点焊机上电极臂机械加工专用夹具设计

摘要应用机床夹具，有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产；有利于扩大机床工艺范围，实现“一机多用 ”。 机床夹具的类型 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。 机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。常用的分类方法有以下几种。 （）按夹具的使用特点分类 根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类。 通用夹具 已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，其结构、尺寸已规格化，而且具有一定通用性，如三爪自定心卡盘、机床用平口虎钳、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架和磁力工作台等。这类夹具适应性强，可用于装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。这些夹具已作为机床附件由专门工厂制造供应，只需选购即可。其缺点是夹具的精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故一般适用于单件小批量生产中。 专用夹具 专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。在产品相对稳定、批量较大的生产中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计周期较长、投资较大。 专用夹具一般在批量生产中使用。除大批大量生产之外，中小批量生产中也需要采用一些专用夹具，但在结构设计时要进行具体的技术经济分析。 可调夹具 某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调夹具。可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。它一般又可分为通用可调夹具和成组夹具两种。前者的通用范围比通用夹具更大；后者则是一种专用可调夹具，它按成组原理设计并能加工一族相似的工件，故在多品种，中、小批量生产中使用有较好的经济效果。 组合夹具 采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。组合夹具是一种模块化的夹具。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具。夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有减少专用夹具数量等优点，因此组合夹具在单件，中、小批量多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。 拼装夹具 用专门的标准化、系列化的拼装零部件拼装而成的夹具，称为拼装夹具。它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。它的基础板和夹紧部件中常带有小型液压缸。此类夹具更适合在数控机床上使用。 （）按使用机床分类 夹具按使用机床不同，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等。 （）按夹紧的动力源分类 夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具以及真空夹具等。 2数控加工夹具的特点 作为机床夹具，首先要满足机械加工时对工件的装夹要求。同时，数控加工的夹具还有它本身的特点。这些特点是： (1) 数控加工适用于多品种、中小批量生产，为能装夹不同尺寸、不同形状的多品种工件，数控加工的夹具应具有柔性，经过适当调整即可夹持多种形状和尺寸的工件。 (2) 传统的专用夹具具有定位、夹紧、导向和对刀四种功能，而数控机床上一般都配备有接触试测头、刀具预调仪及对刀部件等设备，可以由机床解决对刀问题。数控机床上由程序控制的准确的定位精度，可实现夹具中的刀具导向功能。因此数控加工中的夹具一般不需要导向和对刀功能，只要求具有定位和夹紧功能，就能满足使用要求，这样可简化夹具的结构。 (3) 为适应数控加工的高效率，数控加工夹具应尽可能使用气动、液压、电动等自动夹紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。 (4) 夹具本身应有足够的刚度，以适应大切削用量切削。数控加工具有工序集中的特点，在工件的一次装夹中既要进行切削力很大的粗加工，又要进行达到工件最终精度要求的精加工，因此夹具的刚度和夹紧力都要满足大切削力的要求。 (5) 为适应数控多方面加工，要避免夹具结构包括夹具上的组件对刀具运动轨迹的干涉，夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的多面加工。 (6) 夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，定位部位应便于清屑，无切屑积留。如工件的定位面偏小，可考虑增设工艺凸台或辅助基准。 (7) 对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形，如使夹紧点靠近支承点，避免把夹紧力作用在工件的中空区域等。当粗加工和精加工同在一个工序内完成时，如果上述措施不能把工件变形控制在加工精度要求的范围内，应在精加工前使程序暂停，让操作者在粗加工后精加工前变换夹紧力（适当减小） ，以减小夹紧变形对加工精度的影响。关键词: 通用夹具，可调夹具,总 目 录第 一 章 . 毕 业 设 计 任 务书 3第 二 章 . 毕 业 设 计 开 题 报 告 6 第 三 章 毕 业 设 计 说 明 书 10丽 水 学 院毕业设计（论文）任务书（2009 届）题 目 设计“点焊机上电极臂” 机械加工专用夹具指导教师 陆 林 侦 院 系 机 电 建 工 学 院 专 业 计算机辅助设计与制造 班 级 机 06 高 学 号 06305030135 姓 名 陈 高 2009 年 1 月 1 日至 2009 年 4 月 20 日共 15 周一、论文（设计）方向：机械零件加工专用夹具的设计二、主要参考资料：【1】 侯放 .机床夹具M.中国劳动社会保障出版社 2007.7【2】艾兴.切削用量简明手册M.机械工业出版社 (第 3 版)2006.2【3】李益民.机械制造工艺学设计简明手册M.哈尔滨工业大学 2007.5【4】叶永东.机械制造工艺学学习指导书M.丽水学院.2008.2【5】孟宪栋.机床夹具图册M.机械工业出版社.2007.7【6】杨黎明.机床夹具设计手册M.国防工业出版社.1996.5【7】王其昌.机械制图M.机械工业出版社.2005.1【8】张龙勋.机械制造工艺学课程设计指导书及习题M.机械工业出版社.2007.7三、课题的内容和任务要求：在充分了解零件的 结构,材料及在机器中所起作用的前提下,更具毕业实习单位的实习情况设计。必须以负责任的态度对待自己所起的技术作用,数据和计算结果。有计划地完成毕业设计任务。设计必须包含以下内容：1：零件图 (可以非本人设计) 1 张2：零件毛胚图 1 张3：相应机械加工工艺卡 1 份4：专用机床夹具图 2 套（总的绘图量达 3 张 A0 以上）5：毕业设计说明书 1 份（达 0.3 万字以上，且要符合规范要求）四、毕业论文（设计）进度安排：起 讫 日 期 工 作 内 容 备 注2008 年 12 月 26日开会，老师指导，确定课题题目，并对论文撰写问题进行分析和指导，下达下一时期的任务和要求。2009 年 3 月 2 日 对所撰写的开题报告和任务书、文献综述等存在的问题进行指导和分析。2009 年 3 月 9 日 完成流水线设计及图纸绘制。2009 年 4 月 2 日 编写设计说明书2009 年 4 月 13日送审修改准备答辩阶段学生（签名）：陈高 2009 年 3 月 7 日指导教师（签名）： 年 月 日系毕业设计（论文）工作指导小组意见：组长（签名）年 月 日 二级学院毕业论文工作领导小组审核意见：主管领导（签名）年 月 日 注：1.指导教师填写，任务下达人为指导教师，指导教师和接受任务的学生均应签字。2.此任务书最迟必须在学生毕业设计（论文）开始前下达给学生。丽水学院毕业设计（论文）开 题 报 告 （2009 届）题 目 设计“点焊机上电极臂”机械加工专用夹具 指导教师 陆林侦 院 系 机电建工学院 班 级 机 06 高 学 号 06305030135 姓 名 陈高 二九 年 三月 八 日一、 选题的意义 此零件是DN-25 型点焊机上的上电极臂，通过对上电极臂零件图的分析及结构形的了解，该工件在径向上加工多个孔，因此设计在轴类零件上钻径向孔的通用可调钻床夹具，对零件上的孔加工，使得加工尽可能简便。此外，对零件在铣床上加工也设计专用夹具，使加工精确，简便，提高生产效率和合格率。本课题是针对这一特殊零件而提出的。通过此课题的制作能将所学的理论知识与实践进行有机结合，能提高自己的工作能力。