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北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
第2章 零件的分析 2
2.1、零件的作用 2
2.2、零件的工藝分析 2
第3章 確定毛坯材料及加工余量 4
3.1、選用毛胚的材料 4
3.2、加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定： 4
3.2.1、確定加工余量及毛坯種類(lèi) 4
3.2.2、5-M6-H7深8的螺孔 4
3.2.3、φ38孔的加工余量， 4
3.2.4、φ42孔的加工余量 5
3.2.5、兩側(cè)φ52的加工余量 5
3.2.6、兩側(cè)φ52面螺孔M6 6
第4章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 7
4.1、定位基準(zhǔn)的選擇 7
4.1.1、粗基準(zhǔn)的選擇 7
4.1.2、精基準(zhǔn)的選擇 7
4.2、制定工藝路線 7
4.3、選擇加工設(shè)備及刀、夾、量具 8
4.4加工工序設(shè)計(jì) 8
第5章 銑床夾具設(shè)計(jì) 10
5.1 定位基準(zhǔn)及定位元件選擇 10
5.1.1 工件定位面選擇 10
5.1.2 夾具定位元件選擇 10
5.1.3 定位元件限制不定度分析 10
5.2 夾緊機(jī)構(gòu)及夾緊元件初步選擇 11
5.3 夾具定位元件的設(shè)計(jì) 11
5.4 對(duì)刀方式 12
5.5 計(jì)算切削力和夾緊力 12
5.5.1 計(jì)算切削力 12
5.5.2 計(jì)算夾緊力 12
5.6 夾具體設(shè)計(jì) 13
第6章 車(chē)床夾具的設(shè)計(jì) 14
6.1定位基準(zhǔn)的選擇 14
6.2切削力的計(jì)算與夾緊力分析 14
6.3夾緊元件及動(dòng)力裝置確定 15
圖6-1夾緊元件裝置圖 16
6.4定位銷(xiāo)及夾具體設(shè)計(jì) 16
6.5夾具精度分析 16
圖6-1車(chē)床夾具裝配圖 17
小 結(jié) 18
致 謝 19
參考文獻(xiàn) 20
摘 要
本設(shè)計(jì)是渦輪箱箱體零件機(jī)械加工工藝與專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)，包括了渦輪箱箱體零件的工藝編制、箱體專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)以及撰寫(xiě)了設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
加工工藝和夾具設(shè)計(jì)是現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要流程，加工工藝包括機(jī)械加工工藝流程、各工序的加工 參數(shù)等內(nèi)容，好的機(jī)械加工工藝能夠能夠簡(jiǎn)化加工流程提高加工質(zhì)量。夾具設(shè)計(jì)是工藝流程的一部分，他是工藝裝備的重要組成部分，是除了機(jī)床以外最重要的工藝輔助裝備。
關(guān)鍵詞： 箱體 工藝 夾具
Abstract
This design is the turbine box body parts machining process and special fixture design, including the turbine case the machining process of parts of the body of special fixture design and writing the design specification
Processing technology and fixture design is the important process in the process of modern enterprise production, the processing technology including machining process content such as the processing parameters of each process and good machining process can can simplify machining process to improve quality of fixture design is part of the process, he is an important part of the process equipment, is the most important process in addition to the machine auxiliary equipment
Key words： box process fixture
I
第1章 緒論
