机械毕业设计（论文）-凸轮轴支撑轴颈车床进行夹具设计（全套图纸）.pdf

1 摘摘 要要 我的毕业设计课题是汽车凸轮轴加工工艺及夹具设计，凸轮轴对其工作要求、部分 精度较高，如轴上的油孔的加工、支撑轴颈的加工等。凸轮轴的工艺过程，我们尽量做 到清晰明了，在保证表达清楚的基础上，尽量做到简练。仔细分析凸轮轴零件加工技术 要求及加工精度后，合理确定毛坯类型，经过查阅相关参考书、手册、图表、标准等技 术资料，确定各工序的定位基准、机械加工余量、工序尺寸及公差，最终制定出凸轮轴 零件的加工工序卡片，要求年产量为 4000 件。在此设计中，熟悉了机械制造、机械设 计课程中的基本理论，正确解决一个零件加工时的定位、夹紧、工艺路线的拟定以及工 艺尺寸的确定等问题。在此，我们设计了两套夹具，一套为凸轮轴油孔钻床的夹具，一 套为凸轮轴支撑轴颈车床的夹具， 并进行了一些机构的设计， 如分度机构、 顶尖机构等， 还借用了机床端盖、手轮等大量通用件，既有利于加工，又节省不少力气。其中，夹具 设计需要保证被加工面的位置精度；减少辅助时间，提高生产效率；扩大机床的使用范 围；实现工件的装夹加工并减轻劳动强度，改善工作条件，保证生产安全。 优化传统 凸轮轴加工的工艺路线，减少生产环节以及合理布置凸轮轴生产线，提高生产效率，降 低生产成本。改进加工专用夹具，改善凸轮轴加工质量，提高凸轮轴使用寿命。 关键词：凸轮轴；钻床夹具；车床夹具；分度机构 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 2 目 录 摘 要 . 1 引言 . 3 1 零件的功用与结构分析 . 4 1.1 零件的功用 . 4 1.2 凸轮轴的结构特点和技术要求 . 4 1.2.1 凸轮轴的结构特点 . 4 1.2.2 各种凸轮轴的技术要求 . 4 1.2.3 以发动机该凸轮轴为例具体说明 . 5 2 生产类型的确定 . 5 3 确定毛坯的种类 . 6 4 机械加工工艺路线的拟定 . 6 4.1 加工工艺路线的分析 . 6 4.1.1 凸轮加工工艺分析 . 7 4.1.2 加工阶段的划分与工序顺序的安排 . 8 4.1.3 凸轮形面的加工 . 8 4.1.4 加工工艺路线的拟定 . 9 4.2 工艺方案比较与分析 . 11 5 确定机械加工余量、工序尺寸及公差 . 11 6 确定切削用量、工件定额切削力及功率 . 12 6.1 钻孔 . 12 6.2 铰孔 . 12 7 夹具的设计 . 14 7.1 车床夹具设计要求说明 . 14 7.2 车床夹具的设计要点 . 14 7.3 定位机构 . 16 7.3.1、采用两中心孔定位装夹 . 16 7.3.2、用外圆表面定位装夹 . 16 7.3.3、用各种堵头或拉杆心轴定位装夹 . 16 7.4 夹紧机构 . 16 3 7.5 零件的车床夹具的加工误差分析 . 18 7.6 确定夹具体结构尺寸和总体结构 . 19 7.7 零件的车床专用夹具简单使用说明 . 20 8 CAD 绘图简单说明 . 21 总结 . 22 致谢 . 22 参考文献 . 23 引言 毕业设计是大学生在校期间的最后的关键所在，它既是对所学知识的一次全面性考 查，也是我们真正动手、模拟真实环境下的设计过程，这就使我们对本专业的设计工作 有一次更深刻的认识，从而为今后的工作奠定扎实的基础。 为了切实地做好毕业设计，我经过查阅相关参考书、手册、图表、标准等技术资料 和教科书等工具书，编写了这套夹具设计说明书。它通过工艺规程的设计，进一步的明 确了凸轮轴零件的加工工序。通过编写夹具设计说明书，进一步阐明了设计思路，巩固 了所学的机械制造、机械设计课程中的基本理论知识。本次设计编制了一套中批生产的 工艺规程。简单实用的夹具设计更体现了经济技术指标在设计中的重要地位。 设计工作是一项细致、艰苦、复杂、涉及面十分广泛的工作，它不仅巩固了所学的 知识，还使我熟练使用 AutoCAD、SolidWorks 等计算机辅助设计软件以及 Office 系列 办公软件，从而提高和锻炼了我的计算能力、绘图能力等综合能力。