CA6140車床法蘭盤831004工藝規(guī)程及夾具設計【鉆孔4-Φ9】說明書資料

西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 II 本科畢業(yè)設計論文 題 目 CA6140 車床法蘭盤的工藝規(guī)程和夾具設計 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 指導教師 畢業(yè)時間 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 III 摘 要 本次畢業(yè)設計的 題目 是 CA6140 車床法蘭盤的工藝規(guī)程和夾具設 計 ，主要內容如下： 首先，對零件進行分析，主要是零件作用的分析和工藝 性 分析，通過零件分析可以了解零件的基本情況，而工藝分析可以知道零件的加工表面和加工要求。根據零件圖提出的加工要求，確定毛坯的制造形式和尺寸。 其次 ，進行基面的選擇，確定加工過程中的粗基準和精基準。根據選好的基準，制訂工藝路線，通常制訂兩種以上的工藝路線，通過工藝方案的比較與分析，再選擇可以使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求得到合理的保證的一種 較佳 工 序路線 。 然后 ，根據已經選定的工序路線，確定每一步的切削用量及基本工時，并選擇合適的機床和刀具 和量具。 最后，設計鉆法蘭盤 4-9 孔的 鉆床 夾具。設計鉆床夾具，首先要仔細分析被 加工零件的技術要求，運用夾具設計的基本原理和方法，擬定夾具設計方案；在滿足加工精度的條件下，合理的進行安裝、定位、夾緊；在完成夾具草圖后，進一步考慮零件間的連接關系和螺釘、螺母、定位銷等的固定方式，設計合理的結構實現各零部件間的相對運動；根據各零件的使用要求，選擇相應的材料。 完成鉆床夾具的所有設計后，用 AutoCAD 進行二維圖形的繪制，首先畫裝配圖，然后從裝配圖上拆畫零件圖，標注相關尺寸及技術要求；再用 CATIA 畫出三維模型圖，最后進行論文的撰寫、整 理、修改完成該畢業(yè)設計。 關鍵詞 ： 機械 ， 法蘭盤 ， 加工工藝 ， 夾具設計 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 III 需要 CAD 圖紙，扣扣 414951605 ABSTRACT The subject of this graduation project is that CA6140 lathe ring flange processing technology rules and special-purpose jig of a certain process are designed, the main content is as follows: First of all, analyse , it is mainly analysis of the function of the part and craft analysis to the part , through part analyse can find out about basic situation of part, and craft analyse may know the processing surface of the part and is it require to process. The processing demand put forward according to the part picture, confirm the manufacture form. of the blank and sureness of the size. The second step, carry on the choice the base , confirm thick datum and precise datum in the processing course. According to the datum chosen , make the craft route , usually make the craft route of more than two kinds, with analysing through the comparison of the craft scheme, and then choosing be able to make such specification requirements as the precision of geometry form. size of the part and precision of position ,etc. get a kind of process of the rational assurance s. The third step, according to the already selected process route, confirm for every steps of cutting consumption and basic man-hour , choose suitable lathe and cutter. To rough machining , will check the power of the lathe . Finally , design the jig getting into the hole of the ring flange. Designed drilling fixture, the first careful analysis is the technical requirements for processing components, fixture design using the basic principles and methods.Prepared the