锥销套铣平面夹具设计毕业设计

浙江工贸职业技术学院毕业设计（论文） 课题名称： 锥销套铣平面夹具专 业： 机电一体化技术班 级： 机 电 1104 班姓 名： 学 号： 11101204指导教师： 教师职称： 教 授完成时间 2013年 12 月25 日3论文题目： 锥销套铣平面夹具设计 专 业： 机电一体化技术 摘要毕业设计是对大学所学的专业知识的全面检验，也是对一个学生的全面检验。本次设计选取的课题是联动夹紧铣床夹具设计，被加工零件为锥销套，设计中涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。锥销套平面的加工工艺规程及其夹具设计包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件。夹具设计时应根据对零件的分析，选取合适的定位元件、夹紧元件等，要准确确定它们的精度等级，以满足零件的加工精度。之后计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。夹具设计有很多种方案，本次设计是V型块定位，滚压块夹紧，利用联动夹紧机构同时夹紧多个零件并使夹紧力均匀分布。采用这套夹具可以有效的提高生产效率，而且结构简单紧凑，在节省资源的同时有效的提高了劳动生产力。关键词： 定位机构、联动夹紧机构、夹具设计目录第一章 绪论11.1 机床夹具介绍11.1.1夹具的现状及生产对其提出新的要求11.1.2 现代夹具的发展方向2第二章 机床夹具的定位及夹紧32.1 概述32.1.1 机床夹具的概念32.1.2 机床夹具的组成32.1.3 机床夹具的分类42.1.4 机床夹具在机械加工中的作用52.2 工件的装夹方式62.3 基准及其分类62.4 工件的定位72.4.1 工件定位的基本原理72.5 工件的夹紧82.5.1夹紧装置的组成及基本要求82.5.2 夹紧力的确定82.6 专用夹具设计92.6.1对机床专用夹具的基本要求92.6.2专用夹具设计方法和步骤92.6.3夹具总图技术要求的制订10第三章、零件的分析及加工工艺规程设计103.1 零件的分析103.2 工艺规程设计113.2.1 确定零件的加工形式113.2.2基面的选择的选择113.2.3.工艺路线制定113.2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定113.2.5 确定切削用量12第四章 联动夹紧机构夹具设计134.1问题的提出134.2 定位基准的选择134.2.1定位元件的选择134.2.2夹紧元件以及夹具体的确定144.2.3十四个滚动压块联动154.3 切削力及夹紧力计算154.4夹具设计及操作简要说明16第五章 定位精度分析及定位误差分析计算175.1 定位精度分析175.1.1机床夹具设计中定位精度的通用要则175.1.2本次夹具设计的定位精度分析185.2 定位误差的基本概念及组成185.3 V型块定位误差的二种方法205.3.1概念法205.3.2组成法215.4本次设计的定位误差分析及计算225.4.1定位误差分析225.4.2定位误差计算22第六章 本次设计的性能与经济性分析236.1性能分析236.1.1 性能分析指标确定原则236.1.2本次设计的性能分析236.2经济性分析246.2.1工艺设计经济分析246.2.2本次夹具设计的经济性分析25总 结27致 谢28参考文献29锥销套铣平面夹具设计第一章 绪论机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。典型零件的加工工艺规程及其夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。1.1 机床夹具介绍夹具最早出现在1787年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期。机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全。夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合3。1.1.1夹具的现状及生产对其提出新的要求现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，企业中多品种生产的工件已占工件种类数的85%左右。然而目前，一般企业习惯与采用传统的专用夹具，在一个具有大批量生产的能力工厂中约拥有1300015000套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有15%左右，特别最近年来柔性制造系统（FMS）、数控机床（NC），加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术被应用和推广，使中小批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求：1. 能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期2. 能装夹一组相似性特征的工件3. 适用于精密加工的高精度的机床4. 适用于各种现代化制造技术的新型技术5. 