机械毕业设计（论文）-车床支架机械加工工艺及铣床夹具设计【全套图纸】

网络教育学院网络教育学院 本本 科科 生生 毕毕 业业 论论 文（设文（设 计）计） 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 题题 目目： 车床支架机械加工工艺及夹具设计车床支架机械加工工艺及夹具设计 学习中心：学习中心： 层层 次：次： 专科起点本科 专专 业：业： 年年 级：级： 年 春/秋 季 学学 号：号： 学学 生：生： 指导教师：指导教师： 完成日期：完成日期： 年 月 日 车床支架机械加工工艺及夹具设计 I 摘要 本设计上车床支架零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计，车床支 架零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证 孔系的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工 明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。主要加工工序安排是先加 工出底平面，再以底平面定位加工出各个孔系。整个加工过程选用组合机床，夹 具选用专用夹具，夹紧可靠，机构可以不必自锁。因此生产效率较高。适用于中 批量，流水线上加工，能够满足设计要求。 设计的重点是夹具的设计，由于工件上的孔系都要以底面作为基准加工，故 首先得加工出底面，为保证孔的位置和加工准确性我们一定要在加工底面的时间 通过画线找出底面的加工余量。这样就可以更好的保证孔系的位置和加工精度。 因此工序一中的专用夹具的制造显得尤为重，本次夹具设计中对工序一中铣削夹 具进行了设计，提供了一套可使用于中批量生产的，经济性和实用性均良好的夹 具设计方案。 关键词：车床，支架，工艺规程，夹具 车床支架机械加工工艺及夹具设计 I 目 录 内容摘要 1 引 言 1 1 绪论2 2 工艺设计3 2.1机械加工工艺过程基本知识3 2.2机械加工工艺规程的内容4 2.3 题目来源6 2.4 零件的分析6 2. 5 工艺过程设计 8 3 夹具设计13 3.1 夹具的基本知识 13 3.2 定位原理及方案分析16 3.3 夹具总体设计18 3.4 夹具体的设计20 4 总结总结 22 5 致谢致谢 23 参考文献24 车床支架机械加工工艺及夹具设计 1 引 言 车床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好 的解决了现代机械制造中的结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题。且 能稳定加工质量，大幅度提高生产效率。 在我们学全部基础课、技术基础课之后进行的毕业设计，是我们在对所学各 课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的 大学生活中占据着重要的地位。另外，这次毕业设计，是我毕业工作前的综合性 训练，并能在以下三个方面得到锻炼： （1）运动机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中穴道的时间 知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸 确定等问题，保证零件的加工质量。 （2）提高结构设计能力，通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加 工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。 （3）学会使用手册以及图表资料，掌握与本设计有关的各种资料的名称， 出处，能够做到熟练的运用。 通过这次毕业设计，对自己未来将从事的工作进行了一次适应性的训练，从 中锻炼了自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后参加工作打下了一 个良好的基础。 车床支架机械加工工艺及夹具设计 1 1 绪论 本次设计的题目是“车床支架机械加工工艺及钻孔夹具设计”。这个题目是传 统的机械设计课题，在做这个设计题目过程中，涉及了很多工艺规程设计方面的 知识。 车床是机械加工方法中应用最为广泛的机床之一，是加工轴类、盘套类零件 的主要方法。车床支架是组成车床的重要零件，并承受切削力，因此它必须有足 够的刚度和稳定性，有较大的安装基面和必要的加强筋，以防止加工中受力时产 生振动和变形。 本次课题针对车床支架零件的加工进行了相关探索，设计出一种切实可行的 工艺流程及工艺装备。在产品的加工过程中，工件在夹具内的定位和夹紧显得尤 为重要，夹具是涵盖了从加工到组装的几乎所有操作过程的一种装夹设备。由于 大量的加工操作需要装夹，夹具设计在制造系统中就变得非常重要，它直接影响 加工质量，生产率和制造成本。本文通过分析支架零件的结构特点和加工要求， 指定了一套较合理的夹具设计，从而为保证该零件的加工精度提供了一种经济实 用的工艺装备，具有一定的实用价值。 