汽車半軸設計與加工工藝及工裝夾具設計【鉆6-φ14mm孔】【說明書+CAD+3D】

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Key Words：The craft work packs the design The tongs design Combine the quantity has the design 1 引言 通過對設計零件的分析可知，對該零件進行工藝工裝設計，由于半軸加工比較的特殊，我們?yōu)榱藵M足加工要求和經(jīng)濟性及減少工人的勞動強度，我們初步?jīng)Q定設計兩套夾具和一套組合量具。 2 零件的分析 2.1零件的生產(chǎn)綱領及生產(chǎn)類型 生產(chǎn)綱領是企業(yè)在計劃期內應當生產(chǎn)的產(chǎn)量，在設計題目中半軸的生產(chǎn)綱領為較小。生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，所以在制度工藝路線的時候應充分考慮其生產(chǎn)特點，制度合理的工業(yè)路線，選擇合理的機床，刀具，量具，檢具，以提高生產(chǎn)率，降低成本。 2.2零件的作用 設計題目給定的零件，將其劃定為軸類零件。它是汽車的軸類中承受扭矩最大的零件，半軸是差速器和驅動輪之間傳遞扭矩的實心軸，其內端一般通過花鍵與半軸齒輪連接，外端與輪轂連接，該零件在機械設備中具有傳動性，故應具有足夠的強度和剛度。 2.3零件的工藝分析 半軸共有2個加工表面，他們之間有的有一定的位置關系?，F(xiàn)在分述如下： 1. 以軸線為中心的加工表面 這一組加工表面包括：半軸的左端面和半軸左端的花鍵加工，以及、和的外圓表面和和的兩個臺階面。 2. 以半軸右邊圓盤上的臺階面為中心的加工表面 這一組加工表面包括：6個均勻分布的的孔，和一個M6的螺孔以及一個的孔。 這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要有： ⑴ 6個孔與表面F和G的位置度公差為； ⑵ 的外圓表面的跳動公差相對基準A為1.0； ⑶ 半軸圓盤的跳動公差相對基準A為0.8。 由以上分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一個表面，然后借助于專用夾具加工另一表面，并且保證它們之間的位置精度要求。 3 工藝規(guī)程制造的形式 3.1確定毛坯制造的形式 毛坯材料為40Cr?？紤]零件在工作過程中經(jīng)常受扭交變載荷及沖擊性載荷，因此應選用鍛件，以使金屬釬維盡量不切削，保證零件工作可靠。可以采用模鍛成形，可以提高生產(chǎn)率，保證加工精度。 3.2基準的選擇 ⑴ 粗基準的選擇 本零件是軸類零件，以外圓作為粗基準是完全合理的。但是對本零件來說，如果以外圓表面作基準。由于此表面的粗糙度比較大，所以會讓加工出來的零件表面尺寸嚴重不滿足要求，由于本零件非常的特殊，我們車削外圓表面的時候可以選擇半軸兩端的頂尖作為粗基準，鉆孔的時候以圓盤的臺階面為基準。 ⑵ 精基準的選擇 在這主要考慮基準重合問題，也要考慮經(jīng)濟性等。 3.3零件表面加工方法的選擇 零件的主要加工表面為外圓表面和孔?？紤]到各個表面的技術要求，各種加工方法的經(jīng)濟加工精度范圍，各加工表面的形狀和尺寸大小，鍛件材料的性質及可加工性和生產(chǎn)綱領與生產(chǎn)類型，選擇各加工表面的加工方法如下 ⑴的外圓表面,該外圓表面的粗糙度為6.3,采用粗車進行加工。 ⑵ 花鍵加工：花鍵的最大的直徑為38.100，采用銑花鍵加工。 ⑶ 圓盤的臺階面因為它的粗糙度為3.2，所以選擇粗車半精車，的臺階面由于粗糙度要求不是很高，所以就只進行粗車。 ⑷ 孔6-，表面粗糙度為3.2，故采用鉆鉸孔加工。 ⑸ M6×1.0-6H，先進行鉆孔，然后絞孔，即可以滿足要求。 ⑹ 鍵槽加工，由于表面粗糙度為12.5，所以采用銑鍵槽。 3.4制訂工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精確及位置精度等技術要求得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為大批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降低。 工序00 粗銑左端面并打中心孔； 工序10 以半軸兩邊的頂尖定位：粗車Φ54、Φ52、Φ45以及Φ39.5的外圓面，在粗車Φ96.5和Φ112的臺階面 工序20 調直處理； 工序30 以半軸兩邊的頂尖定位：半精車Φ52、Φ45以及Φ39.5的外圓表面，及Φ96.5臺階面； 工序40 銑花鍵加工； 工序50 以盤的頂部的臺階定位，鉆絞6個的孔； 工序60 以半軸圓盤的臺階面定位，加工與垂直軸線的的孔； 工序70 攻螺紋M6 ； 工序80 車削Φ39.5的左端斜度為的圓柱表面；車削Φ45這段距左邊 位置的溝槽，和Φ45最右邊的溝槽加工，Φ50寬為3的溝槽加工，并對Φ112進行倒角； 工序90 感應淬火和低溫回火； 工序100 磨削半軸的左端面； 工序110 以半軸兩邊的頂尖定位，磨削Φ39.5、Φ45和Φ52外圓面； 工序120 鉗工去毛刺； 工序130 終檢。 