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說明書
課 題：
齒輪架加工工藝及夾具設計
專 題：
專 業(yè)：
機械制造及自動化
學 生 姓 名：
班 級：
學 號：
指 導 教 師：
完 成 時 間：
摘 要
本設計是基于齒輪架零件的加工工藝規(guī)程及一些工序的專用夾具設計。齒輪架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，本設計遵循先面后孔的原則。并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。基準選擇以齒輪架的輸入軸和輸出軸的支承孔作為粗基準，以底面與兩個工藝孔作為精基準。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出頂平面，再以頂平面與支承孔系定位加工出工藝孔。在后續(xù)工序中除個別工序外均用頂平面和工藝孔定位加工其他孔系與平面。支承孔系的加工采用的是坐標法鏜孔。整個加工過程均選用組合機床。夾具選用專用夾具，機構可以不必自鎖，因此生產(chǎn)效率較高，適用于中批量、流水線上加工，能夠滿足設計要求。
關鍵詞：齒輪架類零件；工藝；夾具；
ABSTRACT
The design is based on the body parts of the processing order of the processes and some special fixture design. Body parts of the main plane of the surface and pore system. In general, the plane guarantee processing precision than that of holes machining precision easy. Therefore, this design follows the surface after the first hole principle. Plane with holes and the processing clearly divided into roughing and finishing stages of holes to ensure machining accuracy. Datum selection box input shaft and the output shaft of the supporting hole as a rough benchmark, with top with two holes as a precision technology reference. Main processes arrangements to support holes for positioning and processing the top plane, and then the top plane and the supporting hole location hole processing technology. In addition to the follow-up processes individual processes are made of the top plane and technological hole location hole and plane processing. Supported hole processing using the method of coordinate boring. The whole process of processing machine combinations were selected. Selection of special fixture fixture, clamping means more choice of pneumatic clamping, clamping reliable, institutions can not be locked, so the production efficiency is high, suitable for large batch, line processing, can meet the design requirements.
Key words: Thermal head connecting block medicine packaging machine, heat sealing machine parts; fixture;
III
目 錄
摘 要 II
ABSTRACT III
第1章 序言 5
1.1機械加工工藝流程 5
1.2機床夾具的功能 5
第2章 機械加工工藝規(guī)程設計 7
2.1 零件的分析 7
2.1.1 零件的作用 7
2.1.2 零件的工藝分析 7
2.2加工的主要問題和工藝過程設計所應采取的相應措施 8
2.2.1 孔和平面的加工順序 8
2.2.2 孔系加工方案選擇 8
2.3 熱封頭連接塊加工定位基準的選擇 9
2.3.1 粗基準的選擇 9
2.3.2 精基準的選擇 9
2.4 齒輪架加工主要工序安排 10
2.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 12
2.6確定切削用量及基本工時（機動時間） 13
2.7 時間定額計算及生產(chǎn)安排 26
第3章 銑底面夾具設計 30
3.1 研究原始質(zhì)料 30
3.2 定位、夾緊方案的選擇 31
3.3 切削力及夾緊力的計算 32
3.4 誤差分析與計算 33
3. 5 定向鍵與對刀裝置設計 34
3.6 確定夾具體結(jié)構和總體結(jié)構 36
3.7夾具設計及操作的簡要說明 37
第4章 鉆Φ5斜孔專用夾具設計 39
4.1 夾具設計任務 39
4.2 擬訂夾具結(jié)構方案與繪制夾具草圖 39
4.3 鉆削力和夾緊力的計算 39
4.4 定位誤差 42
4.5 繪制夾具裝配總圖 43
4.6 夾具裝配圖上標注尺寸、配合和技術要求 43
4.7 夾具專用零件圖設計繪制 44
體會與展望 45
參考文獻 47
致謝 48
IV
29
第1章 序言
1.1機械加工工藝流程
機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件之一，它是在具體的生產(chǎn)條件下，把較為合理的工藝過程和操作方法，按照規(guī)定的形式書寫 成工藝文件，經(jīng)審批后用來指導生產(chǎn)。機械加工工藝規(guī)程一般包括以下內(nèi)容：工件加工的工藝路線、各工序的具體內(nèi)容及所用的設備和工藝裝備、工件的檢驗項目及 檢驗方法、切削用量、時間定額等。
