加工支承套零件的夾具設計

加工支承套零件的夾具設計,加工,支承,零件,夾具,設計 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 級 類 專業(yè) 課 題： 支承套零件的專用夾具 姓 名： 指導老師： I 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 課題：支承套零件的專用夾具 圖面工作量 ： 工件零件圖 A4 4 張 總圖部分 ： 銑夾具裝配圖 A1 1 張 夾具零件部分： 銑夾具夾具體零件圖 A3 1 張 原始資料 ：支承套零件樣一張 II 摘要 本文首先介紹了夾具的研究背景和發(fā)展趨勢、課題的作用和意義、夾 具的組成以及銑床夾具的結構特點，通過對參考文獻進詳細的分析，闡述 了定位方案的選擇、夾緊方案的確定、夾具體與定位鍵、夾具總圖上的尺 寸、公差和技術要求以及加工精度分析。 關鍵詞 定位，夾緊，銑夾具 III 目錄 1 課題介紹 .......................................................................................1 1.1 課題背景及發(fā)展趨勢 .............................................................1 1.2 課題的作用與意義 .................................................................2 1.3 夾具的組成 .............................................................................3 1.4 銑床夾具的結構特點 .............................................................4 1.5 課題的任務 .............................................................................5 2 銑床夾具設計 ...............................................................................6 2.1 定位方案 .................................................................................6 2.2 夾緊方案 .................................................................................7 2.3 夾具體 與定位鍵 .....................................................................7 2.4 夾具總圖上的尺寸、公差和技術要求 .................................8 2.5 加工精度分析 .........................................................................9 3 小結 .............................................................................................12 參考文獻 .................................................................................................13 4 1 課題介紹 在機械制造過程中，用來固定加工對象，使其占有正確的位置， 以便接受施工，檢測的裝置都可統(tǒng)稱為“夾具” 。廣義地說，夾具是 一種保證產(chǎn)品質量并便利和加速工藝過程的一種工藝裝備。夾具以 其數(shù)量和在生產(chǎn)中的地位來說， “機床夾具”最重要。