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畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
分 院 （系）
機械工程學(xué)院
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
設(shè)計（論文）題目
CA6140開合螺母工藝工裝設(shè)計
內(nèi)容及要求：
內(nèi)容：1、零件圖、毛坯圖各一張
2、工藝卡片一套、一道序工序卡
3、二套夾具、拆畫一套非標(biāo)準(zhǔn)件
4、設(shè)計說明書一份
要求：分析零件圖明確加工表面精度及技術(shù)要求，編制工藝路線確定加工余量、切削用量。計算工時、完成夾具設(shè)計、刀具量具設(shè)計。能夠獨立完成本次設(shè)計任務(wù)，滿足生產(chǎn)要求。
進度安排：
1、1周（6）指導(dǎo)老師下達任務(wù)書；學(xué)生填寫開題報告表，繪制零件圖
2、2周（7-8）分析零件加工的工藝方案，編制工藝規(guī)程，填寫工藝卡
片和工序卡片
3、4周（9-14）設(shè)計兩套專用夾具（一周完成草圖、工藝計算及結(jié)構(gòu)校
核；三周完成夾具裝配圖及零件圖）
4、1周（15）設(shè)計專用刀、量具
5、2周（16-17）撰寫設(shè)計說明書及外文簡要，答辯準(zhǔn)備
6、1周（18）終期考核；畢業(yè)答辯（自述、教師提問、學(xué)生回答、審核設(shè)計圖及說明書）
指導(dǎo)教師（簽字）：
年 月 日
分院院長（簽字）：
年 月 日
前 言
機械制造工藝學(xué)畢業(yè)設(shè)計是我們在學(xué)校的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)。本次畢業(yè)設(shè)計題目是產(chǎn)品（或工程）設(shè)計類題目。
我們這次畢業(yè)設(shè)計題目，以曾經(jīng)在實習(xí)工廠實習(xí)所參觀的并以此設(shè)備為參考，結(jié)合所學(xué)機械的各方面的知識，在老師指導(dǎo)下，查閱了許多手冊，經(jīng)過不斷的改進，最終設(shè)計出了此次機構(gòu)，從而避免了加工質(zhì)量差，生產(chǎn)效率低，設(shè)備昂貴的問題。
在實際工程設(shè)計中，我們得到所學(xué)過的理論基礎(chǔ)，技術(shù)基礎(chǔ)，專業(yè)課全面的訓(xùn)練，為將來做好機械設(shè)計工程師的工作提供全面的鍛煉機會。
我此次畢業(yè)設(shè)計的題目是CA6140開合螺母工藝工裝設(shè)計，在宋書漢老師的輔導(dǎo)下，對原有的結(jié)構(gòu)進行了改進，從而可以減少勞動強度，計算正確，五張零號圖紙，符合工作量的要求。
通過這次畢業(yè)設(shè)計，我在計算，制圖，機械原理，機械設(shè)計，機械制造工藝等方面的知識受到全面的綜合訓(xùn)練，并有所提高，在夾具設(shè)計方面受益匪淺。特別是宋書漢老師在工作中對我耐心輔導(dǎo)，有時錯過了午飯時間，下午又繼續(xù)趕往撫順上課。他對學(xué)生強烈的責(zé)任感和嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，無不給我以深刻的影響。
就我個人而言，我希望能通過這次畢業(yè)設(shè)計對自己未來將從事的工作進行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，希望在設(shè)計中能鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為自己今后參加實際工作打下一個良好的基礎(chǔ)。
由于類似的大型課題第一次接觸，經(jīng)驗?zāi)芰Ψ矫娴那啡?，錯誤之處一定存在，懇請各位老師給予批評指正。
學(xué)生開題報告表
課題名稱
CA6140開合螺母工藝工裝設(shè)計
一、課題背景和意義
畢業(yè)設(shè)計是我們在校最后一個學(xué)期所要完成的課題，是非常重要的一個學(xué)習(xí)實踐環(huán)節(jié)，綜合的運用了過去大學(xué)所學(xué)的知識.《CA6140開合螺母的工藝工裝設(shè)計》是來源于一機床的工程設(shè)計類真實課題。
二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
三、課題主要內(nèi)容
CA6140開合螺母工藝工裝設(shè)計課題主要需要設(shè)計零件圖、毛坯圖各一張;工藝卡片一套、一道序的工序卡;二套夾具、拆畫一套非標(biāo)準(zhǔn)件;設(shè)計說明書一份.
四、課題研究方案
本課題是進行CA6140開合螺母工藝工裝設(shè)計.主要是設(shè)計兩套加工工藝路線,并選擇其中一條比較合理的工藝路線,設(shè)計兩套夾具,一套磨床夾具,一套鉆床夾具,并進行切削用量、進給量、背吃刀量、工時等的計算,最后撰寫設(shè)計說明書及外文簡要.
