拨杆臂工艺及多件平行联动夹紧铣床夹具三维设计【三维SW】【含7张CAD图纸】

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In the process of design should first of all parts to analyze, understand parts of the process, and the choice of processing benchmark good parts, design the process routes of the parts; then the parts each step process dimension calculation, the key is to determine the craft equipment and the cutting of various process parameters; then design special fixture, selection fixture for the various components of a design, such as the connecting part positioning device, clamping element, a guide element, clamp and the machine tool and other components. Fixture design should be based on the analysis of parts, select the positioning element, clamping element suitable, to accurately determine the accuracy grade of them, in order to satisfy the machining accuracy of parts. Then calculate the fixture positioning error is generated when, analysis of the rationality and deficiency of fixture structure, pay attention to improving and will design in.There are many kinds of schemes of fixture design, this design is the location of V type block, roll plastic clamping, clamping mechanism using linkage and clamp a plurality of parts and the clamping force is uniform distribution. Using this fixture can effectively improve the production efficiency, simple and compact structure, at the same time to save resources effectively improve labor productivity.Keywords: fixture design and positioning mechanism, a clamping mechanism, linkage目录第1章 绪论11.1 机械加工工艺概述11.2机械加工工艺流程11.3夹具概述21.4机床夹具的功能31.5机床夹具的发展趋势41.5.1机床夹具的现状41.5.2现代机床夹具的发展方向4第2章 工艺规程设计62.1 零件的分析62.1.1 零件的作用62.1.2 零件的工艺分析62.2 拨动臂加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施72.3 拨动臂加工定位基准的选择72.3.1 粗基准的选择72.3.2 精基准的选择72.4 拨动臂加工主要工序安排82.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定102.6选择加工设备及刀、量具102.7确定切削用量及基本工时（机动时间）112.8 时间定额计算及生产安排14第3章 机床夹具的定位及夹紧163.1 概述163.1.1 机床夹具的概念163.1.2 机床夹具的组成163.1.3 机床夹具的分类173.1.4 机床夹具在机械加工中的作用183.2 工件的装夹方式193.3 基准及其分类193.4 工件的定位203.5 工件的夹紧213.5.1夹紧装置的组成及基本要求223.5.2 夹紧力的确定223.6 专用夹具设计233.6.1对机床专用夹具的基本要求233.6.2专用夹具设计方法和步骤233.6.3夹具总图技术要求的制订24第4章 联动夹紧机构夹具设计264.1问题的提出264.2 定位基准的选择264.2.1定位元件的选择264.2.2夹紧元件以及夹具体的确定274.2.3十四个滚动压块联动284.3 切削力及夹紧力计算29第5章 定位精度分析及定位误差分析计算315.1 定位精度分析315.2 定位误差的基本概念及组成325.3本次设计的定位误差分析及计算35第6章 经济性分析37结论40致谢41参考文献42第1章 绪论1.1 机械加工工艺概述机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。这个就比较有针对性了。每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。1.2机械加工工艺流程机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写 成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。制订工艺规程的步骤1) 计算年生产纲领，确定生产类型。