平面磨床夹具设计论文

河南机电高等专科学校 毕业设计论文 论文题目： M7130B 平面磨床夹具的设计 摘要 本次毕业设计主要设计 M7130 齿条线平面磨床夹具，此夹具的优点是磨削精度高，能够进行不同零件的加工，即能加工各种柱形面有能加工各种平面工件，其应用范围非常广泛。这种夹具主要是利用磨头的上下运动和砂轮的圆周面进行磨削，砂轮的转速较高，圆周离心力也较大，当砂轮与工件的表面接触时，会瞬时磨出火花。本次设计的零件既为圆柱形工件，要求在圆柱面上利用 M7130 齿条线平面磨床磨出 一个扇形面，其加工工序分为：首先在砂轮上先粗铣一个扇形槽，然后使扇形槽砂轮以一定的转速与圆柱形工件的表面接触，最后利用砂轮磨削工件。这样就可以加工出所需要形状的工件。总之通过本次设计，使我了解了 M7130 齿条线平面磨床夹具的组成部分及各部分所起的作用，从而使我明白了次家具的工作原理。 关键字 ：夹具、磨削精度、工序 Abstract This graduation designs a line of the main design M7130 flat surface grinding machine tongs, the advantage of this tongs is to whet to pare the accuracy high, can carry on different spare parts process, can process various pillar form to face it can process various flat surface work piece, its application is very extensive. This kind of tongs mainly is top and bottom sport and the circumference of the emery wheels that makes use of to whet the head to face to carry on whet to pare, the emery wheel become soon higher, the circumference leaves the mental exertion to also compare greatly, be the surface contact of the emery wheel and the work piece, will whet a spark in a moment. A spare parts for design since is the cylinder form work piece, request to face in the cylinder up make use of a line of the M7130 flat surface grinding machine to whet a fan-shaped side of, it processes the work preface to is divided into: First a fan-shaped slot of first thick on the emery wheel, then make fan-shaped slot emery wheel with certainly turn soon with the surface contact of the cylinder form work piece, make use of the emery wheel to whet to pare the work piece finally. Can process thus the work piece of the demand shape. In fine pass a design, make me understand a line of the M7130 flat surface grinding machine tongs to constitute the part of and each function that part rise, thus make me understand the work principle of a furniture. Key words: Tongs, whet to pare the accuracy, work preface 目 录 1 绪论 1 2 夹具的简介 2 2.1 夹具的功用、组成和分类 2 2.2 夹具设计的特点和基本要求 4 2.2.1 夹具设计的特点 4 2.2.2 夹具设计的基本要求 4 2.3 工件在夹具中的定位 6 2.3.1 工件定位的基本原理 6 2.3.2 夹紧装置的组成 7 2.3.3 夹紧装置的基本要求 7 2.3.4 夹紧力的确定 8 2.4 基本夹紧机构选择和应用 10 2.5 夹紧的动力系统 11 2.5.1 气动夹紧系统的组成和特点 11 2.6 夹具的其它装置 13 2.6.1 