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黑龍江科技大學(xué)
機(jī)械制造工程與機(jī)床夾具
課程設(shè)計說明書
設(shè)計題目：方刀架零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計
院 （系）： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械工藝技術(shù)
班 級：
姓 名： XXX
學(xué) 號： XX
指導(dǎo)教師：
設(shè)計時間：
目 錄
序言 1
第1章 零件的分析 2
1.1 零件的作用 2
1.2零件的工藝分析 3
第2章 工藝規(guī)程設(shè)計 4
2.1確定毛坯的制造形式 4
2.2基準(zhǔn)的選擇 5
2.3 制定加工工藝路線 6
2.4 確定切削用量及基本工時 7
第4章專用夾具設(shè)計 8
4.1夾具類型及使用機(jī)床選擇 8
4.2定位方案的確定 8
4.3 夾緊方案設(shè)計 9
4.4 夾具體設(shè)計 9
4.5 鉆模板的設(shè)計 10
4.6 切削力和夾緊力的計算 10
4.7 夾具結(jié)構(gòu)特點 11
結(jié) 論 12
致 謝 13
參考文獻(xiàn) 14
II
序言
機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機(jī)械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。因此，機(jī)械加工工藝規(guī)程在機(jī)械加工中起著重要的作用，主要包括以下的幾個方面：（1） 工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件，機(jī)械加工車間生產(chǎn)的計劃、調(diào)度，工人的操作，零件的加工質(zhì)量檢驗，加工成本的核算，都是以工藝規(guī)程為依據(jù)的。處理生產(chǎn)中的問題，也常以工藝規(guī)程作為共同依據(jù)。如處理質(zhì)量事故，應(yīng)按工藝規(guī)程來確定各有關(guān)單位、人員的責(zé)任。 （2） 工藝規(guī)程是生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的主要依據(jù) 車間要生產(chǎn)新零件時，首先要制訂該零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程，再根據(jù)工藝規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備。如：新零件加工工藝中的關(guān)鍵工序的分析研究；準(zhǔn)備所需的刀、夾、量具（外購或自行制造）；原材料及毛坯的采購或制造；新設(shè)備的購置或舊設(shè)備改裝等，均必須根據(jù)工藝來進(jìn)行。（3） 工藝規(guī)程是新建機(jī)械制造廠（車間）的基本技術(shù)文件 。新建（改.擴(kuò)建）批量或大批量機(jī)械加工車間（工段）時，應(yīng)根據(jù)工藝規(guī)程確定所需機(jī)床的種類和數(shù)量以及在車間的布置，再由此確定車間的面積大小、動力和吊裝設(shè)備配置以及所需工人的工種、技術(shù)等級、數(shù)量等。 此外，先進(jìn)的工藝規(guī)程還起著交流和推廣先進(jìn)制造技術(shù)的作用。典型工藝規(guī)程可以縮短工廠摸索和試制的過程。因此，工藝規(guī)程的制訂是對于工廠的生產(chǎn)和發(fā)展起到非常重要的作用，是工廠的基本技術(shù)文件。
方刀架零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程制訂及專用機(jī)床夾具設(shè)計是在學(xué)完了機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械工程材料等進(jìn)行課程設(shè)計之后的下一個教學(xué)環(huán)節(jié)。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，并設(shè)計出專用夾具，保證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計綜合性和實踐性強(qiáng)、涉及知識面廣。所以在設(shè)計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設(shè)計。
