发动机曲轴箱铣主轴孔卡瓦槽夹具设计

内容提要本次进行的是429发动机曲轴箱铣主轴孔卡瓦槽夹具设计。铣削加工一般切削力较大，且是多刀齿断续切削，其大小和方向瞬时急剧地变化，尤其是刀齿切入和切出的过程中会在工件上产生冲击和振动。所以，设计铣床夹具时应特别考虑工艺系统的刚度，夹具要有足够大的夹紧力。夹具上一般有确定与刀具间相对位置的对刀装置和确定它在车床工作台方向的定位键，这也是铣床夹具结构的主要特征。本次夹具设计的内容为：(1）研究原始资料，明确设计要求；(2）拟定夹具结构方案，绘制夹具结构草图；确定定位方案，选择定位元件；确定工件的夹紧方案；确定夹具其它组成部分的结构形式；确定夹具的形式和夹具的总体结构。（3）绘制夹具的装配草图和装配图；（4）绘制夹具的零件图。经过设计和讨论，终于圆满地完成了设计任务。本次设计整个设计过程条理清晰，能让读者明白整个过程。力求结构合理，计算准确，经济可靠。本设计的创新之处在于简化了铣床夹具的结构设计,使其结构更简便,同时也能满足设计要求，可以用于实际生产中。关键词：定位；夹紧 夹具AbstractThis time carries on is 429 engine crankcase mill host axle hole bottom wall and anchor packer trough jig design. The milling processing general cutting force is big, is precisely the multi-knife tooth off and on cuts, its size and the direction instant change suddenly, in particular the knife tooth cuts into in the process which and cuts to be able on the work piece to have the impact and the vibration. Therefore, designs time the milling jig should consider specially the craft system the rigidity， the jig must have the enough big clamping force. This design general steps : (1) original research data clearly design requirements ; (2) Prepare jig program structure, the structure of the draft map jig; Determine positioning program choices positioning components; Determine Jig; Identify specific kits and other devices; mapping jig master plan . After the design and discussion, and finally the successful completion of the design task. The current design of the entire design process lucid, readers can understand the whole process. To structured, accurate calculation, the economy reliable. The design innovations to simplify the structure of the drilling template design to the structure simpler, but also to meet the design requirements. However, because I lack the experience and knowledge of the limitations of the design process inevitably some mistakes, the jig work and the availability of actual practice has yet to be tested, ask your leadership, teachers, students valuable advice and insights, I would like to express my sincere gratitude!Keyword : Positioning；jig ；clamp目 录1 前言.11.1 课题背景及发展趋势11.2 课题的作用与意义21.3 机床夹具的组成.31.4 铣床夹具的结构特点62 工件定位方案的确定82.1 工件定位要则.82.2 工件定位方式的选择.92.3 定位件的计算.122.4 定位误差的分析计算.143 夹紧方案的确定.153.1 工件达到正确夹紧的原则.153.2 夹紧力三要素的确定.173.3 夹紧力大小的计算.174 其它装置的确定.204.1 手柄的选择及设计.204.2 压板的选择及设计.215 夹具体的设计.24总结 .26参考资料 .27致谢 .28附录 .291 前言在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受施工、检测的装置都可统称为“夹具”，广义地说，夹具是一种保证产品质量并便利和加速工艺过程的一种工艺装备。