五、日程安排
第一階段，填寫開題報告表，繪制零件圖；
第二階段，分析零件加工的工藝方案，編制工藝規(guī)程；
第三階段，設(shè)計兩套專用夾具；
第四階段，設(shè)計專用刀、量具；
第五階段，撰寫設(shè)計說明書及外文簡要；
第六階段，畢業(yè)答辯。
六、參考文獻
《金屬切削手冊》
《機械夾具設(shè)計手冊》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社
《金屬機械加工工藝人員手冊》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
課題類型： （1） A-工程設(shè)計； B-技術(shù)開發(fā)； C-軟件工程； D-理論研究；
（2） X-真實課題； Y-模擬課題； Z-虛擬課題；
注： （1）、（2）均要填寫，如 AX 。
摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計是以CA6140車床上開合螺母的工藝工裝為基礎(chǔ)的，內(nèi)容主要包括以下幾個方面：設(shè)計零件，加工工藝及工時計算，設(shè)計兩套夾具，拆畫一套夾具等。
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。
夾具方案的確定在國內(nèi)是一項十分重要的設(shè)計程序，其方案的優(yōu)劣決定了夾具設(shè)計的成功與失敗。確定設(shè)計方案時應(yīng)遵循以下原則：確保加工質(zhì)量，結(jié)構(gòu)盡量簡單，操作省力高效，制造成本低廉。
這次畢業(yè)設(shè)計是我們即將畢業(yè)之前的最后一次在校設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容比較全面，所涉及的知識比較廣，是對我們所學(xué)知識及應(yīng)用、設(shè)計能力的一次綜合檢驗。
通過這次畢業(yè)設(shè)計，既充分鍛煉了我們的設(shè)計能力，又補充了在校學(xué)習(xí)期間知識和能力的不足。
關(guān)鍵詞：CA6140開合螺母;夾具設(shè)計；工藝工裝設(shè)計.
Abstract
My graduated design is based on the craft design of the opened nut to CA6140, which includes parts design, machining and time calculations, a design of two set of jigs, a dismantalment-drawing of a set of jig.
To improve productivity, and ensure processing quality and reduce labor intensity, it needs to design special jig.
The esdeblishment of jig programmes is so important that it decide the quality of the jig. Making the design of programmes should follow the following principles : ensuring processing quality structure as simple as possible, allowing efficient operation, low cost manufacturing.
The graduated design , which includes lots of content and involves much knowledge, is the last one for me before we will graduate. It is a comprehensive test to our knowledge and applications.
By doing the graduated design , it not only can improve our full design capacity , but also add in the inadequate knowledge and capacity that we have learned in school.
Key world: opened nut to CA6140;tongs design;process design.
II
1.零件的分析
1.1 毛坯生產(chǎn)類型
確定毛坯類型為3000件/年，由表（2-5.6）劃分生產(chǎn)類型的參考數(shù)據(jù)確定為中批，工作制度8小時/班制。
1.2 毛坯鑄造形式
將融化了的金屬澆注到旋轉(zhuǎn)著的模型中，由于離心力的作用，金屬液粘貼于模型的內(nèi)壁上，凝結(jié)后所得鑄件外形與模型內(nèi)壁的形狀相同，使用這種方法可以毋需澆注口，故能顯著地減少金屬的消耗。由于免除了砂型和制模的設(shè)備，以及減少了鑄工車間的面積，生產(chǎn)成本就有了降低；而所得逐漸則具有緊密與微細的顆粒結(jié)構(gòu)及較好的機械性能。
1.3 毛坯精度尺寸
由表（2-5-1）得灰鑄鐵刀具切入金屬層的厚度應(yīng)大于表面層厚度，即大于1mm，小于4mm。
由JK67-62，確定灰鑄鐵鑄件精度等級為2級（指尺寸精度和表面光潔度要求較高，或者大批、中批生產(chǎn)的鑄件。
1.4 確定毛坯鑄件的重量
通過計算，最后確定毛坯的重量為4.079Kg，由表（2-5-2）確定重量偏差為7﹪。
1.5 確定機械加工余量
由表（2-5-5）確定2級鑄鐵件的機械加工余量：頂面加工余量為4.0mm，底面及側(cè)面加工余量為3.0mm。
1.6 確定鑄鐵件的尺寸偏差
由(標(biāo)-5-6)查得2級鑄鐵件尺寸偏差為±0.8mm。
1.7 零件的作用
題目所給定的零件是CA6140車床上的開合螺母 。開合螺母是用于接通和斷開從絲杠傳來的運動。車削螺紋時，將開合螺母合上，絲杠通過開合螺母傳動溜板箱和刀架；否則就將開合螺母脫開。車削螺母時，順時針方向轉(zhuǎn)動手柄，通過軸帶動曲線槽盤轉(zhuǎn)動，曲線槽盤上的曲線槽盤形狀，通過圓柱銷帶動上半螺母在溜板箱體后面的燕尾形導(dǎo)軌內(nèi)上下移動，使其相互靠攏，將開合螺母和絲杠嚙合。若逆時針方向轉(zhuǎn)動手柄，則兩半螺母相互分離，開合螺母和絲杠脫開。槽盤的曲線槽是一段圓弧，此圓弧在接近槽盤中心部分的傾斜角比較小，目的是使開合螺母閉合能自鎖，不會因為螺母上的徑向力而自動脫開。
2. 工藝規(guī)程設(shè)計
