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水泵葉輪夾具及工藝的設(shè)計(jì)
水泵葉輪夾具及工藝的設(shè)計(jì)
課題來(lái)源
對(duì)車(chē)間的觀察，及自己的興趣愛(ài)好，對(duì)不規(guī)則零件和形狀較復(fù)雜零件如何加工和裝夾產(chǎn)生了濃厚的興趣?，F(xiàn)在決定以此為課題，進(jìn)行水泵葉輪夾具及加工工藝的設(shè)計(jì)。
科學(xué)依據(jù)（包括課題的科學(xué)意義；國(guó)內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢(shì)；應(yīng)用前景等）
專用夾具操作方便、省力、安全便于零件裝夾加工同時(shí)能保證零件的加工精度，降低了勞動(dòng)生產(chǎn)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。
研究?jī)?nèi)容
目前要解決如下問(wèn)題：
定位水泵葉輪的加工工藝過(guò)程。設(shè)計(jì)夾具滿足零件加工要求能提高加工生產(chǎn)率，操作方便、省力、安全，具有一定使用壽命和較低的夾具制造成本，具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性：便于制造、檢驗(yàn)、裝配、調(diào)整、維修。
擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析
按照設(shè)計(jì)任務(wù)，根據(jù)調(diào)查研究所提供的權(quán)據(jù)和有關(guān)技術(shù)資料，進(jìn)行以下工作：進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、繪制有關(guān)圖紙，編寫(xiě)技術(shù)文件等。其基本內(nèi)容如下：
1）繪制被加工零件工序圖。
2）部件裝配圖設(shè)計(jì)。
3）按規(guī)定格式編制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。
研究計(jì)劃及預(yù)期成果
加工工藝符合實(shí)際生產(chǎn)情況，夾具滿足零件加工要求能提高加工生產(chǎn)率，操作方便、省力、安全，具有一定使用壽命和較低的夾具制造成本，具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性：便于制造、檢驗(yàn)、裝配、調(diào)整、維修。
特色或創(chuàng)新之處
專用夾具是根據(jù)工件的加工要求，以通用部件與一些定制部件組合而成的。它能滿足零件加工工序的精度要求，能提高加工生產(chǎn)率，操作方便、省力、安全。
已具備的條件和尚需解決的問(wèn)題
設(shè)計(jì)零件為：水泵葉輪，按圖中加工位置加工Ф80底面和兩條相互垂直的槽，材料為HT200。
本文詳細(xì)論述了零件加工工藝以及零件裝夾方案方面的探討，包括加工工藝的確定，工件夾緊方案的選擇，切削用量的計(jì)算，機(jī)床的選擇。
摘要
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，很多行業(yè)中一些形狀較復(fù)雜產(chǎn)品特別是加工批量較大的零件，利用通用夾具難以裝夾。即便勉強(qiáng)可以裝夾但零件的裝夾和加工難度也同時(shí)提高，精度難以保證，工人勞動(dòng)強(qiáng)度提高，所耗工時(shí)增加，成本提高，加工生產(chǎn)效率低。
為了便于零件的裝夾和加工同時(shí)保證加工質(zhì)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低成本，提高生產(chǎn)加工效率需要使用專用夾具。
本課題主要是對(duì)水泵葉輪的機(jī)械加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)及工藝裝備的設(shè)計(jì)（年產(chǎn)量為10000件），為企業(yè)解決實(shí)際的問(wèn)題。針對(duì)該水泵葉輪的尺寸特殊性、加工工序和機(jī)床的良好使用，則需設(shè)計(jì)一套專用夾具，從而確保車(chē)削水泵葉輪Ф80底面和銑削水泵葉輪兩條相互垂直的槽的精度，提高生產(chǎn)效率，保證零件的產(chǎn)量。
本課題的設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了我們所學(xué)的機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)床概論、機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)等專業(yè)理論知識(shí)。
關(guān)鍵詞：水泵葉輪、工藝、夾具。
Abstract
In the actual production process, many industries in the shape of some of the more complex products, particularly large quantities of spare parts processing, use common fixture to fixture. But even if barely fixture parts of the fixture and also improve the processing difficulty, it is difficult to guarantee the accuracy, increased labor intensity of workers, increase working hours by consumption, increased cost, low efficiency of the production process.