夹具以其数量和在生产中所占的地位来说，“机床夹具”最重要，机床夹具为机床的一种辅助设备，用它来准确的确定工件与刀具的相对位置，即将工件定位和夹紧，以完成所需要的相对运动，所以机床夹具是用以使工件定位和夹紧的附加装置。机床夹具设计的基本要求有保证工件的加工精度、提高生产率、工艺性好、使用性好、经济性好。1.1 课题背景及发展趋势 在机械制造的机械加工、检验、焊接和热处理等冷热工艺过程中使用着大量的夹具，用以安装加工对象，使之占有正确的位置，以保证零件和产品的质量，并提高生产效率。 在机床上加工工件时，为了保证加工精度，必须正确安置工件，使其相对机床切削成形运动和刀具占有正确的位置，这一过程称为定位。为了不因受切削力、惯性力、重力等外力作用而破坏工件已定的正确位置，还必须对其施加一定的夹紧力，这一过程称为夹紧。定位和夹紧全过程称为安装。在机床上用来完成工件安装任务的重要工艺装配，就是各类夹具中应用最为广泛的机床夹具。曲轴是发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，在发动机五大件中最难以保证加工质量。由于曲轴工作条件恶劣，因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。世界汽车工业发达国家对曲轴的加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。随着WTO的加入，国内曲轴生产厂家已经意识到形势的紧迫性，引进了为数不少的先进设备和技术，以期提高产品的整体竞争力，使得曲轴的制造技术水平有了大幅提高，特别是近5年来发展更为迅猛。 目前国内曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及拐颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8260等曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光，通常靠手工操作，加工质量不稳定。 随着贸易全球化的到来，各厂家已意识到了形势的严峻性，纷纷进行技术改造，全力提升企业的竞争力，近年来引进了许多先进设备和技术，进展速度很快。就目前状况来讲，这些设备和技术基本依赖进口。现代工业的一个显著特点是：新产品发展快，质量要求高，品种规格多，产品更新换代周期短。反映在机械工业上，多品种、小批量生产在生产类型比例中，占了很大的比重。这样，如果按照传统方式进行生产技术准备工作，就不适应当前和发展的新形势。机床夹具是生产技术准备工作中一项重要组成部分，为了适应现代机械工业的上述生产特点，机床夹具发展方向主要表现为：1 标准化 完善的标准化，不仅指现有夹具零部件（包括毛坯及半成品）的标准，而且应有各种类型夹具结构的标准。后者如通用可调夹具标准；组合夹具标准；自动线夹具标准等，并在上述两种标准化的基础上，对专用夹具零部件，通用可调夹具零部件及组合夹具零部件等，实行统一的标准化，以便使有一部分零部件，能在各类夹具上通用。另外把一些夹具部件、组件，做成一个独立单元，使夹具的设计、制造和装配工作简化，这也是夹具标准化的一个发展方向。作为发展趋势，有些国家不仅有上述各种夹具标准，而且有制造标准零部件和各类标准夹具的专业工厂，使原来单件生产的夹具，转变为专业化批量生产，有利于缩短生产周期和降低成本。2. 可调化、组合化 当前机床夹具结构发展的两个主要方面，一是要把专门用于某一特点工序的专用夹具，扩大其应用范围，使能用于同一类型零件的加工，并实现快速调整；二是改变专用夹具在产品稍有修改或改变就报废的现象，使夹具能重复利用，实行组合化的原则，用少数元件能满足多种需要。3. 精密化 随着机械产品加工精度日益提高，高精度机床大量涌现，势必要求机床夹具也相应越来越精密。4. 高效自动化 为了改善劳动条件，实现文明生产，提高生产效率，降低加工成本，不仅大批量生产有此要求，对多品种、小批量生产同样可考虑采用合适的高效自动化夹具，使获得良好的经济效益。1.2 课题的作用与意义 本次毕业设计的课题是492发动机曲轴箱铣主轴孔卡瓦槽夹具设计，机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置，其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。机床夹具被广泛应用于机械制造业中，大量专用机床夹具的采用为大批大量生产提供了必要的条件。