本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
第1章 緒論
1.1 機(jī)床夾具的概念與功能
1.1.1 機(jī)床夾具
由機(jī)械制造工藝系統(tǒng)的組成-機(jī)床、工件、刀具、和夾具可以看出夾具在機(jī)械加工中的地位。尤其在成批生產(chǎn)時(shí)更是大量的采用機(jī)床夾具。他們是機(jī)床和工件之間的連接裝置。機(jī)床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，所以機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是及其重要的工作之一，也是加工過(guò)程中最活躍的因素之一。
夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，他廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造過(guò)程中的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測(cè)等工藝過(guò)程中。在金屬切削機(jī)床上使用的夾具統(tǒng)稱為機(jī)床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機(jī)床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，他直接影響著加工的精度，勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，故機(jī)床夾具設(shè)計(jì)在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造以及生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中占有很重要的地位。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作。
1.1.2機(jī)床夾具的功能
機(jī)床夾具主要的功能是裝夾工件，使工件在夾具中定位和夾緊。
定位 確定工件在夾具中正確的位置的過(guò)程。定位是通過(guò)工件定位基準(zhǔn)面與夾具定位元件的定位面接觸和配合實(shí)現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工面的尺寸和位置精度要求。
夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過(guò)程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時(shí)，受到各種力的作用，若不使工件固定，則工件會(huì)松動(dòng)、甚至脫落。因此夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。
對(duì)刀 刀具切削刃相對(duì)工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對(duì)刀塊，它能迅速的確定銑刀相對(duì)于夾具的正確位置。
導(dǎo)向 如鉆床夾具中的鉆模板和鉆套，能迅速的確定鉆頭的位置，并引導(dǎo)其進(jìn)行鉆削。導(dǎo)向元件制成鉆模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具也具有導(dǎo)向功能。
1.2 機(jī)床夾具的組成
1.2.1機(jī)床夾具的基本組成部分
雖然各類機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)有所不同，但主要功能加以分析，機(jī)床夾具的基本組成部分是定位元件、夾緊裝置和夾具體三個(gè)部分。這也是夾具設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。
1. 定位元件
定位元件是夾具的主要功能元件之一。通常，當(dāng)工件的定位基準(zhǔn)面確定后，定位元件的結(jié)構(gòu)也就基本確定了，定位元件的定位精度直接影響工件加工的精度。
2. 夾緊裝置
夾緊裝置也是夾具的主要功能之一。通常，夾緊裝置的結(jié)構(gòu)會(huì)影響夾具的復(fù)雜程度和性能。它的結(jié)構(gòu)和類型很多，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意選擇。
3. 夾具體
夾具體是夾具的基體骨架，通過(guò)它將夾具所有元件構(gòu)成一個(gè)整體。通常的夾具體為鑄件結(jié)構(gòu)、鍛造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)，形狀有回轉(zhuǎn)體型、底座型等多種。定位元件、夾緊裝置等分布在夾具體不同的位置上。