本次設(shè)計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。
0
第1章 零件的分析
1.1 零件的作用
方刀架是在臥式車床四方刀架的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種自動換刀裝置，其功能和普通四方刀架一樣：有 四個刀位，能裝夾四把不同功能的刀具，普通車床普通車床方刀架回轉(zhuǎn) 90°時，刀具交換一個刀位，但方刀架的回轉(zhuǎn)和刀位號的選普通車床擇是由加工程序指令控制。換刀時方刀架的動作順序是：刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、加工中心加工中心刀架定位和夾緊刀架。方刀架在數(shù)控臥式車床中的還是發(fā)揮著很重要的作用的。
圖1.1零件圖
1.2零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削。
在分析零件的時候要考慮以下3方面：
1、加工零件主要表面的要求及保證的方法；
2、怎么樣達(dá)到重要的技術(shù)要求及保證方法；
3、零件的表面位置尺寸標(biāo)注。
對零件進(jìn)行工藝分析
工藝分析的目的，一是根據(jù)圖紙審查零件的形狀結(jié)構(gòu)及尺寸精度、性能（包括物理性能、化學(xué)性能、機(jī)械性能等）以及相對位置關(guān)系的過程、表面粗糙度、材料及熱處理等的技術(shù)要求是否合理，是否便于加工和裝配；是否符合實際。二是通過工藝分析，對零件的工藝要求有進(jìn)一步的了解，以便制訂出合理的工藝規(guī)程。
第2章 工藝規(guī)程設(shè)計
2.1確定毛坯的制造形式
零件材料為HT200，根據(jù)選擇毛坯應(yīng)考慮的因素，該零件體積較小，形狀較復(fù)雜，外表面采用不去除材料方法獲得粗糙度要求，由于零件生產(chǎn)類型為成批，中小批量生產(chǎn)，而砂型鑄造生產(chǎn)成本低，設(shè)備簡單，故本零件毛坯采用砂型鑄造。 由于零件上孔都較小，且都有嚴(yán)格的表面精度要求，故都不鑄出，留待后續(xù)機(jī)械加工反而經(jīng)濟(jì)實用。
由《機(jī)械加工工藝手冊》表2.3-5，確定此鑄造毛坯的尺寸公差和機(jī)械加工余量為2mm，不加工位置直接鑄造成型，孔的孔徑較小，故采用實心鑄造。
圖2.1毛坯圖
2.2基準(zhǔn)的選擇
基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)劃設(shè)計中的重要工作之一，基準(zhǔn)選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高，否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
1、粗基準(zhǔn)的選擇
粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)為后續(xù)加工提供精基準(zhǔn)，由于該零件毛坯圖上已經(jīng)鑄造出孔，所以可以以此孔作為加工基準(zhǔn)，進(jìn)行外圓加工。
2、精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)主要考慮如何保證加工精度和裝夾方便，以加工好的端面和外圓作為基準(zhǔn)，進(jìn)行內(nèi)孔的精加工，然后再以內(nèi)孔作為基準(zhǔn)進(jìn)行后續(xù)的加工，如鉆孔和攻絲等，均以此為基準(zhǔn)。?
基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一?；鶞?zhǔn)面選擇的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，加工工藝過程中問題百出，更我甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
