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寧XX大學
畢業(yè)設計(論文)
TJ049箱體蓋孔立式
鏜床夾具設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
年 月 日
摘 要
TJ049 箱體蓋零件加工工藝及夾具設計是包括零件加工的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結構，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。
進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。
為了防止零件在夾緊過程中變形，保證加工過程中定位的穩(wěn)定性，則采用鉤形壓板為夾緊元件對零件底座進行夾緊。為了保證有足夠的夾緊力，動力源裝置采用鉤形壓板。
本夾具設計的優(yōu)點有：結構簡單實用、安裝方便、易更換、造價低廉。
關鍵詞：夾具，鏜孔，鉤形壓板
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目 錄
第1章 緒 論 1
1.1本課題的研究內(nèi)容和意義 1
1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 2
1.3 本課題應達到的要求 3
1.4 機械加工工藝及夾具設計的發(fā)展 4
1.4.1 發(fā)展歷史 4
1.4.2發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.4.3發(fā)展趨勢 6
第2章 零件的分析 10
2.1零件的形狀 10
2.2零件的工藝分析 10
第3章 工藝規(guī)程設計 11
3.1 確定毛坯的制造形式 11
3.2定位基準的選擇零件表面加工方法的選擇 11
3.3 制定工藝路線(方案分析與比較) 12
3.4 選擇加工設備和工藝裝備 14
3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 15
3.6確定切削用量及基本工時（機動時間） 17
第4章 鏜孔夾具設計的要求 25
4.1 鏜孔夾具方案設計 25
4.2夾具總體設計的要求 26
4.3 機床夾具的組成 27
4.4 夾具設計的基本要求 28
4.5 本次夾具設計的基本過程 29
4.5.1 擬定夾具的結構方案，繪制結構草圖 29
4.5.2 繪制夾具總裝配圖及零件圖 30
4.6 確定夾具的類型 31
4.7 鏜模的主要類型 31
4.8 明確設計任務，了解零件加工工藝過程 33
4.8.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求 33
4.8.2 熟悉零件加工工藝過程 33
第5章 定位裝置設計 34
5.1 零件定位的基本原理 34
5.1.1 六點定位原理 34
5.1.2 工件定位中的約束分析 34
5.2 常用定位元件及選用 35
5.2.1 對定位元件的基本要求 35
5.2.2 常用定位元件的選用 36
5.3 定位方案的確定 37
第6章 夾緊裝置設計 39
6.1 夾緊裝置的組成與基本要求 39
6.2 夾緊力的確定 39
6.2.1 確定夾緊力的基本原則 39
6.2.2 切削力的計算 40
6.2.3 夾緊力的計算 42
第7章 對刀及引導裝置設計 46
7.1 鏜套的類別 46
7.2 鏜套的設計 47
第8章 夾具體的設計 47
8.1 夾具體設計的基本要求 48
8.2 夾具體毛坯的類型 48
8.3 夾具體的設計 49
8.4 鏜模板的設計 51
第9章 經(jīng)濟性分析 53
總 結 56
致 謝 58
參 考 文 獻 60
第1章 緒 論
1.1本課題的研究內(nèi)容和意義
工裝工藝及夾具畢業(yè)設計是對所學專業(yè)課知識的一次鞏固，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。
機械加工工藝規(guī)程是生產(chǎn)準備工作的主要依據(jù)。根據(jù)它來組織原材料和毛坯的供應，進行機床調(diào)整，專用工藝裝備的設計與制造，編制生產(chǎn)作業(yè)計劃，調(diào)配勞動力，以及進行生產(chǎn)成本核算等。
機械加工工藝規(guī)程也是組織生產(chǎn)、進行計劃調(diào)度的依據(jù)。有了它就可以制定生產(chǎn)產(chǎn)品的進度計劃和相應的調(diào)度計劃，并能做到各工序科學地銜接，使生產(chǎn)均衡、順利，實現(xiàn)優(yōu)質、高產(chǎn)和低消耗。
機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片，是兩個主要的工藝文件。機械加工工藝過程卡片，是說明零件加工工藝過程的工藝文件。在單件、小批量生產(chǎn)中，以機械加工工藝過程卡片指導生產(chǎn)，過程卡的各個項目編制較為詳細。機械加工工序卡片是為每個工序詳細制定的，用于直接指導工人進行生產(chǎn)，多用于大批量生產(chǎn)的零件和成批生產(chǎn)中的重要零件。
在機械行業(yè)中，如何去保證工件的高精度、加工的成本等實質性問題，一直是從事于機械行業(yè)人員研究的問題，其中在設計夾具的時候就要考慮以上問題，高效的夾具是工件高精度的保證，如何讓夾具更高效、更經(jīng)濟，這是行業(yè)人急需要解決的。
隨著社會的發(fā)展，科技的不斷提高，各種高科技技術逐漸滲透到各個行業(yè)，如何利用這些高科技為人類服務，如何充分利用這些高科技在機械行業(yè)中，這還需要機械行業(yè)人員不斷的努力，開拓創(chuàng)新。
隨著科學技術的發(fā)展，和社會市場需要，夾具的設計在逐步的超向柔性制造系統(tǒng)方向發(fā)展。迄今為止,夾具仍是機電產(chǎn)品制造中必不可缺的四大工具之一,刀具本身已高度標準化,用戶只需要按品種、規(guī)格選用采購。而模具和夾具則和產(chǎn)品息息相關,產(chǎn)品一有變化就需重新制作,通常是屬于專用性質的工具,模具已發(fā)展成為獨立的行業(yè);夾具在國內(nèi)外也正在逐漸形成一個依附于機床業(yè)或獨立的小行業(yè)。 組合夾具不僅具有標準化、模塊化、組合化等當代先進設計思想,又符合節(jié)約資源的原則,更適合綠色制造的環(huán)境保護原理。所以是今后夾具技術的一個重要發(fā)展方向單位 。