1.2.2 機(jī)床夾具的其他組成部分
為滿足夾具的其他功能要求，各種夾具還要設(shè)計(jì)其它的元件或裝置。
1.連接元件
根據(jù)機(jī)床的工作特點(diǎn)，夾具在機(jī)床上的安裝連接常有兩種形式。一種是安裝在機(jī)床工作臺(tái)上，另一種是安裝在機(jī)床主軸上。連接元件用以確定夾具本身在機(jī)床上的位置。如車床夾具唆使用的過(guò)渡盤，銑床夾具所使用的定位鍵等，都是連接元件。
2.對(duì)刀與導(dǎo)向裝置
對(duì)刀與導(dǎo)向裝置的功能是確定刀具的位置。
對(duì)刀裝置常見(jiàn)在銑床夾具中。對(duì)刀塊可調(diào)整銑刀加工前的位置。對(duì)刀時(shí)銑刀不能直接與對(duì)刀塊接觸，以免碰傷銑刀的切削刃和對(duì)刀塊工作表面。通常在銑刀和對(duì)刀塊對(duì)刀表面間留有空隙，并且用塞尺進(jìn)行檢查，以調(diào)整刀具，使其保持正確的位置。
導(dǎo)向裝置主要指鉆模的鉆模板，刀具的位置，并引導(dǎo)刀具進(jìn)行切削。
3.其它元件或裝置
根據(jù)加工需要，有些夾具分別采用分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、機(jī)器人、頂
出器和平衡塊等。這些元件或裝置也需要專門設(shè)計(jì)。
1.3機(jī)床夾具的分類
1.3.1 按夾具的通用特性分類
這是一種基本的分類方法，主要反映夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，故也是選擇夾具的主要依據(jù)。目前，我國(guó)常用的分類有通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具和自動(dòng)化生產(chǎn)夾具五類。
（1）通用夾具
通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已經(jīng)規(guī)格化，且具有一定通用性的夾具，如三爪自定心卡盤、四爪單動(dòng)卡盤、臺(tái)虎鉗、萬(wàn)能分度頭、頂尖中心架、電磁吸盤等。其特點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，不須調(diào)整或稍加調(diào)整即可裝夾一定形狀和尺寸范圍內(nèi)的各種工件。這類夾具已商品化，且成為機(jī)床附件。采用這類夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，減少夾具品種，從而降低成本。其缺點(diǎn)是夾具的加工精度不高，生產(chǎn)率也較底，且較難加工形狀復(fù)雜的工件，故適用于單件小批量生產(chǎn)。
（2）專用夾具
專用夾具根據(jù)某一工件某一工序的加工要求而專門設(shè)計(jì)和制造的夾具。其特點(diǎn)是針對(duì)性極強(qiáng)，沒(méi)有通用性。在產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定，批量較大的生產(chǎn)中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。專用夾具設(shè)計(jì)和制造的周期較長(zhǎng)，隨著現(xiàn)代多品種，中、小批生產(chǎn)的發(fā)展，專用夾具適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性等方面已存在很多問(wèn)題。
（3）可調(diào)夾具
可調(diào)夾具是根據(jù)通用夾具和專用夾具的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)發(fā)展起來(lái)的一類新型夾具。對(duì)不同類型和不同尺寸的工件，只需調(diào)整或更換原來(lái)夾具上的個(gè)別定位元件或夾緊元件便可使用。它一般又可氛圍通用可調(diào)夾具和成組夾具兩種。前者的通用范圍比通用夾具更大，；后者則是一種可調(diào)夾具，它按成組夾具設(shè)計(jì)并能加工一族相似的工件，故多品種，中、小批生產(chǎn)中使用有較好的經(jīng)濟(jì)效果。
（4）組合夾具
組合夾具是一種模塊化的夾具。標(biāo)準(zhǔn)的模塊化元件有較高的精度和耐磨性，可組裝成各種夾具；夾具用畢即可拆卸，留待組合新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，零件能重復(fù)多次使用，并具有減少專用夾具數(shù)量的優(yōu)點(diǎn)，因此組合夾具在單件、中、小批多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工中，是一種非常經(jīng)濟(jì)的夾具。組合夾具也已經(jīng)商品化。
