492Q气缸盖卧式双端面组合铣床夹具设计毕业论文.doc

492Q气缸盖卧式双端面组合铣床夹具设计摘要汽缸盖是发动机的几大关键之一，零件尺寸较小，但结构形状复杂，有若干精度要求较高的平面和孔系。这里主要分析和设计的是汽缸盖零件专用夹具。通过查阅各种相关书籍，分析缸盖的结构及其功能，编写了缸盖零件的加工工艺；经过计算选择其切削用量、选择机床和工艺设备，设计出了专用夹具。夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。夹具系统的设计占了很重的比例，夹具能否快速有效的装夹工件直接关系到铣床在铣汽缸盖端面时的加工效率和加工质量。在选择定位方案的时候，关键从定位精度和效率考虑，再综合整体布局合理性方面，采用了“一面两销”的定位方案。关键词：加工工艺，缸盖，专用夹具，一面两销。492Q dual-cylinder head-end combination of horizontal milling fixture designAbstrct: Engine Cylinder Head is one of several key parts of smaller sizes, but the structure of complex shape, there are a number of high precision and holes in the plane. Here the main analysis and design of the cylinder parts to build a dedicated fixture. Through access to all relevant books, analysis of the structure and function of cylinder head, cylinder head parts prepared processing; calculated to choose their cutting, machine tools and process equipment selection, design a special fixture. The emergence of a reliable fixture to ensure accuracy, improve the overall efficiency, reduce labor intensity and give full play to the technology and the expansion of machine tool performance. Machining fixture is an indispensable component in the machine tool technology to high-speed, high efficiency, precision, complex, intelligent, environmentally-friendly direction, driven by technology is moving fixture high-precision, high-performance, modular, mix, general economic direction. Fixture design accounting for the proportion of heavy, fixtures can quickly and effectively clamping the workpiece is directly related to the milling machine milling cylinder heads in the face at the time of processing efficiency and processing quality. In the choice of location when the program, the key from the positioning accuracy and efficiency considerations, then the overall layout of the integrated aspects of rationality and adopted the sell side of the two orientation program.Key word: Processing technology, cylinder head, special fixtures, while the two sales.目录第1章 前言-11.1本题目的意义-11.2夹具在生产中的地位-11.3夹具的特点-11.4机床夹具发展趋势-5第2章 铣床夹具设计特点-72.1铣床夹具的主要类型及结构形式-72.2铣床夹具设计要点-7第3章 设计要求及零件分析-10 3.1零件结构特点-103.2生产性质-10第4章 零件在夹具中的定位-114.1 夹具定位原理-114.2定位方式的确定-124.3定位元件的选择-124.4结论-16第5章 夹紧机构的确定-18 5.1夹紧基本原理理论-18 5.2装夹方式-19 5.3夹紧力计算-19第6章 夹紧精度校核-22 6.1误差分析-22 6.2定位误差-23 6.3装备误差分析-246.4误差计算-256.5夹具装配技术要求-25第7章 夹具优点及改进措施-25结论-26致谢-27参考文献-28第1章 前言1.1.