机床夹具是组成工艺系统的一个环节，是影响加工质量的重要因素。一般情况下，使用机床夹具能稳定地保证产品质量，而不必过高的要求工人的技术等级。先进高效的机床夹具不仅能减轻工人劳动强度，提高生产率，甚至能使生产过程实现自动化。随着汽车、内燃机、摩托车、轴承等行业的规模化发展，对机床夹具的设计与制造不断提出新的课题。深入研究机床夹具设计的理论和改进机床夹具的结构，无疑具有巨大的经济意义。机床夹具设计一般包括结构设计和精度设计两个方面。而人们通常习惯侧重于结构设计而忽视精度设计。关于机床夹具的结构设计，不仅有大量的资料可供参考，而且还不断从其它学科吸收新的成果而向前发展。诸如液性塑料夹具；各种弹性膜片式夹具；真空夹紧夹具；感应分度夹具等等。关于机床夹具的精度设计，随着零件加工精度的提高，也日益受到人们的重视。人们逐渐认识到，机床夹具设计工作应围绕精度设计这个中心来进行。没有合理的精度设计不仅会给夹具制造带来困难，甚至会使制造出的夹具不能保证工件的加工精度。因此，迫切需要全面的研究机床夹具的设计、制造、使用诸方面的定量关系；研究工件精度和夹具设计精度之间的合理联系。机床夹具设计是用途极广的一门专业学科，熟悉它的内容和方法，对从事机械制造方面的工程技术人员来说是十分必要的。毕业设计是我们在学习阶段的最后一个重要环节，要求我们能综合运用大学四年所学的专业知识和理论知识，结合实际，独立解决本专业一般问题,树立为生产服务，扎实肯干，一丝不苟的工作作风，为将来在机械方面工作打下良好的基础。经过设计和讨论，终于圆满地完成了设计任务。本次设计就是围绕以上五点要求,按照一般步骤来设计的，力求结构合理，计算准确，经济可靠。1.3 机床夹具的概述机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。当用夹具装夹加工一批工件时，是通过夹具来实现这一要求的。而要实现这一要求，又必须满足三个条件：一批工件在夹具中占有正确的加工位置；夹具装夹在机床上的准确位置；刀具相对夹具的准确位置。这里涉及了三层关系：零件相对夹具，夹具相对于机床，零件相对于机床。工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。所以“定位”也涉及到三层关系：工件在夹具上的定位，夹具相对于机床的定位，而工件相对于机床的定位是间接通 过夹具来保证的。工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件保持在准确定位的位置上，否则，在加工过程中因受切削力，惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准 确定位，无法保证加工要求。这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置。1.3.1 机床夹具的概念：（1） 机床夹具按专门化程度分类,可分为: 通用夹具 通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。 专用夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。 通用可调夹具和成组夹具 其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。 组合夹具 组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。 随行夹具 随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。 本次设计的即为铣曲轴箱主轴孔卡瓦槽而专门设计的专用夹具。（2） 按使用的机床分类 由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。本次设计的为铣床夹具。 （3） 按夹紧动力源分类 根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。考虑到夹紧力与切销力方向相同，本次采用手动夹紧。1.3.2 机床夹具的组成铣床夹具通常由以下几部分组成： (1) 定位元件 它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。(2) 夹紧装置 用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。(3) 对刀、引导元件或装置 这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。(4) 夹具联接元件使夹具与机床相连接的元件，保证夹具在机床上定位和夹紧用的元件。如铣床夹具底面上安装的定位键等。 (5) 夹具体 用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。(6) 其它元件及装置 有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，靠模装置、工件抬起装置和辅助支撑等。