定位基準(zhǔn)分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。在初始加工過程中，以毛坯上的粗糙表面作為加工零件的粗糙基準(zhǔn)。在下一步驟中，加工表面被用作加工的精細(xì)基準(zhǔn)。主要考慮以下要求。第一，確保加工表面和非加工表面之間的正確位置；二是保證了加工面與專用加工面之間的正確位置，使專用加工面的加工余量小且均勻；第三，提高加工面與定位基準(zhǔn)面之間的定位精度。四是裝夾方便，定位可靠，裝夾結(jié)構(gòu)簡單。
2.3 制定加工工藝路線
擬定工藝路線的內(nèi)容除選擇定位基準(zhǔn)外，還要選擇各加工表面的加工方法，安排工序的先后順序，確定加工設(shè)備，工藝裝備等。工藝路線的擬定要考慮使工件的幾何形狀精度，尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理保證，成批生產(chǎn)還應(yīng)考慮采用組合機(jī)床，專用夾具，工序集中，以提高效率，還應(yīng)考慮加工的經(jīng)濟(jì)性，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
制定的工藝路線如下：
表3-1
1
鑄造
鑄造
2
時效
時效處理
3
銑
銑底端面
4
銑
銑頂端面
5
銑
銑零件四周表面，尺寸132x132
6
銑
銑尺寸38的四周槽面
7
鉆
鉸Φ48H7的孔
8
鉆
锪孔Φ48.2
9
鏜
鏜Φ64H9的孔
10
鉆
鉆Φ16的孔，锪孔18
11
鉆
鉆M12螺紋底孔，锪孔Φ19.2
12
鉆
攻絲M12
13
鉆
鉆8-M16螺紋孔
14
檢驗
檢驗
15
入庫
入庫
2.4 確定切削用量及基本工時
鉸Φ48H7的孔
選用高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表3.1－6）
由《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）
按機(jī)床選取
基本工時： min
第4章專用夾具設(shè)計
為了提高生產(chǎn)效率，保證端面及孔的加工質(zhì)量，提高精確率，得到標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)來源，需要使用專用夾具。
4.1夾具類型及使用機(jī)床選擇
根據(jù)本次設(shè)計要求，設(shè)計一套鉆φ25孔的專用夾具。選用Z5135立式鉆床（圖4-1）更合理。它適用于各種零件的鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、锪平面及攻絲加工，操作簡單，夾具一次裝夾就可加工所有孔。
圖4.1立式鉆床
4.2定位方案的確定
工件的定位面是工件上直接和接觸的部分，選擇定位面時應(yīng)該遵循以下原則：選擇大而平整的平面或內(nèi)圓外圓進(jìn)行定位、選擇定位面后要方便后續(xù)的裝夾、定位面所對應(yīng)的裝夾位置應(yīng)該結(jié)構(gòu)牢固，在裝夾時保證不得有變形現(xiàn)象。根據(jù)上述原則選擇底端面作為加工基準(zhǔn)。
我們設(shè)計夾具主要被用在立式鉆床，因為零件的端面已經(jīng)加工完成，所以在進(jìn)行定位時我們可以選擇端面作為定位的基準(zhǔn)。
使用支承板和支撐釘作為定位元件，支承板限制三個自由度，分別是一個移動自由度和兩個旋轉(zhuǎn)自由度，支撐釘限制了一個旋轉(zhuǎn)自由度和一個旋轉(zhuǎn)自由度，定位銷限制一個移動自由度，這樣限制了空間的6個自由度，完成零件的定位。
4.3 夾緊方案設(shè)計
考慮到本次設(shè)計的夾具其零件并不是十分的復(fù)雜，并且為本夾具是進(jìn)行鉆孔加工，其切削力是垂直于水平面的。因此，采用的是對其垂直方向進(jìn)行夾緊。
從夾具圖上可以看出，我們考慮夾緊這個用壓板壓緊就能完成零件的夾緊。壓板壓住零件，擰緊螺母的同時壓緊零件。
圖4.2夾緊機(jī)構(gòu)
4.4 夾具體設(shè)計
夾具體是整個夾具的基礎(chǔ)和骨架，是夾具上最大和最復(fù)雜的基礎(chǔ)零件，該夾具是鉆夾具，所以不需要安裝定位原件也不需要對刀塊。故為了滿足有足夠的強(qiáng)度和剛度、安放穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)緊湊和工藝性好，并且重量盡可能輕巧，便于操作，使用安全，所以選擇夾具體為鑄造體。
