联动夹紧铣床夹具设计毕业论文.doc

沈阳建筑大学毕业设计（论文）联动夹紧铣床夹具设计毕业论文目录第一章绪论11.1 机床夹具介绍11.1.1夹具的现状及生产对其提出新的要求11.1.2 现代夹具的发展方向2第二章 机床夹具的定位及夹紧32.1 概述32.1.1 机床夹具的概念32.1.2 机床夹具的组成32.1.3 机床夹具的分类42.1.4 机床夹具在机械加工中的作用52.2工件的装夹方式62.3 基准及其分类62.4 工件的定位72.4.1 工件定位的基本原理72.4.2 常见定位方式及定位元件82.5 工件的夹紧92.5.1夹紧装置的组成及基本要求92.5.2 夹紧力的确定92.5.3典型夹紧结构102.5.4定心夹紧机构102.6 专用夹具设计102.6.1对机床专用夹具的基本要求102.6.2专用夹具设计方法和步骤112.6.3夹具总图技术要求的制订11第三章、零件的分析及加工工艺规程设计123.1 零件的分析123.2 工艺规程设计123.2.1 确定毛坯的制造形式123.2.2 毛坯的设计133.2.3基面的选择的选择133.2.4.工艺路线制定143.2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定173.2.6 确定切削用量及基本工时17第四章 联动夹紧机构夹具设计224.1问题的提出224.2 定位基准的选择224.2.1定位元件的选择224.2.2夹紧元件以及夹具体的确定234.2.3辅助支承244.3 切削力及夹紧力计算254.4夹具设计及操作简要说明26第五章 定位精度分析及定位误差分析计算275.1 定位精度分析275.1.1机床夹具设计中定位精度的通用要则275.1.2本次夹具设计的定位精度分析275.2 定位误差的基本概念及组成285.3 V型块定位定位误差的三种方法295.3.1概念法295.3.2组成法305.3.3微分法315.4本次设计的定位误差分析及计算325.4.1定位误差分析325.4.2定位误差计算32第六章 本次设计的性能与经济性分析336.1性能分析336.1.1 性能分析指标确定原则336.1.2本次设计的性能分析346.2经济性分析356.2.1工艺设计经济分析356.2.2本次工艺设计的经济性分析366.2.3本次夹具设计的经济性分析36总 结37致 谢38参考文献39附录一附录二联动夹紧铣床夹具设计第一章绪论机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。典型零件的加工工艺规程及其夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。1.1 机床夹具介绍夹具最早出现在1787年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期。机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全。夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合3。1.1.1夹具的现状及生产对其提出新的要求现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，企业中多品种生产的工件已占工件种类数的85%左右。然而目前，一般企业习惯与采用传统的专1用夹具，在一个具有大批量生产的能力工厂中约拥有1300015000套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有15%左右，特别最近年来柔性制造系统（FMS）、数控机床（NC），加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术被应用和推广，使中小批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求： 能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期 能装夹一组相似性特征的工件 适用于精密加工的高精度的机床 适用于各种现代化制造技术的新型技术 采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率1.1.2 现代夹具的发展方向现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面。 精密化随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度可达正负0.1，用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5um，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆读可达0.20.5um。 