连接支架工艺及夹具设计电火花夹具设计

目 录 摘要 1 第 1 章 绪论 3 介 3 械制造和机械加工工艺及夹具的发展 3 第 2 章 零件图分析 5 件材料分析 5 件工艺性分析 6 圆 7 孔 7 他重要加工部分 8 角等 9 件总体分析 9 第 3章 工艺规程设计 10 计要求 11 艺顺序的安排 11 工计划 13 要加工部分余量计算 14 准的选择 17 计基准 17 位基准的选择 17 基准的选择 17 基准的选择 17 第 4章 夹具设计与分析 19 代机床夹具设计的要求 19 接支架工艺中对夹具的要求 19 艺中典型专用夹具设计分析 20 0 号工序磨工夹具 20 位要求 20 位元件的设计 21 紧元件的设计 21 位误差分析 21 2 90 号工序数控夹具 22 定位要求 22 位元件的设计 23 紧元件的设计 23 位误差分析 23 3 110 /12 0 号工序数控铣工 /电火花夹具 23 位要求 24 位元件的设计 24 紧元件的设计 25 位误差分析 25 结论 26 参考文献 28致谢 29 附录 30 外文文献 30 中文翻译 40 1 摘 要 简要回顾国内外机械工艺和夹具发展历程， 讨论国内外机械制造和工艺水平的人差异，展望现在全球机械工艺和夹具的发展 趋势。分析零件“连接支架”的机械加工工艺性和一些重要加工面的加工要求， 对该零件进行工艺规程方面设计和制订，包括基准的选择，工件加工工艺顺序的安排， 工艺尺寸链的计算，加工余量的计算和一些其它加工参数的确定。 针对工艺 规程的相关工序设计专用夹具，由夹具的定位方式来确定夹紧元件和定位元件， 对夹具的定位误差来进行分析。介绍同学们在毕业设计中经历的过程和遇到的困难，阐述在“ 连接支架”的机械工艺和相关夹具设计中我们所学到的知识和提升的能力。 重点为对零件“ 连接 支架”工艺规程及其相关的夹具的设计。 关键词： 机械加工工艺，夹具，机械制造 2 of at of of to of of of of of In of by to in in we in of to of 3 第 1 章 绪论 介 机械加工工艺及相关夹具设计方面是 在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学个课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练。从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国“四化”建设打下一个良好的基础 ，既可很好地考查我们大学四年对所学知识的掌握情况，又可让我们在毕业设计 中将所学知识用到实践中使我们学的更深更多。 机械制造产品加工工艺包括零件的加工和装配，它的指导思想是在保证产品质量的前提下达到经型（包括经济效益和理论）和高生产率 1 。其研究的重点为工艺过程，同时也包括零件加工工艺过程和装配工艺过程工艺是使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程。各种机械的制造方法和过程的总称为机械制造工艺。它是实际生产中最活跃的因素，它是构思和想法，同时又是实在的手段和方法，并落实在由刀具、夹具、机床、工件所构成的工艺系统中，所以它包含和涉及的范围非常广，需要多门相关学科知识 的支持，同时工艺又和实际生产联系密切。而夹具是机床上装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。因此，夹具的设计是机械加工工艺中必不可少的一部分。 在国民经济的各条战线上广泛的使用着大量的机械、机床、工具、仪器、仪表等方面工艺装备。这些工艺装备的制造过程总称为机械制造，生产这些工艺装备的工业即是机械制造业。