图1.1 铣床夹具外形图1.4 铣床夹具的结构特点本次设计的是一个铣床夹具，加工用的机床为X62卧式铣床。铣床夹具最明显的特点是夹具上一般有确定与刀具间相对位置的对刀装置和确定它在车床工作台方向的定位键。铣床夹具的主要类型有以下几种。（1） 按工件的进给方向，可分为直线进给的、圆周进给的和沿曲线进给（靠模）的；（2） 按在同一夹具中所安装工件的数目，可分为单件加工的和多件加工的；（3） 按机动时间和装卸时间是否重合，可分为利用机动时间装卸的和不利用机动时间装卸的。在本次设计中，根据工件特点及加工要求，我所选用的是直线进给的铣床夹具。这类夹具在加工过程中，跟随机床工作台作直线进给运动。它分为单件加工的和多件加工的夹具。单件加工铣床夹具多用在单件小批生产中，或用于加工大尺寸的工件和定位方式较为特殊的中、小型工件。 图1.2 曲轴箱零件图本次要加工的曲轴箱的总体尺寸如图1.2所示，要加工的主轴孔卡瓦槽尺寸如下：，（mm）。铣床夹具一般用夹具体底面在机床工作台平面上定位,为保证定位时接触良好，对于较大的夹具体，可采用周边接触、两端接触或四脚接触等方式。为确定夹具在机床工作台上的方向，在夹具底面设置两个定位键与机床工作台的T型槽配合。定位键间的距离应尽量远一些；在安装夹具时可让定位键靠向T型槽的一侧，以消除间隙的影响。夹具底座上还应设计纵向的带U型槽的耳座，供T型槽用螺栓穿过，将夹具体紧固在工作台上。2 工件定位方案的确定2.1 工件定位要则工件定位基准的选择：（1） 选择合理的定位基准 定位基准必须与工艺基准重合,并尽量与设计基准重合,以减小定位误差,获得最大加工允差,降低夹具制造精度。当定位基准和工艺基准或设计基准不重合时，需进行必要的加工尺寸及其允差的换算。 应选择工件上最大的平面，最长的圆柱面或圆柱轴线为定位基准，以提高定位精度，并使定位稳定、可靠。 在选择定位元件时，要防止出现在超定位现象。 在工件各加工工序中，力求采用同一基准，以避免因基准更换而降低工件各表面相互位置的准确度。 当铸、锻件以毛坯面作为第一道工序的基准时，应选用比较光整的表面作基准面，避开冒口、浇口或分型面等凸起不平整的部位。（2） 限制工件的自由度一个自由的物体，它对三个相互垂直的坐标系来说，有六个可活动可能性，其中三种是移动，三种是转动。习惯上把这种活动的可能性称为自由度，因此空间任一自由物体共有6个自由度，物体的6个自由度分别为：沿X轴移动，以表示；沿Y轴移动，以表示；沿Z轴移动，以表示；沿X方向的旋转，以表示；沿Y方向的旋转，以表示；沿Z方向的旋转，以表示。若要使物体在某个方向有确定的位置，就必须限制该方向的自由度，所以要使工件在空处于相对固定的位置，就必须对六个自由度加以限制，限制的方法就是用相当于六个支承点的定位元件与工件的定位基准面接触。这种用正确分布的6个支承点来限制工件的6个自由度，使工件在夹具中得到正确位置的规律，称为六点定位原理。（3） 对定位元件的要求 工件定位基准与定位元件接触或配合后，能限制住必须由其限制的工件的自由度； 由其产生的定位误差最小； 定位表面应具有较高的尺寸精度、配合精度、表面光洁度和硬度； 定位元件结构应尽量简单，便于装卸工件； 具有足够的强度和刚度； 无产生超定位的可能性； 对尺寸大的定位件表面，从结构上采取措施，在不影响定位精度的前提下，尽量减小与工件定位表面的接触面积； 消除定位表面的切屑方便。（4） 定位精度 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； 必须确保刀具在夹具上的导向精度； 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1/5-1/3。 钻模板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1/5-1/3； 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； 按工件公差选取夹具公差的参考值； 按工件的直线尺寸公差确定夹具相应尺寸公差的参考值。 2.2 工件定位方式的选择2.2.1 完全定位、不完全定位和欠定位现象加工时，工件的六个自由度被完全限制了的定位称为完全定位。但生产中并不是任何工序都需要采用完全定位的。究竟应该限制几个自由度和哪几个自由度，应由工件的加工要求决定。例如在一个长轴上铣一个两头不通的键槽，加工要求除了键槽本身的宽度、深度和长度外，还需保证槽距轴端的尺寸及槽对外圆轴线的对称度。此时绕工件轴线转动的自由度就不必限制而只要限制五个自由度即行了。工件的六个自由度没有被完全限制的现象称为不完全定位。在平面磨床上磨削平板零件的平面也是不完全定位的一个例子。在满足加工要求的前提下，采用不完全定位是允许的。但是根据加工要求应该限制的自由度而没有限制是不允许的，它必然不能保证加工要求，这种现象称为欠定位。2.2.2 过定位现象工件的某个自由度被重复限制的现象称为过定位。一般情况下应当尽量避免过定位。但是，在某些条件下，过定位的现象不仅允许，而且是必要的。