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摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是以CA6140車床上開合螺母的工藝工裝為基礎(chǔ)的，內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：設(shè)計(jì)零件，加工工藝及工時(shí)計(jì)算，設(shè)計(jì)夾具等。
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。
夾具方案的確定在國內(nèi)是一項(xiàng)十分重要的設(shè)計(jì)程序，其方案的優(yōu)劣決定了夾具設(shè)計(jì)的成功與失敗。確定設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)遵循以下原則：確保加工質(zhì)量，結(jié)構(gòu)盡量簡單，操作省力高效，制造成本低廉。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們即將畢業(yè)之前的最后一次在校設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容比較全面，所涉及的知識比較廣，是對我們所學(xué)知識及應(yīng)用、設(shè)計(jì)能力的一次綜合檢驗(yàn)。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，既充分鍛煉了我們的設(shè)計(jì)能力，又補(bǔ)充了在校學(xué)習(xí)期間知識和能力的不足。
關(guān)鍵詞：CA6140開合螺母;夾具設(shè)計(jì)；工藝工裝設(shè)計(jì).
Abstract
My graduated design is based on the craft design of the opened nut to CA6140, which includes parts design, machining and time calculations, a design of set of jigs, a dismantalment-drawing of a set of jig.
To improve productivity, and ensure processing quality and reduce labor intensity, it needs to design special jig.
The esdeblishment of jig programmes is so important that it decide the quality of the jig. Making the design of programmes should follow the following principles : ensuring processing quality structure as simple as possible, allowing efficient operation, low cost manufacturing.
The graduated design , which includes lots of content and involves much knowledge, is the last one for me before we will graduate. It is a comprehensive test to our knowledge and applications.
By doing the graduated design , it not only can improve our full design capacity , but also add in the inadequate knowledge and capacity that we have learned in school.
Key world: opened nut to CA6140;tongs design;process design.
目錄
摘 要 1
1.零件的分析 5
1.1 毛坯生產(chǎn)類型 5
1.2 毛坯鑄造形式 5
1.3 毛坯精度尺寸 5
1.4 確定毛坯鑄件的重量 5
1.5 確定機(jī)械加工余量 5
1.6 確定鑄鐵件的尺寸偏差 5
1.7 零件的作用 6
2. 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 7
2.1 確定毛坯的制造形式 7
2.2 基面的選擇 7
2.3 制定工藝路線 7
2.4 工藝方案的比較與分析： 9
2.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 9
2.6 確定切削用量及基本工時(shí) 10
2.6.1 粗銑燕尾 10
2.6.2 精銑燕尾 10
2.6.3 銑退刀槽 10
2.6.4 粗銑端面 11
2.6.5 精銑端面 11
2.6.6 工序Ⅱ磨燕尾及空刀槽，保證粗糙度為1.6，精度為7級 12
2.6.7 工序 Ⅲ 鉆Φ52H7孔并倒角1.5×45o 13
2.6.8 工序 Ⅳ 鉆2 × Φ12孔 14
2.6.9 工序Ⅴ 車端面 15
2.6.10 Ⅵ.切斷 17
第3章 開合螺母鉆Φ7孔夾具夾具設(shè)計(jì) 18
3.1設(shè)計(jì)要求 18
3.2夾具設(shè)計(jì) 19
3.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 19
3.2.2 切削力及夾緊力的計(jì)算 20
3.3定位誤差的分析 21
3.4 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)與選用 22
3.5夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 23
4. 夾具總圖的繪制 25
5. 機(jī)床夾具的發(fā)展 26
6.附錄： 29
6.1 英文原文 29
參考文獻(xiàn) 39
前 言
