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铣槽夹具的设计

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铣槽夹具的设计

技术学院 毕 业 设 计 题目 铣槽夹具的设计 系别 机 电 工 程 系 专业 机电一体化技术 班级 机电 0 姓名 学号 09 指导教师 日期 济源职业技术学院毕业设计 I 设计任务书 设计题目 铣槽夹具的设计 设计要求 1. 要求设计铣槽工序用的铣床夹具。 铣槽之前其它各表面均已加工好 宽 18深 10的中心平面与Ф 27轴线的垂直度公差为 侧面与 E 面的距离 13 底面与 B 面平行。 济源职业技术学院毕业设计 计进度要求 第一周确定设计题目 第二周 收集资料 第三周 主要设计计算 第四周结构设计 第五周夹具的整体设计 第六周撰写论文 第七周校核、修改、提交论文 第八周论文答辩 指导教师(签名) 济源职业技术学院毕业设计 要 为了降低定位误差,提高加工精度,对夹具的制造精度要求相应提高。为了适应不同行业的需要和经济性,夹具有不同的型号,以及不同档次的精度标准供选择。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, 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,经济适用才有推广的价值。 本设计是结合目前实际生产中,通用夹具不能满足生产要求,而专门设计的一种铣床夹具,主要包括夹具的定位方案,夹紧方案、对刀方案,夹具体与定位键的设计及加工精度等方面的分析。 该夹具具有良好的加工精度,针对性强,主要用于拔叉铣槽工序的加工。本夹具具有夹紧力装置,具备现代机床夹具所要求的高效化和精密化的特点,可以有效的减少工件加工的基本时间和辅助时间,大大提高了劳动生产力,有效地减轻了工人的劳动强度。 关键词 机床夹具,定位,夹 紧 济源职业技术学院毕业设计 录 摘 要 ......................................................................................................... 错误 未定义书签。 前 言 ........................................................................................................................................ V 1 机床夹具概论 ............................................................................................................................. 1 床夹具的现状及发展方向 .............................................................................................. 1 机床夹具的概念及特点 .................................................................................................... 2 机床夹具的组成及分类 .................................................................................................... 3 2 机床夹具的定位分析 ............................................................................................................... 6 .......................................................................................................................... 6 工件的组合定位 ................................................................................................................ 8 分析 .................................................................................................................... 10 3 铣床夹具设计 ........................................................................................................................... 