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本科畢業(yè)設(shè)計(論文)
題目：手柄座零件機械加工工藝和典型夾具設(shè)計
系 別： 機電信息系
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級：
學(xué) 生：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
2013年5月
手柄座零件機械加工工藝和典型夾具設(shè)計
摘要
手柄座零件是車床操縱部分的組成零件之一，該手柄座的作用相當(dāng)于一個連桿，車床外部手柄的運動是通過車床手柄座傳遞到車床內(nèi)部實現(xiàn)人為對機床的操縱。在設(shè)計中，主要目的是根據(jù)零件選擇合理的工藝路線，然后制定出一套可行的夾具。本文涉及兩大部分，第一部分是對手柄座零件的分析及工藝規(guī)程的制定；第二部分是對于零件中的兩次鉆孔加工采用不同的定位、夾緊方式進行典型夾具的設(shè)計。通過設(shè)計一方面使我們更進一步熟悉了產(chǎn)品加工設(shè)計的全過程，在制定加工方案的時候，充分考慮其經(jīng)濟性和可行性。另一方面通過對手柄座零件的機械加工工藝規(guī)程設(shè)計和鉆孔用夾具設(shè)計，試圖找出一種簡單、實用的加工方法，以供生產(chǎn)同類零件的企業(yè)參考。
關(guān)鍵字：手柄座；工藝；夾具
Handle Parts Machining Process and Typical Fixture Design
Abstract
Handle seat parts is one of the component parts of lathe parts manipulation, the handle seat ACTS as a connecting rod. Movement is handle by lathe external handles to the lathe internal implementation artificial control for machine tools. In the design, the main task is according to the parts during the design and calculation, including processing machine tools, spindle speed, the three elements of cutting the reasonable selection of the processing technology, as well as the typical fixture design. This article involves two parts, the first part is the analysis of the handle seat parts and processing procedures. Two drilling in the second part is for parts with different way of positioning, clamping typical fixture design. Through the design on the one hand, make us more familiar with the whole process of the product processing design, at the time of processing plan formulation, give full consideration to its economical efficiency and feasibility. On the other hand through the handle parts of the machining process planning design and drilling fixture design, trying to find out a simple and practical processing methods, to provide the reference for the manufacture of similar parts.
Key words: the handle seat; process; fixture
IV
目錄
1緒論 1
1.1前言 1
1.2題目背景及意義 1
1.3 國內(nèi)外相關(guān)研究情況 1
1.4本課題研究內(nèi)容 2
1.5夾具分類 2
2零件的分析 4
2.1生產(chǎn)綱領(lǐng) 4
2.2零件作用 4
2.3零件工藝分析 5
3工藝規(guī)程設(shè)計 6
3.1毛坯制造 6
3.2基面選擇 6
3.2.1粗基準(zhǔn)選擇 6
3.2.2精基準(zhǔn)選擇 6
3.3制定工藝路線 6
3.3.1工藝路線方案一 6
3.3.2工藝路線方案二 7
3.3.3工藝方案分析 7
3.4加工余量確定 8
3.5確立切削用量及基本工時 8
4鉆螺紋孔夾具設(shè)計 18
4.1 任務(wù)提出 18
4.2 定位方案及定位裝置設(shè)計 18
4.2.1 定位方案確定 18
4.2.2定位元件設(shè)計 18
4.2.3定位誤差分析 18
4.3導(dǎo)引元件（裝置）設(shè)計 18
4.4夾緊方案設(shè)計 19
4.4.1 夾緊方案確定 19
4.4.2 夾緊力大小分析 19
4.4.3 夾緊機構(gòu)及裝置設(shè)計 19
4.5夾具操作及維護簡要說明 19
5鉆孔夾具設(shè)計 21
5.1任務(wù)提出 21
5.2定位方案及定位裝置設(shè)計 21
5.2.1定位方案確定 21
5.2.2定位元件及裝置設(shè)計 21
5.2.3確定最佳定位方式 22
5.2.4定位誤差分析 22
5.2.5定位元件型號尺寸和安裝方式 22
5.3夾緊方案確定 23
5.4夾具的操作及維護 24
6結(jié)論 26
參考文獻 28
致謝 29
畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 30
畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 31
畢業(yè)設(shè)計（論文）
1 緒論
1.1前言