機(jī)械制造工藝學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們在學(xué)校的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是產(chǎn)品（或工程）設(shè)計(jì)類題目。
我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，以曾經(jīng)在實(shí)習(xí)工廠實(shí)習(xí)所參觀的并以此設(shè)備為參考，結(jié)合所學(xué)機(jī)械的各方面的知識，在老師指導(dǎo)下，查閱了許多手冊，經(jīng)過不斷的改進(jìn)，最終設(shè)計(jì)出了此次機(jī)構(gòu)，從而避免了加工質(zhì)量差，生產(chǎn)效率低，設(shè)備昂貴的問題。
在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，我們得到所學(xué)過的理論基礎(chǔ)，技術(shù)基礎(chǔ)，專業(yè)課全面的訓(xùn)練，為將來做好機(jī)械設(shè)計(jì)工程師的工作提供全面的鍛煉機(jī)會。
我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是CA6140開合螺母工藝工裝設(shè)計(jì)，在宋書漢老師的輔導(dǎo)下，對原有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，從而可以減少勞動(dòng)強(qiáng)度，計(jì)算正確，五張零號圖紙，符合工作量的要求。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在計(jì)算，制圖，機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械制造工藝等方面的知識受到全面的綜合訓(xùn)練，并有所提高，在夾具設(shè)計(jì)方面受益匪淺。特別是宋書漢老師在工作中對我耐心輔導(dǎo)，有時(shí)錯(cuò)過了午飯時(shí)間，下午又繼續(xù)趕往撫順上課。他對學(xué)生強(qiáng)烈的責(zé)任感和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，無不給我以深刻的影響。
就我個(gè)人而言，我希望能通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，希望在設(shè)計(jì)中能鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為自己今后參加實(shí)際工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
由于類似的大型課題第一次接觸，經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰Ψ矫娴那啡?，錯(cuò)誤之處一定存在，懇請各位老師給予批評指正。
1.零件的分析
1.1 毛坯生產(chǎn)類型
確定毛坯類型為3000件/年，由表（2-5.6）劃分生產(chǎn)類型的參考數(shù)據(jù)確定為中批，工作制度8小時(shí)/班制。
1.2 毛坯鑄造形式
將融化了的金屬澆注到旋轉(zhuǎn)著的模型中，由于離心力的作用，金屬液粘貼于模型的內(nèi)壁上，凝結(jié)后所得鑄件外形與模型內(nèi)壁的形狀相同，使用這種方法可以毋需澆注口，故能顯著地減少金屬的消耗。由于免除了砂型和制模的設(shè)備，以及減少了鑄工車間的面積，生產(chǎn)成本就有了降低；而所得逐漸則具有緊密與微細(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)及較好的機(jī)械性能。
1.3 毛坯精度尺寸
由表（2-5-1）得灰鑄鐵刀具切入金屬層的厚度應(yīng)大于表面層厚度，即大于1mm，小于4mm。
由JK67-62，確定灰鑄鐵鑄件精度等級為2級（指尺寸精度和表面光潔度要求較高，或者大批、中批生產(chǎn)的鑄件。
1.4 確定毛坯鑄件的重量
通過計(jì)算，最后確定毛坯的重量為4.079Kg，由表（2-5-2）確定重量偏差為7﹪。
1.5 確定機(jī)械加工余量
由表（2-5-5）確定2級鑄鐵件的機(jī)械加工余量：頂面加工余量為4.0mm，底面及側(cè)面加工余量為3.0mm。
1.6 確定鑄鐵件的尺寸偏差
由(標(biāo)-5-6)查得2級鑄鐵件尺寸偏差為±0.8mm。
1.7 零件的作用
題目所給定的零件是CA6140車床上的開合螺母 。開合螺母是用于接通和斷開從絲杠傳來的運(yùn)動(dòng)。車削螺紋時(shí)，將開合螺母合上，絲杠通過開合螺母傳動(dòng)溜板箱和刀架；否則就將開合螺母脫開。車削螺母時(shí)，順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，通過軸帶動(dòng)曲線槽盤轉(zhuǎn)動(dòng)，曲線槽盤上的曲線槽盤形狀，通過圓柱銷帶動(dòng)上半螺母在溜板箱體后面的燕尾形導(dǎo)軌內(nèi)上下移動(dòng)，使其相互靠攏，將開合螺母和絲杠嚙合。若逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，則兩半螺母相互分離，開合螺母和絲杠脫開。槽盤的曲線槽是一段圓弧，此圓弧在接近槽盤中心部分的傾斜角比較小，目的是使開合螺母閉合能自鎖，不會因?yàn)槁菽干系膹较蛄Χ詣?dòng)脫開。
2. 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
2.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為HT15-33灰鑄鐵,考慮到灰鑄鐵 的抗缺口敏感性，減震性和耐優(yōu)良等特點(diǎn),因此應(yīng)該選用鑄件,以便使開合螺母在使用中耐磨性良好,保證零件工作可靠.由于零件年產(chǎn)量為3000件,已達(dá)到成批生產(chǎn)的水平，而且離心鑄造，免除了砂模和制模的設(shè)備，以及減少了鑄工車間的面積，生產(chǎn)成本就有了降低，這樣得來的鑄件具有緊密與微細(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)及較好的機(jī)械性能。因此采用離心鑄造,這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度來考慮也是應(yīng)該的。
