CQA6140车床拨叉铣槽专用夹具设计

机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩前 言机床夹具是在机床上装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。在机床上加工工件时，必须用夹具装好和夹紧工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹紧，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。按夹具的通用特性分类，常用的夹具有通用夹具、专用夹具、可调夹具、成组夹具、组合夹具和自动线夹具六大类。本次设计主要为 CQA6140 车床拨叉铣槽夹具的设计，为专用夹具。专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计制造周期较长，随着现代多品种及中、小批量生产的发展，专用夹具在适应性和经济性等方面已经产生许多问题。本文设计专用夹具各个部件尽量采用标准件，提高夹具的可加工性和经济性。本次夹具设计是紧接上次工艺设计所作，是一次难得的实践机会，由于水平有限，不足的地方请指正。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩目 录设计任务书 2一 设计题目 2二 零件图及加工工序分析2三 基本要求 3四 设计的任务 3设计方案 4一、设计方案选择 4二、具体设计方案 51、 面定位元件选择 52、孔定位元件选择 53、夹具连接定位和对刀设计 6（1）夹具的定位设计 6 （2）夹具与机床连接 6（3）夹具的对刀设计 64、夹具体设计 7 三、切削力、夹紧力计算及夹具体强度校核 8四、定位误差分析 9五、小结与致谢 10参考文献 11设计任务书机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩一、 设计题目CQA6140 车床拨叉铣槽（槽 15 ）专用夹具设计。15.03二、 零件图及工艺说明CQA6140 车床拨叉零件图如图 1 所示：图 1 拨叉零件图机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩铣槽工艺说明：CQA6140 车床拨叉槽的加工工序图如图 2 所示。图 2 工序图三、 基本要求1. 选择合适的定位元件、夹紧元件、导向元件以及对刀元件；2. 掌握夹具设计的基本方法和步骤；3. 根据工序卡对夹具体进行设计，并将各部件进行装配以获得专用夹具的装配图；4. 掌握各部件的设计原则，尽量采用标准件，提高夹具的通用性和经济性；5. 夹紧力和切削力的计算。四、 设计的任务1 熟悉工序图，设计夹具方案，绘制草图；2 根据草图，完善方案；3 设计和选择各零部件；4 定位误差计算及修正方案；5 绘制装配图和部分零件图；6 书写说明书。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩设计方案一、设计方案选择由图 2 工序图可知，CQA6140 车床拨叉槽（槽 15 ）精加工的方法为选15.03用立式铣床 X53 进行加工，为保证设计要求，并根据该型号车床拨叉的加工批量为大批量可知，应选用专用夹具。以下是两种设计方案：方案一：一面两孔定位，如下图方案二：选择刚性心轴加小端面的定位方式，如下图比较以上两种方案，两孔的加工都是通过右端面作为定位基准加工，方案一是通过右端面作为主要定位基准，这样待铣槽与孔的加工采用了同一基准，容易达到同时保证与孔的垂直度要求和右端面的平行度要求，方案二主要以基准孔 A 为定位基准，要采用定位心轴，孔与心轴之间会产生基准位置误差，定位误差大， 机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩且内孔的加工精度没有右端面高，故采用方案一比较适宜。二、具体设计方案本工序采用的加工定位为“一面两孔”定位方式。1、面定位元件选择圆柱底面和下端面在同一工序加工，作为本工序加工中的“一面” ，限制 3个方向的自由度。其中圆柱底面采用定位垫圈进行定位，下端面采用支承板进行定位，为满足定位垫圈和支承板在同一面上，需要对定位垫圈和支承板进行配磨，表面粗超度达到 0.4 从而提高定位精度，达到定位要求。支承板的选择查机床夹具设计手册 ，根据 GB/T2236-91 可知：选用支承板型号为：支承板 A6X30GB/T2236-91。该支承板的加工主要技术要求为：定位面须与定位垫圈进行配磨，并且表面粗超度要求较高，需要达到 0.4，并且与夹具体装配的安装面的粗超度也需要达到 0.8。该支承板为标准件。定位垫圈的选择为满足“一面”定位，限制 3 个方向自由度的要求，须在圆柱底面安装一个圆形的定位垫圈。为了防止过定位的出现，定位垫圈与支承板需要进行配磨。定位垫圈的型号根据相关要求可获得，为非标准件。2、孔定位元件选择本工序加工须完全限制工件的六个自由度，并且不能形成欠定位和过定位，欠定位和过定位都会影响甚至破坏加工的进行，采用了“两孔”定位，限制工件的另外 3 个自由度时，为防止出现过定位的情况，采用一个短圆柱销和一个短菱形销（削边销）进行定位。