290 拖拉機后橋半軸套車削加工夾具設(shè)計,拖拉機,后橋,軸套,車削,加工,夾具,設(shè)計 機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計1前 言夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。高精：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。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(nèi)；夾具重復(fù)安裝的定位精度高達±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(yīng)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。高效：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(jié)構(gòu)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(diào)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。模塊、組合：模塊化設(shè)計為夾具的計算機輔助設(shè)計與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD 技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設(shè)計，為用戶三維實體組裝夾具。組合夾具分會與華中科技大學(xué)合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設(shè)計與服務(wù)的通用化、遠程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。通用、經(jīng)濟：夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴展性功能強，應(yīng)用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性好。德國 demmeler(戴美樂 )公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費用低，經(jīng)濟實用才有推廣應(yīng)用的價值。 本設(shè)計也是遵循以上夾具技術(shù)的發(fā)展方向，圍繞高效、通用、經(jīng)濟而進行機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計2設(shè)計的。設(shè)計題目由拖拉機半軸套零件圖可知零件的基本結(jié)構(gòu)和加工要求。該工件鑄成后（鑄件圖參見附錄）需車削四個端面和兩個外圓，并滿足各端面的平面度和垂直度的要求及兩外圓的同軸度要求,為后期加工提供較好的定位基準。車削后需銑削三個端面，其中兩個是為了鉆孔而做的前期工作，而有 10 度傾角要求的端面是零件圖中的要求。端面車削好后需對兩個端面鉆通孔，各端面孔的位置要求為均布，并且為了保證連接緊湊，法蘭面不光滑平整的情況下需要在通孔周圍刮深 0.5Φ18 的孔。在前期車好端面和鉆好孔的情況下，可以方便的利用其對鉆兩排孔進行定位。加工該零件的夾具設(shè)計由謝李華、朱敏芳及本人組成的三人小組負責(zé)設(shè)計。其中本人負責(zé)車床夾具的設(shè)計。圖（一）是拖拉機半軸套車削的工序圖，該零件是中批量生產(chǎn)，現(xiàn)要求設(shè)計車削該零件四個端面和兩外圓的車床夾具。其中兩端面和外圓的粗糙度要求是 6.3，另外兩端面的粗糙度要求是 3.2，兩外圓的直徑分別是 mm 和85f?mm。且應(yīng)保證圖中的相應(yīng)面的平面度和垂直度及兩外圓的同軸度的要618g?求。機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計3圖（一）具體步驟如下：1 工件的加工工藝分析按照常規(guī)的車削方法先車端面再車外圓。其中端面粗糙度要求為 6.3 的兩端面比較容易完成，可通過粗車完成。粗糙度要求為 3.2 的兩端面因為有平面度 0.06mm 和垂直度 0.08mm 的要求，所以需在完成車外圓后才能加工出來。兩外圓的尺寸分別為 mm 和 mm，且還有同軸度 0.1mm 的要求，所85f?61g以最好是在一次裝夾中完成以滿足該精度的要求。但考慮到加工可取性，本人選擇了兩次加工完成，詳解后續(xù)。另外為了配合該零件的后期鉆孔加工，對 F平面有一個平面度為 0.06mm 的要求?；谝陨暇纫?