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1 大學(xué) 課程設(shè)計 論文 題 目 對合螺母座工 藝 及銑 E 面夾具設(shè)計 所屬系部 所屬專業(yè) 機械設(shè)計與制造 所屬班級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 起訖日期 目 錄 2 1 機床夾具概述 3 2 被加工零件的結(jié)構(gòu)特點及制定工序的加工要求 6 3 定設(shè)計方案的討論 8 4 切削力及夾緊分析計算 9 5 誤差分析與計算 12 6 對刀裝置設(shè)計 13 7 夾具操作步驟分析和可靠性預(yù)測 13 8 編寫主要夾具非標(biāo)準(zhǔn)零件的加工工藝規(guī)程 14 9 總結(jié) 15 10 參考文獻 15 1 機床夾具概述 設(shè)計的是銑床夾具 目的是銑 E 面 夾具回轉(zhuǎn) 180 銑 F 面 其中用到的設(shè)備為臥式銑床 X6132 生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批生產(chǎn) 3 在對工件進行機械加工時 為了保證加工的要求 首先要使工件相對道具 及機床有正確的位置 并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動 因 此 在進行機械加工前 先要將工件裝夾好 機床夾具的組成 1 定位裝置 其作用是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置 2 夾緊裝置 其作用是將工件壓緊夾牢 保證工件在加工過程中受到外 力 切削力等 作用時不離開已經(jīng)占據(jù)的正確的正確位置 3 對刀或?qū)蜓b置 其作用是確定刀具相對定位元件的正確位置 X 連接原件 其作用是確定夾具在機床上的正確位置 5 夾具體 夾具體是機床夾具的基礎(chǔ)件 通過它將夾具的所有元件連接 成一個整體 6 其他元件或裝置 是指家家具中因特殊需要而設(shè)置的元件或裝置 根 據(jù)加工需要 有些夾具上設(shè)置分度裝置 靠模裝置 為能方便 準(zhǔn)確定位 常 設(shè)置預(yù)定位裝置 對于大型夾具 常設(shè)置吊裝元件等 以上各組成部分中 定位元件 夾緊裝置和夾具體是機床夾具的基礎(chǔ)組成 部分 機床的分類 機床夾具種類繁多 可以從不同的角度對機床夾具進行分類 按夾具的使用特點可分為 通用夾具 專用夾具 可調(diào)夾具 組合夾具 拼裝夾具 按使用機床可分為 車床夾具 銑床夾具 鉆床夾具 鏜床夾具 齒輪機 床夾具 數(shù)控機床夾具 自動機床夾具 自動線隨行夾具以及其他機床夾具 按夾緊的動力源可分為 手動夾具 氣動夾具 液壓夾具 氣液增力夾具 電磁夾具以及真空夾具等 工件的裝夾方法 工件裝夾的方法有兩種 將工件直接裝夾在機床的工作臺或花盤上 將工件裝夾在家具上 4 采用第一種方法裝夾的效率低 一般要求先按圖紙要求在工件的表面上劃 線 劃出加工表面的尺寸和位置 裝夾時 用劃針或面分表找正后再夾緊 一 般用于單件和小批生產(chǎn) 批量較大時 都采用夾具裝夾工件 采用夾具裝夾工件有如下優(yōu)點 a 保證加工精度 穩(wěn)定加工質(zhì)量 b 縮短輔助時間 提高勞動生產(chǎn)率 c 擴大機床的使用范圍 實現(xiàn) 一機多能 d 改善工人的勞動條件 降低生產(chǎn)成本 工件在夾具中的定位 1 工件的定位的基本原理 六點定則 用合理分布的六個支承點限制工件的六個自由度 使工件在夾具中的位置 完全確定 稱為 六點定位原則 簡稱 六點定則 六點定則是工件定位的基本法則 用于實際生產(chǎn)時 起支承點作用的是一 定形狀的幾何體 這些用來限制工件自由度的幾何體就是定位元件 限制工件自由度與加工要求的關(guān)系 工件定位時 影響加工要求的自由度必須限制 不影響加工要求的自由度 有時要限制 有時可不限制 視具體情況而定 習(xí)慣上 工件的六個自由度都 限制了的定位稱為完全定位 工件限制的自由度少于六個 但能保證加工要求 的定位稱為不完全定位 在工件定位時 以下情況允許不完全定位 a 加工通孔或通槽時 沿貫通軸的位置自由度可不限制 b 毛坯 本工序加工前 是軸對稱時 繞對稱軸的角度自由度可不限制 c 加工貫通的平面時 除可不限制沿兩個貫通軸的位置自由度外 還可不 限制繞垂直加工面的軸的角度自由度 夾具上的定位元件重復(fù)限制工件的同一個或幾個自由度的定位稱為重復(fù)定 位 重復(fù)定位分兩種情況 當(dāng)工件的一個或幾個自由度被重復(fù)限制 并對加工 產(chǎn)生有害影響的重復(fù)定位 稱為不可用重復(fù)定位 它將造成工件定位不穩(wěn)定 降低加工精度 使工件或定位元件產(chǎn)生變形 甚至無法安裝和加工 因此 