主動齒輪軸的銑5X5鍵槽專用夾具設計及機械加工工藝裝備含4張CAD圖

主動齒輪軸的銑5X5鍵槽專用夾具設計及機械加工工藝裝備含4張CAD圖,主動,齒輪軸,x5,鍵槽,專用,夾具,設計,機械,加工,工藝,裝備,設備,cad II 摘 要 本次設計內容主要是機械加工工藝及金屬切削機床等多方面知 識。 這次設計的是主動齒輪，有零件圖、毛坯圖、裝配圖各一張， 機械加工工藝過程卡片和與所設計夾具對應那道工序的工序卡片各 一張。首先我們要熟悉零件，題目所給的零件是主動齒輪。了解主 動齒輪的作用，接下來根據(jù)零件的性質和零件圖上各端面的粗糙度 確定毛坯的尺寸和機械加工余量。然后我們再根據(jù)定位基準先確定 精基準，后確定粗基準，最后擬定主動齒輪的工藝路線圖，制定該 工件的夾緊方案，畫出夾具裝配圖，夾具體零件圖。這就是我設計 的基本過程。 關鍵詞：工藝；工序；定位；夾緊；誤差。 III Abstract The design content mainly by mechanical processing technology, application of engineering materials, tooling and fixture design of metal cutting machine tool and so on. What this design is a driving gear, has the detail drawing, the finished materials chart, assembly drawing each, the machine-finishing technological process card and with designs the jig to correspond that working procedure operation card each. First we must be familiar with the components, the components which the topic gives are the driving gear. Understands driving gear's function, then on basis components nature and detail drawing various end surfaces' roughness determination finished materials size and machining allowance. Then we determine the fine datum first again according to the localization datum, latter determines the thick datum, finally draws up driving gear's craft road map, works out this work piece clamp plan, draws the jig assembly drawing.This is the unit process which I design. Keywords:process；procedure；clamping；positioning；error. 3 目 錄 任 務 書 I 摘 要 II Abstract III 1 零件分析 1 1.1 零件的用途 1 1.2 技術要求 1 1.3 零件的工藝分析 2 1.4 零件的生產(chǎn)類型及綱領 2 2 毛坯的確定 2 2.1 毛坯的選擇 2 2.2 毛坯圖 3 2.3 加工余量的確定 4 2.4 加工部位的技術要求 4 3 機械加工工藝規(guī)程設計 5 3.1 選擇定位基準 5 3.1.1 粗基準的選擇 5 3.1.2 精基準的選擇 5 3.2 表面加工方法的確定 6 3.3 制定工藝路線 6 3.3.1 工序集中與分散 7 3.3.2 熱處理工序 7 3.3.3 輔助工序 7 3.4 工序順序的安排 7 3.5 確定工藝路線 10 4 確定切削用量及基本工時的確定 10 4.1 切削原則 10 4.2 鍵槽銑削計算 11 5 機床設備及工藝設備的選用 11 5.1 機床設備的選用 12 5.2 工藝設備的選用 12 6 夾具設計 12 6.1 夾具的簡介 12 6.2 夾具的相關研究狀況 14 6.3 夾具類型的選擇 15 6.4 機床夾具的組成 15 6.5 問題的提出 16 6.6 主動齒輪軸夾具設計 16 6.6.1 定位夾具類型的選擇 17 6.6.2 誤差分析與質量評價 17 6.6.3 夾緊夾具設計 18 6.6.4 切削力的計算 18 6.6.5 夾緊力的計算 19 6.7 夾具的設計及操作的簡要說明 19 6.8 夾具體材料的選取及附件的選取 19 7 體會與展望 20 參考文獻 21 8 1 零件分析 1.1 零件的用途 軸類零件的功用為支承傳動零件（齒輪、皮帶輪等），傳遞扭矩或運動， 承受載荷，并保證裝配在軸上的零件（或刀具）具有一定的回轉精度。軸類零 件是回轉體零件，其長度遠大于直徑。本零件是主動齒輪軸。齒輪軸通過連接 兩個零件，起到連接、支撐傳遞動力等一系列作用，在工作中，由于受到彎應 力和沖擊載荷，因此該零件應具有足夠的剛度、強度及韌性，以適應其工作環(huán) 境變化。 