夹具设计 机械设计专业毕业设计 毕业论文.doc

目录前 言第 2 页零 件 分 析第 3 页（一）零件的工艺分析第 3 页（二）零件的作用.第 3 页工艺规程设计 第4 页（一）确定毛坯的制造形式 第 4 页（二）基准面的选择第 4 页（三）钻、扩、铰孔第 4 页夹 具 设 计第 6页（一）问题提出第 6页（二）夹具设计第 8页1、切削力及夹紧力的计算 第 8页2、夹紧力的计算 第 8页3、定位误差的分析 第 9页4、夹具设计及操作简要说明 第 10 页（三）结束语 第10页设计评估 第11页参 考 文 献 第 15 页 致谢第16 页前言 夹具介绍 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛的应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和生产制造成本等。一、机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。常用的分类方法有一下几种：（1）按夹具的使用特点分类根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为：通用夹具、专用夹具、组合夹具、可条夹具、拼装夹具五大类。 （2）按使用机床分类夹具使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、吃论机床夹具、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等。 （3）按夹紧力的动力源分类夹具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。二、机床夹具的组成：（1） 定位装置：用来确定工件在夹具中正确加工位置的装置。（2） 夹紧装置：工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的装置。（3） 夹具体：它是夹具的基础元件，把组成夹具的所有元件和装置连接成为一个有机整体。（4） 对刀、导向元件：用来确定刀具再加工前处于正确位置的元件称为对刀元件。用来确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件。（5） 其他装置或元件：根据需要，夹具上还可以一种其他元件，如分度装置，为了便于卸下工件而设置的顶出器，以及夹具再机床上定位的连接件等。三、钻床夹具设计。钻床夹具一般是由定位元件、夹紧装置、夹具体、对刀、导向元件及其他装置或元件组成。钻床夹具主要用于钻、扩、铰孔。在钻削加工中，工件上被加工孔的分布情况，在很大程度上决定了夹具的类型。因此钻床夹具可分为：固定式钻床夹具、移动式钻床夹具、翻转式钻床夹具、盖板式钻床夹具、回转式钻床夹具、滑柱式钻床夹具等。在此我选择盖板式钻床夹具。零件的分析 .零件的作用 题目所给的零件是CA6140机床上的拨叉，他位于机床变速箱内。主要作用是用于机床的变速。（图一） 所有表面均已加工。 （图一） 二. 工艺规程设计 （一） 确定毛坯的制造形式。 零件的材料为HT200铸铁，考虑到零件的几何形状比较复杂。所以用铸造的形式进行毛坯的制造。 （二） 基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。（1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取25孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共三块V形块支撑这两个55做主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制1个自由度，达到完全定位。（2）精基准的选择。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，此处不再重复。 三、钻、扩、铰孔1） 选择钻头：选择高速钢麻花钻头，直径钻头几何形状为（表1及表2）：双锥修磨横刃， 2） 选择切削用量（1） 确定进给量：由表5 当加工要求为7级精度，材料铸铁时 时 由 时 按钻头强度确定进给量 由表7 当灰铸铁 时 时： 按机床进给机构强度确定进给量 由表8 灰铸铁时 时：机床机构允许的轴向力为9800N。Z535允许最大为15690N。 进给量 由此可以看出受限制的进给量是工艺要求，从中取 由表16 可以查出钻孔时的轴向力在 时为： 轴向力修正系数为1.0 故 故 可用 2）确定钻头磨钝标准及耐用度， 由表9 时 钻头后刀面最大磨损量取为 耐用度 3） 确定切削速度由表10 加工性为第三类 双横刃磨的钻头 时 切削修正系数 故 扩孔： 24.7 按机床取 所以实际切削速度 铰孔： 取机床标准 1.13r/s 所以实际切削速度： 三、夹具设计（一）定位方案和定位元件的设计 1、常用定位方式及起定元件 定位元件的结构、形状必须与工件定位基准面形状想适应。