机械制造装备设计课程设计--齿轮滚齿夹具设计.docx

课程设计资料

系 部 机械与电子工程系
班 级
学 号
姓 名
指导教师

材 料 目 录
序号
名称
数量
1
课程设计任务书
1
2
课程设计报告书
1
3
课程设计图纸
3
4
课程设计其它资料

5

6

课程设计工作进度及组员分工

课程设计资料归档

名 称 齿轮滚齿夹具之二
系 部
班 级
指导教师
审 核

材 料 目 录

序号
名称
数量
备注
1
课程设计计划
1

2
课程设计任务书
1

3
课程设计管理材料

4
课程设计总结
1

《机械制造装备设计》课程设计任务书

课程设计名称：齿轮滚齿夹具之二
课程设计要求：
1．设计结构方案合理可行，内容正确，其结构应简单实用。
2．设计计算方法正确，制定夹具零件图加工工艺合理。
3．全面完成规定的设计任务，图面质量好，符合制图标准。

4．课程设计工作进度计划：
序号
时间
工 作 内 容
1
12.5-12.6
审阅图纸：全面分析零件的技术要求，明确设计夹具的主要目的及其使用条件，准备相关技术资料
2
12.7-12.8
拟订夹具结构方案：<1>工件定位方案拟订<2>工件夹紧方案拟订<3>刀具引导方案拟订<4>夹具体结构，与机床安装方式及其他部分结构型式。确定夹具的最佳结构方案，绘制夹具的结构草图
3
12.9-12.10
夹具结构方案精度分析和计算：正确选择定位元件，进行定位误差分析计算，设计夹紧机构及夹紧力计算，确定各配合元件的配合关系及材料选择
4
12.11-12.14
绘图：绘制夹具装配图，绘制被加工零件图、夹具主要零件图（2件以上）并制定其出合理的机械加工工艺
5
12.15-12.16
整理、编写课程设计说明书及设计体会
3．主要参考文献：
1) 机床夹具设计手册
2) 机床夹具图册
3) 机械设计手册
4) 机械制造装备设计教材
5) 机械制造技术基础教材
6) 互换性与技术测量教材
7) 机械工程材料教材

课程设计报告书

题 目： 齿轮滚齿夹具之二
系 部：
专 业：
班 级：
姓 名：
学 号：

2016年 12 月 5 日

目录

一. 前言……………………………………………1
二. 零件的工艺分析

三. 机床夹具设计的基本要求…………………………… …...1

四. 定位方案的确定……………………………………………2

五. 定位元件的设计……………………………………………3

六. 定位误差的分析与计算……………………………………

七. 夹紧方案…………………………………………………

八. 其它元件设计

九. 参考文献

一 、前言
机械制造装备设计是机械设计制造及其自动化专业的一门主要专业课，其任务是通过该课程的学习，掌握主要机械制造装备的工作原理及其正确使用和选用方法、原则，并具备一定的机械制造装备的总体设计、传动设计、结构设计等基本知识和主要工艺装备的设计能力。而课程设计是机械制造装备设计课程的一个重要的实践性教学环节，也是机械类专业学生较为全面的机械设计训练。通过课程设计的实践，综合地运用装备设计课程和其他先修课程的理论与实际知识，进一步培养与提高学生分析和解决工程实际问题的机械设计能力。其目的在于：
〔1〕通过课程设计，使学生能综合运用夹具设计课程及其他相关专业课程的知识，学会用所学的理论知识指导设计实践，树立正确的设计思想。
〔2〕通过课程设计，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机床夹具的一般设计方法和步骤，提高其走上工作岗位所需的专业技能。
〔3〕通过课程设计，使学生学习运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等。
零件在工艺规程之后，就要按工艺规程顺序进行加工。在加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。他们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床获得正确的位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度、形状精度和尺寸精度。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而破坏定位，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具在生产中应用十分广泛，夹具按使用范围分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和随行夹具，按使用机床分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、自动机床夹具、数控机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等，按夹紧的动力源分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气-液增力夹具、电磁夹具及真空夹具等。根据所加工工件的要求，本次使用的是钻床浮动夹紧专用夹具。
由于能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。

