轴承座工艺分析和铣型面数控程序编制.doc

轴承座工艺分析及铣型面数控程序编制1 前言1.1课题的提出21世纪随着计算机技术的飞速发展，传统的制造业已不能适应生产的需求，因此各工业发达国家投入巨资对现代制造技术进行开发研究并且提出了全新的制造模式。数控机床加工在机械制造业中得到日益广泛的应用，而数控模拟加工是提高加工工件质量和效率的一个重要环节。数控仿真同时也是数控加工在虚拟环境中的映射，它为产品的可制造性分析提供关键数据，在对实际零件数控加工的基础上，介绍了以 UG 和 CAD 软件相结合作为仿真平台，实现加工轨迹仿真和机床仿真同步实现。由于数控技术是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础产业，是衡量一个国家制造业现代化程度的主要标志，因此实现加工机床及生产过程数控化，成为当今制造业的发展方向。机械制造的竞争，实质就是数控技术的竞争。本设计课题主要是通过对轴承座进行结构分析,完成实体造型并根据实际情况,重点进行机械加工工艺编制,编写工艺卡片、工艺流程卡,最后进行数控编程加工。 轴承座是用来支撑轴承的，固定轴承的外圈，仅仅让内圈转动，外圈保持不动，始终与传动的方向保持一致（比如电机运转方向），并且保持平衡；,轴承的概念就是轴承和箱体的集合体,以便于应用,这样的好处是可以有更好的配合,更方便的使用,减少了使用厂家的成本.至于形状,多种多样,通常是一个箱体,轴承可以安装在其中.外球面用轴承座：P200、F200、FL200 、T200系列 。 零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加工车间必不可少的技术文件。合理的机械加工工艺能实现产品的设计，保证产品质量、节约能源、降低成本，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测等的重要依据。在机械制造业中，为了保证产品质量、改善劳动条件、提高劳动生产率及降低成本，除了使用机床等设备外，还大量使用着其他的工艺装备。包括模具、夹具、刀具、辅助工具及测量工具等。因此，可以说夹具是一种保证产品质量并加速工艺进行的一种装备。不同的夹具，其结构形式、工作情况、设计原则都不同。此次毕业设计，工学结合,在学校指导老师和企业工程师共同辅导下,在收集资料、查阅手册、零件实体设计、机械加工工艺编制、数控加工程序编制等专业知识与技能方面得到较全面的训练与提高;并从生产第一线获得生产实际知识和技能,获得工程技术应用性岗位工作的基本训练,培养我们利用所学专业知识与技能解决生产实际问题的能力。同时课题具有一定的综合性、逻辑性等思维能力,有利于树立正确的生产观念、经济观念和全局观念,实现由学生向工程技术人员的过渡。1.2课题的主要内容此次毕业设计的课题是轴承座工艺分析及铣型面数控程序编制，轴承座类零件在机械产品中非常常见，是非常简单的标准件，此次课程设计的内容是从零件的设计，零件的机械加工艺、数控程序的编制应用，到制造出合格零件的全过程。综合运用大学四年所学的机械设计、材料、工艺装备、夹具、数控机床、数控编程、刀具、互换性等多方面的知识，是对大学四年学习知识的一次巩固。通过本课题的设计，让我们对产品的设计过程有了更多的了解，对UG软件的操作更加熟练。同时让我知道了此软件不但可以对产品进行三维造型，还有工程分析，NC，加工，测量及工程数据管理等功能。这次毕业设计的目的就是要熟悉用UG进行产品设计的全部过程，包括三维实体造型，CAD/CAM加工等。整个设计过程不但要用到以前所学的理论知识，还要通过自己的努力和老师的指点来学些新的知识，更重要的是要通过实际操作提高了动手能力，并培养了创新思维能力。更重要的是，我觉得作为一名即将走上就业岗位的学生来说，无疑是依次难得的尝试。1.3课题的构思经过分析，轴承座零件外形比较简单，零件各表面的形位公差及粗糙度要求不高，但加工质量要求高，因此需要制定严格的工艺路线和加工方法来确保质量。这篇论文主要的内容是零件的制造与工艺以及数控编程，详细介绍了其加工方法的拟订和确定。根据零件的特性以及要求，设计专用夹具及组合夹具，以求能更快更好的完成任务，保证质量1.4本人要完成的工作量(1)查阅相关资料，熟悉轴承座零件，撰写开题报告 (2)相关外文文献资料的阅读与翻译（6000字符以上） (3)对轴承座零件结构进行分析，绘制零件图 (4)编制轴承座零件机械加工工艺规程一份 (5)设计某一典型（铣型面）工序的夹具方案，绘制专用及组合夹具装配图、零件图 (6)编制某一典型（铣型面）工序的数控加工程序 (7)在数控机床上，进行数控加工 (8)编写设计计算说明书（毕业论文）一份2 轴承座的结构分析和数控加工的特点和要求2.1研究内容和步骤（1）选择一个典型的轴承座作为研究对象（2）对轴承座进行结构分析，绘制零件图 （3）编制轴承座的机械加工工艺规程（4）设计铣型面工序的专用及组合夹具（5）绘制专用及组合夹具装配图、零件图（6）轴承座的UG建模（7）编制铣型面工序的数控加工程序（8）在数控机床上，用组合夹具装夹零件，进行数控加工（9）撰写毕业设计说明书。