CA6140車床法蘭盤工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)[三維CATIA]
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西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
題 目 CA6140車床法蘭盤的工藝規(guī)程和夾具設(shè)計(jì)
專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 李 建 飛
指導(dǎo)教師 鄧 修 瑾
畢業(yè)時(shí)間 2014 . 07 . 01
設(shè)計(jì)
論文
畢業(yè) 任務(wù)書
一、題目
CA6140車床法蘭盤的工藝規(guī)程和夾具設(shè)計(jì)
二、指導(dǎo)思想和目的要求
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、綜合應(yīng)用能力、獨(dú)立工作能力的重要教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，學(xué)生應(yīng)獨(dú)立承擔(dān)一部分比較完整的工程技術(shù)設(shè)計(jì)任務(wù)。要求學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，積極性和創(chuàng)造性，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中著重培養(yǎng)獨(dú)立工作能力和分析解決問題的能力，嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的工作作風(fēng)，理論聯(lián)系實(shí)際，以嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，進(jìn)行有創(chuàng)造性的工作，認(rèn)真、按時(shí)完成任務(wù)。
三、主要技術(shù)指標(biāo)
1． 零件圖一張；
2． 毛坯圖一張；
3． 工藝規(guī)程一本；
4． 工藝裝備（夾具1-2套）；
5． 說明書一份
四、進(jìn)度和要求
1． 分析并繪制零件圖 2周
2． 繪制毛坯圖 1周
3． 設(shè)計(jì)工藝路線及編制工藝規(guī)程 5周
4． 設(shè)計(jì)工藝裝備 4周
5． 編寫說明書（論文） 2周
五、主要參考書及參考資料
[1] 王先逵編著.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1989
[2] 楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001
[3] 朱耀祥，蒲林祥.現(xiàn)代夾具手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010
Ⅰ
學(xué)生 李建飛 指導(dǎo)教師 鄧修瑾 系主任 魏生民
摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是 CA6140車床法蘭盤的工藝規(guī)程和夾具設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容如下：
首先，對零件進(jìn)行分析，主要是零件作用的分析和工藝性分析，通過零件分析可以了解零件的基本情況，而工藝分析可以知道零件的加工表面和加工要求。根據(jù)零件圖提出的加工要求，確定毛坯的制造形式和尺寸。
其次，進(jìn)行基面的選擇，確定加工過程中的粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。根據(jù)選好的基準(zhǔn)，制訂工藝路線，通常制訂兩種以上的工藝路線，通過工藝方案的比較與分析，再選擇可以使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理的保證的一種較佳工序路線。
然后，根據(jù)已經(jīng)選定的工序路線，確定每一步的切削用量及基本工時(shí)，并選擇合適的機(jī)床和刀具和量具。
最后，設(shè)計(jì)鉆法蘭盤4-?9孔的鉆床夾具。設(shè)計(jì)鉆床夾具，首先要仔細(xì)分析被加工零件的技術(shù)要求，運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，擬定夾具設(shè)計(jì)方案；在滿足加工精度的條件下，合理的進(jìn)行安裝、定位、夾緊；在完成夾具草圖后，進(jìn)一步考慮零件間的連接關(guān)系和螺釘、螺母、定位銷等的固定方式，設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)各零部件間的相對運(yùn)動(dòng)；根據(jù)各零件的使用要求，選擇相應(yīng)的材料。
完成鉆床夾具的所有設(shè)計(jì)后，用AutoCAD進(jìn)行二維圖形的繪制，首先畫裝配圖，然后從裝配圖上拆畫零件圖，標(biāo)注相關(guān)尺寸及技術(shù)要求；再用CATIA畫出三維模型圖，最后進(jìn)行論文的撰寫、整理、修改完成該畢業(yè)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞： 機(jī)械，法蘭盤，加工工藝，夾具設(shè)計(jì)
ABSTRACT
The subject of this graduation project is that CA6140 lathe ring flange processing technology rules and special-purpose jig of a certain process are designed, the main content is as follows:
First of all, analyse , it is mainly analysis of the function of the part and craft analysis to the part , through part analyse can find out about basic situation of part, and craft analyse may know the processing surface of the part and is it require to process. The processing demand put forward according to the part picture, confirm the manufacture form. of the blank and sureness of the size.
The second step, carry on the choice the base , confirm thick datum and precise datum in the processing course. According to the datum chosen , make the craft route , usually make the craft route of more than two kinds, with analysing through the comparison of the craft scheme, and then choosing be able to make such specification requirements as the precision of geometry form. size of the part and precision of position ,etc. get a kind of process of the rational assurance s.
The third step, according to the already selected process route, confirm for every steps of cutting consumption and basic man-hour , choose suitable lathe and cutter. To rough machining , will check the power of the lathe .
Finally , design the jig getting into the hole of the ring flange. Designed drilling fixture, the first careful analysis is the technical requirements for processing components, fixture design using the basic principles and methods.Prepared the fixture design scheme ;Meet the conditions of precision ,then reasonable installation, positioning, clamping;After the completion of draft fixture, and further consider the connection relation between parts and screws, nuts, pins and other fixed means,designing the reasonable structure to achieve relative motion between the various components;Requirements of the various components, select the appropriate materials.
Completion of all drilling fixture design, using the AutoCAD drawing two-dimensional graphics,first draw assembly drawing, and then removed from the part drawing on the painting Parts,marking the related to size and technical requirements,finally, write a thesis, organize, edit, complete the graduation project.