高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时的和辅助时的，以提高劳动生产率，减少工人劳动强度，常见的高效化夹具有：自动化夹具、告诉化夹具、具有夹紧动力模块的夹具等。例如使用电动虎钳装夹工件，可使工件效率比普通虎钳提高了5倍左右；而高速卡盘则可保证卡爪在转速9000r/min的条件下能正常夹紧工件，使切削速度大幅度提高。 柔性化夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是通过调组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等，具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数2控夹具等，在较长时间内，夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。 标准化夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面，在制造典型夹具，结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和不见的形成：舍弃一些功能低劣的结构，通用化方法包括：夹具、部件、元件、毛呸和材料的通用化夹具的标准化阶段是通用化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。目前，我国已有夹具零件、部件的国家标准：GB21482249-80，GB22622269-80以及通用夹具标准，组合夹具标准等。夹具的标准化也是夹具柔性化高效化的基础，作为发展趋势，这类夹具的标准化，有利于夹具的专业化生产和有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本8。第二章 机床夹具的定位及夹紧2.1 概述在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹具。它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或检测的装置。2.1.1 机床夹具的概念 在机械加工过程中，为了保证加工精度，首先要使工件在机床上占有正确的位置，确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置的过程，称为工件的定位。定位后将其固定，使其在加工过程中始终保持定位位置不变的操作称为夹紧。工件在机床或夹具上定位、夹紧的过程称为工件的装夹。用以装夹工件的装置称为机床夹具，简称夹具。2.1.2 机床夹具的组成 机床夹具的基本组成部分 定位装置该装置由定位元件组合而成，其作用是确定工件在夹具中的正确位置。 夹紧装置该装置的作用是将工件压紧夹牢，并保证工件在加工的过程中正确位置不变。 夹具体夹具体是夹具的基本骨架，通过它将夹具所有的元件构成一个整体。3 机床夹具的其他特殊元件或装置连接元件根据机床的特点，夹具在机床上的安装连接常有两种形式。一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上。连接元件用以确定夹具本身在机床上的位置。如机床夹具所使用的过渡盘，铣床夹具所使用的定向键等，都是连接元件。对刀元件常用在普通铣床夹具中，用对刀快调整铣刀加工前的位置。对刀时，铣刀不与对刀快直接接触，而用塞尺进行检查，以免碰伤铣刀的切削刃和对刀快工作表面。导向元件常用在钻床、镗床夹具中，用钻套和镗套引导刀具加工中的正确位置。其他元件或装置根据加工需要，有些夹具还分别采用分度装置、靠模装置、上下料装置、平衡块等。这些元件或装置需要专门设计11。2.1.3 机床夹具的分类根据机床夹具的通用化程度，可将夹具氛围以下几种： 通用夹具可加工一定范围内不同工价的夹具为通用夹具，如车床上的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘；铣床上的平口虎钳、分度头和回转工作台等。它们有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。这类夹具一般已标准化，由专业工厂生产，作为机床附件供应给用户。由于使用通用夹具夹紧工件比较费时，操作复杂，生产效率低，且较难装夹形状复杂的工件，故通用夹具主要用于单件小批生产，在产品固定的大批量生产中很少使用通用夹具，而使用效率较高的专用夹具。 专用夹具专用夹具是针对某一种工件的某道工序专门设计的夹具。所以结构紧凑，操作迅速方便。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计与制造。专用夹具定位精度高，一批工件加工或所得尺寸稳定，互换性高，并且可以减轻劳动强度，节省工时，显著提高效率，另外利用专用夹具还可以扩大机床的工艺范围。