本次的设计任务是：制定车床支架的机械加工工艺及该零件的某一道工序 （钻孔）的夹具设计。 设计内容包括： 毛坯零件综合图 1 张； 夹具装配图 1 张； 夹具体图 1 张； 工序卡的编订、 绘制； 论文 1 份； 车床支架机械加工工艺及夹具设计 2 2 工艺设计 2.1 机械加工工艺过程基本知识 1）工艺过程 在产品的生产过程中，与原材料变为成品有直接关系的过程称为工艺工程。 例如：铸造、锻造、焊接和零件的机械加工等。 2）机械加工工艺过程 在工艺过程中，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状，尺寸和性能使 之变为成品的工艺过程，称为机械加工工艺过程。 3）机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程是由若干个顺次工序组成的，通过这些不同的工序把毛坯 加工成合格的零件。 4）工序 一个（或一组）工人，在一台机床上（或一个工作地点） ，对一个（或同时 几个）工件连续加工所完成的那一部分机械加工工艺过程。这里必须注意，构成 一个工序的主要特点是不改变加工对象、设备和操作者，而且工序内的工作是连 续完成的。 5）机械加工工艺规程 机械加工工艺规程（简称工艺规程）是规定零件机械加工工艺过程和操作方 法等的工艺文件。工艺规程的内容包括： A、工艺路线： 工艺路线是指产品或零部件在生产过程中由毛坯准备到成品包装入库经过企 业有关部门或工序的先后顺序。 B、各工序加工的内容、要求，所采用的机床、工艺装备； 工艺装备（简称工装）是产品制造过程中所用的各种工具的总称。它包括刀具、 夹具、模具、量具、检验工具及辅助工具等。 C、工件的检验项目、检验方法和切削用量、工时定额等。 6）工艺规程的格式 机械加工工艺规程主要有机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片两种基 本形式。机械加工工艺过程卡是以工序为单位简要说明零件加工过程的一种工艺 文件。一般适用于单件小批生产（零件加工的流向） 。 车床支架机械加工工艺及夹具设计 3 2.2 机械加工工艺设计的内容 制定合理的零件加工工艺过程首先要掌握目前有可供选用的加工方法，并能 够针对零件的具体要求较合理的选用。其次，还必须解决各表面的加工顺序和热 处理如何安排的问题。 1） 首先，要分析产品的零件图与装配图，分析零件图的加工要求，结构工 艺性，检验图样的完整性； 2） 根据零件的生产纲领确定生产类型；在制定机械加工工艺规程时，一般 按照零件的生产纲领，把零件划分为大批量生产、中批量生产和小批量生产三中 类型。 3） 选择毛坯；毛坯的选用主要包括毛坯的材料、类型和生产方法的选用。 常用的毛坯类主要有各种轧制型材、铸件、锻件、焊接件、冲压件、粉末冶金件 以及注塑成形件等。 （联合加工） ，根据零件结构的不同，毛坯的选用可分为轴类、 盘套类和机架箱体类三大类。 4） 确定单个表面的加工方法； 零件的加工过程，就是零件表面经加工获得符合要求的零件表面的过程。零 件表面的类型和要求不同，采用的加工方法也不一样。主要有车削、钻削、铣削、 刨削、磨削等五大类加工方法。此外还有镗削、拉削、光整、特种加工等。 5）选择定位基准，确定零件的工艺路线；根据零件表面质量的要求不同， 通常将表面加工划分为粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段三个加工阶段。 零件加工需要遵循的原则是粗、精加工分开，零件的加工一般不是在一台机 床上用一种工艺方法就可完成，往往需要几种加工方法互相配合，经过一定的工 艺过程才能逐步地完成零件表面的加工。若一种表面可采用不同的加工方法进行 加工的话，那么就生产的具体条件而言，其中必有一种加工方法是最合适的。 6）确定各工序所用的设备及工艺装备 7）计算加工余量、工序尺寸及公差 8）确定切削用量，估算工时定额 9）填写工艺文件 机械加工工艺中加工顺序的安排原则有： 1）先加工精基准面后加工其他表面 主要定位精基准面应在一开始就进行加工，以便用它定位加工后工序的其他 表面。 车床支架机械加工工艺及夹具设计 4 2）先粗加工后精加工 先安排粗加工、半精加工，再安排精加工。某些要求特别高的表面还要在最后 安排精密加工。 3）划线工序的安排 在单件小批生产中，形状复杂的铸、锻件或焊接件在机加工前要安排钳工划线 工序，为加工提供找正的依据。在大批大量生产中，或零件形状较为规则，则不必 安排划线工序。 4）热处理工序的安排 毛坯退火、正火：安排在粗加工之前。调质：通常安排在粗加工之后；若加工 路线较简单，也可在粗加工之前。淬火及低温回火：一般安排在磨之前。氮化：可 安排在粗磨后、精磨前。时效：一次时效安排在粗加工之后；二次时效分别安排 在粗加工和半精加工之后；三次时效分别安排在粗加工、半精加工和精加工之后。 5）表面处理工序的安排 表面镀层、发蓝、阳极氧化、喷涂或油漆等处理，通常安排在全部机加工之后； 大型铸件的不加工面，常在机加工前先涂防锈漆。 6）辅助工序的安排 去毛刺、倒棱、除锈、去磁、清洗或浸油等辅助工序，应视具体情况适当予以 安排。 