拖拉机半轴壳铣床夹具设计【三维PROE】【含12张CAD图纸】【GJ系列】

喜欢就充值下载吧。资源目录里展示的全都有，下载后全都有，所见即所得，CAD图纸均为高清图可自行编辑，文档WORD都可以自己编辑的哦，有疑问咨询QQ:1064457796,课题后的【XX系列】为整理分类用，与内容无关，请忽视 夹具夹紧力的优化及对工件定位精度的影响B.Li 和 S.N.Mellkote布什伍德拉夫机械工程学院，佐治亚理工学院，格鲁吉亚，美国研究所由于夹紧和加工，在工件和夹具的接触部位会产生局部弹性变形，使工件尺寸发生变化，进而影响工件的最终加工质量。这种效应可通过最小化夹具设计优化，夹紧力是一个重要的设计变量，可以得到优化，以减少工件的位移。本文提出了一种确定多夹紧夹具受到准静态加工部位的最佳夹紧力的新方法。该方法采用弹性接触力学模型代表夹具与工件接触，并涉及制定和解决方案的多目标优化模型的约束。夹紧力的最优化对工件定位精度的影响通过3-2-1式铣夹具的例子进行了分析。关键词：弹性 接触 模型 夹具 夹紧力 优化 前言 定位和夹紧的工件加工中的两个关键因素。要实现夹具的这些功能，需将工件定位到一个合适的基准上并夹紧，采用的夹紧力必须足够大，以抑制工件在加工过程中产生的移动。然而，过度的夹紧力可诱导工件产生更大的弹性变形 ，这会影响它的位置精度，并反过来影响零件质量。所以有必要确定最佳夹紧力，来减小由于弹性变形对工件的定位误差，同时满足加工的要求。在夹具分析和综合领域上的研究人员使用了有限元模型的方法或刚体模型的方法。大量的工作都以有限元方法为基础被报道参考文献1-8。随着得墨忒耳8，这种方法的限制是需要较大的模型和计算成本。同时，多数的有限元基础研究人员一直重点关注的夹具布局优化和夹紧力的优化还没有得到充分讨论，也有少数的研究人员通过对刚性模型9-11对夹紧力进行了优化，刚型模型几乎被近似为一个规则完整的形状。得墨忒耳12，13用螺钉理论解决的最低夹紧力，总的问题是制定一个线性规划，其目的是尽量减少在每个定位点调整夹紧力强度的法线接触力。接触摩擦力的影响被忽视，因为它较法线接触力相对较小，由于这种方法是基于刚体假设，独特的三维夹具可以处理超过6个自由度的装夹，复和倪14也提出迭代搜索方法，通过假设已知摩擦力的方向来推导计算最小夹紧力，该刚体分析的主要限制因素是当出现六个以上的接触力是使其静力不确定，因此，这种方法无法确定工件移位的唯一性。 这种限制可以通过计算夹具工件系统15的弹性来克服，对于一个相对严格的工件，该夹具在机械加工工件的位置会受夹具点的局部弹性变形的强烈影响。Hockenberger和得墨忒耳16使用经验的接触力变形的关系（称为元功能），解决由于夹紧和准静态加工力工件刚体位移。同一作者还考察了加工工件夹具位移对设计参数的影响17。桂 18 等 通过工件的夹紧力的优化定位精度弹性接触模型对报告做了改善，然而，他们没有处理计算夹具与工件的接触刚度的方法，此外，其算法的应用没有讨论机械加工刀具路径负载有限序列。李和Melkote 19和乌尔塔多和Melkote 20用接触力学解决由于在加载夹具夹紧点弹性变形产生的接触力和工件的位移，他们还使用此方法制定了优化方法夹具布局21和夹紧力22。但是，关于multiclamp系统及其对工件精度影响的夹紧力的优化并没有在这些文件中提到 。本文提出了一种新的算法，确定了multiclamp夹具工件系统受到准静态加载的最佳夹紧力为基础的弹性方法。该法旨在尽量减少影响由于工件夹紧位移和加工荷载通过系统优化夹紧力的一部分定位精度。接触力学模型，用于确定接触力和位移，然后再用做夹紧力优化，这个问题被作为多目标约束优化问题提出和解决。通过两个例子分析工件夹紧力的优化对定位精度的影响，例子涉及的铣削夹具3-2-1布局。1 夹具工件联系模型 11 模型假设该加工夹具由L定位器和带有球形端的c形夹组成。工件和夹具接触的地方是线性的弹性接触，其他地方完全刚性。工件夹具系统由于夹紧和加工受到准静态负载。夹紧力可假定为在加工过程中保持不变，这个假设是有效的，在对液压或气动夹具使用。在实际中，夹具工件接触区域是弹性分布，然而，这种模式的发展，假设总触刚度（见图1）第i夹具接触力局部变形如下： (1) 其中（j=x，y，z）表示，在当地子坐标系切线和法线方向的接触刚度第 19 页 共 15 页图1 弹簧夹具工件接触模型。 表示在第i个接触处的坐标系（j=x，y，z）是对应沿着xyz方向的弹性变形，分别 （j= x，y，z）的代表和切向力接触 ，法线力接触。12 工件夹具的接触刚度模型集中遵守一个球形尖端定位，夹具和工件的接触并不是线性的，因为接触半径与随法线力呈非线性变化 23。由于法线力接触变形作用于半径和平面工件表面之间，这可从封闭赫兹的办法解决缩进一个球体弹性半空间的问题。对于这个问题， 是法线的变形，在文献23 第93页中给出如下： （2）其中式中 和是工件和夹具的弹性模量，、分别是工件和材料的泊松比。切向变形沿着和切线方向）硅业切力距有以下形式文献23第217页 （3）其中、 分别是工件和夹具剪切模量一个合理的接触刚度的线性可以近似从最小二乘获得适合式 （2），这就产生了以下线性化接触刚度值：在计算上述的线性近似， （4） (5)正常的力被假定为从0到1000N，且最小二乘拟合相应的R2值认定是0.94。