2.2应用软件UG NX6.0，AUTOCAD，OFFICE等软件的应用。2.3毕业设计的要求及所要达到的目标毕业设计的要求：（1）选择典型的轴承座类零件作为研究对象，对其结构进行分析。综合考虑各种因素设定几个工艺加工路线，根据实际生产情况，选择最佳方案。（2）设计的组合夹具在保证实用的前提下应当制造方便：尽量做到使设计的夹具制造容易，造价便宜。设计的夹具应当效率高、安全可靠。（3）编制的数控程序应满足加工要求，且简单实用。毕业设计应达到的目标：（1）进一步了解国内外制造行业的现状和发展趋势。（2）深入学习UG NX6.0 AUTOCAD 等软件。（3）加深零件制造和组合夹具设计过程中所用的理论知识，学会查阅资料。（4）学会学习新知识和网上检索的能力。（5）通过和老师，同学的沟通交流，掌握团队合作的能力。3 轴承座的特点和结构3.1轴承座的特点和使用要求零件名称：轴承座 生产批量：已知此轴承座零件的生产纲领为5000件/年，零件的质量不足100Kg，查机械制造工艺与夹具第7页表1.1-3，可确定该轴承座生产类型为中批生产最大几何尺寸：236x60x66（1） 由零件图可知，零件的底座底面、内孔、端面及轴承座的顶面有粗糙度要求，其余的表面精度要求并不高，也就是说其余的表面不需要加工，只需按照铸造时的精度即可。底座底面的精度为Ra6.3、内孔、端面及内孔的精度要求均为6.3。轴承座在工作时，静力平衡。 （2） 铸件要求不能有砂眼、疏松等缺陷，以保证零件的强度、硬度及疲劳度，在静力的作用下，不至于发生意外事故。根据上面的要求可归纳该零件制造过程中要根据毛坯选择合理的加工方案，提高加工效率，降低生产成本。3.2轴承座的结构分析经过分析，轴承座结构简单，加工尺寸精度要求不高，轴承座的加工主要完成各端面及镗孔的加工。零件比较规则简单并且尺寸公差无特别要求。轴承座的型面加工，精度要求不高，除孔的部分其余在立式铣床上就可以完成，对于型面的铣削加工，主要在于装夹问题和定位的确定.所以该工序夹具的设计异常关键。这也是需主要完成的任务之一，在此，主要讲述铣型面的专用夹具及组合夹具。4 轴承座机械加工工艺的过程设计4.1制定工艺规程的原则制定工艺规程的原则是：在保证产品质量的前提下，以最快的速度、最少的劳动消耗和最低的费用，加工出符合设计图纸要求的零件。同时，还应在充分利用现有生产条件的基础上，尽可能保证技术上先进、经济上合理、并且有良好的劳动条件。4.2制定工艺规程的原始资料(1)产品零件图样及装配图样。零件图样标明了零件的尺寸和形位精度以及其他技术要求，产品的装配图有助于了解零件在产品中的位置、作用，所以，它们是制定工艺规程的基础。(2)产品的生产纲领。(3)产品验收的质量标准。(4)本厂现有生产条件，如机床设备、工艺装备、工人技术水平及毛坯的制造生产能等(5）国内、外同类产品的生产工艺资料。4.3零件图的分析（1）60H8mm孔对基准A的平行度公差为0.08mm. （2）图中左端面对基准A的垂直度公差为0.050mm. （3）C表面热处理4045HRC. 用CAD绘制出轴承盖零件图如下41图41轴承座零件图4.4毛坯的选择零件材料为HT200，考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查机械制造工艺设计简明手册第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-9。这对提高生产率，保证产品质量有帮助。此外为消除残余应力还应安排人工时效。根据铸件结构尺寸及造型方法，铸造材料等因素综合考虑，查找（GB/T6414-1999,GB/T6416-1999）灰铸铁造型材料为砂型，铸件尺寸公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）为（12-8）/H，CT选定为10/H；再由GB/T6416-1999可以查得相应的加工余量数值为4mm；据GB/T6414-1999可得公差等级CT为10时，基本尺寸在100-160mm之间时，公差数值为4mm；根据毛坯的最大轮廓尺寸和加工表面的基本尺寸查参考文献1可得轴承座上表面加工余量为2mm，下表面加工余量为2mm，端面加工余量为4mm，轴承孔的单边加工余量为4mm。