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机械
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槽口
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设计
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机械毕业设计-环形工件铣槽口专用夹具设计,机械,毕业设计,环形,工件,槽口,专用,夹具,设计
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I摘摘 要要本论文顺应目前机械设计与制造的数字化、形象化、智能化的趋势。在传统机械设计的基础上，实行三维设计，使得传统设计与现代设计相结合，实现设计效率最大化。论文完成了环形工件铣槽口专用夹具，小轴铣端面、平面的夹具三维设计与建模。主要包括夹具的定位方案，夹紧方案，夹具体与定位键的设计及加工精度等方面的分析。完成各组夹具的三维装配图及生成二维装配工程图样。并作为机械夹具手册图库的一部分载入工程图库软件系统。此次利用 solidworks 三维软件设计机械夹具，大大的减少了设计人员的工作量，且使得设计目标形象、明朗、精确度高。现代数字化设计与制造在机械领域已显得尤为重要。关键词关键词：铣床夹具；心轴类工件；三维设计IIHeart axial workpiece and its milling machine processing of 3 d design and fixture simulationAbstractThis paper conform to the mechanical design and manufacture of digital visualization, intelligent trend . On the basis of the traditional mechanical design , the implementation of three-dimensional design , making the traditional design and modern design combine to maximize design efficiencyThe paper to complete the ring is used for milling notch special fixture , the end of the small axis milling plane fixture 3D design and modeling . Including the analysis of the orientation program of the fixture , clamping program , folder specific and positioning key design and machining accuracy . 3D assembly drawings to complete each set of fixtures and generate two-dimensional assembly engineering drawings . And loaded as part of a mechanical fixture manual Gallery Project Gallery software systemThe solidworks 3D software design, mechanical fixture , greatly reducing the workload of the designer , and makes the design of the target image, uncertainty , and high accuracy . Modern digital design and manufacturing is particularly important in the mechanical fieldKey Words: milling fixture; heart axial workpiece; three