车床支架机械加工工艺及钻锪孔夹具设计【4张CAD图纸+毕业论文】

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车床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好的解决了现代机械制造中的结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题。且能稳定加工质量，大幅度提高生产效率。 在我们学全部基础课、技术基础课之后进行的毕业设计，是我们在对所学各课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占据着重要的地位。另外，这次毕业设计，是我毕业工作前的综合性训练，并能在以下三个方面得到锻炼： （1）运动机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中穴道的时间知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。 （2）提高结构设计能力，通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。 （3）学会使用手册以及图表资料，掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。 通过这次毕业设计，对自己未来将从事的工作进行了一次适应性的训练，从中锻炼了自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后参加工作打下了一个良好的基础。 0 1 绪论 本次设计的题目是“车床支架机械加工工艺及钻孔夹具设计”。这个题目是传统的机械设计课题，在做这个设计题目过程中，涉及了很多工艺规程设计方面的知识。 车床是机械加工方法中应用最为广泛的机床之一，是加工轴类、盘套类零件的主要方法。车床支架是组成车床的重要零件，并承受切削力，因此它必须有足够的刚度和稳定性，有较大的安装基面和必要的加强筋，以防止加工中受力时产生振动和变形。 本次课题针对车床支架零件的加工进行了相关探索，设计出一种切实可行的工艺流程及工艺装备。在产品的加工过程中，工件在夹具内的定位和夹紧显得尤为重要，夹具是涵盖了从加工到组装的几乎所有操作过程的一种装夹设备。由于大量的加工操作需要装夹，夹具设计在制造系统中就变得非常重要，它直接影响加工质量，生产率和制造成本。本文通过分析支架零件的结构特点和加工要求，指定了一套较合理的夹具设计，从而为保证该零件的加工精度提供了一种经济实用的工艺装备，具有一定的实用价值。 本次的设计任务是：制定车床支架的机械加工工艺及该零件的某一道工序（钻孔）的夹具设计。 设计内容包括： 毛坯零件综合图1张； 夹具装配图1张； 夹具体图1张； 工序卡的编订、 绘制； 论文1份； 2 工艺设计 2.1机械加工工艺过程基本知识 1）工艺过程 在产品的生产过程中，与原材料变为成品有直接关系的过程称为工艺工程。例如：铸造、锻造、焊接和零件的机械加工等。 2）机械加工工艺过程 在工艺过程中，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状，尺寸和性能使之变为成品的工艺过程，称为机械加工工艺过程。 3）机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程是由若干个顺次工序组成的，通过这些不同的工序把毛坯加工成合格的零件。 4）工序 一个（或一组）工人，在一台机床上（或一个工作地点），对一个（或同时几个）工件连续加工所完成的那一部分机械加工工艺过程。这里必须注意，构成一个工序的主要特点是不改变加工对象、设备和操作者，而且工序内的工作是连续完成的。 5）机械加工工艺规程 机械加工工艺规程（简称工艺规程）是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。工艺规程的内容包括： A、 工艺路线： 工艺路线是指产品或零部件在生产过程中由毛坯准备到成品包装入库经过企业有关部门或工序的先后顺序。 B、 各工序加工的内容、要求，所采用的机床、工艺装备； 工艺装备（简称工装）是产品制造过程中所用的各种工具的总称。它包括刀具、夹具、模具、量具、检验工具及辅助工具等。 C、工件的检验项目、检验方法和切削用量、工时定额等。 6）工艺规程的格式 机械加工工艺规程主要有机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片两种基本形式。机械加工工艺过程卡是以工序为单位简要说明零件加工过程的一种工艺文件。一般适用于单件小批生产（零件加工的流向）。 