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陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院
目錄
概述 1
第一章 零件的分析 3
1.1 零件的工藝性分析 5
1.1.1 加工方法的選擇..............................................................................................5
1.1.2 保證星輪表面位置精度的方法.........................................................................5
1.1.3 防止星輪變形的工藝措施................................................................................5
第二章 工藝規(guī)程的設計 6
2.1 確定毛坯的制造形式 6
2.2 基準的選擇 6
2.2.1 粗基準的選擇 6
2.2.2 精基準的選擇 6
2.3 制定工藝路線 6
2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯的確定 7
2.4.1 兩端外圓表面 7
2.4.2 工件內孔加工 8
2.5 確定切削用量及基本工時 8
2.5.1工序1 鍛造毛坯 8
2.5.2工序2 車削工藝外圓 8
2.5.3工序3 鏜孔 ..............14
2.5.4工序4 滾壓孔 ..............16
2.5.5工序5 精車外圓 17
第三章 鉆三個φ4階梯斜孔專用夾具計...............................................................20
3.1 工件的加工工藝................................................................... ....................20
3.2 定位元件的選擇與設計...................... ................................ ...............20
3.3.1 定位誤差的分析. ................................................... ...........................................20
3.3.2 定位元件的選擇.... ................................................... ...................................... 21
3．3 星輪在夾具中定位夾緊.......................................................................25
3．3．1 夾緊裝置的組成............................................................ .................................25
3．3 .2夾緊力的確定........................................................ ..................................25
3．3 .3夾緊機構的選擇與設計............................................................................25
第四章 鉆φ4階梯斜孔工序刀具設計說明書 ..... 33
第五張 鉆φ4階梯斜孔工序量具設計說明書...................................34
第六章：星輪左端成型數控加工程序的編制............... ........ .....................36
6.1數控加工的特點.................................................. ............. ........ ........................36
6.2數控編程的方法及特點.................... ........ .. ................... ..................................36
6.3數控加工程序內容................... ........ ............................. ...................................37
設計體會……………………………………………………………………………. 38
參考文獻 39
致謝 40
40
概述
一 零件的功用和結構特點
我國自行研發(fā)的“星輪傳動”技術，可以使裝備機械上的加速器、減速器、調速器、變速器的體積變小、功能增強，并減少進口。這一新技術得到中國星輪傳動協會和機械工業(yè)部有關專家的認定。專家們認為，“星輪傳動”技術的原理為我國獨創(chuàng)，可應用在煤礦、石油開采、風力發(fā)電重型機械、建材水泥等儲多領域，應用空間巨大。
據機械專家介紹，我國傳統裝備機械沿用的減、變速器品種繁雜，體積巨大。一臺軋鋼機的減速器達到22噸重，而大型水泥設備的減速器重達60噸，安裝費力，又耗費巨大電能和熱能，且國內有數千家減速器廠家，產品規(guī)模很不相同。
經過三年的不斷試驗，哈爾濱國海星輪傳動有限公司首次將新的“星輪傳動”技術應用在生產領域，并獲得成功。這項獨創(chuàng)的星輪傳動技術的核心是，將一個減、變速器內部170個單元，按用戶要求任意組合，制出的部件標準化、系列化、通用化，有很強的互換性，到哪都能用得上。而且可以任意改變扭距，增大拉動能力，使一個很小的減速器帶動龐大的裝備機械。也就是說，原來22噸的減速器，應用新技術后，重量能夠減少14.5噸，真正達到“以小帶大”。不僅如此，由于不同的排列組合，只要客戶對減、變速器有不同的要求，需要不同形狀的產品，這項新技術都能完成它。
目前，我國獨創(chuàng)的“星輪傳動”技術已經應用到三峽水電站、秦皇島碼頭、山西部分大煤礦，并已形成為“上海路橋”“神華集團”等國家大型企業(yè)配套的能力。
而其中最重要的零件便是星輪,它在其中作用是無與能比,現在就來探討一下它作用與結構.
二 星輪零件的技術要求
該零件的主要表面是內孔和外圓，其主要技術要求如下：
1、內孔
內孔是起支承作用或導向作用最主要的表面，它通常與運動著的軸、刀具或活塞相配合。內孔直徑的尺寸精度一般為2級，精密軸套有時取1級.