2夹紧力优化 我们的目标是确定最优夹紧力，将尽量减少由于工件刚体运动过程中，局部的夹紧和加工负荷引起的弹性变形，同时保持在准静态加工过程中夹具工件系统平衡，工件的位移减少，从而减少定位误差。实现这个目标是通过制定一个多目标约束优化问题的问题，如下描述。2.1 目标函数配方工件旋转，由于部队轮换往往是相当小17的工件定位误差假设为确定其刚体翻译基本上，其中 、和 是 沿，和三个正交组件（见图2）。图2 工件刚体平移和旋转工件的定位误差归于装夹力，然后可以在该刚体位移的范数计算如下： （6）其中表示一个向量二级标准。 但是作用在工件的夹紧力会影响定位误差。当多个夹紧力作用于工件，由此产生的夹紧力为,有如下形式： （7）其中夹紧力是矢量，夹紧力的方向矩阵，是夹紧力是矢量的方向余弦，、和 是第i个夹紧点夹紧力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3.,C）。在这个文件中，由于接触区变形造成的工件的定位误差，被假定为受的作用力是法线的，接触的摩擦力相对较小，并在进行分析时忽略了加紧力对工件的定位误差的影响。意指正常接触刚度比，是通过（i=1，2L）和最小的所有定位器正常刚度相乘，并假设工件、取决于、的方向，各自的等效接触刚度可有下式计算得出（见图3），工件刚体运动，归于夹紧行动现在可以写成： (8)工件有位移，因此，定位误差的减小可以通过尽量减少产生的夹紧力向量 范数。因此，第一个目标函数可以写为：最小化 （9）要注意，加权因素是与等效接触刚度成正比的在、和 方向上。通过使用最低总能量互补参考文献15，23的原则求解弹性力学接触问题得出A的组成部分是唯一确定的，这保证了夹紧力和相应的定位反应是“真正的”解决方案，对接触问题和产生的“真正”刚体位移，而且工件保持在静态平衡，通过夹紧力的随时调整。因此，总能量最小化的形式为补充的夹紧力优化的第二个目标函数，并给出：最小化 （10）其中代表机构的弹性变形应变能互补，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守对角矩阵的， 和是所有接触力的载体。如图3 加权系数计算确定的基础内蒙古科技大学本科生毕业设计（外文翻译）2.2 摩擦和静态平衡约束在（10）式优化的目标受到一定的限制和约束，他们中最重要的是在每个接触处的静摩擦力约束。库仑摩擦力的法律规定（是静态摩擦系数）,这方面的一个非线性约束和线性化版本可以使用，并且19有： （11）假设准静态载荷，工件的静力平衡由下列力和力矩平衡方程确保（向量形式）： (12)其中包括在法线和切线方向的力和力矩的机械加工力和工件重量。2.3界接触力由于夹具工件接触是单侧面的，法线的接触力只能被压缩。这通过以下的的约束表（i=1，2,L+C） （13）它假设在工件上的法线力是确定的，此外，在一个法线的接触压力不能超过压工件材料的屈服强度（）。这个约束可写为： （i=1，2，,L+C） (14) 如果是在第i个工件夹具的接触处的接触面积，完整的夹紧力优化模型，可以写成：最小化 (15)3模型算法求解式（15）多目标优化问题可以通过求解约束24。这种方法将确定的目标作为首要职能之一，并将其转换成一个约束对。该补充（）的主要目的是处理功能，并由此得到夹紧力（）作为约束的加权范数最小化。对为主要目标的选择，确保选中一套独特可行的夹紧力，因此，工件夹具系统驱动到一个稳定的状态（即最低能量状态），此状态也表示有最小的夹紧力下的加权范数。 的约束转换涉及到一个指定的加权范数小于或等于，其中是 的约束，假设最初所有夹紧力不明确，要确定一个合适的。在定位和夹紧点的接触力的计算只考虑第一个目标函数（即）。虽然有这样的接触力，并不一定产生最低的夹紧力，这是一个“真正的”可行的解决弹性力学问题办法，可完全抑制工件在夹具中的位置。这些夹紧力的加权系数，通过计算并作为初始值与比较，因此，夹紧力式（15）的优化问题可改写为: 最小化 （16）由： (11)(14) 得。类似的算法寻找一个方程根的二分法来确定最低的上的约束, 通过尽可能降低上限，由此产生的最小夹紧力的加权范数。 迭代次数K，终止搜索取决于所需的预测精度和，有参考文献15： （17）其中表示上限的功能，完整的算法在如图4中给出。 图4 夹紧力的优化算法（在示例1中使用）。图5 该算法在示例2使用4 加工过程中的夹紧力的优化及测定上一节介绍的算法可用于确定单负载作用于工件的载体的最佳夹紧力，然而，刀具路径随磨削量和切割点的不断变化而变化。因此，相应的夹紧力和最佳的加工负荷获得将由图4算法获得，这大大增加了计算负担，并要求为选择的夹紧力提供标准， 将获得满意和适宜的整个刀具轨迹 ，用保守的办法来解决下面将被讨论的问题，考虑一个有限的数目（例如m）沿相应的刀具路径设置的产生m个最佳夹紧力，选择记为， ， ,在每个采样点，考虑以下四个最坏加工负荷向量： (18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的数字1，2，3分别代替对应的和另外两个正交切削分力，而且有：虽然4个最坏情况加工负荷向量不会在工件加工的同一时刻出现，但在每次常规的进给速度中，刀具旋转一次出现一次，负载向量引入的误差可忽略。因此，在这项工作中，四个载体负载适用于同一位置，（但不是同时）对工件进行的采样 ，夹紧力的优化算法图4，对应于每个采样点计算最佳的夹紧力。