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I 機(jī)床開(kāi)合螺母機(jī)加工工藝及銑床夾具設(shè)計(jì) 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要介紹了開(kāi)合螺母的加工工藝流程以及車(chē)削專(zhuān)用夾具的設(shè) 計(jì)。工作內(nèi)容包括主要分為工藝過(guò)程設(shè)計(jì)以及夾具設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。 加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)中主要工作包括：對(duì)開(kāi)合螺母結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，對(duì)生產(chǎn) 工藝進(jìn)行了分析，制定了加工工藝路線(xiàn)，確定了重要工序尺寸、加工余量、切 削用量、車(chē)床以及刀具，最后完成了加工工藝過(guò)程卡和加工工序卡。 夾具設(shè)計(jì)中主要工作包括：分析任務(wù)要求，確定夾具體型式，分析定位原 理與定位誤差，確定加緊方案，計(jì)算加工過(guò)程中切削力、夾緊力并對(duì)其進(jìn)行了 校核，設(shè)計(jì)了夾具的主要零件。 關(guān)鍵字：開(kāi)合螺母，工藝設(shè)計(jì)，夾具設(shè)計(jì) II 目 錄 摘 要 I 第一章 工藝設(shè)計(jì) .1 1.1 分析、研究零件圖（和實(shí)物） ，進(jìn)行工藝審查 1 1.2 選擇毛坯制造方式 .1 1.3 擬定工藝路線(xiàn) .2 1.4 機(jī)械加工工序設(shè)計(jì) .4 1.4.1 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 .4 1.4.2 確定各工序的切削用量及基本工時(shí) .5 第二章 夾具設(shè)計(jì) .14 2.1 機(jī)床夾具概論 .14 2.1.1 夾具簡(jiǎn)介 14 2.1.2 機(jī)床夾具的概念 14 2.2 機(jī)床夾具的功能 .14 2.2.1 機(jī)床夾具的主要功能 14 2.2.2 機(jī)床夾具的特殊功能 15 2.3 機(jī)床夾具在機(jī)械加工中的作用 .15 2.4 機(jī)床夾具的組成 .15 2.5 夾具設(shè)計(jì)的基本要求 .16 2.6 機(jī)床夾具的分類(lèi) .16 2.7 機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求 .16 2.7.1 機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 16 2.7.2 機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)要求 17 2.8 夾具設(shè)計(jì)方法和步驟 .17 2.8.1 研究原始資料，明確設(shè)計(jì)任務(wù) 17 2.8.2 夾具結(jié)構(gòu)和方案的設(shè)計(jì) 17 2.8.3 夾具設(shè)計(jì)方案提出 18 2.8.4 夾具設(shè)計(jì)方案確定 19 2.9 鉆削力及夾緊力計(jì)算 .20 2.9.1 切削力及夾緊力的計(jì)算 20 2.9.2 定位誤差分析 21 2.9.3 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 21 第三章 夾具總圖的繪制 .23 III 參考文獻(xiàn) .27 致 謝 .28 1 第一章 工藝設(shè)計(jì) 1.1 分析、研究零件圖（和實(shí)物） ，進(jìn)行工藝審查 （1）零件的作用 題目所給定的零件是 CA6140 車(chē)床上的開(kāi)合螺母 。開(kāi)合螺母是用于接通和 斷開(kāi)從絲杠傳來(lái)的運(yùn)動(dòng)。車(chē)削螺紋時(shí)，將開(kāi)合螺母合上，絲杠通過(guò)開(kāi)合螺母?jìng)?動(dòng)溜板箱和刀架；否則就將開(kāi)合螺母脫開(kāi)。車(chē)削螺母時(shí)，順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)手柄， 通過(guò)軸帶動(dòng)曲線(xiàn)槽盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，曲線(xiàn)槽盤(pán)上的曲線(xiàn)槽盤(pán)形狀，通過(guò)圓柱銷(xiāo)帶動(dòng)上半 螺母在溜板箱體后面的燕尾形導(dǎo)軌內(nèi)上下移動(dòng)，使其相互靠攏，將開(kāi)合螺母和 絲杠?chē)Ш?。若逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)手柄，則兩半螺母相互分離，開(kāi)合螺母和絲杠脫 開(kāi)。槽盤(pán)的曲線(xiàn)槽是一段圓弧，此圓弧在接近槽盤(pán)中心部分的傾斜角比較小， 目的是使開(kāi)合螺母閉合能自鎖，不會(huì)因?yàn)槁菽干系膹较蛄Χ詣?dòng)脫開(kāi)。 （2）零件的材料及性能 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(diǎn),因此應(yīng)該選用鑄件,以便使開(kāi)合螺母在使用中耐磨性良好,保證零件 工作可靠. （3）分析零件結(jié)構(gòu)的工藝性 由于零件年產(chǎn)量為 3000 件,已達(dá)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(chē)間的面積，生產(chǎn)成本就有了降低， 這樣得來(lái)的鑄件具有緊密與微細(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)及較好的機(jī)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(lái)考慮也是應(yīng)該的。 1.2 選擇毛坯制造方式 （1）毛坯生產(chǎn)類(lèi)型 確定毛坯類(lèi)型為 3000 件/年，查找參考資料擬定此生產(chǎn)類(lèi)型的參考數(shù)據(jù)為 中批，工作制度 8 小時(shí)/班制。 （2）毛坯鑄造形式 2 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(chē)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(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)及較好的機(jī)械性能。 （3）毛坯精度尺寸 查機(jī)械加工工藝手冊(cè)得灰鑄鐵刀具切入金屬層的厚度應(yīng)大于表面層厚度， 即大于 1mm，小于 4mm。 由此，確定灰鑄鐵鑄件精度等級(jí)為 2 級(jí)（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。 （4）確定毛坯鑄件的重量 通過(guò)計(jì)算，最后確定毛坯的重量為 4.079Kg，確定重量偏差為 7﹪。 （5）確定機(jī)械加工余量 確定 2 級(jí)鑄鐵件的機(jī)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。 （6） 確定鑄鐵件的尺寸偏差 由機(jī)械加工工藝手冊(cè)查得 2 級(jí)鑄鐵件尺寸偏差為±0.8mm。 1.3 擬定工藝路線(xiàn) （1）選擇定位基準(zhǔn) 基面選擇是工藝規(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)率得到提高。否則不但加工工藝過(guò)程中的問(wèn)題百 出，更有甚者，還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。 粗基準(zhǔn)的選擇：對(duì)象開(kāi)合螺母這樣的零件來(lái)說(shuō)，選擇好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要 的。按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則，即當(dāng)零件有不加工表面時(shí)，應(yīng)以這些不加工 表面作粗基準(zhǔn)；若零件有若干個(gè)不加工表面時(shí)，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位 置精度較高的不加工表面作為粗基準(zhǔn)。 現(xiàn)在選取燕尾為粗基準(zhǔn)，利用左、右兩個(gè)定位塊和一個(gè)削邊銷(xiāo)對(duì)其進(jìn)行限 制，以消除六個(gè)不定度，達(dá)到過(guò)定位。對(duì)于精基準(zhǔn)而言，主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重 合的問(wèn)題。 （2）制定工藝路線(xiàn) 3 制定工藝路線(xiàn)的出發(fā)點(diǎn)，是應(yīng)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(wàn)能性機(jī)床配以專(zhuān)用工夾具，并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此 之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 工藝路線(xiàn)方案一： 工序： Ⅰ. 鑄造 Ⅱ. 清砂。 Ⅲ. 熱處理。 Ⅳ. 清砂。 Ⅴ.涂漆。 Ⅵ.劃線(xiàn)。 Ⅶ.銑燕尾及空刀槽。 Ⅷ.磨燕尾及空刀槽。 Ⅸ.粗鏜、精鏜、粗鉸、精鉸 Φ52H7 孔并倒角 1.5 x 45o。 Ⅹ.鉆、擴(kuò)鉆、粗鉸、精鉸 2 x Φ12 孔。 Ⅺ.粗車(chē)、半精車(chē)、精車(chē)一端面。 Ⅻ.粗車(chē)、半精車(chē)、精車(chē)另一端面。 ⅩⅢ.切斷。 ⅩⅣ.去毛刺。 ⅩⅤ.清洗。 ⅩⅥ.檢驗(yàn)。 ⅩⅦ.入庫(kù)。 路線(xiàn)方案二： 工序： Ⅰ. 鑄造。 Ⅱ. 清砂。 Ⅲ. 熱處理。 Ⅳ. 清砂。 Ⅴ.涂漆。 4 Ⅵ.劃線(xiàn)。 Ⅶ. 粗車(chē)、半精車(chē)、精車(chē)一端面。 Ⅷ. 粗鏜、精鏜、粗鉸、精鉸 Φ52H7 孔并倒角 1.5 x 45o。 