对刀装置 的基本结构 13 2.6.2 对刀装置位置尺寸的确定 13 2.7 分度装置 13 2.7.1 分度装置的基本形式及定义 13 2.7.2 分度装置组成部分 14 2.8 对定机构 14 2.8.1 对定机构的基本结构 14 2.8.2 机构夹具分度装置上通常设置有锁紧机构 14 2.9 夹 具体的结构形式 14 2.9.1 夹具体毛坯的类型 15 2.9.2 夹具体设计的基本要求 15 3 M7130B 平面磨床夹具的工作原理 16 4 设计和分析 M7130B 平面磨床夹具的加工工艺 17 4.1 分析原始资料 17 4.2.1 确定定位方案，设计定位元件 17 4.2.2 夹紧方式的确定和夹紧机构的设 17 4.2 工件的工艺分析 18 4.3 气缸的主要尺寸计算 23 4.4 塞尺的选择 26 4.5 导向键的设计与选择 26 4.6 夹具体连接件的设计 26 4.7 T 型槽快卸螺栓的选择 26 4.8 夹具体的设计 26 结论 28 致谢 30 参考文献 31 1 绪论 在机械制造的各个加工工艺过程中，必须使工件在工艺系统中处于正确的位置，以保证加工质量，并提高生产效率。把为了使工件处于正确位置所使用的各种工艺装备，称为夹具。如检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。 在机床上对工件进行切削加工时，为了保证加工精度，必须正确地安放工件，使工件相对于刀具和机床占有正确的位置，这一过程称为“定位”。为了保持这个正确位置在加工过程 中稳定不变，应对工件施加一定的夹紧力，这一过程称为“夹紧”。这两个过程称为“安装”。在机床上实现安装任务的工艺装备，就是“机床夹具”。 机床夹具的种类很多，其中，使用最广泛的是通用夹具。这类夹具的规格尺寸已标准化，由专业厂进行生产。而用于批量生产，专门为工件某加工工序服务的专用夹具，则必须由各制造厂自行设计制造。 由于专用夹具的设计制造在很大程度上影响加工质量、生产率、劳动条件和生产成本，因此，它是各机械制造厂新产品投资、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作，也是每一个从事机械加工工艺的技术人员 必须掌握的基础知识，因此本次主要设计专用夹具。 由于本次设计是每个学员进行的最后一次设计，这对每个学员都具有十分重要的作用，不仅考查我们在大学三年所获得专业知识，而且又能开发我们的智力，使我们在今后的产品创新设计方面更进一步。 2 夹具的简介 2.1 夹具的功用、组成和分类 归纳起来夹具有下列几个方面的作用： （ 1）保证工件的加工精度，稳定产品质量。 （ 2）提高劳动生产率和降低加工成本。 （ 3）扩大机床工艺范围和改变机床用途。 （ 4）改善工人劳动条件。 （ 5）在流水线生产中，便于平衡生产节拍。 （ 6）定位元件和定位装置 它用于确定工件在夹具中获得正确位置的元件或装置。如在夹具图中所用的 V 形块、导向键、定位轴、定位键等。 （ 7）夹紧元件或夹紧装置 它是用于夹紧工件，使工件在受力后，仍能保持其既定位置的元件或装置。例如夹具图中所示的压板机构、螺钉 M6X10、前后顶尖等。对于动力夹紧机构来说，还应包裹动力源装置，如夹紧汽缸等。 （ 8）对刀元件和引导元件 它是用于确定或引导刀具使其与夹具的定位元件保持某一正确的相互位置关系的元件。例如对刀块、铜套等。 （ 9）连接元件 它是用于保证夹具与机床间相互安装位置的元 件。例如导向键等。 （ 10）夹具体 用于连接夹具各组成部分，使之成为一个整体的基础件。例如夹具图中所示的夹具体（ M7130B 平面磨床夹具） （ 11）其他元件及装置 根据工件加工要求，有些夹具上除上述组成部分外，还需设置其他元件和装置。例如分度装置等。 按专门化程度分类可分为： （ 1）通用夹具它主要用于单件、小批生产。 （ 2）专用夹具它主要用于较大批量的生产，本次主要设计专用夹具。 （ 3）可调夹具它主要用于多品种、中小批量生产。 （ 4）专门化拼装夹具 它主 要用 于新产品试制和多种小批量生产。 （ 5）自动化 生产用夹具 它主 要用于自动生产线上。 按使用机床类型可分为 ：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具等。本次主要设计磨床夹具（齿背抛光夹具 M7130B） 按夹具动力源可分为 ：手动夹具、气动 夹具、液压夹具、电磁夹具、真空夹具、离心力夹具及自定心夹具等，本次主要设计气动夹具。 2.2夹具设计的特点和基本要求 2.2.1 夹具设计的特点： （ 1）针对性强，设计人员必须全面掌握工艺和生产现场的实际情况。 （ 2）保证加工质量和劳动生产率，而保证加工质量又是第一位的。 （ 3）夹紧结 构对整个夹具机构起决定作用。 （ 4）一般夹具设计周期短，一般不进行强度和刚度计算。 2.2.2 夹具设计的基本要求： 夹具设计的原则是经济和适用，它可以概裹为“好用、好造、好修”这六个字，其中好用是主要的。其具体要求如下： （ 1）夹具的构造应与其用途和生产规模相适应，正确处理好质量、效率、方便性与经济性四者的关系。 （ 2）保证工件的加工精度。 （ 3）保证使用方便，要便于装卸、便于夹紧、便于调整、便于观察、便于测量、便于排屑排液、便于安装运输，包证安全第一。 （ 4）注意结构工艺性，对加工、装配、检验和维修等问题 应加以考虑，以降低制造成本。 设计方案的制定 设计任务：设计在成批生产条件下，在 M7130B 的平面磨床上磨削直径为 24mm 的圆柱形工件，并设计齿背抛光夹具。 设计任务的分析 圆柱形工件的直径尺寸为 24mm，可分两道工序来完成。该圆柱形工件在轴线方向上的定位基准为 80mm，上偏差为 +0.05mm,下偏差为 -0.05mm的后底座下底面。圆柱形工件的轴线应与压盖的上表面保持一定的平行度，其尺寸为直径为 20mm，上偏差为 +0.021mm，下偏差为 0mm。其平行度公差为 0.030mm，用夹具保证这个平行度也没有多大 困难。 平面磨床夹具（ M7130B）的最大磨削直径为 30mm，主轴的最大长度为 627.4mm,上偏差 和下偏差 均为 +0.2mm 和 -0.2mm，齿 条的最大 长度为 205mm，圆柱形工件磨削扇形面角度为 70 度以上，主轴的转速为 1440 转， 这些都是本次毕业设计所给定的工艺数据。 其空间尺寸完全能满足夹具的布置和加工范围的要求。 本次主要设计齿背抛光夹具，材料为 S45CS1-QDS。 本次设计为单一的扇形槽的加工，所以该夹具采用固定式。 设计要求 齿背抛光夹具的生产周期很短，大约 39 秒，手动操作时间为 5 秒， 自动进给 34 秒。 2.3工件在夹具中的定位 工件在夹具中的定位，对保证加工精度起着重要的作用。在加工之前，必须使它相对于刀具和机床占有正确的位置，它包裹工件在夹具中的定位、夹具在机床上的安装以及夹具对刀具和整个工艺系统的调整等工作过程。本次主要设计圆柱形工件在齿背抛光夹具中的定位。 2.3.1 工件定位的基本原理 要想使工件在齿条线平面磨床夹具中占有正确的位置，必须先对工件进行 设计，所谓基准就是确定工件位置的点、线、面。基类很多，本次只设计工序基准和定位基准。不管何种基准都包裹 粗基准和精基准两种。粗基准通常选未经加工的表面，而精基准选经过精加工的面。 选择精基准应遵循以下几个方面的原则： （ 1）基准统一原则（ 2）基准重合原则（ 3）自为基准原则（ 4）互为基准原则（ 5）便于装夹原则。一般专用夹具通常采用基准重合原则，这样夹具就不存在定位误差。 每个工件的定位方式有： 1、完全定位 2、不完全定位（包裹欠定位）3、过定位 4、重复定位自由度数目不同，由本次毕业设计中的齿背抛光夹具零件图（齿背部抛光）可知：为了保证前顶尖工件（直径尺寸为 20mm,上偏差为 +0.021mm,下偏差为 0)与铜套 （直径为 30mm,上偏差为 +0.048mm,下偏差为 +0.035mm)的圆柱度符合要求，应当限制前顶尖的左右转动和上下移动及前后移动和转动，由于铜套又在前底座上起导向和润滑作用 ， 所以应限制铜套的 转动，同时又由于前底座支承着铜套，而铜套又相当于套筒一样套着前顶尖，然而这三个元件都和圆柱形工件（直径为 24mm）位与同一轴线上，所以应保证同轴度要求。由此可见，圆柱形工件的轴线为定位基准，而工序基准为圆柱形工件的下母线，圆柱形工件的定位基面为圆柱形工件的外圆表面，由于工序基准在定位基面上，所以定位基准和工序基 准不重合，存在定位误差。 同理，后底座和压盖也存在平行度要求，应当限制后底座和压盖之间 的左右移动、转动，上下转动。另外齿背抛光夹具中设计的辅助支承，只能增加工件的刚度和稳定性，并不起定位作用。此外夹具中所设计到的定位块、 V 型块、定位轴等也都是定位元件，在这儿我不一一介绍了。 第六章工件在夹具中的夹紧 如前面所述，工件在进行机械加工时必须进行正确的安装。安装工作是由工件的定位和夹紧过程所组成。众所周知，工件在机械加工中将受到切削力、惯性力和重力等外力的作用，为保证 工件在这些力的作用下不产生移动和不允许的振动，在通常情况下，工件在夹具中定位后，还必须被夹紧压牢，以确保加工要求，避免机床、刀具的损坏和产生人身事故。通常将把工件夹紧压牢在夹具中的装置称为夹紧装置。 2.3.2 夹紧装置的组成 （ 1）力源装置 夹紧装置中产生源动力的部分叫做力源装置。常用的力源装置有气动、液压、电动等。例如在齿背抛光夹具中所用的双作用汽缸，便是一种力源装置。 （ 2）夹紧元件 夹紧装置中直接与工件的被夹压面接触并完成夹压作用元件称为夹紧元件。例如在夹具中所用的压板。 （ 3）中间传力机构 通常，力源装置所产生的源动力不直接作用在夹紧元件上，而是为达到一定目的通过中间环节进行力的传递。这种介于力源装置和夹紧元件间的中间环节称为中间传力机构。例如夹具中所用的气缸，它所产生的气压通过铜套传给后顶尖，由于后顶尖是活动顶尖，通过它顶紧工件。由此可见，中间力机构是夹具夹紧装置 设计的重点。中间传力机构具有以下要求： （ 1）改变夹紧力的方向 （ 2）改变夹紧力的大小 2.3.3 夹紧装置的基本要求 （ 1）在夹紧工件的过程中，应有利于工件的定位而不能破坏工件的既定位置。