夹紧力的最佳形式有： (i=1,2,m) (j=x,y z,r) (19)其中是最佳夹紧力的四个情况下的加工负荷载体，(C=1，2，C)是每个相应的夹具在第i个样本点和第j负荷情况下力的大小。是计算每个负载点之后的结果，一套简单的“最佳”夹紧力必须从所有的样本点和装载条件里发现，并在所有的最佳夹紧力中选择。这是通过在所有负载情况和采样点排序，并选择夹紧点的最高值的最佳的夹紧力，见于式 （20）： （k=1，2，C） （20）只要这些具备，就得到一套优化的夹紧力，验证这些力，以确保工件夹具系统的静态平衡。否则，会出现更多采样点和重复上述程序。在这种方式中，可为整个刀具路径确定“最佳”夹紧力 ，图5总结了刚才所描述的算法。请注意，虽然这种方法是保守的，它提供了一个确定的夹紧力，最大限度地减少工件的定位误差的一套系统方法。5影响工件的定位精度它的兴趣在于最早提出了评价夹紧力的算法对工件的定位精度的影响。工件首先放在与夹具接触的基板上，然后夹紧力使工件接触到夹具，因此，局部变形发生在每个工件夹具接触处，使工件在夹具上移位和旋转。随后，准静态加工负荷应用造成工件在夹具的移位。工件刚体运动的定义是由它在、和方向上的移位和自转（见图2），如前所述，工件刚体位移产生于在每个夹紧处的局部变形，假设为相对于工件的质量中心的第i个位置矢量定位点，坐标变换定理可以用来表达在工件的位移，以及工件自转如下: (21)其中表示旋转矩阵,描述当地在第i帧相联系的全球坐标系和是一个旋转矩阵确定工件相对于全球的坐标系的定位坐标系。假设夹具夹紧工件旋转，由于旋转很小，故也可近似为： （22） 方程（21）现在可以改写为： （23）其中是经方程（21）重新编排后变换得到的矩阵式，是夹紧和加工导致的工件刚体运动矢量。工件与夹具单方面接触性质意味着工件与夹具接触处没有拉力的可能。因此，在第i装夹点接触力可能与的关系如下： （24）其中是在第i个接触点由于夹紧和加工负荷造成的变形，意味着净压缩变形，而负数则代表拉伸变形; 是表示在本地坐标系第i个接触刚度矩阵，是单位向量. 在这项研究中假定液压/气动夹具，根据对外加工负荷，故在法线方向的夹紧力的强度保持不变，因此，必须对方程（24）的夹紧点进行修改为： （25）其中是在第i个夹紧点的夹紧力，让表示一个对外加工力量和载体的61矢量。并结合方程（23）（25）与静态平衡方程，得到下面的方程组： （26）其中，其中表示相乘。由于夹紧和加工工件刚体移动，q可通过求解式（26）得到。工件的定位误差向量， （见图6），现在可以计算如下： （27） 其中是考虑工件中心加工点的位置向量，且 6模拟工作 较早前提出的算法是用来确定最佳夹紧力及其对两例工件精度的影响例如：1适用于工件单点力。2应用于工件负载准静态铣削序列 如左图7 工件夹具配置中使用的模拟研究 工件夹具定位联系; 、和全球坐标系。 3-2-1夹具图7所示，是用来定位并控制7075 - T6铝合金（127毫米127毫米38.1毫米）的柱状块。假定为球形布局倾斜硬钢定位器/夹具在表1中给出。工件夹具材料的摩擦静电对系数为0.25。使用伊利诺伊大学开发EMSIM程序参考文献26 对加工瞬时铣削力条件进行了计算，如表2给出例（1），应用工件在点（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬时加工力，图4中表3和表4列出了初级夹紧力和最佳夹紧力的算法 。该算法如图5所示 ，一个25.4毫米铣槽使用EMSIM进行了数值模拟，以减少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和结束时（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四种情况下加工负荷载体，（见图8）。模拟计算铣削力数据在表5中给出。图8最终铣削过程模拟例如2。表6中5个坐标列出了为模拟抽样调查点。最佳夹紧力是用前面讨论过的排序算法计算每个采样点和负载载体最后的夹紧力和负载。7结果与讨论例如算法1的绘制最佳夹紧力收敛图9，图9对于固定夹紧装置在图示例假设（见图7），由此得到的夹紧力加权范数有如下形式：.结果表明，最佳夹紧力所述加工条件下有比初步夹紧力强度低得多的加权范数，最初的夹紧力是通过减少工件的夹具系统补充能量算法获得。由于夹紧力和负载造成的工件的定位误差，如表7。结果表明工件旋转小，加工点减少错误从13.1到14.6不等。在这种情况下，所有加工条件改善不是很大，因为从最初通过互补势能确定的最小化的夹紧力值已接近最佳夹紧力。图5算法是用第二例在一个序列应用于铣削负载到工件，他应用于工件铣削负载一个序列。最佳的夹紧力，对应列表6每个样本点，随着最后的最佳夹紧力，在每个采样点的加权范数和最优的初始夹紧力绘图10，在每个采样点的加权范数的，和绘制。结果表明，由于每个组成部分是各相应的最大夹紧力，它具有最高的加权范数。如图10所示，如果在每个夹紧点最大组成部分是用于确定初步夹紧力，则夹紧力需相应设置，有比相当大的加权范数。故是一个完整的刀具路径改进方案。上述模拟结果表明，该方法可用于优化夹紧力相对于初始夹紧力的强度，这种做法将减少所造成的夹紧力的加权范数，因此将提高工件的定位精度。图108结论该文件提出了关于确定多钳夹具，工件受准静态加载系统的优化加工夹紧力的新方法。夹紧力的优化算法是基于接触力学的夹具与工件系统模型，并寻求尽量减少应用到所造成的工件夹紧力的加权范数，得出工件的定位误差。该整体模型，制定一个双目标约束优化问题，使用-约束的方法解决。