13 ............................................................................................................................ 14 ............................................................................................................................ 18 夹具总图上的尺寸、公差和技术要求 .......................................................................... 18 夹具体与定位键 .............................................................................................................. 19 夹具精度分析 .................................................................................................................. 19 致 谢 ....................................................................................................................................... 21 参考文献 ....................................................................................................................................... 22 济源职业技术学院毕业设计 V 前 言 该设计是为了批量加工车床专用拨叉而专门设计的,是我们完成所学全部专业课程之后,检验我们学生综合能力的重要途径。 毕业设计的主要目的是培养我们综合运用所学的基础理论课 ,技术基础课和专业课的知识和技能来分析,解决一般工程技术问题,使我们建立 正确的设计思想,概念。掌握工程设计的一般程序,规则和方法,为以后的工作打下基础。通过这次设计能进一步巩固和理解自己所学的基础知识,基本理论和基本技能,提高自己的设计、计算、制图以及计算机绘图的能力,把书面知识与实际的操作相结合,设计过程中,同时提高和了解如何编写技术文件,正确使用技术资料手册,相关的工具书,更是培养我们严肃认真,一丝不苟和实事求是的工作作风,从一名学生向一名工程技术人员的过渡。就这个人而言,希望能通过这次设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练,从中锻炼,培养。 我们选择设计的机床夹具, 主要因为机床夹具形状较复杂,能够把以前所学的知识更深一步的分析和学习。在以前的实习中只是简单了解了一些关于机床夹具的知识,所以本次设计是对我们的一次挑战。 由于设计能力有限,实践经验不足,设计中错误难免,敬请批评、指正。 济源职业技术学院毕业设计 1 1 机床夹具概论 床夹具的现状及发展方向 床夹具的现状 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,在多品种生产的企业中,每隔 3~ 4年就要更新 50~80%左右专用夹具,而夹具的实际磨损量仅为 10~ 20%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( 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。 所以,老式的夹具已经不能满足生产需要了,更经济化、高效化的夹具也就慢慢的发展起来。 代机床夹具的发展方向 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。 ( 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 2148~ 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 用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘,其定心精度为 5μ m。 ( 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,以提高劳动生济源职业技术学院毕业设计 2 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/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,其发展过程是必然的。 机床夹具的概念及特点 床夹具的概念 机床夹具是在机械制造过程中,用 来固定加工对象,使之占有正确的位置,以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置,简称为夹具。 