In order to facilitate the processing and parts of the fixture at the same time ensure that the processing quality, reduce labor intensity of workers, reduce costs and improve efficiency of production and processing need to use special fixture.
The main topic of the pump impeller machining process planning the design and the design of equipment (annual production of up to 10,000), for enterprises to solve practical problems. Against the size of the pump impeller particularity, processing and the good use of machine tools required to design a special fixture, so as to ensure that turning pump impeller Ф80 milling pump impeller and the bottom two mutually perpendicular to the trough of accuracy, increase productivity and ensure Part of the output.
The design of the integrated use of the topics that we have learned mechanical drawing, mechanical design basis, machine Studies, machinery manufacturing technology, machine tool fixture design professionals such as theoretical knowledge.
Key words: pump impeller, process, fixture.
第一章 前言
1.1 機(jī)床技術(shù)各方面的發(fā)展
裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，機(jī)床技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其他產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及起產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)。”制造技術(shù)的裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而車(chē)床技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國(guó)制造產(chǎn)業(yè)廣泛采用數(shù)控車(chē)床技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。
效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大的提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為５大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（ＣＩＲＰ）將其確定為２１世紀(jì)的中心研究方向之一。
在轎車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)３０萬(wàn)輛的生產(chǎn)節(jié)拍是４０秒／輛，而且多品種加工是轎車(chē)裝備必須解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，起加工的零件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削里很小的情況下，才能對(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。近來(lái)采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來(lái)制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來(lái)替代多個(gè)零件通過(guò)眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性的到提高。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
