实习（调研）报告
一、课题来源及目的：
本题目是根据机械设计制造及其自动化专业的机械制造方向的培养目标和机械制造中的典型零件的机械加工工艺规程与工艺装备设计要求而自拟的毕业设计题目，目的是提高自身理论联系工程实际和工程实际设计能力。
题目给出的零件是旋转头，旋转头两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力。旋转头零件的工作条件要求良好的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。是很常见的一个零件，在焦炉设备中大量应用。
毕业设计是综合运用机械设计制造及其自动化专业的专业知识，分析和解决实际工程问题的一个重要实践教学环节。通过毕业设计培养自身制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，以及设计机床夹具的能力。在设计过程中，应熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。将作为未来从事机械制造技术工作的一次重要的基本训练。
二、夹具的国内外发展状况：
迄今为止，夹具仍是机电产品制造中必不可缺四大工具(刀具、夹具、量具、模具)之一。夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。
1、国内夹具发展史
我国国内的夹具始于20世纪60年代，当时建立了面向机械行业的天津组合夹具厂，和面向航空工业的保定向阳机械厂，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。20世纪80年代后，两厂又各自独立开发了适合NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统，不仅满足了我国国内的需求，还出口到美国等国家。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势，随着我国加入WTO和制造业全球一体化的趋势，特别是电子商务的日益发展，其中蕴藏着大量商机，具有进一步扩大出口良好前景。
2、国外夹具发展史
从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。当前国际上的夹具企业均为中小企业，专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货，而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资料，但欧美市场上一套用于加工中心的央具，而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。
3、国内外机床夹具发展现状
研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂，里约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3～4年就要更新50～80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10～20％左右。
随着现代科学技术的飞速发展和竞争日趋激烈,现代制造企业对产品生产更加强调“多、快、好、省”。数控机床和加工中心,都具有控制精密加工运动和多种表面加工的能力,大量的用于数控机床的夹具取消了对刀或导向功能,使得夹具结构大大简化,夹具种类减少,夹具适应零件各表面加工的柔性化则大大增加。
数控机床和加工中心则由编程中决定刀具的正确位置,利用精密的测量功能实现准确对刀,大大简化了夹具功能,柔性夹具中孔系列的组合夹具日益被人们看好,最大特点是简便、通用。孔系列组合夹具是最新发展的柔性夹具,根据零件的加工要求,用孔系列组合夹具元件即可快速地组装成机床夹具。该系列元件结构简单,以孔定位,螺栓连接,定位精度高,刚性好,组装方便。由于便于计算机编程,所以特别适用于加工中心、数控机床和柔性生产线作为工装或随机夹具,也可为普通机床组装铣、刨、磨夹具。使用孔系列组合夹具可大幅度节省夹具的设计制造工时,缩短生产准备周期,节约钢材,经济效益十分显著。目前,在柔性制造系统(FMS)中,我国已经基本应用孔系列的柔性夹具,并在不断完善之中。
在现代制造业的发展中,机械加工过程越来越柔性化,夹具的柔性化程度已经成为产品快速变换和制造系统新建或重组后运行的瓶颈,将会严重地影响制造系统的设计建造周期、系统生产率、质量和成本。今后,柔性夹具应用技术的发展趋势为: a、进一步对传统夹具创新,继续成为柔性夹具的主流,使之更具柔性和实用性。 b、重视原理和结构均有创新的柔性夹具开发和研究。
c、积极尝试和推动CAFD(计算机辅助夹具设计),使工艺装备在现代制造业中同步；应用CAD技术能快速设计与制造柔性夹具,研究和开发用于标准的组合夹具、通/专用夹具的CAFD中的新型软件。
d、通用、经济、元件的功能强的柔性夹将普遍推广应用。 e、智能夹具的开发与应用。
三、夹具的组成及作用：
夹具是机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，加工前必须将工件
装好（定位）、夹牢（夹紧）。夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。
夹具对机械制造行业意义重大，其主要作用如下： a、缩短辅助时间，提高劳动生产率
夹具的使用一般包括两个过程：其一是夹具本身在机床上的安装和调整，这个过程主要是依靠夹具自身的定向键、对刀块来快速实现，或者通过找正、试切等方法来实现，但速度稍慢；其二是被加工工件在夹具中的安装，这个过程由于采用了专用的定位装置，因此能迅速实现
b、确保并稳定加工精度，保证产品质量
加工过程中，工件与刀具的相对位置容易得到保证，并且不受各种主观因素的影响，因而工件的加工精度稳定可靠。
c、操作简便降低工人的劳动强度