制訂工藝規(guī)程的步驟
1) 計算年生產(chǎn)綱領，確定生產(chǎn)類型。
2) 分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖，對零件進行工藝分析。
3) 選擇毛坯。
4) 擬訂工藝路線。
5) 確定各工序的加工余量，計算工序尺寸及公差。
6) 確定各工序所用的設備及刀具、夾具、量具和輔助工具。
7) 確定切削用量及工時定額。
8) 確定各主要工序的技術要求及檢驗方法。
9) 填寫工藝文件。
在制訂工藝規(guī)程的過程中，往往要對前面已初步確定的內(nèi)容進行調(diào)整，以提高經(jīng)濟效益。在執(zhí)行工藝規(guī)程過程中，可能會出現(xiàn)前所未料的情況，如生產(chǎn)條件的變化，新技術、新工藝的引進，新材料、先進設備的應用等，都要求及時對工藝規(guī)程進行修訂和完善。
1.2機床夾具的功能
在機床上用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件定位和夾緊。
1．機床夾具的主要功能
機床夾具的主要功能是裝工件，使工件在夾具中定位和夾緊。
（1）定位 確定工件在夾具中占有正確位置的過程。定位是通過工件定位基準面與夾具定位元件面接觸或配合實現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工的尺寸和位置精度要求。
（2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會松動、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。
2．機床夾具的特殊功能
機床夾具的特殊功能主要是對刀和導向。
（1）對刀 調(diào)整刀具切削刃相對工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對刀塊，它能迅速地確定銑刀相對于夾具的正確位置。
（2）導向 如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置，并引導其進行鉆削。導向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具（鏜模）也具有導向功能。
第2章 機械加工工藝規(guī)程設計
2.1 零件的分析
2.1.1 零件的作用
題目給出的零件是齒輪架。齒輪架的主要作用是固定各零件，保證各軸之間的中心距及平行度，并保證部件正確安裝。因此齒輪架零件的加工質(zhì)量，不但直接影響的裝配精度和運動精度，而且還會影響工作精度、使用性能和壽命。齒輪架零件的底面實現(xiàn)功能。
圖2-1 齒輪架零件圖
2.1.2 零件的工藝分析
由齒輪架零件圖可知。齒輪架是一個殼體零件，它的外表面上有五個平面需要進行加工。支承孔系在前后端面上。此外各表面上還需加工一系列螺紋孔。因此可將其分為三組加工表面。它們相互間有一定的位置要求。現(xiàn)分析如下：
（1）以底面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：底面的銑削加工；、孔加工其中底面有表面粗糙度要求為。
（2）以的支承軸為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：；，尺寸為42的端面、 的螺孔孔、退刀槽還有油槽孔、。
（3）以頂面為主要加工平面的加工面。這一組加工表面包括：頂面的銑削加工；3-Φ17.5孔、3-Φ36孔、孔加工其中底面有表面粗糙度要求為，
2.2加工的主要問題和工藝過程設計所應采取的相應措施
由以上分析可知。該齒輪架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，對于齒輪架來說，加工過程中的主要問題是保證孔的尺寸精度及位置精度，處理好孔和平面之間的相互關系。由于的生產(chǎn)量很大。怎樣滿足生產(chǎn)率要求也是加工過程中的主要考慮因素。
2.2.1 孔和平面的加工順序
齒輪架零件的加工工藝應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。
齒輪架類零件的加工應遵循先面后孔的原則：即先加工齒輪架上的基準平面，以基準平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。齒輪架的加工自然應遵循這個原則。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。
2.2.2 孔系加工方案選擇
齒輪架孔系加工方案，應選擇能夠滿足孔系加工精度要求的加工方法及設備。除了從加工精度和加工效率兩方面考慮以外，也要適當考慮經(jīng)濟因素。在滿足精度要求及生產(chǎn)率的條件下，應選擇價格最底的機床。
根據(jù)齒輪架零件圖所示的齒輪架的精度要求和生產(chǎn)率要求，當前應選用在組合機床上用鏜模法鏜孔較為適宜。
（1）用鏜模法鏜孔
在中批量生產(chǎn)中，齒輪架孔系加工一般都在組合鏜床上采用鏜模法進行加工。鏜模夾具是按照工件孔系的加工要求設計制造的。當鏜刀桿通過鏜套的引導進行鏜孔時，鏜模的精度就直接保證了關鍵孔系的精度。
采用鏜?？梢源蟠蟮靥岣吖に囅到y(tǒng)的剛度和抗振性。因此，可以用幾把刀同時加工。所以生產(chǎn)效率很高。但鏜模結(jié)構復雜、制造難度大、成本較高，且由于鏜模的制造和裝配誤差、鏜模在機床上的安裝誤差、鏜桿和鏜套的磨損等原因。用鏜模加工孔系所能獲得的加工精度也受到一定限制。
（2）用坐標法鏜孔
在現(xiàn)代生產(chǎn)中，不僅要求產(chǎn)品的生產(chǎn)率高，而且要求能夠?qū)崿F(xiàn)中批量、多品種以及產(chǎn)品更新?lián)Q代所需要的時間短等要求。鏜模法由于鏜模生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長，不大能適應這種要求，而坐標法鏜孔卻能適應這種要求。此外，在采用鏜模法鏜孔時，鏜模板的加工也需要采用坐標法鏜孔。
用坐標法鏜孔，需要將齒輪架孔系尺寸及公差換算成直角坐標系中的尺寸及公差，然后選用能夠在直角坐標系中作精密運動的機床進行鏜孔。
2.3 熱封頭連接塊加工定位基準的選擇
2.3.1 粗基準的選擇
粗基準選擇應當滿足以下要求：
（1）保證各重要支承孔的加工余量均勻；
（2）保證裝入齒輪架的零件與箱壁有一定的間隙。