3.5機械加工余量及毛坯尺寸的確定 機械加工余量確定由很多的因素決定的，在此主要考慮的是經(jīng)濟精度及各個工序的加工方法。 ⑴ 左端面的機械加工 表3-1 工序尺寸表 工序 名稱 工序間 余量(mm) 工序間 工序間 尺寸(mm) 工序間 公差等級μm 表面粗糙度 μm 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 μm 磨削 0.4 IT7 200 粗銑 1.6 IT8 200.4 毛坯面 IT16 202 ⑵的機械加工 表3-2 工序尺寸表 工序 名稱 工序間 余量(mm) 工序間 工序間 尺寸(mm) 工序間 公差等級 表面粗糙度 μm 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 μm 粗車 1 IT12 54 毛坯面 IT16 55 55 ⑶ 的機械加工 粗車：mm 2Z=1.6mm 半精車： mm 2Z=1.0mm 磨削：mm 2Z=0.4mm 具體工序尺寸見表3-3。 ⑷ 的機械加工 粗車： 2Z=8.6 半精車： 2Z=1.0 磨削： 2Z=0.4 具體工序尺寸見表3-4。 表3-3 工序尺寸表 工序 名稱 工序間 余量(mm) 工序間 工序間 尺寸(mm) 工序間 公差等級 表面粗糙度 μm 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 μm 磨削 0.4 IT7 52 半精車 0.6 IT8 52.4 粗車 1 IT12 53 毛坯面 IT16 55 表3-4 工序尺寸表 工序 名稱 工序間 余量(mm) 工序間 工序間 尺寸(mm) 工序間 公差等級 表面粗糙度 μm 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 μm 磨削 0.4 IT7 45 半精車 1.0 IT8 45.4 粗車 6.9 IT12 46.4 毛坯面 IT16 53.4 ⑸ 的機械加工 粗車： 2Z=8.6 半精車： 2Z=1.0 磨削： 2Z=0.4 具體工序尺寸見表3-5。 ⑹ 鉆削 六個Φ14孔 毛坯為實心，而孔的精度要求界于IT8~IT9之間（參照《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.3-9及表2.3-12），確定工序尺寸及余量為： 鉆孔Φ13.8mm 鉸孔：Φ14 2Z=0.15 具體工序尺寸見表3-6 表3-5 工序尺寸表 工序 名稱 工序間 余量(mm) 工序間 工序間 尺寸(mm) 工序間 公差等級 表面粗糙度 μm 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 μm 磨削 0.4 IT7 39 半精車 1.0 IT8 39.4 粗車 6.1 IT12 40.4 毛坯面 IT16 46.5 表3-6 工序尺寸表 工序 名稱 工序間 余量(mm) 工序間 工序間 尺寸(mm) 工序間 公差等級 表面粗糙度 μm 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 μm 鉸孔 0.2 IT10 14 鉆孔 13.8 IT12 13.8 ⑺ 車削臺階 具體工序尺寸見表3-7。 表3-7 工序尺寸表 工序 名稱 工序間 余量(mm) 工序間 工序間 尺寸(mm) 工序間 公差等級 表面粗糙度 μm 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 μm 粗車 56 IT12 112 毛坯 IT16 166 ⑻ 車削96.5臺階面 具體工序尺寸見表3-8。 ⑼ 鉆削 Φ10孔 毛坯為實心，而孔的精度要求界于IT2~IT3之間（參照《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.3-9及表2.3-12），確定工序尺寸及余量為： 鉆孔Φ10mm。 表3-8 工序尺寸表 工序 名稱 工序間 余量(mm) 工序間 工序間 尺寸(mm) 工序間 公差等級μm 表面粗糙度 μm 尺寸公差 (mm) 表面粗糙度 μm 半精車 0.6 IT8 52.4 粗車 69 IT12 53 毛坯面 IT16 55 4 選擇加工設備 4.1選擇機床 ⑴ 工序00是銑削左端面由于花鍵的直徑和長度都不是很大，所以選擇XA6132型花鍵銑床加工。 ⑵ 工序10、工序30 是粗車和半精車外圓，在這幾個個工序中，各工序的工步數(shù)不多，成批生產(chǎn)不要求很高的生產(chǎn)率，故選擇臥式車床就可以滿足要求，本零件外廓尺寸不是很大，精度要求不是很高，選用最常用的C620-1型臥式車床即可。 ⑶ 工序40 銑花鍵加工，在本工序中，由于花鍵的直徑和長度都不是很大，所以選擇XA6132型花鍵銑床加工。 ⑷ 工序50 以盤的頂部的臺階定位，鉆絞6個的孔，由于半軸的長度較長，所以采用多軸立式鉆床。 ⑸ 工序100、工序110 磨削Φ39.5、Φ45和Φ52外圓表面，由于磨削的都是外圓表面，粗糙度為0.8，所以選用M1331外圓磨床。 4.2選擇夾具 本零件由粗車、半精車、精車、鉆孔和磨削等工序組成，由于零件的長度較長，所以在鉆孔這個工序需要專用夾具，所以我們在設計過程中設計兩套專用夾具，以滿足加工過程中加工的要求，其他工序使用通用夾具。 