CA6140車床法蘭盤工藝規(guī)程及夾具設計[三維CATIA]

CA6140車床法蘭盤工藝規(guī)程及夾具設計[三維CATIA],三維CATIA,CA6140,車床,法蘭盤,工藝,規(guī)程,夾具,設計,三維,CATIA 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 本科畢業(yè)設計論文 題 目 CA6140車床法蘭盤的工藝規(guī)程和夾具設計 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 李 建 飛 指導教師 鄧 修 瑾 畢業(yè)時間 2014 . 07 . 01 設計 論文 畢業(yè) 任務書 一、題目 CA6140車床法蘭盤的工藝規(guī)程和夾具設計 二、指導思想和目的要求 畢業(yè)設計（論文）是培養(yǎng)學生自學能力、綜合應用能力、獨立工作能力的重要教學實踐環(huán)節(jié)。 在畢業(yè)設計中，學生應獨立承擔一部分比較完整的工程技術設計任務。要求學生發(fā)揮主觀能動性，積極性和創(chuàng)造性，在畢業(yè)設計中著重培養(yǎng)獨立工作能力和分析解決問題的能力，嚴謹踏實的工作作風，理論聯系實際，以嚴謹認真的科學態(tài)度，進行有創(chuàng)造性的工作，認真、按時完成任務。 三、主要技術指標 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． 設計工藝路線及編制工藝規(guī)程 5周 4． 設計工藝裝備 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.機械制造工藝學[M].北京：清華大學出版社，1989 [2] 楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001 [3] 朱耀祥，蒲林祥.現代夾具手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010 Ⅰ 學生 李建飛 指導教師 鄧修瑾 系主任 魏生民 摘 要 本次畢業(yè)設計的題目是CA6140車床法蘭盤的工藝規(guī)程和夾具設計，主要內容如下： 首先，對零件進行分析，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，進行基面的選擇，確定加工過程中的粗基準和精基準。根據選好的基準，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要求得到合理的保證的一種較佳工序路線。 然后，根據已經選定的工序路線，確定每一步的切削用量及基本工時，并選擇合適的機床和刀具和量具。 最后，設計鉆法蘭盤4-?9孔的鉆床夾具。設計鉆床夾具，首先要仔細分析被加工零件的技術要求，運用夾具設計的基本原理和方法，擬定夾具設計方案；在滿足加工精度的條件下，合理的進行安裝、定位、夾緊；在完成夾具草圖后，進一步考慮零件間的連接關系和螺釘、螺母、定位銷等的固定方式，設計合理的結構實現各零部件間的相對運動；根據各零件的使用要求，選擇相應的材料。 完成鉆床夾具的所有設計后，用AutoCAD進行二維圖形的繪制，首先畫裝配圖，然后從裝配圖上拆畫零件圖，標注相關尺寸及技術要求；再用CATIA畫出三維模型圖，最后進行論文的撰寫、整理、修改完成該畢業(yè)設計。 關鍵詞： 機械，法蘭盤，加工工藝，夾具設計 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 零件的結構工藝性分析 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)程設計 10 3.1 確定毛坯的制造形式 10 3.2 基準的選擇 10 3.2.1粗基準的選擇 10 3.2.2精基準的選擇 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 18 第4章 夾具設計與分析 24 4.1 問題的提出 24 4.2 夾具設計 24 4.2.1 夾具結構和類型的選取 24 4.2.2 夾具定位元件的選擇 26 4.2.3 鉆套的設計 27 4.2.4 鉆模板設計 28 4.2.5 夾具體（底座）的設計 29 4.2.6 其他裝置 30 4.2.7 夾緊裝置的設計計算 31 4.2.8 切削力計算 33 4.2.9 機床夾具精度校核 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 39 參考文獻 40 致 謝 41 畢業(yè)設計小結 42 I 37 第1章 緒論 法蘭盤類零件是在一個類似盤狀的金屬體的周邊開上幾個固定用的孔用于連接其它東西，此類零件在機械行業(yè)擁有非常重要的地位，其加工質量和精度直接影響一臺機器的運作。因此，進行法蘭盤類零件加工工藝的研究，對于整個機械行業(yè)而言，有著舉足輕重的地位。 在提高工件加工質量的基礎上同時提高生產效率是大部分機械零件工藝設計的準則，法蘭盤類零件也是如此。一個合格的零件工藝規(guī)程，應該首先要求保證零件設計的尺寸和精度，其次要盡量合理地運用現有的工作條件，盡量減少輔助時間，提高生產效率。夾具的設計需要注意其精度對被加工工件精度的影響，務必確保使用夾具能夠保證設計精度。本設計均以上述各原則為基準進行。 由于專業(yè)知識有限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師、同學給予指出。  第2章 零件的結構工藝性分析 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，以保證主軸三個軸承孔同心，使齒輪正確嚙合。