緒論在制造行業(yè)中，機(jī)床被稱作工業(yè)之母，而在機(jī)床的使用中，必然要涉及到夾具這一輔助機(jī)構(gòu)；夾具分為通用夾具和專用夾具，在本文中，涉及到的夾具均為專用夾具。本次我要做的是，對課題所給調(diào)速撥叉進(jìn)行加工工藝和夾具設(shè)計(jì)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，主要目的是把我們四年所學(xué)的知識進(jìn)行一個(gè)檢驗(yàn)和綜合運(yùn)用，相當(dāng)于一次半實(shí)戰(zhàn)，是校園到工作的一次過渡；是用來培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)際需求，合理運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容里包括零件的分析，對工藝路線的制定，加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)，對于某一到加工工序的專用夾具的設(shè)計(jì)以及對于撥叉零件的機(jī)械加工的工序卡片，還有對于繪制夾具的機(jī)械工程圖。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我選用的撥叉零件是調(diào)速撥叉，而我們在設(shè)計(jì)撥叉零件過程中，要做的就是針對調(diào)速撥叉來分析它的作用和了解相應(yīng)的夾具設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，如夾緊方式和夾具的制造形式，然后分析零件的工藝流程，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，為其制定適合加工條件的機(jī)械加工工藝路線，在工藝路線的制定中需要遵守一系列的原則，比如在不影響性能的前提下，滿足“先面后孔”；先基準(zhǔn)在其他，在精度允許是情況下，盡量采用經(jīng)濟(jì)性更好的加工方式，本零件是大批量生產(chǎn)，所以在工序制定中，要盡量滿足工序分散和工序集中的原則，使工藝路線盡可能的合理。在工藝規(guī)程中，仍涉及到毛坯尺寸和工序余量的確定，對于毛坯，毛坯余量可大不可小，在經(jīng)過查表得到確定的值后，可以放大1~2mm，在進(jìn)行加工時(shí)，第一道的切削量應(yīng)該大于鑄件表面層的厚度，防止損壞刀具。然后根據(jù)所設(shè)定的工藝路線，為每道工序計(jì)算切削用量和加工時(shí)間，在計(jì)算過程中要將具體的機(jī)床和刀具型號都確定好，并查手冊確定每一個(gè)數(shù)據(jù)，從而算出正確的切削用量和工時(shí)。接著的工作內(nèi)容是對已經(jīng)設(shè)計(jì)規(guī)劃好的一套加工工藝?yán)铮x擇其中某一道工序，進(jìn)行專用夾具設(shè)計(jì)。夾具的設(shè)計(jì)思想就是在滿足加工要求的條件下，應(yīng)盡可能的使結(jié)構(gòu)簡單，在定位基準(zhǔn)的選擇中，應(yīng)盡量方便加工，并盡量滿足基準(zhǔn)重合原則，使定位誤差盡可能的小。而在夾具這一板塊中，已經(jīng)算是發(fā)展的很成熟了，手動、氣動和液壓等夾緊方式的夾具多不勝數(shù)，各種機(jī)構(gòu)的形式也是非常經(jīng)典的，而在目前，夾具雖已發(fā)展很成熟，但仍需更進(jìn)一步。對同一零件不同工序的夾具設(shè)計(jì)中，應(yīng)該使定位方式盡可能一樣，在一樣的情況下，會更利于零件的加工。本次選擇的夾具設(shè)計(jì)是鉆床夾具設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中，充分遵守邊計(jì)算邊制圖的原則，對重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了校核，查驗(yàn)是否滿足夾緊要求等，對于定位方式都選擇為一面兩銷的形式，同時(shí)也滿足了基準(zhǔn)重合的原則。對于夾緊機(jī)構(gòu)也同樣采取很經(jīng)典的平行式下壓式浮動夾緊機(jī)構(gòu)，根據(jù)使用的情況安裝在豎直平面，根據(jù)不同的切削力和所需的夾緊力，對于不同的夾具選擇的夾緊用標(biāo)準(zhǔn)件的型號不同。