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哈爾濱理工大學
目錄
一 機械制造工藝及夾具課程設(shè)計任務(wù)書 1
（一）設(shè)計題目 1
（二）設(shè)計要求 1
（三）設(shè)計時間 1
（四）設(shè)計內(nèi)容 1
二 序 言 2
三 零 件 的 分 析 4
（一）零件的作用 4
（二）零件的工藝分析 4
四 工 藝 規(guī) 程 設(shè) 計 5
（一）確定毛坯的制造形式 5
（二）基面的選擇 5
（三）制定工藝路線 6
（四）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 9
（五）確定切削用量及基本工時 10
五 夾 具 設(shè) 計 13
（一）問題的提出 13
（二） 卡具設(shè)計 13
（三） 定位誤差分析 13
（四）夾具設(shè)計及操作的簡要說明 14
六 總 結(jié) 15
七 參 考 文 獻 16
一 機械制造工藝及夾具課程設(shè)計任務(wù)書
（一）設(shè)計題目
設(shè)計“方刀架”的機械加工工藝規(guī)程及此零件“鉆8-M12螺紋底孔”工序的鉆床夾具。
（二）設(shè)計要求
中批量生產(chǎn)，手動夾緊，通用工藝裝備。
（三）設(shè)計時間
2007年7月2日——2007年7月20日
（四）設(shè)計內(nèi)容
1．繪制零件圖一張。
2．編制零件的加工工藝過程，并填寫加工工藝過程卡及工序卡各一張。
3．設(shè)計指定工序的夾具，繪制夾具裝配總圖。（要求計算機繪圖）
4．繪制夾具的非標準零件圖。（要求計算機繪圖）
5．編寫設(shè)計說明書一份。（按畢業(yè)論文的格式，打印文稿。）
班 級：
學 生：
指導教師：
系 主 任：
二 序 言
機械工業(yè)是一種基本工業(yè)形式，對于我們國家來說，它關(guān)系到國計民生的方方面面。近年來機械工業(yè)領(lǐng)域向著高精度、高質(zhì)量、高效率、低成本方向發(fā)展，數(shù)字化，自動化水平日益提高。同時由于機械工業(yè)的發(fā)展，其他各工業(yè)部門也向著高深度邁進，機械工業(yè)的發(fā)展日趨重要。
機械制造過程及檢測，檢驗中，都要使用大量的夾具。為了達到提勞動效率，提高加工精度，減少廢品，擴大機床的工藝范圍，改善操作的勞動條件，如何設(shè)計好夾具則成了機械制造的一項重要任務(wù)。
機床夾具是夾具中的一種，將其固定到機床上，可以使被加工件對刀具與機床保持正確的相對位置，并克服切削力的影響。使加工順利進行。機床夾具分為通用夾具和專用夾具兩種。
夾具設(shè)計中的特點：
1． 夾具的設(shè)計周期較短，一般不用進行強度和剛度的計算。
2． 專用夾具的設(shè)計對產(chǎn)品零件有很強的針對性。
3． “確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率”是夾具設(shè)計工作的主要任務(wù)，加工質(zhì)量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夾具來保證。
4． 夾緊裝置的設(shè)計對整個夾具的結(jié)局有具定性的影響。設(shè)計一個好的夾具可以減少廢品率。
因此，夾具設(shè)計要保證以下幾個條件：
1． 夾具的結(jié)構(gòu)應與其用途及生產(chǎn)規(guī)模相適應。
2． 保證工件的精度。
3． 保證使用方便與安全。
4． 正確處理作用力的平衡問題。
5． 注意結(jié)構(gòu)的工藝性，便于制造和維修。注意夾具與機床、輔助工具、刀具、量具之間的聯(lián)系。
6．在機械制造中，為了適應新產(chǎn)品的不斷發(fā)展要求。因此,夾具計過程中有朝著下列方向發(fā)展的趨勢：
（1） 發(fā)展通用夾具的新品種
A．由于機械產(chǎn)品的加工精度日益提高，因此需要發(fā)展高精度通用夾具。
B．廣泛的采用高效率夾具，可以壓縮輔助時間，提高生產(chǎn)效率。
（2） 發(fā)展調(diào)整式夾具
（3） 推廣和發(fā)展組合夾具及拼拆夾具。
（4） 加強專用夾具的標準化和規(guī)范化。