KEY WORDS： machine, flange, process the craft, the tongs design
目 錄
第1章 緒 論 7
第2章 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 8
2.1 零件的作用 8
2.2 零件的工藝性分析 8
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 10
3.1 確定毛坯的制造形式 10
3.2 基準(zhǔn)的選擇 10
3.2.1粗基準(zhǔn)的選擇 10
3.2.2精基準(zhǔn)的選擇 11
3.3 工藝路線的擬定 11
3.3.1 選擇加工方法 11
3.3.2 劃分加工階段 12
3.3.3 安排加工順序 12
3.4 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 14
3.5 確定切削用量及基本工時(shí) 18
第4章 夾具設(shè)計(jì)與分析 24
4.1 問題的提出 24
4.2 夾具設(shè)計(jì) 24
4.2.1 夾具結(jié)構(gòu)和類型的選取 24
4.2.2 夾具定位元件的選擇 26
4.2.3 鉆套的設(shè)計(jì) 27
4.2.4 鉆模板設(shè)計(jì) 28
4.2.5 夾具體（底座）的設(shè)計(jì) 29
4.2.6 其他裝置 30
4.2.7 夾緊裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 31
4.2.8 切削力計(jì)算 33
4.2.9 機(jī)床夾具精度校核 34
4.2.10 繪制夾具總圖 37
4.2.11 拆分夾具零件圖 37
第5章 全文總結(jié) 39
參考文獻(xiàn) 40
致 謝 41
畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) 42
I
37
第1章 緒論
法蘭盤類零件是在一個(gè)類似盤狀的金屬體的周邊開上幾個(gè)固定用的孔用于連接其它東西，此類零件在機(jī)械行業(yè)擁有非常重要的地位，其加工質(zhì)量和精度直接影響一臺(tái)機(jī)器的運(yùn)作。因此，進(jìn)行法蘭盤類零件加工工藝的研究，對于整個(gè)機(jī)械行業(yè)而言，有著舉足輕重的地位。
在提高工件加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上同時(shí)提高生產(chǎn)效率是大部分機(jī)械零件工藝設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則，法蘭盤類零件也是如此。一個(gè)合格的零件工藝規(guī)程，應(yīng)該首先要求保證零件設(shè)計(jì)的尺寸和精度，其次要盡量合理地運(yùn)用現(xiàn)有的工作條件，盡量減少輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。夾具的設(shè)計(jì)需要注意其精度對被加工工件精度的影響，務(wù)必確保使用夾具能夠保證設(shè)計(jì)精度。本設(shè)計(jì)均以上述各原則為基準(zhǔn)進(jìn)行。
由于專業(yè)知識(shí)有限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請各位老師、同學(xué)給予指出。
第2章 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析
2.1 零件的作用
CA6140臥式車床上的法蘭盤，為盤類零件，用于臥式車床上。車床的變速箱固定在主軸箱上，靠法蘭盤定心。法蘭盤內(nèi)孔與主軸的中間軸承外圓相配，外圓與變速箱體孔相配，以保證主軸三個(gè)軸承孔同心，使齒輪正確嚙合。主要作用是標(biāo)明刻度，實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給。
圖2-1 CA6140車床法蘭盤模型圖
2.2 零件的工藝性分析
法蘭盤是一回轉(zhuǎn)體零件，有一組加工表面，這一組加工表面以φ20mm的孔為中心，包括：φmm的外圓柱面及左右端面，尺寸為φmm的圓柱面，φ90mm的外圓柱面、左右端面及上面的4個(gè)φ9mm的透孔， φmm的外圓柱面及上面的φ6mmφ4mm的孔， φ90mm端面上距離中心線分別為34mm和24mm的兩個(gè)平面。
圖2-2 CA6140車床法蘭盤零件圖
零件各表面之間位置精度要求主要是：(1)φ100mm左端面與φ20mm孔中心軸的跳動(dòng)度為0.03 ；(2) φ90mm右端面與φ20mm 孔中心軸線的跳動(dòng)度為0.03 ；(3) φ45mm的外圓與φ20mm孔中心軸線的圓跳動(dòng)公差為0.03 。
經(jīng)過以上對加工表面的分析，我們可先選定粗基準(zhǔn)，加工出精基準(zhǔn)所在的加工表面，然后借助專用夾具對其他加工表面進(jìn)行加工，以此保證它們的位置精度。
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
3.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為HT200，由于該零件主要承受靜壓力，因此選用鑄件。并且生產(chǎn)批量給定為中批生產(chǎn)，零件輪廓尺寸不大，毛坯結(jié)構(gòu)比較簡單，因此毛坯形狀可以與零件的形狀盡量接近，故采用金屬模鑄造，內(nèi)孔不鑄出，單件澆注。金屬模澆鑄有生產(chǎn)率高，單邊余量小，結(jié)構(gòu)細(xì)密等優(yōu)點(diǎn)。這從提高生產(chǎn)率，保證加工精度方面考慮也是應(yīng)該的。
3.2 基準(zhǔn)的選擇