dimensional designIII主要符号表主要符号表M 弯矩F 力n 转速ap 背吃刀量T 寿命d 直径f 进给量L 长度 P 功率t 时间目录目录摘摘 要要.IABSTRACT .II主要符号表主要符号表.III1 1 绪论绪论 .11.11.1 研究的目的及意义研究的目的及意义 .11.21.2 国内外发展及研究状况国内外发展及研究状况 .11.2.11.2.1 国外发展状况国外发展状况.11.2.21.2.2 国内发展状况国内发展状况.21.2.31.2.3 机械夹具未来发展方向机械夹具未来发展方向.21.31.3 本课题研究的内容本课题研究的内容 .31.3.11.3.1 研究内容研究内容.41.3.21.3.2 研究意义研究意义.42 2 铣床专用夹具原理与设计铣床专用夹具原理与设计.62.12.1 铣床夹具的主要类型铣床夹具的主要类型 .62.22.2 铣床专用夹具设计要则铣床专用夹具设计要则 .62.2.1 铣床专用夹具的选择原则.62.2.2 结构设计要则.63 3 环形工件铣槽口夹具设计环形工件铣槽口夹具设计.83.13.1 零件的结构分析零件的结构分析 .83.23.2 零件的加工工艺分析零件的加工工艺分析 .83.33.3 夹具结构设计夹具结构设计 .103.3.1 夹具设计步骤.103.3.2 定位方案选择.103.3.3 定位基准的选择.113.3.4 定位元件的设计.113.3.5 夹紧机构的设计.123.43.4 其他元件的设计其他元件的设计 .134.14.1 零件的结构分析零件的结构分析 .154.24.2 零件的加工工艺分析零件的加工工艺分析 .154.34.3 夹具的结构设计夹具的结构设计 .154.3.1 定位基准的选择.154.3.3 夹紧机构的设计.164.44.4 其他元件设计其他元件设计 .176 总结总结.20参考文献参考文献.211 绪论11 1 绪论绪论1.11.1 研究的目的及意义研究的目的及意义夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置，它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。保证稳定可靠地达到各项加工精度要求，缩短加工工时，提高劳动生产率，降低生产成本，可由较低等级的工人进行加工，能扩大机床工艺范围。槽类工件是常见的工程结构，提高槽类工件铣床夹具设计效率有实际工程意义。应用机床夹具，有利于保证机床的加工精度、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。一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求：（1）保证工件的加工精度 保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。（2）提高生产效率 专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。（3）工艺性能好 专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配结构。（4）使用性能好 专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。专用夹具还应排屑方便。必要时可设置排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。（5）经济性好 专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。1.21.2 国内外发展及研究状况国内外发展及研究状况1.2.11.2.1 国外发展状况国外发展状况2由于计算机技术迅猛发展、CAD 技术和标准化技术的广泛应用, 国外对零3库技术一直给予了充分的重视。早在 1971 年, 德国标准化协会（DIN）为建立标准件库而制定发布了标准件和通用件的 DIN4000 标准, 并逐渐得到了多个国家（包括中国）的采用。随着 WEB 技术的发展和制造业的全球化, 对零部件供商与企业之间, 企业与企业之间数据交换和共享的要求也日益强烈。