精度。精加工的加工精度一般為IT6～IT7，表面粗糙度為Ra10～1.25μm。 此外，加工階段劃分后，還便于合理的安排熱處理工序。由于熱處理性質(zhì)的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之間。但須指出加工階段的劃分并不是絕對的。在實際生活中，對于剛性好，精度要求不高或批量小的工件，以及運輸裝夾費事的重型零件往往不嚴格劃分階段，在滿足加工質(zhì)量要求的前提下，通常只分為粗、精加工兩個階段，甚至不把粗精加工分開。必須明確劃分階段是指整個加工過程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性質(zhì)區(qū)分。本次閥體加工工藝規(guī)程的設計中，由于零件加工表面及孔的精度要求并不是很高，因此只需劃分為粗加工、精加工兩個階段即可滿足要求。 3.2.2工序的確定 對個表面的加工要粗、精分開，先粗后精，多次加工，已逐步提高其精度和粗糙度。主要表面的精加工應安排在最后。 為了提高零件的機械性能和消除內(nèi)應力而安排的熱處理工序，如調(diào)質(zhì)、時效處理等，一般應安排在粗加工之后，精加工之前。 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要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用數(shù)控機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 對于大批量生產(chǎn)的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準。閥體加工的第一個工序也就是加工統(tǒng)一的基準。具體安排是先以上下端面互相定位半精加工。第二個工序是加工定位用的Φ50孔。上下端面加工完成后一直到閥體加工完成為止，除了個別工序外，都要用作定位基準。 后續(xù)工序安排應當遵循粗精分開和先面后孔的原則。先粗加工平面，再粗加工孔系。對于閥體，需要精加工的是孔前后端平面，按上述原則亦應先精加工平面再加工孔系。 加工工序完成以后，將工件清洗干凈。清洗是在的含0.4%—1.1%蘇打及0.25%—0.5%亞硝酸鈉溶液中進行的。清洗后用壓縮空氣吹干凈。保證零件內(nèi)部雜質(zhì)、鐵屑、毛刺、砂粒等的殘留量不大于。 3.2.3工藝路線設計 工 序 號 工 序 內(nèi) 容 I 鑄造 II 時效處理 III 以上端面后端面為粗基準，粗-半精銑下端面 IV 以下端面為精基準，粗-半精銑上端面 V 以下端面、上端面為精基準，精鏜Φ50孔 VI 以上端面、下端面、Φ50孔為為精基準，半精銑前后端面 VII 以上端面、前端面、后端面為精基準，鉆4XΦ9孔 VIII 以下端面、底面兩孔、前端面為精基準，精鏜Φ30孔 IX 以下端面、底面兩孔、前端面為精基準，鉆Φ16孔 X 以下端面、底面兩孔、后端面為精基準，鉆2XΦ11孔 XI 以下端面、底面兩孔、后端面為精基準，鉆4-M6螺紋底孔攻絲4-M6 XII 去毛刺 XIII 檢驗入庫 方案一： 方案二： 工 序 號 工 序 內(nèi) 容 I 鑄造 II 時效處理 III 以Φ50孔、前端面為粗基準 粗-半精銑下端面 IV 以下端面為精基準、前后端面為粗基準 鉆4×Φ9孔 V 以下端面、4×Φ9孔為精基準 粗-精鏜Φ50孔 VI 以下端面、4×Φ9孔為精基準 粗-半精銑上端面 VII 以下端面、4×Φ9孔為精基準 粗-半精銑前、后端面 VIII 以下端面、4×Φ9孔為精基準 粗-精鏜Φ30孔 IX 以下端面、4×Φ9孔為精基準 鉆Φ16孔 X 以下端面、4×Φ9孔、后端面為精基準 鉆2×Φ11孔 XI 以下端面、4×Φ9孔、后端面為精基準 鉆4-M6螺紋底孔攻絲4-M6 XII 去毛刺 XIII 檢驗入庫 兩種方案都依照工序集中原則組織工序，優(yōu)點是工藝路線短，減少工件的裝夾次數(shù)，易于保證加工面相互位置精度，使需要的機床數(shù)量少，減少工件工序間的運輸，減少輔助時間和準備終結的時間，同時產(chǎn)量也較高。 方案一和方案二的區(qū)別在于方案一先加工端面再加工孔，而方案二是先加工孔再加工端面，違背了先面后孔的原則，綜合考慮確定具體的加工路線如下: 工 序 號 工 序 內(nèi) 容 I 鑄造 II 時效處理 III 以上端面后端面為粗基準，粗-半精銑下端面 IV 以下端面為精基準，粗-半精銑上端面 V 以下端面、上端面為精基準，精鏜Φ50孔 VI 以上端面、下端面、Φ50孔為為精基準，半精銑前后端面 VII 以上端面、前端面、后端面為精基準，鉆4XΦ9孔 VIII 以下端面、底面兩孔、前端面為精基準，精鏜Φ30孔 IX 以下端面、底面兩孔、前端面為精基準，鉆Φ16孔 X 以下端面、底面兩孔、后端面為精基準，鉆2XΦ11孔 XI 以下端面、底面兩孔、后端面為精基準，鉆4-M6螺紋底孔攻絲4-M6 XII 去毛刺 XIII 檢驗入庫 3.3 填寫機械加工工藝過程卡和機械加工工序卡 4.1切削用量的確定及校核（參考《切削用量簡明手冊》） 加工材料——灰鑄鐵，HT200 工藝要求——2塊寬度a=29mm，長度l=46mm的平面，精度為H12-H13 機床——雙立軸圓工作臺銑床 1.選擇銑刀 硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀）材料： 齒數(shù) 2.選擇切削用量 1）銑削深度： 2）每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取 銑削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取 3）機床主軸轉(zhuǎn)速： ， 式（1.1） 實際銑削速度： 式（1.2） 進給量： 式（1.3） 工作臺每分進給量： ：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81, 4）檢驗機床扭矩及功率 根據(jù)表3.23，當σb≥200MPa，ae≤72mm，ap≤4.2mm，z=4，，近似為 Pcc=1.67kW 根據(jù)X51立式銑床說明書，機床主軸允許的功率為PcM=1.95kW 故Pcc

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