初稿单件联动夹紧铣床夹具设计

单件联动夹紧铣床夹具设计内容摘要此次毕业设计是对凸轮轴零件上半圆形键槽加工而设计专用夹具，凸轮轴零件具有体积小，零件较为简单的特点。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、公差配合与测量多方面的知识。凸轮轴零件的主要加工表面是外圆面、端面和半圆形键槽，通常由于外圆面的加工精度要比键槽的加工精度更容易保证，因此，为保证加工精度，凸轮轴的工艺流程遵循先加工外圆面后加工键槽的原则，并将键槽与外圆面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段。整个加工过程选用通用机床，其中各工序夹具都采用专用夹具。最后，特别针对零件在卧式铣床上加工半圆形键槽的工序设计了专用夹具设计，夹具的设计采用了V形块的定位方式，由于所需要的夹紧力较小，本次设计专用夹具以操作简单的单件联动夹紧方式夹紧，其机构设计简单，方便且能满足要求。 关键词：凸轮轴；工艺编排；夹具设计目 录内容摘要I引 言11 设计任务说明12 零件的介绍23 零件的工艺分析43.1 年产量和批量的确定43.2 毛坯的选择及毛坯图的绘制53.3 定位基准的分析64 专用夹具概述94.1 夹具的产生与现状94.2 夹具的发展趋势104.3 新型组合夹具的应用105 夹具定位设计125.1 夹具的整体设计125.2 定位方案选择145.3 V形块的设计165.4 定位误差的计算176 夹具夹紧设计196.1 夹紧装置的组成196.2 夹紧机构的选择196.3 夹紧力的计算197 夹具体和连接元件设计247.1 连接元件的设计247.2 夹具体的设计248 夹具的经济性分析26结束语28参考文献29引 言本次毕业设计的题目是凸轮轴单件联动夹紧铣床夹具设计，凸轮轴是汽车上的重要零件，零件在汽车发动机运行过程中承受一定的载荷。本次毕业设计的内容重点是夹具设计，但是在夹具设计之前必须先分析零件的工艺特点，专用夹具的应用可以解决零件加工的批量生产问题，现代机械制造中的结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题。且能稳定加工质量，大幅度提高生产效率，在近年来国内外机械制造领域得到迅速发展。本次毕业设计课题需要在掌握夹具设计的基本原理，理解现代的加工技术和典型的机加工工艺的基础之上，设计一套合理的适合于零件加工工艺的专用夹具，以解决机械加工工艺课题，既可以降低成本，节约时间，同时提高生产效率。通过这次毕业设计，将所学各课程的进行了深入综合性的总复习，并将理论与实践紧密联系起来。概括起来体现在以下三个方面：（1）正确的运用运动机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的知识，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，保证零件的加工质量。（2）通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具。并通过这次设计提高结构设计能力。（3）通过使用手册以及图表资料，熟练的掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处。通过这次毕业设计，对自己未来将从事的工作进行了一次适应性的训练，从中锻炼了自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后参加工作打下了一个良好的基础。毕业设计是综合运用所学的知识的训练过程，也是对自我学习能力的检验和创新能力、实践能力及创业精神的重要环节。由于知识水平有限，设计经验不足，设计中会出现不少错误，也诚恳希望老师和同学批评指正。331 设计任务说明一. 设计内容年产3000件汽车凸轮轴零件卧式铣床夹具设计，而在夹具设计之前必须先分析零件，并制定一套切实可行的机械加工工艺规程。毕业设计是培养学生实践能力的重要环节之一。需要全面综合地运用所学课程的理论知识对零件加工工艺进行分析。其目的在于：（1）培养我们运用机械制造工艺学，数控加工工艺等相关课程知识独立地分析和解决工艺问题，并初步设计一个中等复杂程度零件的工艺规程。（2）根据被加工零件的技术要求，运用有关手册，规范，图表等技术资料，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计。（3）进一步培养我们识图，制图，运算和编写技术文件等基本技能。本次设计题目为：凸轮轴单件联动夹紧铣床夹具设计。通过对一个中等复杂零件的机械加工工艺进行分析，并设计专用夹具，对理论知识进行一次综合性，使用性，和实践性较强的应用。本次的设计任务是：就一个给定的零件（凸轮轴），对其机械加工工艺流程中某一道给定的工序（铣削半圆形键槽）设计专用夹具。二.设计工作量 1.凸轮轴零件图 一张 2.夹具装配图（一道工序的夹具） 一张 3.夹具体零件图 一张 4.说明书 一份三.设计资料 1. 机械加工工艺人员手册;2. 机床夹具设计手册;3. 定位夹紧符号手册4. 机械制造技术基础;5. 机械制造工艺学;2 零件的介绍凸轮轴广泛应用于汽车发动机中，是一种重要的零件，直接影响着汽车发动机的性能。本次毕业设计所提到的凸轮轴零件，汽车活塞式发动机中，主要作用是控制气门的开启和闭合动作，尽管在四冲程发动机里凸轮轴的转速时曲轴的一半，不过通常它的转速依然很高，而且承受着很大的扭矩，因此对凸轮轴的强度和支撑承受力要求很高，其材质一般是特种铸铁，偶尔也使用锻件。