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本科畢業(yè)設計開題報告
題 目：CA6140型普通車床刀架中部轉盤機械加工工藝規(guī)程及夾具設計
院 （系）： 機械工程學院
班 級： 機制08-4 班
姓 名： 高 達
學 號： 2008025617
指導教師： 于鳳云
教師職稱： 教 授
黑龍江科技學院本科畢業(yè)設計開題報告
題 目
CA6140型普通車床刀架中部轉盤機械加工工藝規(guī)程及夾具設計
來源
工程實際
1、研究目的和意義
工藝研究目的和意義：在當前的制造環(huán)境中，過高的加工精度要求已經成為一個困擾零件加工的大問題。為此人們也做了大量的工作，由于種種原因至今效果并不明顯。隨著市場經濟逐步建立，我國加入WTO和市場競爭的日益加劇，社會的發(fā)展必須注入新的的科技含量，產品結構必須要向精優(yōu)方向發(fā)展，在我國的加工工業(yè)行業(yè)當中，特別是數控高速發(fā)展的今天，車床刀架的設計以及工藝參數的選擇對零件的加工精度有著十分重要的意義，因此研制一個結構優(yōu)質的刀架及工藝參數對工業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。
夾具設計的研究目的和意義：在機械加工過程中，為了可靠地保證工件的加工精度，提高加工效率，減輕勞動的強度，夾具的設計是意義重大的。
2、國內外發(fā)展情況(文獻綜述)
任何一個國家在發(fā)展過程中不可能將所有的舊機器全面砸碎，而全部用新機器代替。一般總是一邊在原有機器的水平上不斷加以改進和提高，一邊采用新技術。因此在未來發(fā)展的過程中，常規(guī)工藝仍有很大市場，尤其像我們這樣的國家更是這樣，改革優(yōu)化原有的傳統(tǒng)工藝和工藝創(chuàng)新占有同等重要的地位。因此我們不能忽視傳統(tǒng)工藝，更不能棄之不管。這就要求我們一邊創(chuàng)新工藝，一邊革新傳統(tǒng)工藝，為我們企業(yè)和國家做更大的貢獻。實際上革新、優(yōu)化老的傳統(tǒng)工藝，也就是創(chuàng)新工藝的開始。這個任務也是艱巨的，例如鑄造、熱處理、切削加工等傳統(tǒng)的工藝還是很有效的，但是速度慢、能耗大、水平低，如果我們向國外那樣，用微機控制器過程和溫度、切削速度，用新材料做刀具等等，完全就可以改變傳統(tǒng)工藝的面貌，新的工藝也就誕生了，當然設備也要加以改造[1]。
現代國內外工藝技術朝著四大方向發(fā)展：
（1）柔性化——使工藝裝備與工藝路線能適應于生產各種產品的需要。
（2）靈捷化——使生產力推向市場準備時間為最短，使工廠機械靈活轉向。
（3）智能化——柔性自動化的重要組成部分，它是柔性自動化的新發(fā)展和延伸。
（4）信息化——采用先進生產模式、先進制造系統(tǒng)、先進制造技術和先進組織合理方式的全新的機械制造業(yè)[2]。
關于夾具的國內外發(fā)展趨勢：夾具的發(fā)展歷程，大約可以分為三個階段：第一階段主要表現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，使得加工過程進一步提高效率和區(qū)域完善。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。第三階段表現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[3]。
夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟方向發(fā)展[4]。
(1)高 精
隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造
精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達±5μm，夾具支承面的垂直度達到
0.01mm/300mm，平行度高達0.01mm/500mm。德國demmeler(戴美樂)公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內；夾具重復安裝的定位精度高達±5μm；瑞士EROWA柔性夾具的重復定位精度高達2~5μm。機床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，為了適應不同行業(yè)的需求和經濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標準供選擇[5]。
(2)高 效
為了提高機床的生產效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產品越來越多。為了
減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣
動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊
和松開工件只用1~2秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造