機床夾具通常是指裝夾工件用的裝置:至于裝夾各種刀具用的裝置,則一般稱為“輔助工具”。輔助工具有時也廣義地包括在機床夾具的范圍內(nèi)。按照機床夾具的應用范圍,一般可分為通用夾具,專用夾具和可調(diào)整式夾具等。
通過這次畢業(yè)設計，對自己所學的理論知識進行一次綜合運用，也是對四年的學習深度的一個檢驗。在這次設計過程中，充分挖掘自己分析問題，解決問題的潛力。并希望通過畢業(yè)設計能養(yǎng)成一種嚴謹，認真的態(tài)度，為以后參加工作打下一個良好的基礎。
1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況
工裝的全稱是工藝裝備，工裝是指加工機床外而需保證零件加工質量的工藝裝備，是制造過程中所用的各種工具的總稱。它是各企業(yè)內(nèi)除生產(chǎn)設備和工具外的為配合生產(chǎn)設備和人完成工藝制作要求的部分，大多工裝都是針對各自產(chǎn)品特點的。機械加工過程中用來固定和定位要加工的零件或毛坯件的裝置，即工裝的主要作用有：固定，定位，防止變形。
夾具屬于工裝，工裝包含夾具，屬于從屬關系。不僅僅是焊裝用，在機加工方面也有用，許多時候，需要裝配幾個部件并保證其定位準確的時候就需要。設計工裝夾具要緊扣產(chǎn)品，因為工裝夾具是專門為某些產(chǎn)品特定的，要保證生產(chǎn)時無干涉現(xiàn)象、定位準確、操作工操作便捷等。簡單的說，就是用于工件裝夾的工具。
夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；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。人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機床的結合，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。
由于現(xiàn)代加工的高速發(fā)展，對傳統(tǒng)的夾具提出了較高要求，如快速、高效、安全等。要想達到這樣的生產(chǎn)要求，就必須計算加工工序零件在加工過程中由于切削力、重力、慣性力等所產(chǎn)生的切削力及切削力矩，按照夾具設計中所確定的夾緊方式進行夾緊力的計算，為了減小夾具的具體尺寸，就需要增大夾具的定位區(qū)間，增大由夾緊力而產(chǎn)生的摩擦力矩、正壓力及由此而產(chǎn)生的摩擦力，以達到夾具小巧而精用的目的。同時為了減少工人的勞動強度，提高工件裝夾效率，還需要對夾具的夾緊機構的行程進行設計，以期以最短的夾緊行程，達到最佳的夾緊效果。
1.3 本課題應達到的要求
通過實際調(diào)研和采集相應的設計數(shù)據(jù)、閱讀相關資料相結合，對箱體蓋的基本結構及作用有個大致的了解，在此基礎上，經(jīng)過對金屬切削加工、金屬切削機床、機械設計與理論等相關知識充分掌握后，分析箱體蓋的加工工藝，確定箱體蓋各加工表面的加工方法，進而形成箱體蓋的機械加工工藝路線。并能根據(jù)箱體蓋的加工工序要求，分析箱體蓋的定位方式、金屬切削加工過程中的機床工作臺驅動、工件夾緊等方面的相關數(shù)據(jù)，結合機械機構設計的相關理論知識，完成工件的有效定位及夾緊，從而使整個箱體蓋的加工工藝路線經(jīng)濟，工件定位方案合理，來達到產(chǎn)品的最優(yōu)化設計。
針對實際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數(shù)確定及計算問題，綜合所學的機械理論設計與方法、機械加工工藝文件編制及實施等方面的知識，設計出一套適合于實際的箱體蓋加工工藝路線，從而實現(xiàn)適合于現(xiàn)代加工制造業(yè)、夾緊裝置的優(yōu)化設計。為提高鏜床夾具在機床上安裝的穩(wěn)固性，減輕其斷續(xù)切削可能引起的振動，夾具體不僅要有足夠的剛度和強度，其高度和寬度比也應恰當，一般有H/B≤1～1.25，以降低夾具重心，使工件加工表面盡量靠近工作臺面。
機械加工工藝及夾具設計是全面綜合運用有關專業(yè)課程的理論和實踐知識進行加工工藝及夾具設計的一次重要實踐。機床夾具是在機床上裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床和刀具有一個正確的位置，并且在加工過程中保持這個位置不變。夾具不僅能保證工件的加工精度、提高加工效率，還能減輕工人的勞動強度、降低產(chǎn)品的制造成本、擴大機床的使用范圍。制造技術已經(jīng)是生產(chǎn)、國際經(jīng)濟競爭、產(chǎn)品革新的一種重要手段，所有國家都在尋求、獲得、開發(fā)和利用它。它正被看作是現(xiàn)代國家經(jīng)濟上獲得成功的關鍵因素。
機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件，是一切有關工生產(chǎn)人員都應嚴格執(zhí)行、認真貫徹的紀律性文件。生產(chǎn)規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝規(guī)程來體現(xiàn)。而機床夾具是在機床上用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床或刀具有個正確的位置，并在加工過程中保持這個位置不變。它們的研究對機械工業(yè)有著很重要的意義。
1.4 機械加工工藝及夾具設計的發(fā)展
1.4.1 發(fā)展歷史
從1949年以來，我國機械工業(yè)有了很大的發(fā)展，已經(jīng)成為工業(yè)中產(chǎn)品門類比較齊全、具有相當規(guī)模和一定技術基礎的產(chǎn)業(yè)部門之一，其機械加工和夾具也有很大的發(fā)展，但是與工業(yè)發(fā)達國家相比，我們這方面的水平還存在著階段性的差距，主要表現(xiàn)在機械產(chǎn)品質量和水平不夠高，加工工藝過程不合理，夾具應用也比較少，使其加工工人勞動強度大，加工出來的產(chǎn)品也不理想。
