第四组专用镗床夹具设计

机床夹具设计设计题目：“万向节滑动叉”专用镗床家具设计学 院： 交通运输与管理学院 班 级： 12级5班专 业： 机电技术教育 姓 名： 陈其旗 刘 佳 蒋小鹏 周春阳周中华 指导老师：张大鹏 时间：2015年6月目录前言-3设计任务与工件材料-3设计方案-5夹具体定位 -5夹具设计-7切削力及夹紧力计算-9误差分析 -11校核-13夹具工件装配图-13经济性分析-15夹具设计总结-15参考文献-15 前言 本次课程设计的课题是“万向节滑动叉”专用夹具设计。万向节滑动叉位于传动轴的端部，主要作用之一是传递扭矩，使汽车获得前进的动力；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同状态时，由本零件可以调整传动轴的长短及其位置。万向节滑动叉就是将万向节叉和滑动花键副的一部分组合起来，使其成为一个零件，其特征是该万向节滑动叉为采用模锻制作的万向节叉与滑动套为一体的整体式结构，其端部呈叉形结构，并设有两个十字销孔，用于安装十字万向节；在管内设有内花键，这种呈整体式结构的滑动叉，不仅加工容易、成本低，而且强度高，故其使用寿命与传统的万向节叉滑动套合件相比，有了成倍的提高。它的研究和使用可以简化万向传动装置的结构，也满足能要求，因此对万向节滑动叉的研究有极大的实际意义。通过本次课程设计，是对上学期所设计的零件进行某一道工序的专用夹具设计，通过设计使我对本专业有了更加深刻的了解，在以后的工作中有重大的意义。 一 设计任务与工件材料1设计题目本次设计的题目是“万向节滑动叉”专用镗床夹具设计。2。生产纲领 大批量生产。3。工件材料工件万向节滑动叉材料为45号钢，硬度HBS=160.经调质处理后HBS=210.抗拉强度=600MPA，屈服强度=355Mpa. 本夹具主要用来精镗39mm二孔的两个端面，这两个端面对39mm孔及花键孔都有一定的技术要求。如图所示 二 设计方案采用V型块+定位花键专用夹具：夹具设计方便，加工效率和精度高。综合考虑：具体设计采用“一块一花键”定位。同时，为了缩短辅助时间，准备采用气动夹紧。三夹具体定位（1）夹具的定位设计工件在夹具中的位置是由与工件接触的定位元件的定位表面所确定的。为了保证工件相对刀具及切削成形运动有正确的位置，还需要使夹具与机床连接和配合时所用的夹具定位表面相对刀具及切削成形运动处于理想的位置。保证定位元件的定位表面的各项要求，在夹具体上表现为与机床的连接和定位。夹具体与机床工作台之间的定位依靠定位键与工作台上的T型槽之间的定位，夹具通常是通过两个定位键与工作台上的T形槽相连，以保证夹具在工作台上的方向；为了提高定位精度，定位键与T形槽应有良好的配合，必要时定位键的宽度应按照工作台上的T形槽配作；两定位键之间的距离，在夹具底座允许的范围内应尽可能远些；安装夹具时，可让定位键靠向T形槽一侧，以消除间隙造成的误差。因此根据机床型号和GB/T2206-91可知，定位键的型号为：A16x27（2）夹具与机床连接夹具与机床的连接，根据机床的工作特点，最基本的两种方式：夹具安装在机床的工作台上，如铣床、刨床、钻床等；夹具安装在机床的回转主轴上，如车床、外圆磨床、内圆磨床等。本次夹具设计采用的连接方法为夹具安装在机床的工作台上，夹具定位后，应用M12螺栓将其固紧在工作台上，以提高其连接刚度。（3）夹具的对刀设计常见的标准对刀块有圆形对刀块、方形对刀块、直角对刀块和侧装对刀块几种。本次夹具设计中选用的对刀块为侧装对刀块，标准为GB/T2243-91，材料为T7A钢。用对刀装置调整刀具对夹具的相对位置方便迅速，但其对准精度一般比试切法低。影响对刀装置对准精度的主要因素有： 对刀时的调整精度； 元件定位面相对对刀装置的位置误差。