車床支架機械加工工藝及鉆锪孔夾具設計【4張CAD圖紙+畢業論文】

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車床作為機電一體化的典型產品，在機械制造業中發揮著巨大的作用，很好的解決了現代機械制造中的結構復雜、精密、批量小、多變零件的加工問題。且能穩定加工質量，大幅度提高生產效率。 在我們學全部基礎課、技術基礎課之后進行的畢業設計，是我們在對所學各課程的深入綜合性的總復習，也是一次理論聯系實際的訓練，因此，它在我們的大學生活中占據著重要的地位。另外，這次畢業設計，是我畢業工作前的綜合性訓練，并能在以下三個方面得到鍛煉： （1）運動機械制造工藝學課程中的基本理論以及在生產實習中穴道的時間知識，正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質量。 （2）提高結構設計能力，通過設計夾具的訓練，獲得根據被加工零件的加工要求，設計出高效，省力，經濟合理而能保證加工質量的夾具的能力。 （3）學會使用手冊以及圖表資料，掌握與本設計有關的各種資料的名稱，出處，能夠做到熟練的運用。 通過這次畢業設計，對自己未來將從事的工作進行了一次適應性的訓練，從中鍛煉了自己發現問題、分析問題和解決問題的能力，為今后參加工作打下了一個良好的基礎。 0 1 緒論 本次設計的題目是“車床支架機械加工工藝及鉆孔夾具設計”。這個題目是傳統的機械設計課題，在做這個設計題目過程中，涉及了很多工藝規程設計方面的知識。 車床是機械加工方法中應用最為廣泛的機床之一，是加工軸類、盤套類零件的主要方法。車床支架是組成車床的重要零件，并承受切削力，因此它必須有足夠的剛度和穩定性，有較大的安裝基面和必要的加強筋，以防止加工中受力時產生振動和變形。 本次課題針對車床支架零件的加工進行了相關探索，設計出一種切實可行的工藝流程及工藝裝備。在產品的加工過程中，工件在夾具內的定位和夾緊顯得尤為重要，夾具是涵蓋了從加工到組裝的幾乎所有操作過程的一種裝夾設備。由于大量的加工操作需要裝夾，夾具設計在制造系統中就變得非常重要，它直接影響加工質量，生產率和制造成本。本文通過分析支架零件的結構特點和加工要求，指定了一套較合理的夾具設計，從而為保證該零件的加工精度提供了一種經濟實用的工藝裝備，具有一定的實用價值。 本次的設計任務是：制定車床支架的機械加工工藝及該零件的某一道工序（鉆孔）的夾具設計。 設計內容包括： 毛坯零件綜合圖1張； 夾具裝配圖1張； 夾具體圖1張； 工序卡的編訂、 繪制； 論文1份； 2 工藝設計 2.1機械加工工藝過程基本知識 1）工藝過程 在產品的生產過程中，與原材料變為成品有直接關系的過程稱為工藝工程。例如：鑄造、鍛造、焊接和零件的機械加工等。 2）機械加工工藝過程 在工藝過程中，采用機械加工的方法，直接改變毛坯的形狀，尺寸和性能使之變為成品的工藝過程，稱為機械加工工藝過程。 3）機械加工工藝過程的組成 機械加工工藝過程是由若干個順次工序組成的，通過這些不同的工序把毛坯加工成合格的零件。 4）工序 一個（或一組）工人，在一臺機床上（或一個工作地點），對一個（或同時幾個）工件連續加工所完成的那一部分機械加工工藝過程。這里必須注意，構成一個工序的主要特點是不改變加工對象、設備和操作者，而且工序內的工作是連續完成的。 5）機械加工工藝規程 機械加工工藝規程（簡稱工藝規程）是規定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。工藝規程的內容包括： A、 工藝路線： 工藝路線是指產品或零部件在生產過程中由毛坯準備到成品包裝入庫經過企業有關部門或工序的先后順序。 B、 各工序加工的內容、要求，所采用的機床、工藝裝備； 工藝裝備（簡稱工裝）是產品制造過程中所用的各種工具的總稱。它包括刀具、夾具、模具、量具、檢驗工具及輔助工具等。 C、工件的檢驗項目、檢驗方法和切削用量、工時定額等。 6）工藝規程的格式 機械加工工藝規程主要有機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片兩種基本形式。機械加工工藝過程卡是以工序為單位簡要說明零件加工過程的一種工藝文件。一般適用于單件小批生產（零件加工的流向）。 2.2機械加工工藝設計的內容 制定合理的零件加工工藝過程首先要掌握目前有可供選用的加工方法，并能夠針對零件的具體要求較合理的選用。其次，還必須解決各表面的加工順序和熱處理如何安排的問題。 