2.2 基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證、生產(chǎn)率得到提高。否則不但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(bào)廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
粗基準(zhǔn)的選擇：對象開合螺母這樣的零件來說，選擇好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要的。按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則，即當(dāng)零件有不加工表面時(shí)，應(yīng)以這些不加工表面作粗基準(zhǔn)；若零件有若干個(gè)不加工表面時(shí)，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準(zhǔn)。我現(xiàn)在選取燕尾為粗基準(zhǔn)，利用左、右兩個(gè)定位塊和一個(gè)削邊銷對其進(jìn)行限制，以消除六個(gè)不定度，達(dá)到過定位。對于精基準(zhǔn)而言，主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。
2.3 制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，是應(yīng)該使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到妥善的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
工藝路線方案一：
工序Ⅰ. 鑄造。
Ⅱ. 清砂。
Ⅲ. 熱處理。
Ⅳ. 清砂。
Ⅴ.涂漆。
Ⅵ.劃線。
Ⅶ.銑燕尾及空刀槽。
Ⅷ.磨燕尾及空刀槽。
Ⅸ.粗鏜、精鏜、粗鉸、精鉸Φ52H7孔并倒角1.5 x 45o。
Ⅹ.鉆、擴(kuò)鉆、粗鉸、精鉸2 x Φ12孔。
Ⅺ.粗車、半精車、精車一端面。
Ⅻ.粗車、半精車、精車另一端面。
ⅩⅢ.切斷。
ⅩⅣ.去毛刺。
ⅩⅤ.清洗。
ⅩⅥ.檢驗(yàn)。
ⅩⅦ.入庫。
路線方案二：
工序Ⅰ. 鑄造。
Ⅱ. 清砂。
Ⅲ. 熱處理。
Ⅳ. 清砂。
Ⅴ.涂漆。
Ⅵ.劃線。
Ⅶ. 粗車、半精車、精車一端面。
Ⅷ. 粗鏜、精鏜、粗鉸、精鉸Φ52H7孔并倒角1.5 x 45o。
Ⅸ. 粗車、半精車、精車另一端面。
Ⅹ. 銑燕尾及空刀槽。
Ⅺ. 磨燕尾及空刀槽。
Ⅻ. 鉆、擴(kuò)鉆、粗鉸、精鉸2 x Φ12孔。
ⅩⅢ.切斷。
ⅩⅣ.去毛刺。
ⅩⅤ.清洗。
ⅩⅥ.檢驗(yàn)。
ⅩⅦ.入庫。
2.4 工藝方案的比較與分析：
上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案一是先加工燕尾及空刀槽，然后以此為基準(zhǔn)加工孔Φ52H7；而方案二是先加工兩端面，再加工Φ52H7孔。兩者相比較，可以看出，先加工燕尾及空刀槽，然后以此為基準(zhǔn)加工孔Φ52H7，這時(shí)的位置精度較易保證，并且定位及裝夾等比較方便。
2.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“開合螺母”零件材料為HT15-33灰鑄鐵。毛坯重量為4公斤，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，采用離心鑄造毛坯，2級精度。
根據(jù)上述原始材料及加工工藝，分別對各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸確定如下：
1. Φ52H7孔
精鉸至Φ52H7，表面粗糙度為Ra1.6um，工序余量為2z=0.08；
粗鉸至51.92mm 2z=0.42；
精鏜至51.5mm 2z=1.5；
粗鏜第二次至50mm 2z=3；
粗鏜至47m 2z=7；
1. 2 × Φ12孔
鉸至Φ12mm 2z=0.15；
擴(kuò)鉆至Φ11.85mm 2z=0.85；
鉆至Φ11 2z=11；
2. 一端面
精車至97 2z=0.8；
半精車至97.8 2z=1.2；
粗車至99 2z=6；
3. 另一端面
精車至95 2z=0.5；
半精車至96.5 2z=0.5；
粗車至96 2z=1；
2.6 確定切削用量及基本工時(shí)
工序Ⅰ：銑燕尾及空刀槽
2.6.1 粗銑燕尾
v=6m/min（0.1m/s） （表1-10-151）
ns=1000v/πdw =1000× × 40 =0.8r/s（47.8r/min）
按機(jī)床選取nw=0.79 r/s （47.5r/min）
∴實(shí)際切削速度切削工時(shí)：
l1=8.7（表1-11-12）
t0==158.3s（2.64min）
2.6.2 精銑燕尾
v=6m/min（0.1m/s） （表1-10-151）
ns= =0.8r/s（47.8r/min）
按機(jī)床選取nw=0.79 r/s （47.5r/min）
∴實(shí)際切削速度v=πdw nw/1000=3.14×40×0.79/1000=0.43m/s
切削工時(shí)：
l1=6.3（表1-11-12）
t0==153s（2.6min）
2.6.3 銑退刀槽
s=0.02～0.03（表1-10-142）
選s=0.02mm
v=47m/min（0.78m/s） （表1-10-144）
ns= =4.14r/s（248r/min）
按機(jī)床選取nw=4 r/s （240r/min）
∴實(shí)際切削速度v= =0.75m/s（45m/min）
切削工時(shí)：
l1=5.9，l2=4（表1-11-12）
sm=sz z n=0.02× 4×36=2.88
t0==3.785s（0.06min）
2.6.4 粗銑端面
選擇高速鋼套式面銑刀
每齒進(jìn)給量：sz=0.1-0.2（10-113）
選sz=0.1mm
v=56m/min（0.92m/s）
ns= =3.7r/s（222r/min）
按機(jī)床選取nw=4.2r/s （252r/min）
∴實(shí)際切削速度v= =1.01m/s（61m/min）
切削工時(shí)：
l1=37.5，l2=2（表1-11-15）
