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支座零件工藝工裝設計
班 級： 學生姓名：
指導老師： 職稱：
本設計針對支座零件的生產(chǎn)技術特點,綜述了制造技術及其裝備的主要問題,重點分析介紹工藝流程、工藝基準的關鍵作用,變形對加工精度的影響,檢測技術配套及支座零件的工作環(huán)境和受力情況等關鍵問題的設計說明。
本設計在探討機加工工藝流程后對加工過程中的用到的鏜孔及銑面專用夾具設計進時了設計。通過設計使我們更進一步熟悉了產(chǎn)品加工設計的全過程，在制定加工方案的時候，充分考慮其經(jīng)濟性和可行性。
關鍵詞： 工藝 工序 加工余量 夾具設計
Machine parts bearing the design process
Abstract: Support for the design of the parts of the characteristics of production techniques, an overview of manufacturing technology and equipment of the main issues, focusing on analysis of the process, the process based on a key role in the deformation of the precision processing, testing and technical support bearing parts of the work Stress and environmental conditions that the design of the key issues.
Discussion in the design of the machining process after the process used in the process of milling and boring special fixture design into the surface when the design. Through the design of our products more familiar with the design of the whole process of the development process in the program, take full account of its economic and feasibility.
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key words: Technology Process Allowance Fixture Design
引 言
畢加工工藝及夾具畢業(yè)設計是對所學專業(yè)知識的一次鞏固，是在進行社會實踐之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是理論聯(lián)系實際的訓練。
機床夾具已成為機械加工中的重要裝備。機床夾具的設計和使用是促進生產(chǎn)發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著我國機械工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,機床夾具的改進和創(chuàng)造已成為廣大機械工人和技術人員在技術革新中的一項重要任務。
材料、結構、工藝是產(chǎn)品設計的物質(zhì)技術基礎，一方面，技術制約著設計；另一方面，技術也推動著設計。從設計美學的觀點看，技術不僅僅是物質(zhì)基礎還具有其本身的“功能”作用，只要善于應用材料的特性，予以相應的結構形式和適當?shù)募庸すに?，就能夠?chuàng)造出實用，美觀，經(jīng)濟的產(chǎn)品，即在產(chǎn)品中發(fā)揮技術潛在的“功能”。
技術是產(chǎn)品形態(tài)發(fā)展的先導，新材料，新工藝的出現(xiàn)，必然給產(chǎn)品帶來新的結構，新的形態(tài)和新的造型風格。材料，加工工藝，結構，產(chǎn)品形象有機地聯(lián)系在一起的，某個環(huán)節(jié)的變革，便會引起整個機體的變化。
工業(yè)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了愈來愈高的要求，使多品種，對中小批生產(chǎn)作為機械生產(chǎn)的主流，為了適應機械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢，必然對
機床夾具提出更高的要求。
按在夾具中的作用,地位結構特點,組成夾具的元件可以劃分為以下幾類:
(1)定位元件及定位裝置；
(2)夾緊元件及定位裝置(或者稱夾緊機構)；
(3)夾具體；
(4)對刀,引導元件及裝置(包括刀具導向元件,對刀裝置及靠模裝置等)；
(5)動力裝置；
(6)分度,對定裝置；
(7)其它的元件及裝置(包括夾具各部分相互連接用的以及夾具與機床相連接用的緊固螺釘,銷釘,鍵和各種手柄等)；
每個夾具不一定所有的各類元件都具備,如手動夾具就沒有動力裝置,一般的車床夾具不一定有刀具導向元件及分度裝置。反之,按照加工等方面的要求,有些夾具上還需要設有其它裝置及機構,例如在有的自動化夾具中必須有上下料裝置。
專用夾具的設計主要是對以下幾項內(nèi)容進行設計：（1）定位裝置的設計；（2）夾緊裝置的設計；（3）對刀-引導裝置的設計；（4）夾具體的設計；（5）其他元件及裝置的設計。
第一章 零件的分析
1.1零件的作用
該支座零件由圖分析應為柴油機一個主要零件。是柴油機搖桿座的結合部，Φ22H8孔裝搖桿軸，軸上兩端各裝一進氣門搖桿，搖桿座通過兩個孔用螺桿與汽缸蓋相連，軸向槽用于鎖緊搖桿軸，使之不轉動。
零件圖如下圖所示：
1.2零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵屬于脆性材料，故不能鍛造和沖壓。但灰鑄鐵的鑄造性能和切削加工性能優(yōu)良。以下是支座零件需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
(1) 通孔
(2) 大端面表面粗糙度為3.2
(3) 通槽表面粗糙度要求均較嚴.