在機械制造的機械加工、檢驗、裝配、焊接和熱處理等冷、熱工藝過程中，使用著大量的夾具。所謂夾具就是一切用來固定加工對象，使之占有正確位置，接受施工或者檢測的裝置。在機械制造中采用大量的夾具，機床夾具就是夾具中的一種。它裝在機床上，使工件相對刀具與機床保持正確的相對位置，并能承受切削力的作用。機床夾具的作用主要有以下幾個方面：較容易、較穩(wěn)定地保證加工精度，因為用夾具裝夾工件時，工件相對機床（刀具）的位置由夾具來保證，基本不受工人技術(shù)水平的影響，因而能較容易、較穩(wěn)定地保證工件的加工精度,提高勞動生產(chǎn)率，因為采用夾具后，工件不需要劃線找正，裝夾也方便迅速，顯著地減少了輔助時間，提高了勞動生產(chǎn)率，擴大機床的使用范圍。因為使用專用夾具可以改變機床的用途、擴大機床的使用范圍，例如，在車床或搖臂鉆床上安裝鏜模夾具后，就可以對箱體孔系進行鏜削加工。改善勞動條件、保證生產(chǎn)安全，因為使用專用機床夾具可以減輕工人的勞動強度、改善勞動條件，降低對工人操作技術(shù)水平的要求，保證安全，所以設(shè)計機床夾具顯得尤為重要[1]。
1.2題目背景及意義
機械加工工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)，也是一個國家發(fā)展的重要經(jīng)濟來源。在機械零件的加工過程中，機械加工工藝是相當(dāng)重要的一環(huán)。因為機械工藝對產(chǎn)品的質(zhì)量控制起著重要作用，直接影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率，以及價格的高低。所以作為一名機械設(shè)計者，應(yīng)該具備以下基本要求：零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本合理；制定良好的加工工藝路線；在此基礎(chǔ)上盡可能優(yōu)化結(jié)構(gòu)，降低成本，提高生產(chǎn)率。
對于機械產(chǎn)品的設(shè)計可以從到零件到裝配有一個完整的了解和初步的掌握。以進一步的熟練掌握Pro/E和CAD的運用。鍛煉自己的獨立思考能力和創(chuàng)造能力，進一步將所學(xué)知識和實踐結(jié)合，為更好更快的適應(yīng)工作作準(zhǔn)備。
1.3國內(nèi)外相關(guān)研究情況
a. 國內(nèi)發(fā)展情況 目前國內(nèi)機械行業(yè)的基本情況是，隨著工業(yè)及汽車制造業(yè)的迅速發(fā)展，機械設(shè)計制造日漸受到人們的廣泛關(guān)注，已形成一個熱門行業(yè)。但是我國機械加工行業(yè)缺乏技術(shù)人員，存在制造周期長、壽命短、供不應(yīng)求的現(xiàn)狀。
目前存在的主要問題是：
（1）從設(shè)計結(jié)構(gòu)上看，我們的設(shè)計還不夠細致，許多細節(jié)考慮的欠周到，以至于零件使用受命不長，特別是加工工藝和熱處理技術(shù)，在這方面與國外的差距更大。
（2）從零件材料看，我國的機械加工行業(yè)起步時間不長，而國際上產(chǎn)品的材料品種則有很多可供選擇。目前，我國雖然也有個別品種諸如高速鋼具有較好的質(zhì)量，但應(yīng)用較少，主要是國產(chǎn)的鉆頭、端銑刀等切削工具難以切削，諸如HRC40等很硬的鋼。
（3）從加工工藝水平看，主要是設(shè)備水平不高，專門設(shè)備使用的少，加工出來的零件表面精度很難達到國外水平，檢測手段落后，裝配水平不高，導(dǎo)致容易出現(xiàn)報廢或裂痕現(xiàn)象。為了提高企業(yè)的設(shè)計水平和加工能力，國家推薦適合于機械企業(yè)用的CAD/CAM系統(tǒng)。但國內(nèi)優(yōu)秀的CAD/CAM系統(tǒng)很少，只有少數(shù)適合應(yīng)用。而國外購買的雖有強大的三維曲面造型能力、強大的結(jié)構(gòu)有限元分析能力、強大的計算機輔助制造能力、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理能力等，但價格昂貴，一般企業(yè)難以支持。
b. 國外的發(fā)展情況 進入21世紀(jì)，發(fā)達國家把機械制造工藝裝置置于更為優(yōu)先發(fā)展的重要地位，機械制造工藝的基礎(chǔ)地位毫不動搖。機械制造工藝位居工業(yè)的核心地位，擔(dān)負著為國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)提供技術(shù)裝備的責(zé)任，是工業(yè)化國家的主導(dǎo)地位。工業(yè)發(fā)達國家不斷加大對機械制造工藝的研發(fā)投入，持續(xù)加強核心技術(shù)創(chuàng)新，增強高技術(shù)在機械制造工藝發(fā)展的影響力和滲透力，從而更加凸顯了現(xiàn)代機械制造工藝對于推動產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級和國民經(jīng)濟發(fā)展的重要性。
1.4本課題研究內(nèi)容
本設(shè)計題目為：設(shè)計手柄座零件的機械加工工藝規(guī)程及專用夾具設(shè)計。零件圖樣、生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)條件是設(shè)計的主要原始資料，由指導(dǎo)教師提供給學(xué)生。零件復(fù)雜程度以中等為宜，生產(chǎn)類型為成批生產(chǎn)。根據(jù)教師設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定的設(shè)計題目，按照所給零件編寫出相應(yīng)的加工工藝規(guī)程，設(shè)計出其中由教師指定的一道重要工序（如：工藝規(guī)程中所要求的車、銑、鉆夾具中的一種）的專用夾具，并撰寫說明書。并在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，參考相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計指導(dǎo)書，認真地、有計劃地、獨立按時完成設(shè)計任務(wù)。
具體設(shè)計內(nèi)容如下：1、對零件進行工藝分析，擬定工藝方案，繪制零件工作圖1張。2、確定毛坯種類及制造方法，繪制毛坯圖1張。3、擬定零件的機械加工工藝過程，選擇各工序加工設(shè)備及工藝裝備（刀具、夾具、輔具），確定某一代表工序的切削用量及工序尺寸。編制機械加工工藝規(guī)程卡片（工藝過程卡片和工序卡片）1套。4、設(shè)計重要工序中的一種專用夾具，繪制夾具裝配總圖和大件零件圖（通常為夾具體）各1張。5、撰寫設(shè)計說明書1份。
