毕业论文数控铣床的零件加工及夹具设计

审定成绩： 毕 业 设 计 （论 文） 设计（论文）题目：收集器加工工艺和夹具设计 系 部 名 称： 机电工程系 数控铣床的零件加工及夹具设计 摘要：随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更是日趋精密复杂特别是在宇航、航海、军事等领域所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小，加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床或专业程度高的自动化机床显然无法适应这些要求。同时，随着市场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率，提高产品质量及降低生产成本。在这种背景下，一种新型的生产设备数控机床就应运而生了，它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量及新型机械结构等多方面的技术成果，形成了今后机械工业的基础及机械制造工业的发展方向。随着数控机床的发展与普及，现代化企业对于懂得数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将不断增加。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之。在机械加工中，为完成需要的加工工序，装配工序及检验工序等，首先要将工件固定，使之占有确定的位置，这种保证一批工件占有确定位置的装置，统称夹具。为保证工件的加工质量，提高加工效率，降低生产成本，改善劳动条件，扩大机床使用范围，缩短新产品试制周期。专用夹具应用越来越广泛。 本文对零件加工和夹具设计主要有以下几点内容：1.根据毕业设计任务书中的要求和已知的条件对零件进行分析。2.对零件进行手工绘图3.分析零件的加工部位，制定工艺路线，填写工艺卡片和工序卡片。4.对零件某道工序进行夹具设计5.选择合适的机床，确定定位夹紧的方案6.用AUTO CAD2007进行装配图和零件图的绘制。关键词：零件分析，手工绘图，工艺制定，夹具设计，计算机辅助绘图。Abstract: along with the social production and the improvement of science and technology, all kinds of industrial new product emerge in endlessly. Mechanical manufacturing industry as the national industrial base, its product is increasingly sophisticated especially in space, navigation, military etc required mechanical parts, higher accuracy, shape is more complex and often batch is lesser, processing this kind of product need often modified or adjust the equipment, ordinary machine or professional degree high automation tool obviously cant adapt to these requirements. At the same time, along with the growing market competition, enterprise production also urgently need to further improve the production efficiency, improve product quality and reduce production costs. In this context, a new type of production equipment - CNC machine is made, it comprehensive application of electronic computers, automatic control, servo drive, precision measurement and new mechanical structure of various technical achievement, formed the basis of mechanical industry in the future and the mechanical manufacturing industry development direction. With the