2.2机械加工工艺设计的内容 制定合理的零件加工工艺过程首先要掌握目前有可供选用的加工方法，并能够针对零件的具体要求较合理的选用。其次，还必须解决各表面的加工顺序和热处理如何安排的问题。 1） 首先，要分析产品的零件图与装配图，分析零件图的加工要求，结构工艺性，检验图样的完整性； 2） 根据零件的生产纲领确定生产类型；在制定机械加工工艺规程时，一般按照零件的生产纲领，把零件划分为大批量生产、中批量生产和小批量生产三中类型。 3） 选择毛坯；毛坯的选用主要包括毛坯的材料、类型和生产方法的选用。常用的毛坯类主要有各种轧制型材、铸件、锻件、焊接件、冲压件、粉末冶金件以及注塑成形件等。（联合加工），根据零件结构的不同，毛坯的选用可分为轴类、盘套类和机架箱体类三大类。 4） 确定单个表面的加工方法； 零件的加工过程，就是零件表面经加工获得符合要求的零件表面的过程。零件表面的类型和要求不同，采用的加工方法也不一样。主要有车削、钻削、铣削、刨削、磨削等五大类加工方法。此外还有镗削、拉削、光整、特种加工等。 5）选择定位基准，确定零件的工艺路线；根据零件表面质量的要求不同，通常将表面加工划分为粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段三个加工阶段。 零件加工需要遵循的原则是粗、精加工分开，零件的加工一般不是在一台机床上用一种工艺方法就可完成，往往需要几种加工方法互相配合，经过一定的工艺过程才能逐步地完成零件表面的加工。若一种表面可采用不同的加工方法进行加工的话，那么就生产的具体条件而言，其中必有一种加工方法是最合适的。 6） 确定各工序所用的设备及工艺装备 7） 计算加工余量、工序尺寸及公差 8） 确定切削用量，估算工时定额 9） 填写工艺文件 机械加工工艺中加工顺序的安排原则有： 1） 先加工精基准面后加工其他表面 主要定位精基准面应在一开始就进行加工，以便用它定位加工后工序的其他表面。 2） 先粗加工后精加工 先安排粗加工、半精加工，再安排精加工。某些要求特别高的表面还要在最后安排精密加工。 3） 划线工序的安排 在单件小批生产中，形状复杂的铸、锻件或焊接件在机加工前要安排钳工划线工序，为加工提供找正的依据。在大批大量生产中，或零件形状较为规则，则不必安排划线工序。 4）热处理工序的安排 毛坯退火、正火：安排在粗加工之前。调质：通常安排在粗加工之后；若加工路线较简单，也可在粗加工之前。淬火及低温回火：一般安排在磨之前。氮化：可安排在粗磨后、精磨前。时效：一次时效安排在粗加工之后；二次时效分别安排 在粗加工和半精加工之后；三次时效分别安排在粗加工、半精加工和精加工之后。 5）表面处理工序的安排 表面镀层、发蓝、阳极氧化、喷涂或油漆等处理，通常安排在全部机加工之后；大型铸件的不加工面，常在机加工前先涂防锈漆。 6）辅助工序的安排 去毛刺、倒棱、除锈、去磁、清洗或浸油等辅助工序，应视具体情况适当予以安排。 7）检验工序的安排 重要而复杂零件的粗加工之后关键工序前后；特种检验(如x射线探伤或超声波探伤等较昂贵的检验)之前；从一车间转到另一车间之前；全部加工结束之后。 加工余量的确定原则： 毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差称为加工总余量。加工总余量主要根据毛坯类型确定。在单件小批生产中，中小型零件加工总余量参考值(半径余量或单面余量)如下：砂型铸件约为3～8mm；自由锻件和焊接件约为4～10mm；热轧圆钢约为1.5～2.5mm。相邻两工序的尺寸之差称为工序余量。工序余量主要根据加工性质和加工方法确定。 2.3 题目来源 零件如图： 2.4零件的分析 1）零件图的分析 图纸中的零件是一个车床上的支架零件，安装在车床上，主要作用是支撑和导向作用，在车床在机械加工过程中，承受一定的载荷。 车床支架是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状比较复杂，其加工内孔Φ18和Φ25两个孔的加工精度要求比较高，此外还有垂直度和平行度要求。另外车床支架底部的平面也有较高的精度要求，因此，加工时应先加工一组表面，在以这组加工后表面为基准加工另外一组。 因为尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。 由零件图可知： 生产纲领2000件/年，车床支架备品率为2%，废品率为2%，因此年产量： Q＝生产纲领×每台件数×(1+备品率)×(1+废品率) Q＝2080件 月产量＝Q÷12=174(件) Days=(365-52-14)÷12=24.92天 日产量(一天3班)＝月产量÷Days=7件/天 查工艺人员手册，轻型（100公斤以内）零件的生产性质： 中批500～5000 大批5000～50000 考虑到保证产品按时定量完成，生产该产品的每一道工序的单件核算时间必须小于生产节拍（工艺卡填写过程考虑到客观随机因素的影响，将节拍乘80%后与单件核算时间比较），若大于生产节拍，就会造成完不成年产量，因此应改用多台机床加工。 