不 5 可用重復(fù)定位是不允許的 當(dāng)工件的一個或幾個自由度被重復(fù)限制 但仍能 滿足加工要求 即不但不產(chǎn)生有害影響 反而可增強工件裝夾剛度的定位 稱 為可用重復(fù)定位 在生產(chǎn)實際中 可用重復(fù)定位被大量采用 基準(zhǔn) 對定位元件的基本要求 定位基準(zhǔn)的選擇 定位基準(zhǔn)的選擇 應(yīng)盡量使工件的定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)相重合 盡量用精 基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn) 遵守基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 應(yīng)使工件安裝穩(wěn)定 加工中所引起的 變形最小 應(yīng)使工件定位方便 夾緊可靠 對定位元件的基本要求 足夠的精度 足夠的強度和剛度 耐磨性好 工藝性好 便于清理切削 2 工件定位方式及其定位元件 a 工件以平面定位 工件以平面作為定位基準(zhǔn)時 所用定位元件一般可分 為主要支承和輔助支承 主要支承用來限制工件的自由度 具有獨立定位的作 用 輔助支承用來加強工件的支承剛性 不起限制工件自由度的作用 b 工件以圓柱孔定位 工件以圓柱孔為定位基準(zhǔn) 如套類 齒輪 撥叉等 此種定位方式所用的定位元件有圓柱定位銷 定位心軸和圓錐定位銷等 c 工件以外圓柱面定位 工件以外圓柱面定位時 常用的定位元件有 V 形塊 定位套和半圓套 定位誤差的分析 造成定位誤差的原因有兩個 一是定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合 由此產(chǎn)生 基準(zhǔn)不重合誤差 b 二是定位基準(zhǔn)與限制位基準(zhǔn)不重合 由此產(chǎn)生基準(zhǔn) 位移誤差 y 基準(zhǔn)不重合誤差 b 是一批工件逐個在夾具上定位時 定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不 重合而造成的加工誤差 其大小為定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影 基準(zhǔn)位移誤差 y 是一批工件逐個在夾具上定位時 定位基準(zhǔn)相對于限位基準(zhǔn) 的最大變化范圍在加工尺寸方向上的投影 夾緊裝置的組成 1 夾緊裝置的種類繁多 綜合起來其結(jié)構(gòu)均由兩部分組成 動力裝置 產(chǎn)生夾緊力 動力裝置是產(chǎn)生原始作用力的裝置 按夾緊力的 6 來源 夾緊分手動夾緊和機動夾緊 手動夾緊是靠人力 機動夾緊是采用動力 裝置 常用的動力裝置有液壓裝置 氣動裝置 電磁裝置 電動裝置 氣 液聯(lián) 動裝置和真空裝置等 夾緊裝置 傳遞夾緊力 動力裝置所產(chǎn)生的力或人力要正確地作用到工件 上 需有適當(dāng)?shù)膫鲃訖C構(gòu) 傳遞機構(gòu)是把原動力傳遞給夾緊裝置 它由兩種構(gòu) 件組成 一是接受原始作用力的構(gòu)件 二是中間傳力機構(gòu) 2 夾緊裝置的設(shè)計要求 夾緊裝置的設(shè)計和選用是否正確 都保證工件的精度 提高生產(chǎn)率和減輕 工人勞動強度有很大的影響 因此 夾緊裝置應(yīng)滿足以下要求 夾緊過程中 不能破壞工件在定位時所處的正確位置 b 夾緊力的大小適當(dāng) 保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變 夾緊 可靠牢固 振動小 又不超出允許的變形 c 夾緊裝置的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng) 工件生產(chǎn)批量越大 越應(yīng)設(shè)計較復(fù)雜 效率較高的夾緊裝置 d 具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性 力求簡單 便于制造維修 操作安全方便 并 且省力 2 被加工零件的結(jié)構(gòu)特點及制定工序的加工要求 利用本夾具主要用來銑 E 面 夾具回轉(zhuǎn) 180 銑 F 面 為了保證技術(shù)要求 最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn) 同時 應(yīng)考慮如何提高勞動生 產(chǎn)率和降低勞動強度 結(jié)構(gòu)特點 可根據(jù)零件的工藝路線 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 設(shè)備 7 1 鑄 鑄造毛坯 兩件合一 2 熱處理 時效處理 3 刨 1 粗 半精刨燕尾槽 2 粗 半精刨 D 