但专用夹具是为满足某个工件某道工序的加工需要而专门设计的，所以它的适用范围较窄。此4外、专用夹具的设计制造周期较长。当产品更换时，往往因无法再使用而报废，因此，专用夹具主要适用于产品品种相对稳定的大批大量生产。 成组夹具根据成组技术原来技术的用于成组加工的夹具。这种夹具的特点是，在通用的夹具体上，只需对夹具的部分元件稍加调整或更换，即可用于组内的不同工件的加工。 组合夹具组合夹具是由可循环使用的标准夹具零件部件组装成易于联结和拆卸的夹具。它在使用上具有专用夹具的优点，而当产品更换时，不存在夹具“报废”问题。因为它可以拆开，其元件可清洗入库，留待组装新的夹具。因此，组合夹具很适合于新产品试制和单件小批生产使用。由于组合夹具还具有缩短生产准备周期，减少专用夹具种类、数量和存放面积等优点，特别适用于新产品的试制和多品种小批量生产。 随行夹具随行夹具为自动线上使用的一种夹具。自动线夹具基本上分为两类：一类为固定式夹具，它与一般专用夹具相似；一类为随行夹具，她除了具有一般夹具所担负的装夹任务外，还担负自动线输送工件的任务。所以，它是跟随被加工工件沿着自动线从一个工位移到下一个工位的，故称为随行夹具。除了上述分类外，夹具还可以按照动力来源不同分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具及自夹紧夹具等，按工种还可以分为车床夹具、铣床夹具、磨床夹具、钻床夹具等3。2.1.4 机床夹具在机械加工中的作用夹具是机械加工中的一种工艺装备，它在生产中起的作用很大，所以在机械加工中的应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用： 保证工件的加工精度由于采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，所以在机械加工中，可以保证工件各个表面的相互位置精度，使其不受或不受各种主观因素的影响，容易获得较高的加工精度，并使一批工件的精度稳定。 提高劳动生产率和降低加工成本采用夹具使工件装夹方便，免去工件逐个找正对刀所花费的时间，因此可以缩短辅5助时间。另外，采用夹具装夹或，产品质量稳定，对操作工人的技术水平的要求可以降低，有利于提高生产率和降低成本。 扩大机床工艺范围和改变机床用途使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。这是在生产条件有限的也器中常用的一种技术改造措施。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗摸夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工，一充分发挥通用机床的作用。 改善劳动条件和保证生产安全使用专用机床夹具可减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，保证安全生产16。2.2工件的装夹方式工件在机床上的装夹方式有以下三种方法： 直接找正法在机床上根据工件上有关基准直接找正工件，使工件获得加工的正确位置的方法。直接找正法的定位精度和工作效率，取决于被找工件表面的精度、找正方法和所用工具及工人的技术水平。此法一般多用于单件小批生产和精度要求特别高的场合。 划线找正法在机床上按毛坯或工件上所划线找正工件，使工件获得正确位置的方法。此法由于受到划线精度的限制，定位精度比较低，多用于单件小批量生产、毛坯精度较低以及大型零件等不使用夹具的粗加工中。 用夹具装夹即通过夹具上的定位元件使工件相对于刀具及机床获得正确位置的方法。此法使工件定位迅速方便，定位精度较高，广泛用于成批和大量生产。上述用装夹工件的方法有以下几个特点：工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准与夹具上的定位元件相接触而实现的。由于夹具预先在机床上已调整好位置（也有在加工过程中再进行找正的），因此，工件通过夹具相对于机床也就有了正确的位置。通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置8。2.3 基准及其分类机器零件是由若干个表面组成的。这些表面之间的相对位置关系包括两方面的要求：表面见的位置尺寸精度和相对位置精度。研究零件表面的相对位置关系，是离不开6基准的。不明确基准就不无法确定表面的位置。基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同功能，基准分为设计基准和工艺基准两大类。 设计基准在零件图样上所采用的基准，称为设计基准。 工艺基准零件在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。测量基准测量时用以检验已加工表面尺寸几 位置的基准，称为测量基准。工序基准在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、形状及位置的基准，称为工序基准。