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前 言
通過機(jī)床工藝及夾具設(shè)計(jì)，匯總所學(xué)專業(yè)知識如一體(如《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》、《機(jī)械零件設(shè)計(jì)》、《金屬工藝學(xué)》、《機(jī)械制圖》、《公差于配合》、等)。讓我們對所學(xué)的專業(yè)課得以鞏固、復(fù)習(xí)及實(shí)用，在理論與實(shí)踐上有機(jī)結(jié)合；使我們對各科的作用更加深刻的熟悉與理解，并為以后的實(shí)際工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！
在些次設(shè)計(jì)中我主要是設(shè)計(jì)CA10B解放汽車中間軸軸承支架的機(jī)械加工工藝規(guī)程及φ13孔端面的銑床卡夾具設(shè)計(jì)。在此次課程設(shè)計(jì)過程中，我小組成員齊心協(xié)力、共同努力完成了此項(xiàng)設(shè)計(jì)。
一、零件的分析
（一） 零件的作用
題目所給的零件是CA10B汽車中間軸的軸承。它主要起到穩(wěn)固滾子的作用，在安裝時起到固定滾珠的作用，利于安裝。零件上方的φ13孔起固定作用，下方的φ70斜孔則是用于裝軸承。支撐中間軸。零件為鑄件，鑄造時起模度2°
（二） 零件的工藝分析
CA10B中間軸軸承支架共有兩處加工表面，其間有一定斜度要求，φ140孔有一定的斜度為5.5°，兩個φ13斜孔與中間的φ13斜孔角度為30°。分述如下：
1. 頂端φ13
這一孔加工包括：φ13的孔，以及其內(nèi)端面，與外圓有位置要求，這個孔有高的位置度要求，與外圓中心2mm, 與突臺R5圓中心距離25mm，與兩端φ13的孔的垂直距離72mm。
2. φ140孔及兩端表面
這一孔加工包括：φ140的孔公差帶0.26～0，以及其前后兩個端面。這兩表面及孔有一定的位置度要求,即φ140 的孔前后兩個端面與頂端φ13的孔上表面有斜度要求，φ140 的孔與支撐架中心有斜度5.5°及寬度為50mm。 由上面分析可知，加工時應(yīng)先加工一組表面，再以這組加工后表面為基準(zhǔn)加工另外一組。
3. 兩端φ13的孔及端平面
兩φ13的孔有位置要求232mm,與端面內(nèi)側(cè)為4mm，與突臺垂直。突臺要求高12mm且有斜度30°
二 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
(一)確定毛坯的制造形式
零件材料為HT200?？紤]零件在運(yùn)行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，故選擇鑄件毛坯。
（二）基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。基面選擇得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，加工工藝過程中問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
（1）粗基準(zhǔn)的選擇。對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對有若干個不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。根據(jù)這個基準(zhǔn)選擇原則，加工φ140孔以外圓面為基準(zhǔn)鏜孔，加工前后端面相互為基準(zhǔn)進(jìn)行銑削加工。加工兩個φ13孔的突臺以突臺下表面及φ140孔做為基準(zhǔn)加工。
（2）精基準(zhǔn)的選擇。主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要專門計(jì)算，此處不再重復(fù)。
（三）制定工藝路線
制定工藝路線得出發(fā)點(diǎn),應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(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。
1. 工藝路線方案一
工序一 粗銑φ140孔前端面。
工序二 粗銑φ140孔后端面。
工序三 擴(kuò)φ140孔
工序四 粗銑φ13孔上端面。
工序五 鉆φ13孔。
工序六 粗銑兩側(cè)φ13孔端面。
工序七 鉆兩側(cè)φ13孔。
工序八 檢查
2 工藝路線方案二
工序一 粗銑φ140孔前端面。
工序二 粗銑φ140孔后端面。
工序三 擴(kuò)φ140孔
工序四 粗銑φ13孔上端面。
工序五 粗銑兩側(cè)φ13孔端面。
工序六 鉆φ13孔。
工序七 鉆兩側(cè)φ13孔。
工序八 檢查