sm=sz z n=0.1× 18 × 3.7=0.37
t0=（=185s（3min）
2.6.5 精銑端面
銑刀每轉(zhuǎn)進(jìn)給量0.10～0.12
選s0=0.12mm
v=56m/min=0.9m/s
ns==3.7r/s（222r/min）
按機(jī)床選取nw=4.2r/s （252r/min）
∴實(shí)際切削速度v= =1.01m/s（61m/min）
切削工時(shí)：
l1=37.5，l2=2（表1-11-15）
sm=sz z n=0.1 × 18× 3.7=0.37
t0==185s（3min）
2.6.6 工序Ⅱ磨燕尾及空刀槽，保證粗糙度為1.6，精度為7級
① 選擇臥軸矩臺平面磨床M7130-1
② 磨輪的選擇
磨料：黑色炭化硅
粒度：36-46
硬度：ZR1-Z1
結(jié)合劑：陶瓷
結(jié)構(gòu)：5-6
③ 用磨輪端面磨平面的切削用量（表10-239）
工件運(yùn)動(dòng)速度v=8-15m/min
選v=10m/min
工作臺磨削深度進(jìn)給量st=0.065毫米每行程
st與工件材料相關(guān)的次數(shù)為k=1.05
④ 用磨輪端面磨平面的切削動(dòng)力（表10-240）
切削動(dòng)力N=10.3千瓦
切削動(dòng)力的修正系數(shù)
與工件材料有關(guān)K2=0.9
⑤ 用磨輪圓周粗磨平面的切削用量（表10-233）
工作臺單行程的進(jìn)給量Sb=16.224毫米每行程
工作臺單行程的磨削深度進(jìn)給量St=0.025毫米每行程
St的修正系數(shù)K1=0.86
⑥ 切削工時(shí)
L ：磨削計(jì)算長度
矩臺用磨輪圓周磨L=l1+20
矩臺用磨輪端面磨L=l1+DM+10
l1 ：工件磨削面長度
DM ：磨輪直徑
h ：加工余量
k：平面磨系數(shù)
v：工作臺往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度
St：磨削深度進(jìn)給量
Z：同時(shí)加工的工件數(shù)量
T01= =0.36min
T02= =0.35min
T03= =0.15min
T= T01 + T02 + T03=0.36+0.35+0.15=0.86min
2.6.7 工序 Ⅲ 鉆Φ52H7孔并倒角1.5×45o
(1) 粗鏜第一次至47mm
選擇硬質(zhì)合金可調(diào)節(jié)浮動(dòng)鏜刀 B=25，H=12（表8-32）
進(jìn)給量S=1.6-2.0，選S=1.6mm/r（10-97）
v=62.6m/min，n=398r/min（6.63r/min） （表10-98）
切削工時(shí)
l1=1.7，l2=3.0， l=105（表11-9）
t=（D-d1）/2=（47-40）/2=3.5mm
t0==10.34s（0.17min）
① 粗鏜第二次至50mm
S=1.6-2.0，選S=2.0mm/r（10-97）
v=56.6m/min，n=360r/min（6r/min） （表10-98）
切削工時(shí)
l1=0.87， l=105（表11-9）
t=（D-d1）/2=（50-47）/2=1.5mm
t0==9.07s（0.15min）
② 精鏜至52m
S=1.6-2.0，選S=1.6mm/r（10-97）
v=62.6m/min，n=398r/min（6.63r/min） （表10-98）
切削工時(shí)
l1=0.58， l=105（表11-9）
t=（D-d1）/2=（51.5-50）/2=0.75mm
t0= =10.24s（0.17min）
2.6.8 工序 Ⅳ 鉆2 × Φ12孔
選擇直柄麻花鉆（GB1436-78）
① 鉆到11.0mm
S=0.22-0.28，S=0.25mm/r（10-67）
v=28m/min（0.47m/s），n=894r/min（7.95r/s）
ns=1000v/
切削工時(shí)
l1=0.05，l2=39， l=105（表11-10）
t=（D-d1）/2=（52-51.92）/2=0.04mm
ns= =13.6r/s（816r/min）
按機(jī)床選取nw=800r/s （13.3r/min）
∴實(shí)際切削速度v = = 0.46m/s
切削工時(shí)：
l1=3.4，l2=1.5，L=20（表11-6）
t0==7.49s（0.13min）
②擴(kuò)孔鉆至11.85
S=0.7-0.9，S=0.7mm/r（10-75）
v=22.2m/min，n=472r/min（表10-76）
按機(jī)床選取nw=460r/min=7.67r/s
實(shí)際切削速度=0.29m/s
切削工時(shí)
l1=0.58，l2=1.5， l=20
=4.11s（0.07min）
③鉸至Φ12
選用錐柄機(jī)用鉸刀 D=12（表8-34）
S=1.7 mm/r（10-81）
v=10m/min，n=318r/min（5.3r/s）（表10-84）
切削工時(shí)
l1=0.05，l2=18， l=20
=5.14s（0.09min）
2.6.9 工序Ⅴ 車端面
① 粗車至99mm
S=（0.3～0.5） mm/r （10-19）
選s=0.4 mm/r
V=118m/min（1.97m/s）
=9.65r/s（597r/min）
按機(jī)床選取nw=8.6r/s（516 r/s）
∴實(shí)際切削速度為
=1.76m/s（105m/min）
l=（105-99）/2=3mm，l1=3，l2=2 ，l3=5（11-4）
L=d/2+ l1+ l2 + l3=32.5+3+2+5=42.5mm
t0=（L/s．n ）．i =（42.5/0.4×8.6）×2=24.72s（0.4min）
② 半精鏜至97.8mm
S=（0.3～0.5） mm/r （10-19）
選s=0.3 mm/r
V=35m/min（0.58m/s）
=2.84r/s（171r/min）
按機(jī)床選取nw=2.5r/s（150 r/s）
∴實(shí)際切削速度為
=0.51m/s（30.615m/min）
l=0.6，l1=1，l2=1 ，l3=5（11-4）
L=d/2+ l1+ l2 + l3=32.5+1+1+5=39.5mm
t0=（L/s．n ）．i =（39.5/0.3×2.5）×1=52.7s（0.88min）
③ 精車至97mm
S=（0.3～0.5） mm/r （10-19）
選s=0.3 mm/r
