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万向节滑动叉的铣Φ39孔宽118上端面夹具设计及加工工艺装备规程含4张CAD图.zip,万向节,滑动,39,孔宽,118,端面,夹具,设计,加工,工艺,装备,规程,CAD

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滑动叉的工艺规程及铣39孔宽118上端面夹具设计摘要我国社会主义现代化要求机械制造工业为国民经济各部门的技术进步、技术改造提供先进、高效的技术装备。为新材料、新能源、机械工程、机械制造、机床夹具等技术的生产和应用提供基础装备。本次设计主要的内容是滑动叉的工艺规程及铣118上端面夹具。结合目前实际生产中，通用夹具不能满足生产要求，用通用夹具装夹工件效率低、劳动强度大、加工质量不高，而且往往需要增加划线工序，本设计为铣床专用夹具，主要包括夹具的定位方案，夹紧方案、对刀方案，夹具体的设计及加工精度等方面的分析。本夹具能在铣零件118上端面的时候使质量进一步提升，并降低劳动强度，能在保证产品质量加工精度的同时批量生产，从而降低生产成本。从而夹具的使用在某种程度上提高实际生产中企业的效益。因而对夹具知识的认识和学习，在今天显的尤为重要。关键词：夹具、滑动叉、工艺规程，118上端面、铣床AbstractChinas socialist modernization requires the machinery manufacturing industry to provide advanced and efficient technical equipment for the technical progress and transformation of various sectors of the national economy. It provides basic equipment for the production and application of new materials, new energy, mechanical engineering, mechanical manufacturing, machine tool and fixture technology.The main content of this design is the technological process of sliding fork and the fixture for milling 118 upper end face. Combining with the actual production at present, the general fixture can not meet the production requirements. The general fixture is used to fix the workpiece with low efficiency, high labor intensity, low processing quality, and often needs to increase the marking process. This design is a special fixture for milling machine, mainly including fixture positioning scheme, clamping scheme, tool alignment scheme, fixture body. Analysis of design and machining accuracy.The clamp can further improve the quality and reduce the labor intensity when milling the upper end face of the part 118. The clamp can ensure the product quality processing accuracy and mass production at the same time, thereby reducing the production cost. Therefore, the use of fixture improves the efficiency of enterprises in actual production to a certain extent. Therefore, knowledge and learning of fixture knowledge are particularly important today.Key words: jig, sliding fork, process regulation, 118 upper face and milling machineI目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 机床夹具的组成11.2 机床夹具保证加工精度的工作原理2第二章 滑动叉零件的分析32.1 零件的作用32.2 