課程設計
課 題：
鋼板彈簧支架工藝與夾具設計
專 題：
專 業(yè)：
機械制造及自動化
學 生 姓 名：
班 級：
學 號：
指 導 教 師：
完 成 時 間：
V
摘 要
本設計是基于鋼板彈簧支架零件的加工工藝規(guī)程及一些工序的專用夾具設計。鋼板彈簧支架零件的主要加工表面是外圓及孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，本設計遵循先面后孔的原則。并將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度。主要加工工序安排是先以孔系定位加工出平面，在后續(xù)工序中除個別工序外均用頂平面和工藝孔定位加工其他孔系與平面。夾具選用專用夾具，夾緊方式多選用手動夾緊，夾緊可靠，機構可以不必自鎖。因此生產(chǎn)效率較高。適用于大批量、流水線上加工。能夠滿足設計要求。
關鍵詞：鋼板彈簧支架類零件；工藝；夾具；
ABSTRACT
The design is based on the body parts of the processing order of the processes and some special fixture design. Body parts of the main plane of the surface and pore system. In general, the plane guarantee processing precision than that of holes machining precision easy. Therefore, this design follows the surface after the first hole principle. Plane with holes and the processing clearly divided into roughing and finishing stages of holes to ensure machining accuracy. Datum selection box input shaft and the output shaft of the supporting hole as a rough benchmark, with top with two holes as a precision technology reference. Main processes arrangements to support holes for positioning and processing the top plane, and then the top plane and the supporting hole location hole processing technology. In addition to the follow-up processes individual processes are made of the top plane and technological hole location hole and plane processing. Supported hole processing using the method of coordinate boring. The whole process of processing machine combinations were selected. Selection of special fixture fixture, clamping means more choice of pneumatic clamping, clamping reliable, institutions can not be locked, so the production efficiency is high, suitable for large batch, line processing, can meet the design requirements.
Key words: Angle gear seat parts; fixture;
目 錄
摘 要 II
ABSTRACT III
第1章 緒論 1
1.1 夾具簡介 1
1.2 夾具的發(fā)展趨勢 1
1.3 本次設計的內(nèi)容 2
1.4 機床夾具的功能 2
第2章 加工工藝規(guī)程設計 4
2.1 零件的分析 4
2.1.1 零件的作用 4
2.1.2 零件的工藝分析 4
2.2 鋼板彈簧支架加工的主要問題和工藝過程設計所應采取的相應措施 5
2.2.1 孔和平面的加工順序 5
2.2.2加工方案選擇 5
2.3 鋼板彈簧支架加工定位基準的選擇 6
2.3.1 粗基準的選擇 6
2.3.2 精基準的選擇 6
2.4 鋼板彈簧支架加工主要工序安排 7
2.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 9
2.6選擇加工設備及刀、量具 9
2.7確定切削用量及基本工時（機動時間） 10
第3章 加工鋼板彈簧支架車床夾具設計 22
3.1 車床夾具設計要求說明 22
3.2車床夾具的設計要點 22
4.2.3切削力及夾緊力的計算 24
3.3 定位機構 26
3.4夾緊機構 26
3.5零件的車床夾具的加工誤差分析 26
3.6 確定夾具體結構尺寸和總體結構 27
3.7 零件的車床專用夾具簡單使用說明 29
結 論 30
參考文獻 31
致 謝 33
第1章 緒論
1.1 夾具簡介
隨著科學技術的發(fā)展，各料、新工藝和新技術不斷涌現(xiàn)，機械制造工藝正向高質(zhì)量、高生產(chǎn)率和低成本方向發(fā)展。電火花、電解、超聲波、種新材激光、電子束和離子束加工等工藝的出現(xiàn)，已突破傳統(tǒng)的依靠機械能、切削力進行切削加工的范疇，可以加工各種難加工材料、復雜的型面和某些具有特殊要求的零件。