此时应当采取适当的措施提高定位基准之间及定位元件之间的位置精度，以免产生干涉。如车削细长轴时，工件装夹在两顶尖间，已经限制了所必须限制的五个自由度（除了绕其轴线旋转的自由度以外），但为了增加工件的刚性，常采用跟刀架，这就重复限制了除工件轴线方向以外的两个移动自由度，出现了过定位现象。此时应仔细地调整跟刀架，使它的中心尽量与顶尖的中心一致。2.2.3 定位方式的选择在本次设计中,曲轴箱的加工工序如下：粗铣上下平面精铣下平面半精铣上平面钻铰工艺孔粗铣两端面铣大小侧面上部半精铣两端面粗铣后油封挡板结合面铣后端龙门两侧和前端螺台边铣吸油管安装面粗铣大侧面孔口平面精铣大侧面孔口平面镗主轴半圆孔镗凸轮轴后堵盖孔孔口螺台铣主轴承座两端面铣轴瓦定位槽钻前、后端主油道孔粗镗四缸孔钻前、后端面孔钻下平面小侧面孔钻上平面，大侧面孔主、直油道孔试压钻，铰大侧面回油孔钻大侧靠前端斜油孔及孔口攻丝钻下平面剩余孔下平面孔攻丝钻上平面水孔、油孔喷油沟孔锪平面，扩，钻孔及攻丝钻大侧面剩余孔大侧面孔倒角，铰堵盖孔，攻丝钻主孔通主油道斜孔清洗机清洗机体电解去毛刺半精镗四缸孔精镗两轴孔铣卡瓦槽锪后端主油道孔口平面，钻孔攻丝扩，镗凸轮轴后堵盖孔铰凸轮轴孔底孔凸轮孔孔口倒角装凸轮轴衬套成品检验，并打印分级代码。以工件上两个或两个以上表面作为定位基准时，称为组合表面定位。采用组合表面定位时，如果各定位基准之间无紧密尺寸联系（即没有尺寸精度要求）时，是把各种单一几何表面的典型定位方式直接予以组合。如果各定位基准之间有紧密尺寸联系（即有一定尺寸精度要求）时，需设法协调定位元件与定位基准的相互尺寸联系，以克服过定位现象。本次的设计是在曲轴箱轴孔已铣出的情况下对上端面卡瓦槽进行铣削。根据六点定位原理以及该工件的自身特点，本设计采用在夹具体底座上安装四块定位块，分别由三个螺钉固定；同理，在夹具体的左侧面与工件的底面也用四块定位块，分别由三个螺钉固定，同时，在此处加一个菱形定位销。由于所选用的定位块与工件的接触面较大，相当于三个支承点，限制工件三个自由度，故两个平面及一个定位销将工件完全定位。考虑到定位基准与设计基准重合的原则和六点定位原则,选择二面及一孔18作为定位基准。故该类工件采用“二面一孔”的定位方法，以消除工件在空间中的六个自由度。定位块（支承板）（JB/T8209）适用于精基准定位。A型支承板结构简单、紧凑，但切屑易落入螺钉头周围的缝隙中，且不易清除，故多用于侧面和顶面的定位。B型支承板，在工作面上有45的斜槽，且能保持与工件定位基面连续接触，清除切屑方便，多用于平面定位。支承板用螺钉紧固在夹具体上，当一个平面采用两个以上的支承板定位时，装配后应一次磨平工作表面，保证其平面度。因此，根据工件的具体形状，定位基准及定位要求，为补偿工件两定位孔的孔径和孔距误差及夹具两定位销的直径和距离误差，避免工件不套入定位销，选择两面一孔定位。选择这些定位装置所能消除的自由度如下：下底面定位： 消除Z方向的移动以及X、Y方向的转动三个不定度，即消除，； 左侧面及菱形定位销：消除X,Y方向的移动以及Z方向的转动三个不定度，即消除，来实现工件在夹具中的准确定位，见图2.1所示。 图2.1 二面一孔的定位方式2.3 定位件的计算2.3.1 菱形销的设计计算 菱形销定位简图如图2.2所示： 图2.2 菱形销定位简图1） 确定两定位销中心距尺寸Lx及其公差&LxLx=Lg=59，&Lx=（1/51/3）&Lg=0.25x0.06=0.015 式中：Lg工件两定位孔中心距；&Lg工件两定位孔中心距公差。2）确定圆柱销直径d1及其公差&d1d1=D1=17.979 D1与圆柱销相配合的定位孔的最小直径&d1=0.021 &d1圆柱销直径公差 &d1按dc选取；3） 削边销的宽度B和b查表，由D2=18可知，b=4，B=D2-2=16 D2与菱形销相配合的工件定位孔最小直径；4） 补偿距离 (2.3)圆柱销及其相配合的工件定位孔间最小间隙5） 菱形销圆弧部分与其相配合的工件定位孔间的最小间隙 (2.4)与菱形销相配合的工件定位孔的最小直径6） 菱形销最大直径d2 公差选取 h5，可计算得 。 其他技术条件按GB2259-80机床夹具零件及部件技术条件。2.3.2 定位销的精度选择及提高定位精度的措施 定位销的精度等级根据被加工零件的加工精度,定位销孔精度及其距离尺寸公差的大小进行选择，应满足下列等式的要求.2：工件定位销孔中心距公差夹：夹具两定位销中心距公差面：圆柱销与定位孔间的最小间隙菱：菱形销与定位孔间的最小间隙D：定位销孔（菱形销处）的最小直径b：菱形销圆柱部分宽度,由上一节算出的结果可知：=0.015 夹=0.003 面=0.016 b=4 D=17.979 菱=0.006为了保证可靠的定位，定位销与定位孔的有效接触长度一般为5-12mm,此处取10mm。2.4 定位误差的分析和计算2.4.1 定位误差的基本概念所谓定位误差,是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。为了保证加工精度要求，我们加工时应满足下列关系式： (2.5)式中，各种因素产生误差的总和； T工件被加工尺寸的公差。