了條件。為了縮短在機床上安裝與調整夾具的時間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可
完成線切割機床夾具的安裝與校正。采用美國Jergens(杰金斯)公司的球鎖裝夾系
統(tǒng)，1分鐘內就能將夾具定位和鎖緊在機床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產
線上更換夾具，起到縮短停機時間，提高生產效率的作用[6]。
(3)模塊、組合
夾具元件模塊化是實現組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具
元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)
能，體現在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與
組裝打下基礎，應用CAD技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案
庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既
能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經驗，了解市場需
求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創(chuàng)
建夾具專業(yè)技術網站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產品咨詢與開發(fā)的公共平臺
，爭取實現夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經營電子商務化[7]。
(4)通用、經濟
夾具的通用性直接影響其經濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資
比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通
用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現出經濟性好。德國demmeler(戴美
樂)公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多
種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費
用低，經濟實用才有推廣應用的價值。
專家們建議組合夾具行業(yè)加強產、學、研協作的力度，加快用高新技術改造和
提升夾具技術水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網站，充分利用現代信息和網絡技術
，與時俱進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術。主動與國外夾具廠商聯系，爭取合資與合作，
引進技術，這是改造和發(fā)展我國組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑[8]。
3、研究/設計的目標：
刀架中部轉盤工藝研究目標：通過對普通車床的研究對刀架中部轉盤及工藝參數采取一個優(yōu)化策略，研制一個好的轉盤。從而縮短生產周期，降低制造成本，提高加工精度，延長刀具壽命，而且依據優(yōu)化了的工藝及刀具參數，可以建立或完善高速切削工藝數據庫，將切削工藝實踐中積累的合理選擇切削參數與刀具的經驗和數據收集起來，為現場加工提供準確及優(yōu)化的高速切削數據，從而更大程度上提高切削加工水平，獲得更大的經濟利益。
夾具設計的目標：有效的減少工件加工的基本時間和輔助時間、提高勞動生產率、有效減低工人勞動強度。
4、設計方案（研究/設計方法、理論分析、計算、實驗方法和步驟等）：
4.1工藝規(guī)程設計：
(1).分析零件圖
1）零件圖的作用
2）零件的工藝分析
(2)選擇毛坯制造形式
(3).擬定工藝路線
(4).確定加工余量工序尺寸
確定切削用量和工序定額
4.2夾具設計方案
本夾具主要用于銑Φ188圓弧面與128兩側面連接成的特型曲面，采用銑削、刨削，不易保證加工質量，且生產率低。對此，決定設計靠模銑床夾具。由于加工表面的尺寸公差較大，故對夾具的粗糙度要求不太高，但要求表面質量。所以對夾具工作平穩(wěn)性要求較高。
(1)切削力及夾緊力的計算
Fz=9.81CFzae0.83αf0.65d0-0.83ap1.0Z
參考文獻[3]中105頁表3-25查得公式
d0=18mm,ap=18mm,ae=1.7mm,Z=6
Fz=1470.75×1.1=167.83N
Fr=(0.2~0.3)fz=(0.2~0.3)×1617.83=333.6~485.3N
選擇逆銑：查文獻[3]中103頁表3-2Fr=333.6 ~ 485.3N
Fx=(0.35~0.40)Fz=(0.35~0.40)×1617.83=566.2~647.1N
取Fr=400N
取Fx=600N
F夾=R/f =8332. 8N
但因Fr向下，故夾緊力F夾可略小，且此為理論值，定位板采用斜楔結構，定位板楔緊后，定位板可傳遞切削力至夾具體，此時Φ70h6短圓柱與定位孔一側接觸，但要保證定位可靠。
