矩形齿花键轴加工工艺及铣键槽夹具设计【CAD高清图纸和文档打包】
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机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称矩形齿花键轴零件名称矩形齿花键轴共10页第3页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工3粗车45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数卧式车床CA61401夹具编号夹具名称切削液三爪卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件游标卡尺工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1粗车25.6外圆外圆车刀900150111152粗车36.6外圆外圆车刀900150111153车槽车槽刀710100111124 倒角 倒角刀900150111155 钻中心孔 中心钻9001500.311156 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称矩形齿花键轴零件名称矩形齿花键轴共10页第4页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工4粗车45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数卧式车床CA61401夹具编号夹具名称切削液三爪卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件游标卡尺工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1粗车20.6外圆外圆车刀900150111152粗车25.6外圆外圆车刀900150111153车槽车槽刀710100111124 倒角 倒角刀900150111155 钻中心孔 中心钻9001500.311156 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称矩形齿花键轴零件名称矩形齿花键轴共10页第5页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工5精车45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数卧式车床CA61401夹具编号夹具名称切削液三爪卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件游标卡尺工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1精车25外圆外圆车刀900800.150.32222精车36外圆外圆车刀900800.150.32283456 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称矩形齿花键轴零件名称矩形齿花键轴共10页第6页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工6精车45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数卧式车床CA61401夹具编号夹具名称切削液三爪卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件游标卡尺工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1精车20外圆外圆车刀900800.150.32222精车25外圆外圆车刀900800.150.32283456 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称矩形齿花键轴零件名称矩形齿花键轴共10页第7页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工7铣45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床X511夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件游标卡尺工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1铣键槽键槽铣刀710300.31.822023456 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称矩形齿花键轴零件名称矩形齿花键轴共10页第7页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工7铣45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数铣床X511夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件游标卡尺工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1铣矩形齿花键花键铣刀710200.25248023456 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称矩形齿花键轴零件名称矩形齿花键轴共10页第3页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工检验45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数1夹具编号夹具名称切削液三爪卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件游标卡尺工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1检验23456 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称矩形齿花键轴零件名称矩形齿花键轴共10页第3页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工退火45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数1夹具编号夹具名称切削液三爪卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件游标卡尺工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1退火23456 