7）检验工序的安排 重要而复杂零件的粗加工之后关键工序前后；特种检验(如 x 射线探伤或超声 波探伤等较昂贵的检验)之前；从一车间转到另一车间之前；全部加工结束之后。 加工余量的确定原则： 毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差称为加工总余量。加工总余量主要根据毛 坯类型确定。在单件小批生产中，中小型零件加工总余量参考值(半径余量或单面 余量)如下：砂型铸件约为 38mm；自由锻件和焊接件约为 410mm；热轧圆钢约 为 1.52.5mm。相邻两工序的尺寸之差称为工序余量。工序余量主要根据加工性质和加工方 法确定。 2.3 题目来源题目来源 车床支架机械加工工艺及夹具设计 5 零件如图： 2.4 零件的分析 1）零件图的分析 图纸中的零件是一个车床上的支架零件，安装在车床上，主要作用是支撑和 导向作用，在车床在机械加工过程中，承受一定的载荷。 车床支架是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状比较复杂， 其加工内孔 18 和 25 两个孔的加工精度要求比较高，此外还有垂直度和平行 度要求。另外车床支架底部的平面也有较高的精度要求，因此，加工时应先加工 一组表面，在以这组加工后表面为基准加工另外一组。 因为尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影 响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常 关键和重要的。 由零件图可知： 生产纲领 2000 件/年，车床支架备品率为 2%，废品率为 2%，因此年产量： Q生产纲领每台件数(1+备品率)(1+废品率) Q2080 件 月产量Q12=174(件) 车床支架机械加工工艺及夹具设计 6 Days=(365-52-14)12=24.92 天 日产量(一天 3 班)月产量Days=7 件/天 查工艺人员手册，轻型（100 公斤以内）零件的生产性质： 中批 5005000 大批 500050000 考虑到保证产品按时定量完成，生产该产品的每一道工序的单件核算时间必 须小于生产节拍（工艺卡填写过程考虑到客观随机因素的影响，将节拍乘 80%后 与单件核算时间比较） ，若大于生产节拍，就会造成完不成年产量，因此应改用 多台机床加工。 中批量生产采用流水线，其工艺特点 a）毛坯特点：采用金属模造型，毛坯精度及余量中等。 b）机床设备及机床布置：通用机床，机床按零件类别分工段排列。 c）夹具及尺寸保证：专用夹具，调整法和自动获得法(如对刀块)保证尺寸。 d）刀具、量具：专用或标准刀具、量具 e）零件的互换性：多数互换，部分试配或修配。 f）工艺文件的要求：编制详细的工艺规程及关键工序的工序卡片。 g）生产出率：中等 h）成本：中等 i）发展趋势：采用成组工艺。 由以上可知，该零件为中批生产，所以工艺安排应考虑工序适当集中，考虑 零件成批生产，产量比较大，综合经济与生产效率等因素，确定加工设备为通用 机床，采用专用夹具。 2）设计的任务 该零件加工至成品，需完成从毛坯选择开始，编排工艺，工装夹具设计以及 对该产品的说明书如下： 1毛坯零件综合图1 张 2工艺过程卡片1 套 3夹具装配图1 张 4夹具体零件图1 张 5说明书1 份 零件材料为 HT20-40，此牌号材料与 HT200 相同，HT200 是新牌号，HT20- 40 为老牌号。HT200 的铸造性好，熔炼设备简单，价格便宜，所以它们是机械制 车床支架机械加工工艺及夹具设计 7 造中应用最多的材料。HT200 可承受较大弯曲应力，用于强度、耐磨性要求较高 的较重要的零件和要求保持气密性的铸件。有较好的耐热性和良好的减振性，铸 造性较好。该车床支架零件的结构较复杂，也适于用铸造的方法制造。 零件的切削加工性良好，无特殊的加工问题，故加工中不需要采用特殊工艺 措施。刀具材料选择范围很大，高速钢或 YT 类硬质合金均能胜任。刀具几何参 数可根据不同刀具类型通过相关表格查取。 零件组成表面：底面，两端面，外圆及其台阶面，两端沉头螺钉孔，外圆内 20H7 孔, 18H8 孔、键。 主要技术条件分析如下： 零件的材料为 HT200，硬度适中，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，拨 动叉中间圆柱体连有两翼板，以下是车床支架需要加工的表面以及加工表面之间 的位置要求： F 面：表面粗糙度要求为 Ra6.3m AC1、AC2 面：表面粗糙度要求为 Ra1.6m E 面：精度要求为0.4mm B 孔：尺寸精度为 H7，表面粗糙度要求为 Ra1.6m，相对于 A 面有平行度 要求精度为 0.03mm，相对于 C 面有垂直度精度要求为 0.03mm 车床支架机械加工工艺及夹具设计 8 L 孔：尺寸精度为 H8，表面粗糙度要求为 Ra1.6 微米，相对于 B 面有垂直度精度 要求为 0.15mm H1、H2 孔，G1，G2 孔：有位置度要求为0.2mm 零件总体特点是一个典型的铸造类零件。 