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哈爾濱理工大學(xué)課程設(shè)計說明書
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目錄
目錄 I
第1章 零件圖的分析 3
1.1 零件的工藝分析 3
第2章 工藝規(guī)程設(shè)計 4
2.1 毛坯類型 4
2.1.1 毛坯余量確定 4
2.2 加工方法設(shè)計 5
2.2.1 選擇定位基準 5
2.2.2 指定工藝路線 5
2.2.3 表面加工方法的確定 6
2.2.4 加工階段的劃分 6
2.2.5 工序順序的安排 6
2.2.6 確定工藝路線 7
2.3 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 7
2.3.1 鉆鉸φ8絲孔的工序尺寸 7
2.3.2 工序計算 8
2.3.3 時間定額的計算 8
2.3.4 其它時間計算 9
第3章 夾具設(shè)計 10
3.1 問題的提出 10
3.2 定位、夾緊方案的選擇 10
3.3 切削力及夾緊力的計算 10
3.4 誤差分析與計算 13
3.5 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 14
3.6 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 15
結(jié)論 16
參考文獻 17
致謝 18
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第1章 零件圖的分析
1.1 零件的工藝分析
零件的材料為 20GrMoTi， 需要模鍛， 模鍛性能優(yōu)良， 工藝較復(fù)雜 ，但尺寸精確，加工余量少，為此以下是十字軸需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
1、 四處Φ25外圓及四個Φ8、Φ4的內(nèi)孔、
2、右端面Φ50×60°內(nèi)孔及M8絲孔。
3、Φ25外圓的同軸度為0.007，位置度為Φ0.02，兩端的對稱度均為0.05.
由上面分析可知，可以先上四爪卡盤粗車，然后上彎板采用專用夾具壓緊、找正進行加工，并且保證形位公差精度要求。 并且此 零件沒有復(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。
第2章 工藝規(guī)程設(shè)計
2.1 毛坯類型
已知此 十字軸零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為5000件/年，零件的質(zhì)量是083Kg/個，查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》第2頁表1.1-2，可確定該撥叉生產(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。
零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故選擇鍛模鍛造毛坯。查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》第41頁表2.2-5,選用鑄鍛件尺寸公差等級為CT-10。
2.1.1 毛坯余量確定
查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》第41頁表2.2-5，選用加工余量為MA-H級，并查表2.2-4確定各個加工面的鍛件機械加工余量，如下表所示：
表2-1
簡 圖
加工面代號
基
本
尺
寸
加工余量等級
加工
余量
說
明
a
25
H
2
雙側(cè)加工
b
25
H
雙側(cè)加工
c
25
H
5
雙側(cè)加工
d
25
H
5
雙側(cè)加工
2.2 加工方法設(shè)計
2.2.1 選擇定位基準
1 粗基準的選擇：作為粗基準的表面應(yīng)平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面缺欠。該工件選擇φ25外圓面和左端面作為粗基準。采用左端面作粗基準加工右端面，可以為后續(xù)工序準備好精基準。
2 精基準的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，以粗加工后φ25的軸線為主要的定位精基準，采用小彎板為輔助的定位精基準。
2.2.2 指定工藝路線
生產(chǎn)過程是指將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^程。它包括原材料的準備、運輸和保存，生產(chǎn)的準備，毛坯的制造，毛坯經(jīng)過加工、熱處理而成為零件，零件、部件經(jīng)裝配成為產(chǎn)品，機械的質(zhì)量檢查及其運行試驗、調(diào)試，機械的油漆與包裝等。
工藝過程是指在生產(chǎn)過程中，通過改變生產(chǎn)對象的形狀、相互位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過程。機械產(chǎn)品的工藝過程又可分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機械加工、熱處理、裝配、涂裝等工藝過程。其中與原材料變?yōu)槌善分苯佑嘘P(guān)的過程，稱為直接生產(chǎn)過程，是生產(chǎn)過程的主要部分。而與原材料變?yōu)楫a(chǎn)品間接有關(guān)的過程，如生產(chǎn)準備、運輸、保管、機床與工藝裝備的維修等，稱為輔助生
