对合螺母座工艺及铣E面夹具设计（全套含CAD图纸）
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1 (2005) 368378a of 989. It is to be by as et 3 N r 2005 +15088316092; +H. 1. of of of of by 985, y 1 of as a of et 2 is a in to a in a in to of a In 3is a 1. a at of by is of of to a In a to on is An if it be to to 005 100 d, 1609, 4 004; in 004; 0 004Y. of a at 4a be as 5 s on to ys is q*, at a is to be is gi(as 1)as : To be be a ; i 1;2; .; n, (1)n is of q z0;y0;f0;of of q y N Y. 1 (2005) 368378 369(2)of as by q. (3). be if q. (2) to :9=; 6. (3). If is is at of is by If is at be of a be to 6a be to Z O X Y Z O (x0,y0,1. to N of is no on to a to is by it is as to is to If is is of a to or A to of a is of is to of L:As 3, n; i 1;2; .; n; n be as : : : :2637et 7 to a to It et 8 an to of L( of to of It X of r of as (4) (5) (6)l is an of 6 6 6 46 Y. 1 (2005) 368378370WL: : : :7) n 6; is is n be of n n of to N Y. 1 (2005) 368378 371n n of n to of is to be to on of in n a s 2. Y (a1,b1,2,b2,(x1,y1,(x2,y2,(ai,bi,(xi,yi,(3. A N V X 0. (9) q. 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Y. 1 (2005) 3683783745 a of in as 1: 0, 1, 00, 896, ,0, 1, 00, 1060, ,0, 1, 00, 1010, , 977, , 977, , 1034, of 1 0 515:000:896001 0378: 1:06000 1 0 612:00:01000:9955 349 0:0880 445 664 0:86380:9955 349 0:0880 728 664 0:82800:0880 0:0170 960 866:6257998 :2466 0:093626666666643777777775,o6 is It is of ve of 1is L; N 10378:001:06000 1 0 612: :01000:9955 349 0:0880 445 664 0:86380:9955 349 0:0880 728 664 0:82800:0880 0:0170 96 866:6257998 :2466 0:of :8768 607 665 21:3716 0:49953:0551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 is on ve is as 5. 10 (H. Y. 1 (2005) 368378 375:0551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 o ve to ,1:876860766521:37160:499526666666643777777775551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 0266666666437777777750; 13; 432; 706; 0: ; 13; 432; 706; 0:04a by of a 0, a To to of 1in . of if a 1in . is an To an an N Y. 1 (2005) 36837837614wof It an locat夹具定位规划 中 完整性评估和修订 验室，机械工程学系，伍斯特理工学院研究院， 100 路，伍斯特，硕士 01609，美国 2004年 9月 14日收稿 ;2004年 11 月 9日修订 ;2004年 11 月 10日 发表 摘 要 几何约束是夹具设计中最重要的考虑因素之一。确定位置的解析拟订已发达。然而，如何分析和修改 在 实际夹具设计实践过程中的一个非确定性的定位计划尚未深入研究。在本文中，提出了一种方法来描述 在限制 约束下的重点夹具系统的几何约束状态。 一种限制 约束 下 状态，如果它存在，可以识别给定定位计划。可以自动识别工件的 所有 限制 约束下约束状态的提案。这有助于改善逆差定位计划，并为修订提供指引，以最终实现确定性的定位。 关键词：夹具设计 ;几何约束 ;确定性定位 ;限制 约束 ;过约束 夹具是用 于 制造 工业进 行工件牢固 定 位的一种机制。在零件加工过程中规划一个关键的第一步，夹具设计需要，以确保定位精度和三维工件的精度。 3一般情况下，是最广泛使用的指导原则发展的位置计划。 一个加工夹具定位方案必须满足一些要求。最基本的要求是，必须提供工件确定的位置。 这种观点指出 ，定位计划生产 的 确定位置，工件不能移动，而至少有一个定位不会失去联系。