2.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為HT15-33灰鑄鐵,考慮到灰鑄鐵 的抗缺口敏感性，減震性和耐優(yōu)良等特點,因此應(yīng)該選用鑄件,以便使開合螺母在使用中耐磨性良好,保證零件工作可靠.由于零件年產(chǎn)量為3000件,已達到成批生產(chǎn)的水平，而且離心鑄造，免除了砂模和制模的設(shè)備，以及減少了鑄工車間的面積，生產(chǎn)成本就有了降低，這樣得來的鑄件具有緊密與微細的顆粒結(jié)構(gòu)及較好的機械性能。因此采用離心鑄造,這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度來考慮也是應(yīng)該的。
2.2 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?；孢x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(zhǔn)的選擇：對象開合螺母這樣的零件來說，選擇好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要的。按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則，即當(dāng)零件有不加工表面時，應(yīng)以這些不加工表面作粗基準(zhǔn)；若零件有若干個不加工表面時，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準(zhǔn)。我現(xiàn)在選取燕尾為粗基準(zhǔn)，利用左、右兩個定位塊和一個削邊銷對其進行限制，以消除六個不定度，達到過定位。對于精基準(zhǔn)而言，主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。
2.3 制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，是應(yīng)該使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到妥善的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為成批生產(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。
工藝路線方案一：
工序Ⅰ. 鑄造。
Ⅱ. 清砂。
Ⅲ. 熱處理。
Ⅳ. 清砂。
Ⅴ.涂漆。
Ⅵ.劃線。
Ⅶ.銑燕尾及空刀槽。
Ⅷ.磨燕尾及空刀槽。
Ⅸ.粗鏜、精鏜、粗鉸、精鉸Φ52H7孔并倒角1.5 x 45o。
Ⅹ.鉆、擴鉆、粗鉸、精鉸2 x Φ12孔。
Ⅺ.粗車、半精車、精車一端面。
Ⅻ.粗車、半精車、精車另一端面。
ⅩⅢ.切斷。
ⅩⅣ.去毛刺。
ⅩⅤ.清洗。
ⅩⅥ.檢驗。
ⅩⅦ.入庫。
路線方案二：
工序Ⅰ. 鑄造。
Ⅱ. 清砂。
Ⅲ. 熱處理。
Ⅳ. 清砂。
Ⅴ.涂漆。
Ⅵ.劃線。
Ⅶ. 粗車、半精車、精車一端面。
Ⅷ. 粗鏜、精鏜、粗鉸、精鉸Φ52H7孔并倒角1.5 x 45o。
Ⅸ. 粗車、半精車、精車另一端面。
Ⅹ. 銑燕尾及空刀槽。
Ⅺ. 磨燕尾及空刀槽。
Ⅻ. 鉆、擴鉆、粗鉸、精鉸2 x Φ12孔。
ⅩⅢ.切斷。
ⅩⅣ.去毛刺。
ⅩⅤ.清洗。
ⅩⅥ.檢驗。
ⅩⅦ.入庫。
2.4 工藝方案的比較與分析：
上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工燕尾及空刀槽，然后以此為基準(zhǔn)加工孔Φ52H7；而方案二是先加工兩端面，再加工Φ52H7孔。兩者相比較，可以看出，先加工燕尾及空刀槽，然后以此為基準(zhǔn)加工孔Φ52H7，這時的位置精度較易保證，并且定位及裝夾等比較方便。
2.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“開合螺母”零件材料為HT15-33灰鑄鐵。毛坯重量為4公斤，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，采用離心鑄造毛坯，2級精度。
根據(jù)上述原始材料及加工工藝，分別對各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸確定如下：
1. Φ52H7孔
精鉸至Φ52H7，表面粗糙度為Ra1.6um，工序余量為2z=0.08；
粗鉸至51.92mm 2z=0.42；
精鏜至51.5mm 2z=1.5；
粗鏜第二次至50mm 2z=3；
粗鏜至47m 2z=7；
1. 2 × Φ12孔
鉸至Φ12mm 2z=0.15；
擴鉆至Φ11.85mm 2z=0.85；
鉆至Φ11 2z=11；
2. 一端面
精車至97 2z=0.8；
半精車至97.8 2z=1.2；
粗車至99 2z=6；
3. 另一端面
精車至95 2z=0.5；
半精車至96.5 2z=0.5；
粗車至96 2z=1；
2.6 確定切削用量及基本工時
工序Ⅰ：銑燕尾及空刀槽
2.6.1 粗銑燕尾
v=6m/min（0.1m/s） （表1-10-151）
ns=1000v/πdw =1000× × 40 =0.8r/s（47.8r/min）
按機床選取nw=0.79 r/s （47.5r/min）
∴實際切削速度切削工時：
l1=8.7（表1-11-12）
t0==158.3s（2.64min）
2.6.2 精銑燕尾
v=6m/min（0.1m/s） （表1-10-151）
ns= =0.8r/s（47.8r/min）
按機床選取nw=0.79 r/s （47.5r/min）
∴實際切削速度v=πdw nw/1000=3.14×40×0.79/1000=0.43m/s
切削工時：
l1=6.3（表1-11-12）
t0==153s（2.6min）
2.6.3 銑退刀槽
s=0.02～0.03（表1-10-142）
選s=0.02mm
v=47m/min（0.78m/s） （表1-10-144）
ns= =4.14r/s（248r/min）
按機床選取nw=4 r/s （240r/min）
∴實際切削速度v= =0.75m/s（45m/min）
切削工時：
l1=5.9，l2=4（表1-11-12）
sm=sz z n=0.02× 4×36=2.88
t0==3.785s（0.06min）
2.6.4 粗銑端面
選擇高速鋼套式面銑刀
每齒進給量：sz=0.1-0.2（10-113）
選sz=0.1mm
v=56m/min（0.92m/s）
ns= =3.7r/s（222r/min）
按機床選取nw=4.2r/s （252r/min）
∴實際切削速度v= =1.01m/s（61m/min）