但是由于我学时和 水平有限，设计中难免存在一些缺点和错误，在此，恳请各位老师批评指正 设计者： 2015.02 4 1 零件的功用与结构分析 1.1 零件的功用 在汽车发动机的各个零件及机构中，配气机构是非常重要的，配气机构必须根据发 动机气缸内所发生的工作过程，保证正确地打开和关闭气门。而凸轮轴是配气机构中最 重要、最关键的零件，它决定着气门的升程曲线和气门开关时刻，从而直接影响发动机 的进排气量，影响发动机的动力性、经济性和排放性。同时，凸轮轴还驱动分电器、汽 油泵等辅助装置。 1.2 凸轮轴的结构特点和技术要求 1.2.1 凸轮轴的结构特点 各种发动机凸轮轴的结构基本差不多， 主要差别是凸轮轴的数量、 形状和位置不同， 其中以四缸、六缸、八缸发动机的凸轮轴用的最多。就结构特点而言，凸轮轴包括支承 轴颈、进排气凸轮、偏心轮、驱动发动机辅助装置的齿轮和正时齿轮轴颈等几部分。凸 轮轴刚性差、易变形、精度高、加工难度大。 凸轮轴的主体是一根与汽缸组长度相同的圆柱形棒体。上面套有若干个凸轮，用于 驱动气门。 凸轮的侧面呈鸡蛋形。其设计的目的在于保证汽缸充分的进气和排气，具体来说就 是在尽可能短的时间内完成气门的开、闭动作。 1.2.2 各种凸轮轴的技术要求 1）支承轴颈的尺寸精度及各支承轴颈间的同轴度； 2）键槽的尺寸和位置精度； 3）止推面相对于支承轴颈轴线的垂直度； 4）凸轮基圆的尺寸精度和相对于支承轴颈轴线的同轴度； 5）凸轮的周向位置精度（相位角） ； 6）凸轮的形状精度（曲线升程）等。 凸轮轴是内燃机配气系统中关键的零件之一，整个配气机构是由凸轮轴驱动的，凸 轮的设计对整个配气系统的性能起着决定性的作用。凸轮轴刚性差、易变形；精度高， 5 加工难度大；因此，对于凸轮轴的设计、加工、选材、加工工艺等都提出了许多要求。 其主要的技术要求如表 1.1 表述。 表 1.1 凸轮轴的技术要求 主要项目 一般性要求 支撑轴承 尺寸（mm） 表面粗糙度（m） 圆柱度（mm） IT5IT6 Z R0.4 5 级精度 Z R0.4 0.06 0.02 30 凸轮轴表面粗糙度（mm） 中间轴颈相对于两端轴颈的跳动(mm) 相邻两轴颈的径向跳动(mm) 凸轮轴对称中心平面对正时齿轮键槽中心平面 或定位销轴线的角度偏差（） 1.2.3 以发动机该凸轮轴为例具体说明 1）支承轴颈 两个支承轴颈的外圆尺寸82 mm 表面粗糙度 Ra0.4 m.。 2）凸轮 1，2，4，5 位的凸轮基圆尺寸 R500.2，3，6 位的凸轮基圆尺寸 R450.02，表面粗 糙度 Ra0.8 m。 3）支撑轴颈 凸轮轴支撑轴颈尺寸为76mm。 4）轴上油壁孔 轴上油壁孔尺寸为8 mm。 2 生产类型的确定 根据设计任务书所给定的原始资料来确定生产类型。设计任务书给出的资料显示并 按车间的工作情况及工件的重量可知，按产量可分单位生产、小批量生产、中批量生产 及大批量生产。由金属机械加工工艺人员手册表 15- 5 查 零件重 48KG100KG，且 6 年产量为 4000 件，属于中批量生产。 根据该生产特性可以初步确定零件的机械加工工艺过程，由于中批量生产，一般采 用高效机床和专用机床；对刀具一般采用通用刀具，也可以根据工厂实际情况采用专用 刀具；量具采用专用量具；夹具使用专用夹具及辅助夹具来提高生产率，同时节省了人 力、物力，达到经济可行的目的。 3 确定毛坯的种类 在制定工艺规程时，正确的选择毛坯具有重要意义。它不仅影响毛坯的制造工艺设 备及制造费用，还影响零件的机加工工艺，设备和刀具的消耗及工时订额。正确的选用 毛坯需要毛坯制造和机加工工艺人员紧密配合，兼顾冷热加工两个方面的要求。 由于发动机工作时，凸轮轴承受气门开启的周期性冲击载荷。所以，要求凸轮轴和 支承轴颈表面应耐磨，凸轮轴本身应具有足够的韧性和刚性。为此，凸轮轴的主要工作 表面需经热处理。 