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說明書
題 目：車床手柄座機械加工工藝規(guī)程制訂
及專用機床夾具設(shè)計
姓 名：
學(xué) 號：
系 別：
專 業(yè)：
年 級：
指導(dǎo)教師：
系主任：
摘 要
本次設(shè)計內(nèi)容涉及了機械制造工藝及機床夾具設(shè)計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。
車床手柄座的加工工藝規(guī)程和鉆M10螺紋孔的工藝設(shè)計、工序設(shè)計以及專用夾具的設(shè)計三部分。在工藝設(shè)計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設(shè)計出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準，設(shè)計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設(shè)計，選擇設(shè)計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設(shè)計中注意改進。
關(guān)鍵詞：切削用量；夾緊；定位；誤差
IV
Abstract
The design involves the mechanical manufacturing process and machine tool fixture design, metal cutting machine tools, tolerance and measurement, and other aspects of knowledge.
The three parts of lathe handle stand are processing procedure, process design, process design and special fixture design. In the process design, it is necessary to analyze the parts, understand the process of the parts and then design the blank structure, select the processing benchmark of the parts, and design the process route of the parts. Then the dimension calculation of each working step of the part is carried out. The key is to determine the technological equipment and cutting amount of each working step. For the design of special fixture, then select design out of the component parts of the fixture, such as the positioning device, clamping device, led components, specific connection with machine parts and other parts; The positioning error of fixture positioning is calculated, the rationality and deficiency of fixture structure are analyzed, and the improvement should be paid attention to in future design.
Key words: Cutting amount; clamping; positioning; error
目 錄
摘 要 II
Abstract III
第1章 緒論 1
第2章 零件的分析 2
2.1 零件的作用 2
2.2零件的工藝分析 2
2.3 毛坯制造形式及結(jié)構(gòu)的確定 3
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計 4
3.1基準的選擇 4
3.2 加工工藝路線的確定 4
3.3 切削用量及切削時間的確定 5
第4章 夾具設(shè)計 15
4.1 設(shè)計類型及機床選擇 15
4.2 定位基準的選擇 15
4.3 夾緊方案的確定 16
4.4 定位誤差分析 17
4.5 鉆模板設(shè)計 18
4.6 切削力與夾緊力的計算 18
結(jié) 論 21
致 謝 22
參考文獻 23
