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設計
題 目 異形杠桿零件車削夾具設計與零件加工
院 系
專 業(yè)
年 級
學生學號
學生姓名
指導教師 職稱
完成畢業(yè)論文時間 2013 年 5 月
II
目 錄
摘 要 I
第一章 緒論 1
1.1 夾具概述 1
1.1.1 夾具概念 1
1.1.2 夾具的主要功能 1
1.1.3 夾具的分類 1
1.2 夾具的組成 1
1.3 夾具研究的目的和意義 2
1.4 夾具設計研究現(xiàn)狀、發(fā)展方向與要求 2
第二章 零件分析 4
2.1 零件圖工藝性分析 4
2.1.1 零件結構功用分析 4
2.1.2 零件技術條件分析 4
2.1.3 零件結構工藝性分析 4
2.1.4 零件圖 4
2.2 毛坯選擇 5
第三章 機械加工工藝規(guī)程制訂 7
3.1 機加工工藝路線確定 7
3.1.1 加工方法分析與確定 7
3.1.2 加工順序的安排 7
3.2 設備及其工藝裝備確定 7
3.3 切削用量及工時定額確定 7
第四章 夾具設計 11
4.1 概述 11
4.2 定位方案確定 11
4.3 夾具設計及操作的簡要說明 11
4.4 切削力及夾緊力的分析計算 14
4.5 定位誤差的分析與計算 14
第五章 刀具和量具的設計 16
5.1 刀具的設計 16
5.2 量具的設計 17
5.2.1 量具類型確定 17
5.2.2 極限量具尺寸公差確定 17
結 論 18
致 謝 語 19
參 考 文 獻 20
Abstract 21
附 錄 22
異型杠桿零件車削夾具設計與零件加工
摘 要 機械加工工藝是實現(xiàn)產(chǎn)品設計，保證產(chǎn)品質量，節(jié)約能源，降低消耗的重要手段。異形杠桿是可用于連接其他零件起到杠桿支撐原理的零件，對異形杠桿的基本要求是高強度、高韌性、高耐磨性和回轉平穩(wěn)性。本課題以該異型杠桿為研究對象，通過對異型杠桿零件圖的分析，明確了零件的結構特點及技術要求，擬訂了較為合理的機械加工工藝規(guī)程，編制了詳細的機械加工工藝卡。在確定零件裝夾定位方案的基礎上，完成了異型杠桿車削夾具設計，該夾具簡單可靠，保證了被加工零件的形狀位置精度，提高了生產(chǎn)率。最后根據(jù)設計標準，制作了夾具實物模型。
關鍵詞 異型杠桿 加工工藝 夾具設計 零件
I
第一章 緒論
1.1 夾具概述
1.1.1 夾具概念
夾具是在機械制造過程中，用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受加工或檢測并保證加工要求的機床附加裝置，簡稱為夾具。在我們實際生產(chǎn)中夾具的作用是將工件定位，以使加工工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。
1.1.2 夾具的主要功能
在機床上加工工件的時候，必須用夾具裝好夾牢所要加工工件。將工件裝好，就是在機床上確定工件相對于刀具的正確位置，這一過程稱為定位。將工件夾緊，就是對工件施加作用力，使之在已經(jīng)定好的位置上將工件可靠地夾緊，這一過程稱為夾緊。從定位到夾緊的全過程，稱為裝夾。
1.1.3 夾具的分類
夾具的種類很多，形狀千差萬別。為了設計、制造和管理的方便，往往按某一屬性進行分類。目前中國常用夾具有通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合夾具和自動線夾具等五大類。
（1）通用夾具
通用夾具是指結構、尺寸已規(guī)格化，且具有一定通用性的夾具。其優(yōu)點是適應性強、不需要調整或稍加調整即可裝夾一定形狀和尺寸范圍內(nèi)的各種工件。這類夾具已商品化。如三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、臺虎鉗、萬能分度頭、頂尖、中心架、電磁吸盤等。采用這類夾具可縮短生產(chǎn)準備周期，減少夾具品種，從而減低生產(chǎn)成本。其缺點是夾具的加工精度不高，生產(chǎn)率較低且較難裝夾形狀復雜的工件，故適用于單件小批量生產(chǎn)中。
（2）專用夾具
專用夾具是針對某一工件的某一道工序的加工要求而專門設計和制造的夾具。特點是針對性強。適用于產(chǎn)品相對穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。
（3）可調夾具
夾具的某些元件可調整或可更換，以適應多種工件的夾具，稱為可調夾具。它還分通用可調夾具和成組夾具兩類。
（4）組合夾具
組合夾具是由可循環(huán)使用的標準夾具零部件（或專用零部件）組裝成易于連接和拆卸的夾具。根據(jù)被加工零件的工藝要求可以很快地組裝成專用夾具，夾具使用完畢，可以方便地拆開。夾具主要應用在單件，中、小批量多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工中，是一種較經(jīng)濟的夾具。
