机械制造技术课程设计-卡盘体加工工艺及铣卡槽夹具设计（全套图纸）

XX 大学大学 设计论文 卡盘体零件机械加工工艺规程和专用夹具设计 所 在 学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指 导 老 师 年 月 日 II 摘 要 卡盘体零件加工工艺及钻床夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专 用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出 毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步 的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹 具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具 体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构 的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。 关键词：工艺，工序，切削用量，夹紧，定位，误差 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 III Abstract Shell parts processing technology and design of drilling jig design process design, including the parts processing process design and fixture three. In the process of design should first carries on the analysis to the components and parts of the process to understand the design of blank structure, and choose the good components the processing datum, designs the process routes of the parts; then the parts of each step of process dimension calculation, is the key to decide the craft equipment and the cutting dosage of each working procedure; design then the special jig, fixture for the various components of the design, such as the connecting part positioning device, clamping device, guide device, clamp and the machine tool and other components; the positioning error calculate fixture positioning, analysis of the rationality and deficiency of fixture structure, pay close attention to the improvement and design in later. Keywords: process, process, cutting, clamping, positioning error IV 目 录 摘 要 . II Abstract. III 目 录 IV 第 1 章 序 言 1 第 2 章 零件的分析 1 2.1 零件的形状零件的形状 1 2.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 2 第 3 章 工艺规程设计 3 3.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 . 3 3.2 基面的选择基面的选择 . 3 3.3 制定工艺路线制定工艺路线 . 3 3.3.1 工艺路线方案一 4 3.3.2 工艺路线方案二 4 3.3.3 工艺方案的比较与分析 4 3.4 选择加工设备和工艺装备选择加工设备和工艺装备 . 5 3.4.1 机床选用 5 3.4.2 选择刀具 5 3.4.3 选择量具 5 3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 6 3.6 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 7 第 4 章 铣卡槽夹具设计 20 4.1 研究原始质料研究原始质料 . 20 4.2 设计要求设计要求 . 20 4.3 夹具的组成夹具的组成 . 20 4.4 夹具的分类和作用夹具的分类和作用 . 21 4.5 定位、夹紧方案的选择定位、夹紧方案的选择 . 23 4.6 切削力及夹紧力的计算切削力及夹紧力的计算 . 23 4.7 误差分析与计算误差分析与计算 . 27 V 4.8 确定分度装置确定分度装置 28 4.9 夹具设计及操作的简要说明夹具设计及操作的简要说明 . 