機床夾具為機 床的一種輔助設備，用它來準確地確定工件與刀具的相對位置，即 將工件定位及夾緊，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附加裝置。 機床夾具設計的基本要求有保證工件的加工精度，提高生產(chǎn)率， 工藝性好，使用性好，經(jīng)濟性好。 1.1 課題背景及發(fā)展趨勢 夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要 表現(xiàn)在夾具與人的結合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工 具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之 間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。 人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有 著密切的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機 床的結合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工 藝裝備 在機械制造業(yè)中，為了適應新品種不斷發(fā)展的要求，夾具設計 有朝著下列方向發(fā)展的趨勢： 5 1. 發(fā)展通用夾具新品種 通用夾具是使用最廣泛的一種夾具，發(fā)展通用夾具以代替某些 專用夾具。內容包括以下： 1） 發(fā)展高精度通用夾具 2） 廣泛采用高效率通用夾具 3） 發(fā)展適用于各種類型零件工藝特征的專用夾具 2. 發(fā)展調整式夾具 調整式夾具經(jīng)過部分零件的更換和重新調整組合，即可適應不 同工件的加工。適用程度介于通用和專用之間。主要有兩種類型： 1） 通用可調式夾具 2） 調整式夾具 3. 推廣和發(fā)展組合夾具及拼拆夾具 1） 組合夾具 組合夾具式有一套預先制好的各種不同形狀、不同規(guī)格尺寸、 具有互換性和耐磨性的標準元件與合件所組成。 2） 拼拆夾具 與組合夾具有相同之處，有一系列可多次利用的標準零件與基 礎零件，但又采用了部分具有一定專用性的部件，其夾緊部件多采 用液壓傳動裝置。 4. 加強專用夾具的標準化和規(guī)格化 加強夾具元件的標準化和規(guī)格化，不但能加速生產(chǎn)準備周期， 而且也可使夾具的生產(chǎn)由單件轉為成批，降低夾具制造成本。因此， 6 可節(jié)省勞動力，縮短生產(chǎn)準備周期。 5. 專用夾具中采用高精度、高效率的夾具 主要滿足高生產(chǎn)率的加工要求，使之有可能采用采用平行或平 行先后的加工方法，采用多件的加工方法，以及盡可能縮短或重合 輔助時間的方法來壓縮單件工時，提高生產(chǎn)率。 6. 大力推廣和使用機械化及自動化夾具 生產(chǎn)機械化及自動化是技術革命的中心內容，大力推廣和使用 機械化及自動化夾具以減少和消除繁重的體力勞動是機械制造中的 重要問題。 7. 推廣和發(fā)展擴大機床性能的夾具 具體的有仿形裝置、機床改裝用的各類夾具 8. 采用新結構、新工藝、新材料來設計和制造夾具 實踐證明，采用新結構、新工藝、新材料來設計和制造夾具， 能滿足機械加工中的定位要求，并簡化制造工藝，縮短了生產(chǎn)周期， 并能保證零件的加工精度。 1.2 課題的作用與意義 由于專用夾具可以按照工件加工的具體要求進行設計，故可事 先采取措施來保證操作的安全。 對工件進行機械加工時，為了保證加工要求，首先要使工件相 對刀具（或機床）有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因 外力的影響而變動，為此，進行機械加工之前，先將工件裝夾好。 工件的裝夾方法有兩種：一種使工件直接裝夾在機床的工作臺 7 或花盤上；另一種使工件裝夾在夾具上。 采用第一種方法裝夾工件時，一般要先按圖樣要求在工件表面 劃線，劃出加工表面的尺寸和位置，裝夾時用劃針或百分表找正后 再夾緊。這種方法不需專門裝備，但效率低，一般用于單件或者小 批生產(chǎn)。批量較大時，大都采用夾具裝夾工件。 用夾具裝夾工件有以下優(yōu)點： 1.2.1 保證加工精度，降低人工等級 零件的加工精度，包括尺寸精度，幾何形狀精度和表面相互位 置精度三種。