從EM02001展會(huì)情況來(lái)看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min,甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車(chē)廠，包括我國(guó)的上海通用公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分代替組合機(jī)床。美國(guó)CINCINNATI公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大可達(dá)60m/min,快速為100m/min,加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min,而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h,在普通銑床加工需8h;德國(guó)DMG公司的雙主軸車(chē)床的主軸轉(zhuǎn)速及加速度分別達(dá)12000r/mm和1g。
在加工精度方面，近10年來(lái)，普通級(jí)機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密加工中心則從3-5μm,提高到1-1.5μm，并且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)（0.01μm）。
在可靠性方面，國(guó)外數(shù)控車(chē)床裝置的MTBF值已達(dá)6000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)非常高的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)告訴、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。
1.2銑床加工的特點(diǎn)：
1） 零件加工的適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性好，能加工輪廓形狀特別復(fù)雜或難以控制尺寸的零件，如模具類零件、殼體類零件等。
2） 能加工普通機(jī)床無(wú)法加工或很難加工的零件，如用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線零件以及三維空間曲面類零件。
3） 能加工一次裝夾定位后，需進(jìn)行多道工序加工的零件。
4） 加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
5） 生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，可以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。有利于生產(chǎn)管理自動(dòng)化。
6） 生產(chǎn)效率高。
7） 從切削原理上講，無(wú)論是端銑或周銑都屬于斷續(xù)切削方式，而不像車(chē)削那樣連續(xù)切削，因此對(duì)刀具的要求較高，具有良好的抗沖擊性、韌性和耐磨性。在干切削狀況下，還要求有良好的紅硬性。
1.3銑床加工的順序：
加工順序通常包括切削加工工序、熱處理工序和輔助工序等，工序安排的科學(xué)與否將直接影響到零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和加工成本。切削加工工序通常按以下原則安排：
1）先粗后精 當(dāng)加工零件精度要求較高是都要經(jīng)過(guò)粗加工、半精加工、精加工階段，如果精度要求更高，還包括光整加工等幾個(gè)階段。
2）基準(zhǔn)面先行原則 用作精基準(zhǔn)的表面應(yīng)先加工。任何零件的加工過(guò)程總是先對(duì)定位基準(zhǔn)進(jìn)行粗加工和精加工，例如軸類零件總是先加工中心孔，在以中心孔為精基準(zhǔn)加工外圓和端面箱體類零件總是先加工定位用的平面及兩個(gè)定位孔，再一平面和定位孔為精基準(zhǔn)加工孔系和其他平面。
3）先面后孔 對(duì)于箱體、支架等零件，平面尺寸輪廓較大，用平面定位比較穩(wěn)定，而且孔的深度尺寸有是以平面為基準(zhǔn)的，故應(yīng)先加工平面，然后加工孔。
4）先主后次 即先加工主要表面，然后加工次要表面。
我的畢業(yè)設(shè)計(jì)就是利用機(jī)床對(duì)水泵葉輪進(jìn)行的加工設(shè)計(jì)相應(yīng)的夾具。本文從水泵葉輪的工藝分析、車(chē)床夾具的設(shè)計(jì)、銑床夾具的設(shè)計(jì)幾個(gè)方面予以闡述。
第二章 零件的分析
2.1零件的作用
題目所給的零件是水泵葉輪，位于傳動(dòng)軸的端部安裝在十字槽內(nèi)。主要用于傳遞扭矩，使水泵獲得動(dòng)力，另外通過(guò)Φ12H8的孔配合，傳遞動(dòng)力之用。
2.2零件的工藝分析
2.2.1零件的結(jié)構(gòu)、形狀、技術(shù)要求
零件的結(jié)構(gòu)如圖（1-1）所示：回轉(zhuǎn)類零件水泵葉輪共有三個(gè)地方要加工，他們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下：
圖1-1水泵葉輪
