磨齿机蜗杆箱体加工工艺及夹具设计【铣上端面】【镗孔】【说明书+CAD】
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磨齿机蜗杆箱体加工工艺及夹具设计【铣上端面】【镗孔】【说明书+CAD】,铣上端面,镗孔,磨齿机,蜗杆,箱体,加工,工艺,夹具,设计,端面,说明书,CAD
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湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 摘要机械制造工艺业在中国取得了长足发展，一国之发展离不开机械制造工业。机械制造工艺包括车削、铣削、刨削等,它们的工序安排、切削用量、刀具参数等会影响到零件质量。我所设计的是箱体制造工艺及夹具的设计，本次设计内容包括机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合测量以及CAD绘图等多方面的知识。专用夹具的设计可减少装夹时间、提高生产效率、降低劳动强度。此次设计促进我综合运用大学四年里所学的理论知识并融入实习期间的在工厂实践经验，提高分析和解决工艺问题、工艺规程以及专用夹具设计，运用有关手册、图表资料的能力。为今后所从事的行业打基础、做铺垫。关键词：机械加工工艺，机床夹具。 ABSTRACTMachinery manufacturing industry development in China have a great progress and the development of a nation depends on the mechanical manufacturing industry. Mechanical manufacturing technology including turning, milling, planing, and so on ,their process arrangement, cutting parameter, cutting tool parameters and so on affecting the parts quality. This design has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, CAD and so on the various knowledge.I design the manufacturing process and fixture used in the design, machine tool fixture design and cartography curriculum. Special fixture can reduce clamping time and improve production efficiency, reduce labor intensity. This design to promote my comprehensive use the theoretical knowledge into the internship experience in factory, analyze and solve process problems, the ability of process planning and special fixture design, and use the relevant manuals, charts, data. Also exercise the query literature . In the industry for the future is in groundwork.Keywords：machining process，machine tool fixture 目录第一章 前言- 1 -第二章 机械加工工艺规程制订- 2 -2.1零件的工艺分析- 2 -2.1.1磨齿机功能- 2 -2.1.2磨齿机蜗杆箱体功用- 2 -2.1.3磨齿机蜗杆箱体结构及特点- 2 -2.2 主要加工部分要求- 3 -2.3 毛坯及基准的选择并拟定加工路线- 3 -2.3.1 确定毛坯的材料和尺寸公差- 3 -2.3.2 确定毛坯的技术要求- 4 -2.3.3绘制零件毛坯图- 4 -2.3.4 基准的选择- 4 -2.3.5拟订机械加工工艺路线- 5 -2.3.6 工艺路线方案的分析- 6 -2.4 确定机械加工余量工序尺寸及公差- 6 -2.5 选择机床及工艺装备确定切削用量及基本工时- 7 -2.5.1加工测量用具的选择- 7 -2.5.2 确定切削用量及基本工时- 7 -第三章 铣床夹具设计- 18 -3.1夹具方案设计及基准选择- 18 -3.1.1在确定基准时需要注意以下几点- 18 -3.1.2工件在定位时定位原理- 18 -3.1.3粗基准精基准选择- 18 -3.1.4工装夹具设计的基本原则- 19 -3.2工装夹具设计的基本知识及基准的选择- 19 -3.2.1夹具设计基本要求- 19 -3.2.2工装夹具设计基本方法- 19 -3.2.3基准的选择- 19 -3.3定位方案及定位元件的确定- 20 -3.3.1 工件及平面定位- 21 -3.3.3 铣床夹具及其零件选用- 21 -3.4切削力及夹紧力计算- 23 -3.4.1夹紧力及方向的确定.