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（說明書） 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計 Switching nut the machining process planning and fixture design 學 院（系）： 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化（機制） 學 生 姓 名： 學 號： 指 導 教 師： 評 閱 老 師： 完 成 日 期： 2012 年 6 月 8 號 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程銑斷夾具設(shè)計 - 2 - 摘要 本次畢業(yè)設(shè)計是以 CA6140 車床上開和螺母的工藝工裝為基礎(chǔ)的，主要內(nèi)容包括以 下幾個方面：設(shè)計零件，加工工藝及公式計算，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 涉及的只是比較廣，是對我們所學只是及應用、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，又補充了在校學習期間知識 和能力的不足。 關(guān)鍵詞：CA6140 開合螺母上座體；夾具設(shè)計；工藝工裝設(shè)計。 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程銑斷夾具設(shè)計 - 3 - Abstract My graduated design is based on the craft design of the the opened nut to CA6140,which includes parts design,machining and time calculations,a design of two set of jigs,adismantalment-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. 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程銑斷夾具設(shè)計 - 4 - 目 錄 引 言 ................................................................- 7 - 1.1 毛坯生產(chǎn)類型 ..................................................- 7 - 1.2 毛坯鑄造形式 ..................................................- 7 - 1.3 毛坯精度尺寸 ..................................................- 7 - 1.4 確定毛坯鑄件的重量 ............................................- 7 - 1.5 確定機械加工余量 ..............................................- 7 - 1.6 確定鑄鐵件的尺寸偏差 ..........................................- 7 - 1.7 零件的作用 ....................................................- 7 - 2. 工藝規(guī)程設(shè)計 ......................................................- 9 - 2.1 確定毛坯的制造形式 ............................................- 9 - 2.2 基面的選擇 ....................................................- 9 - 2.3 制定工藝路線 ..................................................- 9 - 2.4 工藝方案的比較與分析 .........................................- 10 - 2.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 .......................- 11 - 2.6 確定切削用量及基本工時 .......................................- 11 - 2.6.1 粗銑燕尾 ...............................................- 11 - 2.6.2 精銑燕尾 ...............................................- 12 - 2.6.3 銑退刀槽 ...............................................- 12 - 2.6.4 粗銑端面 ..............................................- 13 - 2.6.5 精銑端面 ...............................................- 13 - 2.6.6 工序磨燕尾及空刀槽，保證粗糙度為 1.6，精度為 7 級 ......- 14 - 2.6.7 工序 鉆 52H7 孔并倒角 1.545......................- 15 - 2.6.8 工序 鉆 2 12 孔 .................................- 16 - 2.6.9 工序 車端面 ..........................................- 17 - 2.6.10 .切斷 ...............................................- 19 - 3. 機床夾具設(shè)計 .....................................................- 20 - 3.1 機床夾具概論 .................................................- 20 - 3.1.1 夾具簡介 ...............................................- 20 - 3.1.2 機床夾具的概念 .........................................- 20 - 3.2 機床夾具的功能 ................................................- 20 - 3.2.1 機床夾具的主要功能 .....................................- 20 - 3.2.2 機床夾具的特殊功能 ....................................