基準(zhǔn)選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)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)率得以提高。否則，加工工藝過程中會(huì)問題百出，更有甚著，還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
因此，定位基面的選擇應(yīng)該在保證加工精度的前提下使定位簡單準(zhǔn)確，加緊可靠，加工方便，夾具結(jié)構(gòu)簡單。
3.2.1粗基準(zhǔn)的選擇
選擇粗基準(zhǔn)主要是選擇第一道機(jī)械加工工序的定位基準(zhǔn)，以便為后續(xù)的工序提供精基準(zhǔn)。選擇粗基準(zhǔn)的出發(fā)點(diǎn)是：一要考慮如何分配各加工表面的余量：二要考慮怎樣保證不加工面與加工面間的尺寸及相互位置要求。這兩個(gè)要求常常是不能兼顧的，但對于一般的回轉(zhuǎn)類零件來說，以外圓作為粗基準(zhǔn)是完全合理的。對本零件而言，由于每個(gè)表面都要求加工，為保證各表面都有足夠的余量，應(yīng)選擇加工余量最小的面為粗基準(zhǔn)（這就是粗基準(zhǔn)選擇原則里的余量足夠原則）現(xiàn)選取φ45外圓柱面和端面作為粗基準(zhǔn)。在車床上用帶有子口的三爪卡盤夾住工件，消除工件的六個(gè)自由度，達(dá)到完全定位。
3.2.2精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)的選擇主要考慮基準(zhǔn)重合與統(tǒng)一基準(zhǔn)原則。主要以Φ20mm內(nèi)孔和Φ100mm外圓左端面為精基準(zhǔn)。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。
3.3 工藝路線的擬定
工藝方案的擬定原則是：“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗”。
3.3.1 選擇加工方法
選擇加工方法，要首先考慮主要表面的加工方法，后考慮次要表面的。要先決定最終加工方法，再?zèng)Q定前面一系列加工方法。根據(jù)對被加工零件加工表面的精度和粗糙度要求，零件的結(jié)構(gòu)和被加工表面的形狀、大小等具體條件，選取最經(jīng)濟(jì)合理的加工方案。
查《現(xiàn)代制造工藝基礎(chǔ)》[1]表1.2、表1.3、表1.4，選擇各表面加工方法如下：
表3-1 各表面所需加工方法
表 面
零件表面粗糙度
加 工 方 法
外圓表面
Ra=0.8
毛坯→粗車→半精車→精車
外圓表面
Ra=1.6
毛坯→粗車→半精車→精車→刻字劃線→鍍鉻
外圓表面
Ra=6.4
毛坯→粗車→半精車→精車
外圓表面
Ra=0.4
毛坯→粗車→半精車→粗磨→精磨→拋光
右端面
Ra=0.4
毛坯→粗車→半精車→粗磨→精磨→拋光
左端面
Ra=0.4
毛坯→粗車→半精車→粗磨→精磨→拋光
左端面
Ra=1.6
毛坯→粗車→半精車→精車
右端面
Ra=1.6
毛坯→粗車→半精車→精車
右端面
Ra=6.3
毛坯→粗車→半精車
內(nèi)孔
Ra=1.6
毛坯→鉆→擴(kuò)→粗鉸→精鉸
距中心34mm表面
Ra=3.2
毛坯→粗銑→精銑
距中心24mm表面
Ra=0.4
毛坯→粗銑→精銑→磨
3.3.2 劃分加工階段
工藝路線一般可劃分為以下幾個(gè)階段： a) 粗加工階段：主要任務(wù)是去除各表面較大量的加工余量，獲得較高生產(chǎn)率。 b) 半精加工階段：為主要表面的精加工作準(zhǔn)備。c) 精加工階段：保證各主要表面達(dá)到圖紙規(guī)定的質(zhì)量要求。d) 光整加工階段：主要針對精度很高、表面粗糙度值很小，或零件圖紙有特殊要求的情況。
考慮到既能使零件的技術(shù)要求得以保證，又要使工序集中來提高生產(chǎn)率，將加工過程大致劃分為“毛坯→粗加工→半精加工→精加工”幾個(gè)階段。
3.3.3 安排加工順序
遵循“先粗后精、先主后次、先基面后其他”的原則，結(jié)合已經(jīng)選擇的加工方法和劃分的加工階段，擬定出兩套工藝路線方案，并經(jīng)過分析比較從中選出較佳方案。
（1） 工藝路線方案一
工序5 鑄造毛坯
工序10 粗車φ100mm柱體左右端面及外圓
工序15 粗車φ45，φ90的外圓，φ45、φ90右端面，φ90的倒角
工序20 鉆、擴(kuò)、粗鉸、精鉸 φ20mm孔，車孔左端的倒角
工序25 半精車φ90外圓及右端面，車槽3×2，R5的圓角
工序30 半精車φ100左右端面及外圓，精車φ100的左端面
工序35 粗銑φ90的左端面；粗銑、精銑 φ90柱體右側(cè)面
工序40 鉆 4—φ9孔
工序45 鉆φ4孔，鉸φ 6孔
工序50 磨削φ100的右端面，φ90外圓及左右端面，φ45外圓
工序55 磨削φ100與 φ90外圓面
工序60 B面拋光
工序65 劃線、刻字
工序70 去毛刺
工序75 φ100外圓柱面鍍鉻鍍鉻
工序80 終撿
（2） 工藝路線方案二
工序 5 鑄造毛坯
工序 10 粗車100左端面及外圓柱面，粗車B面，粗車φ90外圓柱面，鉆φ20孔，擴(kuò)φ20孔，粗鉸φ20孔，精鉸φ20孔
工序 15 粗車φ45右端面，粗車φ90外圓柱面，粗車φ45外圓端面
工序 20 半精車φ100端面，半精車φ100外圓柱面，半精車B面，半精車φ90外面柱面
工序 25 半精車φ45端面，半精車φ45外圓柱面，半精車φ90右端面
工序 30 精車φ100右端面，精車φ100外圓柱面，精車φ90外圓柱面
工序 35 精車φ45外圓柱面，精車φ90右端面，車φ20右側(cè)倒角，車3x2 退刀槽
工序 40 粗銑距中心34和24的平面，精銑距中心34和24的平面
工序 45 鉆4xφ9孔
工序 50 鉆φ4孔，擴(kuò)φ6孔
工序 55 粗磨B面，精磨B面
工序 60 磨距中心24平面