數(shù)控機床的出現(xiàn)，提高了更新頻繁的小批量零件和形狀復雜的零件加工的生產(chǎn)率及加工精度。特別是計算方法和計算機技術的迅速發(fā)展，大大推進了機械加工工藝的進步，使工藝過程的自動化達到了一個新的階段。目前，數(shù)控機床的工藝功能已由加工循環(huán)控制、加工中心，發(fā)展到適應控制。加工循環(huán)控制雖可以實現(xiàn)每個加工工序的自動化，但不同的工序中刀具的更換及工件的重新裝夾，仍須人工來完成。加工中心是一種高度自動化的多工序機床，能自動完成刀具的更換，工件的轉位和定位，主軸和進給量的變換等，使工件在機床上只安裝一次就能完成全部加工。因此，他可以顯著縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率，改善勞動條件，適應控制數(shù)控機床是一種具有“隨機應變”功能的機床，他能在加工中，根據(jù)切削條件的變化，自動調(diào)整切削條件，是機床保持最佳狀態(tài)下進行加工，因而有效提高加工效率，擴大品種，更好的保證了加工質(zhì)量，并達到最大的經(jīng)濟效率。
近年發(fā)展起來的以計算機為行動中心，完成加工、裝卸、運輸、管理的柔性制造系統(tǒng)，具有監(jiān)視、診斷、修復、自動轉位加工產(chǎn)品的功能，使多品種、中小批量生產(chǎn)實現(xiàn)了加工自動化，大大促進了自動化的進程，尤其是將計算機輔助設計與制造結合起來而形成的計算機集成制造系統(tǒng)，是加工自動化向智能化方向發(fā)展的又一關鍵性技術，并進一步朝著網(wǎng)絡化、集成化和智能化的方向發(fā)展。
1.2 夾具的發(fā)展趨勢
工藝裝備的設計、制造、使用和管理，體現(xiàn)著一個企業(yè)的工藝技術水平，夾具設計與制造又是制造環(huán)境中的生產(chǎn)準備周期時間和加工成本的重要因素，工裝設計水平的高低，很大程度上反映出企業(yè)制造能力的高低。
夾具設計與制造是機電產(chǎn)品設計與制造的一項重要步驟，傳統(tǒng)的夾具設計制造時需大量的工時消耗和金屬材料的消耗。目前，基于特征參數(shù)化技術已在機電產(chǎn)品設計與制造的各個階段得到廣泛的應用，夾具設計也必須向標準化、系統(tǒng)化、參數(shù)化方向發(fā)展。而且，為了適應我國加入WTO后機電產(chǎn)品的創(chuàng)新能力和盡快機電產(chǎn)品設計制造的全程仿真，快速組合夾具的發(fā)展正是適應了這種要求。
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，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。
1.3 本次設計的內(nèi)容
本設計主要是針對閥體工藝及鉆孔夾具的設計。夾具設計是組合機床設計中的重要部分，夾具設計的合理與否，直接影響到被加工零件的加工精度等參數(shù)。在設計中，設計的主要思路是用工件以已加工端面為定位基準，夾具體的凸臺和大端面孔為定位面，工件以氣動夾緊，這樣設計主要是為了解決了手動夾緊時夾緊力不一致、誤差大、精度低、工人勞動強度大等缺點；氣動夾緊采用空氣作為動力源，資源豐富并且干凈、清潔，對周圍環(huán)境沒有污染；不足是噪音比較大。
具體的設計思路是：首先確定工件的已加工端面定位方式，通過夾具體的凸臺、內(nèi)孔，再用氣動裝置將其夾緊，這樣閥體的六個自由度全部限制，實現(xiàn)了零件的定位夾緊，然后確定零件的夾緊方式。在本次設計中采用的是手動夾緊方式；然后進行誤差分析、夾緊力的計算，對夾具的主要零件進行結構設計。
1.4 機床夾具的功能
在機床上用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件定位和夾緊。
1．機床夾具的主要功能
機床夾具的主要功能是裝工件，使工件在夾具中定位和夾緊。
（1）定位 確定工件在夾具中占有正確位置的過程。定位是通過工件定位基準面與夾具定位元件面接觸或配合實現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工的尺寸和位置精度要求。
（2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會松動、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。
2．機床夾具的特殊功能
機床夾具的特殊功能主要是對刀和導向。
（1）對刀 調(diào)整刀具切削刃相對工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對刀塊，它能迅速地確定銑刀相對于夾具的正確位置。
（2）導向 如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置，并引導其進行鉆削。導向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具（鏜模）也具有導向功能。
28
第2章 加工工藝規(guī)程設計
2.1 零件的分析
2.1.1 零件的作用
題目給出的零件是鋼板彈簧支架。鋼板彈簧支架的主要作用是裝夾夾具作用，保證各能正常運行，并保證部件與其他部分正確安裝。因此鋼板彈簧支架零件的加工質(zhì)量，不但直接影響的裝配精度和運動精度，而且還會影響工作精度、使用性能和壽命。
圖1 鋼板彈簧支架
2.1.2 零件的工藝分析