凸轮轴直接影响气门运动规律，关系着一台发动机的动力和运转特性，因而凸轮轴在发动机的设计过程中占据着重要的地位。该零件图纸如下：图2-1 凸轮轴零件图凸轮轴零件的主要加工表面是外圆面和半圆形键槽。由图可知，该零件时典型的轴类零件，该轴具有较高的综合力学性能，强度硬度适中，易铣削，外形较简单，但是半圆键槽宽度要求较高，且都有粗糙度要求。考虑到通常外圆面的加工精度比键槽的加工精度更容易在机械加工中实现和保证。因此，对于凸轮轴来说，加工过程中的主要问题是保证键槽的尺寸精度及位置精度，处理好键槽和外圆面之间的相互关系。按照零件图纸的设计要求，凸轮轴驱动着汽车发动机的配气机构，因而对凸轮轴的材料和加工工艺要求都很高，国内外目前广泛采用的凸轮轴材料有低碳钢、中碳钢、珠光体球墨铸铁及合金铸铁等。本文选择冷激铸铁凸轮轴进行分析，毛坯种类为铸件。铸件是指将融化了的金属浇注到旋转着的模型中，由于离心力的作用，金属液粘贴于模型的内壁上，凝结后所得铸件外形与模型内壁的形状相同，使用这种方法可以毋需浇注口，故能显著地减少金属的消耗。由于免除了砂型和制模的设备，以及减少了铸工车间的面积，生产成本就有了降低；而所得逐渐则具有紧密与微细的颗粒结构及较好的机械性能。由于零件形状简单，因此毛坯形状需与零件的形状尽量接近，因内孔很小，所以无法铸出。由特种铸铁、球磨冷激铸铁或者可锻铸铁通过冷激铸造法生产的凸轮轴十分常见。冷激铸铁凸轮轴是将塑料制成的凸轮轴模型置于砂子中，浇铸凸轮轴毛坯；在此过程中利用冷激有目的地对铸件进行局部冷却，促使迅速凝固。凸轮表面的洛氏硬度可以达到45度以上，使凸轮具有卓越的耐磨性。在冷激铸铁中，可以承受大约1000MPa的赫兹挤压应力。在铸铁材料制成的凸轮轴中，凸轮表面在铸成后通过重熔法转变成莱氏体，可以承受大约1200MPa，甚至1400-1800MPa的赫兹挤压应力。3 零件的工艺分析3.1 年产量和批量的确定在一个零件的总加工时间，及最长工序时间确定的情况下，批量和生产间隔期越长，生产率高，但是资金周转慢，批量越大，生产间隔期短，资金周转快，但是生产率低，所以要同时兼顾两者。批量的确定：除了考虑生产间隔期外，还要考虑车间毛坯仓库面积的限制，考虑毛坯贮存期，最小批量大于半个班，选批量为174件，已知一个零件总的加工时间为177分（各道工序定额时间之和），最长工序时间为18.3分钟，所以：生产周期=2.53天凸轮轴零件的生产纲领为3000个/每年，可通过下式求出年产量和批量:式中：N-零件的年产纲领(件/年)Q-产品的年产量(台/年)n-每台产品中该零件的数量(件/台)a%-备品率b%-废品率所以年产量 Q生产纲领*每台件数*（1+备品率）*（1+废品率）Q3000*1*（1+2）*（1+2）3121月产量Q/12=260Days=（365-52-14）/12=25天日产量（一天3班）月产量/Days=4335/25=10.41、 生产量类型的确定：查金属机械加工工艺人员手册P1256表17-5机械加工车间的生产性质表3-1-1 生产类型划分生产类别同类零件的年产量（件）重型零件（零件重2000kg）中型零件（零件重1002000kg）小型零件（零件重100kg）单件生产5以下10以下100以下小批生产510010200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000以上5000以上50000以上按上表，汽车凸轮轴零件属于小型（100公斤以内）零件，其生产性质属于中批量生产，5005000件。2、年时基数，三班制为：第一班2392小时，第二班2392小时，第三班1794小时。在女同志占25%以下：第一班 1914小时， 第二班1914小时，第三班1435小时 。因此：总共小时数为5086小时。3、平均流水线节拍流水线实际平时基数*60*（1-）/零件年产量其中，代表损失系数，包括以下几个方面的损失：A、 工作时间内设备修理方面损失B、 工人缺勤和自然需要方面损失C、 清理设备时的损失D、 工人休息方面的损失取15平均流水线节拍=5086*60*（1-15%）/3000=86.462min考虑到保证产品按时定量完成，生产该产品的每一道工序的单件核算时间必须小于生产节拍（工艺卡填写过程考虑到客观随机因素的影响，将节拍乘80%后与单件核算时间比较），若大于生产节拍，就会造成完不成年产量，因此应改用单台机床加工。3.2 凸轮轴材料的分析凸轮轴毛坯的材料为球磨冷激铸铁。铸铁凸轮轴的毛坯是铸造的，通过提高毛坯制造质量，可以降低机械加工成本，但往往会增加了毛坯的制造成本，要根据零件生产类型和毛坯的生产条件综合考虑。在选定毛坯和确定了毛坯的机械加工余量后，便可绘制毛坯图，毛坯图的绘制方法是：1.以实线表示毛坯表面的轮廓、以点划线画出零件的轮廓；在剖面图上用交叉线表不加工余量。2.标注毛坯尺寸和公差,毛坯的基本尺寸包括机械加工的余量在内,毛坯的尺寸公差参照有关资料。3.标注机械加工的粗基准符号和有关技术要求。毛坯尺寸是根据工艺规程，机械加工各工序的加工余量与毛坯制造方法能到的精度决定的，因此毛坯图绘制和工艺规程的制订是反复交叉进行的。在选定毛坯和确定了毛坯的机械加工余量后，便可绘制毛坯-零件综合图。综合图的绘制方法是：1以实线表示毛坯表面的轮廓、以点划线画出零件的轮廓；在剖面图上用交叉线表示加工余量，加工余量为35mm。2标注毛坯尺寸和公差，毛坯的基本尺寸包括机械加工的余量在内，毛坯的尺寸公差参照有关资料。3标注机械加工的粗基准符号和有关技术要求。