CA6140机床专用夹具设计.doc

洛阳理工学院论文 1 目目 录录 摘 要i abstract.ii 第 1 章 绪 论.1 1.1 现代机械工业的生产特点.2 1.2 夹具的特点.2 1.2.1 机床夹具在机械加工中的作用.2 1.2.2 机床夹具的工作原理.3 1.2.3 机床夹具的类型.3 1.3 机床夹具的组成.5 1.4 机床夹具的现状及发展方向.6 1.4.1 机床夹具的现状6 1.4.2 现代机床夹具的发展方向6 1.5 本课题的来源及主要研究内容.8 第 2 章 车球窝等分夹具设计要求.9 2.1 车球窝等分夹具设计步骤与方法.9 2.1.1 车球窝等分夹具设计的基本要求9 2.1.2 车球窝等分夹具设计的步骤9 2.1.3 车球窝等分夹具设计中的几个重要问题9 2.2 等分夹具车球窝工艺路线的制定.10 2.2.1 定位基准的选择10 2.2.2 提高等份夹具车球窝生产率的工艺途径.11 2.3 车床夹具的设计特点11 2.4 设计夹具应注意的问题12 第 3 章 将 c620 车床改为车球窝机床的工作原理.13 3.1 球面凹模的加工图.13 3.2 根据此加工工艺设计工装夹具.14 第 4 章 车球窝等分夹具结构设计几技术要求.16 4.1 车球窝等分夹具结构16 4.2 夹具体与等分盘的连接17 洛阳理工学院论文 2 4.3 胎座与等分盘的连接18 4.4 被加工工件的定位.19 4.5 偏心距的测量20 4.6 夹具与机床主轴的连接21 第 5 章 结论23 5.1 结论.23 5.2 展望24 致 谢.25 参考文献.26 洛阳理工学院论文 3 摘 要 工具是人类文明进步的标志。自 21 世纪以来，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）在不段的革新 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。 夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固加紧的工艺装备，它 广泛地应用于机械加工、检测和装配等整个工艺过程中。 在现代化的机械和仪器制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一 直是生产厂家所追求的目标。正确的设计并、合理地使用夹具，是保证加工质量和 提高生产效率从而降低成本的重要技术环节之一，同时也是扩大各种机床使用范围 比不可少的手段。 本文研究的是将 c620-1 改造成可以车磨两用加工等分球窝的专用机床；专用 机床要加工等分球窝的不同尺寸，要加工不同大小的零件时只需调节等分盘上的螺 钉和换上相配合的胎座。本文介绍了机床夹具的组成、特点及发展现状，同时分析 了机床夹具的不同作用。最主要的就是将 c620-1 改造成可以车磨两用加工等分球 窝的专用机床的整个过程，车等分球窝夹具组成的零部件的设计及组合夹具装配精 度和注意事项。研究内球面的加工工艺及专用夹具的应用。 本文提出的加工等分球窝的专用夹具克服了以前车磨不能使用同一个机床的弊 端。而本文设计安装在车床主轴上的专用夹具，实现多等分、多中心径球面的系列 加工。 并且提出球兜孔保持架模具生产纲领为多品种小批量，其上有在等分球窝， 要求在车床上加工。 洛阳理工学院论文 4 研究结果表明：将 c620-1 改造成可以车磨两用加工等分球窝的专用机床的专 用夹具与磨床夹具比较有明显的优点：结构简单，精度高，通用性强及使用方便等。 关键词关键词：现代制造技术，机床夹具，车磨两用，等分球窝的专用夹具 abstract tool is a sign of progress in human civilization. since the 21st century, the modern manufacturing technology and manufacturing process automation machinery have seen significant development. but tools (including fixtures, tools, tools and assistive device, etc.), not in innovation, its functions are still very significant. fixture processing machine parts on the quality, productivity and product costs have a direct impact. therefore, whether in traditional manufacturing or modern manufacturing systems, fixtures and equipment is an important process. is a fixture on the workpiece can be certain that the technical requirements of accurate positioning and firmly stepped up the process and equipment; it is widely used mechanical processing, testing and assembly of the entire process. in the modernization of machinery and equipment manufacturing industry, improve processing accuracy and productivity, lower