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本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 27 頁 共 27 頁
1 引言
1.1 畢業(yè)設(shè)計的目的
畢業(yè)設(shè)計是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及所有專業(yè)課之后進行的。這是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有極其重要的地位。
機械制造技術(shù)是一門非常重要的技術(shù)，人類的發(fā)展過程就是一個不斷的制造的過程。因此，制造技術(shù)的重要性是不言而喻的，它有以下四個方面的意義：社會發(fā)展與制造技術(shù)密切相關(guān)；制造技術(shù)是科學(xué)技術(shù)物化的基礎(chǔ)；制造技術(shù)是所有工業(yè)的支柱；制造技術(shù)國力和國防的后盾[1]。
畢業(yè)設(shè)計是在學(xué)完了機械設(shè)計制造工藝學(xué)、進行了生產(chǎn)實習(xí)等所有重要課程之后的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)。它一方面要求學(xué)生通過設(shè)計能獲得綜合運用過去所學(xué)過的全部課程進行工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本能力，另外，也為以后作好畢業(yè)設(shè)計進行一次綜合訓(xùn)練和準(zhǔn)備。
1.2 畢業(yè)設(shè)計的要求
學(xué)生通過機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計，應(yīng)在下述各方面得到鍛煉：
（1）能熟練運用課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的時間知識，正確地解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量。
（2）提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。學(xué)生通過設(shè)計借據(jù)（或量具）的訓(xùn)練，應(yīng)當(dāng)獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計出高效、省力、經(jīng)濟合理而能保證加工的夾具的能力。
（3）學(xué)會使用手冊及圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱、出處，能夠做到熟練運用[4]。
就我個人而言，我希望能通過這次畢業(yè)設(shè)計對自己未來將從事的工作進行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的“四化”建設(shè)打下一個良好的基礎(chǔ)。
1.3 問題的提出及對應(yīng)的解決方案
1.3.1 需要解決的問題
本課題是法蘭盤鉆床夾具的設(shè)計與制造，需要解決的問題有如下幾個方面：
（1）認真查閱資料，分析轉(zhuǎn)速器盤的結(jié)構(gòu)特點以及相關(guān)的技術(shù)要求。
（2）分析通用夾具的結(jié)構(gòu)特點以及相關(guān)的技術(shù)規(guī)范。
（3）根據(jù)轉(zhuǎn)速器盤的特點，設(shè)計出適合的鉆床夾具結(jié)構(gòu)。
（4）材料的選擇。根據(jù)材料的性能不同和經(jīng)濟性，選擇適合的夾具材料。同時還要對夾具做受力分析，計算夾緊力，是否滿足要求。
（5）擬訂工藝路線。首先劃分加工階段，然后選擇表面的加工方法和合適的定位基準(zhǔn)，最后確定工序安排的原則。
（6）確定工序的設(shè)計。首先選擇機床和工件（刀具和夾具），然后確定加工余量和工序尺寸，最后計算尺寸鏈。
（7）編寫工藝過程卡片，制定工藝規(guī)程。
（8）設(shè)計關(guān)鍵工序加工的組合機床，包括三圖一卡[2]。
1.3.2 解決的方案
（1）通過實習(xí)了解轉(zhuǎn)速器盤夾具的機構(gòu)設(shè)計原理。
（2）通過查閱書籍和資料，設(shè)計出幾個方案，對偏心軸套銑夾具的優(yōu)劣進行總結(jié)，然后選擇最合理的鉆床夾具。
（3）對照畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書中的相關(guān)技術(shù)要求對夾具進行計算，得出合理的設(shè)計。
（4）利用CAD和PRO/E完成偏心軸套銑夾具的零件圖和裝配圖的繪制。
（5）組合機床的方案選擇
（a）制定工藝方案 要深入現(xiàn)場了解被加工零件的加工特點、精度和技術(shù)要求、定位夾壓情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和型式。
（b）機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定 根據(jù)工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置型式時，既要考慮實現(xiàn)工藝方案，保證加工精度，技術(shù)要求及生產(chǎn)效率；又要考慮機床操作、維護、修理是否良好；還要注意被加工零件的生產(chǎn)批量，以便使設(shè)計的組合機床符合多快好省的要求。