为了提供一个传输零件库数据的中性机制和独立于任何使用零件库数据系统的应用系统, ISO/TC184 技术委员会在德国国家标准 DIN4000 的基础上, 制定了一个关于计算机可解释的零件库数据表达和交换的国际标准 ISO13584。ISO13584 对零件库的基本原理、零件库的概念模型、表达式的逻辑模型、供应商库的逻辑模型、零件族构造方法学等进行了描述, 为零件库的信息表达、数据交换、使用和更新提供了必要的机制和定义。这一标准的制定和实施为基于的零件库建立与应用提供了必要条件在具体应用方面, 目前国外已有多家极具规模的网络零件库。如 EWEBCAD、Inpart3Dcontent、CADClick 和 TraceParts 等。各零件供应厂家提供的 CAD 模型支持目前世界上较流行的 CAD 系统如：AutoCAD、Pro/Engineer、SolidEdge、SoidWorks、CATIA 等1.2.21.2.2 国内发展状况国内发展状况在理论研究方面, 上海交大的杨东, 张申生等对基于 ISO13584 的零件库的零件的表达方法、体系结构和实现方案等进行了研究；浙江大学苏宝华等人基于零件库国际标准（ISO13584）, 对零件库建立的方法及基于零件库实现产品资源共享的原理进行了研究, 分析了网上信息交互的类型, 讨论了零件库在产品设计中的应用；中科院软件研究所对基于 Internet/Intranet 的零件库资源共享技术进行了研究；中国矿业大学的张宏林等对建立基于 Internet 的符合国际标准（ISO13584）的零件库总体开发方案进行了探讨。随着各种 CAD 系统在国内企业中的广泛应用, 许多企业在 CAD 系统中提供的标准件库基础上建立了企业自己的零件库系统, 并基于 IEGS 和 STEP 标准实现零件信息在不同 CAD 系统之间的数据交换。但是在国内还没有一个满足零部件供应商与企业之间, 企业与企业之间数据交换和共享的、投人实际运行的在线零件库。一提供了一个 3D 标准件的在线零件图库, 可以通过网络浏览三维零件图, 查看详细尺寸。但不提供下载功能, 也没有供应商的信息, 只相当于一个在线的电子设计手册6-7。1.2.31.2.3 机械夹具未来发展方向机械夹具未来发展方向有关统计表明，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4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：a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；b能装夹一组具有相似性特征的工件；c能适用于精密加工的高精度机床夹具；d能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；e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；f.提高机床夹具的标准化程度。现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。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/T2148T225991 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。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 5m。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，在铣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。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。251.31.3 本课题研究的内容本课题研究的内容1.3.11.3.1 研究内容研究内容我们目前常见的夹具工程库主要是基于不同 CAD 支撑软件的典型夹具库，它的建立和使用提高了设计效率，使设计人员有更多的时间注重产品的设计，充分体现了使用 CAD 系统所带来的经济效益。从目前的使用情况来看，主要有二维和三维工程图库两大类。二维工程库一般是利用编程方式实现的，调用方便。