矩形齒花鍵軸加工工藝及銑鍵槽夾具設計【含CAD圖紙、說明書】

設計說明書 題目 花鍵軸的加工工藝及銑夾具設計 班　　級：　 姓　　名：　 指導教師：　 完成日期：　 摘 要 本次設計內容涉及了機械制造工藝及機床夾具設計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。 花鍵軸零件的工藝規(guī)程及銑鍵槽的夾具設計是包括零件加工的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結構，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產生的定位誤差，分析夾具結構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。 關鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。 ABSTRCT This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error. 目錄 ABSTRCT 3 序 言 1 一 機床夾具介紹 2 1 .1夾具的現(xiàn)狀及生產對其提出新的要求 2 1.2 現(xiàn)代夾具的發(fā)展方向 2 二 零件的分析 4 2.1零件的作用 4 2.2零件的工藝分析 4 2.3 確定零件的生產類型 5 三 確定毛坯類型繪制毛坯簡圖 6 3.1 選擇毛坯 6 3.2 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 6 3.3 繪制毛坯圖 7 四 工藝規(guī)程設計 8 4.1 定位基準的選擇 8 4.2擬定工藝路線 8 4.3加工設備及工藝裝備的選用 10 4.4加工余量，工序尺寸及公差的確定 10 4.5切削用量的計算 10 4.5時間定額的計算 12 五 機床夾具的定位及夾緊 13 5.1 概述 13 5.1.1 機床夾具的概念 13 5.1.2 機床夾具的組成 13 5.1.3 機床夾具的分類 14 5.1.4 機床夾具在機械加工中的作用 15 5.2工件的裝夾方式 16 5.3 基準及其分類 16 5.4 工件的定位 17 5.4.1 工件定位的基本原理 17 5.4.2 常見定位方式及定位元件 18 5.5 工件的夾緊 19 5.5.1夾緊裝置的組成及基本要求 19 5.5.2 夾緊力的確定 20 5.5.3典型夾緊結構 20 5.5.4定心夾緊機構 21 5.6 專用夾具設計 21 5.6.1對機床專用夾具的基本要求 21 5.6.2專用夾具設計方法和步驟 21 5.6.3夾具總圖技術要求的制訂 22 六 夾具設計 23 6.1夾具設計任務 23 6.2擬定夾具定位方案 23 6.3繪制夾具裝配圖 23 6.4定位誤差分析 24 6.5切削力和夾緊力計算 25 6.6夾具設計及操作的簡要說明 26 總 結 27 致 謝 28 參 考 文 獻 29 序 言 機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。 花鍵軸零件的工藝規(guī)程及銑鍵槽夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等進行課程設計之后的下一個教學環(huán)節(jié)。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證零件的加工質量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產實踐的需要，只有將各種理論與生產實踐相結合，才能很好的完成本次設計。 本次設計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。 一 機床夾具介紹 夾具最早出現(xiàn)在1787年，至今經歷了三個發(fā)展階段。第一階段表現(xiàn)為夾具與人的結合。在工業(yè)發(fā)展初期。機械制造的精度較低，機械產品工件的制造質量主要依賴勞動者個人的經驗和手藝，而夾具僅僅作為加工工藝過程中的一種輔助工具；第二階段是隨著機床、汽車、飛機等制造業(yè)的發(fā)展，夾具的門類才逐步發(fā)展齊全。夾具的定位、夾緊、導向（或對刀）元件的結構也日趨完善，逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)的主要工藝裝備之一；第三階段，即近代由于世界科學技術的進步及社會生產力的迅速提高，夾具在系統(tǒng)中占據(jù)相當重要的地位。