图42轴承座毛坯图4.5拟订工艺路线（一）定位基准的选择 （1）根据零件图纸及零件的使用情况分析，知60H8的孔，轴承端面、顶面、13 及20的孔等均需正确定位才能保证。故对基准的选择应予以分析。 1）粗基准的选择 按照粗基准的选择原则为保证不加工表面和加工表面位置要求，应选择不加工表面为粗基准。根据零件图所示，故应选轴承底座上表面为粗基准，以此加工轴承底座底面以及其它表面。 2)精基准的选择 考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则以粗加工后的底面为主要的定位精基准，即以轴承座的下底面为精基准。 3）零件表面加工工艺方案的选择： 由于表面的要求（尺寸、形状、表面质量、机械性能等）不同，往往同一表面的加工需采用多种加工方法完成。某种表面采用各种加工方法所组成的加工顺序称为表面加工工艺方案。4）加工阶段的划分： 对于那些加工质量要求高或比较复杂的零件，通常将整个工艺路线划分为以下几个阶段：（1）粗加工阶段 主要任务是切除毛坯的大部分余量，并制出精基准。该阶段的关键问题是如何提高生产率。（2）半精加工阶段 任务是减小粗加工留下的误差，为主要表面的精加工做好准备，同时完成零件上各次要表面的加工。（3）精加工阶段 任务是保证各主要表面达到图样规定要求。这一阶段的主要问题是如何保证加工质量。（4）光整加工阶段 主要任务是减小表面粗糙度值和进一步提高精度。划分加工阶段的好处是按先粗后精的顺序进行机械加工，可以合理的分配加工余量以及合理的选择切削用量，充分发挥粗加工机床的效率，长期保持精加工机床的精度，并减少工件在加工过程中的变形，避免精加工表面受到损伤；粗精加工分开，还便于及时发现毛坯缺陷，同时有利于安排热处理工序。4.5.1工艺路线方案根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用立式机床配以专用工卡具,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。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：方案一： 工序一：粗铣轴承座的下底面。以轴承座的底座的上表面为定位粗基准，采 用X52K立式铣床加工。 粗铣轴承座的端面，以轴承座的下底面为基准，使用X52K卧式万能 铣床进行加工。 铣轴承座上面的小圆柱的上顶面，还以下表面为定位基准，同样使用X52K立式铣床铣削。 工序二：粗镗及半精镗60的内孔， 以内孔轴线为基准，采用镗床专用夹具。 工序三：钻、扩13的孔，钻、扩20的孔。采用Z525立式钻床加专用夹具 方案二： 工序一：粗铣轴承座的下底面。以轴承座的底座的上表面为定位粗基准，采用X52K立式铣床加工。 工序二：粗镗及半精镗60的内孔， 以内孔轴线为基准，采用镗床专用夹具。 工序三：粗铣轴承座的端面，以轴承座的下底面为基准，使用X52K立式万能铣床进行加工。 工序四：钻、扩13的孔，钻、扩20的孔。采用Z525立式钻床加专用夹具 工序五：铣轴承座上面的小圆柱的上顶面，还以下表面为定位基准，同样使用X52K立式铣床铣削。 方案三： 工序一：铣轴承座上面的小圆柱的上顶面，还以下表面为定位基准，同样使用X52K立式铣床铣削。 工序二：粗铣轴承座的下底面。以轴承座的底座的上表面为定位粗基准，采用X52K立式铣床加工。 工序三： 粗铣轴承座的端面，以轴承座的下底面为基准，使用X52K立式万能铣床进行加工。 工序四：粗镗及半精镗60的内孔， 以内孔轴线为基准，采用镗床专用夹具。 工序五：钻、扩13的孔，钻、扩20的孔。采用Z525立式钻床加专用夹具。 三个工艺方案的比较与分析 ： 方案一：第一道工序中内容多，工序集中，操作方便。方案二:工序分散，方案三:第一道工序，选择的粗基准为底面，这样不符合粗基准选择的原则，即不能保证加工面与不加工面的位置要求时，应选择不加工面为粗基准这一原则。 方案一与其相比，在铣完底面后，直接在铣床上铣削底面及顶面，如此，相对来说，装夹次数少，可减少机床数量、操作人员数量和生产面积还可减少生产计划和生产组织工作并能生产率高。另外，零件的加工要求就整体来说，其精度并不高，若采用工序分散（方案二）法，其加工经济性并不是很好。但在选择方案的时候，还应考虑工厂的具体条件等因素，如设备，能否借用工、夹、量具等。故本次设计选择方案一。 根据工序方案一制定出详细的工序划分如下所示： 毛坯为精铸件，清理后，退火处理，以消除铸件的内应力及改善机械加工性能，在毛坯车间铣削去浇冒口，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工工序10 铸造 工序20 清砂 工序30 粗铣底座底面 以轴承座的上表面为粗基准，将毛坯装夹在 X6132万能卧式铣床上，按照粗加工的余量来进行粗铣毛坯工序40 粗铣轴承座前端面 以粗铣底面为基础上，根据实际情况，调整铣床的相 关参数，粗铣轴承座的前端面。