对于凸轮轴材料目前国内外主要选用铸铁（冷硬铸铁，可淬硬铸铁，球墨铸铁）和 钢（中碳钢，渗碳钢） 。 在国外， 冷硬铸铁凸轮轴多用于凸轮承受随动件高负荷的场合， 这在英国较为普遍， 可淬硬的低合金铸铁凸轮轴多用于凸轮承受随动件低负荷的场合，这在美国较为普遍， 高合金铸铁和特殊合金铸铁凸轮轴则多用于高速发动机。 对于钢凸轮轴，一般是选用中碳钢和渗碳钢经热模锻制坯。 就毛坯精度来说，铸件的精度明显的高于锻件。目前，国内外普遍趋向于精铸和精 锻。 鉴于此，该凸轮轴选用 50Mn 材料毛坯由精锻而成。 4 机械加工工艺路线的拟定 机械加工工艺规程的制定，可分为两大步骤 1）拟定零件的加工工艺路线；2）确定 每道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备及切削用量和工时定额。 4.1 加工工艺路线的分析 在凸轮轴的加工过程中的加工精度，其中受两个主要因素的影响： 7 1）变形 从细长角度来说，突出的问题就是工件本身的刚度低。切削加工时产生较大的受力 变形，其表面余应力也会影响其变形，尤其在加工凸轮时，这种变形更为显著。另一方 面，采用材料为钢的凸轮轴在主要工作表面精加工产生变形。 凸轮轴在加工过程中的变形，不仅影响到后工序加工的余量分配是否均匀，而且变 形过大会导致后续加工无法进行，甚至造成中途报废。凸轮轴加工后的变形，将直接影 响到装配后凸轮轴的使用性能。 因此，在安排其工艺过程时，必须针对工件变形这一特点采取必要的措施，不仅要 把各主要表面的精度加工工序分开，以使粗加工事故时产生的变形在半精加工中得修 正，半精加工的变形在精加工中也得以修正。 2）加工难度大 从形状复杂角度来讲，突出的问题就是凸轮的表面的加工。对于这些表面，不仅有 尺寸精度要求， 还有形状位置要求。 如采用普通的加工设备和一般表面常规的加工方法， 显然是无法保证其加工质量和精度。 例如对凸轮的加工，从满足使用要求的角度来讲，既要求其相位角准确又要求凸轮 曲线的行程满足气门开启和关闭时升降过程的运动为规律，但要注意到凸轮曲线上的各 点相对其转的中心是变化的。当试用一般的靠模机加工时，由于加工半径的变化，势必 引起切削速度与切削力的变化，这样将会使加工后的凸轮曲线产生形状误差，从而影响 凸轮的使用性能。 4.1.1 凸轮加工工艺分析 定位基准的选择一般常规的方法是采用两顶尖作为轴类零件的定位基准。这样避免 了工件在多次装夹具中固定基准的转换而引起的误差，也可以作为后续工序的定位基 准，即符合“基准同意”的原则。 1）粗基准的选择 粗基准的选择是否合理，不仅关系到工件的装夹是否方便、可靠，也关系到精加工 中能否保证加工精度。该凸轮轴加工中粗基准是铣两端面并打中心孔时定位基准的选 择，其目的是加工出后续工序的精基准。为保证后续工序余量均匀，选用支承轴颈的毛 坯外圆柱面及一个侧面作为定位基准。 2）精基准的选择 8 在凸轮轴的加工过程中，精基准选择有下面两种情况： 对于各支承轴颈、外圆表面的粗加工、半精加工、精加工均以两顶尖孔作为精基准 进行定位的；钻孔时以两支承轴颈作为基准进行定位。 4.1.2 加工阶段的划分与工序顺序的安排 1）加工阶段的划分 由于凸轮轴的加工精度较高，整个加工不可能在一个工序内全部完成。为了利于逐 步达到加工要求，必须把整个工艺过程分几个阶段。 传统加工工艺一般分成以下几个阶段： 粗加工（粗车轴颈、凸轮等）半精加工（粗磨轴颈、凸轮等）精加工（精磨轴 颈、凸轮等）光整加工（抛光轴颈、凸轮） 。 现代加工工艺过程： 一般只有粗加工（车轴颈、铣凸轮等）精加工（精磨轴颈、凸轮）光整加工（抛 光轴颈、凸轮）三个阶段，在保证零件加工质量的同时，大大地提高了生产效率，降低 了生产制造成本。 该凸轮轴加工分为以下三个阶段：粗加工阶段包括车各支承轴颈、车凸轮钻通孔、 钻法兰盘孔；半精加工阶段包括凸轮轴外形的初磨；精加工阶段包括凸轮外形、支承轴 颈的二次磨削。 