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称矩形齿花键轴零件名称矩形齿花键轴共10页第3页车间工序号工序名称材 料 牌 号机加工1锻造45毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每 台 件 数锻件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数1夹具编号夹具名称切削液三爪卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件游标卡尺工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速切削速度进给量切削深度进给次数工步工时r/minm/minmm/rmm机动辅助1锻造26 设 计(日 期) 校 对(日期) 审 核(日期) 标准化(日期) 会 签(日期)标记处数更改文件号签 字 日 期标记处数更改文件号签 字 日 期机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称矩形齿花键轴零件名称矩形齿花键轴共1页第1页材 料 牌 号毛 坯 种 类毛坯外形尺寸每毛坯件数每 台 件 数备 注工序号工 名序 称工 序 内 容车间工段设 备工 艺 装 备工 时准终单件1锻造锻造毛坯2退火退火处理3粗车粗车25.6、36.6外圆,车槽,倒角,钻中心孔CA6140外圆车刀、车槽刀4粗车粗车20.6、25.6外圆,车槽,倒角,钻中心孔CA6140外圆车刀、车槽刀5精车精车25、36外圆CA6140外圆车刀6精车粗车20、25外圆CA6140外圆车刀7铣铣键槽X51键槽铣刀8铣铣矩形齿花键X51花键铣刀9检验检验10入库入库设 计(日 期)校 对(日期)审 核(日期)标准化(日期)会 签(日期)标记处数更改文件号签 字日 期标记处数更改文件号签 字日 期 设计说明书 题目 花键轴的加工工艺及铣夹具设计班级: 姓名: 指导教师: 完成日期: 摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。花键轴零件的工艺规程及铣键槽的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析,了解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选择好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算,关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量;然后进行专用夹具的设计,选择设计出夹具的各个组成部件,如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件;计算出夹具定位时产生的定位误差,分析夹具结构的合理性与不足之处,并在以后设计中注意改进。关键词:工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。ABSTRCTThis 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.目录ABSTRCT3序 言1一 机床夹具介绍21 .1夹具的现状及生产对其提出新的要求21.2 现代夹具的发展方向2二 零件的分析42.1零件的作用42.2零件的工艺分析42.3 确定零件的生产类型5三 确定毛坯类型绘制毛坯简图63.1 选择毛坯63.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量63.3 绘制毛坯图7四 工艺规程设计84.1 定位基准的选择84.2拟定工艺路线84.3加工设备及工艺装备的选用104.4加工余量,工序尺寸及公差的确定104.5切削用量的计算104.5时间定额的计算12五 机床夹具的定位及夹紧135.1 概述135.1.1 机床夹具的概念135.1.2 机床夹具的组成135.1.3 机床夹具的分类145.1.4 机床夹具在机械加工中的作用155.2工件的装夹方式165.3 基准及其分类165.4 工件的定位175.4.1 工件定位的基本原理175.4.2 常见定位方式及定位元件185.5 工件的夹紧195.5.1夹紧装置的组成及基本要求195.5.2 夹紧力的确定205.5.3典型夹紧结构205.5.4定心夹紧机构215.6 专用夹具设计215.6.1对机床专用夹具的基本要求215.6.2专用夹具设计方法和步骤215.6.3夹具总图技术要求的制订22六 夹具设计236.1夹具设计任务236.2拟定夹具定位方案236.3绘制夹具装配图236.4定位误差分析246.5切削力和夹紧力计算256.6夹具设计及操作的简要说明26总 结27致 谢28参 考 文 献29序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品,并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用,也可以为其它行业的生产提供装备,社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业,因此制造业是国民经济发展的重要行业,是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲,机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。花键轴零件的工艺规程及铣键槽夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位,夹紧以及工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题,并设计出专用夹具,保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论,又要注意生产实践的需要,只有将各种理论与生产实践相结合,才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限,其中难免有缺点错误,敬请老师们批评指正。一 机床夹具介绍 夹具最早出现在1787年,至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期。机械制造的精度较低,机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺,而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具;第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展,夹具的门类才逐步发展齐全。