上面工序可以適合大多數(shù)生產(chǎn)。通過方案一和二的比較，選擇方案一。工序八和工序九可設(shè)計(jì)用同一組專用夾具進(jìn)行加工，減少了裝夾誤差。
以上工藝過程詳見工藝卡片。
（四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的確定
CA10B解放汽車中間軸軸承支架零件材料為HT200，硬度170~220HB，毛皮重量3kg，生產(chǎn)類型中批量，鑄造毛坯。
據(jù)以上原始資料及加工路線，分別確定各家工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1. 外圓表面延軸線方向長度方向的加工余量及公差（φ140前后端面）。
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》（以下稱《工藝手冊》）表2.2～2.5，取φ140前后端面長度余量均分別為1.75,3（均為雙邊加工）
銑削加工余量分別為：
粗銑 1mm 2mm
2. 內(nèi)孔（φ140已鑄成孔）
查《工藝手冊》表2.2～2.5，取φ140已鑄成孔長度余量為4，即鑄成孔半徑為66mm。
3.其他端面加工余量（三個φ3孔端面）
查《工藝手冊》表2.2～2.5，取長度余量為3,
銑削加工余量分別為：
粗銑：2mm
3. 其他尺寸直接鑄造得到
由于本設(shè)計(jì)規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整加工。因此在計(jì)算最大、最小加工余量時應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確認(rèn)。
（五）確立切削用量及基本工時
工序Ⅰ 以φ140圓前后為相互基準(zhǔn)，粗銑φ140孔前后端面。
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa, HBS=170~220,鑄造。
加工要求：粗銑φ140孔前后端面。
機(jī)床：X5012立式銑床。
刀具： 硬質(zhì)合金端銑刀,牌號YG8合金鋼。銑削寬度aw<=60,深度ap<=4,齒數(shù)z=6,故據(jù)《機(jī)械加工工藝師手冊》（后簡稱《工藝手冊》）取刀具直徑do=80mm。查表21-18選擇刀具前角γo＝＋5°,后角αo＝14°，副后角αo=8°,刃傾角λs＝-15°,主偏角Kr=50°,副偏角Kr’=5°,Krε=25°,過渡刃寬bε=1mm。
2. 銑削用量
1）銑削深度
因?yàn)榍邢髁枯^小，故可以選擇ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需長度。
2）每齒進(jìn)給量 機(jī)床功率為1.5kw。查《工藝手冊》af=0.15~0.30mm/z。選擇較小量af=0.15 mm/z。
3）查后刀面最大磨損及壽命
查《工藝手冊》表30-11，后刀面最大磨損為1.5~2.0mm。
查《工藝手冊》表30-25，壽命T=180min
4）計(jì)算切削速度 按《工藝手冊》表30-23， 切削速度范圍為60~110m/min,現(xiàn)選用Vc＝72m/min，n=125r/min,af=0.2mm/z,Vf＝afzn=150mm/min.據(jù)X5012銑床參數(shù)，選擇nc=125r/min,Vfc=125mm/s,則實(shí)際切削速度V c=3.14*80*125/1000=31.4m/min,實(shí)際進(jìn)給量為f zc=V fc/ncz=125/(125*10)=0.1mm/z。
5)校驗(yàn)機(jī)床功率 查《工藝手冊》表30-25得Pcc=1.16kw,而機(jī)床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗(yàn)合格。
最終確定 ap=1.5mm，nc=125r/min,Vfc=125mm/s，V c=31.4m/min，f z=0.1mm/z。
6）計(jì)算基本工時
工序Ⅱ 以φ140孔外圓為基準(zhǔn)，擴(kuò)φ140孔，保證孔的精度達(dá)到IT7。
選擇鉆床：Z535立式鉆床。加工刀具分別為：
擴(kuò)孔——?140mm標(biāo)準(zhǔn)高速鋼擴(kuò)孔鉆；
1.選擇擴(kuò)孔切削用量
1)確定進(jìn)給量f 根據(jù)表28-31:f=1.6-2.0mm/r.
根據(jù)Z535機(jī)床說明書,取f=1.8mm/r.
2)確定切削速度v及n 根據(jù)表28-33:
取v表=10m/min修正系數(shù): kmv=1.0, kapv=1.0,故
V＇表=10m/min*1.0*1.0=10 m/min ,
N＇=1000v’表/(∏d0)=5.9r/min,查機(jī)床說明書得:n=10r/min,實(shí)際切削速度為
v=∏d0n*=1.7m/min.