零件的分析32.2.1零件的工艺分析32.2.2零件结构分析42.2.3零件的技术要求分析42.2.4零件的组成表面42.2.5零件的技术要求52.2.6零件的形位公差5第三章 滑动叉工艺规程的设计63.1 零件生产类型的确定63.2 确定零件的材料及制造方式63.3 选择加工的定位基准73.4 加工工艺路线的选择、比较与确定73.4.1加工工艺路线方案一83.4.2加工工艺路线方案二83.4.3加工工艺路线的比较与确定83.5 加工设备、加工刀具及量具的选用93.6 各工序工步加工余量的计算103.7 确定切削用量及基本工时11第四章 铣118上端面专用夹具设计224.1 定位方案及定位元件的确定与选择224.1.1限制工件自由度与加工要求的关系224.1.2定位方式与定位元件选择的原则234.1.3定位方案的确定234.1.4定位元件的选择234.2 夹紧方案及元件的确定与选择244.2.1设计夹紧装置应遵循以下原则244.2.2夹紧方案的确定254.2.3夹紧元件的选择254.3 夹具体的确定254.4 对刀装置的确定254.5 切削力和夹紧力的计算264.5.1切削力的计算264.5.2夹紧力的计算264.6 定位误差的计算与分析27结论29致谢30参考文献31II第一章 绪论1.1 机床夹具的组成虽然机床夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。机床夹具由以下六个部分组成：定位元件；夹紧装置；夹具体；连接元件；对刀导向元件；其他元件或装置。1、定位元件定位元件是夹具的主要功能元件之一。通常按工件定位基准面的形状设计。如V形块、可调V形块、定位轴、销、键。2、夹紧装置：其包括两部分，分为（1）夹紧机构如螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构等。（2）夹紧动力装置如液压动力装置、气压动力装置、电动装置等。使用夹紧动力装置可实现工件的自动夹紧达到较高的劳动生产率。3、夹具体夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。常用的夹具体为铸件结构、锻造结构和装配结构，形状有回转体形和底座形等形状。4、连接元件这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。通常有两种形式：一种是连接在机床工作台上；一种是连接在机床主轴上。5、对刀、导向元件这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件，用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件。6、其他元件或装置根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。图1-1 机床夹具的组成及各组成部分之间的关系图1-1所示为机床夹具的组成及各组成部分与机床、工件、刀具的相互联系。由此为正确设计夹具提供必要的依据。因为定位和夹紧是与工件有关，所以在设计定位元件和夹紧装置时，必须全面掌握与工件在该工序加工时的有关资料；在设计对刀、导向元件时，除考虑工件所要求的加工尺寸外，还必须掌握所用刀具的类型和尺寸规格；在设计连接元件时，则应符合加工时所用机床的工作台或机床主轴的结构型式和尺寸规格。1.2 机床夹具保证加工精度的工作原理机床夹具保证加工精度的工作原理有以下三个方面。1、工件在夹具的准确定位工件的定位使工件在夹具中占有准确的加工位置。2、夹具在机床上的准确位置夹具在机床上的相对定位，是使夹具体的连接表面与机床连接，以确定夹具在机床主轴或工作台上的准确位置，实现对机床切削成形运动的定位。影响夹具对切削成形运动的定位精度的环节较多，其中，有定位元件工作面对夹具体的连接表面间的位置误差，连接元件的连接误差等。夹具在机床上的准确位置，其本质是指定位元件的工作面对机床切削成形运动的定位，从而达到了工件被加工表面对定位基准的位置和尺寸精度的要求。3、刀具的准确位置使刀具相对有关的定位元件工作面之间保持准确的位置关系，这就保证了刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸，达到了加工精度要求。在夹具设计时，满足加工精度要求，是检验夹具性能的第一标准。32第二章 滑动叉零件的分析2.1 零件的作用滑动叉位于传动轴的端部。主要作用一是传递扭矩，使汽车获得前进的动力；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同的状态时，由本零件可以调整传动轴的长短及其位置。零件的两个叉头部位上有两个39的孔，用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万向联轴节的作用。零件65mm外圆内为花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用于传递动力之用。具体结构详见下图2-1所示：图2-1 滑动叉零件图2.2 零件的分析2.2.1零件的工艺分析在制订零件的机械加工工艺规程时，首先要对照产品装配图分析零件图，熟悉该产品的用途、性能及工作条件，明确零件在产品中的位置、作用及相关零件的位置关系；了解并研究各项技术条件制定的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的措施加以保证。