4.3選擇刀具 ⑴ 在車床上加工的工序，一般都選用硬質合金車刀，選用YT類硬質合金，粗加工選用YT5,半精加工選用YT15，精加工用YT30，為提高生產(chǎn)效率及經(jīng)濟性，可以選用可轉位車刀（GB5313.1-85，GB5343.2-85）。 ⑵ 鉆的6個小孔，可以選擇麻花鉆加工。 4.4選用量具 本零件屬于成批生產(chǎn)，一般采用通用量具。選擇量具的方法有兩種：第一，按計量器具的不確定度選擇；二是按計量器具的測量方法極限誤差選擇。選擇是按一種方法即可。 4.4.1選擇各外圓加工面的量具 工序Ⅺ磨削Φ39.5、Φ45和Φ52外圓表面時，現(xiàn)在按計量器具的不確定度選擇該表面加工時所用量具：該尺寸公 差為T=0.039，按表5.1-1，計量器具不確定度允許值我們確定U=0.009。根據(jù)表5.1-2，分度值 0.02 的游標卡尺，其不確定數(shù)值允許值不能選用。必須選擇，故應選擇分度值0.01 的外徑百分尺（U=0.006）。從表5.2-9中選擇測量范圍為100~125 ，分度值為0.01 的外徑百分尺。 4.4.2 選擇加工孔用量具 孔加工量具我們將采用組合量具，在后面設計中具體介紹。 5 確定切削用量和基本時間 切削用量一般包括切削深度，進給量及切削速度三項，確定方法是先確定切削深度、進給量在確定切削速度。 5.1工序00銑削用量及基本時間的確定 5.1.1 選擇刀具 根據(jù)表3.1，銑削深度≤4，端面刀直徑為80，。但已知銑刀銑削深度為38，故應根據(jù)銑削深度，。由于采用標準的鑲齒圓柱銑刀，故齒數(shù)為6（表3.9） 5.1.2 選擇切削用量 ⑴ 選擇每齒的進給量 根據(jù)XA6132型銑床說明書，其功率為7.5，中等剛度。 根據(jù)表3.3，選擇 ⑵ 選擇銑刀磨鈍標準及刀具壽命 根據(jù)表3.7， 銑刀刀齒后刀面最大的磨損量為0.6，刀具壽命。 ⑶ 選擇實際切削速度 根據(jù)XA6132型銑床說明書選擇，。 因此實際的切削速度和每轉進給量為 =9.42 =0.27 ⑷由于銑削量比較小，功率滿足要求 ，所以不進行驗算。最后選擇，。9.42，。 5.1.3 計算基本的工時 式中，L= ，l=38,根據(jù)表3.25，入切量及超切量，則 L=38+20=58，故 =0.97min 5.2工序10切削用量及基本時間的確定 5.2.1 切削用量 本工序為粗車。已知加工材料為40Cr，=700MPa，鍛件，機床為C620-1型臥式車床，工件裝卡在三爪自定心卡盤中。 5.2.1.1 確定粗車的切削用量 所選用的刀具是硬質合金可轉位車刀，根據(jù)《切削用量簡明手冊》第一部分表，由于C620-1機床的中心高度是200mm（表），故選用刀桿尺寸B×H=16mm×25mm，刀片厚度為4.5mm。根據(jù)表，選擇車刀的幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓角半徑=0.8。 ⑴ 確定切削深度 由于單邊余量為0.5，可在一次走刀完成 ==0.5 ⑵ 確定進給量f 根據(jù)表，在粗車時，刀桿尺寸為16mm×25mm，≦3mm、工件直徑為40～60時， =0.4～0.7 確定的進給量要滿足機床進給機構的強度的要求，故需要進行校核： 根據(jù)表，C620-1機床機構的允許的進給力=3530。 根據(jù)表，當40Cr的=680～810Map，≦2mm，≦0.53，切削速度=65（假設），進給力=905N。 由于切削時的進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選擇的=0.4，可用。 ⑶ 選擇車刀磨鈍標準及耐用度 根據(jù)表，車刀后刀面的最大的磨損量取1mm，可轉位車刀耐用度T=30min。 ⑷ 確定切削速度 切削速度可根據(jù)公式計算，也可以查表?，F(xiàn)在用查表的方法確定切削速度。 根據(jù)表，當用YT15硬質合金車刀加工=600～700MPa，的鋼材，，切削速度。 切削速度的修正系數(shù)為 故： 按 機床切削速度（表4.2-8），選擇 則實際的切削速度。 ⑸檢驗機床功率 由表1.24*，當， 故實際的切削的功率為： 由《切削手冊》表1.30中機床說明書可知，C620-1主電動機功率為7.8KW，機床功率足夠，可以正常加工。 5.1.1.2 確定粗車的刀具加工外圓表面和一樣，加工皆可一次走刀完成，0.4，1 5.1.1.3 確定粗車的切削用量 確定粗車的刀具加工外圓表面和一樣 ⑴ 確定切削深度 由于單邊余量為0.5，可在一次走刀完成 ==3.5mm 分2次走刀，每次走刀為1.75。 ⑵ 確定進給量f 根據(jù)表，在粗車時，刀桿尺寸為16×25，≦3、工件直徑為40～60時， =0.4～0.7 由于切削時的進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選擇的=0.4，可用。 ⑶ 選擇車刀磨鈍標準及耐用度 根據(jù)表，車刀后刀面的最大的磨損量取1mm，可轉位車刀耐用度T=30min。 ⑷ 確定切削速度 切削速度可根據(jù)公式計算，也可以查表。現(xiàn)在用查表的方法確定切削速度。 