2）工序顺序的安排 对于凸轮、支承轴颈，是按车初磨精磨的顺序加工的。各表面加工顺序从 粗到精，且主要表面与次要表面加工工序相互交叉进行，而从整体上说又符合“先粗后 精”的原则。 4.1.3 凸轮形面的加工 在凸轮轴的加工中，最重要同时难度最大的是凸轮形面的加工。该形面的加工方法 目前主要有车削和磨削两种。 凸轮形面的粗加工目前在国内主要是凸轮轴车床车削加工，也有采用铣削加工和磨 削加工的。如采用双靠模凸轮轴磨床，机床有两套靠模，当砂轮直径在一定范围内时， 使用第一个靠模来工作。当砂轮磨损到一定程度时，靠模自动转换，使用第二个靠模来 工作。该磨床通过对砂轮直径的控制来提高凸轮外形的精度，不仅提高了凸轮形面的加 9 工精度，也使砂轮的利用更经济、合理。 发动机凸轮轴毛坯采用精铸的方法制造，毛坯精度较高，切削量小，故采用磨削的 加工工艺，简化了凸轮形面的加工。凸轮形面的加工采用磨削的方法，在凸轮磨床上完 成粗磨及精磨的加工。工件安装在两顶尖之间并以键槽做轴向定位，在支承轴颈处安装 辅助支承保证凸轮形面的加工精度。发动机凸轮轴形面的加工所采用的凸轮轴磨床是立 方氮化硼磨床，该磨床能迅速地变换磨削的凸轮形状，超过一般仿珩磨的生产率。机床 具有较大的刚度，能承受大的工作负荷。由于立方氮化硼（CBN）砂轮的使用寿命高， 因此，砂轮的直径变化所造成的凸轮形状误差显著减小，也大大提高了凸轮形面的磨削 精度。 4.1.4 加工工艺路线的拟定 综上所述拟工艺路线如下： 工艺路线方案一： 工序号 工序名称 1 备料 2 锻模 3 热处理 4 探伤 5 铣端面、钻中心孔 6 精车两端面凸轮外圆面 7 调质 8 精车外圆面、左端面及凸轮圆 9 钻深孔 10 两端面顶尖孔倒角 11 加工法兰孔 12 锪倒角 13 仿形铣凸轮 14 精磨凸轮 15 钻铣轴壁孔 10 16 中频淬火热处理 17 法兰盘倒角 18 凸轮倒角 19 热处理 20 精磨凸轮 21 精磨轴 22 清洗、去孔内毛刺 23 最终检查 工艺路线方案二： 工序号 工序名称 1 模锻 2 热处理 3 铣端面、钻中心孔 4 粗车凸轮轴各外圆面 5 调质处理 6 精车两端面凸轮外圆面 7 铣凸轮 8 钻通孔38 9 加工通孔两端 10 加工法兰盘孔 11 钻、锪轴壁油孔 12 粗磨凸轮 13 加工法兰盘倒角 14 加工凸轮倒角 15 精磨凸轮 16 精磨轴 17 终检 11 4.2 工艺方案比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一将整个过程的粗精加工分开加工，符合先 粗后精的原则，且定位基准以孔（两顶尖孔）为基准进行加工，符合基准统一原则。而 方案二虽然也符合基准统一原则，但先粗后精基准分开的不是太好。孔加工由于切削力 较大使工件变形也较大，即使在以后的半精、精加工中也很难纠正，而凸轮作为主要加 工表面是不允许的。因此，方案一较方案二好。 5 确定机械加工余量、工序尺寸及公差 根据机体最大外形尺寸为 810mm，毛坯采用精磨锻，选其加工精度等级为二级。则 由金属机械加工工艺人员手册表 45- 38 确定毛坯的加工余量。 1）大端法兰面 表 5.1 工序的尺寸及加工余量 工序名称 工序基本余量 工序精度 工序尺寸 尺寸及 Ra 精铣 1.5 IT10 810 0 1 810 Ra=6.3 粗铣 1075 IT10 811.75 0.7 0 811.75+ 毛坯 3.25 813.25 2.4 1.2 813.25+ 2）支承轴颈的加工 表 5.2 工序的尺寸及加工余量 工序名称 工序基本余量 工序精度 工序尺寸 尺寸及 Ra 磨轴 0.4 IT5 810 Ra=0.4 精车轴 1.1 IT7 82.4 82.4 粗车轴 2.5 IT9 83.5 83.5 Ra=6.3 毛坯 4.0 86.0 86.0 3）钻法兰盘孔 0.027 0 15+mm 4）锪法兰盘孔18 mm 5）钻轴壁油孔8 mm 12 6 确定切削用量、工件定额切削力及功率 6.1 钻孔 1）确定切削速度 V 由金属机械加工工艺人员手册 表 10- 67 知 V=0.10 mm/r。 