4）确定毛坯、画毛坯 在仔细分析了零件的基础上，选择零件的加工方法，首先从毛坯开始，在毛 坯的选择上，既要考虑工艺性，又要考虑到经济性，综合两项因素进行毛坯的选 择。 毛坯的选择对零件工业过程的经济性有很大影响，工序数量，材料消耗加工 工时等都取决于所选择的毛坯，但要提高毛坯的质量往往会使毛坯制造困难，需 要复杂的工艺和昂贵的设备，增加了毛坯的成本，这两者是矛盾的。因此毛坯的 种类和制造方法的选择要根据毛坯的类型和具体的生产条件决定。同时应该主要 到，充分使用新工艺、新技术、新材料的可能性，以便降低零件生产总成本提高 质量。 毛坯的类型有：铸件、锻件、型材、焊接件、压制件、冲压件等，由于本零 件是中批生产，则优先考虑锻件和铸件，虽然成本高，但提高了生产率，零件材 料为 HT200。零件在机床运行过程中所受冲击不大，结构又比较简单，在考虑零 件的力学性能，形状大小等因素后，选择铸件。 铸件采用机器造型，木模，精度等级选 8 级，查金属机械加工工艺人员手 册表 12-2 和 12-3 得，浇注顶面、侧面的余量为 6mm，底面余量为 4mm。 2.5 工艺过程设计 1）定位基准的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理可以使加 工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中的问题百出，更有甚者， 还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。基准选择的原则有： 粗基准的选择原则： a)尽可能用精度要求高的主要表面作粗基准； b）不加工面作粗基准，且该面与要加工面有一定的位置精度要求； c）余量均匀原则； d）粗基准的表面要尽量光整、光洁、有一定的面积以便于装夹； e)不能重复使用原则。 车床支架机械加工工艺及夹具设计 9 精基准的选择原则： a）基准重合原则尽可能使设计基准和原始基准重合； b）互为基准原则两个位置精度要求较高的表面互为基准； c）基准不变原则统一基准。 车床支架是一个典型的铸造类零件，它仍具有一般铸造类零件的加工规律，根 据以上原则及对零件的分析，拟订出如下的定位基准： a)加工 D 面和 E 面时，可先将 D 面作粗加工，再以加工好的 D 面作为基准加 工 E 面。 b)加工 F 面及 AC1 面、AC2 面时，可以加工好的 D 面或者 E 面作为基准进行 加工。 c)加工孔 H1、G1、H2、G2 时，可以以加工好的 F 面作为定位基准进行加工。 d)加工孔 B、孔 L 时，仍可以以加工好的 F 面作为定位基准进行加工。 2）制定加工工序和选择加工设备及刀、夹、量具 加工工序设计 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等 技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能型 机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应当考虑经 济效果，以便使生产成本尽量下降。因此确定工艺路线方案如下： 方案一： 工序一：半精铣平面 D 面、E 面 工序二：半精铣平面 F 面，精铣平面 AC1 面和 AC2 面 工序三：钻 H1，H2 孔，惚孔 G1，G2 工序四：钻，扩，铰 B 孔 工序五：钻，扩，铰 L 孔 工序六：清除毛刺 方案二： 工序一： H1，H2 孔，惚孔 G1，G2 工序二：半精铣平面 D 面、E 面钻 工序三：半精铣平面 F 面，精铣平面 AC1 面和 AC2 面 工序四：钻，扩，铰 B 孔 工序五：钻，扩，铰 L 孔 车床支架机械加工工艺及夹具设计 10 工序六：清除毛刺 根据经验，大多数情况下都应该先铣平面再加工孔，会更能容易满足零件的 加工要求，因此，工艺路线方案一较为合理，工序集中，工序排列最优，效率也 比较高，因此选择工艺路线方案一作为本车床支架的工艺生产路线。 主要表面可能采用的终加工方法，按照精度要求，Ra1.6m 应为精铣或磨削。 按照零件材料，批量大小，现场条件等因素，并对照各加工方法特点及适应 范围确定采用铣削加工底面及两端面。 结合主要表面加工及表面形状特点，B 孔和 L 孔采用钻、扩、铰的加工方式。 底面上的键宜采用铣削加工方法。 铣削采用立式铣床，B 孔和 L 孔的加工采用立式钻床。 零件在铣床上或者钻床上的加工都应采用专用夹具进行装夹。 立式铣床的主要参数如下： 型号：X5032A 功率：7.5KW 主轴转速：30-1500 转/分 立式钻床的主要参数如下： 型号：Z5025 功率：1.5kW 主轴转速：1001360 转/分 3) 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 车床支架零件材料为 HT20-40，毛坯为铸件，毛重 20kg，数量为 2000 件/年， 属于中批量生产。 根据以上原始资料及加工路线，分别确定加工表面的机械加工余量、工序尺 寸及毛坯尺寸如下： A、外圆表面（42） 考虑零件外圆表面为非加工表面，所以外圆表面为铸造毛坯，没有粗糙度要 求，因此直接铸造而成。 