這一階段的主要特征表現(xiàn)為夾具與機床的緊密結合。 1 .1夾具的現(xiàn)狀及生產對其提出新的要求 現(xiàn)代生產要求企業(yè)制造的產品品種經常更新?lián)Q代，以適應市場激烈競爭，企業(yè)中多品種生產的工件已占工件種類數(shù)的85%左右。然而目前，一般企業(yè)習慣與采用傳統(tǒng)的專用夾具，在一個具有大批量生產的能力工廠中約擁有13000~15000套專用夾具。另一方面，在多品種生產的企業(yè)中，約隔4年就要更新80%左右的專用夾具，而夾具的實際磨損量只有15%左右，特別最近年來柔性制造系統(tǒng)（FMS）、數(shù)控機床（NC），加工中心（MC）和成組加工（GT）等新技術被應用和推廣，使中小批生產的生產率逐步趨近于大批量生產的水平。 綜上所述，現(xiàn)代生產對夾具提出了如下新的要求： 1. 能迅速方便地裝備新產品的投產以縮短生產準備周期 2. 能裝夾一組相似性特征的工件 3. 適用于精密加工的高精度的機床 4. 適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型技術 5. 采用液壓汞站等為動力源的高效夾緊裝置，進一步提高勞動生產率 1.2 現(xiàn)代夾具的發(fā)展方向 現(xiàn)代夾具的發(fā)展方向表現(xiàn)為精密化、高效化、柔性化、標準化等四個方面： 1. 精密化 隨著機械產品精度的日益提高，勢必也相應提高對其精度要求。精密化夾具的結構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度可達正負0.1，用于精密車削的高精度三爪卡盤，其定心精度為5um，又如用于花鍵軸承套圈磨削的電磁無心夾具，工件的圓讀可達0.2~0.5um。 2. 高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的機動時的和輔助時的，以提高勞動生產率，減少工人勞動強度，常見的高效化夾具有：自動化夾具、告訴化夾具、具有夾緊動力模塊的夾具等。例如使用電動虎鉗裝夾工件，可使工件效率比普通虎鉗提高了5倍左右；而高速卡盤則可保證卡爪在轉速9000r/min的條件下能正常夾緊工件，使切削速度大幅度提高。 3. 柔性化 夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是通過調組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產批量、工件的形狀和尺寸等，具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調夾具、成組夾具、模塊夾具、數(shù)控夾具等，在較長時間內，夾具的柔性化趨向將是夾具發(fā)展的主要方向。 4. 標準化 夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面，在制造典型夾具，結構的基礎上，首先進行夾具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近的夾具元件和不見的形成：舍棄一些功能低劣的結構，通用化方法包括：夾具、部件、元件、毛呸和材料的通用化夾具的標準化階段是通用化的深入并為工作圖的審查創(chuàng)造了良好的條件。目前，我國已有夾具零件、部件的國家標準：GB2148~2249-80，GB2262~2269-80以及通用夾具標準，組合夾具標準等。夾具的標準化也是夾具柔性化高效化的基礎，作為發(fā)展趨勢，這類夾具的標準化，有利于夾具的專業(yè)化生產和有利于縮短生產準備周期，降低生產總成本。 二 零件的分析 2.1零件的作用 下面所示為動力輸出裝置中的主要零件，零件的作用待查。零件圖附圖如下： 2.2零件的工藝分析 本設計的零件是花鍵軸，選用45#鋼。45#鋼是優(yōu)質素結構鋼，屬于中碳鋼。其強度、硬度較高，而塑性、韌性略低。熱鍛、熱壓性能及被切削性能良好，冷加工變形能力及焊接性能中等。是機械行業(yè)最常用的鋼號之一，通常在調質或正火狀態(tài)下使用，還用于高頻或火焰表面淬火處理。其收縮率小。其密度基本和鐵的密度一樣與普通碳素鋼都差不多，和A3更是相近，是7.85g/cm*3。 花鍵軸主要加工面是外圓面、及階梯端面，它們有一定的粗糙度要求?，F(xiàn)分述如下： 1.φ25，φ20，Ф36外圓表面及端面，其中φ116，φ131相對于基準A的同軸度為0.02mm所要保證相對于花鍵軸線的圓跳動為0.04mm，外圓表面的粗糙度為1.6μm，端面12.5μm和12.5μm。 