面 牛刨 4 銑 1 銑 E 面 2 夾具回轉(zhuǎn) 180 銑 F 面 臥式銑床 5 車 1 粗 精車 M 面 2 鉆 擴 38 留余量 3 調(diào)頭粗 精車 N 面 臥式銑床 6 鉆 1 鉆孔 7 锪錐孔 11 夾具回轉(zhuǎn) 180 鉆另一孔 7 锪錐孔 11 2 鉆 擴 鉸 2 12H7 鉆床 7 銑 切割 控制尺寸 4 臥式銑床 8 鉗 去毛刺 9 檢 檢驗 10 磨 磨燕尾槽 兩件合一 磨床 11 磨 磨 38H7 兩件合一 內(nèi)圓磨床 12 檢 總檢 13 清洗 入庫 零件有兩個以加工平面 故可用擋板對其定位 另外零件還有兩 個燕尾槽 零件總體尺寸相對較小和具有一定的對稱性 1 研究工藝過程 分析該工序所加工的部位 加工要求 定位 夾緊部分和前后加工工序的關(guān)系等 工藝過程見機械加工過程卡片 該工序為銑兩端面孔 因此 可以用彈簧擋板對其定位 這樣可以減少誤差 另外零件還有 兩個燕尾槽因此可以用相應(yīng)的擋板對其進行定位 夾緊可以通 過活動擋板對其進行壓緊 根據(jù)工藝路線可知 加工銑 E 面 夾具回轉(zhuǎn) 180 銑 F 面加工之前 只加 工了粗 半精刨燕尾槽 粗 半精刨 D 面 所以設(shè)計夾具的時候要選擇精基準(zhǔn) 8 的時候只能選擇燕尾槽面或 D 面作為精基準(zhǔn) 此時零件的形狀如下圖 3 定設(shè)計方案的討論 由零件圖可知 加工銑 E 面 夾具回轉(zhuǎn) 180 銑 F 面加工之前 只加工了 粗 半精刨燕尾槽 粗 半精刨 D 面 因此 定位 夾緊方案有 方案 選底平面 和側(cè)面定位夾緊方式用操作簡單 通用性較強的活動 V 型塊來夾緊 9 方案 選一面兩銷定位方式 2 面用擋銷 夾緊方式用操作簡單 通用 性較強的移動壓板來夾緊 分析比較上面二種方案 方案 中的定位是不正確的 擋銷的位置是固定 且定位與夾緊應(yīng)分開 因夾緊會破壞定位 通過比較分析只有方案 滿足要求 從而保證其尺寸公差要求 開始設(shè)計是直接用夾具體作為定位面 用久后磨損會造成大的誤 差 兩端沒有做成活動的 這樣不好安裝 后來改成可以單獨使 用的零件 這樣可以壞掉及時更換 取得很好的經(jīng)濟效益 為了使定位誤差達到要求的范圍之內(nèi) 這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作 4 切削力及夾緊分析計算 刀具 面銑刀 硬質(zhì)合金 刀具有關(guān)幾何參數(shù) 015 01 頂 刃 0n 側(cè) 刃 601 5 30rK 2 5Lm2Z 8 famzmap 2 由參考文獻 5 5 表 1 2 9 可得銑削切削力的計算公式 0 8 10 pzFafDBzn 有 9 8 1 10 135254836 2 N 根據(jù)工件受力切削力 夾緊力的作用情況 找出在加工過程中對夾緊最不 利的瞬間狀態(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 乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值 即 FKW 安全系數(shù) K 可按下式計算 6543210 式中 為各種因素的安全系數(shù) 查參考文獻 5 1 2 1 可知其公6 式參數(shù) 123456 0 3KK 由此可得 1 10 31 056 所以 845 WFN 由計算可知所需實際夾緊力不是很大 為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單 操作方便 決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu) 夾緊力的確定 10 夾緊力方向的確定 夾緊力應(yīng)朝向主要的定位基面 夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向 1 夾緊力作用點的選擇 a 夾緊力的作用點應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi) b 夾緊力的作用點應(yīng)落在工件剛性較好的部位上 這樣可以防止或減少工件 變形變形對加工精度的影響 c 夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面 3 夾緊力大小的估算 理論上確定夾緊力的大小 必須知道加工過程中 工件所受到的切削力 離心力 慣性力及重力等 然后利用夾緊力的作用應(yīng)與上述各力的作用平衡而 計算出 但實際上 夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性 夾緊機構(gòu)的傳遞效率 等有關(guān) 而且 切削力的大小在加工過程中是變化的 因此 夾緊力的計算是 個很復(fù)雜的問題 只能進行粗略的估算 