3)計(jì)算工時
由于所有工步所用工時很短，所以使得切削用量一致，以減少輔助時間。
6 各工序?qū)嶋H切削用量
根據(jù)以上計(jì)算，該工序切削用量如下：
擴(kuò)孔：d0=139mm,f=1.8mm/r,n=10r/min,v=1.7m/min
7 鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
擴(kuò)孔后刀面最大磨損限度（查《工藝手冊》）為0.9～１.４mm，壽命
8.計(jì)算工時
由于所有工步所用工時很短，所以使得切削用量一致，以減少輔助時間。
工序Ⅲ 粗銑φ13孔上端面
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=170~220,鑄造。
加工要求：粗銑φ140前后端面。
機(jī)床：X5012立式銑床。
刀具： 硬質(zhì)合金端銑刀,牌號YG8合金鋼。銑削寬度aw<=60,深度ap<=4,齒數(shù)z=6,故據(jù)《機(jī)械加工工藝師手冊》（后簡稱《工藝手冊》）取刀具直徑do=80mm。查表21-18選擇刀具前角γo＝＋5°,后角αo＝14°，副后角αo=8°,刃傾角λs＝-12°,主偏角Kr=50°,副偏角Kr’=5°,Krε=25°,過渡刃寬bε=1mm。
2. 切削用量
1） 銑削深度 查表30-43因?yàn)榍邢髁枯^小，故可以選擇ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需長度。
2） 每齒進(jìn)給量 機(jī)床功率為1.5kw。查《工藝手冊》af=0.15~0.30mm/z。由于是對稱銑，選較小量af=0.15 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
工序Ⅳ 以φ140孔及后端面為精基準(zhǔn)，鉆φ13孔，保證垂直度誤差不超過0.05mm,孔的精度達(dá)IT7。
1．選擇鉆床：Z535立式鉆床。加工刀具分別為：
鉆孔——?13mm標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆；
2.確定鉆削用量
（1）確定進(jìn)給量
查《工藝手冊》表28-10得：
取f=0.8mm/r， 根據(jù)表28-8，按鉆頭強(qiáng)度所允許的進(jìn)給量f＇>1.75mm/r, 由于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的軸向力Fmax=15690N(由機(jī)床說明書查出),根據(jù)表28-9允許的進(jìn)給量f＇＇>1.8mm/r。
由于所選進(jìn)給量f遠(yuǎn)小于f＇及f＇＇，故所選f可用。
（2）．確定切削速度V，軸向力F，轉(zhuǎn)矩T及切削功率PM 根據(jù)《工藝手冊》表28-15，由插入法得：
V表 =13.5m/min, F表=6460N, T表=58N·m, PM表=1.34KW
由于實(shí)際加工條件與上表所給條件不完全相同,故應(yīng)對所的結(jié)果進(jìn)行修正.
由表28-3得: kMv=1.0, klv=1.0,故V＇表=13.5 m/min×1.0×1.0=13.5 m/min.
查Z535機(jī)床說明書，取n=245r/min.實(shí)際切削速度為
由表28-5得：
kMT= kMF=0.94,故F=6460*0.94=6072N，
T=58*0.94=54.5 N·m
（3）校驗(yàn)機(jī)床功率
切削功率PM=PM表（n/n’）kMM=1.32KW,
機(jī)床有效功率P’E=PEη=3.65KW>PM, 故選擇的鉆削用量可用.即
d0=18mm,f=0.8mm/r,n=245r/min,v=13.9m/min
相應(yīng)的
F=6072N,T=54.5 N·m, PM=1.32KW,
３.計(jì)算工時
由于所有工步所用工時很短，所以使得切削用量一致，以減少輔助時間。
工序Ⅴ粗銑兩側(cè)φ13孔上端面
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=170~220,鑄造。
加工要求：精銑φ140前后端面。
機(jī)床：X5012立式銑床。
刀具： 硬質(zhì)合金端銑刀,牌號YG8合金鋼。銑削寬度aw<=60,深度ap<=4,齒數(shù)z=6,故據(jù)《機(jī)械加工工藝師手冊》（后簡稱《工藝手冊》）取刀具直徑do=80mm。查表21-18選擇刀具前角γo＝＋5°,后角αo＝14°，副后角αo=8°,刃傾角λs＝-12°,主偏角Kr=50°,副偏角Kr’=5°,Krε=25°,過渡刃寬bε=1mm。
2. 切削用量
1） 銑削深度 查表30-43因?yàn)榍邢髁枯^小，故可以選擇ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需長度。