3. 鍵槽和其余各面粗糙度要求均為3.2 由上面的分析可知，對于圓跳動而言，可以先加外圓，然后以外圓定位，加工端面和孔，保證它們之間的位置精度。 2.3 確定零件的生產類型 屬于輕型零件，大批量生產。 三 確定毛坯類型繪制毛坯簡圖 3.1 選擇毛坯 毛坯制造方法的選擇，主要根據(jù)生產類型、材料的工藝性（可塑性，可鍛性）及零件對材料的組織性能要求，零件的形狀及其外形尺寸，毛坯車間現(xiàn)有生產條件及采用先進的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。 零件材料為45。，選擇鍛件毛坯。由于零件年產量為4000件，已經達到大批生產的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，故可采用模鍛成型。這從提高生產率、保證加工精度上考慮，也是應該的。 3.2 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 由表2-10~表2-12可知，要確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量，應該先確定一下各個因素。 1.公差等級 由花鍵軸的公用和技術要求，確定該零件的公差等級為普通級。 2.鍛件重量 計算后，花鍵軸的重量約為0.23KG，初步估計機械加工前鍛件毛坯的重量為0.4KG. 3.鍛件形狀復雜系數(shù) 對零件圖金星分析計算，可大致確定鍛件外廓包容提的長度、寬度、高度。由公式（2-3）和（2-5）可計算出該鍛件的形狀復雜系數(shù)S=0.526。屬于S級。 4.鍛件材質系數(shù) 花鍵軸的材料為45鋼，是碳的質量分數(shù)小于0.65%的碳素鋼。所以該鍛件的材質系數(shù)屬于M級。 5.鍛件分模線形狀 根據(jù)該零件的形位特點，選擇零件高度方向的對稱平面為分模面，屬于直分模線。 6.零件表面粗糙度 由零件圖可知，各個加工表面的粗糙度Ra大多數(shù)都大于等于3.2μm。 根據(jù)上述諸因素，可查表確定該鍛件的尺寸公差和機械加工余量 3.3 繪制毛坯圖 四 工藝規(guī)程設計 4.1 定位基準的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇得正確與合理可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產無法正常進行。 （1）粗基準的選擇。按照有關粗基準的選擇原則，應盡可能選擇不加工表面為粗基準。而對有若干個不加工表面的工件，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準。根據(jù)這個基準選擇原則，現(xiàn)選取φ54外圓面和右端面為粗基準。利用夾具卡住φ54外圓面并靠住夾具端面，消除5個自由度，達到部分定位。這里不需要完全定位。 （2）精基準的選擇。主要原則有：①基準重合原則；②基準統(tǒng)一原則；③自為基準原則；④互為基準原則。 這里應該主要考慮基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不再重復。 4.2擬定工藝路線 制定工藝路線得出發(fā)點,應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已確定為大批生產的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。 1.工藝路線方案一 工序I 鍛造 工序II 正火處理 工序III 車端面，鉆中心孔 工序IV 粗車各外圓 工序V 調質處理 工序Ⅵ 半精車各外圓 工序Ⅶ 銑鍵槽 工序Ⅷ 精車各外圓 工序Ⅸ 加工退刀槽及倒角 工序X 質檢 工序XI 入庫 2.工藝路線方案二 工序I 鍛造 工序II 車端面，鉆中心孔 工序III 粗車各外圓 工序IV調質處理 工序V 半精車各外圓 工序VI 銑鍵槽 工序VII 精車各外圓 工序VIII 加工退刀槽及倒角 工序IX 質檢 工序X 入庫 由以上對比分析可知，我們選擇方案一比較好。 具體的加工路線如下 工序I 鍛造 工序II 正火處理 工序III 車端面，鉆中心孔 工序IV 粗車各外圓 工序V調質處理 工序Ⅵ 半精車各外圓 工序Ⅶ 銑鍵槽 工序Ⅷ 精車各外圓 工序Ⅸ 加工退刀槽及倒角 工序X 質檢 工序XI 入庫 4.3加工設備及工藝裝備的選用 工序號 工序名稱 機床設備 刀具 量具 1 車端面，鉆中心孔 CA6140 端車刀 游標卡尺 2 粗車各外圓 CA6140 外圓車刀, 游標卡尺 3 半精車各外圓 CA6140 外圓車刀 千分尺 4 銑鍵槽 X51 銑刀 千分尺 5 精車各外圓 CA6140 外圓車刀 游標卡尺 6 加工退刀槽并倒角 CA6140 車刀 游標卡尺 4.4加工余量，工序尺寸及公差的確定 花鍵軸零件材料為45 生產類型為大批量生產，采用鍛造毛坯。 