工序 65 φ100柱面左側(cè)倒角，車φ45過渡圓弧R5，φ90柱面右側(cè)倒角，φ20右側(cè)倒角
工序 70 B面拋光
工序 75 劃線、刻字
工序 80 去毛刺
工序 85 φ100外圓柱面鍍鉻鍍鉻
工序 90 終撿
（3）工藝方案的比較與分析
上述兩種工藝方案的特點(diǎn)在于：方案二考慮以φ20孔為精加工基準(zhǔn)，而方案一則是從右端面開始加工到左端面，然后再鉆φ20孔，這時(shí)則很難保證其圓跳動(dòng)等精度要求。因此選擇方案二作為加工工藝路線比較合理。
3.4 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“法蘭盤”零件材料為HT200，硬度190HBS，毛坯重量約為2.8KG，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，參照《機(jī)械加工工藝手冊》[2]，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：（單位mm）
1) φ外圓表面
工序名稱
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及偏差
精車
0.6
45
0.017
φ
半精車
1.4
45.6
0.039
φ
粗車
2
47
0.3
φ
毛坯
4
49
1.0
φ
2) φ外圓表面
工序名稱
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及偏差
精車
0.5
100
0.24
φ
半精車
1.5
100．5
0.30
φ
粗車
2.5
102
0.6
φ
毛坯
4.5
104.5
1.6
φ
3) B面φ外圓表面
工序名稱
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及公差
磨
0.6
45
0.6
φ
半精車
1.4
45.6
0.7
φ
粗車
2
47
1.0
φ
毛坯
4
49
2.0
φ
4) B面中兩個(gè)端面
工序名稱
工序余量
精磨
0.1
粗磨
0.8
半精車
1
粗車
1.6
毛坯
3.5
5) φ20孔
工序名稱
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及公差
精鉸
0.1
20
0.045
φ20
鉸孔
0.2
19.9
0.084
φ19.9
擴(kuò)孔
1.7
19.7
0.1
φ19.7
鉆孔
18
18
+0.6
φ18
毛坯
20
0
6) φ外圓
工序名稱
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及公差
精車
0.5
90
0.6
φ
半精車
1.5
90.5
0.7
φ
粗車
2.5
92
1.0
φ
毛坯
4.5
94.5
2.0
φ
7) φ的右端面
a. 按照《工藝手冊》表6-28，鑄件重量為2.8kg，φ端面的單邊加工余量為2.0～3.0，取Z=3.0mm，鑄件的公差按照表6-28，材質(zhì)系數(shù)取，復(fù)雜系數(shù)取，則鑄件的偏差為；
b. 精車余量：單邊為0.2mm（見《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》[6]中表3.2-2），精車公差既為零件公差0.017mm；
c. 半精車余量：單邊為0.8mm（見《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》中表11-27）本工序的加工公差為0.1mm；
d. 粗車余量：粗車的公差余量（單邊）為Z=3.0-0.2-0.8=2mm；
粗車公差：現(xiàn)在規(guī)定本工步（粗車）的加工精度為IT11級，因此，可以知道本工序的加工公差為0.16mm，由于毛坯及以后各道工步的加工都有加工公差，因此所規(guī)定的加工余量其實(shí)就是含義上的加工余量，實(shí)際上，加工余量有最大的加工余量及最小加工余量之分；
圖3-1 加工余量和工序尺寸公差示意圖
φ右端面的尺寸加工余量和工序間余量及公差分布圖見下圖：
工序名稱
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及公差
精車
0.2
94
0.6
半精車
0.8
94.2
0.7
粗車
2
95
1.0
毛坯
3
97
2.0
8) φ左端面
工序名稱
工序余量
工序基本尺寸
工序尺寸的公差
工序尺寸及公差
精車
0.2
91
0.6
半精車
0.8
91.2
0.7
粗車
2.5
92
1.0
毛坯
3.5
94.5
0.6
9) 右端面
工序名稱
工序余量
精車
0.1
半精車
0.4
粗車
1.5
毛坯
2
10) 圓柱面上距孔中心線34mm的平面
工序名稱
工序余量
半精銑
0.7
粗銑
10.3
毛坯
11
11) 圓柱面上距孔中心線24mm的平面
工序名稱
工序余量
精磨
0.05
精銑
0.15
半精銑
0．7
粗銑
20.1
毛坯
21
根據(jù)以上數(shù)據(jù)結(jié)果，繪制出毛坯圖（圖3-2）：
圖3-2 毛坯圖
3.5 確定切削用量及基本工時(shí)
確定工序 10 ：粗車Φ100端面及外圓柱面，粗車B面,鉆、擴(kuò)、鉸Φ20的中心孔的切削用量及基本工時(shí):
3.5.1 加工條件
工件材料：HT200
機(jī)床：CA6140臥式車床
刀具：采用刀片材料為YT15，刀桿尺寸16x25mm,,,
,
3.5.2 計(jì)算切削用量
(1) 粗車Φ100mm端面
a) 已知毛坯長度方向的加工余量為3+0.8-0.7mm,考慮的模鑄拔模斜度，
b) 進(jìn)給量f 根據(jù)《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》中表2.4-3,當(dāng)?shù)稐U尺寸為
，,以及工件直徑為100時(shí)，f =0.7~1.0mm/r
按CA6140車床說明書（見切削手冊）取 f =0.9mm/r