在我们实际生产中夹具的作用是将工件定位,以使加工工件获得相对于机床和刀具的正确位置,并把工件可靠地夹紧,以便于对零件的加工。 机床夹具的主要功能 在机床上加工工件的时候,必须用夹具装好夹牢所要加工工件。将工件装好,就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置,这一过程称为定位。将工件夹紧,就是对工件施加作用力,使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧,这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程,称为装夹。机床夹具 的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件装夹情况的好坏,将直接影响工件的加工精度,甚至浪费人力、物力,不仅降低了劳动强度,而且还会大大降低生产效率。 具装夹工件的方法及特点 济源职业技术学院毕业设计 3 找正装夹方法是以工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据,用划针或指示表进行找正,将工件正确定位,然后将工件夹紧,进行加工。这种方法安装方法简单,不需专门设备,但精度不高,生产率低,因此多用于单件、小批量生产。 2. 夹具装夹方法是 靠夹具将工件定位、夹紧,以保证工件相对于刀具、机床的正确位置具有以下特点 1)工件在夹具中的正确定位,是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的。因此,不再需要找正便可将工件夹紧。 2)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,工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置。 3)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。 4)装夹基本上不受工人技术水平的影响,能比较容易和稳定地保证加工精度。 5)装夹迅速、方便,能减轻劳动强度,显著地减少辅助时间 ,提高劳动生产率。 6)能扩大机床的工艺范围。如镗削机体上的阶梯孔,若没有卧式镗床和专用设备,可设计一夹具在车床上加工。 3. 机床夹具的制造特点 ( 1)单件生产、精度高 由于夹具主要是为某一道工序设计的,所以一般都为单件生产。为满足工件加工的精度要求,夹具应具有很高的装配精度,组成夹具的各零部件,尤其是定位元件、引导元件、对刀元件等,其制造精度远高与工件相应的工序精度要求。 ( 2)常用组合加工的方法 组合加工在夹具制造中应用很广,如销与孔的配作,螺钉通过孔和螺纹孔一起加工,以及装 配后按总图要求进行组合加工等。由于夹具装配精度高,若一味依靠夹具组成零件的加工精度来保证,不但会使夹具制造成本很高,有时候甚至无法达到。 所以夹具虽然在生产中起着广泛的作用,但其本身也是一种机械加工产品,所以,它的加工精度要更高一些。所以,设计合理的夹具结构,可以提高生产率、降低夹具制造成本。 机床夹具的组成及分类 床夹具的组成 虽然机床夹具的种类繁多,但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中,作用相同的结构或元件加以概括,可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分,这些组成部分既相互 独立又相互联系。 济源职业技术学院毕业设计 4 1.定位支承元件 定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件,是夹具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。 2.夹紧装置 夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢,并保证在加工过程中工件的正确位置不变。 3.连接定向元件 这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。 4.对刀元件或导向元件 这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件,用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的 元件称为导向元件。 5.其它装置或元件 根据加工需要,有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等,以及标准化了的其它联接元件。 6.夹具体 夹具体是夹具的基体骨架,用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。常用的夹具体为铸件结构、锻造结构、焊接结构和装配结构,形状有回转体形和底座形等形状。上述各组成部分中,定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。 床夹具的分类 机床夹具的种类很多,形状千差万别。