本题目的意义本课题来自于实践，夹具在机械加工中具有重要的作用，它能保证加工精度，提高产品质量，减轻工人的劳动强度，保证安全，提高劳动生产率，能以优质、高效、低耗的工艺去完成零件的加工和产品的装配。而使用了分度钻的好处在于， 可采用多工位加工，能使加工工序集中，从而减轻工人的劳动强度和提高生产率。使用夹具的最根本目的是获得好的经济效益。所以设计夹具也和其它技术工作一样，不仅是一个技术问题，而且是个经济问题。每当设计一套夹具之前，都要进行必要的技术经济分析，使所设计的夹具获得最佳的经济效果。 对设计夹具进行经济技术分析时，应从精度设计和结构设计两方面考虑。1.2.夹具在生产中的地位11 夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。1. 保证加工质量 机床夹具的 首要任务就是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工表面一定位表面之间以及被加工表面相互之间的位置精度。使用夹具后，这种精度主要靠夹具和机床来保证，不再依赖工人的技术水平。2. 提高生产率，降低成本 使用夹具可以减少划线，找正等辅助时间，并且易于实现多件多工位加工。3. 扩大机床的工艺范围 在机床上使用夹具可使加工变得更方便，并扩大机床的工艺范围。例如在车床或钻床上使用镗磨，可以代替镗床镗孔；又如使用靠模夹具，可以在车床或铣床上进行仿真加工。4. 坚轻工人劳动强度，保证生产安全。机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。1.3.夹具特点12在机床上加工工件时,我们可以看到两种不同的情况:一种是用划针或指示表等量具,按工件的某一表面,或者按工件表面上所划的线进行找正,使工件在机床上处于所需要的正确位置,然后夹紧工件进行加工;另一种是把工件安装字夹具上进行加工。为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面,一般都按工件的结构形状,加工方法和生产批量的不同,采用各种不同的装置将工件准确,方便的而可靠地安装在机床上,然后进行加工.这种用来安装的工件以确定工件与切削刀具的相对位置并将工件夹紧的装置称为“机床夹具”。在实际的生产中,例如活塞,连杆的生产线上,几乎每道工序中都采用了夹具。十分明显,如果不采用夹具,不但工件的加工精度难以保证,而且加工生产率也会大大降低,有时甚至会造成无法加工的情况。除了机床加工时需要使用夹具外,有时在检验,装配等的工序中也要用到夹具,因之在这种场合中用到的夹具可分别称为“检验夹具”和“装配夹具”。 机床夹具通常是指装夹工件用的装置:至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅助工具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围,一般可分为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具,如车床上的卡盘,铣床上的回转工作台,分度头,顶尖座等。它们都一标准化了,具有一定的通用性,可以用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特殊的调整。但是,在实际生产中,通用夹具常常不能够满足各种零件加工的需要;或者因为生产率低而必须把通用夹具进行适当的改进;或者由于工件的形状,加工的要求等的不同须专门设计制造一种专用夹具,以解决生产实际的需要。专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的,其功用主要有下列几个方面:1.保证工件被加工表面的位置精度,例如与其他表面间的距离精度,平行度,同轴度等。对于外行比较复杂,位置精度要求比较高的工件,使用通用夹具进行加工往往难以达到精度要求。2.缩短了工序时间,从而提高了劳动生产率。进行某一工序所需要的时间,其中主要包括加工工件所需要的机动时间和装卸工件等所需要的辅助时间两部分。采用专用夹具后,安装工件和转换工位的工作都可以大为简化,不再需要画线和找正,缩短了工序的辅助时间并且节省了画线这个工序,从而提高了劳动生产率.在生产中由于采用了多工件平行加工的夹具,使同时加工的几个工件的机动时间将与加工一个工件的机动时间相同。采用回转式多工位连续加工夹具,可以在进行切削加工某个工件的同时,进行其它工件的装卸工作,从而使辅助时间与机动时间相重合。总之,随着专用夹具的采用和进一步改善,可以有效地缩短工序时间,满足生产不断发展的需要。3.采用专用夹具还能扩大机床的工艺范围。例如在普通车床上附加镗模夹具后,便可以代替镗床工作;装上专用夹具后可以车削成型表面等,以充分发挥通用机床的作用。4.减轻劳动强度,保障安全生产。根据生产需要,采用一些气动,液压或其它机械化,自动化程度较高的专用夹具,对于减轻工人的劳动强度,保障生产安全和产品的稳质高产都有很大作用。