（5） 大力推廣和使用機械化及自動化夾具。
（6） 采用新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料來設(shè)計和制造夾具。
本設(shè)計屬于工藝夾具設(shè)計范圍，機械加工工藝設(shè)計在零件的加工制造過程中有著重要的作用。工藝性的好壞，直接影響著零件的加工質(zhì)量及生產(chǎn)成本，在設(shè)計中為了適應中批批量的生產(chǎn)情況，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，在設(shè)計中所采用的零件盡量采用標準件，以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)費用。
機械制造工藝學課程設(shè)計是在我們學完了大學的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)課以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設(shè)計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，因此，它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。
就我個人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進行一次適應性的訓練，希望在設(shè)計中能鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為自己今后從事的職業(yè)打下一個良好的基礎(chǔ)。
由于個人能力所限，設(shè)計尚有許多不足之處，希望各位老師給予指教。
三 零 件 的 分 析
（一）零件的作用
方刀架的作用是通過用螺釘?shù)木o固作用在機床上快速的實現(xiàn)車刀固定，夾緊、轉(zhuǎn)換，為車工提供方便，同時也節(jié)省了大量的輔助時間，大大提高了生產(chǎn)效率。
（二）零件的工藝分析
從方刀架這個零件所給零件圖可以看出，其主要有兩組加工表面，且它們之間有一定的位置要求。現(xiàn)將這兩組表面分述如下：
1、以左端面為加工表面
這一組加工表面包括：4個直徑為Φ15mm的螺栓孔，尺寸為Φ25mm的孔。
2、以右端面為加工表面
這一組的加工表面包括：8個Φ12mm的螺紋通孔，尺寸為Φ35的孔及倒角。
這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要是：
（1）兩軸孔之間的平行度為0.008；
（2）左端面相對于孔Φ25mm表面的垂直度為0.015，左端面的平面度為0.008；
（3）定位銷孔對軸孔的平行度為0.01。
四 工 藝 規(guī) 程 設(shè) 計
（一）確定毛坯的制造形式
零件材料為鋼，有較好的剛度和耐磨性，零件的輪廓尺寸135mm135mm82mm，可以采用鍛件，這樣可以方便快捷的進行生產(chǎn)，提高生產(chǎn)率。
（二）基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。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。
粗基準的選擇：粗基準的選擇對保證加工余量的均勻分配和加工表面與非加工面（作為粗基準的非加工面）的位置關(guān)系具有重要影響。
如圖1所示，零件的毛坯鍛造時其兩端面難免有平行度的誤差。加工時若以小端面A作為粗基準定位，則加工后大端面C能夠與小端面平行，可以保證零件壁厚均勻，但卻保證不了A、B兩面的厚度及B、C兩面的厚度；若以大端面C作為粗基準定位，A面作為非配合表面的要求不高，這樣以配合表面作為基準可以提高零件的精度，滿足要求。由上面的分析可知，我們要加工的零件必須保證壁厚均勻，對加工余量沒有特殊要求，所以可以選擇以大端面做為粗基準。
精基準的選擇：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。有任務(wù)書中給定的零件圖上可以看出零件的設(shè)計基準是左端面，如果我們選擇左端面做為精基準，符合基準重合的原則，同時又可以保證右端面和壓刀槽端面的精度要求，符合基準統(tǒng)一的原則，而且裝夾也很便。故選擇左端面作為精基準。