1.4.2發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)在，各工業(yè)化國家都把制造技術視為當代科技發(fā)展為活躍的領域和國際間科技競爭的主戰(zhàn)場，制定了一系列振興計劃、建立世界級制造技術中心，紛紛把先進制造技術列為國家關鍵技術和優(yōu)先發(fā)展領域。
機械加工工藝及夾具隨著制造技術的發(fā)展也突飛猛進。機械加工工藝以各個工廠的具體情況不同，其加工的規(guī)程也有很大的不同。突破已往的死模式。使其隨著情況的不同具有更加合理的工藝過程。也使產(chǎn)品的質量大大提高。制定加工工藝雖可按情況合理制定，但也要滿足其基本要求：在保證產(chǎn)品質量的前提下，盡可能提高勞動生產(chǎn)率和降低加工成本。并在充分利用本工廠現(xiàn)有生產(chǎn)條件的基礎上，盡可能采用國內(nèi)、外先進工藝技術和經(jīng)驗。還應保證操作者良好的勞動條件。但我國現(xiàn)階段還是主要依賴工藝人員的經(jīng)驗來編制工藝，多半不規(guī)定工步和切削用量，工時定額也憑經(jīng)驗來確定，十分粗略，缺乏科學依據(jù)，難以進行合理的經(jīng)濟核算。
機床夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期。隨著科學技術的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。
國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3～4年就要更新50～80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10～20％左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：
1）能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本；
2）能裝夾一組具有相似性特征的工件；
3）能適用于精密加工的高精度機床夾具；
4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具；
5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率；
6）提高機床夾具的標準化程度。
1.4.3發(fā)展趨勢
長期以來，加工工藝編制是由工藝人員憑經(jīng)驗進行的。如果由幾位工藝員各自編制同一個零件的工藝規(guī)程，其方案一般各不相同，而且很可能都不是最佳方案。這是因為工藝設計涉及的因素多，因果關系錯綜復雜。CAPP將是機械加工工藝的發(fā)展趨勢，它不僅提高了工藝設計的質量，而且使工藝人員從繁瑣重復的工作中擺脫出來，集中精力去考慮提高工藝水平和產(chǎn)品質量問題。
1夾具的發(fā)展趨勢
現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為標準化、高效化、精密化和柔性化等四個方面。
（1）標準化 機床夾具的目的就在于提高生產(chǎn)效率，這樣也就必使其具有標準化和通用化，而機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148～T2259－91以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。
（2）高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。
（3）精密化 機床夾具的精度會直接影響到零件的加工精度，而隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達±0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm。這些精密化的夾具為以后零件加工的精度提供了保證。
（4）柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結構為可拆結構，發(fā)展可調(diào)夾具結構，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。
2機械加工制造技術的發(fā)展趨勢
（1）特種加工 它是指一些物理的、化學的加工方法，如電火花加工、電解加工、超聲波加工、激光加工、離子束加工等。特種加工方法的主要對象是難加工材料的加工，如金剛石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可達分子級加工單位或原子級加工單位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段。特種加工與傳統(tǒng)加工相結合的復合加工有較大的發(fā)展前途。
（2）快速成形 利用離散、堆積成形概念，可將一個三維實體分解為若干二維實體制造出來，再經(jīng)堆積而構成三維實體。
（3）精密工程 它包括精密加工的超精密加工技術、微細加工和超微細加工技術、微型機械和納米技術等方面。當前，以納米技術為代表的超精密加工技術和以微細加工為手段的微型機械技術有重要意義，它們代表了這一時期精密工程的方向。
（4）傳統(tǒng)加工工藝的改造和革新 這一方面的技術潛力很大，如高速切削、超高速切削、強力磨削、超硬材料磨具的出現(xiàn)都對加工理論的發(fā)展、加工質量和效率的提高有重要意義。另一方面，舊設備的改造和挖潛，如普通機床改造成數(shù)控機床等，對機械工業(yè)的發(fā)展和提高是不容忽視的。
3.簡單的評述
綜上，機械加工藝及夾具隨著科技的發(fā)展都使計算機技術、數(shù)控技術、控制論及系統(tǒng)工程與制造技術的結合為制造系統(tǒng)，形成現(xiàn)代制造工程學。而物料流、能量流、信息流是組成制造系統(tǒng)的三個基本要素?，F(xiàn)代加工都為集成化的系統(tǒng)加工，這雖減輕了工人的勞動強度，但同時對工人的知識水平要求較高。這需要我們?nèi)轿坏恼J知現(xiàn)代科技知識。因此，在以后的學習中需要我們?nèi)轿坏膶W習其各個相關領域的知識，不能只注重一點，為將來的人才戰(zhàn)略提出了新的要求。
第2章 零件的分析
2.1零件的形狀