在这里，我们只研究有夹具有关的定位方法所引起的定位误差对加工精度的影响，因此上式又可写成： (2.6)式中，定位误差；W除定位误差外，其它因素所引起的误差总和，可按加工经济精度查表确定。所以由上式知道：，或者：。定位误差的组成及产生原因有以下两个方面：1） 定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以 表示。2） 定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差，称基准位置误差，即定位基准的相对应位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以 表示。 故有 (2.7)此工式是在加工尺寸方向上的代数和。 2.4.2 定位误差的计算 图2.2定位误差的计算在图2.2中,由于定位面2和3总是与支承板相接触的,所以设计基准的位置也不变,因此,这种定位方法对尺寸A和B不引起误差,即,(因设计基准与定位基准重合, 。平面定位时如果定位面不变，一般认为)。故采用图2-2的定位方式能保证加工精度，从这里可以看出：平面定位时的定位误差就等于定位基准和设计基准不重合所产生的误差，如果定位基准与它的设计基准重合，则；如果两者不重合，则。即由定位副制造误差引起的定位误差小于该工序尺寸制造公差，证明上述方案可行。3 夹紧方案的确定机床对工件进行加工时，除需要定位支承系统获得对于刀具及其导向的正确相对位置，还需依靠夹具上的夹紧机构来消除工件因受切削力和工件自重的作用而产生的位移或振动。本例夹紧装置中，工件在加工过程中能继续保持定位所得到的正确位置。夹紧机构通常由三个部分组成：夹紧动力部分，中间传动机构和夹紧元件。夹紧动力部分用于产生力源，并将作用力传给中间传动机构，中间传动机构用于改变作用力的大小和方向，并能产生自锁。夹紧元件则承受由中间传动机构传递的夹紧力并与工件直接接触而执行夹紧动作。3.1 工件达到正确夹紧的原则工件达到正确夹紧的原则：（1） 在夹紧过程中，不至于因工件重力的影响而破坏正确定位 确定定位方案及设置定位支承时，因尽量使工件重心位于支承范围内，避免因支承反力与工件重力构成力偶而破坏正确定位； 当工件重力与主基准或双导向基准垂直，而工件的重心位置不在各支承范围内时，应使主要夹紧力与主基准或双导向基准垂直，并处在各支承范围内。同时在夹具的适当位置上设置初定位件； 若由于工件或加工等条件的限制，使主夹紧力不能与主基准或双导向基准垂直，可在夹紧前对工件施加预夹紧力。该力应垂直于主基准或双导向基准，并处在支承范围内。待夹紧后可将预夹紧力撤出，并在适当位置设置初定位件。 当重力与主基准或双导向基准平行而与止动基准垂直时，则应在夹具的适当位置上设置初定位件。（2） 在夹紧过程中，夹紧力不应使已经获得正确定位的工件脱离正确位置： 制定夹紧方案时，应尽可能避免夹紧力与支承反向构成力偶； 主夹紧力的方向最好压向主基准或双导向基准，其作用点应在定位支承范围内； 当主夹紧力只能压向导向基准时，则应合理选择夹紧力的作用点或设置预夹紧力； 若压紧力处于支承范围外，则应采取结构上的措施，使工件不脱离正确位置；（3） 在夹紧过程中，应使工件不产生超出表面形状精度允许范围的变形： 制定夹紧方案时，对于刚性较差的工件，应尽可能减少或避免由于夹紧力而产生弯曲变形； 夹紧力应力求通过或靠近定位基准与定位支承的接触面； 当夹紧力无法通过或靠近定位基准与定位支承的接触面时，应在与夹紧力相对应的位置设置辅助支承； 当夹紧力作用于工件的斜面上时，若其分力能够在工件上产生弯曲力矩，则应避免在斜面上施加夹紧力。 当单方面夹紧所需要的夹紧力过大，致使弯曲力矩过大而造成工件变形较大时，可采用多向夹紧的方法； 夹紧力应避免压向超定位元件；（4） 在切削过程中，应避免工件产生不能允许的振动： 制定夹紧方案时，对于刚性较差的工件，应尽可能减少或避免由切削力而产生的振动； 夹紧力要尽可能靠近工件被加工表面，以减少工件的悬臂长度； 当主夹紧力无法靠近工件被加工表面，而工件被加工表面悬臂又较长时，可在切削过程中对工件刚性较差的部位设置辅助支承，或在辅助支承上还加一个夹紧力。（5） 在切削过程中，切削力不应破坏工件的正确位置，并使平衡切削力所需的夹紧力最小： 制定夹紧方案时，切削力最好由定位支承反力平衡，尽可能避免用夹紧力及由夹紧力产生的摩擦力平衡。 用定位支承反力平衡最大切削力，此时所需要的夹紧力最小； 用夹紧力平衡最大切削力，此时所需夹紧力最大； 用夹紧力产生的摩擦力以平衡切削力，此时所需夹紧力最大。3.2 夹紧机构的确定针对成批生产的工艺特征，本夹具选用螺旋夹紧机构夹压工件。采用螺旋装置直接夹紧或其它元件组合实现夹紧的机构，统称为螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构结构简单，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力的夹紧行程都较大，在手动夹具上应用较多。螺旋夹紧机构可以看做是绕在圆柱表面上的斜面，将它展开就相当于一人斜楔。