根據(jù)表，當用YT15硬質合金車刀加工=600～700MPa，的鋼材，，切削速度。 切削速度的修正系數(shù)為 故： 按機床切削速度（表4.2-8），選擇 則實際的切削速度。 ⑸ 檢驗機床功率 當， 故實際的切削的功率為： 由《切削手冊》表1.30中機床說明書可知，C620-1主電動機功率為7.8KW，機床功率足夠，可以正常加工。 確定粗車外圓、和臺階面的切削用量 才用車外圓的刀具加工這些外圓表面和臺階面，車的=3。分2次走刀，每次走刀為1.5，車臺階面采用橫向進給，，采用2次走刀，每次走刀為1.75，車臺階面采用橫向進給， 采用2次走到，每次走刀為1。車外圓的，車臺階面，車外圓臺階面。 5.2.2 基本時間 5.2.2.1 確定的基本時間，根據(jù)表6-2.1，車外圓的基本時間： 式中 則 5.2.2.2 確定的基本時間，根據(jù)表6-2.1，車外圓的基本時間： 式中 則 5.2.2.3 確定的基本時間，根據(jù)表6-2.1，車外圓的基本時間： 式中 則 5.2.2.4 確定的基本時間，根據(jù)表6-2.1，車外圓的基本時間： 式中 則 5.2.2.5 確定的臺階面基本時間，根據(jù)表6-2.1，車外圓的基本時間： 式中 則 5.2.2.6 確定的臺階面基本時間，根據(jù)表6-2.1，車外圓的基本時間： 式中 則 5.3工序30切削用量及基本時間的確定 5.3.1 切削用量 本工序為半精加工（車軸的外表面）。已知條件與粗加工工序一樣。 5.3.1.1 確定半精車的切削用量 ⑴ 確定切削深度 由于單邊余量為0.5，可在一次走刀完成 ==0.3mm ⑵ 確定進給量f 根據(jù)表，在粗車時，刀桿尺寸為16mm×25mm，≦3mm、工件直徑為40～60時， =0.4～0.7 選擇進給量為 由于半精加工切削力教小，故不需要校核機床進給強度 ⑶ 選擇車刀磨鈍標準及耐用度 根據(jù)表，車刀后刀面的最大的磨損量取0.4mm，可轉位車刀耐用度T=30min。 ⑷ 確定切削速度 切削速度可根據(jù)公式計算，也可以查表?，F(xiàn)在用查表的方法確定切削速度。 根據(jù)表，當用YT15硬質合金車刀加工=630～700MPa，的鋼材，，切削速度。 切削速度的修正系數(shù)為 故： 按機床切削速度（表4.2-8），選擇 則實際的切削速度。 半精加工，機械功率可以不進行校核。 最后決定的切削用量為： 5.3.1.2 確定半精車及的臺階面的切削用量，車外圓的，外圓的，的臺階面的。車外圓及的 。 5.3.2 基本時間 5.3.2.1 確定的基本時間： 5.3.2.2 確定的基本時間： 5.3.2.3 確定半精車外圓的基本時間： 5.3.2.4 確定半精車臺階面的基本時間： 5.4工序40銑削用量及基本時間的確定 5.4.1 選擇刀具 本工序為銑削花鍵，選用花鍵銑刀。 5.4.2 選擇切削用量 ⑴ 選擇每齒的進給量 根據(jù)XA6132型銑床說明書，其功率為7.5，中等剛度。 根據(jù)表3.3，選擇 ⑵ 選擇銑刀磨鈍標準及刀具壽命 根據(jù)表3.7， 銑刀刀齒后刀面最大的磨損量為0.6，刀具壽命。 ⑶ 選擇實際切削速度 根據(jù)XA6132型銑床說明書選擇，。 因此實際的切削速度和每轉進給量為 =9.42 =0.27 ⑷ 由于銑削量比較小，功率滿足要求 ，所以不進行驗算。最后選擇，。9.42，。 5.5工序50鉆削用量及基本時間的確定 本工序為鉆孔，刀具選用錐柄麻花鉆頭，直徑為，鉆6個通孔，使用切削液。 1 鉆削六個Φ14的孔 ⑴ 選擇刀具和機床 查閱《機械制造工藝設計簡明手冊》，選擇d=13.8mm的H12級高速鋼麻花鉆，GB1438-85。機床選擇立式鉆床Z535。 ⑵ 選擇切削用量 ①進給量f 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.7，取f=0.31~0.37mm/r, 查閱《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2—16，所以，取 f= 0.36mm/r 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.19 ,可以查出鉆孔時的軸向力，當f ≤0.47mm/r，d≤117.5mm時，軸向力F=6090N。軸向力的修正系數(shù)均為1.0，故F=6090N。根據(jù)立式鉆床Z535說明書，機床進給機構強度允許的最大軸向力F=15696N, 由于F≤F， 故 f=0.36mm/r可用。 ②切削速度v 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2—15，根據(jù)f=0.36mm/r和鑄鐵硬度為200~217HBS,取v=12m/min。 n===276r/min 根據(jù)立式鉆床Z535說明書，可以考慮選擇選取：n=275r/min，降低轉速，使刀具壽命上升，所以， v===11.9m/min ③決定鉆頭磨鈍標準及刀具壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.12，當d=13.8時，鉆頭后刀面最大磨損量為0.8，故刀具壽命T=15min。 ④檢驗機床扭矩及功率 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.21，當f=0.41/r，d≤16。