铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计说明书

1、机械制造装备设计课程设计铳床尾座顶尖套双槽夹具设计姓名：班级：学号：日期：指导教师：任务书1 .夹具设计说明书要求：内容详略得当，能完整体现设计过程，简工艺，重夹具2 .夹具装配图要求：1张，图形完整，尺寸准确，标注正确3 .夹具零件图要求：2-3张，图形完整，尺寸准确，标注正确1绪论11.1 课题背景及发展趋势11.1.1 课题背景 11.1.2 机床夹具的发展趋势11.2 课题的作用与意义21.2.1 保证加工精度，降低人工等级 31.2.2 提高劳动生产率和降低加工成本 31.2.3 扩大机床工艺范围 31.2.4 改变原机床的用途，扩大机床适用范围 31.2.5 减轻操作的劳动强度，做

2、到安全生产 32铳床夹具概述 42.1 夹具的分类及组成42.2 铳床夹具的组成42.3 铳床夹具的主要类型及结构特点 52.4 的设计73.1 设计步骤73.2 设计要点83.3 初定夹具结构方案 93.4 铳床尾座顶尖套双槽夹具设计103.5 工艺规程设计12小结213.6 献221绪论机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装 置。又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装 工件的装置，都可称为夹具。1.1 课题背景及发展趋势1.1.1 课题背景2009年中国自动化工装夹具行业发展迅速， 国内生产技术不断提升。国内企业为了 获得

3、更大的投资收益，在生产规模和产品质量上不断提升。但是来自国际金融危机、外 部政策环境恶化、产业上游原料价格上涨，下游需求萎缩等众多不利因素使得自动化工 装夹具行业在2010年的市场状况及价格走势备受关注。夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具 发展成为门类齐全的工艺装备。有关统计表明，目前的中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85%左 右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然 而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具， 一般在具有中等生产能力的工厂里， 约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企

4、业中，每隔34年就要更新5080%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 1020%左右。特别是近年 来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS)等新加工技术的应用，对 机床夹具提出了如下新的要求：(1)能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；(2)能装夹一组具有相似性特征的工件；(3)能适用于精密加工的高精度机床夹具；(4)能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；(5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；(6)提高机床夹具的标准化程度。1.2.2机床夹具的发展趋势机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和

5、柔性化等四个方面。(1)标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有 夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T2259 91以及各类通用夹具、组合夹具标准 等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生 产总成本。(2)精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。 精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达土0.1"用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5pm。(3)高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高 劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高

6、效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具 有夹紧力装置的夹具等。例如，在铳床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右; 在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置 相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工 件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。(4)柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、 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

7、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、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量 生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可 调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。综上所述，夹具在机械加工生产过程中起着重大的作用，夹具的发展是为了满足当代机械加工工艺的需要，可以说是社会的发 展、生产的需要带动着夹具的发展，其发展过程是是必然的。1.2课题的作用与意义由于专用夹具可以按照工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施来保证操 作的安全。对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对刀具（或机 床）有正确的位置

8、，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动，为此，进行机 械加工之前，先将工件装夹好。工件的装夹方法有两种：一种使工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种使工件 装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺 寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法不需专门装备，但效率低， 一般用于单件或者小批生产。批量较大时，大都采用夹具装夹工件。用夹具装夹工件有以下优点：1.2.1 保证加工精度,降低人工等级零件的加工精度，包括尺寸精度，几何形状精度和表面相互位置精度三种。实用火 具的最大功用，是保证零件上加工表面的位置精度。例如，在摇臂钻床上

9、使用钻夹具加 工孔系时，可保证达到0.100.20mm的中心距精度，而按划线找正加工时，仅能保证 0.41.0mm,而且受到操作技术的影响，同批零件的质量也不稳定。当工件的形状复杂及精度要求高时，往往不易或不能依靠通用机床及其附件来达到加工 要求，因此需要采用专用夹具122提高劳动生产率和降低加工成本使用夹具后，免除了每件都要找正、对刀等时间，加速工件的装卸，从而大大减少 了有关工件安装的辅助时间。特别对那些机动时间较短而辅助时间长的中小件加工意义 更大。止匕外，用夹具安装还容易实现多件加工、多工位加工、可进一步缩短辅助时间， 提高劳动生产率。1.2.3 扩大机床工艺范围工件的结构形状时各式各