2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。3) 选择毛坯。4) 拟订工艺路线。5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。7) 确定切削用量及工时定额。8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。9) 填写工艺文件。在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。1.3夹具概述夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，帮机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。“工欲善其事，必先利其器。”工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。1.4机床夹具的功能在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。1机床夹具的主要功能机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。（1）定位确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。（2）夹紧工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。2机床夹具的特殊功能机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。（1）对刀调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。（2）导向如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。1.5机床夹具的发展趋势随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1.5.1机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工作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，以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为15%左右。特别是近年来，数控机床（NC）、加工中心（MC）、成组技术（GT）、柔性制造系统（FMS）等新技术的应用，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）适用于精密加工的高精度机床夹具。4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。6）提高机床夹具的标准化程度。1.5.2现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精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。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卡盘，其定心精度为5m；精密心轴的同轴度公差可控制在1m内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达0.20.5m。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、具有夹紧动力装置的夹具等。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；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为2600r/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。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、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。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、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。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。在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。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。40第2章 工艺规程设计2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用题目给出的零件是拨动臂。拨动臂的主要作用是传动连接作用，保证正常运行，并保证部件与其他部分正确安装。因此拨动臂零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。图1 拨动臂2.1.2 零件的工艺分析由拨动臂零件图可知。拨动臂是一个长形零件，它的外表面上有2种加工面需要进行加工。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：（1）以30端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：30端面的加工；，其中表面粗糙度要求为。（2）以23端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：30端面的加工；，其中表面粗糙度要求为。