第1章 緒論
制造業(yè)是所有與制造有關(guān)的行業(yè)的總稱，它是一個國家經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。它一方面為全社會日用消費品生產(chǎn)創(chuàng)造價值，另一方面為國民經(jīng)濟各部門提供生產(chǎn)資料和裝備。據(jù)估計制造業(yè)占據(jù)了工業(yè)化國家70%~80%的物質(zhì)財富，約有1/4的人口從事各種形式的制造。所以，制造業(yè)是國家的經(jīng)濟地位和政治地位的重中之重，于21世紀的工業(yè)生產(chǎn)中有決定性地位和作用。?數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢及對策裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當今先進制造技術(shù)和裝備最為核心的技術(shù)。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。
近年來，數(shù)控加工和數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用發(fā)展迅速，社會上對掌握數(shù)控技術(shù)的人才需求量越來越大，特別是對掌握數(shù)控加工技術(shù)的人才需求量最大。本次設(shè)計選擇了軸裝配零件作為設(shè)計課題。該零件屬于軸類零件，是適合數(shù)控車削的主要加工對象。從成本角度考慮，成本適中，適合數(shù)控車削加工。本課題來源于工程實踐，通過本畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合運用所學(xué)理論知識分析解決問題的能力；以及工藝設(shè)計、編程計算與繪圖、攥寫設(shè)計說明書的能力。此次設(shè)計是根據(jù)數(shù)控機床的特點，針對具體的零件，進行了工藝方案的分析，工裝方案的確定，刀具和切削用量的選擇，確定加工順序和加工路線，數(shù)控加工程序編制。通過整個工藝的過程的制定，充分體現(xiàn)了數(shù)控設(shè)備在保證加工精度，加工效率，簡化工序等方面的優(yōu)勢。
23
第2章 零件的分析
2.1 零件的作用
本次夾具設(shè)計給定的零件是車床手柄座，是車床操縱部分的組成零件之一，其主要作用是就相當于一個連桿，通過手柄座的傳遞將外部手柄的運動傳送到內(nèi)部，實現(xiàn)人工對車床的操作。
圖2.1零件圖
2.2零件的工藝分析
車床手柄座的加工表面分四種，主要是孔的加工，圓柱端面的加工，槽的加工，螺紋孔的加工，各組加工面之間有嚴格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求，特別是孔的加工，幾乎都要保證表面粗糙度，因而需精加工。
經(jīng)過分析可知，該零件的加工應(yīng)先加Φ45mm圓柱端面，再以端面為基準加工作為后續(xù)工序主要精基準的Φmm孔，進而以該孔為精基準加工出所有的孔，面，槽，螺紋孔等。
2.3 毛坯制造形式及結(jié)構(gòu)的確定
零件材料為HT200，根據(jù)選擇毛坯應(yīng)考慮的因素，該零件體積較小，形狀較復(fù)雜，外表面采用不去除材料方法獲得粗糙度要求，由于零件生產(chǎn)類型為成批，大批生產(chǎn)，而砂型鑄造生產(chǎn)成本低，設(shè)備簡單，故本零件毛坯采用砂型鑄造。 由于零件上孔都較小，且都有嚴格的表面精度要求，故都不鑄出，留待后續(xù)機械加工反而經(jīng)濟實用。
圖2.2毛坯圖
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計
3.1基準的選擇
基準的選擇是工藝規(guī)劃設(shè)計中的重要工作之一，基準選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高，否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。
1、粗基準的選擇
粗基準選擇應(yīng)為后續(xù)加工提供精基準，由于該零件毛坯沒有鑄孔，故只能以Φ45mm大端面為基準，精銑小端面，并保證尺寸43mm。
2、精基準的選擇
精基準主要考慮如何保證加工精度和裝夾方便，前面已多次提過以Φ25mm孔為第一精基準Φ45mm圓柱小端面作為基準先加工出Φ25mm孔，然后作為輔助基準面配合Φ25mm孔加工后續(xù)工序中的孔，面，槽，螺紋等。?
3.2 加工工藝路線的確定