由鋼板彈簧支架零件圖可知。鋼板彈簧支架是它的外表面上有2個平面需要進行加工。此外各表面上還需加工一系列孔。因此可將其分為三組加工表面。它們相互間有一定的位置要求?，F(xiàn)分析如下：
（1）以Φ42外圓面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：φ42外圓面的加工；，其中表面粗糙度要求為。
（2）其他各個孔的加工，φ29孔
2.2 鋼板彈簧支架加工的主要問題和工藝過程設計所應采取的相應措施
由以上分析可知。該鋼板彈簧支架零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，對于鋼板彈簧支架來說，加工過程中的主要問題是保證孔的尺寸精度及位置精度，處理好孔和平面之間的相互關系。
由于的生產(chǎn)量很大。怎樣滿足生產(chǎn)率要求也是加工過程中的主要考慮因素。
2.2.1 孔和平面的加工順序
鋼板彈簧支架類零件的加工應遵循先面后孔的原則：即先加工鋼板彈簧支架上的基準平面，以基準平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。鋼板彈簧支架的加工自然應遵循這個原則。這是因為平面的面積大，用平面定位可以確保定位可靠夾緊牢固，因而容易保證孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去鑄件表面的凹凸不平。為提高孔的加工精度創(chuàng)造條件，便于對刀及調(diào)整，也有利于保護刀具。
鋼板彈簧支架零件的加工工藝應遵循粗精加工分開的原則，將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證孔系加工精度。
2.2.2加工方案選擇
鋼板彈簧支架孔系加工方案，應選擇能夠滿足孔系加工精度要求的加工方法及設備。除了從加工精度和加工效率兩方面考慮以外，也要適當考慮經(jīng)濟因素。在滿足精度要求及生產(chǎn)率的條件下，應選擇價格最底的機床。
根據(jù)鋼板彈簧支架零件圖所示的鋼板彈簧支架的精度要求和生產(chǎn)率要求，當前應選用在組合機床上用鏜模法鏜孔較為適宜。
（1）用坐標法鏜孔
在現(xiàn)代生產(chǎn)中，不僅要求產(chǎn)品的生產(chǎn)率高，而且要求能夠?qū)崿F(xiàn)大批量、多品種以及產(chǎn)品更新?lián)Q代所需要的時間短等要求。鏜模法由于鏜模生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長，不大能適應這種要求，而坐標法鏜孔卻能適應這種要求。此外，在采用鏜模法鏜孔時，鏜模板的加工也需要采用坐標法鏜孔。
用坐標法鏜孔，需要將鋼板彈簧支架孔系尺寸及公差換算成直角坐標系中的尺寸及公差，然后選用能夠在直角坐標系中作精密運動的機床進行鏜孔。
在大批量生產(chǎn)中，鋼板彈簧支架孔系加工一般都在組合鏜床上采用鏜模法進行加工。鏜模夾具是按照工件孔系的加工要求設計制造的。當鏜刀桿通過鏜套的引導進行鏜孔時，鏜模的精度就直接保證了關鍵孔系的精度。
2.3 鋼板彈簧支架加工定位基準的選擇
2.3.1 粗基準的選擇
粗基準選擇應當滿足以下要求：
（1）保證各重要支承孔的加工余量均勻；
（2）保證裝入鋼板彈簧支架的零件與箱壁有一定的間隙。
為了滿足上述要求，應選擇的主要支承孔作為主要基準。即以鋼板彈簧支架的輸入軸和輸出軸的支承孔作為粗基準。也就是以前后端面上距頂平面最近的孔作為主要基準以限制工件的四個自由度，再以另一個主要支承孔定位限制第五個自由度。由于是以孔作為粗基準加工精基準面。因此，以后再用精基準定位加工主要支承孔時，孔加工余量一定是均勻的。由于孔的位置與箱壁的位置是同一型芯鑄出的。因此，孔的余量均勻也就間接保證了孔與箱壁的相對位置。
2.3.2 精基準的選擇
從保證鋼板彈簧支架孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置 。精基準的選擇應能保證鋼板彈簧支架在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從鋼板彈簧支架零件圖分析可知，它的頂平面與各主要支承孔平行而且占有的面積較大，適于作精基準使用。但用一個平面定位僅僅能限制工件的三個自由度，如果使用典型的一面兩孔定位方法，則可以滿足整個加工過程中基本上都采用統(tǒng)一的基準定位的要求。至于前后端面，雖然它是鋼板彈簧支架的裝配基準，但因為它與鋼板彈簧支架的主要支承孔系垂直。如果用來作精基準加工孔系，在定位、夾緊以及夾具結構設計方面都有一定的困難，所以不予采用。
2.4 鋼板彈簧支架加工主要工序安排
對于大批量生產(chǎn)的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準。鋼板彈簧支架加工的第一個工序也就是加工統(tǒng)一的基準。具體安排是先以孔定位粗、精加工頂平面。第二個工序是加工定位用的兩個工藝孔。由于頂平面加工完成后一直到鋼板彈簧支架加工完成為止，除了個別工序外，都要用作定位基準。因此，結合面上的螺孔也應在加工兩工藝孔的工序中同時加工出來。
后續(xù)工序安排應當遵循粗精分開和先面后孔的原則。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺紋底孔在多軸組合鉆床上鉆出，因切削力較大，也應該在粗加工階段完成。對于鋼板彈簧支架，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原則亦應先精加工平面再加工孔系，但在實際生產(chǎn)中這樣安排不易于保證孔和端面相互垂直。因此，實際采用的工藝方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可脹心軸定位來加工端面，這樣容易保證零件圖紙上規(guī)定的端面全跳動公差要求。各螺紋孔的攻絲，由于切削力較小，可以安排在粗、精加工階段中分散進行。
