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基于氣動夾緊的專用夾具設(shè)計
1 緒論
1.1本課題的研究內(nèi)容和意義
機械的加工工藝及夾具設(shè)計是在完成了大學的全部課程之后，進行的一次理論聯(lián)系實際的綜合運用，使我對專業(yè)知識、技能有了進一步的提高，為以后從事專業(yè)技術(shù)的工作打下基礎(chǔ)。機械加工工藝是實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計，保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段，合理的機械加工企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平，加工藝過程是企業(yè)進行生產(chǎn)準備、計劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術(shù)檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)，也是速產(chǎn)品更新，提高經(jīng)濟效益的技術(shù)保證。
合理的機械加工工藝文件不僅能提高一個企業(yè)的技術(shù)革新能力，而且可以較大程度地提高企業(yè)的利潤，因而合理地編制零件的加工工藝文件就顯得時常重要。機械加工工藝文件的合理性也會受到企業(yè)各方面因素的制約，比如企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備、工人的技術(shù)水平及夾具的設(shè)計水平等，其中較為重要的是夾具的生產(chǎn)和設(shè)計。夾具是機械加工系統(tǒng)的重要組成部分，不論是傳統(tǒng)制造，還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具的設(shè)計都是十分重要的。好的夾具設(shè)計可以提高產(chǎn)品勞動生產(chǎn)率，保證和提高加工精度，降低生產(chǎn)成本等，還可以擴大機床的使用范圍，從而使產(chǎn)品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對夾具的設(shè)計及制造提出了更高的要求。所以對機械的加工工藝及夾具設(shè)計具有十分重要的意義。因而不僅要合理結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實際來進行零件加工工藝文件的編制，而且還要根據(jù)零件的加工要求和先進的加工機床來設(shè)計先進高效的夾具。
該課題主要是為了培養(yǎng)學生開發(fā)、設(shè)計和創(chuàng)新機械產(chǎn)品的能力，要求學生能夠結(jié)合常規(guī)機床與零件加工工藝，針對實際使用過程中存在的金屬加工中所需要的三維造型、機床的驅(qū)動及工件夾緊問題，綜合所學的機械三維造型、機械理論設(shè)計與方法、機械加工工藝及裝備、液壓與氣動傳動等知識，對高效、快速夾緊裝置進行改進設(shè)計，從而實現(xiàn)金屬加工機床驅(qū)動與夾緊的半自動控制。
在設(shè)計氣動系統(tǒng)裝置時，在滿足產(chǎn)品工作要求的情況下，應(yīng)盡可能多的采用標準件，提高其互換性要求，以減少產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)成本。
1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況
夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關(guān)系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機床的結(jié)合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。
在夾具設(shè)計過程中，對于被加工零件的定位、夾緊等主要問題,設(shè)計人員一般都會考慮的比較周全，但是，夾具設(shè)計還經(jīng)常會遇到一些小問題，這些小問題如果處理不好，也會給夾具的使用造成許多不便，甚至會影響到工件的加工精度。我們把多年來在夾具設(shè)計中遇到的一些小問題歸納如下：清根問題在設(shè)計端面和內(nèi)孔定位的夾具時，會遇到夾具體定位端面和定位外圓交界處清根問題。端面和定位外圓分為兩體時無此問題,。夾具要不要清根，應(yīng)根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)而定。如果零件定位內(nèi)孔孔口倒角較小或無倒角，則必須清根,如果零件定位孔孔口倒角較大或孔口是空位，則不需要清根，而且交界處可以倒為圓角R。端面與外圓定位時，與上述相同。讓刀問題在設(shè)計圓盤類刀具(如銑刀、砂輪等)加工的夾具時，會存在讓刀問題。設(shè)計這類夾具時，應(yīng)考慮銑刀或砂輪完成切削或磨削后，銑刀或砂輪的退刀位置，其位置大小應(yīng)根據(jù)所使用的銑刀或砂輪的直徑大小，留出超過刀具半徑的尺寸位置即可。更換問題在設(shè)計加工結(jié)構(gòu)相同或相似，尺寸不同的系列產(chǎn)品零件夾具時，為了降低生產(chǎn)成本,提高夾具的利用率，往往會把夾具設(shè)計為只更換某一個或幾個零件的通用型夾具。
隨著現(xiàn)代機械加工越來越多地使用數(shù)控機床及組合機床，如何提高產(chǎn)品的加工精度、提高勞動生產(chǎn)率、降低工人的勞動強度，這是所有機械加工行業(yè)管理人員必須考慮的問題，這就使得快速夾具的設(shè)計和生產(chǎn)應(yīng)運而生。但隨著機械工業(yè)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求，使多品種，中小批生產(chǎn)作為機械生產(chǎn)的主流，為了適應(yīng)機械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢，必然對機床夾具提出更高的要求。特別像換擋撥叉類不規(guī)則零件的加工還處于落后階段。在今后的發(fā)展過程中，應(yīng)大力推廣使用組合夾具、半組合夾具、可調(diào)夾具，尤其是成組夾具。在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精高效模塊組合通用經(jīng)濟方向發(fā)展。
1.3本課題應(yīng)達到的要求
