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本科畢業(yè)設計開題報告
題 目：CA6140型普通車床刀架中部轉(zhuǎn)盤機械加工工藝規(guī)程及夾具設計
院 （系）： 機械工程學院
班 級： 機制08-4 班
姓 名： 高 達
學 號： 2008025617
指導教師： 于鳳云
教師職稱： 教 授
黑龍江科技學院本科畢業(yè)設計開題報告
題 目
CA6140型普通車床刀架中部轉(zhuǎn)盤機械加工工藝規(guī)程及夾具設計
來源
工程實際
1、研究目的和意義
工藝研究目的和意義：在當前的制造環(huán)境中，過高的加工精度要求已經(jīng)成為一個困擾零件加工的大問題。為此人們也做了大量的工作，由于種種原因至今效果并不明顯。隨著市場經(jīng)濟逐步建立，我國加入WTO和市場競爭的日益加劇，社會的發(fā)展必須注入新的的科技含量，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)必須要向精優(yōu)方向發(fā)展，在我國的加工工業(yè)行業(yè)當中，特別是數(shù)控高速發(fā)展的今天，車床刀架的設計以及工藝參數(shù)的選擇對零件的加工精度有著十分重要的意義，因此研制一個結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)的刀架及工藝參數(shù)對工業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。
夾具設計的研究目的和意義：在機械加工過程中，為了可靠地保證工件的加工精度，提高加工效率，減輕勞動的強度，夾具的設計是意義重大的。
2、國內(nèi)外發(fā)展情況(文獻綜述)
任何一個國家在發(fā)展過程中不可能將所有的舊機器全面砸碎，而全部用新機器代替。一般總是一邊在原有機器的水平上不斷加以改進和提高，一邊采用新技術(shù)。因此在未來發(fā)展的過程中，常規(guī)工藝仍有很大市場，尤其像我們這樣的國家更是這樣，改革優(yōu)化原有的傳統(tǒng)工藝和工藝創(chuàng)新占有同等重要的地位。因此我們不能忽視傳統(tǒng)工藝，更不能棄之不管。這就要求我們一邊創(chuàng)新工藝，一邊革新傳統(tǒng)工藝，為我們企業(yè)和國家做更大的貢獻。實際上革新、優(yōu)化老的傳統(tǒng)工藝，也就是創(chuàng)新工藝的開始。這個任務也是艱巨的，例如鑄造、熱處理、切削加工等傳統(tǒng)的工藝還是很有效的，但是速度慢、能耗大、水平低，如果我們向國外那樣，用微機控制器過程和溫度、切削速度，用新材料做刀具等等，完全就可以改變傳統(tǒng)工藝的面貌，新的工藝也就誕生了，當然設備也要加以改造[1]。
現(xiàn)代國內(nèi)外工藝技術(shù)朝著四大方向發(fā)展：
（1）柔性化——使工藝裝備與工藝路線能適應于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的需要。
（2）靈捷化——使生產(chǎn)力推向市場準備時間為最短，使工廠機械靈活轉(zhuǎn)向。
（3）智能化——柔性自動化的重要組成部分，它是柔性自動化的新發(fā)展和延伸。
（4）信息化——采用先進生產(chǎn)模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術(shù)和先進組織合理方式的全新的機械制造業(yè)[2]。
關(guān)于夾具的國內(nèi)外發(fā)展趨勢：夾具的發(fā)展歷程，大約可以分為三個階段：第一階段主要表現(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，使得加工過程進一步提高效率和區(qū)域完善。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。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[3]。
夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展[4]。
(1)高 精
隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造
精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達±5μm，夾具支承面的垂直度達到
0.01mm/300mm，平行度高達0.01mm/500mm。德國demmeler(戴美樂)公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內(nèi)；夾具重復安裝的定位精度高達±5μm；瑞士EROWA柔性夾具的重復定位精度高達2~5μm。機床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，為了適應不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標準供選擇[5]。
(2)高 效
為了提高機床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了
減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣
動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊
和松開工件只用1~2秒，夾具結(jié)構(gòu)簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造
了條件。為了縮短在機床上安裝與調(diào)整夾具的時間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可