在夾具設(shè)計(jì)中，都是很適合大批量生產(chǎn)的，有效的減少了加工時(shí)長?？偠灾敬握n題就是通過一次完整的實(shí)際操作，讓自己能更加熟練的運(yùn)用所學(xué)知識和自學(xué)很多新的知識，讓自己各方面的能力有個(gè)很大的提升。2機(jī)械加工工藝規(guī)程2.1零件作用及工藝分析2.1.1零件的作用此款調(diào)速撥叉為合鑄銑開撥叉，即制造過程為對稱件，最后將工件從中間銑開成兩個(gè)零件，本零件是用于臥式車床，在車床的傳動系統(tǒng)中用于實(shí)現(xiàn)調(diào)速和換向等功能。根據(jù)課題所給的尺寸，繪制出二維圖，其二維圖紙如下圖2-1所示。（a）二維圖2-1撥叉二維圖2.1.2零件的工藝分析此零件經(jīng)鑄造得到毛坯后需要進(jìn)行一系列的加工，根據(jù)課題所提供的零件圖，仔細(xì)分析后，確定其需要加工的表面和相互之間的位置要求列舉如下：1.Φ40的上端面。2.Φ55孔。3.Φ22孔、M8螺紋孔和Φ8銷孔。4.Φ73孔和Φ73孔與Φ55相鄰的兩端面，并且此兩端面與Φ22孔的中心線有位置要求，垂直度誤差需在0.07毫米以內(nèi)。其中Φ55孔軸向尺寸公差為，Φ22孔內(nèi)表面和Φ8銷孔內(nèi)表面的粗糙度要求為1.6，Φ4O的上端面、Φ73端面和Φ55孔面的粗糙度為3.2，Φ73孔面粗糙度則為6.3。其余面則為不加工表面，尺寸和粗糙度均由鑄造毛坯件時(shí)確定。2.2工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)2.2.1生產(chǎn)類型和毛坯材料、制造形式的確定由已知條件可知，此零件年產(chǎn)量為2萬件，根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》可知，它屬于大批生產(chǎn)。根據(jù)零件使用場合和其需要具有的性能，選擇毛坯材料為HT250，這種材料比HT200有更好的強(qiáng)度，經(jīng)過三維軟件計(jì)算，確定零件的重量在2kg以內(nèi)，在未加工前，它的最大質(zhì)量也不會超過4kg，且結(jié)構(gòu)簡單，所以選取金屬模鑄造，雖然相比砂型鑄造，此種鑄造方式成本稍高，但其具有比砂型鑄造更好的力學(xué)性能，重點(diǎn)是零件的加工肯定會用到粗基準(zhǔn)，且根據(jù)零件圖加工表面所確定，零件不存在粗精基準(zhǔn)反復(fù)加工的情況，所以為了得到的尺寸和精度較精確，選擇了這種鑄造方式，其帶來的尺寸偏差一般在0.3~0.6mm；查《實(shí)用機(jī)械制造工藝手冊》表，確定毛坯等級為CT-9，MA-F。2.2.2基準(zhǔn)的選擇為了保證加工的精度和質(zhì)量，需要對定位基準(zhǔn)進(jìn)行合理的選擇，包括尺寸和位置等精度要求，所以一個(gè)好的定位基準(zhǔn)，在零件的加工中至關(guān)重要?；鶞?zhǔn)的選擇必須考慮到各種原則，如基準(zhǔn)重合，基準(zhǔn)不變等，根據(jù)零件圖，盡可能選擇和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致的定位加工基準(zhǔn)，基準(zhǔn)主要分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)，以下是本文對粗精基準(zhǔn)的初步確定。粗基準(zhǔn)的選擇：因?yàn)榇只鶞?zhǔn)因盡量選擇較大的平面，所以確定底面和Φ40的外輪廓表面為粗基準(zhǔn)。精基準(zhǔn)：為了保證設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)重合，滿足基準(zhǔn)重合要求，從而選擇Φ40的上端面和兩端的Φ22孔的中心線為精基準(zhǔn)。2.2.3制定工藝路線零件的加工離不開工藝路線，一個(gè)好的工藝路線不僅能保證零件的完整加工，還能合理的利用現(xiàn)有條件，盡可能的降低成本和加工所用的時(shí)間；為了滿足這些要求我需要制定出適合現(xiàn)有加工設(shè)備、環(huán)境的工藝路線，目前，對于合鑄銑開撥叉，構(gòu)思了兩種工藝方案，方案如下：方案一：工序01：時(shí)效處理。工序02：粗銑、半精銑Φ73上端面和Φ40的上端面。工序03：粗鏜、半精鏜Φ55孔。工序04：粗銑、半精銑Φ73下端面。