通過實際調(diào)研和采集相應(yīng)的設(shè)計數(shù)據(jù)、閱讀相關(guān)資料相結(jié)合，在對金屬切削加工、金屬切削機床、機械設(shè)計與理論及液壓與氣動傳動等相關(guān)知識充分掌握后，分析金屬切削加工過程中的機床工作臺驅(qū)動、工件夾緊等方面的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合液壓與氣動傳動的相關(guān)理論知識，完成氣壓傳動方案分析及氣壓原理圖的擬定，設(shè)計氣動專用夾具的驅(qū)動、夾緊裝置，并進行主要氣動元件的設(shè)計與選擇及傳動系統(tǒng)的驗算校核等，來達到產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計。
針對實際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數(shù)確定及計算問題，綜合所學的機械理論設(shè)計與方法、機械加工工藝文件編制及實施等方面的知識，設(shè)計出一套適合于實際的零件加工工藝路線，從而實現(xiàn)適合于現(xiàn)代加工制造業(yè)、夾緊裝置的優(yōu)化設(shè)計。
2 零件三維造型
撥叉零件主要是由圓柱和一些孔還有一段圓弧組成，這些外表面都是回轉(zhuǎn)類的表面，用三維造型軟件通過拉伸，旋轉(zhuǎn)掃描等變換都可以得到，目前市場上的三維造型軟件主要有Master-CAM、UG、Pro-e、CAXA、Solidworks、CAD[1]等等。我個人比較喜歡Solidworks，所以撥叉的造型采用Solidworks[2]這款軟件，另外Solidworks還有很多優(yōu)點如全動感的而用戶界面讓設(shè)計變的非常簡單大大提高了設(shè)計效率，草圖繪制狀態(tài)和定義特征狀態(tài)有明顯區(qū)別，使用起來很方便，Solidworks用強大的基于特征的實體建模功能可以對特征草圖進行動態(tài)修改，所以我用Solidworks這款軟件，下面是我用Solidworks這款軟件進行撥叉零件造型的過程。
首先我對圖紙進行了分析，第一步將零件的主截面的視圖草繪出來，草繪結(jié)果如圖2.1所示。
圖2.2截面拉伸的結(jié)果
圖2.1 零件的主視截面
接下來通過草繪可以把Φ40的外圓和花鍵孔拉伸出來，拉伸過程及結(jié)果如圖2.2所示。
為了能把Φ40的外圓拉出來后再畫它上面的圓弧，就要在畫圓弧前先要拉伸一塊板，按主截面的草繪圖增加小頭實體，增加的實體及拉伸的結(jié)果如圖2.3所示。增加此塊實體的目的是通過這塊板再經(jīng)過拉伸切除把除圓弧以外的多余部分切除，最后圓弧就做出來，因此先要做拉伸切除的草繪，只有這樣才能做拉伸做出來的草繪效果，其效果圖如圖2.4所示。圖中藍線圍成的截面輪廓是拉伸切除中要保留的部分，也是后面進行的拉伸面。
構(gòu)建了拉伸截面后，對不需要的部分進行了布爾計算、切除，再進行拉伸，最后的結(jié)果如圖2.5所示。
因為撥叉零件圖中圓弧中間有一部分是凸出來的，所以接下來開始進行中間那一部分的造型，開始先畫輪廓的草繪，先創(chuàng)建一個基準面然后再畫需要掃描切除的輪廓草繪，如圖2.6所示。
圖2.4構(gòu)建截面拉伸輪廓
圖2.3 封閉輪廓拉伸的結(jié)果
圖2.6創(chuàng)建掃描切除的截面
圖2.5拉伸切除后效果圖
草繪輪廓好了以后再以一個圓弧輪廓進行掃描最后就能得到零件的主體結(jié)構(gòu)形狀。另一半同樣結(jié)構(gòu)形狀的造型原理和過程與前面的完全一樣這里不在重復(fù)。其最終效果圖如圖2.7所示。
接下來就是要對Φ22外圓進行造型分析，可以采用旋轉(zhuǎn)求交集變換得到，開始先進行Φ22外圓的草繪，草繪時直接把孔的草繪也作出來了，草繪結(jié)果如圖2.8所示。
圖2.8 Φ22外圓的草繪
圖2.7 掃描切出結(jié)果
圖2.10 鏡像后的形狀
圖2.9 旋轉(zhuǎn)拉伸結(jié)果
接著就進行旋轉(zhuǎn)變換，變換結(jié)果得到的圖形如圖2.9所示。另一個Φ22外圓的造型可以通過鏡像得到，鏡像時要有一個基準，在前面構(gòu)建草圖時已經(jīng)確定了繪圖基準，其造型結(jié)果如圖2.10所示。
最后就是要進行Φ29孔的造型，為了能夠順利地對Φ29孔進行造型，首先應(yīng)在撥叉的主截面圖中對Φ29孔進行草繪，其草繪的結(jié)果如圖2.11所示。草繪后再經(jīng)過旋轉(zhuǎn)求布爾差集，進行切除就可以得到想要的，最后的結(jié)果如圖2.12所示。
圖2.11草繪旋轉(zhuǎn)切除
圖2.12 鏜孔后的剖面圖
花鍵孔中階梯孔造型結(jié)束后，再對整個零件進行倒角，倒角很簡單，Solidworks[3]直接有倒角的按鈕只要直接點擊就行了，只需要給出倒角的大小，倒角的結(jié)果如圖2.13所示。
圖2.13 倒角后圖形效果
3 換擋撥叉加工工藝規(guī)程設(shè)計
3.1 零件的分析
3.1.1 零件的作用
題目所給的零件是車床的撥叉。它位于車床變速機構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運動按照操作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的兩個φ8孔與操縱機構(gòu)相連，而下方的φ23孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過上方的力撥動下方的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時分開。
圖3.1 撥叉零件圖
3.1.2 零件的工藝分析
零件的材料為HT150，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，由零件圖得出以下是撥叉需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
1） 以Φ40的兩外圓端面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：φ40兩外圓端面的銑削，加工φ23的孔以及中間段φ29的孔和插花鍵槽。其中φ60兩外圓端面表面粗糙度要求為Ra6.3um，φ23的孔表面粗糙度要求為Ra6.3um，φ29孔表面粗糙度Ra12.5um，鍵槽側(cè)面粗糙度為Ra3.2um。
2）以φ22的圓端面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：φ40的兩圓端面銑削，端面粗糙度Ra6.3um，鉆2×φ8孔，兩孔有◎φ0.12mm精度要求。