development and popularization of nc machine tools, modern enterprise to know nc machining technology, can the nc programming technology talent demand will continue to increase. Nc lathe is currently the most widely used of nc machine.In mechanical processing, in order to perform required processing working procedure, assembly process and inspection process, first to the workpiece, which determine the fixed position of possession, this guarantee batch of workpiece position device, occupies determine collectively fixture. To ensure the process quality and improve workpiece machining efficiency, reduce production cost, improve working conditions, and expand machine tool use scope, shorten new product trial period. Special jig used more widely.This paper parts processing and fixture design mainly have the following contents:1. According to the requirements of the graduation design specification and known conditions on the parts for analysis.2. The parts manual drawing3. Analysis parts processing parts, formulate the process route, fill in process card and process card.4. A procedure of parts for fixture design5. Choose the right tools, sure positioning clamping schemes6. CAD2007 with AUTO spare parts and on the assembly drawing.Keywords: parts analysis, manual drawing, technology formulating and fixture design, computer aided drawing.目录一 绪论 1.1本课题的任务 1.2 本课题研究的重点和意义二 零件的分析 2.1零件的材料分析. 2.2 零件的工艺分析2.3 零件的毛坯选择.三 工艺规程的设计 3.1确定毛坯的铸造方法和热处理 3.2基准的选择3.2.1粗基准的选择原则3.2.2 精基准的选择原则 3.3 制定工艺路线 3.4刀具的选择和刀具卡片 3.5机械加工余量、工序尺寸及毛培尺寸的确定 3.6机床和量具.3.6.1机床的发展趋势 3.6.2 量具的选择 3.7 确定切削用量及工序卡片3.7.1 粗加工切削用量的选择原则3.7.2 精加工切削用量的选择原则3.7.3 工时定额的确定（单件时间定额）3.7.4 确定切削用量及基本工时四 夹具设计 4.1. 夹具的分类. 4.2专用夹具的设计方法和步骤 4.3夹具方案设计和初步理念. 4.4 定位机构的设计及误差分析 4.4.1 定位基准的选择 4.4.2 确定定位元件，计算定位误差. 4.4.3 定位销的选择和计算 4.4.4定位误差的分析与计算 4.5夹紧机构的确定 4.5.1夹紧元件的选择与夹紧力的计算 4.5.2夹紧元件的强度校核 4.6 非标准零件的设计. 4.7 夹具技术的发展 4.7.1柔性夹具的研究和发展 4.7.2计算机辅助夹具设计(CAFD)） 4.7.3自动化夹具（AFD）.五.附页 5.1 数控加工工艺卡片 5.2 数控加工工序卡片.六.设计总结七.致谢.八.参考文献 绪论制造业是我国国民经济的支柱产业，其增加值约为我国国内生产总值的百分之四十以上，而先进制造技术是振兴制造业的系统过程中的重要组成部分之一。数控技术是现代先进制造技术的基础和核心。