fixture design scheme ；Meet the conditions of precision ,then reasonable installation, positioning, clamping；After the completion of draft fixture, and further consider the connection relation between parts and screws, nuts, pins and other fixed means,designing the reasonable structure to achieve relative motion between the various components；Requirements of the various components, select the appropriate materials. Completion of all drilling fixture design, using the AutoCAD drawing two-dimensional graphics,first draw assembly drawing, and then removed from the part drawing on the painting Parts,marking the related to size and technical requirements,finally, write a thesis, organize, edit, complete the graduation project. KEY WORDS： machine, flange, process the craft, the tongs design 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 V 目 錄 第 1 章 緒 論 . 7 第 2 章 零件的結構工藝性分析 . 8 2.1 零件的作用 . 8 2.2 零件的工藝性分析 . 8 第 3 章 工藝規(guī)程設計 . 10 3.1 確定毛坯的制造形式 . 10 3.2 基準的選擇 . 10 3.2.1 粗基準的選擇 . 10 3.2.2 精基準的選擇 . 11 3.3 工藝路線的擬定 . 11 3.3.1 選擇加工方法 . 11 3.3.2 劃分加工階段 . 12 3.3.3 安排加工順序 . 12 3.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 . 14 3.5 確定切削用量及基本工時 . 18 第 4 章 夾具設計與分析 . 24 4.1 問題的提出 . 24 4.2 夾具設計 . 24 4.2.1 夾具結構和類型的選取 . 24 4.2.2 夾具定位元件的選擇 . 26 4.2.3 鉆套的設計 . 27 4.2.4 鉆模板設計 . 28 4.2.5 夾具體（底座）的設計 . 29 4.2.6 其他裝置 . 30 4.2.7 夾緊裝置的設計計算 . 31 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 VI 4.2.8 切削力計算 . 33 4.2.9 機床夾具精度校核 . 34 4.2.10 繪制夾具總圖 . 37 4.2.11 拆分夾具零件圖 . 37 第 5 章 全文總結 . 39 參考文獻 . 40 致 謝 . 41 畢業(yè)設計小結 . 42 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 7 第 1 章 緒論 法蘭盤 類零件 是 在一個類似盤狀的金屬體的周邊開上幾個固定用的孔用于連接其它東西， 此類零件 在機械行業(yè)擁有非常重要的地位，其加工質量和精度直接影響一臺機器的運作。 因此，進行 法蘭盤 類零件加工工藝 的 研究，對于整個機械行業(yè)而言，有 著舉足輕重的地位 。 在 提高工件加工質量的基礎上同時提高生產效率是 大部分機械零件 工藝設計的準則， 法蘭盤類零件也是如此。 一個合格的零件工藝規(guī)程，應該首先要求保證零件設計的尺寸和精度，其次要盡量合理地運用現有的工作條件，盡量減少輔助時間，提高生產效率。夾具的設計需要注意其精度對 被 加工工件精度的影響，務必確保使用夾具能夠保證設計精度。本設計 均 以上述各原則為基準進行。 由于 專業(yè)知識有 限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師 、 同學 給予指 出 。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 8 第 2 章 零件的結構工藝性分析 2.1 零件的作用 CA6140 臥式車床上的法蘭盤，為盤類零件，用于臥式車床上。車床的變速箱固定在主軸箱上，靠法蘭盤定心。法蘭盤內孔與主軸的中間軸承外圓相配，外圓與變速箱體孔相配，以保證主軸三個軸承孔同心，使齒輪正確嚙合。主要作用是標明刻度，實現縱向進給。 2.2 零件的工藝性分析 法蘭盤是一回轉體零件 ， 有一組加工表面 ， 這一組加工表面以 20 045.00 mm的孔為中心 ， 包括： 12.034.0100 mm的外圓柱面及左 右 端面 ， 尺寸為 0 017.045 mm 的圓柱面 ， 90mm 的外圓柱面、 左 右端面及上面的 4個 9mm 的透孔， 0 6.045 mm的外圓柱面及上面的 6mm 4mm 的孔 ， 90mm 端面上距離中心線分別為 34mm和 24mm 的兩個平面。 圖 2-1 CA6140 車床法蘭盤模型圖 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 9 零件各表面之間位置精度要求主要是： (1) 100mm 左端面與 20mm 孔中心軸的跳動度為 0.03 ； (2) 90mm 右端面與 20mm 孔中心軸線的跳動度為0.03 ； (3) 450 017.0 mm 的外圓與 20mm孔中心軸線的圓跳動公差為 0.03 。 