（5）自動線夾具
自動線夾具一般分為兩種，一種為固定式夾具，它與專用夾具相似；另一種為隨行夾具，使用中夾具隨工件一起運動，并將工件沿著自動線從一個工位移至下一個工位進行加工。
1.2 夾具的組成
雖然夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。將各類夾具中作用相同的結構或元件加以概括，可得出夾具一般所共有的以下幾個組成部分，這些組成部分既相互獨立又相互聯(lián)系。
（1）定位支承元件
定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影響工件加工的精度。
（2）夾緊裝置
夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。
（3）定向裝置
這種元件用于將夾具與機床連接并確定夾具對機床主軸、工作臺或導軌的相互位置。
（4）對刀元件或導向元件
這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工中正確位置的元件稱為對刀元件，用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件稱為導向元件。
（5）其他裝置或元件
根據(jù)加工需要，有些夾具上還設有分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機構、電動扳手和平衡塊等，以及標準化了的其它聯(lián)接元件。
（6）夾具體
夾具體是夾具的基體骨架，用來配置、安裝各夾具元件使之組成一整體。常用的夾具體為鑄件結構、鍛造結構、焊接結構和裝配結構，形狀有回轉體形和底座形等形狀。
上述各組成部分中，定位元件、夾緊裝置、夾具體是夾具的基本組成部分。
1.3 夾具研究的目的和意義
夾具最早出現(xiàn)在1787年，至今經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。第一階段表現(xiàn)為夾具與人的結合。在工業(yè)發(fā)展初期。機械制造的精度較低，機械產(chǎn)品工件的制造質量主要依賴勞動者個人的經(jīng)驗和手藝，而夾具僅僅作為加工工藝過程中的一種輔助工具；第二階段是隨著機床、汽車、飛機等制造業(yè)的發(fā)展，夾具的門類才逐步發(fā)展齊全。夾具的定位、夾緊、導向（或對刀）元件的結構也日趨完善，逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)的主要工藝裝備之一；第三階段，即近代由于世界科學技術的進步及社會生產(chǎn)力的迅速提高，夾具在系統(tǒng)中占據(jù)相當重要的地位。這一階段的主要特征表現(xiàn)為夾具與機床的緊密結合。夾具的現(xiàn)狀及生產(chǎn)對其提出新的要求。
異形杠桿的加工工藝及夾具設計為本課題的研究內(nèi)容，對此研究查閱了大量的資料，首先明白機械加工工藝過程就是用切削的方法來改變毛坯的形狀、尺寸和材料的物理機械性質，使之成為具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。而編制機械加工工藝過程對零件的加工難易程度和準確性都有很大的關系。
異形杠桿生產(chǎn)批量較大，一些加工部位使用專用夾具，可減輕操作人員的勞動強度，縮短零件加工的輔助時間，提高工作效率，便于實現(xiàn)自動化。
1.4 夾具設計研究現(xiàn)狀、發(fā)展方向與要求
現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場激烈競爭，盡管國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明中不批，多品種生產(chǎn)的工件已占工件種類數(shù)的85%左右。然而目前，一般企業(yè)習慣與采用傳統(tǒng)的專用夾具，在一個具有中等生產(chǎn)的能力工廠中約擁有13000～15000套專用夾具。另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，約隔4年就要更新80%左右的專用夾具，而夾具的實際磨損量只有15%左右，特別最近年來柔性制造系統(tǒng)（FMS）、數(shù)控機床（NC），加工中心（MC）成組加工（GT）等新技術被應用和推廣，使中小批生產(chǎn)的生產(chǎn)率逐步趨近于大批量生產(chǎn)的水平。
現(xiàn)代夾具的發(fā)展方向表現(xiàn)為精密化、高效化、柔性化、標準化等四個方面：
（1）精密化
隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必也相應提高對其精度要求。精密化夾具的結構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度值可達正負0.1o，用于精密車削的高精度三爪卡盤，其定心精度為5um，又如用于軸承套圈磨削的電磁無心夾具，工件的圓讀可達0.2～0.5um。
（2）高效化
高效化夾具主要用來減少工件加工的機動時的和輔助時的，以提高勞動生產(chǎn)率，減少工人勞動強度，常見的高效化夾具有：自動化夾具、高速化夾具、具有夾緊動力模塊的夾具等。例如使用電動虎鉗裝夾工件，可使工件效率比普通虎鉗提高5倍左右；而高速卡盤則可保證卡爪在轉速9000r/min的條件下能正常夾緊工件，使切削速度大幅度提高。
（3）柔性化
夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是通過組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等，具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調夾具、成組夾具、模塊夾具、數(shù)控夾具等，在較長時間內(nèi)，夾具的柔性化趨向將是夾具發(fā)展的主要方向。
（4）標準化
夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面，在制造典型夾具結構的基礎上，首先進行夾具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近的夾具元件和部件的形成：舍棄一些功能低劣的結構，通用化方法包括：夾具、部件、元件、毛坯和材料的通用化夾具的標準化階段是通用化的深入，并為工作圖的審查創(chuàng)造了良好的條件。目前，我國已有夾具零件、部件的國家標準：GB2148～2249-80，GB2262～2269-80，以及通用夾具標準、組合夾具標準等。夾具的標準化也是夾具柔性化高效化的基礎，作為發(fā)展趨勢，這類夾具的標準化，有利于夾具的專業(yè)化生產(chǎn)和有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。
夾具是一種能夠使工件按一定的技術要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝備，它廣泛地運用于機械加工，檢測和裝配等整個工藝過程中。在現(xiàn)代化的機械和儀器的制造業(yè)中，提高加工精度和生產(chǎn)率，降低制造成本，一直都是生產(chǎn)廠家所追求的目標。正確地設計并合理的使用夾具，是保證加工質量和提高生產(chǎn)率，從而降低生產(chǎn)成本的重要技術環(huán)節(jié)之一。同時也擴大各種機床使用范圍必不可少重要手段。
綜上所述，現(xiàn)代生產(chǎn)對夾具提出了如下新的要求：
（1）快速方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)以縮短生產(chǎn)準備周期；
（2）裝夾一組相似性特征的工件；
（3）用于精密加工的高精度的機床；
（4）用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型技術；
（5）使用液壓汞站等為動力源的高效夾緊裝置，進一步提高勞動生產(chǎn)率。
第二章 零件分析
2.1 零件圖工藝性分析
2.1.1 零件結構功用分析
異形杠桿是可用于連接其他零件起到杠桿支撐原理的零件。本異形杠桿零件兩端為圓柱體，一端有鉆Ф10孔，其要求有較高的表面粗糙度、較高的強度和回轉穩(wěn)定性。
2.1.2 零件技術條件分析
（1）異形杠桿本身精度：
外圓φ20h7尺寸公差等級IT11，表面粗糙度Ra為1.6μm，φ10H7尺寸公差等級為IT14，表面粗糙度Ra為0.8μm，其它加工面粗糙度為3.2μm，中心距離φ50±0.01尺寸公差等級為IT16級，φ10H7相對與基準面A的平行度為0.02。
（2）加工此零件時，應盡量統(tǒng)一定位基準，減少裝夾次數(shù)，這樣有利于保證零件的加工精度。
2.1.3 零件結構工藝性分析
此異形杠桿是由兩個回轉體和平面組成，由零件圖可知，該零件結構較為簡單，但零件精度要求高，零件選用材料HT200，該材料用于強度要求不高的一般鑄件，不用人工時效，有良好的減振性，鑄造性能好。對異形杠桿的基本要求是高強度、高韌性、高耐磨性和回轉平穩(wěn)性，因而安排異形杠桿加工過程應考慮到這些特點。
2.1.4 零件圖
異形杠桿二維零件圖如圖2-1所示，solidworks生成的零件三維圖如圖2-2所示。
圖2-1 異型杠桿零件圖
圖2-2 異型杠桿三維圖
2.2 毛坯選擇
（1） 毛坯類型確定