1、 不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件圖給定尺寸為自由度公差，由鍛造可直接獲得。 2、 花鍵軸的端面 由于花鍵軸端面要與其他接觸面接觸，查相關資料知余量留2mm比較合適。 4.5切削用量的計算 銑鍵槽 確定切削深度 確定切削寬度： 由于加工余量不大，所以可一次走刀完成 確定每齒進給量 根據(jù)x52k銑床說明書，其功率為7kw,中等系統(tǒng)剛度 根據(jù)表3 現(xiàn)取 選擇銑刀磨鈍標準及耐磨度 根據(jù)表7 銑刀刀齒后刀面最大磨損為 ，鑲齒銑刀（）耐用度 確定切削速度和每秒進給量 切削深度可根據(jù)表21中公式計算 也可查表 根據(jù)表9 當 時， 各修正系數(shù)為： 故 根據(jù)機床說明書選擇 實際切削速度和每齒進給量為： 根據(jù)表5 當 時， 切削功率的修正系數(shù) 所以實際切削功率為 根據(jù)機床說明書，機床主花鍵軸允許的功率為 因為，所以此切削用量可以采用。 即 4.5時間定額的計算 計算工時 式中 根據(jù)表19 入切削量及超切削量 則 故 五 機床夾具的定位及夾緊 5.1 概述 在機械制造中，用以裝夾工件（和引導刀具）的裝置，稱為夾具。它是用來固定加工對象，使之占有正確位置，接受施工或檢測的裝置。 5.1.1 機床夾具的概念 在機械加工過程中，為了保證加工精度，首先要使工件在機床上占有正確的位置，確定工件在機床上或夾具中占有正確的位置的過程，稱為工件的定位。定位后將其固定，使其在加工過程中始終保持定位位置不變的操作稱為夾緊。工件在機床或夾具上定位、夾緊的過程稱為工件的裝夾。用以裝夾工件的裝置稱為機床夾具，簡稱夾具。 5.1.2 機床夾具的組成 1. 機床夾具的基本組成部分 （1）定位裝置 該裝置由定位元件組合而成，其作用是確定工件在夾具中的正確位置。 （2）夾具裝置 該裝置的作用是將工件壓緊夾牢，并保證工件在加工的過程中正確位置不變。 （3）夾具體 夾具體是夾具的基本骨架，通過它將夾具所有的元件構成一個整體。 2. 機床夾具的其他特殊元件或裝置 （1）連接元件 根據(jù)機床的特點，夾具在機床上的安裝連接常有兩種形式。一種是安裝在機床工作臺上，另一種是安裝在機床主花鍵軸上。連接元件用以確定夾具本身在機床上的位置。如機床夾具所使用的過渡盤，銑床夾具所使用的定向鍵等，都是連接元件。 （2）對刀元件 常用在普通銑床夾具中，用對刀快調整銑刀加工前的位置。對刀時，銑刀不與對刀快直接接觸，而用塞尺進行檢查，以免碰傷銑刀的切削刃和對刀快工作表面。 （3）導向元件 常用在鉆床、鏜床夾具中，用鉆套和鏜套引導刀具加工中的正確位置。 （4）其他元件或裝置 根據(jù)加工需要，有些夾具還分別采用分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、平衡塊等。這些元件或裝置需要專門設計。 5.1.3 機床夾具的分類 根據(jù)機床夾具的通用化程度，可將夾具氛圍以下幾種： 1. 通用夾具 可加工一定范圍內不同工價的夾具為通用夾具，如車床上的三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤；銑床上的平口虎鉗、分度頭和回轉工作臺等。它們有很大的通用性，無需調整或稍加調整就可以用于裝夾不同的工件。這類夾具一般已標準化，由專業(yè)工廠生產，作為機床附件供應給用戶。 由于使用通用夾具夾緊工件比較費時，操作復雜，生產效率低，且較難裝夾形狀復雜的工件，故通用夾具主要用于單件小批生產，在產品固定的大批量生產中很少使用通用夾具，而使用效率較高的專用夾具。 2. 專用夾具 專用夾具是針對某一種工件的某道工序專門設計的夾具。所以結構緊湊，操作迅速方便。專用夾具通常由使用廠根據(jù)要求自行設計與制造。 專用夾具定位精度高，一批工件加工或所得尺寸穩(wěn)定，互換性高，并且可以減輕勞動強度，節(jié)省工時，顯著提高效率，另外利用專用夾具還可以擴大機床的工藝范圍。但專用夾具是為滿足某個工件某道工序的加工需要而專門設計的，所以它的適用范圍較窄。此外、專用夾具的設計制造周期較長。當產品更換時，往往因無法再使用而報廢，因此，專用夾具主要適用于產品品種相對穩(wěn)定的大批大量生產。 3. 成組夾具 根據(jù)成組技術原來技術的用于成組加工的夾具。