K51-支架工艺规程及夹具设计二副[镗+钻]【含CAD图纸、说明书、工艺工序卡片】
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K51-支架工艺规程及夹具设计二副[镗+钻]【含CAD图纸、说明书、工艺工序卡片】
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I 毕业设计毕业设计( (论文论文) )说明书说明书 题 目：支架工艺规程夹具设计 系 别： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： II 摘 要 本文是对支架零件加工应用及加工的工艺性分析，主要包括对零件图的分析、毛 坯的选择、零件的装夹、工艺路线的制订、刀具的选择、切削用量的确定、加工工艺 文件的填写。选择正确的加工方法，设计合理的加工工艺过程。此外还对支架零件的 工序的加工设计了专用夹具. 机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广的通用夹具，规格尺寸多已标准化， 并且有专业的工厂进行生产。而广泛用于批量生产，专为某工件加工工序服务的专用 夹具，则需要各制造厂根据工件加工工艺自行设计制造。本论文夹具设计的主要内容 是设计专用夹具。 关键词：加工工艺；加工方法；工艺文件；夹具 III Abstract This paper is the analysis of process of the fork parts processing application and processing, including the parts of the analysis, the choice of blank, the clamping, the formulation process route, tool selection, cutting dosage, process documents. Choose the correct methods for processing, manufacturing process design. In addition also two processes of fork parts design special fixture. Many types of machine tool fixture, wherein, the use scope broadest general jig, sizes have been standardized, and has a professional production plant. But widely uses in the volume production, special fixture designed for a workpiece processing services, requires the factory according to the workpiece processing technology to design and manufacture. The main content of this thesis is to design 2 sets of fixture design fixture. Key words: processing; processing method; process documents; fixture IV 目目 录录 摘 要.II ABSTRACT.III 1 前言.1 2 机械加工工艺及夹具设计的发展1 2.1 发展历史.1 2.2 发展现状.1 2.3 发展趋势.2 2.3.1 夹具的发展趋势.2 2.3.2 机械加工制造技术的发展趋势.3 3 零件的分析4 3.1 零件的作用.4 3.2 零件的工艺分析.4 4 工艺规程设计6 4.1 加工工艺过程.6 4.2 确定各表面加工方案6 4.3 确定定位基准.6 4.3.1 粗基准的选择.6 4.3.2 精基准选择的原则.6 4.4 制定工艺路线.7 4.5 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定.9 4.6 确立切削用量及基本工时.10 5 镗 76.2 的孔和 152 的孔夹具设计.18 5.1 研究原始质料.18 5.2 设计要求.18 5.3 夹具的组成.19 5.4 夹具的分类和作用.19 5.5 定位、夹紧方案的选择.21 5.6 切削力及夹紧力的计算.21 V 5.7 误差分析与计算.25 5.8 夹具设计及操作的简要说明.27 6 钻 613 的孔，18 孔夹具设计28 6.1 问题提出28 6.2 夹具的设计28 6.3 切削力及夹紧力的计算28 6.4 钻孔与工件之间的切屑间隙.31 6.5 钻模板.32 6.6 定位误差的分析32 6.7 确定夹具体结构和总体结构.35 总 结37 谢 辞38 参考文献39 1 1 前言 机械加工工艺及夹具设计是毕业前对专业知识的综合运用训练。制造技术 已经是生产、国际经济竞争、产品革新的一种重要手段，所有国家都在寻求、 获得、开发和利用它。它正被看作是现代国家经济上获得成功的关键因素。 机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法。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 工工艺来体现。而机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使 工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。 它们的研究对机械工业有着很重要的意义。 2 机械加工工艺及夹具设计的发展 2.1 发展历史 从 1949 年以来，我国机械工业有了很大的发展，已经成为工业中产品门类 比较齐全、具有相当规模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阶段 性的差距，主要表现在机械产品质量和水平不够高，加工工艺过程不合理，夹 具应用也比较少，使其加工工人劳动强度大，加工出来的产品也不理想。 2.2 发展现状 现在，各工业化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。 机械加工工艺及夹具随着制造技术的发展也突飞猛进。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。突破已往的死模式。 使其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。还应保证操作者 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。 