毛坯尺寸是根据工艺规程，机械加工各工序的加工余量与毛坯制造方法能到的精度决定的，因此毛坯图绘制和工艺规程的制订是反复交叉进行的。3.3 定位基准的分析在制定零件加工工艺规程时，正确选择定位基准是工艺规程设计中的重要工作之一，对保证加工表面的尺寸精度和相互位置精度的要求以及合理安排加工顺序都有重要的影响。基面选择的正确与合理是加工质量得到保证的基础，生产率得以提高的重要因素。否则，加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。一、基本概念：1基准：就是零件上用以确定其它点、线、面，的位置所依据的点、线、面。2、基准可分为设计基准和工艺基准，其中工艺基准又分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。3设计基准：设计图样上所采用的基准。4工艺基准：工艺过程中采用的基准。1）定位基准：加工中用作定位的基准，分为定位粗基准和定位精基准。2）工序基准：在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。3）测量基准：测量时所采用的基准。4）装配基准：装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。5在设计工艺过程和夹具时主要考虑定位基准，定位基准又分为粗基准和精基准，所谓精基准即利用已加工过的表面作定位基准，粗基准指在加工初始时用毛坯未加工的表面作定位基准，也可以称为毛基准。二、基准选择原则1、粗基准原则A、尽可能用精度要求高的主要表面作粗基准；B、用不加工面作粗基准，且该面与要加工面有一定的位置精度要求；C、余量均匀原则；D、作粗基准的表面要尽量光整、光洁、有一定的面积便于装夹；E、不能重复使用原则。2、精基准选择原则A、基准重合原则尽可能使设计基准和原始基准重合；B、互为基准原则两个位置精度要求较高的表面互为基准；C、基准不变原则统一基准。D、便于装夹原则;三、根据凸轮轴的结构尺寸具体分析对于凸轮轴这类零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准，面对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准，根据这个基准选择原则，先选择底面A面粗基准。先粗铣A面，再以A面为基准，粗铣B面。精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题，当涉及基准与工序不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。因此应选择底面A面作为精基准。加工凸轮轴的定位基准：从图纸上分析，B面是加工A面粗基准，A面是加工B面粗基准，以精加工后的A面、B面为精基准，以未加工的K面及H面夹紧加工E1及E2孔，就能保证E1及E2孔相对R55圆心的位置尺寸114，从而保证为下一步加工R68台阶孔、R55孔的相对位置精度及后序工序的加工做好基础。凸轮轴的精基准即大平面和两个28H8孔，精基准的选择既统一基准，保证了基准重合；同时便于装夹; 互为基准；凸轮轴的粗基准即大平面和两小孔的外缘，粗基准的选择也保证了相互位置，同时便于装夹。零件在铣床上的加工应采用专用夹具进行装夹。卧式铣床的主要参数如下：型号：X6025功率：4KW主轴转速：30-1500转/分4 专用夹具概述4.1 夹具的产生与现状夹具最早出现在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。现代生产要求企业制造更多品种，更大批量的产品，以适应市场激烈竞争。目前，一般企业习惯于采用传统的专用夹具，在一个具有只能同等生产能力工厂中约拥有13000-15000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）等新技术被广泛应用和推广，使中小批量生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。由于经济和技术的发展以及数控、加工中心机床的特点,对机床夹具的使用性能和结构提出了更高更新的要求,需要一种结构简单、精度高、强度高和通用性好、适应性强、柔性高的新型夹具系统。以组合夹具为基础的柔性夹具应运而生,柔性夹具具有元件规格统一化、元件性能多功能化、元件结构简单化、模块化、夹紧工件快速自动化、重复使用可调化、组装管理微机化等特点。柔性夹具是现代夹具的一个主要发展方向。柔性夹具是由一套预先制造好的各种不同形状、不同尺寸规格、不同功能的系列化、标准化元件、合件组装而成的。柔性夹具元件、合件具有较好的互换性和较高的精度及耐磨性。柔性夹具能保证工件在规定的坐标位置上准确定位和牢固的夹紧,也就是说能保证工件相对于机床坐标原点具有准确和稳定可靠的坐标位置。这种夹具具有较高的刚度和精度,在粗加工时能承受较大的切削用量,以充分发挥数控、加工中心机床的生产能力,在精加工时能更好地保证工件定位基准和加工表面的位置精度,还能根据数控、加工中心机床的要求保证夹具应允许刀具接近尽可能更多的被加工表面甚至全部被加工表面,可减少机床的停机时间,在夹具上还能一次装夹多个工件同时依次加工,可以减少夹具、刀具、工件系统的调整时间,还能减少刀具的更换次数和刀具的调整时间,更好地发挥数控、加工中心机床的高效性能。柔性夹具元件可以通过组装、使用、拆卸、再组装重复使用。柔性夹具元件分三个系列:槽系列夹具元件、孔系列夹具元件、光面系列夹具元件。