查得M=25.5N.m，根據(jù)立式鉆床Z535說明書，當n=300r/min，M=72.6N.m，故M< M，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.23，P=1.0kw, 根據(jù)立式鉆床Z535說明書， P=4.5kw，故P< P。因此，所選擇的切削用量是可以采用的，即 f=0.34/r，n=300r/min，v=13m/min。 ⑤計算基本工時 t=，式中，L=l+y+△，l=14mm，查《切削用量簡明手冊》表2.29，y+△=7，所以，L= 10+5 = 15。 t=== 0.15min。 因有六個孔，所以 t=6×0.15= 0.9min。 2．鉸Φ14H10孔 ⑴ 選擇刀具和機床 查閱《機械制造工藝設計簡明手冊》，選擇d=14mm的H10級高速鋼錐柄機用鉸刀，GB1133-84。機床選擇立式鉆床Z535。 ⑵ 選擇切削用量 ①進給量f 查閱《切削用量簡明手冊》表2.11及表2.24，并根據(jù)機床說明書取f=0.65~1.35/r，所以，取 f=0.72/r ②切削速度v 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.24，取v=7m/min。 n===159r/min 根據(jù)立式鉆床Z535機床說明書選?。簄=195r/min，所以， v===8.57m/min ③決定鉸刀磨鈍標準及刀具壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.12，當d=14時，鉸刀后刀面最大磨損量為0.4mm，故刀具壽命T=60min。因此，所選擇的切削用量： f=0.72/r，n=195r/min，v=8.57m/min。 ④計算基本工時 t=，式中，L=l+y+△，l=10，查《切削用量簡明手冊》表2.29，y+△=7，所以，L=10+7=17。 t===0.12min。 因有六個孔，所以 t=6×0.12=0.72min 5.6工序60鉆削與垂直軸線的的孔 ⑴ 選擇刀具和機床 查閱《機械制造工藝設計簡明手冊》，選擇d=10mm的H12級高速鋼麻花鉆，GB1438-85。機床選擇立式鉆床Z535。 ⑵ 選擇切削用量 ① 進給量f 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.7，取f=0.22~0.28/r, 查閱《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2—16，所以，取 f= 0.25/r 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.19 ,可以查出鉆孔時的軸向力，當f ≤0.28mm/r，d≤12mm時，軸向力F=3000N。軸向力的修正系數(shù)均為1.0，故F=3000N。根據(jù)立式鉆床Z535說明書，機床進給機構強度允許的最大軸向力F=15696N, 由于F≤F， 故 f=0.25/r可用。 ② 切削速度v 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2—15，根據(jù)f=0.25/r和鑄鐵硬度為200~217HBS,取v=25m/min。 n===796r/min 根據(jù)立式鉆床Z535說明書，可以考慮選擇選?。簄=750r/min，降低轉速，使刀具壽命上升，所以， v===23.55m/min ③ 決定鉆頭磨鈍標準及刀具壽命 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.12，當d=10時，鉆頭后刀面最大磨損量為0.5mm，故刀具壽命T=35min。 ④ 檢驗機床扭矩及功率 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.21，當f0.33/r，d≤11.1。查得M=20.49N.m，根據(jù)立式鉆床Z535說明書，當n=750r/min，M=30N.m，故M< M，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.23，P=1.0kw, 根據(jù)立式鉆床Z535說明書， P=4.5kw，故P< P。因此，所選擇的切削用量是可以采用的，即 f=0.25/r，n=750r/min，v=23.55m/min。 ⑤ 計算基本工時 t=，式中，L=l+y+△，l=14，查《切削用量簡明手冊》表2.29，y+△=7，所以，L= 10+5 = 15。 t=== 0.08min。 5.7工序70攻螺紋M6 公制螺紋M6切削用量為： 所以 按機床選取，則。 機動加工時 ==0.26 5.8工序110磨削外圓表面及左端面 5.8.1 確定磨削的磨削用量 5.8.1.1 選擇砂輪 見《工藝手冊》第三章中磨料選擇各表，結果為 其含義是：砂輪磨料為白剛玉，粒度為16，硬度為中軟級，陶瓷結合劑，6號組織，平型砂輪，其尺寸為。 5.8.1.2 切削用量的選擇。砂輪轉速，（雙行程）。 