-23-3.4.2 夹紧力作用点的选择- 23 -3.4.3夹紧力的计算- 24 -3.5 定位误差分析- 25 -第四章 镗床夹具设计- 26 -4.1夹具设计相关知识- 26 - 4.1.1夹具设计基本过程- 26 - 4.1.2夹具设计基本知识- 26 - 4.1.3夹具设计的基本方法- 26 - 4.1.4设计步骤- 26 - 4.1.5工装夹具制造精度要求- 26 - 4.1.6定位原理及类型- 27 - 4.1.7定位误差的分析- 27 -4.2夹紧力方向及作用点确定- 28 - 4.2.1确定夹紧力方向- 28 - 4.2.2夹紧力可靠性- 28 - 4.3夹紧力计算- 28 - 4.4夹具体设计夹紧机构类型及夹具装配图设计- 29 - 4.5导向支架的布置形式- 30 - 4.6镗床夹具的基本组成与设计特点- 31 - 4.6.1夹具组成- 31 - 4.6.2镗套的选择与设计- 31 - 4.6.3镗孔要考虑的问题- 32 - 4.6.4镗床夹具夹紧方式- 32 - 第五章 结论- 35 -参考文献- 36 -致谢- 37 -附录A 数控编程程序- 38 -附录B 机械加工工艺卡附录C 机械加工工序卡 第一章 前言随着中国科技发展，国家更加注重自主创新，因此中国工业近几年来取得了飞速发展，工艺装备的制造与发展标志着，一个国家制造行业的综合能力。工业化水平越高经济发展也越快，所以一个国家要想真正的强盛起来必须，提高自主创新能力，提高制造行业的发展速度。我国的机械制造装备正向着高效高速高精度方面发展，智能化制造方法，及智能化装备也有了新的发展，国家实施绿色可持续制造方案，使得重要资源可重复利用，大大减少了资源的浪费，提高能源使用效率同时造福后代。零件的加工离不开夹具的设计，夹具设计需要很强的专业知识，相关数据要查很多的相关书籍，设计时必须考虑全面，才能设计出符合加工工艺要求的好的夹具，一个夹具的好坏很大程度的影响零件加工精度，这更要求我们机械男们对专业知识掌握得更加熟练，发扬我们一丝不苟刻苦钻研的优良品质。中国的繁荣与昌盛，需要一代又一代机械工程师，不辞辛劳，严谨治学，勇于创新，刻苦钻研，只有全身心的投入，才能创造出有益于人民有益于社会和国家的好产品。 第二章 机械加工工艺规程制定2.1零件的工艺分析2.1.1磨齿机功能：磨齿机利用砂轮为磨具加工圆柱齿轮或某些齿轮加工刀具齿面的齿轮加工机床。用于消除热处理后变形和提高齿轮精度，磨削后齿精度可达 63级或更高。2.1.2磨齿机蜗杆箱体功用：（1）支撑作用。蜗轮、蜗杆是通过轴承安装在箱体壁上的，由箱体承载力。（2）容器、散热作用。蜗轮、蜗杆工作时，如润滑不良，啮合接触面将剧烈摩擦、生热，损坏蜗轮蜗杆，所以有足够润滑油保证润滑。2.1.3磨齿机蜗杆箱体结构及特点：上表面有两个M12的螺纹孔，一个8的通孔，下端台阶面有十个的沉孔和两个通孔，为了放置涡轮箱体上下表面开了两个圆弧，左侧表面有四个M8螺纹孔，左侧右侧各一通孔用来安装蜗杆，左侧通孔用来安装轴承。上下表面粗糙度为3.2,孔壁表面粗糙度1.6,属于中等和高精度加工。零件视图如下图2.1所示。 （a）主视图（b）侧视图图2.1 零件图2.2 主要加工部分要求 (1)上表面的加工先加工上表面，以上表面为基准加工下表面，上表面粗糙度为Ra3.2m。(2) 下表面加工下表面粗糙度为Ra3.2m以下表面为基准加工沉孔,并加工上表面的螺纹孔和通孔。(3) 箱体上表面两个M12螺纹孔和一个8通孔M12螺纹孔用来连接机床中其他零件。在加工过程中，对孔没有太高的精度要求，8表面粗糙度为Ra3.2m。(4) 镗孔以下表面为基准镗孔用于安装蜗杆,孔的表面粗糙度要求较高Ra1.6m。(5) 加工左右平面左平面上有大沉孔用来安装轴承，左右平面精度为Ra3.2m。安装轴承，孔内壁粗糙度为Ra1.6m。(6) 加工左侧面四个螺纹孔用于箱体左侧面固定。(7)倒角C2为了方便安装轴承。2.3 毛坯及基准的选择并拟定加工路线2.3.1 确定毛坯的材料、和尺寸公差（1）蜗杆箱体材料为铸造碳钢牌号为ZG270-550有较好的塑性焊接性良好，应用广泛，应用于轧钢机架，轴承座，连杆，箱体，横梁，曲轴，缸体，等零件材料。（2）由于零件长度为595mm,宽度为190mm,高度为190mm,零件最大几何尺寸为595mm,所以根据机械加工工艺手册选择沙型铸造。（3）该底座的各个平面粗糙度分别是Ra3.2m，Ra1.6m,6.Ra12.5m。需要进行二次铣削：粗铣，半精铣，即可满足加工要求。根据资料可知，选取加工余量等级为G，选取尺寸公差等级为9级。根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，这样毛坯的尺寸就可以定下来了。