课程设计(论文)--油压筒夹具设计.doc

宁课程设计 油压筒夹具设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日目 录目 录II第1章 绪论41 .1 机床夹具的发展概括41.2机床夹具的发展方向41.3夹具的特点51.4夹具的设计要点6第2章 磨床夹具的总体设计72.1设计任务72.2夹具的设计步骤72.3磨床夹具的设计8第3章 夹具的工作原理与结构设计93.1对定位元件的基本要求93.2定位方案与定位元件93.4夹紧方案的选择93.4.1 切削力的计算93.4.2 实际所需夹紧力的计算103.4.3 夹紧方案113.5 夹具的使用方法11第4章 磨床夹具体及夹具零件的设计134.1 夹具体的要求134.2 夹具体主坯的类型144.3 零部件的设计选用144.3.1 定向键与对刀装置设计144.3.2 夹紧装置及夹具体设计16第五章 夹具误差的计算185.1误差分析185.2定位误差的计算19第1章 绪论1 .1 机床夹具的发展概括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。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。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。1.2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。1.3夹具的特点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。随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。“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。1.4夹具的设计要点 夹具设计时，应满足以下几个要点： 1.夹具应满足零件加工工序的精度要求。特别对于精加玉工序，应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。 2.夹具应达到加工生产率的要求。特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。 3.夹具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可设置必要的防护装置、挡屑板以及各种安全器具。 4.能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。夹具元件的材料选择将直接影响夹具的使用寿命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力学性能较好的材料。夹具的低成本设计，目前在世界各国都已相当重视。为此，夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应。在大批量生产中，宜采用如气压、液压等高效夹紧装置；而小批量生产中，则宜采用较简单的夹具结构。 5.要适当提高夹具元件的通用化和标准化程度。选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具制造周期，降低夹具成本。 6.具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造、使用和维修。 以上要求有时是相互矛盾的，故应在全面考虑的基础上，处理好主要矛盾，使之达到较好的效果。第2章 磨床夹具的总体设计2.1设计任务 题目所给定的零件是油压筒， 主要是用在液压油缸上，本次设计的夹具主要是磨外圆54的磨床专用夹具。2.2夹具的设计步骤 1设计的准备 这一阶段的工作是收集原始资料、明确设计任务。 (1)分析产品零件图及装配图，分析零件的作用、形状、结构特点、材料和技术要求。 (2)分析零件的加工工艺规程，特别是本工序半成品的形状、尺寸、加工余量、切削用量和所使用的工艺基准。 (3)分析工艺装备设计任务书，对任务书所提出的要求进行可行性研究，以便发现问题，及时与工艺人员进行磋商。 (4)了解所使用机床的规格、性能、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸。 (5)了解所使用刀具、量具的规格。 (6)了解零件的生产纲领以及生产组织等有关问题。 (7)收集有关设计资料，其中包括国家标准、部颁标准、企业标准等资料以及典型夹具资料。 (8)熟悉本厂工具车间的制造工艺。 2方案设计 这是夹具设计的重要阶段。在分析各种原始资料的基础上，应完成下列设计工作： (1)确定夹具的类型。 (2)定位设计。根据六点定位规则确定工件的定位方式，选择合适的定位元件。 (3)确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧装置。使夹紧力与切削力静力平衡，并注意缩短辅助时间。 (4)确定刀具的对刀导向方案，选择合适的对刀元件或导向元件。 (5)确定夹具与机床的连接方式。 (6)确定其它元件和装置的结构形式，如分度装置、靠模装置等。 (7)确定夹具总体布局和夹具体的结构形式。并处理好定位元件在夹具体上的位置。 (8)绘制夹具方案设计图。 (9)进行工序精度分析。 (10)对动力夹紧装置进行夹紧力验算。3夹具总装配图设计 夹具总装配图应按同家标准绘制，绘制时还应注意以下事项： (1)尽量选用l:l的比例，以使所绘制的夹具具有良好的直观性 (2)尽可能选择面对操作者的方向作为主视图。同样应符合视图最少原则。 (3)总图应把夹具的工作原理、结构和各种元件间的装配关系表达清楚。 (4)用双点划线绘制工件外形轮廓、定位基准面、夹紧表面和加工表面。 (5)合理标注尺寸、公差和技术要求。 (6)合理选择材料。 