汽车导块加工工艺过程中,钻、铣工序的夹具设计.doc

绪 论伴随着机械制造业的不断发展，社会对生产率的要求也越来越高，因此，机器人变速箱的加工质量直接影响机器的精度、工作性能和使用寿命，我们有必要对其进行研究。机械设计制造毕业设计涉及的内容比较多，它是我们学完了大学的全部基础课程、专业基础课程以及专业课程并进行了生产实习以后，进行的一次培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神的重要实践环节，也是学生完成工程师基本训练的重要环节，是我们对所有课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。其目的是培养学生综合运用所学专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题能力，树立正确的设计思想和工作作风。 我的设计题目是：机器人变速箱机加工艺及工装设计。 机器人变速箱是箱体类零件，箱体类零件是机器的基础件之一。由它将一些轴和套等零件组装在一起，保持正确的相互位置关系，并且能按照一定的传动要求传递动力和运动，构成机器的一个重要部件。因此，箱体的加工质量对机器的精度、性能和寿命都有一定的影响。为了提高加工质量和劳动生产率、降低工人的劳动强度、减少废品率，我要设计一套合理的工艺过程，选用合适的机床和刀具，保证零件加工要求。此次设计的零件为机器人变速箱,通过对其零件的分析, 我了解了机器人变速箱的特性和用途。通过零件，分析了它的毛坯。在毛坯制造时的方法与原则，以及所选用的工艺等。本次设计总共分为两部分, 第一部分为工艺方面：主要包括零件的功用, 结构特点, 加工零件表面的设计基准, 设计条件, 毛坯的选择, 各个工艺方案的比较与取舍, 确定机床与工艺装备, 填写工艺过程卡片。 第二部分主要为机床夹具设计：主要包括定位方案的确定, 定位元件的选取, 夹紧方案的选取等等。该题目属装备设计范畴，需要用到的专业知识面较广，有机械制造基础知识和装备设计的专业知识，需要我查阅许多专业参考资料，同时还要具有一定的CAD绘图能力。首先，要对零件进行功能和工艺结构分析，然后制定零件加工的工艺规程。根据工艺过程中的工序要求，设计一套专用夹具。在设计过程中，要进行严格、科学的理论计算，要考虑到完成工艺加工任务的可靠性、稳定性、先进性、经济性、安全性和可操作性等必要的技术经济指标。以下内容是我对本课题进行设计的具体说明，有不当之处请各位老师提出宝贵意见。第一章 零件分析及设计任务书1.1 机器人变速箱的结构特点机器人变速箱是将一些轴等零件组装在一起，保持正确的相互位置关系，并且能按照一定的传动要求传递动力和运动，构成机器的一个重要部件。因此，机器人变速箱的加工质量对机器的精度、性能和寿命都有一定的影响。 机器人变速箱是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。变速器箱的结构一般比较复杂，箱体外面都有很多平面和孔，内部呈腔形，壁薄且不均匀，刚度较低，加工精度要求较高，特别是孔和基准平面的精度。箱体不仅需要加工的部位较多，且加工难度较大。本次设计给出的零件是沈阳北方装备制造有限公司生产的减速器箱，如图1.1所示。由于硬铝合金容易成形、切削性能好、价格低廉，且吸振性和耐磨性也比较好，所以，此箱体的材料是硬铝合金。如果没有特殊要求，工件无砂眼、夹渣等缺陷；工件未注角为R2-R3；锐角倒钝、去毛刺。机器人变速箱的外形主要是由平面和孔组成的。由于平面易加工，先加工平面再加工孔，保证支承孔的尺寸和形状精度。图1.1 机器人变速箱1.2 零件的技术要求（1）硬铝合金表面阳极化。（2）未注明的铸造圆角半径R3-5。（3）加工面不应该有毛刺、裂缝、结疤、夹渣等缺陷，并应清理干净。 （4）所有加工表面应光洁，不可有裂缝、压痕、毛刺、气孔、凹痕以及非金属夹杂物，在磨光表面上不该有深痕和黑点。（5）除加工面、孔螺纹孔外，其余涂铁红防锈漆及面漆。（6）加工过程中，要满足零件加工的形状精度、公差要求以及位置精度，达到图纸的要求。（7）箱体上孔的尺寸误差和几何形状误差会影响传动轴的传动精度，应保证一定的孔距尺寸精度和平行度要求来提高机器设备的精度和正常运行。 （8）箱体的装配基准面和加工中的定位基准面应有较高的平面度和较小的表面粗糙度要求。