- 20 - 3.3 機床夾具在機械加工中的作用 ...................................- 21 - 3.4 機床夾具的組成 ...............................................- 21 - 3.5 夾具設(shè)計的基本要求 ...........................................- 21 - 3.6 機床夾具的分類 ..............................................- 21 - 3.7 機床夾具的設(shè)計特點和設(shè)計要求 .................................- 22 - 3.7.1 機床夾具的設(shè)計特點 .....................................- 22 - 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程銑斷夾具設(shè)計 - 5 - 3.7.2 機床夾具的設(shè)計要求 ....................................- 22 - 3.8 夾具設(shè)計方法和步驟 ..........................................- 22 - 3.8.1 研究原始資料，明確設(shè)計任務 .............................- 22 - 3.8.2 夾具結(jié)構(gòu)和方案的設(shè)計 ..................................- 23 - 3.9 鉆削力及夾緊力計算 ...........................................- 23 - 4. 夾具總圖的繪制 ....................................................- 27 - 鉆夾具體 .............................................................- 29 - 5. 機床夾具的發(fā)展 ....................................................- 32 - 6. 附錄： ...........................................................- 34 - 6.1 英文原文 .....................................................- 34 - 參 考 文 獻 ..........................................................- 43 - 致 謝 ..............................................................- 44 - 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 6 - 引 言 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-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 車床上的開合螺母上座體 。開合螺母上座體是用于 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 7 - 接通和斷開從絲杠傳來的運動。車削螺紋時，將開合螺母上座體合上，絲杠通過開合 螺母上座體傳動溜板箱和刀架；否則就將開合螺母上座體脫開。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軌內(nèi)上下移動，使其相互靠攏，將開合螺母 上座體和絲杠嚙合。若逆時針方向轉(zhuǎn)動手柄，則兩半螺母相互分離，開合螺母上座體 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， 目的是使開合螺母上座體閉合能自鎖，不會因為螺母上的徑向力而自動脫開。 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 8 - 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,因此應該選用鑄件,以便使開合螺母上座體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。 粗基準的選擇：對象開合螺母上座體這樣的零件來說，選擇好粗基準是至關(guān)重要 的。按照有關(guān)粗基準的選擇原則，即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作 粗基準；若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的 不加工表面作為粗基準。我現(xiàn)在選取燕尾為粗基準，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。對于精基準而言，主要應該考 慮基準重合的問題。 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，還應當考慮經(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. 鑄造。 . 清砂。 . 熱處理。 . 清砂。 .涂漆。 .劃線。 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 9 - .銑燕尾及空刀槽。 .磨燕尾及空刀槽。 .粗鏜、精鏜、粗鉸、精鉸 52H7 孔并倒角 1.5 x 45。 .鉆、擴鉆、粗鉸、精鉸 2 x 12 孔。 .粗車、半精車、精車一端面。 .粗車、半精車、精車另一端面。 .切斷。 .去毛刺。 .清洗。 .檢驗。 .入庫。 路線方案二： 工序. 鑄造。 . 清砂。 . 熱處理。 . 清砂。 .涂漆。 .劃線。 . 粗車、半精車、精車一端面。 . 粗鏜、精鏜、粗鉸、精鉸 52H7 孔并倒角 1.5 x 45。 . 粗車、半精車、精車另一端面。 . 銑燕尾及空刀槽。 . 磨燕尾及空刀槽。 . 鉆、擴鉆、粗鉸、精鉸 2 x 12 孔。 .切斷。 .去毛刺。 .清洗。 .檢驗。 .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 加工孔 52H7；而方案二是先加工兩端面，再加工 52H7 孔。兩者相比較，可以看出， 先加工燕尾及空刀槽，然后以此為基準加工孔 52H7，這時的位置精度較易保證，并 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 10 - 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 “開合螺母上座體”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. 