這種夾具的特點是，在通用的夾具體上，只需對夾具的部分元件稍加調整或更換，即可用于組內的不同工件的加工。 4. 組合夾具 組合夾具是由可循環(huán)使用的標準夾具零件部件組裝成易于聯(lián)結和拆卸的夾具。它在使用上具有專用夾具的優(yōu)點，而當產品更換時，不存在夾具“報廢”問題。因為它可以拆開，其元件可清洗入庫，留待組裝新的夾具。因此，組合夾具很適合于新產品試制和單件小批生產使用。由于組合夾具還具有縮短生產準備周期，減少專用夾具種類、數(shù)量和存放面積等優(yōu)點，特別適用于新產品的試制和多品種小批量生產。 5. 隨行夾具 隨行夾具為自動線上使用的一種夾具。自動線夾具基本上分為兩類：一類為固定式夾具，它與一般專用夾具相似；一類為隨行夾具，她除了具有一般夾具所擔負的裝夾任務外，還擔負自動線輸送工件的任務。所以，它是跟隨被加工工件沿著自動線從一個工位移到下一個工位的，故稱為隨行夾具。 除了上述分類外，夾具還可以按照動力來源不同分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具及自夾緊夾具等，按工種還可以分為車床夾具、銑床夾具、磨床夾具、鉆床夾具等。 5.1.4 機床夾具在機械加工中的作用 夾具是機械加工中的一種工藝裝備，它在生產中起的作用很大，所以在機械加工中的應用十分廣泛。歸納起來有以下幾個方面的作用： 1. 保證工件的加工精度 由于采用夾具安裝，可以準確地確定工件與機床、刀具之間的相互位置，所以在機械加工中，可以保證工件各個表面的相互位置精度，使其不受或不受各種主觀因素的影響，容易獲得較高的加工精度，并使一批工件的精度穩(wěn)定。 2. 提高勞動生產率和降低加工成本 采用夾具使工件裝夾方便，免去工件逐個找正對刀所花費的時間，因此可以縮短輔助時間。另外，采用夾具裝夾或，產品質量穩(wěn)定，對操作工人的技術水平的要求可以降低，有利于提高生產率和降低成本。 3. 擴大機床工藝范圍和改變機床用途 使用專用夾具可以改變原機床的用途和擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)一機多能。這是在生產條件有限的也器中常用的一種技術改造措施。例如，在車床或搖臂鉆床上安裝鏜摸夾具后，就可以對箱體孔系進行鏜削加工，一充分發(fā)揮通用機床的作用。 4. 改善勞動條件和保證生產安全 使用專用機床夾具可減輕工人的勞動強度、改善勞動條件，保證安全生產。 5.2工件的裝夾方式 工件在機床上的裝夾方式有以下三種方法： 1. 直接找正法 在機床上根據(jù)工件上有關基準直接找正工件，使工件獲得加工的正確位置的方法。 直接找正法的定位精度和工作效率，取決于被找工件表面的精度、找正方法和所用工具及工人的技術水平。此法一般多用于單件小批生產和精度要求特別高的場合。 2. 劃線找正法 在機床上按毛坯或工件上所劃線找正工件，使工件獲得正確位置的方法。 此法由于受到劃線精度的限制，定位精度比較低，多用于單件小批量生產、毛坯精度較低以及大型零件等不使用夾具的粗加工中。 3. 用夾具裝夾 即通過夾具上的定位元件使工件相對于刀具及機床獲得正確位置的方法。 此法使工件定位迅速方便，定位精度較高，廣泛用于成批和大量生產。 上述用裝夾工件的方法有以下幾個特點： 工件在夾具中的定位，是通過工件上的定位基準與夾具上的定位元件相接觸而實現(xiàn)的。 由于夾具預先在機床上已調整好位置（也有在加工過程中再進行找正的），因此，工件通過夾具相對于機床也就有了正確的位置。 通過夾具上的對刀裝置，保證了工件加工表面相對于刀具的正確位置。 5.3 基準及其分類 機器零件是由若干個表面組成的。這些表面之間的相對位置關系包括兩方面的要求：表面見的位置尺寸精度和相對位置精度。研究零件表面的相對位置關系，是離不開基準的。不明確基準就不無法確定表面的位置。 基準是用來確定生產對象上幾何要素間的幾何關系所依據(jù)的那些點、線、面。根據(jù)基準的不同功能，基準分為設計基準和工藝基準兩大類。 1. 設計基準 在零件圖樣上所采用的基準，稱為設計基準。 2. 工藝基準 零件在工藝過程中所采用的基準，稱為工藝基準。工藝基準按用途不同，又分為裝配基準、測量基準、工序基準和定位基準。 （1）裝配基準 裝配時用以確定零件在部件或產品中的位置的基準，稱為裝配基準。 （2）測量基準 測量時用以檢驗已加工表面尺寸幾 位置的基準，稱為測量基準。 （3）工序基準 在加工工序中，用以確定本工序被加工表面家工后的尺寸、形狀及位置的基準，稱為工序基準。 （4）定位基準 工件定位時所采用的基準，稱為定位基準。 需要說明的是，作為基準的點、線、面在工件上并不一定具體存在。