但这种建库方式编程工作量相当大，增加和修改零件时都需修改程序，系统的应用范围窄，此外，二维图形不够直观，不便于设计的可用性评价，也很难进行干涉检验。与此相比，三维平台可以很方便地实现参数驱动功能装配图和零件图关联功能，而且其造型非常直观，进行干涉检验也非常方便，所以随着三维设计的广泛使用，现在越来越多的工程图库基于三维平台建立。三维典型夹具图库的建立现在常用的有三种: 1.建立完全的三维标准模型，为每一个零件建立一个实体模型，然后将每个零件都存储在软件库中，在需要时直接调用。这种方法工作量巨大不说，并且会出现存储量占用庞大，管理困难，调用速度慢等一系列问题。 2.利用二次开发工具通过编程来实现三维组件建模，对于每一系列的夹具组件，采用一个独立的子程序来实现，通过预留的接口来实现参数化。这样的好处是不必建立三维实体模型库，典型夹具实例化是在程序运行时自动形成装配用的零件图形文件，大大节省了硬盘空间。缺点是编程工作量庞大，有些复杂零件建模困难，容易出错。 3.采用参数化方法建立三维组件模型，由于相同系列的夹具具有相间的拓扑结构和不同的尺寸参数，对同一系列的组件就可以使用同一三维实体模型，不同的实际尺寸由存储在数据库中的参数表来提供。其特点一是现用现生成，执行速度快，占用空间小；二是只通过修改参数表就可以修改标准件，给工程库的维护和扩充带来了极大的便利。它是一种非常可行的建库方法，因此，本文也正是采用这种方法建立了 SOLID WORKS 环境下的典型夹具结构手册15。1.3.21.3.2 研究意义研究意义夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置，它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。保证稳定可靠地达到各项加工精度要求，缩短加工工时，提高劳动生产率，降低生产成本，可由较低等级的工人进行加工，能扩大机床工艺范围。心轴类工件是常见的工程结构，提高心轴类工件铣床夹具设计效率有实际工程意义。应用机床夹具，有利于保证机床的加工精度、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。在现代的数字化设计主导未来机械夹具的设计及制造的背景下，熟练的掌握三维设计技术及知6识，及时更新知识信息，对于每个设计人员必不可少，也是整个制造行业的迫切需要。在庞大的夹具系统中，要把所有类型的夹具归类统一，比如：铣床类夹具、镗床类夹具、车床类夹具、钻床类夹具等一一归类，建成标准化的参考结构系统，知识信息体系，数据表库，并非易事，此论文研究的意义还在于作为这个总系统的一部分载入典型夹具工作手册，以便查阅和填充夹具库，达到一个完整的机械夹具手册库。2 铣床专用夹具原理与设计72 2 铣床专用夹具原理与设计铣床专用夹具原理与设计2.12.1 铣床夹具的主要类型铣床夹具的主要类型铣床专用夹具的主要类型1)通用可调铣夹具2)圆周连续进给铣夹具3)直线进给铣夹具。其中圆周连续进给铣夹具多数安装在单轴或双轴圆盘铣床上的回转工作台上，而且同时安装几个夹具。加工时，夹具随回转盘旋转作连续的圆周进给运动。可以在不停机的情况下装卸工件，生产率高。适用于大批量生产。而直线进给铣夹具则安装在铣床工作台上，加工时工作台做直线进给运动。12.22.2 铣床专用夹具设计要则铣床专用夹具设计要则2.2.1 铣床专用夹具的选择原则1）在小批量或呈批生产中，通常采用通用化和规格化的各种构造的铣床用虎钳。根据工件的形状和尺寸以及工艺定位要求设计装配于虎钳上的专用钳口。设计专用钳口时，应使切削力朝向固定钳口，并在夹紧时不至有抬起工件的趋势。2）在小批或成批生产中，通常采用通用的带刻度回转盘进行攻坚的多面铣削或分度铣削加工。3）在大批量生产中，应设计专用铣夹具完成各种不同要求的铣削加工，并尽量设计多件加工、联动夹紧或启动夹紧的夹具。4）大批量生产中，为了缩短设计和制造周期，往往采用通用化和规格化的立轴或卧轴回转分度盘根据工件的形状及工艺定位夹紧要求，配以专门的设计专用夹具来完成工件的多面铣削或分度铣削加工。2.2.2 结构设计要则1）由于铣削过程不是连续切削，且加工余量较大，所以不但所需的切削力大，而且切削力的大小及方向随时都可能在变化，致使在铣削过程中产生振动。因此铣床夹具要有足够的夹紧力，夹具结构要有足够的刚性。