注 可加图 2.3磨床夹具的设计在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受施工，检测的装置都可统称为“夹具”。广义地说，夹具是一种保证产品质量并便利和加速工艺过程的一种工艺装备。夹具以其数量和在生产中的地位来说，“机床夹具”最重要。机床夹具为机床的一种辅助设备，用它来准确地确定工件与刀具的相对位置，即将工件定位及夹紧，以完成加工所需要的相对运动。所以机床夹具是用以使工件定位和夹紧的附加装置。磨床是机械制造中重要的工具之一，磨床夹具的设计应当保证加工精度，降低人工等级，提高劳动生产率和降低加工成本的要求，提高生产率，工艺性好，使用性好，经济性好。第3章 夹具的工作原理与结构设计3.1对定位元件的基本要求在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工作定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题。根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。设计夹具是原则上应选该工艺基准为定位基准。无论是工艺基准还是定为基准，均应符合六点定位原理。遵顼五个原则：(1) 工件不移动原则(2) 工件不变形原则(3) 工件不震动原则(4) 安全可靠原则(5) 经济实用性原则3.2定位方案与定位元件由于该零件的加工是磨削外圆，因此本次设计采用的定位机构为工件以40mm的平面为基准装入油压筒内，限制了Y轴上下跳动,为了防止工件在X轴左右移动，对工件再用圆柱抬肩及螺母进行一次定位，两个自由度。更好的保证零件的同轴度加工，这种定位方法简单可行。与机床连接方式：两顶尖链接原件：顶尖量顶尖装夹便于加工的进行，保证工件有足够的刚度，防止加工时工件的变形，对工件进行准确的定位。顶尖又称顶针，用来支顶细长及工序复杂的工件，起定位、承受工件重量以及切削力的作用。有前顶尖和后顶尖两种。插在主轴锥孔内跟主轴一起旋转的称为前顶尖。前顶尖随同工价一起转动，无相对运动，不发生摩擦。插在车窗尾座套筒内的称为后顶尖。后顶尖又分为死顶尖和活顶尖两种。在车削中死顶尖与工件中心孔产生滑动摩擦而发生大量的热量，目前多使用硬质合金顶尖，即在60顶尖处镶焊YG8硬质合金。活顶尖是将与工件中心孔的滑动摩擦改成顶尖内部轴承的滚动摩擦，能承受很高转速。注！可画图3.4夹紧方案的选择加紧方案：加紧螺母加紧(限制两个自由度) 夹装开口垫圈 夹装加紧螺母注 可加图3.4.1 切削力的计算（1）刀具：磨刀 由参考文献3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 3.4.2 实际所需夹紧力的计算由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=20mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=2.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠， 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力3.4.3 夹紧方案40孔为通孔，沿着孔轴线方向的不定度可不予以限制，但是为增强加工时零件的刚性，必定限制孔轴线方向的不定度，故应按完全定位设计夹具，并力求遵守基准重合原则，以减少定位误差对加工精度的影响。为便于操作和提高机构效率，采用螺母螺旋夹紧机构，其力的作用点落在靠近加工孔的端面上。3.5 夹具的使用方法如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径。但由于本夹具是应用于组合机床上，两磨刀同时工作的对磨加工，夹具尺寸不能很大，如果采用机动夹紧，夹具势必过于复杂和庞大，本夹具为了提高生产率和降低生产成本，考虑简单、经济、实用, 减轻工人劳动强度，采用螺旋夹紧机构,操作非常简单,先拧松夹紧螺母,因而不需要很大的夹紧力，而且可以采用长柄扳手，只需拧松夹紧螺母即可，因而工人的劳动强度不大。第4章 磨床夹具体及夹具零件的设计4.1 夹具体的要求1、基准面的选择（夹具体方式的确定）夹具体是整个夹具的基础件。在夹具体上要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构、装置等；并且还必须便于装卸工件以及在机床上的固定。因此，夹具体的形状和尺寸，主要取决于夹具上各组成件分布情况，工件的形状、尺寸以及加工性质等。 对于夹具体的设计提出以下一些基本要求： 夹具设计时，应满足以下主要要求： （1）所设计的专用夹具，应当既能保证工序的加工精度又能保证工序的生产节拍。特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。 （2）夹具轻劳动强度的操作要方便、省力和安全。若有条件，尽可能采用气动、液压以及其它机械化自动化的夹紧机构，以减。同时，为保证操作安全，必要时可设计和配备安全防护装置。 （3）能保证夹具一定的使用寿命和较低的制造成本。夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应，在大批量生产中应采用气动、液压等高效夹紧机构；而小批量生产中，则宜采用较简单的夹具结构。 （4）要适当提高夹具元件的通用化和标准化程度。选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具的制造周期，降低夹具成本。 （5）应具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造和维修。 以上要求有时是相互矛盾的，故应在全面考虑的基础上，处理好主要矛盾，使之达到较好的效果。 2. 夹具体毛坯制造方法的选择 综合考虑结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体； 3.