軸架工藝及夾具設(shè)計
本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
學院（系）： 機電工程系
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
學 生： …
指導教師：
完成日期 年 月
［摘 要] 本次設(shè)計內(nèi)容是軸架加工工藝規(guī)程及鉆孔夾具設(shè)計包括零件加工的工藝設(shè)計、工序設(shè)計以及專用夾具的設(shè)計三部分。本次設(shè)計涉及了機械制造工藝及機床夾具設(shè)計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。在工藝設(shè)計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設(shè)計出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準，設(shè)計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設(shè)計，選擇設(shè)計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設(shè)計中注意改進。
［關(guān)鍵詞］：工藝工序；切削用量；夾緊；定位；誤差
Axis frame technology and equipment design and production of some parts
Mechanical Design ，Manufacturing and Automation Major CHU Wen-guo
Abstract: The design covers the mechanical design of manufacturing processes and machine tool fixture, metal cutting machine tools, tolerances and measurement, and many with knowledge. Axis frame processing procedures and drill hole Ф15H7 fixture designed to include the machining process design, process design and the design of three-part special fixture. In the process design to analyze the first part to understand the parts of the process re-design the structure of rough, and the processing part is selected benchmark, part of the process route design; then step on the part of various industrial processes for size calculation,The key is to determine the various processes and cutting processing equipment; and the design of special fixture, select the component design and fixture parts, such as positioning devices, clamping devices, guide devices, folders and machine specific parts and other components connected ; calculated fixture positioning error generated when analyzed fixture structure is reasonable and inadequate attention in the future design improvements.
