资源描述
1. 概述零件在工艺规程之后， 就要按工艺规程顺序进行加工。 在加工中除了需要机 床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。他们时机床和工件之间的连 接装置，使工件相对于机床获得正确的位置。 机床夹具的好坏将直接影响工件加 工表面的位置精度。 通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程， 称 为定位。当工件定位后， 为了避免在加工中受到切削力、 重力等的作用而 3 破坏 定位，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。 使工件在加工过程中保持定 位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是 否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本 和操作安全。在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床 夹具在生产中应用十分广泛。在专用夹具的设计过程中， 必须充分地收集设计资料， 明确设计任务， 优选 设计方案。整个过程大体可以分为以下几个阶段进行。首先是设计准备。 这一阶段主要是手机原始资料， 并根据设计任务对资料进 行分析。其内容包括 :1. 研究被加工的零件，明确夹具设计任务（包括分析零件 在整个产品中的作用， 零件本身的形状与结构特点， 材料， 技术要求和毛坯的获 得方法） 2. 分析；零件的加工工艺过程（了解工艺特征和生产类型，特别关注零 件进入本工序时的状态，包括尺寸，形位精度，材质，加工余量，加工要求，定 位基准，夹紧表面等） 3. 了解所使用的机床的性能，规格和运动情况，特别要掌 握与所涉及夹具连接部分的结构和联系尺寸。 4.收集有关设计资料， 包括机械零 件，夹具等国家标准， 部颁标准， 机床夹具设计手册和机床夹具图册以及还可收 集一些同类夹具的设计图纸。然后是总体设计。 夹具的总体阶段包括从拟定夹具结构方案， 绘制夹具结构 草图，必要的分析计算， 到总装配图设计的全部过程。 具体可以分为以下几个步 骤：1. 拟定夹具结构方案， 绘制夹具结构草图。夹具结构草图的绘制是夹具设计 的一个重要环节，由草图入手进行方案设计，分析计算，结构设计等。 （1. 确定 工件的定位方案， 设计定位装置 2. 确定工件的夹紧方案， 设计夹紧装置 3. 确定 其他位置及元件的结构形式，如对刀，导向装置，分度装置等 4. 确定夹具体的 结构形式及夹具与机床的联结方式。 ）设计夹具体时，应保证夹具体具有足够的 整体刚度和强度， 同时还要尽量使其结构简单， 重量轻， 多数情况下夹具体采用 铸件，应使夹具体壁厚均匀， 局部设加强筋， 并确定整个夹具在机床上的安装方 式。2. 必要的分析计算。 工件的加工精度较高时， 应进行工件加工精度分析。 有 动力装置的夹具，需要计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选 用荆棘效益较高的方案。3. 审查方案的改进与设计。 在夹具草图画出后， 交指导教师审阅。 根据指导 教师的意见对夹具方案作进一步修改。 夹具草图经知道教师审阅同意后， 方可进 行夹具总装配图的绘制。4. 夹具的总装配图应该按国家制图标准绘制。绘图比例尽量采用 1:1. 主视 图按夹具面对操作者的方向绘制。 总图应把夹具的工作原理， 各种装置的结构及 其相互关系表达清楚。夹具总图的绘制步骤有 3 个： 1.用双点划线将工件的外形轮廓，定位基面， 夹紧表面及加工表面绘制在各个师徒的响应位置上。 在总图中，工件视作透明体， 不遮挡后面的线条。2.依次绘制出定位装置，夹紧装置，其他装置及夹具体 3. 标注必要的尺寸，公差和技术要求。为了提高生产效率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。为 了铣16mm勺槽并在槽底处形成1x45的倒角，我选用X50立式铣床工作台进行 设计。2. 被加工零件的结构特点及指定工序的加工要求被加工零件名称为汽车拨叉，是在汽车上不可或缺的变速系统中的一部分。 拨叉是推动滑动齿轮的，滑动齿轮上有一个环槽拨叉就骑在这个环槽里，当驾驶员推动变速杆时变速杆带动拨叉轴， 拨叉轴带动拨叉，拨叉又推动齿轮从而达到 变速，拨叉最容易磨损的地方就是拨叉和齿轮环槽接触的部位，因为齿轮在高速旋转而拨叉不转，拨叉磨损，或强度不够，可能导致齿轮挂不到位，而掉档，或 拨叉断掉。