實用夾具的最大功用，是保證零件上加工表面的位置 精度。例如，在搖臂鉆床上使用鉆夾具加工孔系時，可保證達到 0.10～0.20mm 的中心距精度，而按劃線找正加工時，僅能保證 0.4～1.0mm，而且受到操作技術的影響，同批零件的質量也不穩(wěn)定。 當工件的形狀復雜及精度要求高時，往往不易或不能依靠通用 機床及其附件來達到加工要求，因此需要采用專用夾具 1.2.2 提高勞動生產(chǎn)率和降低加工成本 使用夾具后，免除了每件都要找正、對刀等時間，加速工件的 裝卸，從而大大減少了有關工件安裝的輔助時間。特別對那些機動 時間較短而輔助時間長的中小件加工意義更大。此外，用夾具安裝 還容易實現(xiàn)多件加工、多工位加工、可進一步縮短輔助時間，提高 勞動生產(chǎn)率。 8 1.2.3 擴大機床工藝范圍 工件的結構形狀時各式各樣的，現(xiàn)在對精度和生產(chǎn)率的要求也 越來越高，在某些情況下，原有機床難以適應。為解決這一困難， 往往采用專用夾具以擴大機床的適用范圍，實現(xiàn)“一機多用” 。例如 在機床上使用鏜夾具，就可以代替鏜床來做鏜孔工作，解決缺乏設 備的困難 1.2.4 改變原機床的用途，擴大機床適用范圍 在產(chǎn)品更換時，工廠現(xiàn)有的機床設備，有時往往不能適應新產(chǎn) 品的要求。為此，可以采用夾具來改變機床的用途 1.2.5 減輕操作的勞動強度，做到安全生產(chǎn) 由于夾具中可以采用擴力機構來減小操作的原始力，而且有時 還可以采用各種機動夾緊裝置，故可使操作省力，減輕勞動強度。 由于專用夾具可以按照工件加工的具體要求進行設計，故可事先采 取措施來保證操作的安全。 1.3 夾具的組成 根據(jù)夾具元件在結構中所起的作用不同，可將各種夾具元件分 為下列幾種： 9 1.3.1 分度裝置——用于改變工件與刀具相對位置以獲得多個工位的 一種裝置，可作為某些夾具的一部分。 1.3.2 夾具本體——用來連接夾具上的所有各種元件和裝置成為一個 夾具整體。 1.3.3 靠模裝置——它是作為用來加工型面的一種特殊裝置。 1.3.4 動力裝置——在非手動夾具中，作為產(chǎn)生動力的部分，如氣缸， 油缸，電磁裝置等。 1.3.5 其他件——包括與機床連接用的零件，各種連接件，特殊元件 及其它輔助裝置等。 1.3.6 分度裝置——用于改變工件與刀具相對位置以獲得多個工位的 一種裝置，可作為某些夾具的一部分。 1.3.7 夾具本體——用來連接夾具上的所有各種元件和裝置成為一個 夾具整體。 1.3.8 靠模裝置——它是作為用來加工型面的一種特殊裝置。 1.3.9 動力裝置——在非手動夾具中，作為產(chǎn)生動力的部分，如氣缸， 油缸，電磁裝置等。 但是并非所有夾具都包括上述各類元件，然而其中定位元件， 夾緊裝置和夾具體本體則是每一夾具都不可缺少的組成部分。 10 1.4 銑床夾具的結構特點 銑床夾具主要用于加工零件上的平面、凹槽、花鍵及各種成型 面。銑削加工的切削用量和切削力一般較大，切削力的大小和方向 也是變化的，而且又是斷續(xù)切削，因而，加工時的沖擊和振動也較 嚴重。所以設計這類夾具時，要特別注意工件定位穩(wěn)定性和夾緊可 靠性；夾緊裝置要能產(chǎn)生足夠的夾緊力，手動夾緊時要有良好的自 鎖性能，夾具上個組成元件的強度和剛度要高。為此，要求銑床夾 具得結構比較粗壯低矮，以降低夾具重心，增加剛度、強度，銑削 得切屑較多，夾具上應有足夠得排屑空間，以盡量避免切屑堆積在 定位支承面上。因此，定位支承面應高出周圍的平面，而且在夾具 體內盡可能做出便于清除切屑和排出冷卻液的出口。 粗銑時振動較大，不宜采用偏心夾緊，因為振動時偏心夾緊容 易松開。 在側面夾緊工作（如加工薄而大的平面）時，壓板的著力點應 低于工件側面的定位支承點，并使夾緊力有一垂直分力，將工件壓 向主要定位支承面，以避免工件向上抬起；對于毛坯件，壓板與工 件接觸處應開有尖齒紋，以增大摩擦系數(shù)。 1.5 課題的任務 課題來源：支承套零件的專用夾具 圖 1-1 示為支承套零件圖，工件的材料為 45 鋼，大批量 生產(chǎn)。 簡介： 11 在支承套長度方向，選擇左端面為定位基準，以保證 ф17mm 孔深尺寸 11 +00。