1） 首先，要分析產品的零件圖與裝配圖，分析零件圖的加工要求，結構工藝性，檢驗圖樣的完整性； 2） 根據零件的生產綱領確定生產類型；在制定機械加工工藝規程時，一般按照零件的生產綱領，把零件劃分為大批量生產、中批量生產和小批量生產三中類型。 3） 選擇毛坯；毛坯的選用主要包括毛坯的材料、類型和生產方法的選用。常用的毛坯類主要有各種軋制型材、鑄件、鍛件、焊接件、沖壓件、粉末冶金件以及注塑成形件等。（聯合加工），根據零件結構的不同，毛坯的選用可分為軸類、盤套類和機架箱體類三大類。 4） 確定單個表面的加工方法； 零件的加工過程，就是零件表面經加工獲得符合要求的零件表面的過程。零件表面的類型和要求不同，采用的加工方法也不一樣。主要有車削、鉆削、銑削、刨削、磨削等五大類加工方法。此外還有鏜削、拉削、光整、特種加工等。 5）選擇定位基準，確定零件的工藝路線；根據零件表面質量的要求不同，通常將表面加工劃分為粗加工階段、半精加工階段和精加工階段三個加工階段。 零件加工需要遵循的原則是粗、精加工分開，零件的加工一般不是在一臺機床上用一種工藝方法就可完成，往往需要幾種加工方法互相配合，經過一定的工藝過程才能逐步地完成零件表面的加工。若一種表面可采用不同的加工方法進行加工的話，那么就生產的具體條件而言，其中必有一種加工方法是最合適的。 6） 確定各工序所用的設備及工藝裝備 7） 計算加工余量、工序尺寸及公差 8） 確定切削用量，估算工時定額 9） 填寫工藝文件 機械加工工藝中加工順序的安排原則有： 1） 先加工精基準面后加工其他表面 主要定位精基準面應在一開始就進行加工，以便用它定位加工后工序的其他表面。 2） 先粗加工后精加工 先安排粗加工、半精加工，再安排精加工。某些要求特別高的表面還要在最后安排精密加工。 3） 劃線工序的安排 在單件小批生產中，形狀復雜的鑄、鍛件或焊接件在機加工前要安排鉗工劃線工序，為加工提供找正的依據。在大批大量生產中，或零件形狀較為規則，則不必安排劃線工序。 4）熱處理工序的安排 毛坯退火、正火：安排在粗加工之前。調質：通常安排在粗加工之后；若加工路線較簡單，也可在粗加工之前。淬火及低溫回火：一般安排在磨之前。氮化：可安排在粗磨后、精磨前。時效：一次時效安排在粗加工之后；二次時效分別安排 在粗加工和半精加工之后；三次時效分別安排在粗加工、半精加工和精加工之后。 5）表面處理工序的安排 表面鍍層、發藍、陽極氧化、噴涂或油漆等處理，通常安排在全部機加工之后；大型鑄件的不加工面，常在機加工前先涂防銹漆。 6）輔助工序的安排 去毛刺、倒棱、除銹、去磁、清洗或浸油等輔助工序，應視具體情況適當予以安排。 7）檢驗工序的安排 重要而復雜零件的粗加工之后關鍵工序前后；特種檢驗(如x射線探傷或超聲波探傷等較昂貴的檢驗)之前；從一車間轉到另一車間之前；全部加工結束之后。 加工余量的確定原則： 毛坯尺寸與零件圖樣的設計尺寸之差稱為加工總余量。加工總余量主要根據毛坯類型確定。在單件小批生產中，中小型零件加工總余量參考值(半徑余量或單面余量)如下：砂型鑄件約為3～8mm；自由鍛件和焊接件約為4～10mm；熱軋圓鋼約為1.5～2.5mm。相鄰兩工序的尺寸之差稱為工序余量。工序余量主要根據加工性質和加工方法確定。 2.3 題目來源 零件如圖： 2.4零件的分析 1）零件圖的分析 圖紙中的零件是一個車床上的支架零件，安裝在車床上，主要作用是支撐和導向作用，在車床在機械加工過程中，承受一定的載荷。 車床支架是一個很重要的零件，因為其零件尺寸比較小，結構形狀比較復雜，其加工內孔Φ18和Φ25兩個孔的加工精度要求比較高，此外還有垂直度和平行度要求。另外車床支架底部的平面也有較高的精度要求，因此，加工時應先加工一組表面，在以這組加工后表面為基準加工另外一組。 因為尺寸精度、幾何形狀精度和相互位置精度，以及各表面的表面質量均影響機器或部件的裝配質量，進而影響其性能與工作壽命，因此它們的加工是非常關鍵和重要的。 由零件圖可知： 生產綱領2000件/年，車床支架備品率為2%，廢品率為2%，因此年產量： Q＝生產綱領×每臺件數×(1+備品率)×(1+廢品率) Q＝2080件 月產量＝Q÷12=174(件) Days=(365-52-14)÷12=24.92天 日產量(一天3班)＝月產量÷Days=7件/天 查工藝人員手冊，輕型（100公斤以內）零件的生產性質： 中批500～5000 大批5000～50000 考慮到保證產品按時定量完成，生產該產品的每一道工序的單件核算時間必須小于生產節拍（工藝卡填寫過程考慮到客觀隨機因素的影響，將節拍乘80%后與單件核算時間比較），若大于生產節拍，就會造成完不成年產量，因此應改用多臺機床加工。 中批量生產采用流水線，其工藝特點 a）毛坯特點：采用金屬模造型，毛坯精度及余量中等。 