（三）制定工藝路線
擬訂工藝路線是工藝規(guī)程設(shè)計的關(guān)鍵步驟。工藝路線的優(yōu)略，對零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本以及工人的勞動強度，都有很大影響。通常情況下，制定工藝路線的出發(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) 能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用工夾具，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，以便生產(chǎn)成本盡量下降。
1．工藝路線方案一
工序1：粗車右端面。
工序2：粗車左端面。
工序3：半精銑右端面。
工序4：半精銑左端面。
工序5：鉆、鏜Φ25mm孔及倒角1.545。
工序6：磨Φ25mm孔及左端面定位，磨右端面保證尺寸39mm。
工序7：以右端面定位，磨左端面保證尺寸72mm和18mm。
工序8：以Φ25mm孔及左端面定位，磨四側(cè)，保證尺寸。
工序9：鉆、擴4—Φ15mm的孔。
工序10：鉆8—Φ10mm的螺栓孔，攻絲。
工序11：鉆擴Φ10mm，其入口深18mm處，擴至Φ10.2mm，攻螺紋M-12—6H。
工序12：終檢。
2．工藝路線方案二
工序1：粗銑左端面。
工序2：粗銑右端面，半精銑右端面，倒角1.545。
工序3：精銑左端面，倒角1.545。
工序4：鉆通孔 Φ22mm，鏜Φ35mm孔，切內(nèi)槽Φ38mm2mm，倒角。粗鏜Φ25mm孔，精鏜，金剛鏜孔Φ25mm至圖樣尺寸。
工序5：倒左端面Φ25mm孔處倒角 145。
工序6：粗銑四方，精銑四方。
工序7：銑四方壓刀槽，精銑D面至尺寸。
工序8：車環(huán)形槽。
工序9：鉆鉸4-Φ15mm孔。
工序10：鉆8-M12-6H通孔小徑。
工序11：攻8-M12-6H螺紋。
工序12：鉆鉸螺紋低孔M12-6H。
工序13：攻M12螺紋，深18mm。
工序14：終檢。
3．兩種工藝路線方案的比較
上述兩個方案的特點在于：方案一是以右端面為粗基準，先銑右端面，然后以右端面粗基準銑左端面，然后再以大端面定位，進行孔的加工；而方案二是以左端面為精基準，先銑左端面，再以左端面為基準銑右端面，最后進行孔的加工。
方案一以右端面粗基準，保證了零件壁厚均勻及平行度的技術(shù)要求，裝夾次數(shù)也較多，但是左端面沒有進行精加工，從而不能保證右端面這一配合表面的精度。方案二左端面為精基準，能保證零件的壁厚均勻，其裝夾次數(shù)較少。綜合兩個方案，方案二更可行，因此選用第二種方案：
工序1：粗銑左端面。 X62W
工序2：粗銑右端面，半精銑右端面，倒角1.545。 X62W
工序3：精銑左端面，倒角1.545。 X62W
工序4：鉆通孔 Φ22mm，鏜Φ35mm孔，切內(nèi)槽Φ38mm2mm，倒角。粗鏜Φ25mm孔，精鏜，金剛鏜孔Φ25mm至圖樣尺寸。Z525
工序5：倒左端面Φ25mm孔處倒角 145。 C620
工序6：粗銑四方，精銑四方。 X62W
工序7：銑四方壓刀槽，精銑D面至尺寸。 X62W
工序8：車環(huán)形槽。 C620
工序9：鉆鉸4-Φ15mm孔。 Z525
工序10：鉆8-M12-6H通孔小徑。 Z525
工序11：攻8-M12-6H螺紋。 Z525
工序12：鉆鉸螺紋低孔M12-6H。 Z525
工序13：攻M12螺紋，深18mm。 Z525
工序14：終檢。
（四）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“方刀架”零件材料為剛，D表面淬火硬度HB40～55，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯如下：
1．毛坯尺寸
由給定任務(wù)書中的零件圖，鍛件尺寸為135mm135mm82mm，未加工表面鍛造可達到精度。
2．左右端面的粗加工余量
左端面加工余量取1mm，大端面加工余量2mm [見《機械制造工藝手冊》（以下簡稱《手冊》）表1-24]
3．精銑左端面的加工余量