工序05：鉆、半精鏜、精鏜Φ22孔。工序06：鉆Φ8銷孔，精鉸Φ8銷孔。工序07：鉆M8螺紋底孔。工序08：攻M8螺紋。工序09：銑成兩件。工序10：去毛刺。工序11：檢驗(yàn)。方案二：工序01：時(shí)效處理。工序02：粗銑、半精銑Φ40的上端面。工序03：粗鏜、半精鏜Φ55孔和Φ73孔和下端面。工序04：粗鏜、半精鏜Φ73上端面。工序05：鉆Φ22孔；擴(kuò)Φ22孔；粗鉸Φ22孔；精鉸Φ22孔。工序06：鉆Φ8銷孔，精鉸Φ8銷孔。工序07：鉆M8螺紋底孔。工序08：攻M8螺紋。工序09：銑成兩件。工序10：去毛刺。工序11：檢驗(yàn)。兩個(gè)方案相比較，考慮到方案一中，在加工上端面后，就加工中心孔，未遵守先面后孔原則，并且在工序05中，方案一采取的方法為鉆孔后，進(jìn)行粗鏜和精鏜，而方案二采取的則是鉆孔后，進(jìn)行擴(kuò)孔，再粗精鉸，根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》內(nèi)容可知，對于D<50mm的孔加工，并且在位置精度不高的情況下，方案二更適合此次加工，加工時(shí)長也較短，同時(shí)兩種方案中，前者對Φ73孔的加工采用的是銑，后者則是鏜，相比較而言，后者的加工更合理，更容易保證的尺寸精度和相關(guān)加工面的粗糙度要求；兩個(gè)方案相比，方案二用到鏜床更少一些，所以成本也就更低。最后，由于本次是大批量的生產(chǎn)，遵循工序集中原則，工序的適度分散，有利于提高生產(chǎn)效率，方案二就是將Φ73孔的加工單獨(dú)分為一道工序，更利于加工，所以選擇方案二為此次加工工藝路線。實(shí)際加工工藝路線：工序01：時(shí)效處理。工序02：粗銑、半精銑Φ40的上端面。工序03：粗鏜、半精鏜Φ55孔和Φ73孔和下端面。工序04：粗鏜、半精鏜Φ73孔和上端面。工序05：鉆Φ22孔；擴(kuò)Φ22孔；粗鉸Φ22孔；精鉸Φ22孔。工序06：鉆Φ8銷孔，精鉸Φ8銷孔。工序07：鉆M8螺紋底孔。工序08：攻M8螺紋。工序09：銑成兩件。工序10：去毛刺。工序11：檢驗(yàn)。2.2.4各表面加工方法為了方便數(shù)據(jù)對照和后續(xù)計(jì)算，根據(jù)以上所確定的加工工藝路線，將各個(gè)加工表面的加工方式和加工表面的粗糙度要求整理列出進(jìn)下表2-1，同時(shí)也查取文獻(xiàn)，確定各個(gè)加工方式的經(jīng)濟(jì)精度整合進(jìn)表2-1。表2-1加工方法加工表面加工方法經(jīng)濟(jì)精度IT表面粗糙度RaΦ55孔粗鏜-半精鏜103.2Φ40孔上端面粗銑-半精銑103.2Φ73孔粗銑-半精銑11端面3.2/弧面6.3Φ22孔鉆-擴(kuò)-鉸91.6M8螺孔鉆底孔-攻螺紋——Φ8銷孔鉆-鉸91.6分割成兩件銑13截?cái)嗝?.32.3機(jī)械加工余量和毛坯尺寸的確定1、孔的工序尺寸表2-2孔的工序尺寸加工表面加工內(nèi)容工序間雙邊余量精度等級工序尺寸表面粗糙度Φ55孔半精鏜1.0IT12Φ3.2粗鏜2.0IT13Φ6.3毛坯—CT-9Φ52±1—Φ22孔精鉸0.1IT12Φ1.6粗鉸0.2IT12Φ6.3擴(kuò)孔1.2IT13Φ6.3鉆孔—IT13Φ12.5Φ8銷孔鉸孔0.2IT8Φ81.6鉆孔—IT13Φ7.812.5Φ73孔半精鏜1.0IT12Φ3.2粗鏜20IT13Φ6.32、平面的工序尺寸表2-3平面的工序尺寸加工表面加工內(nèi)容工序間單邊余量精度等級工序尺寸表面粗糙度Φ40上端面半精銑0.7IT10503.2粗銑1.5IT1050.76.3毛坯——52.2±2.5—由上表得出毛坯鑄件的尺寸，毛坯圖如圖2-2。圖2-2毛坯圖2.4切削用量和工時(shí)的確定2.4.1工序02切削用量和基本工時(shí)的確定1、機(jī)床和刀具的選用此工序是粗銑、半精銑Φ40的上端面，其中Φ40的上端面是精基準(zhǔn)面。首先需要確定銑床型號和所用的刀具，由《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊》可知，選取立式升降臺銑床X5032，機(jī)床主軸功率為7.5kw，工藝系統(tǒng)剛度為中等，根據(jù)《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊》，選用莫氏錐柄立銑刀，材料為高速鋼（W18Cr4V），直徑d為50mm，Z=6。