4.2 夹具的发展趋势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：a柔性化夹具的柔性化和机床的柔性化相似，它是通过调节组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。能单独使用也能与其他元件组合在一起使用的多功能模块化单元体的比例将进一步增加。如现在使用的各种定位夹紧座、定位压紧支承、精密虎钳等模块式单元体具有定位、夹紧以及调节的综合功能,可以一件单独使用,也可以几件组装在一起使用。组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数控夹具等，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。b精密化为了提高劳动生产率,缩短工件的加工工时,工件的加工速度越来越高，切削量也越来越大,工序高度集中,往往需要依次完成铣、钻、镗等多工序的加工。为适应切削力的大小、方向的不断地变化,机床夹具本身也要有较高的使用强度和刚度。另一方面，机械产品精度也日益提高，夹具也向着精密化的方向发展，用于精密分度的多齿量，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5m，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度可达0.2-0.5mc标准化现代化加工设备的多功能化,使工艺过程高度集中、工件一次定位装夹后能完成多工序加工,这就需要一种通用而又能重复使用的组合可调式的夹具系统,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部件的形成；舍弃一些功能低劣的结构，使得夹具、部件、元件、毛坯和材料逐步通用化。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：GB2148-2249-80，GB2262-2269-80以及通用夹具标准，组合夹具标准等。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。d高效化为缩短工件加工中的机动时间和辅助时间,减轻工人的劳动强度,工件的装夹、拆卸也需要机械化、自动化。例如使用电动虎钳装夹工件，可以提高效率5倍以上，而高速卡盘可以保证卡爪正常夹紧工件时仍能够达到9000r/min的转速。4.3 新型组合夹具的应用机械制造产品的日新月异，中小批量生产模式正逐步取代传统的大批量生产模式，机械制造系统欲适应这种变化需具备较高的柔性。国外已把柔性制造系统(FMS)作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展方向。柔性化的着眼点主要在机床和工装两个方面，组合夹具是工装柔性化的重点。组合夹具是由一套结构已机床配件经标准化，尺寸已经规格化的通用元件、组合元件所构成，可以按工件的加工需要组成各种功用的夹具。组合夹具有槽系组合夹具和孔系组合夹具，孔系组合夹具槽系组合夹具及其组装过程。组合夹具具有很高的标准化、系列化、通用化特性，具有组合性、可调性、柔性、应急性和经济性，使用寿命长，能适应产品加工中的周期短、成本低等要求，比加工中心较适合加工中心应用机床配件。它有下列优点：(1)节约夹具的设计制造工时。 (2)缩短生产准备周期。(3)节约钢材和降低成本。(4)提高企业工艺装备系数。但是，由于组合夹具是由各种通用标准元件组合而成的，各元件间相互配合的环节较多，夹具精度、刚性仍比不上专用夹具，尤其元件连接的接合面刚度对加工精度影响较大。通常，采用组合夹具时其加工尺寸精度只能达到IT7-IT9级，使得组合夹具的应用发展受到一定限制。此外，使用组合夹具加工中心首次投资较大，总体显得笨重，排屑也不是很方便。对中、小批量，单件或加工精度要求不十分严格的零件，在加工中心上加工时，应尽可能选择组合夹具。柔性制造技术、集成制造技术将是现代先进制造技术发展的主流。未来制造过程将变得更智能化，制造企业适应市场的能力更强。柔性制造技术以其高效、灵活的特性使实施敏捷制造、并行工程、精益生产和智能制造系统成为可能，且应用日益广泛， 已成为整个机构制造领域的核心技术，而组合夹具由于其灵活性，已成为现代夹具的主要发展方向，在制造业中发挥着重要作用。5 夹具定位设计5.1 夹具的整体设计机床夹具的结构因被加工工件的加工表面不同或使用机床种类的不同而有各种不同的结构形式，大致可分为以下几个部分：定位元件、夹紧装置、导向对刀元件、连接元件、 装置和元件、夹具体。对于夹具的设计来说，其基本要求有：（1）稳定地保证工件的加工技术要求：（2）提高机械加工的劳动条件；（3）结构简单，便于制造和维修：（4）操作安全、方便。根据夹具的不同特点，可以把夹具做一些分类；（1）按夹具的通用特征分类这是一种基本的分类方法，反映了夹具在不同生产类型中的通用特性，目前，我国常用的分类有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动化生产用夹具等五大类。（2）按夹具使用的机床分类这是专用夹具设计所用的分类方法。如车床、铣床、刨床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、拉床等夹具。设计专用夹具时，由于机床的类别、组别、型别和主要参数均不相同，因而夹具与机床的连接方式、加工精度要求也不相同。