加工工序完成以后，將工件清洗干凈。清洗是在的含0.4%—1.1%蘇打及0.29%—0.5%亞硝酸鈉溶液中進行的。清洗后用壓縮空氣吹干凈。保證零件內(nèi)部雜質(zhì)、鐵屑、毛刺、砂粒等的殘留量不大于。
根據(jù)以上分析過程，現(xiàn)將鋼板彈簧支架加工工藝路線確定如下：
工藝路線一：
10 下料 鑄造毛坯
20 時效 時效處理
30 車 粗車φ42mm外圓及右端面
40 車 半精車φ42mm外圓及右端面
50 鏜 粗鏜孔φ29mm內(nèi)孔
60 鏜 半精鏜φ29mm內(nèi)孔
70 鏜 精鏜φ29mm內(nèi)孔
80 鉗工 去毛刺
90 檢驗 檢驗入庫
工藝路線二：
10 下料 鑄造毛坯
20 時效 時效處理
30 車 粗車φ42mm外圓及右端面
40 鏜 粗鏜孔φ29mm內(nèi)孔
50 車 半精車φ42mm外圓及右端面
60 鏜 半精鏜φ29mm內(nèi)孔
70 鏜 精鏜φ29mm內(nèi)孔
80 鉗工 去毛刺
90 檢驗 檢驗入庫
以上加工方案大致看來合理，但通過仔細考慮，零件的技術要求及可能采取的加工手段之后，就會發(fā)現(xiàn)仍有問題，
從提高效率和保證精度這兩個前提下，發(fā)現(xiàn)該方案一比較合理。
10 下料 鑄造毛坯
20 時效 時效處理
30 車 粗車φ42mm外圓及右端面
40 車 半精車φ42mm外圓及右端面
50 鏜 粗鏜孔φ29mm內(nèi)孔
60 鏜 半精鏜φ29mm內(nèi)孔
70 鏜 精鏜φ29mm內(nèi)孔
80 鉗工 去毛刺
90 檢驗 檢驗入庫
2.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
(1)毛坯種類的選擇
零件機械加工的工序數(shù)量、材料消耗和勞動量等在很大程度上與毛坯的選擇有關，因此，正確選擇毛坯具有重要的技術和經(jīng)濟意義。根據(jù)該零件的材料為KTH300-05、生產(chǎn)類型為批量生產(chǎn)、結構形狀很復雜、尺寸大小中等大小、技術要求不高等因素，在此毛坯選擇鑄造成型。
(2)確定毛坯的加工余量
根據(jù)毛坯制造方法采用的鑄造造型，查取《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-5，“鋼板彈簧支架”零件材料采用灰鑄鐵制造。材料為KTH300-05，硬度HB為170—241，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。
（1）面的加工余量。
根據(jù)工序要求，結合面加工分粗、精銑加工。各工步余量如下：
粗車：參照《機械加工工藝手冊第1卷》表3.2.23。其余量值規(guī)定為，現(xiàn)取。表3.2.27粗車平面時厚度偏差取。
精車：參照《機械加工工藝手冊》表2.3.59，其余量值規(guī)定為。
差等級選用CT7。再查表2.3.9可得鑄件尺寸公差為。
2.6選擇加工設備及刀、量具
由于生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，所以所選設備宜以通用機床為主，輔以少量專用機車。起生產(chǎn)方式為以通用機床加專用夾具為主，輔以少量專用機床加工生產(chǎn)。工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳遞，由于工件質(zhì)量較大，故需要輔助工具來完成。
2.7確定切削用量及基本工時（機動時間）
工序30. 粗車φ42mm外圓及右端面
已知工件材料： KTH300-05，鑄造，有外皮，機床CA6140普通車床，工件用卡盤固定。
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉位車刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于CA6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成
②.確定進給量
根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時，
進給量=0.5～1.0
按CA6140機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知：
=0.7
確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機床進給機構允許進給力=3530。
根據(jù)表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。
切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為：
=950=1111.5 （1-2）
由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質(zhì)合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故：
==63 （1-3）
===120 （1-4）
根據(jù)CA6140車床說明書選擇
=129
這時實際切削速度為：
== （1-5）
⑤.校驗機床功率
切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。
由《切削用量簡明使用手冊》表1.29，=～，，，切削速度時，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為：
=1.7=1.2 （1-6）