根據(jù)零件材料為HT200，確定毛坯為鑄件。由于本零件要求生產(chǎn)批量為中批量生產(chǎn)，毛坯鑄造方法選用金屬型鑄造（查機械加工工藝設計資料 P4表1.2-1），鑄造的毛坯尺寸公差等級為8級（查機械加工工藝設計資料 P6表1.2-5），選擇錯型值為0.7（查機械加工工藝設計資料 P6表1.2-4）。
（2）毛坯余量確定
對于批量生產(chǎn)的鑄件加工余量（查機械加工工藝設計資料 P7表1.2-7），初步將本零件的加工余量定為1.5mm，毛坯尺寸偏差由表1.2-2查得為1.0mm。
（3）毛坯尺寸的確定
根據(jù)零件圖2-1可知，杠桿左邊Ф20h7外圓及端面需切削加工，故留加工余量1.5mm至尺寸Ф23×31.5（見圖2-3異型杠桿毛坯圖）。
圖2-1所示杠桿右下方Ф20外圓不加工，故不留加工余量，但其左右兩個端面要切削加工，故在長度方向留加工余量共3mm，內(nèi)孔Ф10H7不鑄出，后續(xù)通過車床鉆孔和精車制出。因此，杠桿右下部尺寸確定為Ф20×29。
其余表面為無切削加工，毛坯尺寸與零件圖尺寸相同。
綜上，毛坯形狀及尺寸如圖2-3所示。
圖2-3 異型杠桿毛坯圖
第三章 機械加工工藝規(guī)程制訂
3.1 機加工工藝路線確定
3.1.1 加工方法分析與確定
該零件是異形杠桿，中批量生產(chǎn)。由于此零件較為簡單，但精度要求較高，為保證加工精度和表面粗糙度的要求，應盡量減少裝夾次數(shù)，統(tǒng)一定位基準，由于該異形杠桿是由回轉體和平面組成，根據(jù)具體需要初步確定的加工方法有車、銑、鉆等。
3.1.2 加工順序的安排
本著先粗后精、先主后次、基準先行、先面后孔的原則安排加工順序，逐步提高加工精度。切削加工的順序是：
（1）在銑床上銑削杠桿毛坯右下部Ф20×29圓柱左右兩個端面，使其長度至最終尺寸26。
（2）以杠桿毛坯右下部Ф20×29外圓及端面定位，粗精車毛坯左上部Ф23×31.5外圓和端面至最終尺寸Ф20h7×30。
（3）用專用夾具裝夾（夾具見第四章），在車床上鉆、半精車、精車杠桿右下部孔Ф10H7至最終尺寸。
綜上，異形杠桿從毛坯至成品的成型工藝過程如下：
1、鑄：毛坯鑄造、清理
2、熱處理：正火
3、銑削右下部Ф20×29圓柱左右兩個端面，倒角C1.5。
4、粗精車毛坯左上部Ф20h7×30外圓和端面。
5、專用夾具裝夾，在車床上鉆、半精車、精車杠桿右下部孔Ф10H7，倒角C1.5。
6、去毛刺（在所有側面去除機械加工所留下的毛刺）
7、清洗吹凈：在乳化液中清洗異形杠桿，保證沒有鐵削、油污和其他贓物，清洗時間不少于3min，清洗的同時通入壓縮空氣以提高清洗效果，清洗后用壓縮空氣吹凈零件，并用擦布擦凈表面。
8、檢驗
9、入庫
3.2 設備及其工藝裝備確定
所用的設備有：CA6140車床、臥式銑床、清洗機、檢驗臺。
夾具有：三爪自定心卡盤、虎鉗、孔加工專用夾具。
刀具有：車刀、銑刀、鉆頭。
量具有：千分尺、游標卡尺，卡規(guī)、檢驗心軸（用于安裝到Ф10H7內(nèi)孔中檢測零件圖2-1所示中心距50±0.01。
3.3 切削用量及工時定額確定
（1）工序一：銑Ф20×29左右兩端面
刀具：硬質合金端銑刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》，選擇刀具前角γo＝18°后角αo＝10°,主偏角Kr=60°,副偏角Kr’=8°，D=100mm，齒數(shù)Z=8。
① 銑左端面
A、背吃刀量
因為切削量較小，故可以選擇ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需深度。
B、進給量
機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08～0.8mm/z。選較小量f=0.3mm。
按《切削手冊》表14，查得 Vf＝150m/min(2.6m/s)，n=400r/min。
C、工時
取刀具切入長度L1=10mm，刀具切出長度L2=10mm，走刀次數(shù)為2，機動時間：
基本時間Tj =(L1+L2+1.5)/ Vf＝8.3S
② 銑右端面
其背吃刀量、進給量、工時與①銑左端面相同。
所以工序一所需總的基本時間Tj＝8.3S×2=16.6S
輔助時間Tf＝20%Tj=20%×16.6=3.3s
作業(yè)時間Tg=Tj+Tf=16.6+3.3=19.9s
布置工地時間Tb=5%Tg=5%×19.9=1s
休息和生理需要時間Tx=3%Tg=3%×19.9=0.6s
準備和終結時間Tz=3%Tg=3%×202.2=0.6s
所以，單件工時定額Tdj=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz=16.6+3.3+1+0.6+0.6=22.1s
（2） 工序二：粗、精車Ф23×31.5外圓及端面