經過以上對加工表面的分析，我們可先選定粗基準，加工出精基準所在的加工表面，然后借助專用夾具對其他加工表面進行加工， 以此 保證它們的位置精度。 圖 2-2 CA6140 車床法蘭 盤零件圖 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 10 第 3 章 工藝規(guī)程設計 3.1 確定毛坯的制造形式 零件材料為 HT200，由于該零件 主要承受靜壓力 ， 因此選用鑄件。 并且生產批量給定為 中批生產，零件輪廓尺寸不大 ， 毛坯 結構 比較簡單， 因此毛坯形狀可以與零件的形狀盡量 接近， 故采用金屬模鑄造 ， 內孔不鑄出 ， 單件澆注 。 金屬模澆鑄有生產率高 ， 單邊余量小，結構細密等優(yōu)點。 這從提高生產率，保證加工精度 方面 考慮也是應該的。 3.2 基準的選擇 基 準 選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇 的 正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚著，還會造成零件大批報廢，使生產無法正常進行。 因此，定位基面的選擇應該在保證加工精度的前提下使定位簡單準確，加緊可靠，加工方便，夾具結構簡單。 3.2.1 粗基準的選擇 選擇粗基準主要是選擇第一道機械加工工 序的定位基準，以便為后續(xù)的工序提供精基準。選擇粗基準的出發(fā)點是：一要考慮如何分配各加工表面的余量：二要考慮怎樣保證不加工面與加工面間的尺寸及相互位置要求。這兩個要求常常是不能兼顧的，但對于一般的 回轉 類零件來說，以外圓作為粗基準是完全合理的。對本零件而言，由于每個表面都要求加工，為保證各表面都有足夠的余量，應選擇 加工余量最小的面為粗基準（這就是粗基準選擇原則里的余量足夠原則）現選取 45 外圓柱面和端面作為粗基準。在車床上用帶有子口的三爪卡盤夾住工件，消除工件的六個自由度，達到完全定位。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 11 3.2.2 精基準的選擇 精基準的選擇主要考慮基準重合與統一基準原則。 主要 以 20mm 內 孔 和100mm 外圓左端面 為精基準。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算 。 3.3 工藝路線的擬定 工藝方案的擬定原則是：“優(yōu)質、高產、低耗”。 3.3.1 選擇加工方法 選擇加工方法，要首先考慮主要表面的加工方法，后考慮次要表面的。要先決定最終加工方法，再決定前面一系列加工方法。根據對被加工零件加工表面的精度和粗糙度要求，零件的結構和被加工表面的形狀、大小等具體條件，選取最經濟合理的加工方案。 查現代制造工藝基礎 1表 1.2、表 1.3、表 1.4，選擇各表面加工方法如下： 表 面 零件表面粗糙度 加 工 方 法 0 017.045 外圓表面 Ra=0.8 毛坯 粗車 半精車 精車 12.034.0100 外圓表面 Ra=1.6 毛坯 粗車 半精車 精車 刻字劃線鍍鉻 90 外圓表面 Ra=6.4 毛坯 粗車 半精車 精車 0 6.045 外圓表面 Ra=0.4 毛 坯粗車半精車粗磨精磨拋光 12.0 34.0100 右端面 Ra=0.4 毛坯粗車半精車粗磨精磨拋光 90 左端面 Ra=0.4 毛坯粗車半精車粗磨精磨拋光 12.0 34.0100 左端面 Ra=1.6 毛坯 粗車 半精車 精車 90 右端面 Ra=1.6 毛坯 粗車 半精車 精車 表 3-1 各表面所需加工方法 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 12 3.3.2 劃分加工階段 工藝路線一般可劃分為 以下幾 個階段： a) 粗加工階段 ： 主要任務是去除各表面 較大量的加工 余量， 獲得較高生產率 。 b) 半精加工階段 ： 為 主要表面的精加工作 準備。 c) 精加工階段： 保證各主要表面達到圖紙規(guī)定的質量要求 。 d) 光整加工階段：主要針對精度很高、表面粗糙度值很小，或零件圖紙有特殊要求的情況。 考慮 到既能 使零件的技術要求 得以 保證， 又要 使工序集中來提高生產率， 將加工過程大致劃分為 “ 毛坯 粗加工 半精加工 精加工 ” 幾個階段 。 3.3.3 安排加工順序 遵循 “ 先粗后精 、 先主后次 、 先基面后其他 ” 的原則，結合已經選擇的加工方法和劃分的加工階段，擬定出兩套工藝路線方案，并經過分析比較從中選出較佳方案。 （ 1） 工藝路線方案 一 工序 5 鑄造毛坯 工序 10 粗車 100mm柱體左右端面及外圓 工序 15 粗車 45， 90 的外圓， 45、 90 右 端面， 90 的倒角 工序 20 鉆、擴、粗鉸、精鉸 20mm孔 ， 車孔左端的倒角 工序 25 半精車 90 外圓及 右 端面，車槽 3 2， R5 的圓角 工序 30 半精車 100 左右端面及外圓，精車 100 的左端面 工序 35 粗銑 90 的左端面；粗銑、精銑 90 柱體右側面 工序 40 鉆 4 9 孔 工序 45 鉆 4 孔，鉸 6 孔 工序 50 磨削 100 的右端面， 90 外圓及左右端面， 45 外圓 0 017.045 右端 面 Ra=6.3 毛坯 粗車 半精車 0.0450 20 內孔 Ra=1.6 毛坯鉆擴粗鉸精鉸 距中心 34mm 表面 Ra=3.2 毛坯粗銑精銑 距中心 24mm 表面 Ra=0.4 毛坯粗銑精銑磨 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 13 工 序 55 磨削 100 與 90 外圓面 工序 60 B 面拋光 工序 65 劃線、刻字 工序 70 去毛刺 工序 75 100 外圓柱面鍍鉻 鍍鉻 工序 80 終撿 （ 2） 