(4) 頂部M8-6H螺紋孔
(5) 6處M6-6H螺紋孔
由參考文獻（1）中有關孔的加工的經(jīng)濟精度機床能達到的位置精度可知上述要求可以達到的零件的結構的工藝性也是可行的。
第二章 確定毛坯、畫毛坯圖
2.1確定毛坯種類
零件材料為HT200?？紤]零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結構不是太復雜，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故選擇砂型機器造型毛坯。
2．2確定鑄件加工余量及形狀
根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件，已知零件的生產(chǎn)綱領為6000件/年，通過計算，該零件質(zhì)量約為3Kg，由參考文獻（5）表1—4、表1—3可知，其生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，毛坯的鑄造方法選用砂型機器造型。此外，為消除殘余應力，鑄造后安排人工時效處理。參考文獻（1）表2.3—12；該種鑄造公差等級為CT10~11，MA-H級。參考文獻（1）表2.3-12，用查表方法確定各表面的加工余量如下表所示：
如下表：各加工表面總余量
加工表面
基本尺寸
加工余量等級
加工余量數(shù)值
說明
上端面
56mm
H
4mm
單側加工
下端面
100mm
H
5mm
單側加工
左端面
53mm
H
4mm
單側加工
右端面
60mm
H
4mm
單側加工
.最終確定毛坯圖如下：
第三章 工藝規(guī)程設計
3．1選擇定位基準
正確地選擇定位基準是設計工藝過程的一項重要內(nèi)容，也是保證零件加工精度的關鍵。
定位基準分為精基準、粗基準和輔助基準。在最初加工工序中，只能用毛坯上未經(jīng)加工 的表面作為定位基準(粗基準)。在后續(xù)工序中，則使用已加工表面作為定位基準(精基準)。
在制定工藝規(guī)程時，總是先考慮選擇怎樣的精基準以保證達到精度要求并把各個表面加工出來，然后再考慮選擇合適的粗基準把精基準面加工出來。另外，為了使工件便于裝夾和易于獲得所需加工精度，可在工件上某部位作一輔助基準，用以定位。應從零件的整個加工工藝過程的全局出發(fā)，在分析零件的結構特點、設計基準和技術要求的基礎上，根據(jù)粗、精基準的選擇原則，合理選擇定位基準。
3.1.1精基準的選擇
①“基準重合”原則
應盡量選用被加工表面的設計基準作為精基準，即“基準重合”的原則。這樣可以避免因基準不重合而引起的誤差。
②“基準統(tǒng)一”原則
應選擇多個表面加工時都能使用的定位基準作為精基準，即“基準統(tǒng)一”的原則。
這樣便于保證各加工表面間的相互位置精度，避免基準變換所產(chǎn)生的誤差，并簡化夾具的設計制造工作。
③“互為基準”原則
當兩個表面的相互位置精度及其自身的尺寸與形狀精度都要求很高時，可采用這兩個表面互為基準，反復多次進行精加工。
④“自為基準”原則
在某些要求加工余量盡量小而均勻的精加工工序中，應盡量選擇加工表面本身作為定位基準。
此外，精基準的選擇還應便于工件的裝夾與加工，減少工件變形及簡化夾具結構。需要指出的是，上述四條選擇精基準的原則，有時是相互矛盾的。例如，保證了基準統(tǒng)一就不一定符合基準重合等等。在使用這些原則時，要具體情況具體分析，以保證主要技術要求為出發(fā)點，合理選用這些原則。
精基準的選擇：支座的下端面既是裝配基準又是設計基準，用它作為精基準，能使加工遵循基準重合的原則，實現(xiàn)V形塊十大平面的定位方式（V形塊采用聯(lián)動夾緊機構夾緊）。22mm孔及左右兩端面都采用底面做基準，這使得工藝路線又遵循“基準統(tǒng)一”的原則，下端面的面積比較大，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案也比較簡單，可靠，操作方便。