中批量生产采用流水线，其工艺特点 a）毛坯特点：采用金属模造型，毛坯精度及余量中等。 b）机床设备及机床布置：通用机床，机床按零件类别分工段排列。 c）夹具及尺寸保证：专用夹具，调整法和自动获得法(如对刀块)保证尺寸。 d）刀具、量具：专用或标准刀具、量具 e）零件的互换性：多数互换，部分试配或修配。 f）工艺文件的要求：编制详细的工艺规程及关键工序的工序卡片。 g）生产出率：中等 h）成本：中等 i）发展趋势：采用成组工艺。 由以上可知，该零件为中批生产，所以工艺安排应考虑工序适当集中，考虑零件成批生产，产量比较大，综合经济与生产效率等因素，确定加工设备为通用机床，采用专用夹具。 2）设计的任务 该零件加工至成品，需完成从毛坯选择开始，编排工艺，工装夹具设计以及对该产品的说明书如下： 1．毛坯—零件综合图 1张 2．工艺过程卡片 1套 3．夹具装配图 1张 4．夹具体零件图 1张 5．说明书 1份 零件材料为HT20-40，此牌号材料与HT200相同，HT200是新牌号，HT20-40为老牌号。HT200的铸造性好，熔炼设备简单，价格便宜，所以它们是机械制造中应用最多的材料。HT200可承受较大弯曲应力，用于强度、耐磨性要求较高的较重要的零件和要求保持气密性的铸件。有较好的耐热性和良好的减振性，铸造性较好。该车床支架零件的结构较复杂，也适于用铸造的方法制造。 零件的切削加工性良好，无特殊的加工问题，故加工中不需要采用特殊工艺措施。刀具材料选择范围很大，高速钢或YT类硬质合金均能胜任。刀具几何参数可根据不同刀具类型通过相关表格查取。 零件组成表面：底面，两端面，外圆及其台阶面，两端沉头螺钉孔，外圆内Φ20H7孔, Φ18H8孔、键。 主要技术条件分析如下： 零件的材料为HT200，硬度适中，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，拨动叉中间圆柱体连有两翼板，以下是车床支架需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求： F面：表面粗糙度要求为Ra6.3μm AC1、AC2面：表面粗糙度要求为Ra1.6μm E面：精度要求为±0.4mm B孔：尺寸精度为H7，表面粗糙度要求为Ra1.6μm，相对于A面有平行度要求精度为0.03mm，相对于C面有垂直度精度要求为0.03mm L孔：尺寸精度为H8，表面粗糙度要求为Ra1.6微米，相对于B面有垂直度精度要求为0.15mm H1、H2孔，G1，G2孔：有位置度要求为±0.2mm 零件总体特点是一个典型的铸造类零件。 4）确定毛坯、画毛坯 在仔细分析了零件的基础上，选择零件的加工方法，首先从毛坯开始，在毛坯的选择上，既要考虑工艺性，又要考虑到经济性，综合两项因素进行毛坯的选择。 毛坯的选择对零件工业过程的经济性有很大影响，工序数量，材料消耗加工工时等都取决于所选择的毛坯，但要提高毛坯的质量往往会使毛坯制造困难，需要复杂的工艺和昂贵的设备，增加了毛坯的成本，这两者是矛盾的。因此毛坯的种类和制造方法的选择要根据毛坯的类型和具体的生产条件决定。同时应该主要到，充分使用新工艺、新技术、新材料的可能性，以便降低零件生产总成本提高质量。 毛坯的类型有：铸件、锻件、型材、焊接件、压制件、冲压件等，由于本零件是中批生产，则优先考虑锻件和铸件，虽然成本高，但提高了生产率，零件材料为HT200。零件在机床运行过程中所受冲击不大，结构又比较简单，在考虑零件的力学性能，形状大小等因素后，选择铸件。 铸件采用机器造型，木模，精度等级选8级，查《金属机械加工工艺人员手册》表12-2和12-3得，浇注顶面、侧面的余量为6mm，底面余量为4mm。 2.5工艺过程设计 1）定位基准的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。基准选择的原则有： 粗基准的选择原则： a)尽可能用精度要求高的主要表面作粗基准； b）不加工面作粗基准，且该面与要加工面有一定的位置精度要求； c）余量均匀原则； d）粗基准的表面要尽量光整、光洁、有一定的面积以便于装夹； e)不能重复使用原则。 精基准的选择原则： a）基准重合原则——尽可能使设计基准和原始基准重合； b）互为基准原则——两个位置精度要求较高的表面互为基准； c）基准不变原则——统一基准。 车床支架是一个典型的铸造类零件，它仍具有一般铸造类零件的加工规律，根据以上原则及对零件的分析，拟订出如下的定位基准： a)加工D面和E面时，可先将D面作粗加工，再以加工好的D面作为基准加工E面。 b)加工F面及AC1面、AC2面时，可以加工好的D面或者E面作为基准进行加工。 