5，設計一專用夾具。 圖 1-1 支承套零件 1．6 設計工藝 1．6．1 選擇加工方法 由于毛呸為棒料，因此所有孔都是在實體上加工，為防止鉆偏， 需先用中心孔鉆鉆孔正孔，然后再鉆孔?？??35H7 及 2X?15H7 選擇鉸削作其最終加工方法。對 ?60 的孔，根據(jù)孔徑精度，孔深 尺寸和孔底平面要求，用銑削方法同時完成孔壁和孔底平面的加 工。各加工表面選擇的加工方案如下： 2X?15H7 孔 鉆中心孔—鉆孔—擴孔—鉸孔 ?35H7 孔 鉆中心孔—鉆孔—粗鏜—半精鏜—鉸孔 ?60 孔 粗銑—精銑 2X?11 孔 鉆中心孔—鉆孔 12 2X?17 孔 忽孔（在 ?11 底孔上） 2XM6—6H 螺孔 鉆中心孔—鉆底孔—孔端倒角—攻螺紋 1．6．2 確定加工順序 為減少變換工位的輔助時間和工作臺分度誤差的影響，各個工位 上的加工表面在工作臺一次分度下按先粗后精的原則加工完畢。具 體的加工順序是：第一工位（B0 度）：鉆 ?35H7、2X?11 中心孔 —鉆 ?35H7 孔—鉆 2X?11 孔—忽 2X?17 孔—粗鏜 ?35H7 孔—粗 銑、精銑 ?60X12 孔— 半精鏜 ?35H7 孔— 鉆 2XM6—6H 螺紋中心 孔—鉆 2XM6—6H 螺紋底孔 —2XM6—6H 螺紋孔端角 —攻 2M6— 6H 螺紋—鉸 ?35H7 孔；第 2 工位（B90 度）：鉆 2X?15H7 中心孔 —鉆 2X?15H7 孔—擴 2X?15H7 孔—鉸 2X?15H7 孔。 13 2 銑床夾具設計 2.1 定位方案 首先按照基準重合原則考慮選擇定位基準。由于 ?35H7 孔、 ?60 孔、2X?11 孔及 2X?17 孔的設計基準均為 ?100f9 外圓中心線， 所以選擇 ?100f9 外圓中心線為主要定位基準。因孔 ?100f9 外圓不 是整圓。故用 V 形塊做定位元件。支承套長度方向的定位基準，若 選右端面定位，對 ?17 孔深 11 不重合誤差，精度不能保證（因5.0? 工序尺寸 80 的公差為 0.5mm） ，故選左端面定位。在裝夾時應使5.0? 工件上平面在夾具中保持垂直，以消除轉動自由度。 方案：工件以 外圓在在壓板的作用力下以 V 型塊為定位基98.10f? 準，端面加二個壓蓋以支承套的左端面定位，如圖 2-1 所示。 圖 2-1 定位方案 14 2.2 夾緊方案 根據(jù)夾緊力的方向應朝向主要限位面和作用點應落在定位元件 的支承范圍內的原則，如 夾緊力的作用線應落在區(qū)域內（Nˊ為接觸點的法線） ，夾緊力 與垂直方向的夾角應盡量小，以保證夾緊穩(wěn)定可靠。鉸鏈壓板的兩 個弧形面的曲率半徑應大于工件的最大半徑。 2.3 夾具體與定位鍵 為保證夾具在工作臺上安裝穩(wěn)定，應按照夾具體的高寬比不大 于 1.25 的原則確定其寬度，并在兩端設置耳座，以便固定。如圖 2.2 夾具體 如圖 2.2 夾具體 為了保證側面的二個圓孔平行度的要求，夾具體壓板應具有可 調節(jié)性，壓板面應當與 V 形塊的側面平行。為減少夾具的安裝誤差， 宜采用有可調節(jié)螺母。 15 2.4 夾具總圖上的尺寸、公差和技術要求 1. 夾具最大輪廓尺寸為 181mm ,225mm ,150mm。 2. 影響工件定位精度的尺寸和公差為壓板是否與 V 型塊側面平行， 用可調節(jié)螺母來控制其精度。 3. 影響夾具在機床上安裝精度的尺寸和公差為定位鍵與銑床工作臺 U 形槽的配合尺寸 18 h 8（T 形槽為 18H8） 。 2.5 加工精度分析 在支承套零件工序中，側面對二個 軸線的平行度要求較715H? 高，應進行精度分析，其它加工要求未注公差或公差不是在本夾具 中進行精度分析。 鍵槽側面對 軸線的平行度的加工誤差715H? 1.定位誤差⊿D 由于 V 形塊 2.一般在裝配后一起精加工 V 形面，它 們的相互位置誤差極小，可視為一長 V 形塊，所以⊿D =0。 16 2.安裝誤差⊿A 定位鍵的位置所示 mm。038.)2840 5.(A????m 3.夾具誤差⊿z 影響平行度的制造誤差是 I 工位 V 形塊設計心軸軸線 與定位鍵側面 B 的平行度（0.03 mm）所以，⊿z=0.03 mm。 17 表 5—2 頂尖套銑雙槽夾具的加工誤差 加 加工要 求 代 號 平行度 0.05mm ⊿D ⊿A ⊿Z 0 0.038 0.03 18 2．