內孔的形狀精度，一般應控制在孔徑公差以內，有些精密軸套控制在孔徑公差的，甚至更嚴。對于長的套筒除了圓柱度和同軸度外，還應注意孔軸線直線度的要求。
為保證零件的功能和提高其耐磨性，內孔表面粗糙度一般為，有的高達以上。
2、 外圓
外圓表面一般是套筒零件的支承表面，常以靜配合或過渡配合同箱體或機架沙鍋內的孔相連接。外徑的尺寸精度通常為2~3級；形狀精度控制在外徑公差以內；粗糙度一般為。
1） 內外圓之間的同軸度
當內徑的最終加工系將套筒裝入機座后進行時，套筒內外圓間的同軸度要求較低；如果最終加工是在裝配前完成時要求較高，一般為0.01~0.05mm。
2） 孔軸線與端面的垂直度
星輪的端面（包括凸緣端面）如工作中承受軸向載荷，或雖不承受載荷但加工中是作為定位面時，與孔軸線的垂直度要求較高，一般為0.02~0.05mm。
三 星輪零件的材料與毛坯
齒輪零件一般都是用鋼、鑄鐵、青銅或黃銅等材料制成。有些滑動軸承采用雙金屬機構，即用離心鑄造法在鋼或鑄鐵套的內壁上澆注巴氏合金等軸承合金材料，這樣既可節(jié)省貴重的有色金屬，又能提高軸承的壽命。星輪的毛坯選擇與其材料、結構和尺寸等因素有關。孔徑較?。ㄈ鏳<20mm）的套筒一般選擇熱軋或冷拉棒料，也可以采用實心鑄件。孔徑較大時，采用無逢鋼管或帶孔的鑄件和鍛件。大量生產時可以采用冷擠壓和粉末冶金等先進的毛坯制造工藝，既提高生產率又節(jié)約金屬材料。
第一章 零件的分析
1.1 零件的工藝分析
1.1.1 加工方法的選擇
該零件的主要加工表面為孔和外圓表面。外圓表面加工根據精度要求可選擇車削和磨削?？准庸し椒ǖ倪x擇比較復雜，需要考慮零件的結構特點、孔徑大小、長徑比、精度和粗糙度要求以及生產規(guī)模等各種因素。對于精度要求較高的孔往往還要采用幾種不同的方法順次進行加工。本次設計的星輪，為保證孔的精度和表面質量將先后經過粗鏜、半精鏜、精鏜和滾壓等四道加工．
1.2.2、保證星輪表面間位置精度的方法
由星輪零件的技術要求知，星輪零件內外表面間的同軸度以及端面與孔軸線的垂直度一般均有較高要求。為保證這些要求通?？刹捎孟铝蟹椒ǎ?
1.在一次安裝中完成內外表面及端面的全部加工。這種方法除了工件的安裝誤差，所以可獲得很高的相對位置精度。但是，這種方法的工序比較集中，對于尺寸較大（尤其是長徑比較大）套筒也不便與安裝，故多用于尺寸較小軸套的車削加工。
2.星輪主要表面加工分在幾次安裝中進行，先加工外圓，然后以圓為精基準最終加工內孔。這種方法由于所用夾具機構簡單，且制造和安裝誤差小，因此可保證較高的位置精度，在星輪加工中一般多采用這種方法。
星輪主要表面加工在幾次安裝中進行，先終加工外圓，然后以外圓為精基準最終加工內孔。采用這種方法時工件裝夾迅速可靠，但因一般卡盤安裝誤差較大，加工后工件的位置精度較低。若欲獲得較小的同軸度，則必須采用定心精度高的夾具，如彈性膜片卡盤、液體塑料夾頭和經過修磨的三爪卡盤等。
對于較長的零件，為保證位置精度，往往以外圓定位，采用一端夾持，另一端用中心夾支托來最終加工內孔。對于本次設計加工零件的工藝不采用這種方法,是因為加工內孔時,安裝工件需要φ45工藝外圓,只有當外圓加工完后,才可能車去加工內孔,進而車出與內孔有較小的同軸度的外圓表面φ４０及加工出其它三個斜面與斜孔．
1.2.3、防止星輪變形的工藝措施
該零件在加工中防止變形的工藝措施，加工中常因夾緊力、切削力和切削熱等因素的影響而產生變形。防止變形應注意,為減少切削力和切削熱的影響，粗、精加工應分開進行。粗加工產生的變形在精加工中可以得到糾正。
第二章 工藝規(guī)程的設計
2.1 確定毛坯的制造形式
星輪零件的毛坯選擇與材料、機構和尺寸等因素有關還與它在工作中所處的工作環(huán)境有關?？讖捷^小的星輪一般選擇熱軋或冷拉棒料，也可采實心鑄件?？讖捷^大時，常采用無縫鋼管或帶孔的鑄件和鍛件。大量生產時可采用冷擠壓和粉末冶金等先進的毛坯制造工藝，既提高生產率又節(jié)約金屬材料。
本零件為鍛造件，材料為40Cr優(yōu)質合金鋼，抗拉強度：；屈服強度：；硬度：HBS為197，最終成品調質處理到硬度為22-27HRC .
2.2 基準的選擇
基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；鶞拭孢x擇的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，加工工藝過程中問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產無法正常進行。
2.2.1 粗基準的選擇
對于零件而言，盡可能選擇不加工表面作為粗基準。而對有若干個不加工表面的工件，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準。對于較長的套筒零件，為保證位置精度，往往以外圓定位，采用一端夾持，另一端用中心夾支托來最終加工內孔。
根據這個原則，本零件選取星輪外圓φ45為粗基準。工件一端用三爪卡盤夾持一端，另一端則用大頭頂尖頂住另一端。采用這種方法時工件裝夾迅速可靠，但因一般卡盤安裝誤差較大，加工后工件的位置精度較低。為了獲得較小的同軸度，須采用定心精度高的夾具，如彈性膜片卡盤、液體塑料夾頭和經過修磨的三爪卡盤等。
2.2.2 精基準的選擇
精基準的選擇主要應該考慮的是基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸的換算，這在以后還要專門計算，此處不再重復。
2.3 制定工藝路線
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要求能得到合理的保證，在生產綱領已確定的情況下，可以考慮采用萬能機床以及專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。
工藝路線方案：詳見附表，《機械加工工藝過程卡片》
2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“星輪”：零件材料為40Cr合金鋼，硬度HB197，生產類型大批量，毛坯形式為鍛造件．
根據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、工序尺寸及毛坯尺寸。
2.4.1 兩端外圓表面：
兩外圓（φ45dmm）表面一端加工長度為60mm，與其聯接的要求不高的加工外圓表面直徑為φ64mm，現取其外圓表面直徑為φ64mm。φ45mm表面尺寸公差±0.02，表面粗糙度值1.6，要求半精車；精車，加工直徑余量2Z=3.5mm.