Ⅸ. 粗車(chē)、半精車(chē)、精車(chē)另一端面。 Ⅹ. 銑燕尾及空刀槽。 Ⅺ. 磨燕尾及空刀槽。 Ⅻ. 鉆、擴(kuò)鉆、粗鉸、精鉸 2 x Φ12 孔。 ⅩⅢ.切斷。 ⅩⅣ.去毛刺。 ⅩⅤ.清洗。 ⅩⅥ.檢驗(yàn)。 ⅩⅦ.入庫(kù)。 （3）工藝方案的比較與分析 上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案一是先加工燕尾及空刀槽，然后以此 為基準(zhǔn)加工孔 Φ52H7；而方案二是先加工兩端面，再加工 Φ52H7 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(zhǔn)加工孔 Φ52H7，這時(shí) 的位置精度較易保證，并且定位及裝夾等比較方便。 1.4 機(jī)械加工工序設(shè)計(jì) 1.4.1 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “開(kāi)合螺母”零件材料為 HT15-33 灰鑄鐵。毛坯重量為 4 公斤，生產(chǎn)類(lèi)型 為中批生產(chǎn)，采用離心鑄造毛坯，2 級(jí)精度。 根據(jù)上述原始材料及加工工藝，分別對(duì)各加工表面的機(jī)械加工余量、工序 尺寸及毛坯尺寸確定如下： 1. Φ52H7 孔 精鉸至 Φ52H7，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 × Φ12 孔 鉸至 Φ12mm 2z=0.15； 5 擴(kuò)鉆至 Φ11.85mm 2z=0.85； 鉆至 Φ11 2z=11； 2. 一端面 精車(chē)至 97 2z=0.8； 半精車(chē)至 97.8 2z=1.2； 粗車(chē)至 99 2z=6； 3. 另一端面 精車(chē)至 95 2z=0.5； 半精車(chē)至 96.5 2z=0.5； 粗車(chē)至 96 2z=1； 1.4.2 確定各工序的切削用量及基本工時(shí) 工序Ⅰ：銑燕尾及空刀槽 1. 粗銑燕尾 v=6m/min（0.1m/s） ns=1000v/πd w =1000× × 40 =0.8r/s（47.8r/min）1.034 按機(jī)床選取 nw=0.79 r/s （47.5r/min） ∴實(shí)際切削速度 切削工時(shí)：.10.9.43/0dv ms???? l1=8.7（表 1-11-12） t0= =158.3s（2.64min）75.283mzs? 2. 精銑燕尾 v=6m/min（0.1m/s） ns= =0.8r/s（47.8r/min）w10v0.1d34??? 按機(jī)床選取 nw=0.79 r/s （47.5r/min） ∴實(shí)際切削速度 v=πd w nw/1000=3.14×40×0.79/1000=0.43m/s 6 切削工時(shí)： l1=6.3 t0= =153s（2.6min）+75.263mzs?? 3. 銑退刀槽 s=0.02～0.03 選 s=0.02mm v=47m/min（0.78m/s） ns= =4.14r/s（248r/min）w10v0.78d346??? 按機(jī)床選取 nw=4 r/s （240r/min） ∴實(shí)際切削速度 v= =0.75m/s（45m/min）wdn3.14600??? 切削工時(shí)： l1=5.9，l2=4 sm=sz z n=0.02× 4×36=2.88 t0= =3.785s（0.06min）125.948mls??? 4. 粗銑端面 選擇高速鋼套式面銑刀 每齒進(jìn)給量：sz=0.1-0.2 選 sz=0.1mm v=56m/min（0.92m/s） ns= =3.7r/s（222r/min）w10v0.93d48??? 按機(jī)床選取 nw=4.2r/s （252r/min） ∴實(shí)際切削速度 v= =1.01m/s（61m/min）wdn3.1480.20??? 切削工時(shí)： l1=37.5，l 2=2 sm=sz z n=0.1× 18 × 3.7=0.37 7 t0=（ =185s（3min）12937.520mls??? 5. 精銑端面 銑刀每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 0.10～0.12 選 s0=0.12mm v=56m/min=0.9m/s ns= =3.7r/s（222r/min）w1v0.92d348??? 按機(jī)床選取 nw=4.2r/s （252r/min） ∴實(shí)際切削速度 v= =1.01m/s（61m/min）wdn3.1480.20??? 切削工時(shí)： l1=37.5，l2=2 sm=sz z n=0.1 × 18× 3.7=0.37 t0= =185s（3min）12937.520mls??? 