工序50 粗铣轴承座后端面 以粗铣底面为基础上，根据实际情况，调整铣床的相关参数，粗铣轴承座的后端面。工序60 粗铣轴承座上表面 以粗铣前后端面为基础上，根据实际情况，调整铣床的相关参数，粗铣轴承座的上端面。工序70 精铣轴承座底面 以粗铣上端面为基础上，根据实际情况，调整铣床的相关参数，精铣轴承座的底面。工序80 精铣轴承座上端面工序90 粗铣60两端面 工序100 精铣60两端面工序110 粗铣40上端面 工序120 精镗60的内孔 工序130 钻13的孔 工序140 钻20的孔工序150 去毛刺 工序160 检验 工序170 油封、入库 根据此工序安排，编出机械加工工艺过程卡及工序卡片。4.5.2确定机械加工余量、工序尺寸由文献（1）表2-2，该种铸件的尺寸公差等级为IT9级。 由文献（1）表2-2，可查出铸件主要尺寸的公差，现将主要毛坯尺寸及公差所示： 主要面尺寸 零件尺寸 表41零件尺寸精度及加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度加工方案轴承座底面IT96.3粗铣精铣轴承座上表面 IT93.2粗铣精铣40的上端面IT1112.5粗铣前段面和后端面IT1112.5粗铣60两端面IT93.2粗铣精铣60的半孔IT1112.5精镗13的孔IT1112.5钻20的孔IT1112.5钻表42零件加工余量及公差主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差IT60两端面 862+2909轴承座底面 28 2 30 9轴承座上表面 34 2 36 9内孔60159940的上端面 42611前段面和后端面 60 2+2 64 94.5.3确定切削用量 1、加工条件工件材料：HT200，b200N/mm，铸件。2、计算切削用量（1) 粗铣底底座底面底面由粗铣和精铣两次加工完成，采用锥柄立式铣刀（高速钢），铣刀的规格为60， 机床的型号X52K 刀具：锥柄立式铣刀（高速钢）。由于铣刀在工作时，刀齿受很大的机械冲击，在选择几何角度时，应保证刀齿具有足够的强度。由金属切削原理与刀具可取-10 =60 =10。 加工要求：粗铣轴承座的下底面。a) 确定加工余量由毛坯图可知：总加工余量为2mm，文献表8-30可知精加工余量为1mm，由于两脚底面较小，根据实际情况，调整为0.2mm，故其粗加工余量为(2-0.2)=1.8mm。 b）确定每齿进给量 由切削加工简明实用手册表8-95 ，取每齿粗铣的进给量为0.2mm/Z,取精加工每齿的进给量为1.5mm/Z.粗铣走刀一次ap=1.8mm，精铣走刀一次ap= 0.2mm。c)计算切削用量 由表8-56，取粗铣、精铣的主轴转速分别为150r/min 和300r/min，由前面选择的刀具直径60mm，故相应的切削速度分别为：V =dn/1000=60x150/1000 =28.27m/min V=dn/1000=60x300/1000m/min=56.55m/mind) 校核该机床功率（只需校核粗加工即可）。 由文献表2.4-96得切削功率为P=92.4x10-5ZnK取Z=16 n=2.5r/s =10mm =0.2mm =1.8mm 而K=KKF2 由文献表2.4-94可知K=1 KF2=1 故K=1 故=92.4xx60xxx1.8x16x2.5x1=0.32KW 其所消耗量功率远小于机床功率，故可用。（2)60两端面的加工两端面的加工由铣削来完成，此时，刀具：锥柄立式铣刀（高速钢），刀具不变，机床不变。工序单边总余量由毛坯图与零件图可知为mm，由于本工序为粗和精加工，尺寸精度和表面质量有要求，根据实际情况，其粗加工余量为(2-0.2)=1.8mm，精加工余量为0.2mm。 由切削加工简明实用手册表8-95 ，取每齿粗铣的进给量为0.2mm/Z,取精加工每齿的进给量为1.5mm/Z.粗铣走刀一次ap=1.8mm，精铣走刀一次ap= 0.2mm。由表8-56，取粗铣、精铣的主轴转速分别为150r/min和300r/min，由前面选择的刀具直径60mm，故相应的切削速度分别为：V =dn/1000=60x150/1000 =28.27m/min V=dn/1000=60x300/1000m/min=56.55m/min(3)40顶面的加工顶面的加工由铣削来完成，工序余量为2mm 由文献表8-95可得=3mm 且上表面精度要求不高，故上表面可一次性加工完成。由于上表面较小，可采用端铣刀加工，但是增加了换刀时间，降低了效率。