该算法通过两个模拟表明，涉及3-2-1型，二夹铣夹具的例子。今后的工作将解决在动态负载存在夹具与工件在系统的优化，其中惯性，刚度和阻尼效应在确定工件夹具系统的响应特性具有重要作用。9参考资料：1、J. D. Lee 和L. S. Haynes .柔性夹具系统的有限元分析交易美国ASME，工程杂志工业 ：134-139页。2、W. Cai, S. J. Hu 和J. X. Yuan .“柔性钣金夹具：原理，算法和模拟”，交易美国ASME，制造科学与工程杂志 ：1996 318-324页。3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“负载对表面平整度的影响”工件夹具制造科学研讨会论文集1996，第一卷：146-152页。4、R. J. Menassa 和V. R. DeVries.“适用于选拔夹具设计与优化方法，美国ASME工业工程杂志：113 、 412-414，1991。5、A. J. C. Trappey, C. Su 和J. Hou.计算机辅助夹具分析中的应用有限元分析和数学优化模型， 1995 ASME程序，MED： 777-787页。6、 S. N. Melkote, S. M. Athavale, R. E. DeVor, S. G. Kapoor 和J. Burkey .“基于加工过程仿真的加工装置作用力系统研究”， NAMRI/SME：207214页, 19957、“考虑工件夹具，夹具接触相互作用布局优化模拟的结果” 341-346，1998。 8、E. C. DeMeter. 快速支持布局优化，国际机床制造， 硕士论文 1998。9、Y.-C. Chou, V. Chandru, M. M. Barash .加工夹具机械构造的数学算法：分析和合成，美国ASME，工程学报工业“：1989 299-306页。10、S. H. Lee 和 M. R. Cutkosky. 具有摩擦性的夹具规划 美国ASME，工业工程学报：1991，320327页。11、S. Jeng, L. Chen 和W. Chieng.“最小夹紧力分析”，国际机床制造，硕士论文 1995年。12、E. C. DeMeter.加工夹具的性能的最小最大负荷标准 美国ASME，工业工程杂志 ：199413、E. C. DeMeter .加工夹具最大负荷的性能优化模型 美国ASME，工业工程杂志 1995。14、JH复和AYC倪.“核查和工件夹持的夹具设计”方案优化，设计和制造，4，硕士论文： 307-318，1994。15、T. H. Richards、埃利斯 霍伍德.1977,应力能量方法分析，1977。16、M. J. Hockenberger and E. C. DeMeter. 对工件准静态分析功能位移在加工夹具的应用程序，制造科学杂志与工程： 325331页, 1996。江西农业大学 工学院工艺规程零件图号 33431A102 零件名称 拖拉机半轴壳 班 级 机制052班 姓 名 谢李华 指导老师 曾一凡 2009年 5 月 18 日江西农业大学机 械 加 工 工 序 卡产品型号BZK01零件图号 33431A102产品名称半轴壳零件名称半轴壳共1 页第1 页工序图见附页车 间工序号工序名称材料牌号大金工X2铣端面QT40015毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯件数每台件数铸造件318x22011设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X53T1夹 具 编 号夹 具 名 称切削液铣床专用夹具工序工时准终单件13min工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速(r/min)切削速度(m/min)进给量(mm/r)切削深度(mm)进给次数工步工时机动min辅助minX2-1铣4个28mm的端面铣床专用夹具,游标卡尺,塞尺,圆盘铣刀220550.25 5133X2-2铣36mm的端面铣床专用夹具,游标卡尺,塞尺,立铣刀220200.27 3 1 1.5 2X2-3铣10度倾角的端面铣床专用夹具, 万能角度尺,立铣刀220200.2731 1.52设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）校对（日期）标记处数更改文件号签字日期标记更改文件号签字日期机 械 加 工 工 序 卡 附 页拖拉机半轴壳铣床夹具设计学校代码：10410 序 号：050453本 科 毕 业 设 计题目： 拖拉机半轴壳铣床夹具设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 谢 李 华 学 号： 20050453 专 业： 机械设计制造及其自动化年 级： 机制05（2）班 指导教师： 曾一凡 二OO九年 五 月摘 要机床夹具是在金属切削加工中,用以准确地确定工件位置,并将其牢固地夹紧,以接受加工的工艺设备. 本着夹得快,夹得牢,夹得准的设计原则和在经济,高效的市场观念指导下进行本次毕业设计。 汽车半轴壳是汽车的重要部件之一。它既要承受车体和车载的全部质量，还要承受汽车在行驶过程中由于道路不平而引起的冲击力和扭矩，并要保证在行驶过程中不发生变形，而半轴在其内旋转自如。