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北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文
摘要
此次畢業(yè)設(shè)計融入了本科期間學(xué)的一些重要理論知識，如機床的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量以及加工余量和刀具等參數(shù)的選用，同時也注意到要考慮有關(guān)零件加工時的表面精度和位置精度要求。
此次畢設(shè)包括了換擋撥叉零件的工藝編制、撥叉專用夾具的設(shè)計以及設(shè)計說明書的撰寫。
加工工藝和夾具設(shè)計是目前工廠生產(chǎn)過程中的重要流程，加工工藝包括機械加工工藝流程、各工序的加工參數(shù)等內(nèi)容，好的機械加工工藝可以充分簡化加工流程，提高工件加工質(zhì)量。夾具設(shè)計是工藝流程的一部分，它是工藝裝備的重要組成部分，是除了機床以外最重要的工藝輔助裝備。
關(guān)鍵詞：撥叉 夾具設(shè)計 工藝路線
II
Abstract
The graduation design into the undergraduate period to learn some important theoretical knowledge, such as machine speed, feed and processing margins and tooling and other parameters of the selection,but also noted that the parts to consider the surface accuracy and location accuracy requirements.
The complete set includes the shift fork parts of the preparation process, the design of the fork for the fixture and write the design manual.
Processing technology and fixture design is an important process in the factory production process. The processing technology includes the machining process and the processing parameters of each process. The good machining process can simplify the processing flow and improve the quality of the workpiece. Fixture design is part of the process, it is an important part of process equipment, in addition to the machine tool is the most important auxiliary equipment.
Key words：fork fixture design process route
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 本課題背景及發(fā)展趨勢 2
第2章 零件的分析 3
2.1 零件的作用 3
2.2 零件的工藝分析 3
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計 4
3.1 確定毛坯的制造形式 4
3.2 基面的選擇 4
3.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇 4
3.2.2 精基準(zhǔn)的選擇 4
3.3 制定工藝路線 5
3.4 確定工件的機械加工余量、各工序尺寸和毛坯尺寸 5
3.4.1 確定毛坯種類、加工余量和工序尺寸 5
3.5 確定切削用量及基本工時 7
第4章 專用夾具設(shè)計 21
4.1 問題的提出 21
4.2 工序V鉆夾具設(shè)計 21
4.2.1 工件定位面的選擇 21
4.2.2 夾具定位元件選擇 21
4.2.3 定位元件限制自由度分析 21
4.2.4 計算切削力和夾緊力 22
4.2.5 定位誤差分析 23
4.2.6 零部件的設(shè)計與選用 24
4.3 工序VII銑夾具設(shè)計 25
4.3.1 工件定位基準(zhǔn)的選擇 25
4.3.2 計算切削力及夾緊力 25
4.3.3 定位誤差分析 26
4.3.4 定位鍵與對刀裝置設(shè)計 28
致 謝 30
參考文獻(xiàn) 31
第1章 緒論
1.1 引言
發(fā)展先進(jìn)的制造業(yè)是增強一個國家的國際制造競爭力和科技水平能力的重要手段，也是任何國家要想取得勝利和贏得聲望的法寶，同時也是與我們的社會生產(chǎn)生活實踐是息息相關(guān)的?，F(xiàn)如今似乎很多國家都在極力提高自己的制造業(yè)能力，如德國提出的工業(yè)4.0，就是為了競爭下一次的工業(yè)革命。德國工業(yè)4.0描繪了制造行業(yè)的未來前景，通過極大資源利用現(xiàn)如今的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)成果，強力推進(jìn)工業(yè)實現(xiàn)飛越式發(fā)展；日本的社會“5.0”同樣也是為了提高自身的國際競爭力，為了改善人們的生活而提出來的；中國的中國制造2025，在國外的一些國家看來，也可稱為是“工業(yè)4.0”，甚至優(yōu)于國外。