故刀具仍可用刀具刀具直径为60的锥柄立式铣刀（高速钢）。可取f=1.5mm/r 由文献表8-56可取n=600r/min 则相应的切削速度V=60x600/1000=113.1m/min(4)60内孔由零件图及毛坯图知，加工总余量为1mm，由于精度要求，精镗一次。由文献表8-86，精加工时 =1mm 精加工时，F=0.2mm/r。 由表8-87查得精镗60mm内孔的切削速度 V=1.6m/min 由此算出转速为 n=81.5m/min(5)轴承座上表面由零件图及毛坯图知，加工总余量为2mm，由于精度要求，须粗铣和精铣各一次。由毛坯图可知：总加工余量为2mm，文献表8-30可知精加工余量为1mm，根据实际情况，调整为0.2mm，故其粗加工余量为(2-0.2)=1.8mm。由切削加工简明实用手册表8-95 ，取每齿粗铣的进给量为0.2mm/Z,取精加工每齿的进给量为1.5mm/Z.粗铣走刀一次ap=1.8mm，精铣走刀一次ap= 0.2mm。由表8-56，取粗铣、精铣的主轴转速分别为150r/min 和600r/min，由前面选择的刀具直径120mm，故相应的切削速度分别为：V =dn/1000=60x150/1000 =28.27m/minV= V=60x600/1000=113.1m/min（6）前端面和后端面两端面的加工由铣削来完成，此时，刀具：锥柄立式铣刀（高速钢），刀具不变，机床不变。工序单边总余量由毛坯图与零件图可知为.5mm，由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。由表8-95可得：=2.5mm f=2mm/r 由文献表8-56可得n=600r/min 则就可确定相应的切削的速度V=60x600/1000=113.1m/min（7）钻13孔该孔可选由高速钢钻头钻出。钻孔工序尺寸及公差为13H9()由文献表8-69,钻孔的进给量f=0.2mm/r，由文献表8-71求得钻孔时的切削速度v=0.35m/s=21m/min由知扩孔的进给量为0.8mm/s由此算出转速为：n=1000x21/13=514.2r/min按钻床的实际转速取n=600r/min，则实际切削速度为：v=dn/1000=24.5m/min由表8-78得F=CFdFfFK=588.6xdxfxKM=CdmfKx10=225.63x dxfx Kx10因为加工灰铸铁时K=K 由文献表8-78，可查的K=1，故F=588.6x12.6x0.2x1=2046.5NM=225.63x12.6x0.2x1x10=6.6N.m它们均小于机床所能提供的进给率和扭转力矩,故机床刚度足够。（8）钻20的孔该孔先由高速钢钻头钻出底孔后，再由圆孔拉刀拉出。由文献表8-24拉孔时的余量为0.5mm，故 Z=9.75mm钻孔：工序尺寸及公差为20H9（）由文献表8-69取钻孔的进给量F=0.25mm/r 由文献表8-71求得钻孔时的切削速度为V=0.35m/s=21m/min 由此算出转速为： n=431.4r/min。按钻床的实际转速为480r/min。则实际切削速度为V=23.36m/min。由表8-78得F=588.6xdxfxKM=225.63xxfxKx10因为加工灰铸造铁时，K= K由8-78可查得K=1 故F=588.6 x19.5x0.25x1=3786.3NM=225.63x19.5x0.25x1x10=17.1N.m它们均小于机床所能提供的进给率和扭转力矩，故机床刚度足够。（9）时间定额计算根据设计要求，只计算一道工序的工时，下面计算加工13孔的工时定额。（1）机动时间由文献机械加工工艺手册表2.5-7得钻孔时的计算公式为：t= 式中l=cotK+( 1)l=，钻盲孔时，l0l=30 l=2 f=0.3 n=600 l=6.5cot()+1.5=5.4因此，t=0.207min 所以t=4t=0.831min()辅助时间由机械加工工艺手册表2.5-41确定开停车 0.015min升降钻杆0.015min主轴运转0.02min清除铁屑0.04min卡尺测量0.1min装卸工件时间由机械加工工艺手册表2.5-42取min故辅助时间t=(0.015+0.015+0.02+0.04+0.1+1)=1.19min(3)作业时间t t（.831）=2.021min（4）常量工作场地时间T 由机械制造工艺学取则Tx=2.021x3%=0.06。（5）休息与生理需要时间由机械制造工艺学取则x=0.06。（6）准备与终结时间由机械加工工艺手册可知表2.5-44取部分时间为简单件26min深度定位0.3min使用钻模式6min由设计给定5000件，则T/n=(26+0.3+6)/5000=0.00646min。