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目 錄 1 前言 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 機床夾具的組成 3 1 4 銑床夾具的結(jié)構(gòu)特點 6 2 工件定位方案的確定 8 2 1 工件定位要則 8 2 2 工件定位方式的選擇 9 2 3 定位件的計算 12 2 4 定位誤差的分析計算 14 3 夾緊方案的確定 15 3 1 工件達到正確夾緊的原則 15 3 2 夾緊力三要素的確定 17 3 3 夾緊力大小的計算 17 4 其它裝置的確定 20 4 1 手柄的選擇及設(shè)計 20 4 2 壓板的選擇及設(shè)計 21 5 夾具體的設(shè)計 24 總結(jié) 26 參考資料 27 致謝 28 附錄 29 1 內(nèi)容提要 本次進行的是 429 發(fā)動機曲軸箱銑主軸孔卡瓦槽夾具設(shè)計 銑削加工一般切削 力較大 且是多刀齒斷續(xù)切削 其大小和方向瞬時急劇地變化 尤其是刀齒切入和 切出的過程中會在工件上產(chǎn)生沖擊和振動 所以 設(shè)計銑床夾具時應(yīng)特別考慮工藝 系統(tǒng)的剛度 夾具要有足夠大的夾緊力 夾具上一般有確定與刀具間相對位置的對 刀裝置和確定它在車床工作臺方向的定位鍵 這也是銑床夾具結(jié)構(gòu)的主要特征 本次夾具設(shè)計的內(nèi)容為 1 研究原始資料 明確設(shè)計要求 2 擬定夾具結(jié)構(gòu)方案 繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖 確定定位方案 選擇定位元件 確定工件的夾緊方案 確定夾具其它組成部分的結(jié)構(gòu)形式 確定夾具的形式和夾具的總體結(jié)構(gòu) 3 繪制夾具的裝配草圖和裝配圖 4 繪制夾具的零件圖 經(jīng)過設(shè)計和討論 終于圓滿地完成了設(shè)計任務(wù) 本次設(shè)計整個設(shè)計過程條理清 晰 能讓讀者明白整個過程 力求結(jié)構(gòu)合理 計算準確 經(jīng)濟可靠 本設(shè)計的創(chuàng)新 之處在于簡化了銑床夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 使其結(jié)構(gòu)更簡便 同時也能滿足設(shè)計要求 可 以用于實際生產(chǎn)中 關(guān)鍵詞 定位 夾緊 夾具 Abstract 2 This time carries on is 429 engine crankcase mill host axle hole bottom wall and anchor packer trough jig design The milling processing general cutting force is big is precisely the multi knife tooth off and on cuts its size and the direction instant change suddenly in particular the knife tooth cuts into in the process which and cuts to be able on the work piece to have the impact and the vibration Therefore designs time the milling jig should consider specially the craft system the rigidity the jig must have the enough big clamping force This design general steps 1 original research data clearly design requirements 2 Prepare jig program structure the structure of the draft map jig Determine positioning program choices positioning components Determine Jig Identify specific kits and other devices mapping jig master plan After the design and discussion and finally the successful completion of the design task The current design of the entire design process lucid readers can understand the whole process To structured accurate calculation the economy reliable The design innovations to simplify the structure of the drilling template design to the structure simpler but also to meet the design requirements However because I lack the experience and knowledge of the limitations of the design process inevitably some mistakes the jig work and the availability of actual practice has yet to be tested ask your leadership teachers students valuable advice and insights I would like to express my sincere gratitude Keyword Positioning jig clamp 目 錄 3 1 前言 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 機床夾具的組成 3 1 4 銑床夾具的結(jié)構(gòu)特點 6 2 工件定位方案的確定 8 2 1 工件定位要則 8 2 2 工件定位方式的選擇 9 2 3 定位件的計算 12 2 4 定位誤差的分析計算 14 3 夾緊方案的確定 15 3 1 工件達到正確夾緊的原則 15 3 2 夾緊力三要素的確定 17 3 3 