如花鍵軸心線、對稱面等，它們是由某些具體表面來體現(xiàn)的。用以體現(xiàn)基準的表面稱為定位基準。 5.4 工件的定位 5.4.1 工件定位的基本原理 工件裝夾在機床上必須使工件相對于刀具和機床處于正確的加工位置，它包括工件在夾具的定位、夾具在機床上的安裝以及夾具相對于刀具和整個工藝系統(tǒng)的調整等工作過程。在使用夾具的情況下，就要使機床、刀具、夾具和工件之間保持正確的加工位置。顯然，工件的定位是其中極為重要的一個環(huán)節(jié)。 1. 六點定位原則 定位，就是限制自由度。通常是用一個支承點限制工件的一個自由度，用合理設置的六個支承點，限制工件的六個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定，這就是工件定位的“六點定位原則” 。 2. 工件定位中可能出現(xiàn)的集中情況 （1）完全定位 六個支承點限制了工件的全部自由度，稱為完全定位。 （2）不完全定位 根據(jù)工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，這樣的定位，稱為不完全定位。 （3）欠定位 根據(jù)工件的加工要求，應該限制的自由度沒有被限制的定位，稱為欠定位。器定位無法保證加工要求，所以是決不允許的。 （4）過定位 夾具上的兩個或兩個以上的定位元件，重復限制工件的同一個或幾個自由度的現(xiàn)象，稱為過定位。過定位中常會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。 消除或減小過定位所引起的干涉，一般有兩種方法：一種是提高定位基準之間以及定位元件工作表面之間的位置精度。一種是改變定位元件的結構，使定位元件在重復限制自由度的部分不起定位作用。 5.4.2 常見定位方式及定位元件 定位方式和定位元件的選擇包括選擇定位元件的結構、形狀、尺寸及布置形式等，他們主要取決于工件的加工要求、工件定位基準和外力的作用等因素。 1. 工件及平面定位 （1）主要支承 主要支承用來限制工件的自由度，起定位作用 1）固定支承 2）可調支承 3）自位支承 （2）輔助支承 提高工件的安裝剛性和穩(wěn)定性 1）螺旋式輔助支承 2）自位式輔助支承 3）推引式輔助支承 4）液壓鎖緊的輔助支承 2. 工件以圓柱空定位 （1）圓柱銷 （2）圓錐銷 （3）圓柱心花鍵軸 3. 工件以外圓柱面定位 （1）在V形塊中定位 （2）在圓孔中定位 （3）在半圓孔和圓錐孔中定位 5.5 工件的夾緊 在機械加工中，工件的定位和夾緊是相互聯(lián)系非常密切的兩個工作過程。工件定位以后需要通過一定的裝置把工件壓緊夾牢在定位元件上，使工件在加工過程中，不會由于切削力、工件重力、離心力或慣性力等的作用而發(fā)生位置變化或產生振動，以保證加工精度和安全生產。這樣把工件壓緊夾牢的裝置，即稱為夾緊裝置。 5.5.1夾緊裝置的組成及基本要求 1. 夾緊裝置的組成 （1）力源裝置 （2）中間傳動機構 作用如下： 1）改變夾緊作用力的方向 2）改變夾緊作用力的大小 3）具有一定的自鎖性能 （3）夾緊元件 2. 對夾緊裝置的基本要求 （1）夾緊時不能破壞工件在夾具中占有的正確位置 （2）夾緊力的大小要適當 （3）夾緊裝置要操作方便 （4）結構要進湊簡單，有良好的結構工藝性，盡量使用標準件 5.5.2 夾緊力的確定 確定夾緊力就是確定夾緊力的大小、方向和作同點。在確定夾緊力的三要素時要分析工件的結構特點、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情況，而且必須考慮定位裝置的結構形式和布置方式。夾緊力的三要素對夾緊結構的設計起著決定性的作用。只有夾緊力的作用點分布合理，大小適當，方向正確才能獲得良好的效益。 1. 夾緊力方向的確定 （1）夾緊力方向應垂直于主要定位基準面 （2）夾緊力的方向最好與切削力、工件重力方向一致 2. 夾緊力作用點的選擇 （1）應能夠保持工件定位穩(wěn)定可靠，在夾緊過程中不會引起工件產生位移或偏轉。 （2）應盡量避免或減少工件的夾緊變形 （3）夾緊力作用點應盡量靠近加工部位 3. 夾緊力大小的估算 （1）首先假設系統(tǒng)為剛性系統(tǒng)，切削過程處于穩(wěn)定狀態(tài)。 （2）常規(guī)情況下，只考慮切削力（矩）在力系中的影響；切削力（矩）用切削原理公式計算。 （3）對重型工件應考慮工件重力的影響。在工件做高速運動場合，必須計入慣性力。 （4）分析對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，按靜力平衡方程計算此狀態(tài)下所需的夾緊力即為計算夾緊力 （5）將計算夾緊力再乘以K，即得實際夾緊力。