題目給的零件是TJ049箱體蓋零件，主要作用是起固定作用。它主要用于軸箱體之間的連接，以固定安裝需要。
零件的實際形狀如上圖所示，從零件圖上看，該零件是典型的零件，結構比較簡單。具體尺寸，公差如下圖所示。
2.2零件的工藝分析
由零件圖可知，其材料為HT200，具有較高強度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應力和要求耐磨零件。
TJ049箱體蓋零件主要加工表面為：1.上端面，表面粗糙度值為1.6。
2. 下端面，表面粗糙度值為1.6。
3. 2Xφ100孔，表面粗糙度值為1.6。
第3章 工藝規(guī)程設計
本TJ049箱體蓋假設年產(chǎn)量為10萬臺，每臺需要該零件1個，備品率為111%，廢品率為0.25%，每日工作班次為2班。
該零件材料為HT200，考慮到零件在工作時要有高的耐磨性，所以選擇鍛造。依據(jù)設計要求Q=100000件/年，n=1件/臺；結合生產(chǎn)實際，備品率α和 廢品率β分別取111%和0.25%代入公式得該工件的生產(chǎn)綱領
N=2XQn(1+α)（1+β)=23134115件/年
3.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為HT200，考慮到零件在使用過程中起連接作用，分析其在工作過程中所受載荷，最后選用鍛造，以便使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。年產(chǎn)量已達成批生產(chǎn)水平，而且零件輪廓尺寸不大，可以采用鍛造，這從提高生產(chǎn)效率，保證加工精度，減少生產(chǎn)成本上考慮，也是應該的。
3.2定位基準的選擇零件表面加工方法的選擇
待加工的零件是盤狀零件，孔是設計基準（也是裝配基準和測量基準），為避免由于基準不重合而產(chǎn)生的誤差，應選孔為定位基準，即遵循“基準重合”的原則。
3.3 制定工藝路線(方案分析與比較)
制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已經(jīng)確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
方案一：
10 鑄造 鑄造毛坯
20 熱處理 退火
30 粗銑 粗銑上端面，留1mm精加工余量。
40 精銑 精銑下端面
50 粗銑 粗銑下端面，留1mm精加工余量。
60 精銑 精銑下端面
70 粗鏜 粗鏜2Xφ100孔
80 粗鏜 粗鏜2Xφ100孔
90 去毛刺 去毛刺
100 檢驗 檢驗入庫
方案二：
10 鑄造 鑄造毛坯
20 熱處理 退火
30 粗鏜 粗鏜2Xφ100孔
40 粗鏜 粗鏜2Xφ100孔
50 粗銑 粗銑上端面，留1mm精加工余量。
60 精銑 精銑下端面
70 粗銑 粗銑下端面，留1mm精加工余量。
80 精銑 精銑下端面
90 去毛刺 去毛刺
100 檢驗 檢驗入庫
方案分析：方案二把孔加工調(diào)整到加工面之前，這樣就會導致鏜孔的時候沒有以面為定位基準，會導致面與孔之間沒有一定的垂直關系，會導致孔的偏斜。
最終方案：
10 鑄造 鑄造毛坯
20 熱處理 退火
30 粗銑 粗銑上端面，留1mm精加工余量。
40 精銑 精銑下端面
50 粗銑 粗銑下端面，留1mm精加工余量。
60 精銑 精銑下端面
70 粗鏜 粗鏜2Xφ100孔
80 粗鏜 粗鏜2Xφ100孔
90 去毛刺 去毛刺
100 檢驗 檢驗入庫
3.4 選擇加工設備和工藝裝備
3.4.1 機床選用
①.工序30、40、50、60粗銑、精銑。各工序的工步數(shù)不多，成批量生產(chǎn)，故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求屬于中等要求，選用最常用的X52K立式銑床。參考根據(jù)《機械制造設計工工藝簡明手冊》表4.2-7。
②.工序70、80是鏜孔，選用TPX6113鏜床。
3.4.2 選擇刀具
①.在銑床上加工的工序,一般選用硬質合金銑刀。加工刀具選用YG6類硬質合金銑刀，它的主要應用范圍為普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟性,可選用可轉位銑刀(GB5343.1-134,GB5343.2-134)。
②.鏜孔時選用高速鋼鏜刀，參考《機械加工工藝手冊》（主編 孟少農(nóng)），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有參數(shù)。
3.4.3 選擇量具
本零件屬于成批量生產(chǎn)，一般均采用通常量具。選擇量具的方法有兩種：一是按計量器具的不確定度選擇；二是按計量器的測量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。
3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“TJ049箱體蓋” 零件材料為HT200，查《機械加工工藝手冊》（以后簡稱《工藝手冊》），表2.2-17 各種鑄鐵的性能比較，硬度HB為143～2611，表2.2-23 球墨鑄鐵的物理性能，密度ρ=7.2～7.3（），計算零件毛坯的重量約為2。
表3-1 機械加工車間的生產(chǎn)性質
生產(chǎn)類別
同類零件的年產(chǎn)量[件]
重型
（零件重>2000kg）
中型
（零件重100~2000kg）
輕型
（零件重<100kg）
單件生產(chǎn)
5以下
10以下
100以下
小批生產(chǎn)
5~100
10~200
100~500
中批生產(chǎn)
100~300
200~500
500~5000
大批生產(chǎn)
300~1000
500~5000
5000~50000
大量生產(chǎn)
1000以上
5000以上
50000以上
根據(jù)所發(fā)的任務書上的數(shù)據(jù)，該零件的月工序數(shù)不低于30～50，毛坯重量2<100為輕型，確定為大批生產(chǎn)。
根據(jù)生產(chǎn)綱領，選擇鑄造類型的主要特點要生產(chǎn)率高，適用于大批生產(chǎn)，查《工藝手冊》表3.1-111 特種鑄造的類別、特點和應用范圍，再根據(jù)表3.1-20 各種鑄造方法的經(jīng)濟合理性，采用機器砂模造型鑄件。