主要作用是標明刻度，實現縱向進給。 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孔中心軸的跳動度為0.03 ；(2) φ90mm右端面與φ20mm 孔中心軸線的跳動度為0.03 ；(3) φ45mm的外圓與φ20mm孔中心軸線的圓跳動公差為0.03 。 經過以上對加工表面的分析，我們可先選定粗基準，加工出精基準所在的加工表面，然后借助專用夾具對其他加工表面進行加工，以此保證它們的位置精度。 第3章 工藝規(guī)程設計 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。并且生產批量給定為中批生產，零件輪廓尺寸不大，毛坯結構比較簡單，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，內孔不鑄出，單件澆注。金屬模澆鑄有生產率高，單邊余量小，結構細密等優(yōu)點。這從提高生產率，保證加工精度方面考慮也是應該的。 3.2 基準的選擇 基準選擇是工藝規(guī)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，加工工藝過程中會問題百出，更有甚著，還會造成零件大批報廢，使生產無法正常進行。 因此，定位基面的選擇應該在保證加工精度的前提下使定位簡單準確，加緊可靠，加工方便，夾具結構簡單。 3.2.1粗基準的選擇 選擇粗基準主要是選擇第一道機械加工工序的定位基準，以便為后續(xù)的工序提供精基準。選擇粗基準的出發(fā)點是：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。這兩個要求常常是不能兼顧的，但對于一般的回轉類零件來說，以外圓作為粗基準是完全合理的。對本零件而言，由于每個表面都要求加工，為保證各表面都有足夠的余量，應選擇加工余量最小的面為粗基準（這就是粗基準選擇原則里的余量足夠原則）現選取φ45外圓柱面和端面作為粗基準。在車床上用帶有子口的三爪卡盤夾住工件，消除工件的六個自由度，達到完全定位。 3.2.2精基準的選擇 精基準的選擇主要考慮基準重合與統(tǒng)一基準原則。主要以Φ20mm內孔和Φ100mm外圓左端面為精基準。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算。 3.3 工藝路線的擬定 工藝方案的擬定原則是：“優(yōu)質、高產、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，再決定前面一系列加工方法。根據對被加工零件加工表面的精度和粗糙度要求，零件的結構和被加工表面的形狀、大小等具體條件，選取最經濟合理的加工方案。 查《現代制造工藝基礎》[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 內孔 Ra=1.6 毛坯→鉆→擴→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階段： a) 粗加工階段：主要任務是去除各表面較大量的加工余量，獲得較高生產率。 b) 半精加工階段：為主要表面的精加工作準備。c) 精加工階段：保證各主要表面達到圖紙規(guī)定的質量要求。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要求得以保證，又要使工序集中來提高生產率，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，結合已經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、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柱面左側倒角，車φ45過渡圓弧R5，φ90柱面右側倒角，φ20右側倒角 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在于：方案二考慮以φ20孔為精加工基準，而方案一則是從右端面開始加工到左端面，然后再鉆φ20孔，這時則很難保證其圓跳動等精度要求。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，生產類型為中批生產，采用鑄造毛坯。 根據上述原始資料及加工工藝，參照《機械加工工藝手冊》[2]，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，材質系數取，復雜系數取，則鑄件的偏差為； b. 精車余量：單邊為0.2mm（見《實用機械加工工藝手冊》[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《實用機械加工工藝手冊》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)定的加工余量其實就是含義上的加工余量，實際上，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 根據以上數據結果，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 確定工序 10 ：粗車Φ100端面及外圓柱面，粗車B面,鉆、擴、鉸Φ20的中心孔的切削用量及基本工時: 3.5.1 加工條件 工件材料：HT200 機床：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) 進給量f 根據《實用機械加工工藝手冊》中表2.4-3,當刀桿尺寸為 ，,以及工件直徑為100時，f =0.7~1.0mm/r 按CA6140車床說明書（見切削手冊）取 f =0.9mm/r c) 計算切削速度，按《切削手冊》[7]表1.27,切削速度的計算公式為(壽命T=60min) (3-1) 其中：, , ， 。