采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率1.1.2 现代夹具的发展方向现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面。 精密化随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度可达正负0.1，用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5um，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆读可达0.20.5um。 高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时的和辅助时的，以提高劳动生产率，减少工人劳动强度，常见的高效化夹具有：自动化夹具、告诉化夹具、具有夹紧动力模块的夹具等。例如使用电动虎钳装夹工件，可使工件效率比普通虎钳提高了5倍左右；而高速卡盘则可保证卡爪在转速9000r/min的条件下能正常夹紧工件，使切削速度大幅度提高。 柔性化夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是通过调组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等，具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数2控夹具等，在较长时间内，夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。 标准化夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面，在制造典型夹具，结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和不见的形成：舍弃一些功能低劣的结构，通用化方法包括：夹具、部件、元件、毛呸和材料的通用化夹具的标准化阶段是通用化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。目前，我国已有夹具零件、部件的国家标准：GB21482249-80，GB22622269-80以及通用夹具标准，组合夹具标准等。夹具的标准化也是夹具柔性化高效化的基础，作为发展趋势，这类夹具的标准化，有利于夹具的专业化生产和有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本8。第二章 机床夹具的定位及夹紧2.1 概述在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹具。它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或检测的装置。2.1.1 机床夹具的概念 在机械加工过程中，为了保证加工精度，首先要使工件在机床上占有正确的位置，确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置的过程，称为工件的定位。定位后将其固定，使其在加工过程中始终保持定位位置不变的操作称为夹紧。工件在机床或夹具上定位、夹紧的过程称为工件的装夹。用以装夹工件的装置称为机床夹具，简称夹具。2.1.2 机床夹具的组成 机床夹具的基本组成部分 定位装置：该装置由定位元件组合而成，其作用是确定工件在夹具中的正确位置。 夹紧装置：该装置的作用是将工件压紧夹牢，并保证工件在加工的过程中正确位置不变。 夹具体：夹具体是夹具的基本骨架，通过它将夹具所有的元件构成一个整体。 机床夹具的其他特殊元件或装置连接元件：根据机床的特点，夹具在机床上的安装连接常有两种形式。一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上。连接元件用以确定夹具本身在机床上的位置。如机床夹具所使用的过渡盘，铣床夹具所使用的定向键等，都是连接元件。对刀元件：常用在普通铣床夹具中，用对刀快调整铣刀加工前的位置。对刀时，铣刀不与对刀快直接接触，而用塞尺进行检查，以免碰伤铣刀的切削刃和对刀快工作表面。导向元件:常用在钻床、镗床夹具中，用钻套和镗套引导刀具加工中的正确位置。其他元件或装置:根据加工需要，有些夹具还分别采用分度装置、靠模装置、上下料装置、平衡块等。这些元件或装置需要专门设计11。2.1.3 机床夹具的分类根据机床夹具的通用化程度，可将夹具氛围以下几种： 通用夹具可加工一定范围内不同工价的夹具为通用夹具，如车床上的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘；铣床上的平口虎钳、分度头和回转工作台等。它们有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。这类夹具一般已标准化，由专业工厂生产，作为机床附件供应给用户。由于使用通用夹具夹紧工件比较费时，操作复杂，生产效率低，且较难装夹形状复杂的工件，故通用夹具主要用于单件小批生产，在产品固定的大批量生产中很少使用通用夹具，而使用效率较高的专用夹具。 专用夹具专用夹具是针对某一种工件的某道工序专门设计的夹具。所以结构紧凑，操作迅速方便。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计与制造。