切削工時：
l1=37.5，l2=2（表1-11-15）
sm=sz z n=0.1× 18 × 3.7=0.37
t0=（=185s（3min）
2.6.5 精銑端面
銑刀每轉(zhuǎn)進給量0.10～0.12
選s0=0.12mm
v=56m/min=0.9m/s
ns==3.7r/s（222r/min）
按機床選取nw=4.2r/s （252r/min）
∴實際切削速度v= =1.01m/s（61m/min）
切削工時：
l1=37.5，l2=2（表1-11-15）
sm=sz z n=0.1 × 18× 3.7=0.37
t0==185s（3min）
2.6.6 工序Ⅱ磨燕尾及空刀槽，保證粗糙度為1.6，精度為7級
① 選擇臥軸矩臺平面磨床M7130-1
② 磨輪的選擇
磨料：黑色炭化硅
粒度：36-46
硬度：ZR1-Z1
結(jié)合劑：陶瓷
結(jié)構(gòu)：5-6
③ 用磨輪端面磨平面的切削用量（表10-239）
工件運動速度v=8-15m/min
選v=10m/min
工作臺磨削深度進給量st=0.065毫米每行程
st與工件材料相關(guān)的次數(shù)為k=1.05
④ 用磨輪端面磨平面的切削動力（表10-240）
切削動力N=10.3千瓦
切削動力的修正系數(shù)
與工件材料有關(guān)K2=0.9
⑤ 用磨輪圓周粗磨平面的切削用量（表10-233）
工作臺單行程的進給量Sb=16.224毫米每行程
工作臺單行程的磨削深度進給量St=0.025毫米每行程
St的修正系數(shù)K1=0.86
⑥ 切削工時
L ：磨削計算長度
矩臺用磨輪圓周磨L=l1+20
矩臺用磨輪端面磨L=l1+DM+10
l1 ：工件磨削面長度
DM ：磨輪直徑
h ：加工余量
k：平面磨系數(shù)
v：工作臺往復(fù)運動的速度
St：磨削深度進給量
Z：同時加工的工件數(shù)量
T01= =0.36min
T02= =0.35min
T03= =0.15min
T= T01 + T02 + T03=0.36+0.35+0.15=0.86min
2.6.7 工序 Ⅲ 鉆Φ52H7孔并倒角1.5×45o
(1) 粗鏜第一次至47mm
選擇硬質(zhì)合金可調(diào)節(jié)浮動鏜刀 B=25，H=12（表8-32）
進給量S=1.6-2.0，選S=1.6mm/r（10-97）
v=62.6m/min，n=398r/min（6.63r/min） （表10-98）
切削工時
l1=1.7，l2=3.0， l=105（表11-9）
t=（D-d1）/2=（47-40）/2=3.5mm
t0==10.34s（0.17min）
① 粗鏜第二次至50mm
S=1.6-2.0，選S=2.0mm/r（10-97）
v=56.6m/min，n=360r/min（6r/min） （表10-98）
切削工時
l1=0.87， l=105（表11-9）
t=（D-d1）/2=（50-47）/2=1.5mm
t0==9.07s（0.15min）
② 精鏜至52m
S=1.6-2.0，選S=1.6mm/r（10-97）
v=62.6m/min，n=398r/min（6.63r/min） （表10-98）
切削工時
l1=0.58， l=105（表11-9）
t=（D-d1）/2=（51.5-50）/2=0.75mm
t0= =10.24s（0.17min）
2.6.8 工序 Ⅳ 鉆2 × Φ12孔
選擇直柄麻花鉆（GB1436-78）
① 鉆到11.0mm
S=0.22-0.28，S=0.25mm/r（10-67）
v=28m/min（0.47m/s），n=894r/min（7.95r/s）
ns=1000v/
切削工時
l1=0.05，l2=39， l=105（表11-10）
t=（D-d1）/2=（52-51.92）/2=0.04mm
ns= =13.6r/s（816r/min）
按機床選取nw=800r/s （13.3r/min）
∴實際切削速度v = = 0.46m/s
切削工時：
l1=3.4，l2=1.5，L=20（表11-6）
t0==7.49s（0.13min）
②擴孔鉆至11.85
S=0.7-0.9，S=0.7mm/r（10-75）
v=22.2m/min，n=472r/min（表10-76）
按機床選取nw=460r/min=7.67r/s
實際切削速度=0.29m/s
切削工時
l1=0.58，l2=1.5， l=20
=4.11s（0.07min）
③鉸至Φ12
選用錐柄機用鉸刀 D=12（表8-34）
S=1.7 mm/r（10-81）
v=10m/min，n=318r/min（5.3r/s）（表10-84）
切削工時
l1=0.05，l2=18， l=20
=5.14s（0.09min）
2.6.9 工序Ⅴ 車端面
① 粗車至99mm
S=（0.3～0.5） mm/r （10-19）
選s=0.4 mm/r
V=118m/min（1.97m/s）
=9.65r/s（597r/min）
按機床選取nw=8.6r/s（516 r/s）
∴實際切削速度為
=1.76m/s（105m/min）
l=（105-99）/2=3mm，l1=3，l2=2 ，l3=5（11-4）
L=d/2+ l1+ l2 + l3=32.5+3+2+5=42.5mm
t0=（L/s．n ）．i =（42.5/0.4×8.6）×2=24.72s（0.4min）
② 半精鏜至97.8mm
S=（0.3～0.5） mm/r （10-19）
選s=0.3 mm/r
V=35m/min（0.58m/s）
=2.84r/s（171r/min）
按機床選取nw=2.5r/s（150 r/s）
∴實際切削速度為
=0.51m/s（30.615m/min）
l=0.6，l1=1，l2=1 ，l3=5（11-4）
L=d/2+ l1+ l2 + l3=32.5+1+1+5=39.5mm
t0=（L/s．n ）．i =（39.5/0.3×2.5）×1=52.7s（0.88min）
③ 精車至97mm
S=（0.3～0.5） mm/r （10-19）
選s=0.3 mm/r
V=35m/min（0.58m/s）
=2.84r/s（171r/min）
按機床選取nw=2.5r/s（150 r/s）
∴實際切削速度為
=0.51m/s（30.615m/min）
l=0.4，l1=1，l2=1 ，l3=5（11-4）
L=d/2+ l1+ l2 + l3=32.5+1+1+5=39.5mm
t0=（L/s．n ）．i =（39.5/0.3×2.5）×1=52.7s（0.88min）
④ 倒角1.5×45°
S=（0.15～0.25） mm/r （10-90）
選s=0.2 mm/r
v=（12～25）m/min（0.58m/s），選v=20 m/min=0.33m/m
