典型轴上钻孔、铣槽夹具设计夹具设计.doc

摘要本设计是基于典型轴零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。典型轴零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。基准选择以典型轴的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准，以顶面与两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出顶平面，再以顶平面与支承孔系定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用顶平面和工艺孔定位加工其他孔系与平面。支承孔系的加工采用的是坐标法镗孔。整个加工过程均选用组合机床。夹具选用专用夹具，夹紧方式多选用气动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁，因此生产效率较高，适用于大批量、流水线上加工，能够满足设计要求。关键词：典型轴类零件；工艺；夹具；AbstractThis design is the special fixture for machining process of forked plectrum parts andprocess design based on. The main processing surface fork parts of the plane and a series ofhole. In general, ensure the machining accuracy of plane than to ensure machining accuracyhole easily. Therefore, the design follows the surface after the first hole of the principle. Andthe hole and the plane processing clearly divided into roughing and finishing stages ofprocessing to ensure the accuracy of the hole. The supporting hole of the input shaft and theoutput shaft of the benchmark by a shifting fork as a rough benchmark, the top two holes as aprecision technology base. Main processing process arrangement is to support holepositioning processing the top plane, and then the top plane and the series of supporting holelocation hole processing technology. In addition to the follow-up processes individualprocesses are used in the top plane positioning technology and other processing Kong andplane. The supporting hole processing system using the method of coordinate boring. Thewhole process selection of combined machine tool. The special fixture fixture, clampingmeans more choice of pneumatic clamping, clamping reliable, agencies can not self-locking,therefore the production efficiency is higher, suitable for high-volume, line processing, canmeet the design requirements.KeyWords: A typical shaft parts; technology; fixture;III目录摘要.IIAbstract.III目 录. IV第 1 章 绪论. 11.1 夹具概述.11.2 机床夹具的功能.11.3 机床夹具的发展趋势.21.3.1 机床夹具的现状. 21.3.2 现代机床夹具的发展方向. 3第 2 章 零件的工艺性分析. 52.1 零件的作用.52.2 零件的工艺分析.5第 3 章 工艺规程设计. 63.1 确定毛坯的制造形成.63.2 基准的选择.63.3 制定工艺路线.6第 4 章 钻10 孔钻床专用夹具设计.84.1 问题的提出.84.2 夹具设计.84.2.1 定位基准的选定.84.2.2 夹紧力分析.84.2.3 定位误差的分析.94.3 夹具设计及操作.9第 4 章 铣槽 28H11 槽夹具专用夹具设计.11IV4.14.24.3问题的提出.11夹具设计.114.2.1 定位基准的选定.114.2.2 夹紧力分析.114.2.3 定位误差的分析.12夹具设计及操作.12结参致论.14考 文 献.15谢.16V第1 章绪论1.1 夹具概述夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，帮机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。“工欲善其事，必先利其器。”工具是人类文明进步的标志。自 20 世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。1.2 机床夹具的功能在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。1机床夹具的主要功能机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。（1）定位确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面1与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。（2）夹紧工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。2机床夹具的特殊功能机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。（1）对刀调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。（2）导向如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。