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刀架
夹具
设计
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课程设计 设计题目 设计 跟刀架体 零件，机械加工工艺规程及某一重要工序的夹具。年产 5000 件。 一、零件的分析 （一）跟刀架零件的作用 跟刀架是径向支承旋转工件的辅助装置 。加工时，跟着刀具一起沿工件轴向移动。对不适宜用掉头车削以及不能使用中心架的细长轴，都采用跟刀架支撑进行车削，这样可以抵消竞相切削力，提高车削细长轴的形状精度，减小表面粗糙度。常用的跟刀架分为两爪跟刀架和三爪跟刀架。 （二）零件的工艺分析 由零件图得知，其材料为 该跟刀架的加工表面及各项技术要求如下表所示： 加工表面 尺寸偏差（ 公差及精度等 级 表面粗糙度 (形位公差 (底端面 345 跟刀架前后端面 445 75的孔 75 右底端面 88面度 底 端面 78面度 上端面 50右上端面 50 查跟刀架的工艺性 该跟刀架结构简单，形状普通，属一般的底座架类零件。主要加工表面有 75 的 孔，要求其表面粗糙度 次就是两底端面表面等粗糙度 零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求。由此可见，该零件的加工工艺性较好。 二、确定毛坯、画毛坯 零件合图 定跟刀架体的生产类型 已知 年生产纲领为批量生产 ， 年产 5000件， 所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主， 采用专用工装 。 择毛胚 零件材料为 考虑零件在机床运行过程 中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为 批量 生产，故选择木摸 机械 砂型铸件毛坯。选用铸件尺寸公差等级为 这对提高生产率，保证产品质量有帮助。此外为消除残余应力还应安排人工时效。 定毛胚的尺寸公差和机械加工余量 参考文献 1表 查表法确定各表面的总余量如表 2 表 2各加工表面总余量 加工表面 基本尺寸（ 加工余 量等级 加工余量数值（ 说 明 底端面 345*70 H 5 底部凹槽面 跟刀架前后端面 70 H 5 双侧面加工 75的孔 75 G 5 右底端面 88*50 G 5 单侧面加工 左底 端面 78*50 G 5 单侧面加工 左上端面 50*78 H 4 单侧面加工 右上端面 50*88 H 4 单侧面加工 由参考文献 1表 表 2 表 2铸件尺寸公差 主要面尺寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差 刀架前后端面 70 10 80 12 上下端面 40 10 40 12 底面到 75 孔中心距 150 5 155 11 75 75 10 55 13 三 制定零件的工艺规程 根据下表及所需加工内容，公差及粗糙度要求选择加工方法： 平面 度孔 扩钻铰，其余孔 粗基准的选择：以前端面为粗基准面加工后端面，以加工好的后端面加工前端面 精基准的选择：已加工好前端面为基准面加工底部凹槽面和左右底端面，底端面为精基准面，以精基准面加工其他内容。 定零件加工工艺路线 方案 1： 1）铸造； 2）热处理； 3）铣床，铣跟刀架前端面，已前端面为基准面加工后端面； 4）划线，外形加工线； 5）铣，铣凹槽 面，粗铣和精铣左右底面； 6）铣，以下底面为基准面加工左右上端面； 7） 扩，专用夹具扩 75 孔 ； 8） 钻，专用夹具扩 75 孔； 9） 铰，铰孔至公差尺寸； 10）划线，划孔线； 11）钻，钻攻 纹孔，钻 3 12）钳，倒角去毛刺； 13）检验； 14）涂油入库。 方案 2： 1）铸造； 2）热处理； 3）铣床，铣跟刀架前端面，已前端面为基准面加工后端面； 4）划线，外形加工线； 5）铣，铣凹槽面，粗铣和精铣左右底面； 6）铣，以下底面为基准面加工左右上端面； 7）镗，专用夹具粗镗 75 孔，精镗至尺寸 ； 8）划线，划孔线； 9）钻，钻攻 纹孔，钻 3 10）钳，倒角去毛刺； 11）检验； 12）涂油入库。 方案比较： 方案 1 工序相对集中，便于管理，且由于采用普通机床，较少使用专用夹具，易于实现，但工序多，较为复杂，不利于批量生产；方案 2 则采用工序分散原则，各工序工作相对简单。考虑到该零件生产批量较大，工序分散可简化调整工作，易于保证加工质量和提高加工效率，故采用方案 2 较好。 择各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具 削用量和工时定额的选择和计算： 工序五：精铣左右下底面 1） 确定精铣的切削用量： 所选高速钢圆柱铣刀，几何参数为： D=80,d=32,L=63,细齿 8. A 确定背吃刀量 确定进给量：每齿进给量 转进给量 F=Z*r C 选择铣刀耐用度， t=100D 确定切削速度： =1000*0=表选取铣床为 率 速范围： 30速级数 18级 机床公比： 所取刀具转速满足机床转速，因此取 n= 8=220r/而求出切削速度 =0*220/1000=验机床功率 =后确定切削用量： f=r,n=220r/v=2)工时定额 基本时间 =445/220=助时间 =作地点及身体服务所用时间： =件时间： =准备终结时间： =件核算时间： = 夹具设计 位机构 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。 由于该零件的加工是镗 75孔并以 工件底 作为定位面，属平面定位类型， 根据六点定位原则，用面以及侧面挡销定位，限制自由度如下图所示 : 同时用 圆柱销限制 X,Y 轴的平移 1 1）夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。 2）夹紧力的方向应与 工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。 3）夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。 2 1）夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。 2）夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的部位。 3）夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。 4）夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。 3. 选 择夹紧机构： 设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则： 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 4)必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。 