1、 編號 淮安信息職業技術學院畢業論文題 目殼體零件的加工工藝及夾具設計學生姓名學 號院 系機電系專 業機械制造與自動化班 級指導教師顧問教師二一四年九月摘 要機械加工工藝是實現產品設計，保證產品質量，節約能源，降低消耗的重要手段。本設計是一種殼體的工藝設計和夾具設計。該零件是一種支承和包容傳動機構的殼體零件。設計中先進行零件的結構和工藝分析，確定粗基準和精基準以及零件的加工余量與毛坯的尺寸，得出零件的加工工藝過程，接著再計算各工序的切削用量。除此之外，還設計了一套專用車床夾具和專用鉆床夾具。首先確定合適的定位基準，設計夾具體，再選擇定位元件、夾緊元件等部件。然后計算出定位誤差、夾緊力以及切削力

2、，分析夾具的合理性。關鍵詞：殼體；加工工藝分析；車床夾具；鉆床夾具； Abstract Machining process is to achieve product design, product quality assurance,save energy, reduce consumption of the important means. This design is a process design and fixture design. This part is a shell of supporting and

3、embracing transmission mechanism. Analysis of the structure and parts of the process to design, determine the coarse and fine reference base and machining allowance and blank size, process the parts, then calculate the amount of cutting process. In addition, we also des

4、igned a set of special lathe fixture and special fixture for drilling machine. First, determine the appropriate location, design specific folders, and then select the positioning element, clamping element etc. Then calculate the p

5、ositioning error, the clamping force and cutting force, rationality analysis of fixture.Key words: Shell; The machining process analysis; Turning attachment; Drill jig;目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1 殼體零件的作用11.2 殼體零件的加工方法11.3 殼體零件的生產類型1第二章 零件的工藝設計12.1 零件的功用及工藝分析12.1.1 零件的功用12.2.2 零件的

6、工藝分析32.2 工藝規程的設計3確定生產類型32.2.2 確定毛坯的制造形式42.2.3 基準的選擇42.2.4工序的合理組合52.2.5制定工藝路線52.3 機械加工余量及毛坯的尺寸確定82.4 確定切削用量92.4.1 工序4切削用量的計算92.4.3 工序6切削用量的計算102.4.3 工序7切削用量的計算112.4.4 工序8切削用量的計算12第三章 加工設備與工藝裝備選擇133.1機床的選擇133.2夾具的選擇133.3刀具的選擇13第四章 零件的車床夾具設計154.1車床夾具設計154.1.1車床夾具的主要類型154.1.2車床夾具的設計要點154.1.3殼體零件的車床專用夾具的

7、總體設計164.2問題的提出164.3定位基準的選擇174.4切削力及夾緊力的計算174.5夾具結構及定位誤差的分析194.6 車床夾具的截圖20第五章 鉆床夾具設計225.1問題的提出225.2定位基準的選擇225.3切削力及夾緊力的計算235.4定位誤差的分析245.5夾具總體方案255.6夾緊裝置255.7鉆套的選擇255.8鉆模板的設計265.9夾具的裝夾與拆卸275.9.1 夾具的裝夾275.9.2 夾具的拆卸275.10鉆床夾具截圖28總結與展望30參考文獻33第一章 緒論1.1 殼體零件的作用殼體是一種起支撐、連接其他零件和承受負荷的零件。通過底面孔和上端面的孔、螺紋孔，側面的螺

8、紋孔來與管道、其他殼體等零件連接在一起，并使這些零件之間保持正確的位置關系,通過殼體的孔進行液體或氣體的傳輸。1.2 殼體零件的加工方法在市場經濟的前提下，一切都是為能創造出更多的財富和提高勞動率為目的，同樣的加工方法的選擇一般考慮的是在保證工件加工要求的前提下，工件的加工效率和經濟性，而在具體的選擇上，一般根據機械加工資料和工人的經驗來確定。由于方法的多種多樣，工人在選擇時一般結合具體的工件和現場的加工條件來確定最佳的加工方案。1.3 殼體零件的生產類型零件的生產綱領：根據機械設計制作工藝與機床夾具公式： N = QN(1+a)(1+B)  

9、       說明：式中N：零件生產綱領。 Q：產品的生產綱領 n ：每一產品包含該零件的數量 a : 零件的備用率一般情況下a = 4%。 B : 零件的平均廢品率：取B=1%。 所以，4000 = Q×1(1+4%)(1+1%)        Q=3808件 根據機械制造工藝與機床夾具

10、表1-3，可查得此零件生產為中批生產。第二章 零件的工藝設計2.1 零件的功用及工藝分析2.1.1 零件的功用殼體零件，即某種產品的外殼，主要作用是用來支承、包容、保護運動零件或其他零件，也起定位和密封作用，其三維形狀以及零件圖如下：三維模型如下：圖2.1.1(1) 三維模型圖二維零件圖如下：圖2.1.1(2) 殼體零件圖零件的實際形狀如上圖所示，從零件圖上看，該零件結構比較復2.2.2 零件的工藝分析殼體零件共有兩組加工表面，它們相互間有一定的加工要求。現分述如下:（1）以20mm孔中心軸線為中心的加工表面。這一組加工表面包括：兩個直徑50mm的外圓端面，兩個直徑為90mm的外圓端面及倒角，