manufacturing costs, has been by the manufacturers pursuit of the goal. the design and correct and rational use of fixture is to ensure that the processing quality and improve productivity to reduce the cost of one of the important technical aspects, but also to expand the scope of use of all types of machine tools than indispensable. in this paper, the c620-1 will be transformed into dual-use processing mill cars can be equally dedicated ball machine; machine dedicated to the processing of the different 洛阳理工学院论文 5 sub-ball size to the size of different parts processing, and only sub-conditioning on the screws and replaced compatible child seat. this paper introduces the machine fixture composition, characteristics and the development of the status quo, at the same time analyzing the machine fixture different role. the main thing is to c620-1 cars can be transformed into sub-processing mill dual-use the ball machine for the whole process, cars and other sub-components consisting of waterloo fixture design and modular fixture assembly precision and attention to the matter. study spherical processing technology and the application of special fixture. this paper presents the processing sub-waterloo dedicated fixture overcome before cars can use the same grinding machine disadvantages. in this paper the design and installation of the lathe spindle special fixture to achieve more equally, multi-center, a series of spherical diameter machining. hole and put the ball touting cage die programme for the production of small quantities variety, are in sub-waterloo, in the lathe processing requirements. the results show that: c620-1 cars can be transformed into sub-processing mill dual-use the ball machine for the special fixture jig grinders and more obvious advantages: simple structure, high precision, high universality and easy to use, etc key words: modern manufacturing technology, and machine tool fixture, grinding dual- use vehicles, and other sub-waterloo dedicated fixture 第 1 章 绪 论 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 洛阳理工学院论文 6 种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造 成本等。 现代机床特别是组合机床通常配备专用夹具，有些组合机床是围绕专用夹具设 计的，专用夹具作为组合机床的重要组成部分，往往是能否满足使用要求的关键。 应用机床夹具，有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动 生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产；有利于扩大机床工 艺范围，实现“一机多用” 。 通用夹具是指已经标准化的，可用于加工一定范围内的不同工件的夹具。如三 爪自定心卡盘、机床用平口虎钳、万能分度头磁力工作台等。 