K為總安全系數(shù)，K=K0K1K2K3 各種因素的安全系數(shù)可查表2-3，一般K=1.5~2.5；當夾緊力與切削力相反時，K=2.5~3 。 5.5.3典型夾緊結構 1. 斜楔夾緊結構 2. 螺旋夾緊結構 （1）單個螺旋夾緊結構 （2）螺旋壓板夾緊結構 （3）偏心夾緊機構 5.5.4定心夾緊機構 當加工尺寸的工序基準是中心要素（花鍵軸線、中心平面等）撕，為使基準重合以減少定位誤差，可以采用定位夾緊機構，所以，定心夾緊機構主要用于要求準確定心或對中的場合。定心夾緊機構可分為以下幾種： （1）螺旋式定心夾緊機構 （2）杠桿式定心夾緊機構 （3）楔式定心夾緊機構 （4）彈簧筒夾式定心夾緊機構 （5）膜片卡盤定心夾緊機構 （6）波紋套定心夾緊機構 （7）液性塑料定心夾緊機構 5.6 專用夾具設計 5.6.1對機床專用夾具的基本要求 1. 穩(wěn)定地保證工件的加工精度 2. 提高機械加工的勞動生產率 3. 結構簡單，有良好的結構工藝性和勞動條件 4. 應能夠降低工件的制造成本 5. 適當提高夾具元件的通用化和標準化程度，以縮短夾具制造周期，降低夾具成本。 5.6.2專用夾具設計方法和步驟 1. 明確設計任務，收集設計資料 2. 擬訂夾具結構方案，繪制夾具草圖 （1）確定工件的定位方案，設計定位裝置，并對夾緊力進行估算，以確保夾緊可靠 （2）確定工件的夾緊方案，設計夾緊裝置 （3）確定刀具的引導方式，選擇或設計引導元件或對刀元件 （4）確定其他元件或裝置的結構形式，如定位鍵、分度裝置等 （5）確定夾具的總體結構及夾具在機床上的安裝方式。對夾具的總體結構最好能擬訂出幾個不同的方案，畫出草圖，經過分析比較，選擇最佳方案 3. 繪制夾具總圖 （1）選擇操作者工作時正對的位置為主視圖 （2）用雙點劃線將工件的外形輪廓、定位基面、夾緊表面以及加工表面畫在各視圖相應的位置上，待加工面上的加工余量可用網(wǎng)紋線表示。在夾具總圖中，工件可看作透明體，不遮擋后面的線條 （3）依次畫出定位、夾緊、導向元件或裝置的具體結構，再畫出夾具體，將各元件或裝置連成一個整體 （4）在總圖上標注尺寸（包括輪廓尺寸、聯(lián)系尺寸、重要的配合尺寸等）、公差和技術要求 （5）繪制夾具零件圖。在夾具中的非標準零件都要繪制零件圖，并按總圖要求確定零件的尺寸、公差及技術條件 5.6.3夾具總圖技術要求的制訂 1. 夾具總圖上應標注的尺寸和公差 （1）夾具外形的最大輪廓尺寸 （2）影響定位精度的尺寸 （3）影響對刀精度的尺寸和公差 （4）影響夾具在機床上安裝精度的尺寸和公差 （5）影響夾具精度的尺寸和公差 （6）其他裝配尺寸及公差 2. 夾具總圖上公差值的確定 （1）與加工尺寸有直接對應關系的夾具公差δJ （2）其他裝配尺寸的配合性質及公差等級 3. 夾具總圖上應標注的技術要求 六 夾具設計 為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。 經過與指導老師協(xié)商，決定設計銑鍵槽的夾具設計。銑鍵槽一般都是用V型塊定位，我們選擇用v型塊定位，這樣夾緊可靠快速， 6.1夾具設計任務 本夾具主要用于銑鍵槽因此鍵槽的中心線一定要找正，劃線時一定要準確，以保零件的位置精度，另外因為是V型塊夾緊，因此夾緊對中不是問題，主要考慮提高勞動效率。 6.2擬定夾具定位方案 出于定位簡單和快速的考慮，由零件圖可知，以φ25外圓為定位基準，采用2個V型塊定位，同時采用鉸鏈壓板壓緊。為了提高加工效率，采用鉸鏈壓板快速夾緊裝置夾緊。 6.3繪制夾具裝配圖 （1）選擇操作者工作時正對的位置為主視圖 （2）用雙點劃線將工件的外形輪廓、定位基面、夾緊表面以及加工表面畫在各視圖相應的位置上，待加工面上的加工余量可用網(wǎng)紋線表示。在夾具總圖中，工件可看作透明體，不遮擋后面的線條 （3）依次畫出定位、夾緊、導向元件或裝置的具體結構，再畫出夾具體，將各元件或裝置連成一個整體 （4）在總圖上標注尺寸（包括輪廓尺寸、聯(lián)系尺寸、重要的配合尺寸等）、公差和技術要求 （5）繪制夾具零件圖。在夾具中的非標準零件都要繪制零件圖，并按總圖要求確定零件的尺寸、公差及技術條件 夾具裝配圖上標注尺寸，配合尺寸及技術要求 1. 夾具總圖上應標注的尺寸和公差 （1）夾具外形的最大輪廓尺寸 （2）影響定位精度的尺寸 （3）影響對刀精度的尺寸和公差 （4）影響夾具在機床上安裝精度的尺寸和公差 （5）影響夾具精度的尺寸和公差 （6）其他裝配尺寸及公差 2. 夾具總圖上公差值的確定 （1）與加工尺寸有直接對應關系的夾具公差δJ （2）其他裝配尺寸的配合性質及公差等級 3. 