1.2 技術要求 （1）尺寸精度：軸類零件的支承軸頸一般與軸承配合，是軸類零件的主要 表面，它影響軸的旋轉 精度與工作狀態(tài)，通常對其尺寸精度要求較高，為 IT5～ IT7；裝配傳動件的軸頸尺寸 精度要求可低一些，為 IT6～IT9。 （2）形狀精度：軸類零件的形狀精度主要是指支承軸頸的圓度、圓柱度， 一般應將其限制在尺寸 公差范圍內，對精度要求高的軸，應在圖樣上標注其形 狀公差。 （3）位置精度：保證配合軸頸（裝配傳動件的軸頸）相對支承軸頸（裝配 軸承的軸頸）的同軸度 或跳動量，是軸類零件位置精度的普遍要求。普通精度 軸的配合軸頸對支承軸頸的徑 向圓跳動，一般規(guī)定為 0.01～ 0. 03mm，高精度 軸為 0.001～0. 005mm；此外，對于定 位端面與軸心線的垂直度也有一定的要 求。 （4）表面粗糙度 根據(jù)零件的表面工作部位不同，有不同的表面粗糙度要 求。一般支承軸頸的表面 粗糙度 Ra 值為 2.5～0.63 mm ，配合軸頸或工作表面 的粗糙度 Ra 值為 0.63～0.16 微米。 1.3 零件的工藝分析 零件的工藝分析就是通過對零件圖紙的分析研究，判斷該零件的結構和技 術要求是否合理，是否符合工藝性要求。 （1）審查零件圖紙：通過對該零件圖的重新繪制，得知原圖的基本信息齊 全，并補齊了原圖缺少的極限尺寸； （2）零件的結構工藝性分析：該主動齒輪軸零件結構比較簡單，沒有較復 雜的結構和較高的加工要求。主要的加工有各個外圓表面、端面的車削、磨削、 鍵槽、螺紋、倒角、軸肩等。 （3）該主動齒輪軸輪結構比較簡單，屬典型的軸類零件，為實現(xiàn)其連接與 傳遞動力的功能，加工精度要求較高。通過車削的粗加工，半精加工，精加工 等就可以達到加工要求；而主要工作表面雖然加工精度相對較高，但也可以在 正常的生產(chǎn)條件下，采用磨削的方法加工出來。由此可見，該零件的工藝性較 好。 （4）該零件的主要加工面是 5 個，還有一個鍵槽。 18-0.020 48-0.030 18-0.020 14-0.016 12 ， mm f -0.041、f -0.051、f -0.041 、f -0.037 、M b ′ h = 5′ 5 1.4 零件的生產(chǎn)類型及生產(chǎn)綱領 生產(chǎn)綱領是企業(yè)在計劃期內應當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃。在本次課程 設計題目中，已知該零件的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。由于主動齒輪軸尺寸小，屬 于輕型零件。 大批生產(chǎn)其基本特點:是產(chǎn)品的產(chǎn)量大、品種少， 大多在工作地長期地重 復進行一種零件的某一工序的加工。軸承、自行車、縫紉機、 汽車、拖拉機等 產(chǎn)品的制造即屬于這種類型。 2 毛坯的確定 2.1 毛坯的選擇 零件的材料為 45 鋼，由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)而且零件的尺寸并不很大， 為提高生產(chǎn)效率和鍛件精度，選用模鍛方法制造毛坯，模鍛生產(chǎn)效率高、表面 質量好、鍛件精度高、表面質量好、加工余量小。 2.2 毛坯圖 2.3 加工余量的確定 （1）公差等級 模鍛件的公差分為 2 級：普通級和精密級，由于主動齒輪的功用和技術要 求，該零件的公差等級選為普通級即可。 （2）鍛件質量 初步選鍛件的質量為 0.8Kg。 （3）又因為該主動齒輪軸屬于對稱元件，所以采用雙邊余量。形狀復雜系數(shù) S 可由鍛件重量與相應的鍛件外廓包容體重量算出，零件表面粗造度 Ra 3 1.6 。 經(jīng)計算得該主動齒輪軸的最大尺寸長 l = 160mm, b = h = 52mm ，根據(jù)公式： S = m鍛件 /lbhr， lbhr= 3.2kg ， 所以 S=0.25。 0.16 < S3 ￡ 0.32 ,所以形狀復雜系數(shù)去 S3 ,材質取 M1 ，根據(jù)表 2-13 和 2-10 得： 表 1：加工余量的確定 鍛 件 重 量 /kg 包 容 體 重 量 /kg 形 狀 復 雜 系 數(shù) 材 質 系 數(shù) 0.8 3.2 S3 M1 項 目 /mm 機 械 加 工 余 量 /mm 尺 寸 公 差 /mm 直 徑 18 1.5-2.0 1.2 直 徑 48 1.5-2.0 1.4 直 徑 18 1.5-2.0 1.2 直 徑 14 1.5-2.0 1.2 長 度 160 1.5-2.0 1.8 2.4 加工部位的技術要求 表 2：技術要求 加 工 表 面 尺 寸 及 偏 差 mm 公 差 精 度 及 要 求 表 面 粗 糙 度 Ra mm 左 端 面 圓 柱 f18-0.020 -0.041 IT7 1.6 右 端 面 圓 柱 M12 IT7 3.2 齒 輪 f48-0.030 -0.051 IT7 3.2 鍵 槽 5′ 5 IT12 6.3 f14圓柱面 f14-0.016 -0.037 IT7 3.2 f4 孔 4 ′ 6 IT7 1.6 3 機械加工工藝規(guī)程設計 3.1 選擇定位基準 擬定工藝路線的第一步是選擇定位基準，為使所選定的定位基準能保證整個 機械加工工藝過程順利進行，通常應該先考慮如何選擇精基準來加工各個表面， 然后考慮如何選擇粗基準把作為精基準的表面先加工出來。 