估算的方法 一是找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài) 估算此狀態(tài)下所需的夾 緊力 二是只考慮主要因素在力系中的影響 略去次要因素在力系中的影響 估算的步驟 a 建立理論夾緊力 FJ 理與主要最大切削力 FP 的靜平衡方程 FJ 理 FP b 實際需要的夾緊力 FJ 需 應(yīng)考慮安全系數(shù) FJ 需 KFJ 理 c 校核夾緊機構(gòu)的夾緊力 FJ 是否滿足條件 FJ FJ 需 夾具的夾緊裝置和定位裝置 夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的 定位問題已在 前面研究過 其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度 僅僅定好位在大多數(shù)場合下 還無法進行加工 只有進而在夾具上設(shè)置相 應(yīng)的夾緊裝置對工件進行夾緊 才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù) 夾緊裝置的基本任務(wù)是保持工件在定位中所獲得的即定位置 以便在切削 力 重力 慣性力等外力作用下 不發(fā)生移動和震動 確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安 全 有時工件的定位是在夾緊過程中實現(xiàn)的 正確的夾緊還能糾正工件定位的 不正確 11 一般夾緊裝置由動源即產(chǎn)生原始作用力的部分 夾緊機構(gòu)即接受和傳遞原始作 用力 使之變?yōu)閵A緊力 并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分 他包括中間遞力機構(gòu)和夾緊 元件 考慮到機床的性能 生產(chǎn)批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊 螺旋夾緊機構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式 利用螺旋桿直接夾緊元件 或者 與其他元件或機構(gòu)組成復(fù)合夾緊機構(gòu)來夾緊工件 是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機 構(gòu) 螺旋夾緊機構(gòu)中所用的螺旋 實際上相當(dāng)于把契繞在圓柱體上 因此他的 作用原理與斜契是一樣的 也利用其斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的 不過這里上是通過轉(zhuǎn)動螺旋 使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的 典型的螺旋夾緊機構(gòu)的特點 1 結(jié)構(gòu)簡單 2 擴力比大 3 自瑣性能好 4 行程不受限制 5 夾緊動作慢 夾緊裝置可以分為力源裝置 中間傳動裝置和夾緊裝置 在此套夾具中 中間傳動裝置和夾緊元件合二為一 力源為機動夾緊 通過螺栓夾緊移動壓板 達到夾緊和定心作用 工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn) 通過螺栓夾緊移動壓板 實現(xiàn)對 工件的夾緊 并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板 通過精確的圓弧定位 實現(xiàn)定心 此套移動壓板制作簡單 便于手動調(diào)整 通 過松緊螺栓實現(xiàn)壓板的前后移動 以達到壓緊的目的 壓緊的同時 實現(xiàn)工件 的定心 使其定位基準(zhǔn)的對稱中心在規(guī)定位置上 查參考文獻 5 1 2 26 可知螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算 螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有 210 tgtQLWz 式中參數(shù)由參考文獻 5 可查得 6 2 76zr 901052 29 其中 3 Lm 8N 螺旋夾緊力 04 該夾具采用螺旋夾緊機構(gòu) 用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件 12 由表 得 原動力計算公式 261 001KLWl 即 0478 23 932 75 KWLNl 由上述計算易得 K 由計算可知所需實際夾緊力不是很大 為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單 操作方便 決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu) 5 誤差分析與計算 