（c）組合機床總體方案 這里要確定機床各部件間的相互關(guān)系，選擇通用部件的刀具的導(dǎo)向，計算切削用量及機床生產(chǎn)率。給制機床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。
（d）組合機床的部份方案和施工方案 制定組合機床流水線的方案時，與一般單個的組合機床方案有所不同。 流水線上由于工序的組合不同，機床的型式和數(shù)量都會有較大的變化。因此，這時應(yīng)按流水線進行全面考慮，而不應(yīng)將某一臺或幾臺機床分裂開來設(shè)計。即使暫時不能全面地進行流水線設(shè)計，制定方案時也應(yīng)綜合研究，才能將工序組合得更為合理，更可靠地滿足工件的加工要求，用較多的工作，也為進一步發(fā)展創(chuàng)造了有利條件[3]。
以上只是對本次畢業(yè)設(shè)計的一些初步思考，在畢業(yè)設(shè)計過程中將不斷糾正設(shè)計方向，完善設(shè)計理念。通過這樣一個典型環(huán)節(jié)綜合訓(xùn)練，達到綜合訓(xùn)練學(xué)生運用所學(xué)知識，解決工程實際問題的能力。
2 生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型
設(shè)計題目給定的零件是CA6140車床法蘭盤零件，該零件年產(chǎn)量為50000件，設(shè)其備品率為4%，機械加工廢品率為1%，則該零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)為：N=Qn（1+ 備品率+廢品率 ）=50000×1（1+4%+1%）=52500（件/年），故該法蘭盤零件屬于大批量生產(chǎn)。
大量生產(chǎn)的工藝特征有：
（1）具有廣泛的互換性，少數(shù)裝配精度較高處，采用分組裝配法和調(diào)整法；
（2）廣泛采用金屬模機器造型，模鍛或其他商效方法；
（3）毛坯精度高，加工余量??；
（4）廣泛采用商效專用機床及自動機床，按流水線和自動排列設(shè)備；
（5）廣泛采用專用夾具，專用組合機床，專用刀具，專用量具或自動檢驗裝置，靠調(diào)整法達到精度要求；
（6）對調(diào)整工的技術(shù)水平要求高，對操作工的技術(shù)水平要求較低；
（7）有工藝過程卡和工序卡另付，關(guān)鍵工序要調(diào)整卡和檢驗卡；
（8）成本較低；
（9）生產(chǎn)率高；
（10）工人勞動條件較好。
3 法蘭盤零件分析
3.1 零件工藝分析
法蘭盤的加工共有兩組加工表面，它們相互之間有一定的要求。
以工件的外圓為基準(zhǔn)加工孔。鏜Φ90的孔，鏜Φ101的孔，鏜Φ209孔。其中主要加工孔Φ90。然后以Φ90 mm的孔為中心加工3-12直孔，3-12斜孔，直徑為17.5的孔見圖1法蘭盤零件圖。
圖1 法蘭盤零件圖
有以上的分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于夾具加工另一組表面，并保證它們的精度。
3.2 零件的作用
法蘭是機械連接的重要形式。題目所給的零件是CA6140車床的法蘭盤。主要是用來安裝在機床上，起到導(dǎo)向的作用使機床實現(xiàn)進給運動。
4 工藝規(guī)程的設(shè)計
4.1 毛坯的選擇及制備
材料的成形過程機械制造的重要工藝過程。機器制造中，大部分零件是先通過鑄造成形、鍛壓成形、焊接成形或非金屬材料成形方法制得毛坯，再經(jīng)過切削加工制成的。毛坯選擇的原則是在滿足使用要求的前提下，盡可能地降低生產(chǎn)成本，使產(chǎn)品在市場上具有競爭能力。毛坯選擇時，應(yīng)分析本企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，如設(shè)備能力和員工技術(shù)水平，盡量利用現(xiàn)有生產(chǎn)條件完成毛坯制造任務(wù)。若現(xiàn)有生產(chǎn)條件難以滿足要求時，則應(yīng)考慮改變零件材料和（或）毛坯成形方法，也可通過外協(xié)加工或外購解決。零件的毛坯選擇。
毛坯的選擇，對機械制造質(zhì)量、成本、使用性能和產(chǎn)品形象有重要的影響，是機械設(shè)計和制造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
通常，零件的材料一旦確定，其毛坯成形方法也大致確定了。本零件為CA6140車床法蘭盤，選用材料為HT200，所以對應(yīng)的毛坯選擇鍛造。
4.2 工藝路線的選擇
工藝路線用來表示企業(yè)產(chǎn)品的在企業(yè)的一個加工路線（加工順序）和在各個工序中的標(biāo)準(zhǔn)工時定額情況。是一種計劃管理文件不是企業(yè)的工藝文件，不能單純的使用工藝部門的工藝卡來代替。工藝卡主要是用來指定工人在加工過程中的各種操作要求和工藝要求，而工藝路線則強調(diào)加工的順序和工時定額情況，主要用來進行工序排產(chǎn)和車間成本統(tǒng)計。
工藝路線中的最重要的元素有：
（1）工序
（2）物料組件
（3）生產(chǎn)資源/工具
（4）檢驗特性
本零件生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，故采用萬能機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。同時還可降低生產(chǎn)成本[1]。
4.2.1 工藝路線方案一
工序一：鍛打；
工序二：退火；
工序三：車小端外圓和端面；
工序四；掉頭車大端外圓和端面；
工序五：鏜直徑為209，101，90的孔；
工序六：鉆直徑為17.5的孔；
工序七：鉆3-12孔m；
工序八：鉆，3-12斜孔；