=2.02r/s（121r/min）
按機床選取nw=120r/min（2 r/s）
l=0.75，l1=0.4（11-9）
tm=（l+ l1）/nw ．s=（0.75+0.4）/（2×0.2）=2.87min（172.5s）
2.6.10 Ⅵ.切斷
選用鋸片銑刀，D=175mm（8-38），齒數(shù)（8～38）
S=（0.03～0.04） mm/r （10-142）
選s=0.03 mm/r
v=34m/min（0.57m/s），
=2.412r/s（144r/min）
∴實際切削速度為
=0.59m/s（35m/min）
l1=6 ，l2=4mm（11-12）
Sm= Sz·Z·n=0.03×40×2.5=3mm
=49s（0.82min）
3. 機床夾具設(shè)計
3.1 機床夾具概論
3.1.1 夾具簡介
夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。
在金屬切削機床上使用的夾具統(tǒng)稱為機床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機床夾具是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度、勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成本等，故機床夾具設(shè)計在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計和制造以及生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中占有極其重要的地位。機床夾具設(shè)計是一項重要的技術(shù)工作。
3.1.2 機床夾具的概念
在機械制造廠的生產(chǎn)過程中用夾安裝工件使之固定在正確的位置上，完成其切削加工、檢驗、裝配、焊接等工作，所使用的工藝裝備稱為夾具。
3.2 機床夾具的功能
在機床上用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件定位和夾緊。然而，由于各類機床加工方式的不同，有些機床夾具還具有一些特殊的功能。
3.2.1 機床夾具的主要功能
定位：確定工件在夾具中占有正確的過程。定位是通過工件定位基準(zhǔn)面與夾具定位元件的定位面接觸或配合實現(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，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會松動、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。
3.2.2 機床夾具的特殊功能
（1） 對刀 調(diào)整刀鋸切削刃相對工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對刀塊，它能迅速地確定銑刀相對于夾具的正確位置。
（2） 導(dǎo)向 如鉆床夾具中的鉆模板和鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置，并引導(dǎo)其進行鉆削。導(dǎo)向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具也具有導(dǎo)向功能。
3.3機床夾具在機械加工中的作用
在機械加工中，使用機床夾具的目的主要有以下六個方面。然而，在不同的生產(chǎn)條件下，應(yīng)該與不同的側(cè)重點。夾具設(shè)計時應(yīng)綜合考慮加工的技術(shù)要求，以達到預(yù)期的效果。
（1） 保證加工精度 用夾具裝夾工件時，能穩(wěn)定地保證加工精度，并減少對其它生產(chǎn)條件的依賴性，故在精密加工中廣泛地使用加緊廠，并且它還是全面質(zhì)量管理的一個重要環(huán)節(jié)。
夾具能保證加工精度的原因是由于工件在夾具中的位置和夾具對刀具、機床的切削成形運動的位置被確定，所以工件在加工中的正確位置得到保證，從而夾具能滿足工件的加工精度要求。
（2） 提高勞動生產(chǎn)率 使用夾具后，能使工件迅速地定位和夾緊，并能夠顯著地縮短輔助時間和基本時間，提高勞動生產(chǎn)率。
（3） 改善工人的勞動條件 用夾具裝夾工件方便、省力、安全。當(dāng)采用氣壓、液壓等夾緊裝置時，可減輕工人的勞動強度，保證安全生產(chǎn)。
（4） 降低生產(chǎn)成本 在批量生產(chǎn)中使用夾具時，由于勞動生產(chǎn)率的提高和允許使用技術(shù)等級較低的工人操作，故可明顯地降低生產(chǎn)成本。
（5） 保證工藝紀(jì)律 在生產(chǎn)過程中使用夾具，可確保生產(chǎn)周期、生產(chǎn)調(diào)度等工藝秩序。例如，夾具設(shè)計往往也是工程技術(shù)人員解決高難度零件加工的主要工藝手段之一。
（6） 擴大機床工藝范圍 這是在生產(chǎn)條件有限的企業(yè)中常用的一種技術(shù)改造措施。如在車床上拉削、深孔加工等，也可用夾具裝夾以加工較復(fù)雜的成形面。
3.4 機床夾具的組成
機床夾具因被加工工件的加工表面不同或使用機床種類的不同而有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，但就機床夾具體結(jié)構(gòu)而言，大致可分為以下幾個部分：定位元件、夾緊裝置、導(dǎo)向?qū)Φ对?、連接元件、 裝置和元件、夾具體。
3.5 夾具設(shè)計的基本要求
（1） 穩(wěn)定地保證工件的加工技術(shù)要求：
（2） 提高機械加工的勞動條件；
（3） 結(jié)構(gòu)簡單，便于制造和維修：
（4） 作安全、方便。
3.6 機床夾具的分類
（1） 按夾具的通用特征分類
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、組合夾具和自動化生產(chǎn)用夾具等五大類。
（2） 按夾具使用的機床分類
這是專用夾具設(shè)計所用的分類方法。如車床、銑床、刨床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、拉床等夾具。設(shè)計專用夾具時，機床的類別、組別、型別和主要參數(shù)均已確定。它們不同點是機床的切削成形運動不同，故夾具與機床的連接方式不同。它們的加工精度要求也不相同。
3.7 機床夾具的設(shè)計特點和設(shè)計要求
3.7.1 機床夾具的設(shè)計特點
機床夾具設(shè)計與其它裝備設(shè)計比較，有較大的差別，主要表現(xiàn)在下列五個方面：