軸向進給量 工件速度 徑向進給量 5.8.1.3 切削工時 式中 L 加工長度40.5 單邊加工余量，0.5 系數(shù)，1.55 工作臺移動速度 工作臺往返一次砂輪軸向進給量 工作臺往返一次砂輪徑向進給量 =0.00837 5.8.2 確定磨削的磨削用量 已知條件與上面一樣，現(xiàn)在來計算切削工時 = =0.00837 5.8.3 確定磨削的磨削用量 已知條件與上面一樣，現(xiàn)在來計算切削工時 ==0.00372 6 夾具設計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具 和老師商量后決定，設計2套專用夾具，第一套用來車削外圓的頂尖夾具，第二套用來鉆孔的專用夾具，車削刀具為硬質合金車刀，鉆孔為高速鋼麻花鉆，它們分別對工件進行加工。我們先設計車削夾具，后在設計鉆孔夾具。 6.1車削頂尖夾具的設計 6.1.1 問題的提出 夾具的種類很多，有通用夾具，專用夾具和組合夾具等，本夾具是用來車削粗車和半精車半軸的外圓和臺階面的，由于本零件比較特殊，為了使定位誤差為零 ，我們設計基準為半軸左右兩邊的的頂尖位置，作為主要的基準。 在刀具方面我們選用硬質合金車刀刀具加工。 6.1.2 確定定位方案，設計定位元件 工件上的加工為車削軸的外圓，故應按完全定位設計夾具，并力求遵守基準重合原則，以減少定位誤差對加工精度的影響，所以根據(jù)半軸本身的加工特點來選擇定位的方式。 由于半軸的長度相對較長，而直徑較小，所以給車削加工的夾具設計帶來一定的困難，而且不加工表面的粗糙度又較大，所以選擇在不加工表面夾緊定位加工時不能夠滿足要求的，所以我們選擇用兩邊的頂尖夾緊，來實現(xiàn)定位加工。 6.1.3夾緊力計算： 計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。本工序在車削加工過程中切削力為圓周切削分力，因此，在計算夾緊力時可以不計算徑向切削分力和軸向切削分力。為保證夾緊可靠，應將理論夾緊力乘上安全系數(shù)作為工件加工時所需要的夾緊力。即：，即：，其中，查《機床夾具設計手冊》表1-2-1得：；；1.15；；；；，所以=2.691。查《機床夾具設計手冊》表1-2-7得：，表1-2-8得，其中，查《機床夾具設計手冊》表1-2-1得：；；；；，所以=1.9。所以因此，實際所需要的夾緊力為。 由于兩端是頂尖裝夾，左頂尖直接裝夾在機床尾座上，有頂尖裝夾在機床主軸上，所以加緊力是滿足要求的。 6.2繪制夾具總體圖 當上述各種元件的結構和布置確定之后，也就基本上決定了夾具體和夾具整體結構的型式。 繪圖時先用雙點劃線（細線）繪出工件，然后在各個定位面繪制出定位元件和夾緊機構，就形成了夾具體。并按要求標注夾具有關的尺寸、公差和技術要求。 6.3鉆孔專用夾具的設計 6.3.1 問題的提出 本夾具是用來加工半軸右邊圓盤上面6個的孔，由于我們選擇在立式鉆床上加工，所以選擇的定位基準是圓盤上面的臺階面，設計夾具時，我們要滿足一些基本要求：應有足夠的強度和剛度，結構簡單具有良好的工藝性，尺寸穩(wěn)定和便于排屑等。 為了提生產(chǎn)效率，我們選用高速鋼麻花鉆刀具加工。 6.3.2 確定定位方案，設計定位元件 工件上的加工孔為通孔，沿孔軸線方向的自由度可不予以限制，但是為增強加工時工件的剛性，必定限制孔軸線方向的自由度，故應按完全定位設計夾具，并力求遵守基準重合原則，以減少定位誤差對加工精度的影響。 由于工件在鉆Φ14mm孔時，采用圓盤上面的臺階面定位，這樣，既增加了工件的穩(wěn)定性，又兼顧了基準重合原則。為實現(xiàn)定位方案，所使用的定位元件：用鉆磨板與臺階面直接接觸，在用兩邊的螺栓夾緊，可以限制工件的6個不定度，達到完全定位。工件下面直接放在座子上面起輔助支承，不起定位作用。 6.3.3 夾緊力計算： 計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。本工序在鉆削加工過程中切削力分解為切削扭矩和軸向切削力，因軸向切削力的作用方向與夾具的夾緊方向相同，有助于工件的夾緊，因此，在計算夾緊力時可以不計算軸向切削力。為保證夾緊可靠，應將理論夾緊力乘上安全系數(shù)作為工件加工時所需要的夾緊力。即：，其中，查《機床夾具設計手冊》表1-2-1得：；；1.15；；；；，所以=2.691。查《機床夾具設計手冊》表1-2-7得：，表1-2-8得，，鉆頭的直徑為d=Φ9.8mm，所以，。因此，實際所需要的夾緊力為。 夾緊機構采用螺旋夾緊機構，機構的傳動效率為，單個螺旋夾緊產(chǎn)生的夾緊力為：，查《機床夾具設計手冊》表1-2-20，得=18.67mm，表1-2-21，得=11.0255mm，，表1-2-22，得。。==2222.34N。則作用在活動壓塊上的夾緊力為：夾緊機構受力如圖2所示。 所以 == 53088 圖2 夾緊機構受力示意圖 因 ＜，所以該螺旋機構能滿足鉆削加工要求。 6.4繪制夾具總體圖 當上述各種元件的結構和布置確定之后，也就基本上決定了夾具體和夾具整體結構的型式。 繪圖時先用雙點劃線（細線）繪出工件，然后在各個定位面繪制出定位元件和夾緊機構，就形成了夾具體。并按要求標注夾具有關的尺寸、公差和技術要求。 7 位置量規(guī)設計 設計下圖所示的位置量規(guī)。 ㈠ 結構分析 1 分析 ⑴ 零件有一處位置公差要求 1)基準F 2)基準G ⑵ 被測要素均為中心要素,且遵守相關原則。 