既然夹具有自身的特点，机床夹具的设计特点和设计要求也与其它机械装备的设计有很大的不同，主要表现在以下五个方面：（1）要有较短的设计和制造周期。一般没有条件对夹具进行原理性试验和复杂的计算工作。（2）夹具的精度一般比工件的精度高23倍。（3）夹具和操作工人的关系特别密切，要求夹具与生产条件和操作习惯密切结合。（4）夹具在一般情况下是单件制造的，没有重复制造的机会。通常要求夹具在投产时一次成功。（5）夹具的社会协作制造条件较差，特别是商品化的元件较少。设计者要熟悉夹具的制造方法，以满足设计的工艺性要求。显然，注意这些问题是很重要的。这将有利于保证夹具的设计、制造质量。机床夹具的设计要求：设计夹具时，应满足下列四项基本要求：（1）保证工件的加工精度要求，即在机械加工工艺系统中，夹具要满足以下 三项要求：工件在夹具中的正确定位；夹具在机床上的正确位置；刀具的正确位置。（2）保证工人的操作方便、安全。（3）达到加工的生产率要求。（4）满足夹具一定的使用寿命和经济性要求。本课题的工艺设计中，为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具，经过与指导老师协商，决定设计凸轮轴在卧式铣床上铣削加工半圆形键槽工序所使用的铣床夹具。铣床夹具的组成主要包括：定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件和对刀元件。而铣床夹具的类型可分为：直线进给式铣床夹具圆周进给式铣床夹具仿形进给式铣床夹具对于铣床夹具的设计，由于铣削加工的切削力较大，又是断续切削，加工中易引起振动，因此：夹具的受力元件要有足够的强度和刚度；夹紧机构所提供的夹紧力应足够大；要求有较好的自锁性能。为了提高夹具的工作效率，应尽可能采用机动夹紧机构和联动夹紧机构。并在可能的情况下，采用多件夹紧和多件加工。铣床夹具的对刀装置，用以确定夹具相对于是刀具的位置。铣床夹具的对刀装置主要由对刀块和塞尺构成。常用的对刀块有：高度对刀块：用于加工平面时对刀直角对刀块：用于加工键槽或台阶面时对刀；成形对刀块：用于加工成形表面时对刀。本次设计零件汽车发动机凸轮轴为中批量生产，要求成本低，且在加工过程夹紧力要求不高。本道工序是铣削凸轮轴半圆形键槽，在进行本道工序时，其他加工表面均已经完成。为了保证技术要求，最关键的是要找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。5.2 定位方案选择在工艺学中已经知道，工件在加工前，必须首先使它在机床上相对刀具占有正确的加工位置，这就是定位。夹具在工件定位过程中起着决定的作用，工件正是通过夹具相对机床、刀具占有正确的加工位置。工件在夹具中定位的目的，就是要使同一批工件在夹具中占有一致的正确加工位置。要使工件完全定位，就必须限制工件在空间的六个自由度，此即为工件的“六点定位原则”。本设计因加工需要，可以考虑以下三种定位方案：方案一：工件在40外圆处以定位套筒定位，端面轴向定位于挡板上，由浮动的V形板来对凸轮的表面做角向定位。图5-1 方案一方案一的优点是元件结构非常简单、制造安装很方便；但是定心精度不高，配合较松时容易产生工件倾斜，定位精度达不到要求。方案二：工件以40和28.45两个外圆放在两个V形块上定位，端面轴向定位于挡板上，为控制凸轮与键槽的相对位置，由浮动的V形板来对凸轮的表面做角向定位，从而完成六点定位。图5-2 方案二方案二的优点是定位精度高、安装方便、对中性好，选择了已经标准化的零件V形块作为定位元件；但是结构较复杂，制造要求较高。方案三：凸轮轴两端用两个锥套定位，由浮动的V形板来对凸轮的表面做角向定位。图5-3 方案三方案三的优点是结构简单、制造和安装均方便，但是定位精度也不高，不利于刀具的进给运动。综合以上三个方案，从经济性，可行性，方案的优缺点以及加工零件的加工要求出发，应优先选用方案二。采用两个V形块、一个浮动V形板和一块挡板来完成六点定位。5.3 V形块的设计图5-4 V形块在夹具设计中，V形块零件已经是标准化零件，可以直接查阅机械夹具设计手册即可，V形块的基本尺寸参数有：HV形块的高度；NV形块的开口尺寸；DV形块的标准心轴直径，即与工件定位处外圆直径相等；TV形块的标准定位高度。V形块的夹角取90度。已知：, ；两块V形块的计算内容如下：因 , 取所以， 5.4 定位误差的计算 在机械加工过程中，工件的加工允差k要大于与夹具有关的加工误差和其他一些因素有关的加工误差之和。即， 式中， ：工件的加工允差； ：与夹具有关的加工误差； ：其它因素引起的加工误差。其中， 式中， ：定位误差； ：夹紧误差； ：夹具的安装误差； ：导引误差； ：夹具磨损引起的加工误差。 在夹具设计制造中，要尽可能减少与夹具有关的加工误差，如果这部分误差所占比重很大，则留给补偿其它误差的比例就很小，结果不是降低了工件的加工精度，就是有可能造成超差而导致工件报废。下面主要讨论工件在夹具中定位时所产生的定位误差。如图所示：图5-5 误差分析示意图定位误差产生的原因有两个：（1） 定位基准与设计基准不重合，必然产生基准不重合引起的定位误差jb；（2） 由于定位副制造不准确，而引起的定位误差db。所以，定位误差由图可知：基准不重合误差 其中， 为工件的公差。 所以， 由图可知： 定位副不准确误差， 所以， 因此，总的定位误差为 即， 6 夹具夹紧设计6.1 夹紧装置的组成(1)动力装置夹紧力的来源，一是人力；二是某种装置所产生的力。能产生力的装置称为夹具的动力装置。