1.3 设计要求机器人变速箱结构比较复杂，且壁厚不均、刚度较低、加工面较多、加工精度要求较高。箱体上的加工表面主要是平面和孔，平面的加工质量通常较容易保证，而精度要求较高的孔的尺寸与形状精度、孔与孔间、孔与平面间的位置精度则较难保证，所以我采用一面作为统一基准，使机床夹具结构简单，刚度提高，工件装卸快速方便。加工的工序有铣平面，钻螺纹底孔，攻螺纹，钻孔，镗孔等，位置、形状、尺寸精度都各有要求。 出于现代化大产量的考虑，我们设计了生产流水线加工，多数采用了组合机床及专用夹具，以实现自动化生产，节约成本，提高生产率，减小工人劳动强度。主要的工作内容如下。（1）零件图一张。（2）零件三维实体图一张。（3）完成变速器箱零件的机械加工工艺规程制订，完成工艺过程卡和工序卡。（6）进行专用夹具设计，绘制装配图一张。（7）进行专用夹具零件工作图设计。（主要零件）（8）编写设计说明书一份。第二章 机器人变速箱的加工工艺设计2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用机器人变速箱是变速器的基础之一。由它将一些轴、套和齿轮等零件组装在一起，保持正确的相互位置关系，并且能按照一定的传动要求传递动力和运动，构成机器的一个重要部件。因此，机器人变速箱的加工质量对机器的精度、性能和寿命都有一定的影响。 2.2 工艺规程的制订 零件加工的工艺规程就是一系列不同工序的综合。由于生产规模和具体情况的不同，对同一零件的加工工序可能有很多的方案。应当根据具体条件采用其中最完善和最经济的一种方案。工艺规程的制订要考虑的基本因素如下： (1)生产规模是决定生产类型的主要因素，即设备、用具、机械化、自动化程度等。 (2)制造零件所用的坯料或型材的形状、尺寸和精度。 (3)零件材料性质。 (4)零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件图上所指定的要求。 (5)零件表面粗糙度。 (6)特殊限制条件，如：工厂设备和用具条件。(7)编制的加工规程要在生产规模与生产条件下达到最经济与安全的效果。2.2.1 材料及毛坯 该机器人变速箱的材料为硬铝合金。该材料强度高、容易成形、切削性能好、价格低廉，且吸振性和耐磨性也比较好，并有一定的韧性，用于机器人变速箱的制作。 毛坯种类的确定是与零件的结构形状、尺寸大小、材料的力学性能和零件的生产类型直接相关的，另外还和毛坯车间的具体生产条件相关。在大批量生产中，常采用精度和生产率高的毛坯制造方法，如金属型铸造，并采用机器造型，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，因此可以减小切削加工用量，从而提高材料的利用率，降低了机械加工成本。2.2.2 生产类型及工艺特征 零件的生产纲领：NQn(1+a)(1+b) (2-1)式中N零件的生产纲领，件年； Q产品的年产量，台年； n每台产品中包含该零件的数量； a该零件备件的百分率，； b该零件废品的百分率，。 划分生产类型时，既要根据生产纲领，同时还要考虑零件的体积、质量等因素。值得一提的是生产类型将直接影响工艺过程的内容和生产的组织形式，并在一定程度上对产品的结构设计也起着重要的作用。由于本零件是大批量生产，零件的生产纲领N为1000件年，它的主要工艺特征是广泛采用专用机床、专用夹具及专用刀具、量具，机床按工艺路线排列组织流水生产。这样可以进一步提高生产率。 2.2.3 定位基准的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正常、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。工件在机床上用夹具进行夹紧加工时，用来决定工件相对于刀具位置的工件表面上的点、线、面称为定位基准。定位基准分为粗基准和精基准。（1）粗基准的选择对于箱体类零件而言，由于平面易加工，先加工平面再加工孔，可以保证支承孔的尺寸和形状精度。因此，以平面作粗基准是合理的。对于本零件来说，机器人变速箱的形状比较复杂且尺寸较大，我选择机器人变速箱的底面和一侧面为粗基准（五点定位）。按照粗基准的有关原则，当零件有较多表面需要加工时，粗基准的选择，应有利于各加工表面均能获得合理的加工余量。（即粗基准的选择，应尽可能使加工表面的金属切除量总和最小）现选用机器人变速箱的底面和一侧面为粗基准。