1.3 机床夹具的发展趋势随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1.3.1 机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工作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，以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约 4 年就要更新 80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 15%左右。2特别是近年来，数控机床（NC）、加工中心（MC）、成组技术（GT）、柔性制造系统（FMS）等新技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。2）能装夹一组具有相似性特征的工件。3）适用于精密加工的高精度机床夹具。4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。6）提高机床夹具的标准化程度。1.3.2 现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5m；精密心轴的同轴度公差可控制在 1m 内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达 0.20.5m。高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高 5 倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为 2600r/min 的条件下仍能牢3固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991 以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。第 2章零件的工艺性分析2.1 零件的作用题目给定的零件是典型轴（见附图 1），可以进行回转运动，传递扭矩。42.2 零件的工艺分析分析零件图可知，该典型轴形状、结构比较简单，通过毛坯可得到基本形状，减少了工序加工，又节约了材料。除了典型轴上表面外，其余加工表面精度低，不需要高度机床加工，可通过铣削、钻床等车床的粗加工就可以达到要求；而主要工作表面-典型轴上表面加工精度虽然较高，但也可以在正常的生产条件下，采用经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件工艺性较好。共有三组加工表面（1） 零件两端面，可以后端面加工精度高，可以先以后端面为粗基准加工右端面，再以前端面为精基准加工左端面；(2） 以中心线为基准的加工面：（3) 以工件右端面为基准的的槽、上顶面的孔。经上述分析可知， 对于后两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。5第3 章工艺规程设计3.1 确定毛坯的制造形成（1）选择毛坯零件材料为 45，灰零件的形状简单，因此毛坯形状需要与零件形状尽量接近，又因内花键较小，因此不可直接铸出。（2)确定毛坯尺寸公差和机械加工余量1.公差等级由典型轴的功能和技术要求，确定该零件的公差等级为 IT102.零件表面粗糙度由零件图可知，该典型轴各加工表面粗糙度 Ra 均大于等于 1.6um3.机械加工余量3.2 基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基准的选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，加工工艺过程中将会出现很多问题，使生产无法进行。（1）粗基准的选择 因为要保证花间道中心线垂直于右端面，所以40 的外圆表面为粗基准。（2）精基准的选择 为保证定位基准和工序基准重合，加工 2M8、5 锥孔、18H11槽以零件的左端面和花键的中心线为精基准，铣上顶面以花键中心线为精基准。3.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外好应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。61、工艺路线方案一工序 10：粗、精车外圆40；工序 20：粗、精车台阶30；工序 30：倒角 1X 45；工序 40：粗、精铣 2 侧面；工序 60：钻铰孔中心孔通孔20H7 孔；工序 50：粗、精铣 28 槽；工序 70：钻10 孔；工序 80：去毛刺，清洗；工序 90：终检。2、工艺路线方案二工序 10：粗、精铣 2 侧面；工序 20：粗、精车外圆40；工序 30：粗、精车台阶30；工序 40：倒角 1X 45；工序 50：钻铰孔中心孔通孔20H7 孔；工序 60：粗、精铣 28 槽；工序 70：钻10 孔；工序 80：去毛刺，清洗；工序 90：终检。3、 两套工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一把放在粗、精铣 28 槽之后，这样后面的工序50、工序 60、工序 70 很难对工件进行定位和夹紧。造成生产率的下降。而工艺路线二把20 钻削出来并倒角后紧接着就。这样后面的工序就很容易对工件进行定位和夹紧，即进行定位、进行螺旋夹紧。此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠。通过以上两种工艺路线的优缺点分析。最后确定工艺路线二为该零件的加工路线.7第4章钻10 孔钻床专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经分析决定设计第七道工序钻攻 2-M8 螺纹孔钻床专用夹具。4.1 问题的提出本夹具主要用于钻10 孔，以保证进度要求。因此，在本工序加工时，主要考虑如何提高生产率，降低劳动强度，提高加工质量。4.2 夹具设计4.2.1定位基准的选定工件以20 孔及端面和侧面为定位基准。4.2.2 夹紧力分析2M l hF = ，因为在完成本工序时，钻7 孔所需的切削余量和切削速度最快，Z y Z yF = C d f K ； M = C d f KZ y 1.0 0.8则， F = C d f K = 420 7 0.36 0.94 = 1220NZ y 2.0 0.81、夹紧力方向的确定由 V 型块机构夹紧工件，所以可以判定工件的受力方向是水平方向。2、夹紧力作用点的选择夹紧力的作用点应该在端面上，这样可以保证工件不会产生较大的变形。3、夹紧力大小的确定由 指 导手 册 表 10-1 常见 的 夹紧 方 式所 需 夹紧 力 ，可 以 得出 其 夹紧 力d2l tan(a + j)所用的力也最大，所以夹紧力满足钻孔时所需要的力，剩余的其他加工时的夹紧也必定满足要求。