数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集机械制造技术、信息技术、计算机技术、微电子技术和自动化技术等多学科为一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，是当代制造业的重要装备。随着微电子技术，计算机技术，自动控制技术的发展，数控技术也得到飞速发展，数控技术极大的推动了计算机辅助设计，计算机辅助制造，柔性制造系统，计算机集成制造系统，虚拟制造系统和敏捷制造的发展，并未绿色制造打下了基础。有关专家预言，21世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。夹具的创新和发展是数控技术的发展中至关重要的一部分。机械夹具在我国的发展前景是非常广泛的，有着很大的发展空间。机械夹具要求结果简单，使用方便，制造精度高。就本次设计而言整个加工过程基本都用数控机床。夹具为专用夹具，在专用夹具的设计中，除工件的定位和加紧外，还有一些问题要解决，如专用夹具的设计步骤，夹具体的设计，夹具总图上尺寸公差及技术要求的的标注，工件在夹具中加工的精度分析，夹具的经济分析和机床夹具的设计计算机辅助设计等。1.1 本课题的任务本课题的设计大致可以分为4个主要部分：零件的分析，数控加工工艺方案的确定，夹具的设计，计算机辅助设计。1.拿到工件我首先分析的是他的材料，其实认识需要加工的表面，孔。对照零件图找出每个加工表面的技术要求，比如表面粗糙度，平面度，平行度，孔的公差等级，与其相关面的垂直度，孔与孔间的同轴度等等。2.良好的加工工序可以节约成本，缩短工时，保证精度和技术要求。3.夹具是专用夹具，考虑定位和加紧之外还需要考虑夹具体，以及整个夹具的经济性和效率问题。4.熟练的运用CAD进行装配图和零件图的绘制。反复修改做到精益求精。1.2 本课题研究的意义和重点 本课题主要在于培养学生具有熟悉数控加工工艺，能够熟练掌握现在数控机床的运用，成为应用性高级技术型人才。此外，以培养夹具设计能力为主线。数控加工工艺与机床夹具设计是我们机电专业的基础课程，也是我们数控专业的重要课程，对其掌握与运用的熟练程度，将直接反应出毕业生三年来对该专业课程学习及应用的综合水平。此毕业设计涉及到三年基础知识的综合运用，同时也锻炼了查资料的能力。 1. 对给定零件进行工艺过程设计，并编制相应的工艺卡片。 绘制零件图，并对零件进行结构和工艺分析。 拟定加工工艺路线，包括加工方法，定位基准的选择以及转换，尺寸链计算，机床，刀具，和工装的选择等。 编写详细的机加工工艺规程，注明工序图，技术要求，机床，刀具，量具，切削用量，定位，装夹等。2.专用夹具的设计 根据工艺要求，设计并绘制工序的专用夹具装配图。要求能够实现装夹功能，并且结构合理，不存在定位原理错误，结构工艺性好，工作效率高，制造方便，尽量降低成本和制造难度，并对夹具精度和经济性进行分析。 设计并绘制夹具非标准零件的所有非标准的零件图，要求结构正确，技术要求标注合理。第二章 零件的分析2.1 零件的材料分析 该零件材料为：ZGoCr19Ni10Bb 这是一种合金钢，我们知道随着科学技术和工业的发展，对材料提出了更高的要求，如更高的强度抗高温，高压，低温，耐腐蚀，磨损以及其他特殊物理，化学性能的要求，碳钢已不能完全满足要求。为了提高钢的性能，在贴碳合金中特意加入合金元素，所获得的钢称为合金钢。常用的合金元素Cr,Ni,Co,Cu,Si,AL,B,W,Mo,V,Nb等。 该材料主要合金元素：铬能提高钢的基体的电极电位。随铬含量的增加，钢的电极电位急剧升高。铬在氧化介质（如水，大气，海水，氧化性酸等）中极易钝化，生成致密的氧化膜，使钢的耐腐蚀性大大提高。 加入镍 可获得单相奥氏体组织，显著提高耐腐蚀性或形成奥氏体+铁素体组织，通过热处理，提高钢的强度。加入铌 该元素能优先同碳形成稳定的碳化物，使Gr能保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻刚的晶界腐蚀倾向。准确说这也属于一类不锈钢，这类不锈钢碳含量很低，耐蚀性很好。钢中的Nb可防止晶间腐蚀。这类钢强度硬度比较低，无磁性，塑性、韧性和耐蚀性均较Gr13型不锈钢更好。一般利用形变强化提高强度，可采用固溶处理进一步提高奥氏体型不锈钢的耐蚀性。2.2 零件的工艺分析 由零件图可知，此零件（收集器）的加工主要有平面和孔。平面有上下表面，孔也有上表面孔，下表面孔，通孔和非通孔。 首先来看底平面（平面1），底平面有很高的平面度要求Ra=2.5，选择“粗铣精铣”方案。 在底平面凹槽内，有一个凸台和11两个大孔，孔位阶梯孔，沉头为2*14深3，表面粗糙度Ra=2.5，通孔孔壁Ra=12.5。这两个孔虽然表面精度不高但是它与地面有垂直度要求，两孔与平面1的垂直度为0.03，凹槽内凸台和孔表面在同一平面上，他们与平面1的距离为3mm。地平面的平面度为0.01. 底平面1上有4个M5的内螺纹和2个2的锥孔，4个内螺纹深6.再来看上表面（平面2），上表面到底平面的距离为55。