加工大型工件时,例如加工车床床身上,下两面上的螺孔,需要把床身工件翻转几次进行加工,劳动强度大而且不安全。采用电动回转式钻床家具后,就能够达到提高生产效率,减轻劳动强度,保障生产安全的目的。专用夹具在生产上起着很大的作用,那么是不是在任何场合都要设计和采用呢!这个问题就是具体问题具体的分析。上面说的关于专用夹具在生产中的作用,只是事物的一个方面。另一方面,由于夹具的设计,制造和所用的材料等须消耗一定的费用,增加了产品的成本。因之,在什么情况下采用什么样的夹具才是经济合算的,这是一个大问题,特别对于重大的,设计制造工作量大的专用夹具需与工人师傅等三结合共同研究解决。事物总是一分为二的,专用夹具也存在缺点,即专用夹具的专用性和产品多样性的矛盾。由于专用夹具只适用于一个工件加工的某一个工序,因而随着产品品种的不断增多,夹具数量也不断上升,造成存放和管理上的困难;而当某产品不再进行生产时,原来的夹具一般都无法重新利用,造成浪费.同时,专用夹具的设计生产时间周期长,与生产的迅速发展也有矛盾。但是在当前成批生产的机械工厂中,多数还是采用通用机床加上专用夹具进行工件的机械加工。可调整夹具是为了扩大夹具的使用范围,弥补专用夹具只适用与一个工件的某一特定工序的缺点,正在逐步推广使用可调整式的夹具。可调整式夹具一般可分为标准化夹具,成组夹具和组合夹具等。1.标准化夹具:标准化夹具就是利用本厂已规格化了的部分或全部标准零件装配成的专用夹具。专用夹具中的大件,如夹具体,以及定位元件,夹紧件和机械夹紧用的气缸部件等,经过标准化,尺寸规格化后有利于工厂成批准备配件,成批加工,这样可使夹具的设计,制造工作加快,节省费用。另外,当产品更改,夹具不再使用时可以拆开,把标准零件保存起来,备以后使用。2.成组夹具:多品种,小批量生产的机械加工车间中,往往可以采用成组加工法。采用成组加工法,是把多种产品的零件按加工所用的机床和刀具,夹具等工艺装备的共性分组,同一组的零件能在同一台机床上用共同的工艺装备和调整方法进行加工。例如分成轴类,套类,盘类,齿轮,杠杆,支架类等各种零件。成组夹具就是根据一组安装方法相类似的零件而设计的,只要稍作调整或更换夹具上的某些定位,夹紧件,就可以从加工某一工件转为加工另一工件。3.组合夹具:组合夹具是有一套专门设计制造,便于组装和拆卸的有各种不同的形状,不同尺寸规格并且有完全互换性和耐磨性的标准元件和合件所组成。利用这些元件和合件,根据加工工件的需要可以组装成车,磨,铣,刨,钻,镗等工序用的各种不同的机床夹具。夹具使用完毕,可以方便的拆开,洗净元件存放起来,留待以后组装新夹具时再用。因之组合夹具是具有高度标准化和系列化元件的新型工艺装备。关于组合夹具的问题,其设计原理基本相同。在实际生产中应用的夹具很多,分类方法也有很多种。通常还可按使用夹具的工序不同分为车床夹具,铣床夹具等;还可以根据在机床上运动的特点归并成以下几类:1.车床类夹具:包括车床,内外圆磨床,螺纹磨床用夹具,其特点是夹具与工件一起作旋转运动。2.铣床类夹具:包括铣床,刨床,平面磨床等机床用夹具,其特点是夹具固定字工作台上,只作纵向或横向往复运动或回转运动。3.钻、镗床类夹具:用于在钻床上钻,扩,铰等工序或在镗孔工序,其实就是夹具固定在机床上,刀具通过夹具上的导向装置进行送进运动。上述的各种夹具都是固定在机床上的,但是在自动线加工中,有的夹具带着工件由生产线的输送装置,挨着每台机床逐步向前输送,这类夹具通常称为“随行夹具”。自动线上的随行夹具除了完成工件的定位,支承和夹紧外,还带着工件沿自动线的加工机床进行定位(相对于每台机床的刀具位置),夹紧,待加工完了再自动送至下一台机床加工,以便通过自动线的各台机床,完成工件的全部工序加工。随行夹具主要适用于采用组合机床自动线加工,但又无良好的输送基面和定位基面的工件,以便将这种畸形工件先装夹于基面完整的随行夹具上,然后在通过自动线进行加工。对一些有色金属等软件性材料的工件,虽然具有良好的输送基面,但为了保护工件的基面不受划伤,有时也采用随行夹具。通用可调夹具,若产品中有若干零件具有相似性,有选用通用可调整夹具的可能,应进一步探索,应用下面三方面分析判断：1.工件结构要素的相似性,主要是被加工表面形式和部位的相似,工序内容和技术要求基本相似;能有相似或相同的定位基准和定位方式。2.有可能采用功能相同的定位方式和夹紧方式(包括夹紧动力源)。3.工件尺寸要素相似,如定位基准和外廓尺寸的近似程度,看能否使用,可调夹具结构紧凑,布局协调的夹具。1.4.机床夹具发展趋势 6夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。1.高精随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度对夹具的制造精度要求更高高精度夹具的定位孔距精度高达5m，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler（戴美乐）公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5m以内；夹具重复安装的定位精度高达5m；瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达25m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。