機(jī)械加工工藝規(guī)程及專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制造方向大部分專(zhuān)業(yè)課，并且進(jìn)行了一定的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行的一個(gè)綜合性的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們能夠綜合運(yùn)用機(jī)械制造方向?qū)I(yè)課的基本理論知識(shí)，結(jié)合在生產(chǎn)實(shí)習(xí)過(guò)程中體驗(yàn)到的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。獨(dú)立地對(duì)零件進(jìn)行分析并且解決加工工藝中的問(wèn)題，初步具備了一定的對(duì)中等復(fù)雜程度零件（蝸輪箱體）的機(jī)加工工藝規(guī)程和專(zhuān)用夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力。根據(jù)《機(jī)械制造工藝學(xué)》等已學(xué)的專(zhuān)業(yè)課程，參考課本夾具設(shè)計(jì)的實(shí)例，活學(xué)活用的制定出夾具的設(shè)計(jì)方案，并借此機(jī)會(huì)進(jìn)一步鍛煉了運(yùn)用相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)、圖表等專(zhuān)業(yè)的學(xué)術(shù)資料以及編寫(xiě)技術(shù)文件等相應(yīng)的基本能力，為以后所從事的工作打下良好的基礎(chǔ)。
機(jī)床夾具是機(jī)械加工過(guò)程中的重要設(shè)備。機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)及使用是提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著工業(yè)4.0以及中國(guó)制造2025的不斷展開(kāi)，機(jī)床夾具的創(chuàng)新和改進(jìn)已成為了從事機(jī)械行業(yè)的技術(shù)人員和機(jī)械領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者在技術(shù)革新過(guò)程中的一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。
由于能力不足，經(jīng)驗(yàn)欠缺，設(shè)計(jì)中存在的不足之處，還望各位老師多多指點(diǎn)。
0
第2章 零件的分析
2.1、零件的作用
箱體類(lèi)零件用來(lái)支撐和固定軸系零部件，是機(jī)器及部件的基礎(chǔ)部分。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式千奇百怪、多種多樣，但主要特征依然是大同小異，都有著共同的特點(diǎn)比如外形比較復(fù)雜、外壁不均勻且較薄、較多的加工部位、擁有腔形的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、比較難加工。將部件中的軸系零件按其相互位置關(guān)系裝配成一個(gè)整體，保證傳動(dòng)件正確嚙合，按照規(guī)定的傳動(dòng)比關(guān)系協(xié)調(diào)其運(yùn)動(dòng)，使其平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，社會(huì)現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)品需求量較高，大批量生產(chǎn)成為主流。渦輪變速箱在生產(chǎn)、生活領(lǐng)域運(yùn)用十分廣泛。渦輪箱體作為渦輪變速器的載體，他的質(zhì)量好壞直接關(guān)乎渦輪變速器的性能，所以對(duì)渦輪箱體的工藝設(shè)計(jì)要尤為重視。
2.2、零件的工藝分析
根據(jù)蝸輪箱的零件圖可知，材料選用HT200。由于渦輪箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式千奇百怪、多種多樣，外形比較復(fù)雜、外壁不均勻且較薄、較多的加工部位、擁有腔形的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、比較難加工。因此經(jīng)常采用灰鑄鐵來(lái)制造毛坯，灰鑄鐵是一種常用的鑄造材料，能夠承受較大應(yīng)力，具有較高的強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性和抗震性，具備很好的鑄造性能。非常適合用于像渦輪箱箱體這樣的零件。
分析零件圖可知，零件的主要加工工序?yàn)榧庸75大端面、兩側(cè)φ52端面、φ60端面和φ136端面，兩側(cè)φ52孔、中心孔φ38和φ42孔，R75大端面上5-M6-7H孔，φ52端面4-M6孔等φ60端面上2-M10孔。
蝸輪箱零件的兩個(gè)側(cè)面的尺寸精度為168，兩側(cè)孔φ52、與中心孔φ38、φ42孔的公差等級(jí)均為H7級(jí)公差。中心孔φ38、φ42的中心與兩側(cè)孔φ52孔的中心線中心高為71.5±0.2。