这一直是夹具设计的最根本的准则之一，许多研究人员关于几何约束状态的研究 表明 ，工件在任何定位计划分为以下三个类别： 1、 良好的约束（确定性）：工件在一个独特的位置 进行配合 ，工件表面 与 6个定位器取得联系。 2、 限制 约束 ：不完全约束工件的自由度。 3、 过约束：工件自由度超过 6定位的制约。 在 1985年 ,浅田 1提出了满秩为准则雅可比矩阵的约束方程 ,基于分析形成了调研后 ,确定定位。周等 2在 1989年制定了在确定性定位问题上使用螺旋理论。结果表明 ,定位矩阵的定位需要压力满秩达到确定的位置。该方法的确定通过无数的研究。王等 3考虑定位工件的接触的影响，而采用点接触面积。他们介绍了接触矩阵，并指出，两个接触的机构不应该有平等的，但在接触点曲率相反。卡尔森 4认为，可能没有足够的应用，如一些不是非棱柱的表面或相对误差近似 的 非小线性。他提出一个二阶泰勒展开，其中也考虑到定位误差相互作用。马林和费雷拉 5应用周 对 3定若干按照规则的规划。尽管众多的位置上的确定分析研究 很 少注意非确定性分析的位置。 在浅田的拟定方案中 ,他们 假设工件夹具元件和点之间的联络无阻力。理想的位置 q*,而应放置工件表面和分片，可微函数是 图 1)。 表面函数定义为 :gi(q*)=0是确定的 ,应该有一个独一无二的解决方案为下列所有定位方程组。 gi(q)=0,i=1,2,.,n (1) 其中 向 ,代表了工件的定位和方向。 只有考虑到目标位置 q*附近在 处 : 浅田表明 (2) 阵式所示 （ 3）。确定定位 如果雅可比矩阵满秩，可满足要求。 (2)只有 q=q*一个解决办法 (3) 在 1个 3 ，一个约束方程的雅可比矩阵的 满 秩 的 约束状态如表1所示。如果 定位 是小于 6，工件是 限制约束 的，即存在至少有一个工件 自由 定位议案不 受 限制的。如果矩阵满秩，但定位 大于 6定位，工件 是 过约束，这表明存在至少一个定位等 ;而几何约束工件被删除不影响的状态。 找出一个模型除了3以建立基准框架提取等效 的定位点。胡等 6已经发展出一种系统的方法 ,对这个用途。因此 ,这则能适用于所有的定位方案。 图 1 表 1 等级 数量的定位 地位 6 等 7遵循这些方法和他们实施制定的几何约束分析模块其自动化的计算机辅助夹具设计的核查制度。他们 的 也可以分析工件的位移和灵敏度定位错误。 熊等人 8提出的等级检查方法的定位矩阵 附件 )。他们还介绍了左 /右边的定位矩阵广义逆理论 ,分析了工件的几何误差。结果表明 ,定位及发展方向误差 X 和位置误差 X=r, (4) X=(1r, (5) X=1 r+(1 , (6) 是 任意一个向量。 他们还介绍了从这些矩阵的几个指标，评价定位配置，其次是通过约束非线性规划的优化。然而，他们的研究分析，不涉及非确定性定位的修订。目前，还没有就如何处理与提供确定的位置 的 夹具设计系统的研究。 如果不确定性的位置达到夹具系统设计的 要求 ，设计师知道约束状态是什么，以如何改善设计是 非常 重要的 条件 。如果夹具系统是过度约束， 是理想定位需要的 不必要的 信息 。而下约束时，所有有关知识约束工件的议案，可以引导设计师选择额外的定位或 使得 修改定位计划更有效。的总体战略定位计划表征几何约束的状态描述图 2。 在本文中 ,定位矩阵秩的几何约束的施加评价状态 (见附件为获得的定位矩阵 )。确定需要六个定位器定位提供矩阵的满秩定位 如图 3所示 ,在给定的定位器数量 n,定位法向量 ai,bi,定位的位置 xi,yi,每一个定位器 ,i=1,2,.,n,n*6定位矩阵可以确定如下 : （ 7） 当等级 （ =6， n=6时，是工件良好约束。 当等级（ =6， n6时 ;是工件过约束。 这意味着（ 不必要的定位在定位方案上。工件将不存在限制（ 位器。这种状态的数学表示方法 ,那就是（ 定位向量矩阵 ,可表示为线性组合的其他六行向量。 图 2 几何约束状态描述 图 3一个简化的定位方案。 定位方案，提供了确定性的位置。发达国家的算法使用下列方法确定不必要的定位： 1、找到所有的（ 合定位 的。 2、为每个组合 ,从（ 位器确定定位方案。 3、重新计算矩阵秩的定位为左六个定位器。 4、如果等级不变 ,被删除的 (位器是负责过约束状态。 这种方法可能会产生多种解决方案，并要求设计师来决定哪一套不必要的定位应该被删除 以 最佳定位性能。 当等级（ 6,工件的 限制 约束。 参考文献 1 , B.。自动重构夹具的柔性装配夹具的运动学分析。 机器人 6 2 C， ， M。加工装置的自动配置的数学方法分析和综合。反 英工业 1989;111:299 3 Y, , M.。 夹具运动学分析的基础上充分接触刚体模型。 学与工程 2003;125： 316 4 S。刚性零件的装夹和定位计划的二次灵敏度分析 “。 制造业 2001年科学与工程 ;123（ 3）： 462 5 , 制造业 科学与工程 2001年 ;123:708 6 士论文中，伍斯特理工学院 ;2001年。 7 , , , 会 2:350 8 Y, H, 士顿：爱思唯尔 ;2005年。 零件名称： 夹具体 材料： 生产纲领：单个 单位： 工序号 工序名称 工序内容 设备 1 铸 铸造毛坯 2 热处理 时效处理 3 铣 1. 铣底面 2. 铣 与定位键配合的面 卧式铣床 铣 铣上表面各个小凸台 立式铣床 铣 铣夹具体两侧 U 型槽 立式铣床 钻 1. 钻 孔 . 钻两 孔 5 3. 钻两 孔 . 钻 10 孔 5. 钻四个 5 孔 6. 钻两 6 销孔 钻床 7 攻螺纹 1. 攻两 . 攻两 . 攻两 床 8 钳 去毛刺 9 检 检验 10 检 总检 11 清洗、入库 清洗、入库 1 大学 课程设计（论文） 题 目 对合螺母座工艺及铣 所属系部 所属专业 机械设计与制造 所属班级 学 号 学生姓名 指导教师 起讫日期 2 目 录 1 机床夹具概述 . 7 2 被加工零件的结构特点及制定工序的加工要 求 . 10 3 定 设计方案的讨论 . 12 4 切削力及夹紧分析计算 . 13 5 误差分析与计算 . 16 6 对刀装置设计 . 