据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、 可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类。夹具按使用机床不同，可分为车床夹具、 铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、 自动线随行夹具以及其他机床夹具等。 随着科学技术的高速发展，机械产品不断更新换代，其产品型号越来越多，质 量要求越来越高，更新周期也越来越短。机床夹具是保证产品质量、提高劳动生产 率的重要手段，其结构形式必须与其生产类型和市场变化相适应。显然，单一品种 大批量生产中所使用的专用夹具的结构形式，已难以适应这种多品种、高精度、短 周期生产的要求，必须随生产形式的变化而向前发展。其发展方向，主要表现在柔 性化、精密化、高效自动化等方面，夹具设计工作则更加注重标准化和采用计算机 辅助实现夹具设计自动化。 先进高效的机床夹具不仅能减轻工人劳动强度，提高生产率，甚至能使生产过 程实现自动化。随着汽车、内燃机、摩托车、轴承等行业的规模化发展，对机床夹 具的设计与制造不断提出新的课题。深入研究机床夹具设计的理论和改进机床夹具 的结构，无疑具有巨大的经济意义。 1.1 现代机械工业的生产特点现代机械工业的生产特点 附着科学技术的进步和生产的发展，国民经济各部门要求机械工业不断提供先 进的技术装备，研制新的产品品种，以满足国民经济的持续发展和保证人民生活水 平不断的提高。这样，促使机械工业的主产形式发生了显著的变化：多品种、中小 批量生产逐渐占了优势。许多工业发达国家的统计资料表明，在现代机械工业中， 洛阳理工学院论文 7 约有 80的企业是属于这种生产类型的。 多品种、中小批量生产的特点，就是企业生产的产品品种多，而各种产品的批 量不大，特别是近代科学新技术的应用，但产品的更新换代的周期愈来愈短往往 一种产品持续生产三至五年，就会被新的产品所取代。这样，原来传统的生产技术 准备工作，很不适应这种新的生产特点，而产生以下的主要问题： （1）一般小批量生产采用先进的工艺方法和专用工艺装备是不经济的，高、 精、尖产品而言，不采用这种手段无法达到规定的技术要求； （2）现行的生产技术准备工作，一般都需较长的时间，花费的人力、物力较 大，赶不上产品更新的需要； （3）由于产品更新越来越快，使用一般的专用夹具，容易造成积压浪费。 为了解决这些矛盾，除了在产品结构设计和产品生产工艺方面进行改革之外， 在工艺装备方面也必须改革其狭隘的专用性，使之适应新的需要。 1.2 夹具的特点夹具的特点 应用机床夹具，有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳 动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产；有利于扩大机床 工艺范围，实现“一机多用” 。 1.2.1 机床夹具在机械加工中的作用 1 保证加工精度 采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位 置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。 2 提高生产率、降低成本 用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助 工时；用夹具装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件、 多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。 另外，采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人， 明显地降低了生产成本。 3 扩大机床的工艺范围 使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。 例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；通 洛阳理工学院论文 8 过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用。 4 减轻工人的劳动强度 用夹具装夹工件方便、快速，当采用气动、液压等夹紧装置时，可减轻工人的 劳动强度。 1.2.2 机床夹具的工作原理 夹具工作原理的要点： (1)使工件在夹具中占有正确的加工位置。这是通 过工件各定位面与夹具的相应定位元件的定位工作面(定位元件上起定位作 用的表面 )接触、配合或对准来实现的。(2)夹具对于机床应先保证有准确 的相对位置，而夹具结构又保证定位元件的定位工作面对夹具与机床相连接 的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动 形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置精 度要求。 (3)使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置，这就 保证了刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸。 1.2.31.2.3 机床夹具的类型 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，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造 成本等。 机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。常用的分类方 法有以下几种。 （）按夹具的使用特点分类 根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、 可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类。 通用夹具 已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具， 其结构、尺寸已规格化，而且具有一定通用性，如三爪自定心卡盘、机床用平口虎 钳、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架和磁力工作台等。这类夹 具适应性强，可用于装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。这些夹具已作为机床 附件由专门工厂制造供应，只需选购即可。其缺点是夹具的精度不高，生产率也较 低，且较难装夹形状复杂的工件，故一般适用于单件小批量生产中。 洛阳理工学院论文 9 专用夹具 专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。在产 品相对稳定、批量较大的生产中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工 精度。专用夹具的设计周期较长、投资较大。 专用夹具一般在批量生产中使用。除大批大量生产之外，中小批量生产中也需 要采用一些专用夹具，但在结构设计时要进行具体的技术经济分析。 可调夹具 某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调 夹具。可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对 不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便 可使用。它一般又可分为通用可调夹具和成组夹具两种。前者的通用范围比通用夹 具更大；后者则是一种专用可调夹具，它按成组原理设计并能加工一族相似的工件， 故在多品种，中、小批量生产中使用有较好的经济效果。 组合夹具 采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹 具，称为组合夹具。组合夹具是一种模块化的夹具。标准的模块元件具有较高精度 和耐磨性，可组装成各种夹具。夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新的夹具。由于 使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有减少专用夹具数 量等优点，因此组合夹具在单件，中、小批量多品种生产和数控加工中，是一种较 经济的夹具。 拼装夹具 用专门的标准化、系列化的拼装零部件拼装而成的夹具，称为拼 装夹具。它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。它的 基础板和夹紧部件中常带有小型液压缸。此类夹具更适合在数控机床上使用。 （）按使用机床分类 夹具按使用机床不同，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮 机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等。 （）按夹紧的动力源分类 夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、 电磁夹具以及真空夹具等。 1.3 机床夹具的组成机床夹具的组成 虽然机床夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中， 作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这 些组成部分既相互独立又相互联系。 洛阳理工学院论文 10 1定位支承元件 定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主 要功能元件之一。 2夹紧装置 夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不变。 3连接定向元件 这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互 位置。 4对刀元件或导向元件 这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在 加工前正确位置的元件称为对刀元件 5其它装置或元件 根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶 出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。 6夹具体 夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。常用 的夹具体为铸件结构、锻造结构、焊接结构和装配结构，形状有回转体形和底座形 等形状。 上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。 1.4 机床夹具的现状及发展方向机床夹具的现状及发展方向 夹具最早出现在 18 世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助 工具发展成为门类齐全的工艺装备。 