（7） 单件时间t tTT1.19+0.831+0.06+0.06=2.141 min（8） 单件计算时间T/n2.141+0.00646=2.147min。5 根据加工零件工艺设计夹具5.1概述夹具的使用可以缩短辅助时间，提高劳动生产率；可靠稳定定位，提高加工精度的稳定性，便于实现工艺过程自动化；扩大机床适用范围；降低对工人技术等级要求和减轻劳动强度。由于我们所设计的零件属于中批量生产，所以我们需要通过夹具进行加工，可以提高生产效率，保证生产精度，减轻工作强度。根据通用程度不同，夹具可以分为以下几类：（参考文件）（1）通用夹具 这类夹具具有很大的通用性。现已标准化，在一定范围内无需调整或稍加调整就可用于装夹不同的工件。如车床上的三爪自定心卡盘、四爪单调卡盘、铣床上的平口钳、分度头、回转盘等。这类夹具通常作为机床附件由专业厂生产。其使用特点是操作费时、生产率低，主要用于单件小批生产。（2）专用夹具 这类夹具是针对某一工件的某一固定工序而专门设计的。因为不需要考虑通用性，可以设计得结构紧凑，操作方便、迅速，它比通用夹具的生产率高。这类夹具在产品变更后就无法利用，因此适用于大批量生产。（3）成组可调夹具 在多品种小批量生产中，由于通用夹具生产率低，产品质量也不高，而采用专用夹具又不经济。这时可采用成组加工方法，即将零件按形状，尺寸和工艺特征等进行分组，为每一组设计一套可调整的“专用夹具”，使用时只需稍加调整或更换部分元件，即可加工同一组内的各个零件。（4）组合夹具 组合夹具是一种由预先制造好的通用标准部件经组装而成的夹具。当产品变更时，夹具可拆卸、清洗，并在短时间内重新组装成另一种形式的夹具。因此组合夹具既适合于单件小批生产，又可适合于中批生产。 对于单件，小批量生产，应尽量使用通用夹具，这样可以降低工件的生产成本，但由于通用夹具适用各种工件的装夹，所以装夹时较费时间，加工精度不高，劳动强度大并且操作复杂，生产效率低。由于所设计零件属于中批生产，精度要求较高，为了保证工作加工精度、提高生产效率、降低劳动强度，我们可以设计专用夹具来实现我们的要求5.2专用夹具方案和定位元件的选择5.2.1夹具的设计夹具体是夹具的基础件，在夹具体上，要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构装置等。设计时应满足以下基本要求：a、应有足够的强度和刚度b、结构简单，具有良好的工艺性c、尺寸稳定d、便于排屑 本夹具主要用来铣型面, 中线孔与下端面有垂直度关系，我们设计定位方案时需要考虑保持同轴度，其他不予考虑。因此我们选用下端面为定位基准，采用一面两销定位。5.2.2定位基准的选择工件在夹具中的地位应符合定位原理。合理地设置定位件和导向件时，应尽量采用通用标准。该设计用一面两销定位，是轴承座的面，一个圆柱销如图5-1和一个菱形销定位的。轴向方向的定位（限制自由度），是由“一面”完成的。一面，限制2个转动、1个移动（自由度）。圆柱销限制2个移动。菱形销限制1个转动。图5-1 圆柱销加紧力的作用点和方向应符合加紧原则。该设计选用平端压板如图5-2加紧方式。图5-2平压板5.2.3切削力及夹紧力的计算由夹具装配图可以看出,由于水平方向上有一个圆柱定位销和一个菱形定位销,所以水平方向上不需要考虑夹紧力是否合适,只用考虑Z轴上的夹紧力就可以了. 查机床夹具设计手册表1-2-3得:式中:=1.8mm f=1.5mm/r=1.01.01.01.0=1.10所以,Fc=9021.81.51.10=2420.7N在计算切削力时,必须把安全系数也考虑在内.查机床夹具设计手册,表1-2-1可知:所以,切削力=1.51.21.01.01.31.01.52420.7=8496.7N因本夹具主要夹紧力是压板夹紧,此时,实际夹紧力已大于所需8496.7N的加紧力了,所以本夹具可安全工作.5.2.4定位误差分析一面一销定位误差(1)移动时基准位移误差 式中： 圆柱销孔的最大偏差 圆柱销孔的最小偏差 圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙代入上式得： = = (2) 转角误差 式中： 圆柱销孔的最大偏差 圆柱销孔的最小偏差 圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙 菱形销孔的最大偏差 菱形销孔的最小偏差 菱形销定位孔与定位销最小配合间隙 则代入上式得：则： 经检验合格装配图如下5-3：图5-3轴承座专用夹具装配图5.3组合夹具方案一个优良的组合夹具必须满足下列基本要求：（参考文件）（1）保证工件的加工精度，稳定加工质量保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还要进行定位误差分析，还要注意夹具中其它零部件的结构对加工精度的影响，确保组合夹具能满足工件的加工精度要求。