① 粗、精車Ф23×31.5端面
粗車端面留0.2mm余量，因此粗車ap=1.3mm，精車ap=0.2mm。
根據(jù)粗切削速度v=S×F=600×0.2=120mm/min
根據(jù)精切削速度v=S×F=800×0.1=80mm/min
切削的半徑值為10mm
基本時間Tj=10mm÷120mm/min+10mm÷80mm/min=12.5s
② 粗、精車Ф23×31.5外圓
粗車外圓留0.2余量，因此粗車ap=1.3mm，精車ap=0.2mm
根據(jù)粗切削速度v=S×F=600×0.2=120mm/min
根據(jù)精切削速度v=S×F=800×0.1=80mm/min
車削的長度30mm
基本時間Tj=2×30mm÷120mm/min+30mm÷80mm/min=34.5s
所以工序二所需總的基本時間Tj＝12.5+34.5=47s
輔助時間Tf＝20%Tj=20%×47=9.4s
作業(yè)時間Tg=Tj+Tf=47+9.4=56.4s
布置工地時間Tb=5%Tg=5%×56.4=2.8s
休息和生理需要時間Tx=3%Tg=3%×56.4=1.7s
準備和終結時間Tz=3%Tg=3%×56.4=1.7s
所以，單件工時定額Tdj=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz=34.5+9.4+2.8+1.7+1.7=50.1s
(3） 工序三：鉆、半精車、精車Ф10H7孔
鉆孔Ф10的毛坯到Ф8；半精車孔到Ф9.8；精車孔到Ф10H7
① 鉆Ф10H7孔
因為切削量較小，故可以選擇ap=0.4mm，一次走刀即可完成所需長度。
查《切削手冊》f=0.08～0.8mm/z。選較小量f=0.6mm。
按《切削手冊》表14，查得 Vf＝1.6m/min，n=15r/min。
切削的半徑值為10mm
查機械加工工時表，得L2=3.19；S=0.1～0.15(根據(jù)經(jīng)驗實際所需) 取0.12，V=800～1000（同樣根據(jù)經(jīng)驗實際所需）取900。
基本時間Tj=（H+L2）/(V×S)=（10+3.19）/（900×0.12）=0.12min=7.3s
② 半精車Ф10H7孔
因為切削量較小，故可以選擇ap=4.9mm，一次走刀即可完成所需長度。
機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08～0.8mm/z。選較小量f=0.2mm。
按《切削手冊》表14，查得 Vf＝3m/min，n=15r/min。
③ 精車Ф10H7孔
因為切削量較小，故可以選擇ap=5mm，一次走刀即可完成所需長度。
機床功率為10kw。查《切削手冊》f=0.08～0.8mm/z。選較小量f=0.1mm。
計算切削速度和主軸轉速：
計算切削速度 按《切削手冊》表14，查得 Vf＝5m/min，n=15r/min。
根據(jù)粗切削速度v=S×F=600×0.2=120mm/min
精切削速度v=S×F=800×0.1=80mm/min
切削的值為26mm
基本時間Tj=2×26mm÷120mm/min+26mm÷80mm/min=45.5s
所以工序一所需總的基本時間Tj＝45.5+7.3=53.8s
輔助時間Tf＝20%Tj=20%×53.8=10.76s
作業(yè)時間Tg=53.8+10.76=64.56s
布置工地時間Tb=5%Tg=5%×64.56=3.2s
休息和生理需要時間Tx=3%Tg=3%×64.56=1.9s
準備和終結時間Tz=3%Tg=3%×64.56=1.9s
所以，單件工時定額Tdj=53.8+10.76+3.2+1.9+1.9=61.6s
根據(jù)上述分析計算，異形杠桿的機械加工工藝卡見表3-1。
表3-1 機械加工工藝卡
重慶三峽學院機械工程學院
機械加工工藝卡片
產(chǎn)品名稱或代號
零件名稱
材料
零件圖號
搖臂
HT200
工序號
工序內(nèi)容
設備
夾具
刀具
切削用量
量具
工時
（s）
主軸轉速
r/min
進給量mm/min
背吃刀量
mm
01
銑Ф20×29左右兩端面
X51
臺虎鉗
端銑刀
400
150
1.5
游標卡尺
22.1
02
粗精車Ф23×31.5外圓和端面
CK6150
專用夾具
外圓刀
600/800
120/80
1.3/0.2
游標卡尺
50.1
03
鉆、半精車、精車Ф10H7孔
CK6150
專用夾具
麻花鉆、內(nèi)孔粗車刀、內(nèi)孔精車刀
500/600/800
150/120/80
0.4/0.49/0.5
塞規(guī)
61.6
第四章 夾具設計
4.1 概述
利用本夾具主要用來鉆削和車削杠桿右下部Ф10H7孔。加工時除了要滿足尺寸精度和表面粗糙度的要求外，還應滿足孔軸線對杠桿左上部Φ20h7圓柱軸線的平行度公差要求。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。