夹具的定位、夹紧、导向(或对刀)元件的结构也日趋完善,逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一;第三阶段,即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高,夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。1 .1夹具的现状及生产对其提出新的要求现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代,以适应市场激烈竞争,企业中多品种生产的工件已占工件种类数的85%左右。然而目前,一般企业习惯与采用传统的专用夹具,在一个具有大批量生产的能力工厂中约拥有1300015000套专用夹具。另一方面,在多品种生产的企业中,约隔4年就要更新80%左右的专用夹具,而夹具的实际磨损量只有15%左右,特别最近年来柔性制造系统(FMS)、数控机床(NC),加工中心(MC)和成组加工(GT)等新技术被应用和推广,使中小批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。综上所述,现代生产对夹具提出了如下新的要求:1. 能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期2. 能装夹一组相似性特征的工件3. 适用于精密加工的高精度的机床4. 适用于各种现代化制造技术的新型技术5. 采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置,进一步提高劳动生产率1.2 现代夹具的发展方向现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面:1. 精密化随着机械产品精度的日益提高,势必也相应提高对其精度要求。精密化夹具的结构类型很多,例如用于精密分度的多齿盘,其分度可达正负0.1,用于精密车削的高精度三爪卡盘,其定心精度为5um,又如用于花键轴承套圈磨削的电磁无心夹具,工件的圆读可达0.20.5um。2. 高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时的和辅助时的,以提高劳动生产率,减少工人劳动强度,常见的高效化夹具有:自动化夹具、告诉化夹具、具有夹紧动力模块的夹具等。例如使用电动虎钳装夹工件,可使工件效率比普通虎钳提高了5倍左右;而高速卡盘则可保证卡爪在转速9000r/min的条件下能正常夹紧工件,使切削速度大幅度提高。3. 柔性化夹具的柔性化与机床的柔性化相似,它是通过调组合等方式,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、模块夹具、数控夹具等,在较长时间内,夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。4. 标准化夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面,在制造典型夹具,结构的基础上,首先进行夹具元件和部件的通用化,建立典型尺寸系列或变型,以减少功能用途相近的夹具元件和不见的形成:舍弃一些功能低劣的结构,通用化方法包括:夹具、部件、元件、毛呸和材料的通用化夹具的标准化阶段是通用化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。目前,我国已有夹具零件、部件的国家标准:GB21482249-80,GB22622269-80以及通用夹具标准,组合夹具标准等。夹具的标准化也是夹具柔性化高效化的基础,作为发展趋势,这类夹具的标准化,有利于夹具的专业化生产和有利于缩短生产准备周期,降低生产总成本。二 零件的分析2.1零件的作用下面所示为动力输出装置中的主要零件,零件的作用待查。零件图附图如下:2.2零件的工艺分析本设计的零件是花键轴,选用45#钢。45#钢是优质素结构钢,属于中碳钢。其强度、硬度较高,而塑性、韧性略低。热锻、热压性能及被切削性能良好,冷加工变形能力及焊接性能中等。是机械行业最常用的钢号之一,通常在调质或正火状态下使用,还用于高频或火焰表面淬火处理。其收缩率小。其密度基本和铁的密度一样与普通碳素钢都差不多,和A3更是相近,是7.85g/cm*3。花键轴主要加工面是外圆面、及阶梯端面,它们有一定的粗糙度要求。现分述如下:1.25,20,36外圆表面及端面,其中116,131相对于基准A的同轴度为0.02mm所要保证相对于花键轴线的圆跳动为0.04mm,外圆表面的粗糙度为1.6m,端面12.5m和12.5m。3. 键槽和其余各面粗糙度要求均为3.2由上面的分析可知,对于圆跳动而言,可以先加外圆,然后以外圆定位,加工端面和孔,保证它们之间的位置精度。2.3 确定零件的生产类型属于轻型零件,大批量生产。三 确定毛坯类型绘制毛坯简图3.1 选择毛坯 毛坯制造方法的选择,主要根据生产类型、材料的工艺性(可塑性,可锻性)及零件对材料的组织性能要求,零件的形状及其外形尺寸,毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。零件材料为45。,选择锻件毛坯。由于零件年产量为4000件,已经达到大批生产的水平,而且零件的轮廓尺寸不大,故可采用模锻成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑,也是应该的。3.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 由表2-10表2-12可知,要确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量,应该先确定一下各个因素。1.公差等级由花键轴的公用和技术要求,确定该零件的公差等级为普通级。2.锻件重量计算后,花键轴的重量约为0.23KG,初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为0.4KG.3.锻件形状复杂系数对零件图金星分析计算,可大致确定锻件外廓包容提的长度、宽度、高度。由公式(2-3)和(2-5)可计算出该锻件的形状复杂系数S=0.526。属于S级。4.锻件材质系数花键轴的材料为45钢,是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢。所以该锻件的材质系数属于M级。5.锻件分模线形状根据该零件的形位特点,选择零件高度方向的对称平面为分模面,属于直分模线。6.零件表面粗糙度由零件图可知,各个加工表面的粗糙度Ra大多数都大于等于3.2m。根据上述诸因素,可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量3.3 绘制毛坯图四 工艺规程设计4.1 定位基准的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证,生产率得以提高。否则,加工工艺过程中会问题百出,更有甚者,还会造成零件的大批报废,使生产无法正常进行。(1)粗基准的选择。