2）计算轴向力 P 扭矩 M 的值 根据金属机械加工工艺人员手册 表 10- 64 知 P=61.2 DV0.7（公斤力） (6- 1) M=31 D2V0.8（公斤力毫米） (6- 2) 则 P=61.21.480.10.7=180.7（公斤力） M=3114.820.10.8=107.6（公斤力毫米） 3）计算机动时间 T 根据金属机械加工工艺人员手册 P987 知 T= Ll sn + (6- 3) n=1000V D (6- 4) 由公式(6- 4)得 n = 318 45 14.8 =967 mm/r l=0.35D=0.3514.8=5.2 mm 由公式(6- 3)得 T= 5.2 12 0.1 967 + =0.18 min 6.2 铰孔 1）确定切削速度 V 根据金属机械加工工艺人员手册表 10- 63 C m/min vv v v xym p vK T af = (6- 5) 式中 T刀具的耐用度 S进给量 D孔的直径 t 切削深度 13 根据金属机械加工工艺人员手册表 10- 83 的 T=30 min 表 10- 81 的 s=0.6 mm/r t=0.2 mm D=15 mm 则v= 0.3 0.40.20.65 12.1 15 30 0.2 0.8 =11 m/min 2）计算机动时间 T T= 12 lll sn + (6- 6) 由公式(6- 4)得 n= 318 11 15 =233.2 mm/r 1 l =12 mm 由公式(6- 3)得 T= 128.6 12 0.6 233.2 + =0.24 min 3) 工时定额计算 查表可知：a 装卸工件时间： k1=0.22min b 钻换时间： k2=0.10min c 扩换时间： k3=0.10min d 排屑时间： k4=0.06min e 电动起动时间： k5=0.02min f 快进、快退时间： k6=0.05min g 工作台移动： k7=0.10min h 液压缸夹紧时间： k8=0.05min i 快速工作其他时间：k9=0.13min 总的辅助时间为 T=6(k2+k3+k4)+ k1+k5+k6+k7+k8+k9=2.13min 加工此工序需要的总时间：T总=0.18+0.24+2.13=2.55min 14 7 夹具的设计 根据设计任务书给出的要求，我们需设计车床夹具，是一套夹具用于加工凸轮轴支 撑轴颈。 7.1 车床夹具设计要求说明 车床夹具主要用于车削凸轮轴支撑轴颈夹具。因而车床夹具的主要特点是工件加工表面的中心 线与机床主轴的回转轴线同轴。 （1） 安装在车床主轴上的夹具。这类夹具很多，有通用的三爪卡盘、四爪卡盘，花盘，顶尖 等，还有自行设计的心轴；专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、角铁式和花盘式。这类 夹具的特点是加工时随机床主轴一起旋转，刀具做进给运动 定心式车床夹具 在定心式车床夹具上，工件常以孔或外圆定位，夹具采用定心夹紧机构。 角铁式车床夹具 在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时，由于零件形状 较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而须设计专用夹具。这种夹具的夹具体呈角铁状，故称其为角 铁式车床夹具。 花盘式车床夹具 这类夹具的夹具体称花盘，上面开有若干个 T 形槽，安装定位元件、夹紧元 件和分度元件等辅助元件，可加工形状复杂工件的外圆和内孔。这类夹具不对称，要注意平衡。 （2） 安装在托板上的夹具。某些重型、畸形工件，常常将夹具安装在托板上。刀具则安装在车 床主轴上做旋转运动，夹具做进给运动。 由于后一类夹具应用很少，属于机床改装范畴。