洛阳理工学院论文 11 1.4.1 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 34 年就要更新 5080左右专用夹具，而夹具的实际磨 损量仅为 1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制 造系统（fms）等新加工技术的应用，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）能适用于精密加工的高精度机床夹具； （4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； （5）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； （6）提高机床夹具的标准化程度。 1.4.2 现代机床夹具的发展方向 夹具是机械加工不可缺少的部件,在机床技术向高速、高效、精密、复合、智 能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经 济方向发展. 一、高精随着机床加工精度的提高,为了降低定位误差,提高加工精度对夹具 的制造精度要求更高高精度夹具的定位孔距精度高达5m,夹具支承面的垂直度 达到 0.01mm/300mm,平行度高达 0.01mm/500mm。德国 demmeler（戴美乐）公司制 造的 4m 长、2m 宽的孔系列组合焊接夹具平台,其等高误差为0.03mm；精密平口 钳的平行度和垂直度在 5m 以内；夹具重复安装的定位精度高达5m；瑞士 erowa 柔性夹具的重复定位精度高达 25m。机床夹具的精度已提高到微米级,世 界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然,为了适应不同行业的需求和 洛阳理工学院论文 12 经济性,夹具有不同的型号,以及不同档次的精度标准供选择。 二、高效为了提高机床的生产效率,双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越 多。为了减少工件的安装时间,各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮 夹紧、气动和液压夹紧等,快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹 具,加紧和松开工件只用 12 秒,夹具结构简化,为机床进行多工位、多面和多件加 工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间,瑞典 3r 夹具仅用 1 分钟,即 可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国 jergens（杰金斯）公司的球锁装 夹系统,1 分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上,球锁装夹系统用于柔性生 产线上更换夹具,起到缩短停机时间,提高生产效率的作用。 三、模块、组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。 利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件,快速组装成各种夹具,已成为 夹具技术开发的基点。省工、省时,节材、节能,体现在各种先进夹具系统的创新之 中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础,应用 cad 技术,可建立元 件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库,进行夹具优化设计,为用户三维实体组 装夹具。模拟仿真刀具的切削过程,既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套 方案,又能积累使用经验,了解市场需求,不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分 会与华中科技大学合作,正在着手创建夹具专业技术网站,为夹具行业提供信息交流、 夹具产品咨询与开发的公共平台,争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化 和经营电子商务化。 四、通用、经济夹具的通用性直接影响其经济性。 采用模块、组合式的夹具系统,一次性投资比较大,只有夹具系统的可重组性、 可重构性及可扩展性功能强,应用范围广,通用性好,夹具利用率高,收回投资快,才 能体现出经济性好。德国 demmeler（戴美乐）公司的孔系列组合焊接夹具,仅用品 种、规格很少的配套元件,即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强,使得夹 具的通用性好,元件少而精,配套的费用低,经济实用才有推广应用的价值。 1.5 本课题的来源及主要研究内容本课题的来源及主要研究内容 1、课题的来源以及意义 在机械工业行业，专用夹具的应用在工件的加工过程中无形的制约了工件的加 工精度和劳动生产率，如何得到令人信服的产品质量，必须通过夹具的改进。目前 洛阳理工学院论文 13 夹具是机械行业中不可缺少的重要的一部分，任何机械加工都离不开夹具。为了提 高劳动生产率、减少加工成本和扩大机床工艺范围，实行“一机多用” ，我做的设 计就是将 c620-1 机床改造成车磨球窝两用的机床。本课题就是在这个环境下产生 的。 通过本课题的研究，不仅要针对工件的精度的要求，加工出符合要求的产 品，提高产品质量和劳动生产率。同时通过机床的改造设计出合理的专用夹具，进 一步拓展专用夹具的应用领域，促进机床改造的发展和专用夹具设计的提高。 