然后着重对零件进行结构分析和技术要求的分析。2.2.2零件结构分析零件的结构分析主要包括以下三方面：1、零件表面的组成和基本类型尽管组成零件的结构多种多样，但从形体上加以分析，都是由一些基本表面和特形表面组成的。在零件结构分析时，根据机械零件不同表面的组合形成零件结构上的特点，就可选择与其相适应的加工方法和加工路线，例如外圆表面通常由车削或磨削加工；内孔表面则通过钻、扩、铰、镗和磨削等加工方法获得。2、主要表面与次要表面区分根据零件各加工表面要求的不同，可以将零件的加工表面划分为主要加工表面和次要加工表面；这样，就能在工艺路线拟定时，做到主次分开以保证主要表面的加工精度。3、零件的结构工艺性所谓零件的结构工艺性是指零件在满足使用要求的前提下，制造该零件的可行性和经济性。功能相同的零件，其结构工艺性可以有很大差异。所谓结构工艺性好，是指在现有工艺条件下，既能方便制造又有较低的制造成本。2.2.3零件的技术要求分析零件图样上的技术要求，既要满足设计要求，又要便于加工，而且齐全和合理。其技术要求包括下列几个方面：1、加工表面的尺寸精度、形状精度和表面质量；2、各加工表面之间的相互位置精度；3、工件的热处理和其它要求，如动平衡、镀铬处理、去磁等。2.2.4零件的组成表面1、尺寸118所在上下两端面；尺寸82所在上下两端面；2、R30、R9组成的表面，尺寸45所在右端面；3、65、62外圆所在圆柱表面及端面；4、渐开线花键槽所在表面及端面；5、4-M8-6H、M8-6H螺纹孔所在表面；6、39圆柱孔所在表面及端面；7、尺寸角度为7的斜面。2.2.5零件的技术要求1、尺寸118所在上下两端面，其表面粗糙度公差为3.2um；2、39圆柱孔所在表面，其表面粗糙度公差为3.2um；3、尺寸45所在右端面，其表面粗糙度公差为50um；4、62外圆所在圆柱表面，其表面粗糙度公差为0.8um；5、62外圆所在右端面，其表面粗糙度公差为0.8um；6、渐开线花键槽齿面，其表面粗糙度公差为1.6um；2.2.6零件的形位公差1、39圆柱孔所在轴线相对于“62外圆所在轴线”的位置度公差为0.2；相对于“39圆柱孔所在轴线”的同轴度公差为0.01；2、4-M8-6H螺纹孔所在轴线，相对于“39圆柱孔所在轴线” 位置度公差为0.3；3、尺寸118所在下端面相对于“62外圆所在轴线”的对称度公差为0.15，相对于“39圆柱孔所在轴线”的垂直度公差为0.1。第三章 滑动叉工艺规程的设计3.1 零件生产类型的确定零件生产纲领N可按下式计算：通过上面的分析，结合任务书、确定零件滑动叉的生产类型是大批量生产（年生产量为50000件）。要求产品合格率达到96%或以上。3.2 确定零件的材料及制造方式滑动叉的材料选用45钢，属于优等碳素结构钢，经调质处理后有良好的综合机械性能和加工工艺性能，零件材料的选择主要是考虑到满足使用要求，同时兼顾材料的工艺性和经济性，45钢满足以上要求，所以选用45钢。具体的毛坯图详见下图3-1：图3-1 滑动叉毛坯图3.3 选择加工的定位基准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，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。1、粗基准的选择原则为保证工件某重要表面余量均匀，应选重要表面为粗基准。应尽量选光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。2、精基准的选择原则“基准重合”原则尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起定位误差。“基准统一”原则尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。“自为基准“原则某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。“互为基准“原则当两个表面相互位置精度及尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。根据上述定位基准的选择原则，分析本零件，根据零件图，本零件是一个形状不复杂的零件。粗基准的选择：本零件将选择65右端面作为粗基准；精基准的选择：本零件将选择零件的62外圆作为精基准。3.4 加工工艺路线的选择、比较与确定制定工艺路线的出发点，应当是零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。由于生产类型为大批生产，可以考虑采用通用机床配以专用工夹具，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。根据零件的结构形状和技术要求，现初步制定两种工艺路线方案：3.4.1加工工艺路线方案一工序1：车削62外圆及右端面；工序2：铣削45右端面；工序3：铣削118上下两端面；工序4：钻削39圆柱孔；工序5：钻削4-M8-6H螺纹孔；工序6：钻削M8-6H螺纹孔；工序7：拉削渐开线花键槽；工序8：磨削62外圆；工序9：倒角。