2.高效为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用12秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国Jergens（杰金斯）公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。3.模块、组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。4.通用、经济夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国demmeler（戴美乐）公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。第2章 铣床夹具设计特点2.1.铣床夹具的主要类型及结构形式铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、键槽、花键、缺口及各种成形面。由于铣削加工通常是夹具随工作台一起作进给运动，按进给方式不同铣床夹具可分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三种类型。1直线进给式铣床夹具这类铣床用得最多。夹具安装在铣床工作台上，加工中随工作台按直线进给方式运动。根据工件质量、结构及生产批量，将夹具设计成单件多点、多件平行和多件连续依次夹紧的联动方式，有时还要采用分度机构，均为了提高生产效率。2圆周进给式铣床夹具圆周进给铣削方式在不停车的情况下装卸工件，一般是多工位，在有回转工作台的铣床上使用。这种夹具结构紧凑，操作方便，机动时间与辅助时间重叠，是高效铣床夹具，使用于大批量生产。 3.靠模铣床夹具这种带有靠模的铣床夹具用在专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。靠模的作用是使工件获得辅助运动，形成仿形运动。按主进给运动方式，靠模铣床夹具可分为直线进给和圆周进给两种。2.2.铣床夹具的设计要点12由于铣削加工切削用量及切削力较大，又是多刃断续切削，加工时易产生振动，因此设计铣床夹具时应注意：夹紧力要足够且反行程自锁；夹具的安装要准确可靠，即安装及加工时要正确使用定向键、对刀装置；夹具体要有足够的刚度和稳定性，结构要合理。1定向键定向键也称定位键，安装在夹具底面的纵向槽中，一般用两个，安在一条直线上，其距离越远，导向精度越高，用螺钉紧固在夹具体上。定向键通过与铣床工作台上的形槽配合确定夹具在机床上的正确位置；还能承受部分切削扭矩，减轻夹紧螺栓的负荷，增加夹具的稳定性，因此平面夹具及有些专用钻镗床夹具也常使用。定向键有矩形和圆形两种。定向精度要求高或重型夹具不宜采用定向键，而是在夹具体上加工出一窄长面作为找正基面来校正夹具的安装位置。2对刀装置对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定夹具和刀具的相对位置。对刀装置的结构形式取决于加工表面的形状。对刀块常用销钉和螺钉紧固在夹具体上，其位置应便于使用塞尺对刀，不妨碍工件装卸。对刀时，在刀具与对刀块之间加一塞尺，避免刀具与对刀块直接接触而损坏刀刃或造成对刀块过早磨损。塞尺有平塞尺和圆柱形塞尺两种，其厚度和直径为35mm,制造公差h6。对刀块和塞尺均已标准化（设计时可查阅相关手册），使用时，夹具总图上应标明塞尺尺寸及对刀块工作表面与定位元件之间的位置。对刀装置应设置在便于对刀而且是工件切入的一端。3.夹具体设计为提高铣床夹具在机床上安装的稳固性，减轻其断续切削可能引起的振动，夹具体不仅要有足够的刚度和强度，其高度和宽度比也应恰当，一般有H/B11.25，以降低夹具重心，使工件加工表面尽量靠近工作台面。此外，还要合理地设置加强筋和耳座。若夹具体较宽，可在同一侧设置两个与铣床工作台T形槽间等距的耳座；对重型铣床夹具，夹具体两端还应设置吊装孔或吊环等以便搬运。在铣削加工时，往往把夹具安装在铣床工作台上，工件连同夹具随工作台作进给运动。根据工件的进给方式，一般可将铣床夹具分为下列二种类型： 在铣削加工时，往往把夹具安装在铣床工作台上，工件连同夹具随工作台作进给运动。根据工件的进给方式，一般可将铣床夹具分为下列二种类型：在铣削加工时，往往把夹具安装在铣床工作台上，工件连同夹具随工作台作进给运动。根据工件的进给方式，一般可将铣床夹具分为下列二种类型：在铣削加工时，往往把夹具安装在铣床工作台上，工件连同夹具随工作台作进给运动。根据工件的进给方式，一般可将铣床夹具分为下列二种类型：1.直线进给式铣夹具这类夹具在铣削加工中随铣床工作台作直线进给运动。夹具1、2安装在双工位转台3上，当夹具1工作时，可以在夹具2上装卸工件。夹具1上的工件加工完毕，可将工作台5退出，然后将工位转台转180度，这样可以对夹具2上的工件进行加工，同时 2.圆周进给铣床夹具这类夹具常用于具有回转工作台的铣床上，工件连同夹具随工作台作连续、缓慢的回转进给运动，不需停车就可装卸工件。工件1依次装夹在沿回转工件台3圆周位置安装的夹具上，铣刀2不停地铣削，回转工作台3作连续的回转运动，将工件依次送入切削。此例是用一个铣刀头加工的。根据加工要求，也可用两个铣刀头同时进行粗、精加工。