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氣門搖桿軸支座零件的機械加工工藝和夾具設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
年 月 日
30
摘 要
氣門搖桿軸支座是某企業(yè)產品中的關鍵零件之一，本課題要求根據企業(yè)生產需要和氣門搖桿軸支座零件的加工要求，首先完成零件的加工工藝規(guī)程設計，在此基礎之上，選擇其關鍵工序之一進行專用夾具及加工用組合機床設計，并完成必要的設計計算。本機床所用夾具的通用性強，工件采用液壓定位夾緊，快速方便。定位采用一面一心軸的定位方式，夾緊采用液壓加緊，采用這種方式完全能夠滿足精度要求。而且簡易方便，制造成本低，通用性好。由于氣門搖桿軸支座的生產量比較大，為了保證產品質量，提高加工效率，需要對其加工工藝進行優(yōu)化設計，并在關鍵工序使用組合機床或專用機床進行加工。
通過設計，綜合運用了大學期間的多數基礎和專業(yè)知識，加深所學知識體系，掌握了運用各項繪圖軟件進行設計的方法和技巧,熟悉了工程應用設計。
關鍵詞 氣門搖桿軸支座 零件分析 工藝路線 夾具設計 機床
Abstract
The axile bush is one of the key parts of an enterprise products, this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod and modular machine tool of the axile bush.The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform,so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the function of processing the surplus , cutting force and internal stress progressively , revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally .As the output of the axile bush is very large ,it is need to make optimal design for the machining technology and use modular machine tool for pivotal machining process ,to ensure product quality and to improve the processing efficiency.
Through this design,the knowledge of more basic and specialty was synthetically applited.The system of knowledge we learned was intensified.Controlled to make use of various method and techniques that the painting software carry on a design,the design of engineering application was known well.
Keywords Axile Bush Precision Processing Technology Design of Clamping Device Modular Machine Tool
目 錄
摘 要 II
Abstract 1
目 錄 2
1 引言 4
1.1 機械制造業(yè)及其現狀 4
1.2 機械制造業(yè)的發(fā)展趨勢 5
1.3 設計目的 5
2 零件工藝性分析 7
2.1 零件的作用 7
2.2 零件的工藝分析 7
3 毛坯的選擇 8
3.1 毛坯的種類 8
3.2 確定毛坯是應考慮到的因素 8
3.3 確定毛坯時的幾項工藝措施 8
3.4 毛坯的確定 8
4 工藝規(guī)程設計 10
4.1 工藝規(guī)程的作用 10
4.2 定位基準的選擇 10
4.3 制定工藝路線 11
4.4 毛坯尺寸的確定與機械加工余量 12
4.5 確定切削用量及基本工時 12
4.6定位誤差分析 16
5 夾具的設計 16
6 鏜20孔夾具設計 19
6.1 研究原始質料 19
6.2 定位、夾緊方案的選擇 19
6.3切削力及夾緊力的計算 19
6.4 誤差分析與計算 21
6.5定位銷選用 22
6.6 夾具設計及操作的簡要說明 22
7 銑32外圓端面夾具設計 22
7.1問題的提出 23
7.2夾具的設計 23
7.2.1 定位基準的選擇 23
7.2.2夾緊裝置的設計 23
7.2.3切削力及夾緊力的計算 23
7.2.4定位誤差分析 25
7.2.5 定向鍵與對刀裝置設計 25
7.3夾具裝配圖的繪制 27
結束語 28
參 考 文 獻 29
致 謝 30
1 引言