我國目前已經(jīng)對一些重要領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)方式做出準(zhǔn)備，如航空航天，軍工等領(lǐng)域。中國的制造業(yè)雖然起步晚，但是這近幾年來以來發(fā)展的非常迅速，正在趕追美國、德國、日本、俄羅斯等軍事和工業(yè)強國。我們早已不再是只會生產(chǎn)桌子、椅子、馬車的國家。在中高端制造業(yè)上，盡管我們與提出工業(yè)4.0的德國和提出社會5.0的日本在制造工業(yè)上還存在有一定程度的差距，尤其是重要核心科技還需依賴進(jìn)口，做不到自主創(chuàng)新。但從另一個角度來看，我國的制造業(yè)發(fā)展水平較改革開放以來有很大的變化。中國的海爾冰箱就走出了國門，邁進(jìn)世界的大洪流中去，成為國人為之喝彩的冰箱制造商；其次華為也走出國門，華為的電子產(chǎn)品，如手機也受人們的青睞。近兩年來，在我國對國外一些國家的出口產(chǎn)品中，機電設(shè)備產(chǎn)品占比已經(jīng)超過了五分之二。在通訊技術(shù)的發(fā)展上中國至少已經(jīng)不遜色于德國，中國正極力發(fā)展5G技術(shù)；在移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，我相信如今正在崛起的中國已經(jīng)開始反超德國，華為就是一個很好的例子。中國制造2025在很大程度上促進(jìn)現(xiàn)有傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)型升級，伴隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的到來，不管是對制造行業(yè)工藝裝備還是對制造產(chǎn)品的質(zhì)量，其控制要求都會更高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)控制。制造產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求更高，從而對工業(yè)設(shè)備的要求更高，就要更加精準(zhǔn)控制工業(yè)設(shè)備，零部件和相應(yīng)之配套的工具要求標(biāo)準(zhǔn)也自然而然的更高了，循環(huán)與整體促進(jìn)的和諧局面也就慢慢成形了。
2017年4月20號，在文昌航天發(fā)射中心天舟一號貨運飛船發(fā)射成功；同年5月5日，中國自制大型客機C919首飛成功。取得的這些成功無疑不是在暗示中國航空航天業(yè)邁向新的里程碑，當(dāng)然也體現(xiàn)出了中國這個制造大國的制造業(yè)獲得質(zhì)的飛躍。這次中國自制的大型客機C919的機身、機翼、尾翼等機體部件已經(jīng)完全國產(chǎn)，動力裝置等還需采用國外進(jìn)口。當(dāng)然中國為了實現(xiàn)全部的自制，也成立了航空發(fā)動機的研究中心，目的就是改變航空發(fā)動機一直以來依賴國外進(jìn)口的現(xiàn)狀。
1.2 本課題背景及發(fā)展趨勢
撥叉是機床變速箱里的一個零件，主要位于機床上面的一個操縱機構(gòu)中，對機床的速度進(jìn)行變換。機床上加工零件時，撥叉就起著至關(guān)重要的作用，它不僅可以控制機床主軸轉(zhuǎn)速，而且也可以調(diào)整機床的進(jìn)給速度。撥叉零件在工業(yè)生產(chǎn)中的需求量很大，由于撥叉在變換速度時，會承受一定的力，故使用壽命會大大的降低，從而導(dǎo)致?lián)Q撥叉零件的幾率大大提高，進(jìn)而使機床的維修成本提高。因此，研究撥叉零件的加工工藝過程具有很大的實用性意義。
為了使撥叉零件的制造成本能夠降低以及制造效率能夠得到提高，我們可以通過對撥叉零件的作用，結(jié)構(gòu)以及工藝過程進(jìn)行合理有效分析，使撥叉零件能夠高效快捷的加工生產(chǎn)出來，從而獲得少缺陷，低成本的撥叉零件。同時設(shè)計中所選用的零部件的結(jié)構(gòu)性、經(jīng)濟性和實用性要好，這樣才能達(dá)到高效生產(chǎn)、長的使用壽命和可靠的工作性。
目前我國將制造行業(yè)的核心主要聚焦在中、小批量等生產(chǎn)領(lǐng)域中，在很大程度范圍內(nèi)促進(jìn)了國內(nèi)一些數(shù)控機床生產(chǎn)廠家的發(fā)展和研發(fā)速度，以能夠達(dá)到國內(nèi)，甚至國外的標(biāo)準(zhǔn)，從而更好的將我們自己生產(chǎn)的數(shù)控機床推銷出去。國內(nèi)的大部分?jǐn)?shù)控機床生產(chǎn)廠家為了能在市場上站穩(wěn)腳跟，正在研發(fā)最新技術(shù)成果，朝著多元化的方向發(fā)展。他們?yōu)榱撕芎脩?yīng)對制造業(yè)市場的變化以及來自國外生產(chǎn)廠家的競爭壓力，提高自身產(chǎn)品的競爭力和國際影響力，NC編程技術(shù)和CNC編程中的自動編程技術(shù)爭相被目前國內(nèi)的許多數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)廠家所深入研究和廣泛采用。而國外的一些電子、機械、航空航天等重要領(lǐng)域的制造技術(shù)，自動編程技術(shù)的研究的較國內(nèi)要成熟，當(dāng)然也應(yīng)用的更加廣泛，涉及到很多行業(yè)。這也是國內(nèi)為什么要奮起直追的原因吧。自動編程技術(shù)對行業(yè)顯而易見的突出表現(xiàn)，使得發(fā)展前景變得更加廣闊。當(dāng)然也有大多數(shù)制造廠家將CNC應(yīng)用于零件機械加工中，來獲得高效、低成本的產(chǎn)品，這也是目前許多制造行業(yè)迫切需求的。