由拖拉机半轴壳零件图可知零件的基本结构和加工要求。该工件铸成后要达到图纸所示的加工要求要分三阶段完成，第一阶段需车削四个端面和两个外圆；车削后第二阶段铣削三个端面，其中两个是为了钻孔而做的前期工作，而有10度倾角要求的端面是零件结构的要求。完成前两阶段加工后再对两个端面钻通孔，各端面孔的位置要求为均布。据些分析设计铣床夹具。关键词： 铣削 夹具 工件 定位 精度Tractor rear axle shaft housing milling jig designThe engine bed jig is in the metal machining, with by accurately the definite work piece position, and its clamps reliably, accepts the processing the process unit. In line with clamps quickly, clamps the jail, clamps the accurate principle of design and in the economy, under the highly effective market idea instruction carries on this graduation project. The automobile rear axle shaft housing is one of automobile important parts.It already must withstand the complete quality which the chassis and the vehicle carry, but also must withstand the automobile in the travel process because the path does not put down the impulse and the torque which causes, and must guarantee does not have the distortion in the travel process, but the rear axle revolves in among them freely.May know the components by the tractor half axle sleeve detail drawing the basic structure and the processing request.After this work piece casts must achieve the blueprint shows the processing request must divide three stages to complete, the first stage needs the turning four end surfaces and two outer annuluses. After the turning the second stage milling three end surfaces, but has 10 degree inclination angle request end surface is the components structure request.After completes the first two stage processing to drill through the hole again to two end surfaces, various ends face position request is the even cloth.According to analysis design milling jig.Key words: Milling jig work piece pointing accuracy目录1绪论11.1前 言11.2 课题总体任务概述12 工件的加工工艺分析43.夹具的结构设计53.1定位方案选择及定位元件设计53.2定位误差分析73.3夹具对定方案的确定84.绘制夹具总图(见图纸)94.1铣削力的计算94.1.1圆盘铣刀.94.1.2粗齿锥柄立铣刀.104.2夹紧力的计算105. 确定夹具的主要尺寸,公差及技术要求125.1 夹具总图上应标尺寸,公差125.2 夹具总图应标注的技术条件126.总结137.参考文献148致谢15- iv -1绪论1.1前 言机床夹具是在金属切削加工中,用以准确地确定工件位置,并将其牢固地夹紧,以接受加工的工艺设备.它的主要作用是:可靠地保证工件的加工质量,提高加工效率,减轻劳动强度,充分发挥和扩大机床的工艺性能.因此,机床夹具在机械制造中占有重要的地位.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。本着夹得快,夹得牢,夹得准的设计原则和在经济,高效的市场观念指导下进行本次毕业设计.在满足生产技术要求和现有生产设备配置的前提下,合理,优化设计夹具装置.使得所设计的夹具简便,快捷,低廉,高效.“工欲善其事，必先利其器”，这是我国历史上劳动人民在生产斗争中对工具重要性所作的结论。