2）为了提高铣床夹具的刚性，工件待加工的表面应尽量不超出工作台，在确保夹具有足够排屑空间的前提下，尽量降低夹具的高度。3）对于以铸、锻毛胚面定位的铣夹具，应以毛胚图作为设计夹具的依据，以免对工件毛坯余量尺寸和形状误差、分型面或浇冒口等问题因考虑不周全而影响夹具的合理性和可靠性。2 铣床专用夹具原理与设计84）以工件毛坯面定位时，为避免毛坯误差，应多设置若干个辅助支撑。95）要特别注意在铣削过程中容易变形的部位，并设置必要的辅助支撑。6）为了获得较大的夹紧力，在铣床夹具中尽可能采用扩力机构。7）为了防止工件在加工过程内各种因振动而使夹紧脱松，夹紧装置应有足够的自锁能力。8）从侧面压紧工件的着力点应低于工件侧面的支撑点，并使其产生作用在支撑上的合力。9）为了调整和确定夹具与铣刀的相对位置，应正确选择对刀位置。常用对刀装置的基本类型。10）对刀装置应设置在使用塞尺方便和易于观察的位置，并应在铣刀开始切入工件的一端。11）为了调整和确定夹具与机床工作台轴线的相对位置，在夹具体的地面应具有两个距离尽量远一点的定位键，当夹具安装在工作台的 T 行槽时，为确保其纵向轴线和机床工作台的纵向行程一致，同时承受由切削力所产生的转矩，减小夹具与机床连接的螺栓的负荷，从而增加了夹具在加工过程中的稳固性。因此，即使在加工不一定要求与机床工作台轴线平行的工件平面时，也经常使用这种定向键。12）由于铣削过程中产生大量的切屑，因此要使排屑容易，并且要有足够的排屑和容屑空间。同时，根据需要考虑冷却液的排出。3 环形工件铣槽口夹具设计103 3 环形工件铣槽口夹具设计环形工件铣槽口夹具设计3.13.1 零件的结构分析零件的结构分析此被加工件为环形，主要加工工序为工件上槽口的铣削，槽宽 8mm，深度4mm。由于此零件厚度为 5mm，故可以考虑批量进行铣削，完成此道工序。以内孔为定位基准，嵌套在心轴上，若干零件紧压以增大零件之间的摩擦力，在摩擦力作用下限制回转方向自由度，故此，零件的加工流程为先铣槽，后磨工件的侧表面。心轴另一端采用螺母旋和压紧，心轴的自由度则由端面的阶梯与另一端的顶尖限制。工件三维图如图 3.1 所示图 3.13.23.2 零件的加工工艺分析零件的加工工艺分析分析被加工零件加工精度和工艺性的目的，是要决定工件需要加工的工步次数，以帮助确定工件的安装次数、工件在每次安装中的定位及进行哪些工步的加工等。如发现和工艺规程或工序卡有矛盾时，还需要与工艺主要人员进行磋商协调。在夹具设计中，选择不同的定位基准将产生不同的加工误差，当定位基准与设计基准不重合时，就形成了工艺尺寸链。故此基准面选择尤为重要。1.粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对于若干个不加工的表面的工件，则应该与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，选取侧面和内孔限制自由度以达到完全定位。2.精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准和工序基准重合时，应该进行尺寸换算。制定工艺路线的出发点，应是使零件的的几何形状、尺寸精度及位置精度等11技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能性机床配以组合夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。一个好的结构不但要达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便与加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，设计者要考虑加工工艺，巩工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。