专用夹具定位精度高，一批工件加工或所得尺寸稳定，互换性高，并且可以减轻劳动强度，节省工时，显著提高效率，另外利用专用夹具还可以扩大机床的工艺范围。但专用夹具是为满足某个工件某道工序的加工需要而专门设计的，所以它的适用范围较窄。此外、专用夹具的设计制造周期较长。当产品更换时，往往因无法再使用而报废，因此，专用夹具主要适用于产品品种相对稳定的大批大量生产。 成组夹具根据成组技术原来技术的用于成组加工的夹具。这种夹具的特点是，在通用的夹具体上，只需对夹具的部分元件稍加调整或更换，即可用于组内的不同工件的加工。 组合夹具组合夹具是由可循环使用的标准夹具零件部件组装成易于联结和拆卸的夹具。它在使用上具有专用夹具的优点，而当产品更换时，不存在夹具“报废”问题。因为它可以拆开，其元件可清洗入库，留待组装新的夹具。因此，组合夹具很适合于新产品试制和单件小批生产使用。由于组合夹具还具有缩短生产准备周期，减少专用夹具种类、数量和存放面积等优点，特别适用于新产品的试制和多品种小批量生产。 随行夹具随行夹具为自动线上使用的一种夹具。自动线夹具基本上分为两类：一类为固定式夹具，它与一般专用夹具相似；一类为随行夹具，她除了具有一般夹具所担负的装夹任务外，还担负自动线输送工件的任务。所以，它是跟随被加工工件沿着自动线从一个工位移到下一个工位的，故称为随行夹具。除了上述分类外，夹具还可以按照动力来源不同分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具及自夹紧夹具等，按工种还可以分为车床夹具、铣床夹具、磨床夹具、钻床夹具等3。2.1.4 机床夹具在机械加工中的作用夹具是机械加工中的一种工艺装备，它在生产中起的作用很大，所以在机械加工中的应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用： 保证工件的加工精度由于采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，所以在机械加工中，可以保证工件各个表面的相互位置精度，使其不受或不受各种主观因素的影响，容易获得较高的加工精度，并使一批工件的精度稳定。 提高劳动生产率和降低加工成本采用夹具使工件装夹方便，免去工件逐个找正对刀所花费的时间，因此可以缩短辅助时间。另外，采用夹具装夹或，产品质量稳定，对操作工人的技术水平的要求可以降低，有利于提高生产率和降低成本。 扩大机床工艺范围和改变机床用途使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。这是在生产条件有限的也器中常用的一种技术改造措施。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗摸夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工，一充分发挥通用机床的作用。 改善劳动条件和保证生产安全使用专用机床夹具可减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，保证安全生产16。2.2 工件的装夹方式工件在机床上的装夹方式有以下三种方法： 直接找正法 划线找正法 用夹具装夹即通过夹具上的定位元件使工件相对于刀具及机床获得正确位置的方法。此法使工件定位迅速方便，定位精度较高，广泛用于成批和大量生产。上述用装夹工件的方法有以下特点：工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准与夹具上的定位元件相接触而实现的。由于夹具预先在机床上已调整好位置（也有在加工过程中再进行找正的），因此，工件通过夹具相对于机床也就有了正确的位置。通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置8。2.3 基准及其分类机器零件是由若干个表面组成的。这些表面之间的相对位置关系包括两方面的要求：表面见的位置尺寸精度和相对位置精度。研究零件表面的相对位置关系，是离不开基准的。不明确基准就不无法确定表面的位置。基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同功能，基准分为设计基准和工艺基准两大类。 设计基准在零件图样上所采用的基准，称为设计基准。 工艺基准零件在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。测量基准测量时用以检验已加工表面尺寸几 位置的基准，称为测量基准。工序基准在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、形状及位置的基准，称为工序基准。定位基准工件定位时所采用的基准，称为定位基准。需要说明的是，作为基准的点、线、面在工件上并不一定具体存在。如轴心线、对称面等，它们是由某些具体表面来体现的。用以体现基准的表面称为定位基准。2.4 工件的定位2.4.1 工件定位的基本原理工件装夹在机床上必须使工件相对于刀具和机床处于正确的加工位置，它包括工件在夹具的定位、夹具在机床上的安装以及夹具相对于刀具和整个工艺系统的调整等工作过程。在使用夹具的情况下，就要使机床、刀具、夹具和工件之间保持正确的加工位置。显然，工件的定位是其中极为重要的一个环节。 六点定位原则定位，就是限制自由度。