等臂杠杆卧铣加工专用夹具设计

机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩机电及自动化学院机械制造技术基础课程设计说明书设计题目：等臂杠杆卧铣加工专用夹具设计 学 院： 专 业： 班 级： 设 计 者: 学 号： 指导教师： 2012 年 01 月 10 日 机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩目录一、题目 (2)二、设计要求 (4)三、加工工序的分析 (4)四、定位方案和定位元件设计 (5)五、对刀导向元件设计 (8)六、夹紧方案和夹紧元件设计 (9)七、夹具体设计 (15)八、夹具精度误差计算设计要求 (16)九、小结 (17)十、参考文献 (18)机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩附图：夹具装配图夹具体零件图杠杆压板零件图专用 V 型块零件铰柱支撑零件图机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩一、题目1、加工零件如附图 1-1，图为零件三维实体图。附图 1-1 等臂杠杆三维实体图2、加工零件工程图，如附图 2-2附图 1-2 等臂杠杆工程图大批量生产，毛坯材料 HT200，具体尺寸、形位公差要求见如上附图。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3、此次课程设计工序如附表 1-1，设计等臂杠杆卧铣初铣专用夹具。附表 1-1 粗铣上端面大批量生产，要求采用专用夹具生产，各工序设计相应专用夹具。本工序为粗铣上端面：粗铣宽度杠杆左端圆柱平面，加工余量0.7。粗铣 40mm 和凸台的平面，加工余量 0.7。粗铣宽度杠杆右端圆柱平面，加工余量 0.7采用铣床卧式专用组合机床加工，设计专用铣面夹具。工序号 工序名称 10华侨大学机电及自动化学院 工艺附图 0 粗铣上端面 第 2车间 金工材料 HT200机床名称 卧式铣床机床型号 专用组合铣床夹具名称 专用夹具上工序 毛坯划线下工序 粗铣下工序内容粗铣宽度杠杆左臂端圆柱平面。粗铣 40mm 和凸台的平面。粗铣宽度杠杆右臂端圆柱平面。注：40mm 圆柱不加工面作加工粗基准。粗铣完留精加工余量 0.7。定位及相关尺寸见附图。 机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩二、设计要求和内容（1）掌握产品的加工工艺过程和工艺设备。（2）产品的工作原理、结构特点、技术要求。（3）根据工艺卡片的基准选择、定位方法、加工阶段的划分、加工顺序的安排、加工余量和工序尺寸和公差的进行夹具和刀具设计。（4）夹具的设计要考虑约束方法、定位精度、装夹方式、上下料方向。（5）刀具的设计要考虑刀具材料、规格、性能、切削角度、装夹方式、寿命、环境污染等。（6）检测和质量保证体系。（7）工装的生产效率分析。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩三、加工工序的分析1、零件的作用：杠杆属于等臂杠杆类别，主要用来支承和固定。2、零件材料：HT200灰铸铁 ，抗拉强度和塑性低，铸造性能和减震性能好，需要进行人工时效处理。3、本工序是粗铣，在划线之后，是机加工第一道工序。（1）粗基准的选择。为保证表面的加工余量均匀，粗基准通常只允许使用一次不能重复使用，保证加工余量合理分配，选择 40mm 圆柱外表面不加工面作为加工的粗基准。（2）40mm 平台的表面粗糙度要求为 Ra6.3um，形位公差要求0-0.43，粗铣时作自由公差，取 IT12 为铸造误差， X 轴方向，取 0.3mm，圆周方向，取 0.25mm.（3）此工序加工三个面，粗铣宽度杠杆左臂端圆柱平面，粗铣40mm和凸台的平面粗铣宽度杠杆右臂端圆柱平面。（4）卧铣加工，铣床卧式 X6025，工作台是常见普通工作台。加工刀具，W18Cr4V 硬质合金端铣刀，牌号 YG6，端面铣刀，齿数z=4,故据机械加工工艺简明手册表 3.1 铣削宽度 ae=70，取刀具直径 D=42mm。（5）夹紧定位要求如附表 1-1 中图所示，依此设计夹紧定位元件。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩四、定位方案和定位元件设计定位就是限制自由度，通过合理布置定位支承来限制工件在加工中的自由度。定位方案就是保证加工中工件自由度限制合理，能满足加工定位的自由度限制方案。定位元件是具体为实现定位方案而设计的元件。本工序为粗加工工序，采用粗基准，误差较大，零件存在不规整。避免过定位，需要使用辅助支撑。（一）定位元件设计由工序图中定位方案可知，采用 40mm 不加工外圆柱面作为粗基准，并采用长 V 型块、两定位钉的方式限制六个自由度，实现完全定位。由于粗加工，形位公差、尺寸公差按自由公差考虑，即IT11IT12,此次计算中取 IT11。1、长 V 型块卡住 40mm 圆柱体外圆柱面，限制四个自由度，具体尺寸由机械夹具设计手册查表，根据零件设计，标准（JB/T 8018.1-1999）,则D=40，N=42，L=85，B=50，H=32，h1=18，A=64，锁紧螺钉d1=11，d2=18，h=10，d=8，见 P324，如附图一机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩附图 4-1v 型块V 型块上定位销，查询机械设计手册，GB/T119.2 6X30-C1，可知,d=8，C=2，L=25.V 型块上紧定螺钉，查询机械设计手册，选择内六角圆柱头螺栓和 B 型粗牙六角螺母配合，GB/T2674-1986,螺钉d=10mm，L=52mm.