B、底 D 面及 E 面的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册 ，取粗铣加工余量为 3mm，半精铣平面加 工余量为 1mm。 车床支架机械加工工艺及夹具设计 11 C、底部键 F 面及 AC1 面和 AC2 面的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册 ，取粗铣 F 面加工余量为 3mm，半精铣 F 面加工余量为 1mm；粗铣 AC1 面、AC2 面加工余量为 3mm，半精铣 AC1 面、 AC2 面加工余量为 1mm，精铣 AC1 面、AC2 面加工余量为 0.5mm D、钻 H1，H2 孔，惚孔 G1，G2 的加工余量 查机械制造工艺设计简明手册 ，并根据加工精度要求，取钻孔 H1，H2 的加工余量为 11mm，惚孔 G1，G2 的加工余量为 6mm。 E、外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差（20） 查机械制造工艺设计简明手册 ，取钻孔余量为 18mm，扩孔余量为 1.8mm，铰孔余量为 0.2mm。 F、外圆表沿轴线宽度方向的加工余量及公差（18） 查机械制造工艺设计简明手册 ，取钻孔余量为 17mm，扩孔余量为 1.85mm，铰孔余量为 0.15mm 车床支架机械加工工艺及夹具设计 1 3 夹具设计 3.1 夹具的基本知识 夹具最早出现在 1787 年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具 与人的结合。在工业发展初期，机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量 主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助 工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发 展齐全。夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展 成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社 会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征 表现为夹具与机床的紧密结合。 现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，尽 管国际生产研究协会的统计表明中不批，多品种生产的工价已占工件种类数的 85%左 右。然而目前，一般企业习惯于采用传统的专用夹具，在一个具有只能同等生产 能力工厂中约拥有 13000-15000 套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中， 约隔 4 年就要更新 80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有 15%左右，特 别最近年来柔性制造系统（FMS） 、数控机床（NC） 、加工中心（MC）和成组加 工（GT）等新技术被广泛应用和推广，使中小批量生产的生产率逐步趋近于大批 量生产的水平。 综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求： A、能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期； B、能装夹一组相似性特征的工件； C、适用于精密加工的高精度的机床； D、适用于各种现代化制造技术的新技术； E、采用液压泵站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率。 现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面： A、精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。精密化夹具 的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿量，其分度可达正负 0.1，用于精密 车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5m，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心 夹具，工件的圆度可达 0.2-0.5m B、高效化 车床支架机械加工工艺及夹具设计 2 高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时间和辅助时间，以提高劳动生产 率，减少工人劳动强度，常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有 夹紧动力模块的夹具等。