由于多数专用夹具的夹紧装置只需厂人操纵按钮、手柄即可实现对工件的夹紧，这在很大程度上减少了工人找正和调整工件的时间与难度，或者根本不需要找正和调整，所以，这些专用夹具的使用降低了对工人的技术要求并减轻了工人的劳动强度，也会使生产作业更安全。
d、机床的加工范围得到扩大
很多专用夹具不仅能装夹某一种或一类工件，还能装夹不同类的工件，并且有的夹具本身还可在不同类的机床上使用，这些都扩大了机床的加工范围。使机床的加工柔性得以提升。
随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧，传统的夹具设计方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈，企业迫切需要提高夹具设计的效率。现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化。
四、选题的意义：
零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加工车间必不可少的技术文件。生产前用它做生产准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。正确的工艺规程可以确保产品质量，提高生产效率，降低成本和安全生产。
机床夹具是工艺装备的主要组合部分,在机械制造中占有重要地位。不同于其他环节，夹具在工艺系统中有着特殊地位，夹具的整体刚度对工件加工的动态误差产生着非常特殊的影响。当夹具的整体刚度远大于其他环节，工件加工的动态误差基本上只取决于夹具的制造精度和安装精度。
机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。夹具对保证产质量,提高生产率,减轻劳动强度,扩大机床使用范围,缩短产品试制周期等都具有重要意义。它可以可靠地保证工件的加工精度；缩短辅助时间，提高加工效率；减轻劳动强度，保证安全生产；充分发挥和扩大机床的给以性能。
加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是所学知识进行实际运用的训练。
五、主要研究内容：
制定旋转头零件的机械加工工艺规程，编制机械加工工艺卡片，选择所用机床、夹具、刀具、量具、辅具。对所制定的工艺进行必要的分析论证和计算。对加工工序进行工序设计，编制机械加工工序卡片，画出的工序简图，选择切削用量。以及设计某M12螺纹孔工序的夹具，绘制夹具装配图和零件图。
六、主要研究方法：
旋转头零件大量应用于焦炉设备中，通过旋转头零件的传动作用将力传递给焦炉炉盖爪，用于对焦炉设备炉盖的提升动作。本设计是旋转头零件的加工工艺规程及某一些关键工序的专用夹具设计。本设计中的零件材料为Q235-B。为碳素结构钢，要求达到常温（20℃）冲击韧性试验要求。该材料含碳适中，有良好的塑性和焊接性能，成型能力很好，并具有一定的强度，综合性能较好，价格相对也很便宜，性价比高，用途最广泛。
旋转头零件的尺寸精度、位置精度都有一定的要求，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。可以采用万能型机床配以专用夹具，以提高生产效率。
在设计旋转头机加工艺过程中，预期涉及到的技术有以下几个方面：
a、对旋转头零件进行工艺审查，找出主要技术要求和分析关键的技术问题，审查零件的结构工艺性；
b、拟定工艺路线：零件的机械加工工艺过程是工艺规程设计的核心问题。设计时通常应初拟2~3个较为不同的该零件的加工工艺路线，经技术经济分析后取其中的最佳方案实施之；
c、根据拟定的工艺规程路线合理地设计专用机床夹具。
七、拟定夹具的结构方案
1、确设计要求和生产条件
a、了解工件情况，工序要求和加工状态：结构、材料、相关尺寸精度，前后工序关系。
b、了解机床刀具：机床合格，技术参数，运动情况，安装结构刀具的结构，精度联接方式等。
c、了解生产批量。
d、了解工厂的生产条件和技术水平。 e、资料准备、收集。
2、拟定结构方案
a、定位方案：根据加工对象的精度要求，选择合理的定位方法，避免过定位、欠定位、设计不合理导致的人为使定位误差加大等问题，尽量使设计基准、定位基准和加工基准相重合。
b、夹紧方案：根据零件的强度与外形选择合理的夹紧点，尽量避免零件变形，使工人操作安全、方便、快捷。
c、对刀导向方案：钻孔时辅助装置的应用，满足相关使用要求。
d、安装方式：安装在通用机床工作台上，选择相对应导向键，设计合理的分布位置。
八、参考文献：
[1] 陈宏钧.机械加工工艺设计员手册.北京：机械工业出版社，2009 [2] 赵如福.金属机械加工工艺人员手册.上海：上海科学技术出版社，2009 [3] 刘慎玖.机械制造工艺案例教程.北京：化学工业出版社，2007 [4] 赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导书（第2版）.北京：机械工业出版社，1998 [5] 曾志新.机械制造技术基础（第2版）.武汉：武汉理工大学出版社，2001 [6] 李名望.机床夹具设计实例教程.北京：化学工业出版社，2009 [7] 王光斗，王春福.机床夹具设计手册（第三版）.上海：上海科学技术出版社，2000 [8] 李昌年.机床夹具设计与制造.北京：机械工业出版社，2007 [9] 贵州工学院机械制造工艺教研室.机床夹具结构
[10] 陈宏钧.典型零件机械加工生产实例（第2版）.北京:机械工业出版社,2010 [11] 陈家芳, 顾霞琴.典型零件机械加工工艺与实例.上海:上海科学技术出版社,2010 [12] 冯冠大.典型零件机械加工工艺.北京:机械工业出版社,1986 [13] 于骏一.典型零件制造工艺.北京:机械工业出版社,1989 [14] 贾军, 黎胜容.典型零件数控车加工生产实例.北京:机械工业出版社,2011 [15] 融亦鸣.计算机辅助夹具设计[M].北京:机械工业出版社, 2002 [16] 蔡建国.现代制造技术导论[M].上海:上海交通大学出版社, 2002 [17] 机械加工工艺手册软件版[M].北京:机械工业出版社, 2003 6