2.3.2 确定毛坯的技术要求锻件不应有明显尺寸误差，晶粒不均匀、裂痕等缺陷。锻件表面应清除毛刺、飞边等。退火处理硬度为174207HBS，以消除内应力，改善切削加工性能。2.3.3绘制零件毛坯图根据圆盘零件图，在各加工表面上加上机械加工的余量，绘制毛坯图，并标注尺寸和技术要求，如下图所示。 (a) 主视图 (b) 侧视图 图2.2 毛坯图2.3.4 基准的选择(1)以下表面为粗基准加工上表面。(2)以侧面和上表面为精基准加工下表面。(3)以下表面为基准加工，下表面台面上的沉孔和通孔。(4)以上表面和后端面为基准，加工上表面的螺纹孔和通孔。(5)以下表面和沉孔为基准，配合镗床夹具镗孔。(6)以下表面为基准，加工左侧12个螺纹孔。(7)以下表面和两个沉孔为基准加工前后两端面。2.3.5拟订机械加工工艺路线(1) 确定各表面的加工方法根据加工表面加工精度表面粗糙度要求，选定如下加工方法：因为箱体零件各表面均为大平面，所以用铣床，铣削加工。通孔和螺纹孔基本为小孔，用钻床钻削加工。大的孔已铸造出，需用镗削镗孔。具体加工方法的分析如下：前后左右四个表面粗糙度Ra3.2m，端面表面粗糙度Ra3.2m，公差等级IT7，查表可知粗铣精铣可达到要求。通孔表面粗糙度为Ra3.2m，公差等级IT7,钻削加工。支承蜗杆的两个大通孔使用镗床粗镗半精镗镗削加工,表面粗糙度为Ra1.6m。沉孔表面粗糙度为Ra12.5m用钻削加工。(2)拟定加工艺过程如下表2.3表2.3 机械加工工艺过程工序号工序名称工 序 内 容车间设备工 艺 设 备1铣粗铣上部内表面金工铣床 游标卡尺，硬质合金钢铣刀1铣半精铣上部内表面金工铣床 游标卡尺，硬质合金钢铣刀2钻 钻28通孔金工钻床 高速钢钻头 游标卡尺2 钻 钻615通孔金工钻床 高速钢钻头 游标卡尺3铣 粗铣左端面 金工 铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀3铣 半精铣左端面金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀3铣 粗铣左台阶端面 金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀3铣 粗铣81左侧端面金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀3铣 半精铣81左侧端面金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀4铣 粗铣后面金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀4铣 粗铣后台阶面金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀5铣 粗铣前面金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀5铣 粗铣后面金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀5铣 粗铣后台阶面金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀6铣粗铣左侧台阶面金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀7镗 粗镗孔金工镗床游标卡尺，硬质合金钢镗刀7镗 半精镗孔金工镗床游标卡尺，硬质合金钢镗刀 7镗 精镗孔金工镗床游标卡尺，硬质合金钢镗刀8镗 粗镗孔金工镗床游标卡尺，硬质合金钢镗刀8镗 半精镗孔金工镗床游标卡尺，硬质合金钢镗刀8镗 精镗孔金工镗床游标卡尺，硬质合金钢镗刀8镗 粗镗孔金工镗床游标卡尺，硬质合金钢镗刀8镗 半精镗孔金工镗床游标卡尺，硬质合金钢镗刀8镗 精镗孔金工镗床游标卡尺，硬质合金钢镗刀9铣 粗铣顶面金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀9铣 半精铣顶面金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀10钻 钻 16M8螺纹孔 金工钻床游标卡尺，麻花钻10 攻 攻 16M8螺纹孔 金工钻床 游标卡尺，丝锥11 钻 钻2M12螺纹孔 金工钻床游标卡尺，麻花钻11 钻 钻8孔金工钻床游标卡尺，麻花钻11 攻 攻2M12螺纹孔 金工钻床 游标卡尺，丝锥12铣 粗铣圆弧金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀12铣 粗铣圆弧金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀13 车 车倒角金工车床 游标卡尺，90车刀13 铣 粗铣台阶上表面金工铣床游标卡尺，硬质合金钢铣刀2.3.6 工艺路线方案的分析 按工序集中原则组织工序，该零件在车床上需装夹多次才可以完成大部分部位，减少工件装夹次数，工艺路线短，易于保证加工面相互位置精度，减少工件在工序间运输、辅助和准备。