此次我拿到的任务就是设计如图1所示的汽车拨叉的夹具，目标是铣 拨叉上方的那个长度为16的槽。这个汽车拨叉的生产类型是大量生产，所用材 料为20钢，有3个技术要求，非别为：1.氰化层深度为0.5-0.3 2.锻件的拔 模角要大于73.未注倒角均为1x45。要制作该汽车拨叉，并使其能够开始 正式使用需要经过 18 道工序，一次分别为：1. 横锻2. 喷丸3. 钻 19mmfL至 18mm4. 在18mmfL的两端倒角1.5x45 5. 拉19mmfL至图纸尺寸6. 校正叉爪7. 铣叉爪两面，保持厚度为 8mm与 19mmfL垂直度0.1mm8. 铣叉口圆弧 82mm倒角，至图纸要求9. 铣顶部凸块至尺寸10mm保持尺寸12mm10. 铣16mm槽，在槽底转角处形成1x4511. 去尖角，毛刺12. 清洗13. 检查14. 氰化层深度 0.5-0.3mm15. 钻M10x1-6H螺纹孔的小径，镗120锥孔，攻M10X1-6H螺纹16. 除去19mm孔的毛刺17. 校正叉爪，保持叉爪平面到螺孔中心为 63mm叉爪两平面对19mm孔的垂直度 0.1mm18. 检验我所要设计的夹具所涉及的工序为第十步铣16mm槽，在槽底转角处形成1x45。定位夹紧要以 19端面为基准，因为这样比较容易保证各项技术要求。 在我之后的第十一步是去尖角和毛刺，为的是使前面所进行的步骤的面能够光 滑，为后面还未进行的步骤进行铺垫。我的前面一步是铣顶部凸块至尺寸10mm，保持尺寸12mm我觉得如果前面一步采用心轴定位的话，那么我这一步也就采 用心轴定位， 因为，心轴定位可以消除 5个自由度， 用最少的原件可以达到最大 的效果。而且如果第九步和第十步可以用相似的定位方法的话， 在实际的生产过 程中必然会大大的提高效率， 减小工人的工作量， 最大的优势就是可以避免反复 装夹中人为的和一些无法避免的误差 。3. 设计方案的讨论就像在前面一节所阐述的一样， 为了用最少的原件达到最大的限制效果， 并 且考虑到零件上面 19孔在前面的几步工序中已经加工完毕，所以大的定位原 件毫无疑问的选择了定位心轴配合一个垂直的表面， 这样一来， 可以一下子消除 5个自由度，使得， x， y， z 轴的移动自由度以及绕 x 轴， z 轴的自由度都很好 的得到了消除。 这样一来就只剩下一个绕 y 轴移动的自由度了。 在思考消除这个 自由度时，我脑海中有了两套方案，方案一就是用一个大半圆柱卡住 82 处， 以此来消除绕 y 轴转动的自由度，方案二就是只用一个支撑钉挡在下面的拨叉侧 面，来消除这个自由度。经过自己的考虑和与同学的讨论，我的出了如下结论，如果用大半圆柱卡住 82处，来消除这个自由度，那么会产生过定位的情况， 因为它不仅仅消除了 1个绕y轴转动的自由度，还消除了 x方向和z方向的移动， 并且，如果用这个定位方式的话，虽然夹具体为铸件，可以一次性铸造成所需要 的模样，可是，这样铸造出来的夹具体的这块在经过长时间的使用之后，必定会受到一定程度的磨损，这样的话，到时候只有连夹具体一起更换了，成本相对较 大。而方案二则不需要有如此顾虑，方案二不仅仅只消除一个自由度，而且，对 于和拨叉一直接触的支撑钉，如果损坏的话可以只更换支撑钉，由于支撑钉是标 准件，成本不会很大，因此，方案二相比于方案一优势更大，最后我选择使用方 案二的方案。方案为：以 19孔的左端为定位面，用固定在夹具体上面的心轴消除零件 的5个自由度：x、y、z三个方向的移动，和绕x、z方向的转动如图2所示， 支撑钉限制了一个自由度如图3所示。夹紧方案则是用双螺母配合开口垫圈和带 肩六角螺母完成的。夹紧和定位装置哟工限制了工件的 6个自由度，符合六点定 位原理可是工件达到完全定位。两图分别为该夹具体的左视图和主视图， 为了能够更好的观察心轴和支撑钉 的位置差别，所以把反映心轴结构较为清楚的左视图放在图2。由图上可以明显的看出心轴的位置和所消除的自由度。 另外，前面提到过，我的夹紧装置实际上 市双螺母结构配合开口垫圈和带肩六角螺母完成的。这个夹紧方案有诸多好处， 例如，双螺母可以牢牢的把心轴与夹具体锁住， 使他们的垂直度误差很小，同时, 右边的带肩六角螺母和开口垫圈配合，当要松开工件的时候，只需把带肩六角螺 母稍稍松开，然后取出开口垫圈，由于带肩六角螺母的直径小于工件的孔内径， 因此，当没有开口垫圈的固定时，可以轻轻松松的就取出工件。然后，加工下一 个工件时，只要把工件装上心轴，装上开口垫圈，最后拧紧带肩六角螺母就可以 继续加工这个新工件的16mm勺槽了。/ I I/ UfI-4i i支撑钉：限 制i个自由4. 夹具结构特点的论述从整体来看，我设计的夹具似乎没有什么特别之处， 但是，其中却有很多小 小的地方可以给人带去很多实惠。