，再結(jié)合零件圖上個各尺寸要求的工序基準，初步把整個加工工藝工程表示成下表步驟順序 步驟內(nèi)容 保證的尺寸1 車左端面 粗糙度 6.32 車右端面 粗糙度 6.3，平面度 0.06mm，零件長度 313mm3 車左外圓 mm，同軸度 0.1mm85f?4 車右外圓 mm，同軸度 0.1mm61g5 車左大端面 粗糙度 3.2，平面度 0.06mm，垂直度 0.08mm6 車右大端面 粗糙度 3.2，平面度 0.06mm，垂直度 0.08mm2 夾具結(jié)構(gòu)方案的確定2.1 定位方案選擇及定位元件設(shè)計該零件是個不規(guī)則的零件，要對其兩端面進行加工，必須的選好定位元件，仔細觀零件的結(jié)構(gòu)，如果對零件的外面進行定位，很難做到想得到的結(jié)果，即使得可以得到結(jié)果，那也很繁瑣，夾具也講究效率、經(jīng)濟。所以結(jié)合零件結(jié)構(gòu)，機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計4只有在零件內(nèi)部進行定位裝夾，方法才能簡單可靠。如此，我們可以得到以下方案。方案一：對套類零件，為了簡化定心定位裝置，常常采用剛性心軸作為定位元件。因為工件的端面還未加工故不能用帶有凸肩的心軸，即在夾緊裝置的設(shè)計上不能使用拉桿。而工件的內(nèi)孔直徑呈中間大兩頭小分布，所以只能靠兩端的小孔來定位并通過與圓孔的過盈配合來夾緊。示意圖如圖（二） 。限定工件六個自由度。心軸上的鍵是用來傳遞扭矩，帶動工件和車床主軸一起轉(zhuǎn)動。心軸左端用于與雞形夾抓緊。同時其軸心線也是夾具體和車床定位的一個基準。圖（二）如此設(shè)計則可在一次裝夾完成上述對工件各端面和外圓的加工。但由于定位基準是兩端的內(nèi)壁且夾緊是通過過盈配合，所以雖然該心軸的定位精度高但裝卸工件麻煩，生產(chǎn)效率較低。且由于工件為鑄件，內(nèi)壁精度很低，容易引起夾緊不可靠。方案二：用螺絲來代替夾緊，在車左端面方面，裝夾不用螺母、墊圈和左邊的錐套固定，因為如果用左邊的錐套固定，那么錐套將會復(fù)蓋一部分在端面，使左端機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計5面加工不完全，等車完左端面再地行第二次裝夾，加上螺母，這樣就不會影響加工，因為車左端面時要求較低。粗車就可達到粗糙度 6.3 的要求，且對平面度和垂直度沒有要求，所以只用三抓卡盤定位及夾緊即可。為了保證工件在轉(zhuǎn)動時候的安全，可在工件中間部分用中心架頂住，但由于工件表面是一個錐體，且還是鑄件，所以中心架的頂桿并不與工件接觸只是起保護作用，防止工件由于旋轉(zhuǎn)而甩出。在車右端面方面，由于其有粗糙度 6.3 的要求，還為了配合后期的鉆孔的定位所以有平面度 0.06mm 的要求，再結(jié)合左端面的外形結(jié)構(gòu)，故把該工序的夾具和車外圓的夾具合在一起。使得車右端面和車外圓在一次裝夾完成。在車外圓方面，由于有同軸度 0.1mm 的要求，而其外形方面卻又找不到合適的定位基準，故以工件上的內(nèi)孔作為定位基準。但由于工件本身為鑄件，內(nèi)部的尺寸精度不高，故以其內(nèi)孔兩端的截面圓心的連線為定位基準。定位元件采用定位套。如圖（三）所示。這樣限定了工件的六個自由度。在車大端面方面，為了減少工件的安裝時間，且保證其平面度 0.06mm 和垂直度 0.08mm 的要求，故仍以內(nèi)孔兩端的截面圓心的連線為定位基準。該工序的夾具也和車外圓的的夾具合在一起。使得車端面和車外圓可在一次裝夾內(nèi)完成。提高裝夾的效率。圖（三）機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計61- 心軸 2- 錐套 3- 墊圈 4- 螺母2.2 夾緊方案選擇及夾緊機構(gòu)設(shè)計2.2.1 夾具與工件的夾緊方案選擇及夾緊機構(gòu)設(shè)計方案一：如圖（二）通過心軸與工件內(nèi)壁的過盈配合夾緊，設(shè)計簡單，心軸的制作也簡單。但裝卸工件時比較麻煩，生產(chǎn)效率也較低，且由于工件內(nèi)壁精度不高，故夾緊不可靠。方案二：螺旋夾緊機構(gòu)簡單，夾緊可靠，通用性大，且結(jié)合工件的形狀，故該設(shè)計使用螺旋加緊機構(gòu)夾緊。如圖（三）心軸 1 上有一錐臺用于右端定位，錐臺的錐面上開有鍵槽，當(dāng)心軸加工好后把鍵焊接在鍵槽內(nèi)；心軸左端為螺桿結(jié)構(gòu)，具體尺寸見（零件圖一） 。錐套 2用于左端定位，并在錐面上開有鍵槽，當(dāng)錐套加工好后把鍵焊接在鍵槽內(nèi)，使得其和心軸上的鍵配合傳遞扭矩。具體尺寸見（零件圖二、三） 。墊圈 3 和螺母4 起夾緊作用，具體尺寸見（零件圖四、五） 。這樣的機構(gòu)既能起到夾緊的功能，也有自動定心的功能。雖然要裝夾兩次，但第二次裝夾很簡單，在很短的時間內(nèi)就可以完成，而且在裝夾時不會影響后面的的精確度，在裝卸方便時，也提高了生產(chǎn)效率。此外，通過使用不同規(guī)格的錐套與此心軸配合可加工不同尺寸的套類零件?？尚》鹊膶崿F(xiàn)其通用性并提高此使用夾具的經(jīng)濟性。2.2.2 夾具與機床的加緊方案選擇及加緊機構(gòu)設(shè)計兩套方案的夾具在車床上的定位都是以三爪卡盤夾住夾具體，再通過尾座頂尖與心軸的頂尖孔的接觸來實現(xiàn)的。