定位基准工件定位时所采用的基准，称为定位基准。需要说明的是，作为基准的点、线、面在工件上并不一定具体存在。如轴心线、对称面等，它们是由某些具体表面来体现的。用以体现基准的表面称为定位基准。2.4 工件的定位2.4.1 工件定位的基本原理工件装夹在机床上必须使工件相对于刀具和机床处于正确的加工位置，它包括工件在夹具的定位、夹具在机床上的安装以及夹具相对于刀具和整个工艺系统的调整等工作过程。在使用夹具的情况下，就要使机床、刀具、夹具和工件之间保持正确的加工位置。显然，工件的定位是其中极为重要的一个环节。 六点定位原则定位，就是限制自由度。通常是用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是工件定位的“六点定位原则” 。 工件定位中可能出现的集中情况：完全定位7六个支承点限制了工件的全部自由度，称为完全定位。不完全定位根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。欠定位根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有被限制的定位，称为欠定位。器定位无法保证加工要求，所以是决不允许的。过定位夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象，称为过定位。过定位中常会出现干涉现象。消除或减小过定位所引起的干涉，一般有两种方法：一种是提高定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。一种是改变定位元件的结构，使定位元件在重复限制自由度的部分不起定位作用11。2.4.2 常见定位方式及定位元件定位方式和定位元件的选择包括选择定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等，他们主要取决于工件的加工要求、工件定位基准和外力的作用等因素。 工件及平面定位主要支承 主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用a）固定支承b）可调支承c）自位支承辅助支承 提高工件的安装刚性和稳定性a）螺旋式辅助支承b）自位式辅助支承c）推引式辅助支承d）液压锁紧的辅助支承 工件以圆柱空定位圆柱销圆锥销圆柱心轴 工件以外圆柱面定位在V形块中定位在圆孔中定位在半圆孔和圆锥孔中定位1182.5 工件的夹紧在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。工件定位以后需要通过一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上，使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动，以保证加工精度和安全生产。这样把工件压紧夹牢的装置，即称为夹紧装置。2.5.1夹紧装置的组成及基本要求 夹紧装置的组成力源装置中间传动机构 作用如下：a）改变夹紧作用力的方向b）改变夹紧作用力的大小c）具有一定的自锁性能夹紧元件 对夹紧装置的基本要求夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置夹紧力的大小要适当夹紧装置要操作方便结构要进凑简单，有良好的结构工艺性，尽量使用标准件162.5.2 夹紧力的确定确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作同点。在确定夹紧力的三要素时要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情况，而且必须考虑定位装置的结构形式和布置方式。夹紧力的三要素对夹紧结构的设计起着决定性的作用。只有夹紧力的作用点分布合理，大小适当，方向正确才能获得良好的效益。 夹紧力方向的确定夹紧力方向应垂直于主要定位基准面夹紧力的方向最好与切削力、工件重力方向一致 夹紧力作用点的选择应能够保持工件定位稳定可靠，在夹紧过程中不会引起工件产生位移或偏转。应尽量避免或减少工件的夹紧变形夹紧力作用点应尽量靠近加工部位 夹紧力大小的估算9首先假设系统为刚性系统，切削过程处于稳定状态。常规情况下，只考虑切削力（矩）在力系中的影响；切削力（矩）用切削原理公式计算。对重型工件应考虑工件重力的影响。在工件做高速运动场合，必须计入惯性力。分析对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡方程计算此状态下所需的夹紧力即为计算夹紧力将计算夹紧力再乘以K，即得实际夹紧力。K为总安全系数，K=K0K1K2K3各种因素的安全系数可查表2-3，一般K=1.52.5；当夹紧力与切削力相反时，K=2.53 。