由于本設計規(guī)定零件是大批生產，應該采用調整法加工，因此在計算最大、最小加工余量時，應按調整法加工方式予以確定。φ45 mm的尺寸加工余量和工序間余量及公差分布見圖2-1。
圖2-1φ45外圓工序間尺寸公差分布圖（調整法）
由圖可知：
毛坯名義尺寸：45+3.5×2=52（mm）
毛坯最大尺寸：52+1.3×2=54.6（mm）
毛坯最小尺寸：52-0.5×2=51（mm）
半精車后最大尺寸：52+0.5×2=53（mm）
半精車最小尺寸：52-0.02=51.98（mm）
精車后尺寸和零件圖尺寸相同，即φ45mm.
最后，將上述計算的工序間尺寸及公差整理成表2-1。
表2-1 加工余量計算表
工序
加工尺
寸及公差
鍛造件
粗車外圓
精車外圓
加工前
尺寸
最大
54.6
53
最小
51
51.98
加工后
尺寸
最大
54.6
53
52.02
最小
48
51.98
51.98
加工余量（單邊）
1.75
最大
1.75
0.27
最小
1.6
0.23
加工公差（單邊）
-0.4/2
-0.12/2
2.4.2 工件內孔加工
毛坯為鍛造件，參照《工藝手冊》表2.3-9確定工序尺寸及余量為：
鉆孔: φ19
粗鏜孔：φ24mm
半精鏜孔：φ26mm
精鏜：φ27.5mm
精鉸（浮動鏜刀）：φ28±0.20mm
2.5 確定切削用量及基本工時
2.5.1 工序1：鍛造毛坯
2.5.2 工序2：車削，本工序采用計算法確定切削用量。
（1）、加工條件
工件材料：鍛造件材料為40Cr，
車￠45到尺寸￠48（工藝用）；
車端面及倒角；
車￠45到尺寸￠48（工藝用）；
車端面及倒角取總長27mm（余2mm）
機床：CA6140車床
刀具：刀具材料為YT15，刀桿尺寸16mm×25mm，
。
（2）、計算切削用量
①、車￠45到￠48
切削深度：
進給量f：根據《切削用量簡明手冊》（第三版）（以下簡稱《切削手冊》）表1.4，當刀桿尺寸為16mm×25mm,以及工件直徑為100mm時：f=0.6~0.9。按CA6140車床的說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.7。
計算切削速度：按《切削手冊》表1.27，切削速度的公式為（壽命選T=60min）：
（m/min）
式中，=242，=0.15，=0.35，m=0.2。修正系數見《切削手冊》表1.28，即：=1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。
所以： =
=123.8 (m/min)
確定主軸轉速：
=
=
438 (r/min)
與438 r/min相近的機床轉速為500 r/min，。現選取，所以實際切削速度 m/min.
檢驗機床功率：
主切削力 按《切削手冊》表1.29所示公式計算
式中：
=0.89
所以：
=
=784 N
切削時消耗功率為：
=
=1.85 (kw)
由《切削手冊》表1.30中CA6140機床說明書知，CA6140主電動機功率為7.5kw，故機床功率足夠，可以正常工作。
校驗機床進給系統強度：已知主切削力= 791 N，徑向力按《切削手冊》表1.29所示公式計算
式中：
所以：
=
=116.9 N
軸向切削力
式中 ：
所以：
=
=267 N
取機床導軌與床鞍系數=0.1，則切削力在縱向進給方向對進給機構的作用力為：
=267+0.1（784+116.9）
=357.09
357 N
而機床進給機構可承受的最大縱向力為3530N（見《切削手冊》表1.30），故機床進給系統可以正常工作。
切削工時：
式中：,,
所以：×2
=0.87（min）
②、車外圓：
計算切削速度：按《切削手冊》表1.27，切削速度的公式為（壽命選T=60min），采用高速鋼外圓車刀，規(guī)定=0.25，走刀次數i=5，則
（m/min）
式中，=11.8，=0.70，=0.30，m=0.11，。
=1.11
所以： =
=16.4 (m/min)
確定主軸轉速：
=
=
116 (r/min)
按機床說明書取 n=96r/min，
所以實際切削速度 m/min.
由《切削手冊》表1.30中CA6140機床說明書知，CA6140主電動機功率為7.5kw，故機床功率足夠，可以正常工作。
計算切削工時：
切削工時：
式中：=60,,
所以：×2
=0.086（min）
③、車端面及倒角：
確定端面最大加工余量：已知毛坯長度方向的加工余量為2mm
確定進給量f：根據《切削手冊》表1.4，當刀桿尺寸為16mm×25mm,以及工件直徑為100mm時：f=0.6~0.9。按CA6140車床的說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.7。
計算切削速度：按《切削手冊》表1.27，切削速度的公式為（壽命選T=60min）：
（m/min）
式中，=242，=0.15，=0.35，m=0.2。修正系數見《切削手冊》表1.28，即：=1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。
所以： =
=251.6 (m/min)
確定主軸轉速：
=
=
890 (r/min)
與890 r/min相近的機床轉速為900 r/min，?，F選取，所以實際切削速度 m/min.