三抓卡盤和尾座頂尖是通用夾具，因此不需專門設(shè)計，可根據(jù)生產(chǎn)的實際情況選擇適當(dāng)型號的三爪卡盤和尾座頂尖。故在總裝圖中不畫出。機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計7兩個方案的比較優(yōu)劣可由下表比較表示出序號 定位方面 夾緊方面 裝夾次數(shù) 經(jīng)濟性方案一 以兩端小孔內(nèi)壁定位，定位精度高通過過盈配合夾緊，但由于工件內(nèi)壁精度不高，加緊不可靠一次 裝卸麻煩，生產(chǎn)效率低方案二 以內(nèi)孔兩端的截面圓心的連線定位螺旋夾緊機構(gòu)簡單，夾緊可靠，通用性大兩次 裝卸簡單，由于其有一定的通用性，故經(jīng)濟性也得到一定的提高由上表對比可知，選用方案二較為妥善。為此，根據(jù)以上情況，可以確定整個加工工藝工程表示如下表步驟順序 步驟內(nèi)容 保證的尺寸1 車左端面 粗糙度 6.32 加上螺母 限制足夠的自由度，加緊機構(gòu)3 車右端面 粗糙度 6.3，平面度 0.06mm，零件長度 313mm4 車左外圓 mm，同軸度 0.1mm85f?5 車右外圓 mm，同軸度 0.1mm61g6 車左大端面 粗糙度 3.2，平面度 0.06mm，垂直度 0.08mm機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計87 車右大端面 粗糙度 3.2，平面度 0.06mm，垂直度 0.08mm3 加緊機構(gòu)的相關(guān)計算3.1 切削力的計算刀具在切削工件時，存在切屑與工件內(nèi)部彈、塑性變形的抗力；切屑與工件對刀具產(chǎn)生的摩擦阻力；兩者作用在刀具上的合力為 F。為了測量、計算和反映實際作用的需要，可將合力 F 分解為三個分力：切削力 Fc——在主運動方向上的分力；背向力 Fp——在垂直于假定工作平面上分力；進給力 Ff——在進給運動方向上的分力；各分力與合力的關(guān)系為： 22fPcFF??根據(jù)切削力實驗公式ffFffFf pppcFcFcncyxf nyxKvaCf?式中 F c、F p、F f——各切削分力，單位為 N；、 、 ——公式中系數(shù)，根據(jù)加工條件由實驗確定；查表確cpf定分別為 2795、1940、2880；xf、y f、n f ——表示各因素對切削力的影響程度指數(shù)；查表的 Fc 的各指數(shù)為 1.0、0.75、-0.15；F p 的各指數(shù)為 0.90、0.6 、-0.3 ；F f 的各指數(shù)為1.0、0.5、-0.4；、 、 ——不同加工條件對各切削力的影響修正指數(shù)，暫設(shè)cFKpfF加工條件比較理想各修正指數(shù)為 1。計算得 Fc=18067 N Fp=8130 N Ff=6323 N 3.2 加緊力的計算3.2.1 三抓卡盤夾緊力的計算機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計9計算夾緊力時,通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng).根據(jù)工件受切削力,夾緊力(大型工件還應(yīng)考慮工件重力,運動的工件還應(yīng)考慮慣性力等)的作用情況,找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀態(tài),按靜力平衡原理計算出理論夾緊力.最后為保證夾緊可靠,再乘于安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值.即:=W KW?式中, --實際所需夾緊力(N);KW----在一定條件下,由靜力平衡計算出的理論夾緊力(N); K---安全系數(shù).3.2.1.1 理論夾緊力可用如下公式計算： ?????22)3(6(fcFrdW為工件與支撐表面的摩擦系數(shù)取 0.2?3.2.1.2 安全系數(shù) K 的式計算:= 0?12?34?K6查表得: --考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù),取 1.3;0--加工性質(zhì)(粗加工)取 1.2;1--刀面鈍化程度(端面銑削,粗銑,含碳量高于 0.3%.故選 1.3;2--切削特點.斷續(xù)切削.取 1.2;K3--夾緊力的穩(wěn)定性,手動夾緊.取 1.3; 4--手動夾緊時的手柄位置.取 1.0;5--僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時工件與支承接觸的情況,接觸點不確定.6取 1.5;計算得：W=1694 =7991 WK3.2.2 螺旋夾緊機構(gòu)的夾緊力的計算其中本夾具機構(gòu)采用的夾緊裝置是螺旋夾緊機構(gòu):該類夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,夾緊可靠,通用性大,故在機床夾具中得到廣泛應(yīng)用.