29 总 结 30 致 谢 31 参 考 文 献 32 1 第 1 章 序 言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装 备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装 备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此 制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从 某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平 的重要指标。 卡盘体零件加工工艺及夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设 计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。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，并设计出专用夹具，保证尺寸 证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和 实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产 实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。 1 第 2 章 零件的分析 2.1 零件的形状零件的形状 题目给的零件是卡盘体零件，卡盘是机床上用来夹紧工件的机械装置。利用均布在 卡盘体上的活动卡爪的径向移动，把工件夹紧和定位的机床附件。卡盘一般由卡盘体、 活动卡爪和卡爪驱动机构 3 部分组成。 卡盘体直径最小为 65 毫米， 最大可达 1500 毫米， 中央有通孔，以便通过工件或棒料；背部有圆柱形或短锥形结构，直接或通过法兰盘与 机床主轴端部相联接。卡盘通常安装在车床、外圆磨床和内圆磨床上使用，也可与各种 分度装置配合，用于铣床和钻床上。 零件的实际形状如上图所示， 从零件图上看， 该零件是典型的零件， 结构比较简单。 具体尺寸，公差如下图所示。 图图 2-1 卡盘体工件图卡盘体工件图 2 2.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 由零件图可知，其材料为 HT300，该材料为 HT300，具有较高强度，耐磨性，耐热 性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。 卡盘体零件主要加工表面为：1.车外圆及端面，表面粗糙度 a R 值为 3.2 m。2.车 外圆及端面，表面粗糙度 a R 值 3.2 m。3.车装配孔，表面粗糙度 a R 值 3.2 m。4.半 精车侧面，及表面粗糙度 a R 值 3.2 m。5.两侧面粗糙度 a R 值 6.3 m、12.5 m，法兰 面粗糙度 a R 值 6.3 m。 卡盘体共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下： (1)左端的加工表面： 这一组加工表面包括：左端面，内孔60H7 粗车后半精车就可以达到精度要求。 而钻工没有精度要求，因此一道工序就可以达到要求，并不需要扩孔、铰孔等工序。 (2).右端面的加工表面： 这一组加工表面包括：右端面；200 端面外圆，卡槽，锥齿轮孔。其要求 也不高，粗车后精车就可以达到精度要求。 3 第 3 章 工艺规程设计 本卡盘体假设年产量为 10 万台，每台车床需要该零件 1 个，备品率为 19%，废品率 为 0.25%，每日工作班次为 2 班。 该零件材料为 HT300 ，考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择铸铝铸造。 依据设计要求 Q=100000 件/年，n=1 件/台；结合生产实际，备品率和 废品率分别 取 19%和 0.25%代入公式得该工件的生产纲领 N=2XQn(1+)（1+)=238595 件/年 3.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT300 ，铸件的特点是液态成形，其主要优点是适应性强，即适用于不 同重量、不同壁厚的铸件，也适用于不同的金属，还特别适应制造形状复杂的铸件。考 虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用铸件，以 便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平，而且零件 轮廓尺寸不大，可以采用砂型铸造，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成本 上考虑，也是应该的。 3.2 基面的选择基面的选择 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，生产效率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚 者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 粗基准的选择，对像卡盘体这样的零件来说，选好粗基准是至关重要的。对本零件 来说，如果外圆的端面做基准，则可能造成这一组内外圆的面与零件的外形不对称，按 照有关粗基准的选择原则(即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面做粗基准， 若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对应位置精度较高的不加工表 面做为粗基准)。 对于精基准而言， 主要应该考虑基准重合的问题， 当设计基准与工序基准不重合时， 应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。 