由零件图可知，孔 20 为设计基准，根据精基准的选择原则中的基准重合原则可知，精基准应该选用孔 20，为了满足定位要求，应该适当提高孔 20 和 20.5 的精度，因此，20 和 20.5 的加工要求为 20H7 和 20.5H7 。其中孔 20H7 采用短圆柱销进行定位，孔 20.5H7采用菱形销进行定位。菱形销的切边方向应该在两短销的中心的连线的垂直方向方能防止过定位的出现。圆柱销的选择由于该夹具需要在圆柱上端面进行夹紧，而定位的圆柱销只能选择短销，参考 GB/T2203-91、GB/T2148-91 对该销进行设计。并且该销的轴线应该与支承板的定位面满足一定的垂直度要求，方能达到定位要求。该圆柱销参考固定式定位销的标准而非可换定位的销标准，是为了防止松开夹紧的时候同时松开了定位销与夹具体之间的连接，无法达到定位的要求；为了防止由于夹紧力的作用使得定位销与夹具体的连接出现松动情况，需要在定位销与夹具体的连接部分中拧入砌缝钉，从而满足定位要求。按照 GB/T2203-91 可知，短圆柱销主要参数如下：1) 定位销与夹具体连接部分的直径尺寸及公差为：12 mm。0.342机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩2) 定位销与工件装配部分的直径尺寸以及公差为：20 mm。0.2413) 定位销上端与下端的同轴度有一定的要求，上端圆柱面的轴线须位于直径为公差值 0.01mm ，且与以下端圆柱面为基准的同轴的圆柱面内。该圆柱销为非标准件，零件图如附图所示。菱形销的选择根据 GB/T2203-91 可知，菱形销的型号如下：定位销 B20.5f7X16GB/T2203-91。菱形定位销的主要加工要求如下：1) 菱形定位销与夹具体连接部分的直径尺寸及公差为：12 mm。0.3422) 定位销与工件装配部分的直径尺寸以及公差为：20.5 mm。0.41定位销上端与下端的同轴度有一定的要求，上端圆柱面的轴线须位于直径为公差值 0.01mm，且与以下端圆柱面为基准的同轴的圆柱面内。3、夹具连接定位和对刀设计（1）夹具的定位设计工件在夹具中的位置是由与工件接触的定位元件的定位表面所确定的。为了保证工件相对刀具及切削成形运动有正确的位置，还需要使夹具与机床连接和配合时所用的夹具定位表面相对刀具及切削成形运动处于理想的位置。保证定位元件的定位表面的各项要求，在夹具体上表现为与机床的连接和定位。夹具体与机床工作台之间的定位依靠定位键与工作台上的 T 型槽之间的定位，夹具通常是通过两个定位键与工作台上的 T 形槽相连，以保证夹具在工作台上的方向；为了提高定位精度，定位键与 T 形槽应有良好的配合，必要时定位键的宽度应按照工作台上的 T 形槽配作；两定位键之间的距离，在夹具底座允许的范围内应尽可能远些；安装夹具时，可让定位键靠向 T 形槽一侧，以消除间隙造成的误差。因此根据机床型号和 GB/T2206-91 可知，定位键的型号为：A18h6GB/T2206-91。（2）夹具与机床连接夹具与机床的连接，根据机床的工作特点，最基本的两种方式：夹具安装在机床的工作台上，如铣床、刨床、钻床等；夹具安装在机床的回转主轴上，如车床、外圆磨床、内圆磨床等。本次夹具设计采用的连接方法为夹具安装在机床的工作台上，夹具定位后，应用螺栓将其固紧在工作台上，以提高其连接刚度。（3）夹具的对刀设计夹具在机床上定位后，接着进行的就是夹具的对刀。夹具对刀的方法通常有以下三种。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩 单件试切法。 每加工一批工件，安装调整一次夹具，刀具相对元件定位面的理想位置都是通过试切数个工件来对刀的。 用样件或对刀装置对刀。这种方法只在制造样件和调整对刀装置时才需要试切一些工件，而在每次安装使用夹具时，并不需要再试切工件。显然，这种方法是最为方便快捷的。常见的标准对刀块有圆形对刀块、方形对刀块、直角对刀块和侧装对刀块几种。本次夹具设计中选用的对刀块为侧装对刀块，标准为 GB/T2243-91，材料为 20 钢。用对刀装置调整刀具对夹具的相对位置方便迅速，但其对准精度一般比试切法低。影响对刀装置对准精度的主要因素有： 对刀时的调整精度； 元件定位面相对对刀装置的位置误差。因此，在设计夹具时，应正确确定对刀块对刀表面的位置尺寸及其公差，一般来说，这些位置尺寸都是以元件定位面作为基准来标注的，一减少基准变换带来的误差。4、夹具体设计夹具体式将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体的最大、最复杂的基础件。夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具上各种装置的布置以及夹具与机床的连接，而且在零件的加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动，因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。