17 7 夹具操作步骤分析和可靠性预测 . 17 . 18 9 总结 . 19 10 参考文献 . 19 3 4 5 6 7 1 机床夹具概述 设计的是铣床夹具，目的是 铣 E 面；夹具回转 180铣 F 面 ， 其中用到的设备为卧式铣床 产纲领为中批生产。 在对工件进行机械加工时，为了保证加工的要求，首先要使工 件相对道具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。因此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。 机床夹具的组成 1、定位装置 其作用是使工件在夹具中占据正确的位置。 2、夹紧装置 其作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时不离开已经占据的正确的正确位置。 3、对刀或导向装置 其作用是确定刀具相对定位元件的正确位置。 X、连接原件 其作用是确定夹具在机床上的正确位置。 5、夹具体 夹具体是机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成一 个整体。 6、其他元件或装置 是指家家具中因特殊需要而设置的元件或装置。根据加工需要，有些夹具上设置分度装置、靠模装置；为能方便、准确定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。 以上各组成部分中，定位元件、夹紧装置和夹具体是机床夹具的基础组成部分。 机床的分类 机床夹具种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。 按夹具的使用特点可分为：通用夹具，专用夹具，可调夹具，组合夹具 ， 拼装夹具。 按使用机床可分为：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。 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，8 电磁夹具以及真空夹具等。 工件的装夹方法 工件装夹的方法有两种： 将工件直接装夹在机床的工作台或花盘上 将工件装夹在家具上 采用第一种方法装夹的效率低，一般要求先按图纸要求在工件的表面上划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时，用划针或面分表找正后再夹紧。一般用于单件和小批生产。批量较大时，都采用夹具装夹工件。 采用夹具装夹工件有如下优点： a、保证加工精度，稳定加工质量 b、缩短辅助时间，提高劳动生产率 c、扩大机床的使用范围，实现 “ 一机多能 ” d、改善工人的劳动条件，降低生产成本 工件在夹具中的定位 （ 1）工件的定位的基本原理 六点定则 用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，称为 “ 六点定位原则 ” ，简称 “ 六点定则 ” 。 六点定则是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承点作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。 限制工件自由度与加工要求的关系 工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制；不影响加工要求的自由度，有时要限制，有时可不限制，视具体情况 而定。习惯上，工件的六个自由度都限制了的定位称为完全定位，工件限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。 在工件定位时，以下情况允许不完全定位： a 加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。 b 毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的角度自由度可不限制。 9 c 加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。 夹具上的定位元件重复限制工件的同一个或几个自由度的定位称为重复定位。重复定位分两种情况：当工件的一个或几个自由度被重复限制，并对加工产生 有害影响的重复定位，称为不可用重复定位。它将造成工件定位不稳定，降低加工精度，使工件或定位元件产生变形，甚至无法安装和加工。因此，不可用重复定位是不允许的。 当工件的一个或几个自由度被重复限制，但仍能满足加工要求，即不但不产生有害影响，反而可增强工件装夹刚度的定位，称为可用重复定位。在生产实际中，可用重复定位被大量采用 基准、对定位元件的基本要求 定位基准的选择 定位基准的选择，应尽量使工件的定位基准与工序基准相重合；尽量用精基准作为定位基准；遵守基准统一原则；应使工件安装稳定，加工中所引起的变形最小；应 使工件定位方便，夹紧可靠。 对定位元件的基本要求 足够的精度、足够的强度和刚度、耐磨性好、工艺性好、便于清理切削。 （ 2）工件定位方式及其定位元件 件以平面作为定位基准时，所用定位元件一般可分为主要支承和辅助支承。主要支承用来限制工件的自由度，具有独立定位的作用。辅助支承用来加强工件的支承刚性，不起限制工件自由度的作用。 件以圆柱孔为定位基准，如套类、齿轮、拨叉等。此种定位方式所用的定位元件有圆柱定位销、定位心轴和圆锥定位销等。 件以外 圆柱面定位时，常用的定位元件有： 位套和半圆套。 定位误差的分析 造成定位误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生 基准不重合误差 b ；二是定位基准与限制位基准不重合，由此产生基准位移误差 y 。 基准不重合误差 b 是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准与工序基准不重合而造成的加工误差，其大小为定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影。