2 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 种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 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。 2.3 发展趋势 长期以来，加工工艺编制是由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。CAPP 将是机械 加工工艺的发展趋势，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。 2.3.1 夹具的发展趋势 现代机床夹具的发展趋势主要表现为标准化、高效化、精密化和柔性化等 四个方面。 （1）标准化 机床夹具的目的就在于提高生产效率，这样也就必使其具有 标准化和通用化，而机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前 我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991 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，有利于 缩短生产准备周期，降低生产总成本。 （2）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间， 3 以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。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，在铣床上使用电动虎钳装夹工 件，效率可提高 5 倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在 试验转速为 9000r/min 的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度 提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在 数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换 夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。 （3）精密化 机床夹具的精度会直接影响到零件的加工精度，而随着机械 产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构 类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1“；用于精密车 削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为 5m。这些精密化的夹具为以后零 件加工的精度提供了保证。 （4）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通 过调整、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、模块化夹具、数控夹具等。为 适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改 变专用夹具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 的主要方向。 2.3.2 机械加工制造技术的发展趋势 （1）特种加工 它是指一些物理的、化学的加工方法，如电火花加工、电 解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工等。特种加工方法的主要对象是 难加工材料的加工，如金刚石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可达分子 级加工单位或原子级加工单位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要 手段。特种加工与传统加工相结合的复合加工有较大的发展前途。 （2）快速成形 利用离散、堆积成形概念，可将一个三维实体分解为若干 二维实体制造出来，再经堆积而构成三维实体。 （3）精密工程 它包括精密加工的超精密加工技术、微细加工和超微细加 工技术、微型机械和纳米技术等方面。当前，以纳米技术为代表的超精密加工 技术和以微细加工为手段的微型机械技术有重要意义，它们代表了这一时期精 密工程的方向。 （4）传统加工工艺的改造和革新 这一方面的技术潜力很大，如高速切削、 超高速切削、强力磨削、超硬材料磨具的出现都对加工理论的发展、加工质量 和效率的提高有重要意义。另一方面，旧设备的改造和挖潜，如普通机床改造 4 成数控机床等，对机械工业的发展和提高是不容忽视的。 3 零件的分析 3.1 零件的作用 支架是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但 其加工孔和底面的精度要求较高，此外还有小头孔端要求加工，对精度要求也 很高。支架的底面、大头孔上平面和小头孔粗糙度要求都是，所以都要6 . 1Ra 求精加工。其小头孔与底平面有垂直度的公差要求，支架底面与大头孔上平面 有平行度公差要求，所要加工的槽，在其槽边有平行度公差和对称度公差要求 等。因为其尺寸精度、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。 题目所给的零件是支架。它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运 动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。 5 3.2 零件的工艺分析 一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性， 也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的 劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加 工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。 车床共有加工表面，其间有一定位置要求。