檢驗機床功率：
主切削力 按《切削手冊》表1.29所示公式計算
式中：
=0.89
所以：
=
=768 N
切削時消耗功率為：
=
=1.81 (kw)
由《切削手冊》表1.30中CA6140機床說明書知，CA6140主電動機功率為7.5kw，故機床功率足夠，可以正常工作。
計算切削工時：
切削工時：
式中：=15,,
所以：×2
=0.097（min）
③、車￠45到尺寸￠48及；
同①
④、φ48外圓（工藝用）
⑤、車端面及倒角取總長20mm(余量2mm)
同③
2.5.3 工序3：鏜孔：
粗鏜孔到￠24mm；
半精鏜孔到￠26mm；
精鏜孔到￠27.85mm;
精鉸（浮動鏜刀）孔到￠700.20粗糙度=0.2。
鏜孔是常用的孔加工方法，可以作為粗加工，也可以作為精加工，加工范圍很廣。對于小批量生產中的非標準孔、大直徑孔、精確的短孔及盲孔、有色金屬孔等一般多采用鏜孔。鏜孔可以在車床、銑床和數控機床上進行，能獲得的尺寸精度為1~3級，粗糙度為。鏜孔刀具（鏜桿與鏜刀）因受孔徑尺寸的限制（特別是小直徑深孔），一般剛性較差，鏜孔時容易產生振動，生產率低。但是由于不需要專用的尺寸刀具（絞刀），鏜刀機構簡單，又可以在各種機床上進行鏜孔，故單件、小批生產中，鏜孔是較經濟的方法。此外，鏜孔能修正前工序加工后所造成孔的軸線歪曲和偏斜，以獲得較高位置精度。
精細鏜孔（又稱金剛鏜）
精細鏜常用于有色金屬合金及鑄鐵件的光整加工，在汽車與拖拉機的連桿和汽缸套加工中應用較多。為了達到高精度與粗糙度要求，常采用精度高、剛度高、和具有高轉速的金鋼鏜床。所用刀具（稱金鋼鏜刀）是選用細顆粒耐磨的硬質合金或金剛石刀具，經過刃磨和研磨獲得鋒利的刃口。精細鏜孔時，加工余量小，高速切削下切去截面很小的切屑。由于切削力非常小，故能達到1級精度和小的粗糙度，孔的幾何形狀誤差小于0.003~0.005mm。
①、 粗鏜孔到￠24mm ，單邊余量Z=2.5mm，一次鏜去余量,=2.5mm
選用機床：T612臥式鏜床
進給量： f=0.1mm/r
切削速度：
根據有關手冊確定T612臥式鏜床的切削速度為：m/min,
則 =
=359 r/min
根據《工藝手冊》表4.2-20知，和359r/min相近的有320r/min、414r/min,故取=320r/min。
切削工時：=66mm，=3mm，=3mm.
= =2.09（min）
②、 半精鏜孔到￠26mm,
單邊余量Z=1；
一次鏜去余量：=1mm；
=0.1；
=320r/min，m/min
t=2.3 min
③、 精鏜孔到￠69.85mm,
單邊余量Z=0.25；
一次鏜去余量：=1.25mm；
=0.1；
=320r/min，m/min
t=2.37 min
④、 精鉸（浮動鏜刀）孔到￠280.20粗糙度=0.2
圖2-2 星輪浮動鏜刀
浮動鏜孔是鏜深孔后的精加工方法。圖3-3是浮動鏜刀頭，浮動鏜刀塊在刀柄長方形孔內可以自由滑動。浮動鏜孔的特點是：消除了由于刀具及機床等誤差引起孔尺寸不穩(wěn)定；由于刀塊浮動且處于旋轉的情況下，刀塊有自動對中性；鏜刀的導向良好。圖2-2中的導向塊為夾布膠木（或白樺木），有一定的彈性，這種材料的導向塊，既可避免擦傷已加工表面，又可自動補償數次鏜孔后直徑的磨損，維持必要的導向要求。導向塊為雙導向。彈性導向塊調整時，前導向應與孔緊配，后導向應調整略大于刀塊尺寸，在工作時能自動磨去而保持較準確導向精度。
2.5.4 工序4：用滾壓頭滾壓孔至￠280.02，粗糙度=0.2
圖2-3 油缸滾壓頭
上圖為一星輪滾壓頭。滾壓內孔表面的圓錐型滾柱3支承在錐套5上，滾壓時滾柱與工件有一個或的斜角，是工件能逐漸產生變形，以提高孔壁粗糙度。
內孔滾壓前，需要先通過螺母11調整滾壓頭的徑向尺寸。旋轉調節(jié)螺母11可使其相對心軸1軸向移動，當其向右移動時，推動過渡套10、止推軸承9、襯套8及套圈6經銷子4使?jié)L柱3沿錐套5表面向左移，結果使?jié)L壓頭徑向縮小。當其向右移動時，壓縮彈簧7壓移襯套8經止推軸承9使過渡套10始終貼緊調節(jié)螺母的左端面，同時襯套8右移時帶動套圈6經蓋板2使?jié)L柱3沿軸向右移，結果使?jié)L壓頭徑向尺寸增大。滾壓頭徑向尺寸應根據孔的滾壓過盈量確定，一般鋼材的滾壓過盈量為0.10~0.12mm，滾壓后孔徑向增大0.02~0.03mm。
滾壓過程中滾柱3所受軸向力，經銷子4、套圈6、襯套8作用在止推軸承9上，而最終還是經過過渡套10、調節(jié)螺母11及心軸1傳至和滾壓頭右端M40×4相連的刀桿上，當滾壓完畢后，滾壓頭從內孔反向退出時，滾柱3會受到一個向左的軸向力，此力傳給蓋板2，經套圈6、襯套8壓縮彈簧7，實現了向左移動，同時滾壓頭在彈簧力的作用下復位，是徑向尺寸又恢復到原調數值。
滾壓中滾壓速度：
走刀量：
冷卻潤滑液采用50%硫化油加50%柴油或煤油。
2.5.5 工序5：
精車外圓，將兩端外圓加工到尺寸￠45與￠40，割R3.0槽；
車端面；
調頭，將兩端外圓加工到尺寸￠45，割R3.0槽；
①、 車去工藝外圓，將兩端外圓加工到尺寸￠45，割R3.0槽
切削深度：
進給量f：根據《切削用量簡明手冊》（第三版）（以下簡稱《切削手冊》）表1.4，當刀桿尺寸為16mm×25mm,以及工件直徑為100mm時：f=0.6~0.9。按CA6140車床的說明書（見《切削手冊》表1.30）取f=0.7。
計算切削速度：按《切削手冊》表1.27，切削速度的公式為（壽命選T=60min）：
（m/min）
式中，=242，=0.15，=0.35，m=0.2。修正系數見《切削手冊》表1.28，即：=1.44，=0.8，=1.04，=0.81，=0.97。
所以： =
=115.8 (m/min)
確定主軸轉速：
=
=
410 (r/min)
與438 r/min相近的機床轉速為500 r/min，?，F選取，所以實際切削速度 m/min.