2、切削用量和工時(shí)的計(jì)算粗銑時(shí)，吃刀量取a=2.3mm，根據(jù)《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊》選取每齒進(jìn)給量fz=0.25mm/z，銑削速度為vc=47m/min，主軸理論轉(zhuǎn)速n=1000vc/πd半精銑時(shí)，吃刀量取a=0.7mm，由于是半精銑，所以選取較小的進(jìn)給量，較高的速度，查《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊》可得，每齒進(jìn)給量fz=0.18mm/z，銑削速度為vc=49m/min，主軸理論轉(zhuǎn)速n=1000v基本時(shí)間的確定：Tb=(l1l2fMfMZ=其中：lCl取C0=0.04d，l在兩次銑削中，Tb1=(160+17.2+4)/450=0.40min=24sTb2=取Ta=106.2s，由于大批量生產(chǎn)，其余時(shí)間在單件產(chǎn)品可忽略，所以此道工序工時(shí)為TB=2.4.2工序03、04切削用量和基本工時(shí)的確定1、機(jī)床和刀具的選用兩道工序都選擇T68臥式鏜床，都使用專用夾具，此鏜床的主電動機(jī)功率為5.5/7，刀具選擇機(jī)夾單刃鏜刀，刀具材料為硬質(zhì)合金，桿部直徑d=2mm，其最小鏜孔直徑D=40mm。2、切削用量和工時(shí)的計(jì)算粗鏜：對于Φ55孔，根據(jù)《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊》，選取鏜削速度vc=0.9m/s=54m/min，進(jìn)給量f=0.6mm/r，由毛坯尺寸決定吃刀量ap=2mm，得到主軸理論轉(zhuǎn)速為n=1000vc/πd半精鏜：選取鏜削速度為vc=1.3m/s，進(jìn)給量f=0.5mm/r，對于Φ55孔，選取吃刀量ap=1mm，得到主軸理論轉(zhuǎn)速n=1000vc/πd基本時(shí)間的確定：Tb=其中l(wèi)l2=3~5，當(dāng)加工到臺階時(shí)，其值為0，當(dāng)主偏角為90°時(shí)，ll3為單件小批生產(chǎn)時(shí)的試切附加粗鏜時(shí)，Φ55孔Tb1Φ73孔Tb2半精鏜時(shí)，Φ55孔Tb12Φ73孔Tb1取Ta=2.87min，則工序03的工時(shí)T由于03工序所加工的Φ73孔和04工序的一樣，所以04工序的基本工時(shí)Tb0.25+0.062=0.312min，取Ta=2.87min，則工序04的工時(shí)T2.4.3工序05切削用量和基本工時(shí)的確定1、機(jī)床和刀具的選擇對此道工序，根據(jù)其需求，選擇立式鉆床來加工，型號為Z5125A，其主電動機(jī)功率為2.2kw。對于工步鉆孔，選取刀具為直徑d=20.5mm的莫氏錐柄麻花鉆（GB/T1438.1-2008），刀具擴(kuò)孔鉆選擇d=21.7mm的莫氏錐柄擴(kuò)孔鉆（GB/T4256-2004），對工步鉸，選取莫氏錐柄機(jī)用鉸刀，直徑d=22mm，此工序所有刀具的材料都為高速鋼。2、切削用量和工時(shí)的計(jì)算（1）鉆孔的切削用量和工時(shí)由于是直接鉆孔，所以吃刀量ap=20.5mm，查《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊》，選取進(jìn)給量f=0.50mm/r，取切削速度vc=0.35m/s，可以推算出主軸理論轉(zhuǎn)速n=1000v基本時(shí)間：套用式（2-2），其中l(wèi)1=(D/2)cotκr+(1~2)，D為孔徑，κrTb（2）擴(kuò)孔的切削用量和工時(shí)根據(jù)《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊》，選取進(jìn)給量f=0.7mm/r，吃刀量ap=1.2mm，切削速度vc=0.17m/s，此時(shí)主軸理論轉(zhuǎn)速為n=1000v基本時(shí)間：套用式（2-2），其中l(wèi)1=cotκr(D?d1)/2+(1~2)，D為擴(kuò)鉸后孔徑（mm），dTb（3）鉸孔的切削用量和工時(shí)根據(jù)《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊》，粗鉸：進(jìn)給量為f=2.0mm/r，吃刀量a=0.2mm，切削速度vc=0.14m/s；主軸理論轉(zhuǎn)速為n=1000vc精鉸：進(jìn)給量為f=1.3mm/r，吃刀量a=0.1mm，切削速度vc=0.14m/s。