工艺路线方案一；如表 3.1 所示：毛坯规格：外径 62mm；内孔径 38mm，厚度 8mm表 3.1工序内容设备10铣削工件一侧面 A铣床20铣削工件侧面 B铣床30车工件内孔车床40铣削键槽键槽铣床50车工件大外圆车床60磨槽口两侧面，去毛刺钳工台工艺路线方案二；如表 3.2 所示：表 3.2工序内容设备10铣削工件侧面 A铣床20铣削工件侧面 B铣床30车大外圆车床40车工件内孔车床50铣削键槽铣床60磨槽口两侧面，去毛刺钳工台工艺路线方案三；如表 3.3 所示：表 3.3工序内容设备10车工件内孔车床20车工件外圆车床30铣削键槽键槽铣床40铣削工件侧面 A铣床50铣削工件侧面 B铣床60磨槽口两侧面钳工70去毛刺钳工台方案比较：方案一与方案二比较缺点是要多次更换机床设备，造成不必要的时间浪费，且车完内孔后，虽然以内孔可以作为精基准达到准确的定位，但大外圆依然是毛坯，如果先铣削槽口，则铣削深度不好确定，造成误差较大，且铣削槽口过后，再车大外圆，因槽口部分被铣削，圆形结构不完整，重心偏移，造成车外圆精度不高，甚至会破坏刀具。法案二则克服了方案一的缺陷，但未12考虑到铣削工件槽口这一工序为若干工件同时铣削槽口的情况，如先铣削工件两侧面，经过精车后，两侧面的粗糙度降低，摩擦系数减小，使得铣床夹具上的专用螺母克服在铣削槽口时防止工件转动的难度加大，安全系数降低。故此，经过分析比较方案三比较好，由于为批量生产，故在最后去毛刺工序，采用专门的钳工台操作。工序卡见附件3.33.3 夹具结构设计夹具结构设计3.3.1 夹具设计步骤机床夹具是普通机床和专用机床的重要组成部件。它是根据加工工件的工艺要求和生产纲领以及机床结构而专门设计的工艺设备，以实现工件的准确定位、夹紧、刀具的导向等，从而达到可靠地保证工件的加工质量，提高劳动生产率及降低生产成本，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床工艺性能的目的。专用夹具的组成元件及装置按其在夹具中的作用、地位及结构特点，分类如下：a.定位元件及装置b.辅助支撑原件及装置c.对刀与引导元件及装置d.夹紧元件及装置e.分度、对定元件f.夹具体g.其他元件及装置3.3.2 定位方案选择定位原则此工件要保证在加工时轴向不移动，原先的定位不能在加工中被破坏。故在设计时应遵循以下原则：a.遵循工件定位的六点原则，防止出现欠定位和过定位的原则性错误。b.选择合理的定位基准，力求与工艺基准重合，并尽量与设计基准重合，以减少定位误差，获得最大加工允差，降低夹具制造精度。c.合理布置定位支撑元件，选择工件上最大的平面或最长的圆柱面或圆柱轴线为定位基准，力求提高定位精度，并使定位稳定、可靠。d.尽量使定位支撑元件接近夹压力的合力中心处于定位支撑面范围之内。e.确保定位支撑元件的强度和刚性，减少定位系统的变形，力求使定位元件不受力。f.确保定位支撑系统具有较高的尺寸精度，并具有良好的耐磨性，以长期保持家具的精确定位。g.确保定位支撑部位的切屑能够可靠地排除，而不会堵塞或粘附在定位支撑系统上，保证定位的准确性和工作的可靠性。h.当铸，锻件以毛坯面作为第一道工序的基准时，应选用比较完整的表面做13基准面，避开冒口、浇口或分型面等凸起不平整的部位。i.在满足使用要求的前提下，定位元件结构应尽量简单。3.3.3 定位基准的选择该夹具要实现夹紧环形工件，在铣床上铣削出槽口，故此工件以内圆柱孔作为定位基准。以定位心轴作为对定件，定位心轴的一端插入机座留的定位孔，阶梯台限制延轴向一端的自由度，另一端则由顶尖限制其轴向自由度。定位心轴与机座定位孔的配合选择过盈配合。采用间隙配合虽然装卸工件较为方便，但定心精度不高。采用过盈配合，虽然装卸多有不便但此类心轴制造简便，定心准确，可以满足零件较高的精度要求。故此采用过盈配合。3.3.4 定位元件的设计定位元件为定位心轴，此类轴制造方便。环形工件依次被嵌套与心轴上，工件的内孔与心轴采用过盈配合，数量可以根据需要自行调整，比较灵活。轴向的定位元件为挡圈，制造方便如有损坏，也易于更换。此定位元件结构简单，实用性强。自由度分析：根据零件被加工特征，选定基准后，要实现准确定位。以水平面为 x-y 平面，纵向为 z 方向。心轴左端与底座孔通过轴孔过盈配合，保证了左端的 y,z.两个方向的限制,保留了定位心轴在轴向的运动，以便在加工完成后拆卸方便，故此只采用过盈配合，心轴另一端被顶尖顶紧，因此定位心轴得到准确定位。工件一端被心轴阶梯限制 x 左方向自由度，另一端被夹具专用螺母压紧，x 方向自由度被完全限制。因工件为环形工件，一次铣削若干个工件，故在加工过程中，选择先铣削槽后铣削侧平面，防止在铣削槽口的过程中刀具的回转力矩使工件转动，因此螺母加大拧紧力，工件侧表面的加工在此道工序之后，因而增加摩擦系数，增大摩擦，防止打滑。