完成線切割機床夾具的安裝與校正。采用美國Jergens(杰金斯)公司的球鎖裝夾系
統(tǒng)，1分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)
線上更換夾具，起到縮短停機時間，提高生產(chǎn)效率的作用[6]。
(3)模塊、組合
夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具
元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)
能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與
組裝打下基礎，應用CAD技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案
庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既
能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗，了解市場需
求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創(chuàng)
建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺
，爭取實現(xiàn)夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經(jīng)營電子商務化[7]。
(4)通用、經(jīng)濟
夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資
比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通
用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性好。德國demmeler(戴美
樂)公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多
種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費
用低，經(jīng)濟實用才有推廣應用的價值。
專家們建議組合夾具行業(yè)加強產(chǎn)、學、研協(xié)作的力度，加快用高新技術(shù)改造和
提升夾具技術(shù)水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，充分利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡技術(shù)
，與時俱進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術(shù)。主動與國外夾具廠商聯(lián)系，爭取合資與合作，
引進技術(shù)，這是改造和發(fā)展我國組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑[8]。
3、研究/設計的目標：
刀架中部轉(zhuǎn)盤工藝研究目標：通過對普通車床的研究對刀架中部轉(zhuǎn)盤及工藝參數(shù)采取一個優(yōu)化策略，研制一個好的轉(zhuǎn)盤。從而縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本，提高加工精度，延長刀具壽命，而且依據(jù)優(yōu)化了的工藝及刀具參數(shù)，可以建立或完善高速切削工藝數(shù)據(jù)庫，將切削工藝實踐中積累的合理選擇切削參數(shù)與刀具的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)收集起來，為現(xiàn)場加工提供準確及優(yōu)化的高速切削數(shù)據(jù)，從而更大程度上提高切削加工水平，獲得更大的經(jīng)濟利益。
夾具設計的目標：有效的減少工件加工的基本時間和輔助時間、提高勞動生產(chǎn)率、有效減低工人勞動強度。
4、設計方案（研究/設計方法、理論分析、計算、實驗方法和步驟等）：
4.1工藝規(guī)程設計：
(1).分析零件圖
1）零件圖的作用
2）零件的工藝分析
(2)選擇毛坯制造形式
(3).擬定工藝路線
(4).確定加工余量工序尺寸
確定切削用量和工序定額
4.2夾具設計方案
本夾具主要用于銑Φ188圓弧面與128兩側(cè)面連接成的特型曲面，采用銑削、刨削，不易保證加工質(zhì)量，且生產(chǎn)率低。對此，決定設計靠模銑床夾具。由于加工表面的尺寸公差較大，故對夾具的粗糙度要求不太高，但要求表面質(zhì)量。所以對夾具工作平穩(wěn)性要求較高。
(1)切削力及夾緊力的計算
Fz=9.81CFzae0.83αf0.65d0-0.83ap1.0Z
參考文獻[3]中105頁表3-25查得公式
d0=18mm,ap=18mm,ae=1.7mm,Z=6
Fz=1470.75×1.1=167.83N
Fr=(0.2~0.3)fz=(0.2~0.3)×1617.83=333.6~485.3N
選擇逆銑：查文獻[3]中103頁表3-2Fr=333.6 ~ 485.3N
Fx=(0.35~0.40)Fz=(0.35~0.40)×1617.83=566.2~647.1N
取Fr=400N
取Fx=600N
F夾=R/f =8332. 8N
但因Fr向下，故夾緊力F夾可略小，且此為理論值，定位板采用斜楔結(jié)構(gòu)，定位板楔緊后，定位板可傳遞切削力至夾具體，此時Φ70h6短圓柱與定位孔一側(cè)接觸，但要保證定位可靠。
本夾具采用螺旋夾緊機構(gòu)，查表可知夾緊力足夠。