5)夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。 6)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。 根据以上原则，在生产批量较大时，可采用手动联动夹紧机构或液动，气动；在生产批量较小时，可采用螺钉压板 式，前者缺点是体积庞大，制造成本较高，后者缺点是，加工耗时。但后者扩力较大，且自锁性较好，综合考虑选择压板螺旋夹紧方式。 向装置的选择 导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，如钻孔导向套、镗套、对刀装置、对定装置等， 镗床夹具中镗刀头的导向采用镗套，镗套有固定镗套、可换镗套、快换镗套和特殊镗套四种。 这些装置均已标准化，可按标准选择。 综上分析，本次设计采用 快换镗套加工工件 ，来提高其工作的连续性和其工作效率。 选择导向装置： 导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，如钻孔导向套、镗套、对刀 装置、对定装置等，这些装置均已标准化，可按标准选择。 用于镗床零件加工的可换镗套装置。换镗套时，只需将钻套逆时针转动，当缺口转到螺钉位置时即可取出，换套方便迅速。 镗夹具中的镗套 ,除要求它引导镗头，镗出正确的孔外，还要求它能在装卸时快而准确，所以本次设计选用一般工厂使用较多的快换镗套。 床夹具的总体形式 机床夹具的总体形式一般应根据工件的形状、大小、加工内容及选用机床等因素来确定。 夹具的组成归纳为： 1） 定位元件及定位装置 用于确定工件正确位置的元件或装置。 2）加紧元件及夹紧装置 用于固定元 件已获得的正确位置的元件或装置。 3） 导向及对刀元件 用于确定工件与刀具相互位置的元件。 4） 动力装置在成批生产中，为了减轻工人劳动强度，提高生产率，常采用气动、液动等动力装置。 5） 夹具体用于将各种元件装置连接在一体，并通过它将整个夹具安装在机床上。 6） 其他元件及装置 根据加工需要来设置的元件或装置。 定夹具体 ： 夹具体上一般不设定位和定向装置，特别是镗床上使用时，但夹具体底板上一般都设有翻边或留一些平台面，以便夹具在机床工作台上固定。夹具体一般是设计成平板式（有些夹具体铸造成特殊形状），保 证具有足够的刚性。它用来固定定位元件、加紧机构和联接体，并于机床可靠联接。 定联接体 ： 联接体是将导向装置与夹具体联接的工件，设计时主要考虑联接体的刚性，合理布置联接体的位置，给定位元件、夹紧机构留出空间。此夹具体的联接装置通过内六角螺栓和圆柱销来定位，考虑到刚性问题，在相对应的位置上在用一个联接体支承镗套板，同样用内六角螺栓定位。 制夹具零件图 对装配图中需加工的零件图均应绘制零件图，零件图应按制图标准绘制。视图尽可能与装配图上的位置一致。 :1 绘制。 公差、形位公差、技术要求应根据装配图上的配合种类、位置精度、技术要求而定。 尺寸、形状、位置、表面粗糙度等应标注完整。 制夹具装配图 :1 的比例绘制，用局部剖视图完整清楚地表示出夹具的主要结构及夹具的工作原理。 双点划线画出主要部分（如轮廓、定位面、夹紧面和加工表面）。画出定位元件、夹紧机构、导向装置的位置。 接体、螺钉等），将夹具各组成元件联成一体。 的尺寸、配合、公差等 (1)夹具的外形轮廓尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。 (2)夹具与机床的联系尺寸，即夹具在机床上的定位尺寸。如车床夹具的莫氏硬度、铣床夹具的对定装置等。 (3)夹具与刀具的联系尺寸，如用对刀块塞尺的尺寸、对刀块表面到定位表面的尺寸及公差。 (4)夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。 (5)各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差。 (1)定位元件的定位面间相互位置精度。 (2)定 位元件的定位表面与夹具安装基面、定向基面间的相互位置精度。 (3)定位表面与导向元件工作面间的相互位置精度。 (4)各导向元件的工作面间的相互位置精度。 (5)夹具上有检测基准面的话，还应标注定位表面，导向工作面与该基准面间的位置精度。 对于不同的机床夹具，对于夹具的具体结构和使用要求，应进行具体分析，订出具体的技术要求。设计中可以参考机床夹具设计手册以及同类的夹具图样资料。 写标题栏和零件明细表 ： 每一个零件都必须有自己的编号，此编号是唯一的。在工厂的生产活动 中，生产部件按零件编号生产、查找工作。 完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。 完整填写明细表，一般来说，加工工件填写在明细表的下方，标准件、装配件填写在明细表的上方。注意，不能遗漏加工工件和标准件、配套件。 1)保证加工精度 这是必须做到的最基本要求。其关键是正确的定位、夹紧和导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。 2)夹具的总体方案应与年生产纲领相适应 在大批量生产时，尽量采用快速、高效的定位、夹紧机构和 动力装置，提高自动化程度，符合生产节拍要求。在中、小批量生产时，夹具应有一定的可调性，以适应多品种工件的加工。 3)安全、方便、减轻劳动强度 机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加保护装置。要符合工人的操作位置和习惯，要有合适的工件装卸位置和空间，使工人操作方便。大批量生产和工件笨重时，更需要减轻工人劳动强度。 4)排屑顺畅 机床夹具中积集切屑会影响到工件的定位精度，切屑的热量使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。清理切屑将增加辅助时间，降低生产率。因此夹具设计中要给予排屑问题充分的重视。 5)机床夹具应有良 好的强度、刚度和结构工艺性 机床夹具设计时，要方便制造、检测、调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。 1） 误差分析 a 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。 b 产生定位误差的原因 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。 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。 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
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