2） 每齒進(jìn)給量 機(jī)床功率為1.5kw。查《工藝手冊》af=0.15~0.30mm/z。由于是對稱銑，選較小量af=0.15 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《工藝手冊》表30-11，后刀面最大磨損為0.4mm。
查《工藝手冊》表30-25，壽命T=180min
4） 計(jì)算切削速度 按《工藝手冊》，查得Vc＝72m/min，n=125r/min,af=0.2mm/z,Vf＝afzn=150mm/min.據(jù)X5012銑床參數(shù)，選擇nc=125r/min,Vfc=125mm/s,則實(shí)際切削速度V c=3.14*80*125/1000=31.4m/min,實(shí)際進(jìn)給量為f zc=V fc/ncz=125/(125*10)=0.1mm/z。
5)校驗(yàn)機(jī)床功率 查《工藝手冊》Pcc=1.5kw,而機(jī)床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗(yàn)合格。
最終確定ap=1.5mm，nc=125r/min,Vfc=125mm/s，V c=31.4m/min，f z=0.1mm/z。
6）計(jì)算基本工時
工序Ⅳ 以φ140孔，端面，及頂端φ3孔為精基準(zhǔn)，鉆φ3孔（兩側(cè)）
1. 選擇鉆頭及鉆床
選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，鉆床為Z512-A.粗鉆時do=6mm，橫刃斜角ψ=40-60°鋒角 ° 后角° 螺旋角°
2.確定切削用量
1）確定進(jìn)給量
查《工藝手冊》,選f＝０.３按鉆頭強(qiáng)度選擇根據(jù)表28-8，按鉆頭強(qiáng)度所允許的進(jìn)給量f＇ =0.6-0.72mm/r． 按鉆頭強(qiáng)度選擇
最終決定選擇機(jī)床已有的進(jìn)給量 經(jīng)校驗(yàn)校驗(yàn)成功。
2）鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命
后刀面最大磨損限度（查《工藝手冊》表２８－１）為0.４～0.8mm，壽命．
３）．確定切削速度V，軸向力F，轉(zhuǎn)矩T及切削功率PM 根據(jù)《工藝手冊》表28-15，由插入法得：
V表 =１４m/min, F表=1295N, T表=2.88N·m, PM表=0.21KW
由于實(shí)際加工條件與上表所給條件不完全相同,故應(yīng)對所的結(jié)果進(jìn)行修正. 由表28-3得: kMv=1.0, klv=0.65,故V＇表=14m/min*0.65*1.0=9.1 m/min ,
查Z535機(jī)床說明書，取n=500r/min.實(shí)際切削速度為
由表28-5得：
kMT= kMF=1.1,故F=1295*1.1=1424N，
T=2.88*1.1=3.16 N·m
4）校驗(yàn)機(jī)床功率
切削功率PM=PM表（n/n＇）kMM=0.24KW,
機(jī)床有效功率P＇E=PEη=0.37KW>PM, 故選擇的鉆削用量可用.即
d0=6mm,f=0.3mm/r,n=500r/min,v=9.42m/min
相應(yīng)的
F=1424N,T=3.16 N·m, PM=0.24KW,
３.計(jì)算工時
由于所有工步所用工時很短，所以使得切削用量一致，以減少輔助時間。
工序Ⅵ 檢查
其余幾步數(shù)據(jù)見工藝卡片。
三 卡具設(shè)計(jì)
經(jīng)過與老師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)第Ⅲ道工序——銑φ13孔端面的銑床卡具。本卡具將用于X5012立式銑床。刀具選用硬質(zhì)合金端銑刀,牌號YG8合金鋼。
（一） 問題的提出
在給定的零件中，對本步加工的定位有較高的要求，是自由公差，定位要求較高。因此，本步的重點(diǎn)應(yīng)在卡緊的方便與快速性上，保證加工面的平整。
（二） 卡具設(shè)計(jì)
定位基準(zhǔn)
在選擇定位方案時，由于定位方式多種多樣，對定位基準(zhǔn)、限位基準(zhǔn)的確定也有幾種不同方法，此處采用以下觀點(diǎn):
當(dāng)工件中φ140的側(cè)面作為定位基面時，其本身為定位基準(zhǔn)。當(dāng)工件以平面與定位元件接觸，此平面就是定位基面，它的理想狀態(tài)(平面度誤差為零)是定位基準(zhǔn)。但對于已經(jīng)加工過的平面，通常忽略其平面度誤差，所以認(rèn)為，定位基面就是定位基準(zhǔn)，二者重合。
定位元件的確定