按照该加工方案加工，加工工序分散，加工各孔时，定位采用精基准，加工精度高，各个表面很重要，要保证符合加工原则中“先主要后次要”加工原则。该零件加工面分散适应中小批量生产，尽量采自动机床或专用机床配专用夹具，尽量使工序集中满足生产率和保证质量要求。2.4 确定机械加工余量、工序尺寸及公差加工余量用查表确定。确定工序尺寸一般方法：由加工表面最后工序往前推算，最后工序工序尺寸按零件图样要求标注。当无基准转换，同一表面多次加工工序尺寸只与工序加工余量有关。基准不重合，工序尺寸用工艺尺寸链求算。中间工序尺寸按“单向、入体”原则标注，毛坯和孔心距公差带一般取双向对称布置。中间工序尺寸公差从相应的加工经济精度表中查得。箱体零件第一道工序各工步无基准转换，其余表面加工均用统一基准且基准重合，只需查得加工余量，便可定工序尺寸。2.5 选择机床及工艺装备确定切削用量及基本工时 2.5.1加工测量用具的选择（1)机床的选择 由于加工零件孔尺寸不大，该工序中又包含了十个工步，为减少装卸刀时间，因此，卧式镗床TA617比较合适。 粗铣台阶侧面，为提高效率且考虑到是大批量生产，以所选用的机床使用范围较广为宜，因此，选用立式铣床X5020B能满足加工要求。由于孔的尺寸不大，故采用立式钻床Z5215A上在夹具的辅助下进行钻孔效率更高。(2)选择刀具该磨齿机蜗杆箱体加工属中小批量生产使用的刀具一般采用通用或标准刀具。(3) 选择夹具该磨齿机蜗杆箱体加工使用的夹具有，铣床夹具，钻床夹具，镗床夹具。(4)选择量具该磨齿机蜗杆箱体加工属中小批量生产，一般采用通用的量具。2.5.2 确定切削用量及基本工时切削用量在机床、刀具、加工余量确定后，综合考虑工序具体内容、加工精度、生产率、刀具的寿命等因素后正确选择。选择切削用量基本原则：选取大的背吃刀量，要根据机床动力和刚性限制条件或已加工表面粗糙度规定，选取大的进给量f，利用机械加工工艺手册手册选取或公式计算确定切削速度v。(1)工序：铣下端面刀具选取高速钢端铣刀，。定铣削深度因加工余量不大，一次加工完成定每次进给量及切削速度根据表查出 ，则按机床标准选取600当600r/min时按机床标准选取计算工时切削工时：，则灵活的工作时间为 铣下平面时的定位方式如图2.4所示 图2.4 铣下表面夹紧方式(2)工序：粗铣上端面选择刀具刀具选取高速钢端铣刀，。决定铣削用量定铣削深度因为加工余量不大，一次加工完成定每次进给量及切削速度根据表查出 ，则按机床标准选取700当700r/min时按机床标准选取算工时切削工时：，则灵活的工作时间(3)工序：半精铣上端面选择刀具刀具选取高速钢端铣刀，。定铣削用量定铣削深度加工余量不大，一次加工完成定每次进给量及切削速度根据表查出 ，则按机床标准选取800当800r/min时按机床标准选取计算工时切削工时：，则机动工时铣上端面时夹紧方式如图2.5所示 图2.5 铣上表面夹紧方式 (4)工序：粗铣台阶面选择刀具刀具选取高速钢端铣刀，。定铣削用量定铣削深度因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则定每次进给量及切削速度根据表查出 ，则根据机器的选择标准1600当1600r/min时按机床标准选取计算工时切削工时：l=50 ，则灵活的工作时间，如(5)工序：半精铣台阶面(1) 选择刀具刀具选取高速钢端铣刀，。(2) 定铣削用量定铣削深度因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则定每次进给量及切削速度根据表查出 ，则按机床标准选取1800当1800r/min时按机床标准选取(3)算工时切削工时：l=75 ，则机动工时为（4）铣台阶面时夹紧方式如图2.6所示 图2.6 铣台阶面夹紧方式(6)工序：钻8通孔确定进给量f：根据表5113查得f=0.02=0.4mm/r确定切削速度：查表5113，可取20 m/min确定机床主轴转速n:n=318.5r/min由机床转速数列，取n=320r/min，实际切削速度为=20.1m/min计算基本时间根据表5-142，钻孔的基本时间可由公式被加工孔深度56.5mmf=0.4mm/r；n=320r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间 =(56.5+6mm+4mm)/(0.4mm/rX320r/min)0.53min辅助时间：变换刀架的时间为0.05 min，启动机床的时间为0.03 min，启动调节切削液的时间为0.04 min，共计0.123min铣台阶面时夹紧方式如图2.7所示 图2.7 钻孔夹紧方式 (7)工序：车115倒角车床CW6136取n=765r/min,基本时间=0.05min辅助时间=0.09min。 确定被吃刀量：单边加工余量为3mm，一次走刀加工，=3mm。确定进给量f:查得f=0.30.4mm/r；根据机床的横向进给量，取f=0.35mm/r。