2 結構設計 工作部位本例按同時檢驗設計。位置量規(guī)設計成主體量規(guī)和輔助(活動)量規(guī)。 技 術 要 求 材料 倒棱0.5去毛刺 40 圖1-1 工件 ⑴ 主體結構見圖1-2（有關工作部位尺寸由計算決定）。 ⑵ 量規(guī)（活動）輔助量規(guī)結構見圖將在圖紙上面繪制。 ㈡ 工作部位尺寸計算 ⑴ 量規(guī)公差 根據(jù)，分別由表4-3和表4-4 序號查得 ⑵ 按公式計算位置量規(guī)工作部分尺寸 （由工作者確定，現(xiàn)若取為14） 圖1-2 主體量規(guī) 一 夾具設計 在機械制造中，為完成需要的加工工序、裝配工序及檢驗工序等，使用著大量的夾具。利用夾具，可以提高勞動生產(chǎn)率，提高加工精度，減少廢品；可以擴大機床的工藝范圍，改善操作的勞動條件。因此，夾具是機械制造中的一項重要的工藝裝備。按夾具的應用范圍分類有：通用夾具、專用夾具、成組夾具、組合夾具；按夾具上的動力源分類有：手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具、切削力及離心力夾具。 （一）夾具設計的基礎理論 一個好的機床夾具，首先要保證能加工出合格的產(chǎn)品。為此，所設計的夾具首先應滿足以下兩項要求： (1)在未受外力作用時，加工件對刀具和機床應保持正確的位置，即加工件應有正確的定位。(2)在加工過程中，作用于加工件上的各種外力，不應當破壞加工件原有的正確定位即對加工件應有正確的夾緊。 （二）定位原理 在機械加工中，我們要求加工出來的表面．對加工件的其它表面保持規(guī)定的位置尺寸。因為加工表面是由切削刀具和機床的綜合運動所造成，所以在加工時，必須使加工件上的規(guī)定表面(線、點)對刀具和機床保持正確的位置才能加工出合格的產(chǎn)品。 ⑴ 定位原理 把加工件上的規(guī)定表面(線、點)與夾具上的規(guī)定表面(線、點)相互靠住的這一措施，叫做夾工件在夾具中的定位。該加工件上的這種規(guī)定表面(線、點)稱為定位基準。 ⑵ 定位基本原理在夾具設計中的應用 自由物體定位的基本原理：自由的物體，它對三個互相垂直的坐標面來說，有六種活動的可能性，其中三種是移動，三種是轉動，習慣上，我們把這種活動的可能性稱為自由度。當物體的六個自由度被完全限制后，該物體在空間的位置也就完全確定了，所以定位就是限制自由度；在夾具中限制加工件的自由度在夾具中，使加工件的規(guī)定表面與定位元件接觸，就能限制自由度。定位元件所能限制的自由度數(shù)與定位元件的形式、數(shù)量及布置情況有關；夾具中的超定位如果兩種定位元件均能限制加工件的同一個自由度時，就發(fā)生了超定位，超定位能產(chǎn)生一些不良后果。如使定位不穩(wěn)定，降低了定位精度；因加工件定位基準間的誤差，使加工件裝不進夾具等。在設計中應盡量避免超定位。 （三）夾緊原理 在生產(chǎn)實踐中，盡管定位方式是合理的，但由于夾緊狀態(tài)不良(即夾緊力的大小、方向、作用點和支承的位置選擇不當)可能出現(xiàn)如下問題：①加工件飛出夾具，打壞刀具，造成安全事故；②加工出來的位置尺寸不準確；③ 加工表面產(chǎn)生形位公差(如不平度、不垂直度)；① 加工表面粗糙度高等。因此，當加工件正確定位后．還需要獲得良好的夾緊狀態(tài)。使加工件獲得良好的夾緊狀態(tài)的措施，叫做正確的夾緊。 ⑴ 加工件的正確夾緊原則 1.在夾緊過程中，如何克服重力的影響，把加工件壓回正確位置，是正確夾緊原則之一。所以在考慮定位方案及設置定位支承時，應盡可能使支承反力與重力不構成力偶，使加工件重心位于支承范圍內。 2.在夾緊過程中，如何使已獲得正確定位的加工件不脫離正確位置，是正確夾緊原則之二。所以，在制定夾緊方案時，應盡可能避免夾緊力與支承反力構 成力偶。 3.在夾緊過程中，如何使加工件不產(chǎn)生超出允許范圍的變形，是正確夾緊原則之三。所以在制定夾 緊方案時，對于剛性較差的加工件，應盡可能避免產(chǎn)生或應盡可能減小由夾緊力產(chǎn)生的彎曲力矩。 4.在切削過程中，如何避免加工件發(fā)生不能允許的振動，是正確夾緊原則之四。所以，在制定夾緊方案時，對于剛性較差的加工件，應盡可能避免產(chǎn)生或應盡可能減小由切削力產(chǎn)生并作用于加工件上的彎曲力矩。 5.如何使平衡切削力所需要的夾緊力最小，是正確夾緊原則之五。所以，在制定夾緊方案時，切削力最好由支承反力平衡，而盡可能避免用夾緊力及由夾緊力產(chǎn)生的摩擦力平衡。 （四）簡述計算機設計專用夾具 專用夾具是為完成某一工件的某一工序而專門設計的工藝設備。與組合夾具相比，專用夾具具有以下特殊的優(yōu)點：(1)能確保工件的加工精度；(2)總體方案與生產(chǎn)綱領相適應；(3)操作方便，能減輕工人的勞動強度；(4)便于排屑，有良好的結構工藝性。傳統(tǒng)的專用夾具設計需要耗費大量的時間進行設計計算，需要經(jīng)驗豐富的夾具設計人員來完成，勞動量大，效率低。20世紀80年代以來，將計算機技術應用到夾具設計中一直是機械領域研究的課題之一。傳統(tǒng)夾具設計理論與先進的計算機技術相結合而開發(fā)出的各種CAFD系統(tǒng)成為專用夾具新的設計方法。 