分述如下： 粗铣一侧大端面，留 5mm 加工余量 粗铣另外一侧大端面，留 3mm 加工余量 粗铣 76 凸台一侧端面，留 5mm 加工余量 粗铣 76 凸台另外一侧端面，留 5mm 加工余量 精铣一侧大端面，留 1mm 加工余量 精铣另外一侧大端面，加工到尺寸 精铣 76 凸台一侧端面，留 1mm 加工余量 精铣 76 凸台另外一侧端面，加工到尺寸 粗镗、半精镗 2-76.2 孔，152 孔 精镗 2-76.2 孔，152 孔 钻扩铰 33 孔 粗铣两侧孔的端面，保证尺寸 铣开槽 1.5 钻孔 6-13 钻扩铰 18 孔 由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另 外一组。 上面主要是对支架零件的结构、加工精度和主要加工表面进行了分析，选 择了其毛坯的的制造方法为模锻和中批的批量生产方式，从而为工艺规程设计 提供了必要的准备。 6 4 工艺规程设计 4.1 加工工艺过程 该支架零件的主要加工表面是平面、孔系和槽系。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。 4.2 确定各表面加工方案 影响加工方法的因素 要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和 设备，推广新技术，提高工艺水平。 要考虑被加工材料的性质，例如：淬火钢必须采用磨削或电加工；而有 色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。 此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求， 工件形状和重量等。 要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求， 选择加工方法及分几次加工。 根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小 批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工， 在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。 选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。 4.3 确定定位基准 4.3.1 粗基准的选择 从支架零件图分析可知，主要是选择加工支架底面的装夹定位面为其加工 粗基准。从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证支架在整 个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。 4.3.2 精基准选择的原则 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证支架在整个 加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从支架零件图分析可知，它的底平 面与小头孔，适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度 不够，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上 7 都采用统一的基准定位的要求。至于两侧面，因为是非加工表面，所以也可以 用大头孔为加工基准。 4.4 制定工艺路线 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,可以考虑采用万能性机 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。 （1）. 工艺路线方案一 工序号 工序名称工 序 内 容 10 铸造铸造 20 时效处理时效处理 30 粗铣粗铣一侧大端面，留 5mm 加工余量 40 粗铣粗铣另外一侧大端面，留 3mm 加工余量 50 粗铣粗铣 76 凸台一侧端面，留 5mm 加工余量 60 粗铣粗铣 76 凸台另外一侧端面，留 5mm 加工余量 70 精铣精铣一侧大端面，留 1mm 加工余量 80 精铣精铣另外一侧大端面，加工到尺寸 90 精铣精铣 76 凸台一侧端面，留 1mm 加工余量 100 精铣精铣 76 凸台另外一侧端面，加工到尺寸 110 镗 粗镗、半精镗 2-76.2 孔，152 孔 120 镗 精镗 2-76.2 孔，152 孔 130 钻扩铰 钻扩铰 33 孔 140 粗铣粗铣两侧孔的端面，保证尺寸 （图纸少尺寸） 150 粗铣铣开槽 1.5 160 钻孔钻孔 6-13 8 170 钻孔钻扩铰 18 孔 180 钳 去毛刺 190 检 检验入库 （2）. 工艺路线方案二 10 铸造铸造 20 时效处理时效处理 30 粗铣粗铣一侧大端面，留 5mm 加工余量 40 粗铣粗铣另外一侧大端面，留 3mm 加工余量 50 粗铣粗铣 76 凸台一侧端面，留 5mm 加工余量 60 粗铣粗铣 76 凸台另外一侧端面，留 5mm 加工余量 70 精铣精铣一侧大端面，留 1mm 加工余量 80 精铣精铣另外一侧大端面，加工到尺寸 90 精铣精铣 76 凸台一侧端面，留 1mm 加工余量 100 精铣精铣 76 凸台另外一侧端面，加工到尺寸 110 镗 粗镗、半精镗 2-76.2 孔，152 孔 120 镗 精镗 2-76.2 孔，152 孔 130 钻扩铰 钻扩铰 33 孔 140 粗铣粗铣两侧孔的端面，保证尺寸 150 钻孔钻孔 6-13 160 钻孔钻扩铰 18 孔 170 粗铣铣开槽 1.5 180 钳 去毛刺 190 检 检验入库 上面的工序加工不太合理，因为由经验告诉我们大多数都应该先铣平面再加 工孔，那样会更能容易满足零件的加工要求，效率不高，但同时钻两个孔，对设 9 备有一定要求。且看另一个方案。 上面工序可以适合大多数生产，但是在全部工序中间的工序七把两件铣 断，对以后的各工序的加工定位夹紧不方便，从而导致效率较低。再看另一方案。 （4）. 工艺路线方案三 10 铸造铸造 20 时效处理时效处理 30 粗铣粗铣一侧大端面，留 5mm 加工余量 40 粗铣粗铣另外一侧大端面，留 3mm 加工余量 50 粗铣粗铣 76 凸台一侧端面，留 5mm 加工余量 60 粗铣粗铣 76 凸台另外一侧端面，留 5mm 加工余量 70 精铣精铣一侧大端面，留 1mm 加工余量 80 精铣精铣另外一侧大端面，加工到尺寸 90 精铣精铣 76 凸台一侧端面，留 1mm 加工余量 100 精铣精铣 76 凸台另外一侧端面，加工到尺寸 110 镗 粗镗、半精镗 2-76.2 孔，152 孔 120 镗 精镗 2-76.2 孔，152 孔 130 钻扩铰 钻扩铰 33 孔 140 粗铣粗铣两侧孔的端面，保证尺寸 （图纸少尺寸） 150 粗铣铣开槽 1.5 160 钻孔钻孔 6-13 170 钻孔钻扩铰 18 孔 180 钳 去毛刺 190 检 检验入库 10 4.5 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 支架零件材料为 HT200，硬度 190210HB，毛坯重量 1.45kg，生产类型为中 批量，铸造毛坯。 