工序九：去毛刺；
工序十：終檢。
4.2.2 工藝路線方案二
工序一：鍛打；
工序二：退火；
工序三：車大端外圓和端面；
工序四；掉頭車小端外圓和端面；
工序五：鏜直徑為209，101，90的孔；
工序六：鉆直徑為17.5的孔；
工序七：鉆3-12孔m；
工序八：鉆，3-12斜孔；
工序九：去毛刺；
工序十：終檢。
4.2.3 工藝方案的分析
上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工小端外圓，然后加工大端外圓，。方案二則是先加工大端外圓，然后再加工小端外圓，此時方案一先加工小端外圓再加工大端外圓，這樣有利提高效率，節(jié)省成本。經(jīng)比較可知，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。
4.2.4 最終的加工工藝過程
工序一：鍛打；
工序二：退火；
工序三：車小端外圓和端面；
工工序九：去毛刺；
工序十：終檢。
4.3 粗加工時切削用量的選擇原則
粗加工時加工精度與表面粗糙度要求不高，毛坯切削余量較大。因此，選擇粗加工的切削用量時，要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量（金屬切除率）及必要的刀具耐用度，以提高生產(chǎn)效率和降低加工成本。
提高切削速度、增大進給量和切削深度，都能提高金屬切除率。但是，在這三個因素中，影響刀具耐用度最大的是切削速度，其次是進給量，影響最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個盡可能大的切削深度（ap），其次選擇一個較大的進給量度f，最后確定一個合適的切削速度V。
選用較大的ap和f以后，刀具耐用度顯然也會下降，但要比V對刀具耐用度的影響小得多，因此，使V、f、ap的乘積盡可能大，從而保證較高的金屬切除率。此外，增大ap可使走刀次數(shù)減少，增大f又有利于斷屑。因此，根據(jù)以上原則選擇粗加工切削用量對提高生產(chǎn)效率，減少刀具消耗，降低加工成本是比較有利的。
4.3.1 切削深度的選擇
粗加工時切削深度應(yīng)根據(jù)工件的加工余量和由機床、夾具、刀具和工件組成的工剛性和強度來確定。選擇進給量時應(yīng)考慮到機床進給機構(gòu)的強度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長度等。在工藝系統(tǒng)的剛性和強度好的情況下，可選用大一些的進給量；在剛性和強度較差的情況下，應(yīng)適當(dāng)減小進給量。
4.3.3 切削速度的選擇
粗加工時，切削速度主要受刀具耐用度和機床功率的限制。切削深度、進給量和切削速度三者決定了切削功率，在確定切削速度時必須考慮到機床的許用功率。如超過了機床的許用功率，則應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量將粗加工余量一次切除。只有當(dāng)總加工余量很大，一次不能切完時，應(yīng)考慮分多次走刀。
4.4 精加工時切削用量的選擇原則
精加工時加工精度和表面質(zhì)量要求較粗加工高，加工余量小且均勻。因此，選擇精加工的切削用量時應(yīng)先考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)效率。
4.4.1 切削深度的選擇
精加工時的切削深度應(yīng)根據(jù)粗加工留下的余量確定。通常希望精加工余量不要留得太大，否則，當(dāng)背吃刀量較大時，切削力顯著增加，影響加工質(zhì)量。
4.4.2 進給量的選擇
精加工時限制進給量提高的主要因素是表面粗糙度。進給量增大時，雖有利于斷屑，但殘留面積高度增大，切削力增大，表面質(zhì)量下降。
4.4.3 切削速度的選擇
切削速度提高時，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。一般選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，盡可能提高切削速度。只有當(dāng)切削速度受到工藝條件限制而不能提高時，才選用低速，以避開積屑瘤產(chǎn)生的范圍。
由此可見，精加工時選用較小的背吃刀量ap和進給量f，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度V，以保證加工精度和表面質(zhì)量，同時滿足生產(chǎn)率的要求。
5 工藝規(guī)程設(shè)計
5.1 制定工藝路線
制定工藝路線得出發(fā)點，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下，可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降[11]。
5.2 機床夾具設(shè)計的作用及要求
夾具是卡緊工件用的。比如機床加工時，主軸有幾千轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，工件必須要固定好，否則工件飛出傷人后果嚴重。卡具設(shè)計要合理，即卡緊可靠，又要定位準(zhǔn)確，較少誤差，并保護好已加工好的表面。才能保證工件質(zhì)量。夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。為保證工件的加工要求，必須使工件在機床上處于準(zhǔn)確的位置，夾具就是用來實現(xiàn)這一要求的[12]。
5.3 工序的設(shè)計