因此，在设计夹具时，应正确确定对刀块对刀表面的位置尺寸及其公差，一般来说，这些位置尺寸都是以元件定位面作为基准来标注的，以减少基准变换带来的误差。四夹具设计 （1）定位V形块 V型块按JB/T8047-95标准制造，也称为V型架。材质:铸铁材料。精度等级:高精度。V型块的选择：单口V形块。V型块的用途:用于万向节滑动叉的定位，限制自由度，以及工件的装夹。（如图所示） （2）定位花键花键材质为铸铁材质，与底板相连，作为定心轴，限制工件的5个自由度。底板有两个M8的螺纹孔与机床连接。定心轴采用1643H1150H85H10mm花键轴。（如图所示）（3）定位基准的选择由零件图可知，39mm二孔端面应对花键孔中心线有平行度及对称度要求，其设计基准为花键孔中心线。为了使定位误差为零，应该选择以花键孔定位的自动定心夹具。但这种自动定心夹具在结构上将过于复杂，因此这里只选用以花键孔为主要定位基面。五。切削力及夹紧力的计算镗刀材料：（硬质合金镗刀）刀具的几何参数： mm的精度要求到0.001mm。所以设计切削时切削深度（背吃刀量）=0.1mm，进给量f=0.008.切削速度在6065m/min之间。工件材料为45号钢，硬度HBS=160.经调质处理后HBS=210.抗拉强度=600MPA，屈服强度=355Mpa.作用于镗刀上的切削力可用一个旋转测力计进行测量。被测力包括切向力、进给力和径向力。与其它两个力相比，切向力的量值最大。 切向力垂直作用于刀片的前刀面，并将镗刀向下推。需要注意，切向力作用于刀片的刀尖附近，而并非作用于刀杆的中心轴线，。切向力偏离中心线产生了一个力臂（从刀杆中心线到受力点的距离），从而形成一个力矩，它会引起镗刀相对其中心线发生扭转变形。 进给力是量值第二大的力，其作用方向平行于刀杆的中心线，因此不会引起镗刀的挠曲。径向力的作用方向垂直于刀杆的中心线，它将镗刀推离被加工表面。 因此，只有切向力和径向力会使镗刀产生挠曲。已沿用了几十年的一种经验算法 为：进给力和径向力的大小分别约为切向力的25和50。但如今，人们认为这种比例关系并非“最优算法”，因为各切削力之间的关系取决于特定的工件材料及其硬度、切削条件和刀尖圆弧半径。故采用经验公式来计算切向力FtFt396000切削深度进给量功率常数查刀具设计手册6-5,可知功率常数n=0.99.切向力的计算 ： Ft396000切削深度进给量功率常数3960000.10.0080.99313.6 lN根据工件受切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： （式5.8）式中 实际所需夹紧力； 在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力； 安全系数。安全系数K可按下式计算， （式5.9）式中 加工性质； 刀具钝化程度； 切削特点；夹紧力的稳定性；自动夹紧时的手柄位置；仅有力矩使工件回转时工件与支承面接触的情况。式中：为各种因素的安全系数，见参考文献10表可得： 粗镗：代入（式5.9）得 所以，由（式5.8）有： 精镗：代入（式5.9）得 所以，有： 镗削产生的圆周切削分力由定位块和夹紧力所产生的摩擦力平衡。查表可得：所以， （式5.10）因此，所需的夹紧力为4668N。夹紧力提供：气缸+活塞杆活塞杆与活塞采用内六角螺母连接，活塞与气缸间由密封圈密封。均为标准件。六误差分析由机床夹具设计手册可得：定位误差（两个垂直平面定位）： （式5.1）式中 定位副间的最小配合间隙；工件圆孔直径公差； 心轴外圆直径公差， 由（式5.1）可知，（1）夹紧误差： （式5.2）其中接触变形位移值： （式5.3）（2） 磨损造成的加工误差：通常不超过（3） 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。