据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及 毛坯尺寸如下： （1）.外圆表面（52） 考虑其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。 （2）. 外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差（25，60 端面） 。 查机械制造工艺设计简明手册 （以下称工艺手册 ）表 2.126，取 25，52 端面长度余量均为 2.5（均为双边加工） 铣削加工余量为： 粗铣 2mm 半精铣 0.7mm （6）. 其他尺寸直接铸造得到 由于本设计规定的零件为中批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、 最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。 4.6 确立切削用量及基本工时 由于工序太多，选取其中几个典型的工序进行计算。 工序 30 粗铣一侧大端面，留 5mm 加工余量 （1）. 加工条件 工件材料：HT200,b =0.12GPa HB=200241,铸造。 加工要求：粗铣 机床：X52K 立式铣床。 刀具： W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。铣削宽度 ae1.9mm/r “ f 由于所选择的进给量远小于及，故所选可用 f f “ ff 17 确定切削速度 v，轴向力 F，转矩 T 以及切削功率，用不同刀具材料进 m P 行钻，扩，铰空的 v,F,T,均可以按表 3.4-8 及表 3.4-10 进行计算。根据所给条 m P 件，可直接在表 3.4-15 中用插入法计算得：v=15m/min,F=3010N,T=10.03, N m: =0.51kw,由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对结果进行修 m P 正，由表 3.4-9 知，切削速度的修正系数 1 0.72,1.0 Mzv kk 故 0 15 0.72 1.010.8/min 10001000 10.8 382 /min 3.14 9 vm v nr d 取 N=375r/min.则实际切削速度 v 为 “ 0 3.14 9 375 10.6/min 10001000 d n vm 由表 3.4-11，切削力及转矩的修正系数 0.75 MFMM kk 故 3010 0.752257.5FN 10.030.757.52TN mN m: 校验机床功率 切削功率为 m P kw “ (/ )0.51 (10.6/15) 0.750.27 mmMM PPvv k 机床有效功率为 2.2 0.811.782 EE PP 因为.故选择的切削用量可用 E P m P 即 “ 0 9,0.25/ ,375 /min,10.6/mindmm fmm r nrvm 2257.5,7.52,0.27 M FN TN m Pkw: 18 5 镗 76.2 的孔和 152 的孔夹具设计 5.1 研究原始质料 利用本夹具主要用来加工镗 76.2 的孔和 152 的孔夹具设计，加工时除了要 满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。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。 5.2 设计要求 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。 4、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。 19 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。 5.3 夹具的组成 (1) 定位元件 夹具上的圆柱销 5、菱形销 9 和支承板 4 都是定位元件，通过它们使工件在 夹具中占据正确的位置。 (2) 夹紧装置 夹紧装置的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位置。图 3-3 中的螺杆 8(与圆柱销合 成一个零件)、螺母 7 和开口垫圈 6 就起到了上述作用。 (3) 对刀或导向装置 对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。如图 3-3 中钻套 l 和钻模板 2 组成导向装置，确定了钻头轴线相对定位元件的正确位置。 铣床夹具上的对刀块和塞 尺为对刀装置。 (4) 连接元件 连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。如图 3-3 中夹具体 3 的底面为安装基面，保证了钻套 1 的轴线垂直于钻床工作台以及圆柱销 5 的轴 线平行于钻床工作台。因此，夹具体可兼作连接元件。车床夹具上的过渡盘、 铣床夹具上的定位键都是连接元件。 (5) 夹具体 夹具体是机床夹具的基础件，如图 3-3 中的件 3，通过它将夹具的所 有元件连接成一个整体。 20 (6) 其它装置或元件 它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。 5.4 夹具的分类和作用 （1）按专业程度划分 1）通用夹具 通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。 例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作 台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是 适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。 2）专用夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧 凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制 造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。 只适用于产品固定且批量较大的生产中。 3）通用可调夹具和成组夹具 其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的 加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与 成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。 