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大學課程設計說明書
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目錄
目錄 I
第1章 零件圖的分析 2
1.1 零件結構功用分析 2
1.2 零件技術條件分析 2
1.3 零件結構工藝性分析 2
第2章 工藝規(guī)程設計 4
2.1 毛坯類型 4
2.1.1 毛坯余量確定 4
2.1.2 毛坯－零件合圖草圖 4
2.2 加工方法分析確定 5
2.2.1 加工順序的安排 5
2.2.2 定位基準選擇 6
2.2.3 加工階段的劃分說明 6
2.2.4 主要機加工工序簡圖 6
2.3 工序尺寸及其公差確定 12
2.4 切削用量及工時定額確定 16
第3章 夾具設計 22
3.1 研究原始質料 22
3.2 定位、夾緊方案的選擇 22
3.3 切削力及夾緊力的計算 22
3.4 誤差分析與計算 25
3.5 定位銷選用 26
3.6 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用 26
3.7 確定夾具體結構和總體結構 27
3.8 夾具設計及操作的簡要說明 28
結論 30
參考文獻 31
致謝 32
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第1章 零件圖的分析
1.1 零件的工藝分析
零件的材料為 20GrMoTi， 需要模鍛， 模鍛性能優(yōu)良， 工藝較復雜 ，但尺寸精確，加工余量少，為此以下是十字軸需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
1、 四處Φ25外圓及四個Φ8、Φ4的內孔、
2、右端面Φ50×60°內孔及M8絲孔。
3、Φ25外圓的同軸度為0.007，位置度為Φ0.02，兩端的對稱度均為0.05.
由上面分析可知，可以先上四爪卡盤粗車，然后上彎板采用專用夾具壓緊、找正進行加工，并且保證形位公差精度要求。 并且此 零件沒有復雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
第2章 工藝規(guī)程設計
2.1 毛坯類型
已知此 十字軸零件的生產(chǎn)綱領為5000件/年，零件的質量是083Kg/個，查《機械制造工藝設計簡明手冊》第2頁表1.1-2，可確定該撥叉生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設備以通用設備為主，大量采用專用工裝。
零件結構又比較簡單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故選擇鍛模鍛造毛坯。查《機械制造工藝設計簡明手冊》第41頁表2.2-5,選用鑄鍛件尺寸公差等級為CT-10。
2.1.1 毛坯余量確定
查《機械制造工藝設計簡明手冊》第41頁表2.2-5，選用加工余量為MA-H級，并查表2.2-4確定各個加工面的鍛件機械加工余量，如下表所示：
表2-1
簡 圖
加工面代號
基
本
尺
寸
加工余量等級
加工
余量
說
明
a
25
H
2
雙側加工
b
25
H
雙側加工
c
25
H
5
雙側加工
d
25
H
5
雙側加工
2.2 加工方法設計
2.2.1 選擇定位基準
1 粗基準的選擇：作為粗基準的表面應平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面缺欠。該工件選擇φ25外圓面和左端面作為粗基準。采用左端面作粗基準加工右端面，可以為后續(xù)工序準備好精基準。
2 精基準的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，以粗加工后φ25的軸線為主要的定位精基準，采用小彎板為輔助的定位精基準。
2.2.2 指定工藝路線
生產(chǎn)過程是指將原材料轉變?yōu)槌善返娜^程。它包括原材料的準備、運輸和保存，生產(chǎn)的準備，毛坯的制造，毛坯經(jīng)過加工、熱處理而成為零件，零件、部件經(jīng)裝配成為產(chǎn)品，機械的質量檢查及其運行試驗、調試，機械的油漆與包裝等。
工藝過程是指在生產(chǎn)過程中，通過改變生產(chǎn)對象的形狀、相互位置和性質等，使其成為成品或半成品的過程。機械產(chǎn)品的工藝過程又可分為鑄造、鍛造、沖壓、焊接、機械加工、熱處理、裝配、涂裝等工藝過程。其中與原材料變?yōu)槌善分苯佑嘘P的過程，稱為直接生產(chǎn)過程，是生產(chǎn)過程的主要部分。而與原材料變?yōu)楫a(chǎn)品間接有關的過程，如生產(chǎn)準備、運輸、保管、機床與工藝裝備的維修等，稱為輔助生
由于零件加工表面的多樣性、生產(chǎn)設備和加工手段的加工范圍的局限性、零件精度要求及產(chǎn)量的不同，通常零件的加工過程是由若干個順次排列的工序組成的。工序是加工過程的基本組成單元。每一個工序又可分為一個或若干個安裝、工位、工步或走刀。毛坯依次通過這些工序而變成零件。
1. 工序 工序是一個或一組工人，在相同的工作地對同一個或同時對幾個工件連續(xù)完成的那一部分工藝過程。 工序是組成工藝過程的基本單元，也是生產(chǎn)計劃、成本核算的基本單元。一個零件的加工過程需要包括哪些工序，由被加工零件的復雜程度、加工精度要求及其產(chǎn)量等因素決定