（2）精基准的选择 精基准的选择主要考虑基准重合的问题。为了便于保证机器人变速箱上孔与孔、孔与平面及平面与平面之间较高的位置精度要求，箱体类零件应遵循“基准统一”的原则选择精基准，使具有位置精度要求的大部分表面能用同一个精基准定位加工。我采用两面一孔作为统一的基准。同时，定位平面是零件的设计基准，这样，既符合基准统一原则，又符合基准重合原则。2.2.4 制定工艺路线拟定工艺路线的出发点是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到保证。工艺路线的拟定一般需要做两个方面的工作：一是根据生产纲领确定加工工序和工艺内容，根据工序的集中和分散程度划分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准。在生产纲领已确定为批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床、组合机床和专用夹具，并尽量采用工序集中的原则，减少安装的次数来提高生产率。除此以外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。按照以下原则来初步拟订两条加工工艺路线：（1）先加工基准面，（2）划分加工阶段，（3）先面后孔，（4）次要表面可在阶段进行加工。根据以上原则，拟定的工艺路线如下。（1）工艺方案一： 工序1：粗、精铣机器人变速箱的顶部。工序2：粗、精铣机器人变速箱的安装平面。工序3：粗、精铣机器人变速箱端面的顶部。工序4：粗、精铣机器人变速箱孔两端面。工序5：粗、精镗42的圆孔，粗、精镗36的圆孔两内端面。工序6：粗、精镗28的圆孔，粗、精镗24的圆孔并倒角。工序7: 粗、精镗44,42,38的圆孔。工序8: 钻4-M5螺孔。工序9： 钻另一侧4-M4螺孔。工序10：钻6-M4螺孔。工序11：钳工去毛刺，清洗。工序12：检验。（2）工艺方案二：工序1：粗、精铣机器人变速箱的顶部。工序2：粗、精铣机器人变速箱的安装平面。工序3：粗、精铣机器人变速箱端面的顶部。工序4：粗、精铣机器人变速箱孔两端面。工序5：钻6-M4螺孔。工序6：粗、精镗42的圆孔，粗、精镗36的圆孔两内端面。工序7：粗、精镗28的圆孔，粗、精镗24的圆孔并倒角。工序8: 粗、精镗44,42,38的圆孔。工序9: 钻4-M5螺孔。工序10：钻另一侧4-M4螺孔。工序11：钳工去毛刺，清洗。工序12：检验。(3)工艺方案的分析：上述两个工艺方案的特点在于：工艺方案一先机器人变速箱两侧面，再钻机器人变速箱座顶部6-M4螺纹孔，攻螺纹。工艺方案二先钻机器人变速箱顶部6-M4螺纹底孔，攻螺纹。然后再机器人变速箱两侧面。经比较可见，先铣机器人变速箱侧面，再钻机器人变速箱顶部6-M4螺纹底孔，攻螺纹，可以确保加工机器人变速箱顶部各孔的位置精度。因为顶部需加工的6个排列均匀的平行孔。其排列顺序为，两边是4-M5螺纹底孔，中间为4-M4螺纹底孔，4-8孔纵向排列在4个M5螺纹底孔之间，且4-M5螺纹底孔与8的中心距为49+0.1，而纵向2个8.5孔之间中心距为44+0.02。机器人变速箱顶部孔加工精度要求极高，如果先钻孔，再铣侧面孔的位置精度达不到，极易出现误差，所以必须保证孔之间相互的尺寸要求。因此，最后的工艺的路线如下：工艺方案一： 工序1：粗、精铣机器人变速箱的顶部。工序2：粗、精铣机器人变速箱的安装平面。工序3：粗、精铣机器人变速箱端面的顶部。工序4：粗、精铣机器人变速箱孔两端面。工序5：粗、精铣42的圆孔，粗、精铣36的圆孔两内端面。工序6：粗、精铣28的圆孔，粗、精铣24的圆孔并倒角。工序7: 粗、精铣44,42,38的圆孔。工序8: 钻4-M5螺孔。工序9： 钻另一侧4-M4螺孔。工序10：钻6-M4螺孔。工序11：钳工去毛刺，清洗。工序12：检验。2.3 工序间余量的确定为了保证工件的加工质量，要在毛坯上留出待加工余量，让每次加工时都能切除掉一层金属，从而逐渐提高零件的加工精度和表面质量，以保证图纸规定的质量要求。留给加工表面每一道的工序余量叫做总余量。它们可用下列关系式表示：工序余量=毛坯的公称尺寸工件成品的公称尺寸查机械加工工艺手册，综合得出铸件机械加工余量。机械加工余量如下：（1）加工机器人变速箱的顶部和底面，保证机器人变速箱的高度为44mm,粗糙度为3.2。毛坯的长度为90mm。