定位基準一般分為 粗基準和精基準。在工件機械加工的第一道工序中，只能用毛 坯上未經(jīng)加工的 表面作定位基準，這種定位基準稱為粗基準。而在隨后的工序中用已 加工過的 表面來作定位的基準則為精基準。 3.1.1 粗基準的選擇 選擇主粗基準主要是選擇第一道機械加工工序的定位基準，以便為后續(xù)工 序提供精基準。粗基準的選擇對保證加工余量的均勻分配和加工面與非加工面 （作為粗基準的非加工面）的位置關系具有重要影響。了保證加工表面與不加 工表面之間的位置精度，則應以不加工表面作為定位基準。若工件上有多個不 加工表面，應選其中與加工表面位置精度要求高的表面為粗基準。為保證工件 某重要表面的余量均勻，應選重要表面為粗基準。應盡可能選擇光滑平整，無 飛邊，澆口，冒口或其他缺陷的表面為粗基準，以便定位準確，夾緊可靠。粗 基準一般只在頭道工序中使用一次，應該盡量避免重復使用。在齒輪軸的加工 中，首先選用左端面為粗基準，對右端面進行粗加工，留出后面半精加工余量。 3.1.2 精基準的選擇 應滿足基準重合、基準統(tǒng)一、自為基互為基準、便于裝夾等原則。所選的 精基準應能保證定位準確，夾緊可靠，夾具簡單，操作方便等。 本零件是軸類的零件，軸是其設計基準，為避免由于基準不重合而產(chǎn)生的 誤差，應選軸線為定位基準。 3.2 表面加工方法的確定 工件上的加工表面往往需要通過粗加工、半精加工、精加工等才能逐步達 到質量要求，加工方法的選擇一般應根據(jù)每個表面的精度要求，先選擇能夠保 證該要求的最終加工方法，然后選擇其中一個比較合理的方案。本零件的毛坯 為鍛件，待加工面有端面，鍵槽，螺紋等。材料為 45 鋼.公差等級及粗糙度要 求參考零件圖。其加工方法的選擇如下： （1）端面：本零件的端面大部分尺寸精度要求不高，很大部分無需去除材 料。待加工的主要端面有零件的右端面和左端面，經(jīng)車削即可獲得。 （2）鍵槽：本零件主要加工鍵槽，粗銑鍵槽。 （3）外圓 ：主動齒輪上有較多的外圓，根據(jù)不同的公差等級及粗糙度要 求，選擇粗車，半精車，磨削得加工方法，保證不同的技術要求。 （4）螺紋：對螺紋的加工需要專用的螺紋車刀。 （5）齒輪：用滾齒機。 3.3 制定工藝路線 擬訂工藝路線的主要內容，除選擇定位基準外，還應包括選擇各加工表面 的加工 方法、安排工序的先后順序、確定工序的集中與分散程度，以及選擇設 備與工藝裝備 等。它是制訂工藝規(guī)程的關鍵階段。設計者一般應提出幾種方案， 通過分析對比，從 中選擇最佳方案。工藝路線的擬訂，不但影響加工的質量和 效率，而且影響到工人的 勞動強度、設備投資、車間面積、生產(chǎn)成本等問題， 必須周密考慮。該主動齒輪軸零件生產(chǎn)綱領以確定為大批大量生產(chǎn)的條件下， 可采用萬能機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。同時還應考 慮經(jīng)濟，以降低生產(chǎn)成本。 3.3.1 工序集中與分散 選用工序集中原則安排連接軸的加工工序。該主動齒輪的生產(chǎn)類型為大批 生產(chǎn)，可以采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率；而且運用工序 集中原則減少工件裝夾次數(shù)，節(jié)省裝夾工作時間；有利于保證各加工面的相互 位置精度；減少工序數(shù)目，縮短了工藝路線，也簡化了生產(chǎn)計劃和組織工作， 但同時也可能導致專用設備和工藝裝備較復雜，生產(chǎn)準備周期長，更換產(chǎn)品較 困難。 3.3.2 熱處理工序 處理是用于提高材料的力學性能，以改 善金屬的加上性能以及消除殘余應 力，所以加工之前進行熱處理。常用的熱處理工藝有退火、正火、調質、時效 等。該工序的目的為改善工件材料切削性能和消除毛坯內應力、改善材料的力 學性能、提高工件的表面精度、提高工件表面的耐磨性和耐腐蝕性。 3.3.3 輔助工序 輔助工序是指不用加工，也不改變工件尺寸和性能的工序，但對保證加工 質量有著重要的作用，輔助工序的種類較多，包括檢驗、去毛刺、倒棱、清洗、 防 銹、去磁和平衡等。輔助工序也是必要的工序，若安排不當或遺漏，將會給 后續(xù)工序 和裝配帶來困難，影響產(chǎn)品質量，甚至使機器不能使用。在半精加工 后，安排去毛刺和中間檢驗工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和終檢工序。 3.4 工序順序的安排 （ 1）遵循“先基準后其他”原則，首先加工基準——首先加工軸的右端面， 保其總長，后車外圓。 （2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排加工工序。 （3）遵循“先主后次”原則，先加工主要表面——各外圓表面端面，后加工 次要表面——螺紋的車削。 3.5 確定工藝路線 在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎上，表列出了齒輪軸的工藝路線， 如下： 表 3：加工路線 1 工 序 號 工 序 名 稱 工 序 內 容 工 藝 裝 備 1 備 料 毛 坯 ： ? 52 mm、 長 160 mm 2 鍛 造 鍛 造 立 式 精 鍛 機 3 熱 處 理 正 火 4 車 削 車 左 右 端 面 ， 左 端 面 ： ? 