CA6140车床套铣台阶面加工夹具设计

机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩目录1、任务介绍 12、加工方案分析23、夹具设计 3 3.1、定位方案选择 3 3.2、定位误差分析 43.3、切削力及夹紧力的计算64、夹具优缺点 10 5、总结 116、参考文献 117、附件 11机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩CA6140 车 床 套 铣 台 阶 面 加 工 夹 具 设 计 说 明 书图 1 CA6140 车床套铣台阶面工序图1.任务介绍：CA6140 车床的 84007 车床套。它位于车床变速机构中，主要起支撑轴的作用，换档，拨动相关齿轮与不同的齿轮啮合，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的 8H9 孔与操纵机构相连，下方尺寸 5H9 槽是用于控制齿轮的，通过上方的力拨动下方的齿轮变速。综合上述，选择用立式铣床 X62W。零件材料为 45 钢，硬度为 HB190-210 ，毛坯锻造。 生产纲领 N=Qn(1+a)(1+b)=10000x2x(1+25%)(1+0.25%)=25062 件/年故生产类型大批生产，由于生产类型是大批生产，故采用流水线布置配以专用夹具，为保证定位基准与设计基准的统一，定位面选大端底面，又 25H7孔和和 5H9 槽已经经过精加工，所以采用“一面两销”定位。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩2、加工方案分析（工序卡如图 2a）本工序要在小端铣出一个缺口，其上一个工序是铣 5H9 槽，下一个工序是钻 8H9 孔。基于加工连续性原则，可以选择 V 型块进行外圆定位，再加一个端面定位，此种原理设计的夹具综合功能较强，不过较为复杂，成本相对较高。考虑到该工序加工精度要求不高，且形状规则，故可以采用“一面两销”定位，即用 25H7 孔和和 5H9 槽等效两孔定位，加一个大端面定位，为了降低成本，采用螺纹夹紧。图 2a 工序卡机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3、 夹具设计3.1、定位方案选择（工序图如图 2b）方案一：以大端底面为定位面，以 45m6 外圆和 5H9 槽等效为两定位孔，采用“一面两销”定位，设计专用夹具。方案分析：这种机床夹具设计方案不太合理，夹具的设计其中一条重要的原则就是要保证加工基准与设计基准重合。虽然这道工序中，设计基准是45m6 外圆和大端面的内侧面 ，采用此定位方案可以减少基准不重合误差，但是此方案设计的夹具相对复杂，成本较高，故不作考虑。方案二：以大端底面为定位面，以 25H7 孔和 5H9 槽为两定位孔，采用“一面两销”定位，设计专用夹具。方案分析：这种机床夹具设计方案相对合理，虽然夹具的设计其中一条重要的原则就是要保证加工基准与设计基准重合，这道工序中设计基准是 45m6外圆和大端面的内侧面，但是考虑到此工序尺寸没有精度要求，为了使夹具简单，采用此方案进行夹具设计。综合上述分析，采用方案二。图 2 b 铣小端缺口工序图机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3.2、定位误差分析3.2.1 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指工件在夹具上定位时所产生的那部分定位误差基准不重合误差是由于定位基准和工序基准不重合而产生的那部分定位误差。在本设计中，由于定位误差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定位元件对夹具三基准面的尺寸误差及位置度所产生的那一部分定位误差。当支承面即工件底面对夹具的安装基准（底面）有平行度误差及支承面对夹具的对刀基准(对刀块) 有位置误差，被加工开口的定位误差为移动误差： （3-1）JL1JL2J3转动误差： （3-2）HL1L23故定位误差为（3-3 ）HLLJDW11)(机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩HLLJDW22)(J33按标注的测量尺寸：14.07.321 JJJL/5.0将上述数值代入定位误差计算公式，则得：mLDW19.0/.14.)(1 ./5.0.2LDW19.0/.14.)(3 b.对刀误差 T因为刀具相对于对刀块或导向装置不精确造成的加工误差，称为对刀误差。本工序中圆柱铣刀是采用对刀块进行对刀，铣削时对刀误差计算公式为：（3-4）lbhdpmedKdL )(21123即得对刀误差 mm 04.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=0.02mm 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。一般取 E=0.04mm机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩e.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 0.20kG= （3-5）mk067.2.313.2.2. 