夾緊力大小的計算 17 4 其它裝置的確定 20 4 1 手柄的選擇及設(shè)計 20 4 2 壓板的選擇及設(shè)計 21 5 夾具體的設(shè)計 24 總結(jié) 26 參考資料 27 致謝 28 附錄 29 1 前言 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(zhì)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)中所占的地位來說 機床夾具 最重要 機床夾具為機床的一種輔助設(shè)備 用它來準確的確定工件與刀具的相對位 置 即將工件定位和夾緊 以完成所需要的相對運動 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(shè)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 4 用性好 經(jīng)濟性好 1 1 課題背景及發(fā)展趨勢 在機械制造的機械加工 檢驗 焊接和熱處理等冷熱工藝過程中使用著大量的 夾具 用以安裝加工對象 使之占有正確的位置 以保證零件和產(chǎn)品的質(zhì)量 并提 高生產(chǎn)效率 在機床上加工工件時 為了保證加工精度 必須正確安置工件 使其相對機床 切削成形運動和刀具占有正確的位置 這一過程稱為定位 為了不因受切削力 慣 性力 重力等外力作用而破壞工件已定的正確位置 還必須對其施加一定的夾緊力 這一過程稱為夾緊 定位和夾緊全過程稱為安裝 在機床上用來完成工件安裝任務(wù) 的重要工藝裝配 就是各類夾具中應(yīng)用最為廣泛的機床夾具 曲軸是發(fā)動機中承受沖擊載荷 傳遞動力的重要零件 在發(fā)動機五大件中最難 以保證加工質(zhì)量 由于曲軸工作條件惡劣 因此對曲軸材質(zhì)以及毛坯加工技術(shù) 精 度 表面粗糙度 熱處理和表面強化 動平衡等要求都十分嚴格 如果其中任何一 個環(huán)節(jié)質(zhì)量沒有得到保證 則可嚴重影響曲軸的使用壽命和整機的可靠性 世界汽 車工業(yè)發(fā)達國家對曲軸的加工十分重視 并不斷改進曲軸加工工藝 隨著 WTO 的加 入 國內(nèi)曲軸生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識到形勢的緊迫性 引進了為數(shù)不少的先進設(shè)備和技 術(shù) 以期提高產(chǎn)品的整體競爭力 使得曲軸的制造技術(shù)水平有了大幅提高 特別是 近 5 年來發(fā)展更為迅猛 目前國內(nèi)曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機床和專用機床組成 生產(chǎn)效率和自動化程度 相對較低 粗加工設(shè)備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸 工序的質(zhì)量穩(wěn)定性 差 容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力 難以達到合理的加工余量 一般精加工采用 MQ8260 等 曲軸磨床粗磨 半精磨 精磨 拋光 通?？渴止げ僮?加工質(zhì)量不穩(wěn)定 隨著貿(mào)易全球化的到來 各廠家已意識到了形勢的嚴峻性 紛紛進行技術(shù)改造 全力提升企業(yè)的競爭力 近年來引進了許多先進設(shè)備和技術(shù) 進展速度很快 就目 前狀況來講 這些設(shè)備和技術(shù)基本依賴進口 現(xiàn)代工業(yè)的一個顯著特點是 新產(chǎn)品發(fā)展快 質(zhì)量要求高 品種規(guī)格多 產(chǎn)品 更新?lián)Q代周期短 反映在機械工業(yè)上 多品種 小批量生產(chǎn)在生產(chǎn)類型比例中 占 了很大的比重 這樣 如果按照傳統(tǒng)方式進行生產(chǎn)技術(shù)準備工作 就不適應(yīng)當前和 發(fā)展的新形勢 機床夾具是生產(chǎn)技術(shù)準備工作中一項重要組成部分 為了適應(yīng)現(xiàn)代機械工業(yè)的 上述生產(chǎn)特點 機床夾具發(fā)展方向主要表現(xiàn)為 5 1 標準化 完善的標準化 不僅指現(xiàn)有夾具零部件 包括毛坯及半成品 的標準 而且應(yīng)有各種類型夾具結(jié)構(gòu)的標準 后者如通用可調(diào)夾具標準 組合夾具標準 自 動線夾具標準等 并在上述兩種標準化的基礎(chǔ)上 對專用夾具零部件 通用可調(diào)夾 具零部件及組合夾具零部件等 實行統(tǒng)一的標準化 以便使有一部分零部件 能在 各類夾具上通用 另外把一些夾具部件 組件 做成一個獨立單元 使夾具的設(shè)計 制造和裝配工作簡化 這也是夾具標準化的一個發(fā)展方向 作為發(fā)展趨勢 有些國 家不僅有上述各種夾具標準 而且有制造標準零部件和各類標準夾具的專業(yè)工廠 使原來單件生產(chǎn)的夾具 轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)化批量生產(chǎn) 有利于縮短生產(chǎn)周期和降低成本 2 可調(diào)化 組合化 當前機床夾具結(jié)構(gòu)發(fā)展的兩個主要方面 一是要把專門用于 某一特點工序的專用夾具 擴大其應(yīng)用范圍 使能用于同一類型零件的加工 并實 現(xiàn)快速調(diào)整 二是改變專用夾具在產(chǎn)品稍有修改或改變就報廢的現(xiàn)象 使夾具能重 復利用 實行組合化的原則 用少數(shù)元件能滿足多種需要 3 精密化 隨著機械產(chǎn)品加工精度日益提高 高精度機床大量涌現(xiàn) 勢必要求機 床夾具也相應(yīng)越來越精密 4 高效自動化 為了改善勞動條件 實現(xiàn)文明生產(chǎn) 提高生產(chǎn)效率 降低加工成 本 不僅大批量生產(chǎn)有此要求 對多品種 小批量生產(chǎn)同樣可考慮采用合適的高效 自動化夾具 使獲得良好的經(jīng)濟效益 1 2 課題的作用與意義 本次畢業(yè)設(shè)計的課題是 492 發(fā)動機曲軸箱銑主軸孔卡瓦槽夾具設(shè)計 機床夾具 是機床上用以裝夾工件 和引導刀具 的一種裝置 其作用是將工件定位 以使工 件獲得相對于機床和刀具的正確位置 并把工件可靠地夾緊 機床夾具被廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)中 大量專用機床夾具的采用為大批大量生 產(chǎn)提供了必要的條件 