中心孔φ38、φ42孔兩端同軸度為0.03mm。
兩側(cè)孔φ52中心線與φ38、φ42中心線的垂直度0.03mm。這些數(shù)據(jù)是進(jìn)行加工工藝編程及專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
由于要裝軸承，加工支承孔時(shí)對(duì)表面粗糙度和加工精度要求都會(huì)相對(duì)較高，故為了不影響軸承外圈與孔之間的配合精度，并且使軸的回轉(zhuǎn)精度降低，對(duì)支撐孔的加工應(yīng)采用較高的尺寸精度、表面粗糙度和尺寸精度。此外在同一軸的各孔之間都存在同軸度方面的要求，以確保軸、軸承之間能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)、順利裝配。相鄰的孔之間若存在蝸輪嚙合關(guān)系的，為了提高蝸輪嚙合的精度，降低噪音、減少震動(dòng)，延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)平行度和孔距尺寸精度要會(huì)有較高的要求。
通過(guò)參考文獻(xiàn)【1】中，對(duì)機(jī)床能所能達(dá)到的位置精度和對(duì)面、孔進(jìn)行加工的經(jīng)濟(jì)精度要求可知，本次設(shè)計(jì)的零件結(jié)構(gòu)的工藝性是可行的，并且可以達(dá)到對(duì)上述條件的技術(shù)要求。
圖2-1零件圖
第3章 確定毛坯材料及加工余量
3.1、選用毛胚的材料
軸承在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于偏心載荷的作用會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，為了保證零部件在工作時(shí)安全可靠，毛坯材料選用強(qiáng)度較高并且具有良好的抗震性和穩(wěn)定性，應(yīng)力承受能力強(qiáng)、價(jià)格也相對(duì)低廉的鑄鐵HT200。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-5,選用鑄件尺寸的公差等級(jí)為CT-7。
對(duì)于這種典型的箱體類(lèi)零件，采用鑄造得到毛坯是一種常用的方法，HT200是一種常用的鑄造材料，有很好的鑄造性能、塑性和韌性，非常適合用于鑄造渦輪箱體這樣的零件。
3.2、加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定：
3.2.1、確定加工余量及毛坯種類(lèi)
選灰鑄鐵HT200作為該零件的鑄造材料,查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-3，選用鑄件的尺寸公差為CT7級(jí)，可得鑄件尺寸公差為1.4mm。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-5得，加工余量為MA-F級(jí)，可得加工余量為2.5-3.0mm。
3.2.2、5-M6-H7深8的螺孔
鑄造過(guò)程中對(duì)毛坯材料不進(jìn)行沖孔操作，鑄造得到的毛坯為實(shí)心?？椎募庸そ?jīng)濟(jì)精度要求為IT8，參照《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.4-24,可得標(biāo)準(zhǔn)公差值為。參考《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.3-8。確定工序尺寸及加工余量為：
鉆孔： φ5.8孔
攻絲： M6
3.2.3、φ38孔的加工余量，
由工序卡片加工要求可知，對(duì)φ38孔的加工分為粗車(chē)、精車(chē)兩個(gè)工序。參照《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.3-8，可得這兩個(gè)工序加工余量如下：
粗車(chē)：其加工余量值為2.0mm;
精車(chē)：其加工余量值為0.3mm。
鑄件毛坯的基本尺寸分別為：
毛坯基本尺寸為φ38-2-0.3=φ35.7
參考《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-3，確定鑄件尺寸公差等級(jí)選用CT7，可得鑄件尺寸公差為1.4mm。
毛坯名義尺寸為φ38-2-1.4-0.3=φ34.3；
毛坯最大尺寸為φ34.3+0.55=φ34.85；
毛坯最小尺寸為φ34.3-0.55=φ33.75；
粗車(chē)工序尺寸為φ36；
精車(chē)工序后尺寸為φ38 0~+0.025mm。
3.2.4、φ42孔的加工余量
由工序卡片加工要求可知，以粗車(chē)、精車(chē)兩個(gè)工序分別對(duì)該φ42孔進(jìn)行加工完成。參照《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.3-8，可得這兩個(gè)工序加工余量如下
粗車(chē)：其加工余量值為2.0mm；