2.2 拨动臂加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该拨动臂零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于拨动臂来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。拨动臂孔加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最低的机床。2.3 拨动臂加工定位基准的选择2.3.1 粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）保证各重要部位的加工余量均匀；（2）保证装入拨动臂的零件与有一定的间隙。为了满足上述要求，应选择的主要支承轴作为主要基准。即以拨动臂的支承轴32f6作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要孔时，孔加工余量一定是均匀的。2.3.2 精基准的选择从保证拨动臂孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证拨动臂在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨动臂零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是拨动臂的装配基准，但因为它与拨动臂的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。2.4 拨动臂加工主要工序安排对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。拨动臂加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到拨动臂加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，结合面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。对于拨动臂，需要精加工的是支承轴32f6平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。根据以上分析过程，现将拨动臂加工工艺路线确定如下：工艺路线一：工序号工 序 内 容10铸造，清理20时效处理30粗铣上端平面40粗铣下端平面50半精铣下端平面60半精铣上端平面70去毛刺80清洗90检验工艺路线二：工序号工 序 内 容10铸造，清理20时效处理30粗铣上端平面40半精铣上端平面50粗铣下端平面60半精铣下端平面70去毛刺80清洗90检验以上加工方案大致看来合理，但通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，从提高效率和保证精度这两个前提下，发现该方案一比较合理。综合选择方案一：工序号工 序 内 容10铸造，清理20时效处理30粗铣上端平面40粗铣下端平面50半精铣下端平面60半精铣上端平面70去毛刺80清洗90检验2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (1)毛坯种类的选择零件机械加工的工序数量、材料消耗和劳动量等在很大程度上与毛坯的选择有关，因此，正确选择毛坯具有重要的技术和经济意义。根据该零件的材料为HT200、生产类型为批量生产、结构形状很复杂、尺寸大小中等大小、技术要求不高等因素，在此毛坯选择型材成型。(2)确定毛坯的加工余量根据毛坯制造方法采用的型材造型，查取机械制造工艺设计简明手册表2.2-5，“拨动臂”零件材料采用HT200制造。材料为HT200，硬度HB为170241，生产类型为大批量生产，采用型材毛坯。（2）面的加工余量。根据工序要求，结合面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：参照机械加工工艺手册第1卷表3.2.23。其余量值规定为，现取。表3.2.27粗铣平面时厚度偏差取。精铣：参照机械加工工艺手册表2.3.59，其余量值规定为。差等级选用CT7。再查表2.3.9可得铸件尺寸公差为。2.6选择加工设备及刀、量具 由于生产类型为大批量生产，所以所选设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机车。起生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床加工生产。工件在各机床上的装卸及各机床间的传递，由于工件质量较大，故需要辅助工具来完成。平端面确定工件的总长度。可选用量具为多用游标卡尺（mm）,测量范围01000mm（参考文献2表67）。采用车床加工，床选用卧式车床CA6140（参考文献2表43），专用夹具。钻孔、扩孔、攻丝所选刀具见（参考文献2第五篇金属切削刀具，第2、3节），采用相匹配的钻头，专用夹具及检具。2.7确定切削用量及基本工时（机动时间）工序10无切削加工，无需计算工序20无切削加工，无需计算工序30. 