通常是用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是工件定位的“六点定位原则” 。 工件定位中可能出现的集中情况： 完全定位六个支承点限制了工件的全部自由度，称为完全定位。 不完全定位根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。 欠定位根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有被限制的定位，称为欠定位。器定位无法保证加工要求，所以是决不允许的。 过定位夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象，称为过定位。过定位中常会出现干涉现象。消除或减小过定位所引起的干涉，一般有两种方法：一种是提高定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。一种是改变定位元件的结构，使定位元件在重复限制自由度的部分不起定位作用11。2.5 工件的夹紧在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。工件定位以后需要通过一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上，使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动，以保证加工精度和安全生产。这样把工件压紧夹牢的装置，即称为夹紧装置。2.5.1夹紧装置的组成及基本要求 夹紧装置的组成力源装置中间传动机构 作用如下：a）改变夹紧作用力的方向b）改变夹紧作用力的大小c）具有一定的自锁性能夹紧元件 对夹紧装置的基本要求夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置夹紧力的大小要适当夹紧装置要操作方便结构要进凑简单，有良好的结构工艺性，尽量使用标准件162.5.2 夹紧力的确定确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作同点。在确定夹紧力的三要素时要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情况，而且必须考虑定位装置的结构形式和布置方式。夹紧力的三要素对夹紧结构的设计起着决定性的作用。只有夹紧力的作用点分布合理，大小适当，方向正确才能获得良好的效益。 夹紧力方向的确定夹紧力方向应垂直于主要定位基准面夹紧力的方向最好与切削力、工件重力方向一致 夹紧力作用点的选择应能够保持工件定位稳定可靠，在夹紧过程中不会引起工件产生位移或偏转。应尽量避免或减少工件的夹紧变形夹紧力作用点应尽量靠近加工部位 夹紧力大小的估算首先假设系统为刚性系统，切削过程处于稳定状态。常规情况下，只考虑切削力（矩）在力系中的影响；切削力（矩）用切削原理公式计算。对重型工件应考虑工件重力的影响。在工件做高速运动场合，必须计入惯性力。分析对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡方程计算此状态下所需的夹紧力即为计算夹紧力将计算夹紧力再乘以K，即得实际夹紧力。K为总安全系数，K=K0K1K2K3各种因素的安全系数可查表2-3，一般K=1.52.5；当夹紧力与切削力相反时，K=2.53 。2.6 专用夹具设计2.6.1对机床专用夹具的基本要求 稳定地保证工件的加工精度 提高机械加工的劳动生产率 结构简单，有良好的结构工艺性和劳动条件 应能够降低工件的制造成本 适当提高夹具元件的通用化和标准化程度，以缩短夹具制造周期，降低夹具成本2.6.2专用夹具设计方法和步骤 明确设计任务，收集设计资料 拟订夹具结构方案，绘制夹具草图确定工件的定位方案，设计定位装置，并对夹紧力进行估算，以确保夹紧可靠确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置确定刀具的引导方式，选择或设计引导元件或对刀元件确定其他元件或装置的结构形式，如定位键、分度装置等确定夹具的总体结构及夹具在机床上的安装方式。对夹具的总体结构最好能拟订出几个不同的方案，画出草图，经过分析比较，选择最佳方案绘制夹具总图选择操作者工作时正对的位置为主视图用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面以及加工表面画在各视图相应的位置上，待加工面上的加工余量可用网纹线表示。在夹具总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面的线条依次画出定位、夹紧、导向元件或装置的具体结构，再画出夹具体，将各元件或装置连成一个整体在总图上标注尺寸（包括轮廓尺寸、联系尺寸、重要的配合尺寸等）、公差和技术要求绘制夹具零件图。在夹具中的非标准零件都要绘制零件图，并按总图要求确定零件的尺寸、公差及技术条件2.6.3夹具总图技术要求的制订夹具总图上应标注的尺寸和公差夹具外形的最大轮廓尺寸影响定位精度的尺寸影响对刀精度的尺寸和公差影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差影响夹具精度的尺寸和公差其他装配尺寸及公差夹具总图上公差值的确定与加工尺寸有直接对应关系的夹具公差J其他装配尺寸的配合性质及公差等级夹具总图上应标注的技术要求夹具总图上无法用符号标注而又必须说明的问题，可作为技术要求用文字写在总图的空白处。