2.2.3 表面加工方法的確定
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,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,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。查《機械制造課程設計指導書》10頁表1-6、1-7、1-8， 選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
表2-2：十字軸零件加工方案
加工項目
尺寸公差等級
粗糙度
加工方案
備注
Φ25外圓
IT8
6.3
粗車-半精車
表1-6
左右端面
IT10
12.5
粗 車
表1-6
Φ25外圓
IT8
6.3
粗車-半精車
表1-8
上下端面
IT10
12.5
粗 車
表1-7
Φ 23、孔
IT9
3.2
鉆---鉸
表1-7、
內螺紋M8
IT6
3.2
攻螺紋
表1-10
Φ 4孔
IT12
12.5
鉆
表1-7
Φ8孔
IT12
12.5
鉆
表1-7
2.2.4 加工階段的劃分
在粗加工階段。首先將精基準準備好，使后續(xù)工序都可以采用精基準定位加工，保證其他加工表面的精度要求；首先φ25圓面作為粗基準粗車右端面及φ25，然后以此圓軸線及端面為精基準加工其他面和孔。在采用小彎板加工 另一部分，以保證其形位公差之要求。
選用工序集中原則安排十字軸的加工工序。該零件的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可以采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可以縮短輔助時間，而且由于與一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各種加工表面之間的相對位置精度要求。
2.2.5 工序順序的安排
機械加工工序
（1）遵循“先基準后其他”原則，首先加工基準——φ25外圓軸線及端面 。
（2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3）遵循“先主后次”原則，先加工主要表面
（4）遵循“先面后孔”原則，先加工外圓面、端面，再加工孔，確定工藝路
2.2.6 確定工藝路線
表2-3：工藝路線
工序
工序名稱
機床裝備
刀具
量具
1
粗-半精車φ25 兩處
車床
車刀
游標卡尺
2
粗車左右端面
車床
車刀
游標卡尺
3
粗-半精車φ25 兩處
車床
車刀
游標卡尺
4
粗車上下端面
車床
車刀
游標卡尺
5
鉆鉸φ8絲孔φ23×60°內孔，
車床
鉆頭鉸刀
塞規(guī).卡尺
6
攻螺紋M8
車床
絲錐
塞規(guī).卡尺
7
鉆φ4、φ8孔
鉆床
鉆頭錐度鉸刀
游標卡尺
8
中檢
游標卡尺
10
熱處理
淬火機等
12
終檢
塞規(guī)、百分表、卡尺等
加工設備和工藝設備
1 機床的選擇：采用CA6140普通車床、鉆床。磨床
2 選擇夾具：該零件的生產(chǎn)綱領為大批生產(chǎn)，所以采用專用夾具。
3選擇量具：采用塞規(guī).雙用游標卡尺。
2.3 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定
2.3.1 鉆鉸φ8絲孔的工序尺寸
由表2-28課查得，精鉸余量Z=0.2mm，加工等級為IT8，公差為0.015鉆孔余量為Z鉆=4.8mm，加工等級為IT12，公差為0.15。
表2-3 鉆鉸φ8 孔加工工序的加工余量
項目
內容
精度等級
工序尺寸
粗糙度
工序余量
公差
Φ8絲孔
鉆
IT12
Φ7.8
12.5
4.8
0.15
鉸
IT8
Φ8
3.2
0.2
0.015
2.3.2 工序計算
刀具：鉆頭直徑為7.8mm的高速鋼鉆頭，絲錐直徑為8mm 。
機床：CA6140
⑴背刀吃量аp的選擇
粗加工時根據(jù)加工余量和工藝系統(tǒng)剛度確定аp=7.8mm。
⑵進給量的確定 由表5-22，選取該工步得進量f=0.1mm/r。
⑶切削速度的計算 由表5-31，按工件材料為鑄鐵的條件選取，切削速度v=20m/min選取。由公式n=1000v/d可求得該工序鉆頭鉆速n=1326r/min,參照表4-9所列CA6140得主軸轉速，取轉速n=1360r/min。再將此轉速代入公式v=nd/1000=20.5m/min。
2.3.3 時間定額的計算
工序6：鉆Φ8絲孔
鉆孔工步
根據(jù)表5-51，鉆孔的基本時間可由公式：
求得：,;f=0.1mm/r;n=1360r/min。則該工步的基本時間t=(22+2.4+2)/0.1mm/r x 1360r/min=10.8s。
攻絲孔工步
根據(jù)表5-41，鉸孔基本時間可由公式：t=L*i/fn=(LP+l1)*i/fn, LP=(D-d)/2*tankr, kr=15°，l1=1mm，f=1mm/r，n=195r/min則該工步的基本時間t=20s。
輔助時間的計算tf
輔助時間tf基本時間t之間的關系為tf=（0.15-0.2）t。