4.2 定位方案確定
根據(jù)該工件的加工要求可知該工序必須限制工件五個自由度，即x移動、y移動、x轉動、y轉動、z轉動，但為了方便的控制刀具的走刀位置，還應限制z移動一個自由度，因而工件的六個自由度都被限制，由分析可知要使定位基準與設計基準重合，以杠桿左上部Φ20h7外圓柱及其端面為定位基準，采用V型塊定位，鉸鏈壓板夾緊的方式固定此定位基準。
4.3 夾具設計及操作的簡要說明
本夾具用于在車床上加工異形杠桿的孔Ф10H7孔。工件要控制的孔距尺寸為50±0.01mm，孔的軸線對Ф20h7外圓軸線的平行度公差為0.02mm。其車床夾具的結構如圖4-1所示。工件以Ф20h7、Ф20mm外圓為定位基準面，分別在V型塊、可調V型塊上定位。并用鉸鏈壓板和兩個螺釘夾緊。其中，工件的定位主要是保證尺寸50±0.01mm和平行度公差的要求。該夾緊機構操作簡單、夾緊可靠。
夾具的三維裝配圖如圖4-1。
圖4-1 夾具三維裝配圖
構成夾具的部分零件的三維圖見圖4-2～4-7。
圖4-2 夾具體
圖4-3 支架
圖4-4 側面壓板
圖4-5 可調V型塊
圖4-6 V型塊
圖4-7 鉸鏈壓板
異形杠桿零件圖、夾具總裝配圖及其零件圖、夾具加工零件實物見附錄。
4.4 切削力及夾緊力的分析計算
由參考文獻《機床夾具設計手冊》查表1-2-7可得：
切削力公式：
式中：
查表1-2-8得：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻《機床夾具設計手冊》表1-2-11得：
安全系數(shù)K可按下式計算，有：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻《機床夾具設計手冊》表1-2-1可得：
所以：
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
取，，
螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力，有：
式中參數(shù)由《機床夾具設計手冊》可查得：
其中：
由《機床夾具設計手冊》表1-2-26得：原動力計算公式：
由上述計算易得：
因此采用該夾緊機構工作是可靠的。
4.5 定位誤差的分析與計算
該夾具以兩個V型塊定位，主要要求保證Ф20H7外圓軸線與Ф10H7孔軸線的孔距尺寸50±0.01以及它們平行度。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。
在夾具的使用中，可通過M12調整螺釘（見附錄夾具總裝配圖）對工件高度進行調整，從而保證上述孔距尺寸和平行度。具體實現(xiàn)方法可采用圓柱心軸定位，以Ф10H7孔內(nèi)表面和心軸配合，測量心軸與Ф25軸間距離，工件孔與定位心軸(銷)過盈配合時(垂直或水平放置時)△基=0。
在機械加工過程中，機床、夾具、刀具和工件在切削力的作用下，都將分別產(chǎn)生變形，致使刀具和被加工表面的相對位置發(fā)生變化，使工件產(chǎn)生誤差。主要誤差類型及其計算如下：
由《機床夾具設計手冊》可得：
（1） 定位誤差（兩個垂直平面定位）：當時；側面定位支承釘離底平面距離為，側面高度為；且滿足,則：
（2） 夾緊誤差 ,由式：
其中接觸變形位移值：
，則：
（3） 磨損造成的加工誤差：通常不超過
（4） 夾具相對刀具的位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
第五章 刀具和量具的設計
5.1 刀具的設計
通過第三章杠桿機械加工工藝規(guī)程的制訂可知，切削加工中用到的刀具主要是車刀、銑刀和鉆頭，其中銑刀和鉆頭屬于成型刀具，主要工作是選擇，所以這里主要討論車刀的設計。
杠桿車削中用到的刀具包括車削其左上部Φ20h7外圓及其端面的車刀和右下部Φ10H7內(nèi)孔車刀。這里以外圓車刀為例來說明其參數(shù)確定，所設計的車刀參數(shù)見表5-1，刀具工作草圖見圖5-1。
表5-1 刀具設計參數(shù)確定
序號
項目
數(shù)據(jù)來源或公式計算
采用值
1
車刀外形
表2-6、2-7
焊接式90度強力外圓車刀
2
刀片材料
YT5
刀桿材料
45鋼
3
幾何角度
表2-8、2-9
λs=-10o γo=20 o
αo=6 o αo’=4 o
κr=90 oκr’=5 o
γε=2mm
4
斷削參數(shù)前面型式
表2-11、2-12（f=1.3mm/r）
帶倒棱曲面圓弧卷削槽前面
Ln=8.5mγo1=-20度 br1=0.6 qn=9.3
5
過渡刃
表2-13（ap=2.6mm）
直線過渡刃 Kre=45度 bε=1
6
刀片型號
表2-3
A420 L=20 B=12 C=7 R=12.5 r=1 e=0.8
7
車刀外型結構尺寸
