【導讀】本次畢業(yè)設(shè)計題目為轉(zhuǎn)向控制閥上蓋加工工藝與專用機床夾具設(shè)計。工藝路線，應用計算法和查表法確定加工表面的加工余量，計算各工序的切削用量，從而制定一套適合車輛轉(zhuǎn)向控制閥加工的工藝規(guī)程。設(shè)計中詳盡闡述車床夾具和車床夾具的設(shè)計思。路和具體方案，并用AutoCAD繪制了兩套套完整的夾具圖紙。研究的目的及意義····················································

　　

【正文】 進給機構(gòu)所容許的進給力，故所選 f = 的進給量可用。 3) 確定切削速度 cV 根據(jù) 《切削用量簡明手冊》 表 ，當用 YG6 硬質(zhì)合金車刀加工硬度 =210HBS鑄鐵時， pa 〈 ,f? ，切削速度 tV =114 minm 。 切削速度的修正系數(shù)為 tvK =， KTVK =， SVK =， TVK =， KVK =（表） 故 ： 39。 1 1 4 1 .0 0 .8 8 0 .8 1 .0 1 .0c t vV V K? ? ? ? ? ? ? ?= minm n= 39。1000cVD?=1000 ?? =601 minr 根據(jù) CA6140 車床說明書，選擇 =560 minr 。 這是切速度 cV 為： cV = 1000cDn? = 50 5601000??? = minm 。 4） 效驗機床功率 由 《切削用量簡明手冊》 表 ，當硬度 =210HBS， pa 〈 ,f? ， cV 〈 84時， cP =。 切削功率的修正系數(shù) KTPcK = KTFcK =， roFcK = roPcK =（ 《切削用量簡明手冊》 表） 。 故實際功率為 : cP =? ? = 根據(jù) CA6410 車床說明書，當 =560 minr 時， cP 小于主軸容許功率 EP ，故所選切削用量可在本機床上進行。 最后決定的車削用量為： pa =， f= mmr ， n=560 minr ， cV = minm 。 5） 計算基本工時 取入切量 y=2mm，超切量 ? =4 mm， L=14+2+4=20。 22 mt = Lnf = 20560 ? = (2)半精車： 1） 切削深度： pa ?mm= mm。 2） 選擇進給量：半精車加工進給量主要受加工表面粗糙度的影響。根據(jù)表 表面粗糙度小于 m? ，刀尖圓弧半徑 r=，則選擇 f= mmr 。 3） 選擇車刀磨鈍標準及壽命：根據(jù)表 車刀后刀面最大磨損量為 ，刀具壽命 T=60min。 4） 決定切削速度：根據(jù)表 ，當硬度 =210HBS， pa 〈 , f? 時，tV =128 minm ，切削速度的修正系數(shù)均為 1，故 ： 39。cV =128 minm n= 39。1000cVD?= 1000 ? ?? =992 minr 根據(jù) CA6410 車床說明書選擇 =1120 minm ， 這時實際切削速度 cV 為：cV = 1000cDn? = 40 11202100??? =140 minm 5） 效驗機床功率：根據(jù)表 ，當硬度為 210HBS， pa 〈 , f? ，cV =140 minm ， cP =，主軸容許功率為 。由于 cP 〈 fP ，故選擇的切削用量可用。 6） 計算基本工時：根據(jù)表 ， y+? =6mm。 mt = Lnf = 202120 ? = 本章小結(jié) 本章主要介紹了 轉(zhuǎn)向控制閥 上蓋的加工表面主要是端面和孔。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)要求，應該從工藝上設(shè)法保證這些表面的尺寸精度，形狀精度，表面粗糙度和位置精度。所以必須確定定位基準，工藝過程，選擇適當?shù)募庸し椒?， 以及機械加工余量及工序尺寸的確定。 23 第 4 章 車床夾具的設(shè)計 車床夾具的概述： 機床夾具 是指機械加工過程中，根據(jù)工件機械加工工藝規(guī)程的要求，使工件相對機床、刀具保持正確的位置，并能迅速地夾緊工件的機床附加裝置，簡稱夾具。 