工藝路線方案 二 工序 5 鑄造毛坯 工序 10 粗車 100 左 端面 及 外圓 柱面， 粗車 B面 ， 粗車 90 外圓 柱面， 鉆 20 孔 ， 擴 20 孔，粗鉸 20 孔， 精鉸 20孔 工序 15 粗車 45 右端面 ， 粗車 90 外圓柱面 ， 粗車 45 外圓 端面 工序 20 半精車 100端面 ， 半精車 100外圓柱面 ， 半 精車 B 面 ， 半精車 90 外面柱面 工序 25 半精車 45 端面 ， 半精車 45 外圓柱面 ， 半精車 90右 端面 工序 30 精車 100 右 端面 ， 精車 100 外圓柱面 ， 精車 90外圓柱面 工序 35 精車 45 外圓柱面 ， 精車 90 右 端面 ， 車 20 右 側 倒角 ， 車 3x2 退刀槽 工序 40 粗銑距中心 34和 24 的平面 ， 精 銑距中心 34和 24 的平面 工序 45 鉆 4x 9孔 工序 50 鉆 4孔 ， 擴 6孔 工序 55 粗 磨 B面 ， 精磨 B面 工序 60 磨距 中心 24 平面 工序 65 100 柱 面左側 倒角 ， 車 45過渡圓弧 R5， 90 柱 面右側 倒角 ， 20 右側 倒角 工序 70 B面拋光 工序 75 劃線、刻字 工序 80 去毛刺 工序 85 100 外圓柱面鍍鉻 鍍鉻 工序 90 終撿 （ 3） 工藝方案的比較與分析 上述兩種工藝方案的特點在于：方案二考慮以 20 孔為精加工基準，而方案一則是從右端面開始加工到左端面，然后再鉆 20 孔，這時則很難保證其圓跳動等精度 要求 。因此選擇方案二作為加工工藝路線比較合理。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 14 3.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “法蘭盤”零件材料為 HT200，硬度 190HBS，毛坯重量約為 2.8KG，生產類型為中批生產， 采用鑄造毛坯。 根據上述原始資料及加工工藝， 參照機械加工工藝手冊 2， 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： （單位 mm） 1) 0017.045外圓表面 工序名稱 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及偏差 精車 0.6 45 0.017 0 017.045 半精車 1.4 45.6 0.039 0 039.06.45 粗車 2 47 0.3 2.01.047 毛坯 4 49 1.0 5.05.049 2) 12.034.0100外圓表面 工序名稱 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及偏差 精車 0.5 100 0.24 12.034.0100 半精車 1.5 100 5 0.30 0 30.05.100 粗車 2.5 102 0.6 30.030.0102 毛坯 4.5 104.5 1.6 8.0 8.05.104 3) B面 0 6.045 外圓表面 工序名稱 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及公差 磨 0.6 45 0.6 0 6.045 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 15 半精車 1.4 45.6 0.7 3.04.06.45 粗車 2 47 1.0 5.05.047 毛坯 4 49 2.0 0.10.149 4) B面中兩個端面 工序名稱 工序余量 精磨 0.1 粗磨 0.8 半精車 1 粗車 1.6 毛坯 3.5 5) 20 045.00孔 工序名稱 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及公差 精鉸 0.1 20 0.045 20 045.00 鉸孔 0.2 19.9 0.084 19.9 063.0021.0 擴孔 1.7 19.7 0.1 19.7 1.00 鉆孔 18 18 +0.6 18 6.00 毛坯 20 0 6) 90 外圓 工序名稱 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及公差 精車 0.5 90 0.6 0 6.090 半精車 1.5 90.5 0.7 3.04.05.90 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 16 粗車 2.5 92 1.0 5.05.092 毛坯 4.5 94.5 2.0 0.10.15.94 7) 0017.045的右端面 a. 按照工藝手冊表 6-28，鑄件重量為 2.8kg， 0017.045端面的單邊加工余量為 2.0 3.0，取 Z=3.0mm，鑄件的公差按照表 6-28，材質系數取 1M ，復雜系數取 2S ，則鑄件的偏差為 7.08.0 ； b. 精車余量：單邊為 0.2mm（見實用機械加工工藝手冊 6中表 3.2-2），精車公差既為零件公差 0.017mm； c. 半精車余量：單邊為 0.8mm（見實用機械加工工藝手冊中表 11-27）本工序的加工公差為 0.1mm； d. 