定位误差的分析（1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一花键轴，该定位花剑轴的尺寸与公差现归定位与本零件在工作时与其相配花键轴的尺寸与公差相同，即1643H1150H85H10mm。（2）零件图样规定mm花键孔键槽宽中心线与mm两孔中心线转角公差为2。由于39mm孔中心线应与其外端面垂直，故要求39mm二孔端面之垂线应与50mm花键孔键槽宽中心线转角公差为2。此项技术要求主要应由花键槽宽配合中的侧向间隙保证。已知花键孔键槽宽为mm，夹具中定位花键轴键宽为mm，因此当零件安装在夹具中时，键槽处的最大侧向间隙为 =0.048-（-0.065）=0.113（mm）由此而引起的零件最大转角为 tan= /R=0.113/25=0.00452所以 =0.258即最大侧隙能满足零件的精度要求。（3）计算39mm二孔外端面铣加工后与花键孔中心线的最大平行度误差。零件花键孔与定位心轴外径的最大间隙为： max=0.048-（-0.083）=0.131（mm）当定位花键轴的长度取100mm时，则由上述间隙引起的倾角为0.131/100。此即为由于定位问题而引起的39mm孔端面对花键孔中心线的最大平行度误差。由于39mm孔外端面以后还要进行磨削加工，故上述平行度误差值可以允许。七校核夹紧过程中，通过液压提供夹紧力，柱销端面承受夹紧力，因此只需要校核柱销端面的强度就可。由强度校核公式T=F/A可得：A=R2=*25*25=1.962510 A-柱销端面面积已知夹紧力F=2467.07N可得：T=1.25MPA查机械设计手册可得45号钢经调质处理后T=355MPA.TT.故设计的要求满足强度要求。由强度校核公式同样可求得夹紧力最大为：F=T*A=696697N.所以夹紧力最大不超过696697N就不会造成工件的强度失效。八夹具工件装配图 九经济性分析万向节滑动叉位于传动轴的端部，主要作用之一是传递扭矩，使汽车获得前进的动力；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同状态时，由本零件可以调整传动轴的长短及其位置。万向节滑动叉就是将万向节叉和滑动花键副的一部分组合起来，使其成为一个零件，其特征是该万向节滑动叉为采用模锻制作的万向节叉与滑动套为一体的整体式结构，其端部呈叉形结构，并设有两个十字销孔，用于安装十字万向节；在管内设有内花键，这种呈整体式结构的滑动叉，不仅加工容易、成本低，而且强度高，故其使用寿命与传统的万向节叉滑动套合件相比，有了成倍的提高。它的研究和使用可以简化万向传动装置的结构，也满足能要求，因此对万向节滑动叉的研究有极大的实际意义。十夹具设计总结在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径。本道工序的铣床夹具就选择了气动夹紧方式。本工序由于是粗加工，切削力较大，为了夹紧工件，势必要增大气缸直径，而这样将使整个夹具过于庞大。因此，应首先设法降低切削力。目前采取的措施有三：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择一种比较理想的斜楔夹紧机构，尽量增加该夹紧机构的扩力比；三是在可能的情况下，适当提高压缩空气的工作压力（由0.4MPa增至0.5MPa），以增加气缸推力。夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体表面上的一对定位键可使整个夹具在机窗工作台上有一正确的安装位置，以利于镗削加工。参考文献机床夹具设计（第二版），机械工业出版社。机械制造工艺学（第三版），机械工业出版社。机械设计基础（第五版），高等教育出版社。互换性与技术测量基础（第二版），高等教育出版社。16镗床夹具设计 第四组作业 ：万向节滑动叉专业夹具设计