机械 制造业的主要任务就是围绕各种工程材料的加工的技术，研究其工艺 ，并设计和制造各种工艺装备。 机械制造和机械 加工工艺及夹具的发展 从 1949 年以来，我们国家的机械制造业有了很大的发展，已经成为工业中具有相当规模、产品门类比较齐全和一定技术基础的产业部门之一，其机械加工和夹具也有 很大的发展，但是与工业发达国家相比，我们这方面的水平还存在着较大的差距 ，主要表现在机械产品质量不够高，机械加工设备科技含量不够高 ，加工工艺过程不合理，夹具和先进设备的配合应用也比较少，造成加工工人劳动强度大，加工出来的产品也不能达到国际高水平要求。 4 现在，德国、日本 韩国等制造水平最先进发达国家都把制造技术视为 当代科技发展为活跃的领域和国际间科技竞争的主战场，制定了一系列振兴计划、建立世界级制造技术中心，纷纷把先进制造技术列为国家关键技术和优先发展领域。我国在近几年也迅速崛起，更加视制造技术的发展。 机械加工工艺及夹具随着制造技术的发展发展迅猛。机械加工工艺以各个工厂的具 体情况不同，其加工的规程也有很大的不同。现在国际先进的机械加工工艺及夹具设计 已突破已往死板模式，随着情况的不 同具有更加合理的工艺过程。也使产品的质量大大提高。制定加工工艺虽可按情况合理制定，但也要满足其基本要求：在保证产品质量 的前提下 ，尽可能提高劳动生产率和降低加工成本。并在充分利用本工厂现有生产条件 的基础上，尽可能采用国内、外先进工艺技术和经验。要保证操作者良好的劳动条件。 但我国现阶段还是主要依赖工艺人员的经验来编制工艺，多半不规定工步和切削用量， 工时定额也凭经验来确定，十分粗略，缺乏科学依据，难以进行合理的经济核算。 长期以来 ,加工工艺编制是由个工厂工艺人员凭经验进行的。如果由几位工艺员各 自编制同一个零件的工艺规程，其方案一般各不相同，而且很可能都不是最佳方案。 这 是因为工艺设计涉及的因素多因果关系错综复杂。 它不仅提高了工艺设计的质量，而且使工艺人员从繁琐重复的工作中摆脱出来，集中精 力去考虑提高工艺水平和产品质量问题。我国现阶段还对此技术不够重视，使用条件也 不够成熟，还须增加各方面 配套设备，提高技术水平。 在全球制技术水平不断提高的前提下，现代机床各种夹具的设计也随之快速相应的发展 。现代机床夹具发展的基本趋势 2为： 1）高效化 高效化的夹具的主要功能是减少工件加工的加工时间和辅助工具的夹 紧定位等时间，目的是提高劳动生产率，减轻操作者的劳动强度 。常见的高效化夹具有 自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，使用电动虎钳在铣床上装 夹工件，工作效率可提高约 5 倍；使用高速三爪自定心卡盘在车床上装夹工件 ，可保 证卡爪在试验转速为 9000r/超高速下仍能牢固地夹紧工件，这样可以使切削速度 大幅度提高。目前，除了在生产流水线、生产自动线部分配置相应的高效、高自动化程度夹具外，在数控机床上，尤其在多轴加工中心上出现了各种自动更换夹具的装置以及自动装夹工件的夹具 ，充分发挥了和提高了数控机床的效率 。 2）标准化 现代机 床夹具的主要目的就在于提高生产效率 ，这样也就使其必须 具有通用化和标准化的特性，而机床夹具的标准化与通用化是密切联系的两个方面。目 前我国已有关于夹具零件及部件的国家标准 ： 2148 91 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，很大程度上缩短 了生产准备周期 ，降低生产总成本。 3）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化类似 ，它们都是指机床夹具通过 5 组合 、调整 等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：生产批量、 工 序特征、工件的尺寸和形状等。