为此，要求夹紧装置所产生的夹紧力应满足 两方面的要求： (2）夹紧力应使工件的定位基面紧贴夹具的定位支承，而不能离开其定位支承。 (3）夹紧力不应使工件在夹紧过程中使夹具中的非支承定位元件受力，即夹紧力不能依靠非支承元件的反力来平衡。 （ 4）夹紧力作用合适、可靠、安全。 （ 5）夹紧装置应操作方便、安全、省力。 （ 6）力求结构简单，易于制造，其结构自动化程度和复杂程度与工件 的生产类型相适应。 （ 7）具有良好的自锁性能。 2.3.4 夹紧力的确定 紧夹装置是依靠其产生的夹紧力起到夹紧工件的作用，且要求夹紧力适当，即既能保证工件被夹紧，又不会因夹紧力过 大而导致工件产生不允许的夹紧变形，这就使夹紧力成为了设计夹紧装置的基本紧力包裹三方面的要素：夹紧力的方向夹紧力的作用点夹紧力的大小 （ 1）夹紧力方向的确定 夹紧力应能保证定位准确可靠，不破坏工件原来的定位精度。 应有利于减小所需的夹紧力。 （ 2）夹紧力作用点的确定 夹紧力的作用点是否得当，对工件定位的可靠程度、夹紧变形的大小、夹紧装置的复杂程度以及使用可靠性等都有较大的影响。确定夹紧力夹紧力的作用点包裹两方面的内容 :确定夹紧力作用点的数目。确定夹紧力各作用点作用在工件上的位置。下 面就这两方面进行分析。 在确定夹紧力作用点的数目时，应遵从的原则是：对刚性差的工件，夹紧力的作用点应增多，力求避免单点集中夹紧，以图减小工件的夹紧变形。但夹紧点愈多，夹紧机构愈复杂，夹紧的可靠性也愈差，故能采用单点夹紧时，应尽量避免采用多点夹紧。或必须采用多点夹紧时，在许可范围内，应力求夹紧点数目为最小。 夹紧力作用点的位置应能保证工件定位稳定，而不会引起工件在夹紧过程中产生位移或偏转。 夹紧力的作用点应处于工件刚性较大的部位和方向上。 夹紧力作用点应尽可能靠近工件的被加工面，以提高夹紧刚性 。 夹紧力大小的确定夹紧装置所产生的夹紧力的大小与工件所承受的切削力密切相关 。在通常情况下，切削力的大小和作用点都随着加工过程的进行而发生变化，而且有的在切削加工中，例如磨削时所产径向力较大，同理轴向力也十分重要。因此，要准确地计算出切削力的大小是十分困难的。 因此在设计夹紧装置时，常采用下述两种方法来确定近似的夹紧力：一是根据加工同类夹具的使用情况，用类比法进行估算，这种方法在生产中应用甚广；另一种是根据加工情况，确定出工件在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，再将此时工件所受的各种外力看作静力 ，并用静力平衡原理计算出所需的夹紧力。为确保夹紧安全可靠，往往将计算所得的夹紧力 扩大 K 倍作为实际需要的夹紧力，即： W = KF，粗加工时， K 取 2.5-3；精加工时， K 取 1.5-2。下面是关于平面磨床（ M7130B）的有关参数计算。 (1)砂轮的速度 V V= ds ns/60 1000 =3.14 400 1440/60 1000 = 30(m/s) 其中砂轮的直径由参考文献机床夹具设计手册中查取 ds = 400(mm),由于直径大且硬度高的砂轮比较耐磨 ,故应选大直径砂轮 . （ 2） 工件速度 Vw Vw = dw nw/1000 =3.14 24 20/1000 =106(m/min) 其中工件的转速由机床夹具手册查得为 nw = 20r/s 2.4基本夹紧机构选 择和应用 夹具中的基本夹紧机构类型很多 , 常见的几种基本机构类型有下列三种： （ 1）斜楔夹紧机构（ 2）螺旋夹紧机构（ 3）偏心夹紧机构 本次主要设计的齿背抛光夹具是螺旋夹紧机构。常见的有单螺杆夹紧机构和螺钉压板夹紧机构。下面由我单独介绍单螺杆夹紧机构和螺钉压板夹紧构机的特点及应用范围吧！ 单螺杆夹紧机构的特点及应用范围：单螺杆紧机构结构简单，易于制造，夹紧可靠，增力系数大，自锁性能好，且夹紧行程几乎不受限制。但为保证自锁性能，夹紧螺杆的螺旋升角一般较小，因此螺纹的螺距一般较小，导致此种机构的夹紧动作慢，夹紧辅 助时间长。故单螺杆夹紧机构广泛应用于手动夹紧机构中，而在快速夹紧机构中却很少采用。 螺钉压板夹紧构机的特点及应用范围：此种夹紧机构结构简单，夹紧力和夹紧行程都较大，而且都可通过压板所形成的杠杆加以调节因此，在手用夹紧机构中应用极为广泛。螺钉夹紧机构有三种基本形式：第一种形式主要用着增大夹紧行程。第二种形式主要用作改变夹紧力的方向，以实现增大夹紧力和夹紧行程的目的。第三种形式主要用于增大夹紧力。螺钉压板夹紧机构所采用的压板结构形式可分为五夹紧结构；螺钉钩头压板夹紧结构；万能自调节压板夹紧机构。 2.5夹紧的动力系统 2.5.1 气动夹紧系统的组成和特点 在机动夹紧中，一般都设有产生夹紧力的动力系统，常用的动力系统有：气动、液压、气液联合、电动、磁力、真空动力系统等。机动夹紧可以大幅度缩减装夹工件的辅助时间，提高生产率和减轻工人劳动强度。本次主要设计气动夹紧的动力系统。 动夹紧是机动夹紧中应用最广泛的一种，目前不仅在大批量生产中已普遍采用，而且已逐步推广到成批和小批生产中。 气动夹紧系统一般由四部分组成： （ 1）气源部分 包裹空气压缩机、冷却器、储气罐、过滤器，一于动力站内。 （ 2）控制部分 如调压阀、节流阀、换向阀等。