定位基准面的形状通常有平面、外圆柱面、内孔、锥孔和成型表面等。因此，常用的定位元件按基准面的不同，分为一下几种：1） 平面定位的定位元件工件以平面为定位基准时，常常是把工件支承在定位元件上，所以这类定位元件称为支承。按其结构和用途不同，可分为以下几种： 支承钉：一个支承钉限制工件的一个自由度。 支承板：一个支承板限制三个自由度，其中一个位置自由度，两个角度自由度。 可调支承：可调支承限制一个自由度。 自位支承：称为自动定位支承或多点浮动支承，只限制元件的一个自由度。2） 外圆表面定位的定位元件以外圆表面为定位基准时，定位元件有V形架、半圆形定位架、定位套筒和圆锥套筒等。3） 孔定位的定位元件以孔为定位基准时，定位元件主要有圆柱定位销、圆锥定位销、定位心轴。综上所述，再此选择自位支承（一对）、V形架（三个）。2、夹紧装置的选用原则：（1） 夹紧力方向确定。 夹紧力应朝向主要限位面。 夹紧力方向应尽可能使所需要夹紧力减小。 夹紧力方向的选择应可能使工件变形减小。（2） 夹紧力作用点的选择 夹紧力的作用点应落在定位元件的定位范围内。 夹紧力的作用点应落在工件刚度较好的方向和部位。 夹紧力的作用点应靠近工件的加工表面。基本夹紧机构机床夹具中使用最普遍的是机械夹紧机构，这类机构绝大部分都是利用机械擦的自锁原理来夹紧工件的。斜契夹紧机构是其中最基本的形式，螺旋偏心、凸轮等机构是斜契夹紧机构的变化作用。（1） 斜契夹紧机构斜契夹紧机构有以下特点： 斜契结构简单，有增力作用。 斜契夹紧的行程小，通过增大行程，但自锁差。 通常与其他结构联合使用。（2） 螺旋夹紧机构 由于螺旋夹紧机构结构简单，夹紧可靠，所以在机床夹具中得到广泛应用。螺旋夹紧机构的缺点是夹紧动作慢。为克服此缺点，许多机构上采用各种快速螺旋夹紧装置。（3） 偏心夹紧机构 偏心夹紧机构是一种快速夹紧机构，常用的有圆偏心和曲线偏心良种形式。（4） 复合夹紧机构 斜契勾形压板 圆偏心压板螺钉-压板形夹紧机构综上所述，在此我选择斜契夹紧机构、螺旋夹紧机构、压板形夹紧机构三种夹紧元件。 元件的定位必须解决两个问题：即根据技术要求限制工件的自由度，是定位误差控制在允许范围内。现拨叉零件的一个孔，在三个坐标方向都有要求，为保证加工质量，应按完全定位的方式来设计夹具。定位基准的选择应注意基准重合原则，尽量以精基准定位和考虑孔壁均匀等特殊要求，以使定位误差控制在允许范围内。 根据上述原则，工件的定位有两个方案。 第一方案：用两个互成120的活动V形块来夹紧42外圆，再用一个压板将82的圆压住。优点是安装稳定，定位基准与安装基准重合。但突出的问题是没有完全定位，只限制5个自由度。如图： 第二方案：用三个互成120的活动V形块来夹紧42外圆，并用两个直径为15活动支撑来支撑42的端面，以便于工件处于自由状态时夹紧工件，再用一块压板压紧82的半圆。这样即弥补了工件本身材质脆的问题，又限制了工件的六个自由度，从而保证了基准重合原则。因此，应按第二方案来设计定位装置。如图： （图）（二）各种定位元件所能限制的自由度分析 1、压板所限制自由度为：Z方向的移动。 2、支撑所限制的自由度为：Z方向的移动。 3、V形块所限制的自由度为：X方向的移动、Y方向的移动、X方向转动、Y方向转动、Z方向转动。 由上述三种元件限制了工件的六个自由度，保证了完全定位的原则。如图： （图）（三） 定位基准的选择由零件图可知，用圆弧一端面定位并用压板夹紧，再用三块可调螺钉组成的V形上定位限制六个自由度。（四） 切削力及夹紧力的计算切削刀具：高速钢麻花钻头，则 式中：23.5mm， f0.41mm/r，（）计算结果 = 8397.352N选用压板压紧，实际加紧力N应为 式中，和是夹具定位面及加紧面上的摩擦系数，0.5。 压板用螺母拧紧，由机床夹具设计手册表1-2-23得螺母拧紧力根据杠杆原理压板实际加紧力为 此时已大于所需的1460N的夹紧力，故本夹具可安全工作。（五） 定位误差分析定位元件尺寸及公差确定。 (1) 夹具的主要定位元件为一平面和一v形块和一矩形块，面与面配合。 （2） 工件的工序基准为端面和圆柱面，故端面的平面度和圆柱面的援助度对定位误差影响最大.则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin 其中25H7为25+0.021 -0、117+0.027 -0.027、25H8为25-0.013 0 所以Td=Dmax-Dmin=(0.021+0.054+0.013)=0.089mm本工序采用一平面，一 v形块和矩形块定位，工件始终平面，而定位块的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件在定位块正上方会倾斜，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。（四）夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具选择了压板和压紧螺钉夹紧方式。