基准10 位移误差 y 是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准相对于限位基准的最大变化范围在加工尺寸方向上的投影 夹紧装置的组成 (1)夹紧装置的种类繁多，综合起 来其结构均由两部分组成。 动力装置 产生夹紧力。动力装置是产生原始作用力的装置。按夹紧力的来源，夹紧分手动夹紧和机动夹紧。手动夹紧是靠人力；机动夹紧是采用动力装置。常用的动力装置有液压装置、气动装置、电磁装置、电动装置、气 夹紧装置 传递夹紧力。动力装置所产生的力或人力要正确地作用到工件上，需有适当的传动机构。传递机构是把原动力传递给夹紧装置。它由两种构件组成，一是接受原始作用力的构件，二是中间传力机构。 (2)、夹紧装置的设计要求 夹紧装置的设计和选用是否正确，都保证工件的精 度、提高生产率和减轻工人劳动强度有很大的影响。因此，夹紧装置应满足以下要求： 夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所处的正确位置。 证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，夹紧可靠牢固，振动小，又不超出允许的变形。 件生产批量越大，越应设计较复杂、效率较高的夹紧装置。 求简单，便于制造维修，操作安全方便，并且省力。 2 被加工零件的结构特点及制定工序的加工要求 利用本夹具主要用来 铣 E 面；夹具回转 180 铣 F 面 ， 为 了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 结构特点： 11 可根据零件的工艺路线： 工序号 工序名称 工序内容 设 备 1 铸 铸造毛坯（两件合一） 2 热处理 时效处理 3 刨 1. 粗、半精刨燕尾槽； 2. 粗、半精刨 D 面 牛刨 4 铣 1. 铣 E 面； 2. 夹具回转 180 铣 F 面 卧式铣床 5 车 1. 粗、精车 M 面； 2. 钻、扩 38（留余量）； 3. 调头粗、精车 N 面 卧式铣床 6 钻 1. 钻孔 7 锪锥孔 11；夹具回转180 钻另一孔 7 锪锥孔 11； 2. 钻、扩、铰 22床 7 铣 切割，控制尺寸 4 卧式铣床 8 钳 去毛刺 9 检 检验 10 磨 磨燕尾槽（两件合一） 磨床 11 磨 磨 38件合一） 内 圆磨床 12 检 总检 13 清洗、入库 零件有两个以加工平面，故可用挡板对其定位，另外零件还有两个燕尾槽，零件总体尺寸相对较小和具有一定的对称性。 12 1） 研究工艺过程，分析该工序所加工的部位、加工要求、定位夹紧部分和前后加工工序的关系等。 工艺过程见机械加工过程卡片。该工序为铣两端面孔。因此可以用弹簧挡板对其定位，这样可以减少误差。另外零件还有两个燕尾槽因此可以用相应的挡板对其进行定位。夹紧可以通过活动挡板对其进行压紧。 根据工艺路线可知，加工 铣 E 面；夹具回转 180 铣 F 面加工之前，只加工了粗、 半精刨燕尾槽；粗、半精刨 D 面。所以设计夹具的时候要选择精基准的时候只能选择燕尾槽面或 D 面作为精基准，此时零件的形状如下图。 3 定 设计方案的讨论 由零 件图可知： 加工 铣 E 面；夹具回转 180 铣 F 面加工之前，只加工了粗、半精刨燕尾槽；粗、半精刨 D 面。 因此 ，定位、夹紧方案有： 13 方案 ：选底平面、和 侧面 定位 夹紧方式用操作简单，通用性较强的 活动 夹紧。 方案 ：选一面两销定位方式， 2面用挡销， 夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。 分析比较上面二种方案： 方案 中的定位是不正确的， 挡销的位置是固定 ，且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。 通过比较分析只有 方案 满足要求 ， 从而保证其尺寸公差要求。 开始设计是直接用夹具体作为定位面，用久后磨损会造成 大 的误差， 两端没有做成活动的，这样不好安装，后来改成可以单独使用的零件，这样可以坏掉及时更换，取得很好的经济效益。 为了使定位误差达到要求的范围之内， 这种定位在结构上简单易操作。 4 切削力及夹紧分析计算 刀具： 面 铣刀（硬质合金） 刀具有关几何参数： 00 15 00 10 顶 刃0n 侧 刃 60010 15 30 22Z 0 /fa m m z p 14 由 参考文献 55 表 1 2 9 可得铣削切削力的计算公式： 0 . 9 0 . 8 0 1 . 1 1 . 1 0 . 12335 a f D B z n 有： 0 . 9 0 0 . 8 0 1 . 1 1 . 1 0 . 12 3 3 5 2 . 0 0 . 0 8 2 8 2 0 . 5 2 2 2 . 4 8 3 6 . 2 4 ( ) 根据工件受力 切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： 安全系数 6543210 式中：60 种因素的 安全系数， 查参考文献 51 2 1可知其公式参数： 1 2 34 5 61 . 0 , 1 . 0 , , 1 . 0 ,1 . 3 , 1 . 0 , 1 . 0 K 由此可得： 1 . 2 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 3 1 . 0 1 . 0 1 . 5 6K 所以 8 3 6 . 2 4 1 . 5 6 1 3 0 4 . 5 3 ( ) F N 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。 夹紧力的确定 夹紧力方向的确定 夹紧力应朝向主要的定位基面 。 夹紧力的方向尽可能与切 削力和工件重力同向。 (1) 夹紧力作用点的选择 a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。 