精車(chē)：其加工余量值為0.3mm。
鑄件毛坯的基本尺寸分別為：
毛坯基本尺寸為φ42-2-0.3=φ39.7mm；
參考《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-3，確定鑄件尺寸公差等級(jí)選用CT7，可得鑄件尺寸公差為1.4mm。
毛坯名義尺寸為φ42-2-1.4-0.3=φ38.3mm；
毛坯最大尺寸為φ38.3mm+0.55=φ38.85mm；
毛坯最小尺寸為φ38.7mm-0.55=φ37.75mm；
粗車(chē)工序尺寸為φ40mm；
精車(chē)工序后尺寸為φ42 0~+0.025mm。
3.2.5、兩側(cè)φ52的加工余量
由工序卡片加工要求可知，該φ52孔以粗鏜、精鏜兩個(gè)工序進(jìn)行加工完成。參照《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.3-8，可得這兩個(gè)工序加工余量如下
粗鏜：其加工余量值為2.0mm；
精鏜：其加工余量值為0.5mm。
鑄件毛坯的基本尺寸分別為：φ52-2-0.5=φ49.5mm。
參考《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.2-3，確定鑄件尺寸公差等級(jí)選用CT7，可得鑄件尺寸公差為1.4mm。
毛坯名義尺寸為φ52-2-1.4-0.5=φ48.3mm；
毛坯最大尺寸為φ48.3mm+0.55=φ48.85mm；
毛坯最小尺寸為φ38.3mm-0.55=φ47.75mm；
粗鏜工序尺寸為φ50.25mm；
精鏜工序后尺寸為φ52 0~+0.03mm
3.2.6、兩側(cè)φ52面螺孔M6
由于對(duì)鑄造的毛坯不進(jìn)行沖孔操作，毛坯材料又為實(shí)心。孔的加工經(jīng)濟(jì)精度要求為IT8，參考《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.4-24,標(biāo)準(zhǔn)公差值為。參考《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.3-8。確定工序尺寸及加工余量為：
鉆孔： φ5.8
攻絲： M6
圖3-1蝸輪箱體毛坯圖
第4章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
4.1、定位基準(zhǔn)的選擇
4.1.1、粗基準(zhǔn)的選擇
粗基準(zhǔn)的選擇：對(duì)毛坯材料進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，由于毛坯未加工時(shí)表面粗糙，定位基準(zhǔn)誤差較大，為保證加工精度和加工面與不加工面之間的相互位置要求，通常選擇不加工表面作為粗基準(zhǔn)。而該箱體的孔和箱壁在鑄造時(shí)用的是同一型芯，因此可以根據(jù)孔與箱壁之間的相對(duì)位置關(guān)系，保證加工表面的加工余量合理分配，盡量選則該箱體的主要支承孔作為粗基準(zhǔn)選擇的主要基準(zhǔn)。
4.1.2、精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)的選擇：對(duì)工件進(jìn)行切削加工時(shí)要盡量保證所選的定位基準(zhǔn)與圖紙上標(biāo)注的基準(zhǔn)重合，即圖紙上的尺寸就是加工時(shí)的定位尺寸，避免了應(yīng)為加工基準(zhǔn)和圖紙基準(zhǔn)的不統(tǒng)一所產(chǎn)生的誤差?；鶞?zhǔn)統(tǒng)一是要求在精加工時(shí)，精加工的基準(zhǔn)盡量選取同一個(gè)定位基準(zhǔn)，選用同一個(gè)定位基準(zhǔn)可提高工件的加工精度，避免多次更換基準(zhǔn)以免產(chǎn)生誤差。分析該箱體零件圖可知，該工件底面面積較大且與各個(gè)加工工藝孔平行，適于作為精基準(zhǔn)使用。但值得注意的是，若只使用一個(gè)平面來(lái)進(jìn)行定位的話，則只能限制工件3個(gè)自由度。所以采用典型的一面兩孔定位方法，以此來(lái)滿(mǎn)足加工過(guò)程中基準(zhǔn)統(tǒng)一定位的要求。
4.2、制定工藝路線
機(jī)械加工工藝路線的確定是本課題確定設(shè)計(jì)方案最重要的一步，其次便是機(jī)床專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)。制訂工藝路線的目的是保證工件的尺寸精度、形位公差、位置精度、粗糙度能夠達(dá)到圖紙要求。在夾具設(shè)計(jì)方面通過(guò)采用通用機(jī)床以及專(zhuān)用的夾具設(shè)備，為了最大化的提高加工效率，可以通過(guò)使用最短的加工工序和最方便加工的方式進(jìn)行加工。
通過(guò)分析編寫(xiě)渦輪箱箱體的機(jī)械加工工藝路線方案如下：
工序號(hào) 工 序 內(nèi) 容
鑄造
時(shí)效
10 銑 銑R78大端面
20 銑 粗銑φ60端面、φ136端面
30 銑 半精銑φ60端面、φ136端面，保證尺寸153、20.5、14到位
40 鉆 鉆4-φ13工藝孔
50 車(chē) 粗車(chē)孔φ42和φ38