夾具總圖上應標注的技術要求 6.4定位誤差分析 一批工件在卡具中定位時，各個工件所占據(jù)的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成誤差，即工件定位時造成的加工表面相對工序基準的誤差。 形成原因有兩個，一是由于定位基準 與設計基準不重合而造成。二是定位基準與限位基準不重合而造成。 根據(jù)零件圖可知，T=0.28mm， Td=0.25mm，，。 已知孔的形狀公差為0.28，根據(jù)經驗公式，易知此結果符合。 6.5切削力和夾緊力計算 由于主切削力起著幫助夾緊工件的作用，所以當其他切削分力均較小時，通?？刹槐赜嬎恪H需較小的夾緊力來防止工件在加工過程中產生的振動和轉動。由于所選擇的是螺母夾緊，所以所需的夾緊力是轉矩。 查得所需夾緊轉矩的計算公式為 T＝Q[r t g（ψ+φ）+ζf1]（N·M） 式中：T——應加在螺旋夾緊機構上的夾緊轉矩（N·M） Q——夾緊力（N） r——螺紋的平均半徑（M） ψ——螺紋升角，tgψ=； n——螺紋線數(shù)； Ｐ——螺紋螺距； Φ——螺紋摩擦角，tgΦ=f，一般f=0.178,則Φ=10°； f1——支撐表面摩擦系數(shù)，一般取f1=0.15～0.3； ζ——支撐表面摩擦力矩的計算力臂（M），隨支撐表面的形式而改變，其值在本式中； 為計算方便，令k＝r t g（ψ+φ）+ζf1，則T＝kQ 當采用公制螺紋的螺旋夾緊機構時，各種不同夾緊情況的k值見表3－23。 Φ=10°，f1=0.2,° d=12 mm，Ｐ=1.75 mm，r=5.43 mm ψ=2°56′，k=1.247 螺釘、螺母的夾緊力： Φ=10°，f=0.178,f1=0.2，° d=12 mm，板手長度Ｌ?=140 mm，加在板手上的力Ｐ1=45Ｎ， 夾緊力Ｑ=5050Ｎ 螺母的夾緊力： Ｄ=12 mm，板手長度80 mm，夾緊力Ｑ=2280Ｎ。 用板手：Ｌ=140 mm，Ｐ1=70Ｎ，Ｑ=3480Ｎ。 許用夾緊力：d=12 mm，Ｑ許=5790Ｎ。 6.6夾具設計及操作的簡要說明 如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產率。為此，本道工序就選擇了快速夾緊裝卸夾具。為了防止我們取出工件的時間，工件和上V型塊間摩擦，我們采用2個彈簧，這樣我們松開螺母的時間通過彈簧力把上V型塊頂開，使之脫離工件，這樣我們便可以方便的裝卸工件，提高生產效率。 總 結 設計即將結束了，時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結合進行實實在在的設計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入設計打下了好的基礎。 這次設計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結合。因此同學們非常感謝老師給我們的辛勤指導，使我們學到了好多，也非常珍惜學院給我們的這次設計的機會，它將是我們的設計完成的更出色的關鍵一步。 致 謝 這次畢業(yè)設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊，由于經驗不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了畢業(yè)設計。 這次設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下她的休息時間，耐心地幫助我解決技術上的一些難題，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，她都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，她不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 參 考 文 獻 1. 切削用量簡明手冊,艾興、肖詩綱主編,機械工業(yè)出版社出版，1994年 2.機械制造工藝設計簡明手冊，李益民主編，機械工業(yè)出版社出版，1994年 3.機床夾具設計，哈爾濱工業(yè)大學、上海工業(yè)大學主編，上?？茖W技術出版社出版，1983年 4.機床夾具設計手冊，東北重型機械學院、洛陽工學院、一汽制造廠職工大學編，上海科學技術出版社出版，1990年 5.金屬機械加工工藝人員手冊，上?？茖W技術出版社，1981年10月 6.機械制造工藝學，郭宗連、秦寶榮主編，中國建材工業(yè)出版社出版，1997年 32