主軸理論轉(zhuǎn)速為n=1000vc基本時(shí)間：利用上一步已知條件進(jìn)行計(jì)算，前者l2=28mm，后者lTb1Tb整個(gè)工序設(shè)置輔助時(shí)間Ta雙側(cè)作業(yè)時(shí)間TB2.4.4工序06的切削用量和基本工時(shí)的確定1、機(jī)床和刀具的選擇為了盡可能的減少使用的機(jī)床種類，所以選擇與上道工序一樣的Z5125A立式鉆床，主電動機(jī)的功率為2.2kw，刀具選擇d=7.8mm的莫氏錐柄麻花鉆，鉸刀選擇d=8mm的莫氏錐柄機(jī)用鉸刀，材料均為高速鋼。2、切削用量和工時(shí)的計(jì)算鉆孔時(shí)，吃刀量即鉆頭的直徑，a=7.8mm，再根據(jù)《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊》，取進(jìn)給量f=0.25mm/r，切削速度為vc=0.35m/s，從而算出主軸理論轉(zhuǎn)速n=1000vc鉸孔時(shí)，吃刀量a=0.2mm，根據(jù)《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊》，選取進(jìn)給量f=0.8mm/r，切削速度vc=0.28m/s，從而算出主軸理論轉(zhuǎn)速n=1000vc基本時(shí)間：調(diào)用公式（2-2），鉆孔時(shí)，其中l(wèi)1=(D/2)cotκr+(1~2)，D為孔徑，κrTb鉸孔時(shí)，利用式（2-2），其中l(wèi)1=cotκr(D?d1)/2+(1~2)，D為擴(kuò)鉸后孔徑（mm），d取l2=15mm，T設(shè)置輔助時(shí)間Ta=2.79min，雙邊作業(yè)時(shí)間T2.4.5工序07、08的切削用量和基本時(shí)間的確定1、機(jī)床和刀具的選取鉆螺紋底孔時(shí)，選取Z5125A立式鉆床，主電動機(jī)的功率為2.2kw，刀具選擇d=6.8mm的直柄麻花鉆，刀具材料為高速鋼，攻螺紋時(shí)，根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊螺紋加工》，選取攻絲機(jī)型號為S4012，主電動機(jī)功率為0.75kw，其攻螺紋的轉(zhuǎn)速為270~860r/min，回程為340~1020r/min。絲錐根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊螺紋加工》選擇M8的細(xì)柄機(jī)用絲錐。2、切削用量和工時(shí)的計(jì)算鉆螺紋底孔時(shí)，吃刀量為a=6.8mm，根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊螺紋加工》，選取進(jìn)給量f=0.23mm/r，切削速度vc=0.35m/s，從而算出主軸理論轉(zhuǎn)速n=1000vc攻螺紋時(shí)，其吃刀量即為a=1.2mm，而進(jìn)給量和機(jī)床轉(zhuǎn)速和螺距有關(guān)，所以進(jìn)給量f=1.25mm/r，切削速度根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊螺紋加工》，為vc=8m/min，算出主軸理論轉(zhuǎn)速n=1000vc基本時(shí)間：對于鉆螺紋底孔，仍然使用公式（2-2），其中l(wèi)1=(D/2)cotκr+(1~2)，D為孔徑，κrTb設(shè)置輔助時(shí)間Ta=2.72min，雙邊作業(yè)時(shí)間T攻螺紋時(shí)：Tb=i(l1l2=(2~3)Pn0i為使用絲錐的數(shù)量；n為絲錐或工件的轉(zhuǎn)速（r/min）所以基本時(shí)間Tb設(shè)置輔助時(shí)間Ta=2.12min，雙邊作業(yè)時(shí)間T2.4.6工序09的切削用量和基本時(shí)間的確定1、機(jī)床和刀具的選擇此道工序?yàn)樽詈笠坏拦ば颍菍⒘慵姅喑蔀閮杉a(chǎn)品，所以選擇X6142臥式銑床，主電動機(jī)功率為11kw，刀具選L=4.0mm，d=200mm，齒數(shù)為40的粗齒鋸片銑刀，材料為高速鋼。2、切削用量和工時(shí)的計(jì)算由銑刀厚度根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊螺紋加工》，選取進(jìn)給量為fz=0.015mm/z，背吃刀量a=20mm，切削速度為vc=21m/min。由此算出主軸理論轉(zhuǎn)速n=1000v基本時(shí)間：調(diào)用公式（2-1），其中l(wèi)1=ae(d?Tb設(shè)置輔助時(shí)間Ta=2.29min，作業(yè)時(shí)間T