60 車(chē) 精車(chē)孔φ32和φ38，保證尺寸22、62、30
70 鏜 粗鏜兩側(cè)孔φ52
80 鏜 精鏜兩側(cè)孔φ52，保證達(dá)到孔位H7的公差和168到位
90 鉆 鉆兩側(cè)φ52端面上8-M6孔深8
100 鉆 鉆φ60端面上2-M10
110 鉆 鉆R78大端面上5-M6孔深8
120 去毛刺
130 檢驗(yàn)
140 入庫(kù)
4.3、選擇加工設(shè)備及刀、夾、量具
由于該零件屬于大批量生產(chǎn)，故以通用機(jī)床來(lái)作為主要的加工設(shè)備，再以一定的專(zhuān)用機(jī)床作為輔助。以通用機(jī)床加專(zhuān)用夾具作為主要的生產(chǎn)方式，用專(zhuān)用機(jī)床作為輔助的生產(chǎn)流水線。由人工來(lái)完成工件的裝卸和傳送。
進(jìn)行銑削加工時(shí)，由于對(duì)加工對(duì)象的大小端面進(jìn)行加工?？紤]到便于該工件的定位和夾緊以及夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案等問(wèn)題，采用立式銑床， （參考文獻(xiàn)[1]表3.1-73）。選擇C類(lèi)可轉(zhuǎn)位面銑刀，直徑為D為φ400mm（參考文獻(xiàn)[1]表4.4-40）、專(zhuān)用夾具和游標(biāo)卡尺。
工件的孔系的車(chē)削加工采用CA6140數(shù)控車(chē)床，參照（參考文獻(xiàn)[1]表3.2-44）選擇合適的過(guò)渡盤(pán)、車(chē)刀、游標(biāo)卡尺、專(zhuān)用夾具。
采用搖臂鉆床Z3025對(duì)工件各表面的孔系進(jìn)行鉆削加工（參考文獻(xiàn)[1]表3.1-30），選用錐柄麻花鉆，塞規(guī)、游標(biāo)卡尺、快換夾頭、專(zhuān)用夾具。
使用搖臂鉆床對(duì)螺紋孔進(jìn)行攻絲，其他輔助設(shè)備選用機(jī)用絲錐、螺紋塞規(guī)、絲錐夾頭和專(zhuān)用夾具。
4.4加工工序設(shè)計(jì)
鉆M6螺孔
以灰鑄鐵HT200作為工件的材料，選用X3025作為加工機(jī)床?？椎闹睆綖镸6mm，表面粗糙度為12.5，加工工序?yàn)殂@。刀具選擇為：鉆孔——Φ5mm。攻絲M6
確定進(jìn)給量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z535立式鉆床說(shuō)明書(shū)，取。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表28-8，考率鉆頭所能承受的強(qiáng)度，選進(jìn)給量。由于機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的軸向力（由機(jī)床說(shuō)明書(shū)查出），根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表28-9，得到進(jìn)給量。
由于所選進(jìn)給量遠(yuǎn)小于及，故所選可用。
確定切削速度、軸向力F、轉(zhuǎn)矩T及切削功率 根據(jù)表28-15，由插入法得：
，
，
由于上表給定的加工條件與實(shí)際的加工條件之間存在一定的差異，所以對(duì)以得出的結(jié)論進(jìn)行適度的修正。
由參考文獻(xiàn)[7]表28-3，，，故
查Z535機(jī)床說(shuō)明書(shū)，取。實(shí)際切削速度為
由參考文獻(xiàn)[7]表28-5，，故
校驗(yàn)機(jī)床功率 切削功率為
機(jī)床有效功率
故選擇的鉆削用量可用。即
，，，
相應(yīng)地
，，
第5章 銑床夾具設(shè)計(jì)
由渦輪箱體零件圖可知，對(duì)端面應(yīng)該進(jìn)行銑削加工。根據(jù)工序的要求，本次銑削加工采用立式銑床。如圖4-1立式銑床是一種常見(jiàn)的機(jī)械加工裝備，立式銑床的主軸是垂直布置的，決定了他的加工方向是工作臺(tái)水平移動(dòng)。在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到機(jī)床工作臺(tái)的進(jìn)給方向和進(jìn)給行程。
圖5-1 立式銑床
5.1 定位基準(zhǔn)及定位元件選擇
5.1.1 工件定位面選擇
工件的定位面是工件上直接和接觸的部分，選擇定位面時(shí)應(yīng)該遵循以下原則：選擇大而平整的平面或內(nèi)圓外圓進(jìn)行定位、選擇定位面后要方便后續(xù)的裝夾、定位面所對(duì)應(yīng)的裝夾位置應(yīng)該結(jié)構(gòu)牢固，在裝夾時(shí)保證不得有變形現(xiàn)象。根據(jù)上述原則選擇渦輪殼體底面作為定位面。
5.1.2 夾具定位元件選擇
根據(jù)夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)可知機(jī)床的定位元件有很多種，如定位板、定位銷(xiāo)、支承釘、定位軸、V型塊等。該夾具中，由于定位面都是大而平整的表面，故應(yīng)選用支撐板進(jìn)行定位。
