转向摇臂专用夹具设计

目录前言 1摘要2一、夹具设计任务及要求1.1 零件分析 21.2 精度及批量分析 3二、夹具设计方案的确定 32.1 基准面的选择 32.2 定位原理及定位方案的选择及实现 42.3 夹紧方式及元器件的选择 52.4 夹具总装结构 5三、定位误差及夹紧分析与计算 63.1 影响加工精度的因素 63.2 保证加工精度 83.3 夹紧方式 9四、夹具体及主要零件结构设计 9五、结束语 11参考文献12华侨大学机械制造工艺学课程设计 08 机电 1 班 陈校 0811114006前言转向摇臂是汽车上一个重要部件，其作用是把转向器输出的力和运动传给直拉杆或横拉杆，进而推动转向轮偏动。结构上来讲，其大端与转向摇臂轴相连，小端与转向拉杆绞接。安装时，摇臂与摇臂轴要对正记号，以保证从中间向两边摆动是摆角大致相同。零件为中批量生产，设计的夹具应适应批量生产。本次课程设计为设计机床夹具，机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而破坏定位，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全等。机床夹具在生产中应用十分广泛。本次课程设计内容包括零件的分析、夹具结构设计、绘制夹具装配图以及具体零件图等。华侨大学机械制造工艺学课程设计 08 机电 1 班 陈校 0811114006摘要本设计的内容是设计精铣小端上下两个端面，两端高度为32+0.5 -0.3mm 的夹具，零件材料为 HT200。选用的铣刀为镶齿三面刃铣刀，铣刀材料为硬质合金，所用铣刀尺寸为 100mm12mm。华侨大学机械制造工艺学课程设计 08 机电 1 班 陈校 0811114006一、夹具设计任务及要求1.零件分析：该两平面的加工工序是工件加工工艺过程粗加工有加工完。所以其它可以选作定位基准的表面基本均已加工完成。本工序需保证的尺寸包括右侧大端中线距小端下底面的距离为 17.5，小端上下端面距离为 32+0.5 -0.3。需限制的自由度包括 XYZ六个自由度。实际定位时可以采用完全定位。Z华侨大学机械制造工艺学课程设计 08 机电 1 班 陈校 08111140062.精度及批量分析（1）本工序有一定尺寸精度要求，属于批量生产，使用夹具加工是适当的。（2）考虑到生产批量不是很大，因而夹具结构应尽可能的简单，以减少夹具的制造成本。二、夹具设计方案的确定2.1.基准面的选择（夹具体方式的确定）夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。在设计夹具体时应满足以下基本要求。 具有足够的强度和刚度。 结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。 安装稳定牢靠。 结构的工艺性好，便于制造、装配和检验 尺寸要稳定且具有一定精度。 清理方便。 达到零件所须的技术要求故本方案的基准面以导轨槽的左侧面及尾座体底面做为基准面华侨大学机械制造工艺学课程设计 08 机电 1 班 陈校 08111140062.2 定位原理及定位方案的选择及实现1.工件的定位原理自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿 OX,OY,OZ 三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。根据零件的技术要求：定位方案确定为两面一孔定位。2.定位方案的选择及实现由分析知，零件的定位方案有如下两种：定位方案一：可以上下端面分开铣削采用双 V 型块定位限制 X,一端为浮动同时可以夹紧,底面限制 。该夹具结构简单，精YZ Z度一般，装夹方便，由于上下面分开加工效率较低，工件为中大批量生产，且有二次装夹，不易采用。定位方案二：采用圆柱销定位大端内孔 26，限制 两个自XY由度，大端底面限制 ，并采用可浮动 V 型块定位限制 一个自ZXYZ由度并可夹紧，该夹具可以有效的保证加工精度，结构较复杂，要分为两个夹具，装夹较不方便，加工效率低，不易采用。定位方案三：采用圆柱销定位大端内孔 26，限制 两个自XY由度，圆柱销同时带螺纹可以采用螺母加垫片夹紧，底面限制华侨大学机械制造工艺学课程设计 08 机电 1 班 陈校 0811114006三个自由度，采用调节支承螺钉限制 ，本方案可以有效保证ZXY Z加工精度并且可以同时铣削上下两端面，提高生产效率。该夹具结构较简单，但加工效率高，所以采用此方案。2.3夹紧方式及元器件的选择夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。对夹紧机构的基本要求如下： 夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。 夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量 夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。 结构力求简单，便于制造和维修。故本方案采用气动内部夹紧装置。2.4.夹具总装结构根据被加工零件的结构特征，选择六点定位原理。夹具体底座底面限制 3 个自由度，导轨槽的定位块限制 2 个自由度。总装图参见附件。华侨大学机械制造工艺学课程设计 08 机电 1 班 陈校 0811114006三、定位误差与夹紧分析及计算3.1 影响加工精度的因素一批工件依次在夹具中进行定位时，由于工序基准的变动对加工表面尺寸所造成的极限值之差称为定位误差。产生定位误差的原因是工序基准与定位基准不相重合或工序基准自身在位置上发生偏移或位移所引起的。用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹具有关的因素有：定位误差 P、对刀误差T、夹具在机床上的安装误差 A 和夹具误差 E，在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差 G。