c) 計(jì)算切削速度，按《切削手冊》[7]表1.27,切削速度的計(jì)算公式為(壽命T=60min)
(3-1)
其中：, , ， 。修正系數(shù)見《切削手冊》表1.28,即 , , , , 。所以
d) 確定機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速
按機(jī)床說明書(見《工藝手冊》表4.2-8),與504r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為480r/min及600r/min。現(xiàn)選取。所以實(shí)際切削速度。
切削工時(shí)，按《工藝手冊》表6.2-1。
, ，，
(2) 粗車Φ100mm外圓柱面，同時(shí)應(yīng)檢驗(yàn)機(jī)床功率及進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度
a) 切削深度，單邊余量Z=2mm,分二次切除。
b) 進(jìn)給量， 根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》取f=0.9mm/r
c) 計(jì)算切削速度
d) 確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速
按機(jī)床說明書(見《工藝手冊》表4.2-8)與420r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為480r/min。現(xiàn)選取480r/min
所以實(shí)際切削速度
e) 檢驗(yàn)機(jī)床功率 主切削力FC按《切削手冊》表1.29所示公式計(jì)算
(3-2)
其中 ， ， ， ，
切削時(shí)消耗功率
由《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》表7-4中CA6140機(jī)床說明書可知，CA6140主電機(jī)功率為7.5kw.轉(zhuǎn)速為480r/min時(shí)主軸傳遞的最大功率為4.5kw.所以機(jī)床功率足夠，可以正常加工。
f) 校驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)強(qiáng)度 已知主切削力.徑向切削力按《切削手冊》表1.29所示公式計(jì)算
(3-3)
其中 ， ，，，
所以
而軸向切削力
(3-4)
其中 ， ， ， ,
軸向切削力
取機(jī)床導(dǎo)軌與床鞍之間的摩擦系數(shù)μ=0.1,則切削羅在縱向進(jìn)給方向?qū)M(jìn)給機(jī)構(gòu)的作用力為
而機(jī)床縱向進(jìn)給機(jī)床可承受的最大縱向力為3530 N(見《切削手冊》表1.30)故機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)可正常工作。
g)切削工時(shí)： (3-5)
其中
所以
(3)粗車B面
a) 切削深度。單邊余量.分1次切除
b) 進(jìn)給量 根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》取f=0.9mm/r
c) 計(jì)算切削速度 （3-6）
其中：, , , m=0.2。
修正系數(shù)見《切削手冊》表1.28,即， , , ,
所以
d) 確定機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速
按機(jī)床說明書(見《工藝手冊》表4.2-8),與378r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為 400r/min?，F(xiàn)選取=400r/min。
所以實(shí)際切削速度
e) 切削工時(shí)，按《工藝手冊》表6.2-1。 ;其中l(wèi)=30mm
工序 45 鉆、絞 4XΦ9mm透孔
機(jī)床：Z525立式搖臂鉆床
刀具：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表10-61選取高速鋼麻花鉆Φ9。
a) 進(jìn)給量 查《機(jī)械加工工藝師手冊》表28-13，取f=0.13mm/r
b) 切削速度 根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》表10-70,及10-66,查得V=30m/min。
c) 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速
按機(jī)床說明書(見《工藝手冊》表4.2-5),與1061r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為1012r/min?，F(xiàn)選取=1012r/min。
所以實(shí)際切削速度
切削工時(shí)，按《 工藝手冊 》表6.2-1。 ；
其中; ; ，
由于有四個(gè)孔所以切削工時(shí)為
第4章 夾具設(shè)計(jì)與分析
4.1 問題的提出
圖4-1 鉆4—?9孔工序圖
-——
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，鄧?yán)蠋熤付ㄎ覟?5#工序（工序草圖4-1）設(shè)計(jì)一個(gè)用于立式鉆床或搖臂鉆床上的鉆模。為了縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低夾具制造成本，互換性好，節(jié)省裝夾時(shí)間，夾具設(shè)計(jì)應(yīng)做到結(jié)構(gòu)簡單，裝夾方便，多采用標(biāo)準(zhǔn)件等。
本工序所要鉆的4個(gè)孔相對位置固定，有一定的公差要求。為了使鉆孔的位置精確，提高加工精度，必須對零件進(jìn)行定位，使之滿足使用要求。由于4個(gè)孔均為透孔，因此要求限制除了的5個(gè)自由度。