52H7 孔 精鉸至 52H7，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 12 孔 鉸至 12mm 2z=0.15； 擴鉆至 11.85mm 2z=0.85； 鉆至 11 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：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/d w =1000 40 =0.8r/s（47.8r/min）1.034 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 11 - 按機床選取 nw=0.79 r/s （47.5r/min） 實際切削速度 切削工時：3.140.9.43/0dv ms l1=8.7（表 1-11-12） t0= =158.3s（2.64min）75.283mzs 2.6.2 精銑燕尾 v=6m/min（0.1m/s） （表 1-10-151） ns= =0.8r/s（47.8r/min）w10v0.1d34 按機床選取 nw=0.79 r/s （47.5r/min） 實際切削速度 v=d w nw/1000=3.14400.79/1000=0.43m/s 切削工時： l1=6.3 t0= =153s（ 2.6min）1+75.263mzs 2.6.3 銑退刀槽 s=0.020.03（表 1-10-142） 選 s=0.02mm v=47m/min（ 0.78m/s） ns= =4.14r/s（248r/min）w10v0.78d346 按機床選取 nw=4 r/s （240r/min） 實際切削速度 v= =0.75m/s（45m/min）wdn3.14600 切削工時： l1=5.9， l2=4 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 12 - sm=sz z n=0.02 436=2.88 t0= =3.785s（0.06min）125.98mls 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）w10v0.93d48 按機床選取 nw=4.2r/s （ 252r/min） 實際切削速度 v= =1.01m/s（61m/min）wdn3.1480.20 切削工時： l1=37.5，l 2=2 sm=sz z n=0.1 18 3.7=0.37 t0=（ =185s（3min）12937.520mls 2.6.5 精銑端面 銑刀每轉(zhuǎn)進給量 0.100.12 選 s0=0.12mm v=56m/min=0.9m/s ns= =3.7r/s（222r/min）w1v0.92d348 按機床選取 nw=4.2r/s （ 252r/min） 實際切削速度 v= =1.01m/s（61m/min）wdn3.1480.20 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 13 - 切削工時： l1=37.5，l2=2 sm=sz z n=0.1 18 3.7=0.37 t0= =185s（3min）12937.520mls 2.6.6 工序磨燕尾及空刀槽，保證粗糙度為 1.6，精度為 7級 選擇臥軸矩臺平面磨床 M7130-1 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 用磨輪端面磨平面的切削用量 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 用磨輪端面磨平面的切削動力 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 用磨輪圓周粗磨平面的切削用量 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 切削工時 t0lhkTo=1vsz L ：磨削計算長度 矩臺用磨輪圓周磨 L=l1+20 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 14 - 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= =0.36mint02+310.2lhk 1vsz653 T02= =0.35mint0.l sz10 T03= =0.15mint026+.21lhk 1vsz53 T= T01 + T02 + T03=0.36+0.35+0.15=0.86min 2.6.7 工序 鉆 52H7 孔并倒角 1.545 (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 進給量 S=1.6-2.0，選 S=1.6mm/r v=62.6m/min，n=398r/min（6.63r/min） 切削工時 l1=1.7， l2=3.0， l=105 t=（ D-d1）/2=（47-40）/2=3.5mm t0= =10.34s（0.17min）1205.736lsn 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） 切削工時 l1=0.87， l=105 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 15 - t=（ D-d1）/2=（50-47）/2=1.5mm t0= =9.07s（0.15min）205.8736lsn 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） 切削工時 l1=0.58， l=105 t=（ D-d1）/2=（51.5-50）/2=0.75mm t0= =10.24s（0.17min）1205.836lsn 2.6.8 工序 鉆 2 12 孔 選擇直柄麻花鉆（GB1436-78） 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，l 2=39， l=105 t=（ D-d1）/2=（52-51.92）/2=0.04mm ns= =13.6r/s（816r/min）w0v0.47d3 按機床選取 nw=800r/s （13.3r/min） 實際切削速度 v = = 0.46m/swd3.14.00 切削工時： l1=3.4， l2=1.5，L=20 t0= =7.49s（0.13min）03.4152wns 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 16 - 擴孔鉆至 11.85 S=0.7-0.9，S=0.7mm/r（10-75） v=22.2m/min，n=472r/min 按機床選取 nw=460r/min=7.67r/s 實際切削速度 =0.29m/sd3.14.857600v 切削工時 l1=0.58，l 2=1.5， l=20 =4.11s（0.07min）00.58176wtns 鉸至 12 選用錐柄機用鉸刀 D=12 