在此螺旋夹紧装置中，采用螺母直接夹紧。装夹工件时，先将工件放在夹具体上，用两个平面的支承板控制工件的六个自由度，使工件不能前后左右移动，然后将压板放在工件上，套上带肩螺母，在加工面的下部用钩形压板来压紧工件，利用两面一孔定位，然后手动拧紧螺母压紧工件。3.3 夹紧力三要素的确定3.3.1 夹紧力方向的确定夹紧力的方向与工件的装夹方式、工件受外力的方向以及工件的刚性等有关，夹紧力方向的确定原则：(1) 夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，保证工件定位准确可靠；(2) 夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形；(3) 夹紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向一致，以减小紧力。减小夹紧力可以从以下三方面考虑：（1） 当工件以几个表面作为定位基准时，若工件是大型的，则为了保持工件的正确位置，朝每个定位元件都要有夹紧力；若工件尺寸较小，切销力不大，则往往只要垂直朝向主要定位面有夹紧力，保证主要定位面与定位元件有较大的接触面积，就可以使工件装夹稳定可靠。（2） 夹紧力的方向应方便装夹和有利于减小夹紧力。下图3.1为夹紧力Q、重力G和切销力F三者之间的组合关系：工件重力G方向始终指向地面，因此从装夹工件出发，以图a,b 最好，因为主要定位元件表面是水平朝上，使工件装夹稳定可靠；图c,d,e情况较差，图f情况最差，不便装夹；若从减小夹紧力出发，假定图中G和F大小相同，则所需要的Q力以图a最小，图b次之，图f最大；由此可见当Q，G，F方向相同时，所需夹紧力最小，此时施加夹紧力的目的就是防止工件在加工中振动。此设计中，主夹紧力的Q，G，与F方向垂直。（3） 夹紧力的方向应使工件夹紧后的变形小。图3.1 六种夹紧方式的比较3.3.2 夹紧力作用点的确定(1) 夹紧力的作用点应正对支撑元件或位于支撑元件所形成的支撑面内。(2) 夹具力的作用点应位于工件刚性较好的部位。(3) 夹具力的作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对夹紧点的力矩，防止或减小工件的加工振动或弯曲变形。3.3.3 夹紧力大小的确定工件的夹紧力过大，会引起工件的变形，达不到加工精度要求，而且使夹紧装置结构尺寸过大，造成结构不紧凑；夹紧力过小，会造成工件夹紧不牢，加工时易破坏定位，同样也保证不了加工精度要求，甚至会引起安全事故。由此可见，必须对工件施加大小适当的夹紧力。确定夹紧力的基本原则：正确选择夹紧力的方向、着力点和夹紧力的大小。（1） 按静力学的平衡条件，根据工件受外力的情况计算所需理论夹紧力；（2） 确定夹紧方式和夹紧装置；（3） 确定夹紧装置所能产生的实际夹紧力。本次夹具是用来铣削加工卡瓦槽的，所需的理论夹紧力为铣削切削刀的切削力。查机床夹具设计手册表1-2-9铣削切削刀的切削力的计算公式为： （3.1）本公式适用于刀具材料为高速钢，工件材料为碳钢、青铜、铝合金、可锻铸铁等，铣刀类型为圆柱铣刀、立铣刀、盘铣刀、锯片铣刀、角度铣刀、半圆成型铣刀等。P铣销力（N）；在用高速钢（）铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型的系数，按表1-2-10选取=294；铣削深度（mm），指铣刀刀齿切入和切出工件过程中，接触弧在垂直走刀方向平面中测得的投影长度，取0.245；每齿进给量（mm），取0.13；D铣刀直径(mm), 取70；B铣削宽度（mm）（指平行于铣刀轴线方向测得的切削层尺寸），取0.5；Z铣刀的齿数，取4；用高速钢（）铣削时，考虑工件材料机械性能不同的修正系数。灰铸铁：，取HB=200，；HB工件材料的布氏硬度（取max）；代入数值后，得：即为理论所需夹紧力。再计算实际所需夹紧力。查机床夹具设计手册表1-2-11，典型夹紧形式实际所需夹紧力（或原始作用力）的计算公式： （3.2）工件表面的摩檫系数，查表1-2-12，取=0.16；K安全系数，粗加工K=2.53.0，精加工K=1.52.0；本次取K=2.0。工件以两垂直面定位，侧向夹紧的受力简图如图3.2所示。 图3.2 工件以两垂直面定位，侧向夹紧受力图P1与P2为切削力的两个分力，且P1=P2=cos45P=382487,代入数值后，计算得： =25801476.7(N)即所需的实际夹紧力为25801476.7(N)。4 其它装置的确定4.1 手柄的选择及设计 手柄有圆头平手柄，圆头斜手柄，圆头斜形方孔手柄，锥形手柄，螺纹头凸肚手柄，杠杆式手柄等。本次设计在圆头平手柄的基础上，结合夹具的实际情况，手柄设计为如图4.1所示。 图4.1 手柄4.2 压板的选择及设计压板是用来压紧工件的，可分为直压板，移动压板，转动压板，移动弯压板，移动弯压板，宽头压板，移动宽压板，铰链压板，回转压板，偏心轮用压板，偏心轮用宽头压板，双向压板，钩形压板，卧式钩形压板，立式钩形压板，端面钩形压板，侧面钩形压板，U形压板，平端压板，尖端压板等。