近年来出现的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、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业 中小批量生产、多品种的需要，提高夹具的柔性化程度，改变专用夹具本来的不可拆结 构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要目标和方向。 4）精密化 机床夹具的制造和定位精度会直接影响到零件的加工精度 ，而现在随着机械产品对精度的要求日益提高，必然也相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构有很多类型，例如多齿盘，在用于精密分度时，其 分度精度可达 0. 1；用于精密车削高精度三爪自定心卡盘，其定心精 为 5 m。这些精密化的夹具为以后零件加工的精度提供了重要保证。 第 2 章零件图分析 按零件图要求，连接支架采用 是一种性能好，造价 的价格昂贵的进口不锈钢材料。 耐蚀合 金，最早是由美国的国际镍公司 (公 )开发的，其典型成分为 70 30 是镍基耐蚀合金应用最广泛的合 金 3 。 具有优良的抗还原酸及强碱介质和海 水等腐蚀的性能。因此通常用于制造输送氢氟酸 (盐水、中性介 质、碱盐及还原 性 酸介质 化氢气 、高温氯气 (425 ) 及高温氯化氢 (450 )等介质 ,但不抗含硫介质和氧化性介质 (如硝酸 ,含氧量高的介） 的腐蚀，因为镍 与硫和氧有剧烈反应，易形成 金有两种类型：加工强化型，有 00、 404、 牌号；沉淀 硬化型，有 502 等牌号，常用 金继承了 金优良耐腐蚀性。通过在镍铜基内添加铝和钛，并在一定条件下加热使 i,子沉淀为晶体，又使其比 金有更大的强度和硬度 。在各种酸、碱介质中，具有使用寿命长的优点，因而广泛应用与石油化工、核工业、国防工业等尖端工业上，作为其中的重要零件部件，另外还在其他高强度、高耐度高耐磨性的复杂环境条件下使。 金产品的典型应用时链条和电缆船用紧件固件及弹簧；化学处理泵和阀门部件；手术刀和造纸业使 6 用的刮刀；油井钻铤和仪器、泵轴、叶轮；非磁性外壳；石油和天然气生产中石油的安全电梯和阀门；传感器和其他电子组件。 金 化学成 分如表 表 金化学成分表 4 件工艺性分析 根据零件图的要求，该零件内外圆及两端面都须较复杂的加工，且加工精度较高 。零件外形 如图 示： 图 接支架三维图 C S 其他 余 7 下面分析了零件主要的几个加工部位。 圆 1) 右端（ 左右均以零件图为准，下同） 外圆加工面，加工面长 差 度要求较高，加工时还须考虑其定位误差，尽量 一次装夹加工 多个待加工面 。此外圆轴线 作为 多处加工部位的基准，必须保证此处精度。 2) 该零件外圆切槽处较多，有 4处槽。其 中左端第一个为退刀槽槽宽 2加工螺纹 退刀所用，精度要求不高。第二处和第四处槽 在零件图中有局部放大图，如图 宽均 有 010的斜度，且 转折处均须分别倒圆弧角 内 各处粗糙度须达到 外第二处槽还须 满足以 两处加工要 求较多，编写加工工艺时须谨慎考虑。第三处 图 米槽 槽宽 2 0. 2 槽精度要求也比较高，槽宽有公差要求，须保证圆 还要保证以 A 为 基准的同轴度要求，此外，外圆轴线也是作 为 T 型槽的 基准，必须达到各精度要求。 3) 左端须加工出一个美制短牙梯型螺纹 3 3/8资料得： 3 3/8数 5 d =83 2 p =a=29 螺纹轴线须保证 A 为基 准的同轴度要求，为满足螺纹的精度要求，可将其工序靠后设计。另外按照零件图指示，需要设计工序铣除不完全螺纹。 孔 两端内孔大小分别为 40，两孔结合处为 120角 ，保证左端孔 1178 长和结合处 120角，间接保证右端孔的长度，所以须先加工左端较大孔再加工右端较小孔 。