11、還有8個15mm的通孔，其中，主要加工表面為8個15mm的通孔。（2）以18mm孔中心軸線為中心的加工表面。這一組加工表面包括：一個50mm的外圓端面，一個mm的孔，一個1:7梯形孔以及退刀槽。這兩組加工表面之間有著一定的加工要求，主要是：mm孔的粗糙度要求是6.3； 1:7梯形孔的粗糙度要求是1.6；其余各面及孔的粗糙度要求是12.5。2.2工藝規程的設計確定生產類型（1）確定生產綱領：機械產品在計劃期內應當生產的產品產量和進度計劃稱為該產品的生產綱領。機械產品的生產綱領除了該產品在計劃期內的產量以外，還應包括一定的備品率和平均廢品率，其計算公式為2.2.1。 （2.2.1）式中n為零件計劃

12、期內的產量；a為備品率；b平均廢品率。由生產任務得：,，代入公式計算，（2）確定生產類型：最終傳動箱殼體長110mm，寬80mm，高100mm，屬于中型零件，殼體生產綱領為108件，屬于小批量生產。2.2.2 確定毛坯的制造形式毛坯的鑄造方法：由上文可知，該殼體屬于小批量生產，對于毛坯制造宜采用金屬模機器造型、模鍛、壓力鑄造等。本次采用金屬模機器造型，這種鑄造方法的特點是鑄件內部組織致密，機械性能較高，單位面積的產量高，適用于泵體、泵蓋、殼體、減速箱體、汽缸頭等中、小型鑄件。毛坯的材料是HT200。2.2.3 基準的選擇(一)粗基準的選擇原則： 粗基準影響：位置精度、各加工表面的余量大小。&#

13、160;重點考慮：如何保證各加工表面有足夠余量，使不加工表面和加工表面間的尺寸、位置符合標準,一般不得重復使用的原則,在同一尺寸方向上粗基準通常只允許使用一次這是因為粗基準一般都很粗糙，重復使用同一粗基準所加工的兩組表面之間位置誤差會相當大，因此，粗基一般不得重復使用。  （二）精基準的選擇： 重點考慮：如何較少誤差，提高定位精度。 （1） 合理分配加工余量的原則  a、應保證各加工表面都有足夠的加工余量：如外圓加工以軸線為基準；  b、以加工余量小而均勻的重要表面為粗基準，以保證該表面加工余量分布均勻、表面質量高；如床身加工，先加工床腿再加工

14、導軌面； 在床身零件中，導軌面是最重要的表面，它不僅精度要求高，而且要求導軌面具有均勻的金相組織和較高的耐磨性。由于在鑄造床身時，導軌面是倒扣在砂箱的最底部澆鑄成型的，導軌面材料質地致密，砂眼、氣孔相對較少，因此要求加工床身時，導軌面的實際切除量要盡可能地小而均勻，故應選導軌面作粗基準加工床身底面，然后再以加工過的床身底面作精基準加工導軌面，此時從導軌面上去除的加工余量可較小而均勻。  （2）保證零件加工表面相對于不加工表面具有一定位置精度的原則 一般應以非加工面做為粗基準，這樣可以保證不加工表面相對于加工表面具有較為精確的相對位置。當零件上有幾個不加工

15、表面時，應選擇與加工面相對位置精度要求較高的不加工表面作粗基準。選擇精基準時應重點考慮如何減少工件的定位誤差，保證加工精度，并使夾具結構簡單，工件裝夾方便。根據以上選擇的原則，我們就可以20孔和50右端面定位，用可調輔助支承90外圓并找正20外圓母線。精基準選擇20孔軸線,這樣可以便于在一次裝夾中車左右端面，完成所需零件形狀的加工，所以精基準選擇20mm孔軸心線。2.2.4工序的合理組合確定加工方法以后，就要按生產類型、零件的結構特點、技術要求和機床設備等具體生產條件確定工藝過程的工序數。確定工序數有兩種基本原則可供選擇。(1) 工序分散原則     工序多，工藝

16、過程長，每個工序所含的加工內容很少，極端境況下每個工序只有一個工步，所使用的工藝設備與裝備比較簡單，易于調整和掌握，有利于選用合理的切削用量，減少基本時間，設備數量多，生產面積大。(2) 工序集中原則 零件的各個表面的加工集中在少數幾個工序內完成，每個工序的內容和工步都較多，有利于采用高效的數控機床，生產計劃和生產組織工作得到簡化，生產面積和操作工人數量減少，工件裝夾次數減少，輔助時間縮短，加工表面間的位置精度易于保證，設備、工裝投資大，調整、維護復雜，生產準備工作量大。批量小時往往采用在通用機床上工序集中的原則，批量大時即可按工序分散原則組織流水線生產，也可利用高生產率的通用設備按