表2-1、2-2、2-5
BxH=20x30 L=150 M=8(90度彎頭車刀)
8
刀槽型式
表2-4
Sinrj=ln/2qn=8.5/2x9.6=0.443
Γc=γo-γj=20度-26.3度
Hc=H+(1~2)-cCosαo/Cos(αo+ γc)
=30+1-7Cos5/Cos(5+6.3)=31-7x1/1=24
Bc=B-Ctg(αo+γc)
=12-7tg(5+6.3)=10.6
Lc=L-CCosαo/ Cos(αo+ γc).tgαo’
=20-7.Cos5/ Cos(5+6.3).tg5
=20-7x0.08=19.4
Γj=26.3度
Γc=6.3度
Hc=24mm
Bc=10.6mm
Lc=19.4mm
注：表中數(shù)據(jù)來自機械制造手冊。
圖5-1 刀具工作草圖
5.2 量具的設計
5.2.1 量具類型確定
杠桿零件上Φ10H7孔加工精度較高，且生產(chǎn)批量較大，為提高檢測的效率，確定采用塞規(guī)進行測量，該量具測量面的材料用硬質合金，測量面的硬度為58-65HRC，其它部分的材料為45鋼。
5.2.2 極限量具尺寸公差確定
設計該量具，首先確定被測孔的極限偏差，查《互換性與技術測量基礎》第一章極限與配合標準得Φ10H７的上偏差ES=+0.015mm,下偏差EI=0。公差等級為IT7。
（1）確定工作量規(guī)的制造公差和位置要素值，由公差書表6-1得IT7尺寸φ10的量規(guī)公差為T=0.0018mm,位置要素Z=0.0024mm.。
（2）計算工作量規(guī)的極限偏差：
通規(guī)：上偏差=EI+Z+T/2=0.015-0.0024+0.0018/2=0.0033mm
下偏差=EI+Z-T/2=0.015-0.0024-0.0018/2=0.0015mm
磨損極限=ES=0
止規(guī)：上偏差=ES=+0.015mm
下偏差=ES-T=0.015-0.0018mm=0.0132
根據(jù)計算結果，畫出的極限量具尺寸公差帶如圖5-2所示。
圖5-2 量具尺寸公差帶圖
結 論
本文主要是異形杠桿零件車削夾具設計與零件加工。
首先，對零件進行結構分析，得出本異形杠桿兩端車外圓，一端有Ф10H7孔，其要求有較高的表面粗糙度，較高的強度和回轉穩(wěn)定性，所以加工要求比較高。
接著是對這個異形杠桿的加工工藝進行設計分析，對工件加工順序進行確定，并根據(jù)前面的工藝分析進行機床設備確定，切削用量確定，刀、夾、量具確定，工時定額計算，然后編寫零件機械加工工藝卡。
其次是根據(jù)零件的外形和加工要求設計夾具，夾具的零件精度要求直接影響到工件加工的精度要求，所以對夾具的定位誤差、夾緊力等進行了計算和驗證，所設計的夾具簡單可靠、完全能夠滿足零件加工的要求。
再次是針對加工要求，進行了刀具和量具的設計。
致 謝 語
在這幾個月的畢業(yè)設計中，我首先要感謝趙萬軍老師，趙老師從選題指導、論文框架到細節(jié)修改，都給予了細致的指導，提出了很多寶貴的意見與建議。老師以其嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)的工作作風對我產(chǎn)生重要影響，使我不僅接受了全新的思想觀念，還領會了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，給予我無盡的啟迪。
其次，要感謝數(shù)控加工中心的胡師傅，在實物制作的過程中胡師傅給我提出了很多操作上的建議，并為我解決了很多棘手的問題。在這里，要感謝胡師傅的幫助，我才得以較為順利地完成夾具實物的制作。
最后感謝所有授我以業(yè)的老師，沒有這些年知識的積淀，我沒有這么大的動力和信心完成這篇論文。在這里我要像諸位老師深深的鞠上一躬！本文的順利完成，還離不開各位同學和朋友的關心和幫助，他們的熱心指引給了我很大的精神動力。
感恩之余，誠懇地請各位老師對我的論文多加批評指正，使我及時完善論文的不足之處。最后祝愿機械工程學院學院明天更加輝煌，培養(yǎng)出一批批有志、有德、博學的優(yōu)秀社會人才！
參 考 文 獻
[1] 劉俊，徐四紅，馮新紅.畢業(yè)設計指導與案例分析[M].北京：北京理工大學出版社，2009
[2] 李存霞，姬瑞海.機床夾具設計與應用[M].北京：清華大學出版社；北京交通大學出版社2011
[3] 李名望.機床夾具選用簡明手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011
[4] 曹巖，白瑀.機床夾具手冊與三維圖庫[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010
[5] 吳拓.現(xiàn)代機床夾具設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011