（5）自動(dòng)化生產(chǎn)用夾具
自動(dòng)化生產(chǎn)用夾具主要分自動(dòng)線夾具和數(shù)控機(jī)床用夾具兩大類。自動(dòng)線夾具有兩種：一是固定式夾具；另一種是隨行夾具。數(shù)控機(jī)床夾具還包括加工中心用夾具和柔性制造系統(tǒng)用夾具。隨著制造的現(xiàn)代化，在企業(yè)中數(shù)控機(jī)床夾具的比例正在增加，以滿足數(shù)控加工的要求。數(shù)控機(jī)床夾具的典型結(jié)構(gòu)是拼裝夾具。它是利用標(biāo)準(zhǔn)的模塊組裝成的夾具。
1.3.2 按夾具使用的機(jī)床分類
這是專用夾具設(shè)計(jì)所用的分類方法。如車床夾具、銑床夾具、刨床夾具、鏜床夾具、磨床夾具等夾具。設(shè)計(jì)專用夾具時(shí)，機(jī)床的類別、組別、型別和主要參數(shù)均已確定。它們的不同點(diǎn)是機(jī)床的切削成型運(yùn)動(dòng)不同，故夾具與機(jī)床的連接方式不同，他們的加工精度要求也各不同。
1.4機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與其它裝備設(shè)計(jì)比較，有較大的差別，主要表現(xiàn)在以下五個(gè)方面
（1） 有較短的設(shè)計(jì)和制造周期。一般沒(méi)有條件對(duì)夾具進(jìn)行原理性試驗(yàn)和復(fù)雜的計(jì)算工作。
（2） 夾具的精度一般比工件高2至3倍。
（3） 夾具和操作工人的關(guān)系特別密切，要求夾具與生產(chǎn)條件和操作習(xí)慣密切結(jié)合。
（4） 夾具一般情況下是單件制造的，沒(méi)有重復(fù)制造的機(jī)會(huì)，通常要求夾具在投產(chǎn)時(shí)一次成功。
（5） 夾具的社會(huì)協(xié)作制造條件較差，特別是商品化的元件較少。
顯然，注意這些問(wèn)題是很重要的。這將有利于夾具的設(shè)計(jì)以及制造質(zhì)量。
1.5專用夾具設(shè)計(jì)要求
夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足以下主要要求：
（1）保證工件的加工精度要求，即在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中，夾具滿足以下三項(xiàng)要求：一夾具在機(jī)床上的正確位置；工件在夾具中的正確位置；刀具的正確位置。
（2）保證工人的操作方便、安全、能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。如采用氣動(dòng)、液動(dòng)等機(jī)械化夾緊裝置，以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并可較好的控制夾緊力。夾具操作位置應(yīng)符合操作工人的習(xí)慣，必要時(shí)應(yīng)有安全保護(hù)裝置，以保證使用安全。
（3）夾具總體方案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)盡量采用個(gè)中快速、高效的，如多件夾緊，聯(lián)動(dòng)夾緊等，以縮短勞動(dòng)時(shí)間，提高生產(chǎn)率；在小批量生產(chǎn)中，則要在盡可能滿足夾具功能的前提下，盡可能使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，以降低成本。
（4）適當(dāng)提高家具元件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化程度。要選用標(biāo)準(zhǔn)化元件選用商品化的標(biāo)準(zhǔn)元件，以縮短夾具制造周期，降低夾具成本。
（5）便于排屑。
（6）有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。設(shè)計(jì)夾具應(yīng)便于制造、檢驗(yàn)、裝配、調(diào)整、維修等。
1.6夾具設(shè)計(jì)步驟
（1） 確定夾具的類型。
（2） 定位設(shè)計(jì)，根據(jù)六點(diǎn)定位原則設(shè)計(jì)確定工件的定位方式，選擇合適的定位元件。
（3） 確定工件的夾緊方式，選擇合適的夾緊裝置。使夾緊力與切削力靜力平衡，并注意縮短輔助時(shí)間。
（4） 確定刀具的對(duì)刀導(dǎo)向方案，選擇合適的對(duì)刀元件或?qū)蛟?