b）機床設備及機床布置：通用機床，機床按零件類別分工段排列。 c）夾具及尺寸保證：專用夾具，調整法和自動獲得法(如對刀塊)保證尺寸。 d）刀具、量具：專用或標準刀具、量具 e）零件的互換性：多數互換，部分試配或修配。 f）工藝文件的要求：編制詳細的工藝規程及關鍵工序的工序卡片。 g）生產出率：中等 h）成本：中等 i）發展趨勢：采用成組工藝。 由以上可知，該零件為中批生產，所以工藝安排應考慮工序適當集中，考慮零件成批生產，產量比較大，綜合經濟與生產效率等因素，確定加工設備為通用機床，采用專用夾具。 2）設計的任務 該零件加工至成品，需完成從毛坯選擇開始，編排工藝，工裝夾具設計以及對該產品的說明書如下： 1．毛坯—零件綜合圖 1張 2．工藝過程卡片 1套 3．夾具裝配圖 1張 4．夾具體零件圖 1張 5．說明書 1份 零件材料為HT20-40，此牌號材料與HT200相同，HT200是新牌號，HT20-40為老牌號。HT200的鑄造性好，熔煉設備簡單，價格便宜，所以它們是機械制造中應用最多的材料。HT200可承受較大彎曲應力，用于強度、耐磨性要求較高的較重要的零件和要求保持氣密性的鑄件。有較好的耐熱性和良好的減振性，鑄造性較好。該車床支架零件的結構較復雜，也適于用鑄造的方法制造。 零件的切削加工性良好，無特殊的加工問題，故加工中不需要采用特殊工藝措施。刀具材料選擇范圍很大，高速鋼或YT類硬質合金均能勝任。刀具幾何參數可根據不同刀具類型通過相關表格查取。 零件組成表面：底面，兩端面，外圓及其臺階面，兩端沉頭螺釘孔，外圓內Φ20H7孔, Φ18H8孔、鍵。 主要技術條件分析如下： 零件的材料為HT200，硬度適中，灰鑄鐵生產工藝簡單，鑄造性能優良，撥動叉中間圓柱體連有兩翼板，以下是車床支架需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求： F面：表面粗糙度要求為Ra6.3μm AC1、AC2面：表面粗糙度要求為Ra1.6μm E面：精度要求為±0.4mm B孔：尺寸精度為H7，表面粗糙度要求為Ra1.6μm，相對于A面有平行度要求精度為0.03mm，相對于C面有垂直度精度要求為0.03mm L孔：尺寸精度為H8，表面粗糙度要求為Ra1.6微米，相對于B面有垂直度精度要求為0.15mm H1、H2孔，G1，G2孔：有位置度要求為±0.2mm 零件總體特點是一個典型的鑄造類零件。 4）確定毛坯、畫毛坯 在仔細分析了零件的基礎上，選擇零件的加工方法，首先從毛坯開始，在毛坯的選擇上，既要考慮工藝性，又要考慮到經濟性，綜合兩項因素進行毛坯的選擇。 毛坯的選擇對零件工業過程的經濟性有很大影響，工序數量，材料消耗加工工時等都取決于所選擇的毛坯，但要提高毛坯的質量往往會使毛坯制造困難，需要復雜的工藝和昂貴的設備，增加了毛坯的成本，這兩者是矛盾的。因此毛坯的種類和制造方法的選擇要根據毛坯的類型和具體的生產條件決定。同時應該主要到，充分使用新工藝、新技術、新材料的可能性，以便降低零件生產總成本提高質量。 毛坯的類型有：鑄件、鍛件、型材、焊接件、壓制件、沖壓件等，由于本零件是中批生產，則優先考慮鍛件和鑄件，雖然成本高，但提高了生產率，零件材料為HT200。零件在機床運行過程中所受沖擊不大，結構又比較簡單，在考慮零件的力學性能，形狀大小等因素后，選擇鑄件。 鑄件采用機器造型，木模，精度等級選8級，查《金屬機械加工工藝人員手冊》表12-2和12-3得，澆注頂面、側面的余量為6mm，底面余量為4mm。 2.5工藝過程設計 1）定位基準的選擇 基面選擇是工藝規程設計中的重要工作之一?；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，加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產無法進行?；鶞蔬x擇的原則有： 粗基準的選擇原則： a)盡可能用精度要求高的主要表面作粗基準； b）不加工面作粗基準，且該面與要加工面有一定的位置精度要求； c）余量均勻原則； d）粗基準的表面要盡量光整、光潔、有一定的面積以便于裝夾； e)不能重復使用原則。 精基準的選擇原則： a）基準重合原則——盡可能使設計基準和原始基準重合； b）互為基準原則——兩個位置精度要求較高的表面互為基準； c）基準不變原則——統一基準。 車床支架是一個典型的鑄造類零件，它仍具有一般鑄造類零件的加工規律，根據以上原則及對零件的分析，擬訂出如下的定位基準： a)加工D面和E面時，可先將D面作粗加工，再以加工好的D面作為基準加工E面。 