表3-2 成批和大量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級
鑄造方法
公差等級CT
球墨鑄鐵
砂型手工造型
11~11
砂型機器造型及殼型
8~10
金屬型
7~11
低壓鑄造
7~11
熔模鑄造
5~7
根據(jù)上表選擇金屬型公差等級為7級。
3-3 鑄件尺寸公差數(shù)值
鑄件基本尺寸
公差等級CT
大于
至
8
63
100
190
100
190
250
1.6
1.8
2.0
根據(jù)上表查得鑄件基本尺寸大于100至190，公差等級為8級的公差數(shù)值為1.8。
表3-4 鑄鐵件機械加工余量（JB4054-134）如下
鑄件基本尺寸
加工余量等級 6
澆注時位置
>120~250
6.0
4.0
頂、側面
底 面
鑄孔的機械加工余量一般按澆注時位置處于頂面的機械加工余量選擇。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。
3.6確定切削用量及基本工時（機動時間）
工序30：粗銑上端面，留1mm精加工余量。
機床：銑床X52K
工件材料HT200 ，鑄造 ，高速鋼鑲齒銑刀、 齒數(shù) ，查表5.8
確定銑削速度
采用X52K立式銑床 ，查表3.6，取轉速 ， 故實際銑削速度
當工作臺每分鐘進給 為
由《工藝手冊》得
工序40：精銑上端面
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，?。焊鶕?jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
機床主軸轉速：
按照參考文獻[3]表3.1～74，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81,取
切削工時
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：
機動時間：
所以該工序總機動時間
工序50：粗銑下端面，留1mm精加工余量。
機床：銑床X52K
工件材料HT200 ，鑄造 ，高速鋼鑲齒銑刀、 齒數(shù) ，查表5.8
確定銑削速度
采用X52K立式銑床 ，查表3.6，取轉速 ， 故實際銑削速度
當工作臺每分鐘進給 為
由《工藝手冊》得
工序60：精銑下端面
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，?。焊鶕?jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～73，取根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度
機床主軸轉速：
按照參考文獻[3]表3.1～74，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～81,取
切削工時
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：
機動時間：
所以該工序總機動時間
工序70 ：粗鏜2Xφ100孔
刀具：硬質合金鏜刀，鏜刀材料：
單邊余量Z=1.1mm
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進給量。
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4～45，取。
機床主軸轉速：
，
按照參考文獻[3]表3.1～41，取
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
工序80 精鏜2Xφ100孔
粗加工后單邊余量Z=0.4mm，一次鏜去全部余量， ，精鏜后孔徑
進給量：根據(jù)參考文獻[3]表2.4～66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進給量
切削速度：參照參考文獻[3]表2.4～45，取
機床主軸轉速：
，
按照參考文獻[3]表3.14—41，取
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數(shù)：
機動時間：
所以該工序總機動工時
59
第4章 鏜孔夾具設計的要求
4.1 鏜孔夾具方案設計
方案設計是夾具設計的重要階段，它在分析各種原始資料的基礎上，要完成下列設計工作：[1]
① 研究殼體零件原始資料，明確設計要求。
② 擬訂鏜孔夾具結構方案，繪制夾具結構草圖。
③ 繪制夾具總圖，標注有關尺寸及技術要求。
④ 繪制零件圖。
從另外一方面來說，機床夾具設計是工藝裝備設計中的一個重要組成部分，是保證產(chǎn)品質量和提高勞動生產(chǎn)率的一項重要技術措施。在設計過程中應深人實際，進行調(diào)查研究，吸取國內(nèi)外的先進技術，制定出合理的設計方案，再進行具體的設計。而深入生產(chǎn)實際調(diào)查研究中，應當掌握下面的一些資料：[1]
(1)工件圖紙；詳細閱讀工件的圖紙，了解工件被加工表面是技術要求，該零件在機器中的位置和作用，以及裝置中的特殊要求。
(2)工藝文件：了解工件的工藝過程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面狀況，基準面選擇的情況，可用機床設備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。
(3)生產(chǎn)綱領：夾具的結構形式應與工件的批量大小相適應，做到經(jīng)濟合理。
在本次畢業(yè)設計的夾具要求是中小批量生產(chǎn)的夾具設計。
(4)制造與使用夾具的情況，有無通用零部件可供選用。工廠有無壓縮空氣站；制造和使用夾具的工人的技術狀況等。
夾具的出現(xiàn)可靠地保證加工精度，提高整體工作效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。
4.2夾具總體設計的要求
1）夾具應滿足零件加工工序的精度要求。特別對于精加工工序，
應適當提高夾具的精度，以保證工件的尺寸公差和形狀位置公差等。
2）夾具應達到加工生產(chǎn)率的要求。特別對于大批量生產(chǎn)中使用的
夾具，應設法縮短加工的基本時間和輔助時間。
