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1、
本科畢業(yè)設計 ( 論文 )
題目：手柄座零件機械加工工藝和典型夾具設計
系 別：
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級：
學 生：
學 號：
指導教師：
2013年 5月
手柄座零件機械加工工藝和典型夾具設計
2、
摘要
手柄座零件是車床操縱部分的組成零件之一，該手柄座的作用相當于一個連桿，車床外部手柄的運動是通過車床手柄座傳遞到車床內部實現(xiàn)人為對機床的操縱。在設計中，主要目的是根據(jù)零件選擇合理的工藝路線，然后制定出一套可行的夾具。本文涉及兩大部分，第一部分是對手柄座零件的分析及工藝規(guī)程的制定；第二部分是對于零件中的兩次鉆孔加工采用不同的定位、夾緊方式進行典型夾具的設計。通過設計一方面使我們更進一步熟悉了產品加工設計的全過程，在制定加工方案的時候，充分考慮其經(jīng)濟性和可行性。另一方面通過對手柄座零件的機械加工工藝規(guī)程設計和鉆孔用夾具設計，試圖找出一種簡單、實用的加工方法，以供
3、生產同類零件的企業(yè)參考。
Handle Parts Machining Process and Typical Fixture Design
I
Abstract
Handle seat parts is one of the component parts of lathe parts m
4、anipulation, the handle seat ACTS as a connecting rod. Movement is handle by lathe external handles to the lathe internal implementation artificial control for machine tools. In the design, the main task is according to the parts during the design and calculation, including processing machine tools,
5、 spindle speed, the three elements of cutting the reasonable selection of the processing technology, as well as the typical fixture design. This article involves two parts, the first part is the analysis of the handle seat parts and processing procedures. Two drilling in the second part is for parts
6、 with different way of positioning, clamping typical fixture design. Through the design on the one hand, make us more familiar with the whole process of the product processing design, at the time of processing plan formulation, give full consideration to its economical efficiency and feasibility. On
7、 the other hand through the handle parts of the machining process planning design and drilling fixture design, trying to find out a simple and practical processing methods, to provide the reference for the manufacture of similar parts.
Key words: the handle seat; process; fixture
8、
II
目錄
1 緒論 .......................................................................................................................................
1
1.1
前言 ..............
9、....................................................................................................................
1
1.2
題目背景及意義 ..............................................................................................................
2
1.3
國內外相關研究情況 ..................................
10、...................................................................
2
1.4
本課題研究內容 ..............................................................................................................
3
1.5
夾具分類 .........................................................................................
11、.................................
3
2 零件的分析 .........................................................................................................................
5
2.1
生產綱領 ......................................................................................................................
12、....
5
2.2
零件作用 ..........................................................................................................................
5
2.3
零件工藝分析 ..................................................................................................................
6
3 工藝規(guī)程設計 .............
13、.......................................................................................................
7
3.1
毛坯制造 ..........................................................................................................................
7
3.2
基面選擇 .............................................
14、.............................................................................
7
3.2.1
粗基準選擇 .............................................................................................................
7
3.2.2
精基準選擇 ..........................................................................
15、...................................
7
3.3
制定工藝路線 ..................................................................................................................
7
3.3.1
工藝路線方案一 .....................................................................................................
7
3.3
16、.2
工藝路線方案二 .....................................................................................................
8
3.3.3
工藝方案分析 .........................................................................................................
8
3.4
加工余量確定 .........................................
17、.......................................
錯誤！未定義書簽。
3.5
確立切削用量及基本工時 ............................................................
錯誤！未定義書簽。
4 鉆螺紋孔夾具設計 .........................................................................
錯誤！未定義書簽。
4.1
任務提出 .................................................
18、......................................
錯誤！未定義書簽。
4.2
定位方案及定位裝置設計 ...........................................................
錯誤！未定義書簽。
4.2.1
定位方案確定 ......................................................................
錯誤！未定義書簽。
4.2.2 定位元件設計 .............................................
19、..........................
錯誤！未定義書簽。
4.2.3 定位誤差分析 .......................................................................
錯誤！未定義書簽。
4.3
導引元件（裝置）設計 ................................................................
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4.4
夾緊方案設計 ........................................................
20、........................
錯誤！未定義書簽。
4.4.1
夾緊方案確定 ......................................................................
錯誤！未定義書簽。
4.4.2
夾緊力大小分析 ..................................................................
錯誤！未定義書簽。
4.4.3
夾緊機構及裝置設計 ................................................
21、..........