而生产中需自行设计的较多是安装在车床主轴 上的专用夹具，所以零件在车床上加工用专用夹具。 7.2 车床夹具的设计要点 （1）定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求 当加工回转表面时，要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合，夹具上定位装置的结构和布 置必须保证这一点。 当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，则应以夹具的回转轴线为基 准来确定定位元件的位置。 工件的夹紧应可靠。由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转，故在加工过程中工件除受切 削力矩的作用外，整个夹具还要受到重力和离心力的作用，转速越高离心力越大，这些力不仅降低 夹紧力，同时会使主轴振动。因此，夹紧机构必须具有足够的夹紧力，自锁性能好，以防止工件在 加工过程中移动或发生事故。对于角铁式夹具，夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。 15 （2）夹具与机床主轴的连接 车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的加工精度有一定的影响。因此，要求夹具的回转轴线 与卧式车床主轴轴线应具有尽可能小的同轴度误差。 心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接，用螺杆拉紧。有的心轴则以中心孔与车 床前、后顶尖安装使用。 根据径向尺寸的大小，其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式： 1)对于径向尺寸 D140mm，或 D(23)d 的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中， 并用螺杆拉紧，如图 1-a 所示。这种连接方式定心精度较高。 2)对于径向尺寸较大的夹具，一般用过渡盘与车床主轴轴颈连接。过渡盘与主轴配合处的形状 取决于主轴前端的结构。 图 1-b 所示的过渡盘，其上有一个定位圆孔按 H7/h6 或 H7/js6 与主轴轴颈相配合，并用螺纹和 主轴连接。为防止停车和倒车时因惯性作用使两者松开，可用压板将过渡盘压在主轴上。专用夹具 则以其定位止口按 H7/h6 或 H7/js6 装配在过渡盘的凸缘上，用螺钉紧固。这种连接方式的定心精度 受配合间隙的影响。为了提高定心精度，可按找正圆校正夹具与机床主轴的同轴度。 对于车床主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构，如图 1-c 所示，过渡盘在其长锥面上配合定心， 用活套在主轴上的螺母锁紧，由键传递扭矩。这种安装方式的定心精度较高，但端面要求紧贴，制 造上较困难。 图 1-d 所示是以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式。过渡盘推入主轴后，其端面与主轴端面 只允许有 0.050.1mm 的间隙，用螺钉均匀拧紧后，即可保证端面与锥面全部接触，以使定心准确、 刚度好。 图 1 车床夹具与机床主轴的连接 过渡盘常作为车床附件备用，设计夹具时应按过渡盘凸缘确定专用夹具体的止口尺寸。过渡盘 的材料通常为铸铁。各种车床主轴前端的结构尺寸，可查阅有关手册 16 7.3 定位机构 7.3.1、采用两中心孔定位装夹 一般以重要的外圆面作为粗基准定位，加工出中心孔，再以轴两端的中心孔为定位 精基准；尽可能做到基准统一、基准重合、互为基准，并实现一次安装加工多个表面。 