V=35m/min（0.58m/s）
=2.84r/s（171r/min）
按機(jī)床選取nw=2.5r/s（150 r/s）
∴實(shí)際切削速度為
=0.51m/s（30.615m/min）
l=0.4，l1=1，l2=1 ，l3=5（11-4）
L=d/2+ l1+ l2 + l3=32.5+1+1+5=39.5mm
t0=（L/s．n ）．i =（39.5/0.3×2.5）×1=52.7s（0.88min）
④ 倒角1.5×45°
S=（0.15～0.25） mm/r （10-90）
選s=0.2 mm/r
v=（12～25）m/min（0.58m/s），選v=20 m/min=0.33m/m
=2.02r/s（121r/min）
按機(jī)床選取nw=120r/min（2 r/s）
l=0.75，l1=0.4（11-9）
tm=（l+ l1）/nw ．s=（0.75+0.4）/（2×0.2）=2.87min（172.5s）
2.6.10 Ⅵ.切斷
選用鋸片銑刀，D=175mm（8-38），齒數(shù)（8～38）
S=（0.03～0.04） mm/r （10-142）
選s=0.03 mm/r
v=34m/min（0.57m/s），
=2.412r/s（144r/min）
∴實(shí)際切削速度為
=0.59m/s（35m/min）
l1=6 ，l2=4mm（11-12）
Sm= Sz·Z·n=0.03×40×2.5=3mm
=49s（0.82min）
第3章 開合螺母鉆Φ7孔夾具夾具設(shè)計(jì)
3.1設(shè)計(jì)要求
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。上面即為開合螺母鉆Φ7孔夾具的專用夾具，本夾具將用于臥式鉆床ZB6413*48鉆床。
在對工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，為了保證加工的要求，首先要使工件相對道具及機(jī)床有正確的位置，并使這個(gè)位置在加工過程中不因外力的影響而變動(dòng)。因此，在進(jìn)行機(jī)械加工前，先要將工件裝夾好。
機(jī)床夾具的組成
1、定位裝置 其作用是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。
2、夾緊裝置 其作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力（切削力等）作用時(shí)不離開已經(jīng)占據(jù)的正確的正確位置。
3、對刀或?qū)蜓b置 其作用是確定刀具相對定位元件的正確位置。
4、連接原件 其作用是確定夾具在機(jī)床上的正確位置。
5、夾具體 夾具體是機(jī)床夾具的基礎(chǔ)件，通過它將夾具的所有元件連接成一個(gè)整體。
6、其他元件或裝置 是指家家具中因特殊需要而設(shè)置的元件或裝置。根據(jù)加工需要，有些夾具上設(shè)置分度裝置、靠模裝置；為能方便、準(zhǔn)確定位，常設(shè)置預(yù)定位裝置；對于大型夾具，常設(shè)置吊裝元件等。
以上各組成部分中，定位元件、夾緊裝置和夾具體是機(jī)床夾具的基礎(chǔ)組成部分。
機(jī)床的分類
機(jī)床夾具種類繁多，可以從不同的角度對機(jī)床夾具進(jìn)行分類。
按夾具的使用特點(diǎn)可分為：通用夾具，專用夾具，可調(diào)夾具，組合夾具，
拼裝夾具。
按使用機(jī)床可分為：車床夾具，銑床夾具，鉆床夾具，鏜床夾具，齒輪機(jī)床夾具，數(shù)控機(jī)床夾具，自動(dòng)機(jī)床夾具，自動(dòng)線隨行夾具以及其他機(jī)床夾具。
按夾緊的動(dòng)力源可分為：手動(dòng)夾具，氣動(dòng)夾具，液壓夾具，氣液增力夾具，電磁夾具以及真空夾具等。
工件的裝夾方法
工件裝夾的方法有兩種：
將工件直接裝夾在機(jī)床的工作臺或花盤上
將工件裝夾在家具上
采用第一種方法裝夾的效率低，一般要求先按圖紙要求在工件的表面上劃線，劃出加工表面的尺寸和位置，裝夾時(shí)，用劃針或面分表找正后再夾緊。一般用于單件和小批生產(chǎn)。批量較大時(shí)，都采用夾具裝夾工件。
采用夾具裝夾工件有如下優(yōu)點(diǎn)：
a、保證加工精度，穩(wěn)定加工質(zhì)量
b、縮短輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率
c、擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多能”
d、改善工人的勞動(dòng)條件，降低生產(chǎn)成本
本夾具無嚴(yán)格的技術(shù)要求，因此，應(yīng)主要考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，精度不是主要考慮的問題。
3.2夾具設(shè)計(jì)
3.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇
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(jìn)行加工，準(zhǔn)備采用手動(dòng)夾緊。
方案：選一面兩銷定位方式，夾緊方式用操作簡單，通用性較強(qiáng)的移動(dòng)壓板來夾緊。
開始設(shè)計(jì)是直接用夾具體作為定位面，用久后磨損會造成大的誤差，兩端沒有做成活動(dòng)的，這樣不好安裝，后來改成可以單獨(dú)使用的零件，這樣可以壞掉及時(shí)更換，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。
為了使定位誤差達(dá)到要求的范圍之內(nèi)，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。
3.2.2 切削力及夾緊力的計(jì)算
刀具：鉆頭 D=Φ7。
則軸向力：見《工藝師手冊》表28.4
F=Cdfk……………………………………3.1
式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35
k=(
F=420
轉(zhuǎn)矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=0.206
功率 P=