（1） 要有較短的設(shè)計和制造周期。一般沒有條件對夾具進行原理性試驗和復(fù) 雜的計算工作。
（2） 夾具的精度一般比工件的精度高2～3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） 夾具在一般情況下是單件制造的，沒有重復(fù)制造的機會。通常要求夾具在投產(chǎn)時一次成功。
（5） 夾具的社會協(xié)作制造條件較差，特別是商品化的元件較少。設(shè)計者要熟悉夾具的制造方法，以滿足設(shè)計的工藝性要求。
顯然，注意這些問題是很重要的。這將有利于保證夾具的設(shè)計、制造質(zhì)量。
3.7.2 機床夾具的設(shè)計要求
設(shè)計夾具時，應(yīng)滿足下列四項基本要求：
（1） 保證工件的加工精度要求，即在機械加工工藝系統(tǒng)中，夾具要滿足以下 三項要求：工件在夾具中的正確定位；夾具在機床上的正確位置；刀具的正確位置。
（2） 保證工人的操作方便、安全。
（3） 達到加工的生產(chǎn)率要求。
（4） 滿足夾具一定的使用壽命和經(jīng)濟性要求。
3.8 夾具設(shè)計方法和步驟
3.8.1 研究原始資料，明確設(shè)計任務(wù)
本次是 CA6140車床開合螺母Ф12孔及磨燕尾，根據(jù)任務(wù)說明書，采用搖臂鉆床和平面磨床，所以，夾具是安裝在工件臺上的。
3.8.2 夾具結(jié)構(gòu)和方案的設(shè)計
對于搖臂鉆床上使用的夾具采用偏心輪夾緊。利用本夾具主要是鉆、擴鉸兩孔。這兩孔粗糙度為1.6，精度微級。在本道工序加工時，考慮如何提高勞動的生產(chǎn)率降低生產(chǎn)強度，同時也要考慮精度問題。
3.9 鉆削力及夾緊力計算
刀具：直炳麻花鉆 Ф11mm
M=CM·doXM · fYmm KM ·10-3 =225.63×112×0.250.8×10-3=6.83N·m
F=CF.dOXF.fyF.KF，
由表（1-3-36），
CF=588.60，yf=0.8，xF=1，
∴F=588.60×11×0.25 0.8×1.0=1618.65N
當(dāng)HB=15-33時，查表（1-1-36）中3休正系數(shù)K料M=K料F=（）0.6=0.9
∴實際切削扭矩及軸向力F為：
M=6.83x0.9=6.147（N·m），
F=1618.65×0.9=1456.785（N）
切削功率為：PM=2л·M·n·10 -3=2×3.14×6.147×13.6×10 -3=0.525（KW）
偏心夾緊時，夾緊力公式為：
W0=
W0：偏心夾緊時的夾緊力（N）；
Q：作用在手柄上的作用力（N）；
L：力臂長（mm）；
u：摩擦因數(shù)（tg=tg=u）；
R：偏心輪半徑（mm）；
E：偏心量（mm）；
r：轉(zhuǎn)軸半徑
：偏心輪幾何中心與轉(zhuǎn)動中心聯(lián)線和幾何中心與夾緊點聯(lián)線間的夾角（ °）；
；
s1=0.3mm（1-2-33），s2=0.1mm （1-2-33），s3=0.1mm，s4=0.2mm，
∴s=0.3+0.1+0.1+0.2=0.7mm；
偏心輪工作段為~為150°~180°，
偏心量：偏心量：偏心量：
偏心輪直徑D（14~20）e，
轉(zhuǎn)軸直徑：d0.25，D=0.25×25=6.25mm，
∴ W0==100×70x0.43=3010N
4. 夾具總圖的繪制
一、 總圖應(yīng)該遵循機械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)繪制，圖形大小的比例盡量取1：1，為求使繪制的夾具總圖有良好的直觀性，如果工件過大的時候選用1：2等縮小比例，過小時取2：1的比例；
二、 圖中應(yīng)該以最少數(shù)量視圖清楚地表示出夾具的工作原理和結(jié)果，表示各 種元件或者裝置之間的位置關(guān)系等；
三、 的順序：先用點劃線繪出工件的輪廓，外形及定位基準(zhǔn)，并用網(wǎng)狀線顯示出加工余量；把工件輪廓視為透明體，然后按著工件的形狀及位置依次畫出定位、導(dǎo)向、夾緊及其他元件或者裝置的具體結(jié)構(gòu)；最后繪制夾具體，形成一個完整的夾具；
四、夾具總圖上標(biāo)注出零件編號，按規(guī)定要求填寫標(biāo)題欄和明細表；
五、確定并標(biāo)注有尺寸和夾具技術(shù)要求。
如圖所示。
5. 機床夾具的發(fā)展
回顧夾具6的歷史，它是來源于以大量生產(chǎn)為基礎(chǔ)的呼喚性零件的加工。
夾具最早出現(xiàn)于1798年，當(dāng)時作為大量生產(chǎn)方式的創(chuàng)造者而名列前茅的“惠特尼”公司接受了美國政府訂購的三年間制造一萬支步槍的合同，把原來靠手工操作的步槍槍管鍛件，由一個人從頭到尾制造下來的方式改為雇用熟練工人進行簡單操作、制造，使用了一系列夾具，使5步槍按時交貨。
繼而在1853年“科爾特”根據(jù)互換性方式建造了大型兵工廠，據(jù)說把涉及1400臺機床的大部分作成了專用機床，并花費與機械設(shè)備的數(shù)量相同的費用，消耗在制造刀具和夾具上。這樣通過使用刀具和夾具才使制造有互換性的零件成為可能。同時還簡化了操作，為后來向大量生產(chǎn)的發(fā)展準(zhǔn)備了條件。
第二次世界大戰(zhàn)時期，世界機床技術(shù)的發(fā)展在很大程度上受軍火生產(chǎn)多影響，戰(zhàn)前用于生產(chǎn)汽車、無線電、民用產(chǎn)品的大量技術(shù)，在戰(zhàn)時廣泛移用于軍需品的產(chǎn)品。為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)付熟練技術(shù)工人的不足，機床夾具得到了更大的發(fā)展。1920年，世界第一部幾少夾具的書籍在德國出版。
夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可分為以下三個階段：第一階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上，這時夾具只是作為人的單純的輔助工具，使加工過程加速和趨于完善，生產(chǎn)率得到提高；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的技機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工件及機床性能的提高有著密切的關(guān)系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機床的結(jié)合，夾具作為機床的一部分,成為機械加工中不可缺少的工藝裝備.夾具在機械加工中的作用已如前面所述.