例如使用电动虎钳装夹工件，可使工件效率比普通虎钳 提高 5 倍左右；而高速卡盘则可保证卡爪在转速 9000r/min 的条件下能正常夹紧 工件，使切削速度大幅度提高。 C、柔性化 夹具的柔性化和机床的柔性化相似，它是通过调节组合等方式，以适应工艺 可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：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、模块夹具、数控夹具等，在较长时间内，夹具的柔性化趋向将是夹具发 展的主要方向。 D、标准化 夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面，在制造典型夹具，结构的基 础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或变型，以减少功 能用途相近的夹具元件和不见的部件的形成；舍弃一些功能低劣的结构，通用化 方法包括：夹具、部件、元件、毛坯和材料的通用化，夹具的标准化阶段是通用 化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。目前，我国已有夹具零件、部件 的国家标准：GB2148-2249-80，GB2262-2269-80 以及通用夹具标准，组合夹具标 准等。夹具的标准化也是夹具柔性化高效化的基础，作为发展趋势，这类夹具的 标准化有利于夹具的专业化生产和有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 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。在金属切削机床工件中使用的夹具称为 机床夹具，在现代生产过程中，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，故机床夹具的设计在企业产 品设计和制造以及生产技术装备中占有极其主要的地位，机床夹具设计是一项重 要的技术工作。 在机械加工中，机床夹具在机械加工中的功用主要有以下六个方面，然而在 不同的生产条件下，应该有不同的侧重点。夹具设计时应综合考虑加工的技术要 求，生产成本和工人操作方面的要求以达到预期的效果。 A、保证加工精度 用夹具装夹工件时，能稳定的保证加工精度，并减少对其他工作条件的依赖 车床支架机械加工工艺及夹具设计 3 性，故在精密加工中广泛的使用该夹具，并且它还是全面质量管理的一个重要环 节。 B、提高劳动生产率 使用夹具是否能使工件迅速的定位和夹紧并能够显著的缩短辅助加工的时间 和基本时间，提高劳动生产率。 C、改善工人的劳动条件 用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气压、液压等装夹工件时，可减 少工人的劳动强度保证生产安全。 D、保证工艺纪律 在生产过程中使用夹具可确保生产周期，生产强度等工艺秩序，例如：夹具 设计也是工程技术人员解决高难度零件加工的主要手段之一。 E、降低生产成本 在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低 的工人操作，故可明显降低生产成本。 F、扩大机床工艺范围 这是生产条件有限的企业中常用的一种技术改造措施，如车床上的拉削，钻 孔加工等，也可用夹具装夹的加工较复杂的成型面。 设计夹具时，应满足下列四项基本要求： A、保证工件的加工精度； 即在机械加工工艺系统中，夹具在满足以下三项要求，工件在夹具中的定位、 夹具在机床上的位置、刀具的正确位置 B、保证工人的操作安全 C、达到加工精度的劳动生产率要求 D、满足夹具一定的使用寿命和经济效应 虽然各类机床夹具的结构有所不同但按照主要功能加以分析，机床夹具的基 本组成部分是定位元件，夹紧装置和夹具体三个部分，这也好似夹具体的主要内 容。 （1）系统定位元件 定位元件是夹具的主要功能元件之一，通常当工件定位基准面的形状确定后， 定位元件的结构也就确定了。 （2）夹紧元件 车床支架机械加工工艺及夹具设计 4 夹紧装置也是夹具的主要元件之一，一般铰链压板、螺钉、夹紧装置等。 （3）夹具体 通常夹具作为铸件的机构、锻件结构、焊接结构、形状有回转体形和底座等 多种定位元件，夹紧装置等分布在夹具体不同的位置上。 （4）连接元件 根据机床的工作特点，夹具在机床上的安装连接常有的两种方式：一种是 安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上，连接元件用于确定夹具本身 在机床上的位置。 （5）对刀和导向装置 对刀装置常见在铣床夹具中，用以对刀块调节铣刀对刀前的位置，对刀时， 铣刀不能与对刀块直接相连，以免碰伤铣刀的切削刃和对刀块工作表面。 导向装置钻模板、钻套、镗模的镗模支架。镗套，它们能确定刃具的位置， 并引导刀具进行切削。 （6）其他元件或装置 根据加工的需要，有些夹具分别采用分度装夹，靠模装置上下料加工工艺机 器人等。 3.2 定位原理及方案分析 为了提高生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本文 将就工序一半精铣平面D面、E面的专用夹具进行设计。