4）组合夹具 组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装 而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、 元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。 5）随行夹具 随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用， 又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的 加工。 （2）按使用的机床分类 由于各类机床自身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。按所使用的机床不同，夹具又可分为：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。 （3）按夹紧动力源分类 根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹 具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。 21 夹具的作用：1缩短辅助时间，提高劳动生产率 夹具的使用一般包括两个过程：其一是夹具本身在机床上的安装和调整，这 个过程主要是依靠夹具自身的定向键、对刀块来快速实现，或者通过找正、试 切等方法来实现，但速度稍慢；其二是被加工工件在夹具中的安装，这个过程 由于采用了专用的定位装置(如 V 形块等)，因此能迅速实现。 2确保并稳定加 I 精度，保证产品质量 加工过程中，工件与刀具的相对位置容易得到保证，并且不受各种主观因 素的影响，因而工件的加工精度稳定可靠。 3降低对操作工人的技术要求和工人的劳动强 由于多数专用夹具的夹紧装置只需厂人操纵按钮、手柄即可实现对工件的 夹紧，这在很大程度上减少了工人找正和调整工件的时间与难度，或者根本不 需要找正和调整，所以，这些专用夹具的使用降低了对工人的技术要求并减轻 了工人的劳动强度。 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： 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 本夹具无严格的技术要求，因此，应主要考虑如何提高劳动生产率，降 低劳动强度，精度不是主要考虑的问题。 5.5 定位、夹紧方案的选择 由零件图可知：在对加工轴承孔夹具设计行加工前，底平面进行了粗、精 铣加工，底面孔进行了钻、扩加工。因此，定位、夹紧方案有： 选一面两销定位方式，工艺孔用短圆柱销，用棱形销定位，夹紧方式用操 22 作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。 为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面两销的定位方式，这种定 位在结构上简单易操作。一面即底平面。 5.6 切削力及夹紧力的计算 镗刀材料：（硬质合金镗刀） 5YT 刀具的几何参数： 60 粗 K 90 精 K 10 0 s 80 由参考文献5查表可得： 321 圆周切削分力公式： 0.750.15 2943 CpcP Fa fvK 式中 0.4 p amm 0.15/fmm r rpspoppkmpp KKKKKK 查5表得： 查5表 取 421 () 736 n mp b K 1 250.6b 0.75n 由表可得参数： 621 94 . 0 pk K 0 . 1 op K0 . 1 sp K0 . 1 rp K 即： 764.8() C FN 同理：径向切削分力公式 ： 0.90.750.3 2383 PpcP FafvK 式中参数： 77 . 0 pk K 0 . 1 op K0 . 1 sp K0 . 1 rp K 即： 327.74() P FN 轴向切削分力公式 ： 0.50.4 3326 fpcP Fa fvK 式中参数： 11 . 1 pk K 0 . 1 op K0 . 1 sp K0 . 1 rp K 即： 605.48() f FN 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 可按下式计算有： 6543210 KKKKKKKK 23 式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5表可得： 60 KK 121 1.2 1.0 1.0 1.0 1.3 1.0 1.01.56 C K 1.2 1.2 1.05 1.2 1.3 1.0 1.02.36 P K 1.2 1.2 1.0 1.2 1.3 1.0 1.02.25 f K 所以有： 1193.08() KCC WKFN 766.37() KPP WKFN 1359.90() Kff WKFN 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原 则；参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力 F 夹与切 削力之间的关系 F 夹KF 轴向力：F 夹KF （N） 扭距： Nm 93.111033 . 1 234. 0 5 . 1054.33310 38 . 09 . 13 0 M YF XF M KfdCM 在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数 321 KKKK 实际所需夹紧力：由参考文献16机床夹具设计手册表得： 1121 KFW fK 安全系数 K 可按下式计算，由式（2.5）有： 6543210 KKKKKKKK 式中：为各种因素的安全系数，见参考文献16机床夹具设计 60 KK 手册表 可得： 121 25 . 2 0 . 10 . 13 . 12 . 10 . 12 . 12 . 1K 所以 )(55.445625 . 2 69.1980NFKW fK 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， 决定选用螺旋夹紧机构。 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 24 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。 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： a.