為了滿足上述要求，應選擇的主要支承孔作為主要基準。即以齒輪架的輸入軸和輸出軸的支承孔作為粗基準。也就是以前后端面上距頂平面最近的孔作為主要基準以限制工件的四個自由度，再以另一個主要支承孔定位限制第五個自由度。由于是以孔作為粗基準加工精基準面。因此，以后再用精基準定位加工主要支承孔時，孔加工余量一定是均勻的。由于孔的位置與箱壁的位置是同一型芯鑄出的。因此，孔的余量均勻也就間接保證了孔與箱壁的相對位置。
2.3.2 精基準的選擇
從保證齒輪架孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置 。精基準的選擇應能保證齒輪架在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從齒輪架零件圖分析可知，它的頂平面與各主要支承孔平行而且占有的面積較大，適于作精基準使用。但用一個平面定位僅僅能限制工件的三個自由度，如果使用典型的一面兩孔定位方法，則可以滿足整個加工過程中基本上都采用統(tǒng)一的基準定位的要求。至于前后端面，雖然它是齒輪架的裝配基準，但因為它與齒輪架的主要支承孔系垂直。如果用來作精基準加工孔系，在定位、夾緊以及夾具結(jié)構設計方面都有一定的困難，所以不予采用。
2.4 齒輪架加工主要工序安排
對于中批量生產(chǎn)的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準。齒輪架加工的第一個工序也就是加工統(tǒng)一的基準。具體安排是先以孔定位粗、精加工頂平面。第二個工序是加工定位用的兩個工藝孔。由于頂平面加工完成后一直到齒輪架加工完成為止，除了個別工序外，都要用作定位基準。因此，底面上的螺孔也應在加工兩工藝孔的工序中同時加工出來。
后續(xù)工序安排應當遵循粗精分開和先面后孔的原則。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺紋底孔在多軸組合鉆床上鉆出，因切削力較大，也應該在粗加工階段完成。對于齒輪架，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原則亦應先精加工平面再加工孔系，但在實際生產(chǎn)中這樣安排不易于保證孔和端面相互垂直。因此，實際采用的工藝方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可脹心軸定位來加工端面，這樣容易保證零件圖紙上規(guī)定的端面全跳動公差要求。各螺紋孔的攻絲，由于切削力較小，可以安排在粗、精加工階段中分散進行。
根據(jù)以上分析過程，現(xiàn)將齒輪架加工工藝路線確定如下：
工藝路線一：
1、鑄造毛坯
2、粗銑平面60mm
3、鉆孔17.5mm
4、粗車圓柱面42mm
5、精銑平面60mm
6、精車圓柱面42mm
7、銑圓面24mm
8、鉆孔M10鉆15攻12
9、鉆孔M8鉆22攻18
10、銑鍵槽4x27mm
11、鉆孔?5
12、終檢
13、清洗入庫
工藝路線二：
1、鑄造
2、時效處理
3、銑削底面
4、銑削頂面
5、銑削Φ24端面
6、粗車Φ40軸，留1mm精車的余量
7、精車Φ40軸，達到規(guī)定尺寸公差，并車退刀槽
8、銑K向Φ40軸上油槽。
9、鉆2-Φ12定位銷孔
10、鉆3-Φ17.5、3-Φ36孔
11、鉆Φ24端面2XM10鉆22深的螺紋孔底孔，并且攻絲以及加工60度的斜孔
12、終檢
13、清洗入庫
以上加工方案大致看來合理，但通過仔細考慮，零件的技術要求及可能采取的加工手段之后，就會發(fā)現(xiàn)仍有問題，
方案二把底面的鉆孔工序調(diào)整到后面了，這樣導致銑削加工定位基準不足，特別鏜孔工序。
綜合選擇方案一：
1、鑄造毛坯
2、粗銑平面60mm
3、鉆孔17.5mm
4、粗車圓柱面42mm
5、精銑平面60mm
6、精車圓柱面42mm
7、銑圓面24mm
8、鉆孔M10鉆15攻12
9、鉆孔M8鉆22攻18
10、銑鍵槽4x27mm
11、鉆孔?5
12、終檢
13、清洗入庫
2.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“齒輪架”零件材料采用QT600制造。QT600，硬度HB為170—241，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。
（1）底面的加工余量。
根據(jù)工序要求，底面加工分粗、精銑加工。各工步余量如下：
粗銑：參照《機械加工工藝手冊第1卷》表3.2.23。其余量值規(guī)定為，現(xiàn)取。表3.2.27粗銑平面時厚度偏差取。
精銑：參照《機械加工工藝手冊》表2.3.59，其余量值規(guī)定為。
（3）底面螺孔
毛坯為實心，不沖孔。參照《機械加工工藝手冊》表2.3.71，現(xiàn)確定其工序尺寸及加工余量為：
鉆孔：
攻絲：
（4）端面加工余量。（計算長度為108）
根據(jù)工藝要求，前后端面分為粗銑、、精銑加工。各工序余量如下：
粗銑：參照《機械加工工藝手冊第1卷》表3.2.23，其加工余量規(guī)定為，現(xiàn)取。
（5）螺孔毛坯為實心，不沖孔。參照《機械加工工藝手冊》表2.3.71，現(xiàn)確定螺孔加工余量為：
螺孔
鉆孔：
攻絲：
（8）Φ40軸面螺孔加工余量
毛坯為實心，不沖孔。參照《機械加工工藝手冊》表2.3.71,現(xiàn)確定螺孔加工余量為：
鉆孔：
攻絲：
毛坯的圖紙如下：
2.6確定切削用量及基本工時（機動時間）
工序3：銑削底面
機床：銑床X52K
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù)[10]
（1）粗銑
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
（2）精銑
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
本工序機動時間
工序4：銑削頂面
機床：銑床X52K
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù)[10]
（1）粗銑
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
（2）精銑
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
本工序機動時間
工序5：鉆2-Φ12定位銷孔
先鉆定位孔底孔Φ11
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.39，取
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.41，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