機床夾具是組成工藝系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié) 是影響加工質(zhì)量的重 要因素 一般情況下 使用機床夾具能穩(wěn)定地保證產(chǎn)品質(zhì)量 而不必過高的要求工 人的技術(shù)等級 先進高效的機床夾具不僅能減輕工人勞動強度 提高生產(chǎn)率 甚至 能使生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化 隨著汽車 內(nèi)燃機 摩托車 軸承等行業(yè)的規(guī)模化發(fā)展 對機床夾具的設(shè)計與制造不斷提出新的課題 深入研究機床夾具設(shè)計的理論和改進 機床夾具的結(jié)構(gòu) 無疑具有巨大的經(jīng)濟意義 機床夾具設(shè)計一般包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和精度設(shè)計兩個方面 而人們通常習慣側(cè)重于 結(jié)構(gòu)設(shè)計而忽視精度設(shè)計 關(guān)于機床夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 不僅有大量的資料可供參考 6 而且還不斷從其它學科吸收新的成果而向前發(fā)展 諸如液性塑料夾具 各種彈性膜 片式夾具 真空夾緊夾具 感應(yīng)分度夾具等等 關(guān)于機床夾具的精度設(shè)計 隨著零 件加工精度的提高 也日益受到人們的重視 人們逐漸認識到 機床夾具設(shè)計工作應(yīng)圍繞精度設(shè)計這個中心來進行 沒有合 理的精度設(shè)計不僅會給夾具制造帶來困難 甚至會使制造出的夾具不能保證工件的 加工精度 因此 迫切需要全面的研究機床夾具的設(shè)計 制造 使用諸方面的定量 關(guān)系 研究工件精度和夾具設(shè)計精度之間的合理聯(lián)系 機床夾具設(shè)計是用途極廣的 一門專業(yè)學科 熟悉它的內(nèi)容和方法 對從事機械制造方面的工程技術(shù)人員來說是 十分必要的 畢業(yè)設(shè)計是我們在學習階段的最后一個重要環(huán)節(jié) 要求我們能綜合運用大學四 年所學的專業(yè)知識和理論知識 結(jié)合實際 獨立解決本專業(yè)一般問題 樹立為生產(chǎn)服 務(wù) 扎實肯干 一絲不茍的工作作風 為將來在機械方面工作打下良好的基礎(chǔ) 經(jīng)過設(shè)計和討論 終于圓滿地完成了設(shè)計任務(wù) 本次設(shè)計就是圍繞以上五點要 求 按照一般步驟來設(shè)計的 力求結(jié)構(gòu)合理 計算準確 經(jīng)濟可靠 1 3 機床夾具的概述 機床夾具是機械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分 為保證工件某工序的加工 要求 必須使工件在機床上相對刀具的切削或成形運動處于準確的相對位置 當用 夾具裝夾加工一批工件時 是通過夾具來實現(xiàn)這一要求的 而要實現(xiàn)這一要求 又 必須滿足三個條件 一批工件在夾具中占有正確的加工位置 夾具裝夾在機床 上的準確位置 刀具相對夾具的準確位置 這里涉及了三層關(guān)系 零件相對夾具 夾具相對于機床 零件相對于機床 工件的最終精度是由零件相對于機床獲得的 所以 定位 也涉及到三層關(guān)系 工件在夾具上的定位 夾具相對于機床的定位 而工件相對于機床的定位是間接通 過夾具來保證的 工件定位以后必須通過一定的裝置產(chǎn)生夾緊力把工件固定 使工件保持在準確 定位的位置上 否則 在加工過程中因受切削力 慣性力等力的作用而發(fā)生位置變 化或引起振動 破壞了原來的準 確定位 無法保證加工要求 這種產(chǎn)生夾緊力的裝 置便是夾緊裝置 1 3 1 機床夾具的概念 1 機床夾具按專門化程度分類 可分為 通用夾具 7 通用夾具是指已經(jīng)標準化的 在一定范圍內(nèi)可用于加工不同工件的夾具 例如 車 床上三爪卡盤和四爪單動卡盤 銑床上的平口鉗 分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺等 這類夾 具一般由專業(yè)工廠生產(chǎn) 常作為機床附件提供給用戶 其特點是適應(yīng)性廣 生產(chǎn)效 率低 主要適用于單件 小批量的生產(chǎn)中 專用夾具 專用夾具是指專為某一工件的某道工序而專門設(shè)計的夾具 其特點是結(jié)構(gòu)緊湊 操 作迅速 方便 省力 可以保證較高的加工精度和生產(chǎn)效率 但設(shè)計制造周期較長 制造費用也較高 當產(chǎn)品變更時 夾具將由于無法再使用而報廢 只適用于產(chǎn)品固 定且批量較大的生產(chǎn)中 通用可調(diào)夾具和成組夾具 其特點是夾具的部分元件可以更換 部分裝置可以調(diào)整 以適應(yīng)不同零件的加工 用于相似零件的成組加工所用的夾具 稱為成組夾具 通用可調(diào)夾具與成組夾具相 比 加工對象不很明確 適用范圍更廣一些 組合夾具 組合夾具是指按零件的加工要求 由一套事先制造好的標準元件和部件組裝而成的 夾具 由專業(yè)廠家制造 其特點是靈活多變 萬能性強 制造周期短 元件能反復 使用 特別適用于新產(chǎn)品的試制和單件小批生產(chǎn) 隨行夾具 隨行夾具是一種在自動線上使用的夾具 該夾具既要起到裝夾工件的作用 又要與 工件成為一體沿著自動線從一個工位移到下一個工位 進行不同工序的加工 本次設(shè)計的即為銑曲軸箱主軸孔卡瓦槽而專門設(shè)計的專用夾具 2 按使用的機床分類 由于各類機床自身工作特點和結(jié)構(gòu)形式各不相同 對所用夾具的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)地提出 了不同的要求 按所使用的機床不同 夾具又可分為 車床夾具 銑床夾具 鉆床 夾具 鏜床夾具 磨床夾具 齒輪機床夾具和其他機床夾具等 本次設(shè)計的為銑床 夾具 3 按夾緊動力源分類 根據(jù)夾具所采用的夾緊動力源不同 可分為 手動夾具 氣動夾具 液壓夾具 氣 液夾具 電動夾具 磁力夾具 真空夾具等 考慮到夾緊力與切銷力方向相同 本 次采用手動夾緊 1 3 2 機床夾具的組成 8 銑床夾具通常由以下幾部分組成 1 定位元件 它與工件的定位基準相接觸 用于確定工件在夾具中的正確位置 從而保證加 工時工件相對于刀具和機床加工運動間的相對正確位置 2 夾緊裝置 用于夾緊工件 在切削時使工件在夾具中保持既定位置 3 對刀 引導元件或裝置 這些元件的作用是保證工件與刀具之間的正確位置 