Keywords: Process process; Cutting; clamping; positioning; error
目 錄
1引 言 1
2 零件的工藝分析 1
3 確定毛坯、畫零件—毛坯合圖 1
3.1 確定毛坯的材料和尺寸公差等級CT和加工余量等級MA 1
3.2 確定各加工表面總余量、主要毛坯尺寸及公差 2
4 工藝規(guī)程設(shè)計 3
4.1 定位基準的選擇 3
4.1.1 精基準的選擇 3
4.1.2 粗基準的選擇 4
4.2 加工方法的選擇 4
4.3 加工順序的安排 4
4.4 制訂工藝路線 5
4.5 初步擬定加工工藝路線及修改后的加工工藝路線 5
4.6 選擇加工設(shè)備及刀具、夾具、量具 6
4.7 加工工序設(shè)計 7
4.7.1工序10：粗銑E面 8
4.7.2 工序40：鉆擴鉸Ф22H7的孔 9
5 專用夾具設(shè)計 11
5.1 設(shè)計準備 11
5.2 工件的定位方案 11
5.3 工件的夾緊方案 11
5.4 孔加工刀具的引導方案 11
5.5 夾具在機床上的安裝方式 12
5.6 計算夾緊力并確定螺桿的直徑 12
5.7 誤差分析與計算 12
6 夾具實物制作 13
6.1 確定加工對象 13
6.2夾具實物制作 13
結(jié)束語 14
參考文獻 15
致謝 16
1引 言
隨著我國專用機械市場的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點。技術(shù)工藝的優(yōu)劣直接決定企業(yè)的市場競爭力。了解國內(nèi)外專用機械生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分關(guān)鍵。在工業(yè)界，對一指定產(chǎn)品加工生產(chǎn)前，根據(jù)工藝要求，所進行的通用設(shè)備選型、通用工位器具的選型；專用設(shè)備設(shè)計、制造；專用刀具、專用夾具、專用輔具、專用模具、專用工具、專用檢具、專用量具等工位器具的設(shè)計、制造都稱為“工藝工裝”。“工藝工裝”是工業(yè)企業(yè)不可缺少的一個重要組成部分。隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，多品種、小批量的生產(chǎn)類型已占主導地位，具有元件全部標準化的高柔性組合夾具已成為制造系統(tǒng)的必備輔助手段。另外，因組合夾具是標準化、系列化、通用化程度很高的工藝裝備，其平均設(shè)計和組裝時間是專用夾具的5％～20％，所以稱其為柔性夾具，組合夾具因其靈活性已成為現(xiàn)代夾具的發(fā)展方向?，F(xiàn)代機械加工行業(yè)發(fā)生著深刻的結(jié)構(gòu)性變化，工藝工裝的設(shè)計與改良已成為相關(guān)企業(yè)生存和發(fā)展的必要條件。
2 零件的工藝分析
由軸架零件圖（見圖2-1）得知，其材料是HT200。該材料具有較高的強度、好的耐磨性和良好的減振性，鑄造性好，需要人工時效，適用于承受較大的應(yīng)力、要求耐磨的零件。
該零件的主要加工面為A面、B面、C面、E面、F面、G面（以上各個表面如圖1-1所示）和Ф22H7的孔、Ф15H7的孔及G11/8的螺紋。
Ф15H7的孔的軸線與Ф22的孔的軸線垂直，其垂直度為Ф0.005，直接影響轉(zhuǎn)動的平穩(wěn)，使傳動軸與軸架產(chǎn)生摩擦和軸架與軸不能正確定位。為了保證Ф15H7的孔的軸線能與Ф22的孔的軸線垂直度達到要求，因此，加工時先把Ф22的孔加工完成后，以Ф22H7的孔為定位基準來加工Ф15H7的孔。
A面、B面、C面、E面、F面和G面的表面粗糙度要求不太高，現(xiàn)有機床加工精度能夠達到要求。
由參考文獻[1]面和孔加工的經(jīng)濟精度及機床能達到的位置精度可知，上述技術(shù)要求是可以達到的，零件的結(jié)構(gòu)工藝性也是可行的。
3 確定毛坯、畫零件—毛坯合圖
3.1 確定毛坯的材料和尺寸公差等級CT和加工余量等級MA
根據(jù)零件圖的材料確定毛坯為鑄件，其生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。毛坯的鑄造方法選用砂型機器造型。又由于G11/8的螺紋底孔需要鑄出，故還應(yīng)該安放型芯。此外，為消除殘余應(yīng)力，鑄造后安排人工時效。