，螺母，M10，m=9.3mm2、一个定位钉抵住 40mm 圆柱不加工一面，限制一个自由度，X 轴方向，查机械夹具设计手册，采用 B 型支承钉，GB2259-80，则 D=6mm,取 H=6， L=12,d=4。3、一定位钉顶住 30mm 小圆柱外表面限制一个自由度，绕 X轴转动。零件外表面存在铸造误差，采用固定支承标准件不能满足支承要求，采用可调支撑钉。查询机械夹具手册与三维图库，JBT8026_3-1999-6，取 d=M6，取 L=40，得标注件。另外一个 30mm 小圆柱外表面下采用自动调节支撑，查机械夹具设计手册，取支承钉 D=6mm，按照机械设计手册设计，GB2238-80,设计相关尺寸，如下附图二,自动调节支承：机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩附图 4-2 浮动支承（2） 、定位误差计算在应用六点定位原理解决了消除工件自由度的问题，解决了工件在夹具中位置的“确定与不确定”的问题。但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称为定位误差，用表示 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 ，工件在夹具中定位时，各个工件位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩以上定位元件设置中，工件对夹具的定位误差，分别算 V 型块定位误差和 X 方向定位钉定位误差， 表示基准不重合误差，表示基准位移误差。定位误差 = +V 型块定位误差 0W.1Dm2.2 mDWDW 012.01DW 机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩五、对刀导向元件设计对刀元件主要由对刀块和塞尺组成，用以确定夹具和刀具的相对位置，对刀元件的结构形式取决于加工表面的形状。圆形和方形对刀块，用于加工平面时对刀；直角对刀块，用于加工两相互垂直面或铣槽时的对刀；侧装对刀块，亦用于加工两相互垂直面或铣槽时的对刀。使用对刀元件对刀时，在刀具和对刀块之间用塞尺进行调整，以免损坏切削刃或造成对刀块过早磨损。在本次夹具设计中，铣削平面，对刀块通常制成单独的元件，用销钉和螺钉紧固在夹具上，其位置应便于使用塞尺对刀和不妨碍工件的装卸。选择直角对刀块，查询机械夹具手册与三维图库，JBT8031.3-1999，取标准键对刀块，则 L=40mm,B=26mm,H=22mm。参考机械夹具设计手册，选择平塞规，厚度 3mm,标准GB2244-80.如附图三：附图 5-1 对刀用平塞规查询机械设计手册 ，GB/T119.1-2000,采用 d=5 的圆柱销定位，长L=20mm。GB/T70.1-2000 ，采用内六角圆柱头螺钉定紧，M6 ，L=25mm 。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩六、夹紧方案和夹紧元件设计工件定位后，将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。设计夹紧装置应遵循以下原则：工件不移动原则 、工件不变形原则、工件不振动原则、安全可靠原则、经济实用原则 。设计之前，先计算夹紧力（一）、夹紧力计算夹紧力计算公式 ，安全系数WKk 6543210K1、先计算切削力（1）工件材料：HT200, =0.16GPa ，HBS=170220,铸造。b加工要求：粗铣宽度杠杆左端圆柱平面;粗铣 40mm 和凸台的平面;粗铣宽度杠杆右端圆柱平面。加工余量 0.7mm机床：卧式铣床专用组合机床 选择刀具：W18Cr4V 硬质合金端铣刀,牌号 YG6。端面铣刀，齿数 z=4,故据机械加工工艺简明手册表 3.1 铣削宽度 ae=70，取刀具直径 do=42mm。由于 b =800MPa，故选择：主刃 Kr=60，过渡刃 Kr=30，刀具副刃 Kr=5，后角 o25，副后角 o=8，刀齿斜角 s=15，副后角 o=8，刀齿斜角 s=10，刀具前角 o5。（2）切削用量:机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩切削量较小，选择铣削深度 ap=3.3mm，一次走刀完成,走刀长度长度，ae=40mm。决定每齿进给量 fz ： 根据表 3.5，当使用 YG6，铣床功率为 7.5kw时 ：fz=0.140.24mm/z，由于粗铣，故取 fz=0.24mm/z 刀具寿命 T 由表 3.8 及 3.14 确定 T= 90min 决定切削速度 vc 和转速 nc根据表 3.17,查得 Cv=245，qv=0.2，Xv=0.15，yv=0.35，uv=0.2，Pv=0，m=0.32 min/2.51042.4905c V 2.35132.KZafTdoCvpuveyzxvpmq 8r/min10n查表 3.30 得出机床的 nc=201500.取 nc=475r/min,Vf=400mm/min zmnVfzmdoVc /0.2475 /in.72645102 根据表 3.22 查得切削功率 Pe=2.3kwPce=7.50.75=5.63kw,因此切削用量可以采用（3）在本工序中，平面铣削，刀具沿 Z 轴负方向切入，Z 轴负方向分力 Fz 最大，Fx 轴向力较小，Fy 轴向力小于 Fz 方向力。