确定切削速度:=242,Xv=0.15,=0.35,m=0.2， = 114.7m/min确定机床主轴转速n:n=534.3r/min根据表5-5查得相近较小的机床转速为n=405r/min,所以实际的切削速度为=86m/min。计算基本时间：切削加工长度L=6mm,外圆车刀选用的主偏角Kr=95,被吃刀量=4.4mm，查表得：l1=/+(23),取l1=4.5mm；l2=（36）mm；批量生产l3=0。L=(d-d1)/2+l1+l2+l3= 14mm=Li/()=0.10min辅助时间:查表，启动调节切削液的时间为0.05min,取量并测量尺寸的时间为0.5min,共计=0.65min。车倒角时夹紧方式如图2.8所示 图2.8 车倒角夹紧方式(8)工序：铣201168右表面确定进给量f：查6中表5-8和表5-119可知，圆柱形铣刀铣削时的进给量为=0.150.35mm确定切削速度：查【6】表5-124可得，=26m/min。确定机床主轴转速n：n=735r/min。计算基本时间：查表5-144可得，l1=1/2+（13）=29mm，l2=（25）mm，取=4mm，由零件尺寸可知，l=78mm，所以=（l+l1+l2）/=2.22min。辅助时间：查6中表5-153得，装夹工件的时间为0.7min，手动夹紧工件的时间为0.9min启动机床的时间为0.03min，工件快速趋近刀具的时间为0.05min，接通自动进给的时间为0.05min，共计=1.79min。铣平面时夹紧方式如图2.9所示。 图2.9 铣右侧面夹紧方式(9) 钻孔f=0.35mm/rV=17m/min所以 =402(r/min)按机床选取：所以实际切削速度为：切削工时：，则：=60.157=0.942min钻孔时夹紧方式如图2.10所示 图2.10 钻沉孔夹紧方式(10)钻螺纹孔f=0.35mm/rv=13m/min所以=486r/min按机床选取：实际切削速度：切削工时：，则：=(11) 攻螺纹螺纹孔r=0.2m/s=12m/min所以 按机床选取：则实际切削速度：计算工时：，则：= 钻孔和攻螺纹孔时夹紧方式如图2.11所示 图2.11 钻螺纹孔夹紧方式 第三章 铣床具设计 3.1夹具方案设计及基准选择3.1.1在确定基准时，需要注意以下几点：（1）作为基准的点、线、面在工件上不一定存在，如孔的中心线、外圆的轴线以及对称面等，而常常由某些具体的表面来实现，这些面称为基准面。 (2)作为基准，可以是没有面积的点或线，但是基准面总是有一定面积的，如代表轴心线的是中心孔面。 (3)基准的定义不仅涉及尺寸之间的联系，还设计到位置精度(平行度、垂直度等)。3.1.2工件在定位时定位原理。(1) 定位就是限制自由度，通常用合理布置定位支承点的方法来限制工件的自由度。(2)定位支承点限制工件自由度的作用，应理解为定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触。若二者脱离，则意味着失去定位作用。(3)一个定位支承点仅限制一个自由度，一个工件仅有六个自由度，所设置的定位支承点数目，原则山不应超过六个。(4)分析定位支承点的作用时，不考虑力的影响。(5)定位支承点是由定位元件抽象而来的，在夹具中，定位支承点总是通过具体的定位元件体现，至于具体的定位元件应转化为几个定位支承点，需结合其结构进行分析5.4.1定位基准的选择有零件图可知，精镗加工孔时，该夹具采用的是偏心夹紧，该夹紧力小，自锁性能不是很好，且夹紧行程小，无振动，适合加工工件尺寸不大的场合。其次，由于该夹具可设计成批量生产，故采用这种定位方法便于加工。3.1.3粗基准精基准选择 (1)粗基准的选择：执照保证不加工表面与加工表面相互精度原则的粗基准选择原则(即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时则应与这些加工表面要求相对精度较高的不加工表面作为粗基准)，以泵体的法兰安装面及两侧面为粗基准面。(2)精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装配准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后泵体的法兰安装面、两侧面、下端面、及滚轮位置处为定位基准面。 (3)本夹具主要用于铣上端面，因此本道工序加工精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率，精度则不予考虑。3.1.4工装夹具设计的基本原则(1)满足使用过程中工件要求的稳定性和可靠性；(2)有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的加工过程；(3)满足装夹过程中简单与快速操作；(4)易损零件必须是可以快速更换的结构，条件充分最好不需要使用其它工具；(5)满足夹具在调整或更换过程中重复定位可靠性；(6)尽可能的避免结构复杂、成本昂贵；(7)尽可能选用市场上质量可靠的标准品做组成零件；(8)满足夹具使用国家或地区的安全法令法规；(9)设计方案遵循手动、气动、液压、依次选用原则；(10)形成公司内部产品的系列化标准化。