第2章 零件的分析
2.1 零件的作用
本次畢業(yè)設(shè)計所要設(shè)計加工的零件是撥叉。撥叉位于機床變速機構(gòu)中，在機床運轉(zhuǎn)的過程中，撥叉要承載一定大小的力。此次撥叉零件通過φ20H7的孔再與φ10H7兩個同軸孔接連到另一個零件上去，以搖桿的運動達(dá)到零件的同步運動。這種運動機構(gòu)突出的特征是快速，運動精準(zhǔn)、可靠性高。
2.2 零件的工藝分析
本零件為一個撥叉，通過零件圖2-1可知，需要加工的地方有九處，分別是：
（1） φ60圓臺下端面，中間φ20下凸臺端面
（2） 左端φ20上凸臺端面
（3） φ20H7孔，φ30沉頭孔
（4） Φ9.8H9孔，M12螺紋，φ13沉頭孔
（5） R10.5側(cè)面
（6） 2×φ10H7孔
（7） Φ10H7孔
（8） M6螺紋
（9） 左端凹槽
圖2-1 撥叉零件圖
加工端面可用端銑刀進(jìn)行加工；孔的精度可用鉸刀鉸孔達(dá)到要求；分別用絲錐攻絲兩個螺紋孔完成螺紋孔的加工；φ60底面大平面是有表面精度要求和位置精度要求的，必須要先找好基準(zhǔn)，進(jìn)行粗銑，半精銑，再刮削才能到達(dá)所需要求。
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計
3.1 確定毛坯的制造形式
根據(jù)圖2-1可知，撥叉是一個形狀復(fù)雜零件，材料為QT200，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)，屬于成批生產(chǎn)的水平。撥叉零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式多種多樣，可是撥叉零件結(jié)構(gòu)的主要特征依舊是大同小異，都有這共同的特點比如外形結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、較多的加工部位、擁有半圓弧結(jié)構(gòu)、比較難加工。對于這種典型的撥叉類零件，采用砂型鑄造得到毛坯是一種常用的方法，同時QT200是一種常用的鑄造材料，有很好的鑄造性能、塑性和韌性，適合用于像換擋撥叉承受較大力這樣的零件。同時焊接性，切削性能良好。
3.2 基面的選擇
基準(zhǔn)面是工件的加工基準(zhǔn)，同時基準(zhǔn)面的選取在加工時也是十分重要的，基準(zhǔn)面可以選擇較大的面、平面、大的外圓或者大的內(nèi)圓等基準(zhǔn)要素。選擇合適的基準(zhǔn)面不僅可以提高零件的加工效率，保證加工表面的質(zhì)量，例如裝夾時方便進(jìn)行定位、能很快找到夾具上得定位面和便于裝夾提升裝夾效率，從而節(jié)約了時間成本。
3.2.1 粗基準(zhǔn)的選擇
粗基準(zhǔn)的選擇：粗基準(zhǔn)是進(jìn)行加工時所選的第一個定位基準(zhǔn)，粗基準(zhǔn)是工件上的沒有加工過的表面。這樣可以保證加工表面與不加工表面間的位置精度。在選擇粗基準(zhǔn)時，盡量選擇那些表面平整、均勻、沒有高低起伏、易于定位的面，應(yīng)避開澆冒口、毛刺等不利于定位的位置，可使工件定位可靠，夾緊方便。同時粗基準(zhǔn)只可使用一次。對于本設(shè)計選用左端φ20圓柱上部端面為主要的定位粗基準(zhǔn)。
3.2.2 精基準(zhǔn)的選擇
選擇精基準(zhǔn)要盡量保證在加工時的定位基準(zhǔn)和圖紙上標(biāo)注的基準(zhǔn)重合，即圖紙上的尺寸就是加工時的定位尺寸，避免了應(yīng)為加工基準(zhǔn)和圖紙基準(zhǔn)的不統(tǒng)一所產(chǎn)生的誤差。在精加工時，精加工的基準(zhǔn)盡量選取同一個定位基準(zhǔn)，選用同一個定位基準(zhǔn)可提高工件的加工精度，避免多次更換基準(zhǔn)以免產(chǎn)生誤差。本設(shè)計選用已加工過的中間φ20圓柱底面和φ60圓柱底面作為定位的精基準(zhǔn)。
3.3 制定工藝路線
按照圖紙要求，加工零件毛坯時，為了使加工出的零件滿足使用的要求，如尺寸、公差、粗糙度等要求，我們需要在零件加工過程中進(jìn)行熱處理，同時要通過使用最短的加工工序和最方便加工的方式進(jìn)行加工。查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》[[]李益民，機械制造工藝設(shè)計簡明手冊[M]，機械工業(yè)出版社。
]，編寫撥叉的機械加工工藝如下表3-1所示：
表3-1 工藝路線方案
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
I
鑄造
II
熱
時效處理
III
銑
粗銑φ60圓臺下端面、φ20下凸臺端面，半精銑φ60圓臺下端面
IV
銑
粗銑、半精銑左端φ20下凸臺端面
V
鉆
鉆、擴、粗鉸、精鉸至φ20H7孔，锪φ30沉頭孔
VI
鉆
鉆、鉸至φ9.8H9孔，攻M12螺紋，锪φ13沉頭孔
VII
銑
粗銑R10.5側(cè)面
VIII
鉆
鉆、粗鉸、精鉸至2×φ10H7孔
IX
鉆
鉆、粗鉸、精鉸至φ10H7孔
X
鉆
鉆φ5孔，攻M6螺紋
XI
銑
粗銑左端凹槽
XII