3夾具的設(shè)計(jì)3.1問題的提出調(diào)速撥叉為大批量的生產(chǎn)，意味著生產(chǎn)加工的效率非常重要，在工序分散的原則下，對每道工序都使用專用夾具進(jìn)行加工，可以有效的提高生產(chǎn)效率，保證足夠的產(chǎn)量，同時(shí)，專用夾具也可以提高加工的精度，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。本零件主要涉及的加工方式就是銑、鉆和鏜，為了本次設(shè)計(jì)的夾具更具代表性，所以我們選擇工序07鉆M8螺紋底孔的專用夾具設(shè)計(jì)。此套夾具主要涉及的問題有：對哪些基準(zhǔn)的合理運(yùn)用，定位方式的選擇，夾緊裝置的設(shè)計(jì)，夾緊力的計(jì)算，定位誤差的計(jì)算，此道工序選擇的機(jī)床對夾具輪廓尺寸的影響限制，夾具是否能抵抗加工時(shí)的切削力和夾具各部件間的連接方式和定位等等。在本章的后續(xù)內(nèi)容中，將對鉆床夾具的設(shè)計(jì)過程與切削力、夾緊力和定位誤差的計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)的展示。3.2定位基準(zhǔn)和方式的選擇首先是定位基準(zhǔn)的選擇，由于是鉆螺紋底孔工序，肯定需要一個(gè)端面來作為一個(gè)定位基準(zhǔn)，端面只涉及到零件的上端面和下端面，其中零件的下端面是不加工的表面，同時(shí)是零件加工的粗基準(zhǔn)，根據(jù)粗基準(zhǔn)的使用原則，粗基準(zhǔn)在一個(gè)尺寸方向上只能使用一次，所以選取零件的上端面為定位面，此時(shí)，上端面也是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面，充分滿足了基準(zhǔn)重合原則。接著有兩種定位方式，第一是采用兩端Φ40的外輪廓用兩個(gè)V形塊進(jìn)行定位，但是這種方案由于外輪廓是不加表面的緣故，帶來的誤差會很大，不能滿足零件需求，所以不能使用它；第二種方式就是采用之前工序已經(jīng)加工出來的兩個(gè)Φ22孔來進(jìn)行定位，由于此時(shí)的Φ22孔加工的精度挺高，并且Φ73孔的端面也是和Φ22孔的軸線有垂直度要求，所以選擇Φ22孔來當(dāng)定位基準(zhǔn)是非常合理的。自由度的限制：Φ40上端面可以限制X的移動自由度和Y和Z的轉(zhuǎn)動自由度。在Φ22孔中，肯定只能采用定位銷的方式來進(jìn)行自由度的限制，當(dāng)都使用長圓柱銷時(shí)，會過定位，所以只能采用短銷的形式，又由于如果使用兩個(gè)圓柱定位銷，會在Y的移動方向過定位，從而只能采用一個(gè)圓柱短銷，一個(gè)削角銷的形式，采用這種形式定位，就成功的將X的轉(zhuǎn)動自由度和Y、Z的移動自由度限制，實(shí)現(xiàn)工件完全定位。此種定位方式稱為一面兩銷。3.3定位誤差的計(jì)算在夾具的設(shè)計(jì)中，評判一套夾具設(shè)計(jì)的好壞，最重要的就是使用夾具會給加工帶來的誤差是否在允許范圍之內(nèi)，在經(jīng)濟(jì)一定的條件下，帶來的定位誤差越小，說明夾具設(shè)計(jì)的越成功。本文中，對鉆床夾具選擇的一面兩銷的定位方式，在后面進(jìn)行了詳細(xì)的定位誤差計(jì)算，檢驗(yàn)是否可以投入使用。