2.5.3典型夹紧结构 斜楔夹紧结构 螺旋夹紧结构单个螺旋夹紧结构螺旋压板夹紧结构偏心夹紧机构2.5.4定心夹紧机构当加工尺寸的工序基准是中心要素（轴线、中心平面等）撕，为使基准重合以减少定位误差，可以采用定位夹紧机构，所以，定心夹紧机构主要用于要求准确定心或对中的场合。定心夹紧机构可分为以下几种：（1）螺旋式定心夹紧机构（2）杠杆式定心夹紧机构（3）楔式定心夹紧机构（4）弹簧筒夹式定心夹紧机构（5）膜片卡盘定心夹紧机构（6）波纹套定心夹紧机构（7）液性塑料定心夹紧机构2.6 专用夹具设计2.6.1对机床专用夹具的基本要求 稳定地保证工件的加工精度 提高机械加工的劳动生产率10 结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件 应能够降低工件的制造成本 适当提高夹具元件的通用化和标准化程度，以缩短夹具制造周期，降低夹具成本2.6.2专用夹具设计方法和步骤 明确设计任务，收集设计资料 拟订夹具结构方案，绘制夹具草图确定工件的定位方案，设计定位装置，并对夹紧力进行估算，以确保夹紧可靠确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置确定刀具的引导方式，选择或设计引导元件或对刀元件确定其他元件或装置的结构形式，如定位键、分度装置等确定夹具的总体结构及夹具在机床上的安装方式。对夹具的总体结构最好能拟订出几个不同的方案，画出草图，经过分析比较，选择最佳方案绘制夹具总图选择操作者工作时正对的位置为主视图用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面以及加工表面画在各视图相应的位置上，待加工面上的加工余量可用网纹线表示。在夹具总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面的线条依次画出定位、夹紧、导向元件或装置的具体结构，再画出夹具体，将各元件或装置连成一个整体在总图上标注尺寸（包括轮廓尺寸、联系尺寸、重要的配合尺寸等）、公差和技术要求绘制夹具零件图。在夹具中的非标准零件都要绘制零件图，并按总图要求确定零件的尺寸、公差及技术条件2.6.3夹具总图技术要求的制订夹具总图上应标注的尺寸和公差夹具外形的最大轮廓尺寸影响定位精度的尺寸影响对刀精度的尺寸和公差影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差影响夹具精度的尺寸和公差其他装配尺寸及公差夹具总图上公差值的确定与加工尺寸有直接对应关系的夹具公差J其他装配尺寸的配合性质及公差等级夹具总图上应标注的技术要求夹具总图上无法用符号标注而又必须说明的问题，可作为技术要求用文字写在总图的空白处。例如有些夹具要求配磨等8。11第三章、零件的分析及加工工艺规程设计3.1 零件的分析图3-1 零件图从柴油机油泵下体的零件图上可以看出，它有两组加工表面，这两组加工面之间也有一定的位置要求，现将这两组加工面分述如下： 以72mm外圆为中心的加工面 这一组加工面包括：采油机油泵下体的工艺面，40mm孔及其倒角。 以 40孔为基准的加工面 这一组加工面包括：长为120的2侧面，6-18mm孔及其倒角，26mm孔。3.2 工艺规程设计 3.2.1 确定毛坯的制造形式零件材料为HT200，考虑到油泵在运行期间经常受压力的冲击，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为2级，能保证12铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。3.2.2 毛坯的设计柴油机油泵下体零件材料为 HT200，硬度选用260HBS，毛坯重约1Kg。生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，对毛坯初步设计如下： 40mm的孔 因为孔有40mm大，因此在铸造时可以铸造出，因此在毛坯的设计时，不宜设计底孔。因此毛坯采用实心铸造。以确保毛坯的成功率。 各个端面 和侧面各个端面和侧面粗糙度要求不高，光洁度要求没有，直接铸造出来，查资料知，砂型铸造机械翻砂造型的尺寸公差等级为810级， 加工的各个侧面和端面因为加工的各侧面粗糙度要求为6.3，精度要求不高，查有关资料知雨量为2.5mm即可 钻孔在18mm的孔处钻孔，在此处，因为加工的孔不是很大，所以可以不必留铸造底孔。因其它表面均为不加工表面，而且砂型机器造型铸造铸造出的毛坯表面就能满足它们的精度要求，所以，不需要在其它表面上留有加工余量。根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，这样毛坯的尺寸就可以定下来了7。3.2.3基面的选择的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。 粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。