10、样的，现在对精度和生产率的要求也越来越高，在某些 情况下，原有机床难以适应。为解决这一困难，往往采用专用夹具以扩大机床的适用范 围，实现“一机多用”。例如在机床上使用链夹具，就可以代替链床来做链孔工作，解 决缺乏设备的困难L24改变原机床的用途，扩大机床适用范围在产品更换时，工厂现有的机床设备，有时往往不能适应新产品的要求。为此，可 以采用夹具来改变机床的用途125减轻操作的劳动强度，做到安全生产由于夹具中可以采用扩力机构来减小操作的原始力，而且有时还可以采用各种机动夹紧装置，故可使操作省力，减轻劳动强度。由于专用夹具可以按照工件加工的具体要 求进行设计，故可事先采取措施来保证操作的安全。2铳

11、床夹具概述2.1夹具的分类及组成夹具的分类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。1 .按夹具的使用特点分类(1)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，如三爪定心卡盘、机床用平口虎钳、万能分度头、磁力工作台等。这些夹具已作为机床附件的专门工厂制造供应，只需选购即可。(2)专用夹具 专门为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。专用夹具一般在批量生产中使用。(3)可调夹具 夹具的某些元件可调整或可更换，以适应多种工件加工的夹 具，称为可调夹具。它还分为通用可调夹具和成组夹具两类。(4)组合夹具 采用标准的组合夹具

12、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。(5)拼装夹具 用专门的标准化、系列化的拼装夹具而成的夹具，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。2 .按使用机床分类夹具按使用机床可分为车床夹具、铳床夹具、钻床夹具、链床夹具、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它机床夹具等。3.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。2.2 铳床夹具的组成铳床夹具的种类和结构虽然繁多，但

13、它们的组成均可概括为下面几个部分1 .定位装置定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。2 .夹紧装置夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力 作用是不离开已经占据的正确位置。3 .对刀或导向装置，对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。4 .连接元件连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。5 .夹具体夹具体是机床夹具的基础件。6 .其它装置或元件它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。如需加工按 一定规律分布的多个表面时，常设置分度装置；为能方便、准确地定位，常设置预定位 装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。2.3 铳床夹具的主要类型及结构特点一、

14、铳床夹具的主要类型及结构形式在铳削加工时，往往把夹具安装在铳床工作台上，工件连同夹具随工作台作进给运 动。根据工件的进给方式，一般可将铳床夹具分为下列二种类型：在铳削加工时，往往 把夹具安装在铳床工作台上，工件连同夹具随工作台作进给运动。根据工件的进给方式， 一般可将铳床夹具分为下列二种类型：在铳削加工时，往往把夹具安装在铳床工作台上， 工件连同夹具随工作台作进给运动。根据工件的进给方式，一般可将铳床夹具分为下列二种类型：1 .直线进给式铳夹具这类夹具在铳削加工中随铳床工作台作直线进给运动。如图 2-1所示为双工位直线 进给铳床夹具。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

15、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，同时在夹具 1上装卸工件。双工位直娥进母式桃床完及1JtAt 2-央具1 3双工位臂自4 4- UtJJj 5一工柞白2 .圆周进给铳床夹具这类夹具常用于具有回转工作台的铳床上，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。如图 2-2所示为一圆周进给的铳床夹具。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，铳刀2不停地铳削，回转工作台 3作连续的回转运动，将工件依次送入切削。此例是用一个铳刀头加工的。根据加工要 求，也可用两个铳刀头同时进行

16、粗、精加工。理周进蛾式酰床夹具l-Xft; 2-ttZI； 3一回转工作台3夹具的设计3.1设计步骤1 .明确设计任务与收鑫设让资料.夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、 工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内容主要是了解工件的结构特点、材 料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、 刀具、量具等。其次是根据设计任务收集有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计 图样，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。2 .拟订夹具结构方案与绘

17、制夹具草图1）确定工件的定位方案，设计定位装置。2）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。3）确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。4）确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。5）确定和设计其它装置及元件的结构形式。如分度装置、预定位装置及吊装元件等。6）确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。7）绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。8）进行必要的分析计算。工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。3 .窜查方案与改进设计.夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，

18、然后根据根据他们的意 见对夹具方案作进一步修改。4,绘制夹具装配总图夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。 绘图比例尽量采用1:1。主视图按夹具面对操 作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、个种装置的结构及其相互关系表达清楚。夹具总图绘制次序如下：1.用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。2,依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件 和安装基面。3 .标注必要的尺寸、公差和技术要求。4 .编制夹具明细表及标题栏。5.1. 制夹具零件图。夹具中的非标准零件均要画零件图，