二 、零件的工艺分析
研究加工工件图样，了解该工件的结构形状、尺寸、材料、热处理要求，主要表面的加工精度、表面粗糙度及其它技术要求。熟悉工艺文件，毛坯的种类、形状、加工余量及其精度，工件的加工工艺过程、工序图、本工序所处地位，本工序前已加工表面的精度及表面粗糙度，基准面的状况。本工序所使用的机床、刀具及其它辅具的规格。
通过对该零件图的重新绘制，知本零件是需要在滚齿机床上滚切得盘型齿轮，本工序主要是加工其齿端。以内孔和端面为定位基准，这种定位方式是以工件内孔定位，确定定位位置，再以端面作为轴向定位基准，并对着端面夹紧。这样可使定位基准、设计基准、装配基准、和测量基准重合，定位精度高，适合于批量生产。但对夹具的制造精度要求较高。
形状与位置精度：
齿面对内孔的端面跳动公差0.10mm；
A面对B面的端面跳动公差0.005；
在工作位置上四排钢球决定的圆柱面对A、B面的径向跳动公差0.005mm；
定位支座C面与B面的平行度公差0.005mm；
表面粗糙度取Ra=1.6μm。
注：具体尺寸见零件图。

三 、机床夹具设计的基本要求
1.保证工件的加工精度
夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。
2.提高生产效率
夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应。应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的快速高效夹紧装置，以缩短辅助时间，提高生产效率。
3.工艺性好
夹具的结构应简单、合理、便于加工、装配、检验和维修。夹具的生产属 于单件生产。当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整或修配结构，如适当的调整间隙、可修磨的垫片等。
4.使用性好
夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。尽量采用标准元件，使夹具元件规格化，典型化，以缩短夹具设计周期，降低成本。
5.经济性好
除考虑夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。
四、定位方案的确定
定位:是通过工件定位基准面与夹具定位元件的定位面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工面的尺寸和位置精度要求。
基准：是工件上用来确定其他表面（线，或点）的位置时所依据的表面。与设计直接有关的基准：工序基准，定位基准。
1.定位基准
工件定位时，用以确定工件在夹具中位置的表面（或点，线）。定位基准的选择，一般应本着基准重合原则，尽可能选用工序基准备作为定位基准。
2.设计基准
设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。这些尺寸（或角度）的起始位置称作设计基准。
3.工序基准
在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准,称为工序基准。
精基准的选择
选择选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑如何保证工件的尺寸精度和位置精度，并使用起来方便，一般应按下列原则选择：
1）基准重合原则：
应选用设计基准作为定位基准
2）基准统一原则：
应尽可能在多数工序中选用一组统一的原则定位基准来加工其他各表面。采用基准统一原则可以避免基准转换所产生的误差，并可使各工序所用夹具来加工个工序所用夹具的某些结构相同或相似，简化夹具的设计和制造。
粗基准的选择：
选择基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续工序提供精基准。若工件必须保证某些重要表面的加工余量均匀，则应优先该表面为粗基准。
粗基准一般只允许使用一次，在工件工序图中，用来确定本工序加工表面位置的基准，加工表面与工序基准之间，一般有两次核对位置要求：一是加工表面对工序的距离要求，即工序尺寸要求；另一次是加工表面对工序基准的形状位置要求，如平行度，垂直度。工件在定位时，每个工件的夹具中的位置是不确定的，一般是限制工件的六个自由度，分别是指：沿三坐标轴的移动自由度，和绕三坐标轴转动的自由度。
根据工序的尺寸形状和位置要求，工件定位时需限制5个自由度。在拟定定位夹紧方案时，仍需要对其进行分析和研究，考察定位基准的选择能否满足工件位置精度的要求，夹具的结构能否实现。
本设计用一面一轴限制工件的5个自由度。

五、定位元件的设计
定位方案应满足六点定位原理，一个工件满足六点定位原理的定位方案不止一个。选出的定位方案应估算其定位误差是否符合要求。
即定≦（1/5~1/3）1。

六、定位误差的分析与计算
影响其精度的主要因素：
（1） 定位误差
基准不重合误差：ΔB=0.02mm，基准偏移误差ΔY=0，所以，
ΔD=0.02mm。
（2） 夹具安装误差
由于夹具定位面和夹具底面的平行度误差等，会引起工件倾斜，是加工的工序位置尺寸产生误差，技术要求规定不大于0.003/100，故此工件的影响在0，005以内。
（3） 与加工方法有关的误差
工件的加工误差是指工件加工后在尺寸、形状和位置三个方面偏离理想工件的大小，它是由三部分因素产生的：
（1） 工件在夹具中的定位、夹紧误差、
（2） 夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴或运动导轨的位置误差，也称对定误差。
（3） 加工过程中误差，如机床几何精度、工艺系统的受力与受热变形、切削振动等原因引起的误差。
w+b≦1/3t(工序公差)
基准位置公差w
基准不重合误差b
七、 夹紧机构的设计与选择
夹紧机构设计时一般应满足以下主要原则:
1)夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位；
2)工件和夹具的变形必须在允许的范围内；
3)夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度。手动夹紧机构必须保证自锁，机动夹紧应有连锁保护装置，夹紧行程必须足够；
4) 夹紧机构操作必须安全.省力.方便.符合工人操作习惯；
5) 夹紧机构的复杂程度.自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。
7.1.1夹紧力方向的确定
1)主要夹紧力方向应尽量垂直主要定位面；
2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力最小；