根據(jù)表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在C620—1機床上進行，最后決定的切削用量為：
=2，=，==，=
工序40 半精車φ42mm外圓及右端面
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉位車刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于C6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成，故
==
②.確定進給量
根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時，
進給量=0.5～1.0
按CA6140機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知：
=0.7
確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機床進給機構允許進給力=3530。
根據(jù)表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。
切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為：
=950=1111.5 由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質(zhì)合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故：
==63 （3-12）
===120 （3-13）
根據(jù)CA6140車床說明書選擇
=129
這時實際切削速度為：
== （3-14）
⑤.校驗機床功率
切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。
由《切削用量簡明使用手冊》表1.29，=～，，，切削速度時，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為：
=1.7=1.2
根據(jù)表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機床上進行，最后決定的切削用量為：
=1.29，=，==，=
工序50 粗鏜孔φ29mm內(nèi)孔
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉位車刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于C6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成，故
==
②.確定進給量
根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時，
進給量=0.5～1.0
按CA6140機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知：
=0.7
確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機床進給機構允許進給力=3530。
根據(jù)表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。
切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為：
=950=1111.5 由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質(zhì)合金刀加工硬度200～219的鑄件，，，切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故：
==63 （3-12）
===120 （3-13）
根據(jù)CA6140車床說明書選擇
=129
這時實際切削速度為：
== （3-14）
⑤.校驗機床功率
切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。
由《切削用量簡明使用手冊》表1.29，=～，，，切削速度時，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為：
=1.7=1.2
根據(jù)表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機床上進行，最后決定的切削用量為：
=1.29，=，==，=
==
工序60半精鏜φ29mm內(nèi)孔
已知加工材料為KTH300-05，鍛造件，有外皮，機床CA6140普通車床，工件用卡盤固定。
所選刀具為YG6硬質(zhì)合金可轉位車刀。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.1，由于CA6140機床的中心高為200（表1.30），故選刀桿尺寸=，刀片厚度為。選擇車刀幾何形狀為卷屑槽帶倒棱型前刀面，前角=，后角=，主偏角=，副偏角=，刃傾角=，刀尖圓弧半徑=。
①.確定切削深度
由于單邊余量為，可在一次走刀內(nèi)完成，故
= （3-1）
②.確定進給量
根據(jù)《切削加工簡明實用手冊》可知：表1.4
刀桿尺寸為，，工件直徑～400之間時，
進給量=0.5～1.0
按CA6140機床進給量（表4.2—9）在《機械制造工藝設計手冊》可知：
=0.7
確定的進給量尚需滿足機床進給機構強度的要求，故需進行校驗根據(jù)表1—30，CA6140機床進給機構允許進給力=3530。