3.4.2加工工艺路线方案二工序1：铣削45右端面；工序2：铣削118上下两端面；工序3：钻削39圆柱孔；工序4：钻削4-M8-6H螺纹孔；工序5：钻削M8-6H螺纹孔；工序6：车削62外圆及右端面；工序7：拉削渐开线花键槽；工序8：磨削62外圆；工序9：倒角。3.4.3加工工艺路线的比较与确定方案一其加工顺序是车削、铣削、钻削、拉削、磨削。这样做的好处是：在进行钻削之前现对62外圆及其右端面进行了加工，确保孔的位置度、同轴度以及垂直度公差，适合大批量生产。方案二其加工顺序是铣削、钻削、车削、拉削、磨削。这样做的好处是：在进行后续、车削、拉削、磨削之前，现对端面和孔进行了加工，为后面夹具的定位提供了很高的精度，但孔的位置度、同轴度以及垂直度公差却不能够得到很好的保证。通过上面对2种加工方案的分析和比较，权衡利弊，决定选择方案一作为本次加工滑动叉的工艺路线。3.5 加工设备、加工刀具及量具的选用滑动叉是设计专用夹具的主要的零件，它的零件的材料是45钢。需要完成车削、铣削、钻削、拉削和磨削加工。下面对其加工设备、加工刀具及量具进行选择，具体如下：工序1：车削62外圆及右端面；选用的是CA6140卧式车床，零件装夹在专用夹具上，加工的刀具为合金车刀，测量的工具为游标卡尺。工序2：铣削45右端面；选用的是X52K立式铣床，零件装夹在专用夹具上，加工的刀具为端面铣刀，测量的工具为游标卡尺。工序3：铣削118上下两端面；选用的是X52K立式铣床，零件装夹在专用夹具上，加工的刀具为端面铣刀，测量的工具为游标卡尺。工序4：钻削39圆柱孔；选用的是Z3040摇臂钻床，待加工件装夹在专用夹具上，加工的刀具为麻花钻、扩孔钻、铰孔钻，测量的工具为游标卡尺。工序5：钻削4-M8-6H螺纹孔；选用的是Z3040摇臂钻床，待加工件装夹在专用夹具上，加工的刀具为麻花钻、丝锥钻，测量的工具为游标卡尺，螺纹量规。工序6：钻削M8-6H螺纹孔；选用的是Z3040摇臂钻床，待加工件装夹在专用夹具上，加工的刀具为麻花钻、丝锥钻，测量的工具为游标卡尺，螺纹量规。工序7：拉削渐开线花键槽；选用的是L6110卧式拉床，待加工件装夹在专用夹具上，加工的刀具为拉刀，测量的工具为棒料。工序8：磨削62外圆；选用的是M1420外圆磨床，待加工件装夹在专用夹具上，加工的刀具为砂轮，测量的工具为千分尺。工序9：倒角。3.6 各工序工步加工余量的计算工序1：车削62外圆及右端面；工步1：粗车62外圆及右端面；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为1.5mm。工步2：半精车62外圆及右端面；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为1mm。工步3：精车62外圆及右端面；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为0.5mm。工序2：铣削45右端面；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为3mm。工序3：铣削118上下两端面；工步1：粗铣118上下两端面；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为1.5mm。工步2：半精铣118上下两端面；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为1mm。工步3：精铣118上下两端面；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为0.5mm。工序4：钻削39圆柱孔；工步1：钻削39圆柱孔；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为2.5mm。工步2：扩削39圆柱孔；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为0.4mm。工步3：铰削39圆柱孔；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为0.1mm。工序5：钻削4-M8-6H螺纹孔；工步1：钻削4-M8-6H螺纹孔底孔；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为2.5mm。工步2：攻4-M8-6H螺纹孔；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为1.5mm。工序6：钻削M8-6H螺纹孔；工步1：钻削M8-6H螺纹孔底孔；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为2.5mm。工步2：攻M8-6H螺纹孔；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为1.5mm。工序7：拉削渐开线花键槽；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为1mm。工序8：磨削62外圆；依据切削加工手册及相关资料，决定其余量为0.01mm。