c)加工孔H1、G1、H2、G2时，可以以加工好的F面作为定位基准进行加工。 d)加工孔B、孔L时，仍可以以加工好的F面作为定位基准进行加工。 2）制定加工工序和选择加工设备及刀、夹、量具 加工工序设计 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。因此确定工艺路线方案如下： 方案一： 工序一：半精铣平面D面、E面 工序二：半精铣平面F面，精铣平面AC1面和AC2面 工序三：钻H1，H2孔，惚孔G1，G2 工序四：钻，扩，铰B孔 工序五：钻，扩，铰L孔 工序六：清除毛刺 方案二： 工序一： H1，H2孔，惚孔G1，G2 工序二：半精铣平面D面、E面钻 工序三：半精铣平面F面，精铣平面AC1面和AC2面 工序四：钻，扩，铰B孔 工序五：钻，扩，铰L孔 工序六：清除毛刺 根据经验，大多数情况下都应该先铣平面再加工孔，会更能容易满足零件的加工要求，因此，工艺路线方案一较为合理，工序集中，工序排列最优，效率也比较高，因此选择工艺路线方案一作为本车床支架的工艺生产路线。 主要表面可能采用的终加工方法，按照精度要求，Ra1.6µm应为精铣或磨削。 按照零件材料，批量大小，现场条件等因素，并对照各加工方法特点及适应范围确定采用铣削加工底面及两端面。 结合主要表面加工及表面形状特点，B孔和L孔采用钻、扩、铰的加工方式。底面上的键宜采用铣削加工方法。 铣削采用立式铣床，B孔和L孔的加工采用立式钻床。 零件在铣床上或者钻床上的加工都应采用专用夹具进行装夹。 立式铣床的主要参数如下： 型号：X5032A 功率：7.5KW 主轴转速：30-1500转/分 立式钻床的主要参数如下： 型号：Z5025 功率：1.5kW 主轴转速：100~1360转/分 3) 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 车床支架零件材料为HT20-40，毛坯为铸件，毛重20kg，数量为2000件/年，属于中批量生产。 根据以上原始资料及加工路线，分别确定加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： A、 外圆表面（Φ42） 考虑零件外圆表面为非加工表面，所以外圆表面为铸造毛坯，没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。 B、 底D面及E面的加工余量 查《机械制造工艺设计简明手册》，取粗铣加工余量为3mm，半精铣平面加工余量为1mm。 C、 底部键F面及AC1面和AC2面的加工余量 查《机械制造工艺设计简明手册》，取粗铣F面加工余量为3mm，半精铣F面加工余量为1mm；粗铣AC1面、AC2面加工余量为3mm，半精铣AC1面、AC2面加工余量为1mm，精铣AC1面、AC2面加工余量为0.5mm D、 钻H1，H2孔，惚孔G1，G2的加工余量 查《机械制造工艺设计简明手册》，并根据加工精度要求，取钻孔H1，H2的加工余量为11mm，惚孔G1，G2的加工余量为6mm。 E、 外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差（Φ20） 查《机械制造工艺设计简明手册》，取钻孔余量为18mm，扩孔余量为1.8mm，铰孔余量为0.2mm。 F、外圆表沿轴线宽度方向的加工余量及公差（Φ18） 查《机械制造工艺设计简明手册》，取钻孔余量为17mm，扩孔余量为1.85mm，铰孔余量为0.15mm 3 夹具设计 3.1夹具的基本知识 夹具最早出现在1787年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期，机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全。夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。 现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，尽管国际生产研究协会的统计表明中不批，多品种生产的工价已占工件种类数的85%左右。然而目前，一般企业习惯于采用传统的专用夹具，在一个具有只能同等生产能力工厂中约拥有13000-15000套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有15%左右，特别最近年来柔性制造系统（FMS）、数控机床（NC）、加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术被广泛应用和推广，使中小批量生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。 