3）由上面分析可知，可以粗加工撥叉底面，然后以此作為粗基準采用專用夾具進行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟精度及機床所能達到的位置精度，并且此撥叉零件沒有復(fù)雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術(shù)要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
3.1.3 確定毛坯的制造形式
零件材料為HT150, 考慮零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，毛坯大批量生產(chǎn)，故選擇鑄件。查《零件制造工藝與裝備》[4]同時考慮毛坯的鑄造精度及降低毛坯的生產(chǎn)成本，可選擇砂型鑄造，并采用機器造型較手工造型不但生產(chǎn)效率高，而其所得到的鑄件有較準確的尺寸，毛坯熱處理方式為自然時效處理以消除鑄造應(yīng)力。
3.2 工藝過程設(shè)計所應(yīng)采取的相應(yīng)措施
由以上分析可知。該零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，對于該零件來說，加工過程中的主要問題是保證平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度，處理好孔和平面之間的相互關(guān)系。
該類零件的加工應(yīng)遵循先面后孔的原則：即先加工零件的基準平面，以基準平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。換擋撥叉的加工自然應(yīng)遵循這個原則。這是因為平面的面積大，用平面定位可以確保定位可靠夾緊牢固，因而容易保證孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去鑄件表面的凹凸不平。為提高孔的加工精度創(chuàng)造條件，便于對刀及調(diào)整，也有利于保護刀具。
換擋撥叉零件的加工工藝應(yīng)遵循粗精加工分開的原則，將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度。
3.3 換擋撥叉加工定位基準的選擇
3.3.1 粗基準的選擇：
粗基準選擇應(yīng)當滿足以下要求：
（1）粗基準的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。
（2）選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準。例如：機床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時選擇導(dǎo)軌面作為粗基準，加工床身的底面，再以底面作為精基準加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細致的組織，以增加其耐磨性。
（3）應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。
（4）盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準，以保證定位準確夾緊可靠。
（5）粗基準應(yīng)避免重復(fù)使用，因為粗基準的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。
綜上要求，粗基準選擇以撥叉大外圓端面作為粗基準，先以撥叉大外圓端面互為基準，兩個φ22mm孔外圓表面為輔助粗基準加工出端面，再以端面定位加工出工藝孔。在后續(xù)工序中除個別工序外均用端面和工藝孔定位加工其他孔與平面。
3.3.2 精基準的選擇：
精基準的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，以粗加工后的底面為主要的定位精基準，滿足“基準重合”[4]原則，以φ22mm圓柱表面為輔助的定位精基準。
3.4 工藝路線的制定
制定工藝路線：
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)效率。除此之外，還應(yīng)當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故采用組合機床及專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率，除此之外，還適當降低生產(chǎn)成本。
3.4.1 工藝路線方案一：
工序1 鑄造毛坯
工序2 時效處理
工序3 粗銑 半精銑φ40兩端面
工序4 粗銑 半精銑2×φ22兩端面
工序5 鉆 擴 鉸孔φ23
工序6 鏜孔φ29
工序7 拉花鍵孔φ26
工序8 鉆 鉸2×φ8孔
工序9 倒角
工序10 去毛刺 清洗
工序11 終檢 入庫
3.4.2 工藝路線方案二：
工序1 鑄造毛坯
工序2 時效處理
工序3 粗銑 半精銑φ22圓的兩端面
工序4 鉆 鉸2×φ8孔
工序5 粗銑 半精銑φ40兩端面
工序6 鉆 擴 鉸φ23孔
工序7 鏜孔φ29
工序8 拉花鍵孔φ26
工序9 倒角
工序10 去毛刺 清洗
工序11 終檢 入庫
3.4.3 工藝方案的比較與分析：
上述兩方案:方案一 是先加工大孔φ23, 拉花鍵孔后再以φ23孔為基準加工小孔φ8,而方案二先加工小孔φ8,以小孔為基準加工各面及φ23內(nèi)孔.由方案一可見φ23孔為基準加工φ8精度不易于保證,且工序不集中，不符合大批量生產(chǎn)方式。方案二先加工φ8不能保證精度,且工序也比較分散。綜合以上分析比較，設(shè)計出工藝路線方案三較前兩種工藝方案工序集中，提高生產(chǎn)效率，拉花鍵孔放在后面工序，也能保證了加工孔的精度要求。最終確定的工藝方案如下：
最終工藝路線方案：
工序1 鑄造毛坯
工序2 時效處理
工序3 粗銑 半精銑φ40端面
工序4 粗銑 半精銑2×φ8兩端面
工序5 鉆 擴 絞 φ23孔
工序6 鉆 鉸2×φ8孔
工序7 鏜孔φ29 內(nèi)孔倒角C1
工序8 拉花健孔φ26
工序9 倒角
工序10 去毛刺 清洗
工序11 終檢 入庫
3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
換擋撥叉零件材料為HT150，采用砂型鑄造毛坯大批量生產(chǎn)。
選擇工序間加工余量的主要原則[15]：
① 應(yīng)采用最小的加工余量，以求縮短加工時間，并降低零件的制作費用；
② 加工余量應(yīng)能保證圖紙上所規(guī)定的表面粗糙度及精度；
③ 決定加工余量時應(yīng)考慮零件熱處理時引起的變形，否則可能產(chǎn)生報廢；
④ 決定加工余量時應(yīng)考慮所采用的加工方法和設(shè)備，以及加工過程中零件可能發(fā)生的變形；
⑤ 考慮零件的大小，零件越大，則加工余量也越大；
綜上所述，選擇各工序加工余量：
㈠ 銑φ40mm外圓端面：