工序Ⅱ：磨燕尾及空刀槽，保證粗糙度為 1.6，精度為 7 級(jí) ① 選擇臥軸矩臺(tái)平面磨床 M7130-1 ② 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 ③ 用磨輪端面磨平面的切削用量 工件運(yùn)動(dòng)速度 v=8-15m/min 選 v=10m/min 工作臺(tái)磨削深度進(jìn)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 ④ 用磨輪端面磨平面的切削動(dòng)力 8 切削動(dòng)力 N=10.3 千瓦 切削動(dòng)力的修正系數(shù) 與工件材料有關(guān) K2=0.9 ⑤ 用磨輪圓周粗磨平面的切削用量 工作臺(tái)單行程的進(jìn)給量 Sb=16.224 毫米每行程 工作臺(tái)單行程的磨削深度進(jìn)給量 St=0.025 毫米每行程 St 的修正系數(shù) K1=0.86 ⑥ 切削工時(shí) t0lhkTo=1vsz L ：磨削計(jì)算長(zhǎng)度 矩臺(tái)用磨輪圓周磨 L=l1+20 矩臺(tái)用磨輪端面磨 L=l1+DM+10 l1 ：工件磨削面長(zhǎng)度 DM ：磨輪直徑 h ：加工余量 k：平面磨系數(shù) v：工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度 St：磨削深度進(jìn)給量 Z：同時(shí)加工的工件數(shù)量 T01= =0.36min??t02+310.2lhk 1vsz653? T02= =0.35mint0.l T03= =0.15min??t0126+0.21lhk 1vsz53? T= T01 + T02 + T03=0.36+0.35+0.15=0.86min 工序Ⅲ：鉆 Φ52H7 孔并倒角 1.5×45o 9 (1) 粗鏜第一次至 47mm 選擇硬質(zhì)合金可調(diào)節(jié)浮動(dòng)鏜刀 B=25，H=12 進(jìn)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(shí) l1=1.7， l2=3.0， l=105 t=（ D-d1）/2=（47-40）/2=3.5mm t0= =10.34s（0.17min）1205.736lsn????? ① 粗鏜第二次至 50mm S=1.6-2.0，選 S=2.0mm/r v=56.6m/min，n=360r/min（6r/min） 切削工時(shí) l1=0.87， l=105 t=（ D-d1）/2=（50-47）/2=1.5mm t0= =9.07s（0.15min）205.8736lsn????? ② 精鏜至 52m S=1.6-2.0，選 S=1.6mm/r v=62.6m/min，n=398r/min（6.63r/min） 切削工時(shí) l1=0.58， l=105 t=（ D-d1）/2=（51.5-50）/2=0.75mm t0= =10.24s（0.17min）1205.836lsn????? 工序Ⅳ: 鉆 2 × Φ12 孔 選擇直柄麻花鉆（GB1436-78） ① 鉆到 11.0mm S=0.22-0.28，S=0.25mm/r v=28m/min（ 0.47m/s） ，n=894r/min （7.95r/s） 10 ns=1000v/ 切削工時(shí) 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(jī)床選取 nw=800r/s （13.3r/min） ∴實(shí)際切削速度 v = = 0.46m/swd3.14.00??? 切削工時(shí)： l1=3.4， l2=1.5，L=20 t0= =7.49s（0.13min）03.4152wns???? ②擴(kuò)孔鉆至 11.85 S=0.7-0.9，S=0.7mm/r v=22.2m/min，n=472r/min 按機(jī)床選取 nw=460r/min=7.67r/s 實(shí)際切削速度 =0.29m/sd3.14.857600v??? 切削工時(shí) l1=0.58，l 2=1.5， l=20 =4.11s（0.07min）00.58176wtns???? ③鉸至 Φ12 選用錐柄機(jī)用鉸刀 D=12 S=1.7 mm/r v=10m/min， n=318r/min（5.3r/s） 切削工時(shí) l1=0.05，l2=18， l=20 =5.14s（0.09min）00.51873wtns???? 11 工序Ⅴ：車(chē)端面 ①粗車(chē)至 99mm S=（0.3～0.5） mm/r 選 s=0.4 mm/r V=118m/min（1.97m/s） =9.65r/s（597r/min）w10v1.97d3465sn??? 按機(jī)床選取 nw=8.6r/s（516 r/s） ∴實(shí)際切削速度為 =1.76m/s（105m/min）d3.14658.00v??? l=（ 105-99）/2=3mm，l1=3，l2=2 ，l3=5 L=d/2+ l1+ l2 + l3=32.5+3+2+5=42.5mm t0=（ L/s．n ） ．i =（42.5/0.4 ×8.6）×2=24.72s（0.4min） ②半精鏜至 97.8mm S=（0.3～0.5） mm/r 選 s=0.3 mm/r V=35m/min（ 0.58m/s） =2.84r/s（171r/min）w10v0.58d346sn??? 按機(jī)床選取 nw=2.5r/s（150 r/s） ∴實(shí)際切削速度為 =0.51m/s（30.615m/min ）d3.14652.00v??? l=0.6， l1=1， l2=1 ，l3=5 L=d/2+ l1+ l2 + l3=32.5+1+1+5=39.5mm t0=（ L/s．n ） ．i =（39.5/0.3 ×2.5）×1=52.7s（0.88min） ③精車(chē)至 97mm S=（0.3～0.5） mm/r 選 s=0.3 mm/r 12 V=35m/min（ 0.58m/s） =2.84r/s（171r/min）w10v0.58d346sn??? 