综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求： A、能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期； B、能装夹一组相似性特征的工件； C、适用于精密加工的高精度的机床； D、适用于各种现代化制造技术的新技术； E、采用液压泵站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率。 现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面： A、精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿量，其分度可达正负0.1，用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5μm，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度可达0.2-0.5μm B、高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减少工人劳动强度，常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力模块的夹具等。例如使用电动虎钳装夹工件，可使工件效率比普通虎钳提高5倍左右；而高速卡盘则可保证卡爪在转速9000r/min的条件下能正常夹紧工件，使切削速度大幅度提高。 C、柔性化 夹具的柔性化和机床的柔性化相似，它是通过调节组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等，具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数控夹具等，在较长时间内，夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。 D、标准化 夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面，在制造典型夹具，结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和不见的部件的形成；舍弃一些功能低劣的结构，通用化方法包括：夹具、部件、元件、毛坯和材料的通用化，夹具的标准化阶段是通用化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。目前，我国已有夹具零件、部件的国家标准：GB2148-2249-80，GB2262-2269-80以及通用夹具标准，组合夹具标准等。夹具的标准化也是夹具柔性化高效化的基础，作为发展趋势，这类夹具的标准化有利于夹具的专业化生产和有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工，热处理装配，焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床工件中使用的夹具称为机床夹具，在现代生产过程中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度，劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具的设计在企业产品设计和制造以及生产技术装备中占有极其主要的地位，机床夹具设计是一项重要的技术工作。 在机械加工中，机床夹具在机械加工中的功用主要有以下六个方面，然而在不同的生产条件下，应该有不同的侧重点。夹具设计时应综合考虑加工的技术要求，生产成本和工人操作方面的要求以达到预期的效果。 A、保证加工精度 用夹具装夹工件时，能稳定的保证加工精度，并减少对其他工作条件的依赖性，故在精密加工中广泛的使用该夹具，并且它还是全面质量管理的一个重要环节。 B、提高劳动生产率 使用夹具是否能使工件迅速的定位和夹紧并能够显著的缩短辅助加工的时间和基本时间，提高劳动生产率。 C、改善工人的劳动条件 用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气压、液压等装夹工件时，可减少工人的劳动强度保证生产安全。 D、保证工艺纪律 在生产过程中使用夹具可确保生产周期，生产强度等工艺秩序，例如：夹具设计也是工程技术人员解决高难度零件加工的主要手段之一。 E、降低生产成本 在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可明显降低生产成本。 F、扩大机床工艺范围 这是生产条件有限的企业中常用的一种技术改造措施，如车床上的拉削，钻孔加工等，也可用夹具装夹的加工较复杂的成型面。 