2、本课题的主要工作 1、结合机械工业中机床夹具的理论分析和力能分析要求确定需要的尺寸 和装配精度； 2、以 c620-1 机床的主轴参数为目标进行夹具的设计和提出磨削工件的加 工范围，结合车磨球窝的技术要求解决夹具设计的相关问题； 3、将设计的专用夹具在车床进行试验，针对在加工出现的问题进行进一 步的改进。 4、利用 cad 将设计夹具的各个零部件画出来，上面标有加工时的尺寸 和安装精度。 第第 2 章章 车球窝等分夹具设计要求车球窝等分夹具设计要求 2.12.1 车球窝等分夹具设计步骤与方法车球窝等分夹具设计步骤与方法 洛阳理工学院论文 14 2.1.1 车球窝等分夹具设计的基本要求 （1）保证工件的加工精度 （2）夹具总体方案应与生产纲领相适应 （3）操作方便、工作安全、能减轻工人劳动强度 （4）便于排屑 （5）有良好的结构工艺性 2.1.2 车球窝等分夹具设计的步骤 （1）研究所给资料，明确设计要求 （2）拟定球窝夹具结构方案，绘制其结构草图 （3）绘制球窝夹具总图，标注有关尺寸及技术要求 （4）绘制零件图 1.精度与批量生产 2.确定夹具结构方案 （1）确定定位方案，选择定位元件 （2）确定导向装置 （3）确定夹紧机构 （4）确定其它装置和夹具体 3.在绘制夹具草图的基础上绘制其总图，标注尺寸和技术要求 4.对零件进行编号，填写明细表和标题栏，绘制零件图。 2.1.3 车球窝等分夹具设计中的几个重要问题 （1）设计的经济性分析 （2）成组设计思想的采用 （3）夹具总图上尺寸及技术条件的标注 夹具总图上标注尺寸及技术要求的目的主要是为了便于拆零件图，便于夹具装 配和检验。为此应有选择地标注尺寸及技术要求。 （4）车球窝等分夹具结构工艺性分析 在分析其结构工艺性时，应重点考虑以下问题： 1.夹具零件的结构工艺性 2.夹具最终精度保证方法 3.夹具的测量与检验 洛阳理工学院论文 15 （5）车球窝等分夹具的精度分析 夹具的主要功能是用来保证零件加工的位置精度。使用夹具加工时，影响被加 工零件位置精度的误差因素主要有三个方面： 1.定位误差 2.夹具制造与装夹误差 3.加工过程误差 2.2 等分夹具车球窝工艺路线的制定等分夹具车球窝工艺路线的制定 2.2.1 定位基准的选择 1.粗基准的选择 （1）保证相互位置要求的原则； （2）保证加工表面加工余量合理分配的原则； （3）便于工件装夹的原则； （4）粗基准一般不得重复使用的原则. 2.精基准的选择 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确、 可靠、方便。 （1）基准重合原则 应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准。 （2）基准统一原则 当工件以某一精基准定位，可以比较方便地加工大多数（或所有）其它表 面，则应尽早地把这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后工序均以它为精 基准加工其它表面。 （3）互为基准原则 某些位置度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的办法来达到位置度要 求。 （4）自为基准原则 旨在减少表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀的工序，常以加工面 本身为基准进行加工。 （5）便于装夹原则 所选择的精基准，应能保证定位准确、可靠。夹紧机构简单，操作方便。 洛阳理工学院论文 16 2.2.2 提高等分夹具车球窝生产率的工艺途径 （1）缩短基本时间 1.提高切削用量缩短基本时间 2.采用复合工步缩短基本时间 多刀单件加工 单刀多件或多刀多件加工 将工件串联装夹或并联装夹进行多件加工，可有效地缩短基本时间。 （2）减少辅助时间和辅助时间与基本时间重叠。 1.减少辅助时间 采用自动上、下料装置减少装、卸的时间。 提高机床操作的机械化与自动化水平，实现集中控制、自动调速与变速以缩 短开、停车床和改变切削用量的时间。 2.使辅助时间与基本时间重叠 采用可换夹具或可换工作台，在机床外装夹工件，可使装夹工件的时间与基 本时间重叠； 可在加工中完成工件的装卸，使装卸时间与基本时间基本重叠； 采用在线检测的方法来控制加工过程中的尺寸，使测量时间与基本时间重叠。 （3）减少布置工作地时间 减少布置工作地时间，可在减少更换刀具的时间方面采取措施。 （4）减少准备与终结时间 2.3 车床夹具的设计特点车床夹具的设计特点 （1） 因为整个车床夹具随机床主轴一起回转，所以要求它结构紧凑，轮廓尺 寸尽可能小，重量要尽量轻，重心尽可能靠近回转轴线，以减小惯性力和回转力矩。 （2）应有消除回转中的不平衡现象的平衡措施，以减小震动等不利影响。一 般设置配重块或减重孔消除不平衡。 （如图纸 1-1，零件 2） （3）与主轴连接部分是夹具的定位基准，应有较准确的圆柱孔（或圆锥孔） ， 洛阳理工学院论文 17 其结构形式和尺寸，依照具体使用的机床而定。 （4）为使夹具使用安全，应尽可能避免有尖角或凸起部分，必要时回转部分 外面可加防护罩。夹紧力要足够大，自锁可靠。 2.42.4 设计夹具应该注意的问题设计夹具应该注意的问题 1. 必须保证零件的加工精度； 2. 选择夹具的类型与结构型式必须与零件生产量的大小相适应； 3. 注意夹具的通用化和零部件的标准化； 4. 注意夹具结构的工艺性； 5. 夹具的结构与零部件应具备足够的刚度和强度； 6. 在设计夹具时，必须主要检查运动零部件（特别是杠杆、铰链夹紧机构） 是否会产生位置干涉现象，机构能否达到预期的运动效果； 7. 应保证夹具操作方便，夹紧可靠，使用安全，应有合理的装卸空间。 8. 