由于零件加工表面的多樣性、生產(chǎn)設(shè)備和加工手段的加工范圍的局限性、零件精度要求及產(chǎn)量的不同，通常零件的加工過程是由若干個順次排列的工序組成的。工序是加工過程的基本組成單元。每一個工序又可分為一個或若干個安裝、工位、工步或走刀。毛坯依次通過這些工序而變成零件。
1. 工序 工序是一個或一組工人，在相同的工作地對同一個或同時對幾個工件連續(xù)完成的那一部分工藝過程。 工序是組成工藝過程的基本單元，也是生產(chǎn)計劃、成本核算的基本單元。一個零件的加工過程需要包括哪些工序，由被加工零件的復(fù)雜程度、加工精度要求及其產(chǎn)量等因素決定
2.2.3 表面加工方法的確定
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到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查《機械制造課程設(shè)計指導(dǎo)書》10頁表1-6、1-7、1-8， 選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
表2-2：十字軸零件加工方案
加工項目
尺寸公差等級
粗糙度
加工方案
備注
Φ25外圓
IT8
6.3
粗車-半精車
表1-6
左右端面
IT10
12.5
粗 車
表1-6
Φ25外圓
IT8
6.3
粗車-半精車
表1-8
上下端面
IT10
12.5
粗 車
表1-7
Φ 23、孔
IT9
3.2
鉆---鉸
表1-7、
內(nèi)螺紋M8
IT6
3.2
攻螺紋
表1-10
Φ 4孔
IT12
12.5
鉆
表1-7
Φ8孔
IT12
12.5
鉆
表1-7
2.2.4 加工階段的劃分
在粗加工階段。首先將精基準準備好，使后續(xù)工序都可以采用精基準定位加工，保證其他加工表面的精度要求；首先φ25圓面作為粗基準粗車右端面及φ25，然后以此圓軸線及端面為精基準加工其他面和孔。在采用小彎板加工 另一部分，以保證其形位公差之要求。
選用工序集中原則安排十字軸的加工工序。該零件的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，可以采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可以縮短輔助時間，而且由于與一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各種加工表面之間的相對位置精度要求。
2.2.5 工序順序的安排
機械加工工序
（1）遵循“先基準后其他”原則，首先加工基準——φ25外圓軸線及端面 。
（2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3）遵循“先主后次”原則，先加工主要表面
（4）遵循“先面后孔”原則，先加工外圓面、端面，再加工孔，確定工藝路
2.2.6 確定工藝路線
表2-3：工藝路線
工序
工序名稱
機床裝備
刀具
量具
1
粗-半精車φ25 兩處
車床
車刀
游標卡尺
2
粗車左右端面
車床
車刀
游標卡尺
3
粗-半精車φ25 兩處
車床
車刀
游標卡尺
4
粗車上下端面
車床
車刀
游標卡尺
5
鉆鉸φ8絲孔φ23×60°內(nèi)孔，
車床
鉆頭鉸刀
塞規(guī).卡尺
6
攻螺紋M8
車床
絲錐
塞規(guī).卡尺
7
鉆φ4、φ8孔
鉆床
鉆頭錐度鉸刀
游標卡尺
8
中檢
游標卡尺
10
熱處理
淬火機等
12
終檢
塞規(guī)、百分表、卡尺等
加工設(shè)備和工藝設(shè)備
1 機床的選擇：采用CA6140普通車床、鉆床。磨床
2 選擇夾具：該零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批生產(chǎn)，所以采用專用夾具。
3選擇量具：采用塞規(guī).雙用游標卡尺。
2.3 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定
2.3.1 鉆鉸φ8絲孔的工序尺寸
由表2-28課查得，精鉸余量Z=0.2mm，加工等級為IT8，公差為0.015鉆孔余量為Z鉆=4.8mm，加工等級為IT12，公差為0.15。
表2-3 鉆鉸φ8 孔加工工序的加工余量
項目
內(nèi)容
精度等級
工序尺寸
粗糙度
工序余量
公差
Φ8絲孔
鉆
IT12
Φ7.8
12.5
4.8
0.15
鉸
IT8
Φ8
3.2
0.2
0.015
2.3.2 工序計算
刀具：鉆頭直徑為7.8mm的高速鋼鉆頭，絲錐直徑為8mm 。
機床：CA6140
⑴背刀吃量аp的選擇
粗加工時根據(jù)加工余量和工藝系統(tǒng)剛度確定аp=7.8mm。
⑵進給量的確定 由表5-22，選取該工步得進量f=0.1mm/r。
⑶切削速度的計算 由表5-31，按工件材料為鑄鐵的條件選取，切削速度v=20m/min選取。由公式n=1000v/d可求得該工序鉆頭鉆速n=1326r/min,參照表4-9所列CA6140得主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=1360r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式v=nd/1000=20.5m/min。
2.3.3 時間定額的計算
工序6：鉆Φ8絲孔
鉆孔工步
根據(jù)表5-51，鉆孔的基本時間可由公式：
求得：,;f=0.1mm/r;n=1360r/min。則該工步的基本時間t=(22+2.4+2)/0.1mm/r x 1360r/min=10.8s。
攻絲孔工步