用于確定刀具在加工前正 確位置的元件 稱為對刀元件 如對刀塊 用于確定刀具位置并導引刀具進行加工 的元件 稱為導引元件 4 夾具聯(lián)接元件 使夾具與機床相連接的元件 保證夾具在機床上定位和夾緊用的元件 如銑床 夾具底面上安裝的定位鍵等 5 夾具體 用于連接或固定夾具上各元件及裝置 使其成為一個整體的基礎(chǔ)件 它與機床 有關(guān)部件進行連接 對定 使夾具相對機床具有確定的位置 6 其它元件及裝置 有些夾具根據(jù)工件的加工要求 要有分度機構(gòu) 靠模裝置 工件抬起裝置和輔 助支撐等 9 圖 1 1 銑床夾具外形圖 1 4 銑床夾具的結(jié)構(gòu)特點 本次設(shè)計的是一個銑床夾具 加工用的機床為 X62 臥式銑床 銑床夾具最明顯 的特點是夾具上一般有確定與刀具間相對位置的對刀裝置和確定它在車床工作臺方 向的定位鍵 銑床夾具的主要類型有以下幾種 1 按工件的進給方向 可分為直線進給的 圓周進給的和沿曲線進給 靠模 的 2 按在同一夾具中所安裝工件的數(shù)目 可分為單件加工的和多件加工的 3 按機動時間和裝卸時間是否重合 可分為利用機動時間裝卸的和不利用機動 時間裝卸的 在本次設(shè)計中 根據(jù)工件特點及加工要求 我所選用的是直線進給的銑床夾具 10 這類夾具在加工過程中 跟隨機床工作臺作直線進給運動 它分為單件加工的和多 件加工的夾具 單件加工銑床夾具多用在單件小批生產(chǎn)中 或用于加工大尺寸的工 件和定位方式較為特殊的中 小型工件 圖 1 2 曲軸箱零件圖 本次要加工的曲軸箱的總體尺寸如圖 1 2 所示 要加工的主軸孔卡瓦槽尺寸如 下 mm 0 1493 0 6228 銑床夾具一般用夾具體底面在機床工作臺平面上定位 為保證定位時接觸良好 對于較大的夾具體 可采用周邊接觸 兩端接觸或四腳接觸等方式 為確定夾具在 機床工作臺上的方向 在夾具底面設(shè)置兩個定位鍵與機床工作臺的 T 型槽配合 定 位鍵間的距離應(yīng)盡量遠一些 在安裝夾具時可讓定位鍵靠向 T 型槽的一側(cè) 以消除 間隙的影響 夾具底座上還應(yīng)設(shè)計縱向的帶 U 型槽的耳座 供 T 型槽用螺栓穿過 將夾具體緊固在工作臺上 11 2 工件定位方案的確定 2 1 工件定位要則 工件定位基準的選擇 1 選擇合理的定位基準 定位基準必須與工藝基準重合 并盡量與設(shè)計基準重合 以減小定位誤差 獲得最 大加工允差 降低夾具制造精度 當定位基準和工藝基準或設(shè)計基準不重合時 需進 行必要的加工尺寸及其允差的換算 應(yīng)選擇工件上最大的平面 最長的圓柱面或圓柱軸線為定位基準 以提高定位 精度 并使定位穩(wěn)定 可靠 在選擇定位元件時 要防止出現(xiàn)在超定位現(xiàn)象 在工件各加工工序中 力求采用同一基準 以避免因基準更換而降低工件各表 面相互位置的準確度 當鑄 鍛件以毛坯面作為第一道工序的基準時 應(yīng)選用比較光整的表面作基準 面 避開冒口 澆口或分型面等凸起不平整的部位 2 限制工件的自由度 一個自由的物體 它對三個相互垂直的坐標系來說 有六個可活動可能性 其 中三種是移動 三種是轉(zhuǎn)動 習慣上把這種活動的可能性稱為自由度 因此空間任 一自由物體共有 6 個自由度 物體的 6 個自由度分別為 沿 X 軸移動 以 x 表示 沿 Y 軸移動 以 表示 沿 Z 軸移動 以 表示 沿 X 方向的旋轉(zhuǎn) 以 表y z 示 沿 Y 方向的旋轉(zhuǎn) 以 表示 沿 Z 方向的旋轉(zhuǎn) 以 表示 若要使物體在某個 方向有確定的位置 就必須限制該方向的自由度 所以要使工件在空處于相對固定 的位置 就必須對六個自由度加以限制 限制的方法就是用相當于六個支承點的定 位元件與工件的定位基準面接觸 這種用正確分布的 6 個支承點來限制工件的 6 個 自由度 使工件在夾具中得到正確位置的規(guī)律 稱為六點定位原理 3 對定位元件的要求 工件定位基準與定位元件接觸或配合后 能限制住必須由其限制的工件的自由 度 由其產(chǎn)生的定位誤差最小 定位表面應(yīng)具有較高的尺寸精度 配合精度 表面光潔度和硬度 定位元件結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單 便于裝卸工件 具有足夠的強度和剛度 12 無產(chǎn)生超定位的可能性 對尺寸大的定位件表面 從結(jié)構(gòu)上采取措施 在不影響定位精度的前提下 盡 量減小與工件定位表面的接觸面積 消除定位表面的切屑方便 4 定位精度 對夾具要做必要的定位誤差分析和計算 定位誤差必須滿足工件的加工精度要求 必須考慮提高夾具在機床上的定位精度 必須確保刀具在夾具上的導向精度 必須確保對刀元件表面到工件被加工面間的尺寸精度 出現(xiàn)超定位時 應(yīng)取消產(chǎn)生超定位的定位元件 或增加超定位元件與定位基準間 的間隙 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 的情況下 一般取工件精度要求的 1 5 1 3 鉆模板鉆套孔中心距的公差在工件未注明公差要求的情況下 取工件孔中心距 自由公差的 1 5 1 3 當工件未注明定位面間的位置精度要求時 夾具定位面間的位置精度一般取 0 01 100mm 按工件公差選取夾具公差的參考值 按工件的直線尺寸公差確定夾具相應(yīng)尺寸公差的參考值 2 2 工件定位方式的選擇 2 2 1 完全定位 不完全定位和欠定位現(xiàn)象 加工時 工件的六個自由度被完全限制了的定位稱為完全定位 但生產(chǎn)中并不是任何工序都需要采用完全定位的 究竟應(yīng)該限制幾個自由度和 哪幾個自由度 應(yīng)由工件的加工要求決定 例如在一個長軸上銑一個兩頭不通的鍵槽 加工要求除了鍵槽本身的寬度 深 度和長度外 還需保證槽距軸端的尺寸及槽對外圓軸線的對稱度 此時繞工件軸線 轉(zhuǎn)動的自由度就不必限制而只要限制五個自由度即行了 工件的六個自由度沒有被 完全限制的現(xiàn)象稱為不完全定位 在平面磨床上磨削平板零件的平面也是不完全定 位的一個例子 13 在滿足加工要求的前提下 采用不完全定位是允許的 但是根據(jù)加工要求應(yīng)該 限制的自由度而沒有限制是不允許的 它必然不能保證加工要求 這種現(xiàn)象稱為欠 定位 2 2 2 過定位現(xiàn)象 工件的某個自由度被重復限制的現(xiàn)象稱為過定位 一般情況下應(yīng)當盡量避免過 定位 但是 在某些條件下 過定位的現(xiàn)象不僅允許 而且是必要的 此時應(yīng)當采取 適當?shù)拇胧┨岣叨ㄎ换鶞手g及定位元件之間的位置精度 以免產(chǎn)生干涉 