用于控制和调节 压缩空气的压力、流量和方向，以满足夹具的动作和性能要求。多装在机床附近。 （ 3）执行部分 能量输出装置，即气缸。通常安装在机床夹具上，与夹紧机构相连接。 （ 4）辅助部分 包裹管部、接头、压力表、分水滤气器、油雾器、消生器等。起连接、测量、过滤、润滑、减小噪声等作用。多装在机床附近。 压缩空气来源于大气，取之不尽，废气可排入大气中，处理方便。 压缩空气在管道中的流动压力损失小，因此，便于集中供应和实现远距离操纵，以提高自动化程度。 动作迅速，反应灵敏。可 达到快速夹紧、方便操作。 夹紧力基本稳定，但由于空气有压缩性，夹紧刚度差，故在重切削和断续切削时，应设置自锁装置。 压缩空气的工作压力较小，因此，与液压夹紧装置相比，结构庞大。 常用气缸形式有两种基本形式，即活塞式和薄膜式。本次最后毕业设计要求齿条线平面磨床（ M7130B）夹具主要采用活塞式气缸。活塞式气缸 按在工作过程中的运行情况，可分为固定式、摆动式、回转式气缸等；按气缸进气情况，可分为单向作用气缸和双向气缸；按活塞数量又可分为单活塞气缸和多活塞气缸。本次毕业设计的是双向作用的回转式活塞气缸，薄膜式气 缸一般不常用双向回转式活塞气缸的密封性能良好，常采用 O 形密封圈。其具有使用方便，不需经常调节，摩擦系数小，受到气压作用后能自动变形消除间隙，使用寿命长等优点。活塞式气缸的特点，在于其行程不受限制，可根据需要自行设计，且作用力不随行程长短而变化。 2.6 夹具的其它装置 夹具的其它装置主要有对刀装置、分度装置、及夹具体等。 2.6.1 对刀装置的基本结构 所谓对刀，就是确定刀具与工件在加工中的正确位置关系。其方法通常有两种：一种为试切法对刀；另一种为采用样件或对刀装置对刀。后一种对刀方法，比较方便和可靠，有利于提高生产率。 对刀装置的结构形式主要取决于工件被加工面的位置和形状，以及家具的类型和所采用的刀具。除此之外，在平面磨床夹具上用于确定刀具位置，并引导刀具进行加工的对刀装置还有方头导向平键。 2.6.2 对刀装置位置尺寸的确定 采用对刀装置对刀，其操作方便迅速，但对刀精度一般比试切法低。影响对刀精度的因素主要有两个方面：、对刀是的调整精度；、对刀装置工作表面相对于夹具上定位元件间位置尺寸的制造误差，一般取工序尺寸公差的。另外，在加工误差分析中，对刀装置还会影响 定位、夹紧误差，这些误差均属于安装调整误差，按照本次毕业设计的要求齿背抛光家具的加工误差一般限制在范围内，然后按实际情况进行适当调整。 2.7分度装置 2.7.1 分度装置的基本形式及定义 使工件在一次装夹中，每加工完一个表面之后，通过夹具上的可动部分连同工件一起转动一定的角度或移动一定的距离，以改变工件加工位置的装置，称为分度装置。 分度装置可分为两类：回转分度装置和直线分度装置。两者的基本结构形式和工作原理是相似的，生产中又以回转分度装置应用较多。 回转分度装置按其回转轴的安装基面间的相互位置关系， 可以分为立轴式、卧轴式和斜轴式等三种。 采用具有分度装置的夹具，可使工件加工工序集中，易于保证加工面 间的位置尺寸及精度，减少工件安装次数，从而减轻工人的劳动强度和提高生产率。因此，分度装置广泛用于各类机床夹具中。 2.7.2 分度装置组成部分 ( )固定部分 ( )转动部分 ( )对定机构 ( )锁紧机构。本次平面磨床夹具中主要采用转动部分，如平面磨床 ( 7130B 位轴和定位块。 2.8 对定机构 采用具有分度装置的夹具加工工件时，各个加工面间的相互位置精度与该分度装置结构形式和制造精度有关。其中，主要市分度装置的 对定机构设计。 分度对定机构主要有分度盘和对定销构成，大多数情况下采用分度盘。 按照分度盘的相互位置关系，分度方式一般可分为轴向分度与径向分度两种。一般来说，轴向分度机构结构紧凑、外形尺寸小，便于维护保养，故在生产中应用较多。而径向分度机构，因起分度半径较大，故常用在分度精度要求较高的场合。 2.8.1 对定机构的基本结构 (1)钢球对定机构 (2) 圆柱销对定机构 (3)圆锥销对定机构 (4)单斜面体对定机构 (5)正多面体对定机构 2.8.2 机构夹具分度装置上通常设置有锁紧机构 此种机构除采用螺杆、螺母锁紧机构外 ，还有其它多种形式的锁紧机构。本次毕业设计主要设计平面磨床 (M7130B)的，螺栓和螺母锁紧机构。 夹具体是将夹具上的各种装置和元件连成一个整体的基础件，它通常是夹具上体积最大和结构最复杂的零件。在加工过程中，夹具体还要承受夹紧力，切削力，惯性力以及由此而产生的冲击和振动。所以夹具体也是承受载荷最大的零件，另外夹具体既要保证在其上所安装的各种装置和元件间的相互位置关系，而且还要实现夹具与机床的之间的定位和连接，所以，它的加工精度要求往往较高。为此，在设计夹具体时，还应考虑到他的结构工艺性，在保证精度，强度， 刚度的前提下，使之能合理，经济和方便地制造出来。 2.9夹具体的结构形式 夹具体的结构形式，可以分为开式，半开式和框式三种，一般讲，开式结构的 制造工艺性较好，而框式结构的整体刚性较强。 