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差。a.定位误差 D第一类误差第一类误差是由于工件在工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准位置。在本设计中，由于定位基准和工序基准是重合的，所以基准不重合误差为 0。第二类误差第二类误差是由于工件的定位表面或夹具上的定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差。工件与定位销之间，以定位销中间圆盘，即工件底面为主定位华侨大学机械制造工艺学课程设计 08 机电 1 班 陈校 0811114006面。已知大端厚度尺寸为 260.5，大端中线到小端底面的尺寸为17.5，所以易知， 5.0Dwb.对刀误差 T因为刀具相对于对刀或导向装置不精确造成的加工误差，称为对刀误差。本工序中铣刀是采用对刀块进行对到，铣刀对刀时对到误差计算公式为：（3-lbhdpmedKdL )(211234）即得对刀误差 mm 014.Tc.夹具在机床上的安装误差 A因为夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。一般取： 水 A=0.2mm 垂 A=0mmd.夹具误差 E因夹具上定位元件，对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。华侨大学机械制造工艺学课程设计 08 机电 1 班 陈校 0811114006一般取 E=0.02mme.加工方法误差 G因机床精度，刀具精度，刀具与机床的位置精度，工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差，因该项误差影响因素很多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的 。计算时可设 G= 。313k工件位置公差取 0.5kG= （3-5）m167.0533.2. 保证加工精度工件在夹具中加工时，总加工误差 为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机误差，应用概率法加，因此，保证工件加工精度条件是：22geaDW2598.0.0.14.50即工件总加工误差 应不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夹具完全可以保证加工精度。为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时需留出一定精度储备量 ，因此将上式cJ改为： = （3-kcJck华侨大学机械制造工艺学课程设计 08 机电 1 班 陈校 08111140067）当 0 时夹具能满足加工要求，根据以上cJ= =0.30-0.25598=0.044020 ck所以夹具完全可以满足加工要求。3.3 夹紧方式夹紧力方向应遵守以下准则：夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。夹紧力的方向应是工件刚度较好的方向夹紧装置中产生源动力的部分叫做力源装置，分为手动夹紧和机动夹紧。本设计采用了手动夹紧，在定位销的上端用螺纹夹紧机构进行夹紧，与工件底面，即主定位基面方向一致。由于加工面里大端较远，刚度不足，为减小夹紧变形，在小端附近添加辅助支撑，并在上面用压板式螺旋夹紧机构进行夹紧。使夹具结构更为紧凑。华侨大学机械制造工艺学课程设计 08 机电 1 班 陈校 0811114006四、夹具体及主要零件结构设计夹具体：根据工件加工工步和工件外形，在保证工件加工精度的前提下，尽量使夹具体简单，使夹具体便于加工，同时让整个夹具在装夹过程中简单，便于操作，同时尽量使用标准件，有助于夹具日后的维护，夹具体的采用铸造成型，采用 HT200，经过铣削加工保证表面粗糙度和形位公差。夹具体的厚度 20mm 有利于铸造成型和保证整个夹具的稳定性，同时夹具需要装在机床工作台，夹具体的尺寸需要和工作台相配合，有助于夹具体在机床上的装配，同时也便于装配。定位销：五个自由度的限制都和定位销有关，只有保证销柱的精度才能有效的保证零件的加工精度，与工件接触表面粗糙度为0.8，与夹具体接触表面粗糙度为 1.6。两定位面柱面的同轴度为0.01。销柱下表面与夹具体的接触需要保证夹具体和工件接触的平行度，而作为定位销柱必须有足够的尺寸精度才能保证保证工件的加工要求。同时该定位销需要装配夹紧装置，需要对销柱的上下端部位进行螺纹加工。对刀块：采用标准件，直角对刀块（JB/T 8031.3-1999）华侨大学机械制造工艺学课程设计 08 机电 1 班 陈校 0811114006五、结束语专用夹具是为零件的某一道工序加工而设计制造的，它广泛用于大量生产中，它不但提高了生产率而且也提高加工精度，改善劳动条件。通过这次课程设计，我个人对夹具有了更进一步的了解，夹具要保证加工出的产品有较高的精度，就必须要求其自身有较高的精度，定位元件拥有高精度的同时还需要有一定的刚度和强度，以保证在加工过程中自身不会变形和一定的寿命。夹紧机构要求有一定的刚度和强度，以确保在一定的力的作用下夹紧元件不会先于工件发生变形、损坏。夹具体是夹具的主体部分，是与机床相接的部位、也是支撑夹紧元件、工件的主要部分：要求其有一定的强度和刚度、稳定性，又考虑到经济性一般都采用 HT200 作为夹具体。而且对夹具的维护保养，及夹具在设计中应该注意的问题有了更进一步的了解，自己的能力在这次课程设计中也得到了提升。在设计的过程中又一次把所学的知识做了一次综合式的复习，为接下来要做的毕业设计做好了很好的准备工作；同时在设计中也发现自己的很多不足之处：