A） 其一是水泵葉輪的兩個(gè)相互垂直的十字槽，要求兩條槽的對(duì)稱度相對(duì)與Φ12H8的軸線是0.02，表面粗糙度是6.3，其四個(gè)槽的寬度尺寸為寬11mm、深11mm。
其二Φ10鑄孔，表面粗糙度是3.2。Φ10孔的上偏差0.027、下偏差0。
B)其三是水泵葉輪的地面，加工的基本尺寸是4mm，表面粗糙度是6.3。
零件的技術(shù)要求：
1.水泵葉輪的材料為HT200。
2.未注鑄造圓角R3-5。
3.鑄件不允許有夾渣、裂紋、氣孔等缺陷。
2.2.2零件的加工方法選擇
表1-1零件的加工方法選擇
加工面
加工方法
設(shè)備
刀具
定位夾緊
兩條十字槽
銑
立銑X62
Φ10指狀銑刀
以底面3點(diǎn)及其鑄孔2點(diǎn)定位在其底面對(duì)面夾緊
水泵葉輪底面
車(chē)，銑
CA6140，臥銑X52
45車(chē)刀，100端銑刀
以底面對(duì)底面及其孔定位，在孔軸線方向沉孔處夾緊
孔
鉆
鉆床
Φ12麻花鉆
以底面及其止口定位，在底面對(duì)底面夾緊
2.2.3 零件的加工方案的選擇
表1-2零件的加工方法的選擇
序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備及工藝裝備
說(shuō)明
1
鑄
鑄造
2
時(shí)效
3
車(chē)
車(chē)水泵葉輪底面至尺寸4mm
車(chē)底面夾具，CA6140車(chē)床，45車(chē)刀
工件以毛坯對(duì)面為粗基準(zhǔn)
4
鉆
鉆Φ12的中心孔
鉆床，Φ12麻花鉆，鉆孔夾具
工件以底面及其止口定位
5
銑
銑兩條十字槽，槽寬11mm深11mm對(duì)稱度要求0.2
立式銑床
立銑刀Φ101
工件以底面及中心孔定位
6
清洗、去毛刺
7
檢驗(yàn)
2.2.4確定切削用量及基本工時(shí)
1. 工序3：車(chē)削水泵葉輪端面。本工序采用計(jì)算法確定切削用量。
a 、 加工條件
工件材料：HT200鑄造
b 、加工要求
精車(chē)Φ80的底面，表面粗糙度為6.3
c 、機(jī)床：CA6140臥式車(chē)床
d 、刀具：刀片材料硬質(zhì)合金45車(chē)刀，刀桿尺寸16X25mm,k=90, γ=15，α=12
，r=0.5mm。
2.切削用量的計(jì)算
（1）粗車(chē)水泵葉輪Φ80的底面
a 、以知毛坯長(zhǎng)度方向的加工余量為2mm，一次加工a=2mm即長(zhǎng)度加工公差I(lǐng)T12級(jí)，取-0.46mm(入體方向)。
b 、進(jìn)給量f根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》（第三版）（以下簡(jiǎn)稱《切削手冊(cè)》，當(dāng)?shù)稐U尺寸為16mmX25mm，a）≤3mm以及工件直徑為80mm時(shí)
f=1-2mm/r
c 、計(jì)算切削速度 按《切削手冊(cè)》表1.27，切削速度的計(jì)算的計(jì)算公式為（壽命選T=60min）
V=CK/Taf(m/min)
其中C=242，X=0.15,yv=0.35,m=0.2。修正系數(shù)K見(jiàn)《切削手冊(cè)》表1.28即
K=1.44,Ksv=0.8,Kkv=1.04,Kkrv=0.81,kbv=0.97。
所以Vc=240×1.44×0.8×1.04×0.18×0.97/80×2×1.5=102.6(m/min)
d 、確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速
ns=1000vc/3.14dw=1000×102.6/3.14×65=523(r/min)
按機(jī)床說(shuō)明書(shū)（見(jiàn)《工藝手冊(cè)》表4.2-8）,與523r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為480r/min及600r/min?，F(xiàn)取nw=600r/min如果選nw=480r/min,則速度損失太大。
所以實(shí)際切削速度為vc=122m/min
3.鉆孔Φ12mm
根據(jù)有關(guān)資料介紹，利用鉆頭進(jìn)行擴(kuò)鉆時(shí)，其進(jìn)給量與切削速度與鉆孔同樣尺寸的實(shí)心孔時(shí)的進(jìn)給量與切削速度的關(guān)系為：
f=(1.2-1.8)f
v=(1/2-1/3)v
式中f鉆，v鉆—加工實(shí)心孔是的切削用量。
現(xiàn)以知：
f=0.56mm/r (《切削手冊(cè)》表2-7)
v=19.25m/min (《切削手冊(cè)》表2.13)
并令
f=1.35 f=0.76mm/r 按機(jī)床選取 f=0.76mm/r
v=0.4 v=7.7m/min
ns=1000/3.14D=1000×7.7/3.14×12=204r/min
按機(jī)床選取 n=200r/min
所以實(shí)際切削速度 v=3.14×12×200/1000=75m/min
第三章 車(chē)床夾具與銑床夾具的設(shè)計(jì)
為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)專用夾具。
經(jīng)過(guò)老師的知道與協(xié)商，決定設(shè)計(jì)第3道工序與第5道工序，它們分別是精車(chē)水泵葉輪的底面和精銑水泵葉輪的兩條互成90的槽。