二、研究的主要内容，拟解决的主要问题（阐述的主要观点）研究的主要内容：在中批量生产条件下“上电极臂”零件生产相应工艺编制和装备设计。拟解决的主要问题：提高“上电极臂“零件加工生产效率，提高零件合格率，降低生产成本。三、研究（工作）步骤、方法及措施（思路）步骤：1，调查研究，收集资料，熟悉课题。2，总结设计，方案论证。3，相应工艺规程制定。4，专用夹具设计。5，编写说明书。方法及措施（思路）：本课题拟采用倒企业实际调研，掌握企业生产实际对工艺及装备的 技术要求细节，到图书馆和网上查看资料，了解相关工艺和工装设计信息，用理论分析和试验相结合的 方法进行创新改进，以达到课题之要求。初步考虑用一下方法来达到预定目标：1. 25孔，8孔，及2-G 1/8的螺纹底孔都在同一径向上，设计在轴类零件上钻径向孔的通用可调钻床夹具。2. 宽5的通槽，设计铣床夹具四、毕业论文（设计）提纲1，零件分析1.1零件的作用1.2 零件的工艺分析2，确定毛胚，画毛胚图2.1 确定毛胚，画毛胚图3，相应工艺规程设计3.1 定位基准的选择3.2 制定工艺路线3.3 选择加工设备及刀具，量具，夹具3.4 加工工序设计（含确定工序余量，计算工序尺寸，切削用量，工时定额）3.5 填写工序卡4,夹具设计4.1定位基准的选择4.2切削力及夹紧力计算4.3定位误差分析4.4确定设计方案4.5操作说明4.6画出夹具装配图,零件图5，设计总结5.1设计的创新点5.2总结6，致谢7，主要参考文献五、主要参考文献【1】 侯放 .机床夹具M.中国劳动社会保障出版社 2007.7【2】艾兴.切削用量简明手册M.机械工业出版社 (第 3 版)2006.2【3】李益民.机械制造工艺学设计简明手册M.哈尔滨工业大学 2007.5【4】叶永东.机械制造工艺学学习指导书M.丽水学院.2008.2【5】孟宪栋.机床夹具图册M.机械工业出版社.2007.7【6】杨黎明.机床夹具设计手册M.国防工业出版社.1996.5【7】王其昌.机械制图M.机械工业出版社.2005.1【8】张龙勋.机械制造工艺学课程设计指导书及习题M.机械工业出版社.2007.7指导教师意见：签名：年 月 日系毕业设计（论文）工作指导小组意见：签名：年 月 日二级学院(直属系)毕业设计（论文）工作领导小组意见：签名：年 月 日毕业设计说明说目录一 .零件的分析 .121.1 零件的作用 .121.2 零件的工艺分析 .13二 .确定毛胚，画毛胚图 .142.1 确定毛胚，画毛胚图 .14三. 相应工艺规程设计 .143.1 定位基准的选择 .143.2 制定工艺路线 .153.3 选择加工设备及刀具，量具，夹具。 .163.4 加工工序设计（含确定工序余量，计算工序尺寸，切削用量，工时定额） .163.5 填写工序卡（详见工序卡） .19四. 夹具设计 .204.1 定位基准的选择 .204.2 切削力及夹紧力的计算 .214.3 定位误差分析 .214.4 确定设计方案 .224.5 操作简要说明 .224.6 画出夹具装配图，零件图 .22五设计总结 .235.1 设计的创新点 .235.2 总结 .23六.致谢 .24七 . 主要参考文献 .25 “点焊机上电极臂”机械加工专用夹具毕业设计说明说一 .零件的分析1.1 零件的作用本零件主要用于连接的场合，它要求的精度较高。其原始资料如下：零件材料： H62技术要求： 去毛刺生产批量： 中批量生产零件数据： 详见零件图1.2 零件的工艺分析由零件图可知，主要加工过程有：（1）.车端面，车 50mm 外圆 ，钻 8mm 深 230mm 的中心孔，倒角 2-2.5 45。（2）.车端面，倒角 2.5 45。（3）.钻 25mm，8mm，G1/8 螺纹底孔。（4）.攻 G1/8 螺纹。（5）.钻 13mm 孔，（6）.扩 30mm 深 3mm 的 2 面沉孔（7）.铣宽 5mm 槽各表面的相互位置精度要求有：（1）.孔 25mm 的直径公差为 0.03mm；（2）.宽 5mm 槽，需要与 25mm 孔轴线垂直保证安装要求。 由上述可知，孔 25mm 有较高的尺寸精度和较高的相互位置尺寸精度要求，而同时有较多径向孔，因此，拟订孔 25mm 及同一径向孔为主的工艺方案。加工宽 5mm 槽时也需要特殊夹具才可以精确加工。为了保证各表面的相对位置精度要求，应以轴和端面为定位基准，便于实现基准重合和基准统一。二 .确定毛胚，画毛胚图2.1 确定毛胚，画毛胚图零件材料为 55 黄铜，考虑到零件材料的普通型，在市场上采购切割后便可。毛胚详见毛胚图。三 . 