设计夹具时，应满足下列四项基本要求： A、保证工件的加工精度； 即在机械加工工艺系统中，夹具在满足以下三项要求，工件在夹具中的定位、夹具在机床上的位置、刀具的正确位置 B、保证工人的操作安全 C、达到加工精度的劳动生产率要求 D、满足夹具一定的使用寿命和经济效应 虽然各类机床夹具的结构有所不同但按照主要功能加以分析，机床夹具的基本组成部分是定位元件，夹紧装置和夹具体三个部分，这也好似夹具体的主要内容。 （1）系统定位元件 定位元件是夹具的主要功能元件之一，通常当工件定位基准面的形状确定后，定位元件的结构也就确定了。 （2）夹紧元件 夹紧装置也是夹具的主要元件之一，一般铰链压板、螺钉、夹紧装置等。 （3）夹具体 通常夹具作为铸件的机构、锻件结构、焊接结构、形状有回转体形和底座等多种定位元件，夹紧装置等分布在夹具体不同的位置上。 （4）连接元件 根据机床的工作特点，夹具在机床上的安装连接常有的两种方式：一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上，连接元件用于确定夹具本身在机床上的位置。 （5）对刀和导向装置 对刀装置常见在铣床夹具中，用以对刀块调节铣刀对刀前的位置，对刀时，铣刀不能与对刀块直接相连，以免碰伤铣刀的切削刃和对刀块工作表面。 导向装置钻模板、钻套、镗模的镗模支架。镗套，它们能确定刃具的位置，并引导刀具进行切削。 （6）其他元件或装置 根据加工的需要，有些夹具分别采用分度装夹，靠模装置上下料加工工艺机器人等。 3.2定位原理及方案分析 为了提高生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本文将就工序一半精铣平面D面、E面的专用夹具进行设计。本夹具用于夹持工件方便对其进行加工，所使用的刀具为细齿硬质合金面铣刀。 首先考虑夹具结构的总体方案，夹具结构方案经常是参考生产中已有结构加以改造，以适合本工序的加工要求。也往往需要把几个夹具中采用的结构或机构综合成自己需要的夹具。夹具总体结构也会有几个方案，同样需要从保证工序加工精度、结构简单、操作方便、满足该零件批量生产的生产效率等四个方面，从中选用较优的结构。 由于各类机床自身的工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按照所使用的机床不同，夹具可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。 本次设计的车床支架零件工序一的加工在铣床上完成，因此，本次夹具设计的任务是一个铣床夹具的设计。 铣床夹具的组成主要包括：定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件和对刀元件。而铣床夹具的类型可分为： 1） 直线进给式铣床夹具 2） 圆周进给式铣床夹具 3） 仿形进给式铣床夹具 对于铣床夹具的设计，由于铣削加工的切削力较大，又是断续切削，加工中易引起振动，因此： 夹具的受力元件要有足够的强度和刚度； 夹紧机构所提供的夹紧力应足够大； 要求有较好的自锁性能。 为了提高夹具的工作效率，应尽可能采用机动夹紧机构和联动夹紧机构。并在可能的情况下，采用多件夹紧和多件加工。 铣床夹具的对刀装置，用以确定夹具相对于是刀具的位置。铣床夹具的对刀装置主要由对刀块和塞尺构成。常用的对刀块有： 高度对刀块：用于加工平面时对刀 直角对刀块：用于加工键槽或台阶面时对刀； 成形对刀块：用于加工成形表面时对刀。 本次设计零件车床支架为中批量生产，要求成本低，且在加工过程夹紧力要求不高。 本道工序一半精铣平面D面、E面，在进行本道工序时，其他都是未加工表面。为了保证技术要求，最关键的是要找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 定位分析比较： 方案1：采用压板用螺栓联接，利用汽缸夹紧，这种夹紧方式夹紧力可靠，辅助时间短，工人劳动强度小，但是成本高。 方案2：采用压板，用螺栓、螺母联接，利用手动夹紧，这种夹紧方式夹紧力小，但成本低。 本次设计零件为大批量生产，要求成本低，且在加工过程中夹紧力要求不高，因此夹具夹紧方案选用方案二，利用螺栓、螺母手动夹紧。压板选择为直压板，加工两个零件时，为了防止两工件在长度尺寸上的误差，而导致直压板不能完全压住两工件，因此，在压板两端设计了两个浮动压头，且压板也螺栓、螺母的连接采用球面垫圈，这样就能消除两工件的尺寸误差，因此方案2更合理。 3.3夹具总体设计 夹具是装夹工件的母体，所以，夹具制造要有相对较高的精度，夹具设计中，应首先选用典型的夹紧机构。在满足要求的前提下，选用的标准件越多越好，夹具越简单越好。 首先，基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理可以使加工质量得到保障，生产得到保证，生产率得到提高。 （1）夹具设计说明 本夹具设计时以前道铸造工序成型后的表面作为粗基准，再以加工好的面作为基准加工另外一个面。定位元件用于确定工件在夹具中的位置，使工件相对于刀具及运动轨迹有一个正确的位置。定位元件是夹具的主要功能元件之一，其定位精度将直接影响攻坚饿加工精度。定位元件主要有支承钉、支撑板、可调支承和辅助支承四种。 由于车床支架零件在本道工序之间没有已经加工过的表面，因此使用支承钉作为定位元件较为合适，因此，在本设计中，分别以三个支承钉作为工件F面的定位，限制工件x轴旋转、y轴旋转、z向移动三个自由度。 另外，由于车床支架零件的结构特点具有外圆表面，以外圆定位时，通常采用V型架装置。根据工件的特点，需要采用一个可调支承以使工件能完全定位。 安装时，先将工件放在三个支承钉（消除x轴旋转、y轴旋转、z向移动三个自由度）之上，并靠在右边的支承钉之上（消除x向移动一个自由度），并由一个V型架定向（消除z轴旋转一个自由度），然后调节可调支承（消除y向移动一个方向自由度）转动手柄通过锁紧螺母动作，把工件夹紧，此时六个自由度全部消除。 由于工件的后道工序加工孔时的精度要求不高，因此本夹具使用了工件毛坯底面作为定位基准，并且使用定位钉作为支承。 本夹具夹紧方案为利用螺栓、螺母手动夹紧。压板选择为直压板，加工两个零件时，为了防止两工件在长度尺寸上的误差，而导致直压板不能完全压住两工件，因此，在压板两端设计了两个浮动压头，且压板也螺栓、螺母的连接采用球面垫圈，这样就能消除两工件的尺寸误差。 （2）切削力的计算 在铣削时夹紧力产生的力矩，必须满足《机床夹具设计手册》中所规定的要求，刀具材料：YG8细齿硬质合金面铣刀 刀具有关几何参数： 由《机床夹具设计手册》表1-2-9 可得铣削切削力的计算公式： 查参考文献[13]表得： 对于灰铸铁： 取 ， 即 所以 由参考文献[3]表1-2可得： 垂直切削力 ：（对称铣削） 背向力： （3）夹紧力的计算 根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： 安全系数K可按下式计算： 式中：为各种因素的安全系数，见参考文献[13]表可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。 单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： 式中参数由《机床夹具设计手册》可查得： 其中： 螺旋夹紧力： 易得： 经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的，可以满足切削力的要求。 （4）夹具的误差分析 为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。 与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献[13]可得： ⑴ 平面定位心轴定心的定位误差 ： ⑵ 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： ⑶ 磨损造成的加工误差：通常不超过 ⑷ 夹具相对刀具位置误差：取 误差总和： 从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。 本课题所设计方案如下图所示： 该夹具对工件的定位考虑合理，且夹具结构简单，可适合于中批量生产。 3.4夹具体的设计 夹具体是夹具的基础件，夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成为一个整体。在机械零件的结构设计中需要注意的内容主要有以下四个方面： （1）便于装夹 零件的结构应便于加工时的定位和夹紧，装夹次数要少。 （2）便于加工 零件的结构应尽量采用标准化数值，以便使用标准化刀具和量具。同时还注意退刀和进刀，易于保证加工精度要求，减少加工面积及难加工表面等。 （3）便于数控加工 被加工零件的数控工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性与方便性来作工艺性分析。本道工序所用夹具体的材料为HT200。HT200是灰铸铁的牌号,灰铸铁HT200表ø30试样的最低抗拉强度200MPa. （4）便于测量 设计零件结构时，还应考虑测量的可能性与方便性。 基于以上机械零件结构设计的原则，本夹具的设计外形尺寸是127×95×200，设计壁厚最薄处为18mm. 铣床夹具的夹具体承受较大的切削力，因此要有足够的强度、刚度和稳定性能。通常在夹具体上要适当布置筋板，夹具体的安装面应足够大，且尽可能作成周边接触的形式。 铣床夹具通常通过定位键与铣床工作台T形槽的配合来确定夹具在机床上的方位。