鉸定位孔
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.52，擴盲孔取
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.53，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
工序6：鉆3-Φ17.5、3-Φ36孔
（1）鉆孔
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.39，取
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.41，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
（2）鉆孔
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.39，取
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.41，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
工序7：銑削Φ24端面
機床：X52K
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù)
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
工序8：鉆Φ24端面2XM10鉆22深的螺紋孔底孔，并且攻絲加工60度的斜孔Φ5
機床：鉆床Z525
刀具：麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀
（1）鉆底面M10-6H底孔Φ8.5
切削深度：
進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.39，取
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.41，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
螺孔攻絲
機床：組合攻絲機
刀具：釩鋼機動絲錐
進給量：由于其螺距,因此進給量
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.105，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
絲錐回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：取
實際切削速度：
由工序4可知：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
鉆加工60度的斜孔Φ5
鉆孔選用機床為Z525搖臂機床，刀具選用GB1436-85直柄短麻花鉆，《機械加工工藝手冊》第2卷。
根據(jù)《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-2查得鉆頭直徑小于10的鉆孔進給量為0.20～0.35。
則取
確定切削速度，根據(jù)《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-9
切削速度計算公式為 （3-20）
查得參數(shù)為，刀具耐用度T=35
則 ==1.6
所以 ==72
選取
所以實際切削速度為=2.64
確定切削時間（一個孔） =
工序9粗車Φ40軸，留1mm精車的余量
已知加工材料45
CA6140普通車床，工件用夾具固定。
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于CA6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成
②.確定進給量
根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時，
進給量=0.5～1.0
按C620—1機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知：
=0.7
確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表1—30，C620—1機床進給機構允許進給力=3530。
根據(jù)表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。
切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為：
=950=1111.5 （1-2）
由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質(zhì)合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故：
==63 （1-3）
===120 （1-4）
根據(jù)CA6140車床說明書選擇
=125
這時實際切削速度為：
== （1-5）
⑤.校驗機床功率
切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。
由《切削用量簡明使用手冊》表1.25，=～，，，切削速度時，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為：
=1.7=1.2 （1-6）
根據(jù)表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在C620—1機床上進行，最后決定的切削用量為：
=3.75，=，==，=
工序10精車Φ40軸，達到規(guī)定尺寸公差，并車退刀槽
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于CA6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成
②.確定進給量
根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時，
進給量=0.5～1.0
按CA6140機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知：
=0.7