圖2-1 軸架零件圖
參考文獻[1]表1.3–1（常用毛坯的制造方法與工藝特點），該種鑄件的尺寸公差等級CT為8～10級，加工余量等級MA為G級。故取CT為10級，MA為G級。
3.2 確定各加工表面總余量、主要毛坯尺寸及公差
參考文獻[1]表2.2–6（鑄造孔的最小尺寸），用查表法確定各表面的總余量如表2–1所示。
表2–1 各加工表面總余量
加工表面
基本尺寸（mm）
加工余量等級
加工余量（mm）
說 明
A面、B面
70
G
3.5
側(cè)面，單側(cè)加工（取上行數(shù)據(jù)）
C面、G面
28
G
2.5
圓柱面，雙側(cè)加工（取下行數(shù)據(jù)）
E面
45
G
3.5
頂面，雙側(cè)加工
F面
45
H
2.5
底面降1級，雙側(cè)加工
G11/8的底孔
35.2
H
3
孔降1級，雙側(cè)加工
由參考文獻[1]表2.2–7（各種鑄造方法的鑄件最小壁厚），可得鑄件的主要尺寸的公差，如表2–2所示。
表2–2 主要毛坯尺寸及公差
主要面尺寸
零件尺寸
(mm)
總余量
(mm)
毛坯尺寸
（mm）
公差CT
（μm）
A面、B面輪廓尺寸
12
3.5
15.5
4
C面、G面輪廓尺寸
38
2.5﹢2.5
43
4
E面距Ф15H7孔中心尺寸
53
3.5
49.5
3.6
F面距Ф15H7孔中心尺寸
110
2.5
112.5
3.6
G11/8的底孔
Ф35.2
3﹢3
Ф16
3.2
由以上可以知道軸架的毛坯尺寸，畫出軸架零件-毛坯合圖（見圖3-1）。
圖3-1軸架零件-毛坯合圖
4 工藝規(guī)程設(shè)計
設(shè)計工藝過程時所涉及的內(nèi)容主要是劃分工藝過程的組成，選擇定位基準、選擇零件表面的加工方法、安排加工順序和組合工序等。
4.1定位基準的選擇
4.1.1 精基準的選擇
精基準的選擇原則（參考文獻[6]第三節(jié)工藝路線的制定）：
（1）基準重合原則 應(yīng)盡可能選擇被加工表面的設(shè)計基準作為精基準。在對加工面位置尺寸有決定作用的工序中，特別是當位置公差很小的時候，一般不應(yīng)違反這一原則。
（2）統(tǒng)一基準原則 當工件以某一精基準定位，可以比較方便地加工大多數(shù)（或所有）其它表面，則應(yīng)盡早地把這個基準面加工出來，并達到一定精度，以后工序均以它為精加工基準加工其它表面。采用基準統(tǒng)一原則可以簡化夾具設(shè)計，可以減少工件搬動和翻轉(zhuǎn)次數(shù)，在自動化生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。
（3）互為基準原則 某些位置要求很高的表面，常采用互為基準反復加工的方法來達到要求。
（4）自為基準原則 旨在減少表面粗糙度，減小加工余量和保證加工余量均勻的工序，常以加工面本身為基準進行加工。
（5）便于裝夾原則 所選擇的精基準，應(yīng)能保證定位準確、可靠，夾緊機構(gòu)簡單，操作方便。
精基準的選擇：F面、C面、E面、Ф22H7的孔既是裝配基準又是設(shè)計基準，用它們作精基準，能使加工遵循“基準重合”的原則，實現(xiàn)軸架零件的定位；其它面和孔的加工也能用它定位，這樣使工藝路線遵循了“基準統(tǒng)一”的原則。此外，F(xiàn)面的面積較大，定位比較穩(wěn)定，夾具方案也比較簡單、可操作方便。
4.1.2 粗基準的選擇
粗基準的選擇準則：
（1）首先保證工件上的加工面與不加工面之間的位置要求，應(yīng)以不加工面作為粗基準（如果在工件上有很多不需要加工的表面，則應(yīng)以其中與加工面的位置要求較高的表面作為粗基準）；
（2）如果必須保證工件某重要表面加工余量均勻，應(yīng)選擇該表面作為粗基準；
（3）粗基準一般只能使用一次，即不應(yīng)重復使用；
（4）便于裝夾的原則 選擇粗基準時，必須考慮定位準確，夾緊可靠以及夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等的問題。為了保證定位準確，夾緊可靠，要求選用的粗基準盡可能平整、逛街和有足夠大的尺寸，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆、冒口或其它缺陷。