切削过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上，切屑积聚过多将影响工件可靠的定位和夹紧，因此设计夹具体时，必须考虑其结构应便于排屑。此外，夹具体结构的工艺性、经济性以及操作和装拆的便捷性都必须在设计中认真加以考虑。常见的夹具体毛坯制造方法有铸造夹具体、焊接夹具体、锻造夹具体和装配夹具体。本次夹具体的制造方法选择铸造夹具体，铸造夹具体能够铸出各种复杂形状，工艺性好，并且具有较好的抗压强度、刚度和抗振性；但其生产周期较长，且需经时效处理，成本较高。查机床夹具设计手册可知，本次夹具体的主要壁厚选择为 16mm。根据工件的加工位置，易知工件应该竖着装夹，据此可知，夹具体与其他部件的装配关系以及各部件之间的位置关系。考虑到铣床夹具的重心应尽量低，高度与宽度之比应不大于 11.25，因此需要设计肋板，肋板的壁厚为 8mm。夹具体如附图 2 所示。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩三、切削力、夹紧力计算与夹具体强度校核1、切削力的计算本工序为铣削加工，所选刀具为成形铣刀，刀具材料为高速钢。由此可知，铣削力的计算公式如下：F=2现代机床夹具设计其中：F铣削力，NCp在用高速钢铣刀铣削是，考虑工件材料及铣刀类型的系数ap铣削深度，mmd铣削直径，mmfz每齿进给量，mmB铣削宽度，mmz铣刀齿数Kp用高速钢铣刀铣削时，考虑工件材料机械性能不同的修正系数，对于灰铸铁：Kp=（HB/190） 0.55查表可知，Cp=669，ap=3mm，d=16mm，fz=1.5mm，B=1mm，z=10，HB=220由此可知 F= 4.5=3006.9N0.86.720.860.59112/9（ ）2、夹紧力的计算圆柱上端面采用开口垫圈和螺母进行压紧，在工件的侧面安装螺旋夹紧机构进行压紧。由机床夹具设计手册可知，工件以一面两孔定位，且夹紧力与切削力相互垂直，为防止工件在切削力 F 的作用下移动所需的夹紧力：Fk= (0)K其中：Fk夹紧力；NK安全系数；K=K 0K1K2K3K4K5K6F切削力；NF0圆柱销允许承受的部分切削力；N摩擦系数（ 0 1）查表计算可得，K=1.7，F0=600N， =0.3，由此可得，Fk=13639.1N3、夹具体强度校核本次夹具体的制造方法选择铸造夹具体，铸造夹具体能够铸出各种复杂形状，工艺性好，并且具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，此次夹具体的主要壁厚选择为 16mm。肋板的壁厚为 8mm。能满足强度要求。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩四、定位误差分析定位误差是由于工件在夹具上定位不准确引起的加工误差。常用 DW表示。定位误差的来源主要有两个方面：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，常用 JW。由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差，常用 JB表示。本工序采用一面两销定位。考查工件上与使用夹具有关的工序尺寸及工序要求，即工序位置尺寸和位置度要求，有：槽深 22mm；槽宽 15 mm；0.153槽距离圆柱销轴线的尺寸为 19.5mm；槽侧面与定位面平行度要求为0.04mm；两侧面对称度为 0.04mm；槽与圆柱销轴线垂直度要求为 0.05mm。第 1 项要求 工序基准以上顶面为基准，而定位基准为圆柱销的轴线，存在基准不重合误差，该尺寸为自由公差，定位误差的影响可以忽略不计，这里不做计算。第 2 项要求 工序基准为槽的中心，而定位记住为底面，存在基准不重合误差，其值为定位面到中心的距离尺寸公差，即自由公差。根据标准GB/T1804-2000 可知，自由公差值为 0.4mm。又定位面已经加工过，其基准位置误差可近似认为等于零。故对该项要求，定位误差为： DW= JB=0.4mm第 3 项要求 工序基准与定位基准均为 20 孔的中心线，因此定位基准一致，不存在基准不重合误差。定位误差来源仅为基准位置误差。定位销与孔之间的配合关系为间隙配合 H7/f7，当工件孔径为最大，定位销直径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量均为孔与销的最大间隙，即无论工序尺寸方向如何（只要工序尺寸方向垂直于孔的轴线） ，孔销间隙配合的基准位置误差为： JW=Dmax-dmin因此，该项要求，定位误差为： DW= JB= Dmax-dmin=20.021-19.959=0.062mm其余三项要求的定位误差参考上面三项要求进行计算，这里不再叙述机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩五、小结与致谢通过整个完整的设计过程，我首先对已学过的专业知识进行了一个全面的复习，对于加工工艺的过程也有一个更深的了解。然后就是懂得了如何根据所给的零件去设计一个完整的夹具。夹具的设计是一次将各科目的知识进行综合运用的实践，通过本次设计，在专业知识方面有了一定