18 mm, 右 端 面 ： 12 mm 端 面 車 刀 、游 標 卡 尺 5 鉆 削 鉆 端 面 中 心 孔 麻 花 鉆 、內 徑 千 分 尺 6 鉆 削 鉆 右 端 面 f4mm 的 工 藝 孔 麻 花 鉆 、內 徑 千 分 尺 7 車 削 粗 車 ：車 削 各 外 圓 ? 18 mm 、? 48 mm 、? 18 mm 、? 14 mm 的 外 圓 、 車 削 ? M12 mm 的 螺 栓 外 圓 車 刀 、游 標 卡 尺 8 車 削 半 精 車 ： 車 削 ? 18 mm、 ? 48 mm、 ? 18 mm、 ? 14 mm 的 外 圓 、 M12 的 螺 栓 外 圓 車 刀 、游 標 卡 尺 9 車 削 車 削 ： 2 個 ? 10 mm 車 槽 、 2 對 2 × 45 ° 倒 角 、 1 對 1 × 45 ° 倒 角 外 圓 車 刀 、 倒 角 刀 游 標 卡 尺 、 量 角 儀 10 車 削 車 削 右 端 M12 mm 的 螺 紋 螺 紋 車 刀 、螺 紋 量 規(guī) 11 車 削 滾 齒 ： ? 48 mm 的 外 圓 滾 刀 、 百 分 尺 12 銑 削 銑 鍵 槽 立 銑 刀 、 游 標 卡 尺 13 磨 削 磨 外 圓 及 端 面 外 圓 磨 床 、游 標 卡 尺 14 去 毛 刺 鉗 工 作 臺 銼 刀 15 檢 驗 檢 驗 、 入 庫 、 遼 寧 工 程 技 術 大 學 課 程 設 計 9 工 序 號 工 序 名 稱 工 序 內 容 工 藝 裝 備 1 備 料 毛 坯 ： ? 52 mm、 長 160 mm 2 鍛 造 鍛 造 立 式 精 鍛 機 3 熱 處 理 正 火 4 車 削 車 左 右 端 面 ， 左 端 面 ： ? 18 mm, 右 端 面 ： 12 mm 端 面 車 刀 、游 標 卡 尺 5 鉆 削 鉆 端 面 中 心 孔 麻 花 鉆 、內 徑 千 分 尺 6 鉆 削 鉆 右 端 面 f4mm 的 工 藝 孔 麻 花 鉆 、內 徑 千 分 尺 7 車 削 粗 車 ：車 削 各 外 圓 ? 18 mm 、? 48 mm 、? 18 mm 、? 14 mm 的 外 圓 、 車 削 ? M12 mm 的 螺 栓 外 圓 車 刀 、游 標 卡 尺 8 車 削 半 精 車 ： 車 削 ? 18 mm、 ? 48 mm、 ? 18 mm、 ? 14 mm 的 外 圓 、 M12 的 螺 栓 外 圓 車 刀 、游 標 卡 尺 9 車 削 車 削 車 槽 、 2 對 2 × 45 ° 倒 角 、 1 對 1 × 45 ° 倒 角 外 圓 車 刀 、 倒 角 刀 游 標 卡 尺 、 量 角 儀 10 車 削 車 削 右 端 M12 mm 的 螺 紋 螺 紋 車 刀 、螺 紋 量 規(guī) 11 車 削 滾 齒 ： ? 48 mm 的 外 圓 滾 刀 、 百 分 尺 12 磨 削 磨 外 圓 及 端 面 外 圓 磨 床 、游 標 卡 尺 13 銑 削 銑 鍵 槽 立 銑 刀 、 游 標 卡 尺 14 去 毛 刺 鉗 工 作 臺 銼 刀 15 檢 驗 檢 驗 、 入 庫 表 4：加工路線 2 、 19 加工路線 1 和加工路線 2 的比較，我們發(fā)現(xiàn)主要是銑鍵槽和磨削順序的不 同，本主動齒輪軸用來傳遞力和扭矩，根據(jù)表面粗糙度要求，對其表面要求較 高，先磨外圓，再銑鍵槽，可能會導致已加工表面受到破壞，所以選加工路線 1。 4 確定切削用量及基本工時的確定 4.1 切削原則 選擇切削用量主要根據(jù)工件的材料、精度要求以及刀具的材料、機床的功 率和剛度等情況，在保證工序質量的前提下，充分利用刀具的切削性能和機床 的功率、轉矩等特性，就得高生產(chǎn)率和低加工成本。從刀具的耐用角度出發(fā)， 首先應選定背吃刀量 ap ,其次選定進給量 f,最后選定切削速度 v。 4.2 鍵槽銑削計算 （1）選擇刀具和機床 立式銑床：X52k，專用夾具、直柄鍵槽銑刀，鍵槽的規(guī)格 b ′ h = 5′ 5 。 （2）背吃刀量的確定 由表 5-43 知， i =1,即一次銑削到規(guī)定深度，所以由公式 i= h/ ap 得 ap=h=3mm。 （3）進給量確定 由零件圖鍵槽的尺寸，由表 5-14，可選擇f16mm 的高速鋼立銑刀，齒數(shù) Z=5 每齒進給量 f z = 0.04mm / z 。 每轉進給量 f = f z · z = 5′ 0.04 =0.2mm/r （4）銑削速度的計算 由表 5-15 按立銑刀 d/z=16/5 的條件選取，銑削速度 v 可取 38m/min。 n = 1000v 有公式 pd 可求得該序銑刀轉速，n=756.37r/min，參照 X52k 型立式銑 床的主軸轉速，取主軸轉速 n=750r/min 再代入公式可求該工序實際銑削速 度: （5）基本時間 v = npd 1000 = 750 ′ 3.14 ′16 得 v=37.68m/min 1000 因為此鍵槽為兩端閉口，由表 5-43 得公式： j t = l - d + h + l1 ，式中 fMc fMc l1 = 1- 2 , l = 18mm, fMc = 9mm / min 所以 t = (18 -16 + 3 + 2) ′ 60 = 46.93 j 9 9 有上述公式可得：tj=46.93s。 5 機床設備及工藝裝備的選用 5.1 機床設備的選用 正確選擇機床設備是一個很重要的工作，它不但影響工件的加工質量，而 且還影響工件的加工效率和制造成本。