[6] 王丹.機械加工夾具及選用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009
[7] 徐鴻本，曹甜東.車削工藝手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011
[8] 大連理工大學工程圖學教研室.機械制圖[M].北京：高等教育出版社，2007
[9] 胡鳳蘭.互換性與測量技術[M].北京：高等教育出版社，2005
[10] 張茂.機械制造技術基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007
[11] 詹迪維.solidworks快速入門教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010
[12] 王光斗.機床夾具設計手冊[M].北京：科學技術出版社，1988
[13] 李清旭.機械加工工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001
Fixture Design and Parts Machining of the Shaped Lever
Liang shui-yong
Grade 2009,Mechanical Design,Manufacture&Automation,School of Mechanical Engineering, Chongqing Three Gorges University, Chongqing Wanzhou 404000
Abstract Machining process is to achieve product design, to ensure product quality, save energy, reduce consumption of the important means. Shaped lever can be used to connect other parts of the principle of leverage support parts, a basic requirement is a high strength, high toughness, high wear resistance and rotary stability of the shaped lever.The topics to Shaped lever part turning fixture design and parts processing as the research object, firstly, through the analysis of the part drawing, understand the parts of the structure, clear the specific requirements, again developed a more reasonable machining process and prepared a detailed machining process card. Completed on the basis of the positioning program identified by Part clamping the shaped lever turning fixture design, the jig is simple and reliable, and to ensure that the shape of the part to be machined positional accuracy and improve productivity. Finally, according to the design standards, I made the fixture mock-ups.
Keywords Shaped lever Machining process Fixture design Parts processing
附 錄
1、異形杠桿零件圖
2、異形杠桿車削夾具裝配圖和零件圖
（1）夾具裝配圖
（2）可調V型塊零件圖
（3）平頭滾花螺釘零件圖
（4）鉸鏈壓板零件圖
（5）側面壓板零件圖
（6）夾具體零件圖
（7）V型塊零件圖
（8）支架零件圖
（9）調整螺釘零件圖
（10）配重塊零件圖
3、夾具零件和總裝配實物展示
附3-1 側面壓板圖 附3-2 支架
附3-3 可調V型塊 附3-4 鉸鏈壓板
附3-5 V型塊 附3-6 配重塊
附3-7 夾具體 附3-8 圓柱銷
附3-9 V型塊與鉸鏈壓板配合圖 附3-10 支架、側面壓板和可調V型塊配合
附3-11 夾具體總裝配實物
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