为了设计、制造和管理的方便,往往按某一属性进行分类。 1、按夹具的通用特性分类 目前中国常用夹具有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。 ( 1)通用夹具 是指结构、尺寸已规格化,且具有一定通用性的夹具。其优点是适应性强、不需要调整或稍加调整即可装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。这类夹具已商品化。如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头等。采用这类夹具可缩短生产准备周期,减少夹具品种,从而减低生产成本。其缺点是夹具的加工精度不高,生产力较低且较难装夹形状复杂的工件,故适用于单件小批量生产中。 ( 2)专用夹具 是针对某一工 件的某一道工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。特点是针对性强。适用与产品相对稳定、批量较大的生产中,可获得较高的生产率和加工精济源职业技术学院毕业设计 5 度。 ( 3)可调夹具 夹具的某些元件可调整或可更换,已适应多种工件的夹具,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 是由可循环使用的标准夹具零部件(或专用零部件)组装成易于连接和拆卸的夹具。根据被加工零件的工艺要求可以很快地组装成专用夹具,夹具使用完毕,可以方便地拆开。夹具主要应用在单件,中、小批多品种生产和数控加工中,是一种较经济的夹具。 ( 5)自动线夹具 一般分为两种,一种为固定式夹具,它与专用夹具相似;另一种为随行夹具,使用中夹具随工件一起运动,并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。 2、按夹具使用的机床分类 这是专用夹具所用的分类方法。可分为车床、铣床、钻床、镗床、平面磨床、齿轮加工夹具、拉床等夹具。 3.按夹具动力源来分类 按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。为减轻劳动强度和确保安全生产,手动夹具应有扩力机构与自锁性能。常用的机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹 具等。 济源职业技术学院毕业设计 6 2 机床夹具的定位分析 件的定位 件定位的基本原理 1.自由度的概念 由刚体运动学可知,一个自由刚体,在空间有且仅有六个自由度。它在空间的位置是任意的,即它既能沿 个坐标轴移动,称为移动自由度,又能绕 为转动自由度。 2.定位基准的基本概念 在研究和分析工件定位问题时,定位基准的选择是一个关键问题。定位基准就是在加工中用作定位的基准。一般说来,工件的定位基准一旦被选定,则工件的定位方案也基本上被确定。定位方案是否合理,直接关系到 工件的加工精度能否保证。 工件定位时,作为定位基准的点和线,往往由某些具体表面体现出来,这种表面称为定位基面。例如用两顶尖装夹车轴时,轴的两中心孔就是定位基面。但它体现的定位基准则是轴的轴线。 根据定位基准所限制的自由度数,可将其分为 ( 1)主要定位基准面平面设置三个支承点,限制工件的三个自由度,这样的平面称为主要定位基面。一般应选择较大的表面作为主要定位基面。 ( 2)导向定位基准面平面设置两个支承点,限制了工件的两个自由度,这样的平面或圆柱面称为主要定位基面。该基准面应选取工件上窄长的表面,而且两支 承点间的距离应尽量远些,以保证其限制精度。 ( 3)双导向定位基准面 限制工件四个自由度的圆柱面,称为双导向定位基准面。 ( 4)双支承定位基准面 限制工件两个移动自由度的圆柱面,称为双支承定位基准面。 ( 5)止推定位基准面限制工件一个移动自由度的表面,称为止推定位基准面。平面上只设置了一个支承点,它只限制了工件沿 加工过程中,工件有时要承受切削力和冲击力等,可以选取工件上窄小且与切削力方向相对的表面作为止推定位基准面。 ( 6)防转定位基准面限制工件一个转动自由度的表面,称为防转定位基 准面。如轴的通槽侧面设置一个防转销,它限制了工件沿 小了工件的角度定位误差。防济源职业技术学院毕业设计 7 转支承点距离工件安装后的回转轴线应尽量远些。 用定位元件及选用 工件在夹具中要想获得正确定位,首先应正确选择定位基准,其次是选择合适的定位元件。工件定位时,工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副,以实现工件的六点定位。 1.对定位元件的基本要求 ( 1)限位基面应有足够的精度。定位元件具有足够的精度,才能保证工件的定位精度。 ( 2)限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨 擦,容易磨损,为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好,以保持夹具的使用寿命和定位精度。 ( 3)支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中,受工件重力、夹紧力和切削力的作用,因此要求定位元件应有足够的刚度和强度,避免使用中变形和损坏。 ( 4)定位元件应有较好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理,便于制造、装配和更换。 ( 5)定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑,以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。 2.常用定位元件所能限制的自由度 定位元件可按工件典型定位基准面 分为以下几类 ( 1)用于平面定位的定位元件 包括固定支承(钉支承和板支承),自位支承,可调支承和辅助支承。 ( 2)用于外圆柱面定位的定位元件 包括 位套和半圆定位座等。 ( 3)用于孔定位的定位元件 包括定位销(圆柱定位销和圆锥定位销),圆柱心轴和小锥度心轴。 3.常用定位元件的选用 定位元件选用时,应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。 ( 1)工件以平面定位 1)以面积较小的已经加工的基准平面定位时,选用平头支承钉,以基准面粗糙不平或毛坯面定位时,选用圆头支承钉,侧面定位时 ,可选用网状支承钉 。 2)以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时,选用支承板定位元件,用于侧面定位时,可选用不带斜槽的支承板,通常尽可能选用带斜槽的支承板,以利清除切屑。 3)以毛坯面,阶梯平面和环形平面作基准平面定位时,选用自位支承作定位元件。但须济源职业技术学院毕业设计 8 注意,自位支承虽有两个或三个支承点,由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。 4)以毛坯面作为基准平面,调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承作定位元件。 5)当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时,可选用辅助支承作辅助定位元件,但须注意 ,辅助支承不起限制工件自由度的作用,且每次加工均需重新调整支承点高度,支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。 ( 2)工件以外圆柱定位 1)当工件的对称度要求较高时,可选用 0、90、 120三种,其中应用最多的是 90 90 用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。 V 形块结构有多种形式,有的 V 形块适用于较长的加工过的圆柱面定位;有的 的 种 V 形块底座采用铸件, V 形面采用淬火钢件, V 形块是由两者镶合而成。 2)当工件定位圆柱面精度较高时(一般不低于 可选用定位套或半圆形定位座定位。大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件,可选用半圆定位座, ( 3)工件以内孔定位 1)工件上定位内孔较小时,常选用定位销作定位元件。圆柱定位销的结构和尺寸标准化,不同直径的定位销有其相应的结构形式,可根据工件定位内孔的直径选用。当工件圆柱孔用孔端边缘定位时,需选用圆锥定位销。当工件圆孔端边缘形状精度较差时,选用圆锥定位销;当工件需平面和圆孔端边缘同时定 位时,选用浮动锥销。 2)在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中,大都选用心轴定位,为了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜,当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高时,常以孔和端面联合定位。因此,这类心轴通常是带台阶定位面的心轴,当工件以内花键为定位基准时,可选用外花键轴,当内孔带有花键槽时,可在圆柱心轴上设置键槽配装键块;当工件内孔精度很高,而加工时工件力矩很小时,可选用小锥度心轴定位。 工件的组合定位 件组合定位应注意的问题 工件常以平面、外圆柱面、内圆柱面、圆锥面等的各种组合,工件 组合定位时,应注意的几个关键性问题。 1.合理选择定位元件,实现工件的完全定位或不完全定位。 济源职业技术学院毕业设计 9 2.按基准重合原则选择定位基准。 3.组合定位中,一些定位元件单独使用时限制沿坐标方向的自由度,而在组合定位时则转化为限制绕坐标轴方向的自由度。 4.从多种定位方案中选择定位元件时,应特别注意定位元件所限制的自由度与加工精度关系,以满足加工要求。 因工件在夹具上定位时,定位基准发生位移、定位基准与工序基准不重合产生定位误差。基准位移误差和基准不重合误差分别独立、互不相干,它们都使工序基准位置产生变动。定位误差包括 基准位移误差和基准不重合误差。当无基准位移误差时,Δ Y0;当定位基准与工序基准重合时,Δ B0;若两项误差都没有,则Δ D0。分析和计算定位误差的目的,是为了对定位方案能否保证加工要求,有一个明确的定量概念,以便对不同定位方案进行分析比较,同时也是在决定定位方案时的一个重要依据。 