4.2 夾具設(shè)計(jì)
4.2.1 夾具結(jié)構(gòu)和類型的選取
鉆床類夾具構(gòu)造主要分為固定模板式鉆模，復(fù)蓋式鉆模、翻轉(zhuǎn)式鉆模和回轉(zhuǎn)式鉆模四種。其中固定式鉆模應(yīng)用于鉆模本身質(zhì)量較大或鉆直徑較大平行孔系時(shí)；復(fù)蓋式鉆?？尚叮ぷ鲿r(shí)可直接復(fù)在工件上；用銷釘或鉸鏈與夾具體聯(lián)接。翻轉(zhuǎn)式鉆模主要用于加工不同方向的孔。回轉(zhuǎn)式鉆模圖4-3 用心軸聯(lián)接鉆模板的復(fù)蓋式鉆模
圖4-2 用鉸鏈聯(lián)接鉆模板的復(fù)蓋式鉆模
加工沿圓周分布的孔。
本工序采用復(fù)蓋式鉆模較合理，初步設(shè)計(jì)出兩種方案，方案1(圖4-2）為用
鉸鏈聯(lián)接模板的復(fù)蓋式鉆模，方案2（圖4-3）為用心軸（即變形的銷釘）聯(lián)接模板的復(fù)蓋式鉆模。
比較兩方案可發(fā)現(xiàn)，由于要被鉆的4個(gè)孔所在位置距零件上端面較遠(yuǎn)，若采用方案1，配合上加長鉆套，鉆模板很難卸下，且鉆套伸出太長，剛性降低，加工誤差也會(huì)隨之增大。因此選用方案2為夾具結(jié)構(gòu)。
4.2.2 夾具定位元件的選擇
圖4-4 銷釘定位
定位元件的作用是確定工件在夾具上的正確位置。如夾具上的圓柱銷、菱形銷和支承板都是定位元件，通過它們使工件在夾具中占據(jù)了正確的位置。由鉆4-φ9孔工序圖（圖4-1）可知，待加工的4個(gè)孔與Φ20孔中心以及φ外圓上兩個(gè)平面之間有相對位置要求，對Φ100底端面也有垂直度要求，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為Φ20孔的中心線。該工序?qū)庸ぞ纫蟛皇呛芨撸笙拗乒ぜ?個(gè)自由度。選擇以Φ20內(nèi)孔和Φ100大端面為組合定位基準(zhǔn)，避免基準(zhǔn)不重合誤差。其中Φ100端面處以大平面定位，限制 、 、；Φ20內(nèi)孔處以短圓柱銷定位，限制、；另選用Φ90外圓面上距中心線24mm的平面作為基準(zhǔn)定位，限制。初步設(shè)計(jì)出兩種銷釘方案，方案1（圖4-3）將鉆模板下部分做成一個(gè)內(nèi)腔，其內(nèi)部有一個(gè)平面與距中心線24的平面貼合來實(shí)現(xiàn)定位。方案2（圖
4-4）用一塊連接板將定位銷聯(lián)接在鉆模板本體上，其中連接板以兩個(gè)螺釘緊固在鉆模板邊緣。與方案1相比，方案2結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，利于制造，調(diào)節(jié)方便。因此，此處定位方式選擇方案2。
這樣一來，實(shí)際限制了工件的6個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)了完全定位，達(dá)到了正確限定工件位置的目的，也符合“六點(diǎn)定位”法則。
4.2.3 鉆套的設(shè)計(jì)
a) 鉆套種類的選擇
鉆套是鉆床上特有的一種元件，用來確定刀具的位置和在加工中引導(dǎo)刀具。一般有?固定鉆套、?可換鉆套、?快換鉆套三種。當(dāng)工件形狀或工序的加工條件不適宜采用上述標(biāo)準(zhǔn)鉆套時(shí)，就要根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)特種鉆套。例如：該工序被加工?9孔與?45外圓之間距離比較小，需要設(shè)計(jì)出特種鉆套（圖4-7）。
b) 鉆套內(nèi)徑尺寸、公差及配合的選擇
鉆套內(nèi)徑d應(yīng)按鉆頭的引導(dǎo)部分來確定，即鉆套內(nèi)徑的基本尺寸，應(yīng)等于鉆頭的最大極限尺寸。
該工序選用標(biāo)準(zhǔn)鉆頭?9，直柄麻花鉆（圖4-5）， 標(biāo)準(zhǔn)GB/T6135.3-1996.其結(jié)構(gòu)及相關(guān)尺寸如下 ：
圖4-6 排屑間隙
圖4-5 標(biāo)準(zhǔn)直柄麻花鉆尺寸
鉆頭最大尺寸為?9，切削部分長度為81mm，鉆頭剛度一般，取鉆套內(nèi)徑d=9mm，公差采用F7，采用加長鉆套。
c) 鉆套與工件距離S
鉆套與工件表面的距離S的選擇主要考慮排屑和引偏量的問題。間隙過小，排屑不利。間隙過大，會(huì)使引偏量過大，加工誤差增大。據(jù)《現(xiàn)代制造工藝基礎(chǔ)》147頁介紹，加工鑄鐵等脆性材料時(shí)常取間隙為（0.3~0.7）d。此處取S=6mm。
鉆套總高約按H/d=2~2.5取得H=21mm，需要指出，為了有利于鉆頭的引進(jìn)，鉆套內(nèi)徑進(jìn)口處做成圓角，為了排屑容易，內(nèi)徑下端也作了倒角，并且在鉆套與鉆模板配合的地方設(shè)計(jì)為燕尾槽形式（圖4-7(b)）。
(a) (b)
圖 4-7 特種鉆套
d) 鉆套的材料
鉆套材料一般選擇硬度高、耐磨性好的材料。常用材料為T10A,T12A,CrMn鋼或20鋼滲碳淬火。當(dāng)鉆套內(nèi)徑d10mm時(shí)常采用CrMn鋼。本工序鉆套內(nèi)徑為9mm，材料采用CrMn鋼，經(jīng)熱處理后硬度達(dá)到HRC60~64。
4.2.4 鉆模板設(shè)計(jì)
生產(chǎn)中，鉆模板在保證有足夠剛度的前提下要盡量減少其重量。其厚度通常按鉆套高來確定，一般取12~30mm。此處，由于鉆套高H=21mm,且加工孔徑不是很大，軸向切削力較小，鉆模板厚度采用15mm即可保證有足夠剛度。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖4-8。
圖4-8 鉆模板
4.2.5 夾具體（底座）的設(shè)計(jì)