3.1 CA6140車(chē)夾具的設(shè)計(jì)
根據(jù)第3道工序本夾具將用于CA6140臥式車(chē)床，刀具為45硬質(zhì)合金車(chē)刀，對(duì)工件的端面進(jìn)行加工。
3.1.1 問(wèn)題的提出
本夾具主要用于精車(chē)水泵葉輪的底面，這個(gè)面只要求加工到尺寸4mm，對(duì)其他的孔以及面沒(méi)有一定的技術(shù)要求。在加工本道工序是，是作為其他工序的粗基準(zhǔn)，應(yīng)此，在加工本道工序是，主要考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而精度不是最主要的問(wèn)題。
3.2 夾具設(shè)計(jì)
基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一?；孢x擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過(guò)程會(huì)問(wèn)題百出，甚至造成零件的大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。
粗基準(zhǔn)的選擇：對(duì)于一般的回轉(zhuǎn)體零件而言，以外圓作為粗基準(zhǔn)是完全合理的。對(duì)于本零件來(lái)說(shuō)，由零件圖可知，如果以Φ42mm的外圓表面做基準(zhǔn)（4點(diǎn)定位），否則可能造成外圓表面的變形。按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則（即當(dāng)零件有不加工表面是，應(yīng)以這些不加工表面作為粗基準(zhǔn)），現(xiàn)在水泵葉輪的底面只對(duì)它的對(duì)面有4mm的厚度要求，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)應(yīng)該是葉輪的底面對(duì)面作誒主要定位面，是該工件的粗基準(zhǔn)，限制工件的3個(gè)自由度，其次選擇水泵葉輪的中心孔定位，限制2個(gè)自由度，總共限制了工件的5個(gè)自由度。工件的徑向移動(dòng)對(duì)加工面沒(méi)有任何影響。定位尺寸從定位面到水泵葉輪毛坯的底面是6mm。
因?yàn)樵搳A具用于加工批量不大的場(chǎng)合，加工要求相對(duì)來(lái)說(shuō)并不高，應(yīng)此，決定采用手動(dòng)夾緊。
定位方案和夾緊如圖（3-1）所以：
圖3-1水泵葉輪
3.3夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.3.1定位元件的選用：
本夾具定位元件采用平頭支撐釘（A型）和定位心軸，套類和盤(pán)類工件加工是，為保證外圓和端面與內(nèi)孔軸線間的位置精度，常以孔定位，在心軸上定位。
支撐釘主要用于精基準(zhǔn)的定位，定位面是平面。材料為45cr優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，支撐釘與工件定位基面的接觸的表面，尺寸精度不低于IT8，定位元件—支撐釘?shù)墓ぷ鞅砻娲植诙却笥赗a1.6微米，選用Ra0.8或Ra0.4，采用調(diào)整法和修配法提高裝配精度，保證支撐釘在同一個(gè)平面上。
定位心軸的材料選用45鋼，心軸外圓柱表面與工件定位面配合的表面，尺寸精度不低于IT8，選用IT7或IT6制造，并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，提高表面硬度和耐磨性。硬度HRC55-62。該心軸為剛性心軸的結(jié)構(gòu)形式。是間隙配合的心軸，多用于定心精度不高生產(chǎn)批量不大的場(chǎng)合，要求水泵葉輪以孔和端面組合定位。
3.3.2 夾緊方案的選擇
本夾緊方案采用夾緊螺母、墊圈與心軸聯(lián)結(jié)夾緊，通過(guò)于心軸的聯(lián)結(jié)把水泵葉輪固定到夾具上，心軸的具體形狀尺寸等見(jiàn)圖紙車(chē)夾具中心軸。當(dāng)工件加工完畢后，松開(kāi)螺母，卸下工件。在裝上下一個(gè)工件，夾緊后即可加工下底面。由于采用手動(dòng)夾緊，也只能用于中小批生產(chǎn)的場(chǎng)合。
3.3.3夾具體的設(shè)計(jì)
夾具體是與車(chē)床聯(lián)結(jié)的元件，車(chē)床夾具體材料為HT200，盤(pán)形零件，夾具體為鑄件。
3.3.4支架的設(shè)計(jì)：
加工前，水泵葉輪在夾具上獲得正確的位置后，還必須在夾具上設(shè)置夾緊機(jī)構(gòu)，將水泵葉輪夾緊，以保證水泵葉輪在切削力、離心力等外力作用下仍然保持定位是所占據(jù)的位置不變。
a)夾緊里的方向：夾緊里的方向朝向向工件的主要定位面，以保證水泵葉輪的定位精度。根據(jù)加工要求，在水泵葉輪的底面上車(chē)削，要保證孔與端面的垂直度和4mm的厚度，根據(jù)加工要求，以水泵葉輪底面的對(duì)面為主要定位面，夾緊里的方向應(yīng)該朝向底面，這樣能保證定位可靠，滿足上述要求。