17、工序集中原則組織生產。2.2.5制定工藝路線加工工藝路線制定的原則：1、首先要加工基準面就是指零件在加工過程中，作為定位基準的表面應首先加工出來，以便盡快為后續工序的加工提供精基準。稱為“基準先行”。  2、然后劃分加工階段,一般加工質量要求高的表面，都劃分加工階段，可分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。主要是為了保證加工質量；有利于合理使用設備；便于安排熱處理工序；以及便于時發現毛坯缺陷等。3、接著先孔后面,就是指對于箱體、支架和連桿等零件應先加工平面后加工孔。這樣就可以以平面定位加工孔，保證平面和孔的位置精度，而且對平面上的孔的加工帶來方便。4、最后就是關于主要表面的光整加工，

18、這個應放在工藝路線最后階段進行，以免光整加工的表面，由于工序間的轉運和安裝而受到損傷。制訂工藝路線的出發點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。根據以上分析制定的工藝路線如下(如圖2.1.1(2)及2.3所示)：工藝路線：（1）工藝路線方案一：工序1：鑄造毛坯。工序2：時效處理。工序3：劃線。工序4：粗銑左右50mm端面。工序5：粗車90mm外圓端面并倒角C2。工序6：鉆八個15mm孔。工序7：粗銑頂面50mm面。工序8：鉆、擴36mm孔。工序9：鏜梯形孔與退刀槽。工序10：粗鉸梯形孔。工序11：鉆M8mm底孔6.7mm。工序12：攻螺紋M8。工序13：去毛刺

19、。工序14：清洗。工序15：檢驗。工序16：入庫。（2）工藝路線方案二：工序1：鑄造毛坯。工序2：時效處理。工序3：劃線。工序4：粗銑左右50mm端面。工序5：粗銑頂面50mm面。工序6：粗車90mm外圓端面并倒角C2。工序7：鉆八個15mm孔。工序8：鏜36mm孔。工序9：鏜梯形孔與退刀槽。工序10：粗鉸梯形孔。工序11：鉆M8mm底孔6.7mm。工序12：攻螺紋M8。工序13：去毛刺。工序14：清洗。工序15：檢驗。工序16：入庫。（3）工藝方案比較與分析上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工以18mm孔為中心的一組表面，然后以此為基準加工八個15mm孔；而方案二則先完成所有面的加工，

20、再加工各孔。經比較可見，先加工以18mm孔為中心的一組表面，然后以此為基準加工八個15mm孔，這時的位置精度交易保證，并且定位及裝夾都較方便。但方案一中工序4與工序5中涉及到兩個不同的機床，不宜采用組合機床。故決定將方案一中工序4粗銑面改成粗車面，這樣工序4與工序5可采用同一個專用夾具，也不用重新裝夾，符合工序集中原則。還有就是方案一工序8用鉆、擴36mm孔，而方案二工序8用鏜36mm孔，這兩個工序都可以完成零件的加工，但考慮到兩個方案工序9要鏜梯形孔及退到槽，如果用鉆、擴36mm孔，便要更換機床，讓費時間，故采用鏜孔方案。具體工藝過程如下：工序1：鑄造毛坯。工序2：時效處理。工序3：劃線。工

21、序4：粗車左右50mm端面。工序5：粗車90mm外圓端面并倒角C2。工序6：鉆八個15mm孔。工序7：粗銑頂面50mm面。工序8：鏜36mm孔。工序9：鏜梯形孔與退刀槽。工序10：粗鉸梯形孔。工序11：鉆M8mm底孔6.7mm。工序12：攻螺紋M8。工序13：去毛刺。工序14：清洗。工序15：檢驗。工序16：入庫。以上加工方案大致看來還是合理的。但通過仔細考慮零件的技術要求以及可能采取的加工手段之后，發現仍有問題，主要表現加工8個15mm 孔時，因為該零件的8個15mm 孔全是通孔且加工深度不大，并且到下一表面的距離不大，極易造成鉆頭折斷或擦到下一表面上，甚至會造成零件報廢。為了解決這個問題，

22、原有的加工路線仍可保持不變，只是在加工8個15mm 孔時，觀察到鉆頭快鉆穿零件時，采用手動進給方式。因為零件是小批量生產，故可以采用手動進給方式。這樣既可以避免鉆頭及零件的報廢，同時也照顧了原有的加工路線中裝夾方便的特點。還有在加工兩個50mm外圓端面以及兩個90mm外圓端面時涉及到兩次掉頭以及需要4次裝夾，讓費了大量時間。為了解決這一問題，可以先加工50mm以及90mm外圓左端面，再掉頭一次加工右端面，減少了裝夾的次數以及掉頭的次數。因此，最后的加工路線確定如下：工序1：鑄造毛坯。工序2：時效處理。工序3：劃線。工序4：粗車50mm右外圓端面，粗車90mm右外圓端面并倒角C2。工序5：粗車5