按機(jī)床選取 nw=2.5r/s（150 r/s） ∴實(shí)際切削速度為 =0.51m/s（30.615m/min ）d3.14652.00v??? l=0.4， l1=1， l2=1 ，l3=5（11-4） L=d/2+ l1+ l2 + l3=32.5+1+1+5=39.5mm t0=（ L/s．n ） ．i =（39.5/0.3 ×2.5）×1=52.7s（0.88min） ④倒角 1.5×45° S=（0.15～0.25） 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(jī)床選取 nw=120r/min（2 r/s） l=0.75， l1=0.4 tm=（l+ l1）/nw ．s= （0.75+0.4）/（2×0.2）=2.87min（172.5s） 工序Ⅵ： 切斷 選用鋸片銑刀，D=175mm（8-38） ，齒數(shù)（8～38） S=（0.03～0.04） mm/r 選 s=0.03 mm/r v=34m/min（ 0.57m/s） ， =2.412r/s（144r/min）w10v0.57d34sn??? ∴實(shí)際切削速度為 =0.59m/s（35m/min ）.1752.00v 13 l1=6 ， l2=4mm Sm= Sz·Z·n=0.03×40×2.5=3mm =49s（0.82min）1208364lts??? 14 第二章 夾具設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)床夾具概論 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造過(guò)程的切削加 工、熱處理、裝配、焊接和檢測(cè)等工藝過(guò)程中。 在金屬切削機(jī)床上使用的夾具統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機(jī)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(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的 制造成本等，故機(jī)床夾具設(shè)計(jì)在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造以及生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中占 有極其重要的地位。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作。 2.1.1 夾具簡(jiǎn)介 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造過(guò)程的切削加 工、熱處理、裝配、焊接和檢測(cè)等工藝過(guò)程中。 在金屬切削機(jī)床上使用的夾具統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)床夾具。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機(jī)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(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的 制造成本等，故機(jī)床夾具設(shè)計(jì)在企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造以及生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中占 有極其重要的地位。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的技術(shù)工作。 2.1.2 機(jī)床夾具的概念 在機(jī)械制造廠的生產(chǎn)過(guò)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(yàn)、裝配、焊接等工作，所使用的工藝裝備稱(chēng)為夾具。 2.2 機(jī)床夾具的功能 在機(jī)床上用夾具裝夾工件時(shí)，其主要功能是使工件定位和夾緊。然而，由 于各類(lèi)機(jī)床加工方式的不同，有些機(jī)床夾具還具有一些特殊的功能。 2.2.1 機(jī)床夾具的主要功能 定位：確定工件在夾具中占有正確的過(guò)程。定位是通過(guò)工件定位基準(zhǔn)面與 夾具定位元件的定位面接觸或配合實(shí)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(guò)程中保持定位位置不變的操作。 由于工件在加工時(shí)，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會(huì)松動(dòng)、脫 15 落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。 2.2.2 機(jī)床夾具的特殊功能 （1）對(duì)刀 調(diào)整刀鋸切削刃相對(duì)工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對(duì)刀 塊，它能迅速地確定銑刀相對(duì)于夾具的正確位置。 （2）導(dǎo)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(dǎo) 其進(jìn)行鉆削。導(dǎo)向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱(chēng)為鉆模。鏜床夾具也具 有導(dǎo)向功能。 2.3 機(jī)床夾具在機(jī)械加工中的作用 在機(jī)械加工中，使用機(jī)床夾具的目的主要有以下六個(gè)方面。然而，在不同 的生產(chǎn)條件下，應(yīng)該與不同的側(cè)重點(diǎn)。夾具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮加工的技術(shù)要求， 以達(dá)到預(yù)期的效果。 （1）保證加工精度 用夾具裝夾工件時(shí)，能穩(wěn)定地保證加工精度，并減少對(duì)其 它生產(chǎn)條件的依賴(lài)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(gè)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(duì)刀具、機(jī) 床的切削成形運(yùn)動(dòng)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(mǎn)足工件的加工精度要求。 （2）提高勞動(dòng)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(shí)間和基本時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 （3）改善工人的勞動(dòng)條件 用夾具裝夾工件方便、省力、安全。當(dāng)采用氣壓、 液壓等夾緊裝置時(shí)，可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(shí)，由于勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高和允許 使用技術(shù)等級(jí)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(jì)律 在生產(chǎn)過(guò)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(jì)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(kuò)大機(jī)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(chē)床上拉削、深孔加工等，也可用夾具裝夾以加工較復(fù)雜的成形面。 2.4 機(jī)床夾具的組成 機(jī)床夾具因被加工工件的加工表面不同或使用機(jī)床種類(lèi)的不同而有各種不 同的結(jié)構(gòu)形式，但就機(jī)床夾具體結(jié)構(gòu)而言，大致可分為以下幾個(gè)部分：定位元 16 件、夾緊裝置、導(dǎo)向?qū)Φ对?、連接元件、 裝置和元件、夾具體。 2.5 夾具設(shè)計(jì)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(jī)械加工的勞動(dòng)條件； （3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造和維修； （4）作安全、方便； 2.6 機(jī)床夾具的分類(lèi) （1）按夾具的通用特征分類(lèi) 這是一種基本的分類(lèi)方法，主要反映夾具在不同生產(chǎn)類(lèi)型中的通用特性， 故也是選擇夾具的主要依據(jù)。目前，我國(guó)常用的分類(lèi)有通用夾具、專(zhuān)用夾具、 可調(diào)夾具、組合夾具和自動(dòng)化生產(chǎn)用夾具等五大類(lèi)。 （2）按夾具使用的機(jī)床分類(lèi) 這是專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)所用的分類(lèi)方法。如車(chē)床、銑床、刨床、鉆床、鏜床、 磨床、齒輪加工機(jī)床、拉床等夾具。設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具時(shí)，機(jī)床的類(lèi)別、組別、型 別和主要參數(shù)均已確定。它們不同點(diǎn)是機(jī)床的切削成形運(yùn)動(dòng)不同，故夾具與機(jī) 床的連接方式不同。它們的加工精度要求也不相同。 2.7 機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求 2.7.1 機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與其它裝備設(shè)計(jì)比較，有較大的差別，主要表現(xiàn)在下列五個(gè)方面： （1） 要有較短的設(shè)計(jì)和制造周期。一般沒(méi)有條件對(duì)夾具進(jìn)行原理性試驗(yàn)和復(fù) 雜的計(jì)算工作。 （2） 夾具的精度一般比工件的精度高 2～3 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(xí)慣密切 結(jié)合。 （4） 夾具在一般情況下是單件制造的，沒(méi)有重復(fù)制造的機(jī)會(huì)。通常要求夾具 在投產(chǎn)時(shí)一次成功。 （5） 夾具的社會(huì)協(xié)作制造條件較差，特別是商品化的元件較少。設(shè)計(jì)者要 熟悉夾具的制造方法，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的工藝性要求。 顯然，注意這些問(wèn)題是很重要的。這將有利于保證夾具的設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量。 17 2.7.2 機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足下列四項(xiàng)基本要求： （1） 保證工件的加工精度要求，即在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中，夾具要滿(mǎn)足以下 三 項(xiàng)要求：工件在夾具中的正確定位；夾具在機(jī)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(dá)到加工的生產(chǎn)率要求。 （4） 滿(mǎn)足夾具一定的使用壽命和經(jīng)濟(jì)性要求。 2.8 夾具設(shè)計(jì)方法和步驟 2.8.1 研究原始資料，明確設(shè)計(jì)任務(wù) 本次是 CA6140 車(chē)床開(kāi)合螺母銑斷，根據(jù)任務(wù)說(shuō)明書(shū)，采用搖臂鉆床和臥 式銑床，所以，夾具是安裝在工件臺(tái)上的。 2.8.2 夾具結(jié)構(gòu)和方案的設(shè)計(jì) 本夾具主要用于銑斷，并且銑開(kāi)的表面與 52 的孔有一定的公差要求，又在 加工本道工序時(shí)， 的孔已經(jīng)進(jìn)行了加工，因此，在本道工序中主要考慮20mΦ 加工面與 52 孔之間的要求，其次是考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量， 降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 18 2.8.3 夾具設(shè)計(jì)方案提出 圖 2.1 方案一 19 圖 2.2 夾具方案二 2.8.4 夾具設(shè)計(jì)方案確定 選擇方案二；方案二在方案一上增加了四處改動(dòng)： （1）改 U 盤(pán)槽：使彎頭壓板可與平動(dòng)，卸載工件時(shí)，只需擰松螺母，就可移動(dòng) 彎頭壓板； （2）加長(zhǎng)彎頭壓板：方案一的彎頭壓板壓在工件上的厚度太小，會(huì)出現(xiàn)壓緊又 （3）自動(dòng)松掉的情況； 增加支承板：方案一未加支承板，一旦工作臺(tái)表現(xiàn)磨損，就需換掉整個(gè)夾 具，方案二只要更換支承板即可； （4）加大通孔直徑：使調(diào)節(jié)支承螺桿不會(huì)卡死在通孔里 20 2.9 鉆削力及夾緊力計(jì)算 2.9.1 切削力及夾緊力的計(jì)算 刀具：高速鋼細(xì)齒圓鋸片銑刀 直徑 齒數(shù) Z=50 又由《切削160odm? 手冊(cè)》表 3.28 中的公式：FFxyupzenwoCafZdq? 其中： 301.0x?.65Fy0.83Fu?Fw0.83Fq? Z=50 160om4pm2ea2/zfmz 所以 F=63.5N 水平分力： 1.63.519.HFN? 垂直分力； 0V?? 又在計(jì)算切削力時(shí)，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù) 1234K? 其中 K1 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(diǎn)系數(shù)（斷續(xù)切削）1.2 所以 F ′=KFH=69.9x1.5x1.2x1.2x1.2=181.2N 為了克服水平方向的力，實(shí)際的夾緊力為 N（f1+f2）= KFH 其中 f1 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?? 又選擇的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的基本尺寸如下（根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》 第三版表 1-2-20、1-2-21、1-2-22、1-2-23 查得： r′=0 2Mm?1p?5.67zrm136a???0?? tg L=120mm Q=30N2950???? ?0.15? 則 可以提供的夾緊力為： 21 12()zQLwrtga????? 所以 = =3140Nw12035.67(95)tg?????? 又由《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》 第三版表 1-2-24 查得 當(dāng)螺紋的公稱(chēng)直徑為 12mm 時(shí) ，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(jī)構(gòu)提供的夾緊力大于所需的，且滿(mǎn)足螺 栓的許用夾緊力，故本夾具可以安全工作。 