b)夾緊里的作用點(diǎn)：夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)正對(duì)定位元件或落在定位元件的支撐范圍內(nèi)，以保證水泵葉輪的定位可靠。夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)處在水泵葉輪剛性較好的部位，減小了夾緊變形。這種措施對(duì)于剛性較差的水泵葉輪很重要，夾緊水泵葉輪時(shí)，若夾緊力作用在水泵葉輪的圓柱薄壁上，會(huì)使水泵葉輪產(chǎn)生交大的變形，所以?shī)A緊里作用在剛性較好的凸臺(tái)處，因?yàn)樗妮S向剛度比徑向剛度大。
c)夾緊力的大?。簥A緊力的大小，對(duì)工件的定位可靠性，工件和夾具的變形，夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和傳動(dòng)裝置的選擇都有很大的影響。
夾緊力的大小涉及復(fù)雜的動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題，所以只能作粗略估算。計(jì)算是以主切削力為依據(jù)與夾緊力建立靜平衡方程，解此方程來(lái)求夾緊里的大小?？紤]到切削力大小在加工過(guò)程中受到工件材質(zhì)不均勻、刀具磨損等因素影響，在考慮到工件在實(shí)際加工工程中還會(huì)受到慣性力和來(lái)自工件自重等外力因素。所以對(duì)按靜力平衡求得的夾緊力大小還必須乘以安全系數(shù)加以修正，作為實(shí)際所需要的夾緊力數(shù)值。
即：
F=KF
式中：F為實(shí)際所需的夾緊力，單位：N ；F為理論上的夾緊力；K為安全系數(shù)，通常K=1.5-1.3。F=12000（N）
3.3.5夾緊元件結(jié)構(gòu)：
本夾具夾緊元件采用夾緊螺母、墊圈與中心定位心軸夾緊。
3.3.6夾具與工作臺(tái)的聯(lián)結(jié)方式：
? 夾具是通過(guò)過(guò)渡盤(pán)固定在車(chē)床主軸上的，以此來(lái)確定夾具在機(jī)床上的位置。用4個(gè)M16的螺栓將夾具安裝在車(chē)床主軸上。
3.4夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。但由于是中小批生產(chǎn)，所以著眼與手動(dòng)夾緊而不是采用自動(dòng)、機(jī)動(dòng)夾緊，因?yàn)檫@是降低成本的重要途徑。本道工序是精車(chē)水泵葉輪底面，切削力較小，為了夾緊工件，避免積聚結(jié)構(gòu)過(guò)于龐大。目前采取的措施是：提高毛坯制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力。選擇合理的夾緊機(jī)構(gòu)，盡量增加夾緊力。結(jié)果，本夾具總的感覺(jué)比較緊湊。車(chē)夾具的裝配圖以及零件圖分別見(jiàn)圖紙。
3.5臥式銑床夾具的設(shè)計(jì)
根據(jù)第5道工序夾具將用在臥式銑床上加工水泵葉輪上兩條互成90的十字槽。機(jī)床型號(hào)為X63臥式銑床。刀具為Φ10的指狀銑刀。
3.5.1問(wèn)題的提出
槽寬 11mm、深11mm這兩條槽對(duì)Φ12H8的孔有一定的技術(shù)要求，要求每條槽相對(duì)于Φ12H8的軸線的對(duì)稱度為0.2，表面粗糙度為6.3。在加工本道工序時(shí)，兩條十字槽未經(jīng)加工，主要應(yīng)考慮機(jī)械加工的精度，而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度為其次要因素。
3.5.2定位基準(zhǔn)的選擇：
精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)考慮基準(zhǔn)重合問(wèn)題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算?，F(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算如下：
方案1：工件以底面及Φ800.05mm外圓為定位基準(zhǔn)，共限制了工件的5個(gè)自由度。 a) 定位誤差的分析
如圖紙所示，工件以Φ800.05mm外圓柱面在定位元件的Φ80mm止口中定位，加工寬11mm的槽，要求槽的對(duì)稱度的定位誤差。
（a）分析：對(duì)稱度的工序基準(zhǔn)Φ12H8的軸線與定位基準(zhǔn)Φ800.05mm的軸線不重合，△≠0。工件定位基準(zhǔn)與止口定位基準(zhǔn)（Φ80mm）不重合，△≠0。定位基準(zhǔn)可以任意方向移動(dòng)。
（b）計(jì)算：
△=0.02mm （同軸度誤差）
△=T+T+X
=0.03+0.1+0.02
=0.15mm
△=△+△
=0.15+0.02
=0.17mm
這種定位方式的定位誤差太大，很難保證槽的對(duì)稱度要求。其原因：一方面是定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，另一方面是定位基面的公差太大。解決以上問(wèn)題的措施是：
方案二：改用Φ12H8孔定位，使△=0。同時(shí)，由于Φ12H8孔的公差較小，△也將縮小。
計(jì)算：
此時(shí) △=0(同軸度誤差)
△=D-d
=80.1-79.95