一個或一組工人在同一工作地對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程被稱為工序，它是生產(chǎn)過程中最基本的組成單位。工序與工作中心的關(guān)系十分密切。一般地，一道工序?qū)?yīng)一個工作中心，當(dāng)然也可以多道工序?qū)?yīng)一個工作中心。
以下是CA6140車床法蘭盤的工序確定：
工序一 鍛造。
工序二 退火。
工序三 夾直徑為320的外圓車另一端面和外圓。
（1）加工條件
工件材料：HT200，σb =0.16GPa ，HB=200-241，鑄造。
加工要求：粗車φ248，φ207，φ190，φ176，φ148等面。
機床：CA6140車床。
刀具：選用yt15車刀。車削寬度ae<=60，深度ap<=4，根據(jù)《切削手冊》取刀具直徑do=80mm。刀具前角γo＝0°后角αo＝15°，副后角αo’=10°，主刃Kr=60°，過渡刃Krε=30°，副刃Kr’=5°過渡刃寬bε=1.5mm。
（2）切削用量
（a）車削深度
因為切削量較小，故可以選擇ap=1.6mm，一次走刀即可完成所需長度。
（b）查后刀面最大磨損及壽命
查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min。
（c）計算切削速度 按《機械切削用量手冊》表14。
V=2.26
n=7.32
=20
（d）計算基本工時
tm＝L/ Vf=130/20=6.5min （5.1）
工序四 掉頭夾另一端外圓 ，車另一端面和外圓。
（1）加工條件
工件材料：HT200，σb =0.16GPa ，HB=200～241，鑄造。
加工要求：粗車φ320面。
機床：CA6140車床。
刀具：選用yt15車刀。車削寬度ae<=60，深度ap<=4，故據(jù)《切削手冊》取刀具直徑do=80mm。選擇前角γo＝0°后角αo＝15°，副后角αo’=10°，主刃Kr=60°，過渡刃Krε=30°，副刃Kr’=5°過渡刃寬bε=1.5mm。
（2）切削用量
（a）車削深度
因為切削量較小，故可以選擇ap=1.6mm，一次走刀即可完成所需長度。
（b）查后刀面最大磨損及壽命
查《機械切削用量手冊》表8，壽命T=180min。
（c）計算切削速度 按《機械切削用量手冊》表14
V=1.84
n=5.43
=20
（d）計算基本工時
tm＝L/ Vf=30/20=1.5min
工序五 粗鏜直徑為φ90，φ101，φ209的孔。
（1）選擇鏜刀
選擇彎頭鏜刀，粗鏜時do=59.9mm，選擇臥式鏜床T68。
粗鏜時v=20m/min～35m/min，f=0.3mm/r～1.0mm/r。
精鏜時v=15m/min～30m/min，f=0.15mm/r～0.5mm/r。
（2）選擇切削用量
（a）決定進給量
由do=23mm，查《機械切削用量手冊》表5 ，f=0.47mm/r～0.57mm/r。
按機床強度查[1]表10.1-2，選擇f=0.056mm/r～1.8mm/r。
最終決定選擇機床已有的進給量mm/r。
（b）耐用度
查[2]表9，T=4500s=75min。
（c）切削速度
查[1]表2，n=50r/min～2000r/min 取n=50r/min。
（3）計算工時
min （5.2）
工序六 精鏜直徑為φ90，φ101，φ209的孔。
（1）選擇鏜刀
選擇彎頭鏜刀，粗鏜時do=59.9mm。
選擇臥式鏜床T68。
粗鏜時 v=20m/min～35m/min，f=0.3mm/r～1.0mm/r。
精鏜時 v=15m/min～30m/min，f=0.15mm/r～0.5mm/r。
（2）選擇切削用量
（a）決定進給量
由do=23mm，查[2]表5
f=0.47mm/r～0.57mm/r
按機床強度查[1]表10.1-2，選擇f=0.056mm/r～1.8mm/r。
最終決定選擇機床已有的進給量mm/r。
（b）耐用度
查[2]表9，T=4500s=75min。
（c）切削速度
查[1]表10.1-2，n=50r/min～2000r/min 取n=50r/min。
（3）計算工時
min
工序七 鉆直徑為17.5的孔。
（1）選擇鉆頭
選擇高速鋼錐柄麻花鉆，選擇Z5163A鉆床。
（2）選擇切削用量
（a）決定進給量
按鉆頭強度和機床強度，最終決定選擇Z5163A機床已有的進給量mm/r。
（2）計算工時
選擇n=400r/min所以min。
工序八 鉆3-φ20孔。
（1）選擇鉆床及鉆頭
選擇Z5125A鉆床，選擇高速鋼錐柄麻花鉆。
（2）選擇切削用量
（a）決定進給量
按鉆頭f=0.47mm/r～0.57mm/r，按機床強度查表選擇f=0.056mm/r～1.8mm/r，最終決定選擇機床已有的進給量mm/r。
（b）耐用度
查[2]表9，T=4500s=75min。
（c）切削速度
查[1]表10.1-2，n=50r/min～2000r/min 取n=400r/min。
（3）計算工時
min
工序九 鉆3-φ12孔。
（1）選擇鉆床及鉆頭
選擇Z5125A鉆床，選擇高速鋼錐柄麻花鉆。
（2）選擇切削用量
（a）決定進給量
按鉆頭f=0.47mm/r～0.57mm/r，按機床強度查表選擇f=0.056mm/r～1.8mm/r，最終決定選擇機床已有的進給量mm/r。
（b）切削速度
查[1]表10.1-2，n=50r/min～2000r/min 取n=400r/min。
（3）計算工時
min
工序十 鉆3-φ12斜孔。
（1）選擇鉆床及鉆頭
選擇Z5125A鉆床，選擇高速鋼錐柄麻花鉆。
（2）選擇切削用量
（a）決定進給量
按鉆頭f=0.47mm/r～0.57mm/r，按機床強度查表選擇f=0.056mm/r～1.8mm/r，最終決定選擇機床已有的進給量mm/r。
（b）切削速度
查[1]表10.1-2，n=50 r/min～2000r/min 取n=400r/min。
（3）計算工時
min
工序十一 檢驗。
6 夾具設(shè)計