相应工艺规程设计3.1 定位基准的选择基准面的选择是工艺规程设计中重要的工作之一，基准面选择的正确与否，可以使加工质量得到保证，使生产力得到提高，否则，不但加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批量报废，使生产无法正常进行。（1）.粗基准的选择粗基准的选择要保证粗基准定位所加工出的精基准有较高的精度，通过精基准定位使后续各被加工表面具有较高的均匀的加工余量，并与非加工表面保持应有的相对位置精度。在确定粗基准时，要保证相对位置精度要求和加工表面余量合理分配原则。（2）.精基准的选择选择精基准应考虑的主要问题是保证加工精度要求，特别是加工表面的相互位置精度要求，以及实现装夹的方便、可靠、准确，要考虑到基准重合原则，基准统一原则，互为基准原则，自为基准原则，保证工件定位准确，夹紧可靠，操作方便的原则。在本零件中，我选择了零件轴线和端面作为精基准，来加工轴上 8 mm 的中心孔和径向上 25 mm，8 mm 及螺纹底孔，然后以轴线和端面加工宽 5 mm 的槽， 25mm 的孔是精度要求较高的孔，其精度度值为0.03mm，为了保证 25 mm 孔的精度，要进行钻-扩- 铰，先钻 24 mm 的底孔，再扩成 24.7 mm 的孔，最后铰 25 mm 的孔。在加工好 25 mm孔后，分别调整机床和夹具，钻 8 mm 和螺纹底孔。在加工宽 5 mm 的槽时也选用轴线和端面作为精基准。3.2 制定工艺路线拟订零件的加工路线是制定工艺规程的总体布局，主要任务是选择各表面的加工方法，及定位基准，确定加工顺序，各工序采用的机床设备和工艺装备等。该零件是中批量生产，可以采用机床配以专用夹具，并适当配置专用机床进行加工，工序以集中为主，刀具和量具的选择可以专用的与适用的相结合，根据以上分析，初步拟订的工艺路线方案如下：工序 车 车 钻 扩-铰 攻 G1/8 螺纹 钻 铣宽 5mm 槽 检查3.3 选择加工设备及刀具，量具，夹具。因零件直径为 55mm，所以选用 C630 卧式车床 。选用 45偏角外圆车刀(GB5343.1-85)加工端面，外圆和倒角；使用 A 型不带护锥的中心钻，8mm 直柄麻花钻（GB1436-85）和通过焊接加长的 8mm 直柄麻花钻加工8mm 的中心孔。使用式游标卡尺测量加工的外圆直径和钻孔深度及零件总长。在车床上使用三抓卡盘便可加工。因为加工最大孔径为 25mm，所以选用 Z 525 立式钻床。 选用24mm 的锥柄麻花钻(GB1438-85)， 24.7mm 的锥柄扩孔钻(GB1141-84)，25mm 的锥柄机用铰刀(GB4260-84)加工 25mm 孔，选用 8.5mm 的直柄麻花钻加工 G1/8 的螺纹底孔，选用 8mm 的直柄麻花钻加工 8mm 通孔。需使用钻床夹具，详见夹具设计。铣宽 5mm 的通槽，选用 X62 卧式（万能）铣床。选用 d 为 250mm，D为 32mm，L 为 5mm 的粗齿锯片铣刀（GB1120-85） 。需使用铣床夹具，详见铣床设计。3.4 加工工序设计（含确定工序余量，计算工序尺寸，切削用量，工时定额）零件的材料是 62 黄铜，为中批量生产，且工件原材料直径为 55mm，在市场上采购。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工序余量，工序尺寸，切削用量，工时定额。如下：3.4.1 50mm 外圆的加工粗车 49mm；精车 50mm。3.4.2 加工 25mm 孔钻 24mm 孔；扩 24.7 孔；铰 25 孔。3.4.2.1 钻 24mm 的孔根据有关资料介绍，利用钻头进行扩孔时，其进给量与切削速度，与钻同样尺寸的实心孔时的进给量，与切削速度之间的关系为：f=(1.2-1.8)f 钻V=(12-13)V 钻式中:f 钻 V 钻加工实心孔时的切削用量现已知， f 钻=0.56mm/r（切削手册 ）v 钻=19.25mm/min（切削手册 ）并f=1.35 f 钻=1.35*0.56=0.76 mm/r 按机床选取f=0.76 mm/rv=0.4 v 钻=0.4*19.25 mm/r=7.7 mm/minns=1000v/3.14D=1000*7.7/3.14*41=59r/min按机床选取nw=58 r/min所以实际切削速度为：V=3.14*41*58/1000=7.47m/min切削工时：l1=7mm l2=2 mm l=150 mm t=150+7+2/0.76*59=3.55 min3.4.2.2 扩 24.7mm 孔根据,查得扩孔扩18 孔时的进给量,并根据机床规格选f=1.24mm/r扩孔时的切削速度，根据其他有关资料，确定为：V=0.4 v 钻其中 v 