例如有些夹具要求配磨等8。第三章、零件的分析及加工工艺规程设计3.1 零件的分析图3-1 零件图已知该零件的材料为45号钢,大批量生产，在上图锥销套零件上铣一个平面（其它工序已经加工完成）。要求为该零件设计专用铣床夹具。这平面的位置要求，现将分述如下： 以锥套零件中心线为基准在零件表面铣平面； 需加工的平面与零件中心线的距离为自由公差； 需加工平面的形位公差也为自由公差；3.2 工艺规程设计 3.2.1 确定零件的加工形式零件材料为45钢，由于零件其余尺寸以加工完成，铣平面为最后步骤。成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，因此选用铣削，采用加工中心铣削的方法，精度为2级。 3.2.2基面的选择的选择基准面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基准面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。 粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。从零件图上可以看出，锥销套零件外圆有一个台阶，所以粗基准不太容易选择。为了保证平面的位置精度的要求，我们采用两个垂直面定位，依照粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个不加面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准）来选取。本夹具体中工件放在两垂直面上和一个滚压块上定位的。将工件16mm圆面和18mm分别放在深度4mm和6mm的两个不同深度的垂直面上，限制了四个自由度，同时用滚压快压住零件限止了一个自由度同时将零件夹紧固定。3.2.3.工艺路线制定制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用铣床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来, 工艺卡的制定。3.2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据上述原始资料，分别确定各加工表面的加工余量和工步如下： 18mm的外圆18mm外圆粗糙度要求为3.2 ，单边余量为2mm。 16mm的外圆16mm外圆粗糙度要求为3.2 ，单边余量为1mm。3.2.5 确定切削用量加工平面铣平面 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8,，。决定铣削用量 决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 决定每次进给量及切削速度根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取1450当1450r/min时按机床标准选取第四章 联动夹紧机构夹具设计委了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本次设计为锥销套铣平面夹具的设计。4.1问题的提出 本夹具主要用于铣削锥销套铣平面，精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不必重点考虑。4.2 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。零件外圆可以作为我们选择的基准，因为零件的外圆已经加工到位，可以在已加工的外圆上铣出一个平面。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用联动的滚动压块作为夹紧机构。4.2.1定位元件的选择如图4-1所示，由于本次设计的零件没有较高的技术要求，而且加工零件加工平面没有位置要求，所以考虑在加工零件外圆表面定位。因为是个圆弧面，所以采用v型块定位和滚动压块夹紧限制五个自由的。根据零件实际加工的铣削力不大，夹具的夹紧力可以阻止零件的旋转，所以我们不考虑零件加工时发生旋转。图4-1零件定位4.2.2夹紧元件以及夹具体的确定如图4-2所示，本工序要铣削表面，需要将零件压紧，考虑到是v型块定位，为了使零件不发生移动，可以采用滚动压板压紧，这里采用一个定位槽和两个垂直面，最后通过滚动压板使零件固定不动。然而用滚动压板压紧就要考虑到压紧力的问题，考虑了各种夹紧方案，最后选用联动夹紧机构来实现一次对多个零件的夹紧，用联动夹紧机构可以使十四块移动压板同时压紧并且可以使压紧力均匀的分布，这样不会影响到零件的加工精度。联动夹紧机构是通过油缸活塞向前通过浮动试压板推两个活塞杆，两个活塞杆和十四个滚动夹具来实现的，用滚动压板来进行压紧，通过浮动压板和活塞杆的连接可以实现同步压紧。本工序的切削余量小，切削力小，可以采用液压组合传动增压夹紧。这可以提高生产力、减轻人工的劳动力。图4-2 零件定位夹紧图中通过浮动压块可以实现两个活塞杆同时前进且使夹紧力均匀分布。4.2.3十四个滚动压块联动如图4-3所示，为了提高生产效率，我将夹具设计为多曲柄联动夹具构，在一个液压缸的作用下让力均匀的分布到每一个夹具的滚动压板上。