如車削細長軸時 工件裝夾在兩頂尖間 已經(jīng)限制了所必須限制的五個自由度 除了繞其軸線旋轉(zhuǎn)的自由度以外 但為了增加工件的剛性 常采用跟刀架 這就 重復限制了除工件軸線方向以外的兩個移動自由度 出現(xiàn)了過定位現(xiàn)象 此時應(yīng)仔 細地調(diào)整跟刀架 使它的中心盡量與頂尖的中心一致 2 2 3 定位方式的選擇 在本次設(shè)計中 曲軸箱的加工工序如下 粗銑上下平面 精銑下平面 半精銑上平面 鉆鉸工藝孔 粗銑兩端 面 銑大小側(cè)面上部 半精銑兩端面 粗銑后油封擋板結(jié)合面 銑后端龍 門兩側(cè)和前端螺臺邊 銑吸油管安裝面 粗銑大側(cè)面孔口平面 精銑大側(cè)面 孔口平面 鏜主軸半圓孔 鏜凸輪軸后堵蓋孔孔口螺臺 銑主軸承座兩端面 銑軸瓦定位槽 鉆前 后端主油道孔 粗鏜四缸孔 鉆前 后端面孔 鉆下平面小側(cè)面孔 鉆上平面 大側(cè)面孔 主 直油道孔試壓 鉆 鉸大 側(cè)面回油孔 鉆大側(cè)靠前端斜油孔及孔口攻絲 鉆下平面剩余孔 下平面孔 攻絲 鉆上平面水孔 油孔 噴油溝孔锪平面 擴 鉆孔及攻絲 鉆大側(cè)面 剩余孔 大側(cè)面孔倒角 鉸堵蓋孔 攻絲 鉆主孔通主油道斜孔 清洗機清 洗機體 電解去毛刺 半精鏜四缸孔 精鏜兩軸孔 銑卡瓦槽 锪后端 主油道孔口平面 鉆孔攻絲 擴 鏜凸輪軸后堵蓋孔 鉸凸輪軸孔底孔 凸 輪孔孔口倒角 裝凸輪軸襯套 成品檢驗 并打印分級代碼 以工件上兩個或兩個以上表面作為定位基準時 稱為組合表面定位 采用組合 表面定位時 如果各定位基準之間無緊密尺寸聯(lián)系 即沒有尺寸精度要求 時 是 把各種單一幾何表面的典型定位方式直接予以組合 如果各定位基準之間有緊密尺 寸聯(lián)系 即有一定尺寸精度要求 時 需設(shè)法協(xié)調(diào)定位元件與定位基準的相互尺寸 14 聯(lián)系 以克服過定位現(xiàn)象 本次的設(shè)計是在曲軸箱軸孔已銑出的情況下對上端面卡 瓦槽進行銑削 根據(jù)六點定位原理以及該工件的自身特點 本設(shè)計采用在夾具體底 座上安裝四塊定位塊 分別由三個螺釘固定 同理 在夾具體的左側(cè)面與工件的底 面也用四塊定位塊 分別由三個螺釘固定 同時 在此處加一個菱形定位銷 由于 所選用的定位塊與工件的接觸面較大 相當于三個支承點 限制工件三個自由度 故兩個平面及一個定位銷將工件完全定位 考慮到定位基準與設(shè)計基準重合的原則 和六點定位原則 選擇二面及一孔 18 作為定位基準 故該類工件采用 二面一 0 183 孔 的定位方法 以消除工件在空間中的六個自由度 定位塊 支承板 JB T8209 適用于精基準定位 A 型支承板結(jié)構(gòu)簡單 緊湊 但切屑易落入螺釘頭周圍的縫隙中 且不易清除 故多用于側(cè)面和頂面的定位 B 型支承板 在工作面上有 45 的斜槽 且能保持與工件定位基面連續(xù)接觸 清除切 屑方便 多用于平面定位 支承板用螺釘緊固在夾具體上 當一個平面采用兩個以 上的支承板定位時 裝配后應(yīng)一次磨平工作表面 保證其平面度 因此 根據(jù)工件的具體形狀 定位基準及定位要求 為補償工件兩定位孔的孔 徑和孔距誤差及夾具兩定位銷的直徑和距離誤差 避免工件不套入定位銷 選擇兩 面一孔定位 選擇這些定位裝置所能消除的自由度如下 下底面定位 消除 Z 方向的移動以及 X Y 方向的轉(zhuǎn)動三個不定度 即消除 Z X Y 左側(cè)面及菱形定位銷 消除 X Y 方向的移動以及 Z 方向的轉(zhuǎn)動三個不定度 即 消除 來實現(xiàn)工件在夾具中的準確定位 見圖 2 1 所示 15 圖 2 1 二面一孔的定位方式 2 3 定位件的計算 2 3 1 菱形銷的設(shè)計計算 菱形銷定位簡圖如圖 2 2 所示 基 準 孔 中 心 距 定 位 銷 中 心 距 圖 2 2 菱形銷定位簡圖 1 確定兩定位銷中心距尺寸 Lx 及其公差 if they subtract from the service load stresses they are beneficial In the plastic deformation the external force does the merit turns into outside the heat except the majority of extensions but also some small part by the distortion can the form stores up in the deformation material This part of energy named storage energy The storage can the concrete manifestation way is Macroscopic residual stress microscopic residual stress and lattice distortion According to the residual stress balance scope difference usually may divide into it three kinds 1 First kind of internal stress also called the macroscopic residual stress it is causes by the work piece different part macroscopic distortion nonuniformity therefore its stress balance scope including entire work piece For example serves with Jin Shubang the curving load then above is pulled elongates under receives the compression The distortion surpasses when the limit of elasticity has had the plastic deformation after then the external force elimination by elongated one side on the existence compressed stress the leg of right triangle is the tensile stress This kind of residual stress corresponds the distortion can not be big only accounts