建立理论夹紧力 FJ 理与主要最大切削力 FP 的静平衡方程：FJ 理= (FP)。 b.实际需要的夹紧力 FJ 需，应考虑安全系数，FJ 需=KFJ 理。 c.校核夹紧机构的夹紧力 FJ 是否满足条件：FJFJ 需。 夹具的夹紧装置和定位装置1 2 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 25 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。 达到夹紧和定心作用。 工件通过定位销的定位限制了绕 Z 轴旋转，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51226 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： )( 21 0 tgtg QL W z 式中参数由参考文献5可查得： 6.22 2.76 z r 90 1 059 2 2 29 26 其中： 33()Lmm)(80 NQ 螺旋夹紧力： 0 4748.2()WN 该夹具采用螺旋夹紧机构， 由上述计算易得： KK WW 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。 5.7 误差分析与计算 该夹具以一面两销定位，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。 gwj 与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： j MjjjWDADZWj 由参考文献5可得： 两定位销的定位误差 ： 11 1minD WDd 1122 1min2min . 2 DdDd J W arctg L 其中： ， 1 0.052 D mm 2 0 D mm ， 1 0.011 d mm 2 0.023 d mm ， 1min 0mm 2min 0.034mm 0.063 D W mm . 0.0032 J W mm 夹紧误差 ： cos)( minmax yy jj 其中接触变形位移值： 1 ()() 19.62 n HBZ yRaZaZ kN kRc HBl 27 查5表 1215 有。 1 0.004,0.0016,0.412,0.7 RazHB KKCn cos0.0028 j jy mm 磨损造成的加工误差：通常不超过 Mj mm005 . 0 夹具相对刀具位置误差：取 AD mm01 . 0 误差总和： 0.0850.3 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。 5.8 夹具设计及操作的简要说明 为提高生产率，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋 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。 28 6 钻 613 的孔，18 孔夹具设计 为了提高生产率，保证质量。本夹具将用在 z535 钻床。刀具是高速钢钻 头。 6.1 问题提出 本夹具主要用来加工613 的孔，18 孔所以后文的计算全部采用的 是 5）。这两个孔与上下端面有着垂直度的要求，设计夹具时，要求保证垂直 度要求。 6.2 夹具的设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 6.3 切削力及夹紧力的计算 刀具：钻头613 的孔，18 孔 则轴向力：见工艺师手册表 28.4 F=Cdfk 3.1 F 0 F z F y F 式中： C=420， Z =1.0, y =0.8, f=0.35 FFF k =( F 07 . 1 ) 190 200 () 190 3 . 1 F n HB F=420 1.00.8 50.351.072123()N 转矩 T=C dfk T 0 T Z T y T 式中: C =0.206, Z =2.0, y =0.8 TTT T=0.206 2.00.8 50.351.0717.34()NM 功率 P = m 0 17.34 16.95 0.726 30305 V T KW d 在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 29 K=K K K K 12 3 4 式中 K 基本安全系数，1.5; 1 K 加工性质系数，1.1; 2 K刀具钝化系数, 1.1; 3 K 断续切削系数, 1.1 4 则 F =KF=1.5 / )(423921231 . 11 . 11 . 1N 钻削时 T=17.34 N M 切向方向所受力: F = 1 N L T 267 1065 34.17 3 取 1 . 0f F =4416 f)(6 .4411 . 0N F F f 1 所以,时工件不会转动,故本夹具可安全工作。 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 可按下式计算有： 6543210 KKKKKKKK 式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5表可得： 60 KK121 1.2 1.0 1.0 1.0 1.3 1.0 1.01.56 C K 30 1.2 1.2 1.05 1.2 1.3 1.0 1.02.36 P K 1.2 1.2 1.0 1.2 1.3 1.0 1.02.25 f K 所以有： 1193.08() KCC WKFN 766.37() KPP WKFN 1359.90() Kff WKFN 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原 则； 参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力 F 夹与 切削力之间的关系 F 夹KF 轴向力：F 夹KF （N） 扭距： N93.111033 . 1 234. 0 5 . 1054.33310 38 . 09 . 13 0 M YF XF M KfdCM m 在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数 321 KKKK 由资料机床夹具设计手册查表可得：721 切削力公式： 式 Pf KfDF 75 . 0 2 . 1 412 （2.17） 式中 5Dmmrmmf/3 . 0 查表得： 82195. 0) 190 ( 6 . 0 HB Kp 即：)(69.1980NFf 实际所需夹紧力：由参考文献16机床夹具设计手册表得：1121 KFW fK 31 安全
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