確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機床進給機構允許進給力=3530。
根據(jù)表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。
切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為：
=950=1111.5
由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質(zhì)合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故：
==63 （3-12）
===120 （3-13）
根據(jù)CA6140車床說明書選擇
=125
這時實際切削速度為：
== （3-14）
⑤.校驗機床功率
切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。
由《切削用量簡明使用手冊》表1.25，=～，，，切削速度時，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為：
=1.7=1.2
根據(jù)表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機床上進行，最后決定的切削用量為：
=1.25，=，==，=
工序11 銑K向Φ40軸上油槽。
機床：X52K
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀） 齒數(shù)
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
由工序5可知：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
2.7 時間定額計算及生產(chǎn)安排
假設該零件年產(chǎn)量為10萬件。一年以240個工作日計算，每天的產(chǎn)量應不低于417件。設每天的產(chǎn)量為420件。再以每天8小時工作時間計算，則每個工件的生產(chǎn)時間應不大于1.14min。
參照《機械加工工藝手冊》表2.5.2，機械加工單件（生產(chǎn)類型：中批以上）時間定額的計算公式為：
（大量生產(chǎn)時）
因此在中批量生產(chǎn)時單件時間定額計算公式為：
其中： —單件時間定額 —基本時間（機動時間）
—輔助時間。用于某工序加工每個工件時都要進行的各種輔助動作所消耗的時間，包括裝卸工件時間和有關工步輔助時間
—布置工作地、休息和生理需要時間占操作時間的百分比值
工序1：粗、精銑底面
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5.43，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5.48，
單間時間定額：
因此應布置兩臺機床同時完成本工序的加工。當布置兩臺機床時，
即能滿足生產(chǎn)要求
工序2：鉆底面孔、鉸定位孔
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5.41，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5.43，
單間時間定額：
因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求。
工序3：粗銑兩側(cè)面及凸臺
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5.45，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5.48，
單間時間定額：
因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求。
工序4：鉆側(cè)面孔
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5.41，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5.43，
單間時間定額：
因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求。
工序5：粗銑前端面
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5.45，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5.48，
單間時間定額：
因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求。
工序6：銑前端面
機動時間：
輔助時間：參照《機械加工工藝手冊》表2.5.45，取工步輔助時間為。由于在生產(chǎn)線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為。則
：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.5.48，
單間時間定額：
因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求。
工序12：端面螺紋孔攻絲
機動時間：
輔助時間：參照鉆孔輔助時間，取裝卸工件輔助時間為，工步輔助時間為。則
：參照鉆孔值，取
單間時間定額：
因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求。
工序17：底面螺紋孔攻絲
機動時間：
輔助時間：參照鉆孔輔助時間，取裝卸工件輔助時間為，工步輔助時間為。則
：參照鉆孔值，取
單間時間定額：
因此布置一臺機床即能滿足生產(chǎn)要求。
第3章 銑底面夾具設計
3.1 研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來加工銑底面夾具設計，加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應滿足兩孔軸線間公差要求。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(chǎn)率和降低勞動強度。
一、機床夾具定位元件
工件定位方式不同，夾具定位元件的結(jié)構形式也不同，這里只介紹幾種常用的基本定位元件。實際生產(chǎn)中使用的定位元件都是這些基本定位元件的組合。