（5） 確定夾具與機(jī)床的連接方式。
（6） 確定其它元件和裝置的結(jié)構(gòu)形式，如分度裝置、靠模裝置等。
（7） 確定夾具總體布局和夾具的結(jié)構(gòu)形式。并處理好定位元件在家具體上的位置。
（8） 繪制夾具方案設(shè)計(jì)圖。
（9） 進(jìn)行工序精度分析。
（10） 對(duì)動(dòng)力夾緊裝置進(jìn)行夾緊力驗(yàn)算。
第2章 零件的分析
題目所給的零件是變速器換檔叉。它位于汽車的變速機(jī)構(gòu)上，主要起換檔作用。
一．零件的工藝分析
零件的材料為35鋼，，為此以下是變速器換檔叉需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
1、 孔Φ15.8以及與此孔相通的、M10螺紋孔。
2、 上下U型口及其兩端面
3、換檔叉底面、下U型口兩端面與孔Φ15.8中心線的垂直度誤差為0.15mm。
由上面分析可知，可以粗加工Φ15的孔，然后以此作為基準(zhǔn)采用專用夾具進(jìn)行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟(jì)精度及機(jī)床所能達(dá)到的位置精度，選擇以孔為基準(zhǔn)加工的面作為孔加工的精基準(zhǔn)。最后，以精加工的孔為基準(zhǔn)加工其他所有的面。此變速器換檔叉零件沒(méi)有復(fù)雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術(shù)要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
二、確定生產(chǎn)類型
已知此換檔叉零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為5000件/年，零件的質(zhì)量是2.26Kg/個(gè)，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》第2頁(yè)表1.1-2，可確定該換檔叉生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過(guò)程劃分階段；工序適當(dāng)集中；加工設(shè)備以通用設(shè)備為主，大量采用專用工裝。
三、確定毛坯
1、確定毛坯種類：
零件材料為35鋼?？紤]零件在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故采用模鍛件作為毛坯。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》第41頁(yè)表2.2-5,選用鍛件尺寸公差等級(jí)為CT-12。
工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
(一)選擇定位基準(zhǔn)：
1 粗基準(zhǔn)的選擇：以零件的圓柱面為主要的定位粗基準(zhǔn)
2 精基準(zhǔn)的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，以Φ15.8的孔內(nèi)表面為輔助的定位精基準(zhǔn)。
(二)制定工藝路線:
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬(wàn)能性機(jī)床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》第20頁(yè)表1.4-7、1.4-8、1.4-11，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
工序01 粗銑Φ15上、下端面，以外圓為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序02 銑16.5*42面，以外圓為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序03 鉆Φ15孔，以Φ15孔的上端面為定位基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床加專用夾具；
工序04 擴(kuò)Φ15.5孔，以Φ15上、下端面為定位基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床加專用夾具；
工序05 粗鉸Φ15.7孔，以Φ15上、下端面為定位基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床加專用夾具；
工序06 精鉸Φ15.8孔，以Φ15上、下端面為定位基準(zhǔn)，采用Z518立式鉆床加專用夾具；
工序07 粗銑叉口前后兩側(cè)面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序08 粗銑16*56兩側(cè)面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序09 精銑16*56兩側(cè)面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序10 粗銑叉口19*5.9兩內(nèi)側(cè)面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序11 精銑叉口19*5.9兩內(nèi)側(cè)面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序12 粗銑14.2*9.65面、銑11*9.65面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序13 精銑16.5*42面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序14 鉆Φ9孔，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床并采用專用夾具；
工序15 攻螺紋，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床并采用專用夾具；
工序16 去毛刺；
工序17 終檢。
（三）機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差的確定:
1、圓柱表面工序尺寸：
前面根據(jù)資料已初步確定工件各面的總加工余量，現(xiàn)在確定各表面的各個(gè)加工工序的加工余量如下：
加工
表面
加工
內(nèi)容
加工余量
精度等級(jí)
工序
尺寸
表面粗
糙度