2.9.2 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(xiāo)和一菱形 銷(xiāo)，其參數(shù)由（《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 5-3 及其表選 兩定位銷(xiāo)的尺寸及公 差為： （定位銷(xiāo)的公差取 h8） 。 0.32m?Φ 2）零件圖樣規(guī)定 的孔的中心線(xiàn)與 孔的中心線(xiàn)的長(zhǎng)度誤差20Φ 50mΦ 為 0.2mm， 孔中的定位銷(xiāo)與夾具體的垂直度誤差為 0.05 ， ，此項(xiàng)技Φ 術(shù)要求應(yīng)由定位銷(xiāo)寬配合中的側(cè)向間隙保證。已知 的寬為 ，2Φ 0.21m?Φ 定位銷(xiāo)為 （定位銷(xiāo)的公差取 h8） ，則 一個(gè)定位銷(xiāo)與一個(gè)孔的定位誤 0.3?Φ 差為： ?max.21(.03)/2.07bm????? 此處引起零件的定位誤差為 0.2mm2.054x?? 故最大側(cè)向間隙能滿(mǎn)足零件的精度要求。 （2）計(jì)算 定位銷(xiāo)的中心線(xiàn)與夾具體垂直度誤差20Φ 定位銷(xiāo)的寬度為 夾具體表面的粗糙度 0.3?Φ 1.6aRum? 故 mmmax.16().60.5???? 所以最大垂直度誤差能滿(mǎn)足零件精度要求 2.9.3 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，首先要考慮到能保證零件的加工精度，其次是 要提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。為此，應(yīng)先考慮所設(shè)計(jì)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(yīng)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(jì)夾具時(shí) 應(yīng)考慮夾具的簡(jiǎn)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(shí)裝 22 夾幾個(gè)零件，并且用了活動(dòng)杠桿使操作更加節(jié)省時(shí)間?？梢酝瑫r(shí)裝夾四個(gè)零件， 提高了生產(chǎn)率。 夾具上裝有對(duì)刀塊，可以使夾具在一批零件加工之前很好的對(duì)刀；同時(shí)， 夾具體底面上的一對(duì)定位鍵可使整個(gè)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上有一正確的安裝位置， 以利于銑削加工。 23 第三章 夾具總圖的繪制 一、 總圖應(yīng)該遵循機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(guò)大的時(shí)候選用 1：2 等縮小比 例，過(guò)小時(shí)取 2：1 的比例； 二、 圖中應(yīng)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、繪圖的順序：先用點(diǎn)劃線(xiàn)繪出工件的輪廓，外形及定位基準(zhǔn)，并用網(wǎng)狀線(xiàn) 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(huà) 出定位、導(dǎo)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(gè)完整的夾具； 四、夾具總圖上標(biāo)注出零件編號(hào)，按規(guī)定要求填寫(xiě)標(biāo)題欄和明細(xì)表； 五、確定并標(biāo)注有尺寸和夾具技術(shù)要求。 圖 3.1 開(kāi)合螺母工件圖 24 圖 3.2 銑夾具體 圖 3.3 銑夾具裝配圖 25 圖 3.4 proe 裝配圖 1 圖 3.5 proe 裝配圖 2 26 結(jié) 論 參考文獻(xiàn) [ 1 ] 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 王紹俊。 [ 2 ] 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 金屬機(jī)械加工工藝 人員手冊(cè)修訂組。 [ 3 ] 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 孟少農(nóng)主編。 [ 4 ] 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 上海科學(xué)技術(shù)出版社 王光斗 王春福主編。 [ 5 ] 機(jī)械加工工藝辭典 學(xué)苑出版社 王俊俏主編。 [ 6 ] 機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 趙家齊編。 [ 7 ] 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 中國(guó)鐵道出版社 王秀倫、 邊文義、 張運(yùn)祥。 27 致 謝