常用的动力装置有：气动装置、液压装置、电动装置、电磁装置、气液联动装置和真空装置等。由于手动夹具的夹紧力来自人力，所以它没有动力装置。(2)夹紧部分接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的部分，一般由下列机构组成：1）接受原始作用力的机构。如手柄、螺母及用来连接气缸活塞杆的机构等。2）中间递力机构。如铰链、杠杆等。3）夹紧元件。如各种螺钉压板等。其中中间递力机构在传递原始作用力至夹紧元件的过程中可以起到诸如改变作用力的方向、改变作用力的大小以及自锁等作用。(3)夹紧装置的基本要求在不破坏工件定位精度，并保证加工质量的前提下，应尽量使夹紧装置做到：夹紧作用准确、安全、可靠。夹紧动作迅速，操作方便省力。夹紧变形小。结构简单，制造容易。6.2 夹紧机构的选择本夹具采用斜楔夹紧机构，特点：1）斜楔具有良好的自锁性能； 2）斜楔可以改变夹紧作用力的方向； 3）斜楔具有增力作用； 4）斜楔的夹紧行程很小。综合以上特点，本夹具设计可以优先选用斜楔夹紧机构。6.3 夹紧力的计算如图所示：图6-1 斜楔机构其中，为夹紧力，为使工件夹紧的推力。查手册可知：增力比 其中，：斜楔夹紧机构的斜楔角； ：平面摩擦时作用在斜楔面上的摩擦角； ：移动柱塞双头导向时导向孔对移动柱塞的摩擦角； ：移动柱塞单头导向时导向孔对移动柱塞的摩擦角； ：移动柱塞导向孔的中点至斜楔面德距离； ：移动柱塞导向孔长。所以， ，； 取 0.7 则， ；所以，外力取200N 夹紧力符合加工要求。 定位夹紧方案的确定本夹具设计时以前道工序成型后的表面作为粗基准，再以加工好的面作为基准加工另外一个面。定位元件用于确定工件在夹具中的位置，使工件相对于刀具及运动轨迹有一个正确的位置。定位元件是夹具的主要功能元件之一，其定位精度将直接影响攻坚饿加工精度。定位元件主要有支承钉、支撑板、可调支承和辅助支承四种。由于发动机凸轮轴零件在本道工序之前所有表面均已经加工过，因此使用V形块作为定位元件较为合适，因此，在本设计中，分别以V形块作为工件A面的定位，限制工件x轴旋转、y轴旋转、z向移动三个自由度。另外，由于变速箱凸轮轴零件的结构特点具有外圆表面，在进行工序六之前，外圆内孔已经加工过，以外圆内孔定位时，通常采用圆柱轴销。根据工件的特点，需要两个圆柱轴销，实现“一面两销”的定位。安装时，先将工件放在一个V形块（消除x轴旋转、y轴旋转、z向移动三个自由度）之上，并靠在右边的支承钉之上（消除x向移动一个自由度），并由两个圆柱轴销定向（消除z轴旋转一个自由度），然后使用开口垫片和螺母等锁紧螺母，把工件夹紧，此时六个自由度全部消除。本夹具夹紧方案为利用螺栓、螺母手动夹紧。在铣削时夹紧力产生的力矩，必须满足机床夹具设计手册中所规定的要求，刀具材料：YG8细齿硬质合金面铣刀刀具有关几何参数： 由机床夹具设计手册表1-2-9 可得铣削切削力的计算公式： 查参考文献13表得：对于灰铸铁： 取 ， 即所以 由参考文献3表1-2可得：垂直切削力 ：（对称铣削）背向力：根据工件受力切削力、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： 安全系数K可按下式计算： 式中：为各种因素的安全系数，见参考文献13表可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： 式中参数由机床夹具设计手册可查得： 其中： 螺旋夹紧力：易得：经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的，可以满足切削力的要求。三、夹具的具体设计在夹具设计中，本夹具有以下特点：A、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。B、该夹具采用一面两销定位，误差少，能够满足工件的加工要求；C、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。7 夹具体和连接元件设计7.1 连接元件的设计铣床夹具的连接元件由两部分组成：定位键铣床夹具以定位键和机床工作台T型槽配合，每个夹具一般设置两个定位键，起到夹具在机床上的定向作用，并用埋头螺钉把定位键固定在夹具体的键槽中。材料选用45钢；本夹具采用B型定位键，具体结构尺寸如下图所示： 图7-1定位键带U型槽的耳座在铣床夹具纵向两端底边上，设计带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。材料：HT30。7.2 夹具体的设计夹具体是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，使夹具相对于机床具有确定的位置。铣床夹具的夹具体一般要设定位或导向装置，夹具通过夹具体底面安放在铣床工作台上，可直接用钻套找正并用压板夹紧（或在夹具体上设置耳座用螺栓夹紧）。对于铣床，通常要求在相当于刀具送进方向设置对刀块安装位置。本设计中的夹具体图纸设计可见本文附件。本夹具体采用HT200灰铸造铸造，具有以下优点：1）可以铸出复杂的结构形状；2）铸铁件的抗压强度的、耐振性好，因此特别适用于加工时振动大， 切削负荷大的场合；3）价格低廉，铸铁件易于加工，可降低夹具成本。铸造的生产周期长，而且因铸造时的内应力缘故，易引起变形，从而影响夹具体精度的持久性。因此铸造夹具体必须进行时效处理。与焊接结构相比，铸造可以铸出形状复杂的结构。夹具体与定位夹紧元件用销轴和螺钉联接，销轴和螺钉均采用标准件。