夾具體是夾具的重要零件，他的主要作用是作為整個夾具的支撐部件，同時還連接了如鉆模板、定位銷、支撐釘、支撐板、壓板等零件，是一套夾具中最為重要的零件，夾具體的加工精度是否能夠達(dá)到要求直接關(guān)系到工件的加工質(zhì)量。如夾具體底面與頂面的平行度直接關(guān)系到鉆孔加工中孔的垂直度。該夾具體結(jié)構(gòu)較為簡單，選用易于得到毛坯的灰鑄鐵作為夾具體材料。
4.5 鉆模板的設(shè)計
鉆模板是引導(dǎo)刀具在工件上鉆孔用的零件。鉆模板的作用是支撐鉆套，讓鉆套和夾具體上的定位元件保證一定的位置關(guān)系。鉆模板的精度直接影響到工件鉆孔的精度。
在設(shè)計鉆模板的結(jié)構(gòu)時，主要要根據(jù)工件的外形大小、加工部位、結(jié)構(gòu)特點和生產(chǎn)規(guī)模以及機(jī)床類型等條件而定。要求所設(shè)計的鉆模板結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、制造容易。
對于本次設(shè)計的夾具，由于其定位和夾緊的特殊性，鉆套與工件的距離也有要求，所以，設(shè)計為固定式鉆模板，用兩個定位銷和兩個螺栓固定，加工工件時安裝，加工完后需要將鉆模板拆下。
4.6 切削力和夾緊力的計算
由于本道工序主要完成工藝孔的鉆孔加工，鉆削力。由《切削手冊》得：
鉆削力 式（5-2）
鉆削力矩 式（5-3）
式中：
代入公式（5-2）和（5-3）得
本道工序加工工藝孔時，夾緊力方向與鉆削力方向相同。因此進(jìn)行夾緊立計算無太大意義。只需定位夾緊部件的銷釘強(qiáng)度、剛度適當(dāng)即能滿足加工要求。
4.7 夾具結(jié)構(gòu)特點
鉆模板固定安裝到夾具體上，用兩個定位銷和兩個螺栓固定，導(dǎo)向裝置用快換鉆套，鉆頭從鉆套進(jìn)入，進(jìn)行加工。加工完成后，松開手柄螺釘，取下壓塊，拆下鉆模板，將零件從夾具上取下。
加工由鉆套作為導(dǎo)向，增加了加工的準(zhǔn)確性，確保零件和合格率。
圖4.3 夾具裝配圖
結(jié) 論
本次的夾具設(shè)計及加工工藝過程設(shè)計是機(jī)械專業(yè)里面一次重要的考驗題目，也是現(xiàn)在加工企業(yè)的研究課題，這次設(shè)計需要用到學(xué)校學(xué)習(xí)的所有知識內(nèi)容，例如：金屬工藝學(xué)，機(jī)床加工學(xué)，配合與公差，機(jī)械制造，夾具設(shè)計原理等學(xué)科，需要將這些內(nèi)容和實踐進(jìn)行整體的結(jié)合與考慮，培養(yǎng)我們的創(chuàng)新能力。所有本次設(shè)計不僅僅是要理解和學(xué)習(xí)客戶的理論知識、基本概念等，還要注重生產(chǎn)實踐與知識的想結(jié)合，要進(jìn)行全方面的實踐考慮。本次設(shè)計是考驗最全面、涉及最廣泛的一次考驗。
致 謝
設(shè)計完成后，我真的需要感謝的人是老師的指導(dǎo)，我體會到了他的和藹可親，不僅更謙虛，知識和知識是，做事更嚴(yán)重，他是我們的學(xué)習(xí)模式和 行動指南。 我們的指導(dǎo)老師在平常的時候很難，但他可能每周需要時間來幫助我們解決設(shè)計中存在的問題和設(shè)計中存在的問題。 在這里，我想我老師在我心里說的最崇高的尊重和感激，感謝我的團(tuán)隊成員，在設(shè)計的過程中為我提供任何幫助，你可以說這沒有你的幫助，沒有我 成功的這個設(shè)計。 謝謝你的幫助。
參考文獻(xiàn)
[1] 切削用量簡明手冊,艾興、肖詩綱主編,機(jī)械工業(yè)出版社出版，1994年
[2] 機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊，李益民主編，機(jī)械工業(yè)出版社出版，1994年
[3] 機(jī)床夾具設(shè)計，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海工業(yè)大學(xué)主編，上海科學(xué)技術(shù)出版社出版，1983年
[4] 機(jī)床夾具設(shè)計手冊，東北重型機(jī)械學(xué)院、洛陽工學(xué)院、一汽制造廠職工大學(xué)編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版，1990年
[5] 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊，上海科學(xué)技術(shù)出版社，1981年10月
[6] 機(jī)械制造工藝學(xué)，郭宗連、秦寶榮主編，中國建材工業(yè)出版社出版，1997年
13