粗基準的選擇：考慮到以下兩個要求，選擇軸架零件的F面和G11／8底孔的毛坯孔作為粗基準；第一，在保證各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的位置精度達到要求；第二，應(yīng)能保證定位準確、夾緊可靠。
4.2 加工方法的選擇
根據(jù)各表面加工要求和加工方法能達到的經(jīng)濟精度，確定各表面的加工方法如下：
（1）A面、B面、C面、E面、F面、G面：粗銑；
（2）7級精度未鑄出的孔：鉆-擴-鉸；
（3）螺紋孔：鉆孔-攻螺紋。
4.3 加工順序的安排
（1）按加工的性質(zhì)和作用的不同，工藝過程可劃分如下幾個階段:
①粗加工階段；
②半精加工階段:如完成一些次要表面的加工（如鉆孔、攻絲和銑鍵槽等，一般在熱處理前進行）；
③精加工階段：對零件上精度和表面粗糙度要求高（精度在IT7級或以上，表面粗糙度在Ra0.8以下）的表面，應(yīng)安排精加工階段。
（2）工藝過程劃分加工階段是指零件加工的整個過程而言，不能以某一表面的加工和某一工序的加工來判斷。例如有些定位基準面，在半精加工階段甚至在粗加工階段得很準確，而某些鉆小孔的粗加工工序，又常常安排在精加工階段。
4.4 制訂工藝路線
機械加工順序安排
（1）作為精基準的表面應(yīng)在工藝過程一開始就進行加工，即粗銑E面、粗銑F面，因為后續(xù)工序中加工其它表面是要用它來定位，即“先基準后其它”；
（2）在加工精基準面時，需要用粗基準定位，如銑A面、B面、C面時，以G面作為粗基準；
（3）精基準加工好以后，接著應(yīng)對精度要求較高的各主要表面進行粗加工、半精加工和精加工，即Ф15H7的孔和Ф22H7的孔加工時，需要進行鉆孔、擴孔、粗鉸孔和精鉸孔四個階段來完成；
4.5 初步擬定加工工藝路線及修改后的加工工藝路線
根據(jù)先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原則，將粗銑E面、粗銑F面放在銑G11/8螺紋低孔的前面和鉆孔、擴孔、粗鉸孔和精鉸孔依照這樣的順序依次完成。
初步擬訂加工工藝路線如下：
工序號
工 序 內(nèi) 容
鑄造
時效
涂底漆
10
粗銑E面
20
粗銑F面
30
鉆G11/8螺紋底孔，并孔口倒角1×45°，攻G11/8的螺紋
40
鉆擴鉸Ф22H7的孔
50
粗銑A面、B面、C面
60
粗銑F面
70
鉆擴鉸Ф15H7的孔，并孔口倒角1×45°
80
鉆Ф5mm的孔，并锪沉孔Ф8×90°
90
鉆4×M6螺紋底孔，并攻螺紋4×M6–7H
100
檢驗
110
入庫
上述方案遵循了工藝路線擬訂的一般原則，但某些工序有些問題還值得進一步討論。
如把工序90：鉆4×M6螺紋底孔，并攻螺紋4×M6–7H,放在工序30：鉆擴鉸Ф15H7的孔，并孔口倒角1×45°之后，這兩個工序可在一次裝夾后完成，減少加工誤差。
把工序10，工序20和工序30放在工序70之后，因為Ф15H7的孔的軸線與Ф22H7的軸線的垂直度是Ф0.005，并且是以Ф22H7的軸線為基準。
修改后的工藝路線如下：
工序號
工 序 內(nèi) 容
鑄造
時效
涂底漆
10
粗銑E面
20
粗銑F面
30
鉆G11/8螺紋底孔，并孔口倒角1×45°，攻G11/8的螺紋
40
鉆擴鉸Ф22H7的孔
50
粗銑A面、B面、C面
60
粗銑G面
70
鉆擴鉸Ф15H7的孔，并孔口倒角1×45°
80
鉆4×M6螺紋底孔，攻螺紋4×M6–7H
90
鉆Ф5mm的孔，并锪沉孔Ф8×90°
100
檢驗
110
入庫
4.6 選擇加工設(shè)備及刀具、夾具、量具
由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故加工設(shè)備宜以通用機床為柱，輔以少量專用機床。其生產(chǎn)方式為以通用機床加專用夾具為主，輔以少量裝用機床的流水生產(chǎn)線。工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳送均由人工完成。
（1）粗銑E面。
考慮到工件的定位夾緊及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計等問題，采用立銑，選擇XA5032立式銑床（參考文獻[2]）。選擇直徑D為Ф80mm的標準硬質(zhì)合金端銑刀（參考文獻[2]表3.13）、專用銑E面夾具和游標卡尺。