左端须加工 槽，加工出两对称 110 300、 弧 。此处要特别注意，圆弧头尾处是直线而不是弧形，不能由铣床铣刀直接加工完成，又由于不 是完整圆弧，也不能由车床加工，所以必须采用特种加工。 右端要加工 的台阶，此台阶精度较高，尺寸的公差为 同轴度公差为 此处应尽量与外圆 处一次装夹加工。 图 T 形槽 图 孔对称圆弧 它重要加工部位： 1) T 形槽， T 形槽的宽度有 公差要求。而且相对外圆轴线有对称度要求。为了加工 T 形槽，设计者在 圆上设计了一个与 T 形槽等高的平面便于刀具进退 ，如图 2）在右端外圆上须加工三个 8 通孔，三孔并不是均布的，角度分别为 105，135， 120，零件图中对三个孔还有 位置度要求，如图 3)在零件外圆最大处 布了三个宽 6 槽。 4)边的台阶边沿上还要加工一个螺钉孔，螺钉孔螺纹为美制粗牙 内螺纹 1/4图 纹参数为： 1/4 数 6 D= 1= 2 = = 9 P = a=60 图 孔（非均布 ) 图 钉孔三维图 为了不影响内孔，零件设计者将此螺钉孔设计为平底，设计加工工艺和实际加工时应注意。 这几个加工部位位置比较复杂 ,分别加工的话 ,定位和加工都比较困难，可以考虑使用特殊的设备和工装对其进行加工。 角等 详见零件图，如图 件总体分析 该零件设计为大批量生产，采用材料为 金进口不锈钢，零件图中对硬度无要求，无需热处理。零件总长 197 外圆最大处 粗糙度要求两槽内各处粗糙 度 余 纹加工处两处，一处为外螺纹，一处为螺钉孔。根据零件图 零件主要设计基准为 外圆轴线和左右端面 。 10 图 第 3 章 工艺规程设计 机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操 作方法等的工艺文 11 件，是一切有关生产人员都应严格执行、认真贯彻的纪律性文件 。生产规模的大小工 艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。因此。机械加工工艺规程设计是一项重 要而又严肃的工作。 它的作用 7有： 1) 根据机械加工工艺规程进行生产准备（ 包括技 术准备 ）； 2) 它是生产划、调度、工人的操作、质量检查等的依据； 3) 新建或扩建车间（ 或工段 ），其原始依据也是机械加工工艺规程。 计要求 “ 连接 支架” 的工艺规程 设计要 求如下 ： 1) 生产上的安全性 注意保证工人操作时有良好而安全的劳动条件。在工艺方案上采用机械化或 自动化措施，以减轻工人繁杂的体力劳动，保证生产安全。 2) 质量上的可靠性 必须保证机器零件的加工质量，达到零件图图样上规定的各项技术要求。 3) 经济上的合理性 在一定的生产条件下选择经济上最合理的方案 ,使产品的能源、材料消耗和 生产成本最低。 4) 技术上的先进性 在经济合 的基础上，最大化利用现有设备，在必要的情况下还要做相关试 验和研究 ，以提高加工精度和效率。 艺顺序的安排 工艺顺序安排应满足下列原则 8; 1） 先加工基准面，再加工其它表面； 2） 一般先加工平面，后加工孔； 3） 先加工主要表面，后加工次要表面； 4） 先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 该零件主要设计基准 外圆轴线和左右端面。因此，先粗车 处外圆和右端端面，然后掉头以 外圆为基准 A，粗车左端面及右端外圆，钻镗内孔。再次掉头钻镗内孔。此处之所以多次掉头是因为两端内孔精度要求都较高，既有尺寸误差要求，又有形位误差要求。为了保证尺寸要求，防止镗孔时跳动大，加工时不 12 能 以毛胚为为基准进行加工，应先加工基准面。后续还安排了数控精加工和磨削加工以达 到零件图所要求精度 。 在外圆和和内孔（除右端内孔外）大致轮毂精加工完成后 ，安排加工右端的两个槽。这里槽的设计公差较大，可安排普通车床。