左端面的精銑加工余量為0.5mm。[見《手冊》表1-24]
4．半精銑右端面的加工余量
右端面的半精銑加工余量為1.3mm。[見《手冊》表1-24]
5．鉆通孔Φ22mm孔余留加工余量單邊1.5 mm，用鏜刀。
精鏜再用金剛鏜孔Φ25mm至圖樣尺寸。
6．粗精銑四方126 mm 126 mm（留加工余量1 mm ）
7．鉆 4—Φ15mm孔
選用Φ10mm的擴孔鉆進行擴孔，切削深度為1mm。即可達到加工精度。
8．鉆8—Φ10mm通孔及攻螺紋至M12-6H
選用Z525立式鉆床并用壓板夾緊，用Φ10mm高速鋼麻花鉆孔，切削深度為24mm。
9．鉆鉸螺紋低孔M12-6H，攻M12螺紋，深18mm。
選用Z525立式鉆床并用芯軸定位夾緊，用Φ10mm高速鋼麻花鉆通孔，攻螺紋深度為18mm。
10．終檢
（五）確定切削用量及基本工時
本工序以左端面，孔為精基準，鉆、攻Φ10mm螺紋底孔，保證孔的精度達到IT12。
1. 選擇鉆頭
選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=10mm，后角αo＝12°，二重刃長度bε=-----mm,橫刃長b=1mm,弧面長ｌ=2mm,棱帶長度，° ，° ，°
2.選擇切削用量
（1）決定進給量f
1)按加工要求決定進給量：查《切削用量簡明手冊》根據(jù)表2.7，當鋼的強度，時，f=0.22~0.28mm/r。
由于l/d=24/10=2.4 故f=0.22~0.28mm/r
2）按鉆頭強度選擇
3）按機床強度選擇
最終決定選擇機床已有的進給量。
由于是加工通孔，為了避免孔即將鉆穿是鉆頭容易折斷，故宜在孔即將鉆穿時停止自動進給而采用手動進給。
機床進給機構(gòu)強度也可根據(jù)初步確定的進給量查出軸向力再進行比較來檢驗。
由《切削用量簡明手冊》，查得機床軸向最大承載力，
經(jīng)校驗 校驗成功，即f=0.28mm/r可用。
（2）鉆頭磨鈍標準及壽命
鉆頭后刀面最大磨損限度（查《切削用量簡明手冊》）為0.5～0.8mm，壽命
（3）決定切削速度
查《切削用量簡明手冊》的45鋼屬第5類
由表2.13 當5類 f=0.28mm/r 時 修正系數(shù)
故。
，
查《切削用量簡明手冊》根據(jù)Z525鉆床說明書機床實際轉(zhuǎn)速為，
但因所選轉(zhuǎn)數(shù)較計算轉(zhuǎn)數(shù)為高，會使刀具壽命下降，故可將進給量降低一級，即取f=0.22mm/r；也可選擇較低一級轉(zhuǎn)數(shù)，f=0.28mm/r，比較這兩種方案：
1） 第一方案 ，f=0.22mm/r，
2） 第二方案 ，f=0.28mm/r
因方案一的的乘積較大，基本工時較少，故方案一好。這時。
（4）校驗扭矩功率
表2.20
根據(jù)Z525鉆床說明書，考慮時，
表2.23 當 ，
。
根據(jù)Z525鉆床說明書
由于 故滿足條件，故選擇之切削用量可用，即
f=0.28mm/r，，。
3.計算基本工時
8個孔的基本工時為：0.248=1.92min
由于所有工步所用工時很短，所以使得切削用量一致，以減少輔助時間。
4.攻絲孔M12-6H：
查《切削用量簡明手冊》，選用絲錘，
f=0.2mm/r，～5m/min，取v=4m/min=0.07m/s,
,
查《切削用量簡明手冊》機床實際轉(zhuǎn)速為,
實際。
，
8個孔的基本時間為：1.58=12min
綜上，鉆孔和攻絲的切削用量如下：
鉆孔：
攻絲：
五 夾 具 設(shè) 計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計通用夾具。經(jīng)過與老師協(xié)商，決定設(shè)計方刀架第11道工序——鉆8-M12-6H螺紋通孔的鉆床夾具。本夾具將用于Z525立式鉆床。刀具為M12絲錐，以及φ10的高速鋼麻花鉆。
（一）問題的提出
在給定的零件中，對本步加工的定位并未提出具體的要求，是自由公差，定位要求較低。因此，本步的重點應在卡緊的方便與快速性上。
（二） 卡具設(shè)計
1． 定位基準的選擇
出于定位簡單和快速的考慮，選擇左端面，Φ25mm為基準，用一短銷限制2個自由度，配合以兩塊壓板壓緊，再使用擋銷限制工件的轉(zhuǎn)動。
2． 切削力和卡緊力計算
本步加工可按鉆削估算卡緊力。實際效果可以保證可靠的卡緊。