檢驗機床功率：
主切削力 按《切削手冊》表1.29所示公式計算
式中：
=0.89
所以：
=
=765 N
切削時消耗功率為：
=
=1.57 (kw)
由《切削手冊》表1.30中CA6140機床說明書知，CA6140主電動機功率為7.5kw，故機床功率足夠，可以正常工作。
校驗機床進給系統強度：已知主切削力= 791 N，徑向力按《切削手冊》表1.29所示公式計算
式中：
所以：
=
=116.9 N
軸向切削力
式中 ：
所以：
=
=267 N
取機床導軌與床鞍系數=0.1，則切削力在縱向進給方向對進給機構的作用力為：
=267+0.1（784+116.9）
=357.09
357 N
而機床進給機構可承受的最大縱向力為3530N（見《切削手冊》表1.30），故機床進給系統可以正常工作。
切削工時：
式中：,,
所以：×2
=0.36（min）
第三章 鉆三個φ4階梯斜孔專用夾具設計
3.1 工件的加工工藝性分析
因采用立式鉆床，待加工孔處于水平位置。若設平行于待加工孔的面分別為頂面和底面，則使多孔那面為底面，即定位基準面。以基準面上的直徑為φ5的兩孔以及基準面定位。
鉆模板應垂直與定位基準面，鉆套中心線與待加工孔中心線同軸。夾緊件由工件頂面向定位基準面夾緊。采用螺旋夾緊機構。
3.2 定位元件的選擇與設計
3.2.1 定位元件的選擇
工件在夾具中位置的確定，主要是通過各種類型的定位元件實現的。在機械加工中，雖然被加工工件的種類繁多和形狀各異，但從它們的基本結構來看，不外乎是由平面、圓柱面、圓錐面及各種成形面所組成。工件在夾具中定位時，可根據各自的結構特點和工序加工精度要求，選擇其上的平面、圓柱面，圓錐面或它們之間的組合表面作為定位基準。為此，在夾具設計中可根據需要選用各類型的定位元件。
在夾具設計中常用于圓孔表面的定位元件有定位銷、剛性心軸和錐度心軸等。工件以圓孔表面定位時使用定位銷定位；套類零件，為了簡化定心裝置，常常采用剛性心軸作為定位元件；為消除工件與心軸的配合間隙，提高定心定位精度，在夾具設計中還可選用小錐度心軸。在此次設計中，根據泵體蓋的結構特點采用一面兩孔定位。如圖2-1為工件在夾具中的定位方式簡圖．
在夾具中，工件以圓孔表面定位時使用的定位銷一般有固定式和可換式兩種。在大批量生產中，由于定位銷磨損較快，為保證工序加工精度需定期維修更換，此時常采用便于更換的可換式定位銷。
圖2-1 所示為常用的固定式定位銷的典型結構[9]。當被定位工件的圓孔尺寸較小時，可選圖中(a)所示的定位銷結構。這種帶有小凸肩的定位銷結構，與夾具體連接時穩(wěn)定牢靠。當被定位工件的圓孔尺寸較大時，選用圖中(b)所示的結構即可。若被定位工件同時以其上的圓柱孔和端面組合定位時，還可選用帶有支撐墊圈的定位銷結構。支撐墊圈與定位銷可做成整體式的，也可做成組合式的。為保證定位銷在夾具上的位置精度，一般與夾具的連接采用過盈配合。
可換式定位銷如圖2-2所示，為了便于定期更換，在定位銷與夾具體之間裝有襯套，定位銷與襯套內徑的的配合采用間隙配合，而襯套與夾具體則采用過度配合。由于這種定位銷與襯套之間存在裝配間隙，故其位置精度較固定式定位銷低。
為了便于工件的順利裝入，上述定位銷的定位端頭部均加工成的大倒角。各種類型定位銷對工件圓孔定位時限制的自由度，應視其與工件定位孔的接觸長度而定，一般選用長定位銷時限制四個自由度，短定位銷時則限制兩個自由度。若采用削邊銷，則分別限制兩個或一個自由度。當采用圖 所示的錐面定位銷定位時，則相當于三個支撐點，限制三個自由度。
圖2-1 固定式定位銷
Fig.2-2 Stationary positioning pin
圖2-3 可換式定位銷及錐面定位銷
Fig.2-2 The replacing positioning pin and the conical surface positioning pin