23、0mm左外圓端面，粗車90mm左外圓端面倒角C2。工序6：鉆八個15mm孔（鉆頭快鉆穿零件時采用手動進給）。工序7：粗銑頂面50mm面。工序8：鏜36mm孔。工序9：鏜梯形孔與退刀槽。工序10：粗鉸梯形孔。工序11：鉆M8mm底孔6.7mm。工序12：攻螺紋M8。工序13：去毛刺。工序14：清洗。工序15：檢驗。工序16：入庫。以上工藝過程詳見機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片。2.3 機械加工余量及毛坯的尺寸確定在機械加工過程中，為改變工件的尺寸和形狀而切除的金屬厚度成為加工余量。為完成某一道工序所必須切除的金屬層厚度，稱為工序余量。由毛坯變成成品的過程中，在某加工表面上所切除的金屬層總

24、厚度，稱為總余量。 （1）粗銑各表面的加工余量：由機械制造技術基礎課程設計指導教程表235平面的加工余量，及考慮在鑄造過程中，表面會產生氣泡等部分，因此，加工余量得留大點。從而得出粗銑各表面的加工余量為3mm。（2）粗車左右50mm端面的加工余量：由機械加工余量實用手冊表5-25查得粗車左右50mm面的加工余量為1.6mm。（3）粗車左右50mm外圓的加工余量：由機械制造工藝學查得粗車90mm外圓的加工余量為2mm。（4）加工36mm孔的加工余量：查機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-10得鏜孔的加工余量為0.3mm。（5）加工梯形孔的加工余量：查機械制造工藝設計簡明手冊表2.3-8得先鏜出梯形

25、孔，再粗鉸，粗鉸的加工余量為0.04mm。（6）加工M8孔的加工余量：由機械制造技術基礎課程設計指導教程表229查出先鉆孔6.7mm，攻螺紋M8的加工余量為1.3mm。由上各個加工余量確定零件的鑄件尺寸，毛坯圖如圖2.3：圖2.3 毛坯圖2.4 確定切削用量2.4.1 工序4切削用量的計算工序4：粗車50mm右外圓端面，粗車90mm右外圓端面并倒角（第一步）（1）確定端面最大加工余量 毛坯的長度方向加工余量為1.6mm，故可一次走刀完成，所以可得 長度加工公差按IT12級。取-0.46mm（入體方向）。（2）確定進給量f根據切削用量手冊表4，當刀桿尺寸為16mm×25mm，以及工件直

26、徑在60到100之間時：按C620-1車床說明書取：（3）計算切削速度：查切削用量手冊表21，切削速度的計算公式為（2.4.(1)）（壽命選T=60min）： （2.4.1(1)）式中：加工材料系數加工形式系數刀具材料系數系數指數修正系數，見切削用量手冊表211，即公式（2.4.(2)）： （2.4.1(2)）式中：鋼和鑄鐵的強度和硬度改變時切削速度的修正系數毛坯表面狀態改變時切削速度的修正系數車削方式改變時切削速度的修正系數車刀主偏角改變時切削速度的修正系數刀具材料改變時切削速度的修正系數所以 即 所以 （4）確定機床主軸轉速： （2.4.1(3)）按機床說明書，與134r/min相近的機床

27、轉速為120r/min和150r/min。現取機轉速為150r/min，如果選取120r/min，則速度損失較大。所以實際切削速度。2.4.3 工序6切削用量的計算 工序6：鉆八個15mm孔（1） 選擇鉆頭選擇高速鋼麻花鉆頭，其直徑d0=15mm。鉆頭的幾何形狀為（查切削用量手冊第三章表1及表二）：雙錐修磨橫刃，=30°，2=118°，21=70°，b1=3.5mm，a0=12°，=55°，b=2mm，l=4mm。（2）選擇切削用量1）決定進給量fa、按加工要求決定進給量：根據表5（查切削用量手冊第三章）當加工要求為7級精度，鋼的強度b<

28、0.784GPa，d0=15mm時，f=0.350.43mm/r。由于l/d=12/15=0.8，故應乘孔深系數klf=0.95，則f=(0.350.43) ×0.95=0.330.41mm/rb、按鉆頭強度決定進給量：根據表7（查切削用量手冊第三章），當b=0.628GPa,d0=15mm，鉆頭強度允許的進給量f=1.11mm/r。c、按機床進給機構決定進給量：根據表8（查切削用量手冊第三章），當b<0.628GPa，d020.5mm，機床進給機構允許的軸向力為8330N時，進給量為0.53mm/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=0.350