图4-3 联动机构原理4.3 切削力及夹紧力计算 切削力是金属切削过程中重要的物理现象之一，他直接影响着工件质量、刀具寿命、机床动力消耗。他是设计机床、刀具、夹具不可缺少的要素之一。学习和掌握切削力的知识和规律，是很有意义的。切削加工时，工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力。切削力的分解根据生产实际需要及测量方便，通常将总切削力F分解为三个互相垂直的分力，即：主切削力、背向力、进给力。切削力的大小数值，可以用仪器测量的方法获得，也可以用公式计算出来。例题1夹紧力的计算工件材料为AS9U3，大平面加工余量为1.5mm，采用硬质合金端铣刀加工，切削力查参考文献1可根据如下公式计算：式中：Fz -铣削力(N) af-每齿进给量(mm/r) aw-铣削宽度(mm) KFZ-铣削力修正系数 d0-铣刀外径(mm) ap-铣削深度(mm) z-铣刀齿数确定各参数值: (1).铣刀外径d0315mm； (2).铣刀齿数Z16； (3).每齿进给量af是铣刀每转一个刀齿时铣刀对工件的进量: afVf/(zn)360/(16720)0.031mm/r(4).铣削深度ap对于端铣刀是指平行于铣刀轴线测量的被铣削层尺寸: ap1.5mm(5). 铣削宽度aw对于端铣刀是指垂直于铣刀轴线测量的被切削层尺寸: aw240mm(6). 修正系数KFZ取1.6；由表查得: cF7750 xF1.0 yF0.75 uF1.1 wF0.2 qF1.3 Fz=276.5N=28Kg(7). 理论所需夹紧力计算确定安全系数: 总的安全系数kk1k2k3k4 k1- 一般安全系数； k1取1.7； k2-加工状态系数； 由于是精加工，所以k2取1； k3-刀具钝化系数； k3取1.4； k4-断续切削系数； k4取1.2； k1.711.41.23 Wkp328kg84kg4.4夹具设计及操作简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为铣切削余量小，切削力小，为了减轻劳动强度因此我将使用液压夹紧达到本工序的要求。本夹具的优点：1、 夹具操作简单；2、 采用了液压夹紧装置大大的减轻了工人的劳动强度；3、 本夹具采用多曲柄联动夹紧机构，一次可同时夹紧多个工件，提高产品劳动生产率，减少了加工时间；4、 使用液压夹紧机构，不但减轻了劳动强度，同时也缩短了夹紧的时间；5、 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；6、 降低了企业生产加工成本；本夹具满足机械加工工艺能实现产品的设计，以保证产品质量、生产安全、节约能源、降低成本等优点，因此本夹具是企业首选的夹具之一。第五章 定位精度分析及定位误差分析计算5.1 定位精度分析5.1.1机床夹具设计中定位精度的通用要则定位精度通用要则： 对夹具要做必要的定位误差分析和计算，定位误差必须满足工件的加工精度要求。 必须考虑提高夹具在机床上的定位精度： 提高定位元件的定位表面与机床上的定位精度。 减小与机床联接处的配合间隙。 可采用夹具在机床上安装时找正夹具上设置的校准基面，或当夹具安装在机床上后加工定位表面的方法，使夹具在机床上获得高精度定位。 必须确保刀具在夹具上的导向精度，如： 导套中心到定位元件的定位表面的位置精度。 刀具与导套的间隙。 导套底面到顶面间的距离。 必须确保对刀元件表面到工件被加工面间的尺寸精度。 出现超定位时，应取消产生超定位的定位元件，或增加超定位元件与定位基准间的间隙，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况下，一般取工件精度要求的1/51/3。 钻模版钻套孔中心距的公差在工件未注明公差要求的情况下，取工件孔中心距自由公差的1/51/3。 当工件未注明定位面间的位置精度要求时，夹具定位面间的位置精度一般取0.01/100mm 8。5.1.2本次夹具设计的定位精度分析本次设计的夹具是加工长26mm圆柱的上端面，为了保证工件的加工精度，需要工件与地面保证一定的平行度。选取工件的精度等级为8级。工件是以两个垂直面配合一个定位槽来定位，滚动压板压紧，采用联动夹紧机构和浮动压块机构使压板同时压紧且使压紧力均匀分布。通过两垂直面定位，要保证工件孔的中心线与底面办证平行度0.05mm。两垂直面和定位槽固定在夹具体上，同样为保证工件孔中心线的平行度，要求两垂直面与底面的垂直度为0.05mm。定位槽与底面的平行度为0.05mm夹紧机构采用联动夹紧，通过两个浮动压杆和十四个滚动压块来实现同时夹紧，工作原理是通过液压缸将压力传给浮动压块，将其均匀的分布给两个浮动压杆，再有活塞杆向左压紧七个曲柄杆使工件夹紧。要使滚动压块和浮动压杆与夹具体精密连在一起，达到曲柄联动效果，这里采用了间隙配合，选取配合精度为 。由于工件的加工精度要求不是特别高，所以保证以上的精度要求就可以满足工件加工精度，所以其他零件的精度等级不用进行分析。5.2 定位误差的基本概念及组成定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。当采用夹具加工工件时，由于工件定位基面和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位基准的最大变动量，故由此引起的误差称基准位置误差，而对于一批工件来讲就产生定位误差，如图5-1所示。 