钻为用钻头钻同样的尺寸实心孔时的切削速度故V=0.4*19.25=7.7r/minn=1000*7.7/3.14*43=57r/min按机床选取：nw=58 r/min切削工时：l1=3mm l2=1.5 mmt=150+3+1.5/58*1.24=2.14min3.4.2.3 铰 25mm 的孔 切削用量：ap=18-17.5/2=0.25mmf=0.2mm/rVs=15m/minns=1000*15/3.14*18=265r/min根据机床选取：n=270r/minv=3.14*18*450/1000=25.4m/min切削工时：L=l+l1+l2=55mmT1=55/0.2*450=0.6min3.5 填写工序卡（详见工序卡）四. 夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经讨论，决定将设计第道工序钻扩铰的钻床夹具，夹具将用于 Z 525立式钻床；第 道工序铣宽 5mm 槽，用于 X62 卧式（万能）铣床。夹具主要用于 25mm 孔，8mm 孔和 G1/8 螺纹底孔的加工，25mm孔有一定的技术要求，其它孔没特殊要求，因此，在本工序加工时，主要应该考虑如何提高生产率，降低劳动强度，而精度则不是问题。4.1 定位基准的选择定位方法和定位元件的选择，包括定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等，主要决定于工件的加工要求，工件定位基准和外力的作用状况等因素。本工件为圆柱形且结构简单,在 2 套夹具中选择工件轴线和端面为定位基准。4.2 切削力及夹紧力的计算夹具上实现夹紧的夹紧机构是否正确合理，对于保证加工质量，提高生产率、减轻工人的劳动强度有很大的影响。工件的夹紧应满足以下基本要求：夹紧是不能破坏工件定位时所获得的正确位置夹紧应可靠和适当。既要保证加工过程中工件不发生松动或振动，又不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。夹紧操作应方便、省力、安全。夹紧机构的自动化程度和复杂程度应与工件的生产批量及工厂的生产条件相适应。夹紧机构应有良好的结构工艺性，尽量使用标准件。对夹紧元件的要求:工件在加工过程中，能产生克服切削力所需要的夹紧力。施于夹紧元件上的力不宜过大。不会使工件偏移正确定位的位置。偏心轮、凸轮或斜锲在夹紧工件后，在加工过程中应能保持自锁，防止因切削力的作用而使夹紧失效。与工件的接触面积应尽量大，以避免应力集中和单位面积压力过大。采用螺旋夹紧时，尽量避免螺旋端面直接作用在工件上。两点或两点以上同时夹紧工件的夹紧元件应设计成浮动的。压向工件毛坯侧面的夹紧元件端部应具有与垂直平面呈 7 度左右的斜角。具有必要的强度、刚度和与工件接触表面的硬度。由于该零件结构简单为圆柱形，其定位在 V 形槽上，其加工过程中切削力也较小，在铣床夹具中使用螺钉配合 V 形块就可满足。在钻床夹具中，工件也是被固定在 V 形块上，所需夹紧力也相对较小，在夹具设计中也满足强度要求。4.3 定位误差分析一批工件分别在夹具中定位时，各个工件所占据的位置并不完全一致。由于工件在夹具中定位不准确所引起的加工误差，称为定位误差，用 表示。D定位误差主要是有基准不重合或基准位移误差所造成。所以如果采用试切法加工，一般不需要考虑定位误差。在成批生产中采用调整法加工时，需要作定位误差的分析计算。定位误差是工件加工误差的一部分，在分析定位方案时根据实际生产经验，定位误差应控制在工件对应公差的 1/31/5 以内。定位误差的计算可以采用几何方法，也可以采用微分方法。几何方法又有合成法和极限置法两种。但不同的计算方法所得的结果相同。按合成法计算定位误差 时，先分别算出基准不重合误差 和基准位移误差 ，然后DBY将两者组合而得。当 、 时 = 。当 、 时， = 。0YBDY0DB当 、 时，如果工序基准不在定位基准面上，则 = + ；如果工序基0YB DYB准在定位基准面上，则 = ，当由于基准位移和基准不重合分别引起加工尺寸DYB作相同方向变化（即同时增大或同时减小）时，取“+”号，而当引起加工尺寸作相反方向变化时，取“”号本工件精度要求低，只有 25mm 孔有较高要求，通过钻扩铰就可满足要求。其它加工过程不需要特殊要求，因此在夹具中考虑装夹方便和工艺效益。4.4 确定设计方案详见装配图4.5 操作简要说明铣床夹具：铣床夹具使用在 X62 铣床上，铣宽 5mm 的通槽。工件以 55mm 外圆在 V 形块及活动 V 形块上和圆端面定位。在装夹时使用 25mm 圆棒同时穿过 2 个工件上 25mm 孔再夹紧，保证宽 5mm 的槽与 25mm 的孔的轴线垂直，拧紧螺母夹紧工件。夹紧后取下圆棒便可加工。钻床夹具：本