铣削加工是平面、键槽、齿轮以及各种成形面的常用加工方法。在铣床上加工工件时，一般采用以下几种装夹方法： (1)直接装夹在铣床工作台上大型工件常直接装夹在工作台上，用螺柱、压板压紧，这种方法需用百分表、划针等工具找正加工面和铣刀的相对位置。 (2)用机床用平口虎钳装夹工件对于形状简单的中、小型工件，一般可装夹在机床用平口虎钳中，如图8-25b所示，使用时需保证虎钳在机床中的正确位置。 (3) 用分度头装夹工件如图8-25c所示，对于需要分度的工件，一般可直接装夹在分度头上。另外，不需分度的工件用分度头装夹加工也很方便。 (4) 用V形架装夹工件这种方法一般适用于轴类零件，除了具有较好的对中性以外，还可承受较大的切削力，如图8-25d所示。 (5)用专用夹具装夹工件专用夹具定位准确、夹紧方便，效率高，一般适用于成批、大量生产中。第3章 设计要求及零件的分析3.1 零件的结构特点 本题零件图如图3.1。 图3.1零件图该零件重8.5公斤。生产批量为大批生产，要求设计用于该组合机床上铣两端，面的专用夹具。该零件从构形上看是一个刚度较高的箱体类零件，材料为ZL-104铝合金，硬度HB68。英语汽车发动机里封闭汽缸顶部，构成燃烧室。工序要求铣缸盖两端面，加工表面要求粗糙度Ra10。平面度0.1mm。先行工序加工好的表面可以作为本工序的定位基准。即：底面和直径为12mm的两个孔尺寸4930.2由对刀保证。尺寸710.1由夹具保证。32生产性质生产10万件，属于大批生产。对已确定方案，所设计的一台双瑞面组合铣床，进行夹具设计，完成对完成汽车气缸盖端面工序加工，画出其装配图。已知基本条件：汽车气缸盖产品图纸一份，年产量十万台第4章 零件在夹具中的定位4.1.夹具的定位原理13工件在机床上或夹具中的定位问题，额可以采用类似于确定刚体在空间直角坐标系中位置的方法加以分析。工件没有采取定位措施以前，与空间自由状态的刚体相似，每个工件的位置将是任意的、不确定的。对一批工件来说，他们的位置将是不一致的。工件空间位置的这种不确定性，可以按一定的直角坐标分为如下的六个方面：沿X轴位置的不确定，称为沿X轴的不定度，以X表示沿Y轴位置的不确定，称为沿Y轴的不定度，以Y表示沿Z轴位置的不确定，称为沿Z轴的不定度，以Z表示绕X轴位置的不确定，称为绕X轴的不定度，以X表示绕Y轴位置的不确定，称为绕X轴的不定度，以Y表示绕Z轴位置的不确定，称为绕X轴的不定度，以Z表示图4.1 六种不定度六个方面位置的不定度都存在是工件在机床或夹具中位置不确定的最大程度，即工件最多只能有六个不定度。限制工件在某一方面的不定度，工件在某一方面的位置就得以确定。工件定位的任务就是通过各种定位元件限制工件的不定度，以满足工序的加工精度要求。4.2.定位方式的确定13在选择定位方案时，由于定位方式多种多样，对定位基准、限位基准的确定也有几种不同方法，此处采用以下观点:1)当工件以回转面(内、外圆柱面、圆锥面、球面等)作为定位基面时，其轴线为定位基准。当工件以平面与定位元件接触，此平面就是定位基面，它的理想状态(平面度误差为零)是定位基准。但对于已经加工过的平面，通常忽略其平面度误差，所以认为，定位基面就是定位基准，二者重合。2)当定位元件以回转面作为限位基面时，其轴线作为限位基准。此夹具定位元件采用两平面和一定位柱,拟用不完全限位方式定位。定位三面，夹紧两面，有一面未限定的正好与加工的方向反向。可以不作要求，在夹紧的时候，留有稍微大点的余量即可。其夹紧方式从总装图上可以清晰地看出，在此不在作过多的叙述。工件的定位误差分析，是设计的重点和难点之一。基准位移误差如：基准不重合误差，构成了定位误差，这些基本概念定义准确严密，在实际的设计过程中需要费一定的时间，用实际例子来说明基准位移和基准不重合这两项误差产生的原因及对加工尺寸的影响，但一涉及到两项误差的合成问题，即定位误差对工序要求的影响，常常容易混淆。与其他定位误差相比较，此夹具取用最基本的定位方式。4.3. 定位元件的选择11工件在机床上或夹具中的定位主要是通过各种类型的定位元件实现的。在机械加工中，虽然被加工工件的种类繁多，形状各异，但从他们的基本结构来看，不外乎是由平面、圆柱面及各种锥面组成的。工件在家具中定位时，可根据各自的结构特点和工序加工精度的要求，选取其上的平面、圆柱面以及锥面或他们之间的组合表面作为定位基准。为此，在工件装夹的中可根据需要选用下述各种类型的定位元件。4.3.1.平面定位元件1.主要支承在工件定位时，起主要的支承定位的作用，根据需要又可选用如下几种。（1）固定支承 在夹具中定位支撑点的位置固定不变的定位元件，称为固定支承。根据工件上平面的加工状况，可选用如下各种类型的支承顶或支承板：平头支承钉：用于工件上以加工平面的定位球头支承钉：主要用于工件上未加工毛坯表面的定位网纹顶面支承钉：常用于要求摩擦力大的工件侧平面的定位图4.2 各种类型的定位销（2）可调支承 在夹具中定位支承点的位置可调节的定位元件，称为可调支承。这类支承通常是通过螺钉和螺母来实现定位支承点的位置调节的。可调支承主要用于工件的毛坯制造精度不，而又以未加工毛坯面作为定为基准的工序中。尤其在中批生产的情况下不同批得毛坯尺寸往往差别较大，若选用固定支撑定位，在调整法加工下，则由于各批毛坯尺寸的差异而后续有关加工表面的位置变化，从而因加工余量变化为影响加工精度。为了避免发生上述情况，保证后续加工的加工精度，则需要选用可调支撑对不同批工件进行调节定位。