定位键与夹具体的配合采用H7/h6。 为了降低夹具体的制造成本，铸造时铸出凸台，在夹具体加工时只加工夹具体上装配表面，这样夹具的精加工部分面积都很小，从而降低了夹具的制造成本。 在夹具设计中，本夹具有以下特点： A、该夹具采用手动夹紧，可靠方便，省时省力，尺寸小，不需要增压装置，结构简单。 B、该夹具采用一面两销定位，误差少，能够满足工件的加工要求； C、工件要求不太高，夹具各公差配合适当放宽，降低了夹具的制造精度， 从而使夹具生产成本不太高，符合夹具设计要求。 一批工件逐个的在夹具上定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，加工后，各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差： 对于车床支架零件来说，因为满足了基准重合的原则，所以△B=0 在夹具设计时，应该注意提高劳动生产率。本道工序中由于是中批量生产，要求成本低，因此铣床夹具就选择了手动夹紧方式。 总结 毕业设计是学生在学完教学计划所规定的全部课程后，总结在校学习成果，应用自己所学知识和能力进行的一次综合性的大实践，在校学习的最后一环，必将对毕业后的工作产生深远的影响。毕业设计培养和锻炼自己对所学知识的灵活应用，通过毕业设计，可以掌握正确的设计方法和设计思维方法，进一步提高自己有关机械制造工艺及设备方面的设计能力，提高制图、计算、文字叙述、运用各种标准、规范、手册的能力，学会调查研究、理论联系实际、锻炼查阅、分析研究国内外有关资料的能力，巩固并扩大知识领域和视野，学习本专业范围内与设计题目有关的专业知识，使自己得到更好的锻炼，以能够胜任将来的工作的需要。 通过两个月多月的辛勤努力，我的毕业设计终于如期完成了。在指导老师的耐心帮助和悉心指导下，我学会了总结设计要求，查阅相关资料，形成整个设计框架和整体思想，最终圆满的完成设计。在整个设计过程中，由于知识的缺乏，出现了不少理论和实践上的错误，在指导老师的耐心指正下才得以解决。她严谨的治学态度和高度的责任心，给我在生活和工作中以很大的影响，我在此表示衷心的感谢。 随着现代机械工业的发展，机床的种类越来越繁多，机床的功能越来越多，为了适应当今机械生产中的特殊要求，专用夹具的应用也越来越广泛。之所以选择车床支架机械加工工艺及夹具设计作为我的设计题目，是因为我发现以前的钻床虽然功能不少，但是有很多不足之处，比如对一些有特殊要求的工件也不能进行批量生产。基于这个前提，我选择了钻床类的专用夹具设计。通过本次设计的钻床专用夹具既可以满足特殊的加工要求又节省了时间、减少了劳动力。 本文对车床支架的机械加工工艺及夹具进行了设计，设计的工程综合了大学里所学的知识，是理论与实际相结合的一个成果。制定了一套切实可行的一套工艺流程和设计了一套较为合理的夹具。 致谢 通过这次毕业设计，使我对零件制造过程、加工工艺和夹具设计都有了更进一步的认识，也加深了，对大学四年中所学基础知识的学习和理解。毕业设计是理论联系实际的最有效方法。在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，在实际中往往存在各种问题。这样，在设计时就必须考虑所设计的机构是否合理，在实际运用中能否正常工作，而不仅仅考虑理论上的可行性，毕业设计使我学会了从实际出发加工零件和设计夹具。 本次设计是在老师的悉心指导和帮助下完成的，我的机械工艺知识有限，在设计中常常碰到问题，是老师不厌其烦的指导，不断的点拨迷津，提供相关资料，才使设计顺利完成。老师的耐心讲解，使我如沐春风，不仅如此，老师严谨的治学态度和高尚的敬业情操深深打动了我，在此，我向老师表示最真诚的感谢。同时，感谢同班同学的支持和帮助，使我更好的完成了毕业设计。 参考文献 [1]卢秉恒，赵万华，洪军主编.机械制造技术基础.机械工业出版社，1999 [2]胡宜明,孟淑华主编.机械制图.高等教育出版社，2001 [3]冯辛安,黄玉美,关慧贞主编.机械制造装备设计.机械工业出版社，2006 [4]浦林祥主编.金属切削机床夹具设计手册.机械工业出版社,1984 [5]赵如福主编.金属机械加工工艺人员手册.上海科学技术出版社,1990 [6]王光斗,王春福.机床夹具设计手册.上海科学技术出版社，2001 [7]李旦，邵东向，王杰主编．机床专用夹具图册[M]，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005 [8]贵州工学院机械制造工艺教研室主编．机床夹具结构图册[M]，贵阳：贵州人民出版社，1983 [9]陈宏钧主编．实用金属切削手册[M]，北京：机械工业出版社，2005 [10]李洪主编．机械加工工艺手册[M]，北京：机械工业出版社，1990 [11]马贤智．机械加工余量与公差手册[M]，北京：中国标准出版社，1994