在现代化生产中，工具（工装夹具）的作用也是如此。 在机械制造工业中，为了达到保证产品质量、改善劳动条件、提高劳动生产率及降低成本的目的，在工艺过程中，除机车等设备外，还大量使用这种工艺装备。它包括机具、模具、刀具、辅助工具及测量工具等。因此，广义地说，夹具是一种保证产品质量并便利和加速工艺过程的一种工艺装备。不同的夹具，其结构形式、工作情况、设计原则都不相同，但就其数量和在生产中所占的位置来说，应以“机床夹具”为先。 所谓机车夹具就是机车上所使用的一种辅助设备，用它来准确地确定工件与刀具的相对位置，即将工件定位和夹紧，以完成加工所需要的相对运动。所以机床夹具是用以使工件定位和夹紧的机床附加装置。鉴于目前机械加工中大多是采用通用的机床加上各种夹具、辅助工具及刀具等进行产品的生产，工艺准备工作比较繁重，夹具设计和制造的工作量显得更为突出，往往成为生产准备工作的关键。因此，提高夹具设计水平，缩短设计时间，就成为生产准备中的一个重要问题。要做好夹具设计工作，应当具备必要的基本知识，掌握合理的设计方法，了解产品的具体条件。此外，还应考虑到夹具的制造工艺，并与产品工艺规程和刀具、辅助工具和测量工具设计相联系。1.2 课题总体任务概述汽车半轴壳是汽车的重要部件之一，汽车的行驶是由发动机通过中间传动轴，将动力传送到汽车后桥的后半轴，再有后半轴带动车轮完成的。后桥上，左右两侧各有一支半轴壳管，其一端与后桥壳压配成一体，另一端安装有轮毂轴承。它既要承受车体和车载的全部质量，还要承受汽车在行驶过程中由于道路不平而引起的冲击力和扭矩，并要保证在行驶过程中不发生变形，而半轴在其内旋转自如。因此，对半轴壳在重要配合表面的精度和整体结构的刚度和强度要求较高。 在本次毕业设计中, 所要求加工的工件为一铸铁拖拉机半轴壳零件，其材料为QT400-15铸铁材料。由拖拉机半轴壳零件图可知零件的基本结构和加工要求。该工件铸成后（工件零件图参见附录）要达到图纸所示的加工要求要分三阶段完成，第一阶段需车削四个端面和两个外圆，并满足各端面的平面度和垂直度的要求及前后两外圆的同轴度要求,作为后面加工的主要定位基准；车削后第二阶段铣削三个端面，其中两个是为了钻孔而做的前期工作，而有10度倾角要求的端面是零件结构的要求。完成前两阶段加工后再对两个端面钻通孔，各端面孔的位置要求为均布，并且为了保证连接紧凑，法兰面不光滑平整的情况下需要在通孔周围刮深0.518的孔。在前期车好端面和钻好孔的情况下，可以方便的利用其对钻两排孔进行定位。整个加工工艺过程可用下表表示工序号工序名称工序内容设备1粗车端面、外圆粗车左端面、外圆车床2粗车端面、外圆粗车右端面、外圆车床3半精车端面、外圆半精车左右端面、外圆车床4铣圆柱面 铣4个28mm的端面铣床5 铣圆柱面铣36mm的端面铣床6铣斜面铣10度倾角的端面铣床7钻孔钻左端面6个10.5mm的均布通孔钻床8钻孔钻右端面8个10.5mm的均布通孔钻床9钻孔钻4个11深24的孔钻床10攻丝在11的孔中攻M12-6H深20的螺纹钻床加工该零件的夹具设计由我和其它两位同学负责设计。其中本人负责铣床夹具的设计。.在同学完成上道车削加工工序的基础上,工件已达到的尺寸,位置精度如图1-2-1所示：可以看出，左右两端面和外圆的尺寸，位置精度要求高，为重要的配合表面。也可作为本道工序的参考定位基准。在铣削加工中,对，4-的端面进行铣削,并在端面铣削出斜面.在设计过程中,夹具特点必须与机床相匹配。 图1-1位置精度图铣床专用夹具的设计特点(1) 由于铣削过程不是连续切削,且加工余量较大,切削力较大而方向随时都可能在变化。所以夹具应有足够的刚度和强度,夹具的重心应尽量低,夹具的高度和宽度之比应为11.25,并应有足够的排屑空间。(2) 夹紧装置要有足够的刚度和强度,保证必需的夹紧力,并有良好的自锁功能,一般在铣床夹具上特别是粗铣,不宜采用偏心夹紧。(3) 夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上,工件与主要定位元件的定位表面接触刚度要大。当从侧面压紧工件时,压板在侧面的着力点应低于工件的侧面支承点。(4) 为了调整和确定夹具与铣刀的相对位置,应正确选用对刀装置,对刀装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的一侧。(5) 切屑和冷却液应能顺利排出,必要是要开排屑空。(6) 为了调整和确定夹具与机床工作台轴线的相对位置,在夹具体的底面应具有两个定向键,定向键与工作台型槽宜用单面贴合,当工作台型槽平整时可采用圆柱销,精度高的或重型夹具宜采用夹具体上的找正基面。根据上述特点结合实际设计本道工序的夹具,具体步骤如下所述。 2 工件的加工工艺分析 分析图纸可知，工件在上道车削工序中已加工并达到要求的尺寸包括的外圆，表面粗糙度为6.3。的外圆尺寸，表面粗糙度为3.2。两外圆的端面的表面粗糙度均为6.3，且左右两外圆的同轴度为。与的外圆端面的平面度为0.06，且与两外圆的中心线的垂直度要求均为0.08，为了方便描述，今设A代表的外圆表面，B代表的端面，C代表的端面，D代表的外圆表面，如图2-1所示。 图2-11.在铣削斜面和端面时，应该保证的中心线垂直于设计基准，且该中心线是钻孔加工工序中的工序基准，铣削端面是为便于钻孔，因此，在铣削加工过程中，位置度要求较高，而两待加工表面的粗糙度要求较低。2.铣削4-时，工序图上并未就平面度和位置度作严格要求，表面粗糙度为12.5。