3.1.2 粗基準的選擇
①若工件必須首先保證某重要表面的加工余量均勻，則應選該表面為粗基準。
②在沒有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，若零件上每個表面都要加工，則應以加工余量最小的表面作為粗基準。這樣可使這個表面在加工中不致因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工件報廢。
③在沒有要求保證重要表面加工余量均勻的情況下，若零件有的表面不需要加工時，則應以不加工表面中與加工表面的位置精度要求較高的表面為粗基準。若既需保證某重要表面加工余量均勻，又要求保證不加工表面與加工表面的位置精度，則仍按本原則處理。
④選作粗基準的表面，應盡可能平整和光潔，不能有飛邊、澆口、冒口及其他缺陷，以便定位準確，裝夾可靠。
⑤粗基準在同一尺寸方向上通常只允許使用一次，否則定位誤差太大。但是，當毛坯是精密鑄件或精密鍛件，毛坯質(zhì)量高，而工件加工精度要求又不高時，可以重復使用某一粗基準。
粗基準的選擇：考慮到以下幾點要求，選擇零件的重要面和重要孔做基準。
在保證各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量盡量均勻，此外，還要保證定位夾緊的可靠性，裝夾的方便性，減少輔助時間，所以粗基準為上端面。
鏜削Φ22mm孔的定位夾緊方案：
V形塊采用聯(lián)動夾緊機構實現(xiàn)對外圓柱表面進行定位，再加底面實現(xiàn)完全定位。
3．2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要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領已確定的情況下,可以考慮采用各種機床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
工序號
工序內(nèi)容
鑄造
時效
涂底漆
010
粗銑小端面
020
粗銑半精大端面
030
粗銑半精銑底面
040
粗鏜半精鏜Φ22孔
050
粗鏜半精鏜Φ30孔,達要求
060
半精銑小端面
070
粗銑半精銑通槽,達圖示要求.
080
鉆6-M6-6H螺紋孔
090
鉆底面2-Φ9孔,锪孔Φ20
100
鉆Φ12孔
110
鉆M8-6H螺紋孔
120
檢驗
130
入庫
3.3選擇加工設備及刀、夾、量具
由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故加工設備適宜通用機床為主，輔以少量專用機床的流水生產(chǎn)線，工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳動均由人工完成。
粗銑小端面：考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計等問題，采用立銑選擇X1632立式銑床。（參考文獻（1）表6-18），選擇直徑D為?80mm立銑刀，參考文獻（1）表7-88，通用夾具和游標卡尺。
粗銑大端面：采用上述相同的機床與銑刀，通用夾具及游標卡尺。
精銑底面：采用上述相同的機床與銑刀，通用夾具及游標卡尺。
鉆孔：采用Z3025B, 參考文獻（1）表6—26，通用夾具。刀具為直柄麻花鉆，參考文獻（1）表7—111。
鏜孔：粗鏜：采用臥式組合鏜床，選擇功率為1.5KM的ITA22鏜削頭，選擇鏜通孔鏜刀及鏜桿，專用夾具，游標卡尺。
3.4加工工序設計
工序4粗鏜Φ20孔工序。
Φ20粗鏜余量參考文獻［１］表３－８３取粗鏜為2mm，粗鏜切削余量為0.2mm,鉸孔后尺寸為22H8。