主要考慮機床的尺寸規(guī)格與工件的輪廓 尺寸、加工精度與工件的精度要求、生產(chǎn)效率與工件的生產(chǎn)類型、車間現(xiàn)有設 備。在大批生產(chǎn)條件下，可以選用高效的專用設備和組合機床，也可選用通用 設備。該主動齒輪加工過程中可采用 X5012 立式銑床、以及車床 CA6140、及萬 能外圓磨床，其中主要應用車床 CA6140。 CA6140 型普通車床的萬能性大，它適用于加工各種軸類、套筒類和盤類零 件上 的回轉表面，如車削內外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽、車端面、車螺紋及成形 回轉表面； 還可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔、鉆中心孔和滾花等工藝，見圖 4-8 所示，CA6140 型 普通車床的加工范圍較廣，但它的結構復雜而且自動化程度 低，所以適用于單件、小 批生產(chǎn)及修配車間。 5.2 工藝裝備的選用 工藝裝配主要包括刀具、夾具和量具。在工藝卡片中應簡要寫出它們的名 稱，如“鉆頭”、“百分表”、“車床夾具”等。該零件的生產(chǎn)類型為大批生 產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率，所選用的夾具均為專用夾具。即針對各工序上的裝夾而 專門設計和制造的夾具。 6 夾具設計 6.1 夾具簡介 （1）機床夾具是一種在金屬切削機床上實現(xiàn)裝夾任務的工藝裝備，例如車 間中常見的 車床上使用的三爪卡盤、銑床上使用的平口虎鉗等。工件通過機床 夾具進行安裝時， 包含了兩層含義：一是工件通過夾具上的定位元件獲得正確 的位置，稱為定位 （Locating）； 二是通過夾緊機構使工件的既定位置在加 工過程中保持不變，稱為夾緊 （Clamping）。 （2）功能：保證工件加工精度穩(wěn)定：工件通過機床夾具進行安裝時，工件 相對于機床、刀具之間的位置精度由夾具保 證，不受工人技術水平的影響，工 件加工精度穩(wěn)定；減少輔助工時：提高生產(chǎn)效率 使用夾具來安裝工件，可以免 去工件逐個畫線、找正對刀等輔助時間，且工件裝 夾方便。如采用多件、多工 位夾具，以及氣動、液壓動力夾緊裝置，可以進一步減少 輔助時間，提高生產(chǎn) 率；擴大機床的使用范圍：有些機床上配備專用夾具實質上是對機床進行了部 分改造，擴大了原機床的功能 和使用范圍。如在車床床鞍上或在搖臂鉆床工作 臺上安裝放鏜模夾具，就可以進行箱 體零件的孔系加，使車床、鉆床具有鏜床 的功能；保證生產(chǎn)安全：可降低對工人技術水平的要求和減輕工人的勞動強度， 保證生產(chǎn)安全。 6.2 夾具的相關研究狀況 近幾十年來, 夾具的基本組成部分雖無明顯變化, 但對夾具設計的要求卻 不斷提高。機械加工中的工裝水平往往代表一個國家的工藝水平。據(jù)統(tǒng)計, 在 大型工業(yè)企業(yè)中, 采用的工裝很多, 有的甚至多達上萬種。一般生產(chǎn)一輛轎車 大約需 4000 件, 夾具及緊固件 7500 件。設計每套夾具需 12 小時, 制造需 58 小時。這僅是一個平均數(shù)字。對于單個夾具的設計與制造, 以及中小企業(yè)的生 產(chǎn), 需要的時間則更長。夾具在新產(chǎn)品研制過程中, 對縮短研制周期起著重要 作用。根據(jù)我國機械工業(yè)的現(xiàn)有水平, 生產(chǎn)準備周期一般要占整個研制周期的 50～70%, 而工藝裝備的設計裝備周期又占生產(chǎn)裝備周期的 50～70%, 其中工藝 裝備準備周期中有 70～80%的時間用于夾具的設計與制造。在現(xiàn)代制造企業(yè)中, 夾具已成為保證產(chǎn)品質量, 實行全面質量管理的重要手段, 利用加工中心、坐 標測量機可使零件的裝卸、檢測、刀具的更換自動化, 夾具及裝夾已成為制造 系統(tǒng)發(fā)展的關鍵。夾具的標準化、自動高效化、精密化和柔性化是夾具發(fā)展的 主要趨勢, 也是實現(xiàn)產(chǎn)品更新?lián)Q代和老產(chǎn)品改造的需要。 在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下， 夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。 在高精方面，隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精 度，對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達±5μm，夾 具 支 承 面 的 垂 直 度 達 到 0.01mm/300mm ， 平 行 度 高 達 0.01mm/500mm 。 德 國 demmeler(戴美樂)公司制造的 4m 長 2m 寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高 誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在 5μm 以內；夾具重復安裝的 定位精度高達±5μm；瑞士 EROWA 柔性夾具的重復定位精度高達 2～5μm。機床 夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。 