擬定工藝路線的內(nèi)容除選擇定位基準外，還要選擇各加工表面的加工方法，安排工序的先后順序，確定加工設(shè)備，工藝裝備等。工藝路線的擬定要考慮使工件的幾何形狀精度，尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理保證，成批生產(chǎn)還應(yīng)考慮采用組合機床，專用夾具，工序集中，以提高效率，還應(yīng)考慮加工的經(jīng)濟性，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
制定的工藝路線如下：
1
鑄造
鑄造
2
時效處理
時效處理
3
銑
銑左端面
4
銑
銑右端面
5
鉆
鉆φ25H8的孔
6
鉆
鉆φ10H7的孔
7
銑
銑鍵槽
8
銑
銑φ14小端面
9
鉆
鉆φ14H7的孔
10
鉆
鉆M10H7螺紋孔
11
銑
銑14mm槽
12
鉆
鉆φ5.5的孔
13
檢驗
檢驗
14
入庫
入庫
3.3 切削用量及切削時間的確定
工序3：銑左端面
粗銑：
選擇銑刀半徑為25mm，齒數(shù)Z=6（見《工藝手冊》表3.1－27）
，（《切削》表3.7和《切削》表3.8）
（《切削》表3.9）
按機床選取
實際切削速度： 查表得v=25.12 m/min
工作臺每分鐘進給量：
銑床工作臺進給量：
基本工時：
精銑：
加工余量為Z=1mm
切削速度為
選用主軸轉(zhuǎn)速為
工作臺進給量：
基本工時：
工序4：銑右端面
粗銑：
選擇銑刀半徑為25mm，齒數(shù)Z=6（見《工藝手冊》表3.1－27）
，（《切削》表3.7和《切削》表3.8）
（《切削》表3.9）
按機床選取
實際切削速度： 查表得v=25.12 m/min
工作臺每分鐘進給量：
銑床工作臺進給量：
基本工時：
精銑：
加工余量為Z=1mm
切削速度為
選用主軸轉(zhuǎn)速為
工作臺進給量：
基本工時：
工序5：鉆φ25H8的孔
⑴鉆孔：
選擇高速鋼錐柄標準麻花鉆（見《工藝手冊》表3.1－6）
（《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16）
（《切削》表2.15）硬度200－217
按機床選?。ā豆に嚒繁?.2－5）
實際切削速度：
基本工時：（《工藝》表6.2－5）
⑵擴孔：
選擇高速鋼錐柄擴孔鉆（《工藝》表3.1－8）
由《切削》表2.10得擴孔鉆擴孔時的進給量，并由《工藝》表4.2－16取，擴孔鉆擴孔時的切削速度。
由《切削》表2.15得，故：
按機床選取
基本工時：
⑶鉸孔：
選擇高速鋼錐柄機用鉸刀（《工藝》表3.1－17），
由《切削》表2.24得，，，
由《工藝》表4.2－16得，
按機床選取，則：
基本工時：
工序6：鉆φ10H7的孔
⑴鉆孔：
選擇高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表3.1－6）
由《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）
按機床選取
基本工時：
鉸孔：
選擇的鉸刀
按機床選取
基本工時：
工序7：銑鍵槽
背吃刀量：=0.2mm
每齒進給量：查《機械加工工藝師手冊》[1]表30-15，取=0.15mm/z
銑削速度：查《機械加工工藝師手冊》[1]表30-23，取=50m/min
機床主軸速度：
，查[3]表4-16，取=250r/min
實際銑削速度：
每分進給量：
銑削寬度：=50mm
刀具切入長度：查《機械加工工藝師手冊》[1]表30-38公式如下：
具切出長度：查《機械加工工藝師手冊》[1]取=2mm
機動時間：查查《機械加工工藝師手冊》[1]公式如下：
工序8：銑φ14小端面
1. 選擇刀具
刀具選取不重磨損硬質(zhì)合金套式面銑刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 決定銑削用量
1） 決定銑削深度
因為加工余量不大，一次加工完成
2） 決定每次進給量及切削速度
根據(jù)X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。
根據(jù)表查出 ，則
按機床標準選?。?50
當＝750r/min時
按機床標準選取
3） 計算工時
切削工時：，，，則機動工時為
工序9：鉆φ14H7的孔
⑴鉆孔：
選擇高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表3.5－6）
由《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）
按機床選取
基本工時：
⑵鉸孔：
選擇高速鋼錐柄機用鉸刀（《工藝》表3.1－17）
由《切削》表2.24查得
，，
（《工藝》表42－16）
按機床選取
基本工時：
工序10：鉆M10H7螺紋孔
⑴鉆底孔：
選用高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表3.1－6）
由《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）