根據(jù)表5-41，鉸孔基本時間可由公式：t=L*i/fn=(LP+l1)*i/fn, LP=(D-d)/2*tankr, kr=15°，l1=1mm，f=1mm/r，n=195r/min則該工步的基本時間t=20s。
輔助時間的計算tf
輔助時間tf基本時間t之間的關(guān)系為tf=（0.15-0.2）t。
鉆孔輔助時間tf=0.2×10.8=2.2s。
鉸孔輔助時間tf=0.2×20=4s。
2.3.4 其它時間計算
除了作業(yè)時間以外，每道工序的單件時間還包括布置工作時間、休息與生理需要時間和準備與終結(jié)時間。由于該設(shè)計的生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，分攤到每個工件上的準備與終結(jié)時間甚微，可忽略不計。布置工作地時間tb是作業(yè)時間的2%-7%，休息與生理時間tx是作業(yè)時間的2%-4%，本設(shè)計均取3%，則工序的其他時間（tb +tx）可按關(guān)系式（3%+3%）×（tf+t）計算。
工序6的其他時間：tb +tx=6%×（10.8s+20s+4s）=2s
單件計算時間td=2s+10.8s+20s+4s=36.8s
第3章 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)計專用夾具。并設(shè)計工序锪孔的夾具。本夾具將用于Z525立式鉆床，刀具為高速鋼锪孔鉆。
3.1 問題的提出
夾具是一種能夠使工件按一定的技術(shù)要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝備，它廣泛地運用于機械加工，檢測和裝配等整個工藝過程中。在現(xiàn)代化的機械和儀器的制造業(yè)中，提高加工精度和生產(chǎn)率，降低制造成本，一直都是生產(chǎn)廠家所追求的目標。正確地設(shè)計并合理的使用夾具，是保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，從而降低生產(chǎn)成本的重要技術(shù)環(huán)節(jié)之一。同時也擴大各種機床使用范圍必不可少重要手段。
本夾具主要用來锪23孔，沒有技術(shù)要求，在本工序加工時還應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，而其位置尺寸為自由公差，精度不是主要問題。
3.2 定位、夾緊方案的選擇
1、定位基準選擇
由零件圖可知，φ23孔 ，沒有技術(shù)要求，為使定位誤差為零，應(yīng)該選擇軸線為定位基準保證該角度。選擇固定V型塊和支撐釘作為定位元件。
2、夾緊方案的選擇
由于零件的部位為軸類形狀，為了提高加工效率，現(xiàn)決定采用手動壓板的夾緊裝置工件快換裝置，位于零件的兩邊，使得夾緊力均衡，夾緊更加牢固。
3.3 切削力及夾緊力的計算
刀具：锪孔鉆。
則軸向力：見《工藝師手冊》表28.4
F=Cdfk
式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35
F=
轉(zhuǎn)矩：
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=
功率：
在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)：
式中 K—基本安全系數(shù)，1.5;
K—加工性質(zhì)系數(shù)，1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=
鉆削時：
T=17.34 N
切向方向所受力:
取
F=4416
F> F
所以,時工件不會轉(zhuǎn)動,故本夾具可安全工作。
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：
該孔的設(shè)計基準為中心軸，故以回轉(zhuǎn)面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則； 參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關(guān)系F夾＝KF
軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
在計算切削力時必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，安全系數(shù)
由資料《機床夾具設(shè)計手冊》查表可得：
切削力公式：
式中
查表得：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻[16]《機床夾具設(shè)計手冊》表得：
安全系數(shù)K可按下式計算，由上式有：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[16]《機床夾具設(shè)計手冊》表 可得：
所以 ：
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用螺旋夾緊機構(gòu)。
3.4 誤差分析與計算
該夾具以V型塊和支撐釘定位，為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
⑴銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有：。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.5 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)