1.5夾具分類
a．通用夾具 通用夾具是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的，在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具。例如， 車床上的三爪卡盤和四爪卡盤、頂尖和雞心夾頭，銑床上的平口鉗、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺等。它們有很大的通用性，無需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以用于裝夾不同的工件。這類夾具一般已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，由專業(yè)工廠生產(chǎn)，作為機床附件供應(yīng)給用戶。
b．專用夾具 專用夾具是指專為某一工件的某道工序的加工而專門設(shè)計的夾具，具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作迅速、方便等優(yōu)點[2]。專用夾具通常由使用廠家根據(jù)要求自行設(shè)計和制造，適用于產(chǎn)品固定且批量較大的生產(chǎn)中。
c．組合夾具 組合夾具是在機床夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，由一整套預(yù)先制造好的，具有各種不同形狀、不同規(guī)格尺寸的標(biāo)準(zhǔn)元件和組件，按照組合化的原理，針對工件的加工要求組裝成各種專用夾具。夾具使用完畢后，可以拆卸，留待組裝新夾具時使用。組合夾具的應(yīng)用范圍十分廣泛，它最適合于品種多、產(chǎn)品變化快、新產(chǎn)品試制和單件小批生產(chǎn)等場合，在批量生產(chǎn)中也可利用組合夾具代替臨時短缺的專用夾具，以滿足生產(chǎn)要求，用組合夾具元件可以組裝成各類機床夾具。數(shù)控機床和柔性制造單元的出現(xiàn)，更加推動了組合夾具技術(shù)的進步，擴大了組合夾具的應(yīng)用范圍。
組合夾具具有以下特點：組合夾具元件可供多次使用，但其一旦組裝成某個夾具后，該夾具結(jié)構(gòu)仍屬專用性，只能一次使用。當(dāng)變換加工對象時，一般仍需全部拆開，重新組裝成新夾具結(jié)構(gòu)，以滿足新工件的加工要求。和專用夾具不一樣，組合夾具的最終精度，是靠各組成元件的精度，直接組合來保證的，不允許進行任何補充加工，否則無法保證元件的互換性。由于組合夾具是由各標(biāo)準(zhǔn)元件組合起來的，因此剛性較差，尤其是元件連接的結(jié)合面接觸剛度，對加工精度影響較大。一般組合夾具的外形尺寸較大，不及專用夾具那樣緊湊。這種夾具不受生產(chǎn)類型的限制，可以隨時組裝，以應(yīng)生產(chǎn)之急。
d．拼裝夾具 拼裝夾具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的夾具元件，直接按專用夾具的裝配方法（銷釘定位、螺栓緊固）裝配成的專用夾具。采用拼裝夾具大大縮短了專用夾具的設(shè)計與制造周期，而且當(dāng)產(chǎn)品改型時原來夾具的大部分元件仍可拆下重新使用，適用于多品種、小批量生產(chǎn)中。
e．通用可調(diào)夾具 通用可調(diào)夾具是指根據(jù)不同尺寸或種類的工件，調(diào)整或更換個別定位元件或夾緊元件而形成的專用夾具。加工對象不很確定，通用范圍較大，適用于多品種、小批量生產(chǎn)中。
f．成組夾具 成組夾具是指專為加工成組工藝中某一組零件而設(shè)計的可調(diào)夾具。加工對象明確，只需調(diào)整或更換個別定位元件或夾緊元件便可使用，調(diào)整范圍只限于本零件組的工件，適用于成組加工。
通用可調(diào)夾具和成組夾具都是一種比較先進的、繼承性好的新型夾具。采用這兩種夾具可大大減少專用夾具數(shù)量，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，并可以有效地促進并實現(xiàn)機床夾具標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。
通用可調(diào)夾具與成組夾具的區(qū)別在于：前者的加工對象不很確定，其更換調(diào)整部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，往往具有較大的適應(yīng)性，通用范圍大；而成組夾具則是為成組加工工藝中 一組零件而專門設(shè)計的，加工對象十分明確，可調(diào)范圍也只限于本組內(nèi)的零件，因此后者亦稱為專用可調(diào)夾具。
28
2 零件的分析
2 零件的分析
2.1生產(chǎn)綱領(lǐng)
任務(wù)書上的題目內(nèi)容為：加工一個手柄座零件，該零件年產(chǎn)量為20000臺，設(shè)其備品率為10%，機械加工廢品率為1%，試進行該零件的工藝規(guī)程設(shè)計。
現(xiàn)制定該手柄座零件的機械加工工藝規(guī)程。
該零件的年產(chǎn)量為22220件，根據(jù)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)教材中生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系，確定其生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)[3]。
2.2零件作用
題目所給的零件是CA6140車床的手柄座，它位于車床操作機構(gòu)中，可同時操縱離合器和制動器，即同時控制主軸的開、停、換向和制動。操作過程如下：當(dāng)手把控制手柄座向上扳動時，車床內(nèi)部的拉桿往外移，則齒扇向順時針方向轉(zhuǎn)動，帶動齒條軸往右移動，通過撥叉使滑套向右移，壓下羊角形擺塊的右角，從而使推拉桿向左移動，于是左離合器接合，主軸正轉(zhuǎn)；同理，當(dāng)手把控制手柄座向下扳動時，推拉桿右移，右離合器接合，主軸反轉(zhuǎn)。當(dāng)手把在中間位置時，推拉桿處于中間位置，左、右離合器均不接合，主軸的傳動斷開，此時齒條軸上的凸起部分正壓在制動器杠桿的下端，制動帶被拉緊，使主鈾制動。零件的三維圖如圖2.1所示。
圖2.1 CA6140車床手柄座零件三維模型圖
2.3零件工藝分析
CA6140車床手柄座有多處加工表面，其間有一定位置要求。分述如下：
2.3.1以Φ25H8為中心的加工表面