19、并按夹具总图的要求， 确定零件的尺寸、公差及技术要求。3.2设计要点由于铳削过程不是连续切削，极易产生铳削振动，铳削的加工余量一般比较大，铳 削力也较大，且方向是变化的，因此设计时要注意： 夹具要有足够的刚度和强度； 夹具要有足够的夹紧力，夹紧装置自锁性要好；夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上，且着力点和施力方向要恰当； 夹具的重心应尽量低，高度与宽度之比不应大于1: 2.5;要有足够的排屑空间。切屑和冷却液能顺利排出，必要时可设计排屑孔。为了调整和确定夹具相对于机床的位置及工件相对于刀具的位置，铳床夹具应设置定位键和对刀装置。1 .定向键定位键安装在夹具底面的纵向槽中，一般采用两个，具距离越

20、远，定向精度越好。 定位键不仅可以确定夹具在机床上的位置，还可以承受切削扭矩，减轻螺栓的负荷，增 加夹具的稳定怀，因此，铳平面夹具有时也装定位键。除了铳床夹具使用定位键外，钻 床、链床等专用夹具也常使用。定位键有矩形和圆形两种，圆形定位键（如图 2-3C所示）补偿贸易加工，便较易 磨损，故用得不多。矩形定位键有两种结构形式，一种在键的侧面开有沟槽或台附（图 2-3b）,把键分为上、下两部分，其上部按 H7/h6与夹具体底面上的槽或台附。下部与 多才多艺床工作台上的T形槽配合。因工作台T形槽的公差为H8或H7,故尺寸b按 h8或h6制造，以减少配合间隙，提高定向精度。另一种键为矩形（图4）上下两

21、部分尺寸相同，它适用于定向捕工度要求不高的夹具图 4 定位过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

22、计为提高铳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，火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/B&11.25,以降低夹具重心，使工件加工表面尽量靠近工作台面。止匕外，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铳床工作台 T形槽间等距的耳座；对重型铳床夹 具，夹具体两端还应设置吊装孔或吊环等以便搬运。3.3 初定夹具结构方案1）工件定位方案及定位装置定位方案：一面两销定位，利用 R12圆柱体一个端面限制3个自由度，R7孔内放短销 限制2个自由度，再利用档销限制一个自由度，完全定位。定位装置：采用A型固定式定位销同时限制5个自由度

23、，只需稍加改进即可安装在夹具 体上，另外再用配合在夹具体上的圆柱销做档销。2）工件夹紧方案及夹紧装置夹紧方案及装置：在改进过的固定式定位销两端用螺母夹紧，因为在铳床上进行加工， 加工力较大，要求夹紧装置具有足够的强度，因此，还需在工件与档销相对应的另一侧 进行夹紧以防工件旋转，夹紧装置为直接安装在夹具体上的六角头压紧螺钉。3）其他装置及原件的结构形式该工序加工机床为X62W卧式铳床，除需要将夹具体固定在工作台上以外还需要对刀装 置。工序中采用三面刃铳刀同时铳脚的两面，所以对刀块选择直角对刀块对其中一个铳 刀进行对刀。4）夹具体的结构形式及夹具与机床的连接方式火具体为铸造件，主要工作面为与机床工

24、作台垂直的面板，该面主要用来固定定位销、档销及六角头压紧螺钉；底平面用来与铳床工作台进行连接同时固定对刀块。X62W卧式铳床工作台相对于操作者来说为左右方向水平放置，走刀方向与工 作台方向一致，因此，两定位键为左右布置，距离尽量加大，两个座耳因为要承受较大 的力所以也要左右布置。3.4 铳床尾座顶尖套双槽夹具设计一、零件本工序的加工要求分析粗铳宽4mm, 8mm的十字形通槽。 本工序前已加工的表面如下：同时铳大小一端面（两工件一起加工）；同时铳大小一端面（两工件一起加工）； 钻，钱30H11孔并倒角； 钻，钱14H8孔并倒角。本工序使用机床为 X5020立式铳床；刀具为错齿三面刃铳刀。二、拟订