粗铣上端平面机床：X52K刀具：硬质合金可转位端铣刀（立铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=3mm所以铣削深度：精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm铣削深度：每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取：根据参考文献3表2.481，取铣削速度每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取根据参考文献3表2.481，取铣削速度机床主轴转速：按照参考文献3表3.174，取 实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： ：根据参考文献3表2.481,取切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： 刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： 机动时间：所以该工序总机动时间工序40 粗铣下端平面切削深度ap：ap=3mm根据机械加工工艺手册表查得：进给量,查机械加工工艺手册表2.4-82得切削速度，机床主轴转速：，查机械加工工艺手册表3.1-74取实际切削速度： 进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知深度为3mm，l=3mm机动时间=0.052min=3.12s工序50半精铣下端平面切削深度ap：ap=3mm根据机械加工工艺手册表查得：进给量,查机械加工工艺手册表2.4-82得切削速度，机床主轴转速：，查机械加工工艺手册表3.1-74取实际切削速度： 进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知深度为3mm，l=3mm机动时间=0.052min=3.12s工序60半精铣上端平面切削深度ap：ap=3mm根据机械加工工艺手册表查得：进给量,查机械加工工艺手册表2.4-82得切削速度，机床主轴转速：，查机械加工工艺手册表3.1-74取实际切削速度： 进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知深度为3mm，l=3mm机动时间=0.052min=3.12s工序70检验 无切削计算工序80、终检 无切削计算2.8 时间定额计算及生产安排假设该零件年产量为10万件。一年以240个工作日计算，每天的产量应不低于417件。设每天的产量为420件。再以每天8小时工作时间计算，则每个工件的生产时间应不大于1.14min。参照机械加工工艺手册表2.5.2，机械加工单件（生产类型：中批以上）时间定额的计算公式为： （大量生产时）因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为： 其中： 单件时间定额 基本时间（机动时间） 辅助时间。用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值工序：粗铣平面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5.HT200，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5.48，单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。第3章 机床夹具的定位及夹紧3.1 概述在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹具。它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或检测的装置。3.1.1 机床夹具的概念 在机械加工过程中，为了保证加工精度，首先要使工件在机床上占有正确的位置，确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置的过程，称为工件的定位。定位后将其固定，使其在加工过程中始终保持定位位置不变的操作称为夹紧。工件在机床或夹具上定位、夹紧的过程称为工件的装夹。用以装夹工件的装置称为机床夹具，简称夹具。3.1.2 机床夹具的组成 机床夹具的基本组成部分 定位装置：该装置由定位元件组合而成，其作用是确定工件在夹具中的正确位置。 夹紧装置：该装置的作用是将工件压紧夹牢，并保证工件在加工的过程中正确位置不变。 夹具体：夹具体是夹具的基本骨架，通过它将夹具所有的元件构成一个整体。 机床夹具的其他特殊元件或装置连接元件：根据机床的特点，夹具在机床上的安装连接常有两种形式。一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上。连接元件用以确定夹具本身在机床上的位置。如机床夹具所使用的过渡盘，铣床夹具所使用的定向键等，都是连接元件。对刀元件：常用在普通铣床夹具中，用对刀快调整铣刀加工前的位置。对刀时，铣刀不与对刀快直接接触，而用塞尺进行检查，以免碰伤铣刀的切削刃和对刀快工作表面。导向元件:常用在钻床、镗床夹具中，用钻套和镗套引导刀具加工中的正确位置。其他元件或装置:根据加工需要，有些夹具还分别采用分度装置、靠模装置、上下料装置、平衡块等。这些元件或装置需要专门设计11。3.1.3 机床夹具的分类根据机床夹具的通用化程度，可将夹具氛围以下几种： 通用夹具可加工一定范围内不同工价的夹具为通用夹具，如车床上的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘；铣床上的平口虎钳、分度头和回转工作台等。它们有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。这类夹具一般已标准化，由专业工厂生产，作为机床附件供应给用户。由于使用通用夹具夹紧工件比较费时，操作复杂，生产效率低，且较难装夹形状复杂的工件，故通用夹具主要用于单件小批生产，在产品固定的大批量生产中很少使用通用夹具，而使用效率较高的专用夹具。 专用夹具专用夹具是针对某一种工件的某道工序专门设计的夹具。所以结构紧凑，操作迅速方便。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计与制造。专用夹具定位精度高，一批工件加工或所得尺寸稳定，互换性高，并且可以减轻劳动强度，节省工时，显著提高效率，另外利用专用夹具还可以扩大机床的工艺范围。但专用夹具是为满足某个工件某道工序的加工需要而专门设计的，所以它的适用范围较窄。此外、专用夹具的设计制造周期较长。当产品更换时，往往因无法再使用而报废，因此，专用夹具主要适用于产品品种相对稳定的大批大量生产。 成组夹具根据成组技术原来技术的用于成组加工的夹具。