中心孔是工件加工统一的定位基准和检验基准，它自身质量非常重要，其准备工作也相 对复杂，常常以支承轴颈定位，车（钻）中心锥孔；再以中心孔定位，精车外圆；以外 圆定位，粗磨锥孔；以中心孔定位，精磨外圆；最后以支承轴颈外圆定位，精磨（刮研 或研磨）锥孔，使锥孔的各项精度达到要求。 7.3.2、用外圆表面定位装夹 对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况，可用轴的外圆面定位、夹紧并 传递扭矩。一般采用三爪卡盘、四爪卡盘等通用夹具，或各种高精度的自动定心专用夹 具，如液性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。 7.3.3、用各种堵头或拉杆心轴定位装夹 加工空心轴的外圆表面时，常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工件。小锥 孔时常用堵头；大锥孔时常用带堵头的拉杆心轴。 7.4 夹紧机构 选择工件的夹紧方案，夹紧方案的选择原则是夹得稳，夹得劳，夹得快。选择夹紧机构时，要合 理确定夹紧力的三要素：大小、方向、作用点。夹紧装置的基本要求如下： 1. 夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置； 2. 夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不震动，又不因夹 紧力过大而使工件表面损伤、变形。 3. 夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力。 4. 机构应尽量简单，制造、维修要方便。 分析零件加工要素的性质，确定夹紧动力源类型为手动夹紧，夹紧装置为压板，压紧力来源为螺 旋力。夹具的具体结构与参数见夹具装配图和零件图。 17 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= 18 1359.90() Kff WKFN= 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： )(80 NQ = 螺旋夹紧力： 0 4748.2()WN= 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。 7.5 零件的车床夹具的加工误差分析 工件在车床夹具上加工时，加工误差的大小受工件在夹具上的定位误差 D 、夹具误差 J 、夹 具在主轴上的安装误差 A 和加工方法误差 G 的影响。 如夹具图所示，在夹具上加工时，尺寸的加工误差的影响因素如下所述： （1）定位误差 D 由于 C 面既是工序基准，又是定位基准，基准不重合误差 B 为零。工件在夹具上定位时，定位 基准与限位基准是重合的，基准位移误差 Y 为零。因此，尺寸的定位误差 D 等于零。 （2）夹具误差 J 夹具误差为限位基面与轴线间的距离误差， 以及限位基面相对安装基面 C 的平行度误差是 0.01. （3）安装误差 A 因为夹具和主轴是莫氏锥度配合，夹具的安装误差几乎可以忽略不计。 （4）加工方法误差 G 如车床主轴上安装夹具基准与主轴回转轴线间的误差、主轴的径向跳动、车床溜板进给方向与 主轴轴线的平行度或垂直度等。它的大小取决于机床的制造精度、夹具的悬伸长度和离心力的大小 等因素。一般取 因为工件的定位基准和定位元件均有制造误差，所以工件在夹具中定位后的实际位置将在一定 范围内变动，即存在一定的定位误差，设计定位装置时，就要控制这一误差在加工中所允许的范围 19 内。 产生定位误差的原因有以下两个方面：1）定位基准和工序基准不重合；2）定位基准位移。定 位误差就是由基准不重合误差和基准位移公差综合引起的同批工件工序尺寸的那部分公差，也就是 等于两者的代数和。 2 D wBgj =+=+ （3-6） 本夹具的主要定位元件为固定块，轴向定位时定位基准右夹具体的左端面与止推面的接合 面即为轴颈工序基准，即不存在基准位移公差也不存在基准不重合误差，所以0 =。 