其中，机器人变速箱的顶部和底面需要分别进行粗铣两工序。粗精铣机器人变速箱的顶部需留加工余量为3mm,粗精铣机器人变速箱的底面需留加工余量为3mm。所以前两道工序所需的总加工余量为6mm，可以满足加工要求。（2）加工机器人变速箱两侧面，保证机器人变速箱的宽度为44mm，其中，两侧面的粗糙度都为3.2。毛坯的长度为90mm。其中，机器人变速箱的两侧面同时进行粗加工，然后再单面精铣机器人变速箱不带凸台的侧面。粗铣机器人变速箱的侧面需留加工余量为3mm；粗铣另一侧面需留加工余量为2mm，精铣需留加工余量为1mm。所以本道工序所需的总加工余量为6mm，可以满足加工要求。（3）加工机器人变速箱侧面的24孔，毛坯的尺寸为18。其中，需要进行铣孔。铣孔需留的加工余量为3mm。故所需要的总加工余量6mm可以满足加工要求。（4）加工机器人变速箱侧面的28孔，毛坯的尺寸为18。其中，需要进行铣孔。铣孔需留的加工余量为3mm。故所需要的总加工余量6mm可以满足加工要求。（5）加工机器人变速箱侧面的36孔，毛坯的尺寸为18。其中，需要进行铣孔。铣孔需留的加工余量为3mm。故所需要的总加工余量6mm可以满足加工要求。（6）加工机器人变速箱侧面的42孔，毛坯的尺寸为18。其中，需要进行铣孔。铣孔需留的加工余量为3mm。故所需要的总加工余量6mm可以满足加工要求。（7）加工机器人变速箱正面的38孔，毛坯的尺寸为32。其中，需要进行铣孔。铣孔需留的加工余量为3mm。故所需要的总加工余量6mm可以满足加工要求。（8）加工机器人变速箱正面的42孔，毛坯的尺寸为32。其中，需要进行铣孔。铣孔需留的加工余量为3mm。故所需要的总加工余量6mm可以满足加工要求。（9）加工机器人变速箱正面的44孔，毛坯的尺寸为32。其中，需要进行铣孔。铣孔需留的加工余量为3mm。故所需要的总加工余量6mm可以满足加工要求。（10）加工机器人变速箱的底面4-M4螺纹孔。其中，需要进行钻孔和攻螺纹。钻孔需留的加工余量为0.5mm，攻螺纹需留的加工余量为1.5mm。加工机器人变速箱另一底面4-M5螺纹孔。其中，需要进行钻孔和攻螺纹。钻孔需留的加工余量为2.2mm，攻螺纹需留的加工余量为1.8mm。加工机器人变速箱正面的圆孔边6-M4的螺纹孔。其中，需要进行钻孔和攻螺纹。钻孔需留的加工余量为0.5mm，攻螺纹需留的加工余量为1.5mm。保证加工精度。2.4 选择各工序所用的机床、刀具和量具2.4.1 机床的选择零件的加工精度和生产率在很大程度上是由使用的机床所决定的。要根据已确定的工艺基本特征，结合零件的结构和质量要求，选择出既能保证加工质量，又经济合理的机床和工艺装备。这时应认真查阅有关手册或实地调查，应将选定的机床或工装的有关参数记录下来，为后面填写工艺卡片和夹具设计作好必要准备，免得届时重复查阅。满足工装设计的经济性原则，即在保证产品质量和生产效率的条件下，用完成工艺过程所需工装的费用作为选择分析的基础，对不同方案进行比较，使工装的制造费用及其使用维护费用最低。机器人变速箱的经过加工工艺分析后，主要有铣削，钻削，镗削和攻螺纹的加工方法。（1）加工机器人变速箱的顶部、底面、向内小平面和侧面、侧面内壁时采用铣削，选用的机床是万能铣床。（2）加工机器人变速箱的两侧面时采用铣削，选用的机床是立式铣床。（3） 加工机器人变速箱侧面的24，28，36，42孔、正面38，42，44孔、时采用镗削，选用的机床是卧式镗床。（4）加工机器人变速箱的4-M4螺纹孔，4-M5螺纹孔和6-M4时采用钻削，选用的机床是数控钻床。2.4.2 刀具的选择 刀具的选择主要取决于各工序的加工方法、工件材料、加工精度、所用机床的性能、生产率及经济性等。选择时主要确定刀具的材料、型号、主要切削参数等。 生产中，应尽量采用标准刀具，必要时可采用高效复合刀具和其他一些专用刀具。（1）加工机器人变速箱的顶部、底面、两侧面、向内小平面和侧面、侧面内壁时采用铣削，故使用的刀具是端面铣刀。（2）加工机器人变速箱的24，28，36，42圆孔和38，42，44孔时采用镗削，故使用的刀具是镗刀。（3）加工机器人变速箱的顶部、底面、圆槽面上的各孔时采用钻削，故使用的刀具是麻花钻，在加工螺纹时使用的刀具是丝锥。2.4.3 量具的选择量具主要是根据生产类型和所要求检验的精度来选择。单件小批量生产中应采用标准的通用量具，如卡尺、千分尺等。大批量生产中，一般应根据所检验的精度要求设计专用量具，如卡规、塞规等极限量规，以及各种专用检验仪器和检验夹具。