5.1.3 定位元件限制不定度分析
任何物體在空間中都有3個(gè)移動(dòng)自由度和3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，要想確定物體的位置必須將這6個(gè)自由度進(jìn)行限制。對(duì)于渦輪課題銑頂面夾具，在底面用兩塊支撐板限制三個(gè)自由度，兩塊支撐板的作用相當(dāng)于一個(gè)大平面，限制了2個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和1個(gè)移動(dòng)自由度就足夠了。
5.2 夾緊機(jī)構(gòu)及夾緊元件初步選擇
如圖4-2所示，采用移動(dòng)壓板作為夾緊機(jī)構(gòu)。移動(dòng)壓板機(jī)構(gòu)選用的都是標(biāo)準(zhǔn)件，包括移動(dòng)壓板、螺母、雙頭螺柱、彈簧、調(diào)節(jié)支撐。移動(dòng)壓板是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易獲得的夾緊機(jī)構(gòu)，使用移動(dòng)壓板時(shí)，先裝入工件，然后把移動(dòng)壓板的頭部移動(dòng)至需要夾緊的部位，再用扳手?jǐn)Q緊夾緊工件。
圖5-2 移動(dòng)壓板夾緊
5.3 夾具定位元件的設(shè)計(jì)
在夾具底面的縱向槽中裝配兩個(gè)定向鍵，并且距離盡量布置的要遠(yuǎn)一些。經(jīng)過(guò)定向鍵以及銑床的工作臺(tái)U形槽的配合，使本次設(shè)計(jì)的夾具上的定位元件的工作表面相對(duì)于工作臺(tái)的送進(jìn)的方向具有合理的位置關(guān)系。定向鍵可以承受銑削加工時(shí)所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)的力矩，可以降低夾緊夾具的螺栓的負(fù)荷度，提高夾具在加工當(dāng)中的穩(wěn)定性。定位鍵的具體結(jié)構(gòu)如圖4-3。
圖5-3 定位鍵
5.4 對(duì)刀方式
銑床夾具和銑床之間相互位置的確定依靠夾具底面定位鍵與機(jī)床工作臺(tái)T型槽之間的配合。但是當(dāng)把夾具安裝到銑床上后，銑刀位置和工件位置還不確定，這時(shí)就需要對(duì)刀塊來(lái)確定這一位置。對(duì)刀塊可分為直角對(duì)刀塊和圓形對(duì)刀塊，直角對(duì)刀塊能夠確定銑刀兩個(gè)方向上的位置，圓形對(duì)刀塊只能限制銑刀一個(gè)方向上的位置。對(duì)于渦輪機(jī)箱體的加工，使用用圓形對(duì)刀塊塊進(jìn)行對(duì)刀。使用對(duì)刀塊時(shí)，用手動(dòng)方式把操作工作臺(tái)，把對(duì)刀塊逐漸逼近銑刀，在銑刀和對(duì)刀塊之間塞入塞尺，當(dāng)塞尺剛好能在銑刀和對(duì)刀塊縫隙間移動(dòng)時(shí)，此時(shí)刀具和夾具的位置便被確定下來(lái)，通過(guò)減去塞尺的厚度可得到二者之間精確的位置。
5.5 計(jì)算切削力和夾緊力
5.5.1 計(jì)算切削力
根據(jù)《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》表30-19中公式，查加工灰鑄鐵時(shí)端面銑刀的切削力計(jì)算公式為:
公式中各參數(shù)含義如下：
：各種銑刀加工不同材料的切削參數(shù)，對(duì)于端面銑刀加工灰鑄鐵取
：高速鋼銑刀切削力的修正系數(shù)，對(duì)于灰鑄鐵取1.0
：銑削時(shí)各分力與圓周力的比值，對(duì)于對(duì)稱(chēng)端銑取:
其余參數(shù)根據(jù)機(jī)械加工工藝數(shù)值帶入計(jì)算得:
5.5.2 計(jì)算夾緊力
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》孟少農(nóng)表6.3-8中公式
W：作用在工件上的夾緊力
WL：螺旋夾緊力
M：螺旋上的原始作用力M=QL
d2：螺紋中徑
Q：手柄上的的作用力
L：手柄長(zhǎng)度
l1:支撐到螺栓中心線距離
l2:螺栓中心線到夾緊中心距離
q:彈簧彈力（此處忽略不計(jì)）
：機(jī)構(gòu)效率，取0.9
帶入數(shù)計(jì)算單塊壓板的夾緊力為681N，則四塊壓板的夾緊力為2724N，大約工件最大切削力。
5.6 夾具體設(shè)計(jì)
夾具體作為夾具上最大和最復(fù)雜的基礎(chǔ)零件，是整個(gè)夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，也是整個(gè)夾具結(jié)構(gòu)的骨架。該夾具是銑床夾具，還需要選擇安裝定位原件和對(duì)刀塊。故為了滿(mǎn)足有足夠的強(qiáng)度和剛度、安放穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)緊湊和工藝性好，并且重量盡可能輕巧，便于操作，使用安全，所以選擇夾具體為鑄造體。
根據(jù)上述原則設(shè)計(jì)如圖5-4夾具體并繪制零件圖。