機床夾具的作用 機床夾具的主要作用如下： （ 1）保證 加工質(zhì)量 使用機床夾具的首要任務(wù)是保證加 工精度，特別是保證被加工工件加工面與定位面之間以及被加工表面相互之間的位置精度。使用機床夾具后，這種精度主要靠夾具和機床來保證，不再依靠工人的技術(shù)水平。 （ 2）提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本 使用夾具后可減少劃線、找正等輔助時間，且易實現(xiàn)多件、多共位加工 。 在現(xiàn)代機床夾具中，廣泛采用氣動、液動等機動夾緊裝置，可使輔助時間進一步減少。 （ 3）擴大機床工藝范圍 在機床上使用夾具可使加工變得方便，并可擴大機床的工藝范圍 。 （ 4）減輕工人勞動強度，保證安全生產(chǎn)。 機床夾具的組成 （ 1） 定位 元件：與工件定位 基準面接觸，使工件相對于機床、刀具具有工件的位置的夾具元件。 （ 2） 夾緊機構(gòu)：用來緊固工件的機構(gòu)，以保證在加工過程中不因外力和振動而破壞工件定位時所占有的正確位置。 （ 3） 對刀元件和導向元件：用以引導刀具或調(diào)整刀具相對于夾具定位元件的位置。 （ 4） 夾具體：夾具上的所有組成部分，都必須最終通過一個基礎(chǔ)件使之連接成一個整體，這一基礎(chǔ)件為夾具體。 （ 5） 聯(lián)接元件：用以確定夾具在機床上的位置并與機床相聯(lián)接。 （ 6） 其他元件和機構(gòu)：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 于卸下工件而設(shè)置的頂出妻等。 24 夾具元件和機構(gòu)，一般有標準件，設(shè)計夾具時按標準選用 [23]。 車床夾具的設(shè)計特點 在 車床上加工的工件大都具有旋轉(zhuǎn)軸線，通常是由夾具帶動工件一起隨車床主軸旋轉(zhuǎn)進行加工，要保證工 件的加工精度，必須是夾具定位基準的軸線與車床主軸的軸線重合。 車床夾具在車床主軸上的定位及聯(lián)接，除了要求工件在夾具中正確定位外，還應保持夾具與機床主軸的定位面間有良好的配合和可靠的聯(lián)接。夾具與主軸聯(lián)接方式有： （ 1） 用主軸莫式錐孔定位，夾具以其尾錐與主軸錐孔相配合，用尾部螺紋通過拉桿拉緊。 （ 2） 通過過渡法蘭盤與主軸前端的定心軸頸和螺紋來定位于聯(lián)接，并通過螺釘將法蘭盤與夾具體聯(lián)接起來。 （ 3） 用 主軸前端的短錐面與夾具的過渡盤的內(nèi)錐孔定位，并用螺釘拉緊夾具。 （ 4） 用主軸前端長錐面定位，并用螺栓緊固夾具的過渡盤。 （ 5） 用主軸前端定位止口和端面定位，并用螺釘過渡盤。 車床夾具同主軸一起旋轉(zhuǎn)，如果夾具結(jié)構(gòu)不平衡，就會產(chǎn)生離心力，轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，不僅增加機床主軸和軸承的磨損，而且會產(chǎn)生振動，引起加工精度和表面粗糙度下降。故需進行平衡計算，夾具應有能調(diào)整位置的平衡配重塊。 車床夾具要結(jié)構(gòu)簡單，工作安 全，重量要輕，軸向尺寸盡可能小。 車床夾具的設(shè)計思想 車床夾具設(shè)計的要求 年產(chǎn)量為 5000 輛的汽車，生產(chǎn)類型屬于大批量生產(chǎn)， 轉(zhuǎn)向控制閥 上蓋的加工為了適應大批量生產(chǎn)的要求，必須采用高效率的專用夾具。 轉(zhuǎn)向控制閥 上蓋的加工分為三個階段：粗加工、半精加工，精加工。設(shè)計要求是：設(shè)計半精加工內(nèi)孔 ??和凸緣外徑 ??的車床夾具。 基于定位的要求，選擇 轉(zhuǎn)向控制閥 上蓋的 80? 內(nèi)孔定位，并在 4T 面上夾緊 。 車床夾具的設(shè)計方案 1． 研究原始資料，明確設(shè)計要求 25 認真分析 轉(zhuǎn)向控制閥 上蓋的零件圖和裝配圖，明確設(shè)計的任務(wù)。 轉(zhuǎn)向控制閥 上蓋在轉(zhuǎn)向器中，上接轉(zhuǎn)向器殼，下接 轉(zhuǎn)向控制閥 ，凸緣 80? 