由于是“一面兩孔”的定位，所以查取教材《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》，設(shè)置短圓柱銷所在的孔為1孔，短削角銷所在的孔為2孔，假設(shè)兩個(gè)定位銷所在的安裝平面為x-y平面，兩銷連線為x軸，則定位誤差如下所示：1孔中心線在x和y軸向的最大位移為：e2孔中心線在x和y軸向的最大位移為：ee兩銷中心連線和兩孔中心連線的最大轉(zhuǎn)角誤差為：e首先，根據(jù)要求，孔和軸同一級的配合，考慮工件孔與定位銷的配合為H12/h12，從而短圓柱銷和短削角銷圓弧部分直徑均為?22?0.210，且b=5mm，B=19mm；夾具的制造公差通常選取孔中心距離公差的1/5~1/3，此處選取1/5，所以兩銷中心距制造公差為TLd得到：eeee3.4切削力和夾緊力的計(jì)算3.4.1切削力的計(jì)算對專用夾具的設(shè)計(jì)，其中涉及到許多非常重要的計(jì)算和校核，通過使夾具滿足這些條件來設(shè)計(jì)出合理安全的夾具。在鉆螺紋底孔的工序中，首先需要對鉆削力進(jìn)行計(jì)算，從而在后續(xù)夾具設(shè)計(jì)中，能進(jìn)行一個(gè)參照。工件材料為灰鑄鐵，07工序中使用的刀具為d=6.8mm的直柄麻花鉆，刀具材料為高速鋼，然后查《現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊》，得到切削轉(zhuǎn)矩和切削力的計(jì)算公式：切削轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式：T=210D2切削力計(jì)算公式：PX=427D其中：T—切削轉(zhuǎn)矩（N?mm）；D—鉆頭直徑（mm）；f—每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm）；PXKp此時(shí)，D=6.8mm，f=0.23mm，查《現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊》得修正系數(shù)Kp=(從而得到：T=210×P3.4.2夾緊力的計(jì)算在夾具設(shè)計(jì)中，定位基準(zhǔn)只是理論上的，實(shí)際中需要一種專門的夾緊裝置為其施加一個(gè)夾緊力，使工件固定，同時(shí)在加工中，夾緊力也要抵抗切削力帶來的震動和移位。以下是對本道工序加工需要的夾緊力的計(jì)算。查《現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊》，根據(jù)夾具的定位和受切削力的形式，選擇夾緊力公式如下：Q3=其中，P為切削力；L為切削力作用點(diǎn)到基準(zhǔn)面的距離；l為夾緊力到工件邊界的距離；P、L、l單位均為m；f1K為安全系數(shù)：K=K0K0K1K2K3K4K5K6根據(jù)《現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊》，選取f1=0.25；確定根據(jù)實(shí)際情況，確定L=30mm，P=948.89N，H=50mm，l=20mm。計(jì)算得Q3圖3-1示意圖3.5夾緊裝置的選擇一套夾具中，夾緊裝置是其不可缺少的部分，夾緊裝置的選擇應(yīng)盡可能的使夾緊操作簡單，并能提供足夠的夾緊力，更重要的是，對工件施加的夾緊力的作用點(diǎn)要合適。在夾緊機(jī)構(gòu)的前期選擇中，由于前期工作計(jì)算的夾緊力需求不是很大，因此優(yōu)先選用了螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，這個(gè)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)在于夾具結(jié)構(gòu)也簡單明了，并且操作也簡單，同時(shí)，由于此螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是標(biāo)準(zhǔn)件，所以夾具成本也就低。而在對螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，遇到了一系列的問題，首先，在螺旋夾緊機(jī)構(gòu)前端的光滑壓塊的選取中，標(biāo)準(zhǔn)件并不能滿足裝夾的要求，因?yàn)檎{(diào)速撥叉的中間為一個(gè)直徑為55的孔，端面的孔直徑甚至達(dá)到了77，所以不能正確壓緊工件，然后考慮自己做一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)壓塊，經(jīng)過老師的指正，也不能滿足要求，因?yàn)楣ぜㄎ环绞降奶攸c(diǎn)，導(dǎo)致工件中部是懸空的，如果施加一個(gè)夾緊力上去，工件極有可能會變形，從而帶來誤差。再將夾緊機(jī)構(gòu)側(cè)移。