刮
刮φ60圓臺下端面
XIII
去毛刺
去除機械加工所留下的毛刺
XIV
清洗
在乳化液中清洗零件保證沒有贓物并吹凈
XV
檢驗
檢驗至圖紙要求
XVI
入庫
入庫
3.4 確定工件的機械加工余量、各工序尺寸和毛坯尺寸
3.4.1 確定毛坯種類、加工余量和工序尺寸
零件材料為QT200，查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-3，選用鑄件的尺寸公差為CT8級，查表2.2-5得，加工余量為MA-G級。工件的機械加工余量與工序尺寸見表3-2。
表3-2 機械加工余量與工序尺寸
加工面
加工余量Z（mm）
工序尺寸Z（mm）
工件φ60端面的加工余量
2.5
粗銑單邊余量1.5
半精銑單邊余量0.85
刮研單邊余量0.15
φ20下凸臺端面的加工余量
2
粗銑就可滿足其精度要求
φ20上凸臺端面的加工余量
2
粗銑單邊余量1.8
半精銑單邊余量0.2
R10.5兩側(cè)面的加工余量
2
粗銑就可滿足其精度要求
工件上所有孔的加工余量
實心鑄造
其他不加工表面的加工余量
直接鑄造
根據(jù)上表所確定的機械加工余量繪制毛坯圖，如圖3-1所示。
圖3-1 撥叉毛坯圖
3.5 確定切削用量及基本工時
工序III 粗銑φ60圓臺下端面、φ20下凸臺端面，半精銑φ60圓臺下端面。
（1）粗銑φ60圓臺下端面
1.選擇刀具：YT15硬質(zhì)合金刀片
1）根據(jù)《切削用量簡明手冊》[[]艾興，切屑用量簡明手冊[M]，機械工業(yè)出版社。
]表3.1，銑削深度時，端銑刀直徑為80mm，為60mm，但已知銑削寬度為60mm，故根據(jù)銑削寬度,選擇，標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金端銑刀，故齒數(shù)
2）銑刀幾何形狀《切削用量簡明手冊》表3.2：由于，故選擇，，，，，，。
2. 選擇切削用量
1）決定銑削深度
本次工序加工余量不大，選擇一次走刀以節(jié)省工時，則。
2）決定每齒進(jìn)給量
采用不對稱端銑以提高進(jìn)給量。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.5，當(dāng)用YT15，銑床功率為7kw時，。采用不對稱端銑，取。
3）決定銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及道具壽命
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5，由于銑刀直徑，故耐用度。
4）決定切削速度和每分鐘進(jìn)給量
切削速度可根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.27中的公式計算，也可由表中查出。根據(jù)表3.13，當(dāng)，,,時，，，。
各修正系數(shù)為：
故：
根據(jù)X62W說明書選：，。因此實際切削速度和每齒進(jìn)給量為：
3.計算基本工時
式中，，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表20，不對稱安裝銑刀，入切量及超切量，則，故
（2） 粗銑φ20圓臺下端面
粗銑φ20圓臺下端面可以同樣采取上述的機床轉(zhuǎn)速，實際切削速度和每齒進(jìn)給量。即：
，，
計算基本工時：
（3） 半精銑φ60圓臺下端面
1. 選擇切削用量
1）決定切削深度
本次工序加工余量不大，選擇一次走刀以節(jié)省工時，則。
2）決定每齒進(jìn)給量
采用不對稱端銑以提高進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.5，當(dāng)使用YT15，銑床功率為7kw時，，采用不對稱端銑，取。
3）決定切削速度和每分鐘進(jìn)給量
切削速度可根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.27中的公式計算，也可由表中查出。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.13，當(dāng)，,,時，，，。故：
根據(jù)X62W說明書選擇：，。因此實際切削速度和每齒進(jìn)給量為：
2.計算基本工時
式中，，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表20，不對稱安裝銑刀，入切量及超切量，則，故：
工序IV 粗銑、半精銑左端φ20上凸臺端面
（1）粗銑左端φ20上凸臺端面
1.選擇切削用量
1）決定切削深度
本次工序加工余量不大，選擇一次走刀以節(jié)省工時，則。
2）決定每齒進(jìn)給量
采用不對稱端銑以提高進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.5，當(dāng)使用YT15，銑床功率為7kw時，，采用不對稱端銑，取。
3）決定切削速度和每分鐘進(jìn)給量
根據(jù)表3.13，當(dāng)，,,時，，，。故：
根據(jù)X62W說明書選：，。因此實際切削速度和每齒進(jìn)給量為：
2.計算基本工時
式中，，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表20，不對稱安裝銑刀，入切量及超切量，則，故
（2）半精銑左端φ20的上凸臺端面
1.選擇切削用量
1）決定切削深度
本次工序加工余量不大，選擇一次走刀以節(jié)省工時，則。
2）決定每齒進(jìn)給量