按機床選取
基本工時：
⑵攻螺紋M10mm：
選擇M10mm高速鋼機用絲錐
等于工件螺紋的螺距，即
按機床選取
基本工時：
工序11：銑14mm槽
1)、根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表3.1-27查的：
粗銑 選定
因 走刀次數(shù)N==8.6次 故走刀次數(shù)N為9次，最后一次=3mm 。
根據(jù)零件形狀，確定那個走刀長度為37mm。
2）、決定每齒進給量，根據(jù)銑床的功率為7.5KW，中等剛度。
根據(jù)表3.3（ 《切削用量簡明手冊（第3版）》 ）：
現(xiàn)選取
3)、決定切削速度和每分鐘進給量
根據(jù)表3.27中的計算公式，也可以直接查表。
根據(jù)表3.9，當，Z=8，=14mm，，0.24mm/z時，=19m/min，
=62r/min，=104mm/min。
各修正系數(shù)為：
19×0.69×0.8m/min=10.5 m/min；
=34 r/min；
mm/min；
根據(jù)銑床說明書，選擇 r /min； mm/min；
因此實際切削速度和每齒進給量為：
m/min；
mm/r ；
計算基本工時
式中 l =37mm，根據(jù)表3.25，入切量及超切量=27mm
則= min=1.067min
工序12：鉆φ5.5的孔
選擇的高速鋼錐柄麻花鉆
按機床選取
基本工時：
第4章 夾具設(shè)計
在機械加工過程中，為了保證加工精度，首先要使工件在機床上占有正確的位置，確定工件在機床上或夾具中占有正確的位置的過程，稱為工件的定位。定位后將其固定，使其在加工過程中始終保持定位位置不變的操作稱為夾緊。工件在機床或夾具上定位、夾緊的過程稱為工件的裝夾。用以裝夾工件的裝置稱為機床夾具，簡稱夾具。
4.1 設(shè)計類型及機床選擇
根據(jù)課題要求選擇一道重要工序進行夾具設(shè)計，本次要設(shè)計的夾具是鉆M10螺紋孔夾具。鉆、攻絲通過專用的鉆頭、絲錐都可以在鉆床上進行加工，鉆床廣泛應(yīng)用于機械加工中，是一種成本低、操作難度低、加工范圍廣的機床，對于這道工序來說，由于一次裝夾只需要加工一個孔，故可選用如圖4-1立式鉆床進行加工。
圖4-1 立式鉆床
4.2 定位基準的選擇
基準是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面。根據(jù)基準的不同功能，基準分為設(shè)計基準和工藝基準兩大類。
1. 設(shè)計基準
在零件圖樣上所采用的基準，稱為設(shè)計基準。
2. 工藝基準
零件在工藝過程中所采用的基準，稱為工藝基準。工藝基準按用途不同，又分為裝配基準、測量基準、工序基準和定位基準。
（1）裝配基準
裝配時用以確定零件在部件或產(chǎn)品中的位置的基準，稱為裝配基準。
（2）測量基準
測量時用以檢驗已加工表面尺寸幾 位置的基準，稱為測量基準。
（3）工序基準
在加工工序中，用以確定本工序被加工表面家工后的尺寸、形狀及位置的基準，稱為工序基準。
（4）定位基準
工件定位時所采用的基準，稱為定位基準。
我們選用的夾具主要被用在立式鉆床，因為零件的Ф45的兩個端面及φ25的孔已完成加工。在進行定位時我們可以選擇端面和25內(nèi)孔作為定位的基準。
在夾具體上安裝一個墊塊進行定位，墊塊的端面限制一個移動自由度和兩個旋轉(zhuǎn)自由度，墊塊的外圓限制兩個移動自由度，用加工好的φ10孔為基準，菱形銷限制一個旋轉(zhuǎn)自由度，這樣就現(xiàn)在了空間的6個自由度。完成零件的定位。
4.3 夾緊方案的確定
考慮到本次設(shè)計的夾具其零件并不是十分的復(fù)雜，并且為本夾具是進行鉆孔加工，其切削力是垂直于水平面的。因此，采用的是對其垂直方向進行夾緊。
從夾具圖上可以看出，零件只有在向右的移動方向有偏移的趨勢，所以我們考慮夾緊這個位置就能完成零件的夾緊。使用壓板和螺栓螺母配合夾緊，螺母擰緊的同時壓緊壓板，將工件夾緊。
夾緊元件有：軸肩螺母、雙頭螺栓、壓板。
圖4-2 夾緊機構(gòu)
4.4 定位誤差分析
(1)移動時基準位移誤差
（式5-5）
式中： ———— 圓柱銷孔的最大偏差
———— 圓柱銷孔的最小偏差
————圓柱銷定位孔與定位銷最小配合間隙
代入（式5-5）得： =
=
(2) 轉(zhuǎn)角誤差
（式5-6）
式中： ———— 圓柱銷孔的最大偏差
———— 圓柱銷孔的最小偏差
———— 圓柱銷定位孔與定位銷最小配合間隙
———— 削邊銷孔的最大偏差
———— 削邊銷孔的最小偏差
———— 削邊銷定位孔與定位銷最小配合間隙
其中：
則代入（式5-6）得：
則：
經(jīng)檢驗合格
4.5 鉆模板設(shè)計
鉆模板是引導(dǎo)刀具在工件上鉆孔用的零件。鉆模板的作用是支撐鉆套，讓鉆套和夾具體上的定位元件保證一定的位置關(guān)系。鉆模板的精度直接影響到工件鉆孔的精度。鉆模板的結(jié)構(gòu)如圖所示。