当主轴颈直径存在误差 g 时，定位基准 A 或 B 沿固定块工作面的位移为 12 cot 22 g A A = （3-7） 所以基准不重合误差为 12 coscotcos 2222 g w A A = （3-8） 基准位移误差为 12 cos 2 B A A = （3-9） 则总的定位误差为 12 2 sin 2 g wB OO =+= （3-10） 已知本工序中0.034 g =， 0 90 =，故 0 0.0340.034 0.024 2 sin452 0.707 mm = （3-11） 7.6 确定夹具体结构尺寸和总体结构 夹具体设计的基本要求 （1）应有适当的精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安 装基面，应有适当的尺寸精度和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。 为使夹具体的尺寸保持稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。 （2）应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体 应有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。 （3）应有良好的结构工艺性和使用性 夹具体一般外形尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，因此应特别 注意其结构工艺性，应做到装卸工件方便，夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下，应尽量能 20 减轻重量，缩小体积，力求简单。 （4）应便于排除切屑 在机械加工过程中，切屑会不断地积聚在夹具体周围，如不及时排除，切削热量的积聚会破坏 夹具的定位精度，切屑的抛甩可能缠绕定位元件，也会破坏定位精度，甚至发生安全事故。因此， 对于加工过程中切屑产生不多的情况，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容 屑空间：对于加工过程中切削产生较多的情况，一般应在夹具体上设置排屑槽。 （5）在机床上的安装应稳定可靠 夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。 当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，支承面积应足够大，安装基面应有较高的配 合精度，保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空，大型夹具还应设置吊环或起重孔。 确定夹具体的结构尺寸，然后绘制夹具总图。详见绘制的夹具装配图。 7.7 零件的车床专用夹具简单使用说明 （1）夹具的总体结构应力力求紧凑、轻便，悬臂尺寸要短，重心尽可能靠近主轴。 （2）当工件和夹具上个元件相对机床主轴的旋转轴线不平衡时，将产生较大的离心力和振动， 影响工件的加工质量、刀具的寿命、机床的精度和安全生产，特别是在转速较高的情况下影响更大。 因此，对于重量不对称的夹具，要有平衡要求。平衡的方法有两种：设置平衡块或加工减重孔。在 工厂实际生产中，常用适配的方法进行夹具的平衡工作。 （3）为了保证安全，夹具上各种元件一般不超过夹具的圆形轮廓之外。因此，还应该注意防止 切削和冷却液的飞溅问题，必要时应该加防护罩。 将左右夹具体固定在头架和尾架中的主轴上，然后把定位销（4 个）打入夹具体，再把左右两 固定块固定到各自的夹具体上。用百分表调整第 1 或第 6 轴颈轴心线，使其处于车床主轴回转中心 位置，然后夹紧凸轮轴，再将套在凸轮轴皮带轮轴颈上 21 8 CAD 绘图简单说明 本次毕业设计任务书中，除了工程制图的任务外，还安排