从零件图上可以看出，采油机油泵下体的零件不规则，所以粗基准不太容易选择。为了保证40mm孔的位置精度的要求，我们采用底面和侧面定位，依照粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个不加工表13面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准）来选取。本夹具体中工件放在两个v型块和一个可调支承上定位的。将工件72mm圆弧面放在V型块，限制了四个自由度，同时工件突起部分靠在v型块端面限止了一个自由度。将工件远端用可调支承支起，增强了工件限止了一个自由度。用两个辅助支承增强了工件的稳定性和刚度，形成完全定位。3.2.4.工艺路线制定制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。 方案一铸造毛坯工序：粗铣左右端面工序：粗铣60.5上下端面工序：粗铣60.5上端面突台工序：钻，扩，铰40mm的孔工序：钻，扩，铰6-18mm孔工序：钻26mm的孔工序：精铣左右端面工序：精铣60.5上下端面工序IX：精铣60.5上端面突台工序X：去毛刺方案二铸造毛坯工序：粗铣左端面工序：粗铣右端面工序：钻，扩6-18mm孔工序：钻，扩，铰40mm的孔14工序：粗铣60.5上下端面工序：粗铣60.5上端面突台工序：钻26mm的孔工序：精铣左端面工序IX：精铣右端面工序X：精铣60.5上下端面工序XI：精铣60.5上端面突台工序：去毛刺述两种方案看起来大体合理，不过仔细一看都有不足之处。根据工艺路线制定原则先面后孔原则方案二中工序和工序应在工序前面。第一个方案在加工完40mm孔后，以40mm孔定位加工6-18mm孔，这样更好的保证了加工质量，提高了生产效率。同时方案二工序比较复杂，而方案一的工序简单明了，因此我们选择方案一。工艺卡的制定1516图3-2工艺过程3.2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量和工步如下： 40mm的孔40mm孔粗糙度要求为3.2 查相关资料知单边余量为2mm即可。 各个端面和侧面 各个端面和侧面查相关资料知单边余量为2.5mm即可满足要求1。3.2.6 确定切削用量及基本工时工序：粗铣左右端面工步一：粗铣左端面 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,，。决定铣削用量 决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 决定每次进给量及切削速度根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则17按机床标准选取1450当1450r/min时按机床标准选取 计算工时切削工时：，则机动工时为工步二：粗铣右端面进给量，切削速度，主轴转速同上。粗加工行程则切削工时：工序：粗铣60.5上下端面工步一：粗铣60.5上端面选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,，。决定铣削用量 决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则18按机床标准选取1450当1450r/min时按机床标准选取 计算工时切削工时： ，则机动工时为 工步二：粗铣60.5下端面进给量，切削速度，主轴转速以及加工行程量均同上，所以切削工时为，工序：粗铣60.5上端面突台 选取刀具及机床与上一工序相同。切削速度、进给量和主轴转速均相同，而加工行程为，则切削工时为：工序：钻，扩，铰40mm的孔工步一钻孔至39mm确定进给量：根据参考文献表2-7，当钢的，时，。由于本零件在加工40mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则19根据Z525机床说明书，现取切削速度：根据参考文献表2-13及表2-14，查得切削速度所以 根据机床说明书，取，故实际切削速度为切削工时：，则机动工时为 工步二：扩孔利用钻头将孔扩大至，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取根据机床说明书，选取则主轴转速为，并按车床说明书取，实际切削速度为切削工时：，则机动工时为工步三：铰孔根据参考文献表2-25，得20查参考文献17表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取，实际切削速度。切削工时：，则机动工时为钻6-18mm孔和26mm的孔的切削用量和基本工时计算方法同工序的计算方法一样，所以在这里省去计算过程直接写出相关数据。工序：钻6-18mm孔切削深度 进给量 切削速度切削工时工序：钻26mm的孔切削深度 进给量 切削速度切削工时精铣各端面侧面时进给量，切削速度，主轴转速与粗加工相同，而由于由于是精铣，所以整个铣刀刀盘要铣过整个工件，所以加工行程量不同，切削工时不同。