采用不對稱端銑以提高進(jìn)給量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.5，當(dāng)使用YT15，銑床功率為7kw時，，采用不對稱端銑，取。
3）決定切削速度和每分鐘進(jìn)給量
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.13，當(dāng)，,,時，，，。故：
根據(jù)X62W說明書選擇：，。因此實際切削速度和每齒進(jìn)給量為：
2.計算基本工時
式中，，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表20，不對稱安裝銑刀，入切量及超切量，則，故：
工序V 鉆、擴、粗鉸、精鉸至20H7孔，锪φ30沉頭孔。
（1） 鉆孔φ18
1. 選擇鉆頭
選擇高速鋼麻花鉆頭，其直徑。
鉆頭幾何形狀為《切削用量簡明手冊》表2.1及表2.2：修磨橫刃，，，，，，，，。
2. 選擇切削用量
1）決定進(jìn)給量
按加工要求決定進(jìn)給量：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.7，當(dāng)加工要求為鑄鐵的，，。由于，故不用乘孔深修正系數(shù)。根據(jù)Z525機床說明書，現(xiàn)取。
2）決定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命。
由《切削用量簡明手冊》表2.12，當(dāng)時，鉆頭的后刀面最大磨損量取為0.6mm，壽命。
3）決定切削速度
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.15查得切削速度，所以：
根據(jù)Z525機床說明說書，取，但因所選轉(zhuǎn)速較計算轉(zhuǎn)數(shù)為高，會使刀具使用壽命降低，可將進(jìn)給量降低一級，即可取。
3. 計算基本工時
式中，，入切量及超切量由《切削用量簡明手冊》表2.29查得，故：
（2） 擴孔至φ19.8
1. 選擇刀具
利用φ19.8的專用擴孔鉆對φ18的孔進(jìn)行擴鉆。
2. 確定切削用量
取背吃刀量，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.10得出，擴鉆的進(jìn)給量為，根據(jù)機床說明書，選取。
則主軸轉(zhuǎn)速為，并按機床說明書取，故實際切削速度為：
3. 計算基本工時
式中，，入切量及超切量由《切削用量簡明手冊》表2.29查得，故：
（3） 粗鉸孔至φ19.94
1.選擇刀具
利用φ19.94的專用鉸刀對φ19.8的孔進(jìn)行粗鉸孔。
2.確定切削用量
取背吃刀量，取進(jìn)給量，，根據(jù)機床說明書，取進(jìn)給量，則機床主軸轉(zhuǎn)速為：
并按機床說明書取，故實際切削速度為：
3.計算基本工時
式中，，入切量及超切量由《切削用量簡明手冊》表2.29查得，故：
（4） 精鉸孔至φ20H7
1.選擇刀具
利用φ20的鉸刀對φ19.94的孔進(jìn)行精鉸孔。
2. 確定切削用量
取背吃刀量，取進(jìn)給量，切削速度，根據(jù)機床說明書，取進(jìn)給量，則機床主軸轉(zhuǎn)速為：
并按機床說明書取，故實際切削速度為：
3.計算基本工時
式中，，入切量及超切量由《切削用量簡明手冊》表2.29查得，故：
（5） 锪φ30沉頭孔
根據(jù)有關(guān)資料介紹，锪沉頭孔時進(jìn)給量及切削速度約為鉆孔時的，故：
按機床說明書取，則機床主軸轉(zhuǎn)速為：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
計算基本工時：
工序VI 鉆、鉸至φ9.8H9孔，攻M12螺紋，锪φ13沉頭孔。
（1）鉆φ9.6孔
工件材料為鑄鐵，孔φ9.6mm，高速鋼鉆頭，查《切削用量簡明手冊》表5.19
切削速度，進(jìn)給量，則：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
該工序基本時間為：
（2）鉸孔至φ9.8H9
取背吃刀量，孔φ9.8H9，查《切削用量簡明手冊》表5.23
切削速度，進(jìn)給量，則：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表6.2-6絞孔切入切出行程，
該工序基本時間為：
（3）攻的螺紋
Z525立式鉆床，刀具為細(xì)柄機用絲錐。
進(jìn)給量，查《切削用量簡明手冊》表5.14，切削速度，則機床主軸轉(zhuǎn)速：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
攻M12螺紋的基本工時：
，刀具切入長度，
（3）锪φ13沉頭孔
Z525立式鉆床，刀具為：锪鉆孔φ13小直徑端面锪鉆。
可取進(jìn)給量，查表得，，
則機床主軸轉(zhuǎn)速：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
計算基本工時：
，
工序VII 粗銑R10.5側(cè)面
1.選擇刀具
刀具選取三面刃銑刀
，，，。
2. 決定銑削用量
1）決定銑削深度
2）決定每次進(jìn)給量及切削速度
根據(jù)X62型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。根據(jù)表查出，則：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
當(dāng)時,
按機床標(biāo)準(zhǔn)選取,.