图5-1 用两垂直面定位加工时的定位误差当定位基准与工序基准不重合时，就产生基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。从以上实例分析可以进一步明确，定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。 5-1 与机床夹具有关的加工误差；与工序中夹具以外其他因素有关的误差；工序公差5.3 V型块定位误差的二种方法5.3.1概念法直接从概念出发，通常分析工序基准的两个极端情况，然后根据相关公式和公差确定具体变动量。如图5-2，两个极端情况：情况1，使工序基准尽可能地“高”得加工尺寸；情况2，使工序基准尽可能的“低”得加工尺寸。且该工序定位误差 5-2图5-2 按概念确定的定位误差 更为简单的情况两个极端情况:情况1，使工序基准A获得最高点；情况2:时A获得最低点；两者之差即为该工序的定位误差： 5.3.2组成法图5-3 按组成法确定的定位误差按定位误差的组成，定位误差由定位基准的位置误差和工序基准不重合误差组成；定位基准的位置误差使得该工序的加工尺寸在一定的范围内变动，而工序基准与加工工件的定位基准不重合时会出现两种情况，一是在定位基准位置误差的基础上使该工序的尺寸偏差进一步加大，二是可能使定位基准因位置误差所造成的工序尺寸偏差减小，起一定的“补偿”作用。因此有公式5-1为着进一步说明上述两种情况，我们给出用型块定位键槽的情景。对于以下母线为工序基准时的情景当定位基准由O1变动到O2时,工序的定位基准由A1变动到A2。此时定位基准的位置误差为jw=Td/（2sin/2）。因为工序基准为A,而定位基准为O,工序基准和定位基准不重合，存在基准不重合误差，我们考察一下它的大小。假设O1、O2位置重合，这意味着基准位置误差为零，A1相对于O即为工件的最小半径，A2相对于O即为工件的最大半径。所以这时工序尺寸偏差为jb=Td/2。由于这个偏差完全由工序基准所至，与基准位置无关，故为基准不重合误差。鉴于基准位置的变动由上至下，而工序基准由下至上，使得总体工序尺寸偏差减小，起到“补偿”作用，即此时的定位误差为jw-jb= Td/（2sin/2-Td/2）对于以上母线为工序基准的情景，此时定位基准的位置误差仍为jw=Td/（2sin/2）。O1向下变动到O2时，工序基准亦由上至下变动（仍为jb=Td/2），进一步加大了工序尺寸偏差。因此有定位误差jw+jb= Td/（2sin/2）+Td/2 5-35.4本次设计的定位误差分析及计算5.4.1定位误差分析根据参考文献11中知，工件是以两个v型块配合可调支承定位，定位表面为两个分别为18和16的外圆表面以及两端平面。加工表面为长26的上表面。本工序的工序基准为圆柱套的中心线，定位基准也是圆柱套的中心线。因此基准重合。基准不重合误差为零。这里设一个零件的圆心为，另一个为，假设在一批工件定位时，的位置变动量为；的位置变动量为。 5-6在一批工件中，有可能某一工件同时具有最大直径和；也有可能同时具有最小直径和；还有可能一个工件具有最大直径和最小直径，或者具有最小直径和最大直径。因此造成中心线可能有两种极端变动：一是从一极端位置变到另一极端位置；另一种极端情况是从变到。计算定位误差时，要根据具体情况来考虑。由于导轨加工的较为平整，由表面不平整引起的基准位置误差较小，可以不考虑。5.4.2定位误差计算由上的分析以及根据工件的实际装夹与加工位置，采用组成计算定位误差。由于在v型块上定位的两个外圆直径大小相同，工件精度等级为8级，所以本工序 的定位误差为： 5-7 根据零件图知=0.05mm，所以本工序定位误差为第六章 本次设计的性能与经济性分析6.1性能分析6.1.1 性能分析指标确定原则 系统性原则 影响机械加工性能的因素有很多，他们之间是相互作用、相互影响、相互联系的，必须要将各种因素有机的结合在一起，形成一个整体。从系统的观点出发，全面地、辨证地处理各方面的关系，抓住影响系统的主要因素，兼顾次要因素，以真实反映生产过程的实际情况，更好地掌握系统的运行情况。 层次性原则 将一个复杂的过程按层次分解为多个子过程，每个指标应赋予合适的权重。 可测性原则 指标涵义明确，所需数据便于收集和分析。 定量与定性 指标结合原则 定量与定性指标结合可使评价更具客观性，定性指标可弥补有些指标目前无法获得准确数据的不足。 导向性原则 进行性能分析时要有一定的目标性和方向性，以指导企业向正确的方向发展，提高企业的TQCSE(交货期、质量、成本、服务、环保)。6.1.2本次设计的性能分析 机械加工工艺性分析可以从以下几个方面进行分析零件结构要素必须符合标准规定尽量采用标准件和通用件在满足产品使用性能的条件下，零件图上标注的尺寸精度等级和表面粗糙度要求应取最经济值 尽量选用切削加工性好的材料有便于装夹的定位基准和夹紧表面 保证能以较高的生产率加工a)被加工表面形状应尽量简单b）尽量减少加工面积被加工表面形状应尽量简单c)尽量减少工作行程次数保证刀具正常工作加工时工件应有足够的刚性 工艺分析本次设计的是锥销套铣平面夹具设计，在设计过程中，要考虑到影响其性能的因素。先对零件进行分析，要在满足零件加工要求的基础上设计出合理的可行的工艺规程和夹具。 夹具性能分析夹具设计时首先考虑的是定位，利用六点定位原则结合零件的形状考虑，采用两垂直面定位，同时利用一个滚动压块完成完全定位。