考慮其表面粗糙度要求為Ra6.3mm,可先粗銑，再半精銑。查《金屬機械加工工藝人員手冊》[5]P-1050表13-27取2Z=3mm；
㈡ 銑2×φ22mm兩圓端面：
其表面粗糙度要求為Ra6.3mm，可先粗銑，再半精銑。根據(jù)[5]P-1050表13-27取2Z=3mm即可滿足要求；
㈢ 加工φ23H8孔；
其表面粗糙度要求較高為Ra6.3mm，其加工方式可以分為鉆，擴，鉸三步，根據(jù)[5]可得P-1044表13-12，孔徑≤30mm,直徑余量≤4mm，確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：φ20mm Z=20mm
擴孔：φ22.2mm Z=2.2mm
鉸孔：φ23H8 Z=0.8 mm
㈣ 加工2×φ8H8孔；
精度等級為IT8,其加工方式可以分為鉆，鉸二步，根據(jù)根據(jù)[5]可得孔徑≤30mm,直徑余量≤4mm，確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：φ7.8mm
鉸孔：Φ8H8 Z=0.2 mm
㈤ 鏜φ29mm孔；
表面粗糙度要求為Ra12.5mm，分兩次粗鏜加工即可滿足精度要求。
鏜孔：φ27mm Z= 4mm
鏜孔：φ29mm Z= 2mm
㈥ 拉花鍵孔（6-φ23H8mmxφ26H8x6D9mm）；
表面粗糙度要求為Ra3.2，根據(jù)根據(jù)[5]可得2Z=6mm；
3.6 確定切削用量及基本工時
工序1鑄造與工序2時效處理非機動時間，在此不作計算
工序3：粗、半精銑φ40mm兩外圓端面；
加工條件：
機床：專用組合銑床
刀具：高速剛圓柱形銑刀 D=63mm d=27mm 粗齒數(shù)Z=6，細齒數(shù)Z=10
（1）、粗銑
銑削深度ap：ap=2mm
每齒進給量af：根據(jù)《實用機械加工工藝手冊》[6] 取af=0.08mm/z
銑削速度： 取v=(20~40)m/min，
機床主軸轉(zhuǎn)速：
（3-1）
取=30, =63
代入公式（3-1）得：
根據(jù)表11-4，取
實際銑削速度：
工作臺每分進給量：
（3-2）
取=，，=
代入公式（3-2）得：
取
根據(jù)《機械加工工藝手冊》
被切削層長度：由毛坯尺寸可知ι=40mm
刀具切入長度： =30mm
刀具切出長度：ι?=3mm
走刀次數(shù)為1
機動時間： （2-3）
取ι=40mm，=30mm，ι?=3mm,
代入公式（2-3）得：
=(40+30+3)/80=0.91min
以上為銑一個端面的機動時間，故本工序機動工時為:
t1=2=2X0.91=1.82min
（2）、半精銑
銑削深度aw：aw=1mm
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》 取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》 取，
取=30, =63
代入公式（2-1）得：
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝手冊》 取
實際銑削速度：
取=，，=代入公式（2-2）得：
工作臺每分進給量：
根據(jù)《機械加工工藝手冊》
被切削層長度：由毛坯尺寸可知ι=40mm
刀具切入長度：
刀具切出長度：取ι2=3mm
走刀次數(shù)為1
取ι=40mm，，ι?=3mm
代入公式（2-3）得：
機動時間：=(40+30+3)/126=0.58min
以上為銑一個端面的機動時間，故本工序機動工時為
t1=2=2X0.58=1.16min
工序4：粗銑2-φ22mm圓的外側(cè)面
加工條件：
機床：專用組合銑床
刀具：高速剛圓柱形銑刀 D=50mm 粗齒數(shù)Z=6 細齒數(shù)Z=8
（1） 粗銑：
銑削深度aw：aw=2mm
每齒進給量：根據(jù)表30-29，取
銑削速度：參照表30-29，取，
取=24, =50
代入公式（3-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)表11-4，
取
實際銑削速度：
取=，，=
代入公式（2-2）得：
工作臺每分進給量：
取
根據(jù)《機械加工工藝手冊》
被切削層長度：由毛坯尺寸可知ι=22mm
刀具切入長度：
刀具切出長度：取ι?=3mm
走刀次數(shù)為1
取ι=22mm，，ι?=3mm,
代入公式（3-3）得：
機動時間：=(22+30+3)/80=0.69min
以上為銑一個端面的機動時間，故本工序機動工時為：
t1=2=2X0.69=1.38min
（2） 半精銑：
半精銑2-φ22mm圓的內(nèi)側(cè)面；
機床：專用組合銑床
刀具：高速剛圓柱形銑刀D=50mm 粗齒數(shù)Z=6 細齒數(shù)Z=8
銑削深度aw：aw=1mm
每齒進給量：根據(jù)表30-29，取
銑削速度：參照表30-29，取，
取=24, =50
代入公式（3-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)表11-4，取
實際銑削速度：
取=，，=
代入公式（3-2）得：
工作臺每分進給量：
取
根據(jù)《機械加工工藝手冊》
被切削層長度：由毛坯尺寸可知ι=22mm
刀具切入長度：
刀具切出長度：取ι?=3mm
走刀次數(shù)為1
取ι=22mm，，ι?=3mm,
代入公式（3-3）得：
機動時間：=(22+30+3)/80=0.69min
以上為銑一個端面的機動時間，故本工序機動工時為
t1=2=2X0.69=1.38min
工序5：鉆，擴，鉸φ23H8孔；
加工條件：
機床：專用組合鉆床
刀具：麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀
（1）、鉆孔φ20mm
切削深度：ap=10mm
進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》 因為此次鉆孔后還需要一個擴孔及一個鉸刀的加工，所以選擇進給量的范圍為 f=0.35~0.43mm/r 綜合考慮取 進給量 f=0.4mm/r
取切削速度v=28.7m/min
取=28m/min =20mm
代入公式（3-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：n=1000v/πd0=(1000x28)/(3.14x20)=445m/min
根據(jù)《機械加工工藝手冊》 取n=545m/min;
實際切削速度：：V= πdn/1000=3.14×20×545=34.226m/min
被切削層長度：ι=76mm
刀具切入長度：ι1=20mm
刀具切出長度：ι?=3mm
走刀次數(shù)為1
機動時間： (3-4)
取ι=76mm，ι1=20mm，ι?=3mm , f=0.4mm/r, n=5m/min 入公式 （3-4）得：