3）計算基本工時
，，，
工序VIII 鉆、粗鉸、精鉸至2×φ10H7孔
（1）鉆孔至φ9.8
由Z525立式鉆床說明書?。?，
按機床說明書，選取，故實際切削速度為
計算基本工時：
（2） 粗鉸φ9.8孔至φ9.96
取，切削速度 ，則：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
計算基本工時：
（2）精鉸孔至φ10H7
取,切削速度 ，則：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
計算基本工時：
工序IX 鉆、粗鉸、精鉸至φ10H7孔。
（1）鉆孔至φ9.8
1.決定切削用量：
取背吃刀量，由《切削用量簡明手冊》可查出，根據(jù)Z525立式鉆床，取進(jìn)給量，切削速度：，則：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
計算基本工時：
（2）粗鉸孔至φ9.96
1.決定切削用量：
取背吃刀量，由《切削用量簡明手冊》可查出，根據(jù)Z525立式鉆床，取進(jìn)給量，切削速度：，則：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
計算基本工時：
（3）精鉸孔至φ10H7
1.確定切削用量：
取背吃刀量，由《切削用量簡明手冊》可查出，根據(jù)Z525立式鉆床，取進(jìn)給量，切削速度：，則：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
計算基本工時：
工序X 鉆φ5孔，攻M6螺紋。
Z525立式鉆床鉆孔至φ5，選用φ5的麻花鉆，攻M6 螺紋選用M6細(xì)柄機用絲錐攻螺紋。
1.鉆φ5孔
切削深度，進(jìn)給量 取 ，切削速度 ，則：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
計算基本工時：
2.攻螺紋
背吃刀量，進(jìn)給量 ，切削速度 ，則：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
計算基本工時：
工序X 粗銑左端凹槽
二次粗銑左端凹槽
第一次選用高速鋼直柄立銑刀。，Z=5，槽深。查《切削用量簡明手冊》表5.11 ， 5.14，每齒進(jìn)給量，切削速度，則：
按機床說明書，選取，故實際切削速度為：
計算基本工時：
第二次銑削方式和第一次相同，則單件工時為
第4章 專用夾具設(shè)計
4.1 問題的提出
根據(jù)畢設(shè)要求選擇兩道重要工序進(jìn)行夾具設(shè)計，本次要設(shè)計的夾具是鉆、擴、粗鉸、精鉸至20H7孔，锪φ30沉頭孔夾具和粗銑R10.5側(cè)面的夾具。鉆、鉸、锪通過專用的鉆頭、鉸刀、锪孔鉆都可以在鉆床上進(jìn)行加工，鉆床廣泛應(yīng)用于機械加工中，是一種成本低、操作難度低、加工范圍廣的機床。而銑R10.5側(cè)面在臥式銑床上進(jìn)行加工。
4.2 工序V鉆夾具設(shè)計
4.2.1 工件定位面的選擇
工件的定位面是工件上直接和接觸的部分，對于工序V來說，此時撥叉基本上算是毛坯狀態(tài)，大多數(shù)表面都是非加工面。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)上述原則選擇撥叉的φ60外圓面和φ60底面作為定位面。
4.2.2 夾具定位元件選擇
根據(jù)機床夾具設(shè)計手冊可知機床的定位元件可以有很多多種，例如支承板、定位銷、支承釘、定位軸、V型塊等，撥叉零件的鉆孔夾具中，由于定位面不僅大而平整的表面，也有外圓表面，故應(yīng)選用A型支承釘和V型塊對零件進(jìn)行定位。
4.2.3 定位元件限制自由度分析
任何實物要想在空間上具有確定的位置，需要約束6個自由度，分別是3個直線方向的自由度和繞三個方向轉(zhuǎn)動的自由度。對于撥叉鉆夾具，底面使用的3個支承釘，限制3個自由度，分別是1個移動自由度和2個旋轉(zhuǎn)自由度；其次分別用一個V型塊和一個A型固定定位銷定位，V型塊限制2個移動自由度；定位銷限制1個旋轉(zhuǎn)自由度。
4.2.4 計算切削力和夾緊力
4.2.4.1 計算切削力
（1）刀具：刀具用高速鋼刀具鉆頭
機床：Z525機床
切削力公式：
式中
查《機床夾具及應(yīng)用》[[]楊金鳳，機床夾具及應(yīng)用[M]，北京理工大學(xué)出版社。
]表1.2.8得：
其中：
即：
實際所需夾緊力：由《機床夾具及應(yīng)用》表1.2.12得：
有：
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《機床夾具及應(yīng)用》表1.2.1可得：
所以 ：
4.2.4.2 計算夾緊力
選用夾緊螺釘夾緊機構(gòu),由
其中為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取
為工件自重
夾緊螺釘：公稱直徑。
，
螺釘疲勞極限：
極限應(yīng)力幅：
許用應(yīng)力幅：
強度校核計算：螺釘許用切應(yīng)力：