（一）工件以平面定位常用定位元件
1．支承釘
常用支承釘?shù)慕Y(jié)構形式如圖6-1所示。平頭支承釘（圖a）用于支承精基準面；球頭支承釘（圖b）用于支承粗基準面；網(wǎng)紋頂面支承釘（圖c）能產(chǎn)生較大的摩擦力，但網(wǎng)槽中的切屑不易清除，常用在工件以粗基準定位且要求產(chǎn)生較大摩擦力的側(cè)面定位場合。一個支承釘相當于一個支承點，限制一個自由度；在一個平面內(nèi)，兩個支承釘限制二個自由度；不在同一直線上的三個支承釘限制三個自由度。
圖6-1 常用支承釘?shù)慕Y(jié)構形式
2．支承板
常用的支承板結(jié)構形式如圖6-2所示。平面型支承板（圖a）結(jié)構簡單，但沉頭螺釘處清理切屑比較困難，適于作側(cè)面和頂面定位；帶斜槽型支承板（圖b），在帶有螺釘孔的斜槽中允許容納少許切屑，適于作底面定位。當工件定位平面較大時，常用幾塊支承板組合成一個平面。一個支承板相當于兩個支承點，限制兩個自由度；兩個（或多個）支承板組合，相當于一個平面，可以限制三個自由度。
圖6-2 常用支承板的結(jié)構形式
3．可調(diào)支承
常用可調(diào)支承結(jié)構形式如圖6-3所示。可調(diào)支承多用于支承工件的粗基準面，支承高度可以根據(jù)需要進行調(diào)整，調(diào)整到位后用螺母鎖緊。一個可調(diào)支承限制一個自由度。
圖6-3 常用可調(diào)支承的結(jié)構形式
(二) 工件以孔定位常用定位元件
1．定位銷
圖6-6是幾種常用固定式定位銷的結(jié)構形式。當工件的孔徑尺寸較小時，可選用圖 a 所示的結(jié)構；當孔徑尺寸較大時，選用圖 b 所示的結(jié)構；當工件同時以圓孔和端面組合定位時，則應選用圖c所示的帶有支承端面的結(jié)構。用定位銷定位時，短圓柱銷限制二個自由度；長圓柱銷可以限制四個自由度；短圓錐銷（圖d）限制三個自由度。
圖6-6 固定式定位銷的結(jié)構形式
3.2 定位、夾緊方案的選擇
由零件圖可知：在對加工前，平面進行了粗、精銑加工，底面進行了鉆、擴加工。因此，定位、夾緊方案有：
為了使定位誤差達到要求的范圍之內(nèi)，采用一面一銷再加上一手動調(diào)節(jié)的螺絲定位的定位方式，這種定位在結(jié)構上簡單易操作。一面即底平面。
3.3 切削力及夾緊力的計算
刀具：銑刀（硬質(zhì)合金）
刀具有關幾何參數(shù)：
由參考文獻[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式：
有：
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：
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)，查參考文獻[5]表可得：
所以有：
該孔的設計基準為中心軸，故以回轉(zhuǎn)面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則； 參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關系F夾＝KF
軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
3.4 誤差分析與計算
該夾具以一底面一側(cè)面，兩支撐釘和一個調(diào)節(jié)螺絲定位，為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
⑴銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
3. 5 定向鍵與對刀裝置設計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構如圖所示：
圖5.1 夾具體槽形與螺釘
根據(jù)T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結(jié)構尺寸如表5.4：
表5.4 定向鍵
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱尺寸
允差d
允差
公稱尺寸
允差D
18
～0.012
～0.035
25
12
4
12
4.5
18
+0.019
5
對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構如圖5.3所示：
圖5.3 平塞尺
塞尺尺寸參數(shù)如表5.5：
表5.5 塞尺
公稱尺寸H
允差d
C
3
～0.006
0.25
上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.6 確定夾具體結(jié)構和總體結(jié)構
對夾具體的設計的基本要求
（1）應該保持精度和穩(wěn)定性
在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。
（2）應具有足夠的強度和剛度
保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。
（3）結(jié)構的方法和使用應該不錯
夾較大的工件的外觀，更復雜的結(jié)構，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結(jié)構的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結(jié)構應該簡單。
（4）應便于鐵屑去除
在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應在夾具體上面。
（5）安裝應牢固、可靠
夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結(jié)構，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。
加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結(jié)構應便于鐵屑。此外，夾點技術，經(jīng)濟的具體結(jié)構和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結(jié)構應便排出鐵屑。
3.7夾具設計及操作的簡要說明
為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機構）。這類夾緊機構結(jié)構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進行調(diào)整換取。