这种夹具的特点是，在通用的夹具体上，只需对夹具的部分元件稍加调整或更换，即可用于组内的不同工件的加工。 组合夹具组合夹具是由可循环使用的标准夹具零件部件组装成易于联结和拆卸的夹具。它在使用上具有专用夹具的优点，而当产品更换时，不存在夹具“报废”问题。因为它可以拆开，其元件可清洗入库，留待组装新的夹具。因此，组合夹具很适合于新产品试制和单件小批生产使用。由于组合夹具还具有缩短生产准备周期，减少专用夹具种类、数量和存放面积等优点，特别适用于新产品的试制和多品种小批量生产。 随行夹具随行夹具为自动线上使用的一种夹具。自动线夹具基本上分为两类：一类为固定式夹具，它与一般专用夹具相似；一类为随行夹具，她除了具有一般夹具所担负的装夹任务外，还担负自动线输送工件的任务。所以，它是跟随被加工工件沿着自动线从一个工位移到下一个工位的，故称为随行夹具。除了上述分类外，夹具还可以按照动力来源不同分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具及自夹紧夹具等，按工种还可以分为车床夹具、铣床夹具、磨床夹具、钻床夹具等3。3.1.4 机床夹具在机械加工中的作用夹具是机械加工中的一种工艺装备，它在生产中起的作用很大，所以在机械加工中的应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用： 保证工件的加工精度由于采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，所以在机械加工中，可以保证工件各个表面的相互位置精度，使其不受或不受各种主观因素的影响，容易获得较高的加工精度，并使一批工件的精度稳定。 提高劳动生产率和降低加工成本采用夹具使工件装夹方便，免去工件逐个找正对刀所花费的时间，因此可以缩短辅助时间。另外，采用夹具装夹或，产品质量稳定，对操作工人的技术水平的要求可以降低，有利于提高生产率和降低成本。 扩大机床工艺范围和改变机床用途使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。这是在生产条件有限的也器中常用的一种技术改造措施。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗摸夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工，一充分发挥通用机床的作用。 改善劳动条件和保证生产安全使用专用机床夹具可减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，保证安全生产16。3.2 工件的装夹方式工件在机床上的装夹方式有以下三种方法： 直接找正法 划线找正法 用夹具装夹即通过夹具上的定位元件使工件相对于刀具及机床获得正确位置的方法。此法使工件定位迅速方便，定位精度较高，广泛用于成批和大量生产。上述用装夹工件的方法有以下特点：工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准与夹具上的定位元件相接触而实现的。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，工件通过夹具相对于机床也就有了正确的位置。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8。3.3 基准及其分类机器零件是由若干个表面组成的。这些表面之间的相对位置关系包括两方面的要求：表面见的位置尺寸精度和相对位置精度。研究零件表面的相对位置关系，是离不开基准的。不明确基准就不无法确定表面的位置。基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同功能，基准分为设计基准和工艺基准两大类。 设计基准在零件图样上所采用的基准，称为设计基准。 工艺基准零件在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。测量基准测量时用以检验已加工表面尺寸几 位置的基准，称为测量基准。工序基准在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、形状及位置的基准，称为工序基准。定位基准工件定位时所采用的基准，称为定位基准。需要说明的是，作为基准的点、线、面在工件上并不一定具体存在。如轴心线、对称面等，它们是由某些具体表面来体现的。用以体现基准的表面称为定位基准。3.4 工件的定位工件装夹在机床上必须使工件相对于刀具和机床处于正确的加工位置，它包括工件在夹具的定位、夹具在机床上的安装以及夹具相对于刀具和整个工艺系统的调整等工作过程。在使用夹具的情况下，就要使机床、刀具、夹具和工件之间保持正确的加工位置。显然，工件的定位是其中极为重要的一个环节。 六点定位原则定位，就是限制自由度。通常是用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是工件定位的“六点定位原则” 。 工件定位中可能出现的集中情况： 完全定位六个支承点限制了工件的全部自由度，称为完全定位。 不完全定位根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。 欠定位根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有被限制的定位，称为欠定位。器定位无法保证加工要求，所以是决不允许的。 过定位夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象，称为过定位。过定位中常会出现干涉现象。消除或减小过定位所引起的干涉，一般有两种方法：一种是提高定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。一种是改变定位元件的结构，使定位元件在重复限制自由度的部分不起定位作用11。3.5 工件的夹紧在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。