槽都有以 A 为基准的同轴度公 ，在左端用软爪夹紧的同时，还设计了一个堵头以顶尖顶住右端，保证其同轴度误差。此道工序中 槽内粗糙度要求较高，达到 床加工后还需要使用砂纸打磨槽内各面使其达到粗糙度要求。 为了符合基准统一的原则，在 30 号工序后没有再掉头加工内孔，在完成左端的加工后掉头精加工右端内孔。 下一步的工序使用了四轴立式加工中心加工零件图上要求的孔， T 形槽，螺钉孔和 6布槽。使用四轴立式加工中心配合专用夹具（后续 章节将介绍），可以高效的完成此工序的加工。此处加工螺钉孔之前应用铣刀铣出一个小平面，再用平头钻钻出平底孔。 上述加工会产生很多毛刺，应安排去毛刺工序，同时攻螺钉孔的内螺纹。 在零件图中不规则圆弧的加工上设计了两道工序，一道在立式加工中心上用铣刀 铣处圆弧，一道使用电火花机床去除铣刀产生的刀具圆弧。这样设计一方面充分利用普 通加工设备，提高效率和精度；一方面不须特别设计电火花机床加工用的电极，节约成本。当然，这两道工序都需使用到专用夹具定位，在后续的章节中将介绍 。 为了避免螺纹在其它工序中损坏，保证螺纹的尺 寸和位置精度，将右端外螺纹的加工安排在电火花加工后。零件图要求去除不大于 270的圆周上铣去不完成螺纹并锐边倒钝，所以在螺纹加工完成后还需安排数控铣加工去除不完整螺纹。 完成机械加工后须再次安排去毛刺工序去除之前工序产生的毛刺。后续还按要求 设计了标印，检验，清洗，包装工序。 标印要求如下： 标印内容：零件号、版次、订单号、顺序号、制造商代号； 标印方式：电腐蚀标印； 标印字高： 3 包装要求如下： 1) 用洗涤汽油清洗零件并晾干 2）先将零件用 350汽泡膜包裹装入内腔尺寸为 105纸筒 ,(出口用 ),并在两端填满软性填充物 ,用胶带纸封口 ,在纸筒外表面贴上内标签 ,标明零件号，版次号，序列号，订单号，订单项，供应商 不符合报告号（按需 ） 13 3) 将已贴好内标签的单件包装装入尺寸为 320220 外包装箱内 9 个单件包装箱 ,然后把装有合格证的文件袋平放于外包装箱内用胶带封口 ,并加固成 #字形 . 4) 在外包装箱的一个侧面的右上角贴上外标签 ,标明订单号 ,订单项 ,零件号 ,版次 号 ,零件名称 ,数量 ,制造商 ,发运及到岸地址 ,并 用胶带固紧 . 5) 在含有合格证的外包装箱封口面中线一侧贴上 内含文件 字符的标签 ,并用胶 带固紧 . 工计划 为了达到设计要求，设计加工计划如下： 表 加工计划表 序号 工序名称 设备名称 设备序号 主要内容 0 领料 选料 0 下料 锯床 锯为 202 10 车工 普通车床 车外圆 78 30 车工 普通车床 头平端面 粗车外圆 98和 钻，镗内孔 57 40 车工 普通车床 头平端面 粗钻，镗内孔 35 和 59 50 数车 数控车 床 端面 精车外圆 镗 40和 62 60 磨工 外圆磨床 磨外圆 70 车工 普通车床 车 30度锥度 80 数车 数控车床 端面 精镗 孔 切 7 90 数控 立式加工中心 切 3铣 钻螺钉孔 14 钻 3 100 钳工 去毛刺 攻 螺纹 110 数控 立式加工中心 120 电火花 电火花机床 工出圆弧端部直角 130 数车 数控车床 车外圆其槽 加工螺纹 140 数控 立式加工中心 去不完整螺纹 150 钳工 去毛刺 160 标印 零件号，版 次，制造商代号 标印方式：电腐蚀标印 标印字高： 370 检查 180 清洗 190 包装 要加工部位余量计算 余量计算方法为： 2+ +中 工总余量 序余量 n：机械加工工序数目 在工件中各主要加工部位的总余量分别为： 右端外圆： Z =端外圆： Z =长度： Z =200端内孔： Z =端内孔： Z =40了保证各尺寸加工精度，便于加工和测量，需要根据工序计算各工序加工余量大小。表 3. 2 计算了主要加工部位各工序加工余量。 