這一組的加工表面有Φ25H8的孔，以及上下端面，下端面為Φ45的圓柱端面；孔壁上有距下端面11mm、與Φ25H8孔中心軸所在前視面呈角的螺紋孔，尺寸為M10-7H，另外還有一個尺寸為6H9的槽，孔與槽的總寬度為27.3H11。
2.3.2以Φ14H7為中心的加工表面
該組的加工表面有Φ14H7的螺紋孔(有位置要求)，加工時測量深度為25mm，鉆孔深度為28mm。上孔壁有一個Φ5配鉸的錐銷通孔，該通孔有位置要求。
2.3.3以Φ10H7為中心的加工表面
本組的加工表面有Φ10H7的孔(兩個)，及其兩個內(nèi)端面(對稱)，兩端面均有位置要求，端面之間的距離為mm，孔除了有位置要求以外還有平行度的形狀公差要求(與Φ25H8孔壁之間的平行度公差為Φ0.2)。
2.3.4以Φ5.5為中心的加工表面
這組的加工表面有Φ5.5的孔，該孔通至Φ25H8上的槽，并有位置要求[4]。
由上面的分析可知，加工時應(yīng)先加工完一組表面，再以這組加工后的表面為基準(zhǔn)加工另外一組。
3 工藝規(guī)程設(shè)計
3 工藝規(guī)程設(shè)計
3.1毛坯制造
零件材料為HT200，手柄座在使用過程中不經(jīng)常的變動，它只起支撐的作用，受到的沖擊不是很大，只是在縱向上受到很大的壓力。在加工過程中的精度保證很重要，它對工件的定位有一定的保證作用。
3.2基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一，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，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，是生產(chǎn)無法正常進行。
3.2.1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，現(xiàn)選取Φ25H8孔的下端面作為粗基準(zhǔn)，利用一組共兩塊V形塊分別支承Φ25H8和作主要定位面，限制5個自由度，再以一個銷釘限制最后1個自由度，達到完全定位，然后進行銑削[5]。
3.2.2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)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時，應(yīng)該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不作介紹。
3.3制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，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床配以專用加工夾具，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)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
3.3.1工藝路線方案一
工序一：備料；
工序二：鑄造毛坯；
工序三：粗銑上、下表面，精銑下表面；
工序四：鉆Φ25H8
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
工序五：插鍵槽6H9；
工序六：銑槽1443 mm；
工序七：鉆、拉孔Φ10H7；
工序八：鉆孔Φ5.5；
工序九：鉆、擴Φ14H7螺紋孔；
工序十：鉆、鉗Φ5錐銷通孔、M10-7H；
工序十一：終檢。
3.3.2工藝路線方案二
工序一：備料；
工序二：鑄造毛坯；
工序三：鉆Φ25H8；
工序四：粗銑上、下表面；
工序五：精銑下表面；
工序六：插鍵槽6H9 mm；
工序七：銑槽14 mm 43 mm；
工序八：鉆孔Φ5.5；
工序九：鉆、拉孔Φ10H7；
工序十：鉆、擴Φ14H7；
工序十一：鉆、鉗Φ5錐銷通孔、M10-7H；
工序十二：終檢。
3.3.3工藝方案的分析：
上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工上下表面為中心的一組工藝，然后加工Φ25H8的孔，再以Φ25H8的孔的孔為基準(zhǔn)加工Φ10H7的孔。方案二則是先加孔Φ25H8后再加工上下表面，再加工孔Φ10H7，此時方案二采用車床加工工序一，這樣有利提高效率，節(jié)省成本。經(jīng)比較可知，先加工上下表面，再以上下表面為基準(zhǔn)加工Φ25H8及插鍵槽，最后完成對Φ10H7的孔的定位。顯然方案一比方案二的裝夾次數(shù)減少了，同時也更好的保證了精度要求。綜上所述，零件的具體工藝過程如下：
工序一：備料；
工序二：鑄造毛坯；
工序三：粗銑、半精銑Φ45凸臺端面，選用X51立式銑床；
工序四：銑，半精銑大端面，選用X51立式銑床；
工序五：鉆，擴，鉸Φ25H8內(nèi)孔，選用Z535立式鉆床；
工序六：鉆，粗鉸，精鉸Φ10H7孔，選用Z525立式鉆床；
工序七：銑槽mm，選用X63臥式銑床；
工序八：鉆、粗鉸、精鉸Φ14H7螺紋孔，選用Z525立式鉆床；
工序九：鉆底孔，攻螺紋孔M10-H7mm，選用Z525立式鉆床；
工序十：鉆Φ5錐銷通孔，選用Z525立式鉆床；
工序十一：拉鍵槽6H9mm，選用L6120臥式拉床；
工序十二：鉆槽底通孔鉆Φ5.5，選用Z525立式鉆床；
工序十三：終檢。
3.4加工余量確定
手柄座零件材料為鑄鐵，硬度為HBS65～87，毛坯的重量約為2Kg，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用砂型鑄模,相關(guān)數(shù)據(jù)參見零件圖。據(jù)以上原始資料及加工路線，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：
3.4.1外圓表面延軸線方向長度方向的加工余量及公差（Φ25H8端面）
取端面長度余量均為2.5mm（均為雙邊加工），銑削加工余量為：
粗銑 1mm
精銑 0mm
3.4.2內(nèi)孔（Φ25H8已鑄成孔）
取 Φ25H8已鑄成孔長度余量為3mm，即鑄成孔半徑為21mm，工序尺寸加工余量：
鉆孔 2mm
擴孔 0.125mm
3.4.3其他尺寸直接鑄造得到
由于本設(shè)計規(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[6]。
3.5確立切削用量及基本工時
3.5.1工序三切削用量及基本工時的確定：
銑Φ45端面，選用機床：X51立式銑床
a. 銑Φ45端面：選擇銑刀半徑為25mm，齒數(shù)Z=6
fz=0.15mm/z
，
5 鉆孔夾具設(shè)計
(3.1)
按機床選?。?