如此，工件的自由度被完全控制，得到准确定位。三维图如 3.3.4 所示图 3.3.4143.3.5 夹紧机构的设计1）所需夹紧力计算安全系数在加工过程中，由于工艺的不同，工件材质和加工余量的不同以及刀具钝化等因素的影响，欲准确地确定所需夹紧力是很困难的。因此，为了夹紧可靠，必须将计算所得的切削力乘以安全系数作为实际所需的夹紧力。K=K0.K1.K2.K3.K4.K5.K6式中：K0-基本安全系数，一般取 1.5；K1加工状态系数（考虑到加工特点的系数） ，粗加工：K1=1.2，精加工：K1=1；K2刀具钝化系数（考虑刀具磨损的系数） ，一般 K2=1.0-1.9；K3切削特点系数（考虑到切削情况的系数） ，连续：K3=1.0，断续K3=1.2；K4考虑夹紧动力稳定性系数，手动加紧 K4=1.3，机动夹紧 K4=1.0；K5考虑手动夹紧时的手柄位置系数，若手柄位置操作方便，手柄偏转角角度范围小时，K5=1.0；若手柄位置操作不方便时，手柄角度范围大，K5=1.2；K6仅在有力距企图使工件回转时，才考虑支撑面接触情况的系数，若工件是安装在支撑螺钉上，接触面小时，K6=1.0；若工件是安装在支撑板上或者其他接触面积较大元件上时，K6=1.5；=1.2 =1.2 =1.2 =11K2K3K4K综合系数:7 . 112 . 12 . 12 . 14321KKKKK摩擦系数 在许多情况下，并不是由夹具的定位支承机构或夹紧机构本身直接承受工件所受切削力，而是由工件在紧急状态下，工件与定位支承机构及夹紧机构之间所产生的摩擦力来防止工件产生平移或转动，因此在确定夹紧力时，需要考虑各种接触表面之间的摩擦系数。摩擦系数主要取决于工件和支承件，压板之间的接触形式：1工件和支承件之间的摩擦系数；2工件和压板之间的摩擦系数；查表得 1=0.2， 2=0.715工件以内孔定心端面夹紧查的现代夹具设计手册 （3-1）2223322221231123dDdDfdDdDfDKPQz要加工工件材料为 45 号钢故查得铣刀切削力公式： （3-2）因计算过程较为繁琐,故代入数据得所需夹紧力为:1475.8 N2）夹紧机构夹紧力计算此夹紧机构为螺旋夹紧机构故查得加紧转矩的计算公式： （3-3）1tanfrQT工件夹紧螺母的夹紧力查的夹具设计手册表 3-24 得手动夹紧力为 150N 时可达到 8510N 的夹紧力。经验算，夹紧机构的夹紧力远远大于所需夹紧力的大小，故此夹具满足夹紧要求。3.43.4 其他元件的设计其他元件的设计1）压紧件：夹具专用螺母带肩六角螺母 M12，三维图 3.4.1 如图所示：图 3.4.12）操作件：活动手柄及手轮活动手柄手轮三维图 3.4.2 如图所示：pwfppzKaDaaCP95. 01 . 180. 01 . 11016图 3.4.2 3）机床附件：顶尖三维图如图 3.4.3 所示：图 3.4.34）夹具总体三维装配图如图 3.4.5 所示：图 3.4.517 184 4 小轴铣平面夹具设计小轴铣平面夹具设计4.14.1 零件的结构分析零件的结构分析此零件为一普通阶梯轴，材料 45 号钢，用于多种场合，总长度 120mm 欲在端面铣削出长度为 20mm 的平面，成型后两平面厚度为 10mm，平行度要求为 6级。两端轴颈相同，夹具体通过夹持上下两端轴颈，夹持高度保持露出铣削长度 5mm 左右为宜。所用机床为立式铣床。零件三维图 4.1 如图所示：图 4.14.24.2 零件的加工工艺分析零件的加工工艺分析由于此类阶梯轴比较常见，在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，考虑到经济效果和降低生产成本，现拟定加工工艺方案，方案如下：零件加工工艺过程如表 4.1 所示。表 4.1工序内容设备10车一端面 掉头车另一端面车床20车前端台阶 车倒角车床30车后端台阶 倒角车床40铣后端平面铣床50磨后端铣削后的平面磨床4.34.3 夹具的结构设计夹具的结构设计4.3.1 定位基准的选择此夹具以工件的两端相同轴颈的外圆为基准，工件以 V 型块定位，偏心轮夹紧。手动轮运动转动偏心轮，带动 V 型块移动夹紧工件。一对 V 型块，一个利19用螺钉固定在底座上，令一个 V 型块嵌套在导行槽内，槽宽与 V 块宽度一致，槽内20应注润滑油，在首轮转动时，移动 V 块要沿着导行槽快送移动，因此 V 块与导行槽内要有空隙，且不能过大，一定要注入润滑油以减少移动阻力。