【正文】 機械工藝與工裝夾具的設(shè)計方案作者：日期：機械工藝與工裝夾具的設(shè)計一． 工裝夾具設(shè)計的基礎(chǔ)1． 具備機械設(shè)計方面的知識；2． 具備機械原理、液壓（氣壓）傳動原理、電機電氣等方面的知識；3． 具備制造工藝方面的知識；4． 具備材料工程方面的知識；5． 具備檢測方面的知識；6． 具備機械繪圖（特別是計算機輔助設(shè)計）方面的知識；7． 具備有關(guān)國家、企業(yè)標準方面的知識；二． 制造工藝的簡單介紹Ⅰ、機床的分類 機床主要是按加工方法和所用刀具進行分類，根據(jù)國家制定的機床型號編制方法，機床分為11大類：車床，鉆床，鏜床，磨床，齒輪加工機床，螺紋加工機床，銑床，刨插床，拉床，鋸床和其他機床。在每一類機床中，又按工藝范圍，布局型式和結(jié)構(gòu)性能分為若干組，每一組又分為若干個系（系列）。 除了上述基本分類方法外，還有其它分類方法：，機床可分為：①通用機床 工藝范圍很寬，可完成多種類型零件不同工序的加工，如臥式車床、萬能外圓磨床及搖臂鉆床等。②專門化機床 工藝范圍較窄，它是為加工某種零件或某種工序而專門設(shè)計和制造的，如鏟齒車床、絲杠銑床等。 ③專用機床 工藝范圍最窄，它一般是為某特定零件的特定工序而設(shè)計制造的，如大量生產(chǎn)的汽車零件所用的各種鉆、鏜組合機床。 ，可分為普通精度機床、精密機床和高精度機床。 ，可分為儀表機床、中型機床（一般機床）、大型機床（質(zhì)量大于10t）、重型機床（質(zhì)量在30t以上）和超重型機床（質(zhì)量在100t以上）。 ，可分為單軸、多軸、單刀、多刀機床等。 ，可分為普通、半自動和自動機床。三． 自動機床具有完整的自動工作循環(huán)，包括自動裝卸工件，能夠連續(xù)的自動加工出工件。半自動機床也有完整的自動工作循環(huán)，但裝卸工件還需人工完成，因此不能連續(xù)地加工。Ⅱ、刀具種類（一）刀具分類 由于機械零件的材質(zhì)、形狀、技術(shù)要求和加工工藝的多樣性，客觀上要求進行加工的刀具具有不同的結(jié)構(gòu)和切削性能。因此，生產(chǎn)中所使用的刀具的種類很多。刀具常按加工方式和具體用途，分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)控機床刀具和磨具等幾大類型。刀具還可以按其它方式進行分類，如按所用材料分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具等；按結(jié)構(gòu)分為整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具和復(fù)合刀具等；按是否標準化分為標準刀具和非標準刀具等。（二）常用刀具簡介 車刀是金屬切削加工中應(yīng)用最廣的一種刀具。它可以在車床上加工外圓、端平面、螺紋、內(nèi)孔，也可用于切槽和切斷等。車刀在結(jié)構(gòu)上可分為整體車刀、焊接裝配式車刀和機械夾固刀片的車刀。機械夾固刀片的車刀又可分為機床車刀和可轉(zhuǎn)位車刀。機械夾固車刀的切削性能穩(wěn)定，工人不必磨刀，所以在現(xiàn)代生產(chǎn)中應(yīng)用越來越多。 孔加工刀具一般可分為兩大類：一類是從實體材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花鉆、中心鉆和深孔鉆等；另一類是對工件上已有孔進行再加工的刀具，常用的有擴孔鉆、鉸刀及鏜刀等。例如，下圖示標準高速鋼麻花鉆的結(jié)構(gòu)。工作部分（刀體）的前端為切削部分，承擔主要的切削工作，后端為導(dǎo)向部分，起引導(dǎo)鉆頭的作用，也是切削部分的后備部分。 銑刀是一種應(yīng)用廣泛的多刃回轉(zhuǎn)刀具，其種類很多。按用途分有：1）加工平面用的，如圓柱平面銑刀、端銑刀等；2）加工溝槽用的，如立銑刀、T形刀和角度銑刀等；3）加工成形表面用的，如凸半圓和凹半圓銑刀和加工其它復(fù)雜成形表面用的銑刀。銑削的生產(chǎn)率一般較高，加工表面粗糙度值較大。 拉刀是一種加工精度和切削效率都比較高的多齒刀具，廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)中，可加工各種內(nèi)、外表面。拉刀按所加工工件表面的不同，可分為各種內(nèi)拉刀和外拉刀兩類。