15 表 要加工部位余量计算 加 工 余量大小 部 尺寸关系图 位 a 右 b 端 外 圆 C 左 d 端 外 圆 e 16 左 端 f 内 孔 右 端 g 5 内 孔 h 总 i 长 J 度 K 1 17 准的选择 基准分为设计基准和工艺基准两大类，工艺基准有分为：工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。下面针对零件“连接支架”做设计基准和定位基准分析。 计基准 在第一章节中的零件图分析中已经确定该零件主要设计基准为 外圆轴线和左右端面。 位基准的选择 定位基准的选择是工艺规程设计中的重 要工作之一，定位基准的选择得正确合理 ，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。 零件主要的设计基准为 外圆轴线和左右端面。在定位基准的选择上，要尽量以设计基准，或以与设计基准有位置关系的位置为定位基准。在设计的工艺规程中，除使用专用夹具外，大部分都是以卡盘上软硬爪固定定位，定位基准一般为两端外圆和两端面。在使用专用夹具时，都以 40 孔为基准，此内孔有以定位基准 A 的同 轴度要求。 基准的选择 在选择粗基准时，一 般遵循下列原则 9 ： 1) 保证相互 置要求原则； 2) 保证加工表面加工余量合理分配的原则 ； 3) 便于工件装夹原则 ； 4) 粗基准一般不得重复使用的原则 ； 为了保证所有加工表面有足够的加工余量，选用加工余量小的表面作粗基准，不要用同一尺寸方向上。在本次工艺规程设计中，加工毛胚时，掉头两次，都是为了选择加工余量小的表面作粗基 准，且不重复使用粗基准。 基准的选择 在选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹 准 18 确、可靠、方面，提高工件的加工精度。一般遵循下列原则 10： 1) 基准重合原则； 在多处精加工时都选择了零件的设计基准为精基准，符合基准重合原则。 2) 统一基准原则； 在粗加工胚料后，紧接着就半精加工，精加工设计基准 外圆，为了使后续的工序均以它为精基准加工其它表面。 3) 互为基准原则； 4) 自为基准原则； 5) 便于装夹原则。 在工件工艺规程的设计中， 尽早就地把精基准加工出来了，并且还达到了较高的精度，后续的工序都直接或者间接的以它为基准。四道使用专用夹具的工序时以 40 轴线为基准，而它与 外圆都是一次装夹加工的，两者同轴度误差小，所以不会影响零件加工的定位误差和加工精度。 19 第 4 章夹具设计与分析 机床夹具是在机床上装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床和刀具有 一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。 代机床夹具设计的要求 机床夹具最早出现在 18 世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种 助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 国际生产研究协 的统计表明，目前国际上的实际生产中，中、小批多品种生产已经成为现代机械制造业生 产纲领的主 趋势。现代生产要求企业经常要对产品进行更新换代 ，以适应科技的发展以及市场的需求与竞争。然而 ，国内一般企业仍然习惯于大 量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的机械制造工厂里，专用夹具的数量超过数千甚至近万套；另一方面 ，在企业的多品种生产模式下，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并不大，仅为 10 20 左右。