b)加工F面及AC1面、AC2面時，可以加工好的D面或者E面作為基準進行加工。 c)加工孔H1、G1、H2、G2時，可以以加工好的F面作為定位基準進行加工。 d)加工孔B、孔L時，仍可以以加工好的F面作為定位基準進行加工。 2）制定加工工序和選擇加工設備及刀、夾、量具 加工工序設計 制定工藝路線的出發點，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，可以考慮采用萬能型機床配以專用夾具，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。因此確定工藝路線方案如下： 方案一： 工序一：半精銑平面D面、E面 工序二：半精銑平面F面，精銑平面AC1面和AC2面 工序三：鉆H1，H2孔，惚孔G1，G2 工序四：鉆，擴，鉸B孔 工序五：鉆，擴，鉸L孔 工序六：清除毛刺 方案二： 工序一： H1，H2孔，惚孔G1，G2 工序二：半精銑平面D面、E面鉆 工序三：半精銑平面F面，精銑平面AC1面和AC2面 工序四：鉆，擴，鉸B孔 工序五：鉆，擴，鉸L孔 工序六：清除毛刺 根據經驗，大多數情況下都應該先銑平面再加工孔，會更能容易滿足零件的加工要求，因此，工藝路線方案一較為合理，工序集中，工序排列最優，效率也比較高，因此選擇工藝路線方案一作為本車床支架的工藝生產路線。 主要表面可能采用的終加工方法，按照精度要求，Ra1.6μm應為精銑或磨削。 按照零件材料，批量大小，現場條件等因素，并對照各加工方法特點及適應范圍確定采用銑削加工底面及兩端面。 結合主要表面加工及表面形狀特點，B孔和L孔采用鉆、擴、鉸的加工方式。底面上的鍵宜采用銑削加工方法。 銑削采用立式銑床，B孔和L孔的加工采用立式鉆床。 零件在銑床上或者鉆床上的加工都應采用專用夾具進行裝夾。 立式銑床的主要參數如下： 型號：X5032A 功率：7.5KW 主軸轉速：30-1500轉/分 立式鉆床的主要參數如下： 型號：Z5025 功率：1.5kW 主軸轉速：100~1360轉/分 3) 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 車床支架零件材料為HT20-40，毛坯為鑄件，毛重20kg，數量為2000件/年，屬于中批量生產。 根據以上原始資料及加工路線，分別確定加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： A、 外圓表面（Φ42） 考慮零件外圓表面為非加工表面，所以外圓表面為鑄造毛坯，沒有粗糙度要求，因此直接鑄造而成。 B、 底D面及E面的加工余量 查《機械制造工藝設計簡明手冊》，取粗銑加工余量為3mm，半精銑平面加工余量為1mm。 C、 底部鍵F面及AC1面和AC2面的加工余量 查《機械制造工藝設計簡明手冊》，取粗銑F面加工余量為3mm，半精銑F面加工余量為1mm；粗銑AC1面、AC2面加工余量為3mm，半精銑AC1面、AC2面加工余量為1mm，精銑AC1面、AC2面加工余量為0.5mm D、 鉆H1，H2孔，惚孔G1，G2的加工余量 查《機械制造工藝設計簡明手冊》，并根據加工精度要求，取鉆孔H1，H2的加工余量為11mm，惚孔G1，G2的加工余量為6mm。 E、 外圓表面沿軸線長度方向的加工余量及公差（Φ20） 查《機械制造工藝設計簡明手冊》，取鉆孔余量為18mm，擴孔余量為1.8mm，鉸孔余量為0.2mm。 F、外圓表沿軸線寬度方向的加工余量及公差（Φ18） 查《機械制造工藝設計簡明手冊》，取鉆孔余量為17mm，擴孔余量為1.85mm，鉸孔余量為0.15mm 3 夾具設計 3.1夾具的基本知識 夾具最早出現在1787年，至今經歷了三個發展階段。第一階段表現為夾具與人的結合。在工業發展初期，機械制造的精度較低，機械產品工件的制造質量主要依賴勞動者個人的經驗和手藝，而夾具僅僅作為加工工藝過程中的一種輔助工具；第二階段是隨著機床、汽車、飛機等制造業的發展，夾具的門類才逐步發展齊全。夾具的定位、夾緊、導向（或對刀）元件的結構也日趨完善，逐漸發展成為系統的主要工藝裝備之一；第三階段，即近代由于世界科學技術的進步及社會生產力的迅速提高，夾具在系統中占據相當重要的地位。這一階段的主要特征表現為夾具與機床的緊密結合。 現代生產要求企業制造的產品品種經常更新換代，以適應市場激烈競爭，盡管國際生產研究協會的統計表明中不批，多品種生產的工價已占工件種類數的85%左右。然而目前，一般企業習慣于采用傳統的專用夾具，在一個具有只能同等生產能力工廠中約擁有13000-15000套專用夾具。