夾具體是夾具的基座和骨架，用來安裝和固定定位元件、夾緊機(jī)構(gòu)和鉆模板的實(shí)體。具體大小根據(jù)整個(gè)機(jī)構(gòu)的大小而調(diào)整，要保證機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定，所以形位公差有較嚴(yán)格的要求。因?yàn)楸竟ぜ庑魏捅患庸た椎某叽缍疾淮螅詻]有將夾具體固定。
本鉆模中底座屬于夾具體，關(guān)于底座的設(shè)計(jì)有兩點(diǎn)值得提及，第一：定位面（圖 4-9 所示B面）的大小一定要比?100外圓端面小。因?yàn)锽面是零件的一個(gè)定位面，若B面較大，經(jīng)過多個(gè)工件的加工之后，在B面上會(huì)因磨損而留下痕跡，致使零件定位誤差加大，甚至產(chǎn)生廢品。當(dāng)然，用三個(gè)支撐釘代替大平面圖4-9 底座
來定位也是可取的。第二：底座的支腳設(shè)計(jì)為四個(gè)而不是三個(gè)，這是為了便于發(fā)現(xiàn)支腳下面是否粘有切屑等污物，以保證鉆模能處于正確位置（防止歪斜時(shí)影響加工精度，或折斷鉆頭）。
4.2.6 其他裝置
連接板:連接板（圖4-10）用于將定位銷與鉆模板連接起來，是在對4.2.2中所述定位方案1（圖4-3）的簡化、改進(jìn)過程中設(shè)計(jì)出來的。其中連接板以兩個(gè)螺釘緊固在鉆模板邊緣，定位銷又通過螺母聯(lián)接在連接板上。方便制造和裝配，并且螺母、螺釘都選用了標(biāo)準(zhǔn)件，降低了夾具制造成本，符合夾具設(shè)計(jì)的總原則。
圖4-10 連接板
4.2.7 夾緊裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算
夾緊裝置的作用是將工件夾緊夾牢，保證工件在加工過程中正確位置不變。夾緊裝置包括夾緊元件或其組合以及動(dòng)力源。
a) 夾緊裝置的選用
(a) (b)
圖4-12 螺母加緊機(jī)構(gòu)
圖4-11 心軸
定位銷
工件是在立式鉆床上進(jìn)行加工，加工力及振動(dòng)較大，要求夾緊裝置具有足夠的強(qiáng)度。鑒于該工件較小，批量又不大，并考慮到使夾具結(jié)構(gòu)簡單，降低生產(chǎn)成本，因此，本設(shè)計(jì)采用由螺桿、螺母和開口墊片組成了螺母夾緊機(jī)構(gòu)。其中螺桿與定位短銷組合成一根心軸（圖4-11），使其同時(shí)具有定位和加緊作用。定位心軸的右端（即定位短銷所在端,圖4-12 (a)）用螺母緊固在底座上，另一端通過螺母壓在鉆模板上進(jìn)行夾緊，配合上具有快卸功能的開口墊片(圖4-12 (b))，加工前擰緊螺母，夾緊工件，以防工件旋轉(zhuǎn)，加工后松開螺母不用全部旋出，即可依次取下墊片、鉆模板和工件，實(shí)現(xiàn)了快速加緊和松夾，提高了生產(chǎn)效率。
b）夾緊力的確定
本夾具采用的是螺旋夾緊中的螺母加緊機(jī)構(gòu)。查《現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》[11]
表4-1 螺母夾緊力
表4-1 螺母夾緊力
P125，表4-23，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)夾緊力的計(jì)算，摘得表4-1：
結(jié) 構(gòu) 簡 圖
螺紋直
徑/mm
螺距
/mm
手柄長度/mm
作用力
/N
夾緊力
/N
8
1.25
50
50
2050
10
1.5
60
50
1970
12
1.75
80
80
3510
16
2
100
100
4140
20
2.5
140
100
4640
10
1.5
120
45
3550
12
1.75
140
70
5380
16
2
190
100
7870
20
2.5
240
100
7950
24
3
310
150
12840
4
0.7
8
10
130
5
0.8
9
15
180
6
1
11
20
240
8
1.25
14
30
340
10
1.5
17
40
450
12
1.75
20.5
45
510
16
2
26
50
540
該設(shè)計(jì)為“用扳手的六角螺母”，螺紋直徑10mm，螺距1.5mm，手柄長度120.mm，作用力45N，夾緊力3550N。
c） 力源裝置的選用
由于螺旋加緊機(jī)構(gòu)增力比較大，實(shí)際上所需原動(dòng)力很小。并且操作簡單，因此采用手動(dòng)即可。
4.2.8 切削力計(jì)算
表4-2 鉆削切削力
工 件 材 料
加工方法
刀具材料
鉆削力矩M
切削力F
結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼
=736MPa
鉆
高速鋼
擴(kuò)鉆
高速鋼
耐熱鋼（HB141）
鉆
高速鋼
灰鑄鐵（HB190）
鉆
高速鋼
鉆
硬質(zhì)合金
擴(kuò)鉆
高速鋼
可鍛鑄鐵（HB120）
鉆
高速鋼
鉆
硬質(zhì)合金
銅合金
鉆
高速鋼
工件材料：灰鑄鐵（HB190)
刀具材料：高速鋼
鉆削力矩M：
（4-1）
鉆削力F：
（4-2）
符號注釋：f——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，mm
D——鉆頭直徑，mm
Kp——修正系數(shù)
Kp=（HB/150)0.6 （4-3）
其中: D=10mm, f=0.13mm/r, Kp=（HB/150)0.6=（190/150）0.6=1.15
所以， 鉆削力矩 Nm
鉆削力 N
4.2.9 機(jī)床夾具精度校核
該鉆模能否確保工件的精度要求，下面將進(jìn)行有關(guān)誤差的分析和校核：
工件上被加工的4個(gè)?9孔未注公差值，查《公差與配合實(shí)用手冊》 ，得基本尺寸20mm對應(yīng)的公差為0.12mm：尺寸12mm對應(yīng)的公差為0.10mm。
（1）影響尺寸20mm的誤差分析。
a）定基誤差：
由于基準(zhǔn)重合，所以定基誤差=0