機動時間 ：=(l+l1+l2)/fn=(76+20+2)/(455x0.4) =0.54min
（2）、擴φ20mm孔；
切削深度：ap=1.1mm
進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》得：
f=(0.9~1.2)mm/r；
查《機械加工工藝手冊》 取f=1.0mm/r
切削速度：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》 取
取=19, =22.2 代入公式（3-1）得；
機床主軸轉(zhuǎn)速： r/min， 根據(jù)《機械加工工藝冊》 取n=272r/min;
實際切削速度：
；
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》；
被切削層長度：
刀具切入長度： =4mm
刀具切出長度： =3mm
走刀次數(shù)為1
取， =4mm，=3mm, f=1.0mm/r, n=272r/min 代入公式（3-4）得：
機動時間 ：min；
（3）鉸φ23H8孔;
切削深度：ap=0.4mm；
進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》 取
根據(jù)《機械加工工藝師手冊》 ，取
取切削速度
取=9.1, =23mm 代入公式（3-1）得;
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝手冊》 取n=140r/min；
實際切削速度：
；
被切削層長度：
刀具切入長度：=20mm
刀具切出長度：=5mm
走刀次數(shù)為1
取，，, ,n=140r/min 代入公式（3-4）得：
機動時間 ：；
（4）倒角C1 采用锪鉆。為縮短輔助時間，取倒角是的主軸轉(zhuǎn)速與擴孔時相同：n=272r/min；手動進給。
工序5：鉆，鉸2-φ8H8孔；
加工條件：
機床：專用組合鉆床
刀具：麻花鉆、鉸刀
（1）、鉆φ7.8mm孔
切削深度：=3.4mm;
進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》 取=0.18-0.22mm/r;
根據(jù)《機械加工工藝手冊》 取=0.20mm/r;
切削速度V=32.6m/min
取=33m/min, =7.8代入公式（3-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機械加工工藝手冊》取n=1360r/min;
實際切削速度：
被切削層長度：=12mm;
刀具切入長度：=20mm;
刀具切出長度：=3mm ;
走刀次數(shù)為1
取=12mm，=20mm，=3mm, =0.20mm/r,n=1333r/min;代入公式（3-4）得：
機動時間 ：;
以上為鉆一個孔的機動時間，故本工序機動工時為;
=2x0.13=0.26min;
（2）鉸2-φ8H8孔;
切削深度：=0.1mm;
進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》 取
根據(jù)《機械加工工藝手冊》表28-36，取
取切削速度V=8.7m/min;
取=8.7m/min, =8mm 代入公式（3-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》 [7]取n=392r/min
實際切削速度：
被切削層長度：=12mm;
刀具切入長度：=20mm;
刀具切出長度：=5mm;
走刀次數(shù)為1
取=12mm，=20mm，=5mm, =1.2mm/r,n=394r/min;代入公式（2-4）得：
機動時間 ：
以上為鉸一個孔的機動時間，故本工序機動工時為;
=2x0.07=0.14min;
工序6：鏜φ29mm孔；
加工條件：
機床：T68鏜床
刀具：90鏜刀、45鏜刀
（1）、鏜孔至φ27mm；
切削深度：=2mm;
進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》 P-1063 表14-7 取=0.4~0.6mm/r;
根據(jù)《機械加工工藝手冊》 取=0.5mm/r;
切削速度V=127m/min
取=127m/min, =7.8代入公式（3-1）得
機床主軸轉(zhuǎn)速：，
根據(jù)《機械加工工藝手冊》取n=1000r/min;
實際切削速度：
；
切屑加工時：
被切削層長度：=26mm;
刀具切入長度：=30mm;
刀具切出長度：=2mm;
走刀次數(shù)為1次
取=26mm，=30mm，=2mm, =0.5mm/r, n=1000r/min;
代入公式（3-4）得：
機動時間 ：
倒角C1，采用45偏刀。為縮短輔助時間，取倒角是的主軸轉(zhuǎn)速與鏜孔時相同：n=1000r/min；手動進給。
工序7：拉花鍵孔（6-φ23H8mmxφ26H8x6D9mm）；
加工條件：
機床：專用組合拉床；
刀具：矩形齒花鍵拉刀；
單面齒升：查《機械加工工藝手冊》，確定拉花鍵孔時花鍵孔拉刀的單面齒升為0.06mm，拉削速度V=3.6m/min;
切削工時： ；
式 中： 為單面余量1.5mm
為拉削長度；
為校準部分的長度系數(shù)；=1.2
K 為機床返回行程系數(shù)，取K=1.4
V 為拉削速度；
為拉刀單面齒升；
Z 為拉刀同時工作齒數(shù)；Z=/P
P 為拉刀齒距；
所以，拉刀同時工作齒數(shù) Z=l/p=76/126;
綜上所述，拉削工時為：
3.7 零件加工工藝設(shè)計小結(jié)
以上內(nèi)容主要是對換擋撥叉的加工工藝進行設(shè)計。首先要明確零件的作用 ，本次設(shè)計的換擋撥叉的主要作用就是車床變速機構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運動按照操作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。在確定了零件的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸后，就可以對零件的工藝路線進行分析，制定出幾套工藝方案，然后對這幾套方案進行分析比較，選擇最優(yōu)方案，最后確定切削用量并計算出基本工時。優(yōu)良的加工工藝是能否生產(chǎn)出合格的，優(yōu)質(zhì)零件的必要前提，所以對零件加工工藝的設(shè)計十分重要，設(shè)計時要反復(fù)比較，綜合考慮機加工因素，選擇出最優(yōu)方案。
4 基于氣動夾緊的專用夾具設(shè)計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，通常需要設(shè)計專用夾具。