（2）提高生产效率，降低成本 组合夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。（3）良好的强度、刚度和结构工艺性能组合夹具的结构应力简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等，有利于提高组合夹具的制造精度。（4）操作性能好组合夹具的操作方便、省力、安全可靠。在客观条件允许及又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强 1 度。（5）经济性好组合夹具应尽量采用标准件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低组合夹具的成本。因此，设计时应根据生产纲领对组合夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高组合夹具在生产中的经济效益。（6）扩大机床的使用范围使用组合夹具可以改变原机床的用途和使用范围，实现一机多能。（7）排屑顺畅组合夹具中积集切削会影响到工件的定位精度，切削的热量使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。清理切削将曾加辅助时间，降低生产率。因此组合夹具设计中要给予排屑问题充分的重视。5.4组合夹具的组成组合夹具的元件，按使用性能分为八大类：（1）基础件 它常作为组合夹具的夹具体。（2）支承件 它是组合夹具中的骨架元件，数量最多、应用最广。它可作为各元件间的连接件，又可作为大型工件的定位件。（3）定位件 定位元件的作用是用于固定元件与元件与工件之间的相对位置和尺寸距离要求，以保证夹具的装配精度和工件在加工中的准确位置。（4）导向件 它用于确定刀具与夹具的相对位置，起引导刀具的作用。（5）夹紧件 夹紧件是指用以夹紧工件的各种形状和尺寸的压板。（6）紧固件 它用于紧固组合夹具中的各种元件及紧固被加工工件。（7）其他件 以上六类元件之外的各种辅助元件列入其他元件。包括连接板、浮动块、各种支承钉、弹簧、平衡块等。（8）合 件 它是由若干零件组合而成，在组装过程中不拆散使用的独立部件。使用合件可以扩大组合夹具的使用范围，加快组装速度，减小夹具体积。5.5组合夹具的组装组合夹具的组装过程是夹具设计和装配工作的统一过程，是体力和脑力劳动的综合。所以应遵循一定步骤和程序来进行，通常正确的组装过程是按准备阶段、拟定组装方案、试装、连接并调整紧固元件、最终检验等五个步骤。（1）准备阶段 首先应熟悉被加工的零件图及其加工工艺，了解工序加工要求，所使用的加工方法及设备、刀具等情况。在熟悉情况过程中，力求获得本工序所要加工的实物，以便弄清工件毛坯的状况，进一步确定工件的定位、夹紧和工件加工时的装卸等问题。(2）拟定组装方案 在保证工序加工要求的前提下，确定出工件的定位基准面和夹紧部位，从而选择出适合的定位元件、夹紧元件以及相应的支承元件和基础板等。同时要注意夹具的刚度和操作的方便性。 (3）试装 把初步设想的组装方案先进行试装一下，对一些主要元件的尺寸精度、平行度、垂直度等需进行必要的挑选和测量。但各元件在试装时不必紧固。因为试装的目的是验证一下所拟定的结构方案是否合理，以便进行修改和补充。试装后，应达到下列要求： 定位合理准确、夹紧可靠方便，在加工过程中夹具有足够的刚性，确保工件的加工。 夹具结构紧凑，各元件结构尺寸选择合理。 装卸工件方便、操作简单，清除切屑容易。 夹具在机床上安装可靠、找正方便。5.6槽系组合夹具（参考文件）（1）槽系组合夹具的规格为了适应不同工厂、不同产品的需要，槽系组合夹具分大、中、小型三种规格。（2）组合夹具的元件 基础件 如图5-4所示，有长方形、圆形、方形及基础角铁等。它们常作为组合夹具的夹具体。图5-4 基础件定位件 如图5-5所示，有平键、T形键、圆形定位销、菱形定位销、圆形定位盘、定位接头、方形定位支承、六菱定位支承座等。主要用于工件的定位及元件之间的定位。图5-5 定位件支承件 如图5-6所示，有V形支承、长方支承、加肋角铁和角度支承等。它们是组合夹具中的骨架元件，数量最多，应用最广。它可作为各元件间的连接件，又可作为大型工件的定位件。图5-6 支承件夹紧件 如图5-7所示，有弯压板、摇板、U形压板、叉形压板等。它们主要用于压紧工件，也可用作垫板和挡板。图5-7 压紧件导向件 如图5-8所示，有固定钻套、快换钻套、钻模板、左、右偏心钻模板、立式钻模板等。它们主要用于确定刀具与夹具的相对位置，并起引导刀具的作用。