第4章 鉆Φ5斜孔專用夾具設計
4.1 夾具設計任務
利用本夾具主要用來鉆Φ5斜孔，加工時要滿足粗糙度要求。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(chǎn)率和降低勞動強度。
4.2 擬訂夾具結(jié)構方案與繪制夾具草圖
為了提高加工效率及方便加工，決定材料使用高速鋼，用于對進行加工，準備采用手動夾緊。
由零件圖可知：進行加工前，外圓面進行了粗、精銑加工，進行了粗、精加工。因此，定位、夾緊方案有：
方案Ⅰ：選外圓面平面、和側(cè)面和V型塊定位夾緊方式用操作簡單，通用性較強的螺旋壓塊來夾緊。
為了使定位誤差達到要求的范圍之內(nèi)，這種定位在結(jié)構上簡單易操作。
4.3 鉆削力和夾緊力的計算
鉆該孔時選用：鉆床Z525，刀具用高速鋼刀具。
由參考文獻[5]查表可得：
切削力公式：
式中
查表得：
其中：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻[5]表得：
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)，見參考文獻[5]表 可得：
所以
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
夾緊力的確定
夾緊力方向的確定
夾緊力應朝向主要的定位基面。
夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向。
(1) 夾緊力作用點的選擇
a. 夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內(nèi)。
b. 夾緊力的作用點應落在工件剛性較好的部位上，這樣可以防止或減少工件變形變形對加工精度的影響。
c. 夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面。
(3)夾緊力大小的估算
理論上確定夾緊力的大小，必須知道加工過程中，工件所受到的切削力、離心力、慣性力及重力等，然后利用夾緊力的作用應與上述各力的作用平衡而計算出。但實際上，夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機構的傳遞效率等有關。而且，切削力的大小在加工過程中是變化的，因此，夾緊力的計算是個很復雜的問題，只能進行粗略的估算。
估算的方法：一是找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需的夾緊力；二是只考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響。
估算的步驟：
a.建立理論夾緊力FJ理與主要最大切削力FP的靜平衡方程：FJ理=Ф (FP)。
b.實際需要的夾緊力FJ需，應考慮安全系數(shù)，F(xiàn)J需=KFJ理。
c.校核夾緊機構的夾緊力FJ是否滿足條件：FJ>FJ需。
夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。
僅僅定好位在大多數(shù)場合下，還無法進行加工。只有進而在夾具上設置相應的夾緊裝置對工件進行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務。
夾緊裝置的基本任務是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動和震動，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實現(xiàn)的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。
一般夾緊裝置由動源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機構即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務的部分。他包括中間遞力機構和夾緊元件。
考慮到機床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。
螺旋夾緊機構是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機構組成復合夾緊機構來夾緊工件。是應用最廣泛的一種夾緊機構。
螺旋夾緊機構中所用的螺旋，實際上相當于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉(zhuǎn)動螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。
典型的螺旋夾緊機構的特點：
（1）結(jié)構簡單；
（2）擴力比大；
（3）自瑣性能好；
（4）行程不受限制；
（5）夾緊動作慢。
夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機動夾緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達到夾緊和定心作用。
工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn)，通過螺栓夾緊移動壓板，實現(xiàn)對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實現(xiàn)定心。此套移動壓板制作簡單，便于手動調(diào)整。通過松緊螺栓實現(xiàn)壓板的前后移動，以達到壓緊的目的。壓緊的同時，實現(xiàn)工件的定心，使其定位基準的對稱中心在規(guī)定位置上。
查參考文獻[5]1～2～26可知螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有：
式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得：
螺旋夾緊力：
該夾具采用夾緊機構， 由上述計算易得：
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
4.4 定位誤差
為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示：
⑴定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
4.5 繪制夾具裝