b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。 c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。 (3)夹紧力大小的估算 理论上 确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复15 杂的问题，只能进行粗略的估算。 估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。 估算的步骤： 主要最大切削力 (F P)。 应考虑安全系数， 夹具的夹紧装置和定位装置 夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。 仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。 夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作 用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。 一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。 考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。 螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。 螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把 契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。 典型的螺旋夹紧机构 的特点： （ 1）结构简单； （ 2）扩力比大； （ 3）自琐性能好； （ 4）行程不受限制； （ 5）夹紧动作慢 。 夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置 ， 在此套夹具中 ， 中间传动装置和夹紧元件合二为一 。 力源为机动夹紧 ， 通过螺栓夹紧移动压板 。 达16 到夹紧和定心作用 。 工件通过定位销的定位限制了绕 通过螺栓夹紧移动压板 ， 实现对工 件的夹紧 。 并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板 ， 通过精确的圆弧定位 ， 实现定心 。 此套移动压板制作简单 ， 便于手动调整 。 通过松紧螺栓实现压板的前后移动 ， 以达到压紧的目的 。 压紧的同时 ， 实现工件的定心 ，使其定位基准的对称中心在规定位置上 。 查参考文献 51 2 26可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： 螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有 ： )( 210 考文献 5可查得： 901 0592 2 29 其中： 33( )L )(80 螺旋夹紧力：0 4 7 4 8 )夹具采用 螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件 由表 2621 得：原动力计算公式 0 01l 即： 00 4 7 4 8 . 2 3 3 0 . 9 8 9 0 3 2 . 7 5 ( )17K 由上述计算易得： W 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 。 5 误差分析与计算 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j，一般可用下式表示： 由 参考文献 5可得： 定位误差 ： 11 1 m i D d 1 1 2 21 m i n 2 m i n. 2D d D a r c t g L 17 其中： 1 0 2D ，2 0D 1 0 1d ，2 0 3d 1，2 m i n 0 4 夹紧误差 ： co s)(m a x 其中接触变形位移值： 1( ) ( )1 9 . 6 2 a Z a Z l 查 5表 1 2 15有10 . 0 0 4 , 0 . 0 0 1 6 , 0 . 4 1 2 , 0 . 7R a z H C n 。 c o s 0 . 0 0 2 8j j y 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： 0 . 0 8 5 0 . 3jw m m m m 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。 6 对刀装置设计 定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台 T 形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。 7 夹具操作步 骤分析和可靠性预测 如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用 。 此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。 优点：稳定性高，夹具体积小，易于在车床上安装与拆卸。 缺点：对车床的适应性低，没有凸台，车削的面积大， 用久后夹具磨损会使定位误差增大。 夹具的主要零件技术要求的分析。 夹具体：铸件不允许有裂纹、气孔、沙眼、疏松。几个重要面的平行度和垂18 直度要保证。 零件名称： 夹具体 材料： 生产纲领：单个 单位： 工序号 工序名称 工序内容 设备 1 铸 铸造毛坯 2 热处理 时效处理 3 铣 1. 铣底面 2. 