按照有关粗基准的选择原则,应尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件,则应以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,现选取54外圆面和右端面为粗基准。利用夹具卡住54外圆面并靠住夹具端面,消除5个自由度,达到部分定位。这里不需要完全定位。(2)精基准的选择。主要原则有:基准重合原则;基准统一原则;自为基准原则;互为基准原则。这里应该主要考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,这在以后还要专门计算,此处不再重复。4.2拟定工艺路线制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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下降。1.工艺路线方案一工序I 锻造工序II 正火处理工序III 车端面,钻中心孔工序IV 粗车各外圆工序V 调质处理工序 半精车各外圆工序 铣键槽工序 精车各外圆工序 加工退刀槽及倒角工序X 质检工序XI 入库2.工艺路线方案二工序I 锻造工序II 车端面,钻中心孔工序III 粗车各外圆工序IV调质处理工序V 半精车各外圆工序VI 铣键槽工序VII 精车各外圆工序VIII 加工退刀槽及倒角工序IX 质检工序X 入库 由以上对比分析可知,我们选择方案一比较好。具体的加工路线如下工序I 锻造工序II 正火处理工序III 车端面,钻中心孔工序IV 粗车各外圆工序V调质处理工序 半精车各外圆工序 铣键槽工序 精车各外圆工序 加工退刀槽及倒角工序X 质检工序XI 入库4.3加工设备及工艺装备的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1车端面,钻中心孔CA6140端车刀游标卡尺2粗车各外圆CA6140外圆车刀,游标卡尺3半精车各外圆CA6140外圆车刀千分尺4铣键槽X51铣刀千分尺5精车各外圆CA6140外圆车刀游标卡尺6加工退刀槽并倒角CA6140车刀游标卡尺4.4加工余量,工序尺寸及公差的确定花键轴零件材料为45生产类型为大批量生产,采用锻造毛坯。1、 不加工表面毛坯尺寸不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差,由锻造可直接获得。2、 花键轴的端面由于花键轴端面要与其他接触面接触,查相关资料知余量留2mm比较合适。4.5切削用量的计算铣键槽确定切削深度确定切削宽度:由于加工余量不大,所以可一次走刀完成确定每齿进给量根据x52k铣床说明书,其功率为7kw,中等系统刚度根据表3 现取 选择铣刀磨钝标准及耐磨度根据表7 铣刀刀齿后刀面最大磨损为 ,镶齿铣刀()耐用度 确定切削速度和每秒进给量切削深度可根据表21中公式计算 也可查表根据表9 当 时, 各修正系数为: 故 根据机床说明书选择 实际切削速度和每齿进给量为: 根据表5 当 时,切削功率的修正系数 所以实际切削功率为 根据机床说明书,机床主花键轴允许的功率为 因为,所以此切削用量可以采用。即 4.5时间定额的计算 计算工时 式中 根据表19 入切削量及超切削量 则 故 五 机床夹具的定位及夹紧5.1 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。5.1.1 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。5.1.2 机床夹具的组成1. 机床夹具的基本组成部分(1)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。(2)夹具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。(3)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。2. 机床夹具的其他特殊元件或装置(1)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花键轴上。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。(2)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。(3)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。(4)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。5.1.3 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:1. 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。2. 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。3. 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。4. 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。5. 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。5.1.4 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:1. 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。2. 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。3. 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。4. 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。5.2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:1. 直接找正法在机床上根据工件上有关基准直接找正工件,使工件获得加工的正确位置的方法。直接找正法的定位精度和工作效率,取决于被找工件表面的精度、找正方法和所用工具及工人的技术水平。此法一般多用于单件小批生产和精度要求特别高的场合。2. 划线找正法在机床上按毛坯或工件上所划线找正工件,使工件获得正确位置的方法。此法由于受到划线精度的限制,定位精度比较低,多用于单件小批量生产、毛坯精度较低以及大型零件等不使用夹具的粗加工中。3. 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几个特点: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。