誠然，為了適應不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次 的精度標準供選擇。 在柔性化上，機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通 過調整、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(chǎn)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、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為 適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改 變專用夾具的不可拆結構，發(fā)展可調夾具結構，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。 在高效方面為了提高機床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來 越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、 凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電 控永磁夾具，加緊和松開工件只用 1～2 秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、 多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機床上安裝與調整夾具的時間，瑞典 3R 夾具僅用 1 分鐘， 即可完成線切割機床夾具的安裝與校正。 采用美國 Jergens(杰金斯)公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，1 分鐘內就能將夾具定位和鎖緊在機床 工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)線上更換夾具，起到縮短停機時間，提 高生產(chǎn)效率的作用[4]~[11]。 機床夾具就是機床上所使用的一種輔助設備，用它來準確的確定工件與刀 具的相對位置，即工件的定位與夾緊，以完成加工所需要的相對運動。所以機 床夾具是用以使工件定位和夾緊的輔助裝置。 6.3 夾具類型的選擇 機 床 夾 具 按 其 使 用 范 圍 可 分 為 以 下 五 種 基 本 類 型 ： (1) 通 用 夾 具 通 用 夾 具 一 般 已 標 準 化 ，并 由 專 門 的 專 業(yè) 工 廠 生 產(chǎn) ， 常 作 為 機 床 的 標 準 附 件 提 供 給 用 戶 。 (2) 專 用 夾 具 這 類 夾 具 是 針 對 某 一 種 工 件 的 某 一 個 工 序 而 專 門 設 計 的 ，因 其 用 途 轉 移 而 得 名 。適 用 于 大 批 大 量 生 產(chǎn) ，本 處 夾 具 多 設 計 為 專 用 夾 具 。 (3) 通 用 可 調 夾 具 和 成 組 夾 具 這 類 夾 具 的 特 點 是 夾 具 的 部 分 元 件 可 以 更 換 ，部 分 裝 置 可 以 調 整 ，以 適 用 不 同 零 件 的 加 工 。用 于 相 試 零 件 的 成 組 加 工 所 用 的 夾 具 ， 稱 為 成 組 夾 具 。 (4) 組 合 夾 具 這 類 夾 具 是 由 一 套 完 全 標 準 化 的 元 件 ， 根 據(jù) 零 件 的 加 工 要 求 拼 裝 而 成 的 夾 具 。 (5) 隨 行 夾 具 這 是 一 種 在 自 動 線 或 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 中 使 用 的 夾 具 。 工 件 安 裝 在 隨 行 夾 具 上 ，除 完 成 對 工 件 的 定 位 和 夾 緊 外 ，還 載 著 工 件 由 運 輸 裝 置 送 往 各 機 床 ， 并 在 各 機 床 上 被 定 位 和 夾 緊 。 為 了 提 高 勞 動 生 產(chǎn) 率 ，保 證 加 工 質 量 ，降 低 勞 動 強 度 ，并 且 主 動 齒 輪 軸 零 件 為 中 小 型 件 ，大 批 量 生 產(chǎn) ，需 要 設 計 專 用 夾 具 。根 據(jù) 所 設 計 的 工 件 ，設 計 工 序 銑 鍵 槽 。本 專 用 夾 具 將 用 于 X5012 立 式 銑 床 的 加 工 。 刀 具 為 高 速 鋼 立 銑 刀 。 6.4 機床夾具的組成 （1）定位元件（Location Element）：定位元件用于使工件在夾具中占據(jù)正 確的位置。在裝夾工件時，通過定位元件的 工作表面與工件上的定位表面相接 觸或配合，從而保證工件在夾具中占據(jù)正確的位置。 （2）夾緊裝置（Clamping Device）：夾緊裝置用于壓緊工件，保證工件在 加工過程中受到外力作用時不離開已經(jīng)占據(jù) 的正確位置。 （3）對刀與引導元件（Tool Setting or Guiding Elements）：對刀與引導 元件用于確定或引導刀具，保證刀具與工件之間的正確位置。