【正文】 機(jī)械工藝與工裝夾具的設(shè)計(jì)方案作者：日期：機(jī)械工藝與工裝夾具的設(shè)計(jì)一． 工裝夾具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)1． 具備機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)；2． 具備機(jī)械原理、液壓（氣壓）傳動(dòng)原理、電機(jī)電氣等方面的知識(shí)；3． 具備制造工藝方面的知識(shí)；4． 具備材料工程方面的知識(shí)；5． 具備檢測(cè)方面的知識(shí)；6． 具備機(jī)械繪圖（特別是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）方面的知識(shí)；7． 具備有關(guān)國(guó)家、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面的知識(shí)；二． 制造工藝的簡(jiǎn)單介紹Ⅰ、機(jī)床的分類(lèi) 機(jī)床主要是按加工方法和所用刀具進(jìn)行分類(lèi)，根據(jù)國(guó)家制定的機(jī)床型號(hào)編制方法，機(jī)床分為11大類(lèi)：車(chē)床，鉆床，鏜床，磨床，齒輪加工機(jī)床，螺紋加工機(jī)床，銑床，刨插床，拉床，鋸床和其他機(jī)床。在每一類(lèi)機(jī)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(gè)系（系列）。 除了上述基本分類(lèi)方法外，還有其它分類(lèi)方法：，機(jī)床可分為：①通用機(jī)床 工藝范圍很寬，可完成多種類(lèi)型零件不同工序的加工，如臥式車(chē)床、萬(wàn)能外圓磨床及搖臂鉆床等。②專(zhuān)門(mén)化機(jī)床 工藝范圍較窄，它是為加工某種零件或某種工序而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和制造的，如鏟齒車(chē)床、絲杠銑床等。 ③專(zhuān)用機(jī)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(jì)制造的，如大量生產(chǎn)的汽車(chē)零件所用的各種鉆、鏜組合機(jī)床。 ，可分為普通精度機(jī)床、精密機(jī)床和高精度機(jī)床。 ，可分為儀表機(jī)床、中型機(jī)床（一般機(jī)床）、大型機(jī)床（質(zhì)量大于10t）、重型機(jī)床（質(zhì)量在30t以上）和超重型機(jī)床（質(zhì)量在100t以上）。 ，可分為單軸、多軸、單刀、多刀機(jī)床等。 ，可分為普通、半自動(dòng)和自動(dòng)機(jī)床。三． 自動(dòng)機(jī)床具有完整的自動(dòng)工作循環(huán)，包括自動(dòng)裝卸工件，能夠連續(xù)的自動(dòng)加工出工件。半自動(dòng)機(jī)床也有完整的自動(dòng)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(lèi)（一）刀具分類(lèi) 由于機(jī)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(jìn)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(lèi)很多。刀具常按加工方式和具體用途，分為車(chē)刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動(dòng)線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等幾大類(lèi)型。刀具還可以按其它方式進(jìn)行分類(lèi)，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(jī)夾刀具和復(fù)合刀具等；按是否標(biāo)準(zhǔn)化分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。（二）常用刀具簡(jiǎn)介 車(chē)刀是金屬切削加工中應(yīng)用最廣的一種刀具。它可以在車(chē)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(chē)刀在結(jié)構(gòu)上可分為整體車(chē)刀、焊接裝配式車(chē)刀和機(jī)械夾固刀片的車(chē)刀。機(jī)械夾固刀片的車(chē)刀又可分為機(jī)床車(chē)刀和可轉(zhuǎn)位車(chē)刀。機(jī)械夾固車(chē)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(lái)越多。 孔加工刀具一般可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是從實(shí)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(lèi)是對(duì)工件上已有孔進(jìn)行再加工的刀具，常用的有擴(kuò)孔鉆、鉸刀及鏜刀等。例如，下圖示標(biāo)準(zhǔn)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(dān)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(lèi)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(lèi)。使用拉刀加工時(shí)，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(gè)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(jìn)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(pán)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(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（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(jí)應(yīng)與被加工齒輪要求的精度等級(jí)相當(dāng)。（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(shí)，一般用左旋齒刀。 這類(lèi)刀具的切削部分總的來(lái)說(shuō)與一般刀具沒(méi)有多大區(qū)別不同情況，只是為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)線加工的特點(diǎn)，對(duì)它們提出了更高的要求。車(chē)刀拉刀螺紋刀具（梳刀）齒輪刀具（盤(pán)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(duì)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(diǎn)的硬度、數(shù)量和分布。足夠的強(qiáng)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(qiáng)度和韌性。