圖5-4銑床夾具體零件圖
第6章 車(chē)床夾具的設(shè)計(jì)
由給定零件的零件圖可知，對(duì)該零件的孔系進(jìn)行加工時(shí)，定位的要求比較高，需要保證基準(zhǔn)孔和平面的垂直度。因此，保證垂直度是本步的重點(diǎn)，在此前提之下我們也應(yīng)考慮如何提高加工效率。經(jīng)過(guò)對(duì)工件進(jìn)行結(jié)構(gòu)形狀的分析，將工件的底面放置在鏜模的底板上，工件的定位和夾緊都會(huì)比較可靠，也比較容易進(jìn)行操作，將工件夾緊之后就可以滿(mǎn)足加工要求。
選用CA6140車(chē)床車(chē)φ38孔、φ42孔，用定位夾具固定工件。
6.1定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知，對(duì)工藝孔的加工，有尺寸精度的要求和表面粗糙度的要求，并且與頂面之間還有垂直度的要求。故為了保證在加過(guò)程中各重要支承孔之間的加工余量合理分配，并且保證所加工孔與頂面之間的垂直度要求。根據(jù)精基準(zhǔn)的選用原則，對(duì)工藝孔的加工進(jìn)行定位基準(zhǔn)選擇時(shí)，應(yīng)選擇銑削加工過(guò)后的兩側(cè)表面來(lái)基準(zhǔn)定位。在夾具下底面設(shè)計(jì)一個(gè)固定支撐限制加上三個(gè)壓板來(lái)限制3個(gè)自由度。將側(cè)表面作為主要定位基面并用兩個(gè)定位銷(xiāo)定位，用以限制工件的另外3個(gè)自由度。
因?yàn)樘岣呱a(chǎn)效率是零件加工的一個(gè)重要前提，對(duì)孔的加工依然采用傳統(tǒng)的鉆、擴(kuò)、鉸三個(gè)步驟進(jìn)行，夾緊方式為手動(dòng)。
6.2切削力的計(jì)算與夾緊力分析
在本道工序的加工過(guò)程中，車(chē)削加工的切削力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他切削力，而此道工序中主要進(jìn)行的是孔的鏜削加工。因此對(duì)切削力的計(jì)算應(yīng)以車(chē)削力為準(zhǔn)。由參考文獻(xiàn)[9]得：
車(chē)削力
車(chē)削力矩
式中：
在加工工藝孔時(shí)，采用帶光面壓塊的壓緊螺釘夾緊機(jī)構(gòu)將工件件底面與夾具底板進(jìn)行連接夾緊，此夾緊機(jī)構(gòu)主要靠壓板與壓緊螺釘進(jìn)行夾緊。根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]可查得夾緊力計(jì)算公式：
式中： —單個(gè)螺旋夾緊產(chǎn)生的夾緊力（N）；
—原始作用力（N）；
—作用力臂（mm）；
—螺桿與工件的當(dāng)量摩擦半徑（mm）；
—螺桿端部與工件間的摩擦角（°）；
—螺紋中徑之半（mm）；
—螺紋升角（°）；
—螺旋副的當(dāng)量摩擦角（°）。
由公式可得，根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]表1-2-23可查得點(diǎn)接觸的普通單個(gè)螺旋夾緊力計(jì)算公式：
6.3夾緊元件及動(dòng)力裝置確定
根據(jù)蝸輪箱箱體零件本身的的生產(chǎn)特性，可采用手動(dòng)夾緊方式的夾具。手動(dòng)夾緊結(jié)構(gòu)的夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在平時(shí)的生產(chǎn)過(guò)程中比較常見(jiàn)，應(yīng)用也較為廣泛。因此采用手動(dòng)夾緊裝置來(lái)作為本次加工的夾緊動(dòng)力裝置。用手動(dòng)夾緊方式進(jìn)行夾緊，不僅使夾緊更為可靠可靠，而且機(jī)構(gòu)也可不必自鎖。
選用A型移動(dòng)壓板A12X80型來(lái)作為夾緊元件。夾緊元件裝置圖6-1如下：
圖6-1夾緊元件裝置圖
6.4定位銷(xiāo)及夾具體設(shè)計(jì)
采用對(duì)角定位銷(xiāo)將鏜孔夾具的兩個(gè)側(cè)面孔Φ13與工件進(jìn)行定位，采用M12內(nèi)六角圓柱頭螺釘對(duì)鏜孔夾具的底板對(duì)角處進(jìn)行固定。采用階梯式定位銷(xiāo)在鏜孔夾具上進(jìn)行定位。用M12螺孔固定鏜孔夾具板在對(duì)角處進(jìn)行固定。
6.5夾具精度分析
使用夾具夾緊工件，并在機(jī)床上進(jìn)行切削加工時(shí)，機(jī)床、夾具、工件、刀具等相當(dāng)于一個(gè)整體，它們之間組成了一個(gè)相對(duì)封閉的加工系統(tǒng)，牽一發(fā)而動(dòng)全身。正是它們之間存在的聯(lián)系，才能使工件和刀具之間形成正確位置關(guān)系。因此在設(shè)計(jì)夾具的過(guò)程當(dāng)中，確定設(shè)計(jì)方案之后，應(yīng)對(duì)夾具的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行精確的誤差計(jì)算和精度分析。
銑側(cè)平面，它們的精度由定位夾具的底板的定位精度保證。因?yàn)?