錯誤！未定義書簽。
III
4.5
夾具操作及維護簡要說明 ............................................................
錯誤！未定義書簽。
5 鉆孔夾具設計 ..................................................................................
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5.1
任務提出 ..............................................
22、..........................................
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5.2
定位方案及定位裝置設計 ............................................................
錯誤！未定義書簽。
5.2.1
定位方案確定 .......................................................................
錯誤！未定義書簽。
5.2.2
定位元件及裝置設計 ..................................
23、.........................
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5.2.3
確定最佳定位方式 ...............................................................
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5.2.4
定位誤差分析 .......................................................................
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5.2.5
定位元件型號尺寸和安裝方式 ...........................................
24、
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5.3
夾緊方案確定 ................................................................................
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5.4
夾具的操作及維護 ........................................................................
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6 結論 .............................................................................
25、........................
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參考文獻
...............................................................................................
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致謝 .........................................................................................................
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畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 .........
26、.......................................
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畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 .....................................................
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IV
1 緒論
設計圖紙及說明書聯(lián)系球球：二二九七八零六九
27、二
1 緒論
1.1 前言
在機械制造的機械加工、檢驗、裝配、焊接和熱處理等冷、熱工藝過程中，使用著大量的夾具。所謂夾具就是一切用來固定加工對象，使之占有正確位置，接受施工或者檢測的裝置。在機械制造中采用大量的夾具，機床夾具就是夾具中的一種。它裝在機床上，使工件相對刀具與機床保持正確的相對位置，并能承受切削力的作用。機床夾具的作
28、用主要有以下幾個方面：較容易、較穩(wěn)定地保證加工精度，因為用夾具裝夾工件時，工件相對機床（刀具）的位置由夾具來保證，基本不受工人技術水平的影響，因而能較容易、較穩(wěn)定地保證工件的加工精度 , 提高勞動生產率，因為采用夾具后，工件不需要劃線找正，裝夾也方便迅速，顯著地減少了輔助時間，提高了勞動生產率，擴大機床的使用范圍。因為使用專用夾具可以改變機床的用途、擴大機床的使用范圍，例如，在車床或搖臂鉆床上安裝鏜模夾具后，就可以對箱體孔系進行鏜削加工。改善勞動條件、保證生產安全，因為使用專用機床夾具可以減輕工人的勞動強度、改善勞動條件，降低對
1
工人操作技術水平的要求，
29、保證安全，所以設計機床夾具顯得尤為重要 [1] 。
1.2 題目背景及意義
機械加工工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)，也是一個國家發(fā)展的重要經(jīng)濟來源。在機械零件的加工過程中，機械加工工藝是相當重要的一環(huán)。因為機械工藝對產品的質量控制
起著重要作用，直接影響到產品的生產成本和生產效率，以及價格的高低。所以作為一
名機械設計者，應該具備以下基本要求：零件的結構設計基本合理；制定良好的加工工
藝路線；在此基礎上盡可能優(yōu)化結構，降低成本，提高生產率。
對于機械產品的設計可以從到零件到裝配有一個完整的了解和初步的掌握。 以進一步的熟練掌握 Pro/E 和 CAD 的運
30、用。鍛煉自己的獨立思考能力和創(chuàng)造能力，進一步將所學知識和實踐結合，為更好更快的適應工作作準備。
1.3 國內外相關研究情況
a. 國內發(fā)展情況 目前國內機械行業(yè)的基本情況是，隨著工業(yè)及汽車制造業(yè)的迅速
發(fā)展，機械設計制造日漸受到人們的廣泛關注，已形成一個熱門行業(yè)。但是我國機械加工行業(yè)缺乏技術人員，存在制造周期長、壽命短、供不應求的現(xiàn)狀。
目前存在的主要問題是：
（1）從設計結構上看，我們的設計還不夠細致，許多細節(jié)考慮的欠周到，以至于零件使用受命不長，特別是加工工藝和熱處理技術，在這方面與國外的差距更大。
（2）從零件材料看，我國的機械加工行業(yè)起步時間
31、不長，而國際上產品的材料品種則有很多可供選擇。目前，我國雖然也有個別品種諸如高速鋼具有較好的質量，但應
用較少，主要是國產的鉆頭、端銑刀等切削工具難以切削，諸如 HRC40等很硬的鋼。
（3）從加工工藝水平看，主要是設備水平不高，專門設備使用的少，加工出來的零件表面精度很難達到國外水平，檢測手段落后，裝配水平不高，導致容易出現(xiàn)報廢或
裂痕現(xiàn)象。為了提高企業(yè)的設計水平和加工能力， 國家推薦適合于機械企業(yè)用的 CAD/CAM 系統(tǒng)。但國內優(yōu)秀的 CAD/CAM系統(tǒng)很少，只有少數(shù)適合應用。而國外購買的雖有強大的
三維曲面造型能力、強大的結構有限元分析能力、強大的計算機輔助制造
32、能力、產品數(shù)據(jù)管理能力等，但價格昂貴，一般企業(yè)難以支持。
b. 國外的發(fā)展情況 進入 21世紀，發(fā)達國家把機械制造工藝裝置置于更為優(yōu)先發(fā)展的重要地位，機械制造工藝的基礎地位毫不動搖。機械制造工藝位居工業(yè)的核心地位，擔負著為國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設提供技術裝備的責任，是工業(yè)化國家的主導地位。工
業(yè)發(fā)達國家不斷加大對機械制造工藝的研發(fā)投入，持續(xù)加強核心技術創(chuàng)新，增強高技術在機械制造工藝發(fā)展的影響力和滲透力， 從而更加凸顯了現(xiàn)代機械制造工藝對于推動產
業(yè)技術升級和國民經(jīng)濟發(fā)展的重要性。
2
1.4 本課題研究內容
本設
33、計題目為：設計手柄座零件的機械加工工藝規(guī)程及專用夾具設計。零件圖樣、生產綱領和生產條件是設計的主要原始資料，由指導教師提供給學生。零件復雜程度以中等為宜，生產類型為成批生產。根據(jù)教師設計任務書中規(guī)定的設計題目，按照所給零件編寫出相應的加工工藝規(guī)程，設計出其中由教師指定的一道重要工序（如：工藝規(guī)程中所要求的車、銑、鉆夾具中的一種）的專用夾具，并撰寫說明書。并在指導教師的指導下，參考相關內容的設計指導書，認真地、有計劃地、獨立按時完成設計任務。
具體設計內容如下： 1、對零件進行工藝分析，擬定工藝方案，繪制零件工作圖 1
張。2、確定毛坯種類及制造方法， 繪制毛坯圖 1 張。3、擬定
34、零件的機械加工工藝過程，選擇各工序加工設備及工藝裝備（刀具、夾具、輔具） ，確定某一代表工序的切削用量
及工序尺寸。編制機械加工工藝規(guī)程卡片（工藝過程卡片和工序卡片） 1 套。4、設計重