機械加工工藝是規(guī)定產品或零件機械加工工藝過程和操作方法，是指導生產的重要的技術性文件。它直接關系到產品的質量、生產率及其加工產品的經濟效益，生產規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝來體現，因此工藝規(guī)程編制的好壞是生產該產品的重要保證和重要依據。夾具結構設計在加深對課程基本理論的理解和加強對解決工程實際問題能力的培養(yǎng)方面發(fā)揮極其重要的作用[1]。
利用更好的夾具可以保證加工質量，機床夾具的首要任務是保證加工精度，特別是保證被加工工件的加工面與定位面以及被加工表面相互之間的位置精度；提高生產率、降低成本，使用夾具后可以減少劃線、找正等輔助時間，且易于實現多工位加工[2]。擴大機床工藝范圍，在機床上使用夾具可使加工變得方便，并可擴大機床工藝范圍。減輕工人勞動強度，保證安全生產。為了讓夾具有更好的發(fā)展，夾具行業(yè)應加強產、學、研協作的力度，加快用高新技術改造和提升夾具技術水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網站，充分利用現代信息和網絡技術，與時俱進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術。
?1.1 機械制造業(yè)及其現狀
在國民經濟的各條戰(zhàn)線上廣泛使用著大量的機械、機床、工具、儀器、儀表等工藝裝備。這些工藝裝備的制造過程總稱為機械制造，生產這些工藝裝備的工業(yè)即是機械制造業(yè)[3]。機械制造業(yè)的主要任務就是圍繞各種工程材料的加工技術，研究其工藝，并設計和制造各種工藝裝備。
機械制造業(yè)是國民經濟的基礎和支柱，是向其他各部門提供工具、儀器和各種機械設備的技術裝備部。據西方工業(yè)國家統(tǒng)計，機械制造業(yè)創(chuàng)造了60%的社會財富，完成45%的國民經濟收入。如果沒有機械制造業(yè)提供質量優(yōu)良、技術先進的技術裝備，那么信息技術、新材料技術、海洋工程技術、生物工程技術、以及空間技術等新技術群的發(fā)展將會受到嚴重的制約。因此，一個國家的經濟競爭歸根結底是機械制造業(yè)的競爭，機械制造業(yè)的發(fā)展水平是衡量一個國家經濟實力和科學技術水平的重要標志之一。
機械制造業(yè)是一個歷史悠久的產業(yè)，經歷了一個漫長發(fā)展過程。蒸汽機和電力的兩次工業(yè)革命使機械制造業(yè)發(fā)生了巨大變革，世界各國都逐漸充分重視、發(fā)展和應用機械制造技術。經過建國五十多年的發(fā)展，機械工業(yè)已經成為我國工業(yè)中產品門類比較齊全，具有相當規(guī)模和一定技術基礎的支柱產業(yè)之一。改革開放以來，機械工業(yè)引進了大量的國外先進技術，加上國內自行研究開發(fā)的成果，使機械產品的結構正向合理化方向發(fā)展，對市場的適應能力日益明顯增強。
但是，與工業(yè)發(fā)達國家相比，我國的機械制造仍存在階段性的差距。集中表現為制造技術的落后——在設計方法和手段、制造工藝、制造過程自動化及管理技術諸方面都明顯落后于工業(yè)發(fā)達國家。制造技術的落后嚴重制約了機械工業(yè)的進一步發(fā)展，使我國機械傳動工業(yè)的技術來源大部分依賴引進國外技術，全員勞動生產率低，機械產品質量差，可靠性低，缺乏競爭力[4]。
1.2 機械制造業(yè)的發(fā)展趨勢
1.2.1 常規(guī)工藝的不斷優(yōu)化
常規(guī)工藝優(yōu)化的方向是實現高效化、精密化、強韌化、輕量化，以形成優(yōu)質高效、低耗、少（無）污染的先進實用工藝為主要目標，同時實現工藝設備、輔助工藝、工藝材料、檢測控制系統(tǒng)的成套工藝服務，使優(yōu)化工藝易于為企業(yè)采用[5]。
1.2.2 新型加工方法的不斷出現和發(fā)展
包括精密加工和超精密加工、微細加工、特種加工及高密度能加工、新硬材料加工技術、表面功能性覆蓋技術和復合加工，以適應機械產品更新換代對制造工藝提出的更高、更新的制造模式。
1.2.3 自動化等高新技術與工藝的精密結合
微電子、計算機和自動化技術與工藝及設備的相結合，使傳統(tǒng)工藝面貌產生顯著、本質的變化，如生產線自動控制、在線檢測自適應控制、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助夾具設計、計算機輔助裝備工藝設計和智能制造系統(tǒng)等。
中國的機械制造工業(yè)任重而道遠，我們必須不斷開拓進取，改進制造技術，使制造業(yè)達到一個新的高度。
1.3 設計目的
現代機械制造工藝設計是機械類專業(yè)學生在學完了《機械制造技術基礎》等技術基礎和專業(yè)課理論之后進行的一個實踐教學環(huán)節(jié)。其目的是鞏固和加深理論教學內容，培養(yǎng)學生綜合運用所學理論，解決現代實際工藝設計問題的能力。通過工藝規(guī)程及工藝裝備設計，學生應達到：
（1） 掌握零件機械加工工藝規(guī)程設計的能力；
（2） 掌握加工方法及其機床、刀具及切削用量等的選擇應用能力；
（3） 掌握機床專用夾具等工藝裝備的設計能力；
（4） 學會使用、查閱各種設計資料、手冊和國家標準等，以及學會繪制工序圖、夾具總裝圖，標注必要的技術條件等。
2 零件工藝性分析
2.1 零件的作用
氣門搖桿軸支座是柴油機一個主要零件。是柴油機搖桿座的結合部，?20孔裝搖桿軸，軸上兩端各裝一進氣門搖桿，搖桿座通過兩個?13mm孔用M12螺桿與汽缸蓋相連，3mm軸向槽用于鎖緊搖桿軸，使之不轉動。