在近幾十年中,夾具的基本組成部分并無明顯變化,但隨著機械工藝的迅速發(fā)展,對產(chǎn)品品種和生產(chǎn)率提出了愈來愈高的要求,使多品種、中小批生產(chǎn)成為機械工業(yè)生產(chǎn)的主流,為了適應(yīng)機械工業(yè)這種發(fā)展的趨勢,必然對機床夾具提出更高的要求.它主要表現(xiàn)在如下幾方面:
i. 機床夾具的“三化”工作
為了加速新產(chǎn)品的投產(chǎn),簡化設(shè)計工作,加速工藝裝備的準(zhǔn)備工作,以獲取良好的技術(shù)經(jīng)濟效果,必須重視機床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化工作.標(biāo)準(zhǔn)化是多樣化、自動化的前提,世界許多國家不但制定了組合夾具的標(biāo)準(zhǔn).蘇聯(lián)、美國、英國、民主德國、日本等國還制定了專用和通用可調(diào)夾具的標(biāo)準(zhǔn).大大達到了夾具設(shè)計和制造的勞動量,為組織專用夾具零部件的集中大量生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件.
目前各國都在盡量減少專用夾具的比重，積極采用各類標(biāo)準(zhǔn)的通用夾具，逐漸擴大標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的使用范圍。
ii. 大力研制推廣使用新型機床夾具
1.單件、小批生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制中，應(yīng)推廣使用組合夾具和半組合夾具。
2.在多品種、中小批生產(chǎn)中，應(yīng)大力推廣使用可調(diào)夾具，尤其是成組夾具。
iii. 高夾具的機械化、自動化水平
提高生產(chǎn)率是社會生產(chǎn)的一項經(jīng)常的、一貫的要求，近幾十年來，高小、自動化夾具得到了迅速地發(fā)轉(zhuǎn)，主要原因是，一方面由于書空機床、組合機床及其它高小自動化機床的出現(xiàn)，要求夾具能適應(yīng)機床的要求，才能更好地發(fā)揮機床的作用。另一方面，由于采用高速強力切削，機動時間得到了響應(yīng)地縮短，但勞動生產(chǎn)率并未因此得到明顯地提高，其原因就在于輔助時間沒有減少不多。因此，只有采用高小機械化與自動化夾具，才能使生產(chǎn)力廠得以進一步大幅度提高。
a) 制高精度機床夾具
目前，機械制造工藝普遍朝精密化的方向發(fā)展。對精度要求較高的零件，除選用精密的機床外，尚需采用一些精密的夾具。
b) 展計算機輔助機床夾具設(shè)計的眼界工作
為了提高機床家具設(shè)計的質(zhì)量與書牘，在機床夾具億個度微的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化的基礎(chǔ)上，過外已可以用計算機進行機床夾具的設(shè)計工作。計算機輔助機床夾具設(shè)計乃是整個計算機輔助設(shè)計（CAD）的一個組成部分。計算機輔助機床夾具設(shè)計可以做到：喲功能標(biāo)準(zhǔn)化的夾具元件組成的專用夾具的設(shè)計；用標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化的夾具基體和調(diào)整件組成的成組夾具的設(shè)計；組合夾具的組裝設(shè)計。
用計算機輔助機床夾具設(shè)計的最主要優(yōu)點就在于：用計算機控制設(shè)計程序，喲功能自動繪圖機來自動進行繪圖，大大加快了設(shè)計速度，大大加速了工藝準(zhǔn)備工作，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期；同時在設(shè)計過程中，根據(jù)需要可在光筆圖象顯示儀上隨時顯示所設(shè)計的方案圖象，并且可用光筆進行實地修改，以達到夾具設(shè)計的最佳化。
c) 開展機床夾具設(shè)計中有關(guān)問題的研究
除上面 談到的一些問題在機床夾具設(shè)計中需要加以研究之外，還有一些問題需要進一步加強眼界，以便更好地設(shè)計機床夾具。這些問題有：夾具設(shè)計中誤差（定位誤差、夾緊誤差等）的綜合分析；高精度零件檢驗夾具設(shè)計；夾具磨損極限的合理制定；夾具設(shè)計與制造工時定額的確定；夾具最佳標(biāo)準(zhǔn)件的確定；夾具設(shè)計中的尺寸與形位公差以及其它技術(shù)條件的合理制定；成組夾具的精度分析；機床夾具科學(xué)管理方法的研究；夾具定位系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)等的最佳設(shè)計程序；夾具剛度問題（尤其是可調(diào)夾具、組合夾具）的研究等等。
6.附錄：
6.1 英文原文
Cams
Various motions can be produced by the action of a cam against a follower.Mamy timing devices are operated by can action.The purpose of andy cam is to produce a displacement of its follower;a secondary follower is often .used to produce additional displacement in another location.The most popular type is the plate cam.The cylindrical type is used to transmit linear motion to a follower as the cam rotates.Three-dimensional cam are sometimes used;these provide some unusual follower motions,but also make follower design difficult.The camshaft in the automotive engine illustrates a simple but important application of a late cam.The cam assemblies in automatic record players illustrate a somewhat more complex application.