5.3 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。1. 设计基准 在零件图样上所采用的基准,称为设计基准。2. 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。(1)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。(2)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。(3)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。(4)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。如花键轴心线、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。5.4 工件的定位5.4.1 工件定位的基本原理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。1. 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” 。2. 工件定位中可能出现的集中情况(1)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。(2)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。(3)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。(4)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。5.4.2 常见定位方式及定位元件定位方式和定位元件的选择包括选择定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等,他们主要取决于工件的加工要求、工件定位基准和外力的作用等因素。1. 工件及平面定位(1)主要支承 主要支承用来限制工件的自由度,起定位作用1)固定支承2)可调支承3)自位支承(2)辅助支承 提高工件的安装刚性和稳定性1)螺旋式辅助支承2)自位式辅助支承3)推引式辅助支承4)液压锁紧的辅助支承2. 工件以圆柱空定位(1)圆柱销(2)圆锥销(3)圆柱心花键轴3. 工件以外圆柱面定位(1)在V形块中定位(2)在圆孔中定位(3)在半圆孔和圆锥孔中定位5.5 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。5.5.1夹紧装置的组成及基本要求1. 夹紧装置的组成(1)力源装置(2)中间传动机构 作用如下:1)改变夹紧作用力的方向2)改变夹紧作用力的大小3)具有一定的自锁性能(3)夹紧元件2. 对夹紧装置的基本要求(1)夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置(2)夹紧力的大小要适当(3)夹紧装置要操作方便(4)结构要进凑简单,有良好的结构工艺性,尽量使用标准件5.5.2 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。1. 夹紧力方向的确定(1)夹紧力方向应垂直于主要定位基准面(2)夹紧力的方向最好与切削力、工件重力方向一致2. 夹紧力作用点的选择(1)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。(2)应尽量避免或减少工件的夹紧变形(3)夹紧力作用点应尽量靠近加工部位3. 夹紧力大小的估算(1)首先假设系统为刚性系统,切削过程处于稳定状态。(2)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。(3)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。(4)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(5)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 。5.5.3典型夹紧结构1. 斜楔夹紧结构2. 螺旋夹紧结构(1)单个螺旋夹紧结构(2)螺旋压板夹紧结构(3)偏心夹紧机构5.5.4定心夹紧机构当加工尺寸的工序基准是中心要素(花键轴线、中心平面等)撕,为使基准重合以减少定位误差,可以采用定位夹紧机构,所以,定心夹紧机构主要用于要求准确定心或对中的场合。定心夹紧机构可分为以下几种:(1)螺旋式定心夹紧机构(2)杠杆式定心夹紧机构(3)楔式定心夹紧机构(4)弹簧筒夹式定心夹紧机构(5)膜片卡盘定心夹紧机构(6)波纹套定心夹紧机构(7)液性塑料定心夹紧机构5.6 专用夹具设计5.6.1对机床专用夹具的基本要求1. 稳定地保证工件的加工精度2. 提高机械加工的劳动生产率3. 结构简单,有良好的结构工艺性和劳动条件4. 应能够降低工件的制造成本5. 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。5.6.2专用夹具设计方法和步骤1. 明确设计任务,收集设计资料2. 拟订夹具结构方案,绘制夹具草图(1)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(2)确定工件的夹紧方案,设计夹紧装置(3)确定刀具的引导方式,选择或设计引导元件或对刀元件(4)确定其他元件或装置的结构形式,如定位键、分度装置等(5)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3. 绘制夹具总图(1)选择操作者工作时正对的位置为主视图(2)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(3)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(4)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(5)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5.6.3夹具总图技术要求的制订1. 夹具总图上应标注的尺寸和公差(1)夹具外形的最大轮廓尺寸(2)影响定位精度的尺寸(3)影响对刀精度的尺寸和公差(4)影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差(5)影响夹具精度的尺寸和公差(6)其他装配尺寸及公差2. 夹具总图上公差值的确定(1)与加工尺寸有直接对应关系的夹具公差J(2)其他装配尺寸的配合性质及公差等级3. 夹具总图上应标注的技术要求六 夹具设计 为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。经过与指导老师协商,决定设计铣键槽的夹具设计。