2.2 零件的工藝分析
由附圖1得知，其材料為HT200。該材料具有較高的強度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應力，要求耐磨的零件。
該零件上主要加工面為上端面、下端面，左、右端面，2-φ13mm孔和φ20mm以及3mm軸向槽的加工。φ20mm孔的尺寸精度與下端面0.05mm的平行度與左右兩端面孔的尺寸精度，直接影響到進氣門與排氣門的傳動精度及密封，2—?13mm孔的尺寸精度，以上下兩端面的平行度0.05mm。因此，需要先以下端面為粗基準加工上端面，再以上端面為粗基準加工下端面，再把下端面作為精基準，最后加工φ20mm孔與左右兩端面時以下端面為定位基準，以保證孔軸線與兩端面相對下端面的位置精度。
由參考文獻[1]中有關孔的加工的經濟精度機床能達到的位置精度可知上述要求可以達到的零件的結構的工藝性也是可行的。
3 毛坯的選擇
3.1 毛坯的種類
毛坯的種類主要有碳鋼、合金鋼、不銹鋼與耐熱鋼、鑄鐵與黃銅、青銅、鋁合金；在選擇毛坯的制造方法時，首先考慮材料的工藝特性，如鑄鐵不能鍛造，這類材料只能選擇鑄造；高碳鋼的鑄造性和焊接性都較差，一般都采用鍛造。
3.2 確定毛坯是應考慮到的因素
在確定毛坯時應考慮以下因素：
(1)零件的材料及其力學性能
當零件的材料選定之后，毛坯的類型就大體確定了。例如，材料為鑄鐵的零件，自然應選擇鑄造毛坯；而對于重要的鋼質零件，力學性能要求高時，可選擇鍛造毛坯。
(2)零件的結構和尺寸
形狀復雜的毛坯常采用鑄件，但對于形狀復雜的薄壁件，一般不能采用砂型鑄造；對于一般用途的階梯軸，如果各段直接相差不大，力學性能要求不高時，可選擇棒料做毛坯，倘若各段直徑相差較大，為了節(jié)省材料，應選者鍛件[6]。
(3)生產類型
當零件的生產批量較大時，應采用精度和生產率都比較高的毛坯制造方法，這時毛坯制造增加的費用可由材料費減少的費用以及機械加工減少的費用來補償。
(4)現有生產條件
選擇毛坯類型時，要結合本企業(yè)的具體生產條件，如現場毛坯制造的實際水平和能力，外協的可靠性等。
(5)充分考慮利用新技術，新工藝和新材料的可靠性
為了節(jié)約材料和能源，減少機械加工余量，提高經濟效益，只要有可能，就必須盡量采用精密鍛造，精密鑄造，冷擠壓。粉末冶金和工程塑料等新工藝，新技術和新材料[7]。
3.3 確定毛坯時的幾項工藝措施
實現少切削，無切削加工，是現代機械制造技術的發(fā)展趨勢。但是，由于毛坯制造技術的限制，加之現代機器對精度和表面質量的要求越來越高，為了保證機械加工能達到質量要求，毛坯的某些表面仍需留有加工余量。加工毛坯時，由于一些零件形狀特殊，安裝和加工不大方便，必須采取一定的工藝措施才能進行機械加工。
3.4 毛坯的確定
零件材料是HT15-33。零件年產量是大批量,而且零件加工的輪廓尺寸不大,在考慮提高生產率保證加工精度后可采用鑄造成型，采用方法為砂模機器造型。零件形狀并不復雜，因此毛坯形狀可以與零件的形狀盡量接近，內孔不鑄出。
4 工藝規(guī)程設計
對于機器中的某一零件，可以采用多種不同的工藝過程完成。在特定條件下，總存在一種相對而言最為合理的工藝規(guī)程，將這個工藝規(guī)程用工藝文件的形式加以規(guī)定，由此得到的工藝文件統(tǒng)稱工藝規(guī)程[8]。
4.1 工藝規(guī)程的作用
工藝規(guī)程是生產準備、生產組織、計劃調度的主要依據，是指導工人操作的主要技術文件，也是工廠和車間進行設計或技術改造的重要原始資料。工藝規(guī)程的制訂須嚴格按照規(guī)定的程序和格式進行，并隨技術進步和企業(yè)發(fā)展，定期修改完善。
(1)根據機械加工工藝規(guī)程進行生產準備（包括技術準備）。在產品投入生產以前，需要做大量的生產準備和技術準備工作，例如，關鍵技術的分析與研究；刀、夾、量具的設計、制造或采購；設備改裝與新設備的購置或定做等。這些工作都必須根據機械加工工藝規(guī)程來展開。
(2)機械加工工藝規(guī)程是生產計劃、調度、工人的操作、質量檢查等的依據。
(3)新建或擴建車間(或工段),起原始依據也是機械加工工藝規(guī)程，根據機械加工工藝規(guī)程確定機床的種類和數量，確定機床的布置和動力配置，確定生產面積的大小和工人的數量。
4.2 定位基準的選擇
定位基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，定位基準選擇得正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得以提高，否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產無法正常進行。
粗基準的選擇：考慮到以下幾點要求，選擇零件的重要面和重要孔做基準。在保證各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量盡量均勻，此外，還要保證定位夾緊的可靠性，裝夾的方便性，減少輔助時間，所以粗基準為上端面。加工左右兩端平面時，為了保證位置度求，采用一面兩孔定位，限制六個自由度，用下端面與兩φ13孔作為定位基準。鏜削?20mm孔的定位夾緊方案為：用一菱形銷加一圓柱銷定位兩個?13mm的孔，再加上底面定位實現，兩孔一面完全定位，這種方案適合于大批生產類型中。