29、.43mm/r，根據Z535機床說明書，選擇f=0.36mm/r。由于加工通孔，為了避免孔即將鉆穿時鉆頭容易折斷，故宜在孔即將鉆穿時停止自動進給而采用手動進給。2）決定切削速度由表10及11（查切削用量手冊第三章），查得vi=0.46m/s。切削速度的修正系數為：kTv=1.0，kcv=1.0，klv=0.85，ktv=1.0，則 由公式（2.4.1(3)）得 2.4.3 工序7切削用量的計算工序7：粗銑頂面50mm面（1） 選擇刀具銑刀直徑的大小直接影響切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗，不能任選取。查（切削用量手冊第五章表1及表9），采用標準鑲齒圓柱銑刀，故齒數Z=8；銑刀幾何形狀（切

30、削用量手冊第五章表2）：n=15°,0=12°。（2） 選擇切削用量1） 決定銑削寬度ae由于加工余量不大，故可在一次走刀內切完，則 ae=h=3mm;2） 決定沒齒進給量af根據X62W型銑床說明書（切削用量手冊第六章，常見銑床的技術資料，表24），其功率為7kW，中等系統剛度，則af=0.120.20mm/z，現取af=0.20mm/z。3） 決定切削速度v和沒秒進給量vf根據表9（切削用量手冊第五章），當d0=100mm，z=8mm，ap=41130mm，ae=3mm，af0.24mm/z時，vt=0.32m/s，nt=1.03r/s，vft=1.73mm/s。各修正

31、系數為：kMv=kMn=kMv=0.69 ksv=ksn=ksvf=0.8故 v=vt×kv=0.32×0.69×0.8=0.18m/s； n=nt×kn=1.03×0.69×0.8=0.52r/s; vf=vft×kv=1.73×0.69×0.8=0.95mm/s。根據X62W型銑床說明書，選擇nc=0.625r/s，vfc=1.0mm/s。因此實際切削速度和沒齒進給量為： （2.4.3(1)） （2.4.3(2)）2.4.4 工序8切削用量的計算工序8：鏜36mm孔（1）選擇機床 選用T740金剛鏜床

32、。（2）粗鏜孔至38.7mm，單邊余量Z=0.3mm，一次鏜去全部余量，進給量f=0.1mm/r。根據有關手冊，確定金剛鏜床的切削速度為v=100m/min，則：由公式（2.4.1(3)）得 由于T740金剛鏜床主軸轉速為無級調速，故以上轉速可以作為加工時使用的轉速。第三章 加工設備與工藝裝備選擇3.1機床的選擇 選擇機床應遵循如下原則：（1）機床的加工范圍應與零件的外廓尺寸相適應；（2）機床的精度應與工序加工要求的精度相適應；（3）機床的生產率應與零件的生產類型相適應。在殼體的加工過程中，為了提高生產率將大量使用專用機床，如鉆孔、鏜孔工序中會用到專用鉆床和專用鏜床。在銑端面、倒角和攻絲工序中

33、會用到通用機床。通用機床是在機械加工工藝人員手冊上查找，具體機床的選用見后面的加工工藝過程卡。3.2夾具的選擇機床夾具是在切削加工中，用以準確地確定工件位置，并將工件牢固地夾緊的一種工藝裝備。它的主要作用是：可靠地保證工件的加工精度；提高加工效率；減輕勞動強度；充分發揮和擴大機床的工藝性能。夾具的種類很多，按夾具的應用范圍分類，可分為通用夾具、專用夾具、成組夾具、組合夾具；按夾具上的動力源分類，可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具和真空夾具等。在單件、小批量生產時，應盡可能采用通用夾具。為提高生產率，在條件允許時也可采用組合夾具。中批以上生產時，應采用專用夾具，以提高生產效率

34、，夾具的精度應與工序的加工精度相適應。殼體的生產屬于小批量生產，為了提高生產率，加工中應該采用專用夾具。為此要為生產線上的工序專門設計一套夾具。對于動力源，由于殼體的加工屬于小批量生產，可以采用手動旋轉六角螺母夾緊，這樣便于操作，減少工作強度，以及材料成本。3.3刀具的選擇刀具的選擇主要取決于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度和表面粗糙度、生產率及經濟性等，在選擇時一般盡可能采用標準刀具，必要時可采用高生產率的復合刀具和其它一些專用刀具。最終傳動箱殼體的加工基本都采用標準刀具, 可以在機械加工工藝手冊上查到。銑平面時大都采用鑲齒套式面銑刀，銑面時用數控銑床加工，選用直

35、柄立式銑刀。鏜刀則根據孔的大小不同分別選取。鉆孔時大都選用錐柄麻花鉆，這種鉆頭有足夠的強度，排屑容易。對于刀具的材料，常用的刀具材料有碳素工具鋼、高速鋼、硬質合金。其中碳素工具鋼指含碳的質量分數在0.65%1.35% 的優質鋼碳鋼。常用牌號有T8A、T10A和T12A等，其中以T12A用的最多，淬火后硬度可達（5864）HRC，紅硬性達250300°C左右，允許的切削速度Vc=510m/min，所以一般用于制造手用和切削速度很低得工具，如銼刀、手用鋸條、絲錐和板牙等。而高速鋼是在高碳鋼中加入較多的合金元素W、Gr、V、Mo等與C生成碳化物制得的。加入合金元素后，細化了晶粒，提高了合金