铣 与定位 键 配合的面 卧式铣床 铣 铣上表面各个小凸台 立式铣床 铣 铣夹具体两侧 U 型槽 立式铣床 钻 1. 钻 . 钻两 孔 5 3. 钻两 孔 床 19 4. 钻 10 孔 5. 钻四 个 5 孔 6. 钻两 6销 孔 7 攻螺纹 1. 攻两 . 攻两 . 攻两 床 8 钳 去毛刺 9 检 检验 10 检 总检 11 清洗、入库 清洗、入库 9 总结 通过为期一个半星期的课程设计使我加深了对机械制造基础这一门课程实用性的理解，也是我明白了工厂里面工人操作流程，对于一个产品的生产流程，加工工艺规程，我有了一些粗层次的了解，我认为出去以后当我看到那一张张工序卡片，工艺卡片，我一定能看懂它，感谢有这样一次机会！感谢我们团体成员为这次课程设计所付出的辛勤努力， 以及傅老师的指导。 10 参考文献 1 卢秉恒 北京：机械工业出版社， 2 孟少农 M械工业出版社， 1991. 3 柯建宏，宾鸿赞 华中科技大学出版社，2006. 4郑修本 M械工业出版社， 1999. 5 邹青 机械工业出版社， 2004. 机械加工工艺过程卡片 零件名称：对合螺母座 材料： 生产纲领：中批生产 单位： 序号 工序名称 工序内容 设备 1 铸 铸造毛坯（两件合一） 2 热处理 时效处理 3 刨 1. 粗、半精刨燕尾槽； 2. 粗、半精刨 牛刨 4 铣 1. 铣 2. 夹具回转 180 铣 卧式铣床 5 车 1. 粗、精车 2. 钻、扩 38（留余量）； 3. 调头粗、精车 卧式铣床 6 钻 1. 钻孔 7锪锥孔 11；夹具回转 180 钻另一孔 7锪锥孔 11； 2. 钻、扩 、铰 22床 7 铣 切割，控制尺寸 4 卧式铣床 8 钳 去毛刺 9 检 检验 10 磨 磨燕尾槽（两件合一） 磨床 11 磨 磨 38件合一） 内圆磨床 12 检 总检 13 清洗、入库 大学 机械加工工序卡片 产品型号 对合螺母座 零件图号 对合螺母座 产品名称 对合螺母座 零件名称 对合螺母座 共 1 页 第 1 页 车 间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 机加工 4 铣 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 铸造 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 铣床 1 夹具编号 夹具名称 切削液 用夹具 乳化液 工位器具编号 工位器具名称 工序工时 (分 ) 准终 单件 用器具 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 切削速度 进给量 切削深度 进给次数 工步工时 r/m/mm/r 动 辅助 1 1. 铣 E 面； 床 , 铣夹具，量具，铣刀 800 2 2 51 2. 夹具回转 180 铣 F 面 床 , 铣夹具，量具，铣刀 800 2 2 5 1 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 装 订 线 机械加工工艺过程卡片 零件名称：对合螺母座 材料： 生产纲领：中批生产 单位： 序号 工序名称 工序内容 设备 1 铸 铸造毛坯（两件合一） 2 热处理 时效处理 3 刨 1. 粗、半精刨燕尾槽； 2. 粗、半精刨 牛刨 4 铣 1. 铣 2. 夹具回转 180 铣 卧式铣床 5 车 1. 粗、精车 2. 钻、扩 38（留余量）； 3. 调头粗、精车 卧式铣床 6 钻 1. 钻孔 7锪锥孔 11；夹具回转 180 钻另一孔 7锪锥孔 11； 2. 钻、扩 、铰 22床 7 铣 切割，控制尺寸 4 卧式铣床 8 钳 去毛刺 9 检 检验 10 磨 磨燕尾槽（两件合一） 磨床 11 磨 磨 38件合一） 内圆磨床 12 检 总检 13 清洗、入库 1 大学 课程设计（论文） 题 目 对合螺母座工艺及铣 所属系部 所属专业 机械设计与制造 所属班级 学 号 学生姓名 指导教师 起讫日期 2 目 录 1 机床夹具概述 . 3 2 被加工零件的结构特点及制定工序的加工要 求 . 6 3 定 设计方案的讨论 . 8 4 切削力及夹紧分析计算 . 9 5 误差分析与计算 . 12 6 对刀装置设计 . 13 7 夹具操作步骤分析和可靠性预测 . 13 . 14 9 总结 . 15 10 参考文献 . 15 3 1 机床夹具概述 设计的是铣床夹具，目的是 铣 E 面；夹具回转 180铣 F 面 ， 其中用到的设备为卧式铣床 产纲领为中批生产。 在对工件进行机械加工时，为了保证加工的要求，首先要使 工件相对道具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。因此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。 机床夹具的组成 1、定位装置 其作用是使工件在夹具中占据正确的位置。 2、夹紧装置 其作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时不离开已经占据的正确的正确位置。 3、对刀或导向装置 其作用是确定刀具相对定位元件的正确位置。 X、连接原件 其作用是确定夹具在机床上的正确位置。 5、夹具体 夹具体是机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成 一个整体。 6、其他元件或装置 是指家家具中因特殊需要而设置的元件或装置。根据加工需要，有些夹具上设置分度装置、靠模装置；为能方便、准确定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。 以上各组成部分中，定位元件、夹紧装置和夹具体是机床夹具的基础组成部分。 机床的分类 机床夹具种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。 按夹具的使用特点可分为：通用夹具，专用夹具，可调夹具，组合夹具 ， 拼装夹具。 