為了滿足工序的加工要求 必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī) 定的尺寸公差 gwj 與機床夾具有關(guān)的加工誤差 一般可用下式表示 j MjjWDAZWj 由參考文獻 5 可得 定位誤差 11minDWd 2i 2min DdJarctgL 其中 10 52Dm 20D d 3d in in4 夾緊誤差 cos minaxyj 其中接觸變形位移值 1 9 62nHBZyRaZkNl 查 5 表 1 2 15 有 10 4 0 42 0 7zKC cos8jym 磨損造成的加工誤差 通常不超過Mj 5 夾具相對刀具位置誤差 取AD01 誤差總和 0 853jw 從以上的分析可見 所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求 13 6 對刀裝置設(shè)計 定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中 一般使用兩個 其距離盡可能布置的 遠些 通過定向鍵與銑床工作臺 T 形槽的配合 使夾具上定位元件的工作表面 對于工作臺的送進方向具有正確的位置 定向鍵可承受銑削時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩 可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷 加強夾具在加工中的穩(wěn)固性 7 夾具操作步驟分析和可靠性預(yù)測 如前所述 應(yīng)該注意提高生產(chǎn)率 但該夾具設(shè)計采用了手動夾緊方式 在 夾緊和松開工件時比較費時費力 由于該工件體積小 經(jīng)過方案的認真分析和 比較 選用了手動夾緊方式 螺旋夾緊機構(gòu) 這類夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單 夾緊可 靠 通用性大 在機床夾具中很廣泛的應(yīng)用 此外 當(dāng)夾具有制造誤差 工作過程出現(xiàn)磨損 以及零件尺寸變化時 影 響定位 夾緊的可靠 為防止此現(xiàn)象 選用可換定位銷 以便隨時根據(jù)情況進 行調(diào)整換取 優(yōu)點 穩(wěn)定性高 夾具體積小 易于在車床上安裝與拆卸 缺點 對車床的適應(yīng)性低 沒有凸臺 車削的面積大 用久后夾具磨損會 使定位誤差增大 夾具的主要零件技術(shù)要求的分析 夾具體 鑄件不允許有裂紋 氣孔 沙眼 疏松 幾個重要面的平行度和 垂直度要保證 14 8 編寫主要夾具非標(biāo)準(zhǔn)零件的加工工藝規(guī)程 零件名稱 夾具體 材料 HT200 生產(chǎn)綱領(lǐng) 單個 單位 mm 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 設(shè)備 1 鑄 鑄造毛坯 2 熱處理 時效處理 3 銑 1 銑底面 2 銑與定位鍵配合 的面 臥式銑床 X6132 4 銑 銑上表面各個小凸 臺 立式銑床 X52K 5 銑 銑夾具體兩側(cè) U 型 槽 立式銑床 X52K 6 鉆 1 鉆 M8 底孔 6 8 2 鉆兩 M6 底孔 5 3 鉆兩 M5 底孔 4 2 4 鉆 10 孔 5 鉆四個 5 孔 6 鉆兩 6 銷孔 鉆床 7 攻螺紋 1 攻兩 M8 2 攻兩 M6 3 攻兩 M5 鉆床 8 鉗 去毛刺 9 檢 檢驗 10 檢 總檢 11 清洗 入 清洗 入庫 15 庫 9 總結(jié) 通過為期一個半星期的課程設(shè)計使我加深了對機械制造基礎(chǔ)這一門課程實用 性的理解 也是我明白了工廠里面工人操作流程 對于一個產(chǎn)品的生產(chǎn)流程 加工工藝規(guī)程 我有了一些粗層次的了解 我認為出去以后當(dāng)我看到那一張張 工序卡片 工藝卡片 我一定能看懂它 感謝有這樣一次機會 感謝我們團體 成員為這次課程設(shè)計所付出的辛勤努力 以及傅老師的指導(dǎo) 10 參考文獻 1 盧秉恒 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 北京 機械工業(yè)出版社 2007 12 2 孟少農(nóng) 機械加工工藝手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 1991 3 柯建宏 賓鴻贊 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 華中科技大學(xué)出版社 2006 4 鄭修本 機械制造工藝學(xué) M 北京 機械工業(yè)出版社 1999 5 鄒青 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程 機械工業(yè)出版社 2004