在銑床 夾具中常 用對刀塊確定銑刀位置，在鉆床夾具或鏜床夾具中常用鉆套或鏜套引導鉆頭 或 鏜刀的移動。 （4）夾具體（Body of Jig or Fixture）：夾具體用于連接固定夾具上的各 種元件和裝置，使之成為一個整體。它與機床進 行連接，通過連接元件使夾具 相對機床具有正確的位置。 6.5 問題的提出 本夾具主要用銑鍵槽。由于工序較多，工藝要求相對較高，加工相對復雜。 本夾具的設計工程中應主要考慮如何定位，使用六點定位原理限制六個自由度。 同時由于加工過程中受力較大，受力方向較多，還應考慮如何才能實現(xiàn)很好的 夾緊，以便進行相應的機械加工。其次還應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞 動強度。 6.6 主動齒輪軸夾具設計 本夾具主要用來銑 5′ 5mm 的鍵槽，因為采用直徑為?16mm 的高速鋼立銑刀 銑削鍵槽，因此，在本道工序加工時，主要應考慮如何提高勞動生產(chǎn)效率，降 低勞動強度。 本夾具用于 X52K 立式升降銑床,高速鋼立銑刀。 6.6.1 定位夾具類型的選擇 工件在機床上的定位包括工件在夾具上的定位和夾具在機床上的定位兩個 方面， 在此只討論工件在夾具中定位。 分析工件的定位方案時，主要利用六 點定位原理（Six Point Principle），根據(jù)工件 的具體結構特點和工序加工 精度要求來正確選擇定位方案、設計定位元件、進行定位 誤差分析與計算。 在主動齒輪銑鍵槽的過程中，考慮該零件結構和銑鍵槽的特殊性，為了保 證其加工精度，本設計采用六點完全定位。槽的精度可以由刀具直接保證。故 本設計采用菱形銷、可調支撐、v 形塊固定定位。在 A1 和 A2 處用倆短 v 形塊限 制 y、z 的移動和旋轉四個自由度，在 B1 方向用可調支撐限制 x 的移動,在 B2 方向用菱形銷限制 x 的旋轉，存在偏心距為。故工件完成 6 點完全定位，工件 在夾具上的位置唯一確定。 不完全定位可分為下列兩種情況： （1）由于工件的加工前的結構特點，無法也沒有必要限制某些方面的自由 度； （2）由于加工工序的加工精度要求，工件在定位時允許某些方面的自由度 不被限制。 6.6.2 誤差分析與質量評價 （1）定位誤差（ Dd ）=基準位移誤差（ Dj ） ± 基準不重合誤差（ Db ）。 選用標準 V 形塊定位，不計其生產(chǎn)加工誤差，所以從左往右看工件第一段?18f7 和第第三段?18f7 兩外圓表面定位時，忽略 V 形塊誤差，取軸線為定位基準和工 序基準，我們可得 DA1 = 0，DA2 = 0 ，誤差只有 Dj 產(chǎn)生。 （2）經(jīng)查表得公差等級為 7 時，公差帶為 0.021mm,f 的上偏差為-0.020mm, 所以下偏差為-0.041mm,所以 -0.02 f18 -0.041 。由此可知： Dd = Dj = TD sin a 2 （取a= 60o ） 所以， 0.0105 sin 602 = 0.00525 1dA1 < 3  =0.007,所以定位方案是合理的。 6.6.3 夾 緊 夾 具 在 夾 具 中 ， 用 以 防 止 工 件 在 加 工 過 程 中 產(chǎn) 生 位 移 或 振 動 的 裝 置 。 基 本 要 求 ： （ 1） 夾 緊 既 不 應 破 壞 工 件 的 定 位 ， 或 產(chǎn) 生 過 大 的 夾 緊 變 形 ， 又 要 有 足 夠 的 夾 緊 ， 防 止 工 件 在 加 工 中 產(chǎn) 生 振 動 。 （ 2） 足 夠 的 夾 緊 行 程 ， 夾 緊 動 作 迅 速 ， 操 縱 方 便 、 安 全 省 力 。 （ 3） 手 動 夾 緊 機 構 要 有 可 靠 的 自 鎖 性 ， 機 動 夾 緊 裝 置 要 統(tǒng) 籌 考 慮 夾 緊 的 自 鎖 性 和 原 動 力 的 穩(wěn) 定 性 。 （ 4） 結 構 應 盡 量 簡 單 緊 湊 ， 制 造 、 維 修 方 便 。 由 于 該 軸 類 工 件 生 產(chǎn) 雖 為 大 批 量 生 產(chǎn) ，但 工 件 體 積 小 ，結 構 不 復 雜 ，自 動 化 程 度 也 不 能 太 高 ，故 擬 定 選 用 螺 旋 壓 板 夾 緊 機 構 進 行 夾 緊 。 6.6.4 切削力的計算 銑鍵槽時選用：立式銑床：X52k；專用夾具、直柄鍵槽銑刀，鍵槽的規(guī)格 b ′ h = 5′ 5 。 (1)查文獻得  a C xf o F = f p  e z f yf a nf z C f = 30, ap = 3, X f d qf n wf = 1.0, f z = 0.04, ae = 6, z = 5, n f  = 0.83, q f  = 0.83, wf  = 0, do = 16 計算考慮上來，乘以安全系數(shù)， Fj = kF，K = K1K2 K3 K4 K1——基本安全系數(shù)，K1=1.5； K2——加工性質系數(shù)，K2=1.1； K3——刀具鈍化系數(shù)，K3=1.1； K4——斷續(xù)切削系數(shù)，K4=1.1。 所以 F=46.74N，又由公式可得： 水 平 分 力 ： FH=1.1F= 51.414 N 垂 直 分 力 ： F V=0.3F= 14.01 N 6.6.5 夾緊力的計算 選用夾緊力的計算： N ( f1 + f2 ) = KF ' , 其中 f 為夾緊面上的摩擦系數(shù)， 取 f1 = f2 = 0.25 ，所以 N=94N。 