1.1夹紧力方向与夹紧力大小的关系
对于图（a）中的情况，当F、FW、G三力同向且指向夹具体，这时夹紧力FW 最小，F、G这些外力产生的摩擦力可以补偿一部分为防止工件转动所需的夹紧力，所以实际施加在工件上的夹紧力就很小。对于图（f）中的情况，当FW 与F、G的方向相反时， FW = F + G这种夹紧方式，不仅所需的夹紧力较大，而且由于F和G的方向直接朝向夹紧机构，便有迫使夹紧机构松开的趋势。
从这个示例中，也可看出，考虑重力G对工件的影响，则工件的主要定位基面不仅应该在水平面内，而且还应该便于由上向下装夹工件。
3）夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向。
7.1.2夹紧力作用点的确定
1）夹紧力应作用在刚度较好部位；
2）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件形成的支撑面内；
3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面，以减少切削力翻转力矩的影响，减少振动。
7.1.3 夹紧力的大小
对工件所施加的夹紧力，要适当。夹紧力过大，会引起工件变形；夹紧力过小，易破坏定位。
进行夹紧力计算时，通常将夹具和工件看作一刚性系统，以简化计算。根据工件在切削力、夹紧力 作用下处于静力平衡，列出静力平衡方程式，即可算出理论夹紧力。
为安全起见，计算出的夹紧力应乘以安全系数K，故实际夹紧力一般比理论计算值大2∼3倍。
夹紧力大小的确定
要足够防止加工时松动；
使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压；
机动夹紧时应计算夹紧力的大小，以理论夹紧力乘以安全系数K；
粗加工取
精加工取
一般采用机动（气动、液动）夹紧装置时，需对夹紧力进行计算；而采用手动夹紧机构时，常根据经验或类比法确定所需的夹紧力。
7.2.夹紧原理简介
如图2本夹具是另一种滚齿机夹具。工件在滚齿加工以前，其外圆、端面和内孔均加工过。
工件以大端面及内孔定位安装在定位支座1和心轴2上，共限制五个自由度。心轴中装有四圈滚珠（每圈六个），夹紧后可保证与工件定位孔无间隙配合。压板5通过与油缸（未表示出）连接的拉杆4实现机动夹紧工件时，先让油缸使拉杆4反向（向上）松开工件、然后将开口压板5转过退出，即可快速卸载下并取出工件。
为了提高夹具本身的安装度，定位支座1可以通过调节螺钉6调节径向位置。

图2 滚齿机夹具装配模型
该夹具定心精度高，操作方便，同时还可实现多件加工。
7.3．夹紧机构的选择
在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：
①安全性 夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止意外伤及夹具操作人员。
②手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。
③夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。
④手动夹紧机构应操作灵活、方便。
确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，要选择和设计动力源。夹紧方案也需反复分析比较，确定后，正式设计时也可能在具体结构上作一些修改。

3加工零件图
本套夹具针对如图5.3的齿轮设计，采用定心夹紧机构，在实现准确定心的同时达到夹紧工件的目的。

八、其它元件设计
夹具体设计的基本要求:
（1）应有适当的精度和尺寸稳定性
（2）应有足够的强度和刚度
（3）应有良好的结构工艺性和使用性
（4）应便于排除切屑
（5）在机床上的安装应稳定可靠
夹具体的设计：
⑴．材料：T12A按GB1298-77《优质碳素工具钢技术条件》。
⑵．热处理：HRC55-60。
⑶．其他技术条件按GB2259-80《机床夹具零件及部件技术条件》。
注：各项尺寸，位置精度的设置，依据各个零件部件的结构尺寸及参考《机床夹具手册》 P143。

九、参考文献
《机床夹具设计手册》第二版 上海科学技术出版社 1990.2

《金属机械加工工艺人员手册》 赵如福主编 1990.3

《机械设计手册》 化学工业出版社 1987.12

《机械制造工艺学》 重庆大学出版社 1995.6

《机床设计师手册》 重庆大学出版社 1994.6

《机械工程材料》 高等教育出版社 1992.9

《几何量公差与测量》 上海科学技术出版社 1993.2

《机械制造工艺与车床夹具》 机械工业出版社 1994.7