粗車余量：粗車的公差余量（單邊）為 Z=3.0-0.2-0.8=2mm； 粗車公差：現在規(guī)定本工步（粗車）的加工精度為 IT11 級，因此，可以知道本工序的加工公差為 0.16mm，由于毛坯及以后各道工步的加工都有加工公差，因此所規(guī)定的加工余量其實就是含義上的加工余量，實際上，加工余量有最大的加工余量及最小加工余量之分； 0 017.045 右端面的尺寸加工余量和工序間余量及公差 分布圖見下圖： 圖 3-1 加工余量和工序尺寸公差示意圖 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 17 工序名稱 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及公差 精車 0.2 94 0.6 0 6.094 半精車 0.8 94.2 0.7 3.0 4.02.94 粗車 2 95 1.0 5.05.095 毛坯 3 97 2.0 0.10.197 8) 12.034.0100左端面 工序名稱 工序余量 工序基本尺寸 工序尺寸的公差 工序尺寸及公差 精 車 0.2 91 0.6 0 6.091 半精車 0.8 91.2 0.7 3.04.02.91 粗車 2.5 92 1.0 5.05.092 毛坯 3.5 94.5 0.6 0 6.05.94 9) 90 右端面 工序名稱 工序余量 精車 0.1 半精車 0.4 粗車 1.5 毛坯 2 10) 90 圓柱面上 距 045.0020 孔 中心線 34mm 的平面 工序名稱 工序余量 半精銑 0.7 粗銑 10.3 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 18 毛坯 11 11) 90 圓柱面上 距 045.0020孔 中心線 24mm 的平面 工序名稱 工序余量 精磨 0.05 精銑 0.15 半精銑 0 7 粗銑 20.1 毛坯 21 根據以上數據結果，繪制出毛坯圖（圖 3-2）： 3.5 確定切削用量及基本工時 確定工序 10 ：粗車 100 端面及外圓柱面，粗車 B 面 ,鉆、擴、鉸 20 的中心孔的切削用量及基本工 時 : 3.5.1 加工條件 工件材料： HT200 220MPab 圖 3-2 毛坯圖 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 19 機床： CA6140 臥式車床 刀具：采用刀片材料為 YT15，刀桿尺寸 16x25mm2 , 90=K, 150 , 12=0 , 0.5mm 3.5.2 計算切削用量 (1) 粗車 100mm端面 a) 已知毛坯長度方向的加工余量為 3+0.8-0.7mm,考慮的模鑄拔模斜度， 4mmpa b) 進給量 f 根據實用機械加工工藝手冊中表 2.4-3,當刀桿尺寸為 2mm 2516 ， 5mm3pa ,以及工件直徑為 100 時， f =0.71.0mm/r 按 CA6140 車床說明書（見切削手冊）取 f =0.9mm/r c) 計算切削速度，按切削手冊 7表 1.27,切削速度的計算公式為 (壽命T=60min) ( m / m i n)vyxpm vc kfaTCvvv (3-1) 其中： 342vC, 15.0vx, 35.0vy， 0.2m 。修正系數 vk 見切削手冊表 1.28,即 44.1Mvk , 8.0svk , 04.1kvk , 81.0krvk , 97.0Bvk 。 所以 n)158 . 6( m / m i0. 971. 04x 0. 81xx1. 44x 0. 8 x5.0460 342 35.015.02.0 vxxv c d) 確定機的主軸轉速 r / m in504 x1 0 0 6.1581 0 0 0d1 0 0 0ns W cv 按機床說明書 (見工藝手冊表 4.2-8),與 504r/min 相近的機床轉速為480r/min 及 600r/min?，F選取 480r/minwn 。所以實際切削速度 110r/minv 。 切削工時，按工藝手冊表 6.2-1。 mm402 20100 L , mm21 l ， 02l ， 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 20 ( m in )09.00 . 9480 240fnlw321 lllt m (2) 粗車 100mm 外圓柱面，同時應檢驗機床功率及進給機構強度 a) 切削深度，單邊余量 Z=2mm,分二次切除。 b) 進給量， 根據機械加工工藝手冊取 f=0.9mm/r c) 計算切削速度 m / m i n1 3 2vyxpm vc kfaTCvvv d) 確定機床主軸轉速 m in/4 2 0 x1 0 0 1 3 21 0 0 0d1 0 0 0 W rvns c 按機床說明書 (見工藝手冊表 4.2-8)與 420r/min 相近的機床轉速為480r/min。現選取 480r/min 所以實際切削速度 m in/1501 0 00 4801001 0 00 mdnv sc e) 檢驗機床功率 主切削力 FC按切削手冊表 1.29 所示公式計算 ccFcFcFc FncyxpF kvfaCF c (3-2) 其中 2985cFC， 0.1cFx， 65.0cFy， 15.0cFn，63.0)650600()650( 65.0 Mpnb kF 61.0krk )(4.1 1 2 289.063.05.00.12 9 8 5 65.0 NFc 切削時消耗功率 ）（ KWx xx vFP ccc 81.2106 1504.1122106 44 由實用機械加工工藝手冊表 7-4中 CA6140 機床說明書可知， CA6140 主電機功率為 7.5kw.轉速為 480r/min 時主軸傳遞的最大功率為 4.5kw.所以機床功率足夠，可以正常加工。 f) 校驗機床進給系統強度 已知主切削力 NFc 4.1122 .徑向切削力pF按切削手冊表 1.29 所示公式計算 ppFFppFp FncyxpFp kvfaCF (3-3) 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 21 其中 1940pFC， 9.0pFx， 6.0pFy， 3.0pFn， 5.0krk 59.0)650220()650( 85.0 FnbMpk 所以 ）（ NFc 2035.059.01505.05.11940 3.06.09.0 而軸向切削力 ffFFffFf FncyxpF kvfaCF f (3-4) 其中 2880fFC， 0.1fFx ， 4.0fFn， 34.06 502 20)6 50( 0.1 ）（FnbMk , 17.1kk 軸向切削力 ）（ NFf 44217.134.01505.05.12882 4.05.0 取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數 =0.1,則切削羅在縱向進給方向對進給機構的作用力為 5 7 4 . 