所以能滿(mǎn)足加工要求。
夾具圖如下：
圖6-1車(chē)床夾具裝配圖
小 結(jié)
在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)幫助下順利完成了渦輪箱加工工藝及專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)分為加工工藝設(shè)計(jì)和專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)兩大部分。在機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)部分，通過(guò)對(duì)零件圖樣的分析，合理的編制出一套完整的機(jī)械加工工藝過(guò)程。并查閱相關(guān)參考資料來(lái)確定工件的各種所需數(shù)據(jù)，并根據(jù)圖樣技術(shù)要求確定所需參數(shù)。并由此來(lái)制作工藝卡片。工序卡和工藝卡是指導(dǎo)機(jī)械加工的重要文件，通過(guò)兩個(gè)卡片的編寫(xiě)，讓我清晰明了了機(jī)械加工的過(guò)程，更深刻地理解了加工工藝的內(nèi)涵。
論文的另一部分是專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)。機(jī)床夾具是機(jī)械加工中必不可少的工藝裝備，一套好的夾具，不但能夠保證零件的加工質(zhì)量，還能減少裝夾時(shí)間，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了兩套夾具，一套是銑床夾具，一套是鏜床夾具。通過(guò)本次設(shè)計(jì)過(guò)，我相當(dāng)于重新溫習(xí)一遍之前所修的專(zhuān)業(yè)課程，如機(jī)械加工工藝學(xué)，金屬切削刀具，金屬切削機(jī)床等基礎(chǔ)課程，并深刻的體會(huì)到了專(zhuān)業(yè)課程的重要性。在此設(shè)計(jì)中不僅使我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)得到鞏固和擴(kuò)展，同時(shí)也鍛煉了自己系統(tǒng)解決問(wèn)題的能力，使我更有信心的走向工作崗位。
致 謝
時(shí)光荏苒，白駒過(guò)隙，大學(xué)生涯馬上就要結(jié)束了，忙碌的畢業(yè)季也即將過(guò)去。畢業(yè)設(shè)計(jì)也按照規(guī)定時(shí)間完成并交到畢業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)師那里。鑒于之前課程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，我從一開(kāi)始接到課題，就開(kāi)始著手準(zhǔn)備。通過(guò)學(xué)校的圖書(shū)館和網(wǎng)上查閱了大量資料，翻閱各種設(shè)計(jì)手冊(cè)，理清了自己的設(shè)計(jì)思路和畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。了解到此次畢業(yè)設(shè)計(jì)綜合性很強(qiáng)，涉及到了大學(xué)幾年里所學(xué)的很多知識(shí)，從最基礎(chǔ)的機(jī)械制圖，到機(jī)械制造工藝學(xué)，再到機(jī)床手冊(cè)、夾具手冊(cè)、刀具手冊(cè)、量具手冊(cè)的查詢(xún)等各方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。
在本設(shè)計(jì)過(guò)程中，我曾經(jīng)遇到許多不明白的問(wèn)題，趙老師總是會(huì)不辭辛苦的給我們悉心講解，并指導(dǎo)我去查找相關(guān)的資料書(shū)籍，幫助我們分析設(shè)計(jì)過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)，指點(diǎn)我們選擇更適合的設(shè)計(jì)方案。在此，我特別感謝我的指導(dǎo)老師趙忠澤老師，感謝您這段時(shí)間對(duì)我的輔導(dǎo)和幫助。
畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說(shuō)是我們對(duì)大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的作最后一次系統(tǒng)性的總結(jié)和檢驗(yàn)。想到大學(xué)期間學(xué)習(xí)的各學(xué)科知識(shí)，都是各克任課教師一節(jié)節(jié)耐心教導(dǎo)給我們的。在這里我想對(duì)所有任課教師說(shuō)一句：謝謝老師，你們辛苦了！是你們帶我走進(jìn)機(jī)械世界的大門(mén)，給我們指引了前進(jìn)的方向，讓我們永遠(yuǎn)記得：自信人生二百年，回蕩積水三千里。
還要感謝大學(xué)期間陪伴我的同學(xué)們，大家都在異鄉(xiāng)求學(xué)，一起上課、一起生活，正是同學(xué)之間的互相幫助，讓我們?cè)谶@陌生的城市才有了家的感覺(jué)，感謝你們的陪伴。更要感謝母校北華航天工業(yè)學(xué)院對(duì)我們的培養(yǎng)和教育，祝明天會(huì)更好！
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