Φ15.8
鉆
0.8
IT11
15
12.5
擴(kuò)
0.5
IT10
15.5
6.3
粗鉸
0.2
IT10
15.7
6.3
精鉸
0.1
IT8
15.8
3.2
2、平面工序尺寸：
工序號(hào)
工序
內(nèi)容
加工
余量
基本
尺寸
經(jīng)濟(jì)
精度
鍛件
CT12
01
粗銑Φ15上、下端面
12
02
銑16.5*42面
16.5
12
07
粗銑叉口前后兩側(cè)面
2.1
5.9
12
08
粗銑16*56兩側(cè)面
0.2
9.85
12
10
粗銑叉口19*5.9兩內(nèi)側(cè)面
0.5
51.5
12
12
粗銑14.2*9.65面、銑11*9.65面、銑16.5*42面
1
12
11
精銑叉口19*5.9兩內(nèi)側(cè)面
0
51
10
09
精銑16*56兩側(cè)面
0
9.65
10
13
精銑16.5*42面
0
11
10
3、確定切削用量及時(shí)間定額：
工序01 粗銑Φ15上、下端面，以外圓為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀。銑削寬度ae≤90,深度ap≤6,齒數(shù)z=12,故根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》（后簡(jiǎn)稱《簡(jiǎn)明手冊(cè)》）表3.1，取刀具直徑d0=125mm。根據(jù)《切削用量手冊(cè)》（后簡(jiǎn)稱《切削手冊(cè)》）表3.16，選擇刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃傾角：
λs=－10°,主偏角Kr=60°,過(guò)渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。
2. 切削用量
1）確定切削深度ap
因?yàn)橛嗔枯^小，故選擇ap=4mm，一次走刀即可完成。
2）確定每齒進(jìn)給量fz
采用對(duì)稱端銑，以提高進(jìn)給量提高加工效率。根據(jù)《切削手冊(cè)》表3.5，使用YG6硬質(zhì)合金端銑刀加工，機(jī)床功率為4.5kw（據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-35，X51立式銑床）時(shí)：
fz=0.09~0.18mm/z
故選擇：fz=0.18mm/z。
3）確定刀具壽命及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)《切削手冊(cè)》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5mm；由于銑刀直徑d0=125mm，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.8）。
4）計(jì)算切削速度vc和每分鐘進(jìn)給量vf
根據(jù)《切削手冊(cè)》表3.16，當(dāng)d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z時(shí)，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù)為：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度計(jì)算公式為：
其中 ，，，，，，，，，，，，，將以上數(shù)據(jù)代入公式：
確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： 。
根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-36，選擇nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，實(shí)際進(jìn)給量和每分鐘進(jìn)給量為：
vc==m/min=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z
5)校驗(yàn)機(jī)床功率
根據(jù)《切削手冊(cè)》表3.24，近似為Pcc=3.3kw,根據(jù)機(jī)床使用說(shuō)明書，主軸允許功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校驗(yàn)合格。最終確定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。
6）計(jì)算基本工時(shí)
tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=24mm.
查《切削手冊(cè)》表3. 26，入切量及超切量為：y+Δ=40mm，則：
tm＝L/ Vf=(24*2+40)/390=0.22min。
工序02 銑16.5*42面，以外圓為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀；
機(jī)床：X51立式銑床；
查《切削手冊(cè)》表3.5，進(jìn)給量為：，取為0.5mm/r
參考有關(guān)手冊(cè)，確定，采用YG6硬質(zhì)合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X51立式銑床，根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-36，取，故實(shí)際切削速度：
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量：，取為980mm/min
本工序切削時(shí)間為：
min
工序03 鉆Φ15孔，以Φ15孔的上端面為定位基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床加專用夾具
1. 加工條件
工件材料：35鋼,σb =170~240MPa，鍛造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm;
加工要求：鉆Φ15孔，加工余量0.8;
機(jī)床：Z525立式鉆床；
刀具：根據(jù)《切削手冊(cè)》表2.1.2.2，選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時(shí)do=15mm，鉆頭采用雙錐后磨橫刀，后角αo＝12°，二重刃長(zhǎng)度bε=3.5mm,橫刀長(zhǎng)b=2mm,寬l=4mm,棱帶長(zhǎng)度，°，°
2.選擇切削用量