图4.3 可调支承(3)自位支承 自位支承是指定位支撑点的位置在工件定位工程中，随工件定位基准的位置变化而自动与之适应的定位元件。图4.4 自位支承2.辅助支承在工件定位时只起提高工件支承刚性或辅助定位作用的定位元件，称为辅助支承。在工件的装夹中，为了实现工件的预定位或提高工件的定位稳定性，常采用这种支承。图4.5 辅助支承4.3.2. 圆孔表面定位元件工件装夹中，常用于圆孔表面的定位元件有定位销、刚性心轴和小锥度心轴。1.定位销 如下为常用的固定式定位销。图4.6 定位销2.刚性心轴 对套类零件，常采用刚性心轴作为定位元件。a:过盈配合心轴 b:间隙配合心轴 c:小锥度心轴图4.7 刚性心轴4.3.3. 外圆表面的定位工件装夹中，常用于外圆表面定位元件有定位套、支承板和V形块等。1.各种定位套对工件外圆表面主要实现定心定位。图4.8 定位套2.支承板实现对工件外圆表面支承定位。3.V形块则实现对工件外圆表面对中定位。图4.9 V形块4.4. 结论基于上述理论，在铣床上加工该汽缸盖时，采用“一面两销” 的定位方式，更能提高加工的效率和加工精度。以底面为第一定位基准，再配合上两个短圆柱销（采用长销可能会出现过定位；为满足批量自动生产之需要，其中一个为削边销，以方便工件能顺利定位）。由此限定了工件的六个不定度，保证了理想的六点定位原则。采用这种定位方法便于夹紧，且夹紧机构简单，易使夹紧力对准支承，消除夹紧力引起的工件变形对加工精度的影响。利于防止切屑落入基面。该零件的自动线上生产，生产批量大，生产率要求较高，故采用液压驱动伸缩式定位销，便于实现自动化。为使定位销顺利的插入定位孔中，将定位销做成度锥头，定位可靠。根据零件加工精度取定位销配合H7/g6 。采用三个支承块，并使夹紧力方向对准支承。第5章 夹紧机构的确定5.1.夹紧基本原理理论夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位，不致因工时受切削力，重力或伴生离心力，惯性力，热应力等的作用产生移动或振动。夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分，除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置，才可以设有夹紧装置。夹紧装置设计的优劣，对于提高夹紧的精度和加工作效率，减轻劳动强度都有很大的影响。分析各类夹具的基本功能要求可以将夹紧装置概括为两类：第一类是性能要求，主要指定位唯一性、定位稳定性,夹紧稳定性及总体约束；第二类要求是夹具图5.1 的结构刚性、成本及易操作性、易于维修等要求。本设计目录中功能项包括夹紧对象特征项、加工信息特征及夹紧要求特征。1.夹紧对象特征项目：包括夹紧对象类型、材料、形状、体积、数量、物理特性、磁性、导电性、刚性等信息。2.加工信息特征项：加工类型、机加工、装配、检测、焊接等、加工参数、切削参数、运动参数、几何参数等。3.夹紧要求特征项：主要指性能要求，包括定位要求、定位基准选择，如特征点、特征面。夹紧力大小、夹紧方向、夹紧行程、夹紧松开速率，自锁性等。元件功能分析：夹紧功能主要包括四种元功能：定位功能、传动功能、执行功能和分度功能等辅助功能。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分为平面定位元件、圆孔定位元件、外圆定位元件。传动功能由中间递力机构完成，该机构一般有三个作用；改变作用力的力一向、大小和自锁作用。目前常用的有以下机构：斜楔机构、螺旋机构、圆偏心机构、杠杆铰链机构、连杆机构、联动机构、对中机构、定心机构等。设计夹紧装置时,应满足下述主要要求：1.夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位,为此，必须正确选择夹紧力的方向及着力点。2.夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。3.夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操作方便省力，安全。4.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。5.2.夹紧方式因为机床配合有液压站，为提高效率，采用液压夹紧力源。利用压力油作为夹紧动力，操作简单，动作迅速，易于集中控制和实现工序的自动化。夹紧方式采用油缸直接夹紧工件，为保证压板每次都能准确的夹压在工件指定部位，不允许压板自身转动，在夹具上设置一个销轴，防止压板的回转，同时油缸与压板间连接轴的径向间隙保证了压板有浮动的可能，又防止了压板过度的倾斜。根据加压部位特点，易采用大面积压板，又因为工件为铝合金，硬度较低。为避免夹伤工件已加工表面，在夹板与工件之间接触的一面镶夹一层夹布胶木。5.3.夹紧力计算该工序是在铣床上铣削汽缸盖两端面。5.3.1. 顺铣和逆铣1铣削加工有顺铣和逆铣两种方式。其各自优缺点如下：（1）逆铣 铣刀旋转方向与工件进给方向相反。铣削时每齿切削厚度从零逐渐到最大而后切出。（2）顺铣 铣刀旋转方向与工件进给方向相同。铣削时每齿切削厚度从最大逐渐减小到零。特点：(1)切削厚度的变化逆铣时，每个刀齿的切削厚度由零增至最大。