機械制造過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置，又稱卡具。從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。法蘭盤制造材料為HT200，年產(chǎn)量5萬件。為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。本夾具用于支座體小端面的銑削加工。機床夾具是一種在金屬切削機床上實現(xiàn)裝夾任務(wù)的工藝裝備，是機械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分。下面介紹法蘭盤夾具的主要設(shè)計過程。
6.1 定位基準(zhǔn)的選擇
正確選擇定位基準(zhǔn)是制訂機械加工工藝規(guī)程和進行夾具設(shè)計的關(guān)鍵。定位選擇得正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得宜提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正進行。定位基準(zhǔn)分為精基準(zhǔn)和粗基準(zhǔn)。在起始工序中，只能選用未經(jīng)加上過的毛坯表面作為定位基準(zhǔn)，這種基準(zhǔn)稱為粗基準(zhǔn)。用加工過的表面所作的定位基準(zhǔn)稱為精基準(zhǔn)。
在設(shè)計工藝規(guī)程的過程中，當(dāng)根據(jù)零件工作圖先選擇精基準(zhǔn)、后選粗基準(zhǔn)。結(jié)合整個工藝過程要進行統(tǒng)一考慮，先行工序要為后續(xù)工序創(chuàng)造條件。
6.1.1 粗基準(zhǔn)的的選擇
零件毛坯在鑄造時內(nèi)孔與外圓之間難免會有偏心，因此在加工時，如果用不需加工的外圓作為粗基準(zhǔn)對于一般的回轉(zhuǎn)體零件而言，以外表面作為粗基準(zhǔn)是合理的。對于零件來說Φ320mm作為粗基準(zhǔn)。
6.1.2 精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)從保證零件的加工精度、特別是加工表面的相互位置精度來考慮，同時也要照顧到裝夾方便，夾具結(jié)構(gòu)簡單。在這里主要考慮考慮的是基準(zhǔn)的中和問題。當(dāng)設(shè)計與工序的基準(zhǔn)不重合時，因該進行尺寸換算。所以以直徑為φ90的內(nèi)圓作為精基準(zhǔn)。
6.2 問題的提出
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。
本次設(shè)計加工φ12mm孔的鉆床夾具，本夾具將用于后邊所設(shè)計的專用組合機床，刀具材料為高速鋼，在法蘭盤的φ320外圓表面上加工孔。
利用本夾具主要用來加工φ12mm，這個孔內(nèi)表面的無具體粗糙度要求，因此本工序的加工精度容易保證，主要考慮如何定位夾緊以節(jié)省操作時間提高生產(chǎn)率。
6.3 切削力及夾緊力計算
鉆φ12mm孔時切削量最大，切削力和加緊力也最大，這里只考慮鉆φ12mm孔時的切削力和加緊力。
刀具：高速鋼錐柄麻花鉆，φ12mm。
鉆孔時的軸向力，查表1-2-7文獻[1]
N
由于工件所受加緊力與切削力方向相互垂直，為防止工件在切削力作用下沿φ90mm段較小平面?zhèn)冗厓A斜，使工件離開基面所需的夾緊力為：
摩擦系數(shù)查[4]表3-19，=0.25。
安全系數(shù) ，
式中 K————基本安全系數(shù)1.5；
K————加工狀態(tài)系數(shù)1.2；
K————刀具鈍化系數(shù)1.5；
K————切削特點系數(shù)1.0；
K————考慮加緊動力穩(wěn)定性系數(shù)1.3。
L=20mm， H=42mm， l=34mm
夾緊力為9904N。
查表3-26文獻[4]，知d=10mm的螺栓許用夾緊力N，因為φ10mm螺栓長度小于所需夾緊長度，為方便加緊，選用φ16mm的夾緊螺栓夾緊，夾緊螺母上鉆一φ16mm斜孔使之成為可快速拆裝的螺母，且定位套在φ45h6mm外圓段的定位套對工件有輔助支撐作用，使支撐更加穩(wěn)定，因此選用該螺栓加緊足以滿足加緊要求。
6.4 夾緊元件的選擇
工件在夾具中定位后一般應(yīng)夾緊，使工件在加工過程中保持以獲得的定位不被破壞。由于工件在加工過程中受切削力，慣性力、夾緊力等的作用，會形成變形或位移，從而影響工件的加工質(zhì)量。所以工件的夾緊也是保證加工精度的一個十分重要的問題。為了獲得良好的加工效果，一定要把工件在加工過程中的位移、變形等控制在加工精度所允許的范圍之內(nèi)。夾緊時間的處理有時會比定位的設(shè)計更為困難，從設(shè)計難度上講，夾緊機構(gòu)往往花費設(shè)計人員較多的心血[16]。
夾緊機構(gòu)設(shè)計時一般應(yīng)滿足以下主要原則：
(1)夾緊時不能破壞工件在定位元件上所獲得的位置。
(2)夾緊力應(yīng)保證工件位置在整個加工過程中不變或不產(chǎn)生不允許的振動。
(3)使工件不產(chǎn)生過大的變形表面損傷。
(4)夾緊機構(gòu)必須可靠。夾緊機構(gòu)各元件要有足夠的剛度和強度，手動夾緊機構(gòu)必
須保證自鎖，機動夾緊機構(gòu)應(yīng)有聯(lián)鎖保護裝置，夾緊行程必須足夠。
(5)夾緊機構(gòu)必須安全、省力、方便、符合工人操作習(xí)慣。
6.5 定位元件的選擇及定位誤差分析