（1）確定進(jìn)給量
按加工要求確定進(jìn)給量：查《切削手冊(cè)》，，，由《切削手冊(cè)》表2.7,系數(shù)為0.5,則：
按鉆頭強(qiáng)度選擇:查《切削手冊(cè)》表2.8,鉆頭允許進(jìn)給量為：；
按機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度選擇：查《切削手冊(cè)》表2.9，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許軸向力為8330N時(shí)，進(jìn)給量為。
以上三個(gè)進(jìn)給量比較得出，受限制的進(jìn)給量是工藝要求，其值為：0.215~0.265mm/r。根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-16,最終選擇進(jìn)給量。
由于是通孔加工，為避免即將鉆穿時(shí)鉆頭折斷，故應(yīng)在即將鉆穿時(shí)停止自動(dòng)進(jìn)給而改為手動(dòng)進(jìn)給。
根據(jù)《切削手冊(cè)》表2.19查出,鉆孔時(shí)軸向力Ff=2500N，軸向力修正系數(shù)為1.0，故Ff=2500N。根據(jù)Z525立式鉆床使用說(shuō)明書，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的最大軸向力為8830N﹥Ff，故所選進(jìn)給量可用。
（2）確定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》）為0.6mm，壽命．
?。?）切削速度
查《切削手冊(cè)》表2.30，切削速度計(jì)算公式為：
（m/min）
其中，，，，，，，，，查得修正系數(shù)：，，，故實(shí)際的切削速度：
（4）檢驗(yàn)機(jī)床扭矩及功率
查《切削手冊(cè)》表2.20，當(dāng)f≤0.26, do≤19mm時(shí)，Mt=31.78N?m，修正系數(shù)均為1.0，故MC=31.78 N?m。
查機(jī)床使用說(shuō)明書：Mm =144.2 N?m。
查《切削手冊(cè)》表2.23,鉆頭消耗功率：Pc=1.3kw。
查機(jī)床使用說(shuō)明書，。
由于，，故切削用量可用，即：
，，
3、計(jì)算工時(shí)
工序04 擴(kuò)Φ15.5孔，以Φ15上、下端面為定位基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床加專用夾具；
查《切削手冊(cè)》表2.10，擴(kuò)孔進(jìn)給量為：，并由機(jī)床使用說(shuō)明書最終選定進(jìn)給量為：。
根據(jù)資料，切削速度 ，其中為用鉆頭鉆同樣尺寸實(shí)心孔時(shí)的切削速度，故：，，根據(jù)機(jī)床使用說(shuō)明書選取： 。
基本工時(shí)：
工序05 粗鉸Φ15.7孔，以Φ15上、下端面為定位基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床加專用夾具；
刀具：專用鉸刀
機(jī)床：Z525立式鉆床
根據(jù)有關(guān)手冊(cè)的規(guī)定，鉸刀的進(jìn)給量為0.8～1.2mm/z,進(jìn)給量取0.81mm/r，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速取為=140r/min，則其切削速度為：
。
機(jī)動(dòng)時(shí)切削工時(shí)，mm，
工序06 精鉸Φ15.8孔，以Φ15上、下端面為定位基準(zhǔn)，采用Z518立式鉆床加專用夾具；
刀具：
機(jī)床：Z525立式鉆床
根據(jù)有關(guān)手冊(cè)的規(guī)定，鉸刀的進(jìn)給量取0.48mm/r，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速取為：=140r/min，則其切削速度為：
機(jī)動(dòng)時(shí)切削工時(shí)，mm
工序07 粗銑叉口前后兩側(cè)面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀，
機(jī)床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊(cè)》查得，。根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-36查得，?。海蕦?shí)際切削速度：
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：
查說(shuō)明書，取
計(jì)算切削基本工時(shí)：
因此，
工序08 精銑16*56兩側(cè)面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀；
機(jī)床：X51立式銑床；
查《切削手冊(cè)》表3.5，進(jìn)給量為：，取為0.5mm/r
參考有關(guān)手冊(cè)，確定，采用YG6硬質(zhì)合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X51立式銑床，根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-36，取，故實(shí)際切削速度：
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量：，取為980mm/min
本工序切削時(shí)間為：
min
工序09精銑16*56兩側(cè)面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀，
機(jī)床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊(cè)》查得，。根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-36查得，?。海蕦?shí)際切削速度：
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：
查說(shuō)明書，取
計(jì)算切削基本工時(shí)：
因此，
工序10粗銑叉口19*5.9兩內(nèi)側(cè)面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具。
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀，