36、的硬度。所以一般高速鋼的淬火硬度可達（6367）HRC，紅硬性可達550650.允許的切削速度Vc可比合金工具鋼提高12倍。它具有較高的強度，在所有刀具材料中它的抗彎強度和沖擊韌度最高，是制造各種刃型復雜刀具的主要材料。而硬質合金的耐熱性比高速鋼高得多，約在8001000°C，允許的切削速度約是高速鋼的410倍。硬度很高，但它的抗彎強度為1.11.5GPa，只是高速鋼的一半，沖擊韌度不足高速鋼的1/251/10.由于它的耐熱性與耐磨性好，因而在刃型不太復雜的刀具上的應用日益增多，如車刀，銑刀，鏜刀，小尺寸鉆頭，絲錐等刀具上。綜上所述，端面套式面銑刀材料選擇硬質合金，加工孔用的麻花鉆、

37、擴孔鉆、锪鉆、絲錐都采用高速鋼材料，鏜梯形孔孔用鏜刀刀尖部分材料也選用硬質合金。具體刀具型號及規格見后面的加工工藝過程表格。第四章 零件的車床夾具設計4.1車床夾具設計車床夾具主要用于零件的旋轉表面以及端面。因而車床夾具的主要特點是工件加工表面的中心線與機床主軸的回轉軸線同軸。4.1.1車床夾具的主要類型（1） 安裝在車床主軸上的夾具。這類夾具很多，有通用的三爪卡盤、四爪卡盤，花盤，頂尖等，還有自行設計的心軸；專用夾具通常可分為心軸式、夾頭式、卡盤式、角鐵式和花盤式。這類夾具的特點是加工時隨機床主軸一起旋轉，刀具做進給運動。定心式車床夾具：在定心式車床夾具上，工件常以孔或外圓定位，夾具采用定心

38、夾緊機構。角鐵式車床夾具：在車床上加工殼體、支座、杠桿、接頭等零件的回轉端面時，由于零件形狀較復雜，難以裝夾在通用卡盤上，因而須設計專用夾具。這種夾具的夾具體呈角鐵狀，故稱其為角鐵式車床夾具。花盤式車床夾具：這類夾具的夾具體稱花盤，上面開有若干個T形槽，安裝定位元件、夾緊元件和分度元件等輔助元件，可加工形狀復雜工件的外圓和內孔。這類夾具不對稱，要注意平衡。（2） 安裝在托板上的夾具。某些重型、畸形工件，常常將夾具安裝在托板上。刀具則安裝在車床主軸上做旋轉運動，夾具做進給運動。由于后一類夾具應用很少，屬于機床改裝范疇。而生產中需自行設計的較多是安裝在車床主軸上的專用夾具，所以殼體零件在車床上加工

39、用專用夾具。4.1.2車床夾具的設計要點（1）安裝基面的設計  為了使車床夾具在機床主軸上安裝正確，除了在過渡盤上用止口孔定位以外，常常在車床夾具上設置找正孔、校正基圓或其它測量元件，以保證車床夾具精確地安裝到機床主軸回轉中心上。 （2）夾具配重的設計要求 加工時，因工件隨夾具一起轉動，其重心如不在回轉中心上將產生離心力，且離心力隨轉速的增高而急劇增大。使加工過程產生振動，對零件的加工精度、表面質量以及車床主軸軸承都會有較大的影響。所以車床夾具要注意各裝置之間的布局，必要時設計配重塊加以平衡。 （3）夾緊裝置的設計要求 由于車床夾具在加工過程中

40、要受到離心力、重力和切削力的作用，其合力的大小與方向是變化的。所以夾緊裝置要有足夠的夾緊力和良好的自鎖性，以保證夾緊安全可靠。但夾緊力不能過大，且要求受力布局合理，不破壞工件的定位精度。 （4）夾具總體結構的要求 車床夾具一般都是在懸臂狀態下工作的，為保證加工過程的穩定性，夾具結構應力求簡單緊湊、輕便且安全，懸伸長度要盡量小，重心靠近主軸前支承。為保證安全，裝在夾具上的各個元件不允許伸出夾具體直徑之外。此外，還應考慮切屑的纏繞、切削液的飛濺等影響安全操作的問題。 車床夾具的設計要點也適用于外圓磨床使用的夾具。4.1.3殼體零件的車床專用夾具的總體設計（1） 夾具的