工序：精铣左右端面精铣左端面：加工行程量为切削工时为精铣右端面：加工行程量为，切削工时为工序：精铣60.5上下端面1 精铣60.5上端面：加工行程量为，切削工时为212 精铣60.5下端面：加工行程量为，切削工时为工序IX：精铣60.5上端面突台加工行程量为，切削工时为第四章 联动夹紧机构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。由指导老师的分配，决定铣柴油机油泵下体的铣床夹具设计。4.1问题的提出 本夹具主要用于柴油机油泵下体地面端面，精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。4.2 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。72的外圆可以作为我们选择的粗基准，因为我们所加工的面积较大，72外圆所在的位置不是工件的重心位置，为了保证铣削时受力均匀，我们在2端加2个辅助支撑，压板的正下方加以辅助支撑，来确保工件的平衡和夹紧力均匀。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用联动的螺母作为夹紧机构。4.2.1定位元件的选择如图4-1所示，由于本次设计的零件没有较高的技术要求，所以而且72mm的外圆22表面与被加工表面关系不大，可以考虑在72mm外圆表面定位。因为是个圆弧面，所以采用v型块定位，有由于零件远端没有固定，故添加一个可调支承来辅助v型块定位，完成完全定位。图4-1零件定位图中通过两个v型块配合可调支承使零件定位。4.2.2夹紧元件以及夹具体的确定如图4-2所示，本工序要铣削表面，需要将零件压紧，考虑到是v型块定位，为了使零件不发生移动，可以采用压板压紧，这里我们采用三块压板分别在两个v型块和可调支承处压紧，使工件固定不动。然而用三块移动压板压紧就要考虑到压紧力的问题，考虑了各种夹紧方案，最后我们选用联动夹紧机构来实现零件的夹紧，用联动夹紧机构可以使三块移动压板同时压紧并且可以使压紧力均匀的分布，这样不会影响到零件的加工精度。联动夹紧机构是通过两个浮动杠杆和螺杆来实现的，用螺母来进行压紧，通过杠杆和螺杆的连接可以实现同步压紧。本工序的切削余量小，切削力小，可以采用压紧螺母手动夹紧。这可以提高生产力。23图4-2 零件定位夹紧图中通过长短浮动杠杆可以实现三块压板同时压紧且使夹紧力均匀分布。4.2.3辅助支承如图4-3所示，为了增强零件及压板的刚度和稳定性，在零件上加两个辅助支承，在每块压板下添加一个辅助可调支承。图4-3 零件定位夹紧与辅助元件244.3 切削力及夹紧力计算 刀具；采用锯片铣刀 40mm z=24,用两把锯片铣刀保证同时安装在主轴上面中间用隔套把两把铣刀隔开，保证两把铣刀之间距离为7mm。这样就可以一次铣出两个面，并且尺寸易保证。机床： x61W型万能铣床由3知 所列公式 得 4-1查表得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5为加工性质系数1.1为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1所以 夹紧力的计算选用夹紧螺钉夹紧机 由其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 25夹紧螺钉： 公称直径d=15mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 4-2极限应力幅： 4-3许用应力幅： 4-4螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 4-5 s=3.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力17。4.4夹具设计及操作简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为铣切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。26第五章 定位精度分析及定位误差分析计算5.1 定位精度分析5.1.1机床夹具设计中定位精度的通用要则定位精度通用要则： 对夹具要做必要的定位误差分析和计算，定位误差必须满足工件的加工精度要求。 必须考虑提高夹具在机床上的定位精度： 提高定位元件的定位表面与机床上的定位精度。 减小与机床联接处的配合间隙。 可采用夹具在机床上安装时找正夹具上设置的校准基面，或当夹具安装在机床上后加工定位表面的方法，使夹具在机床上获得高精度定位。 必须确保刀具在夹具上的导向精度，如： 导套中心到定位元件的定位表面的位置精度。 刀具与导套的间隙。 导套底面到共建顶面间的距离。 必须确保对刀元件表面到工件被加工面间的尺寸精度。 