定位誤差是由于工件在夾具上定位不準(zhǔn)而造成的加工誤差。本夾具的主要定位元件為定位心軸和專用的彈簧式定位裝置。定位心軸是根據(jù)零件定位方案設(shè)計的專用件，各定位面加工后對φ90mm孔的軸向位置偏差影響可以忽略不計。鉆孔位置主要由鉆套鉆模套引導(dǎo)，因此孔的位置加工偏差主要由鉆套中心位置尺寸偏差決定。查文獻[4]表3-17，普通精度的鉆模板上固定的襯套中心位置尺寸的極限偏差取±0.05mm<±0.3mm，因此孔的位置偏差可以保證[9]。
6.6 夾具設(shè)計及操作的簡要說明
如前所述，在設(shè)計夾具時，應(yīng)該注意提高勞動生產(chǎn)率。夾具體上鉆套采用快換形式提高了加工生產(chǎn)效率。同時，在定位和夾緊方面采用的是帶有螺栓連接的定位心軸和快速螺旋夾緊機構(gòu)，該夾緊機構(gòu)是螺母螺孔內(nèi)又斜鉆了孔，其孔徑略大雨螺紋外徑。螺母斜向沿著光孔套入螺桿，然后將螺母擺正，使螺母的螺紋與螺桿（即：定位心軸）嚙合，再略為擰動螺母，便可夾緊工件[8]?？焖傩D(zhuǎn)夾緊機構(gòu)同樣的提高了加工生產(chǎn)效率。
在用定位心軸定位時，采用的是間隙配合心軸，心軸工作部分按基孔制h6、g6或f7制造。此設(shè)計在裝卸工件時較方便，縮短了加工時的輔助時間。根據(jù)該法蘭盤結(jié)構(gòu)特點設(shè)計的定位套一次限制5個自由度，外加一定位支承板限制2個自由度，即滿足定位要求又能增加定位穩(wěn)定性。夾緊裝置使用鉤形夾緊螺栓，操作方便。該夾具上設(shè)有擋塊，可防止零件在加工時發(fā)生翻轉(zhuǎn)或者滾動。夾具體也是由定位夾緊需要設(shè)計而成，工件的拆裝也比較方便，總體上這套夾具方案能夠滿足生產(chǎn)要求[5]。
6.7 機床夾具的基本組成部分
（1）定位元件及定位裝置 它與工件的定位基準(zhǔn)相接處，用于確定工件在夾具中的正確位置，從而保證加工時工件相對于刀具和機床加工運動之間的相對正確位置。
（2）對刀及引導(dǎo)元件 這些元件的作用是保證工件與刀具之間的正確位置，用于確定刀具在加工前正確位置的元件，稱為對刀元件。用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進行加工的元件，稱為引導(dǎo)元件。
（3）夾緊裝置 用于加緊工作，在切削時使使工件在夾具中保持既定位置。
（4）聯(lián)接元件 用以確定夾具在機床上的位置并于機床相連接。
（5）夾具體 用以聯(lián)接夾具各元件或裝置，使之成為一個整體，并通過它將夾具安裝在機床上。
（6）其他聯(lián)接或裝置 除上述元件或裝置以外的元件或裝置。如某些夾具上的分度裝置、防錯裝置、安全保護裝置、為便于拆下工件而設(shè)置的頂出器等。
7 組合機床設(shè)計
組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或數(shù)種工件按預(yù)先確定的工序進行加工的高效專用機床。組合機床能對工件進行多刀、多軸、多面、多工位同時加工。生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。
組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件（如飛輪、汽車后橋半軸等）的外圓和端面加工。組合機床可分為具有固定夾具的單工位組合機床、具有移動夾具的多工位組合機床和轉(zhuǎn)塔式組合機床三類。
7.1 組合機床總體設(shè)計----“三圖一卡”
繪制組合機床“三圖一卡”，就是在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進行組合機床總體方案圖樣文件設(shè)計。其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)率計算卡等。
7.1.1 被加工零件工序圖的作用及內(nèi)容
被加工零件工序圖是根據(jù)制訂的工藝方案，表示所設(shè)計的組合機床（或自動線）上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計研究合同外，它是組合機床設(shè)計的具體依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件[11]。被加工零件工序圖是在被加工零件工序圖基礎(chǔ)上，突出本機床或自動線的加工內(nèi)容，并作必要的說明而繪制的。
其主要內(nèi)容包括：
（1）被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設(shè)計有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。本工序加工部位用粗實線表示，其余部位用細實線表示。當(dāng)需要設(shè)置中間導(dǎo)向時，則應(yīng)把設(shè)置中間導(dǎo)向臨近的工件內(nèi)部肋、壁布置及有關(guān)結(jié)構(gòu)形狀和尺寸表示清楚，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉[6]。
（2）本工序所選用的定位基準(zhǔn)、夾壓部位及夾緊方向。以便據(jù)此進行夾具的支撐、定位、夾緊和導(dǎo)向等機構(gòu)設(shè)計。
（3）本工序所選用加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術(shù)要求以及對上道工序的技術(shù)要求。本工序加工部位的位置尺寸應(yīng)與定位基地直接發(fā)生關(guān)系。當(dāng)本工序定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不符時，必須對加工部位的位置精度進行分析和換算，并把不對稱公差換算為對稱公差。對工件毛坯應(yīng)有要求，對孔的加工余量要認真分析。當(dāng)本工序有特殊要求時必須注明[13]。