本夾具采用螺旋夾緊機構，查表可知夾緊力足夠。
(2)、定位誤差分析
1)定位元件尺寸及公差確定
為增加夾具的通用性，本夾具采用定位環(huán)復合結構，即定位環(huán)可拆，定位環(huán)配合取Φ90H7/h6，內孔為F8，以增加夾具壽命。
2)分析定位誤差
3)夾具定位環(huán)為過盈配合，沒有間隙存在。
工件沒有形位公差要求，所以誤差計算可略去，但對夾具仍需對此作較嚴要求，以提高夾具精度及耐用性和工作平穩(wěn)性，保證定位面良好地接觸。
工件本工序加工表面為裝飾面，所以夾具對工件形位要求可以滿足。
(3)、夾具曲線槽設計
由于此表面精度不高，故采用圖解法。
1)以Φ18為直徑畫圓作包絡線，將圓心聯接。
2)以包中加圓圓心曲線為圓心，以d=25為直徑，作包絡線，為曲線槽尺寸。
3）精確測量曲線槽坐標。
(4)、夾緊元件強度校核
由于切削力較小，夾緊力較小，故夾緊強度足夠
分析知，夾緊桿受力最大最危險處
5、方案的可行性分析：
刀架中部轉盤工藝的可行性分析：
Ⅰ、銑燕尾面A、B，空刀面F。
Ⅱ、銑尺寸237.5兩端面Q。
Ⅲ、車Φ70h外圓面N，端面P，空刀面和倒角。
Ⅳ、銑Φ180±1.0圓弧面積尺寸128兩側面K。
Ⅴ、鉆、擴、鉸Φ35H7孔。
Ⅵ、鉆2×Φ13孔。
Ⅶ、銑斜面E。
Ⅷ、磨燕尾面A、B面,空刀面F。
Ⅸ、倒角、去毛刺。
Ⅹ、劃刻線。
Ⅺ、拋光。
Ⅻ、終檢。
方案采用銑削加工燕尾面，并把孔Φ35H7與孔2×φ13孔的加工分別安排在兩道工序中把孔Φ35H7與2×Φ13孔分開加工有利于提高生產率，提高機床功率利用率
夾具設計的可行性分析：夾具設計最關鍵是要求對工件定位正確，且滿足定位精度要求。為了解決此問題，首先得了解影響定位精度的因素。然后采取措施解決具體的問題。如定位基準與定位元件的配合狀況和影響定位精度，那么可以提高夾具的制造精度，減小配合間隙就能提高夾具在機床上的定位精度。除此之外，選擇夾具的類型與結構型式必須與零件生產批量大小相適應，夾具結構與零部件應具有足夠的剛度和強度，從而保證夾具操作方便、夾緊可靠、使用安全、并有合理的裝卸空間。所設計夾具滿足此類要求。
6、該設計的創(chuàng)新之處
刀架中部轉盤工藝創(chuàng)新之處：通過對轉盤和工藝參數的優(yōu)化，可以有效縮短生產周期，降低制造成本，提高加工精度，延長刀具壽命。
夾具設計創(chuàng)新之處：縮短了生產循環(huán)周期、降低成本。
7、設計產品的主要用途和應用領域：
所設計刀架中部轉盤主要應用于CA6140型普通車床的切削加工，提高加工精度。該夾具主要用于CA6140車床相關裝夾夾緊，縮短生產周期。
8、時間進程
2012年3 月12日~2012年3 月30日 校圖書館、長春一汽畢業(yè)實習，收集工藝加
工及相關夾具設計的相關資料
2012年4月1日~2012年4月6日 整理實習日記、撰寫實習總結和開題報告
2012年4月7日~2012年5月4日 設計計算、總體結構草圖設計
2012年5月5日~2012年5月25日 總體圖和部件圖設計
2012年5月26日~2012年6月3日 零件圖設計
2012 年 6月4日~ 2012年6月8日 編寫畢業(yè)設計說明書、審圖、修改
2012 年 6月11日~ 2012年6月15日 答辯
9、參考文獻：
1陳家元. 機械制造工藝發(fā)展現狀與未來發(fā)展趨勢[J].機械研究與應用.2011,[01]：3-4.
2 張淑敏.基于綠色制造的機械加工工藝技術 [J].新技術新工藝.2007，（10）：3-4
3 董玉明，楊洪玉. 夾具設計中常見的問題[J]. 機械加人（冷加工）.2005,（01）：97-98.
4 李延平，張喜群，梁齊. 新一代夾具的發(fā)展與應用[J]. 機械加工（冷加工）.2006,（06）：6-7.
5 劉杰，王志成. 提高機床加工精度的可行性研究[J].重慶工學院學報.1995,(03)：38-39.
6 孫瑛. 先進的機床夾具[J]. 現代制造.2005，（05）：22-25.
7 王鳳鮮. 淺談組合夾具的重要作用[J].科技情報開發(fā)與經濟.2008,(13)：56-57
8 張亞明. 機床夾具的分類與構成[J]. 科技資訊.2008，(04)：91-92.
9 王亞萍, 葛江華, 隋秀凜等.制造技術的發(fā)展. 現代制造工程[J]，2008，(6)：24-28
10 劉杰，王志成. 提高機床加工精度的可行性研究[J].重慶工學院學報.1995,(03)：38-39.
11 孫巳德.機床夾具圖冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1983.
12 濮良貴, 紀名剛. 機械設計[M]. 北京: 高等教育出版社, 1999.
13 段鐵群.機械系統(tǒng)設計[M].北京:科學出版社,2010.
14 張耀宸.機械加工工藝設計手冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，1987.
15 吳宗澤.機械零件設計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.
指導教師意見
教師簽字：
年 月 日
開題答辯小組意見：
組長簽字： 成員簽字：
年 月 日
畢業(yè)設計領導小組意見:
組長簽字：
年 月 日