機(jī)床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊(cè)》查得，。根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-36查得，取：，故實(shí)際切削速度：
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：
查說(shuō)明書，取
計(jì)算切削基本工時(shí)：
因此，
工序11精銑叉口19*5.9兩內(nèi)側(cè)面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
精銑叉口19*5.9兩內(nèi)側(cè)面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
機(jī)床：X51立式銑床
刀具：硬質(zhì)合金立銑刀（鑲齒螺旋形刀片），由《切削手冊(cè)》表3.6查得：，,即27m/min，因此，?，F(xiàn)采用X51立式銑床，取 ，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：，
查機(jī)床使用說(shuō)明書，取 。
銑削基本工時(shí)：
工序12粗銑14.2*9.65面、銑11*9.65面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具；
專用夾具
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀，
機(jī)床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊(cè)》查得，。根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-36查得，?。海蕦?shí)際切削速度：
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：
查說(shuō)明書，取
計(jì)算切削基本工時(shí)：
因此，
工序13 精銑16.5*42面，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用X51立式銑床加專用夾具
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀；
機(jī)床：X51立式銑床；
查《切削手冊(cè)》表3.5，進(jìn)給量為：，取為0.5mm/r
參考有關(guān)手冊(cè)，確定，采用YG6硬質(zhì)合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X51立式銑床，根據(jù)《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-36，取，故實(shí)際切削速度：
當(dāng)時(shí)，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量：，取為980mm/min
本工序切削時(shí)間為：
min
工序14 鉆Φ9孔，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床并采用專用夾具
（1）鉆螺紋底孔mm
機(jī)床：Z525立式鉆床
刀具：高速鋼麻花鉆
根據(jù)《切削手冊(cè)》查得，進(jìn)給量為0.18～0.22mm/z,現(xiàn)取f=0.22mm/z，v=17m/min，則：
查《簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-15，取。所以實(shí)際切削速度為：
計(jì)算切削基本工時(shí)：
工序15 攻螺紋，以Φ15.8孔為定位基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床并采用專用夾具。
機(jī)床：Z525立式鉆床
刀具：絲錐M10，P=1mm
切削用量選為：，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為：，按機(jī)床使用說(shuō)明書選?。海瑒t ；機(jī)動(dòng)時(shí)，，計(jì)算切削基本工時(shí)：
第3章 鉆床夾具的設(shè)計(jì)（二）
3．1 研究初始資料，確定設(shè)計(jì)方案
零件工序圖：撥叉的夾具設(shè)計(jì)
圖3-1 撥叉零件圖
根據(jù)要求在立式鉆床上，加工撥叉上M10mm螺紋底孔。
3.2撥叉加工方案比較
圖3-2 加工方案
方案一 工件以孔、叉口及槽分別在定位心軸、削邊銷以及偏心輪上定位，定位心軸和削邊銷聯(lián)合限制五個(gè)自由度，偏心輪限制方向移動(dòng)，六個(gè)自由度被完全定位！如下圖：
方案二 工件以孔及兩側(cè)面定位，通過(guò)定位心軸伸過(guò)孔右側(cè)用螺母擰緊，這樣可限制五個(gè)自由度，還剩下繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，可用削邊銷定位叉口。這樣，六個(gè)自由度完全限制。如下圖：
圖3-3 加工方案
方案比較：對(duì)于方案一，定位方式比較合理，定位可靠，但是裝置要比方案二復(fù)雜，多了一個(gè)偏心輪。
對(duì)于方案二，定位方便簡(jiǎn)捷，裝置簡(jiǎn)單，較可靠，但是由于孔及兩側(cè)面加工精度不高，難以保證Y方向地定位精度。
通過(guò)比較，方案一比較合適。
本夾具使用在立式鉆床上，加工撥叉上M10mm螺紋底孔。工件以孔、叉口及槽，分別在定位心軸7、削邊銷5和偏心輪8上定位。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄9使偏心輪8順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心輪上的對(duì)稱弧面鍥入工件槽內(nèi)，定位并夾緊工件。鉆模板3可以繞心軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到水平位置時(shí)，由支承釘1支承定位，。如示意圖：
圖3-4 加工示意圖
3.3夾緊裝置與夾緊力
撥叉的夾緊中，采用了偏心夾緊裝置；
圖3-5 偏心夾緊裝置
偏心夾緊與螺旋夾緊相比,夾緊行程小,夾緊力小,自鎖能力差,但夾緊迅速,結(jié)構(gòu)緊湊,所以常用與切削力不大,振動(dòng)較小的的場(chǎng)合,常與其他夾緊元件聯(lián)合使用.