=0.15mm
△=△+△
=0.15+0
=0.15mm
方案三：提高定位基準(zhǔn)面的制造精度，縮小△，如可將Φ800.05mm提高到Φ800.02mm，止口定位基準(zhǔn)面的直徑改為Φ80mm經(jīng)過(guò)計(jì)算比較，通過(guò)方案二的這種方式，能夠滿足槽的對(duì)稱度要求。
3.5.3夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
夾具的總體結(jié)構(gòu)為盤(pán)類形狀。
3.5.4定位元件的選擇及要求：
本夾具選用的定位元件是一個(gè)定位銷和一個(gè)定位盤(pán)。定位銷采用的短圓柱銷，因?yàn)檫@種類型的銷適用與直徑在Φ50mm以下的孔定位。限制了水泵葉輪2個(gè)自由度。用一個(gè)定位盤(pán)上的面限制水泵葉輪底面的3個(gè)自由度。定位盤(pán)的定位基準(zhǔn)面必須有足夠的精度，因?yàn)楣ぜ亩ㄎ皇峭ㄟ^(guò)定位副的接觸實(shí)現(xiàn)的，定位盤(pán)的精度直接影響工件的定位精度，因此，該定位盤(pán)基面應(yīng)有足夠的精度，以適應(yīng)水泵葉輪的加工要求。
該定位盤(pán)應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，定位盤(pán)不僅限制工件的自由度，還有支撐工件，承受夾緊力和切削力的作用，所以應(yīng)該有足夠的剛度和強(qiáng)度，以免使用中變形或破壞。
定位盤(pán)的耐磨性要好，水泵葉輪的裝卸會(huì)磨損定位元件的定位基面，導(dǎo)致定位精度下降。
定位盤(pán)的工藝性要好，定位盤(pán)的結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單，合理，便于加工，裝配和更換。
定位盤(pán)的材料：HT200。
3.5.5夾緊元件的選擇：
本夾具夾緊元件，采用移動(dòng)壓板。
3.5.6夾具體的設(shè)計(jì)：
夾具材料選用HT200，盤(pán)類結(jié)構(gòu)。夾具體采用鑄件。
3.5.7夾緊方案的設(shè)計(jì)：
夾緊力的作用點(diǎn)在水泵葉輪定位基面的對(duì)面，落在定位盤(pán)的支撐范圍內(nèi)，保證定位可靠，作用點(diǎn)處在水泵葉輪剛性較好的部位，減小了夾緊變形。
夾緊力的方向：夾緊力的方向朝向水泵葉輪定位底面以保證水泵葉輪的定位精度。該夾緊力方向有利于減小夾緊力，在工件上銑床上銑削，夾緊力因于銑削軸向力工件的重力同向，切削力、重力由夾具的固定支承承受。切削扭矩由夾緊力所產(chǎn)生的摩擦力矩平衡，軸向力和重力所產(chǎn)生的摩擦力矩有利于減小所需夾緊力。故所需夾緊力可最小。
夾緊力對(duì)工件定位可靠性、工件和夾具的變形、夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和傳動(dòng)裝置的選擇有很大的影響。夾緊力的大小計(jì)算涉及到復(fù)雜的動(dòng)力平衡問(wèn)題，這里只作粗略的估算。
F=KF=1.5×600=900N
1. 夾緊元件的結(jié)構(gòu)：在夾緊機(jī)構(gòu)中多數(shù)是以斜契夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)以及偏心夾緊機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)成的，這三種夾緊機(jī)構(gòu)合稱為基本夾緊機(jī)構(gòu)。
本夾緊機(jī)構(gòu)采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，他的結(jié)構(gòu)形式變化最多，選用典型的移動(dòng)壓板，他的結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便。
2. 夾具與工作臺(tái)安裝聯(lián)結(jié)方式：本銑夾具通過(guò)定位鍵與銑床工作臺(tái)T形槽的配合來(lái)確定夾具在機(jī)床上的位置。定位鍵采用沉頭螺釘固定在夾具體底面的縱向槽中，使用兩個(gè)，兩定位鍵的距離比較遠(yuǎn)，定位精度較好。定位鍵與夾具體的配合為H7/H6。為提高夾具安裝精度，定位鍵的下部（與工作臺(tái)T形槽配合 部分）可留有余量進(jìn)行修配，或者在安裝夾具時(shí)使定位鍵一側(cè)與工作臺(tái)T形槽靠緊，以減小軸間隙的影響。
銑床夾具的夾具體設(shè)計(jì)有耳座，并通過(guò)四個(gè)M16的螺栓將夾具緊固在機(jī)床的工作態(tài)T形槽中，耳座的間距與T形槽的間距一致。
3.6夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)單說(shuō)明
本夾具用在臥式銑床上加工水泵葉輪上兩條互成90的十字槽。
工件以底面Φ12H8的孔及底面在定位銷和定位盤(pán)的端面上定位，并使葉輪上的葉片與壓板頭部的缺口對(duì)中，夾緊時(shí)，旋轉(zhuǎn)螺母，通過(guò)杠桿聯(lián)動(dòng)使兩壓板同時(shí)夾緊工件。