由于该零件“机器人变速箱”是按大批量生产加工，但由于零件为箱体类零件，所以有些尺寸需要使用专用的量具，则加工该零件时采用的测量量具为卡尺、塞规、螺纹塞规。 在选择工艺装备时，既要考虑适应性又要注意新技术的应用。当需要设计专用刀具、量具或夹具时，应提出设计任务书。2.5 确定切削用量根据切削用量简明手册，初定工序的切削用量。根据公式：n=1000*v/*d (2.2)式中n初定的机床转速，单位r/min;v初定的切削速度，单位m/min;d初定的刀具的直径，单位mm;计算，将求得的机床转速与选用机床的实际转速表相对照，最终选取合适的机床主轴转速。利用（2.1）和机床的主轴转速，求得实际切削速度。加工机器人变速箱的的切削用量根据以上内容求得，其具体内容如下：（1）粗铣机器人变速箱的顶部切削深度：3mm；进给量：0.3mm/r；切削速度：3m/s 精铣机器人变速箱的顶部切削深度：1mm；进给量：0.2mm/r；切削速度：3m/s（2）粗铣机器人变速箱的安装平面切削深度：3mm；进给量：0.3mm/r；切削速度：3m/s精铣机器人变速箱的安装平面切削深度：1mm；进给量：0.2mm/r；切削速度：3m/s（3）粗铣机器人变速箱端面的顶部切削深度：3mm；进给量：0.3mm/r；切削速度：3m/s精铣机器人变速箱端面的顶部切削深度：1mm；进给量：0.2mm/r；切削速度：3m/s（4）粗铣机器人变速箱孔两端面切削深度：3mm；进给量：0.3mm/r；切削速度：3m/s精铣机器人变速箱孔两端面切削深度：1mm；进给量：0.2mm/r；切削速度：3m/s（5）粗镗24圆孔。切削深度：3mm；进给量：160mm/min；切削速度：942mm/s精镗24圆孔切削深度：1mm；进给量：mm/min；切削速度：588.75mm/s粗镗28圆孔一内端面切削深度：3mm；进给量：189mm/min；切削速度：791mm/s精镗28圆孔一内端面切削深度：1mm；进给量：94.5mm/min；切削速度：445mm/s粗镗36圆孔另一内端面切削深度：3mm；进给量：189mm/min；切削速度：791mm/s精镗36圆孔另一内端面切削深度：1mm；进给量：94.5mm/min；切削速度：445mm/s粗镗42圆孔另一内端面切削深度：3mm；进给量：189mm/min；切削速度：791mm/s精镗42圆孔另一内端面切削深度：1mm；进给量：94.5mm/min；切削速度：445mm/s（6）粗镗38圆孔另一内端面切削深度：3mm；进给量：189mm/min；切削速度：791mm/s精镗38圆孔另一内端面切削深度：1mm；进给量：94.5mm/min；切削速度：445mm/s粗镗42圆孔另一内端面切削深度：3mm；进给量：189mm/min；切削速度：791mm/s精镗42圆孔另一内端面切削深度：1mm；进给量：94.5mm/min；切削速度：445mm/s精镗44圆孔另一内端面切削深度：1mm；进给量：94.5mm/min；切削速度：445mm/s（7）钻一侧4-M5深10的底孔切削深度：3mm；进给量：200mm/min；切削速度：1047mm/s（8）钻另一侧4-M4深8的底孔切削深度：3mm；进给量：220.5mm/min；切削速度：1813mm/s（9）钻员槽内6-M4深8的底孔切削深度：3mm；进给量：220.5mm/min；切削速度：1813mm/s2.6 确定工时定额（1）粗铣机器人变速箱的顶部，所用基本时间约为0.5min。 精铣机器人变速箱的顶部，所用基本时间约为0.5min。（2）粗铣机器人变速箱的安装平面，所用基本时间约为0.5min。精铣机器人变速箱的安装平面，所用基本时间约为0.5min。（3）粗铣机器人变速箱端面的顶部，所用基本时间约为0.5min。精铣机器人变速箱端面的顶部，所用基本时间约为0.5min。（4）粗铣机器人变速箱两端面，所用基本时间约为0.5min。精铣机器人变速箱两端面，所用基本时间约为0.5min。（5）粗镗24圆孔，所用基本时间约为0.5min。精镗24圆孔，所用基本时间约为0.5min。粗镗28圆孔一内端面，所用基本时间约为0.5min。精镗28圆孔一内端面，所用基本时间约为0.5min。粗镗36圆孔另一内端面，所用基本时间约为0.5min。精镗36圆孔另一内端面，所用基本时间约为0.5min。