孔軸線到底面位置尺寸為83mm
因精鏜與粗鏜的定位的下底面與V型塊，精鏜后工序尺寸為22.02±0.08mm，與下底面的位置精度為0.05mm,與左右端面的位置精度為0.06mm,且定位夾緊時基準重合，故不需保證。0.06mm跳動公差由機床保證。
粗鏜孔時因余量為1.9mm,故ap=1.9mm,
查文獻［１］表２. 4-8
取V=0.4m/s=24m/min
去進給量為f=002mm/r
n=1000V/πd=1000*24/3.14*20=380r/min
查文獻的Fz=9.81*60^nFzCFzapXFzV^nFzKFz
pm=FzV*10^-3
CF2=180,
XFz=1
Yfz=0.75
nFz=0
Rfz=9.81*60°*180*2.75ˊ*0.2^0.75*0.4°*1
=1452 N
P=0.58 kw
取機床效率為０.８５
0.78*0.85=0.89kw>0.58kw
故機床的功率足夠。
時間定額計算
（１） 機動時間
粗鏜時：L/(f*n)=61/0.2*380=7.5s
精鏜時：f取0.1mm/s
L/(f*n)=61/0.1*380=15s
總機動時間:T=7.5+15=22.5s
(2)輔助時間：
操作內(nèi)容
每次時間
(min)
粗鏜
精鏜
操作次數(shù)
時間min
操作次數(shù)
時間min
裝夾
2
1
2
-
-
換刀
1
1
1
1
1
測量
0.1
1
0.1
1
0.1
卸夾
1.5
-
-
1
1.5
開機到開始的時間
0.3
1
1
1
0.3
退刀
0.1
1
1
1
0.1
所以輔助時間Ta為：
Ta=2+1+0.1+1.5+0.3*2+0.1*0.1*2
=6.5min
作業(yè)時間為Ta+Tb=605+0.37=6.87 min
該工序單位加工時間為6.87min
工序9鉆底面2-Φ9孔
工件材料為HT200鐵，硬度200HBS。孔的直徑為9mm，公差為默認公差，表面粗糙度。加工機床為Z535立式鉆床。鉆頭為Φ9mm標準高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃。
確定鉆削用量
①確定進給量 根據(jù)參考文獻[2]，表28-10可查出，查Z535立式鉆床說明書，取。
根據(jù)參考文獻[2]表28-8，鉆頭強度所允許是進給量。由于機床進給機構允許的軸向力（由機床說明書查出），根據(jù)參考文獻[2]，表28-9，允許的進給量。
由于所選進給量遠小于及，故所選可用。
②確定切削速度、軸向力F、轉矩T及切削功率 根據(jù)參考文獻[2]，表28-15，由插入法得
，
，
由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應對所的結論進行修正。
根據(jù)參考文獻[2]，由表28-3，，，故
查Z535機床說明書，取。實際切削速度為
由參考文獻[2]，表28-5，，故
③校驗機床功率 切削功率為
機床有效功率
故選擇的鉆削用量可用。即
，，，
相應地
，，
切削工時
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：
查機械加工手冊，表2.5-41工步輔助時間為：1.76min
第四章 夾具設計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度。在加工此支座零件時，需要設計專用夾具。
根據(jù)任務要求中的設計內(nèi)容，需要設計鏜孔夾具。
本次設計的夾具為第4道工序粗——精鏜Φ22H8mm孔。該夾具為雙支承前后引導鏜床夾具。
確定設計方案