實際切削速度：
(3.2)
工作臺每分鐘進給量：
（3.3）
銑床工作臺進給量：
基本工時：
（3.4）
b. 半精銑Φ45端面: 加工余量為Z=1mm
切削速度為：
選用主軸為：
工作臺進給量：
基本工時：
3.5.2工序四切削用量及基本工時的確定：銑削大端面
a. 粗銑大端面：進行兩次銑削，第一次Z=2mm，第二次Z=1mm
選用主軸為：
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
基本工時：
b. 半精銑大端面：切削速度：
選用主軸為:
工作臺進給量：
基本工時：
3.5.3工序五切削用量及基本工時的確定：
鉆→擴→粗鉸→精鉸Φ25H8mm通孔，選用機床：Z535立式鉆床
a. 鉆孔Φ23mm：選擇Φ23mm高速鋼錐柄標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆
按機床選取:
實際切削速度：
基本工時:
b. 擴孔Φmm：選擇Φ24.8mm高速鋼錐柄擴孔鉆
擴孔鉆擴Φ24.8mm孔時的進給量，擴孔鉆擴孔時的切削速度
得，故：
按機床選取:
基本工時：
c. 鉸Φ孔：選擇Φ25mm高速鋼錐柄機用鉸刀得，，
得
按機床選取:
基本工時：
3.5.4切削用量及基本工時的確定：
鉆→粗鉸→精鉸Φ10H7孔，選用機床：Z525立式機床[7]
a. 鉆Φ10孔：選擇Φ9.8mm高速鋼錐柄麻花鉆
得
按機床選取:
基本工時：
b. 粗鉸Φ9.96mm孔：選擇Φ9.96mm的高速鋼鉸刀
得
按機床選取:
基本工時：
c. 精鉸Φ20mm孔：選擇Φ20mm的鉸刀
按機床選?。?
基本工時：
3.5.5工序七切削用量及基本工時的確定：
銑的槽，選用機床：X63臥式銑床
選用高速鋼圓柱形銑刀，齒數(shù)Z=6，
a. 第一次走刀：
按機床選?。?
工作臺進給量：
基本工時：
b. 第二次走刀：
按機床選?。?
工作臺進給量：
基本工時：
,
3.5.6工序八切削用量及基本工時的確定：
選用機床：Z525立式鉆床
a. 鉆Φ13mm孔：選擇Φ13高速鋼錐柄麻得
按機床選取:
基本工時：
b. 粗鉸Φ13.95mm孔：選擇Φ13.95高速鋼錐柄機用鉸刀
，，
按機床選?。?
基本工時：
c. 精銑Φ14mm孔：選擇Φ14高速鋼錐柄機用鉸刀
得，
，
按機床選?。?
基本工時：
3.5.7工序九 切削用量及基本工時的確定：
鉆8.5mm底孔，攻螺紋M10mm，選用機床：Z525立式鉆床
a. 鉆Φ8.5底孔：選用Φ8.5高速鋼錐柄麻花鉆
得
按機床選?。?
基本工時：
b. 攻螺紋M10mm：選擇M10mm高速鋼機用絲錐f等于工件螺紋的螺距p，即
按機床選?。?
基本工時：
3.5.8工序十 切削用量及基本工時的確定：
加工Φ5的圓錐孔，選用機床：Z525立式鉆床
a. 鉆Φ5的圓錐孔：選擇高速鋼麻花鉆
按機床選?。?
基本工時：
b. 鉸Φ5的孔：選擇Φ5的鉸刀
按機床選?。?
基本工時：
3.5.9工序十二 切削用量及基本工時的確定：
加工Φ5.5mm的圓錐孔，選用機床：Z525立式鉆床
a. 鉆Φ5.5mm孔：選擇Φ4.8的高速鋼錐柄麻花鉆
按機床選?。?