为便于作为基准面和与通用机床工作台面相结合，夹具体底板加工精度要求较高，并在夹具体底板上设计有定位键与工作台面倒T型槽相配合。因此，本夹具采用铸造结构比较合适。材料：选用HT20，壁厚：30mm 。8 夹具的三维造型设计8.1 三维设计概述三维实体模型设计是利用计算机将将用户的设计思想模拟表现出来。前文所述设计，确定了单级联动夹具各个主要零部件的形状和尺寸。运动三维实体造型设计，可以进一步验证零部件设计的正确性和准确性。三维实体模型参数化设计是计算机辅助设计CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。目前参数化技术大致可分为如下三种方法:(1)基于几何约束的数学方法;(2)基于几何原理的人工智能方法;(3)基于特征模型的造型方法。参数化设计中的参数驱动机制是基于对图形数据的操作。通过参数驱动机制，可以对图形的几何数据进行参数化修改，需要注意的是，在做任何参数化修改时必须满足图形的约束条件。参数驱动是一种全新而有效的参数化方法，由于其直接对数据库进行参数化操作。因此交互性较好，用户可以利用绘图系统全部的交互功能修改图形及其属性，进而控制参数化的过程;与其他参数化方法相比较，参数驱动方法具有简单、方便、易开发和使用的特点，能够在现有的绘图系统基础上进行二次开发。而且适用面广，对三维问题也同样适用。设计人员使用参数化设计手段开发专用产品，可以减少大量繁重而琐碎的绘图工作，大大提高设计速度和效率，使设计信息存储量大大提高。同时，针对零件上的任意参数化特征，设计人员进行图形化的编辑、修改也非常方便，这就使得用户对其三维产品的设计更为直观和实时。用户在一个主模型中，就可以实现动态地捕捉设计、分析和制造的意图。8.2 Solidworks三维设计简介自从上世纪60年代计算机辅助CAD技术产生以后，工业自动化水平大大提高，在船舶、汽车以及航空航天等高精尖的技术领域里，大量复杂的设计课题进一步促进了CAD软件发展发展得更加功能完备，作为CAD技术重要标志的CAD软件取得了突飞猛进的发展。如今，CAD软件为数众多，其中，SolidWorks由于其具有强大的三维处理功能和先进的设计理念，同时其操作又简单实用，易于被众多设计者接受和学习，在机械设计与加工领域中得到了非常广泛应用。SolidWorks是新一代的产品造型系统，是一套由设计到生产的大型机械自动化软件。SolidWorks包括数十个功能模块组成，每一个功能模块都有自己独立的功能。在设计时，用户可以根据需要调用其中任何一个模块，各个模块创建的文件有不同的文件扩展名。此外，SolidWorks还提供了一些系统的附加模块和二次开发模块，这些应用主要面向高级用户。8.3 夹具的三维详细设计在进行夹具的三维设计前，首先需要认真分析了SolidWorks软件平台的一些功能和数据管理方法。针对本文所述设计，建立文档文件夹，用于管理合同、技术协议、外购件明细表等文档。在做SolidWorks参数化实体造型设计时又建立夹具文件夹用于管理，在夹具文件夹中又建立零件、部件等相应文件夹进行管理。建立完整而清晰的设计思路是十分重要的。在设计中，对于标准件和外购件的积累是相当重要的，在设计初期，对标准件和外购件的三维设计都必须严格按照机械夹具设计手册中提供的相关数据进行三维设计，并保存在特定的文件夹中以便日后进行条用。如V形块、手柄、销等。此外，对于各个零部件的文件名命名，一律需以其功能或者安装方式进行完整清晰的命名，避免使用数字，字母等让人无从知晓零件功能的命名方式。标准件的设计积累对于提高设计速度是十分有效的，标准件、标准机构、常用机构、特殊机构及外购件等资料越完备，给设计带来的思路和方法也越宽广。但是这些资料需要我们保持长期积累的。此外，就是设计过程中对于软件掌握的情况了。对于软件掌握的熟练，也可以大大加快设计的速度和质量。当然了，还要对铣床夹具本身的功能比较清楚。在实体设计的过程中，首先应该根据需要，确定对凸轮轴进行三维造型设计，然后围绕凸轮轴进行定位和夹紧的位置，对相应的机械零部件进行参数化设计，在进行零件设计的同时，还可以同时对总装配进行参数化设计，便于及时发现零部件的问题和进行修改，最后完成总装配设计。三维总装配是由各个不同的零部件组成，这些零部件依照不同的配合关系组合在一起，也被称为约束，在利用计算机进行设计时，要尽可能以零部件最真实的装配方法来对零部件进行相关约束。如螺钉与螺纹孔的约束就可以使螺钉的圆柱面与螺孔的圆柱面同心约束，对于夹具设计，大部分零件都安装在夹具体上，所以应以夹具体为装配体中的主要基准零部件，使其它零部件与夹具体按照面与面的重合约束、安装孔的同心约束连接在一起。对于一些局部可以将来零件组合在一起的，可以组成部件，这样会大大节约三维设计的时间，提高设计效率。在进行零件的参数化设计时，SolidWorks提供了零件设计的草图模式，在草图编辑器中完成零件实体的投影二维设计，最后返回到实体设计界面，通过拉伸、旋转、扫描等方法生成零件，然后再利用SolidWorks提供的异型孔工具、和型面处理工具，从而得到我们所想要的设计结果。各个零件的设计过程与前述基本相同，即先完成草图，再返回到实体设计界面，将草图元素拉伸成实体。9 夹具的三维动态分析利用SolidWorks三维实体造型软件完成零部件的三维造型设计之后，可以对所设计的夹具进行简单的动态模拟分析，以便验证设计方案的正确性，各个零部件设计尺寸的正确性，避免零部件在总装配设计中产生的干涉问题。三维动态分析的基础首先是必须夹具中的各个零部件结构尺寸设计必须正确，夹具中各零部件的配合关系也必须正确。因而在进行动态分析之前必须仔细检查错误，修改完善。