3）夾具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可設置必要的
防護裝置、擋屑板以及各種安全器具。
4）能保證夾具一定的使用壽命和較低的夾具制造成本。夾具元件
的材料選用將直接影響夾具的使用壽命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力學性能較好的材料。夾具的低成本設計在世界各國都以相當重視。為此，夾具的復雜程度應與工件的生產(chǎn)批量相適應。在大批量生產(chǎn)中。宜采用氣壓、液壓等高效夾緊裝置；而小批量生產(chǎn)，則宜采用較簡單的夾具結構。
5）要適當提高夾具元件的通用化和標準程度。選用標準化元件，
特別應選用商品化的標準元件，以縮短夾具制造周期，從而降低夾具成本。
6）必須具有良好的結構工藝性，以便夾具的制造、使用和維修。
以上要求有時是互相矛盾的，故應在全面考慮的基礎上，處理好主要矛盾，使之達到較好的效果。例如鏜模設計中，通常側重于生產(chǎn)率的要求。
在機械加工中，在機床上用來確定工件位置并將其壓緊夾牢的工藝裝備稱為機床夾具。不僅單件小批量生產(chǎn)中需要它，成批大量生產(chǎn)更不可缺少。機床夾具是機床和工件之間的連接裝備，能使工件相對于機床和刀具獲得正確位置，以保證零件和產(chǎn)品的質量，并提高生產(chǎn)率。機床夾具的性能好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，因此機床夾具設計是機械制造裝備設計中一項重要的工作，也是加工過程中最活躍的因素之一。
4.3 機床夾具的組成
雖然機床夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。一般可以概況為一下幾個部分組成，這些組成部分既相互獨立又相互聯(lián)系。
1. 定位支承元件。定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。
2. 夾緊裝置。夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。
3. 連接定向元件。這種元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。
4. 對刀元件或導向元件。這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對刀元件。用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件稱為導向元件。
5. 其他裝置或元件。根據(jù)加工需要，有些夾具上還設有分度裝置?？磕Ｑb置、上下料裝置、工件頂出機構、電動扳手和平衡塊等，以及標準化了的其他連接元件。
6. 夾具體。夾具體是夾具的基本骨架，用來配置、安裝各夾具元件，使之組成一整體。
4.4 夾具設計的基本要求
一個優(yōu)良的機床夾具必須滿足下列基本要求。
(1) 保證工件的加工精度。保證加工精度的關鍵，首先在于正確地選定定位基準、定位方法和定位元件，必要時還需要進行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零部件的結構對加工精度的影響，注意夾具應有足夠的剛度，多次重復使用的夾具還應該注意相關元件的強度和耐磨性，確保夾具能滿足工件精度要求。
(2) 提高生產(chǎn)效率。專用夾具的復雜程度應與生產(chǎn)綱領相適應，應盡量采用各種快速高效的裝夾機構，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率。
(3) 工藝性能好。專用夾具的結構應力求簡單、合理、便于制造、裝配、調(diào)整、檢驗、維修等。
(4) 使用性能好。專用夾具的操作應簡便、省力、安全可靠。在客觀條件允許且又經(jīng)濟適用的前提下，應盡可能采用氣動、液壓等機械化加緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。專用夾具還應排屑方便，必要時可設置排屑機構，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具，防止切屑的積聚帶來大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。
(5) 經(jīng)濟性好。專用夾具應盡可能采用標準元件和標準結構，力求結構簡單、制造容易，以降低夾具的制造成本。因此，設計時應根據(jù)生產(chǎn)綱領對夾具方案進行必要的技術經(jīng)濟分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益。
4.5 本次夾具設計的基本過程
4.5.1 擬定夾具的結構方案，繪制結構草圖
1. 確定工件的定位方案，根據(jù)工件定位原理選擇或者設計定位裝置，合理設置定位元件，進行定位誤差的分析計算，定位誤差應小于工序公差的三分之一。
2. 確定刀具的對刀或引導方式，設計對刀及引導裝置。
3. 確定工件的夾緊方案，合理的確定夾緊的方向和作用點，進行夾緊力的分析計算，最后確定夾緊元件及傳動裝置的主要尺寸。
4. 確定夾具其它元件(夾具體、鏜模板等)的架構模型。
5. 合理布置夾具元件，確定夾具體的形式及夾具的總體結構。
4.5.2 繪制夾具總裝配圖及零件圖
1. 夾具總裝配圖應盡量采用1：1的比例，越要時可采用1：2、1：5、2：1、5：1等比例。主視圖應選面對操作者的工作位置。
2. 總裝配圖繪制的順序是：用雙點劃線將工件的外形輪廓、定位 基面，夾緊表面及加工表面(加工余量用網(wǎng)線表示)繪制在各個視圖的合理位置上，視工件為透明體，依次繪出定位、對刀—導引、夾緊及其它元件或裝置，最后繪出夾具體，并對各零件進行編號，填寫零件明細表和標題欄。
3. 標注必要的尺寸、公差配合及技術要求。
4. 夾具中的非標準零件要繪制零件圖，并按總裝配圖的設計要求，確定各零件的尺寸、公差及技術要求。
4.6 確定夾具的類型
按使用范圍，夾具可分為通用夾具和專用夾具兩類。通用夾具適用于各種不同尺寸的零件加工，如導尺、分度盤等。這類夾具是作為附件與機床一起配套供應的。專用夾具是專門為某一工件在某一工序進行加工而設計的夾具，如在銑床上加工彎曲零件必須采用相應的夾具，在壓刨上加工斜面、曲面也要采用專用夾具。