鉆削力計算： 所加工的支承套零件的材料為 HT200，并采用硬質合金刀具.根 據(jù) T200 鉆削連線表上查得鉆削的深度 ap和進給量 f 連線，確 定 Fc和 Ft。其中，F(xiàn) c主切削力，F(xiàn) t垂直于 Fc的，F(xiàn) f和 Fp的合 力。1/切削深度 ap的確定：由表 3.3 可知，鉆孔時， ap=0.5~0.8，根據(jù)表 3.3 說明，切削深度，當工件的加工直徑 較大及需轉位或兩次安裝時，則取較大值，加工直徑較小及要 求較高的加工精度和表面光潔度是，則取較小值，所以，由于 夾具所要加工的工件的直徑較小且是在一次裝夾中完成的，取 較小值 ap=0.5 表 3.3 鉆削深度表 工序名稱 切削深度（直徑上）mm 粗加工 ２～６鉆孔 精加工 ０.５～１.５ 粗加工 ０.３～０.８鉸孔 精加工 ０.１～０.６ （1） 進給量 f 的確定：根據(jù)精鏜、硬質合金刀具及 45 材料的 工件，查表 3.4，可得進給量 f=0.06~0.10，取 f=0.08mm/r。 19 表 3.4 鉆孔時的進給量 f 工序名稱 刀具名稱 材料 進給量 fmm/r 鑄鐵 D1 級<=0.08,D 級：0.12~0.15 鋼 0.12~0.15 鉆孔 硬質合金 鋁合金 0.06~0.10 連接切削深度 ap和進給量 f 連線，交 Fc和 Ft的直線，交點值 為 Fc=7.5kgf, Ft= 1.6kgf。 根據(jù)工件材料、刀具材料和幾何參數(shù)的不同，對 Fc和 Ft分別 乘以修正系數(shù) KFc和 KFt3。 其中，K Fc= KFc1* KFc2* KFc3 ; KFt = KFt1* KFt2 因為工件是 45 材料，其硬度為 50~150HB，所以為了保證加工 的安全性，取最大值 150HB。 20 表 3.5 修正系數(shù)與工件材料的關系 HB 140 160工件材料硬 度 KFc1 0.78 0.84 kr 30° 刀具主偏角 KFc2 1.05 re 1 1.5刀尖圓弧半 徑 KFc3 0.95 表 3.6 修正系數(shù)與工件材料的關系 HB 140 160工件材料硬 度 KFt1 0.61 0.67 Kr 30° 刀具主偏角 KFt2 0.63 查表 3.5、表 3.6 知：K Fc1=0.84 KFc2=1.05 KFc3=0.95 KFt1=0.67 KFt2=0.63 所以，最終 K Fc= KFc1* KFc2* KFc3=0.84×1.05×0.95=0.8379 21 KFt = KFt1* KFt2=0.67×0.63=0.4221 Fc0 = KFc×Fc=0.8379×7.5=6.28425 kN Ft0= KFt×Ft=0.4221×1.6=0.67536 kN 即，最終的切削力為軸向 6.28425 kN，徑向 0.67536 kN。 夾緊力與鉆削力的比較：由計算得知，夾緊力大于鉆削力，所以所設計的夾具 所使用的螺旋夾緊機構的擰緊螺絲是適用的，達到了夾緊的作用，使工件在加 工時不會移位，保證了加工的精度。 小結 通過做這次小設計，更深刻地了解了夾具方面的知識。而所設 計的銑床夾具，在夠滿足精度要求下，由于一次走刀過程能有兩個 工步，大大提高了效率。另外，工件的夾緊采用液壓彈簧裝置，裝 夾穩(wěn)定拆卸迅速。不過感覺還有不盡理想的地方，比如工件從第一 工位到第二工位時要換向翻轉。而且工位二的安裝要考慮到定位銷 與鍵槽的正確定位，這個過程相對效率不高。 從總的看，本銑床夾具能夠滿足要求，達到了設計要求 22 參考文獻 [1] 徐憬 .機械設計手冊.機械工業(yè)出版社，2000.6 [2] 張普禮.機械加工工藝裝備.東南大學出版社，2002.3 [3] 劉守勇等.機械制造工藝與機床夾具.機械工業(yè)出版社，1994.7 [4] 徐發(fā)仁.機床夾具設計.重慶大學出版社，1996.7 [5] 白成軒.機床夾具設計新原理.機械工業(yè)出版社，1997.7 [6] 韋彥成.金屬切削機床構造與設計.國防工業(yè)出版社，1991 [7] 柯明揚.機械制造工藝學.北京航天航空大學出版社，1995 [8] 武良臣.敏捷夾具設計理論及應用 煤炭工業(yè)出版社，2003 [9]融亦鳴 .計算機輔助夾具設計 機械出版社，2002 23