基本工時：
b. 鉸Φ5.5mm孔：選擇Φ5.5mm的鉸刀
按機床選取：
基本工時：
4 鉆螺紋孔夾具設(shè)計
4.1 任務(wù)提出
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用的夾具。本夾具主要用來鉆底孔，攻螺紋孔M10-H7mm，本夾具將用于Z525立式鉆床。同時對孔的同軸度及加工精度有一定的要求。且在鉆孔后還要進行拉孔，以保證其精度要求，為了使其誤差減小，在工序一、工序二、工序三中的加工也得有精度要求。因此，在本道工序加工時，主要應(yīng)考慮如何提高生產(chǎn)率、降低勞動強度、提高加工質(zhì)量。
4.2 定位方案及定位裝置的設(shè)計計算
4.2.1 定位方案的確定
工件以Φ25H8孔及端面和Φ10H7孔為定位基準(zhǔn)；夾緊時，首由開口墊圈夾緊Φ25H8孔兩端面，再用汽缸通過連桿機構(gòu)夾緊。
4.2.2定位元件及裝置設(shè)計
用圓柱定位銷進行完全定位。
4.2.3定位誤差的分析計算
本工序選用的工件以圓孔在定位銷上定位，定位銷為水平放置，由于定位副間存在徑向間隙，因此必將引起徑向基準(zhǔn)位移誤差。在重力作用下定位副只存在單邊間隙，即工件始終以孔壁與心軸上母線接觸，故此時的徑向基準(zhǔn)位移誤差僅存在Z軸方向，且向下。
式中 ——工件圓孔直徑公差（mm）；
——定位銷外圓直徑公差（mm）。
4.3導(dǎo)引元件（裝置）設(shè)計
對刀裝置用來確定刀具與夾具的相對位置,由于本道工序是完成M10-H7孔的加工。用轉(zhuǎn)套引導(dǎo)刀具的方式。
4.4夾緊方案設(shè)計
4.4.1 夾緊方案確定
夾緊時，首先由圓柱定位銷定位Φ25H8孔和Φ10H7孔，再用地腳氣缸夾緊。
4.4.2 夾緊力大小計算
軸向力計算公式為：
其中：，，，，，，，，z=3,。故
在計算切削時，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi),安全系數(shù)
。
其中：為基本安全系數(shù)1.5；
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1；
為刀具鈍化系數(shù)1.1；
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1。
所以
4.4.3 夾緊機構(gòu)及裝置設(shè)計
利用氣缸活塞的拉力通過連桿機構(gòu)對工件進行夾緊。夾具體的設(shè)計主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個整體。
4.5夾具操作及維護簡要說明
如前所述，在設(shè)計夾具時，為提高生產(chǎn)率，首先想到是怎么樣方便的安裝和拆卸，本道工序就是采用了快換墊圈的方式。由于本夾具是對工件進行鉆孔，因此在鉛直方向受到很大的沖擊力，故在其相應(yīng)的方向上應(yīng)適當(dāng)?shù)目紤]強度上的要求。并設(shè)法減少夾具的占地面積，使之很方便的操作和快速的切換工件。
因此，應(yīng)設(shè)法解決上述問題。目前采取的措施有：一是提高毛坯的精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是選擇高精度的心軸，使其定位精確，并使心軸連在夾具體內(nèi)，這樣可以減少縱向傾斜的偏差；三是加大螺母和開口墊圈的夾緊力。使工作進行時工作緊湊,保證加工要求。夾具體上裝有可換鉆套，使夾具在一批零件之間能加工不同要求的零件，同時在夾具體上裝有一塊可翻動的蓋模板，這樣有利于工件的拆裝。
裝配圖如圖4.1所示。
圖4.1 夾具二維裝配圖[8]
5 鉆孔夾具設(shè)計
5.1任務(wù)的提出
本夾具用來鉆，鉸Φ10mm的孔，它將用于Z525立式鉆床。同時對孔的同軸度及加工精度有一定的要求。且在鉆孔后還要進行鉸孔，以保證其精度要求，為了使其誤差減小，在工序一、工序二、工序三中的加工也得有精度要求。因此，在本道工序加工時，主要應(yīng)考慮如何提高生產(chǎn)率、降低勞動強度、提高加工質(zhì)量。
5.2定位方案及定位裝置的設(shè)計計算
5.2.1 定位方案的確定
為了加工Φ10mm孔，必須使其完全定位。因此初步的設(shè)計方案如下，首先必須明確其加工時應(yīng)如圖5.1所示，這樣水平放置，便于立式鉆床加工,使其完全定位。
圖5.1 CA6140車床手柄座零件定位圖
5.2.2定位元件及裝置設(shè)計
要使其完全定位，可以采用：
a．一面兩銷定位，以Φ25H8mm和Φ10H7mm兩孔為定位基準(zhǔn)就可以滿足其要求[9]。
b．一面加圓柱銷和半V形塊定位，以Φ25H8mm為定位基準(zhǔn)，再在R外圓表面用V形塊定位。
畢業(yè)設(shè)計（論文）
5.2.3確定最佳定位方式
比較以上兩個方案，明顯第一個要好得多，因為Φ25H8mm和Φ10H7mm兩孔的中心線在同一直線上，所以只要將其兩銷定在同一平面同一直線上，就可以很快的將其定位；而第二個方案和第一個方案不同點在于用的是V形塊定位，要使零件很快垂直放置定位很難，并且需要量具對其精確測量，增加了工時[10]。因此，選擇一面兩銷定位最佳。
如上圖5.1所示，一面限制的自由度有3個，一個銷釘限制一個自由度，兩個一起再限制一個自由度。為使定位可靠，加工穩(wěn)定，我所設(shè)計的定位方案如附圖A1圖紙——手柄座夾具體裝配圖所示，總共限制了工件的全部6個自由度，屬于完全定位。
在該定位方案中，Φ45mm圓柱小端面被夾具體上的一個支撐面頂住，限制了x軸的移動，y軸的旋轉(zhuǎn)，z軸的旋轉(zhuǎn)三個自由度。Φ25H8mm孔內(nèi)插入短銷，限制了y軸的移動，z軸的移動，Φ10H7mm孔中插入削邊銷，限制了x軸的旋轉(zhuǎn)，這樣6個自由度全部被限制。