夹具结构特点1：在夹具体的设计上，我秉持了简约，经济的原则。在与心 轴相连的地方，我采用了一个圆形竖板，这样，可以尽量大的节约制作夹具体所 花费的材料，并且，为了保证强度，我又在这块厚 20mm勺板前面加了一块加强 筋，这样就大大提高了这个面的强度。因为这个面是与心轴上面的凸台紧紧相连 的，所以在这里的这块加强筋可以说是事半功倍。（图4）夹具结构特点2:采用了快速而有效的压紧装置，双螺母+开口垫圈+带肩六 角螺母。这个结构的特点毋庸置疑，为了满足大批量生产的原则，我采用了这套 夹紧方案，它不仅能够在结构上使心轴，工件，夹具体牢牢的固定住，更能够在 加工多个工件的时候大大提高效率。 可以说工件越多，这套压紧装置的特点就越 能发挥的淋漓尽致。（图5）夹具结构特点3:采用可换支承钉，在很好的约束了 1个自由度的情况下，又能保证强大的可换性，让整个夹具体的寿命间接的得以增长， 无形中让整个系 统的经济度再度提高。采用 B型圆头支承钉于 82的圆相配合，能够达到所需 标准。（图5）特点1原形竖版+加强筋夹具结构特点4:采用非标准心轴，强度可靠，关键是采用削去整圆的凸台, 使得工件，凸台和夹具体能够很好的共存。（图6）5. 夹紧力的估算，定位误差的计算由于定位面为 19mn端面，所以设计基准和定位基准重合，基准不重合误差为0。又因为心轴与工件相接触的地方为固定单边接触，所以基准位移误差为 孔公差与轴公差的和的一半，因为轴的公差为0.013，孔的公差为0.021，所以基准位移误差的值为0.017。因此，定位误差的值为基准不重合误差与基准位移 误差的和，等于0.017。因为直接影响工件加工精度的夹具公差一般取工件相应加工尺寸公差的 1/51/2，常用比值为1/31/2，并且此次设计的公差应该控制在相应加工尺寸 公差的一半，所以0.24/2=0.12大于0.017，因此满足定位误差的条件。6. 夹具的主要技术条件及优缺点分析1. 定位表面对夹具安装基面的垂直度和平行度都要小于0.022. 定位表面对找正基面或定位键侧面的相对位置度小于0.023. 对刀装置的工作面对夹具安装面的平行度要求必须小于0.034. 靠模型面对夹具安装基面的垂直度小于 0.02此铣床夹具的优点：结构紧凑，操作方便，夹紧力足够且反行程自锁，机动时间 与辅助时间重叠，是高效铣床夹具，使用于大批量生产。另外采用铸件，有足够 的刚度和稳定性，和简单的结构相辅相成，经济可靠。此铣床夹具的缺点：由于铣削加工切削用量及切削力较大，又是多刃断续切削， 加工时易产生振动，又由于采用的是带肩六角螺母和开口垫圈的配合，所以在提高了换件效率的同时会给夹紧力上带来一定的缺憾，比起高精度的加工，精度稍有欠缺。7. 夹具的主要零件技术条件的分析1. 支撑钉：采用GB/T2226-91的国标；材料为T8;热处理条件为 HRC560。T8是淬 硬型塑料模具用钢。淬火回火后有较高硬度和耐磨性，但热硬性低、淬透 性差、易变形、塑性及强度较低。用作需要具有较高硬度和耐磨性的各种 工具，如形状简单的模子和冲头、切削金属的刀具、打眼工具、木工用的 铣刀、埋头钻、斧、凿、纵向手用锯、以及钳工装配工具、铆钉冲模等次 要工具。2. 带肩六角螺母：采用GB/T2148-91的国标；螺距为 1.5 ;材料为45钢，热处理条件为 HRC35-40细牙螺纹的支承面对螺纹轴线的垂直度按 GB1184-80形状和位置公 差规定的9级公差。45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工，模具中常用来做模板，梢子，导柱等，但须热处理。45号钢淬火后没有回火之 前，硬度大于HRC55最高可达HRC62为合格。实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火 HRC58。45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。调质处理 后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别 是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低， 不耐磨。可用调质+表面淬火提高零件表面硬度。45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至 HRC4246所以如果需要表面硬度，又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45#钢表面淬火（高频淬火或者直接淬火），这样就能得到需 要的表面硬度。