，取
得：
滿足要求，
通過計算校核可以算出，強度要求符合標(biāo)準(zhǔn)要求，夾具安全可靠。
4.2.5 定位誤差分析
當(dāng)采用夾具加工工件時，由于工件定位基準(zhǔn)和定位元件的工作表面均有制造誤差使定位基準(zhǔn)位置變化，即定位基準(zhǔn)的最大變動量，故由此引起的誤差稱為基準(zhǔn)位置誤差，而對于一批工件來講就產(chǎn)生了定位誤差。如圖4-1所示。
圖4-1 用V型塊定位加工時的定位誤差
當(dāng)定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時，就產(chǎn)生了基準(zhǔn)不重合誤差?；鶞?zhǔn)不重合誤差即工序基準(zhǔn)相對定位基準(zhǔn)理想位置的最大變動量。
定位誤差指一批工件采用調(diào)整法加工，僅僅由于定位不準(zhǔn)而引起工序尺寸或位置要求的最大可能變動范圍。定位誤差主要由尺寸位置誤差和基準(zhǔn)不重合誤差組成。
根據(jù)相關(guān)公式和公差確定具體變動量。如圖4-2所示，兩個極端情況：情況1：,使工序基準(zhǔn)盡可能地“高”的加工尺寸；情況2：,使工序基準(zhǔn)盡可能地“低”的加工尺寸。且該工序定位誤差：
圖4-2 定位誤差
通過計算和分析，本次設(shè)計的專用夾具滿足要求。
4.2.6 零部件的設(shè)計與選用
4.2.6.1 定位銷選用
本夾具選用一個A型固定定位銷銷來定位。
4.2.6.2 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計與選用
本工序涉及到被加工孔需要依次進(jìn)行鉆擴鉸锪等工藝，由于刀具直徑逐次增大，則需要采用外徑相同而內(nèi)孔尺寸隨刀具變更的鉆套來引導(dǎo)刀具，故選用快換鉆套，可以減少更換鉆套的時間。
鉆模板選用翻轉(zhuǎn)鉆模板，用A型支承釘定位于夾具體上。
4.3 工序VII銑夾具設(shè)計
4.3.1 工件定位基準(zhǔn)的選擇
本道工序粗銑R10.5側(cè)面，采用φ60端面、φ20內(nèi)圓面及一側(cè)面定位，對應(yīng)的定位元件為：襯套、非標(biāo)準(zhǔn)定位銷和A型固定式定位銷。
1.襯套作為第一定位基準(zhǔn)，與工件φ60端面相配合限制三個自由度，即x軸轉(zhuǎn)動、y軸轉(zhuǎn)動和z軸移動。
2.非標(biāo)準(zhǔn)定位銷作為第二定位基準(zhǔn)，與工件中間φ20內(nèi)圓面相配合限制兩個自由度，即x軸移動和y軸移動。
3.A型固定式定位銷作用在工件一側(cè)面，限制一個自由度，即z軸轉(zhuǎn)動。
4.3.2 計算切削力及夾緊力
4.3.2.1 計算切削力
刀具：高速鋼圓柱立銑刀
機床：X51型立式銑床
由《機床夾具及應(yīng)用》所列公式得：
查《機床夾具及應(yīng)用》表9.4—8得其中：修正系數(shù)
z=24
代入上式，可得
考慮安全系數(shù)：
安全系數(shù)
其中：為基本安全系數(shù)1.5
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1
為刀具鈍化系數(shù)1.1
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
所以:
4.3.2.2 計算夾緊力
選用夾緊螺釘夾緊機 由
其中為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取
為工件自重
夾緊螺釘：公稱直徑
螺釘疲勞極限：
極限應(yīng)力幅：
許用應(yīng)力幅：
強度校核計算：螺釘許用切應(yīng)力：
，取
得：
滿足要求。
通過計算校核可以算出，強度要求符合標(biāo)準(zhǔn)要求，夾具安全可靠。
4.3.3 定位誤差分析
本設(shè)計的專用夾具是用在Z51立式銑床上的，并在其上固定的。工件上的孔與夾具體的定位銷保持親密的接觸?？仔氖谴舜渭庸すば虻亩ㄎ换鶞?zhǔn)，即φ20的孔心。此工序的尺寸方向和孔心、圓臺的中心線方向相同，那么其定位誤差可以用下面的式子來表示：
工序中誤差總和工序規(guī)定的尺寸公差，即：
而加工誤差，我們可以用下面的式子來表示：
由《幾何量公差與檢測》[[]甘永立，幾何量公差與檢測[M]，上海科技技術(shù)出版社。
[5]劉守勇.機械制造工藝與機床夾具.北京：機械公業(yè)出版社，1994
[6]徐鴻本.機床夾具設(shè)計手冊.沈陽：遼寧科技出版社，2004
[7]孫麗媛.機械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo).北京：冶金工業(yè)出版，2002
[8]李忠海.鉆孔專用夾具設(shè)計與加工.裝備制造技術(shù)[J]，2010.09
[9]Alexander Hornberg, "Handbook of Machine Vision".(October 13, 2006)
[10]Handbook of Machine Tools Manfred weck ,1984.