（4）注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。
7.1.2 加工示意圖
（1）加工示意圖的作用和內(nèi)容
加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的，是表達工藝方案具體內(nèi)容的機床工藝方案圖；是設(shè)計刀具，輔具，夾具，多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力件，繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機床和刀具所必需的重要技術(shù)文件。加工示意圖應(yīng)表達和標(biāo)注的內(nèi)容有：機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程，工件、夾具、刀具及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸，主軸結(jié)構(gòu)類型、尺寸及外伸長度。
（2）繪制加工示意圖的注意事項
加工示意圖應(yīng)繪制成展開圖，按比例用細實線畫出工件外形、加工部位，加工表面畫粗實線，必須使工件和加工方位與機床布局相吻合。為簡化設(shè)計，同一多軸箱上結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的主軸（即指加工表面，所用刀具及導(dǎo)向，主軸及接桿等規(guī)格尺寸，精度完全相同時，只畫一根，但必須在主軸上標(biāo)注與工件孔號相對應(yīng)的軸號）。一般主軸的布置不受真實距離的限制，當(dāng)主細彼此間很近或需設(shè)置結(jié)構(gòu)尺寸較大的導(dǎo)向裝置時，必須以實際中心距嚴格按比例畫，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導(dǎo)向裝置等是否相互干涉[7]。
（3）選擇刀具、導(dǎo)向裝置及切削用量、轉(zhuǎn)矩、進給力、功率和有關(guān)聯(lián)系尺寸的計算。
（a）刀具的選擇
選擇刀具應(yīng)考慮工件材質(zhì)、加工精度、表面粗糙度、排屑及生產(chǎn)率等要求。只要條件允許，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)刀具。本工序是鉆，選用硬質(zhì)合金鉆頭。刀具尺寸應(yīng)滿足加工要求。
（b）導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇
導(dǎo)向裝置的作用：保證刀具相對工作的正確位置，保證刀具間正確的位置，提高刀具系統(tǒng)的支撐剛性。本工序的切削速度最大不過V =50m/min。
（c）確定切削轉(zhuǎn)矩、軸向力和切削功率
確定切削轉(zhuǎn)矩、軸向力和切削功率是為了分別確定主軸及其他傳動件尺寸、選擇滑臺、主電動機提供依據(jù)。
（d）確定聯(lián)系尺寸
其中最重要的聯(lián)系尺寸是工件端面到軸箱端面之間的距離，它等于刀具懸伸長度、主軸外伸長度之和，再減去加工端面的厚度。為了使機床結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)盡量使工件端面至軸箱距離最小[13]。因此首先從所有刀具中找出影響聯(lián)系尺寸的關(guān)鍵刀具，使其接桿最短，以獲得加工終了時軸箱前端面到工件端面之間所需的最小距離，并據(jù)此確定全部刀具、接桿（或卡頭）、導(dǎo)向托架及工件之間的聯(lián)系尺寸。主軸端部須標(biāo)注外徑和孔徑（D／d）、外伸長度L；刀具結(jié)構(gòu)尺寸須標(biāo)注直徑和長度；導(dǎo)向結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)標(biāo)注直徑、長度、配合；工件至夾具之間的尺寸須標(biāo)注工件離導(dǎo)套端面的距離；還須標(biāo)注托架與夾具之間的尺寸。
7.1.3 機床聯(lián)系尺寸總圖
（1）機床聯(lián)系尺寸總圖的作用與內(nèi)容
（a）機床聯(lián)系尺寸總圖的作用
機床聯(lián)系尺寸總圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專用部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的，是用來表示機床的配置型式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、相互聯(lián)系、運動關(guān)系和操作方位的總體布局圖，用以檢驗各部件相對位置及尺寸聯(lián)系能否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專用部件設(shè)計提供主要依據(jù)；它可以看成是機床總體外觀簡圖，由其輪廓尺寸，占地面積、操作方式等可以檢驗是否適應(yīng)用戶現(xiàn)場使用環(huán)境[9]。
（b）機床聯(lián)系尺寸總圖的內(nèi)容
表明機床的配置型式和總布局。以適當(dāng)數(shù)量的視圖（—般至少兩個視圖，主視圖應(yīng)選擇機床實際加工狀態(tài)），用同一比例畫出各主要部件的外廓形狀和相對位置。表明機床基本型式（臥式、立式或復(fù)合式、單面或多面加上、單工位或多工位）及操作者位置等。