因 為 本 主 動 齒 輪 軸 采 用 的 是 45 鋼 ，螺 旋 夾 緊 機 構 采 用 的 是 10mm 的 螺 栓 ， 所 以 sb = 610MPa ， ss = 520MPa ， s-1 = 195MPa ,取 S=4。 [t] = [ss ] ， [t] = 130MPa s 4 ′ FH = 127MPa <130MPa o 2pd 2 1.3′ 4 ′ N o 2pd 2 = 304MPa <610MPa 所 以 滿 足 強 度 要 求 ， 夾 具 安 全 可 靠 。 6.7 夾具設計及操作的簡要說明 在設計夾具時，為了提高生產(chǎn)率，應使夾緊裝置簡單易于裝夾。為了滿足夾 緊力要求采用螺紋螺母夾緊。夾具上裝有對刀塊，可使夾具在一批零件加工之 前與塞尺配合使用很好的對刀；同時，夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾 具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，以利于銑削加工。 6.8 夾具體的材料選取及附件的選取 夾具體的主體可以采用鑄方法制造，由于鑄造夾具具有良好的工藝性，不受 零件大小和形狀限制，有良好的吸振性，減少其受力產(chǎn)生的震動，可以承受較 大的切削力和夾緊力，一般材料選用 HT150 或 HT200，并進行時效處理。保證夾 具體的加工技術要求，鑄件不許有裂紋、氣孔、沙眼等鑄造缺陷。澆口、冒口、 結疤、沾沙等應清除干凈。鑄件應經(jīng)過時效處理，消除內應力。鑄件要有拔模 斜度，和鑄造圓角。 6.9 對刀塊的選取 夾具在機床上安裝完畢,在進行加工之前,尚需進行夾具的對刀,使刀具相 對夾具定位元件處于正確位置。對刀的方法通常有三種:試切法對刀,調整法對 刀,用樣件或對刀裝置對刀。不管采用哪種對刀方法,都涉及到對刀基準和對刀 尺寸。通常是以與工年定位基準重合的定位元件上的定位面作為對刀基準,以減 少基準變換帶來的誤差。銑床夾具的對刀尺寸是對刀基準到刀具切削表面之間 的位置尺寸,和對刀塊位置尺寸差一個塞尺厚度。影響對刀塊位置尺寸的因素主 要有對刀需要保證的工件上的加工尺寸、定位基準在加工尺寸方向的最小位移 量及塞尺的厚度 S。為了節(jié)約生產(chǎn)成本，降低勞動強度。 遼 寧 工 程 技 術 大 學 課 程 設 計 21 7 總結 為期三周的課程設計即將結束，但是本次設計帶來的影響確是深遠的。通 過此次設計我遇到了許多問題，也學到了許多。在這期間我曾困惑過，也曾迷 茫過，但最終在老師的幫助和自己的努力下，解決了一系列問題。本次設計使 我對機械制造這門課有了新的認識，改變了我之前對這門課的態(tài)度，它將理論 學習與實際生產(chǎn)聯(lián)系了起來。每一道工序都需要根據(jù)實際生產(chǎn)制定，不可隨意 捏造事實，篡改數(shù)據(jù)。我們要用嚴謹和實事求是的的態(tài)度對待每一個環(huán)節(jié)，一 個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯就會影響整個結果。大量的數(shù)據(jù)參數(shù)確定，需要查找大量的手 冊，考驗了我們查找資料的能力。面對問題要從不同的角度去思考，可以得到 不同的結果從而制定不同的方案，這在夾具的設計過程中很好的體現(xiàn)出來。不 同的定位方案可以設計不同的夾具。零件圖的繪制提高了我們電腦繪圖的能力 通過這次設計鞏固了《機械制造技術基礎》這門課和相關專業(yè)課的知識， 同時也提高我們解決問題和分析問題的能力。為大四畢業(yè)設計和走向社會工作 打下理論基礎。 參考文獻 [1] 紀名剛，濮良貴.機械設計.第七版.北京：高等教育出版社,2003 [2] 于英華.機械制造技術基礎[M].北京:機械工業(yè)出版社,2013.5 [3]鄒青,呼詠.機械制造技術基礎課程設計指導教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.6 [3]趙麗娟，冷岳峰.機械幾何量精度設計與檢測[M].北京：清華大學出版社 2011.7 [4]孫麗嬡.機械制造工藝及專用夾具[J].北京:冶金工業(yè)出版社,2003.9 [5]楊叔子.機械加工工藝手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2004.9 [6]艾興，肖詩綱.切削用量簡明手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002 [7]李益民.機械制造工藝設計實用手冊[M]北京：機械工業(yè)出版社，2003 [8]崇凱.機械制造技術基礎課程設計指南[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.12 [9]黃如林主編.切削加工簡明實用手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004 [10] 陳 宏 鈞 , 方 向 明 , 馬 素 敏 . 典 型 零 件 機 械 加 工 生 產(chǎn) 實 例 [M]. 北 京 : 機 械 工 業(yè) 出 版 社,2004.8 [11]王季琨,沈中偉,劉錫珍.機械制造工藝學[M].天津:天津大學出版社, 2004.1