说明此项形位要求较低，只要加工到一定程度便于下道工序钻孔即可，因此，不必做重点要求。3.夹具的结构设计3.1定位方案选择及定位元件设计分析零件的结构及尺寸要求可知，在加工428的高度90时应以两孔之间的轴线为工序基准；在加工26是的斜面时应以C面为工序基准，高度120时应以两孔之间的轴线为工序基准；在加工36是高度53时应以两孔之间的轴线为工序准。所以在加工时两孔之间的轴线是非常重要的工序基准。根据基准重合的原则，可以用外圆面D为定位基准，这样在加工尺寸90、120、53时，定位基准与工序基准重合；在加工斜面时用C面为定位基准，则工序基准与定位基准重合。定位方案1如图3-1-1所示: 图3-1定位方案一定位方案2如图3-2所示： 图3-2定位方案二定位方案分析分析及选择：分析方案一可知：图3-1-1所示为一环行工件铣床专用夹具典型结构，工件以已加工端面C,D为定位基准进行定位，从该工件的零件图可知，C面作为定位表面可实现与的工序基准重合：D面作为另一定位基准也可实现基准重合。在对4-铣削时，虽然基准不重合，但由于是对4个圆柱端面进行铣削，造成的误差方向不一致，故基准不重合误差可忽略，所以这样选择定位基准是可行的。可限制工件的五个自由度。再通过挡位柱控制工件的绕中心线的转动自由度。从而实现完全定位。分析方案二可知：图3-1-2所示，工件通过两V型块的相对位置实现对工件的主要定位。V型块有很好的对中性，可保证工件的中心线与夹具体正确的位置关系。但由于工件A，D两外圆端面与V型块的接触长度较小，只是限制工件的四个自由度，工件在轴向方向上的移动自由度并没有得到限制，挡位柱可控制工件的绕中心线的转动自由度。故第二种方案限制了工件的5个自由度，为不完全定位。综合分析上述两种方案，选择第一种方案作为定位方案。考虑到加工时装卸方便,生产高效,及经济性,产品为中批量生产,采用一次装夹完成加工.选用X53T立式铣床,铣削4-的圆柱端面时用圆柱铣刀（D80,Z8），铣削的端面和铣削斜面时采用粗齿锥柄立铣刀(D=30,Z=4)。在铣削的端面后，调整夹具体与辅助底板的相对位置。进而实现与铣刀端面的正确位置。 铣削斜面。调整方案如图3-3所示。 图3-3铣斜面定位图3.2定位误差分析分析此夹具定位方案可知,由于该工件是通过两外圆柱面和端面与夹具的接触来定位,再加上轴向尾架顶尖的螺旋压紧力,保证轴向不移动. 由于工件在上道加工工序中的精度已足够满足本道工序的定位加工,且本道加工工序对尺寸精度和位置度要求并不高,只是尺寸上的界定。且定位基准和工序基准重合。故影响其定位误差的因素只有一项：工件外圆柱面和夹具体内孔的配合引起的误差，即基准位置误差。在此基础上进行定位误差分析。 定位误差的计算公式为：；其中=0；工件外圆柱面和夹具体内孔的配合引起的误差：； 其中:TD=0.019,Td=0.022, =0.028所以=0.049- 满足加工要求。3.3夹具对定方案的确定 夹具的设计除了考虑工件在夹具上的定位之外,还要考虑夹具如何在机床上定位,以及刀具相对夹具的位置如何确定,针对本方案铣床夹具在机床上的定位是以夹具体的底面与辅助底板接触,再由辅助底板与机床工作台的接触;再通过两个定向键与机床工作台的型槽相连接来实现的。在铣斜面时, 调整夹具体与铣床工作台的相对位置。刀具的对刀位置视工序而定。 对刀方案：在进行4-的圆柱端面铣削时，把夹具体左端的A面高度加工成与定位时4-的圆柱端面的理论位置高度一致，从而实现对4-的加工对刀，在加工时可采用圆盘端面铣刀，立式铣床X53T。 对于端面和斜面的铣削定位：从零件图及定位方案上分析可以看出，的圆柱高出中心线的距离与工件表面差不多平齐，且工件在该周向的半径较大，右侧与4-的轴向距离又不是很大，左侧又与加强筋靠近，因此，用普通的立式铣床进行对刀加工很容易发生干涉，难以满足加工要求。对于铣削斜面时也容易发生这样的情况，因此需从与基面垂直的方向进行端面侧面铣削，这对铣床和铣刀提出较高的要求，铣刀由于伸出的长度比较大，所以刀杆的刚度较大，宜用高速钢铣刀，为减少加工时对工艺系统的稳定性，每次铣削量较小，分多次走刀完成,由于X53T立式铣床的技术参数可满足这些要求,因此,可选用该立式铣床。铣削端面的对刀定位采用以夹具体左侧的定位块右表面B为对刀位置.如图3-4所示:(加工时对刀后周向移动27mm,轴向移动167.5mm.)。 图 3-4对刀示意图 在铣削好端面后,移动工作台,再装夹一次,通过夹具体底面的弧型槽调整好角度,通过止位销来防止工件在加工时的转动,对刀是通过计算工作台的移动量来确定对刀位置。4.绘制夹具总图(见图纸) 工件装夹方案确定后,进行铣削力,夹紧力的计算:4.1铣削力的计算4.1.1圆盘铣刀工件材料: 球墨铸铁 刀具材料:硬质合金钢 铣刀类型: 圆盘铣刀 P=52z 根据查表得: P=1330N式中 P-铣削力； t-铣削深度(mm),指铣刀刀齿切入和切出工件过程中, 接触弧在垂直走刀方向平面中测得的投影长度,取值5mm； -每齿进给量,取0.2mm； D铣刀直径80mm； B-铣削宽度56mm； z铣刀的齿数8。4.1.2粗齿锥柄立铣刀工件材料: 球墨铸铁 刀具材料:高速钢 铣刀类型:粗齿锥柄立铣刀 P= 根据查表得: P=1126 N式中 P-铣削力 -在用高速钢(W18Cr4V)铣刀铣削时,考虑工件材料及铣刀类型的参数,本式中取30； t-铣削深度(mm),只铣刀刀齿切入和切出工件过程中, 接触弧在垂直走刀方向平面中测得的投影长度取值3mm； -每齿进给量0.2mm； D铣刀直径30mm； B-铣削宽度36mm； z铣刀的齿数4； -用高速钢(W18Cr4V)铣刀铣削时,考虑工件材料机械性能不同的修正参数.