3.3 制定工艺路线制定工艺路线 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。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下，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。 除此以外， 还应当考虑经济效果， 以便使生产成本尽量下降。 4 3.3.1 工艺路线方案一 10 铸造 铸造出毛坯 20 热处理 毛坯热处理，时效处理 30 粗车 粗车200 右端面，粗车外圆200 40 粗车 粗车200 左端面 50 粗镗 粗镗内孔60H7，注意各外圆留 1mm 的余量 60 精镗 精镗内孔60H7 70 精车 精车200 端面外圆，达到图纸尺寸公差要求 80 钻孔攻丝 钻左端面各孔并进行攻丝 90 钻孔 钻锥齿轮孔(3 处) 100 铣 铣卡槽（3 处） 110 钳 去毛刺，清洗 120 终检 终检入库 3.3.2 工艺路线方案二 10 铸造 铸造出毛坯 20 热处理 毛坯热处理，时效处理 30 粗车 粗车200 右端面，粗车外圆200 40 粗车 粗车200 左端面 50 粗车 粗车内孔60H7，注意各外圆留 1mm 的精车余量 60 精车 精车内孔60H7 70 精车 精车200 端面外圆，达到图纸尺寸公差要求 80 钻孔攻丝 钻左端面各孔并进行攻丝 90 钻孔 钻锥齿轮孔(3 处) 100 铣 铣卡槽（3 处） 110 钳 去毛刺，清洗 120 终检 终检入库 3.3.3 工艺方案的比较与分析 上述两个方案的特点在于：方案一的定位和装夹等都比较方便，但是要更换多台设 备， 加工过程比较繁琐， 而且在加工过程中位置精度不易保证。 方案二减少了装夹次数， 5 但是要及时更换刀具，因为有些工序在车床上也可以加工，镗、钻孔等等。因此综合两 个工艺方案，取优弃劣，具体工艺过程如下： 10 铸造 铸造出毛坯 20 热处理 毛坯热处理，时效处理 30 粗车 粗车200 右端面，粗车外圆200 40 粗车 粗车200 左端面 50 粗车 粗车内孔60H7，注意各外圆留 1mm 的精车余量 60 精车 精车内孔60H7 70 精车 精车200 端面外圆，达到图纸尺寸公差要求 80 钻孔攻丝 钻左端面各孔并进行攻丝 90 钻孔 钻锥齿轮孔(3 处) 100 铣 铣卡槽（3 处） 110 钳 去毛刺，清洗 120 终检 终检入库 3.4 选择加工设备和工艺装备选择加工设备和工艺装备 3.4.1 机床选用 .工序是粗车、粗镗和精车、精镗。各工序的工步数不多，成批量生产，故选用 卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大，精度要求属于中等要求，选用最常用 的 CA6140 卧式车床。参考根据机械制造设计工工艺简明手册表 4.2-7。 .工序是钻孔，选用 Z525 摇臂钻床。 3.4.2 选择刀具 .在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用 YG6 类硬质 合金车刀，它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。 为提高生产率及经济性,可选用可转位车刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。 .钻孔时选用高速钢麻花钻，参考机械加工工艺手册 （主编 孟少农） ，第二卷 表 10.21-47 及表 10.2-53 可得到所有参数。 3.4.3 选择量具 本零件属于成批量生产，一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种：一是按计 量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法 即可。 6 3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “卡盘体” 零件材料为 HT300 ，查机械加工工艺手册 （以后简称工艺手册 ） ， 表 2.2-17 各种铸铁的性能比较，HT300 的硬度 HB 为 143269，表 2.2-23 HT300 的物 理性能，HT300 密度=7.27.3（ 3 cmg） ，计算零件毛坯的重量约为 2kg 。 表 3-1 机械加工车间的生产性质 生产类别 同类零件的年产量件 重型 （零件 重2000kg） 中型 （零件重 1002000kg） 轻型 （零件重 11.8013.20 151 101 表 3-7 通用型麻花钻的主要几何参数的推存值（根据 GB6137-85） （） d (mm) 2 f 8.6 18.00 30 118 12 4060 表 3-8 钻头、扩孔钻和铰刀的磨钝标准及耐用度 16 （1）后刀面最大磨损限度 mm 刀具材料 加工材料 钻头 直径 d0（mm） 20 高速钢 铸铁 0.50.8 （2）单刃加工刀具耐用度 T min 刀具类型 加工材料 刀具材料 刀具直径 d0 （mm） 1120 钻头（钻孔及 扩孔） 铸铁、铜合金 及合金 高速钢 60 钻头后刀面最大磨损限度为 0.50.8mm 刀具耐用度 T = 60 min .确定进给量 查机械加工工艺手册 孟少农 主编，第二卷表 10.4 高速钢钻头钻孔的进给量 为 f=0.250.65zmm,根据表 4.13 *中可知，进给量取 f=0.60 rmm。 .确定切削速度 查机械加工工艺手册 孟少农 主编，表 10.4-17 高速钢钻头在 HT300 （190HBS）上钻孔的切削速度轴向力，扭矩及功率得，V=12minm，参考机械加工 工艺手册 孟少农 主编， 表 10.4-10 钻扩铰孔条件改变时切削速度修正系数 Kmv=1.0， Rtv=0.85。 