41、總體結構應力力求緊湊、輕便，懸臂尺寸要短，重心盡可能靠近主軸。（2） 當工件和夾具上個元件相對機床主軸的旋轉軸線不平衡時，將產生較大的離心力和振動，影響工件的加工質量、刀具的壽命、機床的精度和安全生產，特別是在轉速較高的情況下影響更大。因此，對于重量不對稱的夾具，要有平衡要求。平衡的方法有兩種：設置平衡塊或加工減重孔。在工廠實際生產中，常用適配的方法進行夾具的平衡工作。（3）為了保證安全，夾具上各種元件一般不超過夾具的圓形輪廓之外。因此，還應該注意防止切削和冷卻液的飛濺問題，必要時應該加防護罩。4.2問題的提出 利用本夾具主要用來粗車左右端面，在粗車左右端面時，其他都是未加工表面。為了保證技術

42、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率和降低勞動強度，如下圖所示：圖4.2 工序圖4.3定位基準的選擇由零件圖可知：粗車左右端面只有長度尺寸要求，其設計基準為零件左端面，限制了左右方向上的自由度，這樣設計基準和工藝基準統一 ，符合基準統一原則。為了使定位誤差達到要求的范圍之內，在此通過心軸左端支撐零件及彈性套筒脹緊零件，限制3個自由度，從而保證零件的定位誤差在較小范圍內，這種定位在結構上簡單易操作。4.4切削力及夾緊力的計算（1）切削力的計算由切削用量手冊表22（車削時切削力及切削功率的計算公式）查得計算公式：主切削力 ×CFz××&

43、#215;×kFz(N) （4.4(1)） 徑向切削力 ××CFy××××kFy(N) （4.4(2)） 軸向切削力 ××CFx××××kFx(N) （4.4(3)）其中系數與指數分別為CFz=367，xFz=0.72，yFz=0.8，nFz=0，CFy=142，xFy=0.73，yFy=0.67，nFy=0，CFx=294，xFx=1.0，yFx=0.5，nFx=-0.4，v=122。根據切削用量簡明手冊（第三版）表1.4，當刀桿尺寸為16mm×25mm

44、, p3mm以及工件直徑為90mm時：f=0.50.7mm/r按C620-1車床說明書，現取f=0.5mm/r。由于車削單邊余量為1.6mm，一次走刀就能完成，所以取ap=1.6。由切削用量手冊表22-1（鋼和鑄鐵的強度和硬度改變時切削力的修正系數kMF）查得計算公式： （4.4(4)）其中nF=0.75（指數），p =0.628（材料硬度）。故kMF=0.949。代入公式得：主切削力 FZ=9.81××CFz××××kFz =9.81×600×367×1.60.72×0.50.8×1

45、220×0.949 =2748(N)徑向切削力 Fy=9.81××CFy××××kFy =9.81×600×142×1.60.73×0.50.67×1220×0.949 =1172(N)軸向切削力 Fx=9.81××CFx××××kFx =9.81×60-0.4×294×1.61×0.50.5×122-0.4×0.949 =600(N)（2）夾緊力

46、的計算查切削手冊表3.28得 （4.4(5)）式中650，1.6, 1.0，0.08，0.72，20，40，0.86，225，0.86，0代入公式進算得750（）計算切削力時，需考慮安全系數 × ×× （4.4(6)）式中基本安全系數1.5加工性質系數1.1刀具鈍化系數1.1斷續切削系數1.1 則1.5×1.1×1.1×1.1×7501500（） f1f20.253000（） （4.4(7)） 根據工藝手冊，彈性套筒的最大夾緊力8345（）,此時已大于3000的夾緊力，故本夾具可安全工作。4.5夾具結構及定位誤差的分析由于生

47、產類型為小批生產，故考慮成本節約，使用手動加緊機構，采用手動彈簧芯軸機構進行其內孔的定位加緊，工件以20mm通孔在彈性套筒和心軸端面上定位，旋緊螺母，通過椎體和錐套使彈性套筒產生向外均勻的彈性變形，將工件脹緊，實現對工件的定心夾緊。如下圖所示：圖4.5 車夾具裝配圖本夾具的定位元件主要為套筒的外圓和心軸端面進行定位，故對定位誤差的影響主要反映到心軸和襯套接觸的端面和中心軸線的垂直度上，即其端面和軸線是否垂直。由機床夾具設計手冊可得：（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

48、不超過（4）夾具相對刀具位置誤差：。誤差總和： 從以上的分析可見，所設計的夾具的加工誤差較小，實用性強。4.6 車床夾具的截圖圖4.6(1) 三維夾具爆炸圖圖4.6(2) 三維夾具零件裝配圖第五章 鉆床夾具設計5.1問題的提出本夾具主要用來鉆上下端面上4個15mm通孔。因為位置精度要求不高，表面粗糙度要求精度低，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率和降低勞動強度，如下圖所示：圖5.1 工序圖5.2定位基準的選擇由工序圖可知：由于在對孔進行加工前，底平面和頂平面進行了車加工，左端面是待加工面，右端面是不加工表面，中心通孔是不加工通孔，因此，中心通孔軸線為定位精基