3.2工装夹具设计的基本知识及基准的选择3.2.1夹具设计基本要求(1)工装夹具应具备足够强度刚度；(2)夹紧可靠性；(3)焊接操作灵活性；(4)便于焊件装卸；(5)良好工艺性。3.2.2工装夹具设计基本方法(1)设计前准备夹具设计原始资料包括以下内容1)夹具的设计任务单；2)工件图样及技术条件；3)工件装配工艺规程；4)夹具设计技术条件；5)夹具标准化和规格化资料，包括国家标准工厂标准与规格化结构图等。3.2.3基准的选择基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同功能，基准分为设计基准和工艺基准两大类。2(1) 六点定位原则定位，就是限制自由度。(2) 工件定位中可能出现的集中情况1）完全定位六个支承点限制了工件的全部自由度，称为完全定位。2）不完全定位3）欠定位4）过定位5) 设计基准：在零件图样上所选用那个基准，称为设计基准。26)工艺基准：零件在工艺过程中所采用那个基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。27)装配基准：装配时用来确定零件在产品或部件中的位置基准，称为装配基准。28)测量基准：测量时用以检验已加工表面尺寸位置基准，称为测量基准。29）工序基准在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后尺寸、形状及位置的基准，称为工序基准。210）定位基准：工件定位时所采用的基准，称为定位基准。211）我们要铣零件上表面，在此之前我们已经铣了零件下表面左右侧端，所以我用右侧面和左侧孔以及底面为基准定位，右侧面和左侧孔已经限制，五个自由度，还有一个自由度用底面限制。3.3定位方案及定位元件的确定 3.3.1 工件及平面定位（1）主要支承 主要用来限制工件的自由度，起支承定位作用包括固定支承可调支承自位支承。由于下表面已经经过精加工所以用支承板来定位，支承板属于定位件中的固定支承部分工件以平面定位，大中型零件用精基准定位时，多采用支承板，本设计中所用支承板如图3-1所示。 图3.1 固定支承板 （2）辅助支承 提高工件的刚性和稳定性1）螺旋式辅助支承2）自位式辅助支承3）推引式辅助支承4）液压锁紧的辅助支承3.3.2 工件以圆孔定位（1）圆柱销（2）圆锥销（3）圆柱心轴本设计中以锥头螺杆为定位件，配合精加工侧面限制5个自由度。 定位方案图如图3.2所示 图3.2 定位方案3.3.3 铣床夹具及其零件选用(1)铣床夹具示意图如图3.3所示3.4 图3.3 铣床夹具主视图 图3.4 铣床夹具俯视图(2)铣床夹具零件及对刀要求 铣床夹具中零件有很多都是标准件。(3)方形对刀块，对刀块的具体放置的地方并没有规定，它的作用是起到一个基准的做用，因为对刀块都有标准的互相垂直的面，这样就可以比较快捷准确的来确认刀具是否垂直于加工面。如图示3.5所示 图3.5方形对刀块 (4)内六角圆柱头螺钉，内六角圆柱头螺钉大多作表面发黑，电镀处理。内六角圆柱头螺钉是常用的标准件内六角一般都是装在沉孔内，并且它外观好看，且装配时也比较方便安装工艺空间小。如图3.6所示 图3.6内六角圆柱头螺钉 (5)定位销起到对正位置的作用，一般用于工件大或者不便找正的场合，比如3级减速机的上下外壳之间！ (6)支承座，如图3.7，3.8所示其功能为安装定位销与对刀块以及定位。 图3.7 支承座主视图 图3.8 支承座侧视图 (7)对刀要求夹具在机床上安装完毕，在进行加工前，需进行夹具对刀，使刀具相对夹具定位元件处于正确位置。对刀方法有三种：试切对刀，调整对刀，用样件或对刀装置对刀。不管采用哪种对刀法，涉及到对刀基准和对刀尺寸。通常以与定位基准重合定位元件上定位面作对刀基准，减少基准变换带来误差。对刀块是机床对刀中常用对刀工具，本课题也采用对刀块进行对刀。将对刀块装在夹具体上，以对刀块为对刀基准对刀。对刀块表面粗糙度要求很高，尺寸公差要求高，还有几个面垂直度和平行度都有严格要求。在同轴找正条件下，通过平旋盘的回转，使装在平旋盘上刀架绕主轴作同轴回转，装刀架上的镗刀绕主轴作回转运动，调整刀架在平旋盘上径向位置调节刀尖到主轴中心距离，就是加工工件的孔的直径大小，当刀尖切到对刀块对刀基准面时就是对刀到位时候，就锁定这个刀位。这样可以对工件进行加工。3.4切削力及夹紧力计算 3.4.1 夹紧力方向确定（1）夹紧力方向应垂直于主要定位基准面（2）夹紧力方向最好与切削力、工件重力方向一致3.4.2 夹紧力作用点的选择（1）应能够保持工件定位稳定可靠，在夹紧过程中不会引起工件产生位移或偏转。