鉆孔輔助時間tf=0.2×10.8=2.2s。
鉸孔輔助時間tf=0.2×20=4s。
2.3.4 其它時間計算
除了作業(yè)時間以外，每道工序的單件時間還包括布置工作時間、休息與生理需要時間和準備與終結時間。由于該設計的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，分攤到每個工件上的準備與終結時間甚微，可忽略不計。布置工作地時間tb是作業(yè)時間的2%-7%，休息與生理時間tx是作業(yè)時間的2%-4%，本設計均取3%，則工序的其他時間（tb +tx）可按關系式（3%+3%）×（tf+t）計算。
工序6的其他時間：tb +tx=6%×（10.8s+20s+4s）=2s
單件計算時間td=2s+10.8s+20s+4s=36.8s
第3章 夾具設計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。并設計工序7—— M8孔的夾具。本夾具將用于Z525立式鉆床，刀具為高速鋼麻花鉆。
3.1 問題的提出
夾具是一種能夠使工件按一定的技術要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝備，它廣泛地運用于機械加工，檢測和裝配等整個工藝過程中。在現(xiàn)代化的機械和儀器的制造業(yè)中，提高加工精度和生產(chǎn)率，降低制造成本，一直都是生產(chǎn)廠家所追求的目標。正確地設計并合理的使用夾具，是保證加工質量和提高生產(chǎn)率，從而降低生產(chǎn)成本的重要技術環(huán)節(jié)之一。同時也擴大各種機床使用范圍必不可少重要手段。
本夾具主要用來鉆 M8孔，沒有技術要求，在本工序加工時還應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度，而其位置尺寸為自由公差，精度不是主要問題。
3.2 定位、夾緊方案的選擇
1、定位基準選擇
由零件圖可知，M8孔 ，沒有技術要求，為使定位誤差為零，應該選擇軸線為定位基準保證該角度。選擇固定V型塊和支撐釘作為定位元件。
2、夾緊方案的選擇
由于零件的部位為軸類形狀，為了提高加工效率，現(xiàn)決定采用手動壓板的夾緊裝置工件快換裝置，位于零件的兩邊，使得夾緊力均衡，夾緊更加牢固。
3.3 切削力及夾緊力的計算
刀具：麻花鉆頭6。
則軸向力：見《工藝師手冊》表28.4
F=Cdfk
式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35
F=
轉矩：
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=
功率：
在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)：
式中 K—基本安全系數(shù)，1.5;
K—加工性質系數(shù)，1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=
鉆削時：
T=17.34 N
切向方向所受力:
取
F=4416
F> F
所以,時工件不會轉動,故本夾具可安全工作。
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]表可得：
所以有：
該孔的設計基準為中心軸，故以回轉面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則； 參考文獻，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
軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
在計算切削力時必須把安全系數(shù)考慮在內，安全系數(shù)
由資料《機床夾具設計手冊》查表可得：
切削力公式：
式中
查表得：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表得：
安全系數(shù)K可按下式計算，由上式有：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表 可得：
所以 ：
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用螺旋夾緊機構。
3.4 誤差分析與計算
該夾具以V型塊和支撐釘定位，為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
⑴銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有：。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.5 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結構如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。
圖3-1 可換鉆套
表3-1 鉆套尺寸
d
D
D1
H
t
基本
極限
偏差F7
基本
極限
偏差D6
＞0～1
+0.016
+0.006
3
+0.010