偏心夾緊裝置是由楔塊夾緊裝置的一種變形.
（1）圓偏心夾緊力:
θ=PL/ρtan(α+ψ1)+tanψ2 （3-1）
其中L為手柄長(zhǎng)度,ρ支承軸中心(回轉(zhuǎn)中心)到夾緊點(diǎn)距離,
ψ1,ψ2分別為偏心輪與支承軸及偏心輪與工件間的摩擦角。
（2）傳力系數(shù)ip:
ip=L/ρtan(α+ψ1)+tanψ2,遠(yuǎn)小于螺旋夾緊的ip。
3.4定位精度的計(jì)算
在加工撥叉上M10mm螺紋底孔8.4mm時(shí)
圖3-6 孔的加工示意圖
削邊銷對(duì)孔8.4mm沒(méi)有影響，只對(duì)孔的位置度有影響，加工孔對(duì)孔的位置度要求為0.2，只要保證偏心輪與鉆套中心的尺寸3.1+0.03便可以保證加工精度，因?yàn)榧庸ぜ某叽缫鬄?.1+0.1，
圖3-7 孔的加工示意圖
由于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)不重合，產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差，其大小為槽中心與孔軸線的偏差，即0.1。
3.5 繪制夾具總裝圖
用點(diǎn)化線劃出工件的輪廓和主要表面，主要表面是指定位基準(zhǔn)面。夾緊表面和被加工表面總裝配圖上所繪制的工件視為假想的透明體，因此不影響其他元件的繪制。然后按定位元件、對(duì)刀引導(dǎo)元件、夾緊機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置為順序畫出各圖的具體結(jié)構(gòu)，最后畫夾緊件。
3.6 標(biāo)注夾具裝配圖上的各部分尺寸的技術(shù)條件
夾具裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的尺寸隨夾具的不同而有所不同，本夾具中所涉及的尺寸有：
1） 夾具外形輪廓尺寸：一般指夾具外形的長(zhǎng)、寬、高的尺寸。標(biāo)注這種尺寸便于檢查夾具與機(jī)床。刀具的相對(duì)位置又無(wú)干涉現(xiàn)象以及在機(jī)床上安裝的可能性。
2） 工件定位元件間的聯(lián)系尺寸:這種尺寸通常是指鉻鎳鋼件定位基準(zhǔn)與定位元件間的配合尺寸以及定位元件之間的位置尺寸。
3） 夾具與刀具的聯(lián)系尺寸：這種尺寸是指刀具與對(duì)刀、引導(dǎo)元件的配合尺寸以及對(duì)刀引導(dǎo)元件在夾具上的尺寸。
具體標(biāo)注見(jiàn)總裝配圖。
3.7 標(biāo)注零件編號(hào)及編制明細(xì)表
零件編號(hào)指引線引出試圖外，按順時(shí)針?lè)较蝽樞蚓幪?hào)，明細(xì)表中填寫序號(hào)名稱，標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)、規(guī)格、數(shù)量，專用件的材料、熱處理硬度等。具體見(jiàn)裝配圖。
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