特别是近年来，成组技术、 数控 机床、加工中心 、柔性制造系统（ 新加工设备和技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求 11： 1）能更加适用于精密加工； 2）对具有相似性特征的工件，可通用或通过小型调整即可使用； 3）提高机床夹具的标准化程度； 4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 5）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； 6）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率。 接支架”工艺中对夹具的要求 在“连接支架 ”零件工艺规程制定之后，就要按工艺规程顺序进行加工。加工中除了需要机床 、刀具、量具之外。零件生产纲领为大批量生产，生产时还需要用机床夹具。机床夹具设计的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是工艺设计中一项重要的工作，是工艺规程设计和加工过程中最活跃的因素之 一。在生产中，机床夹具的功能 12应包括 : 1)保证加工精度； 20 2)提高生产率扩大机床的使用范围； 3）减轻工人的劳动强度，保证生产安全。 为了保证夹具的功能得到满足，在机床夹具设计应达到如下要求 13; 1）保证加工精度，夹具应满足零件定位要求； 2）总体方案与零件大批量生产的生产纲领相适应； 3）安全、方便、减轻劳动强度； 4）排屑顺畅； 5）具有良好的强度、刚度和结构工艺性。 艺中典型专用夹具设计分析 在零件“连接 支架 ”的加工过程中，要用到三套专用夹具，分别是 60 号工序磨 工夹具 90 号工序数控 夹具， 110/120 号工序数控铣工 /电火花夹具。另外还需要用到 一个堵头。下面分别对三套专用夹具进行说明。 0 号工序磨工夹具 位要求 在 60 号工序卡上标示着以左端面固定，以 40 孔定位，以右端内孔台阶 为支靠面。需要 限制 5个自由度，如图 工件在磨床上加工，设备上两端为顶尖，零件夹具安装在磨床上，应两端被磨床顶尖顶住定位。 21 图 在夹具的设计中，定位元件的选择有 4 条原则 14; 1) 定位元件要有较高的精度 ； 2) 定位元件要有较高的耐磨性； 3) 定位元件要有足够的刚度和硬度 ； 4) 定位元件要有良好的工艺性。 在“连接支架”的此道工序中 ，外圆为待加工面，内孔定位 ,所以可使用心轴定位。为了装卸方便，使用间隙配合制度，心轴定位处尺寸为 40 。磨床的夹紧方式为两端顶尖顶住两端中心孔夹紧夹具，所以定位处轴心须与两端中心孔有同轴度误差，设计同轴度误差为 加工心轴时必须以两端中心 孔为 基准，保证尺寸要求 。 工件右端台阶处为支靠面，夹具右端也有一处 台阶与其接触，夹具支靠处表面粗糙度要求较高为 止刮伤工件。在定位面和支靠面转角处 还 须加工一个 1斜槽，便于零件与夹具的配合如 图 图 轴退刀槽 紧元件的设计 选择夹紧元件主要有下列原则 15： 1) 夹紧元件结构要简单，制造要容易，体积小，重量轻 ，并且要有足够的强度 ； 2) 夹紧动作迅速，操作方便，使用安全，有足够的夹紧行程和装卸工作的空间 ； 3) 夹紧力要适当。 在工序卡中，工艺 规程设计固定表面为左端 面，因此在夹具中，可设计一垫板用螺母压住左 端面。为了装卸方便，在压板上开一 U 形槽， 如图 位误差分析 零件使用心轴定位，心轴与零件定位面为间隙 配合，这可使工件定行不准产生定位误差，最大间 隙为： 图 板 22 = + x + g 式 位孔最大直径 ( 定位心轴最小直径 （ ：心轴与孔的最小间隙（ x：心轴的公差 g：孔的公差 由于定位心轴与孔之间有间隙，零件安装时，孔中心可能会偏离心轴中心线，其偏 离的最大范围是以 为直径、以心轴中心为圆心的圆。