对于灰铸铁: =；HB工件材料的布氏硬度值（取最大值）。4.2夹紧力的计算夹紧力的确定:计算夹紧力时,通常将夹具和工件看成是一个刚性系统.根据工件受切削力,夹紧力(大型工件还应考虑工件重力,运动的工件还应考虑惯性力等)的作用情况,找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态,按静力平衡原理计算出理论夹紧力.最后为保证夹紧可靠,再乘于安全系数作为实际所需夹紧力的数值.即: =WK式中, -实际所需夹紧力(N); W-在一定条件下,由静力平衡计算出的理论夹紧力(N); K-安全系数.安全系数K可按下式计算: = 查表得: -考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数,取1.3； -加工性质(粗加工)取1.2； -刀面钝化程度(端面铣削,粗铣,含碳量高于0.3%.故选1.3； -切削特点.断续切削.取1.2； -夹紧力的稳定性,手动夹紧.取1.3； -手动夹紧时的手柄位置.取1.0； -仅有力矩使工件回转时工件与支承接触的情况,接触点不确定.取1.5； 其中本夹具机构采用的夹紧装置是螺旋夹紧机构:该类夹紧机构结构简单,夹紧可靠,通用性大,故在机床夹具中得到广泛应用。它的主要缺点是与液压机构相比该机构在夹紧和松开工件时比较费时和费力； 单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按下列计算: = (N)式中 -原始作用力； -作用力臂； -螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）,其值视螺杆端部的结构形式而定，查表可得： -螺杆端部与工件间的摩擦角； -螺纹中径之半； -螺纹升角，查表可得；经计算的： =1250 =3250 经校核，满足强度和刚度要求。夹具装配图: 见图纸夹具元件零件图: 见图纸 具体装夹方式: 见图纸5. 确定夹具的主要尺寸,公差及技术要求 5.1 夹具总图上应标尺寸,公差 (1).夹具的最大轮廓尺寸: 560mm 280mm 209mm；(2).定位键的定位表面精度及两定位键的位置公差分别为0.8,； (3)夹具体定向槽与定向键的配合为20或；(4)辅助底板与定位元件的配合为18；(5) 辅助底板与止位销的配合为。5.2 夹具总图应标注的技术条件 (1)夹具体的六个凸台的表面粗糙度为1.6,平面度为0.01； (2)辅助底板的平行度公差为0.03/100； (3)夹具体与辅助底板的转动是通过弧型槽实现的,弧型槽与固定定位销的配合为。6.总结通过此次毕业设计，使我在资料的准备、设计的规划、思维创新和自学能力等方面都有了较大的提高。并且在毕业前使个人能力有了一个飞跃。设计期间，我多次到工厂参观学习，对夹具的设计和工作用途有了较为深刻的认识，并熟悉了多种应用软件，为这次毕业设计提供了较丰富的实践经验。设计过程中，通过查找资料、方案设计、工艺分析、软件应用（PRO/E、CAD、UG）等使得我对夹具的设计和图纸的绘制有了更加深刻的认识和了解，为我今后工作学习提供了宝贵的经验。鉴于本人的知识水平和实践经验所限，在设计和装配这套铣床夹具上存在有许多不足的地方，如夹紧机构的连动性、底板的强度、夹紧的稳定性等方面都比较粗糙和不完善，恳请各位老师批评指正。7.参考文献1 机床夹具设计手册 上海科学技术出版社,19882 王启平 机床夹具设计 哈尔滨工业大学出版社 19953 陶崇德, 葛鸿翰编. 机床夹具设计(第二版). 上海科学技术出版社 19894 职工大学机制专业教学研究会编.机床夹具.北京科学技术出版社 19855 李益民主编.机械制造工艺.机械工业出版社.19866 长春汽车制造厂工装设计室编.机床设计原理.吉林人民出版社.19767. 林文涣、陈本通.机床夹具设计. 国防工业出版社，1987.88. 朱龙根.简明机械设计手册.机械工业出版社,1997.119. 方昆凡.公差与配合技术手册.北京出版社,1983.610. 熊万武.金属切削机床夹具设计手册.机械工业出版社, 1984.1211.王先逵.机械制造工艺学.机械工业出版社,1995.1112.中国纺织大学工程图教研室.画法几何及工程制图.上海科技技术出版社，1997.513.金属切削手册(第二版) 上海科学技术出版社,1984.414金属机械加工工艺人员手册.上海科学技术出版社8致谢在设计过程中,感谢曾一凡老师对我的论文不厌其烦的细心指点。曾一凡老师首先细致地为我解题；当我迷茫于众多的资料时，他又为我提纲挈领，梳理脉络，使我确立了本文的框架。论文写作中，每周都得到曾一凡老师的指点。从框架的完善，到内容的扩充；从行文的用语，到格式的规范，曾一凡老师都严格要求，力求完美。我再次为曾一凡老师的付出表示感谢。此次论文的完成还与众多老师在这四年对我的教导和帮助是分不开的。在此，一并感谢。值此论文完成之际,我只能用拙笔来表达我诚挚的谢意和由衷的感谢之情,并祝愿多年来在学习、工作、生活等方面给予的关心支持和帮助的众多领导、老师、同学身体健康、工作顺利、万事如意!16