导行板通过螺钉紧固在底座上，导行板结构简单，易于制造，成本小，实用性强4.3.2 定位元件的设计由于该零件的结构对称，两端轴颈相同，加工主要工序为铣削平面，考虑到加工的可行性与夹具设计的实用性，经济性，通用性，故采用一对 V 块定位。V 型块参数的选择，如图 4.2 所示：图 4.2D-定位圆直径的最大值d-定位圆直径的最小值由于 V 型块的工作角度 a 越大，定位误差越小，但工作角度越大，定位稳定性越差。所以工作角度选 90 度。定位误差分析：V 型块基面到定位圆中心的距离：H=h+0.707D-0.5BV 型块开口尺寸： B=2(h+0.707D-H)定位误差：dDy707. 0为使定位误差对称分布，在计算 v 型块 H 和 B 时，公式中的 D 值可取定位面中间尺寸，即，此时定位误差：dD212sin221dDyD=14.6 d=14.0 a=90代入计算经计算此 V 块的定位误差 0.07mm4.3.3 夹紧机构的设计根据 V 型块移动的的距离，结合偏心轮在基座上的定位，确定偏心轮外轮的尺寸为半径 50mm，内孔半径 15mm。经分析验算，偏心轮转动的最高点和最低点移动的距离满足 V 块的移动距离和对 V 块的夹紧。三维图如图 4.3 所示：图 4.321夹紧力计算：由于此夹具的夹紧形式为 V 块定位，偏心轮夹紧。故为防止工件在切削转矩的作用下打滑所需的夹紧力为 （4-1） NRfKTQ1122sin为防止工件在轴向 P 的作用下打滑而移动所需的夹紧力为 （4-2） NfKPQ2222sin-工件与 V 型块间在圆周方向的摩擦系数1f-工件与 V 型块间在轴向方向的摩擦系数2fQ 按上述两种情况计算后，取其中较大值。经计算 Q1=2156.34 N ；Q2=1506.16 N 取较大值 Q2=2156.34 N结论：此加紧机构要加紧工件，所需要的加紧力为 2156.34 N4.44.4 其他元件设计其他元件设计导向元件：导向槽板此导向槽板结构简单，易于制造，实用性强。底部通过螺钉与底座紧固连接，上表面有深度 4mm 的槽，槽宽与 V 块一致但有一定的间隙且必须注有润滑油。三维图 4.4.1 如图所示：图 4.4.122夹具体：一对 V 块夹紧三维图 4.4.2 如图：图 4.4.2吊装装置：底座三维图 4.4.3 如图所示：图 4.4.323总装配三维图 4.4.4 所示：图 4.4.46 总结246 总结总结本毕业设计主要完成了如下工作：1.完成了三套铣床夹具的三维建模及二维装配图。对这三种工件做了加工工艺的分析。2.完成了工程图库文件的导入，所有的模型以及渲染的图片在修改后全部载入典型夹具结构手册软件。此毕业设计的夹具环形工件铣槽口夹具和小轴铣平面夹具是手动夹紧，小轴铣端面夹具是动力夹紧，手动夹紧与动力夹紧是从动力源区分的两大类。这三套夹具从机床用来讲都属于一类，即铣床专用夹具。细分则第一套夹具是卧式铣床夹具所用，后两组则为立式铣床夹具之用。总的来说，此三套夹具具有通用性，实用性强，适用范围广，本次的毕业设计包含三维视图及二维视图，所以在设计人员参考时更加直观，形象，节约设计人员的参考时间。 其次，对三维软件有了初步的了解和认识，尤其是用四大三维软件之一的solidworks 软件完成了本次的毕业设计。对软件的建模功能及仿真功能初步运用，该毕业设计是现代化设计的一个缩影。三维视图的优势会在以后的行业发展中得到充分的发展。参考文献25参考文献参考文献1 朱耀祥，融亦鸣.柔性夹具与计算机辅助夹具设计技术的进展.制造技术与机床，2000 年第 8 期2 杨 杰.基于 WEB 的夹具系统设计J.煤矿机械，2004，(2):35-36. 3 宋冬芳.组合夹具 CAD 技术的研究进展。应用研究。太原科技 2004 年 10月第 5 期。4 Cai-Hua Xionga， You-Fu Lib， Y Kevin Rongc， You LunXionga. Qualitative Analysis and Quantitative Evaluation of Fixturing J.Robotics and Computer Integrated Manufacturing， 2002，18: 335-3
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