若定位时让工件始终紧靠心轴的一 侧，即定位以心轴的一条母线为基准，工件的定位误差仅为： = 21 g 因此，在此工序中定位误差仅为 足加工要求。 0 号工序数控夹具 位要求 与 60号工序磨工夹具类似， 90号工序卡上也是以左端面固定，以 40 孔定位，但以右端面为支靠面。 工件加工需要限制 5个自由度。 工件在四轴立式加工中心（如图 4. 4）上加工，设备刀具在上方，右端 为联动旋 转卡盘，左端使用顶 尖顶住夹具左端中心孔。因此定位时以夹紧位置 75为基准。夹具 定位处应保证以夹紧位置为基准的同轴度误差。 图 四轴立式加工中心 23 1 2帽 3图 此道工序中，外圆多处待加工，以内孔定位，定位元件和方式可同 60 号工序磨工夹具 。 与 60 号工 序不同的是，本工序以右端面为支靠面，夹具右端为夹紧位置。夹具支靠处表面粗糙度要求较高为 止刮伤工件。在定位面和支靠面转角处还须加 工退刀槽，便于夹具的加工，也使 零件与夹具的配合更顺利。 紧元件的设计 同 60 号工序磨工夹具， 以螺母压紧压板夹紧工件，装至加工中心即可。夹具如图 4. 5。 位误差分析 此夹具定位误差分析与 60 号工序磨工夹具相同，此处不再复述。 10/120 号工序数控铣工 /电火花夹具 24 图 电火花定位要求 图 电火花心轴 位要求 如图 示，在 110/120 号工序卡片中，零件以右端面（在此工序中为下方端面）为支靠面，以 40 位，在两内孔相交处的 120锥度处定位。夹具须限制工件 6个自由度。 位元件的设计 这两道工序的定位位置与之前介绍的两道工序同为 40 孔，同样也可采用心轴定位。心轴上方设计一个 螺钉孔，下方有四颗 固定在底板上如图。因 110 号工序在加工时，工件对铣刀的受力不均匀，加工时可能会产生 Z 向转动，故须另外设计销钉限制它的转动。工件上在 90号工序 时加工了三个非均布 孔，可在心轴 上加工一个 m 的槽，定位时用一销钉插入已加工好的孔内，再插入心轴上的槽，这样就进一步限制了 夹紧定位更可靠。销与槽为间隙配合，每件工件加工 前插入定位即可。心轴轴线有以底板端面为基准的 垂直度要求，防止零件加工时出现偏向的误差。 心轴通过四个螺钉连接在底板上，底板上表面为工件的支靠，与工件直接接触 ，设计粗糙度值 止其损坏零件表面。另外作为支靠面，底板上表面还有以底板端 25 面为基准的平行度要求，保证零件加工的精度。 1 2 3 4 5 6图 控 /电火花夹具 110、 120 这两道工序是在加工中心上加工，刀具垂直于工作台。零件轴线也垂直于工作台。工作台上有可倒置放入螺钉的 T 形槽，夹具安 装在工作台上主要依靠螺钉 螺母连接固定夹具。在夹具底板上设计两个对开的 U 形槽，可以使用螺钉螺母固定底板。在实际安装时，先将心轴安用四个螺钉固定在底板上，再将底板固定于加工中心工作台上。 夹具固定工件也是通过螺钉与心轴上的内螺纹固定。将工件装入心轴后，旋转工 件，对正工件上底部的孔和心轴上的槽，用销钉穿过工件底部的孔 (三个孔任意一个即可 )，插入槽内。然后从工件上部放入压板，用内六角螺钉压住压板即可。压板压在两内孔相交处 此位置为工序中设计的固定位置。 位误差分析 26 零件定位表面 与之前叙述的两套夹具一致，定位误差分析基本相同，此处不再复述。 结论 毕业设计是本科学习阶段最后一次非常重要且难得的学习机会，它是我们毕业前 对专业知识的综合运用训练，也是对我们大学四年学习效果的考查。通过这次完整的机 械工艺及相关夹具设计，我开始逐步有了将所学理论运用到实际设计中的能力。毕业设计锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际生产中一些具体问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及