要工序中的一種專用夾具，繪制夾具裝配總圖和大件零件圖（通常為夾具體）各 1 張。
5、撰寫設計說明書 1 份。
1.5 夾具分類
a．通用夾具 通用夾具是指已經(jīng)標準化的， 在一定范圍內可用于加工不同工件的夾具。例如， 車床上的三爪卡盤和四爪卡盤、頂尖和雞心夾頭，銑床上的平口鉗、分度
頭和回轉工作臺等。它們有很大的通用性，無需調整或稍加調整就可以用于裝夾不同的工件。這
35、類夾具一般已經(jīng)標準化，由專業(yè)工廠生產，作為機床附件供應給用戶。
b．專用夾具 專用夾具是指專為某一工件的某道工序的加工而專門設計的夾具， 具有結構緊湊，操作迅速、方便等優(yōu)點 [2] 。專用夾具通常由使用廠家根據(jù)要求自行設計和
制造，適用于產品固定且批量較大的生產中。
c．組合夾具 組合夾具是在機床夾具零部件標準化的基礎上，由一整套預先制造好的，具有各種不同形狀、不同規(guī)格尺寸的標準元件和組件，按照組合化的原理，針對工
件的加工要求組裝成各種專用夾具。夾具使用完畢后，可以拆卸，留待組裝新夾具時使
用。組合夾具的應用范圍十分廣泛，它最適合于品種多、產品變化快、新產品試制
36、和單
件小批生產等場合，在批量生產中也可利用組合夾具代替臨時短缺的專用夾具，以滿足
生產要求，用組合夾具元件可以組裝成各類機床夾具。 數(shù)控機床和柔性制造單元的出現(xiàn)，更加推動了組合夾具技術的進步，擴大了組合夾具的應用范圍。
組合夾具具有以下特點： 組合夾具元件可供多次使用， 但其一旦組裝成某個夾具后，
該夾具結構仍屬專用性，只能一次使用。當變換加工對象時，一般仍需全部拆開，重新組裝成新夾具結構，以滿足新工件的加工要求。和專用夾具不一樣，組合夾具的最終精
度，是靠各組成元件的精度，直接組合來保證的，不允許進行任何補充加工，否則無法
保證元件的互換性。由于組合夾具
37、是由各標準元件組合起來的，因此剛性較差，尤其是
3
元件連接的結合面接觸剛度，對加工精度影響較大。一般組合夾具的外形尺寸較大，不
及專用夾具那樣緊湊。這種夾具不受生產類型的限制，可以隨時組裝，以應生產之急。
d．拼裝夾具 拼裝夾具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由標準化、系列化的夾具元件，直接按專用夾具的裝配方法（銷釘定位、螺栓緊固）裝配成的專用夾具。采用拼裝夾具大大縮短了專用夾具的設計與制造周期， 而且當產品改型時原來夾具的大部分元件仍可拆下重新使用，適用于多品種、小批量生產中。
e．通用可調夾具 通用可調夾具是指根據(jù)不同尺寸或種
38、類的工件，調整或更換個別定位元件或夾緊元件而形成的專用夾具。加工對象不很確定，通用范圍較大，適用于多品種、小批量生產中。
f．成組夾具 成組夾具是指專為加工成組工藝中某一組零件而設計的可調夾具。加工對象明確，只需調整或更換個別定位元件或夾緊元件便可使用，調整范圍只限于本零件組的工件，適用于成組加工。
通用可調夾具和成組夾具都是一種比較先進的、繼承性好的新型夾具。采用這兩種夾具可大大減少專用夾具數(shù)量，縮短生產準備周期，降低生產成本，加快產品的更新?lián)Q
代，并可以有效地促進并實現(xiàn)機床夾具標準化、系列化和通用化。
通用可調夾具與成組夾具的區(qū)別在于：前者的加工對象不很確定，其更換
39、調整部分
的結構設計，往往具有較大的適應性，通用范圍大；而成組夾具則是為成組加工工藝中
一組零件而專門設計的，加工對象十分明確，可調范圍也只限于本組內的零件，因此后
者亦稱為專用可調夾具。
4
2 零件的分析
2 零件的分析
2.1 生產綱領
任務書上的題目內容為：加工一個手柄座零件，該零件年產
40、量為 20000 臺，設其備品率為 10%，機械加工廢品率為 1%，試進行該零件的工藝規(guī)程設計。
現(xiàn)制定該手柄座零件的機械加工工藝規(guī)程。
N Qn（1+a%）（1+b%）=20000 1 （1+10%）（1+1%）=22220（件 / 年）
該零件的年產量為 22220 件，根據(jù)機械制造技術基礎教材中生產類型與生產綱領的
關系，確定其生產類型為大批生產 [3] 。
2.2 零件作用
題目所給的零件是 CA6140 車床的手柄座，它位于車床操作機構中，可同時操縱離
合器和制動器，即同時控制主軸的開、停、換向和制動。操作過程如下：當手把控制手
41、
柄座向上扳動時，車床內部的拉桿往外移，則齒扇向順時針方向轉動，帶動齒條軸往右
移動，通過撥叉使滑套向右移，壓下羊角形擺塊的右角，從而使推拉桿向左移動，于是
左離合器接合，主軸正轉；同理，當手把控制手柄座向下扳動時，推拉桿右移，右離合
器接合，主軸反轉。當手把在中間位置時，推拉桿處于中間位置，左、右離合器均不接
合，主軸的傳動斷開，此時齒條軸上的凸起部分正壓在制動器杠桿的下端，制動帶被拉
緊，使主鈾制動。零件的三維圖如圖 2.1 所示。
42、
圖 2.1 CA6140 車床手柄座零件三維模型圖
5
）
2.3 零件工藝分析
CA6140 車床手柄座有多處加工表面，其間有一定位置要求。分述如下：
以 Φ25H8 為中心的加工表面