修正系數(shù)查《機械加工工藝手冊》 == (=0.88
軸向力
扭矩
由于扭矩很小，計算時可忽略。
則實際卡緊力為 F=
使用壓板定位機構(gòu)快速夾緊，調(diào)節(jié)壓緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的壓緊力。
（三） 定位誤差分析
本工序采用左端面及Φ25mm定位，兩側(cè)的壓板始終緊接著工件夾緊，而工件自重會始終靠近底面，當然工件有一定的誤差。但是，由于加工是自由公差，故應當能滿足定位要求。
鉆套選用快換鉆套 Φ10mm。偏差為mm
（四）夾具設(shè)計及操作的簡要說明
如前所述，在設(shè)計夾具時，應該注意提高勞 動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。盡管采用機動夾緊能提高夾緊速度，提高勞動生產(chǎn)率，但是題目中要求設(shè)計的夾具使用固定夾緊，并且進行鉆削加工時的軸向力大，故此我就想到了使用壓板機構(gòu)及短銷擋銷。這樣可以充分的利用一些標準件，還可以使得制造夾具的制造工藝簡單省事。由于選擇的定位基準為零件的左端面和孔，所以可以使用平面和孔的配合定位。
此外，由于本零件是中批生產(chǎn)，隨著加工零件個數(shù)的增加，夾具磨損也將增大，這將導致零件加工誤差的增大，廢品率升高，間接地增加了生產(chǎn)成本。為了解決這個問題，在設(shè)計時，采用壓板機構(gòu)可以防止這個問題，方便更換，延長了夾具的使用壽命。
六 總 結(jié)
為期三周的機械制造工藝學課程設(shè)計即將結(jié)束了，三周是時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這三周的設(shè)計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結(jié)合進行實實在在的設(shè)計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設(shè)計的步驟和要領(lǐng)，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設(shè)計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們的畢業(yè)設(shè)計打下了好的基礎(chǔ)。
課程設(shè)計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結(jié)合。因此同學們非常感謝老師給我們的辛勤指導，使我們學到了好多，也非常珍惜學院給我們的這次設(shè)計的機會，它將是我們畢業(yè)設(shè)計完成的更出色的關(guān)鍵一步。
由于沒有實習過，我們對工件的的形狀概念存在很大的抽象，僅僅靠資料上的說明是不夠的，因此，讓我們深刻認識到理論應該結(jié)合實際，我們應該多一點實踐操作，多下工廠去實習。大學的學習都有一個鋪墊過程，任何一個環(huán)節(jié)都可能在以后得到應用?？上?，教訓來得太遲了。我希望通過最后這個內(nèi)容告誡我以后的學弟學妹們，不要忽視學校安排的任何學習內(nèi)容，不僅要踏踏實實學好課堂知識，對于實習也要提高重視，不要以為時實習是課外內(nèi)容，它是對課堂所學的一個補充。
最后，衷心的感謝史紅老師的精心指導和悉心幫助，使我順利的完成此次設(shè)計。謝謝?。。?！
七 參 考 文 獻
【1】趙家齊主編．機械制造工藝學課程設(shè)計指導書．機械工業(yè)出版社．1997
【2】艾星 肖詩綱 編． 切削用量簡明手冊．機械工業(yè)出版社．2004
【3】陳宏鈞 方向明 馬素敏 等編．典型零件機械加工生產(chǎn)實例．機械工業(yè)出版社．2005
【4】東北重型機械學院 洛陽農(nóng)業(yè)機械學院 長春汽車廠工人大學 編．機床夾具設(shè)計手冊．上海科學技術(shù)出版社．1987
【5】陳明主編．機械制造工藝學．機械工業(yè)出版社． 2005
【6】潘承怡 蘇相國 馮新敏 編．機械設(shè)計課程設(shè)計．哈爾濱理工大學
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