本夹具用于夹持工件方便 对其进行加工，所使用的刀具为细齿硬质合金面铣刀。 首先考虑夹具结构的总体方案，夹具结构方案经常是参考生产中已有结构加 以改造，以适合本工序的加工要求。也往往需要把几个夹具中采用的结构或机构 综合成自己需要的夹具。夹具总体结构也会有几个方案，同样需要从保证工序加 工精度、结构简单、操作方便、满足该零件批量生产的生产效率等四个方面，从 中选用较优的结构。 由于各类机床自身的工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相 应地提出了不同的要求。按照所使用的机床不同，夹具可分为：车床夹具、铣床 夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。 本次设计的车床支架零件工序一的加工在铣床上完成，因此，本次夹具设计 的任务是一个铣床夹具的设计。 铣床夹具的组成主要包括：定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件和对刀 车床支架机械加工工艺及夹具设计 5 元件。而铣床夹具的类型可分为： 1）直线进给式铣床夹具 2）圆周进给式铣床夹具 3）仿形进给式铣床夹具 对于铣床夹具的设计，由于铣削加工的切削力较大，又是断续切削，加工中 易引起振动，因此： 夹具的受力元件要有足够的强度和刚度； 夹紧机构所提供的夹紧力应足够大； 要求有较好的自锁性能。 为了提高夹具的工作效率，应尽可能采用机动夹紧机构和联动夹紧机构。并 在可能的情况下，采用多件夹紧和多件加工。 铣床夹具的对刀装置，用以确定夹具相对于是刀具的位置。铣床夹具的对刀 装置主要由对刀块和塞尺构成。常用的对刀块有： 高度对刀块：用于加工平面时对刀 直角对刀块：用于加工键槽或台阶面时对刀； 成形对刀块：用于加工成形表面时对刀。 本次设计零件车床支架为中批量生产，要求成本低，且在加工过程夹紧力要 求不高。 本道工序一半精铣平面 D 面、E 面，在进行本道工序时，其他都是未加工表 面。为了保证技术要求，最关键的是要找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳 动生产率和降低劳动强度。 定位分析比较： 方案 1：采用压板用螺栓联接，利用汽缸夹紧，这种夹紧方式夹紧力可靠， 辅助时间短，工人劳动强度小，但是成本高。 方案 2：采用压板，用螺栓、螺母联接，利用手动夹紧，这种夹紧方式夹紧 力小，但成本低。 本次设计零件为大批量生产，要求成本低，且在加工过程中夹紧力要求不高， 因此夹具夹紧方案选用方案二，利用螺栓、螺母手动夹紧。压板选择为直压板， 加工两个零件时，为了防止两工件在长度尺寸上的误差，而导致直压板不能完全 压住两工件，因此，在压板两端设计了两个浮动压头，且压板也螺栓、螺母的连 接采用球面垫圈，这样就能消除两工件的尺寸误差，因此方案 2 更合理。 车床支架机械加工工艺及夹具设计 6 3.3 夹具总体设计 夹具是装夹工件的母体，所以，夹具制造要有相对较高的精度，夹具设计中， 应首先选用典型的夹紧机构。在满足要求的前提下，选用的标准件越多越好，夹 具越简单越好。 首先，基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合 理可以使加工质量得到保障，生产得到保证，生产率得到提高。 （1）夹具设计说明 本夹具设计时以前道铸造工序成型后的表面作为粗基准，再以加工好的面作 为基准加工另外一个面。定位元件用于确定工件在夹具中的位置，使工件相对于 刀具及运动轨迹有一个正确的位置。定位元件是夹具的主要功能元件之一，其定 位精度将直接影响攻坚饿加工精度。定位元件主要有支承钉、支撑板、可调支承 和辅助支承四种。 由于车床支架零件在本道工序之间没有已经加工过的表面，因此使用支承钉 作为定位元件较为合适，因此，在本设计中，分别以三个支承钉作为工件F面的 定位，限制工件x轴旋转、y轴旋转、z向移动三个自由度。 另外，由于车床支架零件的结构特点具有外圆表面，以外圆定位时，通常采 用V型架装置。根据工件的特点，需要采用一个可调支承以使工件能完全定位。 安装时，先将工件放在三个支承钉（消除x轴旋转、y轴旋转、z向移动三个 自由度）之上，并靠在右边的支承钉之上（消除x向移动一个自由度） ，并由一个 V型架定向（消除z轴旋转一个自由度） ，然后调节可调支承（消除y向移动一个方 向自由度）转动手柄通过锁紧螺母动作，把工件夹紧，此时六个自由度全部消除。 由于工件的后道工序加工孔时的精度要求不高，因此本夹具使用了工件毛坯 底面作为定位基准，并且使用定位钉作为支承。 本夹具夹紧方案为利用螺栓、螺母手动夹紧。压板选择为直压板，加工两个 零件时，为了防止两工件在长度尺寸上的误差，而导致直压板不能完全压住两工 件，因此，在压板两端设计了两个浮动压头，且压板也螺栓、螺母的连接采用球 面垫圈，这样就能消除两工件的尺寸误差。 （2）切削力的计算 在铣削时夹紧力产生的力矩，必须满足机床夹具设计手册中所规定的要 求，刀具材料：YG8细齿硬质合金面铣刀 车床支架机械加工工艺及夹具设计 7 刀具有关几何参数： 00 0 1510 00 0 128 00 85 n 00 2515 mmD638Z zmmaf/25 . 