修正系數見《切削手冊》表1.28,即 , , , , 。所以 d) 確定機的主軸轉速 按機床說明書(見《工藝手冊》表4.2-8),與504r/min相近的機床轉速為480r/min及600r/min?，F選取。所以實際切削速度。 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。 , ，， (2) 粗車Φ100mm外圓柱面，同時應檢驗機床功率及進給機構強度 a) 切削深度，單邊余量Z=2mm,分二次切除。 b) 進給量，　根據《機械加工工藝手冊》取f=0.9mm/r c) 計算切削速度　　 d) 確定機床主軸轉速　 按機床說明書(見《工藝手冊》表4.2-8)與420r/min相近的機床轉速為480r/min?，F選取480r/min 所以實際切削速度　 e) 檢驗機床功率　主切削力FC按《切削手冊》表1.29所示公式計算 　　　　　　　 　 (3-2) 其中　， ， ， ， 切削時消耗功率 由《實用機械加工工藝手冊》表7-4中CA6140機床說明書可知，CA6140主電機功率為7.5kw.轉速為480r/min時主軸傳遞的最大功率為4.5kw.所以機床功率足夠，可以正常加工。 f) 校驗機床進給系統(tǒng)強度　已知主切削力.徑向切削力按《切削手冊》表1.29所示公式計算 (3-3) 其中　， ，，， 所以 而軸向切削力 (3-4) 其中　， ， ， , 軸向切削力 取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數μ=0.1,則切削羅在縱向進給方向對進給機構的作用力為 而機床縱向進給機床可承受的最大縱向力為3530 N(見《切削手冊》表1.30)故機床進給系統(tǒng)可正常工作。 g)切削工時：　　　 　　 (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) 進給量　根據《機械加工工藝手冊》取f=0.9mm/r c) 計算切削速度　　 （3-6） 其中：, , , m=0.2。 修正系數見《切削手冊》表1.28,即， , , , 所以 d) 確定機的主軸轉速 按機床說明書(見《工藝手冊》表4.2-8),與378r/min相近的機床轉速為 400r/min?，F選取=400r/min。 所以實際切削速度 e) 切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。　;其中l(wèi)=30mm 工序 45 鉆、絞 4XΦ9mm透孔 機床：Z525立式搖臂鉆床 刀具：根據《機械加工工藝手冊》表10-61選取高速鋼麻花鉆Φ9。 a) 進給量 查《機械加工工藝師手冊》表28-13，取f=0.13mm/r b) 切削速度　根據《機械加工工藝手冊》表10-70,及10-66,查得V=30m/min。 c) 機床主軸轉速　 按機床說明書(見《工藝手冊》表4.2-5),與1061r/min相近的機床轉速為1012r/min?，F選取=1012r/min。 所以實際切削速度 切削工時，按《 工藝手冊 》表6.2-1。 ； 其中; ; ， 由于有四個孔所以切削工時為  第4章 夾具設計與分析 4.1 問題的提出 圖4-1 鉆4—?9孔工序圖 -—— 為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，鄧老師指定我為45#工序（工序草圖4-1）設計一個用于立式鉆床或搖臂鉆床上的鉆模。為了縮短生產準備周期，降低夾具制造成本，互換性好，節(jié)省裝夾時間，夾具設計應做到結構簡單，裝夾方便，多采用標準件等。 本工序所要鉆的4個孔相對位置固定，有一定的公差要求。為了使鉆孔的位置精確，提高加工精度，必須對零件進行定位，使之滿足使用要求。由于4個孔均為透孔，因此要求限制除了的5個自由度。 4.2 夾具設計 4.2.1 夾具結構和類型的選取 鉆床類夾具構造主要分為固定模板式鉆模，復蓋式鉆模、翻轉式鉆模和回轉式鉆模四種。其中固定式鉆模應用于鉆模本身質量較大或鉆直徑較大平行孔系時；復蓋式鉆?？尚叮ぷ鲿r可直接復在工件上；用銷釘或鉸鏈與夾具體聯接。翻轉式鉆模主要用于加工不同方向的孔?；剞D式鉆模圖4-3 用心軸聯接鉆模板的復蓋式鉆模 圖4-2 用鉸鏈聯接鉆模板的復蓋式鉆模 加工沿圓周分布的孔。 本工序采用復蓋式鉆模較合理，初步設計出兩種方案，方案1(圖4-2）為用 鉸鏈聯接模板的復蓋式鉆模，方案2（圖4-3）為用心軸（即變形的銷釘）聯接模板的復蓋式鉆模。 比較兩方案可發(fā)現，由于要被鉆的4個孔所在位置距零件上端面較遠，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，加工誤差也會隨之增大。因此選用方案2為夾具結構。 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個孔與Φ20孔中心以及φ外圓上兩個平面之間有相對位置要求，對Φ100底端面也有垂直度要求，其設計基準為Φ20孔的中心線。該工序對加工精度要求不是很高，要求限制工件5個自由度。選擇以Φ20內孔和Φ100大端面為組合定位基準，避免基準不重合誤差。其中Φ100端面處以大平面定位，限制 、 、；Φ20內孔處以短圓柱銷定位，限制、；另選用Φ90外圓面上距中心線24mm的平面作為基準定位，限制。