另一方面，在多品種生產的企業中，約隔4年就要更新80%左右的專用夾具，而夾具的實際磨損量只有15%左右，特別最近年來柔性制造系統（FMS）、數控機床（NC）、加工中心（MC）和成組加工（GT）等新技術被廣泛應用和推廣，使中小批量生產的生產率逐步趨近于大批量生產的水平。 綜上所述，現代生產對夾具提出了如下新的要求： A、能迅速方便地裝備新產品的投產以縮短生產準備周期； B、能裝夾一組相似性特征的工件； C、適用于精密加工的高精度的機床； D、適用于各種現代化制造技術的新技術； E、采用液壓泵站等為動力源的高效夾緊裝置，進一步提高勞動生產率。 現代夾具的發展方向表現為精密化、高效化、柔性化、標準化等四個方面： A、精密化 隨著機械產品精度的日益提高，勢必也相應提高對其精度要求。精密化夾具的結構類型很多，例如用于精密分度的多齒量，其分度可達正負0.1，用于精密車削的高精度三爪卡盤，其定心精度為5μm，又如用于軸承套圈磨削的電磁無心夾具，工件的圓度可達0.2-0.5μm B、高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的機動時間和輔助時間，以提高勞動生產率，減少工人勞動強度，常見的高效化夾具有：自動化夾具、高速化夾具、具有夾緊動力模塊的夾具等。例如使用電動虎鉗裝夾工件，可使工件效率比普通虎鉗提高5倍左右；而高速卡盤則可保證卡爪在轉速9000r/min的條件下能正常夾緊工件，使切削速度大幅度提高。 C、柔性化 夾具的柔性化和機床的柔性化相似，它是通過調節組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產批量、工件的形狀和尺寸等，具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調夾具、成組夾具、模塊夾具、數控夾具等，在較長時間內，夾具的柔性化趨向將是夾具發展的主要方向。 D、標準化 夾具的標準化與通用化是相互聯系的兩個方面，在制造典型夾具，結構的基礎上，首先進行夾具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近的夾具元件和不見的部件的形成；舍棄一些功能低劣的結構，通用化方法包括：夾具、部件、元件、毛坯和材料的通用化，夾具的標準化階段是通用化的深入并為工作圖的審查創造了良好的條件。目前，我國已有夾具零件、部件的國家標準：GB2148-2249-80，GB2262-2269-80以及通用夾具標準，組合夾具標準等。夾具的標準化也是夾具柔性化高效化的基礎，作為發展趨勢，這類夾具的標準化有利于夾具的專業化生產和有利于縮短生產準備周期，降低生產總成本。 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應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。在金屬切削機床工件中使用的夾具稱為機床夾具，在現代生產過程中，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，勞動生產率和產品的制造成本等，故機床夾具的設計在企業產品設計和制造以及生產技術裝備中占有極其主要的地位，機床夾具設計是一項重要的技術工作。 在機械加工中，機床夾具在機械加工中的功用主要有以下六個方面，然而在不同的生產條件下，應該有不同的側重點。夾具設計時應綜合考慮加工的技術要求，生產成本和工人操作方面的要求以達到預期的效果。 A、保證加工精度 用夾具裝夾工件時，能穩定的保證加工精度，并減少對其他工作條件的依賴性，故在精密加工中廣泛的使用該夾具，并且它還是全面質量管理的一個重要環節。 B、提高勞動生產率 使用夾具是否能使工件迅速的定位和夾緊并能夠顯著的縮短輔助加工的時間和基本時間，提高勞動生產率。 C、改善工人的勞動條件 用夾具裝夾工件方便、省力、安全。當采用氣壓、液壓等裝夾工件時，可減少工人的勞動強度保證生產安全。 D、保證工藝紀律 在生產過程中使用夾具可確保生產周期，生產強度等工藝秩序，例如：夾具設計也是工程技術人員解決高難度零件加工的主要手段之一。 E、降低生產成本 在批量生產中使用夾具時，由于勞動生產率的提高和允許使用技術等級較低的工人操作，故可明顯降低生產成本。 F、擴大機床工藝范圍 這是生產條件有限的企業中常用的一種技術改造措施，如車床上的拉削，鉆孔加工等，也可用夾具裝夾的加工較復雜的成型面。 