經(jīng)過與指導(dǎo)教師協(xié)商，決定設(shè)計銑Φ40㎜外圓兩端面的氣動銑夾具及加工2-φ8H8工藝孔的鉆夾具設(shè)計。銑Φ40㎜外圓兩端面的氣動銑夾具用于立式銑床，適合于批量生產(chǎn)，銑刀采用指狀銑刀，先加工一個面再加個另一個面。加工2-φ8H8工藝孔的鉆夾具用于立式鉆床，適合于批量生產(chǎn)，刀具分別采用麻花鉆、擴孔鉆及鉸刀，加工出來作為后續(xù)加工的工藝孔使用。
4.1 設(shè)計主旨
本夾具主要用來銑Φ40㎜的兩個端面，從零件圖中可以知道這兩個端面有一定的粗糙度要求，對于尺寸精度與行位精度沒有嚴格的要求。但是加工本工序時沒有任何孔來定位，剛好是進過實效處理的毛坯件，在以后的工序中這兩個面也不起什么定位作用。因此，在本道工序主要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，而精度不是主要問題。
4.2 夾具設(shè)計
4.2.1 定位基準的選擇
由零件圖可知，有Φ22㎜和Φ40㎜的外圓可以利用，因此采用V型塊進行裝夾，采用兩個小V型塊和一個大的V型塊定位裝夾，這樣總共限制5個自由度，因此在Φ22㎜的端面處采用一個支撐釘，這樣自由度被完全限制了，但從零件圖中知道，圓弧的壁厚比較薄，剛性比較差，因此在Φ40㎜處又加了一個輔助支撐，這樣就把剛性差的問題避免了，改夾具采用鉸鏈式夾緊，通過快速氣缸和壓板進行夾緊，并且要實現(xiàn)快速裝夾，提高勞動生產(chǎn)率。
4.2.2 定位誤差分析
工件在夾具中的位置由定位基準與定位元件相接觸或配合來確定的，然而工件與定位元件均有制造誤差，就會使一批工件在夾具中的位置不一致，從而導(dǎo)致工件工序尺寸的誤差，這就是定位誤差。
該夾具由計算分析知道基準不重合誤差為零，基準位移誤差也為零所以沒有定位誤差。
因此能滿足零件的加工要求。
4.2.3 銑夾具設(shè)計的基本要求
如前所述，在設(shè)計夾具時，為了提高勞動生產(chǎn)率，應(yīng)著眼于機動夾緊，本道工序的銑床夾具就選擇了氣缸拉動壓板對工件進行夾緊。本道工序由于是粗加工，切削力較大，為了夾緊工件，勢必要加大壓板，而這將使整個夾具過于龐大。因此，應(yīng)設(shè)法降低切削力。目前采取的措施有三個：一是提高毛坯的制造精度，是最大背吃刀量降低，以降低切削力；二是選擇比較合適的鉸鏈機構(gòu)，增大夾緊時的力臂以降低夾緊力；三是在可能的情況之下，適當提高夾緊力，來滿足夾緊的要求。
夾具上還需要裝有對刀塊，可使夾具在一批零件加工之前與塞尺配合使用很好的對刀；同時，夾具體底面上的一對U型槽可使夾具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，以利于銑削加工。
4.3 氣缸的設(shè)計計算
設(shè)計要求是做任何設(shè)計的依據(jù)，氣動夾具設(shè)計時要明確氣動傳動系統(tǒng)的動作和性能要求，這里一般要考慮以下幾方面：
1）該設(shè)備中，哪些運動需要液壓或氣壓傳動完成，各執(zhí)行機構(gòu)的運動形式及動作幅度；
2）對液壓或氣壓裝置的空間布置、安裝形式、重量、外形尺寸的限制等；
3）執(zhí)行機構(gòu)載荷形式和大??；
4）執(zhí)行機構(gòu)的運動速度，速度變化范圍以及對運動平穩(wěn)性的要求；
5）各執(zhí)行機構(gòu)的動作順序，彼此之間的聯(lián)鎖關(guān)系，實現(xiàn)這些運動的操作或控制方式；
6）自動化程度、效率、溫升、安全保護、制造成本等方面的要求；
7）工作環(huán)境方面的要求，如溫度、濕度、振動、沖擊、防塵、防腐、抗燃性能等；
另外對主機的功能、用途、工藝流程也必須了解清楚，力求設(shè)計的系統(tǒng)更加切合實際。
4.3.1 切削力及切削力矩的計算與分析
對執(zhí)行元件的工況進行分析，就是查明每個執(zhí)行元件在各自工作過程中的速度和負載的變化規(guī)律。通常是求出一個工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度和負載值列表表示，必要時還應(yīng)作出速度、負載隨時間（或位移）變化的曲線圖（稱為速度循環(huán)圖、負載循環(huán)圖和功率循環(huán)圖）。
在一般情況下，液壓和氣壓系統(tǒng)中氣缸承受的負載由六部分組成，即工作負載、導(dǎo)軌摩擦負載、功率、慣性負載、重力負載、密封負載和背壓負載，前五項構(gòu)成了氣缸所要克服的機械總負載。
這里為了方便起見，只是將銑削時產(chǎn)生的銑削力矩作為氣缸的工作負載，其余的負載這里沒有考慮（只需要按照一定的工作方式進行計算即可）。
根據(jù)加工需要，該系統(tǒng)的工作循環(huán)也較為簡單：快速前進—快速后退—原位停止。
根據(jù)調(diào)查研究和工作系統(tǒng)要求，快速前進和快速后退的速度約為4.5m/min，不考慮換向及啟動時間、動靜摩擦系數(shù)等因素，氣缸的機械效率η取0.9。
由于本道工序主要完成花鍵孔的兩端面加工，為后續(xù)花鍵孔的加工提供良好的基準，且在銑削過程中由于銑刀所產(chǎn)生的銑削力對工件的附加轉(zhuǎn)矩會造成工件的加工誤差，因而必須對工件所受的銑削力和銑削力矩進行計算分析，從而設(shè)計出符合要求的夾緊裝置。
對氣缸的設(shè)計計算主要是以銑削力矩為主進行理論計算，以工件加工中所需的夾緊力來設(shè)計氣缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以實現(xiàn)工件快速裝夾所需要的行程來確定氣缸的理論行程，因而需要對工件所受的夾緊力和夾具的結(jié)構(gòu)進行分析。
1）切削力的計算
切削力的計算可通過試驗的方法，測出各種影響因素變化是的切削力數(shù)據(jù)，加以處理得到的反映各因素與切削力關(guān)系的表達式，稱為切削力計算的經(jīng)驗公式。在實際中使用的切削力經(jīng)驗公式有兩種：一是指數(shù)公式；二是單位切削力。這里為了方便起見，以單位切削力進行切削力的計算。單位切削力是指單位切削面積上的主切削力，用kc表示。
由《切削手冊》得主切削力公式：
式中：CF、XF、YF、μF、ωF是指切削用量的系數(shù)和指數(shù)，可查相關(guān)設(shè)計手冊；
ap---銑削深度，mm；
af---每齒進給量，mm/Z；
ae—銑削寬度，mm；
Z---銑刀齒數(shù)，
n---銑刀每秒轉(zhuǎn)速，m/s；
d0---切削寬度，mm；
kFZ---切削條件改變時的修正系數(shù)；
代入數(shù)據(jù)可得工件所受的切削力：
Fc=3305N。
2）由《切削手冊》得銑削力矩公式：
式中：M---銑削力矩，N?mm；Fc---銑削力，N；
d0---切削寬度，mm；Z---銑刀齒數(shù)，
代入數(shù)據(jù)可得：M=2079660 N?mm.