精基準的選擇：主要考慮基準重合問題，氣門搖桿軸支座的下端面既是裝配基準又是設計基準，用它作為精基準，能使加工遵循基準重合的原則。?20孔及左右兩端面都采用底面做基準，這使得工藝路線又遵循“基準統(tǒng)一”的原則，下端面的面積比較大，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案也比較簡單，可靠，操作方便。
4.3 制定工藝路線
制定工藝路線應該使零件的加工精度（尺寸精度、形狀精度、位置精度）和表面質量等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已經確定為大批生產的條件下，可以考慮采用通用機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。還有，應當考慮經濟效果，以便降低生產成本[9]。
4.3.1 工藝路線方案一
工序Ⅰ 鑄造
工序Ⅱ 涂漆
工序Ⅲ 車上端面
工序Ⅳ 鉆兩φ13通孔
工序Ⅴ 精銑下端面
工序Ⅵ 銑右端面
工序Ⅶ 鉆通孔￠18mm
工序Ⅷ 鏜孔φ20mm，孔口角1×45度
工序Ⅸ 銑左端面
工序Ⅹ 銑軸向槽
工序Ⅺ 檢驗
工序Ⅻ 入庫
4.3.2 工藝路線方案二
工序Ⅰ 鑄造
工序Ⅱ 時效
工序Ⅲ 涂漆
工序Ⅳ 銑上端面
工序Ⅴ 粗,精銑下端面
工序Ⅵ 鉆兩φ13通孔
工序Ⅶ 銑右端面
工序Ⅷ 鉆通孔φ18
工序Ⅸ 鏜孔到φ20，孔口倒角1×45度
工序Ⅹ 銑左端面
工序Ⅺ 銑軸向槽
工序Ⅻ 檢驗
工序ⅩⅢ 入庫
4.3.3 工藝方案的比較與分析
因左右兩端面均對φ20mm孔有較高的位置要求，故它們的加工宜采用工序集中原則，減少裝次數，提高加工精度。根據先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原則，將端面的精銑和下端面的粗銑放在前面，下端面的精銑放在后面，每一階段要首先加工上端面后鉆孔，左右端面上φ20mm孔放后面加工。初步擬訂加工路線方案一。方案一遵循了工藝路線擬訂的一般原則，但某些工序還有一些問題還值得進一步討論。如車上端面，因工件和夾具的尺寸較大，在臥式車床上加工時，它們慣性力較大，平衡困難；又由上端面不是連續(xù)的圓環(huán)面，車削中出現斷續(xù)切削容易引起工藝系統(tǒng)的震動，故改動銑削加工。工序05應在工序06前完成，使上端面在加工后有較多的時間進行自然時效，減少受力變形和受熱變形對2—?13mm通孔加工精度的影響。
通過以上的兩工藝路線的優(yōu)、缺點分析，最后確定工藝路線方案一為該零件的加工路線。該工藝過程詳見附表１和附表2，機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片。
4.4 毛坯尺寸的確定與機械加工余量
?由于本零件材料為灰鑄鐵，由《工藝手冊得》，毛坯為雙側加工，MA為G，加工精度為8到10級，這里選取9級。則，由《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-4得：
零件延軸線方向的加工余量為：2x2.5mm=5mm
Ф100徑向加工余量為6mm，軸向加工余量為2x2.5mm=5mm
Ф90徑向加工余量為2x2.5mm=5mm，軸向加工余量為2x2.5mm=5mm
Ф45徑向加工余量為2x2.5mm=5mm
由《機械零件工藝性手冊》表：2-64得：Ф100，Ф90柱體圓角為：R=2mm；右端Ф45的圓角為：R=4mm；鑄件上的過渡部分尺寸確定為：R=5mm，C=3mm，H=15mm。
由以上資料得出毛坯尺寸圖。
4.5 確定切削用量及基本工時
在工藝文件中還要確定每一工步的切削用量。
(1)切削用量指：背吃刀量asp(即切削深度ap、進給量f及切削速度Vc 。
(2)確定方法是：確定切削深度——>確定進給量——>確定切削速度．
(3)具體要求是：
①由工序或工步余量確定切削深度：精、半精加工全部余量在一次走刀中去除
在中等功率機床上一次走刀ap可達8mm～10mm。
②按本工序或工步加工表面粗糙度確定進給量：對粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初選進給量后還要校驗機床進給機構強度。
③可用查表法或計算法得出切削速度Vc查，用公式 換算出查或計算法所得的轉速nc查，根據Vc查在選擇機床實有的主軸轉速表中選取接近的主軸轉速n機作為實際的轉速，再用 換算出實際的切削速度Vc機填入工藝文件中。
對粗加工，選取實際切削速度Vc機實際進給量f機和背吃刀量asp之后，還要校驗機床功率是否足夠等，才能作為最后的切削用量填入工藝文件中。
工序1 鉆2個φ13mm孔
(1)加工條件
工件材料：HT200正火，бb=220MPa，190～220HBS
加工要求：鉆擴孔φ13mm
機床選擇：選用立式鉆床Z525（見《工藝手冊》表4.2-14）
(2)確定切削用量及基本工時
選擇φ13mm高速鋼錐柄標準麻花鉆（見《工藝手冊》P84）
d=13 L=238mm L1=140mm
f機=0.48mm/r (見《切削手冊》表2.7和《工藝手冊》表4.2-16)
Vc查=13m/min （見《切削手冊》表2.15）
按機床選取n機=195r/min（按《工藝手冊》表4.2-15）
所以實際切削速度： m/min.