見cad圖
對夾具體的設(shè)計的基本要求
（1）應(yīng)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(yīng)該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。
（2）應(yīng)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(yīng)有足夠的厚度，剛度可以適當(dāng)加固。
（3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯
夾較大的工件的外觀，更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)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(yīng)能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡單。
（4）應(yīng)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(dāng)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(yīng)在夾具體上面。
（5）安裝應(yīng)牢固、可靠
夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當(dāng)夾安裝在重力的中心，夾具應(yīng)盡可能低，支撐面積應(yīng)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(jié)構(gòu)，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(shè)計，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑。此外，夾點技術(shù)，經(jīng)濟的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點，在設(shè)計中還應(yīng)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(shè)計，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵屑。
3.6 夾具設(shè)計及操作的簡要說明
為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機構(gòu)）。這類夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應(yīng)用。
此外，當(dāng)夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進行調(diào)整換取。
結(jié)論
本次設(shè)計從零件的毛坯生產(chǎn)到最終成品，中間經(jīng)過了銑、鏜、鉆、攻螺紋、打毛刺等工序。因為是批量生產(chǎn)，工序就分得很散，中間就可省去換刀具和調(diào)試的時間。在每道工序中都有計算切削用量和工時。
在本次設(shè)計中已無大的問題，基本達到了要求。只是在夾具的設(shè)計中沒有能提出多中方案進行分析比較，有所不足。
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致謝
本文是在指導(dǎo)老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。老師以其嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。在此次課程設(shè)計過程中我也學(xué)到了許多有關(guān)設(shè)計方面的知識，對其現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢有了很大的了解。
通過這次模具設(shè)計，本人在多方面能力都得到了提高。通過這次課程設(shè)計，綜合運用了本專業(yè)所學(xué)課程的理論知識和結(jié)合生產(chǎn)實際知識進行一次夾具設(shè)計，通過實際設(shè)計從而培養(yǎng)和提高了自己的獨立工作能力，鞏固與擴充了夾具方面設(shè)計等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握夾具設(shè)計的方法和步驟，掌握加工工藝設(shè)計的基本的夾具技能，懂得了從分析零件的工藝性入手，確定工藝方案，了解了夾具的基本結(jié)構(gòu)，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了相應(yīng)規(guī)范和標準，同時對各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨立思考的能力也有了提高。并提高了查閱設(shè)計資料和手冊的能力，熟悉了設(shè)計中的標準和規(guī)范等。
在這次設(shè)計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設(shè)計夾具的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。
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