（2）粗銑F面。
采用立銑，選擇XA5032立式銑床（參考文獻[2]）。選擇直徑為Ф80mm的標準硬質(zhì)合金端銑刀（參考文獻[2]表3.13）。采用銑F面夾具及游標卡尺。
（3）鉆G11/8螺紋的底孔，并攻G118的螺紋。
考慮到工件的定位夾緊及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計等問題，采用立鉆，選擇立式鉆床Z525（參考文獻[1]表4.2–14、表4.2–15和表4.2–16）選擇Ф34.0mm。高速鋼麻花鉆（GB6078–85）（參考文獻[1]表3.1–5）、Ф24.8mm錐柄擴孔鉆（GB1141–84）（參考文獻[1]表3.1–8），選用直柄機用鉸刀加工G118的底孔、專用鉆夾具、快換夾頭、絲錐、游標卡尺及塞規(guī)。
（4）鉆擴鉸Ф22H7的孔。
考慮到工件的定位夾緊及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計等問題，采用立鉆，選擇立式鉆床Z525（參考文獻[1]表4.2–14、表4.2–15和表4.2–16）。選用Ф20.0mm高速鋼麻花鉆（GB6078–85）（參考文獻[1]表3.1–5）、Ф21.8mm錐柄擴孔鉆（GB1141–84）（參考文獻[1]表3.1–8），選用直柄機用鉸刀加工Ф22H7的孔、專用鉆夾具、快換夾頭、游標卡尺及塞規(guī)。
（5）粗銑A面、B面、C面。
考慮到工件的定位夾緊及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計等問題。采用臥銑，選擇臥式銑床X62W（參考文獻[1]表4.2–38、表4.2–39和表4.2–40）。選擇硬質(zhì)合金端銑刀（參考文獻[2]表3.13）。采用專用銑夾具和游標卡尺。
（6）粗銑G面。
采用立銑，選擇立式銑床XA5032（參考文獻[2]），硬質(zhì)合金端銑刀（參考文獻[2]3.13）。采用專用銑夾具和游標卡尺。
（7）鉆擴鉸Ф15H7的孔，并孔口倒角1×45°。
選用立鉆，選擇立式鉆床Z525(參考文獻[1]表4.2–14、表4.2–15和表4.2–16)。選用Ф14.0mm高速鋼麻花鉆（GB6078–85）(參考文獻[1]表3.1–5）、Ф14.85mm錐柄擴孔鉆（GB1141–84）（參考文獻[1]表3.1–8），選用硬質(zhì)合金直柄機用鉸刀（GB4251–84）（參考文獻[1]表3.1–18）加工Ф15H7的孔、專用鉆夾具、快換夾頭、游標卡尺及塞規(guī)。
（8）鉆4×M6螺紋底孔，攻螺紋4×M6–7H。
選用立鉆，選擇立式鉆床Z525（參考文獻[1]表4.2–14、表4.2–15和表4.2–16）。選用Ф5mm錐柄階梯麻花鉆（參考文獻[2]2.13），攻螺紋采用機用絲錐(參考文獻[1]表3.1–47)及絲錐夾頭。4–M6螺紋孔用螺紋塞規(guī)檢驗。采用專用夾具。
（9）鉆Ф5mm的孔、并锪沉孔Ф8×90°。
采用立鉆，選用立式鉆床Z525（參考文獻[1]表4.2–14、表4.2–15和表4.2–16）。選用Ф4.8mm錐柄階梯麻花鉆(參考文獻[2]2.13)，锪沉孔Ф8×90°選90°錐柄面锪鉆（參考文獻[1]表3.1–12）選用專用量具、專用夾具。
4.7 加工工序設(shè)計
4.7.1工序10：粗銑E面
（1）選擇刀具
①根據(jù)參考文獻[2]表1.2,選擇YG6硬質(zhì)合金刀片
根據(jù)參考文獻[2]表3.1,銑削深度阿ap≤4mm時，端銑刀直徑d0為80mm，ae60mm。已知銑削寬度ae≤45mm，故端銑刀直徑d0＝80mm。由于采用標準＝硬質(zhì)合金銑刀，故齒數(shù)Z＝10（參考文獻[2]表3.13）。
②銑刀幾何形狀（參考文獻[2]表3.2）：由于鑄鐵的硬度HBS＞150,故選擇 r0＝0，a0＝8°(假定acmax＞0.008mm)，a′＝10°，λs＝-20°,kr＝60°,kr′＝5, kεr＝30°。
（2）選擇切削用量
①決定銑削深度
由于加工余量不大，故可在一次走刀內(nèi)切完。則ap＝h＝2.5mm
②決定每齒進給量fz,采用不對稱端銑以提高進給量。
當使用YG6銑削功率為7.5kw(參考文獻[2]表3.30，XA503型立式銑床說明書)時，
fz＝0.14～0.24mm/z