for always stores up can about 33 0 1 2 Second kind of internal stress also called the microscopic residual stress it is produces by between the crystal grain or the subgrain distortion nonuniformity Its sphere of action and the crystal grain size quite namely maintain the balance between the crystal grain or the subgrain Sometimes this kind of internal stress may achieve the very great value even possibly creates the micro crack and causes the work piece destruction 3 Third kind of internal stress also calls the lattice distortion Its sphere of action is several dozens to several hundred nanometers it is because the work piece forms in the plastic deformation the massive lattice flaw for example vacancy interstitial atom dislocation and so on cause In the distortion metal the storage can the major part 80 90 uses in forming the lattice distortion This part of energy enhanced the distortion crystal energy causes it to be at the thermodynamics non steady state therefore it has one kind to make the distortion metal to restore to the free enthalpy lowest stable structure condition spontaneous tendency and causes the plastic deformation metal in heating time reply and the recrystallization process Only a few examples of detrimental residual stresses will be given here One in the assembly of machinery occurs when two shafts are not in line or are a few thousandths of an inch out of parallel and they are forced into connection by rigid couplings The resulting stresses in the shafts become reversing stresses when the shafts are rotated The correction when perfect alignment cannot be economically attained as is frequently the case is to use flexible couplings of a type necessary for the degree of misalignment The preceding case occurs with elastic stresses only and the residual stresses are maintained by bearing constraints In applications where mechanical work causes plastic yielding stresses remain when the constraints are removed For example the forging of shafts and crankshafts and the cooling after forging may induce residual stresses the equilibrium of which id changed in machining causing some warping of the shafts It is then common practice to straighten the shafts in a press before the final machining operation 34 Straightening requires a bending moment large enough to cause permanent set or yielding Detrimental residual stresses commonly result from differential heating or cooling A weld is a common example The weld metal and the areas immediately adjacent are after solidification at a much higher temperature than the main body of metal The natural contraction of the metal along the length of the weld is partially prevented by the large adjacent body of cold metal Hence residual tensile stresses are set up along the weld In general local or shallow heating which would expand the region or surface if it were free a distance well beyond that which the adjacent larger