使用拉刀加工時，除了要根據(jù)工件材料選擇刀齒的前角、后角，根據(jù)工件加工表面的尺寸（如圓孔直徑）確定拉刀尺寸外，還需要確定兩個參數(shù)：（1）齒升角af[即前后兩刀齒（或齒組）的半徑或高度之差]；（2）齒距p[即相鄰兩刀齒之間的軸向距離]。 螺紋可用切削法和滾壓法進行加工。 齒輪刀具是用于加工齒輪齒形的刀具。按刀具的工作原理，齒輪分為成形齒輪刀具和展成齒輪刀具。常用的成形齒輪刀具有盤形齒輪銑刀和指形齒輪刀具等。常用的展成齒輪刀具有插齒刀、齒輪滾刀和剃齒刀等。選用齒輪滾刀和插齒刀時，應(yīng)注意以下幾點：（1）刀具基本參數(shù)（模數(shù)、齒形角、齒頂高系數(shù)等）應(yīng)與被加工齒輪相同。（2）刀具精度等級應(yīng)與被加工齒輪要求的精度等級相當。（3）刀具旋向應(yīng)盡可能與被加工齒輪的旋向相同。滾切直齒輪時，一般用左旋齒刀。 這類刀具的切削部分總的來說與一般刀具沒有多大區(qū)別不同情況，只是為了適應(yīng)數(shù)控機床和自動線加工的特點，對它們提出了更高的要求。車刀拉刀螺紋刀具（梳刀）齒輪刀具（盤形銑刀）孔加工刀具（麻花鉆）銑刀二、刀具材料 刀具切削性能的好壞，取決于構(gòu)成刀具切削部分的材料、幾何形狀和刀具結(jié)構(gòu)。刀具材料對刀具使用壽命、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本等都有很大影響，因此要重視刀具材料的正確選擇與和合理使用。 （一）刀具材料應(yīng)具備的性能 高的硬度和耐磨性刀具材料要比工件材料硬度高，常溫硬度在HRC62以上；耐磨性表示抵抗磨損的能力，它取決于組織中硬質(zhì)點的硬度、數(shù)量和分布。足夠的強度和韌性為了承受切削中的壓力沖擊和韌性，避免崩刀和折斷，刀具材料應(yīng)具有足夠的強度和韌性。高耐熱性刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性得能力。良好的工藝性為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性。如，切削加工性、鑄造性、鍛造性和熱處理性等。良好的經(jīng)濟性 （二）常用的刀具材料 目前，生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼和硬質(zhì)合金居多。碳素工具鋼（如T10A、T12A）、工具鋼（如9SiCr、CrWMn）因耐熱性差，僅用于一些手工或切削速度較低的刀具。 高速鋼 216。 定義：是一種加入較多的鎢、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。216。性能：有較高的熱穩(wěn)定性；有較高的強度、韌性、硬度和耐磨性；制造工藝簡單，容易磨成鋒利的切削刃，可鍛造。是制造鉆頭、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等的主要材料。216。 分類：按用途分：通用型高速鋼和高性能高速鋼；按制造工藝分：熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。通用型高速鋼鎢鋼：典型牌號為W18Cr4V，有良好的綜合性能，可以制造各種復(fù)雜刀具。鎢鉬鋼：典型牌號為W6Mo5Cr4V2，可做尺寸較小、承受沖擊力較大的刀具；熱塑性特別好，更適用于制造熱軋鉆頭等；磨加工性好，目前各國廣泛應(yīng)用。高性能高速鋼典型牌號為高碳高速鋼9W18Cr4V、高釩高速鋼W6MoCr4V鈷高速鋼W6MoCr4V2Co8和超硬高速鋼W2Mo9Cr4Co8等。適合于加工高溫合金、鈦合金和超高強度鋼等難加工材料。粉末冶金高速鋼用高壓氬氣或氮氣霧化熔融的高速鋼水，直接得到細小的高速鋼粉末，高溫下壓制成致密的鋼坯，而后鍛壓成材或刀具形狀。適合于制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀、插齒刀）、精密刀具、磨加工量大的復(fù)雜刀具、高動載荷下使用的刀具等。 硬質(zhì)合金 由難熔金屬化合物（如WC、TiC）和金屬粘結(jié)劑（Co）經(jīng)粉末冶金法制成。 硬質(zhì)合金以其切削性能優(yōu)良被廣泛用作刀具材料（約占50%）。如大多數(shù)的車刀、端銑刀以至深孔鉆、鉸刀、拉刀、齒輪刀具等。 具有高耐磨性和高耐熱性，但抗彎強度低、沖擊韌性差，很少用于制造整體刀具。它還可用于高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。