合表面定位及其误差分析 以上常见定位方式,多为以单一表面作为定位基准,但在实际生产中,通常都以工件上的两个或两个以上的几何表面作为定位基准,即采用组合定位方式。 组合定位方式很多,常见的组合方式一个孔及其端面,一根 轴及其端面,一个平面及其上的两个圆孔。生产中最常用的就是“一面两孔”定位,如加工箱体、杠杆、盖板支架类零件。采用“一面两孔”定位,容易做到工艺过程中的基准统一,保证工件的相对位置精度。 工件采用“一面两孔”定位时,两孔可以是工件结构上原有的,也可以是定位需要专门设计的工艺孔。相应的定位元件是支承板和两定位销。当两孔的定位方式都选用短圆柱销时,支承板限制工件三个自由度;两短圆柱销分别限制工件的两个自由度;有一个自由度被两短圆柱销重复限制,产生过定位现象,严重时会发生工件不能安装的现象。因此,必须正确处理过定位 ,并控制各定位元件对定位误差的综合影响。为使工件能方便地安装到两短圆柱销上,可把一个短圆柱销改为菱形销,采用一圆柱销、一菱形销和一支承板的定位方式,这样可以消除过定位现象,提高定位精度,有利于保证加工质量。 菱形销,应用较广,其尺寸见下表 1。 济源职业技术学院毕业设计 10 表 菱形销的尺寸 d 3~ 6 6~ 8 8~ 20 20~ 24 24~ 30 30~ 40 40~ 50 B 2 3 3 3 4 5 b 2 3 4 5 5 6 8 位误差分析 六点定位原则解决了消除工件自由度的问题,即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。但是,由于一批工件逐个在夹具中定位时,各个工件所占据的位置不完全一致,即出现工件位置定得“准与不准”的问题。如果工件在夹具中所占据的位置不准确,加工后各工件的加工尺寸必然大小不一,形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差,用Δ 在工件的加工过程中,产生误差的因素很多,定位误差仅是加工误差的一部分,为了保证加工精度,一般限定定位误差不超过工件加工公差 T 的 1/5~ 1/3,即 Δ D≤ 1/5~ 1/3T 式中 Δ D──定位误差,单位为 T ──工件的加工误差,单位为 一、定位误差产生的原因 工件逐个在夹具中定位时,各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合,而基准不重合又分为两种情况一是定位基准与限位基准不重合,产生的基准位移误差;二是定位基准与工序基准不重合,产生的基准不重合误差。 1.基准位移误差Δ Y 由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量,称为 基准位移误差,用Δ Y 表示。不同的定位方式,基准位移误差的计算方式也不同。 如果工件内孔直径与心轴外圆直径做成完全一致,作无间隙配合,即孔的中心线与轴的中心线位置重合,则不存在因定位引起的误差。但实际上,如图所示,心轴和工件内孔都有制造误差。于是工件套在心轴上必然会有间隙,孔的中心线与轴的中心线位置不重合,导致这批工件的加工尺寸 变动量即为最大配合间隙。可按下式计算 Δ Y 1/2 1/2(δ D δ d) 济源职业技术学院毕业设计 11 式中 Δ Y──基准位移误差单位为 孔的最大直径单位为 轴的最小直径单位为 δ D ──工件孔的最大直径公差,单位为 δ d──圆柱心轴和圆柱定位销的直径公差,单位为 基准位移误差的方向是任意的。减小定位配合间隙,即可减小基准位移误差Δ Y 值,以提高定位精度。 2.基准不重合误差Δ B 加工尺寸的基准是外圆柱面的母线时,定位基准是工件圆柱孔的中心线。这种由于工序基准与定位基准 不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量,称为基准不重合误差,用Δ B 表示。此时除定位基准位移误差外,还有基准不重合误差。 误差计算 Δ B 基准不重合误差 δ i 定位基准与工序基准之间的尺寸链 1 组成环公差 β δ ( 2)基准位移误差Δ Y 由于定位基准的误差或支承点的误差而造成的定位基准位移,即工件实际位置对确定位置理想要素的误差,称 为基准位移误差,以Δ 常见的定位方式中基准位移误差 1)用圆柱定位销、圆柱心轴中心定位 计算式Δ Y= Dδ 位心轴较短) 工件定位后最大配合间隙 δ D 工件定位基准孔的直径公差 δ 圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差 定位所需最小间隙,由设计而定 注意基准位移误差的方向是任意的。 当工件用长定位心轴定位时,需考虑平行度要求 计算式Δ Y= δ Dδ d1 加工面长度 济源职业技术学院毕业设计 12 定位孔长度 2)定位套定位 计算式Δ Y= d 定位套的孔径公差 δ d 工件定位外圆的直径公差 注意基准位移误差的方向是任意的。 3)平面支承定位 平面支承定位的位移误差较容易计算,当忽略支承误差且定位基准制作精度较高时,工序尺寸的基准位移误差视为零。 4) 若不计 有工件基准面的圆度误差时,工件的定位中心会发生偏移即 生基准位移误差。 即Δ Y= 对于 90 = d 3.定位误差的合成 定位误差是两误差的合成即Δ DΔ BΔ Y 在圆柱间隙配合定位和 基准不重合误差和位移误差都存在时,定位误差的合成需判断“+”、“-”号。 