5 N=1 3 2 . 5+4 4 2=2 0 3 )+( 1 1 2 2 . 40 . 1+4 4 2=)+(+=Fp FFF cf 而機床縱向進給機床可承受的最大縱向力為 3530 N(見切削手冊表 1.30)故機床進給系統可正常工作。 g)切削工時： fn w 21 lllt (3-5) 其中 mml 10 mm41 l mml 21 所以 m in1.09.04 8 0 2410 t (3)粗車 B 面 a) 切削深度。單邊余量 mmZ 22 15055 .分 1次切除 b) 進給量 根據機械加工工藝手冊取 f=0.9mm/r c) 計算切削速度 vyxpmvC kfaT Cvvv （ 3-6） 其中： 342vc , 15.0vx , 35.0vy , m=0.2。 修正系數 vk 見切削手冊表 1.28,即 44.1Mvk ， 8.0svk , 04.1kvk , 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 22 81.0krvk , 97.0Bvk 所以 m / m i n12697.081.004.18.044.19.0460 342 35.015.02.0 vcv d) 確定機的主軸轉速 m in/378106 1261 0 0 0d1 0 0 0 W rvn cs 按機床說明書 (見工藝手冊表 4.2-8),與 378r/min 相近的機床 轉速為 400r/min?，F選取 wn =400r/min。 所以實際切削速度 m in/1331 0 00 4001061 0 00 mdnv sc e) 切削工時，按工藝手冊表 6.2-1。 illfnlt w 21m ；其中 l=30mm ( m in )83.0159.0400 2fnlw21 illt m 工序 45 鉆、絞 4X 9mm 透孔 機床： Z525 立式搖臂鉆床 刀具： 根據機械加工工藝手冊表 10-61 選取高速鋼麻花鉆 9。 a) 進給量 查機械加工工藝師手冊表 28-13， 取 f=0.13mm/r b) 切 削速度 根據機械加工工藝手冊表 10-70,及 10-66,查得 V=30m/min。 c) 機床主軸轉速 1 0 6 1 r / m in9 301 0 0 0d1 0 0 0nsW cv 按機床說明書 (見工藝手冊表 4.2-5),與 1061r/min 相近的機床轉速為1012r/min?，F選取 wn =1012r/min。 所以實際切削速度 m in/6.281 0 00 1 0 1291 0 00 mdnv sc 切 削工時，按 工 藝手冊 表 6.2-1。 ifnlt w 21 llm ； 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 23 其中 8mml ； mm41 l； mml 32 ， 0 .1 1 ( m in )0 .1 31 0 1 2 15fnltw21 llm 由于有四個孔所以切削工時為 0.44min4t m 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 24 第 4 章 夾具設計與分析 4.1 問題的提出 為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，鄧老師指定我為 45#工序（工序草圖 4-1）設計一個用于立式鉆床或搖臂鉆床上的鉆模。為了縮短生產準備周期，降低夾具制造成本，互換性好，節(jié)省裝夾時間，夾具設計應做到結構簡單，裝夾方便，多采用標準件等。 本工序所要鉆的 4 個孔相對位置固定，有一定的公差要求。為了使鉆孔的位置精確，提高加工精度，必須對零件進行定位，使之滿足使用要求。由于 4 個孔均為透孔，因此要求限制除了 Z 的 5個自由度。 4.2 夾具設計 4.2.1 夾具結構和類型的選取 鉆床類夾具構造主要分為固定模板式鉆模，復蓋式鉆模、翻轉式鉆模和回轉式鉆模四種。其中 固定式鉆模應用于鉆模本身質量較大或鉆直徑較大平行孔系時；圖 4-1 鉆 4 9 孔工序圖 - 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 25 復蓋式鉆?？尚?，工作時可直接復在工件上 ； 用銷釘 或鉸鏈 與夾具體聯接。翻轉式鉆模主要用于加工不同方向的孔?；剞D式鉆模 加工沿圓周分布的孔。 本 工序采用 復蓋 式鉆模 較合理，初步設計出兩種方案，方案 1(圖 4-2）為用 圖 4-3 用心軸聯接鉆模板的復蓋式鉆模 圖 4-2 用鉸鏈聯接鉆模板的復蓋式鉆模 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 26 鉸鏈聯接模板的復蓋式鉆模，方案 2（圖 4-3） 為用心軸（即變形的 銷釘）聯接模板的復蓋式鉆模。 比較 兩方案可發(fā)現，由于要被鉆的 4 個孔所在位置距零件上端面較遠，若采用方案 1，配合上加長鉆套，鉆模板很難卸下，且鉆套伸出太長，剛性降低，加工誤差也會隨之增大。因此選用方案 2 為夾具結構。 4.2.2 夾具 定位 元件的選擇 定位元件的作用是確定工件在夾具 上的 正確位置。如夾具上的圓柱銷、菱形銷和支承板都是定位元件，通過它們使工件在夾具中占據了正確的位置。 由 鉆4- 9孔工序圖（圖 4-1）可知，待加工的 4個孔與 20 045.00孔中心以及 06.090外圓上兩個平面之間有相對位置要求，對 100 12.034.0 底端面也有垂直度要求，其設計 基準為 20 045.00孔的中心線。該工序對加工精度要求不是很高，要求限制工件 5 個 自由度。 