ISO將切削用的硬質(zhì)合金分為三類：（） YG(K)類，即WCCo類硬質(zhì)合金 YT(P)類，即WCTiCCo類硬質(zhì)合金 YW(M)類，即WCTiCTaCCo類硬質(zhì)合金（三）其它刀具材料 涂層刀具 陶瓷：硬度高、耐用度高，還可用于沖擊負荷下的粗加工，切削效率顯著提高。 金剛石 立方氮化硼三、刀具選用 刀具種類主要根據(jù)被加工表面的形狀、尺寸、精度、加工方法、所用機床及要求的生產(chǎn)率等進行選擇。 刀具材料主要根據(jù)工件材料、刀具形狀和類型及加工要求等進行選擇。Ⅲ.機械加工方法 根據(jù)機床運動的不同、刀具的不同，可將去除零件毛坯多余材料的切削方法分為幾種主要不同方法。主要有：車削、刨削、磨削、鉆削和特種加工等。下面對這些主要方法逐一介紹。一、車削 車削中工件旋轉(zhuǎn)，形成主切削運動。刀具沿平行旋轉(zhuǎn)軸線運動時，就形成內(nèi)、外園柱面。刀具沿與軸線相交的斜線運動，就形成錐面。仿形車床或數(shù)控車床上，可以控制刀具沿著一條曲線進給，則形成一特定的旋轉(zhuǎn)曲面。采用成型車刀，橫向進給時，也可加工出旋轉(zhuǎn)曲面來。車削還可以加工螺紋面、端平面及偏心軸等。車削加工精度一般為IT8—IT7，—。精車時，可達IT6—IT5，—。車削的生產(chǎn)率較高，切削過程比較平穩(wěn)，刀具較簡單。車床加工的典型工藝（FLASH動畫）錐面車削（avi）二、銑削 主切削運動是刀具的旋轉(zhuǎn)。臥銑時，平面的形成是由銑刀的外園面上的刃形成的。立銑時，平面是由銑刀的端面刃形成的。提高銑刀的轉(zhuǎn)速可以獲得較高的切削速度，因此生產(chǎn)率較高。但由于銑刀刀齒的切入、切出，形成沖擊，切削過程容易產(chǎn)生振動，因而限制了表面質(zhì)量的提高。這種沖擊，也加劇了刀具的磨損和破損，往往導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀片的碎裂。在切離工件的一般時間內(nèi)，可以得到一定冷卻，因此散熱條件較好。按照銑削時主運動速度方向與工件進給方向的相同或相反，又分為順銑和逆銑。順銑銑削力的水平分力與工件的進給方向相同，工件臺進給絲杠與固定螺母之間一般有間隙存在，因此切削力容易引起工件和工作臺一起向前竄動，使進給量突然增大，引起打刀。在銑削鑄件或鍛件等表面有硬度的工件時，順銑刀齒首先接觸工件硬皮，加劇了銑刀的磨損。逆銑可以避免順銑時發(fā)生的竄動現(xiàn)象。逆銑時，切削厚度從零開始逐漸增大，因而刀刃開始經(jīng)歷了一段在切削硬化的已加工表面上擠壓滑行的階段，加速了刀具的磨損。同時，逆銑時，銑削力將工件上抬，易引起振動，這是逆銑的不利之處。銑削的加工精度一般可達IT8—IT7，—。 普通銑削一般只能加工平面，用成形銑刀也可以加工出固定的曲面。數(shù)控銑床可以用軟件通過數(shù)控系統(tǒng)控制幾個軸按一定關(guān)系聯(lián)動，銑出復(fù)雜曲面來，這時一般采用球頭銑刀。數(shù)控銑床對加工葉輪機械的葉片、模具的模芯和型腔等形狀復(fù)雜的工件，具有特別重要的意義。三、刨削 刨削時，刀具的往復(fù)直線運動為切削主運動。因此，刨削速度不可能太高，生產(chǎn)率較低。刨削比銑削平穩(wěn)，其加工精度一般可達IT8—IT7，—，—。四、磨削磨削以砂輪或其它磨具對工件進行加工，其主運動是砂輪的旋轉(zhuǎn)。砂輪的磨削過程實際上是磨粒對工件表面的切削、刻削和滑擦三種作用的綜合效應(yīng)。磨削中，磨粒本身也由尖銳逐漸磨鈍，使切削作用變差，切削力變大。當切削力超過粘合劑強度時，圓鈍的磨粒脫落，露出一層新的磨粒，形成砂輪的“自銳性”。但切屑和碎磨粒仍會將砂輪阻塞。因而，磨削一定時間后，需用金剛石車刀等對砂輪進行修整。 磨削時，由于刀刃很多，所以加工時平穩(wěn)、精度高。磨床是精加工機床，磨削精度可達IT6—IT4，—，—。磨削的另一特點是可以對淬硬的金屬材料進行加工。因此，往往作為最終加工工序。磨削時，產(chǎn)生熱量大，需有充分的切削液進行冷卻。按功能不同，磨削還可分為外園磨、內(nèi)孔磨、平磨等五、鉆削與鏜削 在鉆床上，用鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆削孔，是孔加工的最常用方法。鉆削的加工精度較低，一般只能達到IT10，—。擴孔采用擴孔鉆，鉸孔采用鉸刀進行加工。鉸削加工精度一般為IT9—IT6，—。擴孔、鉸孔時，鉆頭、鉸刀一般順著原底孔的軸線，無法提高孔的位置精