根據(jù)表1.21，當強度在174～207時，，，=時，徑向進給力：=950。
切削時的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=1.17（表1.29—2），故實際進給力為：
=950=1111.5 （3-2）
由于切削時進給力小于機床進給機構允許的進給力，故所選=可用。
③.選擇刀具磨鈍標準及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為，車刀壽命=。
④.確定切削速度
切削速度可根據(jù)公式計算，也可直接有表中查出。
根據(jù)《切削用量簡明使用手冊》表1.11，當硬質(zhì)合金刀加工硬度200～219的鍛造件，，，切削速度=。
切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=0.92，0.8，=1.0，=1.0（見表1.28），故：
==63 （3-3）
===120 （3-4）
根據(jù)CA6140車床說明書選擇
=129
這時實際切削速度為：
== （3-5）
⑤.校驗機床功率
切削時的功率可由表查出，也可按公式進行計算。
由《切削用量簡明使用手冊》表1.29，=～，，，切削速度時，
=
切削功率的修正系數(shù)=0.73，=0.9，故實際切削時間的功率為：
=1.7=1.2 （3-6）
根據(jù)表1.30，當=時，機床主軸允許功率為=，，故所選切削用量可在CA6140機床上進行，最后決定的切削用量為：
=3.75，=，==，=
⑥.倒角
為了縮短輔助時間，取倒角時的主軸轉速與鉆孔相同
換車刀手動進給。
工序70精鏜φ29mm內(nèi)孔
切削深度ap：ap=1mm
根據(jù)《機械加工工藝手冊》表查得：進給量,查《機械加工工藝手冊》表2.4-82得切削速度，
機床主軸轉速：
，
查《機械加工工藝手冊》表3.1-74取
實際切削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知深度為3mm，l=3mm
機動時間==0.052min=3.12s
第3章 加工鋼板彈簧支架車床夾具設計
3.1 車床夾具設計要求說明
因而車床夾具的主要特點是工件加工表面的中心線與機床主軸的回轉軸線同軸。
角鐵式車床夾具 在車床上加工殼體、支座、閥體、接頭等零件的回轉端面時，由于零件形狀較復雜，難以裝夾在通用卡盤上，因而須設計專用夾具。這種夾具的夾具體呈角鐵狀，故稱其為角鐵式車床夾具。
花盤式車床夾具 這類夾具的夾具體稱花盤，上面開有若干個T形槽，安裝定位元件、夾緊元件和分度元件等輔助元件，可加工形狀復雜工件的外圓和內(nèi)孔。這類夾具不對稱，要注意平衡。
（2） 安裝在托板上的夾具。某些重型、畸形工件，常常將夾具安裝在托板上。刀具則安裝在車床主軸上做旋轉運動，夾具做進給運動。
由于后一類夾具應用很少，屬于機床改裝范疇。而生產(chǎn)中需自行設計的較多是安裝在車床主軸上的專用夾具，所以零件在車床上加工用專用夾具。
3.2車床夾具的設計要點
（1）定位裝置的設計特點和夾緊裝置的設計要求
當加工回轉表面時，要求工件加工面的軸線與機床主軸軸線重合，夾具上定位裝置的結構和布置必須保證這一點。
當加工的表面與工序基準之間有尺寸聯(lián)系或相互位置精度要求時，則應以夾具的回轉軸線為基準來確定定位元件的位置。
工件的夾緊應可靠。由于加工時工件和夾具一起隨主軸高速回轉，故在加工過程中工件除受切削力矩的作用外，整個夾具還要受到重力和離心力的作用，轉速越高離心力越大，這些力不僅降低夾緊力，同時會使主軸振動。因此，夾緊機構必須具有足夠的夾緊力，自鎖性能好，以防止工件在加工過程中移動或發(fā)生事故。對于角鐵式夾具，夾緊力的施力方式要注意防止引起夾具變形。
（2）夾具與機床主軸的連接
車床夾具與機床主軸的連接精度對夾具的加工精度有一定的影響。因此，要求夾具的回轉軸線與臥式車床主軸軸線應具有盡可能小的同軸度誤差。
心軸類車床夾具以莫氏錐柄與機床主軸錐孔配合連接，用螺桿拉緊。有的心軸則以中心孔與車床前、后頂尖安裝使用。
根據(jù)徑向尺寸的大小，其它專用夾具在機床主軸上的安裝連接一般有兩種方式：
1)對于徑向尺寸D＜140mm，或D＜(2～3)d的小型夾具，一般用錐柄安裝在車床主軸的錐孔中，并用螺桿拉緊，如圖1-a所示。這種連接方式定心精度較高。
2)對于徑向尺寸較大的夾具，一般用過渡盤與車床主軸軸頸連接。過渡盤與主軸配合處的形狀取決于主軸前端的結構。
圖1-b所示的過渡盤，其上有一個定位圓孔按H7/h6或H7/js6與主軸軸頸相配合，并用螺紋和主軸連接。為防止停車和倒車時因慣性作用使兩者松開，可用壓板將過渡盤壓在主軸上。專用夾具則以其定位止口按H7/h6或H7/js6裝配在過渡盤的凸緣上，用螺釘緊固。這種連接方式的定心精度受配合間隙的影響。為了提高定心精度，可按找正圓校正夾具與機床主軸的同軸度。
對于車床主軸前端為圓錐體并有凸緣的結構，如圖1-c所示，過渡盤在其長錐面上配合定心，用活套在主軸上的螺母鎖緊，由鍵傳遞扭矩。這種安裝方式的定心精度較高，但端面要求緊貼，制造上較困難。
圖1-d所示是以主軸前端短錐面與過渡盤連接的方式。過渡盤推入主軸后，其端面與主軸端面只允許有0.05～0.1mm的間隙，用螺釘均勻擰緊后，即可保證端面與錐面全部接觸，以使定心準確、剛度好。
圖1 車床夾具與機床主軸的連接
過渡盤常作為車床附件備用，設計夾具時應按過渡盤凸緣確定專用夾具體的止口尺寸。過渡盤的材料通常為鑄鐵。各種車床主軸前端的結構尺寸，可查閱有關手冊
4.2.3切削力及夾緊力的計算
刀具：
① 粗車切削力：查《現(xiàn)代機床夾具設計》P104表，得車削切削力計算公式：
圓周分力Fc = 902ap f0.75Kp
徑向分力Fp = 2383ap0.9f0.6vc-0.3Kp