與 轉(zhuǎn)向控制閥 體作為裝配基準。 轉(zhuǎn)向控制閥 上蓋中裝有推力球軸承、回位彈簧及回位擋圈所組成的回位裝置。 轉(zhuǎn)向控制閥 的作用：連接轉(zhuǎn)向器殼，并與 轉(zhuǎn)向控制閥 體組成一個密封的整體，與其內(nèi)的各結(jié)構(gòu)一起 完成軸向加力隨動作用。結(jié)合 轉(zhuǎn)向控制閥 上蓋的工藝規(guī)程，參考同類零件加工所用的夾具及使用情況，了解工件的結(jié)構(gòu)特點、材料、生產(chǎn)規(guī)模和本道工序加工的技術(shù)要求，并了解所用設(shè)備、輔助設(shè)備中與夾具有關(guān)的技術(shù)性能和規(guī)格以及車間的技術(shù)水平。 2． 擬定夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖 首先根據(jù)六點定位原理確定工件的定位方式，并設(shè)計相應的定位位置。對于 轉(zhuǎn)向控制閥 上蓋，以孔和端面 3T 為基準，靠夾具定位塊上的心軸和支撐面定位。用氣動裝置向左拉動連接套和連接盤，帶動兩個夾爪同時壓緊工件 ，松開時夾爪可自動張開。夾具與機床主軸的聯(lián)接用過渡法蘭盤。用主軸前端的短錐面與夾具的過渡盤的內(nèi)錐孔定位，并用螺母緊固夾具的過渡盤，夾具體與過渡盤止口定位，并用內(nèi)六角螺釘連接。夾緊力是由汽缸內(nèi)高壓氣體產(chǎn)生，松開時，由彈簧產(chǎn)生回復力使夾具兩爪張開，為使兩爪上夾緊力相同，采用了球面支撐形式。 最后繪制夾具草圖并標注尺寸、公差及技術(shù)要求。 此外，車床夾具設(shè)計時應注意以下幾點： （ 1） 夾具的定位元件或裝置必須保證工件加工面的軸線與機床主軸的回轉(zhuǎn)軸線重合。 （ 2） 夾緊機構(gòu)所產(chǎn)生的夾緊力必須足夠大，且自鎖性要好，還要防止夾 具變形。 （ 3） 夾具回轉(zhuǎn)軸線與機床主軸軸線要有盡可能高的同軸度。 （ 4） 車削夾具一般是在懸臂狀態(tài)下工作，為保證工作穩(wěn)定性，夾具結(jié)構(gòu)要緊湊、輕便，重心盡可能靠近主軸。 3． 繪制夾具總圖，標注有關(guān)尺寸及技術(shù)要求 夾具總圖應按國家標準繪制，比例盡量取 1： 1，這樣可使繪制的夾具圖有良好的直觀性。夾具圖在清楚表達夾具工作工作原理和結(jié)構(gòu)的前提下，視圖應盡量少，主視圖應取操作者實際工作位置。 4． 繪制零件圖 對夾具總圖中的非標準件均需繪制零件圖，零件圖視圖的選擇應盡可能與零件在 26 總圖上的工作位置相一致。 本 夾具的設(shè)計原理圖 如 圖 所示。 圖 車床夾具圖 夾具的主要零件動作及原理 定位塊以其定位凸臺外圓與工件內(nèi)孔定位，端面平面與工件端面定位。與夾具體聯(lián)接用六角螺釘，且用外圓與夾具體內(nèi)孔定位，以保證同軸度的要求。 過渡盤是機床與夾具連接的中間元件。本次加工選用車床為 CA6140 車床，選擇車床上 0 39。 39。39。7730 的短錐定位，而連接選用 M10 螺釘與機床相連接，故過渡盤上加工出0 39。 39。39。7730 ，最大處直徑為 ??的錐孔，還需加工出均布的 4 個螺紋孔，其尺寸為M10，中心分布在 4 個均勻的內(nèi)六角螺釘座孔。 夾具采用氣動夾緊，其特點是工作效率高。氣動夾緊的動作是：夾緊時，汽缸內(nèi) 27 充滿高壓氣體，產(chǎn)生較大的推力，汽缸中活塞固定在夾具體上不動，汽缸體在活塞上向左移動，帶動浮動在汽缸體上的支撐板，從而帶動勾爪夾緊工件。支撐螺釘防止勾爪滑離工件。加工完畢后，放掉汽缸內(nèi)的氣體，汽缸體在彈簧力的作用下，沿活塞向右移動，勾爪分開 ，取出工件。整個動作時間很短，工人的勞動強度大大降低。 夾具體通過過渡盤緊固在機床主軸上，同機床主軸一起旋轉(zhuǎn)。定位塊、汽缸、勾爪直接或間接與機床相連。夾具體由 HT200（普通灰口鑄鐵）鑄造而成，夾具體與過渡盤用止口定位，止口處要求較高的尺寸精度和位置精度。 由于工件質(zhì)量基本上均勻分布，忽視其不對稱因素；而夾具是完全對稱的，故此夾具體不用再安裝配重平衡塊。 