图5-8 导向件紧固件 如图5-9所示，有各种螺栓、螺钉、垫圈、螺母等。它们主要用于紧固组合夹具中的各种元件及压紧被加工件。由于紧固件在一定程度上影响整个夹具的刚性，所以螺纹件均采用细牙螺纹，可增加各元件之间的连接强度。同时所选用的材料、制造精度及热处理等要求均高于一般标准紧固件。图5-9 紧固件其它件 如图5-10所示，有三爪支承、支承环、手柄、连接板、平衡块等。它们是指以上六类元件之外的各种辅助元件。图5.-10其他件合件 有尾座、可调V形块、折合板、回转支架等。合件由若干零件组合而成，在组装过程中不拆散使用的独立部件。使用合件可以扩大组合夹具的使用范围，加快组装速度，简化组合夹具的结构，减小夹具体积。图5-11 液压缸的基础板1螺塞 2油管接头 3基础板 4液压缸 5键 6活塞以上简述了各大类的主要用途。随着组合夹具的推广应用，为满足生产中的各种要求，出现了很多新元件和合件。图5.8为带液压缸的基础板。基础板内有油道连通七个液压缸4，利用分配器供油，使活塞6上、下运动，作为夹紧机构的动力源，活塞通过键5与夹紧机构连接。这种基础板结构紧凑，效率高。但需配备液压系统，价格较高。装配图如下5-12：图5-12 轴承座组合夹具装配图6 轴承座的UG建模过程1）进入UG界面，点击按钮进入草图绘制界面，2）在弹出的对话框中点击确定按钮选择默认的YZ平面。3）绘制如图6-1所示草图图6-1创建草图4）单击按钮进入建模界面，单击按钮弹出拉伸对话框，选择上面所画的正方形草图，指定矢量为X正轴方向，拉伸高度为55，其他默认值，点击确定后退出。如图6-2、6-3所示。图6-2设置拉伸参数 图6-3拉伸草图5）再次进入草图环境，选择上面已有的上表面为草图平面，绘制如下图所示的草图图6-4回到草图坏境绘制草图6）单击“拉伸”按钮，参数设置如图6-5所示，单击【确定】，建立如图6-6所示实体。图6-5设置拉伸参数 图6-6拉伸草图7）再次进入草图环境，选择上面已有的上表面为草图平面，绘制如下图所示的草图，单击“完成草图”回到建模状态。图6-7绘制草图8）单击“拉伸”按钮，参数设置如图6-8所示，单击【确定】，建立如图9所示实体。图6-8设置拉伸参数 图6-9拉伸草图9）单击“草图”在图6-9左面和右面绘制如图6-10所示，单击“完成草图”回到建模状态。图6-10绘制草图10）求和后，单击“拉伸”按钮，参数设置如图6-11所示，单击【确定】，建立如图6-12所示实体。图6-11 设置拉伸参数 图6-12求差11）单击“草图”在图12左面和右面绘制如图6-13所示，单击“完成草图”回到建模状态。图6-13绘制草图12）单击“拉伸”按钮，参数设置如图6-14所示，单击【确定】，建立如图6-15所示实体。图6-14设置草图拉伸参数 图6-15拉伸13）单击“草图”在图6-15左面和右面绘制如图6-16所示，单击“完成草图”回到建模状态。图6-16绘制草图14）单击“拉伸”按钮，参数设置如图6-17所示，单击【确定】，建立如图6-18所示实体。图6-17 设置拉伸参数 图6-18求差15）单击“草图”在图6-18底面绘制如图6-19所示，单击“完成草图”回到建模状态。图6-19绘制草图16）单击“拉伸”按钮，参数设置如图6-20所示，单击【确定】，建立如图6-21所示实体。图6-20设置拉伸参数 图6-21求差17）对图上需要圆角的地方进行倒圆，完成后如图6-22所示。图6-22倒圆角7 轴承座的数控加工7.1UG 模拟加工1）创建加工环境，点击开始按钮，选择加工选项进入加工页面。选择mill_planar单机确定按钮如图 7-1 所示。图 7-1进入加工页面2）创建加工坐标系，单击工具条中导航器中的几何视图按钮， 在左边的导航器中弹出如图 7-2 所示画面。然后用鼠标左键双击， 弹出如图 7-3所示的对话框，然后点击中的弹出如图 7-4 所示的对话框，然后输入坐标值如图 7-5。单击确定返回 Mill Orient 选项卡，在单击图 7-2、图 7-3、图 7-4、图 7-5 建立加工坐标系3）创建几何体，同样选择几何视图，在几何视图的导航器里用鼠标左键双击出现如图 7-6 所示的对话框。然后依次指定部件，指定部件点击指定部件后面的图标 ，然后选择要加工的面为指定部件如图 7-7 和图 7-8 所示。指定毛坯，单击指定毛坯的图，弹出对话框如图 7-9 所示，在选择选项中选择自动块如图 7-10，制定检查可不选。即完成了几何体的创建如图 7-11。 图7-6 双击 图77指定几何体图78要加工的面图79自动块选项 图710自动块图711完成几何体的创建4）创建程序，在程序顺序视图中单击创建程序按 ，弹出对话框如图 7-12。点击确定，创建程序完毕如图 7-13。图712创建程序 图7135）在机床视图环