但因采用不對稱端銑，故取fz＝0.24mm/z。
③選擇銑刀磨鈍標準及刀具壽命
根據(jù)參考文獻[2]表3.7，
銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.2mm；由于銑刀直徑d0＝80mm，故刀具壽命T＝180min(參考文獻[2]表3.8)。
④決定切削速度vc和每分鐘進給量vf
切削速度vc可根據(jù)參考文獻[2]表3.27中的公式計算，也可以直接由表查出。
根據(jù)參考文獻[2]表3.16，
當d0＝80mm,z＝10,ap≤3.5mm,fz≤0.14mm/z時，vt＝97m/min,nt＝387r/min,vft＝433mm/min。
各修正系數(shù):kmv＝kMn＝kMvf＝0.89
Ksv＝ksn＝ksvf＝0.85
故vc＝vt·kv＝97×0.89×0.85m/min＝73.4m/min
n＝nt·kn＝387×0.89×0.85r/min＝292.8r/min
vf＝vft·kvt＝4330.890.85＝327.6mm/min
根據(jù)XA5032型立式銑床說明書(參考文獻[2]表3.30），選擇
nc＝300r/min,vfc＝375mm/min
因此實際切削速度和每齒進給量為
vc＝＝75.36m/min
fzc＝ ＝0.13mm/z
⑤校驗機床功率
根據(jù)參考文獻[2]表3.24，
當鑄鐵硬度HBS＝174～207，ae≤50mm,ap≤2.7mm,d0＝125mm,z＝10,vf＝357mm/min,近似為pcc＝1.9kw。
根據(jù)XA5032型立式銑床說明書（參考文獻[2]表3.330），機床主軸允許的功率為
pcM＝7.5×0.75kw＝5.63kw
故 pcc＜pcM。
因此選擇的切削用量可以采用，即ap＝2.5mm,vf＝375m/min,n＝300r/min,vc＝73.4m/min,fz＝0.13mm/z。
⑥計算基本工時
＝
式中L＝l﹢y﹢△,l＝45mm,根據(jù)參考文獻[2]表3.26，不對稱安裝銑刀，入切量及超切量l﹢y＝25mm,則L＝2
＝min＝0.187min＝11.2s
4.7.2工序40：鉆擴鉸Ф22H7的孔
鉆擴鉸Ф22的孔：鉆Ф20.0mmm→擴孔鉆Ф21.80mm→粗鉸Ф21.9mm→精鉸15H7(一般孔直徑的加工余量：粗鉸孔為0.15mm，半精鉸孔為0.05mm)。
（1）刀具的選用
Ф20mm的孔一次鉆出。由工件的毛坯尺寸可知，其加工余量為z鉆＝6/2mm＝3.0mm。
鉆Ф20mm的孔，采用Ф20.0mm的高速麻花鉆。鉆頭的幾何形狀（參考文獻[2]表2.1和表2.2）：雙錐修磨橫刃，β＝30°,2Ф＝130°Ψ＝50°а0＝12°，b＝2mm，l＝4mm
（2）選擇切削用量
①按加工要求決定進給量
a.根據(jù)參考文獻[2]表2.7，當鑄鐵硬度為200HBS,l＝57mm,d0＝20mm時，f＝0.70～0.86mm/r。
由于＝57/20＝2.85，
故應(yīng)乘孔深修正系數(shù)kcf＝0.50，
f＝(0.70～0.86)×0.5mm/r＝0.35～0.43mm/rb.
②按鉆頭強度決定進給量：根據(jù)參考文獻[2]表2.8，當灰鑄鐵為200HBS，d0＝20mm，鉆頭強度允許的進給量f＝1.75mm/r。
c.按機床（Z525型立式鉆床）機構(gòu)強度決定進給量
根據(jù)參考文獻[2]表2.9，當鑄鐵硬度小于等于210HBS，d0≤20.5mm時，機床進給機構(gòu)允許的軸向力為8830N，見參考文獻[2]表2.35），進給量f＝0.93mm/r。
從以上三個進給量比較可以看出，受限制的進給量是工藝要求，其值為f＝0.35～0.43mm/r。根據(jù)Z525立式鉆床說明書（見參考文獻[2]表2.35），選擇f＝0.40mm/r。
此外機床（Z525型立式鉆床）進給機構(gòu)強度也可根據(jù)初步確定的進給量查出軸向力再進行比較來實驗。
由參考文獻[2]表2.19可查出，鉆頭鉆孔時的軸向力。當f＝0.40mm/r,d0≤21mm時，軸向力Ff＝7330N。
（3）決定鉆頭磨鈍標準及刀具壽命
由參考文獻[2]表2.12可知，
當d0＝20mm時，鉆頭后面最大磨損量取為0.8mm,壽命T＝60min速度
由參考文獻[2]表2.13可知，