按使用机床可分为：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。 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。 工件的装夹方法 工件装夹的方法有两种： 4 将工件直接装夹在机床的工作台或花盘上 将工件装夹在家具上 采用第一种方法装夹的效率低，一般要求先按图纸要求在工件的表面上划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时，用划针或面分表找正后再夹紧。一般用于单件和小批生产。批量较大时，都采用夹具装夹工件。 采用夹具装夹工件有如下优点： a、保证加工精度，稳定加工质量 b、缩短辅助时间，提高劳动生产率 c、扩大机床的使用范围，实现 “ 一机多能 ” d、改善工人的劳动条件，降低生产成本 工件在夹具中的定位 （ 1）工件的定位的基本原理 六点定则 用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，称为 “ 六点定位原则 ” ，简称 “ 六点定则 ” 。 六点定则是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承点作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。 限制工件自由度与加工要求的关系 工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制；不影响加工要求的自由度，有时要限制，有时可不限制，视具体情 况而定。习惯上，工件的六个自由度都限制了的定位称为完全定位，工件限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。 在工件定位时，以下情况允许不完全定位： a 加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。 b 毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的角度自由度可不限制。 c 加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。 夹具上的定位元件重复限制工件的同一个或几个自由度的定位称为重复定5 位。重复定位分两种情况：当工件的一个或几个自由度被重复限制，并对加工产生有害影响的重复定位，称为不可用重复定位。它将造成工件定位不稳定，降低加工精度，使工件或定位元件产生变形，甚至无法安装和加工。因此，不可用重复定位是不允许的。 当工件的一个或几个自由度被重复限制，但仍能满足加工要求，即不但不产生有害影响，反而可增强工件装夹刚度的定位，称为可用重复定位。在生产实际中，可用重复定位被大量采用 基准、对定位元件的基本要求 定位基准的选择 定位基准的选择，应尽量使工件的定位基准与工序基准相重合；尽量用精基准作为定位基准；遵守基准统一原则；应使工件安装稳定，加工中所引起的变形最小； 应使工件定位方便，夹紧可靠。 对定位元件的基本要求 足够的精度、足够的强度和刚度、耐磨性好、工艺性好、便于清理切削。 （ 2）工件定位方式及其定位元件 件以平面作为定位基准时，所用定位元件一般可分为主要支承和辅助支承。主要支承用来限制工件的自由度，具有独立定位的作用。辅助支承用来加强工件的支承刚性，不起限制工件自由度的作用。 件以圆柱孔为定位基准，如套类、齿轮、拨叉等。此种定位方式所用的定位元件有圆柱定位销、定位心轴和圆锥定位销等。 件以 外圆柱面定位时，常用的定位元件有： 位套和半圆套。 定位误差的分析 造成定位误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生 基准不重合误差 b ；二是定位基准与限制位基准不重合，由此产生基准位移误差 y 。 基准不重合误差 b 是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准与工序基准不重合而造成的加工误差，其大小为定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影。基准位移误差 y 是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准相对于限位基准的最大变化范围在加工尺寸方向上的投影 夹紧装置的组成 6 (1)夹紧装置的种类繁多，综合 起来其结构均由两部分组成。 动力装置 产生夹紧力。动力装置是产生原始作用力的装置。按夹紧力的来源，夹紧分手动夹紧和机动夹紧。手动夹紧是靠人力；机动夹紧是采用动力装置。常用的动力装置有液压装置、气动装置、电磁装置、电动装置、气 夹紧装置 传递夹紧力。动力装置所产生的力或人力要正确地作用到工件上，需有适当的传动机构。传递机构是把原动力传递给夹紧装置。它由两种构件组成，一是接受原始作用力的构件，二是中间传力机构。 (2)、夹紧装置的设计要求 夹紧装置的设计和选用是否正确，都保证工件的 精度、提高生产率和减轻工人劳动强度有很大的影响。因此，夹紧装置应满足以下要求： 夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所处的正确位置。 证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，夹紧可靠牢固，振动小，又不超出允许的变形。 件生产批量越大，越应设计较复杂、效率较高的夹紧装置。 求简单，便于制造维修，操作安全方便，并且省力。 2 被加工零件的结构特点及制定工序的加工要求 利用本夹具主要用来 铣 E 面；夹具回转 180 铣 F 面 ， 为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 结构特点： 7 可根据零件的工艺路线： 工序号 工序名称 工序内容 设备 1 铸 铸造毛坯（两件合一） 2 热处理 时效处理 3 刨 1. 