設計夾具時，應滿足下列四項基本要求： A、保證工件的加工精度； 即在機械加工工藝系統中，夾具在滿足以下三項要求，工件在夾具中的定位、夾具在機床上的位置、刀具的正確位置 B、保證工人的操作安全 C、達到加工精度的勞動生產率要求 D、滿足夾具一定的使用壽命和經濟效應 雖然各類機床夾具的結構有所不同但按照主要功能加以分析，機床夾具的基本組成部分是定位元件，夾緊裝置和夾具體三個部分，這也好似夾具體的主要內容。 （1）系統定位元件 定位元件是夾具的主要功能元件之一，通常當工件定位基準面的形狀確定后，定位元件的結構也就確定了。 （2）夾緊元件 夾緊裝置也是夾具的主要元件之一，一般鉸鏈壓板、螺釘、夾緊裝置等。 （3）夾具體 通常夾具作為鑄件的機構、鍛件結構、焊接結構、形狀有回轉體形和底座等多種定位元件，夾緊裝置等分布在夾具體不同的位置上。 （4）連接元件 根據機床的工作特點，夾具在機床上的安裝連接常有的兩種方式：一種是安裝在機床工作臺上，另一種是安裝在機床主軸上，連接元件用于確定夾具本身在機床上的位置。 （5）對刀和導向裝置 對刀裝置常見在銑床夾具中，用以對刀塊調節銑刀對刀前的位置，對刀時，銑刀不能與對刀塊直接相連，以免碰傷銑刀的切削刃和對刀塊工作表面。 導向裝置鉆模板、鉆套、鏜模的鏜模支架。鏜套，它們能確定刃具的位置，并引導刀具進行切削。 （6）其他元件或裝置 根據加工的需要，有些夾具分別采用分度裝夾，靠模裝置上下料加工工藝機器人等。 3.2定位原理及方案分析 為了提高生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。本文將就工序一半精銑平面D面、E面的專用夾具進行設計。本夾具用于夾持工件方便對其進行加工，所使用的刀具為細齒硬質合金面銑刀。 首先考慮夾具結構的總體方案，夾具結構方案經常是參考生產中已有結構加以改造，以適合本工序的加工要求。也往往需要把幾個夾具中采用的結構或機構綜合成自己需要的夾具。夾具總體結構也會有幾個方案，同樣需要從保證工序加工精度、結構簡單、操作方便、滿足該零件批量生產的生產效率等四個方面，從中選用較優的結構。 由于各類機床自身的工作特點和結構形式各不相同，對所用夾具的結構也相應地提出了不同的要求。按照所使用的機床不同，夾具可分為：車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機床夾具和其他機床夾具等。 本次設計的車床支架零件工序一的加工在銑床上完成，因此，本次夾具設計的任務是一個銑床夾具的設計。 銑床夾具的組成主要包括：定位裝置、夾緊裝置、夾具體、連接元件和對刀元件。而銑床夾具的類型可分為： 1） 直線進給式銑床夾具 2） 圓周進給式銑床夾具 3） 仿形進給式銑床夾具 對于銑床夾具的設計，由于銑削加工的切削力較大，又是斷續切削，加工中易引起振動，因此： 夾具的受力元件要有足夠的強度和剛度； 夾緊機構所提供的夾緊力應足夠大； 要求有較好的自鎖性能。 為了提高夾具的工作效率，應盡可能采用機動夾緊機構和聯動夾緊機構。并在可能的情況下，采用多件夾緊和多件加工。 銑床夾具的對刀裝置，用以確定夾具相對于是刀具的位置。銑床夾具的對刀裝置主要由對刀塊和塞尺構成。常用的對刀塊有： 高度對刀塊：用于加工平面時對刀 直角對刀塊：用于加工鍵槽或臺階面時對刀； 成形對刀塊：用于加工成形表面時對刀。 本次設計零件車床支架為中批量生產，要求成本低，且在加工過程夾緊力要求不高。 本道工序一半精銑平面D面、E面，在進行本道工序時，其他都是未加工表面。為了保證技術要求，最關鍵的是要找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產率和降低勞動強度。 定位分析比較： 方案1：采用壓板用螺栓聯接，利用汽缸夾緊，這種夾緊方式夾緊力可靠，輔助時間短，工人勞動強度小，但是成本高。 方案2：采用壓板，用螺栓、螺母聯接，利用手動夾緊，這種夾緊方式夾緊力小，但成本低。 本次設計零件為大批量生產，要求成本低，且在加工過程中夾緊力要求不高，因此夾具夾緊方案選用方案二，利用螺栓、螺母手動夾緊。壓板選擇為直壓板，加工兩個零件時，為了防止兩工件在長度尺寸上的誤差，而導致直壓板不能完全壓住兩工件，因此，在壓板兩端設計了兩個浮動壓頭，且壓板也螺栓、螺母的連接采用球面墊圈，這樣就能消除兩工件的尺寸誤差，因此方案2更合理。 3.3夾具總體設計 夾具是裝夾工件的母體，所以，夾具制造要有相對較高的精度，夾具設計中，應首先選用典型的夾緊機構。在滿足要求的前提下，選用的標準件越多越好，夾具越簡單越好。 首先，基面的選擇是工藝規程設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量得到保障，生產得到保證，生產率得到提高。 （1）夾具設計說明 本夾具設計時以前道鑄造工序成型后的表面作為粗基準，再以加工好的面作為基準加工另外一個面。定位元件用于確定工件在夾具中的位置，使工件相對于刀具及運動軌跡有一個正確的位置。定位元件是夾具的主要功能元件之一，其定位精度將直接影響攻堅餓加工精度。定位元件主要有支承釘、支撐板、可調支承和輔助支承四種。 由于車床支架零件在本道工序之間沒有已經加工過的表面，因此使用支承釘作為定位元件較為合適，因此，在本設計中，分別以三個支承釘作為工件F面的定位，限制工件x軸旋轉、y軸旋轉、z向移動三個自由度。 另外，由于車床支架零件的結構特點具有外圓表面，以外圓定位時，通常采用V型架裝置。根據工件的特點，需要采用一個可調支承以使工件能完全定位。 安裝時，先將工件放在三個支承釘（消除x軸旋轉、y軸旋轉、z向移動三個自由度）之上，并靠在右邊的支承釘之上（消除x向移動一個自由度），并由一個V型架定向（消除z軸旋轉一個自由度），然后調節可調支承（消除y向移動一個方向自由度）轉動手柄通過鎖緊螺母動作，把工件夾緊，此時六個自由度全部消除。 由于工件的后道工序加工孔時的精度要求不高，因此本夾具使用了工件毛坯底面作為定位基準，并且使用定位釘作為支承。 本夾具夾緊方案為利用螺栓、螺母手動夾緊。壓板選擇為直壓板，加工兩個零件時，為了防止兩工件在長度尺寸上的誤差，而導致直壓板不能完全壓住兩工件，因此，在壓板兩端設計了兩個浮動壓頭，且壓板也螺栓、螺母的連接采用球面墊圈，這樣就能消除兩工件的尺寸誤差。 （2）切削力的計算 在銑削時夾緊力產生的力矩，必須滿足《機床夾具設計手冊》中所規定的要求，刀具材料：YG8細齒硬質合金面銑刀 刀具有關幾何參數： 由《機床夾具設計手冊》表1-2-9 可得銑削切削力的計算公式： 查參考文獻[13]表得： 對于灰鑄鐵： 取 ， 即 所以 由參考文獻[3]表1-2可得： 垂直切削力 ：（對稱銑削） 背向力： （3）夾緊力的計算 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，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，見參考文獻[13]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，決定選用手動螺旋夾緊機構。 單個螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算： 式中參數由《機床夾具設計手冊》可查得： 其中： 螺旋夾緊力： 易得： 經過比較實際夾緊力遠遠大于要求的夾緊力，因此采用該夾緊機構工作是可靠的，可以滿足切削力的要求。 （4）夾具的誤差分析 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定的工序公差。 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[13]可得： ⑴ 平面定位心軸定心的定位誤差 ： ⑵ 夾緊誤差 ： 其中接觸變形位移值： 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。 本課題所設計方案如下圖所示： 該夾具對工件的定位考慮合理，且夾具結構簡單，可適合于中批量生產。 3.4夾具體的設計 夾具體是夾具的基礎件，夾具上的各種裝置和元件通過夾具體連接成為一個整體。在機械零件的結構設計中需要注意的內容主要有以下四個方面： （1）便于裝夾 零件的結構應便于加工時的定位和夾緊，裝夾次數要少。 （2）便于加工 零件的結構應盡量采用標準化數值，以便使用標準化刀具和量具。同時還注意退刀和進刀，易于保證加工精度要求，減少加工面積及難加工表面等。 （3）便于數控加工 被加工零件的數控工藝性問題涉及面很廣，下面結合編程的可能性與方便性來作工藝性分析。本道工序所用夾具體的材料為HT200。HT200是灰鑄鐵的牌號,灰鑄鐵HT200表?30試樣的最低抗拉強度200MPa. （4）便于測量 設計零件結構時，還應考慮測量的可能性與方便性。 基于以上機械零件結構設計的原則，本夾具的設計外形尺寸是127×95×200，設計壁厚最薄處為18mm. 銑床夾具的夾具體承受較大的切削力，因此要有足夠的強度、剛度和穩定性能。通常在夾具體上要適當布置筋板，夾具體的安裝面應足夠大，且盡可能作成周邊接觸的形式。 銑床夾具通常通過定位鍵與銑床工作臺T形槽的配合來確定夾具在機床上的方位。定位鍵與夾具體的配合采用H7/h6。 