基本工時:l=80mm l2=1mm～4mm(取4mm)
按《工藝手冊》表6.2-5公式計算1.24（min）
工序2 粗、精銑左右端面
(1) 粗銑
(a) 選擇刀具：
根據《工藝手冊》表3.1-27，選擇用一把YG6硬質合金端銑刀，其參數為：銑刀外徑d0=100mm，銑刀齒數Z=10。
(b)確定銑削深度a p：
單邊加工余量Z=2±0.27，余量不大，一次走刀內切完，則：a =２mm
(C)確定每齒進給量fz:
根據《切削手冊》表3.5，用硬質合金銑刀在功率為4.5kw的X51銑床加工時，選擇每齒進給量fz=0.14～0.24mm/z，由于是粗銑，取較大的值?，F?。篺z=0.18mm/z
(d） 選擇銑刀磨鈍標準及刀具耐用度：
根據《切削手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.0mmm～1.5mm，現取1.2mm，根據《切削手冊》表3.8銑刀直徑d0=100mm的硬質合金端銑刀的耐用度T=180min。
(e） 確定切削速度Vc：
根據《切削手冊》表3.16可以查Vc：由 ap=２mm fz=0.18mm/z，查得
Vc=77mm/z n=245mm/z V?=385mm/z
根據X1632型立銑床說明書（表4.2-35）nc=255 r/min Vc=400 mm/min (橫向)
(f） 計算基本工時：l=47mm l2=2 T=0.14min
(2)精銑
(a) 選擇刀具：
根據《工藝手冊》表3.1-27，選擇用一把YG6硬質合金端銑刀，銑刀外徑d0=100mm，銑刀齒數Z=10
(b) 確定銑削深度ap：
由于單邊加工余量Z=1，故一次走刀內切完，則：a p= 1 mm
(c) 確定每齒進給量fz：
由《切削手冊》表3.5，用硬質合金銑刀在功率為4.5kw的X51銑床加工時，選擇每齒進給量fz=0.14 mm/z～0.24mm/z，半精銑取較小的值?，F取：fz=0.14mm/z
(d) 選擇銑刀磨鈍標準及刀具耐用度：
根據《切削手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.0mm～1.5mm，現取1.2mm，根據《切削手冊》表3.8銑刀直徑d0=100mm的硬質合金端銑刀的耐用度T=180min。
(e) 確定切削速度Vc：
根據《切削手冊》表3.16可以查Vc：由 ap≤4mm ?z=0.14mm/z，查得：
Vc=110mm/z n=352mm/z V?=394mm/z
根據X1632型立銑床說明書（表4.2-35）nc=380 r/min V?c=400 mm/min (橫向)
(f) 計算基本工時：l=40 mm l2 =2mm
? 所以本工序的基本時間為：T=t1+t2=0.14+0.12=0.26min
工序3 粗鏜φ18工序
φ18粗鏜余量參考文獻[1]表3－83取粗鏜為1.8mm，粗鏜切削余量為0.2mm,鉸孔后尺寸為20H8。
孔軸線到底面位置尺寸為60mm，精鏜后工序尺寸為20.02±0.08mm，與下底面的位置精度為0.05mm，與左右端面的位置精度為0.06mm，且定位夾緊時基準重合，故不需保證。0.06mm跳動公差由機床保證。
工序4 鉆孔φ18mm
選擇φ18mm高速鋼錐柄標準麻花鉆（見《工藝手冊》P84）
d=18 L=238mm L1=140mm
f機=0.48mm/r (見《切削手冊》表2.7和《工藝手冊》表4.2-16)
Vc查=13m/min （見《切削手冊》表2.15）
按機床選取n機=195r/min（按《工藝手冊》表4.2-15）
所以實際切削速度：
基本工時：
l=80mm l2=1mm～4mm(取4mm)
按《工藝手冊》表6.2-5公式計算 1.10min
粗鏜孔時因余量為1mm,故ap=1mm,
查文獻[1]表2.4-8
取V=0.4m/s=24m/min
取進給量為f=002mm/r
n=1000V/πd=1000×24/3.14×20=380r/min
查文獻[1]得
pm=FzV×10-3
CF2=180,
XFz=1
Yfz=0.75
nFz=0
Rfz=9.81×60°×180×2.75ˊ×0.2×0.75×0.4°×1
=1452 N
P=0.58 kw
取機床效率為0.85
0.78×0.85=0.89kw>0.58kw
故機床的功率足夠。
下面計算工序09的時間定額
粗鏜時：L/(f×n)=45/0.2×380=7.5s
精鏜時：f取0.1mm/s
L/(f×n)=45/0.1×380=15s
總機動時間：T=7.5+15=0.38min
4.6定位誤差分析
本夾具選用的定位元件為一面兩V型塊定位。其定位誤差主要為：
（1）移動時基準位移誤差
（2）轉角誤差
其中：
5 夾具的設計
5.1 機床夾具的基本組成部分
(1)定位元件及定位裝置,它與工件的定位基準相接處，用于確定工件在夾具中的正確位置，從而保證加工時工件相對于刀具和機床加工運動之間的相對正確位置。
(2)對刀及引導元件,這些元件的作用是保證工件與刀具之間的正確位置，用于確定刀具在加工前正確位置的元件，稱為對刀元件。用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件，稱為引導元件[10]。
(a)夾緊裝置,用于加緊工作,在切削時使使工件在夾具中保持既定位置。
(b)聯接元件,用以確定夾具在機床上的位置并于機床相連接