該孔的設計基準為下端面，故以下端平面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則；另加兩Ｖ形塊從前后兩方向實現(xiàn)對Ｒ１０的外圓柱面進行夾緊，從對工件的結構形狀分析，若工件以下端面朝下放置在支承板上，定位夾緊就比較穩(wěn)定，可靠，也容易實現(xiàn)。
工件以下端面在夾具上定位，限制了三個自由度，其余三個自由度也必須限制。用哪種方案合理呢？
用兩個Ｖ形塊夾緊前后兩外圓柱面，用兩鉸鏈壓板壓在工件的下端，這樣就限制了兩個移動自由度和一個轉動自由度，這種方案定位可靠，可實現(xiàn)完全定位。
計算夾緊力并確定螺桿直徑
參考文獻（３）表１－２－１１，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
安全系數(shù)Ｋ在夾緊力與切削力方向相反后時，Ｋ＝３，由前面的計算可知Ｆ＝１４５２.３Ｎ
所以Ｆ夾＝ＫＦ＝３*１４５２.３＝４３５６.９Ｎ
F0= F夾/2=1178.4（N）
參考文獻3表1-24，從強度考慮，用一個M10的螺柱完全可以滿足要求，M10的許應夾緊為3924N，所以螺桿直徑為d=10mm
定位精度分析
Φ22孔的精加工是在一次裝夾下完成的，具體采用的是前后支撐引導的夾具機構，機床與鏜桿之間所采用的是浮動連接，故機床主軸振動可略不計，Φ22孔的加工精度主要由鏜模來保證。
圖見附表。
因為孔的軸線與底面的平行度要求為0.05。故兩鏜模裝配后同軸度要求應小于0.05，又因為鏜套與鏜桿?18 H6（+0.03—0）/h5(0—-0.009)，其最大間隙為
Xmax=0.013+0.009=0.022mm
=0.022/310=0.00007
被加工孔的長度為60mm
取兩孔同軸度誤差為0.03mm
則 ΔT1=2×60×0.00007=0.006
ΔT2=0.03mm
所以ΔT=ΔT1+ΔT2=0.036
又以為
0.036<0.05
0.006<0.06
所以夾具能滿足零件加工精度的要求。
結 論
經(jīng)過幾個月的畢業(yè)實習，我有以下幾點心得：
1． 能夠運用機械制造工藝學及有關課程的知識，結合生產(chǎn)實習中學到的實踐知識，獨立地分析和解決工藝有關問題，初步具備設計中等復雜零件的能力。
2． 能根據(jù)被加工零件的技術要求，運用夾具設計的基本原理和方法，學會擬定夾具設計方案。
3． 熟悉并運用有關手冊規(guī)范圖表等技術能力。
4． 有一定的識圖，制圖和運算能力。
通過畢業(yè)設計，我綜合運用理論知識和專業(yè)知識的能力得到一步提高，對一般機械零件的加工工藝過程有更深的了解，設計夾具的能力得到提高。
機械產(chǎn)品的開發(fā)與設計具有廣闊的前景，需要我們努力學習新知識，發(fā)展新技術，在以后的工作中，我會以認真負責的工作態(tài)度去迎接新的挑戰(zhàn)，解決新的問題。
致 謝
幾個月的畢業(yè)設計已經(jīng)進入尾聲了，在畢業(yè)設計的過程中，我完成了支座零件工藝工裝的設計。我要感謝我的設計指導教師XXX老師，若沒有他的指導，我的畢業(yè)設計絕對不可能如此順利地完成。在整個設計過程中我在老師的指導下學到了很多有關專業(yè)方面的知識，在一些探索性問題上得到了深層次的理解，更在老師的身上學到了許多為人處事的道理，我想這些都是我人生中最寶貴的財富，在我以后的學習和工作中一定會受益匪淺。
由于本人所掌握的知識技能水平有限，在設計中難免存在一些問題，在此懇請廣大的老師和同學們給予批評與指正，以便我在今后的工作和學習中獲得更大的提高。
參考文獻
[1]陳宏均 主編 實用加工工藝手冊
[2]孟少農(nóng) 主編 機械加工工藝手冊
[3]鄭修本 編 機械制造工藝學
[4]艾興等 主編 切削用量簡明手冊
[5]王光斗 主編 機床夾具設計手冊
[6]龔定安 主編 機床夾具設計原理
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