夹具体的外形尺寸 在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置及其辅助机构在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。然后进行造型设计，再根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁厚尺寸。4.2 夹具体主坯的类型铸造夹具体工艺性好，可以铸出各种复杂的外形，且抗压强度、刚度和抗振性都较好。但生产周期长，为消除内应力，铸件需经时效处理，故成本较高。 铸造夹具体的材料大多采用灰铸铁HT15-33 或 HT20-40；当要求强度高时，也可采用铸钢件；要求重量轻时，在条件允许下也可采用铸铝件。第5章 夹具误差的计算5.1误差分析5.1.1定位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，夹具相对机床主轴（或刀具）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、受热变形、切削振动等原因引起的误差。其中定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起爱的加工误差。5.1.2产生定位误差的原因1.基准不重合来带的定位误差： 夹具定位基准与工序基准不重合，两基准之间的位置误差会反映到被加工表面的位置上去，所产生定位误差称之为基准转换误差。2.间隙引起的定位误差 在使用心轴、销、定位套定位时，定位面与定位元件间的间隙可使工件定心不准产生定位误差。3.与夹具有关的因素产生的定位误差1）定位基准面与定位元件表面的形状误差。2）导向元件、对刀元件与定位元件间的位置误差，以及其形状误差导致产生的导向误差和对刀误差。3）夹具在机床上的安装误差，即对定误差导致工件相对刀具主轴或运动方向产生的位置误差。4）夹紧力使工件与定位元件间的位置误差，以及定位元件、对刀元件、导向元件、定向元件等元件的磨损。 5.2定位误差的计算（1）定位元件尺寸及公差确定。夹具的主要定位元件为芯轴，孔与轴的间隙配合。 （2） 工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位轴的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在卧式磨床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位轴保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin 该夹具以芯轴为定位，两定位轴孔尺寸公差为127。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献5可得： 两定位销的定位误差 ： 其中：， ，得 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。第6章 零件材料6.1 标准件本次设计的磨床专用夹具，由于零件的特殊性，全部使用的非标零件。为了保证定位芯轴的强度，确定采用45号钢作为材料。标准间另加垫圈及螺母介绍，可画图！总 结通过近一个月的课程设计，使我们充分的掌握了一般的设计方法和步骤，不仅是对所学知识的一个巩固，也从中得到新的启发和感受，同时也提高了自己运用理论知识解决实际问题的能力，而且比较系统的理解了液压设计的整个过程。在整个设计过程中，我本着实事求是的原则，抱着科学、严谨的态度，主要按照课本的步骤，到图书馆查阅资料，在网上搜索一些相关的资料和相关产品信息。这一次设计是大学四年来最系统、最完整的一次设计，也是最难的一次。在设计的时候不停的计算、比较、修改，再比较、再修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期间也遇到不少的困难和挫折，幸好有老师的指导和帮助，才能够在设计中少走了一些弯路，顺利的完成了设计。致 谢在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。这次设计是在老师悉心指导下完成的。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，杨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。最后，在即将完成设计之时，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！参考文献主要写自己学的书 ，制图，制造等 1 刘德荣，组合夹具结构简图的初步探讨，组合夹具，1982. (1)2 孙已德，机床夹具图册M，北京：机械工业出版社，1984：20-23。3 贵州工学院机械制造工艺教研室，机床夹具结构图册M，贵阳：贵州任命出版社，1983：42-50。4 刘友才，机床夹具设计 ，北京：机械工业出版社，1992 。5 孟少龙，机械加工工艺手册第1卷M，北京：机械工业出版社，1991。6 金属机械加工工艺人员手册修订组，金属机械加工工艺人员手册M，上海：上海科学技术出版社，1979。7 李洪，机械加工工艺师手册M，北京：机械工业出版社，1990。8 马贤智，机械加工余量与公差手册M，北京：中国标准出版社，1994。9 上海金属切削技术协会，金属切削手册M，上海：上海科学技术出版社，1984。10 周永强，高等学校课程设计指导M，北京：中国建材工业出版社，2002。11 薛源顺,机床夹具设计(第二版) M,机械工业出版社,2003.112 余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计M，重庆：重庆大学出版社，1995。13 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学，机床夹具设计手册M，上海：上海科学技术出版社，1980。14 李庆寿，机械制造工艺装备设计适用手册M，银州：宁夏人民出版社，1991。