2.9.1 夹具体毛坯的类型 (1)夹具体铸造夹具体的材料主要采用 HT150 或 HT200 灰铸铁，优点是工艺性好，可以铸出各种复杂形状的外形，并具有较好的抗呀强度、刚度和抗振性。其中灰铸铁易于加工，成本较低，应用范围广泛。 (2)体其由钢板、型材焊接而成。主要优点是结构比较简单，易于制造，生产成本低，生产周期短，重量轻。 (3)夹具体 具有周期短，成本低，精度稳定等优点。 (4)它类型的夹具体主要有锻造夹具体和型材夹具体 2.9.2 夹具体设计的基本要求 (1)有良好的加工精度和尺寸稳定性 (2)应具有足够的强度和刚度 (3)应具有良好的制造工艺性和使用性 (4)应保证夹具在机床上的安装应稳定可靠 3 M7130B 平面磨床的工作原理 打开平面磨床的启动按钮，使机床启动。从而使主轴转动，拨动工作台的手柄，使工作台以一定的转速作左右移动。然后在气动夹系统中，使双向活塞式双作用气缸通过压缩空气带动活塞杆作右往复直线 运动，使活塞杆向左运动，从而带动前顶尖顶紧工件的右端，后顶尖由压盖压紧及后底座支承。齿条由定位板支承定位。在砂轮的端面挖开一个 70 度以上的扇形槽，再打开砂轮的启动按钮，使砂轮以 1440 转 /分的转速转动，从而使砂轮与圆柱形工件的外圆表面接触，磨削扇形槽，当加工到一定阶段时，使砂轮以一定的转速离开工件，然后再继续加工，就这样连续加工直到扇形槽磨削完成为止。最后关闭主轴的按钮，接着关闭砂轮的按钮。 4 设计和分析齿条线平面磨床夹具的加工工艺 4.1分析原始资料 4.1.1 M7130B 平 面磨床夹具的主要参数如下： 工作台长度为 1500X300(mm) 工作台最大行程 纵向 850(mm) 横向 500(mm) 主轴转速范围（ 18 级） 301500 转 /分，本次设计的齿背抛光夹具主轴的转速为 1440 转 /分 前后顶尖的锥度为 60 度 主轴中心线到工作台面间距离 300(mm) 床身垂直导轨到工作台面中心距离 215515(mm) 砂轮直径为 400 500mm 进给量范围（ 21 级） 纵向 201000mm/min 横向 10100 mm/min 快速进给量 纵向，横向 2000 mm/min 主电机功率 7.5 千瓦 转速 1450r/min 4.1.2 砂轮的尺寸参数 砂轮的基本尺寸参数如下： 直径 D 基本尺寸 500 mm 极限偏差 0.95 mm 厚度 D 基本尺寸 60mm 极限偏差 0.0750 mm 孔径 d 基本尺寸 mm 极限偏差 0.0210 mm 4.1.3 零件的形状及尺寸 工件是一个圆柱形轴类零件，厚度为 24，直径为 24 0.15 ，要加工 的扇形面的尺寸为 00.3522，表面粗糙度为 3.2。加工深度为 12。 本工序的加工技术要求。 利用砂轮对圆柱形轴类零件进行加工，磨出扇形面。扇形面的尺寸为00.3522 ，粗糙度为 3.2。光轮的磨削加工尺寸为 12。 定位夹紧方式采用 V 形块在 M7130B 平面磨床夹具上夹紧定位用直角对刀块作为对刀引导装置。 4.2 工件的工艺分析 圆柱形工件的结构形状比较规则，需加工的扇形槽面光洁度要求不高，故工艺规程中分粗铣，精磨两道工序来完 成，依靠所设计的夹具保证下列位置和尺寸精度。 (1)待加工扇形面的半径尺寸为 R12。 (2)相对扇形面槽壁均匀 4.2.1 确定定位方案，设计定位元件 工件在加工的扇形槽面沿 X 轴向的位移自由度可以不予限制，由于加工件为圆柱体形状且为圆形，所以在 Y 轴的旋转自由度也不予限制，故按照不完全定位设计夹具并力求遵守基准重合原则，以减少定位误差对加工精度的影响。 初步一定两种定位方案： (1)从便于加工和定位稳定的角度出发以加工边的 A 面和圆柱外圆作为定位基准，在夹具上的 V 形块和定位轴上定位限制工件的五个自由度进行磨削。优点是工件安装稳定，能保证被加工圆柱形工件的位置，但违背了基准重合原则不利于加工要求。 (2)从基准重合角度出发加以变动 前顶尖和铜套的与圆柱形工件的轴线为一致的，所以以圆柱形工件的轴线作为定位基准在夹具上的后顶尖与压 盖上定位限制工件的五个自由度，进行磨削，优点是保证 尺寸 24mm 的加工精度，但不利于加工并且使夹具结构复杂化。 从保证加工精度和夹具结构复杂程度两方面综合分析按方案 1 设计夹具比较合理。 定位元件的设计与选择 固定 V 形块的设计与选择根据中国国家标准分类汇编 GB/T2008-91由于 V 形块的高度只于夹紧工件的直径有关为保证对工件的夹紧和位置精度，故对国家标准中 H 值作改动。因为被加工工件直径为较小的直径，所以 V 形块的高度值 1 .2 2 8 .8HD取 H =28 由于要加工圆柱形工件的直径是24 所以 V 形块的主要尺寸标注如齿条线平面磨床中的零件图所示。活动 V形块的设计与选择，根据中国国家标准分类汇编 GB/T2010-91 查得 V形块的主要尺寸如齿条线平面磨床中的零件图所示： 确保 24mm 尺 寸精 确的定 位元 件定位 块 的设 计： 由于工 件的直 径为 24mm，所以根据中国国家标准分类汇编 GB/T2236-91 查得定位块的主要尺寸如齿条线平面磨床中的零件图标注所示： 定位误差分析 首先分析 00.3522的定位误差，由于砂轮磨削圆柱形工件的扇形槽面。