粗镗42圆孔另一内端面，所用基本时间约为0.5min。精镗42圆孔另一内端面，所用基本时间约为0.5min。（6）粗镗38圆孔另一内端面，所用基本时间约为0.5min。精镗38圆孔另一内端面，所用基本时间约为0.5min。粗镗42圆孔另一内端面，所用基本时间约为0.5min。精镗42圆孔另一内端面，所用基本时间约为0.5min。精镗44圆孔另一内端面，所用基本时间约为0.5min。（7）钻一侧4-M5深10的底孔，所用基本时间约为0.5min。（8）钻另一侧4-M4深8的底孔，所用基本时间约为0.5min。（9）钻员槽内侧6-M4深10的底孔，所用基本时间约为0.5min。第三章 机器人变速箱的专用夹具设计3.1 设计机床夹具前的准备工作3.1.1 明确工件的生产要求 工件的年生产量是确定机床夹具总体方案的重要依据之一。如工件的年生产量很大，可采用多工件加工、机动夹紧或自动化程度较高的设计方案，采用此方案时，机床夹具的结构较复杂，制造成本较高；如工件的年生产量不大，可采用单件加工，手动夹紧的设计方案，以减小机床夹具的结构复杂程度及夹具的制作成本。3.1.2 充分理解工件的零件图和工序图 零件图标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求，他决定了工件在机床夹具中的放置方法，是设计机床夹具总体结构的依据。工序图给出了零件本工序的工序基准、以加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案。工件的工序基准、已加工表面、决定了机床夹具的定位方案，如选用平面定位、孔定位以及外圆面定位等；定位方案的选择依据六点定位原理和采用的机床加工方法，定位方案不一定要顶六个自由度，但是要完全定位。工件的代待加工表面是选择机床，刀具的依据。确定夹紧机构要依据零件的外形尺寸，选择合适的定位点，确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具的运动轨迹相冲突。3.2 确定机床夹具的结构方案3.2.1 选择定位原件 根据工序图给出的定位原理方案，按有关标准正确选择定位元件或定位元件的组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。3.2.2 选择夹紧机构（1）夹紧力的方向： 夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能是工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。（2）夹紧力的作用点： 夹紧力的作用点应该选择在定位元件支撑点的作用范围内，以及工件刚度高的位置。确保工件的定位准确、不变形。 （3） 选择夹紧机构： 在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题： 安全性 夹紧机构应具备足够的强度和加紧力，以防止意外伤及夹具操作人员。 手动夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。 夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。 手动夹紧机构应操作灵活、方便。（4） 夹紧力的大小： 夹紧力的大小一般按静力平衡条件计算，计算出夹紧力为理论夹紧力。为保证工件装夹安全可靠，实际夹紧力应等于理论夹紧力乘以系数K，一般K=1.52.5。各种典型夹紧机构的计算方法可参阅机床夹具手册。3.2.3 机床夹具的总体形式 机床夹具的总体形式一般应根据工件的形状、大小、加工内容及选用机床等因素来确定。（1） 选择导向装置： 导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，如钻孔导向套、镗套、对刀装置、对定装置等，这些装置均已标准化，可按标准选择。（2） 确定联接体： 联接体是将装置与夹具体联接的工件，设计时主要考虑联接体的刚性，合理布置联接体的位置，给定位元件、加紧机构留出空间。（3） 确定夹具体：夹具体一般是设计成平板式（有些夹具体铸造成特殊形状），保证具有足够的刚性。它用来固定定位元件、加紧机构和联接体，并于机床可靠联接。