先计算盘铣刀的切削力Z74.0f1a49FB90.1-zpD N72.514）2（390.1-742、工件需求夹紧力计算。X 轴正方向力靠 X 方向摩擦力和定位钉支承力消除，只考虑支撑了机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩足够即可，无需考虑夹紧力。Y 方向分力靠摩擦力、夹紧机构 V 型块夹紧力消除， Z轴负方向力最大，夹具体底座受力。由分析及计算显示可知，考虑夹紧力最大时主要考虑 Fz 和 Fy方向分力，采用 V 型块夹紧机构，其夹紧力分析如右图：Fx=Fy=F ，o54sinFz 和 Fy 相等， Fz 沿 Z 轴负方向，夹紧力最大时考虑 ，压紧力等于 W=Fn=Fx=Fy=cos F=257.86N。o603、安全系数计算安全系数 ，6543210KKK0=1.2，K1=1.2，K2=1.8，K3=1.0，K4=1.0，K5=1.0，K6=1.5机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩=1.2x1.2x1.8x1.0x1.0x1.5=3.8886543210KK4、夹紧力计算夹紧力计算公式 Wk由以上计算可得，W= cos F=257.86N，K=3.888，o60=257.86Nx3.888=1002.56NKWk（二）夹紧元件设计此零件加工中，零件主要受切削力的影响，切削力分别存在纵向和横向的分力，力的方向主要是 X 轴方向和 Z 轴负方向。以下开始设计夹紧装置各部分。1、动力源装置。大批量生产中均采用机动夹紧，动力源选用单作用气缸。参考 V 型块的尺寸，取压紧点距离杠杠压块支点 l=60mm。根据计算结果，查询夹具设计手册，GB2348-80,拟设计，公称压力 p=2.5MPa，缸筒内径尺寸 D=20,活塞杆外径尺寸为 d=20，活塞行程 L=35。单作用缸内弹簧作用力大时取 Fl=50N。根据此工序夹具设计条件，由机械设计手册，查询可知，载荷率系数 取 =0.75，计算查询机械设计手册，采用 45 钢作为气缸材料，根据相关参数，缸桶壁厚计算如下：（mm ）机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩由此可知，取缸桶外壁厚 =4mm。计算相关参数得外径 Dw=28mm，查询机械设计手册，底座螺钉 M5，JBT8026_3-1999。缸桶底座取 D=44mm，缸体活塞腔 L1=45mm，螺钉孔圆周33mm。用螺栓锁在夹具体上，查询机械设计手册，GB/T 5782-2000,粗牙六角螺栓锁在，d=M5。 2、传力机构在此工序中要求作用力向下压紧，传力机构需要把气缸向上的作用力转到夹紧机构，此处为气缸活塞外伸工作杆，结合气缸计算结果，根据机械设计手册，由第四强度理论计算如下：那么取 d=6mm，L=80mm。3、夹紧元件 设计夹紧元件直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件，参考机床夹具手册与三维图库，JB/T 8009.4-1999,设计杠杆 V 型压块。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩计算长度，l=60mm，气缸 F 总=F+F1=589.05N，则 F=589.05-50=539.05NWk=1002.56N，根据机床夹具设计手册，。=0.95。，从以上计算可知，取 L=180mm，详细尺寸见零件图，如附图四：附图 6-1 杠杆压板件4、铰链柱支承元件。根据机械设计计算，相关计算在此不再一一详述，参考机械设计手册，根据强度理论计算，设计铰链柱支承元件，具体尺寸见右图，如附图五。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩附图 6-2 铰柱支撑机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩七、夹具体设计夹具体是将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体的基础件。此次设计夹具为铣夹具，安装在机床工作台上，其夹具体的底面便是夹具的安装基准面。为保证夹具的定位元件相对于切削运动有准确的方向，在夹具的底面下安装两个定向键配合选择为 H7/h6. 设计夹具体时应注意以下几点：应有良好的加工精度和尺寸稳定性 ,应具有足够的强度和刚度 ,应具有良好的制造工艺性和使用性 、应保证夹具安装在机床上稳定可靠。以上所设计零件能满足设计要求。根据结合夹具上的各种装置和元件，设计夹具体，尺寸详见所附零件图。采用 HT200 铸件。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩八、夹具精度误差计算为满足工序加工要求，必须在工序中各项加工误差之总和等于或小于该工序中各项加工误差之总和或等于或小于该工序所规定的工序公差。为了保证夹具设计的正确性，首先要在设计图样上对夹具的精度进行分析。用夹具装夹工件进行加工时，工序误差要求：式中， D 定位误差 (mm)； A 夹紧误差 (mm)； T 调整误差 (mm)； G 加工方法误差 (mm)； K 工件工序尺寸公差 (mm)。1、定位误差在以上已经计算