出现超定位时，应取消产生超定位的定位元件，或增加超定位元件与定位基准间的间隙，以提高定位精度。 工件被加工平面或中心至定位元件的位置精度和尺寸精度，在未注明特殊要求的情况下，一般取工件精度要求的1/51/3。 钻模版钻套孔中心距的公差在工件未注明公差要求的情况下，取工件孔中心距自由公差的1/51/3。 当工件未注明定位面间的位置精度要求时，夹具定位面间的位置精度一般取0.01/100mm 8。5.1.2本次夹具设计的定位精度分析本次设计的夹具是加工长60.5的上端面，为了保证工件的加工精度，需要工件与地面保证一定的平行度。选取工件的精度等级为8级。工件是以两个V型块配合一个可调支承定位，三块移动压板压紧，采用联动夹紧机构使压板同时压紧且使压紧力均匀分布。通过V型块定位，要保证工件孔的中心线与底27面办证平行度0.05mm。可调支承与工件可靠接触，为保证工件的平行度，要求可调支承中心线与底面的垂直度 0.05mm。V型块固定在夹具体上，同样为保证工件孔中心线的平行度，要求V型块与底面的垂直度为0.05mm。夹紧机构采用联动夹紧，通过两个浮动杠杆来实现同时夹紧，工作原理是通过球面螺杆上的压紧螺母使一个浮动杠杆移动，在通过一个球面支承定使另一个杠杆随之移动。因此要使球面支承钉与长浮动螺杆紧密的联在一起，所以在这里采用过度配合，选取配合精度为 。由于工件的加工精度要求不是特别高，所以保证以上的精度要求就可以满足工件加工精度，所以其他零件的精度等级不用进行分析。5.2 定位误差的基本概念及组成定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。 当采用夹具加工工件时，由于工件定位基面和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位基准的最大变动量，故由此引起的误差称基准位置误差，而对于一批工件来讲就产生定位误差，如图5-1所示。 图5-1 用V型块定位加工时的定位误差当定位基准与工序基准不重合时，就产生基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。从以上实例分析可以进一步明确，定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于28定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。 5-1 5.3 V型块定位定位误差的三种方法5.3.1概念法直接从概念出发，通常分析工序基准的两个极端情况，然后根据相关公式和公差确定具体变动量。如图5-2，两个极端情况：情况1，使工序基准尽可能地“高”得加工尺寸；情况2，使工序基准尽可能的“低”得加工尺寸。且该工序定位误差 5-2图5-2 按概念确定的定位误差 更为简单的情况两个极端情况:情况1，使工序基准A获得最高点；情况2:时A获得最低点；两者之差即为该工序的定位误差：29 5.3.2组成法图5-3 按组成法确定的定位误差按定位误差的组成，定位误差由定位基准的位置误差和工序基准不重合误差组成；定位基准的位置误差使得该工序的加工尺寸在一定的范围内变动，而工序基准与加工工件的定位基准不重合时会出现两种情况，一是在定位基准位置误差的基础上使该工序的尺寸偏差进一步加大，二是可能使定位基准因位置误差所造成的工序尺寸偏差减小，起一定的“补偿”作用。因此有公式5-1为着进一步说明上述两种情况，我们给出用型块定位键槽的情景。对于以下母线为工序基准时的情景当定位基准由O1变动到O2时,工序的定位基准由A1变动到A2。此时定位基准的位置误差为jw=Td/（2sin/2）。因为工序基准为A,而定位基准为O,工序基准和定位基准不重合，存在基准不重合误差，我们考察一下它的大小。假设O1、O2位置重合，这意味着基准位置误差为零，A1相对于O即为工件的最小半径，A2相对于O即为工件的最大半径。所以这时工序尺寸偏差为jb=Td/2。由于这个偏差完全由工序基准所至，与基准位置无关，故为基准不重合误差。鉴于基准位置的变动由上至下，而工序基准由下至上，使得总体工序尺寸偏差减小，起到“补偿”作用，即此时的定位误差为jw-jb= Td/（2sin/2-Td/2）对于以上母线为工序基准的情景，此时定位基准的位置误差仍为jw=Td/（2sin/2）。O1向下变动到O2时，工序基准亦由上至下变动（仍为jb=Td/2），进一步加大了工序尺寸偏差。因此有定位误差jw+jb= Td/（2sin/2）+Td/2 5-3305.3.3微分法取工序尺寸方向（即敏感方向）上相对机床（夹具）不懂点到工序基准的距离 对于AB（d，）取全微分，有 将误差或公差分别代替微元，有 5-4图5-4 按微分法确定的定位误差若取V型块角的误差为零，或认为加工一批零件均用该型块且无磨损，则角不变即则上式变为: 5-5微分法基本步骤是：首先根据工序加工要求，确定敏感方向；然后，在该敏感方向上寻求-机床或夹具上相对固定点。再以该点为起点，确定到工序基准点的表达式。