在固定式和可換式中，為適應以工件上的兩孔一起定位的需要，應在兩個定位銷中采用一個削邊定位銷。直徑為3~50mm的削邊定位銷都做成菱形。
3.2.2 定位誤差的分析
夾具的作用首先是要保證工序加工精度，在設計夾具選擇和確定工件的定位方案時，根據工件定位原理選用相應的定位元件外，還必須對選定的工件定位方案能否滿足工序加工精度要求作出判斷。為此，就需對可能產生的定位誤差進行分析和計算。
定位誤差是指由于定位不準而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面對工序基準的距離尺寸）或位置要求方面的加工誤差。對某一定位方案，經分析計算其可能產生的定位誤差，只要小于工件有關尺寸或位置公差的~，一般即認為此定位方案能滿足該工序的加工精度要求。
工件在夾具中的位置是由定位元件確定的，當工件上的定位表面一旦與夾具上的定位元件相接觸或相配合，作為一個整體的工件的位置也就確定了。但對于一批工件來說，由于在各個工件的有關表面之間，彼此在尺寸及位置上均有著在公差范圍內的差異，夾具定位元件本身和各定位元件之間也具有一定的尺寸和位置公差。這樣一來，工件雖已定位，但每個被定位工件的某些具體表面都會有自己的位置變動量，從而造成在工序尺寸和位置要求方面的加工誤差。
由此可知，定位誤差是指工件在用調整法加工時，僅僅由于定位不準而引起工序尺寸或位置要求的最大可能變動范圍。即定位誤差主要是由基準位置誤差和基準不重合誤差兩項組成。
根據定位誤差的上述定義，在設計夾具時，對任何一個定位方案，可通過一批工件定位時的兩個極端位置，直接計算出工序基準的最大變動范圍，即為該定位方案的定位誤差。
在機械加工中，有很多工件是以多個表面作為定位基準，在夾具中實現表面組合定位的。
采用表面組合定位時，由于各個定位基準面之間存在著位置偏差，故在定位誤差的分析和計算時也必須加以考慮。為了便于分析和計算，通常把限制不定度最多的主要定位表面成為第一定位基準，然后再依次劃分為第二、第三定位基準。一般來說，采用多個表面組合定位的工件，其第一定位基準的位置誤差最小，第二定位基準次之，而第三定位基準的位置誤差最大。
3.2.3 定位誤差的計算
在本次設計中采用一面兩孔組合定位。
采用工件上一面兩孔組合定位時，根據工序加工要求可能采用平面為第一定位基準，也可能采用其中某一個內孔為第一定位基準。圖2-3所示為一長方體工件及其在一面兩銷上的定位情況，因系采用短定位銷，故工件底面1為第一定位基準，工件上的內孔及分別為第二和第三定位基準。
一批工件在夾具中定位時，工件上作為第一基準的底面1沒有基準位置誤差。由于定位孔較淺，其內孔中心線由于內孔與地面垂直度誤差而引起的基準位置誤差也可忽略不計。但作為第二、第三定位基準的、，由于與定位銷的配合間隙及兩孔、兩銷中心距誤差引起的基準位置誤差必須考慮。
圖2-4長方體工件在夾具中一面兩銷上的定位
Fig.2-3 The cubic work piece located in the jig with one plant and two positioning pin
根據上述，確定本次夾具設計采用底面為第一基準面，兩孔分別為第二和第三基準面。兩定位銷的尺寸及定位誤差的計算如下：
圖2-5 一面兩孔式，第二、第三定位基準的位置和角度誤差[10]
Fig.2-4 At the same time two types, second, third localization datum position and angle error
根據圖2-4有：
1) 兩定位銷中心距
==14.5
式中 ——工件兩定位孔的中心距
2) 兩定位銷中心距的公差
(2-1)
式中 ——工件兩定位孔的中心距公差
中心距公差
則兩定位銷中心
3) 圓柱銷直徑的公稱值
=5
式中 ——與圓柱銷相配合的工件定位孔的最小直徑(mm)
公差選?。?