+0.004
6
6
9
--
0.008
＞1～1.8
4
+0.016
+0.008
7
＞1.8～2.6
5
8
＞2.6～3
6
9
8
12
16
＞3～3.3
+0.022
+0.010
＞3.3～4
7
+0.019
+0.010
10
＞4～5
8
11
＞5～6
10
13
10
16
20
＞6～8
+0.028
+0.013
12
+0.023
+0.012
15
＞8～10
15
18
12
20
25
＞10～12
+0.034
+0.016
18
22
＞12～15
22
+0.028
+0.015
26
16
28
36
＞15～18
26
30
0.012
＞18～22
+0.041
+0.020
30
34
20
36
HT200
＞22～26
35
+0.033
+0.017
39
＞26～30
42
46
25
HT200
56
＞30～35
+0.050
+0.025
48
52
＞35～42
55
+0.039
+0.020
59
30
56
67
＞42～48
62
66
＞48～50
70
74
0.040
鉆模板選用鉆模板，用沉頭螺釘錐銷定位于夾具體上。
3.6 確定夾具體結構和總體結構
見cad圖
對夾具體的設計的基本要求
（1）應該保持精度和穩(wěn)定性
在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。
（2）應具有足夠的強度和剛度
保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。
（3）結構的方法和使用應該不錯
夾較大的工件的外觀，更復雜的結構，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結構的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結構應該簡單。
（4）應便于鐵屑去除
在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應在夾具體上面。
（5）安裝應牢固、可靠
夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或實現(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結構，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。
加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便于鐵屑。此外，夾點技術，經(jīng)濟的具體結構和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便排出鐵屑。
3.7 夾具設計及操作的簡要說明
為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機構）。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進行調整換取。
結論
本次設計從零件的毛坯生產(chǎn)到最終成品，中間經(jīng)過了銑、鏜、鉆、攻螺紋、打毛刺等工序。因為是批量生產(chǎn)，工序就分得很散，中間就可省去換刀具和調試的時間。在每道工序中都有計算切削用量和工時。
在本次設計中已無大的問題，基本達到了要求。只是在夾具的設計中沒有能提出多中方案進行分析比較，有所不足。
參考文獻
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致謝
本文是在指導老師精心指導和大力支持下完成的。老師以其嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。在此次課程設計過程中我也學到了許多有關設計方面的知識，對其現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢有了很大的了解。
通過這次模具設計，本人在多方面能力都得到了提高。通過這次課程設計，綜合運用了本專業(yè)所學課程的理論知識和結合生產(chǎn)實際知識進行一次夾具設計，通過實際設計從而培養(yǎng)和提高了自己的獨立工作能力，鞏固與擴充了夾具方面設計等課程所學的內容，掌握夾具設計的方法和步驟，掌握加工工藝設計的基本的夾具技能，懂得了從分析零件的工藝性入手，確定工藝方案，了解了夾具的基本結構，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了相應規(guī)范和標準，同時對各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。并提高了查閱設計資料和手冊的能力，熟悉了設計中的標準和規(guī)范等。
在這次設計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設計夾具的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。
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