工序9：倒角。3.7 确定切削用量及基本工时工序1：车削62外圆及右端面；工步1：粗车62外圆及右端面；（1）背吃刀量的确定，决定取1.5mm。（2）进给量f的确定，取0.2mm/r。（3）切削速度V的确定，取25m/min；取n=150，实际切削速度29.2m/min.（4）基本时间 式中：l=90，f=0.2，n=150则（5）辅助时间 式中：=6，f=0.2，n=150则工步2：半精车62外圆及右端面；（1）背吃刀量的确定，决定取1mm。（2）进给量f的确定，取0.25mm/r。（3）切削速度V的确定，取35m/min；取n=180，实际切削速度35m/min.（4）基本时间 式中：l=90，f=0.25，n=180则（5）辅助时间 式中：=6，f=0.2，n=150则工步3：精车62外圆及右端面；（1）背吃刀量的确定，决定取0.5mm。（2）进给量f的确定，取0.35mm/r。（3）切削速度V的确定，取45m/min；取n=280，实际切削速度54.5m/min.（4）基本时间 式中：l=90，f=0.35，n=180则（5）辅助时间 式中：=6，f=0.2，n=150则工序2：铣削45右端面；（1）切削深度3mm；（2）通过查询相关手册，取f=0.2mm/r。（3）明确切削的速度工件材料为45钢，查询手册，取=80m/min。算一下主轴转动速度，查询资料知n=300r/min，得（4）基本时间根据切削资料，其基本时间为： 式中：l=60，则（5）辅助时间根据切削资料，其辅助时间为： 式中：，则工序3：铣削118上下两端面；工步1：粗铣118上下两端面；（1）切削深度1.5mm；（2）通过查询相关手册，取f=0.2mm/r。（3）明确切削的速度工件材料为45钢，查询手册，取=80m/min。算一下主轴转动速度，查询资料知n=300r/min，得（4）基本时间根据切削资料，其基本时间为： 式中：l=68，则（5）辅助时间根据切削资料，其辅助时间为： 式中：，则工步2：半精铣118上下两端面；（1）切削深度1mm；（2）通过查询相关手册，取f=0.25mm/r。（3）明确切削的速度工件材料为45钢，查询手册，取=90m/min。算一下主轴转动速度，查询资料知n=375r/min，得（4）基本时间根据切削资料，其基本时间为： 式中：l=68，则（5）辅助时间根据切削资料，其辅助时间为： 式中：，则工步3：精铣118上下两端面；（1）切削深度0.5mm；（2）通过查询相关手册，取f=0.3mm/r。（3）明确切削的速度工件材料为45钢，查询手册，取=100m/min。算一下主轴转动速度，查询资料知n=375r/min，得（4）基本时间根据切削资料，其基本时间为： 式中：l=68，则（5）辅助时间根据切削资料，其辅助时间为： 式中：，则工序4：钻削39圆柱孔；工步1：钻削39圆柱孔；（1）采用的麻花钻的材质是硬质合金钻头，它的具体的数值在下面：。（2）根据相关设计资料和设计指南取（3）切削速度的确定取。主轴的转动速度，查主轴转速表，取；得（4）基本时间根据切削资料，其基本时间为： 式中：l=118，则（5）辅助时间根据切削资料，其辅助时间为： 式中：，则工步2：扩削39圆柱孔；（1）采用的扩孔钻的材质是硬质合金钻头，它的具体的数值在下面：。（2）根据相关设计资料和设计指南取（3）切削速度的确定取。主轴的转动速度，查主轴转速表，取；得（4）基本时间根据切削资料，其基本时间为： 式中：l=118，则（5）辅助时间根据切削资料，其辅助时间为： 式中：，则工步3：铰削39圆柱孔；（1）采用的铰孔钻的材质是硬质合金钻头，它的具体的数值在下面：。（2）根据相关设计资料和设计指南取（3）切削速度的确定取。主轴的转动速度，查主轴转速表，取；得（4）基本时间根据切削资料，其基本时间为： 式中：l=118，则（5）辅助时间根据切削资料，其辅助时间为： 式中：，则工序5：钻削4-M8-6H螺纹孔；工步1：钻削4-M8-6H螺纹孔；（1）采用的麻花钻的材质是硬质合金钻头，它的具体的数值在下面：。（2）根据相关设计资料和设计指南取（3）切削速度的确定取。主轴的转动速度，查主轴转速表，取；得（4）基本时间根据切削资料，其基本时间为： 式中：l=18，则（5）辅助时间根据切削资料，其辅助时间为： 式中：，则工步2：攻4-M8-6H螺纹孔；（1）采用的丝锥钻的材质是硬质合金钻头，它的具体的数值在下面：。（2）根据相关设计资料和设计指南取（3）切削速度的确定取。主轴的转动速度，查主轴转速表，取；得（4）基本时间根据切削资料，其基本时间为： 式中：l=15，则（5）辅助时间根据切削资料，其辅助时间为： 式中：，则工序6：钻削M8-6H螺纹孔；工步1：钻削M8-6H螺纹孔底孔；（1）采用的麻花钻的材质是硬质合金钻头，它的具体的数值在下面：。（2）根据相关设计资料和设计指南取（3）切削速度的确定取。主轴的转动速度，查主轴转速表，取；得（4）基本时间根据切削资料，其基本时间为： 式中：l=11，则（5）辅助时间根据切削资料，其辅助时间为： 式中：，则工步2：攻M8-6H螺纹孔；（1）采用的丝锥钻的材质是硬质合金钻头，它的具体的数值在下面：。（2）根据相关设计资料和设计指南取（3）切削速度的确定取。