軸向分力Ff =3326Kp
其中ap——背吃刀量 2.3mm(?30) 4mm(?35)
f——每轉進給量 0.16mm(?30) 0.3mm (?35)
Vc—切削速度m/min 60(?30) 40(?35)
Kp—修正系數(shù)1.08 1.63 0.70
所以切削?29時的各切削力
Fc1= 566.8N
Fp2=801.5N
Ff3= 416.4N
精車切削力：ap——背吃刀量0.5mm(?30) 0.7mm(?35)
f——每轉進給量 0.13mm(?30) 0.2mm (?35)
Vc—切削速度m/min 38(?30) 20(?35)
Kp—修正系數(shù) 1.08 1.63 0.70
所以切削?29時的各切削力
Fc1= 105.45N
Fp2= 57.23N
Ff3= 97.96N
② 車削夾緊力：查《機床夾具設計手冊》P70表3-6，查得工件以V形塊和定位塊定位時所需夾緊力計算公式：
Wk = KFsinα22μ2
式中Wk——實際所需夾緊力
K—安全系數(shù)
α——彈簧夾頭的半錐角
u2——工件與夾具支承面的摩擦系數(shù)
則所需夾緊力
Wk=399（N）
根據(jù)手冊查得該夾緊力滿足要求，故此夾具可以安全工作。
3.3 定位機構
由零件圖分析孔的加工要求，必須保證孔軸向和徑向的加工尺寸，得出，夾具必須限制工件的六個自由度，才可以達到加工要求。先設計夾具模型如下：
卡爪板限制了X,Y,Z方向的移動自由度，錐套X,Y方向的轉動自由度，支撐釘限制了Z方向的轉動自由度。可見，定位方案選擇合理。
3.4夾緊機構
選擇工件的夾緊方案，夾緊方案的選擇原則是夾得穩(wěn)，夾得牢，夾得快。選擇夾緊機構時，要合理確定夾緊力的三要素：大小、方向、作用點。夾緊裝置的基本要求如下：
1. 夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置；
2. 夾緊力要適當，既要保證工件在加工過程中不移動、不轉動、不震動，又不因夾緊力過大而使工件表面損傷、變形。
3. 夾緊機構的操作應安全、方便、迅速、省力。
4. 機構應盡量簡單，制造、維修要方便。
分析零件加工要素的性質(zhì)，確定夾緊動力源類型為手動夾緊，夾緊裝置為壓板，壓緊力來源為螺旋力。夾具的具體結構與參數(shù)見夾具裝配圖和零件圖。
3.5零件的車床夾具的加工誤差分析
工件在車床夾具上加工時，加工誤差的大小受工件在夾具上的定位誤差、夾具誤差、夾具在主軸上的安裝誤差和加工方法誤差的影響。
如夾具圖所示，在夾具上加工時，尺寸的加工誤差的影響因素如下所述：
（1）定位誤差
由于C面既是工序基準，又是定位基準，基準不重合誤差為零。工件在夾具上定位時，定位基準與限位基準是重合的，基準位移誤差為零。因此，尺寸的定位誤差等于零。
（2）夾具誤差
夾具誤差為限位基面與軸線間的距離誤差，以及限位基面相對安裝基面C的平行度誤差是0.01.
（3）安裝誤差
因為夾具和主軸是莫氏錐度配合，夾具的安裝誤差幾乎可以忽略不計。
（4）加工方法誤差
如車床主軸上安裝夾具基準與主軸回轉軸線間的誤差、主軸的徑向跳動、車床溜板進給方向與主軸軸線的平行度或垂直度等。它的大小取決于機床的制造精度、夾具的懸伸長度和離心力的大小等因素。一般取
=/3=0.05/3=0.017mm
零件的車床夾具總加工誤差是：
精度儲備：
故此方案可行。
3.6 確定夾具體結構尺寸和總體結構
夾具體設計的基本要求
（1）應有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性
夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀塊或?qū)蛟谋砻嬉约皧A具體的安裝基面，應有適當?shù)某叽缇群托螤罹龋鼈冎g應有適當?shù)奈恢镁取?
為使夾具體的尺寸保持穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造夾具體要進行退火處理。
（2）應有足夠的強度和剛度
為了保證在加工過程中不因夾緊力、切削力等外力的作用而產(chǎn)生不允許的變形和振動，夾具體應有足夠的壁厚，剛性不足處可適當增設加強筋。
（3）應有良好的結構工藝性和使用性
夾具體一般外形尺寸較大，結構比較復雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，因此應特別注意其結構工藝性，應做到裝卸工件方便，夾具維修方便。在滿足剛度和強度的前提下，應盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡單。
（4）應便于排除切屑
在機械加工過程中，切屑會不斷地積聚在夾具體周圍，如不及時排除，切削熱量的積聚會破壞夾具的定位精度，切屑的拋甩可能纏繞定位元件，也會破壞定位精度，甚至發(fā)生安全事故。因此，對于加工過程中切屑產(chǎn)生不多的情況，可適當加大定位元件工作表面與夾具體之間的距離以增大容屑空間：對于加工過程中切削產(chǎn)生較多的情況，一般應在夾具體上設置排屑槽。
（5）在機床上的安裝應穩(wěn)定可靠
夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上的相應表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應盡量低，支承面積應足夠大，安裝基面應有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應中空，大型夾具還應設置吊環(huán)或起重孔。
確定夾具體的結構尺寸，然后繪制夾具總圖。詳見繪制的夾具裝配圖。
3.7 零件的車床專用夾具簡單使用說明
圖3-2夾具裝配圖