夾具定位元件與定位精度 工件加工時限制的自由度 圖 工件加工時應限制的自由度 平面 1T 限制： x? ， y? ， z? 凸臺外圓面 2T 限制： y? ， z? 需限制的自由度與定位塊限制的自由度相等，故此設(shè)計合理。 28 定位元件的尺寸公差 本設(shè)計夾具是半精加工車床夾具，車內(nèi)孔 40? 的尺寸公差為 ,而1125 ???? ? ?????夾 具 工 件。 式中 ?夾 具為 夾具某參數(shù)允差； ?工 件 為工件相應參數(shù)的允差 。 由于是大批量生產(chǎn)，相關(guān)系數(shù)取較小值，以盡可能增大夾具的磨損公差，延長夾具的壽命。 本處取 ?夾 具 =14 ?工 件 。 而 工件相應參數(shù)的允差 ?工 件 =。 定位塊允差 ?定 位 =14 ? =。 夾具上與工件尺寸直接有關(guān)的尺寸，不論尺寸是單向還是雙向的，都應化為雙向?qū)ΨQ分布的偏差。 定位塊凸臺外圓面尺寸 為 80 mm?? ，公差為 。 定位誤差的分析計算 定位誤差是由于工件的原始基準不可能完全處于理想的位置，而發(fā)生不用程度位置變化，這種變化反應到工件加工中使工序尺寸產(chǎn)生誤差，此誤差的最大值稱為定位誤差。 凸臺外圓定位引起的定位誤差， 工件外圓或孔對定位的同軸度： ?同 軸 度 =?D +?d +? 式中 ?d — 定位外圓的公差 ； ?D — 工件內(nèi)孔定位公差 ； Dd?? ? ，本處 ? =0 。 ?同 軸 度 =0++= 29 切削力的分析計算 切削加工時的切削力 車削時，主要受力有： 1） xF — 進給抗力 2） yF — 吃刀抗力 3） zF — 主切削力 車削力計算公式： 主切削力 zF =? FZC ? zXFpa ? Fzyf ? nv ? FzK （ N） 吃刀抗力 yF =? FyC ? yXFpa ? Fyyf ? nv ? FyK （ N） 走刀抗力 xF =? FxC ? xXFpa ? Fxyf ? nv ? FxK （ N） 半精車左端工序中切削力計算公式參數(shù) 1． 設(shè)計中，切削力一般只計算最大切削力，故有： pa =， f= ,v=144 minm 2． 公式中系數(shù)與指數(shù)值 由于球墨鑄鐵可鍛，所以選用硬質(zhì)合金刀具。 主切削力 zF ： FZC =81， FzX =， Fzy =， n=0。 吃刀抗力 yF ： FyC =61, FyX =, Fyy =, n=0。 走刀抗力 xF ： FxC =24, FxX =, Fxy =, n=0。 3． 修正系數(shù) K 的確定 FK料 ： FzK料 =， FyK料 =， FxK料 =。 主偏角： K? =90。 KK? ： KFzK? =， KFyK? =， KFxK? =。 30 前角： 0? = 010 ，刀傾角 s? = 0 。 ? 0K? =， sK? =。 K?? ：刀尖圓弧半徑 ?? = FzK?? =， FyK?? =， FzK?? =。 zF =? 81? ? ? 0v ? ? ? zF =? 61? ? ? 0v ? ? ? zF =? 24? ? ? 0v ? ? ? 車削的切削力 zF =? 81? ? ? ? ? ? = zF =? 61? ? ? ? ? ? = zF =? 24? ? ? ? ? ? = 切削功率的計算 已知主切削力 zF ，用公式： 310mzP F v kW?? ? ? ? mP =5=? ? 310? = 機床傳動效率： m? 一般取為 — ， mE mPP ??，取 m? =。 ? mmP?? = ，而 CA6140 車床電機功率為 ，功率足夠。通過分析計算可以看出，本夾具在選用 CA6140，在車床功率上能滿足車削的進行。而切削力還對夾具夾緊力、夾具的剛度、強度有大的影響。 在計算夾具夾緊力時，切削力是必不可少的數(shù)據(jù)，在此分析計算出的切削力在以后的設(shè)計計算中還會利用到。 31 夾緊力的計算 車削力，工件受力圖 圖 工件受力圖 工作受三個切削力： xF ， yF ， zF 。 受定位塊的支承力： xN? 、 xN?正 向 、 ZN? 