在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
K=KKKK
式中 K—基本安全系數(shù)，1.5;
K—加工性質(zhì)系數(shù)，1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=1.5
鉆削時(shí) T=17.34 N
切向方向所受力:
F=
取
F=4416
F> F
所以,時(shí)工件不會轉(zhuǎn)動(dòng),故本夾具可安全工作。
3.3定位誤差的分析
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(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻(xiàn)[5]可得：
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(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求。
知此方案可行。
3.4 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)與選用
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時(shí)間。
圖3.1 可換鉆套
鉸工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表3.4：
表3.4 鉆套
d
H
D
公稱尺寸
允差
3.8
12
12
+0.018
+0.007
22
18
10
4
9
0.5
18
襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖3.2 固定襯套
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表3.5：
表3.5 固定襯套
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
5
+0.034
+0.016
12
10
+0.023
+0.012
0.5
2
鉆模板選用固定式鉆模板，用4個(gè)沉頭螺釘和2個(gè)錐銷定位于夾具體上。
3.5夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明
由于是大批大量生產(chǎn)，主要考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此設(shè)計(jì)時(shí)，需要更換零件加工時(shí)速度要求快。此時(shí)雖然有過定位，但底面是經(jīng)精銑的面，定位是允許的。
4. 夾具總圖的繪制
一、 總圖應(yīng)該遵循機(jī)械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)繪制，圖形大小的比例盡量取1：1，為求使繪制的夾具總圖有良好的直觀性，如果工件過大的時(shí)候選用1：2等縮小比例，過小時(shí)取2：1的比例；
二、 圖中應(yīng)該以最少數(shù)量視圖清楚地表示出夾具的工作原理和結(jié)果，表示各 種元件或者裝置之間的位置關(guān)系等；
三、 的順序：先用點(diǎn)劃線繪出工件的輪廓，外形及定位基準(zhǔn)，并用網(wǎng)狀線顯示出加工余量；把工件輪廓視為透明體，然后按著工件的形狀及位置依次畫出定位、導(dǎo)向、夾緊及其他元件或者裝置的具體結(jié)構(gòu)；最后繪制夾具體，形成一個(gè)完整的夾具；
四、夾具總圖上標(biāo)注出零件編號，按規(guī)定要求填寫標(biāo)題欄和明細(xì)表；
五、確定并標(biāo)注有尺寸和夾具技術(shù)要求。
如圖所示。
5. 機(jī)床夾具的發(fā)展
回顧夾具6的歷史，它是來源于以大量生產(chǎn)為基礎(chǔ)的呼喚性零件的加工。
夾具最早出現(xiàn)于1798年，當(dāng)時(shí)作為大量生產(chǎn)方式的創(chuàng)造者而名列前茅的“惠特尼”公司接受了美國政府訂購的三年間制造一萬支步槍的合同，把原來靠手工操作的步槍槍管鍛件，由一個(gè)人從頭到尾制造下來的方式改為雇用熟練工人進(jìn)行簡單操作、制造，使用了一系列夾具，使5步槍按時(shí)交貨。
繼而在1853年“科爾特”根據(jù)互換性方式建造了大型兵工廠，據(jù)說把涉及1400臺機(jī)床的大部分作成了專用機(jī)床，并花費(fèi)與機(jī)械設(shè)備的數(shù)量相同的費(fèi)用，消耗在制造刀具和夾具上。這樣通過使用刀具和夾具才使制造有互換性的零件成為可能。同時(shí)還簡化了操作，為后來向大量生產(chǎn)的發(fā)展準(zhǔn)備了條件。
第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，世界機(jī)床技術(shù)的發(fā)展在很大程度上受軍火生產(chǎn)多影響，戰(zhàn)前用于生產(chǎn)汽車、無線電、民用產(chǎn)品的大量技術(shù)，在戰(zhàn)時(shí)廣泛移用于軍需品的產(chǎn)品。為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)付熟練技術(shù)工人的不足，機(jī)床夾具得到了更大的發(fā)展。1920年，世界第一部幾少夾具的書籍在德國出版。
夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可分為以下三個(gè)階段：第一階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上，這時(shí)夾具只是作為人的單純的輔助工具，使加工過程加速和趨于完善，生產(chǎn)率得到提高；第二階段，夾具成為人與機(jī)床之間的橋梁，夾具的技機(jī)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(rèn)識到，夾具與操作人員改進(jìn)工件及機(jī)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(jī)床的結(jié)合，夾具作為機(jī)床的一部分,成為機(jī)械加工中不可缺少的工藝裝備.夾具在機(jī)械加工中的作用已如前面所述.