4.7 鏜模的主要類型
鏜床專用夾具一般通稱為“鏜模”?？砂寸M模有無夾具體，以及夾具體是否可動，而分為下面幾類：[1]
1.固定式鏜模
這種鏜模在使用時，是被固定在鏜床工作臺。用于在立軸式鏜床上加工較大的單孔或在搖臂鏜床上加工平行孔系。如果要在立式鏜床上使用固定式鏜模加工平行空系，則需要在機床主軸上安裝鏜模時，一般先將裝在主軸上的定尺刀具伸入鏜套中，以確定鏜模的位置，然后將其緊固。這種加工方式的鏜孔精度比較高。
2.回轉式鏜模
回轉式鏜模主要用于加工同一圓周面上的平行孔系，或分布在圓周上的徑向孔。有立軸、臥軸和斜軸回轉等三種基本形式。由于回轉臺已標準化，并作為機床附件由專門廠生產(chǎn)供應，固回轉式鏜模的設計，大多數(shù)情況是設計專用的工作夾具和標準回轉臺聯(lián)合使用。
3.翻轉式鏜模
主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻轉式鏜模可減少工件裝夾的次數(shù)，提高工件上各孔之間的位置精度。
4.蓋板式鏜模
這種鏜模無夾具體，其定位元件和夾緊裝置直接裝在鏜模板上。鏜模板在工件上裝夾，適合于體積大而笨重的工件上的小孔加工。夾具、結構簡單輕便，易清除切屑；但是每次夾具需從工件上裝卸，較費時，故此鏜模的質量一般不宜超過10 kg。
5.滑柱式鏜模
滑柱式鏜模的結構已經(jīng)標準化了和規(guī)格化了，具有不同的系列。使用時，只要根據(jù)工件的形狀、尺寸和加工要求等具體情況，專門設計制造相應的定位、夾緊裝置和鏜套等，裝在夾具體的平臺或鏜模板上的適當位置，就可用于加工。
4.8 明確設計任務，了解零件加工工藝過程
4.8.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求
圖2.3 加工零件圖
該零件為HT200；零件圖如上圖2.3，中批量生產(chǎn)；該工序在立式鏜床上用鏜刀加工。
4.8.2 熟悉零件加工工藝過程
1.粗銑上下兩端面 2. 精銑上下兩端面
3. 鏜2-￠100孔 4.鉆鉸各個小孔
以上銑削工序均在X52K銑床上加工，工序3在立式鏜床上加工鏜2-￠100孔在TPX6113。工序4在Z525立式鉆床上加工。
第5章 定位裝置設計
5.1 零件定位的基本原理
5.1.1 六點定位原理
工件定位的實質就是要使工件在夾具中占有某個確定的位置。任何一個剛體(工件)在空間直角坐標系內(nèi)都有六個自由度，即沿X、Y、Z軸的移動和繞X、Y、Z軸的旋轉，如圖1-1所示。工件在空間的六個自由度，可用很合理布置的六個支承點來限制，使零件得到正確的位置，此即工件的六點定位原理。
圖 1-1 自由度示意圖
5.1.2 工件定位中的約束分析
運用六點定位原理可以分析和判斷夾具中定位結構是否正確、布局是否合理、約束條件是否滿足。
根據(jù)工件自由度被約束的情況，工件定位可分為以下幾種類型。
1. 完全定位。完全定位是指工件的六個自由度不重復地被全部約束的定位。當工件在X、Y、Z三個坐標方向均有尺寸要求或位置精度要求時，一般采用這種定位方式。
2. 不完全定位。根據(jù)工件的加工要求，有時并不需要約束工件的全部自由度，這樣的定位方式稱為不完全定位。工件在定位時應該約束的自由度數(shù)目應由工序的加工要求而定，不影響加工精度的自由度可以不加約束。
3. 欠約束。根據(jù)工件的加工要求，應該約束的自由度沒有完全被約束的定位稱為欠定位。欠定位無法保證加工要求，因此，在確定工件在夾具中的定位方案時，決不允許有欠定位的現(xiàn)象產(chǎn)生。
4. 過定位。夾具上的兩個或兩個以上的定位元件重復約束同一個自由度的現(xiàn)象，稱為過定位。消除或減少過定位引起的干涉，一般有兩種方法：一是改變定位元件的結構；二是控制或者提高工件定位基準之間以及定位元件工作表面之間的位置精度。
5.2 常用定位元件及選用
工件在夾具中要想獲得正確定位，首先應正確選擇定位基準，其次則是選擇合適的定位元件。工件定位時，工件定位基準和夾具的定位元件接觸形成定位副。
5.2.1 對定位元件的基本要求
1. 限位基面應有足夠的精度。定位元件具有足夠的精度，才能保證工件的定位精度。
2. 限位基面應有較好的耐磨性。由于定位元件的工作表面經(jīng)常與工件接觸和摩擦，容易磨損，為此要求定位元件限位表面的耐磨性較好，以保證夾具的使用壽命和定位精度。
3. 支承元件應有足夠的強度和剛度。定位元件在加工過程中，受工作重力、加緊力和切削力的作用，因此要求定位元件應有足夠的剛度和強度，避免使用中的變形和損壞。
4. 定位元件應有較好的工藝性。
5. 定位元件應便于清除切屑。定位元件的結構和工作表面形狀應有利于清除切屑，以防切屑嵌入夾具內(nèi)影響加工和定位精度。
5.2.2 常用定位元件的選用
1. 工件以平面定位
(1) 以面積較小的已經(jīng)加工的基準平面定位時，選用平頭支承釘；以粗糙不平的基準面或毛皮面定位時，選用圓頭支承釘側面定位時，可選用網(wǎng)狀支承釘。
(2) 以面積較大、平面精度較高的基準平面定位時，選用支承板定位元件；用于側面定位時，可選用帶斜槽的支承板；通常盡可能選用帶斜槽的支承板，以利于清除切屑。
(3) 以毛坯面、階梯平面和環(huán)形平面作基準平面定位時，選用自位支承作定位元件。但需注意，自位支承雖有兩個或三個支承點，由于自位和浮動作用只能作為一個支承點。
(4) 以毛坯面作基準平面，可選用調(diào)節(jié)支承作為定位元件。
(5) 當工件定位基準面需要提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時，可選用更輔助支承作輔助定位元件。
2. 工件以外圓柱定位
(1) 當工件的對稱度要求較高時，可選用V形塊定位。
(2) 當工件定位圓柱面精度較高時(一般不低于IT8)，可選用定位套或半圓形定位座定位。
3. 工件以內(nèi)孔定位
(1) 工件上定位內(nèi)孔較小時，常選用定位銷作為定位元件。
(2) 在套類、盤類零件的車削、磨削和齒輪加工中，大都選用心軸定位，為了便于加緊和減小工件因間隙造成的傾斜，當工件定位內(nèi)孔與基準端面垂直精度較高時，常以孔和端面聯(lián)合定位。
本次設計中，平面的定位采用帶斜槽的支承板，內(nèi)孔的定位采用定位銷。
5.3 定位方案的確定