（2）应尽量避免或减少工件的夹紧变形（3）夹紧力作用点应尽量靠近加工部位刀具： 采用端铣刀 60mm z=24机床： x51立式铣床 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=25 代入上式，可得 F=889.5N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：基本安全系数1.4 加工性质系数1.2 刀具钝化系数1.2 断续切削系数1.2 所以 3.4.3夹紧力的计算 用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=15mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=3.54 取s=3.5 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠。3.5 定位误差分析工件工序基准为孔，当挡销的孔径最小，工件孔径为最大时，孔的孔心在任意方向上的最大变动量相当于孔与销配合最大间隙量。3本套夹具是用来在普通铣床上铣削加工，以使工件上的孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔的孔心在接触点与销中心连线方向上最大变动量等于孔径公差一半。3工件的定位基准为孔的孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： 3本工序采用支撑板和挡销定位，工件始终靠近挡块的一面。但是，由于此道工序后还有精加工，因此本道工序要求不高，故应当能满足定位要求。第四章 镗床夹具设计4.1夹具设计相关知识4.1.1夹具设计基本过程研究原始材料，明确任务书根据任务书、分析、研究被加工工件零件图、毛坯图及相关的转配图和工艺规程等技术条件。从中了解工件作用，结构特点、材料、技术要求、工序前工件的状况。、本工序加工内容、加工要求。定位基准、夹紧表面、加工余量、切削用量以及工件生产批量等。此外，还应该熟悉本工序所用机床，刀具和量具规格，主要技术参数，安装家具部位尺寸，并收集家具零部件标准、夹具结构图册等夹具设计。4.1.2夹具设计基本知识1夹具设计基本要求(1)装夹具应具备足够的强度和刚度；(2)夹紧可靠性；(3)焊接操作灵活性；(4)便于焊件装卸；(5)良好的工艺性。4.1.3夹具设计的基本方法(1)设计前准备夹具设计原始资料包括以下内容(2)夹具设计任务单；(3)工件图样及技术条件；(4)工件的装配工艺规程；(5)夹具设计的技术条件；(6)夹具的标准化和规格化资料，包括国家标准工厂标准和规格化结构图等。4.1.4设计步骤1)确定镗床夹具的结构方案；2)绘制镗床夹具工作的总图阶段；3)绘制镗床夹具的零件图阶段；4)编写夹具设计说明书；5)必要时，还需要编写夹具使用说明书，包括夹具性能、使用注意事项。4.1.5工装夹具制造精度要求夹具的制造公差，根据夹具元件功用及装配要求不同可将夹具元件分为四类:(1)第一类时直接与工件接触，并严格确定工件位置，主要包括接头定位件、V形块、定位销等定位元件；(2)第二类是各种导向件，此类元件虽不与定位工件直接接触，但它确定第一类元件位置；(3)第三类属于夹具内部结构零件相互配合夹具元件，如夹紧装置各组成零件之间配合尺寸公差；(4)第四类是不影响工件的位置，不与其它元件相配合，如夹具主体骨架等。4.1.6定位原理及类型本夹具设计采用底面定位，和孔定位共同限制零件的六个自由度，压板其到过定位的作用，增加定位强度，减小切削变形，及定位误差，提高加工精度定位方案如图4-1所示。 图4.1 箱体零件定位方案 4.1.7定位误差的分析使用夹具加工此工件时，影响被加工零件位置精度误差因素很多，其中来自夹具方面有：定位误差，夹紧误差，对刀误差以及夹具制造与安装误差等；来自加工过程方面误差有：工艺系统（除夹具外）的几何误差，受力变形，受热变形，磨损以及各种随机因素所造成加工误差。上述各项因素所造成误差总和应当不超过工件允许工序公差，才能使工件合格。在设计夹具时，应尽量减小与夹具有关误差，以满足加工精度要求。在做初步估算时，可粗略按三项误差平均分配，各项不超过相应工序公差三分之一。4.2夹紧力方向及作用点确定4.2.1确定夹紧力方向(1)夹紧力方向有助于定位稳定，主要夹紧力应垂直主要定位基面。(2)夹紧力方向与工件刚度高方向一致，以有利于减少工件的变形。(3)夹紧力方向尽可能于切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力大小。夹紧力作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。现在夹紧力方案已经确定。 4.2.2夹紧力可靠性夹紧力作用点是否得当，对工件定位可靠程度、夹紧变形的大小、夹紧装置复杂程度及使用可靠性有较大影响。确定夹紧力作用点时，应遵循以下原则。(1)夹紧力作用点应能保持工件定位稳定，而不至引起工件发生位移和偏转；(2)夹紧力作用点，使被夹紧的夹紧变形尽可能小些；(3)夹紧力作用点尽可能靠近加工表面，以提高定位的稳定性4.3夹紧力计算夹紧力大小主要取决于切削力P和重力G，重力是可认为不变，而切削力在切削的过程中是不断变化的。影响切削力大小的因素很多，如工件质量的不均匀性，加工质量的不均匀，刀具磨损以及切削用量变化等等。同时夹紧力也与其他因素有关，夹紧件和工件及工件与定位件间接触表面光洁度，工艺系统刚性等等，因此夹具夹紧力设计只能对其作估算。