在夾具設(shè)計時采用了由氣缸帶動兩個定V形塊及一個活動的V形塊對工件實施夾緊，工件所需要的夾緊力是由這個氣缸提供的，因此需要計算氣缸所受的負載，氣缸所應(yīng)提供的夾緊力F可按如圖3.1所示夾緊情況來進行計算。
圖3.1夾緊力分析計算圖
由圖3.1可知：
式中：M---銑削力矩，N?mm；
F---夾緊力，N；
L—力臂，mm；
代入數(shù)據(jù)可得：F=18906N。
4.3.2 氣缸的設(shè)計計算
1）初選氣缸的工作壓力[16]
工作壓力是確定執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù)，它的大小影響執(zhí)行元件的尺寸和成本，甚至整個系統(tǒng)的功能。工作壓力選得高，執(zhí)行元件和系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)緊湊，但對元件的強度、剛度及密封要求高，且要采用較高壓力的氣源；反之，如果工作壓力選得低，就會增大執(zhí)行元件及整個系統(tǒng)的尺寸，使結(jié)構(gòu)變得龐大。所以應(yīng)根據(jù)實際情況選取適當?shù)墓ぷ鲏毫?。?zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)總負載的大小或主機設(shè)備類型進行選取。
在此氣動夾具設(shè)計中，因采用企業(yè)氣源作為動力，一般空氣的壓力為0.5~0.8Mpa。所以選定工作壓力為0.5Mpa。
2）確定氣缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)
本氣缸采用單向作用氣缸。最大負載即為上面所求值，F(xiàn)=18906N，
其缸徑計算公式為:
式中:F - 活塞桿上的推力，N
- -氣缸工作壓力，MPa
D---氣缸缸體直徑，m
查設(shè)計[8]手冊，按氣缸內(nèi)徑系列將以上計算值圓整為標準直徑，取D=65mm。
由,可得活塞桿直徑:
圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式
有:
其中，[]，
則:
滿足實際設(shè)計要求。
3）缸筒壁厚的設(shè)計
缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計算:
式中:δ- 缸筒壁厚，mm
- 氣缸內(nèi)徑，mm
- 實驗壓力，取, Pa
材料為:ZL3,[]=3MPa
代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:
取，則缸筒外徑為:
4）活塞行程的確定
由夾具設(shè)計中對零件進行裝夾的移動距離可知，為了便于工件的裝夾，移動壓板所需要的行程為75mm，氣缸裝在移動夾板的另一端，由杠桿原理可知，氣缸移動的距離不小于是150mm，為了確保氣缸安全工作，取氣缸的工作行程為160mm。
5）氣動傳動原理圖擬定
由于只有一個工作氣缸，且氣缸的快速前進和快速后退速度可取相同，并沒有采用多種工速，因而氣動傳動原理圖相對簡單，其傳動原理圖如圖4.2所示，所需要的氣動元件規(guī)格如表3-1所示。
圖4.2 氣動傳動原理圖[9]
各通行機構(gòu)的調(diào)速，凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進行調(diào)節(jié)，這種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單效果好。如平臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個快速排氣閥，可加快啟動速度，也可調(diào)節(jié)全程的速度。升降氣缸采用氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。氣液傳送器氣缸的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器[18]的背壓大小。
為簡化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器[10]，這樣可以省去電磁閥和切換節(jié)流閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。
電磁閥的通徑，是根據(jù)各工作氣缸的尺寸，行程，速度計算出所需壓縮空氣流量，與選用的電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應(yīng)來確定的。
表4-1 氣路元件表
序號
型號規(guī)格
名稱
數(shù)量
1
QF-44
手動截止閥
1
2
儲氣缸
1
3
QSL-26-S1
分水濾氣器
1
4
QTY-20-S1
減壓閥
1
5
QIU-20-S1
油霧器
1
6
YJ-1
壓力繼電器
1
7
24D2H-10-S1
二位五通電磁滑閥
1
8
單向節(jié)流閥
1
9
氣缸
1
5 加工2-φ8H8工藝孔夾具設(shè)計
5.1 加工2-φ8H8工藝孔夾具設(shè)計
本夾具主要用來鉆、鉸工藝孔2-φ8H8。這兩個工藝孔均有尺寸精度要求為上偏差+0.022 mm，兩孔形位公差要求◎為φ0.12mm。并用于以后拉花鍵孔的定位。本道工序為換擋撥叉的第六道工序，加工時主要應(yīng)考慮如何保證其尺寸精度要求兩孔的同軸度要求，如何提高勞動生產(chǎn)效率，降低勞動強度。
5.2 定位方案的分析和定位基準的選擇
由零件圖[17]可知，兩工藝孔位于零件φ22mm孔內(nèi)外側(cè)面上，其有表面粗糙度要求Ra=6.3mm。為了保證所鉆、鉸的孔的同軸度要求，則用定位心軸與φ23H8孔過盈配合。又根據(jù)基準重合、基準統(tǒng)一原則。在選擇兩工藝孔的加工定位基準時，應(yīng)盡量選擇上一道工序即粗、半精銑頂面工序的定位基準，以及設(shè)計基準作為其定位基準。因此加工工藝孔的定位基準應(yīng)選擇φ40mm外圓端面和與φ23mmH8孔過盈配合的定位心軸為主要定位基準限制工件的五個自由度，以保證2-φ8H8孔的同軸度要求，再用一個活動V形塊限制工件的另一個自由度。其定位分析如圖5.1所示。
圖5.1 定位分析圖
5.3 配合種類的選擇
選擇配合種類[11]的目的是確定孔、軸結(jié)合的相互關(guān)系， 以保證機器滿足設(shè)計的使用要求。首先是選擇合理的配合類別及基本偏差， 其次是盡量選用優(yōu)先、 常用配合。公差等級、 基準制和配合種類都選定后， 即可根據(jù)國標的 “優(yōu)先、 常用配合” 表確定合理的配合。
定位心軸與直徑23H8孔配合起到定位作用，故選擇配合間隙很小的不回轉(zhuǎn)配合H8/g7.