工件定位以后需要通过一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上，使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动，以保证加工精度和安全生产。这样把工件压紧夹牢的装置，即称为夹紧装置。3.5.1夹紧装置的组成及基本要求 夹紧装置的组成力源装置中间传动机构 作用如下：a）改变夹紧作用力的方向b）改变夹紧作用力的大小c）具有一定的自锁性能夹紧元件 对夹紧装置的基本要求夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置夹紧力的大小要适当夹紧装置要操作方便结构要进凑简单，有良好的结构工艺性，尽量使用标准件163.5.2 夹紧力的确定确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作同点。在确定夹紧力的三要素时要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情况，而且必须考虑定位装置的结构形式和布置方式。夹紧力的三要素对夹紧结构的设计起着决定性的作用。只有夹紧力的作用点分布合理，大小适当，方向正确才能获得良好的效益。 夹紧力方向的确定夹紧力方向应垂直于主要定位基准面夹紧力的方向最好与切削力、工件重力方向一致 夹紧力作用点的选择应能够保持工件定位稳定可靠，在夹紧过程中不会引起工件产生位移或偏转。应尽量避免或减少工件的夹紧变形夹紧力作用点应尽量靠近加工部位 夹紧力大小的估算首先假设系统为刚性系统，切削过程处于稳定状态。常规情况下，只考虑切削力（矩）在力系中的影响；切削力（矩）用切削原理公式计算。对重型工件应考虑工件重力的影响。在工件做高速运动场合，必须计入惯性力。分析对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡方程计算此状态下所需的夹紧力即为计算夹紧力将计算夹紧力再乘以K，即得实际夹紧力。K为总安全系数，K=K0K1K2K3各种因素的安全系数可查表2-3，一般K=1.52.5；当夹紧力与切削力相反时，K=2.53 。3.6 专用夹具设计3.6.1对机床专用夹具的基本要求 稳定地保证工件的加工精度 提高机械加工的劳动生产率 结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件 应能够降低工件的制造成本 适当提高夹具元件的通用化和标准化程度，以缩短夹具制造周期，降低夹具成本3.6.2专用夹具设计方法和步骤 明确设计任务，收集设计资料 拟订夹具结构方案，绘制夹具草图确定工件的定位方案，设计定位装置，并对夹紧力进行估算，以确保夹紧可靠确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置确定刀具的引导方式，选择或设计引导元件或对刀元件确定其他元件或装置的结构形式，如定位键、分度装置等确定夹具的总体结构及夹具在机床上的安装方式。对夹具的总体结构最好能拟订出几个不同的方案，画出草图，经过分析比较，选择最佳方案绘制夹具总图选择操作者工作时正对的位置为主视图用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面以及加工表面画在各视图相应的位置上，待加工面上的加工余量可用网纹线表示。在夹具总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面的线条依次画出定位、夹紧、导向元件或装置的具体结构，再画出夹具体，将各元件或装置连成一个整体在总图上标注尺寸（包括轮廓尺寸、联系尺寸、重要的配合尺寸等）、公差和技术要求绘制夹具零件图。在夹具中的非标准零件都要绘制零件图，并按总图要求确定零件的尺寸、公差及技术条件3.6.3夹具总图技术要求的制订夹具总图上应标注的尺寸和公差夹具外形的最大轮廓尺寸影响定位精度的尺寸影响对刀精度的尺寸和公差影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差影响夹具精度的尺寸和公差其他装配尺寸及公差夹具总图上公差值的确定与加工尺寸有直接对应关系的夹具公差J其他装配尺寸的配合性质及公差等级夹具总图上应标注的技术要求夹具总图上无法用符号标注而又必须说明的问题，可作为技术要求用文字写在总图的空白处。例如有些夹具要求配磨等8。第4章 联动夹紧机构夹具设计委了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本次设计为锥销套铣平面夹具的设计。4.1问题的提出 本夹具主要用于铣削锥销套铣平面，精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不必重点考虑。4.2 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。零件外圆可以作为我们选择的基准，因为零件的外圆已经加工到位，可以在已加工的外圆上铣出一个平面。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用联动的滚动压块作为夹紧机构。4.2.1定位元件的选择如图4-1所示，由于本次设计的零件没有较高的技术要求，而且加工零件加工平面没有位置要求，所以考虑在加工零件外圆表面定位。因为是个圆弧面，所以采用v型块定位和滚动压块夹紧限制五个自由的。根据零件实际加工的铣削力不大，夹具的夹紧力可以阻止零件的旋转，所以我们不考虑零件加工时发生旋转。图4-1零件定位4.2.2夹紧元件以及夹具体的确定如图4-2所示，本工序要铣削表面，需要将零件压紧，考虑到是v型块定位，为了使零件不发生移动，可以采用滚动压板压紧，这里采用一个定位槽和两个垂直面，最后通过滚动压板使零件固定不动。然而用滚动压板压紧就要考虑到压紧力的问题，考虑了各种夹紧方案，最后选用联动夹紧机构来实现一次对多个零件的夹紧，用联动夹紧机构可以使十四块移动压板同时压紧并且可以使压紧力均匀的分布，这样不会影响到零件的加工精度。