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）00.51873wtns 2.6.9 工序 車端面 粗車至 99mm S=（0.30.5） mm/r （10-19） 選 s=0.4 mm/r V=118m/min（1.97m/s） =9.65r/s（597r/min）w10v1.97d3465sn 按機床選取 nw=8.6r/s（516 r/s） 實際切削速度為 =1.76m/s（105m/min）d3.14658.00v 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 17 - 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/sn ） i =（42.5/0.4 8.6）2=24.72s（0.4min） 半精鏜至 97.8mm S=（0.30.5） mm/r 選 s=0.3 mm/r V=35m/min（ 0.58m/s） =2.84r/s（171r/min）w10v0.58d346sn 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 ）d3.14652.00v 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/sn ） i =（39.5/0.3 2.5）1=52.7s（0.88min） 精車至 97mm S=（0.30.5） mm/r 選 s=0.3 mm/r V=35m/min（ 0.58m/s） =2.84r/s（171r/min）w10v0.58d346sn 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 ）d3.14652.00v l=0.4， l1=1， l2=1 ，l3=5 L=d/2+ l1+ l2 + l3=32.5+1+1+5=39.5mm t0=（ L/sn ） i =（39.5/0.3 2.5）1=52.7s（0.88min） 倒角 1.545 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 18 - S=（0.150.25） mm/r 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）w10v0.3d452sn 按機床選取 nw=120r/min（2 r/s） l=0.75， l1=0.4 tm=（l+ l1）/nw s= （0.75+0.4）/（20.2）=2.87min（172.5s） 2.6.10 .切斷 選用鋸片銑刀，D=175mm，齒數(shù)（838） S=（0.030.04） mm/r 選 s=0.03 mm/r v=34m/min（ 0.57m/s） ， =2.412r/s（144r/min）w10v0.57d34sn 實際切削速度為 =0.59m/s（35m/min ）wn.1752.00v l1=6 ， l2=4mm（11-12 ） Sm= SzZn=0.03402.5=3mm =49s（0.82min）1208364lts 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 19 - 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，并引導其進 行鉆削。導向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具也具有導向功能。 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 20 - 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，應該與不同的側(cè)重點。夾具設(shè)計時應綜合考慮加工的技術(shù)要求，以達到預期 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、 導向?qū)Φ对⑦B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。 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 21 - 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 雜的計算工作。 （2） 夾具的精度一般比工件的精度高 23 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。 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 22 - 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 本次是 CA6140 車床開合螺母上座體銑斷，根據(jù)任務說明書，采用銑床，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 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 實際切削扭矩及軸向力 F 為： M=6.83x0.9=6.147（Nm） ， F=1618.650.9=1456.785（N） 切削功率為：P M=2Mn10 -3=23.146.14713.610 -3=0.525（KW） 偏心夾緊時，夾緊力公式為： W0= sincoQLuRreuKL） （ ） 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） ；12 R：偏心輪半徑（mm） ； E：偏心量（mm） ； r：轉(zhuǎn)軸半徑 ；1234ss 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； 轉(zhuǎn)軸直徑：d 0.25，D=0.2525=6.25mm ， W0= =10070 x0.43=3010NsincoQLuRreuKLN） （ ） 經(jīng)過與指導老師的協(xié)商，決定設(shè)計銑斷，本夾具將用于 XA6132 臥式銑床，刀具為高速鋼細齒 圓鋸片銑刀，對工件進行加工。 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 23 - 4.1 問題的提出 本夾具主要用于銑斷，并且銑開的表面與 52 的孔有一定的公差要求，又在加工本道工序時， 的孔已經(jīng)進行了加工，因此，在本道工序中主要考慮加工面與 52 孔之間的要求，其次是20m 考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度。 