(c)夾具體,用以聯接夾具各元件或裝置，使之成為一個整體，并通過它將夾具安裝在機床上。
(d)其他聯接或裝置,除上述元件或裝置以外的元件或裝置。如某些夾具上的分度裝置、防錯裝置、安全保護裝置、為便于拆下工件而設置的頂出器等。
5.1.2 機床夾具的作用
(1)保障加工質量
使用機床夾具的首要任務是保證加工精度，特別是保證被加工工件加工面與定位面之間以及被加工表面互相之間的位置精度。使用機床夾具后,這種精度主要是靠夾具和機床來保證,不再依賴于工人的技術水平。
(a)提高生產效率,降低生產成本
使用夾具后可以減少劃線、找正等輔助時間，而且易實現多件、多工位加工?，F代機床夾具中廣泛采用氣動、液壓等機動夾緊裝置,可使輔助時間進一步減少。
(b)擴大機床工藝范圍
在機床上使用可使加工變得方便，并可擴大機床的工藝范圍。例如，在車床或鉆床上使用鏜膜，可以代替鏜床鏜孔。又如,使用靠模夾具，可在車床或銑床上進行仿形加工。
(c)減輕工人勞動強度，保證安全生產。
5.2 機床夾具的分類
按機床夾具的使用范圍，可劃分為5種類型
(1)通用夾具，如車床上常用的三爪自定心卡盤、頂尖，銑床上常用的平口鉗、分度頭、回轉工作臺等均屬此類夾具。該類夾具由于具有較大的通用性，故得其名。通用夾具一般以標準化，并有專門的專業(yè)工廠生產，常作為機床的標準附件提供給用戶。
(2)專用夾具，這類夾具是針對某一工件的某一工序而專門設計的，因其用途專一而得名。專用夾具廣泛用于批量生產中。
(3)可調整夾具和成組夾具，這類夾具的特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調整，以適應不同的零件的加工。用于相似零件成組加工的夾具，通常稱為成組夾具。與成組夾具相比，可調整夾具的加工對象不很明顯，適用范圍更廣一些。
(4)組合夾具，這類家具有一套標準化的元件，根據零件的加工要求拼裝而成，不同元件的不同組合和聯接可構成不同結構和用途的夾具。夾具用完以后，元件可以拆卸重復使用。這類夾具特別適合于新產品試制和小批生產。
(5) 隨行夾具，這是一種在自動線或柔線制造系統(tǒng)中使用的夾具。工件安裝在隨行夾具上，除完成對工件的定位和夾緊外，還裝載著工件隨輸送裝置送往各機床，并在機床上被定位夾緊。
為提高生產效率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用的夾具。根據我們所需加工的零件，由于其結構較為特殊，一般機床的通用夾具較難以定位及夾緊，因此每道工序都運用專用夾具來加工，加工本零件所需的專用夾具為四個。
5.1.4 夾具設計的基本要求
一臺優(yōu)良的機床必須滿足下列基本要求：
(1)保證工件的加工精度,保證加工精度的關鍵，首先在于正確的選定定位基準，定位方法和定位元件，必要時還需要進行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零件的結構對加工精度的影響，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。
(2)提高生產效率,專用夾具的復雜程度應與生產綱領相對應，應盡量采用各種快速高效的裝夾機構，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產效率[11]。
(3)工藝性能好,專用夾具的結構應力求簡單、合理，便于操作、裝配、調整、檢驗、維修等。
(4)使用性能好,專用夾具的操作應簡便，省力，安全可靠。在客觀條件允許且又經濟適用的前提下，應盡可能采用氣動、液壓等機械化夾具裝置，以減輕操作者的勞動強度。
5.1.5 夾具設計規(guī)范化的意義
研究夾具設計規(guī)范化程序的主要目的在于：
(1)保證設計質量，提高生產效率，夾具設計質量主要表現在
(a)設計方案與生產綱領的適應性；
(b)高位設計與定位副設置的相容性；
(c)夾具設計技術經濟指標的先進性；
(d)精度控制項目的完備性以及各種控制項目公差數值規(guī)定的合理性；
(e)夾具結構設計的工藝性；
(f)家具制造成本低經濟型。
有了規(guī)范的設計程序，可以指導設計人員有步驟、有計劃、有條理的進行工作，提高設計效率，縮短設計周期。
(2)有利于計算機輔助設計，有了規(guī)范化的設計程序，就可以利用計算機進行輔助設計，實現優(yōu)化設計，減輕設計人員的負擔。有利于計算機進行輔助設計，除了進行精度設計之外，還可以尋找最佳夾緊狀態(tài)，利用有限對零件的強度、剛度進行設計計算，實現包括繪圖在內的設計過程的全部計算機控制。
(3)有利于初學者盡快掌握夾具設計的方法。近年來，關于夾具設計的理論、研究和實踐經驗總結已日漸完備，在此基礎上總結出來的夾具規(guī)范化設計程序，使初級夾具設計人員的設計工作提高到了一個新的科學化水平[12]。
6 鏜20孔夾具設計
6.1 研究原始質料
利用本夾具主要用來加工鏜孔Φ20孔，加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產率和降低勞動強度。
6.2 定位、夾緊方案的選擇
由零件圖可知：在對鏜孔Φ20孔行加工前，底平面進行了粗、精銑加工，底面孔進行了鉆、擴加工。因此，定位、夾緊方案有：
選一面兩銷定位方式，工藝孔用短圓柱銷，用棱形銷定位，夾緊方式用操作簡單，通用性較強的移動壓板來夾緊。
鏜孔Φ20孔時為了使定位誤差達到要求的范圍之內，采用一面兩銷的定位方式，這種定位在結構上簡單易操作。一面即底平面。