本次夹紧中选用了两种压板，直压板和钩形压板，其变形设计后简图如下图4.2，图4.3所示。 图4.2 直压板 图4.3 钩形压板5 夹具体设计夹具体是整个基体和骨架，在夹具体上要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构、装置等；而且还要考虑便于装卸工件以及在机床上的固定。因此，夹具体的开关和尺寸，主要取决于夹具上各组成件的分布情况，工件的形状、尺寸及加工性质等，工件的形状如图1-2所示，其基本尺寸为：470mm ，270mm ，106mm。对夹具体的设计提出以下基本要求：( 1 ) 应有足够的强度和刚度，不致产生不允许的变形和振动。( 2 ) 力求结构简单，装卸工件方便，要防止无法制造和难以装卸的现在发生。( 3 ) 要有良好的结构工艺性和使用性，以便于制造、装配和使用。( 4 ) 尺寸要稳定，即夹具体经制造加工后，应防止其日久变形。( 5 ) 排除切屑要方便，为了防止加工中切屑聚积在定位元件工件表面上或其它装置中，而影响工件的正确定位和夹具的正常工作，因此在设计夹具体时，要考虑切屑的排除问题。( 6 ) 在机床上安装要稳定、可靠、安全。根据以上原则，为了使底座与机床工作台接触稳定、可靠，采用周边接触,实现夹具体与机床的夹紧配合；夹具体采用铸造，夹具体厚度h=25mm。夹具体的外形尺寸可根据工件，定位元件，夹紧装置，对刀，引导元件以及其他辅助机构和装置在总体上的配置确定。根据本次加工工艺的特点，设计的夹具体的基本尺寸为522mm,347mm,250mm,示意图见图5.1所示： 图5.1 夹具体示意图夹具体通过T形螺钉与机床定位。底部的孔是为夹具体与螺杆的配合而设计的。夹具体底部以四个T型槽用螺栓与铣床工作台连接，工件通过螺杆与压板安装在夹具体上，再与夹具体夹紧定位，从而使各零部件组合为一个整体。总结机床夹具是由定位元件,夹紧装置,对刀元件,夹具体部分组成,机床夹具设计也就是针对夹具组成的各个部分进行设计,其中定位与夹紧量个环节是夹具设计的重点。本次设计中，基本上按专用夹具设计步骤来设计夹具的。首先对工件零件图进行仔细研究，分析，明确设计任务书中的设计要求及有关资料，对工件有了全面透彻的了解，熟悉了它的结构和工艺要求。考虑到在生产实际方便、可靠性、机床型号、生产批量、零件工艺性等各方面的因素，然后确定夹具的结构方案，主要包括：1. 工件的定位方案2. 确定夹紧方案3. 确定夹紧机构4. 确定夹具体极其总体结构根据具体方案的各项工艺性指标，画出非标准件的零件工作图，公差配合制定。参照有关资料经验植，基本上完成了专用夹具的设计。在夹具设计中，本夹具具有以下特点1. 该夹具采用手动夹紧，可靠方便，省时省力，尺寸小，不需要增压装置，结构简单；2. 该夹具采用两面一孔定位，误差少，能够满足工件的加工要求；3. 工件要求不太高，夹具各公差配合适当放宽，降低了夹具的制造精度，从而使夹具生产成本不太高，符合夹具设计要求。由于本人实践经验不足，对各门知识运用不是很熟悉，在加上这是第一次接触这门课程，系统的设计夹具结构，在设计中难免出现错误和缺点。敬请各位领导，老师，同学赐教，本人不胜感激。参考资料1 郑本修机械制造工艺学机械工业出版社， 19992 白成轩机床夹具设计新原理机械工业出版社，19973 齐世恩机械制造工艺哈工大出版社 19894 任家隆机械制造技术机械工业出版社，20005 张进生机械制造工艺与夹具设计指导机械工业出版社, 19956 荆长生机械制造工艺学西北工业大学出版社，19967 徐发仁机床夹具设计重庆大学出版社，19968 刘朝儒机械制图高等教育出版社，20019 庞怀玉机械制造工程学机械工业出版社，199810刘守勇机械制造工艺与机床夹具机械工业出版社，199411浦林祥金属切削机床夹具设计手册机械工业出版社，199512机床夹具设计手册,上海科学技术出版社,198813机械加工工艺装备设计手册,机械工业出版社,200214机床夹具零件及部件技术条件,机械工业出版社,1995致 谢 回想三年的大学生活，我要真诚地感谢机械与能源工程系的所有老师，是他们的辛勤工作使我从一个对机械知之甚少到今天的有一定扎实机械专业基础的大学生。 三年中我们有过很多次的课程设计及生产实习，感谢学校为我们安排的这些机会及实习场所，也谢谢这些指导我们学习、设计、实习的专业老师，在专业方面而言，是他们引领我走出了第一步，让我们对机械设计这一行有了最初的认识及进一步的了解。本次设计是在指导老师肖军老师的耐心帮助和悉心指导下，我学会了总结设计要求，查阅相关资料，形成整个设计框架和整体思想，最终圆满的完成设计。在整个设计过程中，由于知识的缺乏，出现了不少理论和实践上的错误，在指导老师的耐心指正下才得以解决。他严谨的治学态度和高度的责任心，给我在生活和工作中以很大的影响，我在此表示衷心的感谢。在次，我也要感谢我们宿舍的同学，在整个设计过程中，他们始终和我同甘共苦，互相帮助，有什么难题，我们一起商量解决，在这里，我也向他们表示感谢。最后我要感谢我们学院的领导，因为他们给我提供良好的学习工作环境，让我能顺利的完成设计，在此，表示感谢。