3.3 绘制夹具装配图 （1）装配图应按照国家标准尽可能1：1地绘制，三视图要完整清晰的表示出夹具的主要结构及夹具的工作原理。 （2）视工件为透明体，用双点画线画出主要部分（如轮廓，定位面，夹紧面和加工表面）。画出定位元件、夹紧机构、导向装置的位置 （3）按照夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构。 （4）画出夹具体及其他联接用的元件（联接体、螺钉等），将夹具各组成元件联成一体。 （5）标注必要的尺寸、配合、公差等 夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。 夹具与机床的联系尺寸，即夹具在机床上的定位、固定尺寸。如车床夹具的莫氏硬度、铣床夹具的对定装置等。 夹具与刀具的联系尺寸，如用对刀块对刀时塞尺的尺寸、对刀块表面到定位表面的尺寸即公差。 夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。 各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差。 （6）标注技术条件。 定位元件的定位面间相互位置精度。 定位元件的定位表面与夹具安装基面的位置精度。 定位表面与导向元件间的位置精度。 导向元件工作面间的位置精度。 （7）对零件编号，填写标题栏和零件明细表。 每一个零件都必须有自己的编号，此编号是唯一的。在工厂的生产活动中，生产部件按零件编号生产、查找工作。 完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。 完整填写明细表，一般来说，加工工件填写在明细表的下方，标准件、装配件填写在明细表的上方。注意，不能遗漏加工工件和标准件、配套件。3.4 绘制夹具零件图 对装配图中需加工的零件图均应绘制零件图，零件图应按制图标准绘制。视图尽可能与装配图上的位置一致。（1） 零件图尽可能按1：1绘制。（2） 零件图上的尺寸公差、形位公差、技术要求应根据装配图上的配合种类、位置精度、技术要求而定。（3）零件的其他尺寸，如尺寸、形状、位置、表面粗糙度等应标注完整。图3.1 机器人变速箱镗孔卡具装配图3.5 零件的工艺规程零件在工艺规程制定之后，就要按工艺规程顺序进行加工，加工中除了需要机床，刀具量具外，成批生产时还要用机床夹具。它们是机床和工件之间的联系装置，使工件相对于机床或刀具获得正确的位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是装备设计中一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。3.6 机床夹具的功能（1）保证加工精度，工件通过机床夹具进行安装，包含了两层含义：一是工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位;二是通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧，这样，就可以保证工件加工表面的位置精度，且精度稳定。（2）提高生产率，使用夹具来安装工件，可以减少划线，找正，对刀等辅助时间，采用多件，多工位夹具，以及气动，液压动力基金装置，可以进一步减少辅助时间，提高生产率。（3）扩大加床的使用范围，有些机床夹具是对机床进行了部分改造，扩大了原机床的功能和使用范围。如在车床床鞍上镗模夹具，就可以进行箱体零件的孔系加工。（4）减轻工人的劳动强度，保证生产安全。3.7 机床夹具应满足的要求（1）保证加工精度，这是必须做到的最基本要求，其关键是正确的定位，夹紧和导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。（2）夹具的总体方案应与年生产纲领相适应，在大批量生产时，尽量采用快速，高效的定位，夹紧机构和动力装置，提高自动化程度，符合生产节拍要求，在中，小批量生产时，夹具应有一定的可调性，一适应多品种工件的加工。（3）安全，方便，减轻劳动强度，机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加保护装置、要符合工人的操作位置和习惯，要有合适的工件装卸位置和空间，使工人操作方便、大批量生产和加工笨重工件时，更需要减轻工人的劳动强度。