圖4-3 鉆模板
鉆模板的形狀為矩形板狀，可選用45鋼板材進行加工，45鋼板材在市場上購買方便，是一種廣泛使用的材料。45鋼有很好的機械性能，進行熱處理后可獲得較高硬度。作為鉆模板的材料非常合適。
4.6 切削力與夾緊力的計算
確定夾緊力就是確定夾緊力的大小、方向和作同點。在確定夾緊力的三要素時要分析工件的結(jié)構(gòu)特點、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情況，而且必須考慮定位裝置的結(jié)構(gòu)形式和布置方式。夾緊力的三要素對夾緊結(jié)構(gòu)的設(shè)計起著決定性的作用。只有夾緊力的作用點分布合理，大小適當，方向正確才能獲得良好的效益。
1. 夾緊力方向的確定
（1）夾緊力方向應(yīng)垂直于主要定位基準面
（2）夾緊力的方向最好與切削力、工件重力方向一致
2. 夾緊力作用點的選擇
（1）應(yīng)能夠保持工件定位穩(wěn)定可靠，在夾緊過程中不會引起工件產(chǎn)生位移或偏轉(zhuǎn)。
（2）應(yīng)盡量避免或減少工件的夾緊變形
（3）夾緊力作用點應(yīng)盡量靠近加工部位
3. 夾緊力大小的估算
（1）首先假設(shè)系統(tǒng)為剛性系統(tǒng)，切削過程處于穩(wěn)定狀態(tài)。
（2）常規(guī)情況下，只考慮切削力（矩）在力系中的影響；切削力（矩）用切削原理公式計算。
（3）對重型工件應(yīng)考慮工件重力的影響。在工件做高速運動場合，必須計入慣性力。
（4）分析對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，按靜力平衡方程計算此狀態(tài)下所需的夾緊力即為計算夾緊力。
查表1-2-3 圓周力：
徑向力：
軸向力：
其中：
查《機床夾具手冊》表1-2-4，
表1-2-5
表1-2-6
由上得：Fc=725N，F(xiàn)p=459N，F(xiàn)f=695N
夾緊力的計算：由《機床夾具設(shè)計手冊》（表1-2-25）得：
用扳手的六角螺母的夾緊力：M=12mm, P=1.75mm，L=140mm,作用力：F=70N，夾緊力：W0=5380N
由于夾緊力大于切削力，即本夾具可安全使用。
結(jié) 論
這次的設(shè)計是我們離開學(xué)校前對所學(xué)的內(nèi)容進行的總結(jié)，同時讓我們對零件的數(shù)控加工有了一個更完整的了解，也提高了自己對于分析解決問題的能力。畢業(yè)設(shè)計有實踐性、綜合性、探索性和應(yīng)用性等特點，是運用數(shù)控機床實際操作和理論學(xué)習(xí)的一次綜合練習(xí)。
通過這次的畢業(yè)設(shè)計，使自己在理論與實際應(yīng)用能力方面得到了綜合的提高，熟練了操作技能，收獲了經(jīng)驗和技巧，為以后的工作奠定了良好的基礎(chǔ)。
幾個星期以來，從開始到畢業(yè)設(shè)計完成，每一步對我們來說都是新的嘗試和挑戰(zhàn)，在做這次畢業(yè)設(shè)計過程中使我學(xué)到很多，我感到無論做什么事情都要真真正正用心去做，才會使自己更快的成長。我相信，通過這次的實踐，我對數(shù)控的加工能進一步了解，并能使我在以后的加工過程中避免很多不必要的錯誤，有能力加工出更復(fù)雜的零件，精度更高的產(chǎn)品。
致 謝
通過這次做畢業(yè)設(shè)計，我對數(shù)控加工的整個過程有了較全面的理解。經(jīng)過本設(shè)計的實踐，真切體會到理論必須和生產(chǎn)實踐相結(jié)合。雖然在以前的學(xué)習(xí)中學(xué)到了許多在實踐中用到了的知識，可是那些還是遠遠不夠的，在具體操作時還是會出現(xiàn)一些意想不到的問題，還是得請教有經(jīng)驗的師父才能完成。
在整個設(shè)計的過程中，不斷地遇到新的問題，然后就必須不斷地向別人請教，請教我的指導(dǎo)老師，還請教一些有經(jīng)驗的朋友、同學(xué)，利用一切可以利用資源，再加上不斷地從書上找一些理論的知識，總算是把我的設(shè)計弄出個模樣來了。在工藝設(shè)計好后，加工程序還是要經(jīng)過多次調(diào)試、修改才能最終完成?？傊@次的設(shè)計考驗了我的綜合能力，很大程度上提高了我的綜合能力。
這次的設(shè)計讓我看到了自己很多方面的不著，需要更多的實踐，也需要更多的理論知識才能成為一個更有用技術(shù)人員。
這次設(shè)計也讓我學(xué)到了很多知識，最要感謝的是我的指導(dǎo)老師，感謝他的不厭其煩的教誨，還要感謝我的朋友、同學(xué)及所有指導(dǎo)過我的人，感謝他們！
參考文獻
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