主轴的转动速度，查主轴转速表，取；得（4）基本时间根据切削资料，其基本时间为： 式中：l=11，则（5）辅助时间根据切削资料，其辅助时间为： 式中：，则工序7：拉削渐开线花键槽；（1）切削深度1mm；（2）通过查询相关手册，取f=0.2mm/r。（3）明确切削的速度工件材料为45钢，查询手册，取=100m/min。算一下主轴转动速度，查询资料知n=600r/min，得（4）基本时间根据切削资料，其基本时间为： 式中：l=140，则（5）辅助时间根据切削资料，其辅助时间为： 式中：，则工序8：磨削62外圆；（1）加工机床的选择选择磨床的型号为M1420外圆磨床。（2）加工零件磨具的确定采用砂轮，其型号为平型砂轮。（3）磨削深度的确定磨削的深度将其定位0.01mm；（4）切削速度的确定通过一般资料的查看，在这里确定砂轮的切削速度为=27.5m/min按照的计算可知，主轴的转动速度，查主轴转速表，取，计算实际切削速度，。5、进给量的确定通过相关资料的查阅，本工序的进给量将其确定为0.1mm/r。6、基本时间的确定机加工时间计算公式：主轴转速n=950r/min；进给量；磨削长度L=90mm。7、辅助时间的确定辅助时间计算公式：主轴转速n=950r/min；进给量；=7mm。工序9：倒角。第四章 铣118上端面专用夹具设计4.1 定位方案及定位元件的确定与选择4.1.1限制工件自由度与加工要求的关系1、自由度的概念由刚体运动学可知，一个自由刚体，在空间有且仅有六个自由度。工件在空间的位置是任意的，即它既能沿Ox、Oy、Oz三个坐标轴移动，称为移动自由度分别表示为；又能绕Ox、Oy、Oz三个坐标轴转动，称为转动自由度，分别表示为。图4-1自由度2、六点定位原则如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，分别限制刚体的六个运动自由度。分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度。用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原则。根据工件加工面的位置精度（包括位置尺寸）要求，有时需要限制6个自由度，有时仅需要限制1个或几个（少于6个）自由度，具体视工件加工要求而定。下面分几种情况讨论。（1）完全定位完全定位是指不重复地限制了工件的六个自由度的定位。当工件在x、y、z三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。（2）不完全定位根据工件的加工要求，有时并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位方式称为不完全定位。（3）欠定位根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位称为欠定位。欠定位无法保证加工要求，因此，在确定工件在夹具中的定位方案时，决不允许有欠定位的现象产生。（4）过定位夹具上两个或两个以上定位元件重复限制同一个自由度的现象，称过定位。4.1.2定位方式与定位元件选择的原则工件的外圆柱面定位有两种基本形式：定心定位和支承定位。定心定位的外圆柱面是定位基面，外圆柱面的中心线是定位基准。在夹具设计中，常用于外圆表面定位的定位元件有支承板和V形块等。各种定位套对工件外圆表面实现定心定位，支承板对外圆表面的支承定位，V形块实现对外圆表面的定心对中定位。工件为套筒类零件，加工键槽和油槽，其对称度要求较高，并且采用外圆柱面定位。即当工件的对称度要求较高时，可选用V形块定位。V形块工作面间的夹角常取60、90、120三种，应用最多的是90V形块。90V形块的典型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。4.1.3定位方案的确定利用62外圆柱面和V型定位块进行定位，限制3个自由度。利用62右端面和定位夹紧座左端面进行定位，限制2个自由度。最后，在82下端面处插入工件插销限制工件转动，限制1个自由度，实现零件完全定位。4.1.4定位元件的选择在夹具主要定位元件是V形定位块，定位夹紧座、工件插销。由于V形块定位精度高，工件轴向位置用定位夹紧座定位，周向用工件插销定位，能保证加工精度。具体构造见图4-2夹具装配图。图4-2 夹具装配图4.2 夹紧方案及元件的确定与选择4.2.1设计夹紧装置应遵循以下原则1、工件不移动原则夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。2、工件不变形原则夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。3、工件不振动原则对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。4、安全可靠原则夹紧传力机构应有足够夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。5、经济实用原则夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修；操作方便、省力，使用性能好。