選擇φ140孔的內(nèi)側(cè)面為基準(zhǔn)，再配以其上的一大圓銷（自由度限制數(shù)：5）來定位。夾緊裝置是采用帶固定手柄壓緊螺釘和螺旋壓板壓緊裝置。操作時只需擰動螺母就可將工件夾緊。夾具上還設(shè)有對刀塊，用來確定銑刀的位置。此夾具定位元件采用一面和一銷定位,兩個輔助支撐釘做輔助支撐，擬用不完全限位方式定位。
夾緊裝置
夾緊基本原理理論
夾緊的目的是保證工件在夾具中的定位，不致因工時受切削力，重力或伴生離心力，慣性力，熱應(yīng)力等的作用產(chǎn)生移動或振動。夾緊裝置是夾具完成夾緊作用的一個重要的而不可以缺少的組成部分，除非工件在加工過程中所受到的各種力不會使它離開定位時所需確定的位置，才可以設(shè)有夾緊裝置。夾緊裝置設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，對于提高夾緊的精度和加工作效率，減輕勞動強(qiáng)度都有很大的影響。該夾緊裝置是采用螺旋壓斑的聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)。操作時只需擰動螺母就可將工件夾緊。夾具上還設(shè)有對刀塊，用來確定銑刀的位置
1． 切削力和卡緊力計(jì)算
刀具：高速鋼直齒三面刃銑刀，?63mm, Z=14
Fz=CP·t0.83·Sz0.65·D-O.83·B·Z·kP (見《切削手冊》3-56表)
解得 Fz =200 (N)
其中CP=52， t=8mm, Sz=0.08mm/s, B=8mm, D=63mm, Z=14, kP=(HB/198)0.55
在計(jì)算切削力時，必須考慮安全系數(shù)。安全系數(shù)K= k1 k2 k3 k4
水平切削分力FH=1.1 Fz =220 (N)
垂直切削分力Fv=0.3 Fz=60 (N)
其中： k1為基本安全系數(shù)1.5
k1為加工性質(zhì)系數(shù)1.1
k1為刀具鈍化系數(shù)1.1
k1為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
F,=KFH =1.5×1.1×1.1×1.1×200=400 (N)
實(shí)際加緊力為WK= KFH/U1U2=400/0.5=800 (N)
其中U1和U2為夾具定位面及加緊面上的磨擦系數(shù)，U1=U2=0.025
螺母選用M16X1.5細(xì)牙三角螺紋，產(chǎn)生的加緊力為
W=2M/D2tg(a+6’55)+0.66(D3- d3/ D2- d2)
解得： W=1O405 (N)
其中： M=19000 N.M D2=14.8mm a=2029, D=23mm d=16mm
此時螺母的加緊力W已大于所需的800(N)的加緊力，故本夾具可安全工作。
設(shè)計(jì)小結(jié)
為期兩周的夾具課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，回顧整個過程，我組三名同學(xué)在趙彤涌老師的指導(dǎo)下，取得了可喜的成績，課程設(shè)計(jì)作為《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》、《金屬工藝學(xué)》等課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實(shí)踐更加接近，加深了理論知識的理解，強(qiáng)化了生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的感性認(rèn)識。
本次課程設(shè)計(jì)主要經(jīng)歷了兩個階段：第一階段是機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，第二階段是專用夾具設(shè)計(jì)。第一階段我們運(yùn)用了基準(zhǔn)選擇、切削用量選擇計(jì)算、機(jī)床選用、時間定額計(jì)算等方面的知識；夾具設(shè)計(jì)的階段運(yùn)用了工件定位、夾緊機(jī)構(gòu)及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的知識。
通過此次設(shè)計(jì)，使我們基本掌握了零件的加工過程分析、工藝文件的編制、專用夾具設(shè)計(jì)的方法和步驟等。學(xué)會了查相關(guān)手冊、選擇使用工藝裝備等等。
總的來說，這次設(shè)計(jì)，使我們在基本理論的綜合運(yùn)用及正確解決實(shí)際問題等方面得到了一次較好的訓(xùn)練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，為以后的設(shè)計(jì)工作打下了較好的基礎(chǔ)。
由于能力所限，設(shè)計(jì)中還有許多不足之處，懇請各位老師、同學(xué)們批評指正！
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