。 受兩個勾爪夾緊力： 1F夾 ， F夾 2 。 圖 車削力圖 32 由理論力學知識分析計算 0: xxx N F??? 0: zzz N F??? 0: yyy N F F? ? ?? 夾 在空間力系中：當 yBN =0 即夾緊力剛夠時： ? ?39。0 : 11 0 72 11 0 0 80 2 0A x yBm F F F? ? ? ? ? ? ? ?? 夾 已知： xF =470N， yF =145N ? 39。BF夾 =183N 0:kkm ?? 39。39。 4 8 4 8 7 2 0yzF F F? ? ? ? ? ?夾 ? 39。39。F夾 =560N ? 39。39。F夾 A = 39。39。F夾 B =12 F夾 =280N ? F夾 B =463N 所需夾緊力為 F夾 =926N[24] 因為兩勾爪是浮動支承形式，在夾緊時，夾緊力是在兩個勾 爪之間平均分布的，所以夾緊力單個勾爪夾緊力的兩倍。 確定使用夾緊力 （ 1） 安全系數(shù)的確定 查表得： 基本安全系數(shù) ： 1K =； 加工狀態(tài)系數(shù)： 2K =； 刀具鈍化系數(shù)： 3K =； 切削特性系數(shù)： 4K =； 33 總安全系數(shù)： 1 2 3 4K K K K K? ? ? ?=， 取 ： K =。 （ 2） 確定使用夾緊力 F K F??計實 =? 926=1389N 取 F?實1400N。 確定汽缸直徑 本夾具是氣動 夾緊，而一般汽缸內(nèi)的氣體壓力為 4080MPa，汽缸產(chǎn)生的夾緊力處的面積： A= 2R? =14 2D? 氣壓產(chǎn)生的夾緊力必須大于或等于實用夾緊力： F實 ? 14 2D? P? ? 2 4FD ?? 實P = 4 140070?? =25 2m ? D? 5cm 本夾具汽缸缸體徑取 D=50mm，即可 。 通過計算分析，當汽缸缸體為 50 mm，夾緊力能確保工件“緊貼”定位件，夾緊力計算是，安全系數(shù)取得偏向小的一邊，原因是：本車床夾具是半精加工工序用的，切削力計算是考慮到工作狀況趨近于精加工，故安全系數(shù)偏小但是可靠的。 強度校核 夾具夾緊時，是靠銷子聯(lián)接 來傳遞支承板和勾爪之間的作用力，故對銷聯(lián)接要校核其強度。 選用銷： A6? 50（公稱直徑 d=6mm，長度 l=50mm），材料： 35 鋼 熱處理硬度： HRC283表面氧化處理 ， 其 ： 2300s N mm? ? 根據(jù)材料力學知識來校核銷子的強度 ：設(shè)銷子受的剪切力為 sF ，其強度條件為： 24 sFdm? ???? 34 式中 d抗剪切直徑 m抗剪切面數(shù)目， ??? 銷的許用切應力 在考慮到銷表面的擠壓應力，其強度條件為： ? ?s pF dh?? 式中 ??p?— 許用擠壓應力 銷工作狀態(tài)是時常受變載荷作用 1） 許用切應力 ??? ??sss?? ， ??ss =5 ??? =3005 =60 2Nmm 2） 許用擠壓應力 ? ? ? ?sp ps?? ? ， ??ps =2 ? ?p? =3002 =150 2Nmm 由銷強度計算出的夾緊力 1） 擠壓 SF =150? 6? 10=9000N 2） 剪切 SF =60? ? ? 23 ? 4= 前面計算出 SF =F夾 =1400N，故強度足夠 [25]。 夾具設(shè)計技術(shù)要求 夾具的技術(shù)要求 車床、外圓磨床夾具多為心軸類與卡盤類夾具，常以工件的內(nèi)孔或外圓表面作為定位基準。為確定工件基準孔或外圓的正確位置能采用的定位元件的尺寸及形狀公差， 35 就構(gòu)成了這類夾具的主要的技術(shù)要求 。 本專用車床夾具的技術(shù)要求： （ 1） 定位塊凸臺的外圓表面與車床主軸的同軸 度公差為 ； （ 2） 定位塊的定位平面與定位凸臺外圓表面的垂直度公差取為： ； （ 3） 夾具定位塊的定位平面平面度公差為： ； （ 4） 各緊固聯(lián)接件不得松動，聯(lián)接要可靠。 夾具的裝配順序說明 （ 1） 先安裝汽缸活塞于夾 具體上，再在活塞上安裝汽缸體，支承板； （ 2） 在夾具體上安裝彈簧及彈簧帽，并將勾爪由