例如 Δ B=δ d/ 2 当Δ 的变动方向相同时Δ D=Δ B+Δ Y=δ d/ 2Δ Y 当Δ 的变动方向相反时Δ D=Δ B-Δ Y=δ d/ 2-Δ Y 济源职业技术学院毕业设计 13 3 铣床夹具设计 示拔叉零件,要求设计铣槽工序用的铣床夹具。根据工艺规程,在铣槽之前其它各表面均已加工好,本工序的加工要求是槽宽 18深 10的中心平面与Ф 27轴线的垂直度公差为 侧面与 E 面的距离 13 底面与 B 面平行。 图 叉零件图 济源职业技术学院毕业设计 14 位方案 点定位原理 当工件在不受任何条件约束时,其位置是任意的不确定的。设工件为一理想的钢体,并以一个空间直角坐标作为参照来观察钢体的位置变动。由理论力学可知,在空间处于自由状态的钢体,具有六个自由度,即沿着 X、 Y、 个自由度是工件在空间位置不确定的最高程度。定位的任务,就是要限制工件的自由度。在夹具中,用分别适当的 与工件接触的六个支撑点,来限制工件六个自由度的原理,称为六点定位原理。 用定位原理的几种情况 ( 1)完全定位 工件的六个自由度全部被限制,它在夹具中只有唯一的位置,称为完全定位。 ( 2)部分定位 工件定位时,并非所有情况下都必须使工件完全定位。在满足加工要求的条件下,少于六个支撑点的定位称为部分定位。 在满足加工要求的前提下,采用部分定位可简化定位装置,在生产中应用很多。如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。 ( 3)过定位(重复定位) 几个定位支撑点重复限制一个自由度,称为过定位。 I、一般情况下,应该避免使用过定位。 通常,过定位的结果将使工件的定位精度受到影响,定位不确定可使工件(或定位件)产生变形,所以在一般情况下,过定位是应该避免的。 定位亦可合理应用 虽然工件在夹具中定位,通常要避免产生“过定位”,但是在某些条件下,合理地采用“过定位”,反而可以获得良好的效果。这对刚性弱而精度高的航空、仪表类工件更为显著。 工件本身刚性和支承刚性的加强,是提高加工质量和生产率的有效措施,生产中常有应用。大家都熟知车削 长轴时的安装情况,长轴工件的一端装入三爪卡盘中,另一端用尾架尖支撑。这就是个“过定位”的定位方式。只要事先能对工件上诸定位基准和机床(夹济源职业技术学院毕业设计 15 具)有关的形位误差从严控制,过定位的弊端就可以免除。由于工件的支撑刚性得以加强,尾架的扶持有助于实现稳定,可靠的定位,所以工件安装方便,加工质量和效率也大为提高。 定要限制的自由度 按照加工要求,铣通槽时应限制五个自由度,即沿 x 轴移动的自由度不需要限制,但若在此方向设置一止推支撑,则可起到承受部分铣削力的作用,故可采用完全定位。 位方案选择 如图 3三种定位方案可供选择 方案 I工件以 E 面作为主要定位面,用支承板 1 和短销 2(与工件Ф 27配合)限制工件五个自由度,另设置一防转挡销实现六点定位。为了提高工件的装夹刚度,在 图( a)所示。 方案 件以Ф 27长销 3和支承钉 4 限制工件五个自由度,另设置一防转挡销实现六点定位。在 图( b)所示。 方案 件以Ф 27作 为主要定位基面,用长销 3 和长条支承板 5 限制两个自由度,限制工件六个自由度,其中绕 设置一防挡销。在 图( c)所示。 1- 支撑板 2比较以上三种方案,方案 I 中工件绕 x 轴转动的自由度由 E 面限制,定位基准与设计基准不重合,不利于 保证槽的中心平面与Ф 27轴线的垂直度。方案 虽然定位基济源职业技术学院毕业设计 16 准与设计基准重合,槽的中心平面与Ф 27这种定位方式不利于工件的夹紧。由于辅助支承是在工件夹紧后才起作用,而施加夹紧力 P 时,支承钉 4的面积太小,工件极易歪斜变形,夹紧也不可靠。方案 若在工件加工工艺方案中,安排Ф 27与 E 面在一次装夹中加工,使Ф 27与 E 面有较高的垂直度,则过定位的影响甚小。在对工件施加夹紧力 件的 变形也很小,且定位基准与设计基准重合。综上所述,方案 对于防转挡销位置的设置,也是三种不同的方案,如图 3示。当挡销放在位置 1时,由于 B 面与Ф 27的距离较近( 250 尺寸公差又大,定位精度低。挡销放在位置 2时,虽然距Ф 27轴线较远,但由于工件定位是毛面,因而定位精度也较低。而当挡销放在位置 3时,距Ф 27件定位面的精度较高(Ф 55定位精度较高,且能承受切削力所引起的转矩。因此,防转挡销应放在位置 3 较好。 a 图 销的位置 济源职业技术学院毕业设计 17 算定位误差 除槽宽 18铣刀保证外,本夹具要保证槽侧面与 E 面的距离及槽的中心平面与Ф27它要求未注公差,因此只需计算上述两项加工要求的定位误差。 ( 1)加工尺寸 13 定位误差 采用图 3c)所示定位方案时, E 面既是工序基准,又是定位基准,故基准不重合误差为零。又由于 基准位移误差为零。因此,加工尺寸 13 ( 2)槽的中心平面与Ф 27 长销与工件的配合是Ф 27H7 则 Ф 27 Ф 27 27 ( 由于定位基准与设计基准重合,故基准不重合误差为零。基准位移误差的分析如图 3工件孔轴线定位销轴线孔与销的配合图 准位移误差分析 基准位移误差 △ y2*10a2*10* 由于定位误差△ D△ y ( 故此定位方案可行 。 济源职业技术学院毕业设计 18 紧方案 根据夹紧力的方向、作用点确定工件的夹紧方式。