3. 开口垫圈：材料为20钢或者45钢;热处理为20钢渗碳深度0.8-1.2mm，淬火HRC50-5545钢采用淬火HRC35-40锐边倒钝，表面发蓝或其他防锈处理。强度比15号钢稍高，很少淬火，无回火脆性。冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯 边和锤拱等加工，电弧焊和接触焊的焊接性能好，气焊时厚度小，外形要 求严格或形状复杂的制件上易发生裂纹。切削加工性冷拔或正火状态较退 火状态好、一般用于制造受力不大而韧性要求高的。4. 六角螺母：采用GB/T6172.1-2000，表面不经过处理，镀锌钝化5. 对刀装置：对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定夹具和刀具的相对位置。 对刀装置 的结构形式取决于加工表面的形状。对刀块常用销钉和螺钉紧固在夹具体上，其 位置应便于使用塞尺对刀，不妨碍工件装卸。对刀时，在刀具与对刀块之间加一 塞尺，避免刀具与对刀块直接接触而损坏刀刃或造成对刀块过早磨损。塞尺有平塞尺和圆柱形塞尺两种，其厚度和直径为35mm制造公差h6。对刀块和塞尺均 已标准化（设计时可查阅相关手册），使用时，夹具总图上应标明塞尺尺寸及对 刀块工作表面与定位元件之间的位置。 对刀装置应设置在便于对刀而且是工件切 入的一端。对刀块是铣床的特有元件对刀块是用来确定铣刀相对于夹具定位元件 的位置的。我采用的是直角对刀块 GB/T2242-91，材料为20钢，热处理条件为 渗碳深度0.8-1.2mm，HRC58-64塞尺的厚度为2mm6. 定位键：B为14mn的A型定位键，采用GB/T2206-91的国标。材料为45钢，热处理 条件为HRC40-457. 垫圈采用平垫圈-C级，为GB/T95-2002国标，机械性能等级为钢100HV奥氏体不锈钢A140,表面处理为不经处理，镀锌钝化，奥氏体不锈钢为不经处理8. 编与夹具非标零件的加工工艺规程心轴 加工工 艺过程工序号工序名称安装工序内容机床设备1锻锻造2热处理正火回火炉3割锯小端，保证总长为125mm锯床4车车两端面至所需长度CA6140车床5车粗车各外圆（均留余量2.5-3）CA6140车床6车半精车18、19、34三外圆分别至20、21、36CA6140车床7热处理调质硬度230-250HBS8车半精车各外圆及15锥度，留磨量0.5-0.6 ,螺纹外径留磨量0.2-0.6CA6140车床9热处理按图中18、19各部位调质高频淬火硬度 54HRC10磨半精磨各外圆（留磨量0.12-0.15 ）、15 锥面 （留磨量0.2-0.3 ）、螺纹外圆M1432矽卜圆磨床11铣铣34上的平台，至圆底距离为27.9mmX5012车精车M16 M6螺纹CA614013磨精磨各外圆34上平 台，15。锥面M1432外卜圆磨床14检验9. 心得体会这次课程设计给我们提供了一个应用自己所学知识的机会， 从到图书馆查找 资料，到对夹具结构分析与计算和运用 CAD画出夹具零件图到最后夹具总图加上 夹具体和心轴的完成。 都对我所学的知识进行了检验。 可以说这次的课程设计有 苦也有甜，熬夜是痛苦的，被老师肯定的时候，痛苦却烟消云散。设计思路举足轻重， 只要设计思路准确， 那就可以避免走很多的弯路， 因此， 我们应该在设计前做好充分的准备， 认真查找资料， 打下扎实的基础， 这样才能 保质保量的完成任务。 整个过程是一个考验人的过程， 不能有丝毫的马虎， 急躁， 要一步一个脚印踏踏实实的完成所要完成的任务。 尽管拿到的题目并不难， 但在 设计过程中也不免闹出一些笑话， 但是在老师的提醒， 对参考资料的琢磨的过程 中，那些错误都得到了很好的更正。总而言之， 通过这次的设计夹具， 我受益匪浅。 摸索如何能成功的画出夹具 零件的过程中， 培养了我的思维， 和综合考量能力， 更是增强了我的实际操作能 力。这个短短的过程，让我在体会设计的艰辛的同时也让我感到了成功的喜悦。 在这次夹具设计中我收获颇丰10. 主要参考资料1. 金属切削机床夹具设计手册（上海柴油机长工艺设备研究所编）2. 机床夹具设计图册（孟宪栋、刘彤安主编）3. 机床夹具零件及部件（国家标准）4. 机床夹具设计手册（东北重型机械学院编）5. 机械零件设计手册（东北工学院第二版）上册、中册6. 机械制造工艺装备使用手册（李庆寿主编）7. 典型零件机械加工工艺（冯冠大主编）8. 机床夹具设计课程设计参考资料（冯鹤敏编）9. 机械设计课程设计（浙江大学出版社 第三版）
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