(2)、定位誤差分析
1)定位元件尺寸及公差確定
為增加夾具的通用性，本夾具采用定位環(huán)復合結(jié)構(gòu)，即定位環(huán)可拆，定位環(huán)配合取Φ90H7/h6，內(nèi)孔為F8，以增加夾具壽命。
2)分析定位誤差
3)夾具定位環(huán)為過盈配合，沒有間隙存在。
工件沒有形位公差要求，所以誤差計算可略去，但對夾具仍需對此作較嚴要求，以提高夾具精度及耐用性和工作平穩(wěn)性，保證定位面良好地接觸。
工件本工序加工表面為裝飾面，所以夾具對工件形位要求可以滿足。
(3)、夾具曲線槽設計
由于此表面精度不高，故采用圖解法。
1)以Φ18為直徑畫圓作包絡線，將圓心聯(lián)接。
2)以包中加圓圓心曲線為圓心，以d=25為直徑，作包絡線，為曲線槽尺寸。
3）精確測量曲線槽坐標。
(4)、夾緊元件強度校核
由于切削力較小，夾緊力較小，故夾緊強度足夠
分析知，夾緊桿受力最大最危險處
5、方案的可行性分析：
刀架中部轉(zhuǎn)盤工藝的可行性分析：
Ⅰ、銑燕尾面A、B，空刀面F。
Ⅱ、銑尺寸237.5兩端面Q。
Ⅲ、車Φ70h外圓面N，端面P，空刀面和倒角。
Ⅳ、銑Φ180±1.0圓弧面積尺寸128兩側(cè)面K。
Ⅴ、鉆、擴、鉸Φ35H7孔。
Ⅵ、鉆2×Φ13孔。
Ⅶ、銑斜面E。
Ⅷ、磨燕尾面A、B面,空刀面F。
Ⅸ、倒角、去毛刺。
Ⅹ、劃刻線。
Ⅺ、拋光。
Ⅻ、終檢。
方案采用銑削加工燕尾面，并把孔Φ35H7與孔2×φ13孔的加工分別安排在兩道工序中把孔Φ35H7與2×Φ13孔分開加工有利于提高生產(chǎn)率，提高機床功率利用率
夾具設計的可行性分析：夾具設計最關(guān)鍵是要求對工件定位正確，且滿足定位精度要求。為了解決此問題，首先得了解影響定位精度的因素。然后采取措施解決具體的問題。如定位基準與定位元件的配合狀況和影響定位精度，那么可以提高夾具的制造精度，減小配合間隙就能提高夾具在機床上的定位精度。除此之外，選擇夾具的類型與結(jié)構(gòu)型式必須與零件生產(chǎn)批量大小相適應，夾具結(jié)構(gòu)與零部件應具有足夠的剛度和強度，從而保證夾具操作方便、夾緊可靠、使用安全、并有合理的裝卸空間。所設計夾具滿足此類要求。
6、該設計的創(chuàng)新之處
刀架中部轉(zhuǎn)盤工藝創(chuàng)新之處：通過對轉(zhuǎn)盤和工藝參數(shù)的優(yōu)化，可以有效縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本，提高加工精度，延長刀具壽命。
夾具設計創(chuàng)新之處：縮短了生產(chǎn)循環(huán)周期、降低成本。
7、設計產(chǎn)品的主要用途和應用領域：
所設計刀架中部轉(zhuǎn)盤主要應用于CA6140型普通車床的切削加工，提高加工精度。該夾具主要用于CA6140車床相關(guān)裝夾夾緊，縮短生產(chǎn)周期。
8、時間進程
2012年3 月12日~2012年3 月30日 校圖書館、長春一汽畢業(yè)實習，收集工藝加
工及相關(guān)夾具設計的相關(guān)資料
2012年4月1日~2012年4月6日 整理實習日記、撰寫實習總結(jié)和開題報告
2012年4月7日~2012年5月4日 設計計算、總體結(jié)構(gòu)草圖設計
2012年5月5日~2012年5月25日 總體圖和部件圖設計
2012年5月26日~2012年6月3日 零件圖設計
2012 年 6月4日~ 2012年6月8日 編寫畢業(yè)設計說明書、審圖、修改
2012 年 6月11日~ 2012年6月15日 答辯
9、參考文獻：
1陳家元. 機械制造工藝發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢[J].機械研究與應用.2011,[01]：3-4.
2 張淑敏.基于綠色制造的機械加工工藝技術(shù) [J].新技術(shù)新工藝.2007，（10）：3-4
3 董玉明，楊洪玉. 夾具設計中常見的問題[J]. 機械加人（冷加工）.2005,（01）：97-98.
4 李延平，張喜群，梁齊. 新一代夾具的發(fā)展與應用[J]. 機械加工（冷加工）.2006,（06）：6-7.
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6 孫瑛. 先進的機床夾具[J]. 現(xiàn)代制造.2005，（05）：22-25.
7 王鳳鮮. 淺談組合夾具的重要作用[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟.2008,(13)：56-57
8 張亞明. 機床夾具的分類與構(gòu)成[J]. 科技資訊.2008，(04)：91-92.
9 王亞萍, 葛江華, 隋秀凜等.制造技術(shù)的發(fā)展. 現(xiàn)代制造工程[J]，2008，(6)：24-28
10 劉杰，王志成. 提高機床加工精度的可行性研究[J].重慶工學院學報.1995,(03)：38-39.
11 孫巳德.機床夾具圖冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1983.
12 濮良貴, 紀名剛. 機械設計[M]. 北京: 高等教育出版社, 1999.
13 段鐵群.機械系統(tǒng)設計[M].北京:科學出版社,2010.
14 張耀宸.機械加工工藝設計手冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，1987.
15 吳宗澤.機械零件設計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.
指導教師意見
教師簽字：
年 月 日
開題答辯小組意見：
組長簽字： 成員簽字：
年 月 日
畢業(yè)設計領導小組意見:
組長簽字：
年 月 日