必要时夹具上还要留有足够的容空间，开始适当的排削通道，以免影响定 位精度，或使机构动作失灵产生咬死等现象。此外，应该注意机构的密封、防尘等 要求。 第第 3 章章 将将 c620-1 车床改为车球窝机床的工作原理车床改为车球窝机床的工作原理 洛阳理工学院论文 18 3.1 球面凹模的加工图球面凹模的加工图 单工位模具的球面凹模如图（1）要求球窝中心径与 d、d1 孔的不同轴度不大 于0.01mm。 （1）单工位压力机用球面凹模加工过程； a 车：车各部；d1 和两端面留磨量 0.50.6mm,d、d1 留 0.3mm. b 平磨：磨光两端面，留磨量 0.3mm。 c 外磨：磨外径到（d1+0.3）0.01mm。 d 车：在等分夹具上用成形车刀 r 圆弧 及 r 圆角。d 径留磨量 0.40.5mm，深度 不留磨量。 e 钳：划线，钻孔，攻丝，打印。 f 热处理：淬火，回火，喷砂。 g 平磨：磨两端面，不平形度不大于 0.01mm。 h 外磨：用通用心轴，找正。端面摆差不 大于 0.01mm,磨 d 到尺寸，磨光 d 外径。 i 内磨：以 d 和端面找正 0.01mm， 磨 d、d1 至尺寸。 j 车：在等分夹具上，磨 r 球窝 边缘 r 圆角。 k 钳：抛光 r 球窝及 r 圆角。r 圆角光洁度达并清理螺孔。 多工位压力机的球面凹模如图示 b，加工过程与单工位 压力机用的球面凹模相同，只是在工序 d 后增加座标 镗工序，镗销孔及推出杆孔。模销 r 球窝是在机床上 用砂轮端面以展成法磨销如图（2） ，球面装在可调偏 心等分夹具上，使球窝与车床主轴同心转动，磨头与轴 成 a 角。 3.2 根据此加工工艺设计工装夹具根据此加工工艺设计工装夹具 洛阳理工学院论文 19 根据此机床加工零件的特点设计的等分夹具，如图（3） 。 此夹具的特点是：结构简单、精度高、通用性广、使用方便等。正确使用一般 可达到0.015mm 的精度。该夹具由于配合面较多，使球窝中心径和外径同心度 约偏 0.02mm。 夹具的结构如图（3）所示，花盘上有定位槽，槽内装有定位块，用定位 块的移动来调整偏心距。其上方有圆柱体和等分盘与定位孔配合，另一端有方形 定位销与等分盘的等分槽单面靠紧定位，工件通过环形压圈固定在胎座上。 胎座用螺钉与等分盘固定成一体，并用压板固定在花盘上。定位块的圆柱与车床主 轴偏心，故球面凹模与车床产生偏心距，其大小等于球窝中心径的一半，这样才能 使球窝与车床主轴同心。 此夹具除加工球面凹模外，也可加工球面装配模及带等分孔的模具，同时设计了车 磨钢球座夹具。在此机床上配合夹具加工的钢球座，球窝及外圆同轴度 0.01，满足 设计要求。 为了在普通车床上实现球窝磨削，设计一套磨削装置，这套装置包括电主轴支 座，拖板以及配套的电主轴等，安装在车床的拖板上，把原车床尾架去掉。如图示： 洛阳理工学院论文 20 主轴直径 140h8/h7，座定位孔直径 70h7/h6。座底面到主轴中心的高度 110。 第第 4 章章 车球窝等分夹具结构设计及技术要求车球窝等分夹具结构设计及技术要求 洛阳理工学院论文 21 机床夹具设计一般包括结构设计和精度设计两个方面。而人们通常习惯侧重于 结构设计而忽视精度设计。关于机床夹具的结构设计，不仅有大量的资料可供参考， 而且还不断从其它学科吸收新的成果而向前发展。诸如液性塑料夹具；各种弹性膜 片式夹具；真空夹紧夹具；感应分度夹具等等。关于机床夹具的精度设计，随着零 件加工精度的提高，也日益受到人们的重视。 4.1 车球窝等分夹具结构车球窝等分夹具结构 夹具装配图如图纸 4-1，示意图如下： 2008.5.10 审核 制图 车球窝等分夹具装配图 康红艳 2008.5.1 图号 1 数量 1:1 比例材料 等分盘 定位键 配重块 花盘 件号名称 数量材料标准件号备注 定位销 压圈 钢 螺钉 胎座 加工零件 开槽盘头螺钉 滑块 垫圈 螺钉 螺母 型螺钉 压板 谭道勇 洛阳理工学院05计辅 图 4-1 该夹具结构如下： 夹具体（1）上有定位槽，槽内装有滑块（11） ，用滑块移动来调整偏心距，滑 块上方有圆柱面和等分盘（4）的定位孔配合，另一端有方行定位键与等分盘的等 分槽单面靠紧定位，工件通过环型压圈（7）定在胎座（5）上，胎座用螺钉与等分 洛阳理工学院论文 22 盘固定成一体，并用压板固定在夹具体上。滑块圆柱面的位置根据工件球窝中心径 进行调整，其中心到车床主轴的偏心距等于球窝中心径的一半，这样才能使球窝与 车床主轴同心，其测量按 3.5 的方法。夹具体上方有一个配重块（2） ，用来平衡偏 心夹具旋转产生的不平衡力。 4.2 夹具体与等分盘的联接夹具体与等分盘的联接 （1）夹具体设计技术要求： 夹具体详细尺寸及技术要求见图纸 4-2，示意图如下 夹具体 比例数量 材料图号 1:11 40 洛阳理工学院05计辅 制图谭道勇2008.5.1 审核康红艳2008.5.10 共10个 其余6.4 深15 深15 图 4-2 夹具体是整个夹具的基础，其精度直接影响整个夹具的精度。夹具体右端面通 过等分盘与胎座定位零件，其定位面精度要求较高，表面粗糙度 0.8。滑块（见图 洛阳理工学院论文 23 纸 4-3）与定位槽的配合也直接影响夹具精度，表面粗糙度 0.8。另外夹具体与主 轴端面联接尺寸要求很高，其尺寸要求参照机床主轴。 （2）夹具体与等分盘连接 等分盘结构尺寸见图纸 4-4。 夹具体与等分盘连接是通过滑块联结的，滑块与定位槽配合紧密，滑块能够在 定位槽内上下移动，但左右不允许有太大间隙，以保证夹具精度。因此滑块与定位 槽表面精度要求较高，定位槽最大公差+0.027，表面粗糙度 0.8，滑块表面粗糙度 0.8。滑块在定位槽内确定位置后，用两个 m10 螺钉定位。等分盘上的中心孔与滑 块上圆柱体配合来定位等分盘，圆柱与中心孔表面粗糙度 0.4。