粗、半精刨燕尾槽； 2. 粗、半精刨 D 面 牛刨 4 铣 1. 铣 E 面； 2. 夹具回转 180 铣 F 面 卧式铣床 5 车 1. 粗、精车 M 面； 2. 钻、扩 38（留余量）； 3. 调头粗、精车 N 面 卧式铣床 6 钻 1. 钻孔 7 锪锥孔 11；夹具回转180 钻另一孔 7 锪锥孔 11； 2. 钻、扩、铰 22床 7 铣 切割，控制尺寸 4 卧式铣床 8 钳 去毛刺 9 检 检验 10 磨 磨燕尾槽（两件合一） 磨床 11 磨 磨 38件合一） 内圆磨床 12 检 总检 13 清洗、入库 零件有两个以加工平面，故可用挡板对其定位，另外零件还有两个燕尾槽，零件总体尺寸相对较小和具有一定的对称性。 1） 研究工艺过程，分析该工序所加工的部位、加工要求、定位夹紧部分和前后加工工序的关系等。 工艺过程见机械加工过程卡片。该工序为铣两端面孔。因此可以用弹簧挡板对其定位，这样可以减少误差。另外零件还有两个燕尾槽因此可以用相应的挡板对其进行定位。夹紧可以通过活动挡板对其进行压紧。 8 根据工艺路线可知，加工 铣 E 面；夹具回转 180 铣 F 面加工之前，只加工了粗 、半精刨燕尾槽；粗、半精刨 D 面。所以设计夹具的时候要选择精基准的时候只能选择燕尾槽面或 D 面作为精基准，此时零件的形状如下图。 3 定 设计方案的讨论 由 零件图可知： 加工 铣 E 面；夹具回转 180 铣 F 面加工之前，只加工了粗、半精刨燕尾槽；粗、半精刨 D 面。 因此 ，定位、夹紧方案有： 9 方案 ：选底平面、和 侧面 定 位 夹紧方式用操作简单，通用性较强的 活动 夹紧。 方案 ：选一面两销定位方式， 2面用挡销， 夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。 分析比较上面二种方案： 方案 中的定位是不正确的， 挡销的位置是固定 ，且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。 通过比较分析只有 方案 满足要求 ， 从而保证其尺寸公差要求。 开始设计是直接用夹具体作为定位面，用久后磨损会造成 大 的误差， 两端没有做成活动的，这样不好安装，后来改成可以单独使用的零件，这样可以坏掉及时更换，取得很好的经济效益。 为了使定位误差达到要求的范围之内， 这种定位在结构上简单易操作。 4 切削力及夹紧分析计算 刀具： 面 铣刀（硬质合金） 刀具有关几何参数： 00 15 00 10 顶 刃0n 侧 刃 60010 15 30 22Z 0 /fa m m z p 由 参考文献 55 表 1 2 9 可得铣削切削力的计算公式： 0 . 9 0 . 8 0 1 . 1 1 . 1 0 . 12335 a f D B z n 有： 0 . 9 0 0 . 8 0 1 . 1 1 . 1 0 . 12 3 3 5 2 . 0 0 . 0 8 2 8 2 0 . 5 2 2 2 . 4 8 3 6 . 2 4 ( ) 根据工件受力 切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： 安全系数 6543210 式中：60 种因素的 安全系数， 查参考文献 51 2 1可知其公式参数： 1 2 34 5 61 . 0 , 1 . 0 , , 1 . 0 ,1 . 3 , 1 . 0 , 1 . 0 K 由此可得： 1 . 2 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 3 1 . 0 1 . 0 1 . 5 6K 所以 8 3 6 . 2 4 1 . 5 6 1 3 0 4 . 5 3 ( ) F N 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，10 决定选用手动螺旋夹紧机构。 夹紧力的确定 夹紧力方向的确定 夹紧力应朝向主要的定位基面 。 夹紧力的方向尽可能与切 削力和工件重力同向。 (1) 夹紧力作用点的选择 a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。 b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。 c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。 (3)夹紧力大小的估算 理论上 确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。 估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。 估算的步骤： 主要最大切削力 (F P)。 应考虑安全系数， 夹具的夹紧装置和定位装置 夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。 仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。 夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作 用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正11 确。 一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。 考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。 螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件
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