4.2 夾具體設(shè)計 4.2.2 切削力及夾緊力的計算 刀具：高速鋼細齒圓鋸片銑刀 直徑 齒數(shù) Z=50 又由切削手冊表160odm 3.28 中的公式： FFxyupzenwoCafZdq 其中： 30FC1.0Fx0.65Fy0.83F0F.83Fq Z=50 16odm4pam2ea.2/zfmz 所以 F=63.5N 水平分力： .63.519.HFN 垂直分力； 0V 又在計算切削力時，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù) 1234K 其中 K 1 為基本安全系數(shù) 1.5 K2為加工性質(zhì)系數(shù) 1.2 K3 刀具鈍化系數(shù) 1.2 K4 為切削特點系數(shù)（斷續(xù)切削） 1.2 所以 F =KF H=69.9x1.5x1.2x1.2x1.2=181.2N 為了克服水平方向的力，實際的夾緊力為 N（f 1+f2）= KF H 其中 f 1 為螺母與螺桿間的摩擦系數(shù) f2 為工件與螺桿頭（或壓板）間的摩擦系數(shù) 又查得 f 1 和 f2 為 1.6 則 12HKFNf 所以 8.5601N 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 24 - 又選擇的螺旋夾緊機構(gòu)的基本尺寸如下（根據(jù)機床夾具設(shè)計 第三版表 1-2-20、1-2-21、1-2- 22、1-2-23 查得： r=0 tg12Mm1p5.67zrm136a02950 L=120mm Q=30N20.5 則 可以提供的夾緊力為： 12()zQLwrtga 所以 = =3140Nw12035.67(95)tg 又由機床夾具設(shè)計 第三版表 1-2-24 查得 當螺紋的公稱直徑為 12mm 時 ，螺栓許用的夾緊 力為 5690N 由以上的數(shù)據(jù)可知：所選的螺旋機構(gòu)提供的夾緊力大于所需的，且滿足螺栓的許用夾緊力，故本夾 具可以安全工作。 4.2.3 定位誤差分析 1）定位元件尺寸及公差的確定 本夾具的定位元件為一圓柱銷和一菱形銷，其參數(shù)由 （機床夾具設(shè)計手冊圖 5-3 及其表選 兩定位銷的尺寸及公差為： （定位銷的0.32m 公差取 h8） 。 2）零件圖樣規(guī)定 的孔的中心線與 孔的中心線的長度誤差為 0.2mm，20m 50m 孔中的定位銷與夾具體的垂直度誤差為 0.05 ， ，此項技術(shù)要求應由定位銷寬配合中0m 的側(cè)向間隙保證。已知 的寬為 ，定位銷為 （定位銷的公差 0.21 0.32 取 h8） ，則 一個定位銷與一個孔的定位誤差為： max0.21(.3)/.7bm 此處引起零件的定位誤差為 <0.2mm02.54x 故最大側(cè)向間隙能滿足零件的精度要求。 （2）計算 定位銷的中心線與夾具體垂直度誤差0 定位銷的寬度為 夾具體表面的粗糙度0.32 1.6aRum 故 mmmax.16().60.5 所以最大垂直度誤差能滿足零件精度要求 4.2.4 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 25 - 如前所述，在設(shè)計夾具時，首先要考慮到能保證零件的加工精度，其次是要提高勞動生產(chǎn)率。 為此，應先考慮所設(shè)計的夾具體與零件在夾具上的定位，在本道工序中，由于零件的底面的定位是 用的夾具體，所以其表面粗糙度要求應比較高，視為關(guān)鍵面。又本道工序是銑斷，其切削力不大， 故在設(shè)計夾具時應考慮夾具的簡單及利用常用的一些零件。為了提高生產(chǎn)率，可以考慮同時裝夾幾 個零件，并且用了活動杠桿使操作更加節(jié)省時間。可以同時裝夾四個零件，提高了生產(chǎn)率。 夾具上裝有對刀塊，可以使夾具在一批零件加工之前很好的對刀；同時，夾具體底面上的一對 定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，以利于銑削加工。 : 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 26 - 4. 夾具總圖的繪制 一、 總圖應該遵循機械制圖國家標準繪制，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，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、夾具總圖上標注出零件編號，按規(guī)定要求填寫標題欄和明細表； 五、確定并標注有尺寸和夾具技術(shù)要求。 零件圖 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 27 - 毛坯圖 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 28 - 銑夾具體 銑夾具裝配圖 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 29 - 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準化、系列化和通用化工作.標準化是多樣化、自 動化的前提,世界許多國家不但制定了組合夾具的標準.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)夾具的標準.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，積極采用各類標準的通用夾具，逐漸擴 大標準件、通用件的使用范圍。 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 30 - 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準化、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：喲功能標準化的夾具元件組成的專用夾具的設(shè)計；用標準化、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，大大加速了工藝準備工作，縮 短了生產(chǎn)準備周期；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；夾具最佳標準件的確定；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。 開合螺母上座體機械加工工藝規(guī)程及銑斷夾具設(shè)計 - 31 - 6. 附錄： 6.1 英文原文 EXTENDING BEARING LIFE Abstract：Nature works hard to destroy bearings, but their chances of survival can be improved by following a few simple guidelines. Extreme neglect in a bearing leads to overheating and possibly seizure or, at worst, an explosion. But even a failed bearing leaves clues as to what went wrong. After