等分盘上的等分槽 等分精度要求较高，滑块上有一个方型键卡入等分盘等分槽实现等分分度，保证加 工出来的产品为 8 等分，所以此等分夹具可以加工 8 等分与 4 等分球窝的工件。等 分盘根据需要还可以设计成 12 等分、20 等分、36 等任意等分，也可以根据加工零 件的需要设计成不等分的，使加工零件范围大大增加。夹具体上有 t 型螺钉（图 纸 4-1，零件 14）和螺母通过压板（图纸 4-1，零件 15）把等分盘紧紧压在夹具体 上，实现等分盘的 4.3 胎座与等分盘联接胎座与等分盘联接 胎座与等分盘联接方式见图纸 4-5,示意图如下： 胎座与等分盘连接通过一个圆柱销和台阶槽面定位，定位可靠。再用三个螺钉 洛阳理工学院论文 24 紧固。 胎座两面都设计了圆形台阶，可以安装加工不同尺寸的工件。 4.4 被加工工件的定位被加工工件的定位 工件与胎座上台阶槽配合定位，胎座台阶槽尺寸根据工件尺寸加工。在胎座上 有一个定位销与工件配合，来定位工件。工件上面有一个环型压圈来压紧工件，环 型压圈上有和胎座上一样的台阶槽，环型压圈通过 3 个螺钉与胎座联接。 工件装夹示意图如下： 加工零件 4.5 偏心距的测量偏心距的测量 偏心距测量如图纸 4-6 所示，示意图如下： 洛阳理工学院论文 25 图 4-6 测量偏心距时要装上测量块（图纸 4-7） 、滑块。测量时测量块装在夹具体上， 夹具体的中心就是车床主轴的中心，测量块上圆柱与夹具体同轴，测量块通过一个 圆柱销和一个菱形销定位，遵循一面两销定位原则，再用两个螺钉固定测量块。滑 块在定位槽内可以自由滑动，根据工件的球窝中心半径调定滑块的中心位置，调整 好后滑块上圆柱中心与工件中心重合，所以滑块上圆柱与测量块圆柱中心距就是偏 心距。测好偏心距后把滑块上螺钉紧固，然后卸下测量块，装上等分盘与胎座，最 后装上工件，就可以进行加工了。 4.6 夹具与机床主轴的联接夹具与机床主轴的联接 该夹具与机床主轴（车 c620）连接方式如图纸 4-8。示意图如下： 洛阳理工学院论文 26 图 4-8 联接方式如下： 夹具夹具体通过短锥面与主轴前端相配合，夹具体推入主轴后，其端面只允许 有 0.051.0mm 间隙。用螺钉均匀拧紧后，既保证了端面与锥面全部接触，又使定 心准确，刚度好。该夹具还采用快换配合结构，装上和卸下夹具都很方便。c620-1 型卧式车床主轴的前端直径是 90mm 的螺纹，也带有小的锥度，用于安装前顶尖或 者用来安装心轴。主轴前端的 7730”的短外锥和法兰盘用于安装卡盘或者拨 盘作为径向定心和轴向定位。法兰盘的端面上装有圆形端面键用于传递扭矩。安装 时，使装在拨盘或卡盘座上的四个双线螺栓及其螺母穿过主轴法兰及环形锁紧盘的 圆柱孔。然后将锁紧盘转过一个角度，使螺栓处于锁紧盘的窄槽内，拧紧螺钉和螺 母。这种结构装卸快捷，工作可靠，定心精度高，主轴悬伸长度较短，有利于提高 主轴组件的刚度。 洛阳理工学院论文 27 第 5 章 结论 5.1 结论结论 现代机床特别是组合机床通常配备专用夹具，有些组合机床是围绕专用夹具设 计的，专用夹具作为组合机床的重要组成部分，往往是能否满足使用要求的关键。 本文提出的加工等分球窝的专用夹具克服了以前车磨不能使用同一个机床的弊 端。而本文设计安装在车床主轴上的专用夹具，实现多等分、多中心径球面的一系 列加工。 并且提出球兜孔保持架模具生产纲领为多品种小批量，其上有在等分球 窝，要求在车床上加工。实际应用中表明专用夹具在机床上有以下的创新： 1.机床夹具是保证产品质量、提高劳动生产率的重要手段，其结构形式必须与 其生产类型和市场变化相适应。显然，单一品种大批量生产中所使用的专用夹具的 结构形式，已难以适应这种多品种、高精度、短周期生产的要求，必须随生产形式 的变化而向前发展。其发展方向，主要表现在柔性化、精密化、高效自动化等方面， 夹具设计工作则更加注重标准化和采用计算机辅助实现夹具设计自动化。 2.专用夹具在设计过程中完全是保持标准尺寸和合理的配合。让工件在加工中 提升工件的加工精度和质量的保障。并且做到了车磨在同一车床上完成，实现了工 业的现代化发展。 本研究结果表明：将 c620-1 车床改造成可以车磨两用加工等分球窝的专用机 床的专用夹具与磨床夹具比较有明显的优点：结构简单，精度高，通用性强及使用 方便等。夹具是机械加工不可缺少的部件,在机床技术向高速、高效、精密、复合、 智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、 经济方向发展. 洛阳理工学院论文 28 5.2 展展 望望 通过实验分析，本文设计的将 c620-1 车床改造成可以车磨两用加工等分球窝 的专用机床的专用夹具，在实际应用中，取得了良好的性能和效果。不但节约时间 还节约材料，提高了劳动生产率和降低了成本；但讨论的问题是在一定的车床上改 装的，因此在实际应用时还有许多方面仍有待进一步的提高，主要对以下几方面进 行改进： （1）考虑夹具在不同机床上的使用，在夹具与机床主轴连接的地方进 行改装； （2）考虑一次装夹几个工件进行磨削； （3）考虑夹具改装后的加工精度； 总之，本文通过针对机床改造成车磨两用的专用夹具的设计，设计出不同 大小的零件可在同一个夹具上进行磨削。对小中型企业有一定的帮助，可以在同 一机床上完成车磨两道工序，给厂家带来许多的不必要的浪费。虽然与实际还是 有一定的差距，但还是希望对机床改造和专用夹具的设计有一定的帮助。 洛阳理工学院论文 29 结束语结束语 本次毕业设计虽然仅仅经历了短暂的三个月，但是它浓缩了大学三年学习的全 过程，体现了我们对所学知识的掌握和领悟程度。由于我们是第一次进行整体性地 设计，不可避免地碰到了许多困难，有时甚至会感到无法下手。无论碰到什么样的 困难，我都没有退缩，凭借着一股求知的热情，再加上指导老师的帮助，然后再回 到书本攻克一个又一个的难题，最终