最初的交互式設計系統(tǒng)是由設計人員簡單應用CAD軟件的圖形功能，建立一個標準夾具元件數(shù)據(jù)庫，設計者根據(jù)經(jīng)驗選擇元件，并裝配成夾具。隨后開發(fā)的CAFD系統(tǒng)建立了定位方法選擇、工件信息檢索等模塊，大大提高了CAFD系統(tǒng)的實用性。這些都是基于二維平臺開發(fā)的。隨著計算機技術的發(fā)展，三維繪圖成了計算機輔助設計的有力工具。多數(shù)三維繪圖軟件都建立了標準件庫，同時允許用戶建立自己的元件庫。這為交互式夾具設計提供了更好的平臺交互式夾具設計步驟以傳統(tǒng)夾具設計步驟為基礎。首先根據(jù)工件特征、工序信息及夾具信息，調用有關的程序和數(shù)據(jù)協(xié)助技術人員來完成夾具的定位方案、導向方案、夾緊方案的設計，并通過人機交互的方式完成各功能元件和部件的選擇和設計。然后進入三 維繪圖環(huán)境，采用人工交互的方式進行參數(shù)化驅動，以獲得尺寸滿足要求的零件和部件，裝配后繪出裝配圖和零件圖。交互式夾具設計系統(tǒng)適合于開發(fā)新產(chǎn)品和需要加工新工件、沒有已有夾具信息可以利用的情況。對于大多數(shù)制造業(yè)企業(yè)來說，待加工的工件相似性高，因此要設計的夾具只需要在尺寸或結構上進行部分修改，這就使夾具設計中重復性工作多，需要繁瑣的人工繪圖工作。如何充分利用已有夾具信息成為CAFD系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。因此基于實例推理的夾具設計理論得到了發(fā)展和實際應用。 CAPP在世界范圍內掀起的熱潮，又由于工藝和夾具的密切聯(lián)系而后者又有其獨立性，推動了計算機輔助夾具設計系統(tǒng)的研究和開發(fā)。FMS和CIMS的興起和開發(fā)，迫切需要柔性夾具實現(xiàn)快速生產(chǎn)準備。同時，以計算機輔助夾具設計系統(tǒng)為基礎的夾具信息系統(tǒng)是CIMS中信息集成的一個重要環(huán)節(jié)。根據(jù)國內外現(xiàn)已開發(fā)的夾具設計軟件系統(tǒng)，計算機輔助夾具設計是目前比較成熟的夾具設計系統(tǒng)。計算機輔助夾具設計可歸納為四種方法：部分自動化的夾具設計、夾具自動設計(AFD)法、參數(shù)夾具設計、據(jù)已有夾具方案進行夾具設計。 （五）夾具設計技術的發(fā)展趨勢 由于CAD/CAM系統(tǒng)的迅速發(fā)展以及越來越廣泛使用的多軸CNC機床，使得對形狀復雜工件的設計和加工過程控制的自動化程度要求越來越高。因此對夾具設計方法提出了更高的要求，它不僅能將CAD/CAM系統(tǒng)有效地聯(lián)接起來，同時應能適用于各種形狀的工件。以組合夾具元件為基礎的夾具自動設計(AFD)將是夾具設計的一個主要發(fā)展趨向。組合夾具自動設計系統(tǒng)可分為兩種類型，一種是在CAD基礎上的擴展系統(tǒng)；另一種是經(jīng)驗法則的專家系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)目前都還不完善，為了將這些設計系統(tǒng)應用于生產(chǎn)實踐，必須建立更大數(shù)量的“規(guī)則”以擴展專家系統(tǒng)；在理論上通過分析研究工件和夾具間關系的基本規(guī)律，建立起一些新的理論基礎；另外，在開發(fā)、研究AFD軟件系統(tǒng)的同時，夾具硬件設計的研究也必須同時進行，以增強整個夾具設計的自動化程度。 另一方面，計算機技術的發(fā)展為夾具設計提供了有利的工具。CAFD系統(tǒng)已經(jīng)從對二維繪圖軟件的二次開發(fā)發(fā)展到實現(xiàn)與三維繪圖軟件的集成設計，使夾具的結構表達更清晰。三維繪圖軟件成為CAFD 的有利工具。隨著CIMS、并行工程和敏捷制造技術的發(fā)展，企業(yè)對CAFD的需求也越來越迫切 。歸納目前CAFD系統(tǒng)的研究方向主要包括以下幾個方面： (1)集成化。CAFD是生產(chǎn)準備的重要部分。確定該工序所使用的夾具，給出夾具的裝配圖和零件圖是連接CAD 與CAM 的橋梁。集成化的CAFD應首先實現(xiàn)與CAPP的集成。集成化是CAFD系統(tǒng)發(fā)展的必然方向，是企業(yè)信息集成的必然要求。 (2)標準化。標準化是提高CAFD 系統(tǒng)適應性和促進集成的基礎。功能模塊標準化將有利于實現(xiàn)CAFD系統(tǒng)與CAPP的集成。 (3)并行化。以往的CAFD總是在CAPP制定完所有工序之后才開始進行，并行化則強調CAFD 與CAPP并行實現(xiàn)。CAFD并行化的發(fā)展將更加提高夾具設計效率，縮短生產(chǎn)準備周期。 小結 半軸的工藝及工裝設計設計中，主要完成了加工工藝過程的編制，設計了2套夾具，一套是用來車削半軸的外圓，另一套是用來鉆削半軸圓盤上的6個均勻分布的小孔，最后設計了組合量規(guī)。 參考文獻 [1] 王啟平.機床夾具設計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1996.1～134,207～249. 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