[11]Haffman E G. Jig and Fixture Design.America, VNR Co,1980.
[12]Boyes W E. Jigs and Fixture .America,SME,1982.
]可得：
（1）兩定位銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
且：，得：
（2）夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查《幾何量公差與檢測》表1.2.15有：
。
（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：取
誤差總和：
通過計算和分析，本次設(shè)計的專用夾具滿足要求。
4.3.4 定位鍵與對刀裝置設(shè)計
本設(shè)計定位鍵使用兩個，分別安裝在夾具體底面的縱向槽中的左邊和右邊。它們的距離要相隔遠(yuǎn)一些。定向鍵與銑床工作臺T形槽配合，使夾具在銑床工作臺上具有正確的方位。
根據(jù)JB/T8016-1999定位鍵結(jié)構(gòu)如圖4-3所示：
圖4-3 夾具體槽形與螺釘圖
根據(jù)T形槽的寬度，定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸見表4-1：
表4-1 定向鍵數(shù)據(jù)表
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱尺寸
允差
允差
公稱尺寸
允差D
18
-0.014
-0.045
25
13
3
10
5.5
18
+0.023
4
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖4-5所示：
圖 4-4 平塞尺結(jié)構(gòu)圖
對刀平塞尺尺寸見表4-2：
表4-2 對刀平塞尺的規(guī)格及主要尺寸
公稱尺寸H
允差d
C
1
-0.014
0.25
致 謝
大學(xué)時光即將結(jié)束，按照規(guī)定的畢業(yè)設(shè)計日程表將自己的畢設(shè)完成，并交到畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師那里。在這短短的幾個月時間里，自己從接到課題開始就一直在著手準(zhǔn)備?？紤]到此次畢設(shè)有之前課程設(shè)計的鍛煉，鑒于有之前的經(jīng)驗，就到圖書館和網(wǎng)上查閱了大量資料，翻閱各種設(shè)計手冊，理清了自己的設(shè)計思路和畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)。自己了解到此次畢業(yè)設(shè)計，涉及到大學(xué)幾年里所學(xué)的很多知識，從最基礎(chǔ)的機械制圖，到機械制造工藝學(xué)，再到機床手冊、夾具手冊、刀具手冊、量具手冊的查詢等方面的專業(yè)知識。
在此次畢業(yè)設(shè)計中，我的指導(dǎo)老師趙忠澤老師以他豐富的專業(yè)知識、耐心認(rèn)真的指導(dǎo)，給我們的設(shè)計提出了很多寶貴的意見和建議，為我們設(shè)計的完成付出了寶貴時間和精力。在此，我向趙老師表示忠心的感謝！
畢業(yè)設(shè)計可以說是我們對大學(xué)期間所學(xué)知識的作最后一次系統(tǒng)性的總結(jié)和檢驗。大學(xué)里學(xué)校對我們專業(yè)做出的培養(yǎng)計劃就是一個很好的印證，為我們開設(shè)的各學(xué)科的知識，各門任課教師一個課時一個課時的帶我們走向?qū)I(yè)方向，讓我們了解自己所學(xué)專業(yè)，讓我們提前規(guī)劃好將要面對的未來。在這里我想對我的專業(yè)任課老師說一句：謝謝老師，你們辛苦了。是你們引領(lǐng)我們?nèi)W(xué)習(xí)專業(yè)機械知識，讓我們有信心面對就業(yè)崗位。
總之，我要感謝全體老師，感謝關(guān)心和幫助我的同學(xué)和朋友，更感謝母校北華航天工業(yè)學(xué)院對我的培養(yǎng)和教育，祝明天會更好！
參考文獻(xiàn)
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