290 拖拉機(jī)后橋半軸套車削加工夾具設(shè)計,拖拉機(jī),后橋,軸套,車削,加工,夾具,設(shè)計 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,拖拉機(jī)半軸套車床夾具設(shè)計 機(jī)制05（2）班 黃閣鋒,前 言,夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)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(jì)方向發(fā)展。 高精：隨著機(jī)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(dá)±5μm。機(jī)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(jī)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(jì)性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。,,高效：為了提高機(jī)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(jī)床進(jìn)行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機(jī)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(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計，為用戶三維實(shí)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(shí)現(xiàn)夾具設(shè)計與服務(wù)的通用化、遠(yuǎn)程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。 通用、經(jīng)濟(jì)：夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)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(kuò)展性功能強(qiáng)，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(jì)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(qiáng)，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)實(shí)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(jì)而進(jìn)行設(shè)計的。,,設(shè)計題目 由拖拉機(jī)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(zhǔn)。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(jìn)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(fù)責(zé)設(shè)計。其中本人負(fù)責(zé)車床夾具的設(shè)計。,,,圖（一）是拖拉機(jī)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求。,,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?yàn)橛衅矫娑?.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。,,基于以上精度要求，再結(jié)合零件圖上個各尺寸要求的工序基準(zhǔn)，初步把整個加工工藝工程表示成下表,,2 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： 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?yàn)楣ぜ亩嗣孢€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(zhǔn)。,,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(zhǔn)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?yàn)槿绻米筮叺腻F套固定，那么錐套將會復(fù)蓋一部分在端面，使左端面加工不完全，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?yàn)檐囎蠖嗣鏁r要求較低。粗車就可達(dá)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(hù)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(zhǔn)，故以工件上的內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)。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(zhǔn)。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(zhǔn)。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）,1- 心軸 2- 錐套 3- 墊圈 4- 螺母,,2.2夾緊方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計 2.2.1夾具與工件的夾緊方案選擇及夾緊機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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。可小幅度的實(shí)現(xiàn)其通用性并提高此使用夾具的經(jīng)濟(jì)性。,,,2.2.2夾具與機(jī)床的加緊方案選擇及加緊機(jī)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(shí)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(shí)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。,,兩個方案的比較優(yōu)劣可由下表比較表示出,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,,3 加緊機(jī)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(shí)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(yùn)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(jìn)給力Ff——在進(jìn)給運(yùn)動方向上的分力；,,,根據(jù)切削力實(shí)驗(yàn)公式 Fc、Fp、Ff——各切削分力，單位為N； 、、——公式中系數(shù)，根據(jù)加工條件由實(shí)驗(yàn)確定；查表確定分別為2795、1940、2880； xf、yf、nf ——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；Fp的各指數(shù)為0.90、0.6、-0.3；Ff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)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 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(yùn)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(shí)際所需夾緊力的數(shù)值.即: WK --實(shí)際所需夾緊力(N); W----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： 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: 計算得： W=1694,,,,,3.2.2螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力的計算。 其中本夾具機(jī)構(gòu)采用的夾緊裝置是螺旋夾緊機(jī)構(gòu):該類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,夾緊可靠,通用性大,故在機(jī)床夾具中得到廣泛應(yīng)用.它的主要缺點(diǎn)是與液壓機(jī)構(gòu)相比該機(jī)構(gòu)在夾緊和松開工件時比較費(fèi)時和費(fèi)力; 經(jīng)計算的，具滿足剛度和強(qiáng)度要求。 3.3定位誤差的計算 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(biāo)的尺寸及公差 （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。,,各零件的三維實(shí)體圖如下 鑄件三維實(shí)體圖,,錐套三維實(shí)體圖,,錐套三維實(shí)體圖（焊接鍵以后）,,墊圈三維實(shí)體圖,,螺母三維實(shí)體圖,,心軸三維實(shí)體圖,,心軸三維實(shí)體圖（焊接鍵以后）,,總裝三維示意圖,,5.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(zhǔn)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(xì)心指點(diǎn)。曾老師首先細(xì)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(diǎn)。從框架的完善，到內(nèi)容的擴(kuò)充；從行文的用語，到格式的規(guī)范，曾老師都嚴(yán)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(jǐn)請各位老師批評指正.,,6.參考文獻(xiàn) 《機(jī)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(jī)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(jī)床夾具設(shè)計手冊》機(jī)械工業(yè)出版社 1987年12月第2版 《金屬切削原理與刀具》 機(jī)械工業(yè)出版社 2005年7月第2版 《金屬機(jī)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(jī)械設(shè)計》 高等教育出版社 2001年7月第1版 《簡明機(jī)械設(shè)計手冊》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2000年10月第2版,