6.3切削力及夾緊力的計算
鏜刀材料：（硬質合金鏜刀）
刀具的幾何參數：
由參考文獻[5]查表可得：
圓周切削分力公式：
式中
查[5]表得： 查[5]表 取
由表可得參數：
即：
同理：徑向切削分力公式 ：
式中參數：
即：
軸向切削分力公式 ：
式中參數：
即：
根據工件受力切削力、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，再乘以安全系數作為實際所需夾緊力的數值。即：
安全系數K可按下式計算有：：
式中：為各種因素的安全系數，查參考文獻[5]表可得：
所以有：
該孔的設計基準為中心軸，故以回轉面做定位基準，實現“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考慮在內，安全系數
實際所需夾緊力：由參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表得：
安全系數K可按下式計算，由式（2.5）有：：
式中：為各種因素的安全系數，見參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表 可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用螺旋夾緊機構。
6.4 誤差分析與計算
該夾具以一面兩銷定位，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。
與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
⑴ 兩定位銷的定位誤差 ：
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，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
6.5定位銷選用
本夾具選用一可換定位銷和棱形銷來定位，其參數如下表：
表3.1 定位銷
d
H
D
公稱尺寸
允差
8
16
15
～0.011
22
5
1
4
M12
4
6.6 夾具設計及操作的簡要說明
為提高生產率，經過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機構）。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現象，選用可換定位銷。以便隨時根據情況進行調整換取。
7 銑32外圓端面夾具設計
由于生產類型為成批，大批生產，要考慮生產效率，降低勞動強度，保證加工質量，故需要設計專用夾具。
7.1問題的提出
本次設計選擇設計銑32外圓端面夾具。該工序加工的精度要求較高。工夾具設計應首先滿足這些要求，并保證較高的生產效率，還應考慮夾具零件制造的工藝性和生產經濟性，加工過程中夾具的操作應方便，定位夾緊穩(wěn)定可靠，夾具體應具有較好的剛性。
7.2夾具的設計
7.2.1 定位基準的選擇
根據圖紙要求，為保證加工質量，工序基準應與設計基準相同。選擇底面作為基準。
工序基準面是底平面，定位面為環(huán)行突臺面，限制3個自由度，孔采用定位銷定位，由于通過孔夾緊，定位銷與夾緊件做成整體。限制2個自由度，還有一個繞孔軸線旋轉自由度，采用一個可調支承，支承于圓柱端面，除限制自由度達到完全定位外，還能提高夾具系統(tǒng)剛性。
7.2.2夾緊裝置的設計
根據夾緊力方向的原則
（1），夾緊力的作用方向不應破壞工件的既定位置。
（2），夾緊力的作用方向應使所需夾緊力盡可能?。?
（3），夾緊力的作用方向應使工件的夾緊變形最小。
根據夾緊力作用點的原則
（1），夾緊力的作用點應正對夾具定位支承元件或位于支承元件所形成的穩(wěn)定受力區(qū)域內，以免工件產生位移和偏轉；
（2），夾緊力的作用點應在工件剛性較好的部位上，以使夾緊變形盡可能少，有時可采用增大工件受力面積或合理布局夾緊點位置等措施來實現；
（3），夾緊力的作用點應盡可能靠近工件的加工表面，以保證夾緊力的穩(wěn)定性和可靠性，減小工件的夾緊力，防止加工過程產生振動。
7.2.3切削力及夾緊力的計算
刀具：錯齒三面刃銑刀（硬質合金）
刀具有關幾何參數：
由參考文獻[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式：
有：
根據工件受力切削力、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，再乘以安全系數作為實際所需夾緊力的數值，即：
安全系數K可按下式計算：
式中：為各種因素的安全系數，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數：
由此可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
查參考文獻[5]1～2～26可知移動形式壓板螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算有：
式中參數由參考文獻[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機構，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如2.1.