volume will allow causes yielding and upsetting of the heated material This readily occurs because of the reduced yield strength at elevated temperatures The same cooler volume prevents the upset heated region from fully contracting during its cooling and tensile general rule is that the last to cool is in tension although there is an exception if certain transformations of microstructure occur Methods for minimizing or reversing these stresses include annealing for stress relief and hammer or shot peening of the weakened surface Annealing requires heating mild steel to 1100 1200F followed by slow cooling Some preheating of the parts to be joined may minimize the tensile stresses in welds A thin but highly effective surface layer of compressive stress may be induced by cold rolling coining and peening processes It is seen that these processes work harden an outer layer thus causing compressive stresses to remain together with minor tensile stresses in adjacent interior layers Since the compressive layer is readily obtained all around these processes are suitable for reversing loads and rotating components where the stress varies between tension and compression The processes must be carefully controlled in respect to roller pressures and feeds shot size and speed etc for which extensive information is available in engineering books and periodicals Cold rolling is applied primarily to cylindrical and other shapes that can be rotated such as threads and shaft fillets The shape size and pressure of 35 the roller and the yield strength of the shaft determine the depth of penetration which can be calculated A special fixture may be attached to the carriages of a lathe and made to slowly traverse the desired rolling of bolts and screws has long been part of a forming process that not only forms but strengthens the threads by deformation and grain flow around the roots and by inducing compressive residual stresses Coining of holes also called ball drifting is a manufacturing process of forcing a hard tungsten carbide or AIDI 52100 steel slightly oversize ball through a hole in a plate bushing or tubing to give the holes final size and a fine finish The length of the hole may be from 1 20 to 10 times its diameter The machine is often set up for a high production of small parts with unskilled labor An incidental result is that the process increases hardness hence wear resistance and induces around the hole a compressive residual stress that is usually advantageous as in roller chain links The links ate highly stressed in pulsating tension with a concentration of the stress at and near the hole surfaces With the compressive stress from ball drifting the net tensile stress in service is decreased and failure is minimized Peening is the most widely used method for prestressing by mechanically induced yielding By the impact of rounded striking objects the surface is deformed in