當f＝0.40mm/r，雙橫刃磨得鉆頭d0＝20mm，vt＝18m/min
切削速度的修正系數(shù)為kv＝0.91 ，故
v＝vc·kv＝18×0.91＝17m/min
n＝r／min＝270.7r/min
根據(jù)Z525型立式鉆床說明書（參考文獻[2]表2.35）,可考慮選擇nc＝272r/min。
（4）檢驗機床扭矩及功率
根據(jù)參考文獻[2]表2.21，
當f≤0.41mm/r，d0≤21mm時，Mt＝43.16N·m，扭矩的修正系數(shù)均為1.0，故Mc＝53.86M·m。根據(jù)Z525型立式鉆床說明書（參考文獻[2]表2.35），
當vc＝272r/min,Mm＝144.2N·m。
根據(jù)參考文獻[2]表2.23，
當鑄鐵硬度為170～213HBS，d0＝20mm，f≤0.45mm/r時，pc＝1.0kw。
根據(jù)Z525型立式鉆床說明書，PE＝2.8×0.81＝2.26kw。
由Mc＜Mm,pc＜pE,
故選擇的切削用量可用，即
f＝0.40mm/r,n＝nc＝272r/min,vc＝17m/min。
（5）計算基本工時
＝
式中L＝l+y+△,l＝27mm,
入切量及超切量由參考文獻[2]2.29查出y+△＝10mm,故
＝min＝0.34min＝20.4s
5 專用夾具設(shè)計
5.1 設(shè)計準備
根據(jù)工序圖的加工要求，本次設(shè)計的夾具為70道工序—鉆擴鉸Ф15H7的孔，并孔口倒角1×45°。該夾具適用于Z525型立式鉆床。選用Ф14.0mm的高速鋼麻花鉆來完成該孔的加工。Ф15H7的軸線與Ф22H7的軸線垂直度Ф0.005，由夾具來保證。
5.2 工件的定位方案
根據(jù)軸架鉆孔Ф15H7的孔的工序尺寸、形狀和位置精度要求，工件需要完全定位。工件在鉆孔方向的工序基準是和Ф22H7的孔軸線垂直，若以Ф22H7的孔的軸線為主要定位基準，可以做到定位基準和工序基準重合。
長心軸以Ф22H7的孔的表面來定位可以限制工件的四個自由度，還有兩個自由度沒有被限制，沒被限制的兩個自由度是沿著心軸方向的轉(zhuǎn)動和移動，以F面作為定位面，來限制工件沿心軸方向的移動，以C面來限制工件沿心軸方向的轉(zhuǎn)動，這樣一來，工件完成了完全定位。
5.3 工件的夾緊方案
根據(jù)工件的定位方案采用F面作為夾緊力的作用點，方向朝向定位面。C面與夾具體接觸，可以限制工件的沿心軸軸線方向的轉(zhuǎn)動。這樣的夾緊點選擇切削過程中不易長生振動，工件變形小。但對夾緊結(jié)構(gòu)的長度要加以限制，以防和鉆頭的夾緊裝置相碰。
該工件較小，為使結(jié)構(gòu)簡單，采用快換墊片來提高工件的裝卸速度。
由于工件的形狀比較特別，采用固定式的鉆模板不方便工件的裝卸，因此采用鉸鏈式鉆模板（由參考文獻[3]圖7–24可知）方便工件的裝卸。
鉸鏈式鉆模板的配合：
鉸鏈軸與鉸鏈孔的配合一般取G7／h6間隙配合；
鉸鏈軸與鉸鏈座的軸孔采用N7／h6的過盈配合；
鉆模板與鉸鏈座的側(cè)隙控制在H8／g7(約0.02mm)左右。
鉆套的導向孔與工件的垂直度由調(diào)整墊片或修磨支撐釘高度來保證，本夾具采用的是調(diào)整墊片來保證鉆套的導向孔與工件的垂直度。
5.4 孔加工刀具的引導方案
鉆套是鉆床夾具特有的原件，用來引導孔加工刀具的進給方向，防止刀具偏斜，加強刀具剛度，并保證所加工的孔和工件其它表面準確的相對位置。鉆套是鉆床夾具的導向元件，實踐證明，用鉆套比不用鉆套可以減少孔徑誤差50％，因此鉆套的選用及設(shè)計是否正確，影響工件的加工質(zhì)量，也影響生產(chǎn)率。
鉆套的結(jié)構(gòu)、尺寸已標準化，根據(jù)設(shè)計要求可查機械部推薦標準JB／T8045.1—1995～JB／T8045.5～1995,若不符要求，可修配。
由于該工件是大批量生產(chǎn)的，所以選擇可換鉆套。鉆套外圓D用H6／g5或H7／g6的配合裝入襯套內(nèi)，用鉆套螺釘固定，以防止工作時鉆套與襯套間的轉(zhuǎn)動。襯套與鉆模板之間的配合為H7／r6。鉆套磨損后，只需要卸下鉆套螺釘更換新的鉆套即可。
由參考文獻[4]表1–10–6，取
襯套與鉆模板的配合為H7／r6；
鉆套、擴孔套和鉸套與襯套的配合為H7／g6；
鉆、擴孔時刀具與導套內(nèi)孔的配合為F8／h6。
5.5 夾具在機床上的安裝方式