這一組的加工表面有 Φ25H8 的孔，以及上下端面，下端面為 Φ45 的圓柱端面；孔壁上有距下端面 11mm、與 Φ25H8 孔中心軸所在前視面呈 30 角的螺紋孔，尺寸為 M10-7H ，另外還有一個尺寸為 6H9 的槽，孔與槽的總寬度為 27.3H11。
以 Φ14H7 為中心的加工
43、表面
該組的加工表面有 Φ14H7 的螺紋孔 (有位置要求 )，加工時測量深度為 25mm，鉆孔深度為 28mm。上孔壁有一個 Φ5 配鉸的錐銷通孔，該通孔有位置要求。
以 Φ10H7 為中心的加工表面
本組的加工表面有 Φ10H7 的孔 (兩個 )，及其兩個內端面 (對稱 )，兩端面均有位置要求，端面之間的距離為 140 0.24 mm，孔除了有位置要求以外還有平行度的形狀公差要求 (與 Φ25H8 孔壁之間的平行度公差為 Φ0.2)。
以 Φ5.5 為中心的加工表面
這組的加工表面有 Φ5.5 的孔，該孔通至 Φ25H8 上的槽，并有位置要求 [4
44、] 。
由上面的分析可知，加工時應先加工完一組表面，再以這組加工后的表面為基準加
工另外一組。
6
3 工藝規(guī)程設計
3 工藝規(guī)程設計
3.1 毛坯制造
零件材料為 HT200，手柄座在使用過程中不經(jīng)常的變動，它只起支撐的作用，受到的沖擊不是很大，只是在縱向上受到很大的壓力。在加工過程中的精度保證很重要，它
對
45、工件的定位有一定的保證作用。
3.2 基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，基面選擇得正確與合理可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，是生產無法正常進行。
粗基準的選擇
對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準， 而對有若干個不加工表面的工件，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準。 根據(jù)這個基準選擇原
則，現(xiàn)選取 Φ25H8 孔的下端面作為粗基準， 利用一組共兩塊 V 形塊分別支承 Φ25H8 和
R13 作主要定位面，限制 5 個自由度，再
46、以一個銷釘限制最后 1 個自由度，達到完全定位，然后進行銑削 [5] 。
精基準的選擇
主要應該考慮基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不作介紹。
3.3 制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證，在生產綱領已確定的情況下，可以考慮采用萬能性機床配以專用加工夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產成本盡量下降。
工藝路線方案一
工序一：備料；
工序二：鑄造毛坯；
工序三：粗銑上、
47、下表面，精銑下表面；
工序四：鉆 Φ25H8
7
工序五：插鍵槽 6H9；
工序六：銑槽 14 43 mm；
工序七：鉆、拉孔 Φ10H7；
工序八：鉆孔 Φ5.5；
工序九：鉆、擴 Φ14H7 螺紋孔；
工序十：鉆、鉗 Φ5 錐銷通孔、 M10-7H ；
工序十一：終檢。
工藝路線方案二
工序一：備料；
工序二：鑄造毛坯；
工序三：鉆 Φ25H8；
工序四：粗銑上、下表面；
工序五：精銑下表面；
工序六：插鍵槽 6H9 mm；
工序七：銑槽
48、14 mm 43 mm；
工序八：鉆孔 Φ5.5；
工序九：鉆、拉孔 Φ10H7；
工序十：鉆、擴 Φ14H7；
工序十一：鉆、鉗 Φ5 錐銷通孔、 M10-7H ；
工序十二：終檢。
工藝方案的分析：
上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工上下表面為中心的一組工藝，然后
加工 Φ25H8 的孔，再以 Φ25H8 的孔的孔為基準加工 Φ10H7 的孔。方案二則是先加孔
Φ25H8 后再加工上下表面，再加工孔 Φ10H7，此時方案二采用車床加工工序一，這樣
有利提高效率，節(jié)省成本。經(jīng)比較可知，先加工上下表面，再以上下表面為
49、基準加工
Φ25H8 及插鍵槽，最后完成對 Φ10H7 的孔的定位。顯然方案一比方案二的裝夾次數(shù)減
少了，同時也更好的保證了精度要求。綜上所述，零件的具體工藝過程如下：
工序一：備料；
工序二：鑄造毛坯；
工序三：粗銑、半精銑 Φ45 凸臺端面，選用 X51 立式銑床；工序四：銑，半精銑大端面，選用 X51 立式銑床；
工序五：鉆，擴，鉸 Φ25H8 內孔，選用 Z535 立式鉆床；工序六：鉆，粗鉸，精鉸 Φ10H7 孔，選用 Z525 立式鉆床；
8
工序七：銑槽 140 0.24 mm，選用 X63 臥式銑床；
50、工序八：鉆、粗鉸、精鉸 Φ14H7 螺紋孔，選用 Z525 立式鉆床；
工序九：鉆底孔，攻螺紋孔 M10-H7mm ，選用 Z525 立式鉆床；
工序十：鉆 Φ5 錐銷通孔，選用 Z525 立式鉆床；
工序十一：拉鍵槽 6H9mm，選用 L6120 臥式拉床；
工序十二：鉆槽底通孔鉆 Φ5.5，選用 Z525 立式鉆床；工序十三：終檢 。
9
手柄座零件機械加工工藝和典型夾具設計