铣键槽一般都是用V型块定位,我们选择用v型块定位,这样夹紧可靠快速,6.1夹具设计任务 本夹具主要用于铣键槽因此键槽的中心线一定要找正,划线时一定要准确,以保零件的位置精度,另外因为是V型块夹紧,因此夹紧对中不是问题,主要考虑提高劳动效率。6.2拟定夹具定位方案出于定位简单和快速的考虑,由零件图可知,以25外圆为定位基准,采用2个V型块定位,同时采用铰链压板压紧。为了提高加工效率,采用铰链压板快速夹紧装置夹紧。6.3绘制夹具装配图(1)选择操作者工作时正对的位置为主视图(2)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(3)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(4)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(5)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、公差及技术条件夹具装配图上标注尺寸,配合尺寸及技术要求1. 夹具总图上应标注的尺寸和公差(1)夹具外形的最大轮廓尺寸(2)影响定位精度的尺寸(3)影响对刀精度的尺寸和公差(4)影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差(5)影响夹具精度的尺寸和公差(6)其他装配尺寸及公差2. 夹具总图上公差值的确定(1)与加工尺寸有直接对应关系的夹具公差J(2)其他装配尺寸的配合性质及公差等级3. 夹具总图上应标注的技术要求6.4定位误差分析一批工件在卡具中定位时,各个工件所占据的位置不完全一致,因此使加工后,各工件加工尺寸的不一致,而形成误差,即工件定位时造成的加工表面相对工序基准的误差。形成原因有两个,一是由于定位基准 与设计基准不重合而造成。二是定位基准与限位基准不重合而造成。根据零件图可知,T=0.28mm, Td=0.25mm,。已知孔的形状公差为0.28,根据经验公式,易知此结果符合。6.5切削力和夹紧力计算由于主切削力起着帮助夹紧工件的作用,所以当其他切削分力均较小时,通常可不必计算。仅需较小的夹紧力来防止工件在加工过程中产生的振动和转动。由于所选择的是螺母夹紧,所以所需的夹紧力是转矩。查得所需夹紧转矩的计算公式为TQr t g(+)+f1(NM)式中:T应加在螺旋夹紧机构上的夹紧转矩(NM)Q夹紧力(N)r螺纹的平均半径(M)螺纹升角,tg=;n螺纹线数;螺纹螺距;螺纹摩擦角,tg=f,一般f=0.178,则=10;f1支撑表面摩擦系数,一般取f1=0.150.3;支撑表面摩擦力矩的计算力臂(M),随支撑表面的形式而改变,其值在本式中;为计算方便,令kr t g(+)+f1,则TkQ当采用公制螺纹的螺旋夹紧机构时,各种不同夹紧情况的k值见表323。=10,f1=0.2,d=12 mm,=1.75 mm,r=5.43 mm=256,k=1.247螺钉、螺母的夹紧力:=10,f=0.178,f1=0.2,d=12 mm,板手长度=140 mm,加在板手上的力1=45,夹紧力=5050螺母的夹紧力:=12 mm,板手长度80 mm,夹紧力=2280。用板手:=140 mm,1=70,=3480。许用夹紧力:d=12 mm,许=5790。6.6夹具设计及操作的简要说明如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动生产率。为此,本道工序就选择了快速夹紧装卸夹具。为了防止我们取出工件的时间,工件和上V型块间摩擦,我们采用2个弹簧,这样我们松开螺母的时间通过弹簧力把上V型块顶开,使之脱离工件,这样我们便可以方便的装卸工件,提高生产效率。总 结 设计即将结束了,时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的,通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论,不再是纸上谈兵,而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计,使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领,使我们更好的利用图书馆的资料,更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件,为我们踏入设计打下了好的基础。这次设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的,还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导,使我们学到了好多,也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会,它将是我们的设计完成的更出色的关键一步。致 谢这次毕业设计使我收益不小,为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是,查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时,数据存在大量的重复和重叠,由于经验不足,在选取数据上存在一些问题,不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见,在我遇到难题时给我指明了方向,最终我很顺利的完成了毕业设计。这次设计成绩的取得,与指导老师的细心指导是分不开的。在此,我衷心感谢我的指导老师,特别是每次都放下她的休息时间,耐心地帮助我解决技术上的一些难题,她严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成,她都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜,她不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀,除了敬佩指导老师的专业水平外,她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 参 考 文 献1. 切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版,1994年2.机械制造工艺设计简明手册,李益民主编,机械工业出版社出版,1994年3.机床夹具设计,哈尔滨工业大学、上海工业大学主编,上海科学技术出版社出版,1983年4.机床夹具设计手册,东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编,上海科学技术出版社出版,1990年5.金属机械加工工艺人员手册,上海科学技术出版社,1981年10月6.机械制造工艺学,郭宗连、秦宝荣主编,中国建材工业出版社出版,1997年32
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