去壓緊能壓住的端面，但是此時(shí)又出現(xiàn)新的問題，工件是對稱的，為了施加力的平衡，弄兩個(gè)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，此時(shí)不僅裝夾時(shí)兩個(gè)手柄會撞在一起，裝夾的時(shí)間也增加了一倍，成本也增加，所以本工件不能采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。多番思考，決定采用平行下壓式浮動夾緊機(jī)構(gòu)，這是一個(gè)經(jīng)典機(jī)構(gòu)，在豎直的側(cè)板上，工件兩端孔水平放置，兩個(gè)壓板在工件兩端工作。它的工作方式：一端的鉸鏈螺栓，在初件工件裝夾調(diào)試后，用雙螺母鎖緊，不再使用雙螺母，另一端則使用單螺母進(jìn)行工件的夾緊操作，同時(shí)壓板是采用了杠桿原理，由工件、鉸鏈螺栓和導(dǎo)向支撐銷共同組成，當(dāng)對單螺母側(cè)進(jìn)行擰緊時(shí)，在側(cè)板背后的杠桿作用下，使兩端的夾緊力始終一樣大小，所以此機(jī)構(gòu)不僅能較快速的裝夾工件，同時(shí)也能使工件始終處于一個(gè)平衡的狀態(tài)，不會出現(xiàn)受力不均勻的情況，防止壓壞工件和傾覆力矩的情況出現(xiàn)。接著計(jì)算此夾緊機(jī)構(gòu)的所需的作用力P和轉(zhuǎn)矩T，查手冊確定兩者公式如下：T=Pd2T=(QQ為夾緊力，由于夾具中是采用立式鉆床加工，即每次雖然來兩個(gè)底孔是一個(gè)工序加工，但是并不是同時(shí)加工，所以上面計(jì)算中的夾緊力是由兩個(gè)螺栓提供，并且是均攤了夾緊力，從而公式（3-5）中對應(yīng)的Q直接為Q=2254.56/2=1127.78N，再根據(jù)自身設(shè)計(jì)，確定l1=30mm，l=30mm，取η=0.9；彈簧是根據(jù)GB/T2089-2009選取的d=1.6mm，D=16mm，自由長度H0=85mm，其彈簧剛度F'作用力P=根據(jù)《現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊》，M12螺母的夾緊力為3480N，M12的螺栓許用夾緊力為5790N，所以所選的螺母螺栓滿足使用要求。3.6總體夾具的設(shè)計(jì)對于夾具體，并未選擇將其一體鑄造而成，而是將其分為底座和豎板，由于工件長度和寬度之比較大，所以將底座的座耳設(shè)置為4個(gè)，防止夾具的安裝力不夠?qū)е录庸r(shí)震動；同時(shí)在底座下平面銑一個(gè)平面，使底座有兩條支撐腳，防止底平面和工作臺完全接觸，同時(shí)兩條支撐腳設(shè)置成和工作臺的T形槽垂直，底座的尺寸也設(shè)計(jì)在所選立式鉆床的工作臺范圍內(nèi)，防止碰撞機(jī)床。豎板和底座的連接采用圓柱銷定位、螺釘鎖緊的方式，這種方式的好處在于將兩者分開，有利于夾具部件的加工和更換，但對加工精度要求和安裝精度要求較高。由于工件是裝夾在豎板上的，工件下端離底座平面距離較遠(yuǎn)，所以就不在設(shè)計(jì)排泄機(jī)構(gòu)。為了保證工件不和夾具體接觸，同時(shí)減少夾具加工的量，所以采用在豎板上安裝支承板，在安裝好支承板后，再對支承板進(jìn)行加工（銑或磨），來保證支承板的在夾具中的安裝精度，由于夾緊方式的原因，需要在豎板安裝一個(gè)杠桿支撐銷，所以不能將支承板做成一塊，從而在兩邊的定位基準(zhǔn)面各設(shè)置一塊支承板，同時(shí)也將定位銷的臺階隱藏起來。對于鉆模板的設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)一次裝夾，加工兩個(gè)螺紋底孔，所以設(shè)置兩個(gè)鉆套；由于鉆套下端面到加工表面必須留有一定的距離，保證排屑的空間，經(jīng)過計(jì)算，距離為4mm。在此種情況下，因工件形狀的影響，不能將鉆模板做為整體，只能分為左和右鉆模板，采用固定式鉆模板，這樣也有利于對加工過程的觀察，鉆模板的安裝也是用圓柱銷定位，螺釘鎖緊的方式。對于鉆套，因?yàn)榱慵谴笈可a(chǎn)，鉆套的磨損就大，所以選用可換鉆套，同時(shí)根據(jù)鉆套尺寸選用鉆套用襯套。最后，因?yàn)樵阢@削過程中，工件會承受較大的力，切削力的作用點(diǎn)距到豎板也有一段距離，會在豎板和底座的連接處產(chǎn)生較大