它的主要缺點是與液壓機構(gòu)機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計10相比該機構(gòu)在夾緊和松開工件時比較費時和費力; 單個螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按下列計算: = W0 )(/21/ ????tgtLQrz(N)式中 ---原始作用力;Q---作用力臂;L---螺桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦半徑（mm）,其值視螺桿端r/部的結(jié)構(gòu)形式而定，查表可得：---螺桿端部與工件間的摩擦角；?1---螺紋中徑之半；rZ---螺紋升角，查表可得；?經(jīng)計算的：=3600W0經(jīng)計算夾，具滿足剛度和強度要求。3.3 定位誤差的計算由于按方案二加工零件是在一次裝夾加工完成的。故影響其定位誤差的因素只有兩項：一項是錐套和心軸的配合引起的誤差；一項是兩中心孔的同軸度的公差引起的誤差。 而與錐套的錐面同軸度及錐臺的錐面同軸度無關(guān)。在次基礎(chǔ)上進行定位分析。定位誤差的計算公式為 不 重位 置定 位 ????錐套和心軸的配合引起的同軸度誤差有兩項：一項是垂直方向的定位誤差， maxin)( ?????TdD不 重位 置垂 直定 位 ??一項是水平方向的定位誤差， 2T定 位 （ 水 平 ）機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計11O21 水 平 方 向垂 直 方 向圖（五）錐套內(nèi)孔和心軸配合時的定位誤差由極限位置法畫定位誤差分析圖，如圖（五） 。由于錐套內(nèi)孔和心軸采用 剛性心軸無間隙配合定心，假設(shè)裝配比較67hH理想， ，故其垂直方向定位誤差為 。0min??TdD?查表可知 Td=0.016mm TD=0.025mm 所以 垂直方向的定位誤差 )(041.25.016. m??定 位 （ 垂 直 ）?水平方向的定位誤差 ??定 位 （ 水 平 ）這兩相綜合起來即是錐套內(nèi)孔和心軸配合時的定位誤差 ）（定 位 （ 水 平 ）定 位 （ 垂 直 ）定 位 （ 合 ） 021..041.???????經(jīng)以上分析可知該方案的夾具定位誤差為中心孔同軸度的公差與錐套和心軸的定位誤差之和。即 )(031.2.0101. m????定 位 （ 合 ）定 位 ??零件圖中對同軸度的要求為 0.1mm而夾具的定位誤差為 0.031，即 .3??定 位?所以，方案二的定位方案能滿足該加工精度的要求。4 確定夾具的主要尺寸、公差和技術(shù)要求4.1 夾具總圖上應(yīng)標的尺寸及公差機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計12（1）心軸的總長和各部分的截面直徑（2）錐套的定位面尺寸及其他結(jié)構(gòu)尺寸（3）錐套與心軸的配合為零間隙配合為佳詳見附錄中總裝圖。結(jié)束語通過將近三那個月的畢業(yè)設(shè)計，使我在資料的準備、設(shè)計的規(guī)劃、市場的調(diào)查、創(chuàng)新思維和自學(xué)能力等方面都有了較大的提高。并且在畢業(yè)前使個人能力有了一個飛躍。感謝曾一凡老師對我的論文不厭其煩的細心指點。曾老師首先細致地為我解題；當(dāng)我迷茫于眾多的資料時，他又為我提綱挈領(lǐng)，梳理脈絡(luò)，使我確立了本文的框架。論文寫作中，定期得到曾老師的指點。從框架的完善，到內(nèi)容的擴充；從行文的用語，到格式的規(guī)范，曾老師都嚴格要求，力求完美。我再次為曾老師的付出表示感謝。? 另外,在設(shè)計過程中, 有很多專業(yè)老師曾對本設(shè)計的完成提供了有力的幫助，在此，一并表示感謝。在設(shè)計中,由于本人的水平有限,必會有很多的不足之處,謹請各位老師批評指正.機制 052 級黃閣鋒：拖拉機后橋半軸套車床夾具設(shè)計13參考資料：《機床夾具設(shè)計》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1996 年 2 月第 2 版《機床夾具設(shè)計手冊》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1988 年 4 月第 2 版《金屬切削機床夾具設(shè)計手冊》機械工業(yè)出版社 1987 年 12 月第 2 版《金屬切削原理與刀具》 機械工業(yè)出版社 2005 年 7 月第 2 版《金屬機械加工工藝人員手冊》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1981 年 10 月第 2 版 《機械設(shè)計》 高等教育出版社 2001 年 7 月第 1 版《簡明機械設(shè)計手冊》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2000 年 10 月第 2 版