4.2.2夹紧方案的确定利用V型夹紧块，方头螺栓，压板、夹紧套、六角螺母、双头螺栓对工件进行径向方向的夹紧，利用双头螺栓、六角螺母，开口压盘对工件进行上下方向夹紧。4.2.3夹紧元件的选择夹紧元件有：V型夹紧块，方头螺栓，压板、夹紧套、六角螺母、双头螺栓、开口压盘。4.3 夹具体的确定夹具体是整个夹具的基础和骨架。夹具体的形状和尺寸主要取决于工件的外轮廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加工性质。其形状和尺寸很多都是非标准的。通过资料的查阅，确定夹具的制造形式为铸造夹具体。材料为HT200灰铸铁。具体构造见图4-3。图4-3 夹具体图4.4 对刀装置的确定本次设计的夹具是用来对其118上端面进行铣削。为保证零件的公差要求以及形位公差要求，需添加对刀装置。依据零件的特点以及夹具的结构，在其前方增加对刀座。4.5 切削力和夹紧力的计算4.5.1切削力的计算刀具：高速钢端面铣刀，80mm，z=10其中所以水平分力：垂直分力在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数。其中：为基本安全系数1.5；为加工性质系数1.1；为刀具钝化系数1.1；为断续切削系数1.1。所以4.5.2夹紧力的计算。其中：为基本安全系数，取1.5；为加工性质系数，取1.1；为刀具钝化系数，取1.1；为继续切削系数，取1.1；为夹紧力稳定系数，取1.3；为手动夹紧手柄位置系数，取1.0。所以=2.6实际夹紧力应为：。其中及为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，（见机床夹具设计手册）所以取螺栓预紧力。选方头螺栓M20粗牙螺纹，材料为45#钢。则，小于45#钢的许用拉应力，故可方头螺栓M20粗牙螺纹夹紧工件。4.6 定位误差的计算与分析六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用D表示。在工件的加工过程中，产生误差的因素很多，定位误差仅是加工误差的一部分，为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/51/3。即：D(1/51/3)T式中：D定位误差，单位为mm；T工件的加工误差，单位为mm。选用V形块定位，即100V形块，不计其制造误差，工件采用62h6mm外圆表面定位时，只有定位基准面的制造误差造成工件定位中心偏移，产生基准位移误差，方向不定。如图（4-4）所示由图4-4可知，仅由于工件直径公差的影响，使工件中心沿Z方向从O1移至O2，即基准位移量为式中 工件定位的直径公差（mm）；a/2V形块的半角（）。V形块对中性好，即其沿X方向的位移误差为零。，其V形块的位移误差计算公式为图4-4 V形块定心定位的基准位移误差由此可知；考虑到定位基准面制造时的尺寸公差、圆柱度误差等随机误差综合因素影响，所以用概率叠加法计算基准位移误差：由此可知，定位基准沿Z轴方向最大位移为0.035mm，并且影响其键槽深度方向的尺寸精度。工序尺寸，公差： 故采用此定位方案精度足够。结论该夹具为铣床夹具，夹具总体结构简单、定位精度高、夹紧可靠、工件装拆方便、快捷等优点，采用该夹具在立式铣床上进行铣削加工，所铣削端面几何尺寸、形位精度以及表面粗糙度值均达到了图纸设计要求；特别是解决了在铣削加工过程中对称度难以保证的现象，因而加工质量较好、加工效率显著提高。在本次设计中采用了手动夹紧为动力源。在本次课程设计的制作过程中，我深深的体会到一个看似简单的结构其实并不像我们想象中的那么简单，它所要考虑的东西还很多。要完善一个产品首先应该对其功能作用有充分的了解，然后对实现这些功能的结构进行分析，考虑哪种结构方案能够实现这种功能，哪种结构更加合理、有效、简便。根据了解的类似结构进行仔细分析，再进行适当的改进、创新，争取用最低的成本实现最先进的功能。最后再根据结构设计出各个零件，应当考虑到零件的加工、材料、成本等问题。致谢不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于指导老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他的悉心帮助和支持，才使我的设计工作顺利完成，在此向指导老师表示由衷的谢意。课程设计，我想是我大学里、也是我学生时代中比较重要的作业，这次作业，也是我完成最认真、投入心血最大的一次作业。设计的顺利完成，离不开老师的悉心指导和严格要求，谢谢。最后还要感谢的，也是最应该感谢的是母校。通过这次课程设计，让我在走上工作岗位之前好好的锻炼一下自己。参考文献1薛源顺机床夹具设计北京：机械工业出版社,2011:11962李庆寿机床夹具设计北京：机械工业出版社,1984:11243宋殷机床夹具设计武汉：华中理工大学出版社,1990:12004陆剑中、孙家宁金属切削原理与刀具，北京：机械工业出版社,2005:35605许德珠主机械工程材料，北京：高等教育出版社,2001:551456陈榕林机械设计应用手册：北京：科学技术文献出版社,1995:75987陈立德机械设计基础，北京：高等教育出版社,2002:301688李益明机械制造工艺设计简明手册,北京：机械工业出版社,1993:35999郑修本机械制造工艺学，北京：