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：（3-6）222 geatp176.0.04.07.14. 222 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 ，因此将上式改为：cJ = （3-7）kcck当 0 时夹具能满足加工要求，根据以上cJ= =0.20-0.176=0.0240 ck所以夹具完全可以满足加工要求。3.3 切削力及夹紧力的计算夹紧装置中产生源动力的部分叫做力源装置，常用的力源装置有气动、液压、电动等。夹紧装置中直接与工件的被夹压面接触并完成压夹作用的元件称为夹紧元件，本设计采用了手动夹紧，虽然手动夹紧会有夹紧力不一致，误差大，精度低，工人劳动强度大等缺点，机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩但考虑到该工序在精度方面要求不高，为了节省成本，采用手动夹紧装置螺栓。3.3.1 夹紧力的数值计算 选择夹紧力的作用点和方向应注意：a) 夹紧力应朝向主要限位面；b) 夹紧力的作用点应落在定位元件支承范围内；c) 夹紧力的作用点，应落在工件刚性较好的方向和部位；d) 夹紧力作用点应靠近工件的加工表面；夹紧力大小主要取决于切削力和重力的大小和方向。夹紧力作用点和方向的选择，通常应与工件定位基准的选择同时考虑，因此这两个参数在制定机床工艺方案时已确定，这里仅作重点叙述的是确定夹紧力的大小的问题。3.3.2 确定夹紧力时应考虑的计算系数a.摩擦系数 在许多情况下，并不是由夹具的定位支承机构或夹紧机构本身直接承受工件所受切削力，而是由工件在紧急状态下，工件与定位支承机构及夹紧机构之间所产生的摩擦力来防止工件产生平移或转动，因此在确定夹紧力时，需要考虑各种接触表面之间的摩擦系数。摩擦系数主要取决于工件和支承件，压板之间的接触形式：1工件和支承件之间的摩擦系数；2工件和压板之间的摩擦系数；查表得 1=0.2， 2=0.7b.安全系数在加工过程中，由于工艺的不同，工件材质和加工余量的不同以及刀具钝化等因素的影响，欲准确地确定所需夹紧力是很困难的。因此，为了夹紧可靠，必须将计算所得的切削力乘以安全系数作为实际所需的夹紧力。(3-8)4321K式中， 基本安全系数1加工状态系数2刀具钝化系数3K机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩切削特点系数4K根据参考文献11选取=1.2 =1.2 =1.2 =1123K47.12.1.4321 3.3.3 确定夹紧力夹紧力大小的计算是个很复杂的问题，一般只能作粗略的估算。为了简化计算起见，在设计夹紧装置时，可只找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理求出夹紧力的大小。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需要的夹紧力数值。切削力和夹紧力计算：1)由切削手册表 3.28 查得切削力公式ndafCwqzuyxFFezp0其中， zmzfwzepF FFF/20.,80,6,17. ,08.75.,.,96N3586.196870.5转矩： 32FMd计算得： M=146.32 m由静力平衡原理得出所需要的夹紧力为：(3-9)Nff F KWk 56.69099.036587.121本机床设计的夹紧力为。NWk 56.6909机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3.4、通过夹具定位方案选择以及定位误差分析，可以设计出具体的夹具。所设计的夹具总装图如下图 3 所示：图 3 夹具装配 CAD 平面图如上图 3 为夹具装配 CAD 平面图（其 proe 三维如下图 4a） ，橙色线描绘轮廓为加工工件。其零件加工步骤为：将工件定位在心轴和单边销上，然后用压板配合螺栓夹紧，对刀块对刀后即可加工，加工完毕后松下螺母，取出工件。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩图 4a：夹具装配图三维模型机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩4、夹具优缺点4.1、夹具的优点1、零件的结构比较简单，没有复杂的零部件，加工精度要求也不是很 高，易于制造，成本低廉。2、该夹具装配简单，只需要通用的装配工具即可装配夹具。3、该夹具非标准件较少，主要是压板、夹具体、垫高块，其它元件，如定位件，对刀块，连接件均为标准件互换性好。4、该夹具与工件之间留有排屑间隙，可以及时排掉切削铁屑。4.2、夹具的缺点1、该夹具的功能单一，只能加工单一尺寸、单一类型的零件。2、零件的装卸不是很方便，效率不是很高。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩5、总结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：缺乏实际的经验，有些实物没有见过很难想像，只能通过找相应的参考资料，然后再通过想象把他们综合到一起，再通过实例对比，进行设计。因此在夹具设计中存在有很多的不足之处，还恳请老师您予以指导和指正。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩6、