目前计算切削力多采用经验公式，它是通过大量实验，用切削力测量仪测得切削力后，对所得数据用图解法、线性回归法等方法进行处理而得到。用于粗加工时取安全系数K=2.53，在这里，取K=2.5。查【3】夹紧力公式公式中 W0-夹紧力，N;Q-原始作用力，N;取605NL-作用力臂，mm；155mm-螺纹升角；15d2=螺纹处摩擦角；152=螺杆端部与工件的摩擦角；14r=螺杆端部与工件的当量摩擦半径，mm；对于三角螺纹 =(1.14tan2)代入数值计算得到W=7428N4.4夹具体设计夹紧机构类型及夹具装配图设计夹具体设计在上述定位元件、导向元件、夹紧装置基础上设计的，形状、大小方便将这些元件组装，实现功能要求，保证加工质量夹具体加工经济性好，在能满足钻削加工工艺的质量情况下，夹具体高精度加工面少更符合加工经济性。夹具体结构，最下面一块底板与钻床螺栓连接，两块支撑板与底板螺钉连接。 绘制夹具总装配图及零件图1) 夹具总装配图采用1：1的比例，采用1：2、1：5、2：1、5：1等比例。主视图选面对操作者的工作位置。2)总装配图绘制顺序：用双点划线将工件外形轮廓、定位基面，夹紧表面及加工表面绘制在各个视图合理位置上，工件为透明体，绘出定位、对刀导引、夹紧其它元件装置，绘出夹具体，对各零件编号，填写零件明细表和标题栏。3)标注必要尺寸、公差配合及技术要求。4)夹具非标准零件要绘制零件图，按总装配图设计要求，确定零件尺寸、公差。该箱体零件镗床夹具装配图如图4.1,4.2所示。 图4.2 镗床夹具装配图主视图 图4.3 镗床夹具装配图俯视图4.5导向支架的布置形式（1） 单面导向：镗杆在镗模中用一个位于刀具前面或后面镗套引导。镗杆与机床主轴用刚性连接，镗杆一端为锥柄，直接插入机床主轴锥孔中，镗套轴线和机床主轴轴线重合。调整费时间。机床主轴精度影响镗孔精度。单面前导向，适用于加工孔径D60mm、长度比L/D1通孔。这种方式便于在加工过程中进行观察。单面后导向，支架布置在刀具后方，主要用于镗削D1.5孔，或一组同轴线孔。这种方法缺点镗杆较长，刚度差，换刀具不方便。双面双导向。适用于专用联动镗床上两面加工精度较高工件。4.6镗床夹具的基本组成与设计特点4.6.1夹具组成完整镗床夹具，由夹具体、定位装置、夹紧装置、导向支架及套筒、镗杆等主要部分组成。导引方式及导向支架镗杆引导方式分为单、双支承引导。单支承时，镗杆与机床主轴刚性连接，主轴回转精度影响镗孔精度，适于小孔短孔加工。双支承时，镗杆机床主轴用浮动联接。所镗孔位置精度取决于镗模两导向孔位置精度，与机床主轴精度无关。镗模导向支架用来安装镗套承受切削力。要求有足够刚性稳定性，结构上有较大安装基面和必要加强筋；而且支架上不允许安装夹紧机构承受夹紧力。4.6.2镗套的选择与设计 图4.4 带键式镗套 图4.5 带键式镗套 图4.6 外滚式滚动镗套结构 图4.7 滑动轴承镗套结构根据夹具设计需要，进行镗套的选择设计：镗套的类型有固定式镗套、回转式镗套。本零件镗床夹具采用镗套为滑动轴承式镗套。4.6.3镗孔要考虑的问题1.刀具的装夹在镗削孔时，最重要是在加工中心上正确装夹刀具。在小孔镗削中，刀具中心高是导致刀具失效重要因素。如果刀具安装低于中心高，将影响刀具加工性能。主要表现在：(1)切削刃对于工件主后角减小，致刀具后刀面与工件接触，使刀片与工件间发生摩擦，刀片旋转，这种摩擦使刀尖偏离，导致刀具更深切入。切削刃几何参数对切削效率高低加工质量好坏影响。增大前角，减小前刀面挤压切削层塑性变形，减小切屑流经前面摩擦阻力，减小切削力切削热。增大前角，会降低切削刃强度，减小刀头散热体积。(2)刀具后角减小，刀片对于工件前角增大，引起刀具刮削工件，引起刀具振动损坏刀具。在镗削小孔时更加严重。建议刀具安装应略高于中心高。这样可使刀具对于工件法向后角增大，切削条件改善，如果加工产生振动，刀尖向下向中心偏斜，接近理想中心高。刀具可轻微退出，减小削伤工件。此外，刀具前角将减小，这样可稳定压力。如果前角减小到0，就会产生太大工作压力，致刀具失效。所以在镗孔时，应选取正前角的镗刀，在镗1mm的小孔时，镗杆直径只有0.75mm左右，使刀具承受的切削力减小。2.切屑排出镗削孔时，切屑有效排出至关重要。加工时，由于刀具在孔内，切削液难以到达切削刃，造成切屑排出困难，影响刀具寿命。为解决难题，刀具制造商开发出一种沿切削刃带冷却槽，使切削液流向切削刃，防止切屑堵塞，根据镗床型号及其联系尺寸，及参考工件装夹尺寸，后进行该工序夹具设计，为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计夹具。镗床夹具常称为镗模，它有钻模特点，孔系位置精度主要由镗模保证。4.6.4镗床夹具夹紧方式 锥头螺杆和定位销以及两个支撑座零件图如图4.8,图4.9,图4.10和图4.11所示. 图4.8 锥头螺杆 图4.9 定位销 图4.10 支承座1主视图俯视图 图4.11
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