由表得：原動力計算公式
即：
由上述計算易得：
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
7.2.4定位誤差分析
定位誤差是指由于定位不準引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工誤差。對夾具設計中采用的定位方案，只要可能產生的定位誤差小于工件相應尺寸或位置公差的三分之一，或滿足裝夾+對定+過程≤T，即可認為定位方案符合加工要求。
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。
與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
(1) 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，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
7.2.5 定向鍵與對刀裝置設計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產生的扭轉力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據GB2207—80定向鍵結構如圖所示：
圖5.1 夾具體槽形與螺釘
根據T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結構尺寸如表5.4：
表5.4 定向鍵
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱尺寸
允差d
允差
公稱尺寸
允差D
18
～0.012
～0.035
25
12
4
12
4.5
18
+0.019
5
對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。
塞尺選用平塞尺，其結構如圖5.3所示：
圖5.3 平塞尺
塞尺尺寸參數如表5.5：
表5.5 塞尺
公稱尺寸H
允差d
C
3
～0.006
0.25
7.3夾具裝配圖的繪制
夾具的具體各部分設計完成后，將夾具裝配圖畫于A0圖紙上，部分主要零件也單獨畫于A3，A1圖紙上，見附圖。
如前所述，應該注意提高生產率，但該夾具設計采用了手動夾緊方式，在夾緊和松開工件時比較費時費力。由于該工件體積小，經過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋夾緊機構）。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
結束語
畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和參考過程.
回顧這次畢業(yè)設計,從選題到定稿,從理論到實踐,在這段畢業(yè)設計期間里,可以說得是苦多于甜.通過本次畢業(yè)設計,不僅鞏固了以前所學過的知識,而且學到了很多在書本上沒有學到過的知識.
對我來說,收獲最大的是方法和能力-----那些反系和解決問題的方法和能力.在整個設計過程中,我發(fā)現我們這些學生最缺少的是經驗,沒有感性的認識,空有理論知識,有些東西很可能與實際脫節(jié).此次設計需要我們將學過的相關知識都系統(tǒng)地聯系起來,從中暴露出自身的不足,以待改進.通過這次畢業(yè)設計,我懂得了理論與實際相結合是很重要的-----只有理論知識是遠遠不夠的,只有把所學的理論知識與實踐相結合起來,從理論中得出結論,才能真正為社會服務,從而提該自己的實際動手能力.
在設計的過程中遇到問題，可以說是困難重重.在設計的過程中也發(fā)現了自己的不足之處:對以前所學過的知識理解的不夠深刻,掌握的不夠牢固.通過這次畢業(yè)設計之后,有把以前所學過的知識重新溫故.
這次畢業(yè)設計使我受益匪淺,為我以后的學習和工作打下了一個堅實而良好的基礎.在此衷心感謝各位老師的幫助和指導.
參 考 文 獻
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致 謝
經過近四個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個大學生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周的地方，如果沒有指導老師的督促指導，以及一起工作學習的同學、朋友們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。
在這里，首先要感謝的是我的指導老師。指導老師雖然工作繁忙，但是每周都不辭辛苦抽出時間指導和檢查督促我們做畢業(yè)設計，老師平日也是工作繁忙，但是在我做畢業(yè)設計的每個階段，從開題報告到查閱資料，從設計草案的確定、修改，到中期檢查，再到后期詳細設計，裝備草圖等等整個過程中兩位老師都給予我悉心的指導。除了敬佩老師的專業(yè)水平以外，王教授治學嚴謹的態(tài)度，吳老師科學研究的精神是永遠值得我學習的榜樣，并會一直積極影響我今后的工作和學習。
其次我要感謝我的父母和與我一起做畢業(yè)設計的同學們。父母給了我強大的精神動力，同學們在本次設計中勤奮工作克服許多困難來完成此次設計，并分擔了許多工作。如果沒有他們的支持和努力，此次設計的過程將變得非常困難。
我還要感謝的是學校圖書館的開放，讓我們有足夠的資料可以參考，查閱。還要感謝四年以來所有的老師，為我打下了機械專業(yè)知識的基礎；同時感謝所有的同學們，正因為有了你們的支持，本次畢業(yè)設計才會順利完成。
通過畢業(yè)設計，使我對機械加工工藝這門課程進一步加深了理解。對于各方面知識之間的相互聯系有了實際的體會。同時也深深感到自己初步掌握的知識與實際需要還有相當的距離，還需進一步的學習和實踐。
本設計由于時間緊和對知識掌握的程度有限，在設計上不很周詳，許多應該考慮的因素可能沒有體現出來。在設計過程中，我得到了老師的精心指導和各方面的幫助，才得以順利進行，在這里再次表達我對王教授和吳老師的謝意。
最后感謝學院四年來對我的培養(yǎng)！