5.2.4定位誤差分析
定位誤差是指由于定位不準(zhǔn)確引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工誤差。對于夾具設(shè)計中采用的定位方案，只要可能產(chǎn)生的定位誤差小于工件相應(yīng)尺寸或位置公差的1/3—1/2，即可認為定位方案符合加工要求。
對于本次設(shè)計的夾具，需要保證的尺寸要求：保證油孔軸線距Φ45mm圓柱小端面17+7=24mm，保證螺紋孔軸線與Φ25H8mm和Φ10H7mm兩孔的中心線成50mm。
對于24mm的要求，由于定位基準(zhǔn)也是Φ45mm圓柱小端面，故基準(zhǔn)不重合誤差為0，且由于Φ45mm圓柱小端面經(jīng)過半精銑，表面粗糙度達到Ra3.2mm，故可認為Φ45mm圓柱小端面的平面度誤差為0，即不存在基準(zhǔn)位置度誤差，綜上所述，只要支撐面的標(biāo)準(zhǔn)尺寸得到保證，是不存在定位誤差的[11]。
對于本工序要求，定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)同為兩孔中心線，故基準(zhǔn)不重合誤差為0。基準(zhǔn)位置誤差則取決于兩孔直徑尺寸公差以及圓度誤差，由于兩孔的表面精度都達到Ra1.6mm，都經(jīng)過精鉸，故基準(zhǔn)位置誤差也可以忽略，只要兩銷的標(biāo)準(zhǔn)尺寸以及相對位置關(guān)系得到保證，定位誤差也是很小的。
綜上所述，該定位方案是符合加工要求的。
5.2.5定位元件的型號，尺寸和安裝方式
a. 支撐面 在定位板面上做的一個突起4mm的支撐面，經(jīng)過精銑得到精度較高的平面。
b. 短銷 本設(shè)計方案選用固定式定位銷，查課程設(shè)計指導(dǎo)教程，確定定位銷為GB8014.2-1999標(biāo)準(zhǔn)，其相關(guān)尺寸見三視圖。它和定位面板上的Φ10mm銷孔呈H7/r6mm過盈配合，并用螺母固定，防止鉆孔時松動，影響加工。
c. 圓柱銷 本設(shè)計方案選用固定式定位銷，由于加工的Φ10mm孔恰好在定位基準(zhǔn)Φ25H8mm孔內(nèi)表面上，打穿這面為止。若采用標(biāo)準(zhǔn)件，勢必影響Φ10mm孔的加工，因此可專門設(shè)計一個短銷，其尺寸如圖5.2所示：
圖中，該軸長為90mm，軸頸半徑為12.5mm，與Φ25H8mm孔內(nèi)表面僅有長度為17mm的面接觸，且為過盈配合，既保證了圓柱銷定位，又方便了裝夾工件。為了不影響加工Φ10mm孔，在標(biāo)準(zhǔn)銷元件上加上了長為22mm的軸身，直徑為14mm，要比Φ25H8mm小11mm，即其半徑之差為5.5mm，再加上鍵槽深度2.5mm，那么長度值為L=5.5+2.5=8mm，這樣當(dāng)鉆頭鉆Φ10mm孔至終點時不會損傷銷，銷也不會影響鉆孔。
該銷與定位面板上的銷孔呈H7/r6過盈配合，外加螺紋結(jié)構(gòu)，用螺母固定。
圖5.2 圓柱銷尺寸[12]
5.3夾緊方案確定
5.3.1夾緊裝置的設(shè)計
夾緊力方向原則：
(1) 夾緊力的作用方向不應(yīng)破壞工件的既定位置；
(2) 夾緊力的作用方向應(yīng)使所需夾緊力盡可能小；
(3）夾緊力的作用方向應(yīng)使工件的夾緊變形最小。
夾緊作用點原則：
（1）夾緊里的作用點應(yīng)正對夾具定位支撐元件或位于支撐元件所形成的穩(wěn)定受力區(qū)域內(nèi)，以免工件產(chǎn)生位移和偏轉(zhuǎn)；
（2）夾緊力作用點應(yīng)正對工件剛性較好的部位上，以使夾緊變形盡可能少，有時可采用增大工件受力面積或合理分布夾緊點位置等措施來實現(xiàn)；
（3）夾緊力的作用點應(yīng)盡可能靠近工件的加工表面，以保證夾緊力的穩(wěn)定性和可靠性，減少工件的夾緊力，防止加工過程中可能產(chǎn)生振動。
根據(jù)以上要求，考慮加工零件的特點及定位方式，確定夾緊方式。
本設(shè)計方案選用的是螺旋夾緊機構(gòu)，夾緊方向水平向右，通過螺母的轉(zhuǎn)動，帶動套在圓柱銷頭部的墊片向右移動，進而作用在工件Φ45mm圓柱大端面上，實現(xiàn)夾緊，具體夾緊裝置的布置見A1圖紙。這種夾緊方式和夾緊裝置簡單實用，且對于大批量生產(chǎn)能較快地裝夾工件，勞動強度較小，成本低，簡單可靠[13]。
另外，考慮到工件沿Φ25H8mm孔中心線軸向裝卸，因此為便于裝卸工件，該墊片為開口墊片，螺母為小于Φ25H8mm孔的小螺母，只要將開口墊片取去，就可以很好的將零件取出。
圓柱銷的螺紋軸向行程至少要大于2倍的墊片厚度5mm，且墊片的孔應(yīng)與工件Φ25H8mm孔同軸，保證夾緊力作用均勻可靠[14]。
5.4夾具的操作及維護
安裝工件時，應(yīng)先將螺母轉(zhuǎn)動退出足夠的行程空間以便于取出墊片，安裝工件，然后使工件的Φ25H8mm孔穿過圓柱銷，使工件底部的Φ10H7mm孔穿過短銷，將Φ45mm圓柱小端面緊靠在定位板上的支撐面上，這樣工件以Φ45mm圓柱小端面為定位基準(zhǔn)安裝。工件裝好后，裝上開口墊片，轉(zhuǎn)動螺母，使開口墊片靠緊Φ45mm大端面并夾緊工件。加工完成后松開工件，只需反向轉(zhuǎn)動螺母，退出開口墊片，即可取下工件。
夾具在使用中，應(yīng)注意檢查鉆套的磨損情況，如果磨損后不能精確保證加工精度，則需要更換鉆套[15]。本夾具定位面板是受力部件，如有變形，應(yīng)及時設(shè)法修正，才能保證加工精度。為使其變形減小，需要嚴(yán)格控制螺桿的夾緊力，夾具三維裝配圖如圖5.3和圖5.4所示。
圖5.3 鉆孔夾具三維裝配圖一
圖5.4 鉆孔夾具三維裝配圖二