（4）排屑顺畅，机床夹具中积累切屑会影响到工件的定位精度，切屑的热量时工件和夹具产生热变形，影响加工精度，清理切屑将增加辅助时间，降低生产率。因此夹具设计中要给予排屑问题充分的重视。（5）机床夹具应有良好的强度，刚度和结构工艺性，加床夹具设计时，要方便制造，检测，调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。 3.8 机床夹具的类型（1）通用夹具 例如车床上的卡盘，铣床上的平口钳，分度头，平面磨床上的电磁吸盘等，这些夹具通用性强，一般不需要调整就可适应多种工件的安装加工，在单件小批生产中广泛应用。（2）专用夹具 因为它是用于某一特定工件特定工序的夹具，称为专用夹具。专用夹具广泛用于成批生产和大批生产中。（3）可调整夹具和成组夹具 这一类夹具的特点具有一定的可调性，或称“柔性”夹具中部分元件可更换，部分装置可调整，以适应不同工件的加工。可调整夹具一般适用于同类产品不同品种的生产，略作更换调整就可用来安装不同品种的工件。成组夹具适用于一组尺寸相似，结构相似，工艺相似工件的安装和加工，在多品种，中小批量生产中有广泛应用的前景。（4）组合夹具 它是由一系列的标准化元件组装而成，标准元件有不同的形状，尺寸和功能，其配合部分有良好互换性和耐磨性。使用时，可根据被加工工件的结构和工序要求，选用适当元件进行组合联接，形成一专用夹具。用完后可将元件拆卸，清洗，涂油，入库，以备后用。它特别适合单件小批生产中位置精度要求较高的工件的加工。（5）随行夹具 这是一类在自动线和柔性制造系统中使用的夹具。它既要完成工件的定位和夹紧，又要作为运载工具将工件在机床间进行传递。传送到下一道工序的机床后，随行夹具应能在机床上准确的定位和可靠的夹紧。一条生产线上有许多随行夹具，每个随行夹具随着工件经历生产线的全过程，然后卸下已加工的工件，装上新的待加工工件，循环使用。 3.9 总体方案的确定机器人变速箱是箱体类零件，主要加工孔系。我要设计的是工序8的加工42的圆孔专用夹具，本道工序在X53K上加工。由于本机器人变速箱形状复杂，在加工过程中，以已加工完的顶部和顶部上的孔为定位基准，（这样，既符合基准重合原则，又符合基准统一原则。）定位元件选择固定圆柱销和菱形圆柱销，这样，平面限制了Z的移动和XY的转动，固定圆柱销限制了XY的移动，菱形销限制了Z的转动，属于完全定位，此定位是合理的。夹紧装置是将两个移动压板夹紧在零件靠近加工孔的位置，这样可以保证加工的形状和位置精度。（1）选择定位元件按照六点定位原理的原则，确定定位方案。1) 本工序需加工的项目对工件的工序图进行分析，明确本工序需要加工的内容：保证孔达到422) 本工序前已加工完成的表面基准孔 24 底面 A面基准按有关标准正确选择定位元件或定位元件的组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。3) 选择定位方式由图可知加工机器人变速箱圆孔42，我以内孔24孔和机器人变速箱的顶部作为定位基准，采用平面、圆柱销和菱形销，限制了6个自由度。（2）选择刀具导向装置：机器人变速箱方槽的加工精度可采用铣槽的工艺方案。为了保证孔的加工精度，故采用对刀块。（3）选择夹紧机构为了保证定位精度，主夹紧力的作用点应在主定位点的支承范围内，故夹紧机构选择移动压板，利用两个移动压板共同将工件夹紧。（4）夹具的总体形式1）使用一个固定圆柱销和一个菱形圆柱销将机器人变速箱的顶部与夹具体紧密连接，同时两销必须与夹具体采用8.5H7/r6过盈配合。2）将对镗模板固定在连接件上，镗模板通过内六角圆柱头螺钉和圆柱销与夹具体相连。3）使用4个螺钉和2个圆柱销将垫块固定在夹具体上，确定垫块的位置，保证垫块顶部的平面与夹具体底面的平行度，以便确保零件平稳的固定在夹具体上。4）2个移动压板利用双头螺柱与夹具体连接。（5）装配图的标住1）夹具外型尺寸200X150X202）圆柱销与夹具体的配合8.5H7/r63）菱形销与夹具体的配合8.5H7/r63.10 镗床夹具设计要点 (1)对定位装置的设计和布置，应尽量使主要支承面大些；要尽量选取加工过的平面为定位基准；定位元件要用支承板，且布置尽可能远些，必要的时候可采用辅助支承，以免加工时发生振动。 (2)镗床夹具的夹紧装置应有足够的夹紧力和良好的自锁性能。夹紧力的作用点要尽量靠近加工表面，并夹紧在工件刚性较好的部位，以保证夹紧可靠，定位稳定。必要时可采用浮动夹