V=1285. 0=10.32minm （3-17） 则 n= =131minr （3-18） 查表 4.2-12 *可知， 取 n = 150 minr 则实际切削速度 v 实= = =11.8 minm 工序 90 钻锥齿轮孔(3 处) 25 32.101000 1000 dn 1000 2514. 3150 17 钻孔选用机床为 Z525 摇臂机床，刀具选用 GB1436-85 直柄短麻花钻， 机械加工工 艺手册第 2 卷。 根据机械加工工艺手册第 2 卷表 10.4-2 查得钻头直径小于 10mm的钻孔进给 量为 0.200.35 rmm 。 则取 rmmf30 . 0 = 确定切削速度，根据机械加工工艺手册第 2 卷表 10.4-9 切削速度计算公式为 min 0 mk faT dc v v yx p m z v vv v = （3-20） 查得参数为125 . 0 ,55 . 0 , 0,25 . 0 , 1 . 8=myxzc vvvv ，刀具耐用度 T=35min 则 v= 55. 00125 . 0 25 . 0 3 . 0535 71 . 8 =1.6minm 所以 n= 714 . 3 6 . 11000 =72minr 选取 min120rn = 所以实际切削速度为 1000 714 . 3 120 =v =2.64 minm 确定切削时间（一个孔） t= s20 3 . 02 228 = + 工序 110 钻 K 向 4-13 孔 rmmf2 . 0=rmm1 . 050 . 0 = 取 rmmf1 . 0= smv25 . 0 = （min15m） 所以 srn18.11= （min713r） 按机床选取 w n =min800r （sr 3 . 13） 所以实际切削速度smv28 . 0 = （min 3 . 15m） 切削工时（一个孔） ： st 3 . 11 1 . 0 3 . 13 1212 = + = 18 工序 100 铣卡槽（3 处） 工件材料：HT300, 硬度 180200HB，铸造; 机床：铣床，X52K 铣床。 刀具： 高速钢 T 型铣刀， 采用标准镶齿 T 型铣刀。 取铣削宽度 ae=8.0mm,深度 ap=90mm。 根据参考文献 2切削手册 ）表 3.1，取刀具外径 d0=100mm, 根据表 3.9 取齿数 Z=8。 选择刀具前角 n10后角 o12，副后角 o=8，由于其表面粗糙度值为 12.5um，因为 75mm 无尺寸公差要求，总余量 h=23mm，故只需进行三次粗铣即可达到要 求。 2 切削用量 2.1 确定每齿进给量 fz 根据参考文献12 六-常用铣床的技术资料，XA6132 型卧式万能铣床的功率为 7.5kW，工艺系统刚性为中等，根据表 3.3，查得每齿的进给量 fz=0.20.3mm/z，现取 fz=0.2mm/z。 2.2 铣刀磨钝标准及寿命 根据参考文献12 表 3.7， 用高速钢盘铣刀粗加工铸铁， 铣刀刀齿后刀面最大磨损 量为 0.6mm，铣刀直径 d=100mm，耐用度 T=180min。 2.3 确定切削速度和工作台每分钟进给量 f ， 切削速度 0 可由参考文献12 计 算公式 3.27 得： v pu e y z x p m q v k zafaT dC v vvvv v = （式 5.1 ） 也可直接由表查出。 根据表 3.9， 当 0 d =100mm， Z=8， ap=90mm， ae=8.0mm， fz0.24mm/z 时， 14m min t v = ， n v46minr= ，v 77mm min ft = 。 各修正系数为： 0 . 1 0 . 1k = = BvfBnBv MvfMnMv kkk kk 故 19 mm 14 1.0 1.014 minmin n46 1.0 1.046 minmin 77 1.0 1.077 minmin ctv tn fftv vv k rr n k mmmm vv k = = = 根据铣床说明书，选择 0 47.5,75 minmin fc mmr nv= 因此实际切削速度和每齿进给量为 0 0 3.14 100 47.5 vmin14.9min 10001000 75 0.2 47.5 8 e c fc zc d n mm v fmm zmm z n z = = 2.4 校验机床功率 根据表 3.20，当0.14 0.22,90,8.0,85min zpef fmm z amm avmm= 时， 2.2 ct pkw=。 切削功率的修正值系数 , 0 . 1= MPc k 故实际切削功率为 P2.2 ccct PKW= 根据说明书，机床主轴允许的功率为 KWKW cm 63 . 5 75 . 0 5 . 7P= 故 cm Pp cc P ，因此所决定的切削用量可以采用，即 8.0,75min,47.5min,14.9min,0.20 efcz amm vmmnrvmfmm z=。 3 基本时间 根据参考文献 f 3 m L t v = （式 5.7） L,75lylmm= +=式中，。根据表 3.25，入切量及超切量30ymm+ =，则 (7530)105Lmmmm=+=，故 3 105 min4.2min 75 m t = 20 第 4 章 铣卡槽夹具设计 4.1 研究原始质料研究原始质料 利用本夹具主要用来加工铣卡槽手动夹具设计，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。 4.2 设计要求设计要求 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。 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。 