完整齊全地反各部件間的主要裝配關(guān)系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的運動極限位置及各滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后行程備量尺寸。
標(biāo)注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機的型號、功率及轉(zhuǎn)速，并標(biāo)出機床分組編號及組件名稱，全部組件應(yīng)包括機床全部通用及專用零部件，不得遺漏。
（2）繪制機床聯(lián)系尺寸總圖之前應(yīng)確定的主要內(nèi)容
（a）選擇動力部件
動力部件的選擇主要是確定動力箱（或各種工藝切削頭）和動力滑臺。
傳動裝置選擇TD25-A系列傳動，三軸主軸箱，和1HY-25液壓滑臺。
（b）確定機床裝料高度H
裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離。在確定機床裝料高度時，首先要考慮工人操作的方便性；對于流水線要考慮車間運送工件的滾道高度，以便允許內(nèi)腔通過隨行夾具返回系統(tǒng)或冷卻排屑系統(tǒng)。其次是機床內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸限制和剛度要求?？紤]剛度、結(jié)構(gòu)功能和使用要求等因素，裝料高度為1370mm。
（c）機床同用部件的選擇
此次設(shè)計的專用組合機床所用的同用部件有；一個動力頭、一個液壓滑臺、一個立柱、一個側(cè)底座、一個底座、一個墊臺和一個電機。根據(jù)設(shè)計要求，本組合機床通用部件查《組合機床設(shè)計手冊》選取見表5.1通用部件表。
表5.1 通用部件表
通用部件名稱
型號
鉆削動力頭
1TZb12
液壓滑臺
1HY25-IA
立柱
1CL25
側(cè)底座
1CD251
電機
YEJ802-4B5
根據(jù)手冊上各通用部件的尺寸繪制組合機床聯(lián)系尺寸圖。機床的聯(lián)系尺寸圖主要應(yīng)針對各部件之間的聯(lián)系尺寸進行標(biāo)注，各部件只畫出必要的輪廓形狀即可，盡量減少不必要的線條和尺寸，各部件應(yīng)嚴格按同一比例繪制。在圖上應(yīng)標(biāo)明工件、夾具及動力頭的中心線之間的關(guān)系。
7.1.4 機床機床生產(chǎn)率計算卡
生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負荷率等的技術(shù)文件。通過其可以分析所擬定的方案是否滿足要求。
（1）理想生產(chǎn)率
=50000/2300= 21（件/h） （7.1）
式中為年生產(chǎn)綱領(lǐng)取50000件。
單班制取2300h。
（2）實際生產(chǎn)率
min （7.2）
件/h （7.3）
實際生產(chǎn)率大于理想生產(chǎn)率。因此本設(shè)計滿足要求。
（3）機床負荷率
（7.4）
機床負荷率不大于0.86～0.90。
結(jié)束語
由本文的論述，我們了解到，通過對多軸鉆床結(jié)合件加工設(shè)備及工藝的研究與應(yīng)用，在機床、夾具、刀具、工藝流程等方面進行合理設(shè)計和選擇，有效提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，擴大了加工適應(yīng)范圍，提高了可靠性，具備一定的先進性，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為解決此類多孔同時加工問題舉了一件實例。
本成果設(shè)計制造的機床為三軸鉆孔臥式組合機床。我們將鉆削主軸設(shè)為機械傳動，而進給系統(tǒng)為液壓控制，使在滿足使用要求的前提下降低了成本。作為關(guān)鍵部件的液壓滑臺采用國產(chǎn)通用部件。以比較簡單的方式完成旋轉(zhuǎn)運動和直線運動的同步進行，非常實用。
本機床所用夾具的通用性強，工件采用液壓定位夾緊，快速方便。定位采用兩面一銷的定位方式，夾緊采用液壓加緊，采用這種方式完全能夠滿足精度要求。而且簡易方便，制造成本低，通用性好。
在刀具方面，由于所加工孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不算高，采用麻花鉆。這種鉆頭采購比較方便，而且價格比深孔鉆頭也要便宜。在刀具的幾何角度方面，麻花鉆頭的螺旋角即是其軸向前角。當(dāng)加工工件時，切削力和切削熱隨鉆頭螺旋角的增大而減小（減少），切削輕快，刀具耐用度高。為此，我們選取鉆頭螺旋角為32，在保證強度的前提下，有效降低了切削力和切削溫度，提高了刀具使用壽命和生產(chǎn)效率。
通過本成果的實施，深孔加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到較大幅度提高，經(jīng)濟和社會效益顯著。而且加工精度也完全能夠滿足設(shè)計要求。則在直接經(jīng)濟效益方面，節(jié)省了大量加工工時。
致 謝
感謝王栓虎教授，吳晟老師和其他同學(xué)在本次畢業(yè)設(shè)計期間給予我的指導(dǎo)和幫助。通過畢業(yè)設(shè)計，使我對機械加工工藝這門課程進一步加深了理解。對于各方面知識之間的相互聯(lián)系有了實際的體會。同時也深深感到自己初步掌握的知識與實際需要還有相當(dāng)?shù)木嚯x，還需進一步的學(xué)習(xí)和實踐。由于個人能力所限，本設(shè)計難免存在缺點和錯誤，以及許多不足之處，懇請老師批評指正。
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