4) 菱形銷寬度 表2-1 及的推薦值(mm)
Tab.2-1 b and B recommended value(mm)
定位孔直徑
3~6
>6~8
>8~20
2
3
4
-0.5
-1
-2
=5，因此得：=2, =0.5
5) 補償距離
(mm) (2-2)
式中 ——夾具圓柱銷與其相配合的工件定位孔間的最小間隙(mm)
圓柱銷的尺寸為，根據GB1801——79知該即尺寸為φ5-0.006 -0.0017。
由此可得 (mm)
則 (mm)
6) 菱形銷圓弧部分與其相配合的工件定位孔間的最小間隙
(mm)
式中 ——與菱形銷相配合的工件定位孔的最小直徑(mm)
7) 菱形銷最大直徑
(mm)
公差選取h5
8) 兩定位銷所產生的最大角度定位誤差
式中 ——夾具圓柱銷與其配合的工件定位孔間的最大間隙；
——夾具菱形削與其配合的工件定位孔間的最大間隙應保證；
則
由于待加工孔未對其形位公差，因此允許些許偏差。
3.3 星輪在夾具中的夾緊
工件在夾具中的裝夾是由定位和夾緊這兩個過程緊密聯系在一起的。僅僅定位好，在大多數場合下，還無法進行加工。只有進而在夾具上設置相應的夾緊裝置對工件實行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務。
夾緊裝置的基本任務就是保持工件在定位中所獲得的既定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動和振動，確保加工質量和生產安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確位置。
3.3.1 夾緊裝置的組成
一般夾緊裝置由下面兩個基本部分組成。
1) 動力源
即產生原始作用力的部分。如果用人的體力對工件進行夾緊，稱為手動夾緊；如果用氣動、液壓、氣液聯合、電動以及機床的運動等動力裝置來代替人力進行夾緊，則稱為機動夾緊。
2) 夾緊機構
即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務的部分。它包括中間遞力機構和夾緊元件。中間遞力機構把來自人力或動力裝置的力傳遞給夾緊元件，再由夾緊元件直接與工件接觸，最終完成夾緊任務。
根據動力源的不同和工件夾緊的實際需要，一般中間遞力機構在傳遞夾緊力的過程中，可以起到以下作用：
a 改變作用力的方向；
b 改變作用力的大?。?
c 具有一定的自鎖性能，以保證夾緊可靠，在手動夾緊時尤為重要。
本次設計采用手動夾緊方式。
3.3.2 夾緊力的確定
1) 夾緊力的方向
夾緊力應垂直于主要定位基準面[11]。為使夾緊力有助于定位，則工件應緊靠支撐點，并保證各個定位基準與定位元件接觸可靠。一般地講，工件的主要定位基準面其面積較大、精度較高，限制的不定度多，夾緊力垂直作用于此面上，有利于保證工件的加工質量。
夾緊力的方向應有利于減小夾緊力。圖2-4所示為工件安裝時的重力、切削力和夾緊力之間的相互關系。其中圖(a)最好，圖(d)最差。
圖2-4 夾緊力與切削力、重力的關系
Fig.2-4 Clamps the strength and the cutting force、the gravity relations
圖（a）
圖（b）
圖（c）
圖（d）
圖（e）
下面分析三力互相垂直的情況下，切削力與夾緊力間的比例關系。圖2-5為在臥式銑床上銑一用臺鉗夾緊的工件。
圖2-5 銑削時Fr、W、G間的關系
Fig.2-5 The relations of Fr、W、G When milling
當重量G很小而可以忽略不計時，只考慮夾緊力W與切削力的平衡，按靜力平衡條件
=W+W (2-3)
(2-4)
式中 ——工件的定位基準與夾具定位元件工作表面間的摩擦系數，＝0.15～0.25;
——工件的夾壓表面與夾緊元件間的摩擦系數，＝0.15～0.25;
因此
(2-5)
可見在依靠摩擦力克服切削力的情況下，所需要的夾緊力是很大的。
在夾緊力工件時各種不同接觸面之間的摩擦系數可見表。
表3-2 各種不同接觸表面之間的摩擦系數
Tab.3-2 Between each kind of different faying surface friction coefficient
接觸表面的形式
摩擦系數
接觸表面均為加工過的光滑表面
0.15～0.25
工件表面為毛坯，夾具的支承面為球面
0.2~0.3
夾具定位或夾緊元件的淬硬表面在沿主切削力方向有齒紋
0.3
夾具定位或夾緊元件的淬硬表面在垂直于主切削力的方向有齒紋
0.4
夾具定位或夾緊元件的淬硬表面有相互垂直齒紋
0.4~0.5
夾具定位或夾緊元件的淬硬表面有網狀齒紋
0.7~0.8
為了減小夾緊力，可以在正對切削力F的作用方向，設置一支承元件（圖2-6中之T）。這種支承不用作定位，而是用來防止工件在加工中移動。
圖2-6 承受切削力支承
Tab.2-6 Bear cutting force supports
如圖2-5所示，當圓柱銑刀切入全深時，作用于工件上的切削分力、的合力有使工件平移抬起的趨勢。為此可用圖2-6所示之壓塊，使夾緊力一力兩用。
在鉆床上對工件鉆孔時，為了減小夾緊力，應力求使主要定位基準面處于水平位置，使夾緊力、重力和切削力同向，都垂直作用在主要定位基準面上。見圖2-7(a)所示。