但切削刃并非绝对锋利，铣刀刃口处总有圆弧存在，刀齿不能立刻切入工件，而是在已加工表面上挤压滑行，使该表面的硬化现象严重，影响了表面质量，也使刀齿的磨损加剧。顺铣时刀齿的切削厚度是从最大到零，但刀齿切入工件时的冲击力较大，尤其工件待加工表面是毛坯或者有硬皮时。(2)切削力方向的影响顺铣时作用于工件上的垂直切削分力FfN始终压下工件 ，这对工件的夹紧有利。逆铣时FfN 向上，有将工件抬起的趋势，易引起振动，影响工件的夹紧。铣薄壁和刚度差工件时影响更大。铣床工作台的移动是由丝杠螺母传动的，丝杠螺母间有螺纹间隙。顺铣时工件受到纵向分力Ff与进给运动方向相同，而一般主运动的速度大于进给速度f，因此纵向分成Ff有使接触的螺纹传动面分离的趋势，当铣刀切到材料上的硬点或因切削厚度变化等原因，引起纵向分力F f 增大，超过工作台进给摩擦阻力时，原是螺纹副推动的运动形式变成了由铣刀带动工作台窜动的运动形式，引起进给量突然增加。这种窜动现象不但会引起“扎刀”，损坏加工表面；严重时还会使刀齿折断，或使工件夹具移位，甚至损坏机床。逆铣时工件受到纵向分力Ff与进给运动方向相反，丝杠与螺母的传动工作面始终接触，由螺纹副推动工作台运动。在不能消除丝杠螺母间隙的铣床上，只宜用逆铣，不宜用顺铣。（3）沿着刀具的进给方向看，如果工件位于铣刀进给方向的右侧，那么进给方向称为顺时针。反之，当工件位于铣刀进给方向的左侧时，进给方向定义为逆时针。如果铣刀旋转方向与工件进给方向相同，称为顺铣，如下图左图所示；铣刀旋转方向与工件进给方向相反，称为逆铣，如下图右图所示。逆铣时，切削由薄变厚，刀齿从已加工表面切入，对铣刀的使用有利。逆铣时，当铣刀刀齿接触工件后不能马上切入金属层，而是在工件表面滑动一小段距离，在滑动过程中，由于强烈的磨擦，就会产生大量的热量，同时在待加工表面易形成硬化层，降低了刀具的耐用度，影响工件表面光洁度，给切削带来不利。另外，逆铣时，由于刀齿由下往上（或由内往外）切削。顺铣时，刀齿开始和工件接触时切削厚度最大，且从表面硬质层开始切入，刀齿受很大的冲击负荷，铣刀变钝较快，但刀齿切入过程中没有滑移现象。比较：顺铣的功率消耗要比逆铣时小，在同等切削条件下，顺铣功率消耗要低5%15%，同时顺铣也更加有利于排屑。一般应尽量采用顺铣法加工，以提高被加工零件表面的光洁度技术图：图5.2 刀具的顺铣与逆铣技术（降低粗糙度），保证尺寸精度。但是在切削面上有硬质层、积渣、工件表面凹凸不平较显著时，如加工锻造毛坯，应采用逆铣法。5.3.2. 切削力分析及计算为使加工时，减少冲击，切削平稳，采用不对称逆铣的铣削方式。工件受力图如右： 工件重G=8.5 kg。 图5.3 主切削力FZ=381.7 N。 取压板与工件摩擦系数f1=0.6。工件与支承块之间的摩擦系数f2=0.2。9因为是不对称逆铣：取FH=0.75FZ = 0.75 X 381.1 = 286.3 N 。 FV=0.6FZ = 0.6 X 381.1 = 229 N 。10设所需的夹紧力是F，根据平衡方程：2FH = （F+G-2FV）（f1+f2） 11 F = + 2FV G =1090.3 N第6章 夹紧精度校核6.1.误差分析工件的定位就是使同一工序中的所有工件逐次放置到夹具中，使之占有正确的位置的工艺过程。一批工件逐个在夹具中定位时，由于定位基准与工序基准不重合、定位副制造不准确等原因，使得各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，势必产生定位误差，即工件在夹具中因定位不准确而产生的工件加工误差。定位误差实际上是一批工件采用调整法加工时，由于定位所造成的工件加工面相对于工序基准的位置误差。假定在加工时，夹具相对于刀具及切削成形运动的位置经调整后不再变动，那么可以认为加工面的位置是固定的，这样工件加工面相对于其工序基准的位置误差就是由于工序基准的位置变动所引起的。所以，定位误差也就是工件定位时工序基准在工序加工要求(位置尺寸或位置精度)方向上的位置变动量。应用夹具CAD系统设计夹具时，在未选定夹具定位方案的具体结构之前，尚不能建立定位尺寸链。在系统确定了夹具定位结构之后，就可以根据具体结构建立定位尺寸链进行正计算或反计算。a)正计算就是当已知定位结构中有关定位元件尺寸的公差时，用定位尺寸链求解封闭环公差(即定位误差)。如果所求的定位误差值在允许的公差范围之内，则表明所确定的定位元件的尺寸公差能满足精度要求。否则不能保证精度，就需调整定位结构中定位元件的尺寸公差。如果这些公差无调整的余地则需考虑重新确定定位结构。b)反计算就是已知封闭环的尺寸及公差,确定各组成环的公差,即将允许的定位误差合理地分配到各组成环中去。图6.1 工件在夹具中定位时加工误差的组成所谓定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。 总 其中总为多种原因产生的误差总和，是工件被加工尺寸的公差，总包括夹具在机床上的装夹误差，工件在夹具中的定位误差和夹紧误差，机床调整误差，工艺系统的弹性变形和热变形误差，机床和刀具的制造误差及磨损误差等。 定+ 其中，除定位误差外，其他因素引起的误差总和，可按加工经济精度查表确定。 所以由和知道：定- （是验算加工工件合格与否的公式） 或者：定1/3（也是验算加工工件合格与否的公式）6.2. 定位误差6.2.1. 定位误差定义与组成131.