選擇以 20 內孔和 100 大端面為組合定位基準，避免基準不重合誤差。其中 100 端面處以大平面定位，限制 x 、 y 、 z ； 20 內孔處以短圓柱銷定位，限制 x 、 y ；另選用 90 外圓面上距中心線 24mm 的平面作為基準定位，限制 z 。 初步設計出兩種銷釘方案，方案 1（圖 4-3）將鉆模板下部分做成一個內腔，其內部有一個平面與距中心線 24 的平面貼合來實現定位。方案2（圖 圖 4-4 銷釘定位 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 27 4-4）用一塊連接板將定位銷聯接在鉆模 板本體上，其中連接板以兩個螺釘緊固在鉆模板邊緣。與方案 1相比，方案 2 結構簡單、工藝性好，利于制造，調節(jié)方便。因此，此處定位方式選擇方案 2。 這樣一來， 實際限制 了 工件的 6 個自由度，實現 了 完全定位 ， 達到了正確限定工件位置的目的，也符合“六點定位”法則 。 4.2.3 鉆套的 設計 a) 鉆套種類的選擇 鉆套是鉆床上特有的一種元件，用來確定刀具的位置和在加工中引導刀具。一般有 固定鉆套、 可換鉆套、 快換鉆套三種。當工件形狀或工序的加工條件 不適宜采用上述標準鉆套時，就要根據具體情況設計特種鉆套。例如：該工序被加工 9 孔與 45 外圓之間距離比較小，需要設計出特種鉆套（圖 4-7）。 b) 鉆套內徑尺寸、公差及配合的選擇 鉆套內徑 d 應按鉆頭的引導部分來確定，即鉆套內徑的基本尺寸，應等于鉆頭的最大極限尺寸。 該工序選用標準鉆頭 9，直柄麻花鉆 （ 圖 4-5） ， 標準 GB/T6135.3-1996.其結構及相關尺寸如下 ： 鉆頭最大尺寸為 9，切削部分長度為 81mm，鉆頭剛度 一般 ，取鉆套內徑 d=9mm，公差采用 F7， 采用 加長鉆套 。 c) 鉆套與工件距離 S 鉆套與工件表面的距離 S 的選擇主要考慮 排屑和引偏量的問題。間隙過小，排 屑 不 利。間隙過大，會使引偏量過大，加工誤差增大。據 現代制造工藝基礎 147 頁介紹，加工 鑄鐵等脆性 材料時常取間隙為 （ 0.30.7） d。此處取 S=6mm。 圖 4-6 排屑間隙 圖 4-5 標準直柄麻花鉆尺寸 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 28 鉆套總高 約按 H/d=22.5 取 得 H=21mm， 需要指出， 為了有利于鉆頭的引進，鉆套內徑進口處做成圓角，為了排屑容易，內徑下端也作了倒角，并且在鉆套與鉆模板配合的地方設計為燕尾槽形式 （ 圖 4-7(b)） 。 d) 鉆套的材料 鉆套材料一般選擇硬度高、耐磨性好的材料。常用材料為 T10A,T12A,CrMn鋼或 20 鋼滲碳淬火。當鉆套內徑 d 10mm時常采用 CrMn 鋼。本工序鉆套內徑為 9mm，材料采用 CrMn 鋼，經熱處理后硬度達到 HRC6064。 4.2.4 鉆模板設計 生產中，鉆模板在保證有足夠剛度的前提下要盡量減少其重量。其厚度通常按鉆套高來確定，一般取 1230mm。此處，由于鉆套高 H=21mm,且加工孔徑不是很大，軸向切削力較小，鉆模板厚度采用 15mm 即可保證有足夠剛度。其結構設計見圖 4-8。 (a) (b) 圖 4-7 特種鉆套 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 29 4.2.5 夾具體 （底座）的設 計 夾具體是夾具的基座和骨架， 用來安裝和固定定位元件 、 夾緊機構和鉆模板的實體。具體大小根據整個機構的大小而調整，要保證機構的穩(wěn)定，所以形位公差有較嚴格的要求。 因為本工件外形和被加工孔的尺寸都不大，所以沒有將夾具體固定。 本鉆模中底座屬于夾具體，關于底座的設計有兩點值得提及，第一：定位面（圖 4-9 所示 B 面）的大小一定要比 100 外圓端面小。因為 B 面是零件的一個定位面，若 B 面較大，經 過多個工件的加工之后，在 B 面上會因磨損而留下痕跡，致使零件定位誤差加大，甚至產生廢品。當然，用三個支撐釘代替大平面圖 4-8 鉆模板 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 30 來定位也是 可取的。第二：底座的支腳設計為四個而不是三個，這是為了便于發(fā)現支腳下面是否粘有切屑等污物，以保證鉆模能處于正確位置（防止歪斜時影響加工精度，或折斷鉆頭）。 4.2.6 其他裝置 連接板 :連接板（圖 4-10） 用于將定位銷與鉆模板連接起來 ，是在對 4.2.2中所述定位方案 1（圖 4-3） 的簡化、改進過程中設計出來的。其中連接板以兩個螺釘緊固在鉆模板邊緣，定位銷又通過螺母聯接在連接板上。方便制造和裝配 ，并且螺母、螺釘都選用了標準件，降低了夾具制造成本，符合夾具設計的總原則。 圖 4-10 連 接板 圖 4-9 底座 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 31 4.2.7 夾 緊裝置的設計計算 夾緊裝置的作用是將工件夾緊夾牢，保證工件在加工過程中正確位置不變。夾緊裝置包括夾緊元件或其組合以及動力源。 a) 夾緊裝置的選用 工件是 在 立式鉆床上 進行加工，加工力 及 振 動 較大，要求夾緊裝置具有足夠的強度 。 鑒于該工件較小，批量又不大，并考慮到使夾具結構簡單，降低生產成本， 因此， 本設計采用由 螺桿、螺母和開口墊 片 組成了 螺母夾緊機構。其中 螺桿與 定位短銷 組 合成一根心軸（圖 4-11） ， 使其同時具有定位和加緊作用。定位心軸的右端（即定位短 銷 所在端 ,圖 4-12 (a)） 用螺母 緊固在底座上，另一端通過螺 母壓在鉆模板上 進行夾緊 ， 配合上具有快卸功能的開口墊片 (圖 4-12 (b)，加工前擰緊螺母，夾緊工件， 以防工件旋轉 ，加工后松開螺母不用全部旋出，即可依次取下墊片、鉆模板和工件，實現了快速加緊和松夾，提高了生產效率。 (a) (b) 圖 4-12 螺母加緊機構 圖 4-11 心軸 定位銷 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 32 b） 夾緊力的確定 本夾具采用的是螺旋夾緊中的螺母加緊機構。查現代機床夾具設計 11 P125，表 4-23，螺旋夾緊機構夾緊力的計算，摘得表 4-1： 結 構 簡 圖 螺紋直 徑 /mm 螺距 /mm 手柄長度/mm 作用力 /N 夾緊力 /N 8 1.25 50 50 2050 10 1.5 60 50 1970 12 1.75 80 80 3510 16 2 100 100 4140 20 2.5 140 100 4640 10 1.5 120 45 3550 12 1.75 140 70 5380 16 2 190 100 7870 20 2.5 240 100 7950 24 3 310 150 12840 4 0.7 8 10 130 5 0.8 9 15 180 6 1 11 20 240 8 1.25 14 30 340 10 1.5 17 40 450 12 1.75 20.5 45 510 16 2 26 50 540 表 4-1 螺母夾緊力 表 螺母夾緊力西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 33 該設計為“用扳手的六角螺母”，螺紋直徑 10mm，螺距 1.5mm，手柄長度 120.mm，作用力 45N，夾緊力 3550N。 c） 力源裝置的選用 由于螺旋加緊機構增力比 較大 ，實際上所需原動力很小 。 并且操作簡單，因此 采用手動即可。 4.2.8 切削力計算 工件材料：灰鑄鐵（ HB190) 刀具材料：高速鋼 鉆削力矩 M： 工 件 材 料 加工方 法 刀具材料 鉆削力矩 M 切削力 F 結構鋼和鑄鋼 b =736MPa 鉆 高速鋼 pKfDM 8.024.30 Pf KDFF 7.0667 擴鉆 高速鋼 p8.09.08.80 KfDaM p pPf KfaF 7.03.1371 耐熱鋼（ HB141） 鉆 高速鋼 pKfDM 7.020.40 Pf KDfF 7.01402 灰鑄鐵（ HB190） 鉆 高速鋼 pKfDM 8.021.20 Pf KDfF 8.0419 鉆 硬質合金 pKfDM 8.022.10 Pf KfDF 75.02.1412 擴鉆 高速鋼 PKfDM 8.00.75p2 a83.0 Ppf KfaF 4.02.1231 可鍛鑄鐵（ HB120） 鉆 高速鋼 PKfDM 8.021.20 Pf KDfF 8.0425 鉆 硬質合金 PKfDM 8.02.298.00 Pf KfDF 75.02.1319 銅合金 鉆 高速鋼 pKfDM 8.022.10 Pf KDfF 8.0309 表 4-2 鉆削切削力 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 34 pKfDM 8.0221.0 （ 4-1） 鉆削力 F： pKDfF 8.0f 419 （ 4-2） 符號注釋： f 每轉進給量， mm D 鉆頭直徑， mm Kp 修正系數 Kp=（ HB/150)0.6 （ 4-3） 其中 : D=10mm, f=0.13mm/r, Kp=（ HB/150)0.6=（ 190/150） 0.6=1.15 所以， 鉆削力矩 27.415.113.01021.0 8.02 M N m 鉆削力 9 4 215.013.0104 1 9 8.0f F N 4.2.9 機床夾具精度校核 該鉆模能否確保工件的精度要求，下面將進行有關誤差的分析和校核： 工件上被加工的 4 個 9 孔未注公差值，查公差與配合實用手冊 ，得基本尺寸 20mm對應的公差為 0.12mm：尺寸 12mm 對應的公差為 0.10mm。 （ 1）影響尺寸 20mm的誤差分析。 a）定基誤差 定基 ： 由于基準重合，所以定基誤差 定基 =0 b）定位誤差 定位 ： 本工序定位方式為一孔一面定位。 查現代機床夾具設計 P136，表 4-28，定位誤差計算。知： 工件在夾具中的定位誤差 定位 ： m i n定位 dD （ 4-3） 圖 4-13 定位簡圖 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 35 其中： min 為定位孔與定位銷間的最小間隙。 查得 013.0d ， min =+0.039， 由零件圖知 045.0D 所以 0 6 3.00 3 9.00 2 1.00 4 5.0 ）（定位 c）夾緊誤差： 在夾緊工件時，定位面接觸變形甚小，工件壁部彈性變形可能使被加工孔的軸線在卸下工件后變斜，但其值較小，估計不會大于 0.01mm，可按夾緊=0.01 來估算。 d）安裝誤差 安裝 ： 鉆模不需要在鉆床上 安裝，因此不考慮。 e）調整誤差 調整 ： 調整誤差可分兩項，一項是鉆套座孔軸線對定位端面的的距離尺寸（即工件相應尺寸的平均尺寸，此處是 12）公差，其值可取工件相應尺寸公差（ 0.12mm）的 1/3 至 1/5，今按 1/5 取為 0.024mm；另一項是鉆套內外圓的同軸度允差，一般取 0.01 至 0.005mm，今取為 0.01mm。這兩項之和為 0.058mm。 f）對刀誤差 對刀 ： 圖 4-14 鉆模對刀誤差 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè) 設計 論文 36 對刀誤差即鉆頭在加工過程中的偏斜誤差。圖 4-14 為鉆模對刀誤差計算簡圖，刀具與鉆套的最大配合間隙 Xmax 會引起刀具的偏斜，將導致加工孔的偏斜量 X2 ： m a x22 XHHSBX （ 4-4） 式中 B： 工件厚度 H： 鉆套高度 S： 排 屑空間的高度 工件厚時，按 X2 計算對刀誤差： 對刀 =X2； 工件薄時，按 Xmax 計算對刀誤差： 對刀 =Xmax。 而該工序中雖然不算深孔，但由于孔所在平面距零件上表面較遠，仍視為厚工件情形進行計算。 由零件圖知： B=8mm；由前面設計內容知： H=21mm