扇形槽面间的尺寸精度有圆柱形工件的尺寸决定，由于工件定位基准为圆柱体工件的轴线，而工序基准为圆柱形工件的外圆表面，所以不遵循基准重合原则。又因为工件外圆存在精度误差，所以在 00.3522这一尺寸精度上既 有基准不重合误差又有基准位移误差。 基准唯位移误差计算 2 s i n 2 s i n22d d dY =2sin 2d = 0.3222=0.0621 基准不符误差计 算 m a x m i n12B dd=12 d = 10.32=0.15 定位误差计算为 D Y B = 122 s in2d d = 1( 1)2sin 2d =0.0879 定位误差值小于 0 .3 5 0 .1 1 6 73，所以 00.3522这一尺寸在 V 形块上定位符合定位精度要求。 4.2.2 夹紧方式的确定和夹紧机构的设计 (1)夹紧装置的选用 由于圆柱形工件在 Y 轴方向上受到沿 Y 轴的轴向分力，为保证 24mm 的尺寸精度，以及加工后后底座与压盖上表面的平行度和后底座对底面的垂直度，故采用定位轴对工件定位以确定工件在 Y 轴方向上的精度。由于加工工件是圆柱形轴类零件，为保证工件的稳定性和定位精度 故采用 V 形块对工件进行 X 轴和 Z 轴自由度的限制，又因为生产中圆柱形工件需要在夹具上装夹所以在 V 形块的选择中选择活动 V 形块和固定 V 形块来对工件进行夹紧。 (2)夹紧力的确定 由于压板使工件在 Y 轴上承受了压力时工件在 Y 轴方向上固定，由于磨削是磨削力跟 X 轴方向是活动 V 形块承受力矩，因此对工件施加 X 轴方向的夹紧力。 在对工件的夹紧加工过程中刚接触工件时为最不利瞬间状态，所以按静力平衡原理计算其切削力 P 为 查机床夹具设计手册表 1-2-9 可知 0 . 7 20 . 8 6 0 . 8 6 PppzF B zfca DK F -切削力（ N） pc-用高速钢（ W18Cr4V），砂轮磨削时，考虑到工件材料及砂轮类型的系数 pa-磨削深度（ mm） D-砂轮直径（ mm） zf-磨削进给量 B-磨削宽度（ mm） Z-磨削次数 PK-用优质碳素钢磨削时，考虑到工件材料机械性能不同的修正系数，铸钢： 0.8736P bK ，对于灰铸铁 0 .5 5190P HBK pc的选择根据机床夹具设计手册软件版 V1.0由于在加工采用砂轮磨削，工件的材料为 45 号钢，所以pc值取pc=510 zf砂轮进给量的计算 根据齿条形平面磨床夹具的工艺参数可知：磨削次数 Z=4。由于加工时磨头主要作垂直和左右方向的运动，并且分粗铣、精磨两步，所以在加工时的进给量 f =235mm/min，所以zf=15 mm/min=0.24 mm/s PK修正系数的选择根据机床夹具设计手册软件版 V1.0由于工件的材料为 45 号钢，所以取PK=1 根据工件的尺寸数据可知 pa=24 D=500 B=60 将上述数据代入 0 . 7 20 . 8 6 0 . 8 6Ppp zF B zfca DK得 F=510 240.86 0.240.72 24 1 0.720.24 =1220N 由于在加工工件过程中齿条线平面磨床主轴在高速度的旋转，和其它外界原因对工件的加工都有不安全的因素，所以在夹具的设计计算时安全系数的考虑是必须的。所以安全系数的计算为： 0 1 2 3 4 5 6K K K K K K K K 0K-考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数 一般为 1.2 1.5。 1K-加工性质引起的安全系数精加工的安全系数为 1.0 粗加工时安全系数为 1.2。 2K-刀具钝化程度（详见下一结点安全系数 K2） 系数值 : 1.0 1.9。 3K-切削特点引起的安全系数 连续切削时的安全系数 为 1.0,断续切削时的安全系数为 1.2。 4K-夹 紧力的 稳定 性安 全系数 手动 夹紧 时为1.3,机动夹紧时为 1.0。 5K-手动夹紧时的手柄位置引起的安全系数值操作方便时安全系数为 1.0,操作不方便时 安全系数为 1.2。 6K-仅有力矩使工件回转时工件与支承面接触的情况下安全系数值，接触点确定时安全系数值为 1.0 接触点不确定时安全系数值为 1.5。 查机床夹具设计手册 1-2-1 由于工件的在加工过程中加工加工余量比较均匀，且工件材料为 45 号钢，所以0K=1.2 。 