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
6 結(jié)論
本設(shè)計主要經(jīng)過了兩個階段。第一階段是機械加工工藝規(guī)程設(shè)計，第二階段是專用夾具設(shè)計。第一階段分析零件的工藝性，查閱有關(guān)手冊，選擇加工余量、確定毛坯的類型、形狀、大小等，繪制出了毛坯圖。又根據(jù)毛坯圖和零件圖構(gòu)想出兩種工藝方案，比較確定其中較合理的方案來編制工藝。其中運用了基準(zhǔn)選擇、切削用量選擇計算等方面的知識。還結(jié)合了我們生產(chǎn)實習(xí)中所看到的實際情況選定設(shè)備，填寫了工藝文件。夾具設(shè)計階段，運用工件定位、夾緊及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的知識。通過設(shè)計夾具歸納出夾具工作原理的要點如下：
(1) 使工件在夾具中占有正確的加工位置。這是通過工件各定位面與夾具的相應(yīng)定位元件（定位元件上起定位作用的表面）接觸、配合或?qū)?zhǔn)來實現(xiàn)的。
(2) 夾具對于機床應(yīng)先保證定位元件的定位工作面對夾具與機床相連接的表面之間的相對準(zhǔn)確位置，這就保證了夾具定位工作面相對機床切削運動形成表面的準(zhǔn)確幾何位置，也就達到了工件加工表面對定位基準(zhǔn)的相互位置精度要求。
(3) 使刀具相對有關(guān)的定位元件的定位工作面調(diào)整到準(zhǔn)確位置，這就保證了刀具在
工件上加工出的表面對工件定位基準(zhǔn)的位置尺寸。
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致謝
本次設(shè)計課題題目是CA6140手柄座工藝規(guī)程及夾具設(shè)計，這是第一次全方位的對所學(xué)科目的運用。從中發(fā)現(xiàn)了很多以前沒有注意到的問題，也學(xué)到了很多的處理生產(chǎn)問題的技巧和方法，本次畢業(yè)設(shè)計對我而言，非常重要。既是對大學(xué)三年的學(xué)習(xí)總結(jié)，也是為以后在工廠工作打下基礎(chǔ)。在老師的指導(dǎo)下，完成了本次設(shè)計，學(xué)習(xí)了新的知識，很感謝學(xué)校創(chuàng)造這個學(xué)習(xí)設(shè)計的機會。本次設(shè)計中，查閱了大量的書籍，在此，對所有機械書籍的作者表示感謝。沒有他們的辛勤勞動，不可能完成畢業(yè)設(shè)計。通過本次課程設(shè)計，應(yīng)該得到下述各方面的鍛煉：
1、能熟練運用機械制造工藝學(xué)課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，正確地解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量。
2、提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力。通過設(shè)計夾具的訓(xùn)練，應(yīng)當(dāng)獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計出高效、省力、經(jīng)濟合理而且能保證加工質(zhì)量的夾具的能力。
3、學(xué)會使用手冊及圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱、出處、能夠做到熟練運用。
就個人而言，通過這次設(shè)計，基本上掌握了零件機械加工工藝規(guī)程的設(shè)計，機床專用夾具等工藝裝備的設(shè)計等。并學(xué)會了使用和查閱各種設(shè)計資料、手冊、和國家標(biāo)準(zhǔn)等。最重要的是綜合運用所學(xué)理論知識，解決現(xiàn)代實際工藝設(shè)計問題，鞏固和加深了所學(xué)到的東西。并在設(shè)計過程中，學(xué)到了很多課堂上沒有學(xué)到的東西。在這個過程中，使我對所學(xué)的知識有了進一步的了解，也了解了一些設(shè)計工具書的用途，同時，也鍛煉了同學(xué)相互之間的協(xié)同工作能力。在此，十分感謝同學(xué)們的互相幫助。在以后的學(xué)習(xí)生活中，我將繼續(xù)刻苦努力，不斷提高自己。
本課題在選題及進行過程中得到萬老師和姚敏茹老師的悉心指導(dǎo)。論文行文過程中，老師們多次幫助我分析思路，開拓視角，在我遇到困難想放棄的時候給予我最大的支持和鼓勵。兩位老師老師嚴(yán)謹求實的治學(xué)態(tài)度，踏實堅韌的工作精神，將使我終生受益。再多華麗的言語也顯蒼白。在此，謹向萬老師和姚老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。由于個人知識有限，而且設(shè)計中缺乏實際生產(chǎn)的知識，因此，有很多缺點和錯誤，希望答辯時專家和老師們能給予指出，對此表示感謝。
畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明
秉承學(xué)校嚴(yán)謹?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果，不包含他人已申請學(xué)位或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了致謝。
畢業(yè)設(shè)計（論文）與資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。
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