联动夹紧机构是通过油缸活塞向前通过浮动试压板推两个滑柱，两个滑柱和十四个滚动夹具来实现的，用滚动压板来进行压紧，通过浮动压板和滑柱的连接可以实现同步压紧。本工序的切削余量小，切削力小，可以采用液压组合传动增压夹紧。这可以提高生产力、减轻人工的劳动力。图4-2 零件定位夹紧图中通过浮动压块可以实现两组滑柱同时前进且使夹紧力均匀分布。4.2.3十四个滚动压块联动如图4-3所示，为了提高生产效率，我将夹具设计为多曲柄联动夹具构，在一个液性塑料的作用下让力均匀的分布到每一个夹具的滚动压板上。图4-3 联动机构原理4.3 切削力及夹紧力计算 切削力是金属切削过程中重要的物理现象之一，他直接影响着工件质量、刀具寿命、机床动力消耗。他是设计机床、刀具、夹具不可缺少的要素之一。学习和掌握切削力的知识和规律，是很有意义的。切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力。切削力的分解根据生产实际需要及测量方便，通常将总切削力F分解为三个互相垂直的分力，即：主切削力、背向力、进给力。切削力的大小数值，可以用仪器测量的方法获得，也可以用公式计算出来。例题1夹紧力的计算工件材料为AS9U3，大平面加工余量为1.5mm，采用硬质合金端铣刀加工，切削力查参考文献1可根据如下公式计算：式中：Fz -铣削力(N) af-每齿进给量(mm/r) aw-铣削宽度(mm) KFZ-铣削力修正系数 d0-铣刀外径(mm) ap-铣削深度(mm) z-铣刀齿数确定各参数值: (1).铣刀外径d032mm； (2).铣刀齿数Z16； (3).每齿进给量af是铣刀每转一个刀齿时铣刀对工件的进量: afVf/(zn)360/(16720)0.031mm/r(4).铣削深度ap对于端铣刀是指平行于铣刀轴线测量的被铣削层尺寸: ap1.5mm(5). 铣削宽度aw对于端铣刀是指垂直于铣刀轴线测量的被切削层尺寸: aw3mm(6). 修正系数KFZ取1.6；由表查得: cF7750 xF1.0 yF0.75 uF1.1 wF0.2 qF1.3 Fz=276.5N=28Kg(7). 理论所需夹紧力计算确定安全系数: 总的安全系数kk1k2k3k4 k1- 一般安全系数； k1取1.7； k2-加工状态系数； 由于是精加工，所以k2取1； k3-刀具钝化系数； k3取1.4； k4-断续切削系数； k4取1.2； k1.711.41.23 Wkp328kg84kg第5章 定位精度分析及定位误差分析计算5.1 定位精度分析5.1.1机床夹具设计中定位精度的通用要则定位精度通用要则： 对夹具要做必要的定位误差分析和计算，定位误差必须满足工件的加工精度要求。 必须考虑提高夹具在机床上的定位精度： 提高定位元件的定位表面与机床上的定位精度。 减小与机床联接处的配合间隙。 可采用夹具在机床上安装时找正夹具上设置的校准基面，或当夹具安装在机床上后加工定位表面的方法，使夹具在机床上获得高精度定位。 必须确保刀具在夹具上的导向精度，如： 导套中心到定位元件的定位表面的位置精度。 刀具与导套的间隙。 导套底面到顶面间的距离。 必须确保对刀元件表面到工件被加工面间的尺寸精度。 出现超定位时，应取消产生超定位的定位元件，或增加超定位元件与定位基准间的间隙，以提高定位精度。 工件被加工平面或中心至定位元件的位置精度和尺寸精度，在未注明特殊要求的情况下，一般取工件精度要求的1/51/3。 钻模版钻套孔中心距的公差在工件未注明公差要求的情况下，取工件孔中心距自由公差的1/51/3。 当工件未注明定位面间的位置精度要求时，夹具定位面间的位置精度一般取0.01/100mm 8。5.1.2本次夹具设计的定位精度分析本次设计的夹具是加工上下端面，为了保证工件的加工精度，需要工件与地面保证一定的平行度。选取工件的精度等级为8级。工件是以两个垂直面配合一个定位槽来定位，滚动压板压紧，采用联动夹紧机构和浮动压块机构使压板同时压紧且使压紧力均匀分布。通过两垂直面定位，要保证工件孔的中心线与底面办证平行度0.05mm。两垂直面和定位槽固定在夹具体上，同样为保证工件孔中心线的平行度，要求两垂直面与底面的垂直度为0.05mm。定位槽与底面的平行度为0.05mm夹紧机构采用联动夹紧，通过两个浮动压杆和十四个滚动压块来实现同时夹紧，工作原理是通过液性塑料将压力传给浮动压块，将其均匀的分布给两个浮动压杆，再有滑柱向左压紧七个曲柄杆使工件夹紧。要使滚动压块和浮动压杆与夹具体精密连在一起，达到曲柄联动效果，这里采用了间隙配合，选取配合精度为 。由于工件的加工精度要求不是特别高，所以保证以上的精度要求就可以满足工件加工精度，所以其他零件的精度等级不用进行分析。5.2 定位误差的基本概念及组成定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。当定位基准与工序基准不重合时，就产生基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。从以上实例分析可以进一步明确，定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。 5-1 与机床夹具有关的加工误差；与工序中夹具以外其他因素有关的误差；工序公差直接从概念出发，通常分析工序基准的两个极端情况，然后根据相关公式和公差确定具体变动量。如图5-2，两个极端情况：情况1，使工序基准尽可能地“高”得加工尺寸；情况2，使工序基准尽可能的“低”得加工尺寸。且该工序定位误差 5-2图5-2 按概念确定的定位误差 更为简单的情况两个极端情况:情况1，使工序基准A获得最高点；情况2:时A获得最低点；两者之差即为该工序的定位误差： 5.3.2组成法图5-3 按组成法确定的定位误差按定位误差的组成，定位误差由定位基准的位置误差和工序基准不重合误差组成；定位基准的位置误差使得该工序的加工尺寸在一定的范围内变动，而工序基准与加工工件的定位基准不重合时会出现两种情况，一是在定位基准位置误差的基础上使该工序的尺寸偏差进一步加大，二是可能使定位基准因位置误差所造成的工序尺寸偏差减小，起一定的“补偿”作用。因此有公式5-1为着进一步说明上述两种情况，我们给出用型块定位键