Cam profiles are accurately constructed by either praphical or mathematical methods.The transitiom from development drawings to working (shop) drawing can be made in several ways:
1.Make a full-scale template.This is desirable from the manufacturing standpoint,but it will not guarantee accurate cam profiles.
2.Use radial dimensions.This is fairly accurate,but sometimes produces layout problems in the shop.
3.Use coordinate dimensioning.This procedure will ensure accuracy.
In selecring one of these methods,one should consider the function of the cam in terms of desired preciseness.
Because the cam work outline already determined, therefore the cam structural design mainly was determines the curve outline axial thickness and the cam and the drive shaft connection way. When the work load compares the hour, curve outline axial thickness generally takes for the outline curve biggest radius of vector 1,/10 ～/5; Regarding a stress bigger important situation, must with carry on the design according to the cam contour surface from the contact intensity.
When determination cam and drive shaft joint way, should synthesize the consideration cam the assembling and dismantling, the adjustment and firmly grades the question. Regarding implementing agency more equipment, between its each execution component movement coordination usually determined by the cycle of motion chart, therefore in assembly cam gear time, the cam contour curve initial station (pushes regulation starts) the relative position to have according to the cycle of motion chart to carry on the adjustment, guarantees each execution component to be able according to the pre-set sequence synchronized action. Therefore, requests the cam in the structural design to be able to be opposite to the drive shaft carries on the rotation along the circumference direction, and reliably performs fixedly. The simplest method uses the clamping screw nail fixed cam, or with clamping screw nail pre- fixed, after treats adjusts uses the pin to be fixed again.
From structural design: from structure: When design must consider from the guidance and prevented revolves. From movement rule design: Involves many aspects from the movement rule design the questions, besides consideration rigidity impact and flexible impact, but also should maximum speed vmax which has to each kind of movement rule, maximum acceleration amax and its the influence performs the comparison. 1) vmax bigger, then momentum mv is bigger. If from is suddenly prevented, the oversized momentum can cause the enormous impulse, endangers the equipment and the personal safety. Therefore, when is bigger from the quality, in order to reduce the momentum, should choose the vmax value smaller movement rule. 2) amax bigger, is bigger. Function in high vice- contact place stress bigger, the organization intensity and the wear resistant request is also higher. Regarding high speed cam, in order to reduce the harm, should choose the amax value smaller movement rule. First states several kind of movements rules vmax, amax, the impact characteristic and the suitable situation following table regarding swings from the cam gear, its movement graph x-coordinate expression cam corner, y-coordinate then separately expresses from, angular speed and angle acceleration. This kind of movement graph has the state of motion and above is same.
From structural design: from structure: When design must consider from the guidance and prevented revolves. From movement rule design: The cam gear design basic question 1. cam gears type choice, the definite cam shape, with from maintains the high vice- contact from the shape and the movement form and the cam the way 2. from the movement rule design, according to the application situation to from the travelling schedule and the state of motion request, determines from the movement rule. 3. cam gears basic parameter design, determines from the travelling schedule, various movements angle, the cam radius, , the roller radius, the center distance, from the length and so on. 4. cam contours curve design. 5. cam gears bearing capacity computation. 6. cam gears structural design, plan organization assembly drawing and various components shop drawing
Fromstructural design: from structure: When design must consider from the guidance and prevented revolves. From movement rule design: The cam gear design basic question 1. cam gears type choice, the definite cam shape, with from maintains the high vice- contact from the shape and the movement form and the cam the way 2. from the movement rule design, according to the application situation to fromthe travelling schedule and the movement 1, the cam gear application cam gear is includes the cam the high vice- organization, the cam gear has the structure to be simple, may accurately realize request merit and so on movement rule, thus obtains the widespread application in the industrial production, specially automatic device and in the automatic control device, obtains the widespread application. 2nd, the cam gear classification according to two moves the relative motion characteristic classification between the component (1) the plane cam gear 1) the disk cam; 2) translation cam. (2) space cam gear according to from movement vice- element shape classification (1) apex from; (2) roller from (3) flat base from. Note: Classifies this part of content when the introduction cam gear, should point out each kind of cam gear the good and bad points and its the adaption situation, showed each kind of cam gear the inner link, will build the foundation for the later translation cam and the column cam contour design.
3rd, the throwout lever movement rule (1) the cam gear cycle of motion and the basic term terminology push the regulation movement angle: With from pushes the cam corner which the regulation corresponds; Far stops the angle: With from far rests the cam corner which the regulation corresponds; Return trip movement angle: With cam corner which corresponds from the return trip; Nearly stops the angle: With from nearly rests the cam corner which the regulation corresponds; Cam: Take the cam axle center as the center of a circle, take its outline slightly to diameter r0 as the radius circle; From ravelling schedule: In pushes in the regulation or the retu