本工序为钻孔，切削力大，所以选用夹紧力大一些装置就能达到本工序的要求。把工件放在夹具体内，让弹簧自由伸长，夹紧顶销之后再用压板压紧工件，然后用V形架夹紧工件，最后放上钻模板。本夹具的最大优点就是结构紧凑,承受较大的夹紧力。（五）结束语 1）目标完成情况：经过这段时间的努力，较好的完成了夹具的设计任务， 完成了设计说明书及装配图。2）程序设计中遇到的问题及解决方法：主要困难：学校图书馆相关资料有限，有些资料要上新华书店查阅；另外我们所学的是安装专业，设计内容与机械加工有关，这就增加了设计难度。 4）总结和体会：这次毕业设计给我们提供了一个应用自己所学知识和了解更多其它专业知识的机会，从到图书馆查找资料到对夹具精度分析与计算和运用CAD画出夹具零件图到最后夹具总图的成型。都对我学的知识进行了检验。可以说本次设计有苦也有甜。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，了解相关知识等，为我们设计的成功打下坚实的基础。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，要心平气合的一步一步来。总体来说，通过这次设计我受益匪浅。在摸索该如何画出夹具零件图时的过程中，也特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。在让我体会到了搞设计艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。 设计评估1、经济性以加工25的孔而设计专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构，所以此夹具设计简单，节约材料，用途较广。经济分析的原始数据工件的年批量N（件）单件工时td(h)机床每小时的生产费f（元/h）。此项费用包括工人工资、机床折旧费、生产中辅料损耗费、管理费等。夹具年成本Cj(元)。Cj为专用夹具的制造费用CZ分摊在使用期内每年的费用与全年使用夹具的费用之和。专用夹具的制造费用CZ用下式计算： CZ=pm+tfe式中 P ：材料的平均价格（元/） m ：夹具毛坯的重量（） t ：夹具制造工时（h） fe :制造夹具的每小时平均生产费用（元/h）夹具年成本Cj由下式计算：Cj=（1+K1/T）+K2CZ式中 K1：专用夹具设计系数，常用0.5； K2：专用夹具使用系数，常用0.20.3； T：专用夹具使用年限，对于简单夹具，T=1a。对于复杂的夹具，T=45a.因本夹具为简单的专用夹具：单件工时td2=0.15h,夹具毛坯重量m=,材料平均价p=1元/，夹具制造工时t=h,制造夹具每小时平均生产费fe=10元/h. 专用夹具的制造价格为： CZ2= pm+tfe=（1+10）元=元夹具的年成本Cj2: K1=0.5 K2=0.2 T=1a则：Cj2=（1+K1/T）+K2CZ=.8元2、工艺合理性结构工艺性评价的目的是降低生产成本，缩短生产时间，提高产品质量。结构工艺性应从加工、装配、维修和运输等方面来评价。本套产品是专用夹具，需要组合的零部件较少，结构也较为简单，加工中没有结构很复杂，尺寸很大的零部件，加工工艺性较好，只是连接面的精度不是非常好，但也能满足要求，零件多为铸件类零件，多采用平面、直线等并不复杂的形状，考虑加工时应避免倾斜面，孔在同一轴线上甚至同一直径和公差可合并工序，简化工艺以及加工面留有必要的退刀，应能保证一定的零件加工工艺性。另外在装配、维修方面也较为简单，且较少人员就能完成装配维修。3、技术可靠性表示产品可靠性水平高低的各种可靠性数量指标称为可靠性特征量。可靠性指标体系如下图所示：可靠性预测可靠性预测是对新产品设计的可靠性水平进行评估，技术出产品或其零部件可能达到的可靠性指标，目的是为了发现薄弱环节，提供方案比较、修改、优选和进行可靠性分配的依据，并对产品的维修费用以及全寿命运行费用作出估计。可靠性预测有许多方法，如统计分析法、失效模式、影响及后果分析法（FMECA）、鼓掌树分析法（FTA）、可靠性逻辑框图法及近似值法等可靠性指标的分配 . 可靠性的分配原则是： ）对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用时可靠性可有把握达到较高水平的单元，可分配较高的可靠度； ）对较简单的单元，组成单元的零部件数量少，装配容易保证质量或故障后易于修复的单元，可分配较高的可靠度； ）对重要的单元，该单元的失效将引起严重的后果，或该单元失效会导致全系统实效，应分配较高的可靠度； ）对整个任务时间内需连续工作，或工作条件严酷的单元，应分配较低的可靠度可靠性分配方法：等同分配法、按比例分配法、综合评分分配法和最优化分配法。 四、参考文献 李华机械制造技术高等教育出版社,2007隋明阳机械设计基础2002机械制造工艺学 张福润 严晓光华中科技大学出版社机床设计手册机械工业出版社1978年12月宋 殷 主