0 mmap0 . 2 由机床夹具设计手册表 1-2-9 可得铣削切削力的计算公式： PzppC zKBDfaCF 9 . 01 . 172 . 0 1 . 1 查参考文献13表得： 1021 510 p C 对于灰铸铁： 55 . 0 ) 190 ( HB Kp 取 ， 即195HB 96 . 0 p K 所以 1.10.721.10.9 510 2.00.2563608 0.96640.69() C FN 由参考文献3表 1-2 可得： 垂直切削力 ：（对称铣削） 0.85544.59() CNC FFN 背向力：0.55297.32() PC FFN （3）夹紧力的计算 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： FKWK 安全系数 K 可按下式计算： 6543210 KKKKKKKK 式中：为各种因素的安全系数，见参考文献13表可得： 60 KK 121 25 . 2 0 . 10 . 13 . 12 . 10 . 12 . 12 . 1K 所以 )(55.144125 . 2 69.640NFKW CK )(62.129725 . 2 72.576NFKW CNK )(86.79225. 238.352NFKW PK 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。 单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： )( 21 0 tgtg QL W z 式中参数由机床夹具设计手册可查得： 0 912 059 2 其中： 120()Lmm)(25 NQ 螺旋夹紧力： )(08.1923 0 NW 易得： K WW 0 车床支架机械加工工艺及夹具设计 8 经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可 靠的，可以满足切削力的要求。 （4）夹具的误差分析 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 的工序公差。 gwj 与机床夹具有关的加工误差 j ，一般可用下式表示： MjjjWDADZWj 由参考文献13可得： 平面定位心轴定心的定位误差 ： 0 WD 夹紧误差 ： cos)( minmax yy jj 其中接触变形位移值： mm l N c HB k Rk nZHB aZRaZy 004 . 0 ) 62.19 )( 1 mm yjj 0036 . 0 cos 磨损造成的加工误差： Mj 通常不超过 mm005. 0 夹具相对刀具位置误差： AD 取 mm01 . 0 误差总和： 0.05220.11 jw mmmm 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。 本课题所设计方案如下图所示： 该夹具对工件的定位考虑合理，且夹具结构简单，可适合于中批量生产。 3.4 夹具体的设计 夹具体是夹具的基础件，夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成为一个 整体。在机械零件的结构设计中需要注意的内容主要有以下四个方面： （1）便于装夹 零件的结构应便于加工时的定位和夹紧，装夹次数要少。 （2）便于加工 零件的结构应尽量采用标准化数值，以便使用标准化刀具和量具。同时还注 意退刀和进刀，易于保证加工精度要求，减少加工面积及难加工表面等。 （3）便于数控加工 被加工零件的数控工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性与方便性 来作工艺性分析。本道工序所用夹具体的材料为 HT200。HT200 是灰铸铁的牌号, 灰铸铁 HT200 表 30 试样的最低抗拉强度 200MPa. 车床支架机械加工工艺及夹具设计 9 （4）便于测量 设计零件结构时，还应考虑测量的可能性与方便性。 基于以上机械零件结构设计的原则，本夹具的设计外形尺寸是 12795200，设计壁厚最薄处为 18mm. 铣床夹具的夹具体承受较大的切削力，因此要有足够的强度、刚度和稳定性 能。通常在夹具体上要适当布置筋板，夹具体的安装面应足够大，且尽可能作成 周边接触的形式。 铣床夹具通常通过定位键与铣床工作台T形槽的配合来确定夹具在机床上的 方位。定位键与夹具体的配合采用H7/h6。 为了降低夹具体的制造成本，铸造时铸出凸台，在夹具体加工时只加工夹具 体上装配表面，这样夹具的精加工部分面积都很小，从而降低了夹具的制造成本。 在夹具设计中，本夹具有以下特点： A、该夹具采用手动夹紧，可靠方便，省时省力，尺寸小，不需要增压装置， 结构简单。 B、该夹具采用一面两销定位，误差少，能够满足工件的加工要求； C、工件要求不太高，夹具各公差配合适当放宽，降低了夹具的制造精度， 从而使夹具生产成本不太高，符合夹具设计要求。 一批工件逐个的在夹具上定位时，各个工件所占据的位置