反之，當夾緊力與切削力及工件重力方向相反時，所需的夾緊力很大，W=F+G。例如在殼體凸緣上鉆孔時，由于殼體較高，工件只能倒裝。這種安裝方式在圖2-7(b)中的F和G均有使夾緊機構脫開的趨勢，因此需要施加較大的夾緊力W。
圖2-7 鉆削時W、F、G間的關系
Fig.2-7 The relations of W, F, G when Drills truncates
2) 夾緊力的作用點
夾緊力的作用點是指夾緊元件與工件相接觸的一小塊面積。選擇作用點的問題是在夾緊力方向已定的情況下才提出來的。選擇夾緊力作用點位置和數目時，應考慮工件定位可靠，防止夾緊變形，確保工序的加工精度。
a 夾緊力的作用點應能保持工件定位穩(wěn)定，而不致引起工件發(fā)生位移和偏轉。
當夾緊力雖然朝向主要定位基面，但作用點卻在支承范圍以外時，夾緊力與支反力構成力矩，夾緊時工件將發(fā)生偏轉，使定位基面與支承元件脫離，以至破壞原有定位。應使夾緊力作用在穩(wěn)定區(qū)域內。
b 夾緊力的作用點，應使被夾緊工件的夾緊變形盡可能小。
對于箱體、殼體、桿叉類工件，要特別注意選擇力的作用點問題。
在使用夾具時，為盡量減少工件的夾緊變形，可采用增大工件受力面積的措施。采用具有較大弧面的夾爪來防止薄壁套筒變形；可在壓板下增加墊圈，使夾緊力均勻地作用在薄壁
夾緊力的大小必須適當。當夾緊力過小，工件可能在加工過程中移動而破壞定位，不僅影響質量，還能造成事故；夾緊力過大，不但會使工件和夾具產生變形，對加工質量不利，而且造成人力、物力的浪費。
計算夾緊力，通常將夾具和工件看成一個剛性系統以簡化計算。然后根據工件受切削力、夾緊力（大工件還應考慮重力，高速運動的工件還應考慮慣性力等）后處于靜力平衡條件，計算出理論夾緊力，再乘以安全系數，作為實際所需的夾緊力，即
(2-6)
式中 ——實際所需要的夾緊力 (N)；
——按力平衡條件計算之夾緊力 (N)；
——安全系數，根據生產經驗，一般?。?.5～3。
用于粗加工時，?。?.5～3；用于精加工時，?。?.5～2。
夾緊工件所需夾緊力的大小，除與切削力的大小有關外，還與切削力對定位支撐的作用方向有關。
3.3.3 夾緊機構的選擇及設計
從前面提到的夾緊裝置組成中可以看出，不論采用何種力源（手動或機動）形式，一切外加的作用力要轉化為夾緊力均需通過夾緊機構。因此，夾緊機構是夾緊裝置中的一個很重要的組成部分。
夾緊機構可分為斜楔夾緊機構、螺旋夾緊機構、偏心夾緊機構、定心對中夾緊機構等。斜楔夾緊機構中最基本的形式之一，螺旋夾緊機構 、偏心夾緊機構及定心對中夾緊機構等都是斜楔夾緊機構的變型。
斜楔夾緊機構主要是利用其斜楔面移動時所產生的壓力來夾緊工件的，亦即一般所謂的楔緊作用。斜楔的斜度一般為1:10，其斜度的大小主要是根據滿足斜楔的自鎖條件來確定。
一般對夾具的夾緊機構，都要求具有自鎖性能。所謂自鎖，也就是當外加的作用力Q一旦消失或撤除后，夾緊機構在純摩擦力的作用下，仍應保持其處于夾緊狀態(tài)而不松開。
螺旋夾緊機構中所用的螺旋，實際上相當于把斜楔繞在圓柱體上因它的夾緊作用原理與斜楔時一樣的。不過這里是通過轉動螺旋，使繞在圓柱體上的斜楔高度發(fā)生變化來夾緊工件的。本次工件夾緊便采用螺旋夾緊機構．
1) 夾緊形式所需夾緊力的計算
圖2-8 工件的受力分析
Fig.2-8 Work piece stress analysis
(2-7)
式中 ——夾緊元件與工件間的摩擦因數
——工件與夾具支撐面間的摩擦因數
根據式(2-1)可得： N
再由表(2-2)及式(2-5)可得： N
2) 螺旋夾緊機構所需作用力的計算
圖2-9 夾緊力作用簡圖
Fig.2-9 Clamps the action of force diagram
根據圖3-9可計算所需作用力
(N·m) (2-8)
式中 ——應在螺旋夾緊機構上的夾緊轉矩 (N·m)；
——單個螺旋夾緊產生的夾緊力 (N)；
——螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑（mm），其值視螺桿端部的結構形式而定；
——作用力臂；
——螺桿端部與工件間摩擦角（°）；
——螺紋升角，(°)；
——螺紋中徑之半（mm）；
——螺旋副的當量摩擦角(°)，，式中為螺旋副的摩擦角(°)，為螺紋牙型半角(°)。
為計算方便，令，則
當采用公制螺紋夾緊機構時，各種不同夾緊情況的K值可在K的數值表中查詢。
第四章 鉆φ4階梯斜孔工序刀具設計說明書
1. 刀具類型確定
此道工序保證的尺寸精度要求較高φ4內孔端面必須垂直，因此選直柄麻花鉆
2. 刀具設計參數確定
序號
項目
數據來源或公式計算
采用值
1
刀具類型
表2-6、2-7
直柄麻花鉆
2
刀具材料
W18Cr4V
3
幾何角度
表2-7、2-8、2-9
Λs=-4度 γo=15度
αo=8度 αo’=6度κr=90度κr’=56度 γε=1mm
4
斷削參數前面型式
表2-11、2-12（f=1.3mm/r）
帶倒棱曲面圓弧卷削槽前面
Ln=3.5mγo1=-5度 br1=0.045 qn=2
5
過渡刃
表2-13（ap=0.4mm）
過渡刃和修光刃 bε=0.12
7
外型結構尺寸
表3-5（刀具設計手冊）
3. 刀具工作草圖
第五張 鉆φ4階梯斜孔工序量具設計說明書
設計Ф4階梯斜孔的塞規(guī)，首先確定被測孔的極限偏差，查公差書第三章極限與配合標準得Ф4的上偏差ES=+0.013mm,下偏差EI=0mm。公差等級為IT7。
1. 量具類型確定
Ф4的量具查得用圓柱柄圓