在近幾十年中,夾具的基本組成部分并無明顯變化,但隨著機(jī)械工藝的迅速發(fā)展,對產(chǎn)品品種和生產(chǎn)率提出了愈來愈高的要求,使多品種、中小批生產(chǎn)成為機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)的主流,為了適應(yīng)機(jī)械工業(yè)這種發(fā)展的趨勢,必然對機(jī)床夾具提出更高的要求.它主要表現(xiàn)在如下幾方面:
i. 機(jī)床夾具的“三化”工作
為了加速新產(chǎn)品的投產(chǎn),簡化設(shè)計(jì)工作,加速工藝裝備的準(zhǔn)備工作,以獲取良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果,必須重視機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化工作.標(biāo)準(zhǔn)化是多樣化、自動(dòng)化的前提,世界許多國家不但制定了組合夾具的標(biāo)準(zhǔn).蘇聯(lián)、美國、英國、民主德國、日本等國還制定了專用和通用可調(diào)夾具的標(biāo)準(zhǔn).大大達(dá)到了夾具設(shè)計(jì)和制造的勞動(dòng)量,為組織專用夾具零部件的集中大量生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件.
目前各國都在盡量減少專用夾具的比重，積極采用各類標(biāo)準(zhǔn)的通用夾具，逐漸擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的使用范圍。
ii. 大力研制推廣使用新型機(jī)床夾具
1.單件、小批生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制中，應(yīng)推廣使用組合夾具和半組合夾具。
2.在多品種、中小批生產(chǎn)中，應(yīng)大力推廣使用可調(diào)夾具，尤其是成組夾具。
iii. 高夾具的機(jī)械化、自動(dòng)化水平
提高生產(chǎn)率是社會生產(chǎn)的一項(xiàng)經(jīng)常的、一貫的要求，近幾十年來，高小、自動(dòng)化夾具得到了迅速地發(fā)轉(zhuǎn)，主要原因是，一方面由于書空機(jī)床、組合機(jī)床及其它高小自動(dòng)化機(jī)床的出現(xiàn)，要求夾具能適應(yīng)機(jī)床的要求，才能更好地發(fā)揮機(jī)床的作用。另一方面，由于采用高速強(qiáng)力切削，機(jī)動(dòng)時(shí)間得到了響應(yīng)地縮短，但勞動(dòng)生產(chǎn)率并未因此得到明顯地提高，其原因就在于輔助時(shí)間沒有減少不多。因此，只有采用高小機(jī)械化與自動(dòng)化夾具，才能使生產(chǎn)力廠得以進(jìn)一步大幅度提高。
a) 制高精度機(jī)床夾具
目前，機(jī)械制造工藝普遍朝精密化的方向發(fā)展。對精度要求較高的零件，除選用精密的機(jī)床外，尚需采用一些精密的夾具。
b) 展計(jì)算機(jī)輔助機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的眼界工作
為了提高機(jī)床家具設(shè)計(jì)的質(zhì)量與書牘，在機(jī)床夾具億個(gè)度微的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化的基礎(chǔ)上，過外已可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)工作。計(jì)算機(jī)輔助機(jī)床夾具設(shè)計(jì)乃是整個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的一個(gè)組成部分。計(jì)算機(jī)輔助機(jī)床夾具設(shè)計(jì)可以做到：喲功能標(biāo)準(zhǔn)化的夾具元件組成的專用夾具的設(shè)計(jì)；用標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化的夾具基體和調(diào)整件組成的成組夾具的設(shè)計(jì)；組合夾具的組裝設(shè)計(jì)。
用計(jì)算機(jī)輔助機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的最主要優(yōu)點(diǎn)就在于：用計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì)程序，喲功能自動(dòng)繪圖機(jī)來自動(dòng)進(jìn)行繪圖，大大加快了設(shè)計(jì)速度，大大加速了工藝準(zhǔn)備工作，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期；同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)需要可在光筆圖象顯示儀上隨時(shí)顯示所設(shè)計(jì)的方案圖象，并且可用光筆進(jìn)行實(shí)地修改，以達(dá)到夾具設(shè)計(jì)的最佳化。
c) 開展機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中有關(guān)問題的研究
除上面 談到的一些問題在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中需要加以研究之外，還有一些問題需要進(jìn)一步加強(qiáng)眼界，以便更好地設(shè)計(jì)機(jī)床夾具。這些問題有：夾具設(shè)計(jì)中誤差（定位誤差、夾緊誤差等）的綜合分析；高精度零件檢驗(yàn)夾具設(shè)計(jì)；夾具磨損極限的合理制定；夾具設(shè)計(jì)與制造工時(shí)定額的確定；夾具最佳標(biāo)準(zhǔn)件的確定；夾具設(shè)計(jì)中的尺寸與形位公差以及其它技術(shù)條件的合理制定；成組夾具的精度分析；機(jī)床夾具科學(xué)管理方法的研究；夾具定位系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)等的最佳設(shè)計(jì)程序；夾具剛度問題（尤其是可調(diào)夾具、組合夾具）的研究等等。
6.附錄：
6.1 英文原文
Cams
Various motions can be produced by the action of a cam against a follower.Mamy timing devices are operated by can action.The purpose of andy cam is to produce a displacement of its follower;a secondary follower is often .used to produce additional displacement in another location.The most popular type is the plate cam.The cylindrical type is used to transmit linear motion to a follower as the cam rotates.Three-dimensional cam are sometimes used;these provide some unusual follower motions,but also make follower design difficult.The camshaft in the automotive engine illustrates a simple but important application of a late cam.The cam assemblies in automatic record players illustrate a somewhat more complex application.
Cam profiles are accurately constructed by either praphical or mathematical methods.The transitiom from development drawings to working (shop) drawing can be made in several ways:
1.Make a full-scale template.This is desirable from the manufacturing standpoint,but it will not guarantee accurate cam profiles.
2.Use radial dimensions.This is fairly accurate,but sometimes produces layout problems in the shop.