其次考虑的是夹紧，零件被加工表面是上表面，所以夹紧时要考虑到不影响到刀具的运行，所以选用滚动压板在工件外部的外圆面压紧，利用联动夹紧机构和浮动夹紧机构实现同时夹紧，把两个浮动导杆和浮动压块设计在夹具体的内部，不会影响到零件的加工，而夹具体的最高点没有高于零件的加工表面，所以对零件的加工没有影响。而考虑到零件的加工时切削的排放问题，为了让切削更好的快速的清理，我将夹具底部打通。同时这套夹具也可以满足零件的加工要求并且够完美运行。6.2经济性分析6.2.1工艺设计经济分析 工艺成本制定某一零件的机械加工工艺规程时，在同样能满足被加工零件各项技术要求和产品交货期的条件下，通过技术分析一般都可以拟定出几种不同的工艺方案。不同的工艺方案有不同的经济效果。为了选取在给定生产条件下最为经济合理的工艺方案，必须对各种不同的工艺方案进行经济分析。所谓经济分析就是通过比较各种不同工艺方案的生产成本，选出其中最为经济的加工方案。工艺设计过程主要包括工艺成本和生产成本，生产成本是成产一件产品或一个零件所需费用的总和，工艺成本是生产成本中与工艺过程直接有关的部分，工艺成本约占零件生产成本的70%-75%。其中工艺成本分为两部分： 可变费用：可变费用与零件的年产量有关，包括材料费、机床工人费、机床电费、通用机床通用装备维护折旧费。不变费用：与年产量的变化没有直接关系的费用，包括专用机床工艺装备维护折旧费等。对工艺方案进行经济分析时，只要分析与工艺过程直接有关的工艺成本即可。 工艺方案的经济评比一般可分为以下两种情况：当需评比的工艺方案均采用现有设备或其基本投资相近时，可用工艺成本评比各方案经济性优劣。工艺方案的基本投资差额较大时，则在考虑工艺成本的同时，还要考虑基本投资差额的回收期限。投资回收期必须满足以下要求：a） 回收期限应小于专用设备或工艺装备的使用年限；b） 回收期限应小于该产品由于结构性能或市场需求因素决定的生产年限；c） 回收期限应小于国家所规定的标准回收期，采用专用工艺装备的标准回收期为2-3年，采用专用机床的标准回收期为4-6年。6.2.2本次夹具设计的经济性分析现代夹具(如成组夹具、通用可调夹具、组合夹具)的结构共性，大都由通用基体和可调、可换元件两部分组成。其通用基体部分是零件组中所有零件共用的主要部分；而可调、可换部分则是针对零件组中某种(或几种)特定零件而专门设计的专用或准专用部分。可调、可换元件一般是随夹具适用对象数的多少而变化的，因此，在现代夹具设计时，适用对象种数选择得是否合理，将直接关系到可调、可换元件的数量和夹具的整体经济性。本次设计的是锥销套铣平面的夹具，零件批量生产，所以要求夹具便于装夹，而且使用寿命要长。零件加工精度要求不高，为了提高经济性，我们主要从提高生产效率方面考虑。采用两个垂直面和定位槽进行定位，利用多个滚动压板压紧，为了提高压紧效率，减轻工人劳动时间，采用联动夹紧机构让十四快压板同时压紧。而且本次工序的切削力不大，采用液压缸自动快速夹紧，这样可以很大的提高加工效率。由于机床等其它原因产生的成本是不可避免的，所以提高了生产效率，单位时间内得到的利益就会变大。另外，除了工艺和夹具方面的经济性外，还应该考虑一下工人的劳动时间，有效的安排工人的劳动时间和休息时间都可以提高生产效率。如果工人长时间工作不休息就会出现注意力下降等状况，导致加工质量下降甚至发生事故。这不但不能提高加工效率，还存在着很大的隐患，所以对工人的工作休息时间安排也是十分重要的。27总 结毕业设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AutoCAD等制图软件，为我们踏入以后的工作岗位打下了好的基础。这里总结了一下从这次毕业设计的所得：1. 通过本次毕业设计学会了利用手中的资料查询自己想要得到的信息；2. 通过本次毕业设计更加熟练的掌握了AutoCAD制图软件；3. 通过本次毕业设计让我们的思维更加紧密，想问题不在局限于一方面；4. 通过本次毕业设计锻炼了沟通交流能力；5. 通过本次毕业设计学会了有效的将理论与实践相结合。毕业设计让我们学到了很多同时也认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。在此非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜本次毕业设计，它将是我们走出校园步入社会至关重要的一部分。致 谢这次毕业设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。这次毕业设计成绩的取得，与指导老师的细心指导是分不开的。在此，我衷心感谢我的指导老师，特别是每次都放下他的休息时间，耐心地帮助我解决技术上的一些难题，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，他都始终给予我细心的指导和不懈的支持。通过一学期的毕业设计，他不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，教会了我很多做人做事的道理。当然这其中也有很多同学帮助过我，谢谢各位同学。最后在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 28参考文献1.艾兴，肖诗纲主编, 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