圖4-13定位簡圖
b）定位誤差：
本工序定位方式為一孔一面定位。查《現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》P136，表4-28，定位誤差計(jì)算。知：工件在夾具中的定位誤差： （4-3）
其中：為定位孔與定位銷間的最小間隙。
查得 ， =+0.039，
由零件圖知
所以
c）夾緊誤差：
在夾緊工件時(shí)，定位面接觸變形甚小，工件壁部彈性變形可能使被加工孔的軸線在卸下工件后變斜，但其值較小，估計(jì)不會(huì)大于0.01mm，可按=0.01來估算。
d）安裝誤差：
鉆模不需要在鉆床上安裝，因此不考慮。
e）調(diào)整誤差：
調(diào)整誤差可分兩項(xiàng)，一項(xiàng)是鉆套座孔軸線對定位端面的的距離尺寸（即工件相應(yīng)尺寸的平均尺寸，此處是12）公差，其值可取工件相應(yīng)尺寸公差（0.12mm）的1/3至1/5，今按1/5取為0.024mm；另一項(xiàng)是鉆套內(nèi)外圓的同軸度允差，一般取0.01至0.005mm，今取為0.01mm。這兩項(xiàng)之和為0.058mm。
圖4-14 鉆模對刀誤差
f）對刀誤差：
對刀誤差即鉆頭在加工過程中的偏斜誤差。圖4-14為鉆模對刀誤差計(jì)算簡圖，刀具與鉆套的最大配合間隙Xmax會(huì)引起刀具的偏斜，將導(dǎo)致加工孔的偏斜量X2 ： （4-4）
式中 B： 工件厚度
H： 鉆套高度
S： 排屑空間的高度
工件厚時(shí)，按X2計(jì)算對刀誤差：=X2；
工件薄時(shí)，按Xmax計(jì)算對刀誤差：=Xmax。
而該工序中雖然不算深孔，但由于孔所在平面距零件上表面較遠(yuǎn)，仍視為厚工件情形進(jìn)行計(jì)算。
由零件圖知：B=8mm；由前面設(shè)計(jì)內(nèi)容知： H=21mm , S=6mm ，鉆頭按mm，鉆套內(nèi)孔按mm，鉆頭磨損量定為0.02mm，則有：
以上各項(xiàng)誤差，按最大值相加時(shí)，其總和=0.063+0.01+0.058
+0.061=0.192mm<0.24mm
（2）影響尺寸12mm的誤差分析（與尺寸20mm同理）。
a）=0
b）=0.063mm
c）=0.01mm
d） 不考慮
e）=1/50.20+0.01=0.05mm
f） =0.061
=0.063+0.01+0.05+0.061=0.184mm 小于允差0.20mm。尚有一定的精度儲(chǔ)備，所以可以認(rèn)為該鉆模能保證工件的加工精度要求。
4.2.10 繪制夾具總圖
根據(jù)已完成的夾具結(jié)構(gòu)草圖，進(jìn)一步修改完善后，繪制出夾具總裝圖（圖4-15裝配模型圖；裝配圖4-16）。
4.2.11 拆分夾具零件圖
由以上所設(shè)計(jì)的夾具裝配總圖，拆分出非標(biāo)準(zhǔn)件鉆模板、特種鉆套、連接板、心軸、底座等的零件圖（電子版見文件夾“畢業(yè)設(shè)計(jì)（李建飛）>>鉆床夾具>>……”）。
圖4-15 夾具裝配模型圖
圖4-16 4—?9孔鉆床夾具裝配圖
第5章 全文總結(jié)
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，到此為止基本完成了此法蘭盤的加工工藝規(guī)程編制和第45號工序“鉆4-?9孔”的專用夾具設(shè)計(jì)。
在工藝規(guī)程的編制中，首先通過分析零件圖，具體計(jì)算出了各表面的加工余量、工序余量和工序平均尺寸等，繪制出毛坯圖。然后以第10號工序和45號工序?yàn)槔龑η邢饔嗔考盎竟r(shí)進(jìn)行了計(jì)算。接著繪制出工藝卡片，在填寫、繪制工藝卡片的同時(shí)對每道工序的定位和夾緊方式做了分析與選擇。
在夾具設(shè)計(jì)方面，采用機(jī)床夾具手冊的相關(guān)知識(shí)和計(jì)算研究方法，首先對夾具結(jié)構(gòu)類型、定位方案、加緊方案做出選擇，再對定位元件、夾緊裝置、導(dǎo)向裝置及夾具體等各個(gè)部分進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，然后對夾具切削力、夾緊力、機(jī)床精度等做出校核計(jì)算，最終繪制出夾具裝配圖和模型圖，從裝配總圖中拆分出鉆模板、特種鉆套、底座、連接板和心軸等非標(biāo)準(zhǔn)件的零件圖。
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致 謝
借此機(jī)會(huì)，首先我要感謝我的恩師鄧?yán)蠋?。之前，在她給我們講授專業(yè)課時(shí)，我已感受到她淵博的知識(shí)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。在我考研期間，鄧?yán)蠋熞步o了我很大的指導(dǎo)和幫助。這次，有幸能再次在她的指導(dǎo)下完成我的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)。在完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，鄧?yán)蠋焹A注了大量的心血，從論文選題到開題報(bào)告，從工藝規(guī)程的制訂到夾具的設(shè)計(jì)，每一副圖中的每條線、每個(gè)尺寸、每處標(biāo)注，報(bào)告中的每一句話、每個(gè)公式、每一個(gè)字，她都嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘。在此我表示衷心感謝。
還要感謝其他老師們，以及我的家人、同學(xué)和朋友們對我的理解、支持、鼓勵(lì)和幫助，正是因?yàn)橛辛怂麄兣_(tái)前幕后的默默支持和鼓勵(lì)，我所做的
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