25、定位方案定位方案根据工件结构特点，其定位方案如下。以大头端30H11的孔及小头端14H8的孔作为定位基准，再选大小头端左端面 作为定位基准。以大头孔作为定位基准限制了 z转动。以小头孔作为定位基准限制了 x的移动和y的移动及x的转动和y的转动。以大、小头孔作为定位基准限制了 z移动。定位误差计算由于零件是一面两销定位，由于孔与心轴存在最大配合间隙，因此在铳槽时会产生直线位移误差。由于误差对铳十字槽的影响很小，可忽略不计G设）_一铺±n4三、确定夹具方案及夹具设计参考夹具资料，采用 钩形压板夹紧工件。如图2-5所示:3.5 工艺规程设计一、定位基面的选择(1)根据零件图，连杆零件的大小

26、头孔有一端面(即右端面)在一个平面上，因此可 以同时加工出来，但另一端面(即左端面)不在一个平面上，这对作为定位基准面来说 是不利的。因此，在加工时需主意其定位方案的合理性。(2)小头孔外圆作为基面，所以小头孔外圆表面的加工安排得比较早。在小头孔与大头孔作为定位基面前的加工工序且钻孔、扩孔、钱孔，这些工序对于加工后的孔与孔的 平行度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精度，因此，在加工时应注意，选用合 理的定位方案。(3)在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而 加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响， 因此第一道工序的定位和

27、夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影 响。连杆加工就是如此。二、连杆零件表面加工方法的选择本零件的加工面有：大小头孔两端面，小头孔外圆，大小头孔，十字形槽，大小孔端槽 及螺纹孔。大小头孔两端面：未注公差，表面粗糙度为Ra3.2p m。需进行粗铳及半精铳。30H11的大头孔：公差等级为H11,表面粗糙度为Ra6.3p m,采用钻孔及扩孔即 可加工出。 小头端10的小孔：未注公差及表面粗造度，采用钻加工即可。14H8的小头端不通孔：公差等级为 H8,表面粗糙度为Ra1.6p m,在已钻出的基础上扩孔及 较孔即可达到要求。铳两个宽 4mm, 8mm的十字形通槽：未注公差等级，表面粗

28、糙度 为Ra12.5 m,即采用粗铳就可以加工出来。 大头端12深20的孔及螺纹孔：12mm 的孔公差等级未注，表面粗糙度 Ra12.5p m,先用6的钻头钻通，再用12的钻头钻 至深20mm处，再攻M8的螺纹。大头端4mm的小槽：未注公差等级，表面粗糙度Ra12.5 pm,采用粗铳即可。大头端 5的油槽：未注公差等级，表面粗糙度 Ra12.5p m,采 用钻加工即可。三、制定工艺路线制定工艺路线主要是确定加工方法和划分加工阶段。(1)选择加工方法应以零件加工表面的技术条件为依据，主要是加工面的尺寸精 度、形状精度、表面粗糙度，并综合考虑各个方面工艺因素的影响。一般是根据主要表 面的技术条件先

29、确定终加工方法，接着再确定一系列准备工序的加工方法，然后再确定 其他次要表面的加工方法。(2)在各表面加工方法选定以后，就需进一步考虑这些加工方法，在工艺路线中大致顺序，以定位基准面的加工为主线，妥善安排热处理工序及其他辅助工序。(3)排加工路线图表，当生产批量不同时零件的工艺路线也会有较大的差别，先 列出连杆零件大量生产时的工艺路线工序 1:铳连杆零件大小头孔两端面(有两种方案) 方案1:大头两端面一起铳,再加工小端两端面。方案2:大头孔小头孔,右端底平面一起铳，再分别铳大小头孔左端面，钻小头端孔， 此方案采用的定位方案是：以小头孔外圆面用 V形块定位及以大头孔左端定位，加工右 端面，加工好

30、后以右端底平面定位及小头孔外圆定位。加工另一端，及钻小头孔。采用 此种方案可以在定位基准不变的情况下同时加工几个面，即减小因基准不重合而产生误差。以上两种方案，各有各的优点及缺点，从多种角度考虑，选择方案2。工序2:钻小头端10mm勺通孔，再扩钻孔，钱孔至 14H8mm采40mm工序3:钻大头端30mm 的通孔，然而扩 30H11mmJ孔。工序4:粗铳宽4mm 8mm勺十字形通槽。工序5:钻 大头端6mm勺通孔，再用12mm勺钻头从左端钻至深20mnit,攻右端M8的螺纹，20mm 工序6:粗铳大头端4mm勺槽.工序7:钻5mm勺油孔。四、选择加工设备及工艺装备 选择机床A,工序1:是粗铳和半精铳。本零件外轮廓尺寸不大。精度要求不是很高，选用X5025 B,工序2, 30, 50, 70:可以在立式钻床