夹紧装置的设计,实质上是根据所确定的夹紧方式,选择杠杆、螺旋、偏心等夹紧装置。 根据工件夹紧的原则,除在图 c)中施加夹紧力外,还应在靠近加工面处增加一夹紧力,如图 螺母与开口垫圈夹压在工件圆柱的左端面,而对着支撑板的夹紧机构可采用钩形压板,使结构紧凑,操作方便。 图 紧方案 夹具总图上的尺寸、公差和技术要求 下面以拨叉铣槽夹具(装配图)为例给予说明。 ( 1)夹具最大轮廓尺寸为 234210250 ( 2)影响工件定位精度的尺寸和公差为工件内孔与长销 10 的配合尺寸为Ф 27H7 挡销的位置尺寸为 6 07 ( 3)影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差为定位键与铣床工作台 T 形槽的配合尺寸 14 ( 4)影响夹具精度的尺寸和公差为定位长销 10的轴心线对定位键侧面 位长销 10 的轴心线对夹具底面 A 的平行度为 刀块的位置尺寸为11 3 本例中,塞尺厚度为 2以对刀块水平方向的位置尺寸为 济源职业技术学院毕业设计 19 a131( (基本尺寸) 对刀块垂直方向的位置尺寸为 b253( 基本尺寸) 对刀块位置尺寸的公差取工件相应尺寸公差的 2/1~ 1/5。因此 a11 b13 5)影响 对刀精度的尺寸和公差;塞尺的厚度尺寸 22 夹具体与定位键 为保证工件在工作台上安装稳定,应按照夹具体的高宽比不大于 原则确定其宽度,并在两端设置耳座,以便固定。 为了使夹具在机床工作台的位置准确及保证槽的中心平面与Ф 27轴线垂直度要求,夹具体底面应设置定位键,定位键的侧面应与长销的轴心线垂直。 夹具精度分析 为使夹具能满足工序要求,在夹具技术要求指定以后,还必须对夹具进行精度分析。以衡量能否保证加工工件的工序要求,从而判断所拟定的方案是否可行。同 时通过夹具精度分析与计算,还可以发现所设计方案中的薄弱环节,以便进一步修改方案和采取相应的改进措施。若工序某项精度不能被保证时,还需要夹具的有关技术要求作适当调整。 在机床上使用夹具加工一批工件时,影响工件加工精度的误差因素有 ( 1) 对刀或导向误差△ T ( 2) 安装误差△ C ( 3) 定位误差△ D 按夹具的误差分析一章中的分析方法,下面对本例中的工序要求逐项分析; ( 1)槽宽尺寸 18项要求由刀具精度保证,与夹具精度无关; ( 2)槽侧面到 3 此项要求有影响的是对刀块侧面到定位板间的尺寸 11 2 上述两项误差之和△ D△ G△ A△ J△ T 0.4因此,尺寸 13 保证; ( 3)槽深 10于工件在 Z 方向的位置由定位销确定,而该尺寸的设计基准为 此有定位误差,其中△ B0.2 △ y(& d& D) /2( & d 为销公差,& D 为工件公差)。济源职业技术学院毕业设计 20 △ D△ B△ y外,塞尺尺寸( 2对刀块水平面到定位销的尺寸( 13对槽深尺寸有影响, △ T J、△ G、△ A 都对槽深无影响,因此 △ D△ G△ A△ J△ T 尺寸 10的公差(按 尺寸 10 ( 4)槽的中心平面与Ф 27响该项要求的因素有 1)定位误差△ D△ y 2)加工方法误差△ G 3)夹具定位心轴 17 的轴线与夹具底面 A 的平行度公差 装配图),即△A)定位心轴 17的轴线对定位侧面 △ B△ J△ 于这些误差不在同一方向,因此,槽中心平面最大位置误差在 面上为 两项都小于垂直度公差 该项要求能保证。 济源职业技术学院毕业设计 21 致 谢 首先,感谢我的指导老师孙海燕老师,在这次毕业设计中,我遇到了很多困难,每次向孙海燕老师请教,她都很耐心的一一帮我解决,每次帮我解决问题都到很晚。孙海燕 老师细心指导,豪爽的性格,给我留下了深刻的印象,使我对这次毕业设计充满信心。在她的帮助下,我努力完成了铣槽夹具的设计,在这里,我再次感谢孙海燕老师对我一丝不苟的指导,同时感谢传授我知识的恩师们。 然后感谢我的父母,是他们让我有了上大学的机会,是他们一直在默默的支持着我。 感谢我的同学们,在大学三年里,在困难时,我的同学无私的帮助,使我铭记于心。 在这次毕业设计的过程中确实使我学到了不少专业知识。毕业设计是让我们在指导老师的指导下自己去设计自己感兴趣的题目,用八周时间去研究、设计。与以往的课程设计不同的是毕业 设计综合了我们大学三年所学的大部分专业课程,使我们所学知识得到更进一步的升华。许多新知识也是在这次设计中学到的,这次设计挖掘了我们的潜能,锻炼了我们的组织能力。 大学的最后一次学习,我的宗旨是快乐的学习,学习中享受快乐。 祝老师同学们事业有成,万事如意。 济源职业技术学院毕业设计 22 参考文献 [1] 王光斗 机床夹具设计手册 海科学技术出版社, 1988年 [2] 杨黎明 国防工业出版社, 1994年 [3] 韩洪涛等 化学出版社, 2002 年 [4] 薛源顺等 机械工业出版社 , 1995年 [5] 戴陆武等 西北工业大学出版社, 1989年 [6] 李华 北京机械工业出版社, 1996年 [7] 刘文剑 订版 龙江出版社, 2000年 [8] 王季琨 ,沈中伟,刘锡珍 天津天津大学出版社, 1998年 [9] 刘守勇 北京机械工业出版社, 2001年

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