49、準，這樣可以保證待加工孔的尺寸要求。由零件圖可以知道，圖中對孔的加工沒有位置公差要求，只有尺寸要求，我們可以選擇中心通孔軸線為定位基準來設計鉆模，從而滿足待加工孔軸線尺寸要求。工件定位用底面和左端面及心軸來限制5個自由度。5.3切削力及夾緊力的計算（1）切削力的計算查機床夾具設計手冊表可得：切削力公式： (5.3(1)式中D=15mm（孔的直徑），f=0.36mm/r（主軸進給率）查表得： (5.3(2)即：Ff=3206(N)（2）夾緊力的計算實際所需夾緊力：由機床夾具設計手冊表得： (5.3(3)安全系數K可按下式計算： (5.3(4)式中：為各種因素的安全系數，見機床夾具設計手冊表 可得

50、： K=1.2×1.0×1.0×1.1×1.3×1.0×1.0=1.72所以WK=Ff ×K= 3206(N) ×1.72=5500(N)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，螺旋夾緊時產生的夾緊力公式： (5.3(5)式中參數由機床夾具設計手冊可查得：原始作用力作用力臂螺旋生角螺紋處摩擦角螺紋處摩擦系數螺桿端部與零件的摩擦系數螺紋處當量摩擦角則螺旋夾緊時產生的夾緊力：由公式(5.3(5)得：由上述計算易得： 因此采用該夾緊機構工作是可靠的。5.4定位誤差的

51、分析該夾具以中心通孔軸線來作為定位基準，該零件雖然沒有任何尺寸公差要求，但為了盡量增強零件的適用性，要盡量減少加工誤差。由機床夾具設計手冊可得：（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，所設計的夾具的加工誤差較小，實用性強。5.5夾具總體方案 本次畢業設計是設計“鉆四個15mm孔”這道工序的鉆床夾具。分析了零件的結構特點以及零件小批量生產的生產方式，決定

52、采用螺旋壓板組合夾緊零件，左端配合防轉銷定位，上下用螺旋壓板配合心軸夾緊零件，這樣既能保證零件的夾緊，又可以使夾具體之間精密配合，延長夾具用久后產生變形的時間。該夾具總共限制了5個自由度。因為該零件的四個15mm 孔全是通孔且加工深度不大，并且到下一表面的距離不大，極易造成鉆頭折斷或擦到下一表面上，甚至會造成零件報費。為了解決這個問題，應在加工四個15mm 孔時，觀察到鉆頭快鉆穿零件時，采用手動進給方式。5.6夾緊裝置該零件的生產綱領是小批量生產，生產量不大，并且夾緊面是平面，因此，可以直接考慮手動夾緊裝置，可以使用螺旋壓板組合夾緊零件。夾緊裝置如下圖：1開槽圓柱頭螺釘 2鉸鏈座 3墊圈 4菱

53、形螺母 5六角頭螺栓 6六角螺母 7壓板 8彈簧 9心軸 10墊板圖5.6 主要夾緊裝置5.7鉆套的選擇鉆套安裝在鉆模板或夾具體上，用來確定工件上加工孔的位置，引導刀具進行加工，提高加工過程中工藝系統的剛性并防振。鉆套可分為標準鉆套和特殊鉆套兩大類。又分為固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套、特殊鉆套四小類。根據鉆床夾具的設計要求、零件的結構特點以及小批量生產的生產綱領，決定采用固定鉆套。這樣很好的保證了孔的加工精度也方便了孔的加工。由于所鉆孔的直徑為15mm，查機床夾具設計手冊鉆套規格表，選用內徑為15mm，外徑為22mm的，鉆套高度為15mm。其三維模型圖如下：圖5.7 鉆套5.8鉆模板的設計鉆模

54、板用于安裝鉆套， 確保鉆套在鉆模上的正確位置，鉆模板多裝在夾具體或支架上， 常見的鉆模板有：（1）固定式鉆模板（2）鉸鏈式鉆模板（3）可卸（分離）式鉆模板 （4）懸掛式鉆模板 根據鉆床夾具的設計要求、零件的結構特點以及小批量生產的生產綱領，決定采用固定式鉆模板。在導向裝置中，鉆套是安裝在鉆模板上,因此鉆模板必須具有足夠的剛度和強度，以防變形而影響鉆孔精度。在此套鉆模夾具中選用的是鉸鏈式鉆模板，在裝卸工件時可以通過鉸鏈銷轉動鉆模板，這樣便于零件的裝夾。鉆模板在于鉆套配合的時候采用的是H8/g7的配合。具體結構如下圖所示：圖5.8 鉆模板示意圖5.9夾具的裝夾與拆卸5.9.1 夾具的裝夾首先松開菱形螺母，再轉動鉸鏈式鉆模板，把零件放于心軸上并調整位置，再擰緊開口槽緊盯螺釘防止零件旋轉，再旋緊六角螺母使壓板壓緊零件，接著再放下鉆模板，最后旋緊