初步設計出兩種銷釘方案，方案1（圖4-3）將鉆模板下部分做成一個內腔，其內部有一個平面與距中心線24的平面貼合來實現定位。方案2（圖 4-4）用一塊連接板將定位銷聯接在鉆模板本體上，其中連接板以兩個螺釘緊固在鉆模板邊緣。與方案1相比，方案2結構簡單、工藝性好，利于制造，調節(jié)方便。因此，此處定位方式選擇方案2。 這樣一來，實際限制了工件的6個自由度，實現了完全定位，達到了正確限定工件位置的目的，也符合“六點定位”法則。 4.2.3 鉆套的設計 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刀具。一般有?固定鉆套、?可換鉆套、?快換鉆套三種。當工件形狀或工序的加工條件不適宜采用上述標準鉆套時，就要根據具體情況設計特種鉆套。例如：該工序被加工?9孔與?45外圓之間距離比較小，需要設計出特種鉆套（圖4-7）。 b) 鉆套內徑尺寸、公差及配合的選擇 鉆套內徑d應按鉆頭的引導部分來確定，即鉆套內徑的基本尺寸，應等于鉆頭的最大極限尺寸。 該工序選用標準鉆頭?9，直柄麻花鉆（圖4-5）， 標準GB/T6135.3-1996.其結構及相關尺寸如下 ： 圖4-6 排屑間隙 圖4-5 標準直柄麻花鉆尺寸 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，會使引偏量過大，加工誤差增大。據《現代制造工藝基礎》147頁介紹，加工鑄鐵等脆性材料時常取間隙為（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，鉆套內徑進口處做成圓角，為了排屑容易，內徑下端也作了倒角，并且在鉆套與鉆模板配合的地方設計為燕尾槽形式（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。當鉆套內徑d10mm時常采用CrMn鋼。本工序鉆套內徑為9mm，材料采用CrMn鋼，經熱處理后硬度達到HRC60~64。 4.2.4 鉆模板設計 生產中，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。其結構設計見圖4-8。 圖4-8 鉆模板 4.2.5 夾具體（底座）的設計 夾具體是夾具的基座和骨架，用來安裝和固定定位元件、夾緊機構和鉆模板的實體。具體大小根據整個機構的大小而調整，要保證機構的穩(wěn)定，所以形位公差有較嚴格的要求。因為本工件外形和被加工孔的尺寸都不大，所以沒有將夾具體固定。 本鉆模中底座屬于夾具體，關于底座的設計有兩點值得提及，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。因為B面是零件的一個定位面，若B面較大，經過多個工件的加工之后，在B面上會因磨損而留下痕跡，致使零件定位誤差加大，甚至產生廢品。當然，用三個支撐釘代替大平面圖4-9 底座 來定位也是可取的。第二：底座的支腳設計為四個而不是三個，這是為了便于發(fā)現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、改進過程中設計出來的。其中連接板以兩個螺釘緊固在鉆模板邊緣，定位銷又通過螺母聯接在連接板上。方便制造和裝配，并且螺母、螺釘都選用了標準件，降低了夾具制造成本，符合夾具設計的總原則。 圖4-10 連接板 4.2.7 夾緊裝置的設計計算 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力源。 a) 夾緊裝置的選用 (a) (b) 圖4-12 螺母加緊機構 圖4-11 心軸 定位銷 工件是在立式鉆床上進行加工，加工力及振動較大，要求夾緊裝置具有足夠的強度。鑒于該工件較小，批量又不大，并考慮到使夾具結構簡單，降低生產成本，因此，本設計采用由螺桿、螺母和開口墊片組成了螺母夾緊機構。其中螺桿與定位短銷組合成一根心軸（圖4-11），使其同時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，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，實現了快速加緊和松夾，提高了生產效率。 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構。查《現代機床夾具設計》[11] 表4-1 螺母夾緊力 表4-1 螺母夾緊力 P125，表4-23，螺旋夾緊機構夾緊力的計算，摘得表4-1： 結 構 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 該設計為“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 由于螺旋加緊機構增力比較大，實際上所需原動力很小。并且操作簡單，因此采用手動即可。 4.2.8 切削力計算 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 結構鋼和鑄鋼 =736MPa 鉆 高速鋼 擴鉆 高速鋼 耐熱鋼（HB141） 鉆 高速鋼 灰鑄鐵（HB190） 鉆 高速鋼 鉆 硬質合金 擴鉆 高速鋼 可鍛鑄鐵（HB120） 鉆 高速鋼 鉆 硬質合金 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——每轉進給量，mm D——鉆頭直徑，mm Kp——修正系數 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，下面將進行有關誤差的分析和校核： 工件上被加工的4個?9孔未注公差值，查《公差與配合實用手冊》 ，得基本尺寸20mm對應的公差為0.12mm：尺寸12mm對應的公差為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《現代機床夾具設計》P136，表4-28，定位誤差計算。