在整个工序加工过程中只有一次磨削加工就可以达到圆柱形工件的质量精度要求，所以加工性质引起的安全系数精度为1K=1.0，工件在夹具上的装夹完成后砂轮分两次走刀对圆柱形工件进行加工，工件两次加工成功，所以切削特点引起的安全系数为3K=1.0，由于夹具采用了液压作为传动装置属于机动夹紧所以夹紧力的 稳定性 引起的 安全性 误差为4K=1.0，由 于是用 机动夹 紧所以5K=0 ，由于工件是用 V 形块定位，所以接触点确定，6K=1.0 2K刀具钝化程度引起的安全系数值的确定： 查表机床夹具设计手册 1-2-2 可知由于在加工过程中工件的加工为圆柱面磨削，并且工件材料为 45 钢，所以取2K=1.3 因此 0 1 2 3 4 5 6K K K K K K K K =1.2 1.0 1.0 1.0 1.0 1.3 =1.56 在这个夹紧装置中工件以 V 形块定位并且以 V 形块夹紧来防止工件的移动所以夹紧力的计算公式为 2sin 22KKFW F-切削力（ N） K-安全系数 2-工件与 V 形块之间圆周方向上的摩擦因数 其他符号如图所示： 由于工件的外表面是已经加工过的表面所以摩擦系数2=0.16 将数据代入公式 2s in 22KKFW = 901 2 2 0 0 .5 6 s i n 22 0 .1 6 =1725 4.3气缸的主要尺寸计算 (1)工作压力 P 的确定（根据及其类型和负载大小）初步参阅气压系统设计简明手册表 2-1 取气缸的工作压力 P=0.5MPa (2)计算气缸的内径 D 和活塞杆直径 d 因为采用的是双向活塞杆双作用气缸，所以气缸内径 D 2 2 2 2114 fcFD D dF PPP 1P-气缸工作压力 2P-气缸回油腔背压力 fcF-气缸密封处摩 擦力 F-工作循环最大负载 1P值选系统压力1P=3MP 回油腔背压力2P由于系统比较简单并且用节流阀调速查气压系统设计简明手册表 2-2 取2 P=0.3MP F 与fcF的取值由于fcF的精确度不易 确定故用气缸的机械性能cm估算 fccmFF F cm-气缸机械效率 查气压系统设计简明手册可知cm取 0.95 dD=0.5 所以将上式代入得 2211411cmFDdDPP P = 24 2 1 5 60 . 33 0 . 9 5 1 1 0 . 53 =32.277 查气缸内径尺寸系列（ GB2348-80）选取内径值为 40 mm 活塞杆的直径 d 按 dD=0.7 计算得 d=28 mm 查气压系统设计简明手册表 2-5 活塞杆直径系列（ GB2348-80）取活塞杆直径为 28 mm 气压缸有杆腔的实际面积 224A dD = 224 40 28 =640mm2 (3)气缸壁厚和外径的计算 由于系统的压力不大属于中低压系统并且 10D所以按材料力学外壁愿同公式计算 0 . 4 12 0 . 3yyD PP -气缸壁厚 D-气缸内径 yP-试验压力一般取（ 1.251.5）1P -缸筒材料许用应力 由于缸筒材料为灰铸铁所以材料许用应力 =25MPa 试验压力取yP=1.3 将数据代入公式得 =0.85 mm 缸体外径1 2DD所以1D取 60 mm (4)气缸工作行程的确定 查气压系统设计简明手册表 2-6 气缸活塞行程参数系列取气缸行程为 25 (5)气缸缸盖厚度确定 由于气缸缸盖与缸筒材用螺纹连接所以缸盖的厚度为 20 . 4 3 3 ytDp 2D -端 盖止口内径 将数据代入得 t 10.2 取 t =11 mm (6)最小导向长度的确定 由于在气缸中导向长度过小会使气缸的初始挠度增大，影响气缸的稳定性，所以必须保证最小导向长度。 根据公式 2 0 2LDH L -气缸的最大行程 D -气缸内径 得 H 21.25 取 H 25 mm 活塞宽度 B 的取值计算 B 一般取（ 0.61.0） D 所以 B=0.8D=32 mm 缸盖滑动支撑面长度 1L 的 计算 因为气缸的内径 D 小于 80 mm 所以取 1 0 . 6 1 . 0LD 1L =0.8D=32mm （ 7）缸体长度的设计 内部长度 +B内 LL=25+32=57 mm 外部长度 + 2 t外 内LL=57+22=79 mm P -气压最 大工作压力 -执行元件的最大工 4.4 塞尺的选择 由于砂轮在加工过程中分两次加工完扇形面，所以在检测刀具与砂轮之间的距离进而确定刀具位置时要检测的扇形面，考虑到 24mm 尺寸的精度保证和扇形面的稳定性，故采用对刀平塞规工件的尺寸零件图中标注所示。 4.5导向键的设计与选择 由于在加工工件过程中活动 V 形块要在夹具上来回的作往复运动所以必须要限制他的位置精度，为保证 V 形块的对称中心线与夹具体的对称中心线重合以及保证工件的夹紧精度。根据活动 V 形块的尺寸设计导向板。因为活动 V 形块的宽度尺寸为 0.0250.05034 所以根据中国国家标准分类汇编GB/T2212-91 选取圆柱形工件的尺寸数据如零件图中所示。 4.6 夹具体连接件的设计 由于 M7130B 平面磨床夹具的机床的 T 形槽尺寸上部分为 14mm 下部分为 21mm 所以查中国国家标准分类汇编选择夹具体连接件方头导向键的设计。根据中国国家标准分类汇编 GB/T2006-91 可取导向键的主要尺寸夹具图中所示。 4.7 T 型槽槽用螺栓的选择 根据中国国家标准分类汇编 GB/T2165-91 取的主要尺寸如夹具图中所示。 4.8 夹具体的设计 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相应的表面接触或配合向实现的，为了使夹具体底面与机床工作台有较好的接触，故采用周边接触 (要求加工时两次磨出 )，并同时通过两个导向键和螺钉与T 型槽连接。 为 了 保 证 夹 具 有 足 够 的 强 度 和 刚 度 故 采 用 铸 造 夹 具 体 （ 材 料 为HT200）。