4.3 夹具的组成夹具的组成 (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 21 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。 (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。 4.4 夹具的分类和作用夹具的分类和作用 （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 22 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。 夹具的作用：1缩短辅助时间，提高劳动生产率 夹具的使用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 23 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。 4.5 定位、夹紧方案的选择定位、夹紧方案的选择 根据零件图分析本次加工的两平面， 采以底面为主要定位基准， 限制 3 个自由度 （绕 X， Y 轴转动、 Z 方向的移动） ， 180mm 孔处的定位销限制 2 个自由度 （X， Y 方向移动） ， 左边的支承钉限制一个自由度（绕 Z 轴的转动） 。 按照基准重合以及精基准的原则，X,Z 方向用设计基准作为定位基准，以避免基准 不重合而引起的基准不重合误差，有利于保证加工精度。 4.6 切削力及夹紧力的计算切削力及夹紧力的计算 轴向进给力、转矩、及功率（查文献【8】表 2-32、2-33） ： 轴向力 f F = EfC yFkF2 0fd ； 转矩： c M = kmfdC ymzm m0 ； 功率： c P = d VM cc 30 。 24 其中： f C =600， f z =1.0， f y =0.7， m c =0.305， m z =2.0， m y =0.8， m k = f k 0 d =8mm， f =0.18mm/r， c V =12.7m/min。 f F = 43. 118. 08600 7 . 00 . 1 =2066.7N c M = 43 . 1 18 . 0 8305 . 0 8 . 00 . 2 =7.08N/m； c P = 630 7 . 1208 . 7 =0.449kw 在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数 k= 1 k 2 k 3 k 4 k ； 式中： 1 k =1.5，基本安全系数； 2 k =1.1，加工性质系数； 3 k =1.1，刀具钝 化系数； 4 k =1.1，断续切削系数。 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： 60 KK为各种因素的安全系数，查参考文献5表121可得： 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： 93.111033 . 1 234 . 0 5 . 1054.33310 38 . 09 . 13 0 = M YF XF M KfdCMNm 25 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1121得：KFW fK = 安全系数 K 可按下式计算，由式（2.5）有： ： 6543210 KKKKKKKK = 式中： 60 KK为各种因素的安全系数，见参考文献16机床夹具设计手册表 121 可得： 25. 20 . 10 . 13 . 12 . 10 . 12 . 12 . 1=K 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 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： 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)。 26 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 27 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 = o 90 1 = 059 2 = o 2 29 = o 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。 4.7 误差分析与计算误差分析与计算 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。 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5可得： 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 = 28 . 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 =+ 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： 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： 0.0850.3 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。 4.8 确定分度装置确定分度装置 由于需要加工 3 个沿圆周均匀分布的孔，因此需要分度装置分度，该夹具采用通用 分度装置雨夹具体连接、分度。 图 6 分度装置剖视图 如上所述，在设计夹具时，在设计夹具时，由于切削力的作用朝下，为提高