當(dāng)一條槽加工完畢后，扳手順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使分度盤(pán)與夾具體之間松開(kāi)。分度盤(pán)下端沿圓周方向分布有四條長(zhǎng)度為1/4周長(zhǎng)的斜槽。然后逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)分度盤(pán)，在斜槽面的推壓下定位銷逐漸退入夾具體的襯套中，當(dāng)分度盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)90位置時(shí)，定位銷依靠彈簧彈出，落入第二條斜槽中，再反靠分度盤(pán)使定位銷與槽壁貼緊，用扳手把分度盤(pán)拉緊在夾具體上，即可加工另一條槽。由于分度盤(pán)上的四條槽為單向升降，因此分度盤(pán)也只能單向旋轉(zhuǎn)分度。
該夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。但分度精度受到分度盤(pán)的四條斜槽制造精度的影響，故適用于加工要求精度不高的情況下。另外采用鑄鐵定位盤(pán)，也只能用于加工批量不大的場(chǎng)合。
銑床夾具的裝配圖及夾具主要零件圖分別見(jiàn)圖紙。
第四章 總結(jié)
通過(guò)一段時(shí)間的設(shè)計(jì)研究，整個(gè)設(shè)計(jì)工作已經(jīng)完成。本人設(shè)計(jì)了一套車(chē)夾具和一套銑夾具。其設(shè)計(jì)本方案與實(shí)際生產(chǎn)相吻合，能夠解決企業(yè)一些基本的實(shí)際問(wèn)題。
本設(shè)計(jì)方案和類似的夾具相比，能正確的解決一個(gè)零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問(wèn)題，保證零件的加工質(zhì)量。但是還有一些地方做的不夠完善，需要進(jìn)一步改進(jìn)和研究，本夾具設(shè)計(jì)對(duì)夾緊力的計(jì)算只是粗略的估算，車(chē)夾具安裝還需要調(diào)試，夾具的夾緊改為其他夾緊方式可能會(huì)更好的提高生產(chǎn)效率。此外經(jīng)過(guò)最后檢查發(fā)現(xiàn)銑夾具上缺少一個(gè)對(duì)刀塊根據(jù)銑床夾具的結(jié)構(gòu)我選擇了側(cè)裝對(duì)刀塊JB/T8031。4-1995在此補(bǔ)充說(shuō)明。
我在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，專業(yè)知識(shí)得到一次全賣(mài)弄的復(fù)習(xí)和提高。在以下各個(gè)方面得到了很好的鍛煉：
1. 能熟練運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的知識(shí)。
2. 提高了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，通過(guò)設(shè)計(jì)夾具訓(xùn)練，獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計(jì)出高效、省力、經(jīng)濟(jì)合理而能保證加工質(zhì)量的夾具的能力。
3. 學(xué)會(huì)使用手冊(cè)以及圖表資料，掌握與夾具設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料的名稱、出處，做到了熟練運(yùn)用。
總而言之，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)自己不久未來(lái)將要從事的工作進(jìn)行了一次很好的適應(yīng)性的訓(xùn)練，從中鍛煉了自己獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，也為以后從事的工作鋪墊了基石。
由于本人能力、經(jīng)驗(yàn)等各方面不足的限制，所在設(shè)計(jì)中難免有不足之處，歡迎參考、查閱者給予批評(píng)指正。
致謝
論文脫稿之際，特此感謝指導(dǎo)張佳興老師為我講解新技術(shù)、提供具有代表性的課題，材料，以及在我遇到難題時(shí)及時(shí)的精心為我解答，使我順利的完成了此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。對(duì)張佳興老師嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、認(rèn)真的作風(fēng)致以崇高的敬意。對(duì)張佳興老師細(xì)心的指導(dǎo)和付出的心血表示衷心的感謝！
南通職業(yè)大學(xué)的諸位老師在我撰寫(xiě)畢業(yè)論文過(guò)程中以及在學(xué)校期間，給予了很多幫助和支持。為此再次向他們表示誠(chéng)摯的謝意！
向所有關(guān)心、支持、幫助過(guò)我的各位老師、同學(xué)、朋友們表示感謝！
最后，向熱心評(píng)審本論文和參加答辯的各位老師致以由衷的感謝！
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