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，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，估計不會大于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）調整誤差： 調整誤差可分兩項，一項是鉆套座孔軸線對定位端面的的距離尺寸（即工件相應尺寸的平均尺寸，此處是12）公差，其值可取工件相應尺寸公差（0.12mm）的1/3至1/5，今按1/5取為0.024mm；另一項是鉆套內外圓的同軸度允差，一般取0.01至0.005mm，今取為0.01mm。這兩項之和為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為鉆模對刀誤差計算簡圖，刀具與鉆套的最大配合間隙Xmax會引起刀具的偏斜，將導致加工孔的偏斜量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，按X2計算對刀誤差：=X2； 工件薄時，按Xmax計算對刀誤差：=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，仍視為厚工件情形進行計算。 由零件圖知：B=8mm；由前面設計內容知： H=21mm , S=6mm ，鉆頭按mm，鉆套內孔按mm，鉆頭磨損量定為0.02mm，則有： 以上各項誤差，按最大值相加時，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。尚有一定的精度儲備，所以可以認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 根據已完成的夾具結構草圖，進一步修改完善后，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 由以上所設計的夾具裝配總圖，拆分出非標準件鉆模板、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)設計（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 本次畢業(yè)設計，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”的專用夾具設計。 在工藝規(guī)程的編制中，首先通過分析零件圖，具體計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號工序為例對切削余量及基本工時進行了計算。接著繪制出工藝卡片，在填寫、繪制工藝卡片的同時對每道工序的定位和夾緊方式做了分析與選擇。 在夾具設計方面，采用機床夾具手冊的相關知識和計算研究方法，首先對夾具結構類型、定位方案、加緊方案做出選擇，再對定位元件、夾緊裝置、導向裝置及夾具體等各個部分進行具體設計，然后對夾具切削力、夾緊力、機床精度等做出校核計算，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準件的零件圖。  參考文獻 [1] 閻光明，侯忠濱，張云鵬.現代制造工藝基礎.西安:西北工業(yè)大學出版社,2007 [2] 王先逵.機械加工工藝手冊，北京：機械工業(yè)出版社，第二版,2003 [3] 鄧文英.宋力宏.金屬工藝學.北京：高等教育出版社，第五版，2008 [4] 吳 拓.簡明機床夾具設計手冊，北京：化學工業(yè)出版社,2010 [5] 陳宏鈞.機械加工工藝設計員手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2009 [6] 陳宏鈞.實用機械加工工藝手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2003 [7] 陳宏鈞.金屬切削工藝技術手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2013.4 [8] 王權民.機床夾具設計，第1版,北京：科學出版社，2011 [9] 趙家齊.機械制造工藝學課程設計指導書,北京：機械工業(yè)出版社,1994 [10]盧秉恒.機械制造技術基礎，第三版，西安：機械工業(yè)出版社，2007 [11]朱耀祥，蒲林祥.現代夾具設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社,2011 [12]錢云峰.殷銳，互換性與技術測量. 北京：電子工業(yè)出版社，2011.4 [13]李名望.機床夾具設計實例教程. 北京：化學工業(yè)出版社,2009 致 謝 借此機會，首先我要感謝我的恩師鄧老師。之前，在她給我們講授專業(yè)課時，我已感受到她淵博的知識和認真負責的工作態(tài)度。在我考研期間，鄧老師也給了我很大的指導和幫助。這次，有幸能再次在她的指導下完成我的本科畢業(yè)設計。在完成此次畢業(yè)設計的整個過程中，鄧老師傾注了大量的心血，從論文選題到開題報告，從工藝規(guī)程的制訂到夾具的設計，每一副圖中的每條線、每個尺寸、每處標注，報告中的每一句話、每個公式、每一個字，她都嚴格把關，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、同學和朋友們對我的理解、支持、鼓勵和幫助，正是因為有了他們臺前幕后的默默支持和鼓勵，我所做的