定义：定位误差是工件在夹具中定位，由于定位不准造成的加工面相对于工序基准沿加工要求方向上的最大位置变动量。2.定位误差的组成：（1）定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以不表示。 图示零件，设e面已加工好，今在铣床上用调整法加工f面和g面。在加工f面时若选e面为定位基准，则f面的设计基准和定位基准都是e面，基准重合，没有基准不重合误差，尺寸A的制造公差为TA。加工g面时，定位基准有两种不同的选择方案，一种方案（方案）加工时选用f面作为定位基准，定位基准与设计基准重合，没有基准不重合误差，尺寸B的制造公差为TB；但这种定位方式的夹具结构复杂，夹紧力的作用方向与铣削力方向相反，不够合理，操作也不方便。另一种方案（方案）是选用e面作为定位基准来加工g面，此时，工序尺寸C是直接得到的，尺寸B是间接得到的，由于定位基准e与设计基准f不重合而给g面加工带来的基准不重合误差等于设计基准f面相对于定位基准e面在尺寸B方向上的最大变动量TA。图6.2 平面定位时的基准不重合误差 定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差，只有在采用调整法加工时才会产生，在试切法加工中不会产生。（2）定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差，称基准位置误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以基表示。故有：如图所示工件的孔装夹在水平放置的心轴上铣削平面，要求保证尺寸h，由于定位基准与设计基准重合，故无基准不重合误差；但由于工件的定位基面（内孔D）和夹具定位元件（心轴d1）皆有制造误差，如果心轴制造得刚好为d1min，而工件得内孔刚好为Dmax（如图示），当工件在水平放置得心轴上定位时，工件内孔与心轴在P点接触，工件实际内孔中心的最大下移量ab（Dmaxd1min）/2，ab就是定位副制造不准确而引起的误差。 基准不重合误差的方向和定位副制造不准确误差的方向可能不相同，定位误差取为基准不重合误差和定位副制造不准确误差的矢量和。 定=不+基此外明确两点：只用调整法加工一批零件才产生定位误差，用试切法不产生定位误差；定位误差是一个界限值（有一个范围）。6.2.2. 定位误差计算（一）基准不重合误差及计算基准不重合误差，以 B 来表 B =A max-A min =S max-S min= S S 是定位基准 E 与设计基准 F 间的距离尺寸。当设计基准的变动方向与加工尺寸的方向相同时，基准不重合误差就等于定位基准与设计基准间尺寸的公差，如图 3-61 ，当 S 的公差为 S ，即 B = S 当设计基准的变动方向与加工尺寸方向有一夹角（其夹角为）时，基准不重合误差等于定位基准与设计基准间距离尺寸公差在加工尺寸方向上的投影，即 B = S cos 当定位基准与设计基准之间有几个相关尺寸的组合，应将各相关连的尺寸公差在加工尺寸方向上投影取和。 （二）基准位移误差及计算由于定位副的制造误差而造成定位基准位置的变动，对工件加工尺寸造成的误差 , 称为基准位移误差，用 Y 来表示。显然不同的定位方式和不同的定位副结构，其定位基准的移动量的计算方法是不同的。下面，分析几种常见的定位方式产生的基准位移误差的计算方法： 1 工件以平面定位 工件以平面定位时的基准位移误差计算较方便。如图 3-61 所示的工件以平面定位时，定位基面的位置可以看成是不变动的，因此基准位移误差为零，即工件以平面定位时 Y =0 2 工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位 工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位、其定位基准为孔的中心线，定位基面为内孔表面。 如图所示，由于定位副配合间隙的影响，会使工件上圆孔中心线（定位基准）的位置发生偏移，其中心偏移量在加工尺寸方向上的投影即为基准位移误差 Y 。定位基准偏移的方向有两种可能：一是可以在任意方向上偏移；二是只能在某一方向上偏移。图6.3工件以圆孔在圆柱销、圆柱心轴上定位6.3.装备误差分析13安装误差与定位误差：在应用夹具安装工件时,往往由于下列几种因数引起工件的安装误差：1.夹具本身的误差;2.夹具在机床上的安装,调整误差;3.夹紧时,整个夹具或其它元件受力后产生弹性变形;4.工件的定位基准与定位元件接触后的变形;5.由于工件的定位基准与设计基准不重合而引起的误差;6.由于工件的定位基准面与定位元件之间的间隙(如内,外圆柱面定位时)引起的工件可能的最大的位移。工件在夹具中加工时的加工误差，由三部分组成。(1)安装误差工件在夹具中的定位和夹紧误差。(2)对定误差刀具导向或对刀误差，即夹具与刀具的相对位置误差。夹具在机床上定位和夹紧误差即夹具与机床的相对位置误差。(3)加工过程误差如加工方法的原理误差，工艺系统的受力变形、工艺系统的受热变形、工艺系统各组成部分(如机床、刀具、量具等)的静精度和磨损等。6.4.误差计算基于以上理论，可得出误差计算过程如下：本工序主要保证尺寸为 4930.2 以及 190.07 。1. 影响尺寸4930.2的因素（1） 对刀误差 根据生产经验去为0.05 mm（