（1）夾具的總體結構應力力求緊湊、輕便，懸臂尺寸要短，重心盡可能靠近主軸。
（2）當工件和夾具上個元件相對機床主軸的旋轉軸線不平衡時，將產(chǎn)生較大的離心力和振動，影響工件的加工質(zhì)量、刀具的壽命、機床的精度和安全生產(chǎn)，特別是在轉速較高的情況下影響更大。因此，對于重量不對稱的夾具，要有平衡要求。平衡的方法有兩種：設置平衡塊或加工減重孔。在工廠實際生產(chǎn)中，常用適配的方法進行夾具的平衡工作。
結 論
通過近一個月的課程設計，使我們充分的掌握了一般的設計方法和步驟，不僅是對所學知識的一個鞏固，也從中得到新的啟發(fā)和感受，同時也提高了自己運用理論知識解決實際問題的能力，而且比較系統(tǒng)的理解了液壓設計的整個過程。
在整個設計過程中，我本著實事求是的原則，抱著科學、嚴謹?shù)膽B(tài)度，主要按照課本的步驟，到圖書館查閱資料，在網(wǎng)上搜索一些相關的資料和相關產(chǎn)品信息。這一次設計是大學四年來最系統(tǒng)、最完整的一次設計，也是最難的一次。在設計的時候不停的計算、比較、修改，再比較、再修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期間也遇到不少的困難和挫折，幸好有老師的指導和幫助，才能夠在設計中少走了一些彎路，順利的完成了設計。
本設計研究過程中仍然存在不足之處，有的問題還待于進一步深入，具體如下：
（1）缺乏實際工廠經(jīng)驗，對一些參數(shù)和元件的選用可能不是非常合理，有一定的浪費。
（2）與夾具相關的刀具和量具的了解還不太清楚。
（3）系統(tǒng)的設計不太完善，在與計算機配合進行精確的數(shù)據(jù)采集和控制上還有一些不足。
（4）使用有一定的局限：人工操作多，零部件磨損度在實際中尚不明確。
參考文獻
[1] 劉德榮，組合夾具結構簡圖的初步探討，組合夾具，1982. (1)
[2] 孫已德，機床夾具圖冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1984：20-23。
[3] 貴州工學院機械制造工藝教研室，機床夾具結構圖冊[M]，貴陽：貴州任命出版社，1983：42-50。
[4] 劉友才，機床夾具設計[Ｍ] ，北京：機械工業(yè)出版社，1992 。
[5] 孟少龍，機械加工工藝手冊第1卷[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1991。
[6] 《金屬機械加工工藝人員手冊》修訂組，金屬機械加工工藝人員手冊[M]，上海：上?？茖W技術出版社，1979。
[7] 李洪，機械加工工藝師手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1990。
[8] 馬賢智，機械加工余量與公差手冊[M]，北京：中國標準出版社，1994。
[9] 上海金屬切削技術協(xié)會，金屬切削手冊[M]，上海：上?？茖W技術出版社，1984。
[10] 周永強，高等學校課程設計指導[M]，北京：中國建材工業(yè)出版社，2002。
[11] 薛源順,機床夾具設計(第二版) [M],機械工業(yè)出版社,2003.1
[12] 余光國，馬俊，張興發(fā)，機床夾具設計[M]，重慶：重慶大學出版社，1995。
[13] 東北重型機械學院，洛陽農(nóng)業(yè)機械學院，長春汽車廠工人大學，機床夾具設計手冊[M]，上海：上?？茖W技術出版社，1980。
[14] 李慶壽，機械制造工藝裝備設計適用手冊[M]，銀州：寧夏人民出版社，1991。
[15] 廖念釗，莫雨松，李碩根，互換性與技術測量[M]，中國計量出版社，2000：9-19。
[16] 哈爾濱工業(yè)大學,哈爾濱市教育局,專用機床夾具設計與制造,黑農(nóng)江人民出版社,1979.12
[17] 樂兌謙，金屬切削刀具，機械工業(yè)出版社，2005：4-17。
[18] Machine Tools N.chernor 1984.
[19] Machine Tool Metalworking John L.Feirer 1973.
[20] Handbook of Machine Tools Manfred weck 1984 .
[21] Sors l.fatigue design of machine components.oxford:pergramon press.1971
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致 謝
在本文完成之際，首先向我最尊敬的導師老師致以最誠摯的敬意和最衷心的感謝。幾個月以來，他不遺余力地對我的設計進行了指導。在我課程設計這段時間，無論在學習還是在生活上，恩師都給予了我無微不至的關懷。他以其淵博的知識，寬厚的胸懷、無私的敬業(yè)精神以及嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和開拓進取的精神激勵著我，并言傳身教，身體力行地不斷培養(yǎng)我獨立思考，深入探索，解決實際問題的能力，使我受益匪淺。老師給與了該設計關鍵性的技術指導，并指明了研究的方向，雖然平日里工作繁多，但在我做課程設計的過程中，特別在說明書的撰寫和修改上給予了我悉心的指導，特此向老師表示衷心的感謝和敬意!
課程設計雖已完成了，但由于知識水平的局限，實際經(jīng)驗缺乏，設計還存在許多不足，有很多地方需要改進。對于這些不足，我將在以后的工作中利用盡自已所能的去補充和完善，讓自己成為對社會作更多的貢獻，成為有用之才。
此外還要感謝那些給予過我關心、幫助的老師和同學，正是有了大家的關懷、鼓力和我自己的努力，此設計才得以順利完成。
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