根據(jù)所加工的工件尺寸為形狀是矩形即箱體類零件可以初步確定采用一面三支撐釘定位，又因為零件體積比較大不便于裝卸和搬運，因此在工件安裝后采取推入式將工件送到指定位置，綜合考慮工件在加工過程中的穩(wěn)定性等其它因素最終確定采取一面兩孔定位。一面則采用五個支承板(圖2-1)來代替以限制工件的三個自由度，兩孔則用兩個短銷，為防止出現(xiàn)過定位現(xiàn)象其中一個用削邊銷（本設計用的是菱形削邊銷），為更好的限制工件轉動，兩銷在空間的位置為斜對角布置，并且削邊的方向要與兩銷中心的連線互相垂直，如圖2-2所示：
圖 2-1 支承板
在組合機床及其自動線上，為裝卸方便，通常兩個定位銷不是固定不動的，而是活動的可以伸縮的，但是該工件外形尺寸比較大，裝卸不易。為了能更好的便于裝卸，在本次設計中對工件的裝卸以及定位運用了導軌運輸?shù)姆绞?，即支承板和兩個定位銷釘安裝在推板上，零件定位后推動推板使之達到正確位置
第6章 夾緊裝置設計
在機械加工過程中，零件會受到切削力、離心力、慣性力等的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持已由定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生振動和位移，在夾具結構中必須設置一定的加緊裝置將零件可靠地夾牢。
6.1 夾緊裝置的組成與基本要求
夾緊裝置一般由動力源裝置、中間傳力裝置機構、夾緊元件與夾緊機構所組成。
設計夾緊裝置時，一般應滿足一下基本要求：
1. 夾緊過程中不改變工件定位時所占據(jù)的正確位置。
2. 夾緊力大小適當，既要保證加工過程中工件不會產(chǎn)生位移和移動，又要使工件不產(chǎn)生不允許的變形和損傷。
3. 夾緊裝置的自動化程度，應與工件的生產(chǎn)批量相適應。
4. 結構要簡單，力求體積小、重量輕、并有足夠的強度；工藝性好便于制造與維修。
5. 使用性能好，操作方便、省力、安全可靠。
6.2 夾緊力的確定
6.2.1 確定夾緊力的基本原則
設計夾緊裝置時，夾緊力的確定包括夾緊力的方向、作用點和大小三個要素。
1. 夾緊力的方向
(1) 夾緊力的方向應有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應朝向主要定位基面。
(2) 夾緊力的方向應有利于減少夾緊力，以減少工件的變形、減輕勞動強度。
(3) 夾緊力的方向應是工件剛性較好的方向。
2. 夾緊力的作用點
(1) 夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內(nèi)，應盡可能使夾緊點與支承點對應，使夾緊力作用在支承上。
(2) 夾緊力的作用點應選在工件剛性較好的部位。
(3) 夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面，以防止零件產(chǎn)生振動和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。
3. 夾緊力的大小
夾緊力的大小，對于保證定位穩(wěn)定、加緊可靠，確定加緊裝置的結構尺寸，都有著密切的關系。
6.2.2 切削力的計算
查《簡明機床夾具設計手冊》可得，切削力的計算公式為：
圓周分力 (3-1)
徑向分力 (3-2)
軸向分力 (3-3)
式中 ：背吃刀量，mm，在切斷、割槽和成形車削時，指切削刃的長度
f：每轉進給量，mm
：修正系數(shù)
：考慮工件材料力學性能的系數(shù)
：考慮刀具幾何參數(shù)的系數(shù)
則；=2mm，f=0.25mm
在本次工序中采用硬質合金刀具對工件進行加工，其刀具的相關參數(shù)為：主偏角=30°，前角=10°，刃傾角=5?！?
查《簡明機床夾具設計手冊》得，==1.10，=1.08，=1.0，=1.0。
則 =1.10×1.08×1.0×1.0=1.188
將以上數(shù)據(jù)代入公式(3-1)得：
圓周分力=902×2××1.188=757.7N
查《簡明機床夾具設計手冊》得，==1.10，=1.30，=1.0，=1.25。
則 =1.10×1.30×1.0×1.25=1.79
將以上數(shù)據(jù)代入公式(3-2)得：
徑向分力=530××0.25×1.79=625.9N
查《簡明機床夾具設計手冊》得，==1.10，=0.78，=1.0，=0.85。
則 =1.10×0.78×1.0×0.85=0.73
將以上數(shù)據(jù)代入公式(3-3)得：
軸向分力=451×2××0.73=378.2N
6.2.3 夾緊力的計算
為了防止工件在受到夾緊力時產(chǎn)生變形，本次設計采用鉤形壓板對箱體底座進行夾緊，這樣可以避免因夾緊力過大而使工件變形。
查《機床夾具設計手冊》，鉤形壓板的計算公式為：
(3-4)
式中 ：實際所需夾緊力，N
：夾壓點到軸心線的距離，mm
：鉤形壓板的導向長度，mm
：摩擦系數(shù)0.1~0.15
：彈簧作用力，N
由于本次設計工件的定位方式為一面兩銷，查《機床夾具設計手冊》，為防止工件在切削力F作用下移動所需的加緊力為：
(3-5)
式中 ：圓柱銷允許承受的部分切屑力對精加工：；
對粗加工：
：摩擦系數(shù)，見表3-1
：安全系數(shù)，，其中為各種因素的安全系數(shù)，見表3-2及表3-3。
表 3-1 摩擦系數(shù)
摩 擦 系 數(shù)
μ
工件為加工過的表面
0.16
工件為未加工過的毛坯表面（鑄、鍛件），固定支承為球面
0.2~0.25
夾緊元件和支承表面有齒紋，并在較大的相互作用力下工作
0.70
用卡盤或彈簧夾頭夾緊，其夾爪為：
光滑表面
溝槽與切削力方向一直
溝槽相互垂直
齒紋表面
0.16~0.18
0.30~0.40
0.40~0.50
0.70~1.0
表 3-2 安全系數(shù)的數(shù)值
符號
考慮因素
系數(shù)值
考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù)
1.2~1.5
加工性質
粗加工
1.2
精加工
1.0
刀具鈍化程度（詳見表3-2）
1.0~1.9
切削特點
連續(xù)加工
1.0
斷續(xù)加工
1.2
加緊力的穩(wěn)定性
手動夾緊
1.3
機動夾緊
1.0
續(xù)表3-2
符號
考慮因素
系數(shù)值
手動加緊時的手柄位置
操作方便
1.0
操作不便
1.2
僅有力矩作用于工件時與支承面接觸情況
接觸點穩(wěn)定
1.0
接觸點不穩(wěn)定