定位心軸與夾具體上直徑22H7孔采用過盈配合H7/P6，裝配時可采用中等打入方法,拆卸也比較方便。
可換鉆套更換較為方便，可換鉆套在襯套中，襯套以H7/n6的過盈配合直接壓入鉆模板的底孔內(nèi)，鉆套外圓與襯套內(nèi)孔之間采用F7/m6配合。
5.4 定位誤差分析
本工序選用的工件以φ23mm孔在定位心軸上以小間隙配合定位[19]，心軸為垂直放置，由于定位副間存在徑向間隙，因此必將引起徑向基準位移誤差。不過這時的徑向定位誤差不再只是單向的了，而是在水平面內(nèi)任意方向上都有可能發(fā)生，其最大值也比心軸水平放置時大一倍。分析如圖4.2所示。
圖5.2 心軸垂直放置時定位分析圖
由上面4.3節(jié)所述配合種類可得出的定位心軸與φ23H8孔的配合為φ23H8/g7 ；
則 ：
查《機械加工工藝手冊》得：
式中： ——定位副間的最小配合間隙 =0.007mm；
——工件圓孔直徑公差 =0.033 mm；
——心軸外圓直徑公差 =0.021 mm;
將數(shù)值帶入公式得：
；
5.5 切削力的計算與夾緊力分析
由于本道工序主要完成工藝孔的鉆、鉸加工，而鉆削力遠遠大于鉸削的切削力。因此切削力應(yīng)以鉆削力為準。由《切削手冊》[12]得：
鉆削力 式（5-1）
鉆削力矩 式（5-2）
式中：D=8mm
f=0.20mm/r ;
代入公式（5-1）和（5-2）得;
則 ：
本道工序加工工藝孔時，夾緊力方向與鉆削力方向相同。因此進行夾緊力計算無太大意義。只需定位夾緊部件的銷釘強度、剛度適當即能滿足加工要求。
5.6 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計
工藝孔的加工需鉆、鉸二次切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如圖5.3所示），以減少更換鉆套的輔助時間。
圖 5.3 快換鉆套圖
根據(jù)工藝要求：工藝孔mm分鉆、鉸二個工步完成加工。
圖 5.4 固定襯套圖
快換鉆套可選用標準件，查《現(xiàn)代夾具設(shè)計手冊》[13]可選擇H，具體見可見裝配圖。因為在鉆孔過程中鉆模板的受力不大，根據(jù)選擇的鉆套的工作深度可確定鉆模板的厚度為12mm即可滿足要求；鉆套用襯套也根據(jù)所選用的快換鉆套即可選擇，襯套結(jié)構(gòu)及尺寸如圖5.4所示?？鞊Q鉆套配用的壓緊螺釘為尺寸為M6。
5.7 活動V形塊的設(shè)計
活動V形塊的作用是限制零件在加工時繞定位心軸旋轉(zhuǎn)，因此可根據(jù)V形塊所作用的φ22mm外圓，該零件有標準可查，查《機械設(shè)計》[14]即可選擇，具體可見裝配圖。
5.8 支撐板的設(shè)計
由零件圖可看出，在鉆工藝孔時，鉆頭向下的力可能使加工出來的孔不滿足尺寸精度要求和同軸度要求或者零件還會發(fā)生變形使之報廢。因此為了避免上述情況發(fā)生，達到圖紙要求，故在孔下方位置設(shè)計一個可調(diào)支撐板。
可調(diào)支撐板可以沿著夾具體上下調(diào)節(jié)位置，這樣零件可以順利的裝夾，同時支撐板才能可靠的支撐φ22mm圓內(nèi)側(cè)面。為了加強支撐板的支撐強度，防止支撐板受壓變形，故設(shè)計了兩塊肋板來滿足要求。利用壓緊螺釘將支撐板固定在夾具上。
可調(diào)支撐板結(jié)構(gòu)如圖5.5所示。
圖4.5可調(diào)支撐板結(jié)構(gòu)圖
夾具體的設(shè)計主要考慮零件的形狀及零件在裝夾，拆卸過程是否方便可靠，加工過程中式否能滿足設(shè)計圖紙上所標注的尺寸精度以及形位公差。最后將上述各主要元件裝配成一個整體。這些主要元件設(shè)計好后即可畫出夾具的設(shè)計裝配草圖。整個夾具的結(jié)構(gòu)見CAD夾具體圖紙所示。
5.9 夾具體設(shè)計
夾具體是用于連接夾具各元件及裝置,使其成為一個整體的基礎(chǔ)件,并與機床有關(guān)部位連接,以確定夾具相對于機床的位置.其在設(shè)計時應(yīng)滿足以下基本要求:
①應(yīng)有足夠的強度和剛度保證在加工過程中, 夾具體在夾緊力,切削力等外力作用下,不至于產(chǎn)生不允許的變形和震動，由此可選用材料HT200.
②結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單,具有良好工藝性. 在保證強度和剛度條件下,力求結(jié)構(gòu)簡單,體積小,重量輕,以便于操作.
③尺寸要穩(wěn)定.對于鑄造夾具體,要進行時效處理,以消除內(nèi)應(yīng)力.保證夾具體加工尺寸的穩(wěn)定.
④便于排屑為防止加工中切削聚積在一起定位元件工作表面或其他裝置中,而影響工件的正確定位和夾具的 正常工作,在設(shè)計夾具體時,要考慮切削的排除問題.
根據(jù)此次加工的零件形狀及工藝要求綜合考慮設(shè)計出如圖5.6所示夾具體：
圖5.6 夾具體
5.9.1夾具精度分析
利用夾具在機床上加工時，機床、夾具、工件、刀具等形成一個封閉的加工系統(tǒng)。它們之間相互聯(lián)系，最后形成工件和刀具之間的正確位置關(guān)系。因此在夾具設(shè)計中，當結(jié)構(gòu)方案確定后，應(yīng)對所設(shè)計的夾具進行精度分析和誤差計算。
本道工序加工中主要保證兩工藝孔尺寸2-φ8H8孔及同軸度公差◎φ0.12要求。本道工序最后采用鉸削加工，并采用快換鉆套.。
定位心軸與直徑23H8孔配合起到定位作用，選擇的配合是間隙很小的不回轉(zhuǎn)配合H8/g7 經(jīng)過前面的徑向基準位移誤差分析得出結(jié)果：
鉆本工序孔時孔下方有可調(diào)支撐板給予支撐，這樣可有效避免零件加工時發(fā)生變形而造成誤差，并且本工序鉆削，鉸削時具有鉆套，有理減小加工誤差。
再分析零件圖紙上要求兩工藝孔的同軸度公差為φ0.12。則該鉆夾具能夠滿足精度要求。
5.9.2 夾具操作的簡要說明
由夾具裝配圖可以看出，定位心軸與夾具體是過盈配合，裝配時可將其打入與夾具體配合，再通過螺母旋緊即可限制零件的5個自由度。調(diào)節(jié)可調(diào)支撐板和銷釘可有有效的支撐零件受力部位，然后再通過壓緊螺釘推入活動V形塊以限制零件的第6個自由度。最后再裝上鉆模板，襯套，快換