钻孔加工切削力：由切削用 量简明手册 表 2-32 钻 孔时轴向力 、扭矩及 功率的计算 公式：F 0 r c M 0 r其中，CF=420；zF=1.0；yF=0.8；CM=0.206；zM=2.0；yM=0.8；Kr=0.94;F 0 rM c = CM d0 f K r = 0.206 7 0.36 0.94 = 4.19N mm钻孔加工夹紧力：8查机械设计手册表 1-7，传动效率h = 0.96 ；由普通螺纹基本尺寸表（GB/T 196-2003）查得螺纹中径d2= 10.863mm ；f 0.12由机械设计查得，螺纹升角a = arctan螺纹摩擦角nPpd2= arctan1 1.753.14 10.863= 2.94 ；j = arctan2Mcos bl h= arctancos 30= 7.89则夹紧力 FJ=d2c 1l tan(a + j)=2 4.19 55 0.9610.863 40 tan( 2.94 + 7.89)= 6.22N4.2.3定位误差的分析本夹具采用分度结构，用于在立式钻床上加工典型轴的 2-M8 螺纹孔。工件以22H12孔及端面和侧面为定位基准，在带台肩长销和挡销上实现完全定位。1.平面定位误差2.间隙引起的定位误差4.3 夹具设计及操作由于本夹具需要钻孔，在竖直方向受到很大的冲击力，在其相应的方向上应适当的考虑强度的要求，使之方便的操作和快速的切换工件。目前可以采用的措施有：一是提高毛坯的精度，使最大切削深度减低，以减小切削力；二是选择精度高的心轴，使其定位准确。为使其工作进行时，工作紧凑和保证加工要求。夹具体上装有快换钻套，使夹具在一批零件之间能加工不同要求的零件，同时在夹具体上装有一块可转动的快速螺旋压板机构用以压紧工件，这样有利于工件的拆装。由于本工序需要在加工孔，因此，为了提高工作效率，本夹具上装有一个可转动的摆台，工件安装夹紧在摆台上。当摆台旋转到位后，可拉紧手柄，使摆台夹紧并开始加工。加工完成后，松开手柄，并使摆台摆到下一工位，拉紧手柄即可加工。910第 4章铣槽 28H11 槽夹具专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经分析决定设计铣槽专用夹具。4.1 问题的提出本夹具主要用于铣槽，以保证进度要求。因此，在本工序加工时，主要考虑如何提高生产率，降低劳动强度，提高加工质量。4.2 夹具设计4.2.1 定位基准的选定由零件图可知，其设计基准为中心孔和工件的右加工表面（A）为定位基准。4.2.2 夹紧力分析2M l hF = ，因为在完成本工序时，钻7 孔所需的切削余量和切削速度最快，Z y Z yF = C d f K ； M = C d f KZ y 1.0 0.8则， F = C d f K = 420 7 0.36 0.94 = 1220NZ y 2.0 0.81、夹紧力方向的确定由快速螺旋压板机构夹紧工件，所以可以判定工件的受力方向是水平方向。2、夹紧力作用点的选择夹紧力的作用点应该在端面上，这样可以保证工件不会产生较大的变形。4、夹紧力大小的确定由 指 导手 册 表 10-1 常见 的 夹紧 方 式所 需 夹紧 力 ，可 以 得出 其 夹紧 力d2l tan(a + j)所用的力也最大，所以夹紧力满足钻孔时所需要的力，剩余的其他加工时的夹紧也必定满足要求。加工切削力：由切削用 量简明手册 表 2-32 钻 孔时轴向力 、扭矩及 功率的计算 公式：F 0 r c M 0 r其中，CF=420；zF=1.0；yF=0.8；CM=0.206；zM=2.0；yM=0.8；Kr=0.94;F 0 rM c = CM d0 f K r = 0.206 7 0.36 0.94 = 4.19N mm钻孔加工夹紧力：查机械设计手册表 1-7，传动效率h = 0.96 ；由普通螺纹基本尺寸表（GB/T 196-2003）查得螺纹中径d2 = 10.863mm ；11f 0.12由机械设计查得，螺纹升角a = arctan螺纹摩擦角nPpd2= arctan1 1.753.14 10.863= 2.94 ；j = arctan2Mcos bl h= arctancos 30= 7.89则夹紧力 FJ=d2c 1l tan(a + j)=2 4.19 55 0.9610.863 40 tan( 2.94 + 7.89)= 6.22N4.2.3定位误差的分析由于槽的轴向尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度。4.3 夹具设计及操作如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以有利于铣削加工。1213结论通过本次的毕业设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解，本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析，对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习提高了我了思考问题，解决问题的能力以及创新设计的能力，为以后的设计工作打下了坚实的基础。由于能力有限，设计中还有很多不足之处，恳请老师批评指导14参考文献1李洪机械加工工艺手册M北京出版社，200612陈宏钧实用金属切削手册M机械工业出版社，20051345678上海市金属切削技术协会金属切削手册M上海科学技术出版社，2002杨叔子机械加工工艺师手册M机械工业出版社，2000徐鸿本机床夹具设计手册M 辽宁科学技术出版社，200310都克勤机床夹具结构图册M 贵州人民出版社，20034胡建新机床夹具M 中国劳动社会保障出版社，20015冯 道机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册M 安徽文化音像出版社，20039 王先逵机械制造工艺学M机械工业出版社，200010 马贤智机械加工余量与公差手册M中国标准出版社，19941211 刘文剑夹具工程师手册M黑龙江科学技术出版社，200712 王光斗机床夹具设计手册M上海科学技术出版社，2002815致谢在毕业设计即将结束之际我向所有帮助过我的老师和同学说一声，谢谢！我想没有他们的帮助，毕业设计就会做得很困难。这次毕业设计是在老师悉心指导下完成的。XX 老师以其渊博的学识、严谨的治学风范、高度的责任感使我受益非浅。在做设计的过程中也遇到了不少的问题，XX 老师给了我许多关怀和帮助，并且随时询问我毕业设计的进展情况、细心的指导我们，也经常打电话或者发电子邮件过来指导我的设计。在论文工作中，得到了机电学院有关领导和老师的帮助与支持，在此表示衷心的感谢。最后，在即将完成毕业设计之时，我再次感谢对我指导、关心和帮助过老师、领导及同学。谢谢了！16目 录第一章 总 论 11.1项目概况 11.2研究依据及范围 21.3结论 31.4建议 4第二章 项目建设的背景和必要性 52.1项目建设的背景 62.2项目建设的必要性 7第三章 项目服务需求分析 9第四章 项目选址与建设条件 114.1选址原则 114.2项目选址 114.3建设条件 12第五章 建设方案与设计 125.1建设规模与内容 125.2总体规划设计 135.3结构方案 185.4主要配套设备 195.5给水工程 205.6排水工程 22