在确保各个零部件及装配图的三维设计都正确以后可以进行动态分析了，所谓动态分析，需要分析夹具在夹紧工件与放松工件两个极限状态时的状态，在这个过程中，需要观察零部件再运动过程中不能有干涉现象发生。在三维动态分析中，可以使用SolidWorks提供的相关高级配合约束对零部件的运动轨迹进行约束，以达到所设计的要求，这些高级配合约束包括宽度、对称、路径、线性配合等。同时，为区别各零部件，可以在SolidWorks中对各个零部件进行着色渲染处理，以便能直观得反应真实的设计效果。以下分别是本次毕业设计所做的三维动态分析中的夹具的夹紧和放松两种极限状态图：10 夹具的经济性分析按规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的工艺过程，称为装配。装配包括部件装配和总装。机器是由零件、套件、组件、部件等构成的。为保证有效地进行装配工作，通常将机器划分成若干个能独立装配的部分，称为装配单元。在装配工艺中，表明产品零、部件间相互装配关系及装配流程的示意图，称为装配系统图。组成机器的最小单元即是零件，它是由整块金属或其它材料制成的。零件可以直接安装到机器上，也可以预先组成套件、组件或部件后再安装到机器上。在一个基准零件上，装上一个或若干个零件构成的部分称为套件。在一个基准零件上，装上若干个零件(及套件)而构成的部分称为组件。机器结构装配工艺性的基本要求：机器能够分成独立的装配单元；尽量减少装配过程中的修配和机械加工；机器结构应便于装配和拆卸；结构的继承性好；各装配单元应有正确的装配基准。为了提高整个工艺加工的生产效率，在保证定位夹紧要求和零件的各项技术要求的前提下，对于夹具的选择也要满足一定的经济性。1、在夹具设计中，应尽量采用标准件或推荐的元件，这样在夹具需更换元件时，可避免重复设计、重复制造带来的麻烦和浪费，减少更换时间，且降低了夹具成本。2、尽量减小需精加工的平面的面积，降低夹具的制造成本。3、为提高生产率，应尽量采用方便、简单的夹紧装置，这样不仅可以减少劳动强度，还可降低成本。夹具的装配总图应该遵循机械制图国家标准绘制，图形大小的比例尽量取1：1，为求使绘制的夹具总图有良好的直观性，如果工件过大的时候选用1：2等缩小比例，过小时取2：1的比例；图中应该以最少数量视图清楚地表示出夹具的工作原理和结果，表示各种元件或者装置之间的位置关系等；绘制的顺序：先用点划线绘出工件的轮廓，外形及定位基准，并用网状线显示出加工余量；把工件轮廓视为透明体，然后按着工件的形状及位置依次画出定位、导向、夹紧及其他元件或者装置的具体结构；最后绘制夹具体，形成一个完整的夹具；夹具总图上标注出零件编号，按规定要求填写标题栏和明细表；最后确定并标注有尺寸和夹具技术要求。夹具装配图如下：图8-1 夹具装配图基于以上结论，本套夹具在经济性方面具有加工经费较少，比较容易加工加工，并且螺栓，螺母均是标准零件，在通用五金商店就能买到。结束语经过了近两个多月的心情努力，在指导老师的耐心帮助和悉心指导下，本次毕业设计完成了针对凸轮轴零件在卧式铣床上加工半圆形键槽的加工工序，设计了一套合理可行的专用夹具。在设计过程中应用到了大学里的各门专业课程知识，是学习理论与实践相结合的一个成果。通过这次设计，综合知识的运用能力得到了长足的进步，学会了按照设计任务要求先进行总体设计，再进行详细设计的设计思想。看图、绘图能力也得到相应的提高，最终圆满的完成设计，为今后的工作打下了坚实的基础。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。她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。凸轮轴作为汽车发动机中的重要零件，以其经济性与实用性还将长期存在。工序间采用专用夹具，虽然设计周期有所延长，但大大缩短了生产周期，提高了生产效率，同时提高了加工精度，降低了产品的不合格率。随着技术的不断更新，工艺的不断完善，凸轮轴类零件的加工方法也将取得长足发展。专用夹具是工艺装备的主要组合部分，在机械制造中占有重要地位，夹具对保证产品质量，提高生产率，减轻劳动强度，缩短产品生产周期等都具有重要意义。随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧，传统的夹具设计方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈，各企业迫切需要提高夹具设计的效率。通过本次毕业设计，我由衷的感谢指导老师对毕业设计的指导。老师的耐心讲解、严谨的治学态度和高尚的敬业情操都使我受益匪浅，在此，我向老师表示最真诚的感谢。同时，感谢同班同学的支持和帮助，使我更好的完成了毕业设计。最后，很感谢阅读这篇毕业设计的人们。感谢你们抽出宝贵的时间来阅读这篇毕业设计。参考文献1浦林祥主编：金属切削机床夹具设计手册，机械工业出版社，19952孙丽媛主编：机械制造工艺及专用夹具设计指导，冶金工业出版，20023白成轩主编：机床夹具设计新原理，机械工业出版社，19974郑本修主编：机械制造工艺学，机械工业出版社， 19995徐发仁主编：机床夹具设计重庆大学出版社，19966王光斗,王春福.机床夹具设计手册，上海科学技术出版社，2001.7邓文英、宋力宏.金属工艺学，高等教育出版社会，2000.8荆长生主编：机械制造工艺学西北工业大学出版社，19969定位夹紧符号标准.10孟少农主编：机械加工工艺手册，北京：机械工业出版社，200011齐世恩主编： 机械制造