高耐熱性刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)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(jì)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(qiáng)度、韌性、硬度和耐磨性；制造工藝簡(jiǎn)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(lèi)：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(hào)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(hào)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(guó)廣泛應(yīng)用。高性能高速鋼典型牌號(hào)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(qiáng)度鋼等難加工材料。粉末冶金高速鋼用高壓氬氣或氮?dú)忪F化熔融的高速鋼水，直接得到細(xì)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(dòng)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(chē)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(qiáng)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(lèi)：（） YG(K)類(lèi)，即WCCo類(lèi)硬質(zhì)合金 YT(P)類(lèi)，即WCTiCCo類(lèi)硬質(zhì)合金 YW(M)類(lèi)，即WCTiCTaCCo類(lèi)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(fù)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(lèi)主要根據(jù)被加工表面的形狀、尺寸、精度、加工方法、所用機(jī)床及要求的生產(chǎn)率等進(jìn)行選擇。 刀具材料主要根據(jù)工件材料、刀具形狀和類(lèi)型及加工要求等進(jìn)行選擇。Ⅲ.機(jī)械加工方法 根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)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(chē)削、刨削、磨削、鉆削和特種加工等。下面對(duì)這些主要方法逐一介紹。一、車(chē)削 車(chē)削中工件旋轉(zhuǎn)，形成主切削運(yùn)動(dòng)。刀具沿平行旋轉(zhuǎn)軸線運(yùn)動(dòng)時(shí)，就形成內(nèi)、外園柱面。刀具沿與軸線相交的斜線運(yùn)動(dòng)，就形成錐面。仿形車(chē)床或數(shù)控車(chē)床上，可以控制刀具沿著一條曲線進(jìn)給，則形成一特定的旋轉(zhuǎn)曲面。采用成型車(chē)刀，橫向進(jìn)給時(shí)，也可加工出旋轉(zhuǎn)曲面來(lái)。車(chē)削還可以加工螺紋面、端平面及偏心軸等。車(chē)削加工精度一般為IT8—IT7，—。精車(chē)時(shí)，可達(dá)IT6—IT5，—。車(chē)削的生產(chǎn)率較高，切削過(guò)程比較平穩(wěn)，刀具較簡(jiǎn)單。車(chē)床加工的典型工藝（FLASH動(dòng)畫(huà)）錐面車(chē)削（avi）二、銑削 主切削運(yùn)動(dòng)是刀具的旋轉(zhuǎn)。臥銑時(shí)，平面的形成是由銑刀的外園面上的刃形成的。立銑時(shí)，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(guò)程容易產(chǎn)生振動(dòng)，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(shí)間內(nèi)，可以得到一定冷卻，因此散熱條件較好。按照銑削時(shí)主運(yùn)動(dòng)速度方向與工件進(jìn)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(jìn)給方向相同，工件臺(tái)進(jìn)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(tái)一起向前竄動(dòng)，使進(jìn)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(shí)，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(shí)發(fā)生的竄動(dòng)現(xiàn)象。逆銑時(shí)，切削厚度從零開(kāi)始逐漸增大，因而刀刃開(kāi)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(shí)，逆銑時(shí)，銑削力將工件上抬，易引起振動(dòng)，這是逆銑的不利之處。銑削的加工精度一般可達(dá)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(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制幾個(gè)軸按一定關(guān)系聯(lián)動(dòng)，銑出復(fù)雜曲面來(lái)，這時(shí)一般采用球頭銑刀。數(shù)控銑床對(duì)加工葉輪機(jī)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(shí)，刀具的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)為切削主運(yùn)動(dòng)。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(dá)IT8—IT7，—，—。四、磨削磨削以砂輪或其它磨具對(duì)工件進(jìn)行加工，其主運(yùn)動(dòng)是砂輪的旋轉(zhuǎn)。砂輪的磨削過(guò)程實(shí)際上是磨粒對(duì)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(dāng)切削力超過(guò)粘合劑強(qiáng)度時(shí)，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(huì)將砂輪阻塞。因而，磨削一定時(shí)間后，需用金剛石車(chē)刀等對(duì)砂輪進(jìn)行修整。 磨削時(shí)，由于刀刃很多，所以加工時(shí)平穩(wěn)、精度高。磨床是精加工機(jī)床，磨削精度可達(dá)IT6—IT4，—，—。磨削的另一特點(diǎn)是可以對(duì)淬硬的金屬材料進(jìn)行加工。因此，往往作為最終加工工序。磨削時(shí)，產(chǎn)生熱量大，需有充分的切削液進(jìn)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(dá)到IT10，—。擴(kuò)孔采用擴(kuò)孔鉆，鉸孔采用鉸刀進(jìn)行加工。鉸削加工精度一般為IT9—IT6，—。擴(kuò)孔、鉸孔時(shí)，鉆頭、鉸刀一般順著原底孔的軸線，無(wú)法提高孔的位置精