a multitude of shallow dimples which in trying to expand put the surface under compression Hammer peening usually by air driven tool with a rounded end is useful on limited areas such as a weld in shaft or on areas found weakened by corrosion decarburization or minor fatigue damage With a hard spherical end to the tool the depth of the compressed layer which occurs below the surface is about half the strain hardened region Shot peening is done on steels by the high velocity impingement of small round steel or chilled cast iron shot with diameters from 0 007to 0 175 in The compressed layer has a depth from a few thousandths to a few hundredths of an inch less than with hammer peening but roughly proportioned to the shot size used and its velocity Again the residual stress produced is about half of the strain hardened yield strength 36 Shot peening is extensively used because it may be applied with minimum cost to most metals and shapes except some interior ones On soft metals glass beads may be used Helical springs are commonly shot peened with up to a 60 increase in allowable stress under pulsating loads Part of the improvement may be due to the removal of the weakening longitudinal scratches left from the wire drawing operation Similarly coarse machined and coarse ground surfaces are smoothed and improved by shot peening which may be a more economical method than producing a final finish by machining or grinding Peening is not used on bearing and other closely fitting surfaces where high precision is required A final grinding for accuracy after peening would remove part or all of the residual stress Machines are available for the automatic and continuous peening of small and medium size parts moving on a conveyor or turntable through the blast 37 殘余應(yīng)力 殘余應(yīng)力是結(jié)構(gòu)或者機器中在沒有外部載荷或者內(nèi)部溫差時存在的一種應(yīng)力 它通常是在制造或者裝配過程中所產(chǎn)生的 有時它被稱為初始應(yīng)力 而這個過程則 被成為施加預應(yīng)力 當這些結(jié)構(gòu)或者機器投入使用時 工作載荷就會與殘余應(yīng)力相 疊加 如果參與應(yīng)力相加 則這種殘余應(yīng)力是有害的 如果殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力相 減 則這種殘余應(yīng)力是有利的 塑性變形中外力所作的功除大部分轉(zhuǎn)化成熱之外 還有一小部分以畸變能的形 式儲存在形變材料內(nèi)部 這部分能量叫做儲存能 儲存能的具體表現(xiàn)方式為 宏觀 殘余應(yīng)力 微觀殘余應(yīng)力及點陣畸變 按照殘余應(yīng)力平衡范圍的不同 通?？蓪⑵?分為三種 1 第一類內(nèi)應(yīng)力 又稱宏觀殘余應(yīng)力 它是由工件不同部分的宏觀變形不 均勻性引起的 故其應(yīng)力平衡范圍包括整個工件 例如 將金屬棒施以彎曲載荷 則上邊受拉而伸長 下邊受到壓縮 變形超過彈性極限產(chǎn)生了塑性變形時 則外力 去除后被伸長的一邊就存在壓應(yīng)力 短邊為張應(yīng)力 這類殘余應(yīng)力所對應(yīng)的畸變能 不大 僅占總儲存能的 0 1 左右 2 第二類內(nèi)應(yīng)力 又稱微觀殘余應(yīng)力 它是由晶?；騺喚ЯＶg的變形不 均勻性產(chǎn)生的 其作用范圍與晶粒尺寸相當 即在晶粒或亞晶粒之間保持平衡 這 種內(nèi)應(yīng)力有時可達到很大的數(shù)值 甚至可能造成顯微裂紋并導致工件破壞 3 第三類內(nèi)應(yīng)力 又稱點陣畸變 其作用范圍是幾十至幾百納米 它是由 于工件在塑性變形中形成的大量點陣缺陷 如空位 間隙原子 位錯等 引起的 變形金屬中儲存能的絕大部分 80 90 用于形成點陣畸變 這部分能量提高了 變形晶體的能量 使之處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài) 故它有一種使變形金屬重新恢復到 自由焓最低的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)的自發(fā)趨勢 并導致塑性變形金屬在加熱時的回復及再 結(jié)晶過程 這里僅列舉幾個有害的殘余應(yīng)力的例子 在機器的裝配過程中 當兩