為了降低夾具體的制造成本，鑄造時鑄出凸臺，在夾具體加工時只加工夾具體上裝配表面，這樣夾具的精加工部分面積都很小，從而降低了夾具的制造成本。 在夾具設計中，本夾具有以下特點： A、該夾具采用手動夾緊，可靠方便，省時省力，尺寸小，不需要增壓裝置，結構簡單。 B、該夾具采用一面兩銷定位，誤差少，能夠滿足工件的加工要求； C、工件要求不太高，夾具各公差配合適當放寬，降低了夾具的制造精度， 從而使夾具生產成本不太高，符合夾具設計要求。 一批工件逐個的在夾具上定位時，各個工件所占據的位置不完全一致，加工后，各工件的加工尺寸必然大小不一，形成誤差： 對于車床支架零件來說，因為滿足了基準重合的原則，所以△B=0 在夾具設計時，應該注意提高勞動生產率。本道工序中由于是中批量生產，要求成本低，因此銑床夾具就選擇了手動夾緊方式。 總結 畢業設計是學生在學完教學計劃所規定的全部課程后，總結在校學習成果，應用自己所學知識和能力進行的一次綜合性的大實踐，在校學習的最后一環，必將對畢業后的工作產生深遠的影響。畢業設計培養和鍛煉自己對所學知識的靈活應用，通過畢業設計，可以掌握正確的設計方法和設計思維方法，進一步提高自己有關機械制造工藝及設備方面的設計能力，提高制圖、計算、文字敘述、運用各種標準、規范、手冊的能力，學會調查研究、理論聯系實際、鍛煉查閱、分析研究國內外有關資料的能力，鞏固并擴大知識領域和視野，學習本專業范圍內與設計題目有關的專業知識，使自己得到更好的鍛煉，以能夠勝任將來的工作的需要。 通過兩個月多月的辛勤努力，我的畢業設計終于如期完成了。在指導老師的耐心幫助和悉心指導下，我學會了總結設計要求，查閱相關資料，形成整個設計框架和整體思想，最終圓滿的完成設計。在整個設計過程中，由于知識的缺乏，出現了不少理論和實踐上的錯誤，在指導老師的耐心指正下才得以解決。她嚴謹的治學態度和高度的責任心，給我在生活和工作中以很大的影響，我在此表示衷心的感謝。 隨著現代機械工業的發展，機床的種類越來越繁多，機床的功能越來越多，為了適應當今機械生產中的特殊要求，專用夾具的應用也越來越廣泛。之所以選擇車床支架機械加工工藝及夾具設計作為我的設計題目，是因為我發現以前的鉆床雖然功能不少，但是有很多不足之處，比如對一些有特殊要求的工件也不能進行批量生產。基于這個前提，我選擇了鉆床類的專用夾具設計。通過本次設計的鉆床專用夾具既可以滿足特殊的加工要求又節省了時間、減少了勞動力。 本文對車床支架的機械加工工藝及夾具進行了設計，設計的工程綜合了大學里所學的知識，是理論與實際相結合的一個成果。制定了一套切實可行的一套工藝流程和設計了一套較為合理的夾具。 致謝 通過這次畢業設計，使我對零件制造過程、加工工藝和夾具設計都有了更進一步的認識，也加深了，對大學四年中所學基礎知識的學習和理解。畢業設計是理論聯系實際的最有效方法。在具體設計過程中，必須考慮到方方面面的問題，在理論上正確無誤的設計，在實際中往往存在各種問題。這樣，在設計時就必須考慮所設計的機構是否合理，在實際運用中能否正常工作，而不僅僅考慮理論上的可行性，畢業設計使我學會了從實際出發加工零件和設計夾具。 本次設計是在老師的悉心指導和幫助下完成的，我的機械工藝知識有限，在設計中常常碰到問題，是老師不厭其煩的指導，不斷的點撥迷津，提供相關資料，才使設計順利完成。老師的耐心講解，使我如沐春風，不僅如此，老師嚴謹的治學態度和高尚的敬業情操深深打動了我，在此，我向老師表示最真誠的感謝。同時，感謝同班同學的支持和幫助，使我更好的完成了畢業設計。 參考文獻 [1]盧秉恒，趙萬華，洪軍主編.機械制造技術基礎.機械工業出版社，1999 [2]胡宜明,孟淑華主編.機械制圖.高等教育出版社，2001 [3]馮辛安,黃玉美,關慧貞主編.機械制造裝備設計.機械工業出版社，2006 [4]浦林祥主編.金屬切削機床夾具設計手冊.機械工業出版社,1984 [5]趙如福主編.金屬機械加工工藝人員手冊.上?？茖W技術出版社,1990 [6]王光斗,王春福.機床夾具設計手冊.上?？茖W技術出版社，2001 [7]李旦，邵東向，王杰主編．機床專用夾具圖冊[M]，哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2005 [8]貴州工學院機械制造工藝教研室主編．機床夾具結構圖冊[M]，貴陽：貴州人民出版社，1983 [9]陳宏鈞主編．實用金屬切削手冊[M]，北京：機械工業出版社，2005 [10]李洪主編．機械加工工藝手冊[M]，北京：機械工業出版社，1990 [11]馬賢智．機械加工余量與公差手冊[M]，北京：中國標準出版社，1994