3.Use coordinate dimensioning.This procedure will ensure accuracy.
In selecring one of these methods,one should consider the function of the cam in terms of desired preciseness.
Because the cam work outline already determined, therefore the cam structural design mainly was determines the curve outline axial thickness and the cam and the drive shaft connection way. When the work load compares the hour, curve outline axial thickness generally takes for the outline curve biggest radius of vector 1,/10 ～/5; Regarding a stress bigger important situation, must with carry on the design according to the cam contour surface from the contact intensity.
When determination cam and drive shaft joint way, should synthesize the consideration cam the assembling and dismantling, the adjustment and firmly grades the question. Regarding implementing agency more equipment, between its each execution component movement coordination usually determined by the cycle of motion chart, therefore in assembly cam gear time, the cam contour curve initial station (pushes regulation starts) the relative position to have according to the cycle of motion chart to carry on the adjustment, guarantees each execution component to be able according to the pre-set sequence synchronized action. Therefore, requests the cam in the structural design to be able to be opposite to the drive shaft carries on the rotation along the circumference direction, and reliably performs fixedly. The simplest method uses the clamping screw nail fixed cam, or with clamping screw nail pre- fixed, after treats adjusts uses the pin to be fixed again.
From structural design: from structure: When design must consider from the guidance and prevented revolves. From movement rule design: Involves many aspects from the movement rule design the questions, besides consideration rigidity impact and flexible impact, but also should maximum speed vmax which has to each kind of movement rule, maximum acceleration amax and its the influence performs the comparison. 1) vmax bigger, then momentum mv is bigger. If from is suddenly prevented, the oversized momentum can cause the enormous impulse, endangers the equipment and the personal safety. Therefore, when is bigger from the quality, in order to reduce the momentum, should choose the vmax value smaller movement rule. 2) amax bigger, is bigger. Function in high vice- contact place stress bigger, the organization intensity and the wear resistant request is also higher. Regarding high speed cam, in order to reduce the harm, should choose the amax value smaller movement rule. First states several kind of movements rules vmax, amax, the impact characteristic and the suitable situation following table regarding swings from the cam gear, its movement graph x-coordinate expression cam corner, y-coordinate then separately expresses from, angular speed and angle acceleration. This kind of movement graph has the state of motion and above is same.
From structural design: from structure: When design must consider from the guidance and prevented revolves. From movement rule design: The cam gear design basic question 1. cam gears type choice, the definite cam shape, with from maintains the high vice- contact from the shape and the movement form and the cam the way 2. from the movement rule design, according to the application situation to from the travelling schedule and the state of motion request, determines from the movement rule. 3. cam gears basic parameter design, determines from the travelling schedule, various movements angle, the cam radius, , the roller radius, the center distance, from the length and so on. 4. cam contours curve design. 5. cam gears bearing capacity computation. 6. cam gears structural design, plan organization assembly drawing and various components shop drawing
Fromstructural design: from structure: When design must consider from the guidance and prevented revolves. From movement rule design: The cam gear design basic question 1. cam gears type choice, the definite cam shape, with f