本夾具體的下表面與鉆床的工作臺相接觸，夾具體上的四個U型槽用螺栓與鉆床工作臺緊固，保證夾具上的定位元件的工作面對工作臺的進給方向具有正確的相對位置。
5.6 計算夾緊力并確定螺桿的直徑
參考文獻[4]表1–2–11，因夾具的夾緊力與切削力的方向垂直，實際所需夾緊力F夾與切削力F之間的關(guān)系為
F夾＝KF
式中K為安全系數(shù)。
由參考文獻[5]可知，當夾緊力與切削力方向垂直時，取K＝1.5。
由由參考文獻[2]表2.19可知F＝2616N，所以
F夾＝KF＝1.5×2616N＝3924N
由于采用的是一個螺栓連接來緊固工件的,所以
F0＝F夾＝3924N
由參考文獻[4]表1–24，從強度考慮，因一個螺栓能承受3924N的需用夾緊力，所以用M10的螺栓完全能滿足強度要求。從夾具的剛度及整體結(jié)構(gòu)的考慮，這里也可選用M10的螺栓。
5.7 誤差分析與計算
該夾具以F面、Ф22H7的孔的表面和C面為定位基準，要求保證Ф22H7的孔軸線與Ф15H7的位置精度的滿足位置要求。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。
Ф15H7的孔與C面為線性尺寸一般公差。根據(jù)國家標準的規(guī)定，由參考文獻[8]表可知：
?。ㄖ械燃墸┘?：尺寸偏差為、
由參考文獻[7]可得：
（1）定位誤差：定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，這里的方向與加工方向一致。即：故
（2）夾緊安裝誤差，對工序尺寸的影響均小。即：
（3）磨損造成的加工誤差：通常不超過
（4）夾具相對刀具位置誤差：鉆套孔之間的距離公差，按工件相應(yīng)尺寸公差的五分之一取。即
誤差總和：
從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
5.8 夾具的使用說明
將螺紋心軸上的快換墊片取下來，讓零件Ф22H7的孔沿著心軸方向安裝直到零件的F面和C面與夾具體的面接觸，在零件的E面加上快換墊片擰緊螺母，這樣完成了零件在夾具的安裝。將螺紋心軸上的快換墊片取下，沿螺紋心軸把零件取下來。
結(jié)束語
通過這次軸架工藝工裝設(shè)計及部分零件的制作的畢業(yè)設(shè)計，使我能夠?qū)に嚬ぱb設(shè)計有了更深一步的了解與學習，對零件的材料、毛坯類型的分析使我對資料的查詢與合理的應(yīng)用有了更深入的了解，并且在這次設(shè)計中使我的夾具的設(shè)計能力有了進一步本次進行加強，夾具設(shè)計能力是從事機械制造專業(yè)的工程技術(shù)人員必須具備的基本素質(zhì)之一。此次畢業(yè)設(shè)計中包括工件的工藝路線分析、工藝卡的制定、工藝過程的分析、鉆夾具的設(shè)計與分析和部分零件的制作，這一系列的學習和實踐使我在大學期間所學的課程的理論知識在實際在生產(chǎn)和生活中得到了應(yīng)有的應(yīng)用和鞏固性的學習。
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致謝
在這里我要感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導老師段江軍老師。在拿到畢業(yè)設(shè)計的題目時，看者設(shè)計題目心里沒有頭緒，不知道該從哪里著手畢業(yè)設(shè)計，在老師的指導下完成了畢業(yè)設(shè)計的開題報告后，我知道自己該從什么地方著手，開始查閱與課題相關(guān)的各種書籍和資料。在開學后的畢業(yè)設(shè)計中遇到各種疑難問題，在段老師的指導下，那些問題都解決了，我能在規(guī)定的時間里完成畢業(yè)設(shè)計，非常感謝段老師的指導。同時，我深深感謝王艷紅、張洪峰、康寶來、劉宏偉、王平、任義磊、馬世榜、趙華、李國慧、張力重、張振華、鄭勝利、王志奎等老師的悉心教導。在他們的課堂上，我學習到了很多理論知識，那些知識對我畢業(yè)設(shè)計有很多啟示和幫助。最后，我也要感謝我們設(shè)計小組的同學，在我畢業(yè)設(shè)計過程中遇到一些不懂的地方時，他們給予我熱心的幫助，謝謝大家！
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