上表面上有个孔柱，柱底与平面3相连，柱顶高出上表面0.5，表面粗糙度Ra=3.2（平面C），该平面与底面的平行度为0.02，该柱内有9.2H10内孔，该内孔孔壁的表面粗糙度Ra=3.2，孔与平面C有垂直度要求，其垂直度为0.1，深42.上表面上中央有两个19通孔，壁厚3。第三，台阶面（平面8，9），该平面厚4.5，阶梯面的平面度为0.1，表面粗糙度Ra=3.2，该平面与地平面的距离为42.5。该平面上分布着4个6.5的孔，两边有两个小凹槽，宽3深5。表面粗糙度Ra=3.2。第四，前表面（平面13,14），平面13的表面粗糙度Ra=6.3.平面14的表面粗糙度Ra=6.3。第五，（翻转）阶梯面。该表面上主要是4个圆弧表面，加工难度较高，可选用4轴机床进行加工。该4个圆弧表面的表面粗糙度Ra=6.3。2.3 零件的毛坯选择根据零件的技术要求： 1.毛坯ECP 2.铸造斜度1，未注明的铸造半径为R2 3.铸造类别按HB5430-1989之二类 4.螺纹收尾按HB5829-1983 5.由工艺保证孔F，H与零件2176.01.0251-8F1的装配，并保证E和槽P与零件2176.01.960-2F，2268.01.030-1F1之间的装配。第三章 工艺规程的设计3.1 确定毛坯的铸造方法和热处理 通过工件技术要求可以知道该零件采用熔模铸造。不锈钢、耐热钢熔模铸件非加工表面上允许缺陷（HB5430-1989不锈钢、耐热钢熔模铸件）被检区域级别允许的表面凹下缺陷单位面积内的缺陷单个缺陷最大尺寸/mm单个缺陷最大深度/mm聚集缺陷最大长度/mm缺陷形态当量圆直径/mm最多个数/个线形缺陷非线形缺陷A单个缺陷304不允许0403B单个缺陷304不允许0806聚集缺陷601不允许043C单个缺陷30608，最多1个1.209聚集缺陷60104089d单个缺陷308最多2个2.02012聚集缺陷601081219注：1 .缺陷深度不得超过铸件壁厚的1/32直径和深度不大于0.3mm,间距不小于4mm的单个缺陷，其数量不计3聚集缺陷应呈非线形排列。4在聚集缺陷内，允许有一个长度不大于该级别规定尺寸极限的单个非线形缺陷存在。5、当量圆：实指圆面积和其面积相当的其他几何形体（正方形及长方形等）的面积。对于被检铸件不够当量圆面积者，可按倍减原则计量缺陷。但聚集缺陷的数量不再倍减，仍允许最多1个。 热处理 根据材料ZGoCr19Ni10Nb的特性，该不锈钢的热处理为10501100水淬。固溶处理。碳在奥氏体不锈钢中的溶解度与温度有很大影响。奥氏体不锈钢在经400850的温度范围内时，会有高铬碳化物析出，当铬含量降至耐腐蚀性界限之下，此时存在晶界贫铬，会产生晶间腐蚀，严重时能变成粉末。所以有晶间腐蚀倾向的奥氏体不锈钢应进行固溶热处理或稳定化处理。固溶热处理：将奥氏体不锈钢加热到1100左右，使碳化物相全部或基本溶解，碳固溶于奥氏体中，然后快速冷却至室温，使碳达到过饱和状态。这种热处理方法为固溶热处理。固溶热处理中的快速冷却似乎象普通钢的淬火，但此时的淬火与普通钢的淬火是不同的，前者是软化处理，后者是淬硬。后者为获得不同的硬度所采取的加热温度也不一样，但没到1100。3.2 基准的选择3.2.1粗基准的选择原则1 如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面的位置要求，则应以不加工表面作为粗基准，如在工件上有很多不加工表面。则应有与其中的加工表面的位置精度要求较高的表面作粗基准。2如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面作粗基准。3选作粗基准的表面应平整，没有浇口或飞边等缺陷，以便定位可靠。4 粗基准只能用一次，以免产生较大的的位置误差。3.2.2 精基准的选择原则1用公用基准作为精基准，以消除不重合误差，即“基准重合”原则。2 尽可能使各个工序的定位都采用同一基准，即“基准统一”。3 当精加工或光整加工工序要求余量小而无效均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即“自为基准”原则。4为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，遵循“互为基准”原则。5精基准的选择，尤其是主要定位面，应有足够大的面积和精度，以保证定为基准可靠。同时还应使夹紧机构简单，操作方便。即“便于装夹”原则。 根据以上原则，结合工件本身，可以用两个孔的中心线作为基准。3.3 工艺路线的制定（1）工序1：以2*19孔和上表面2为基准定位，采用立式加工中心，工步内容为：“粗铣精铣”底平面1,“粗铣精铣”平面7，“粗铣精铣”阶梯孔，粗铣通孔；钻底面1上6个中心孔，钻4XM5.5-6H底孔，4*M5.5-6H孔端倒角，攻4*M5.5-6H螺纹。（2）工序2：以2-11H10孔和底面1（一面两孔）定位，采用立式加工中心，工步内容为：粗铣上表面2至尺寸要求，“粗铣精铣”阶梯面，“钻扩绞”加工上表面2上的9.2H10孔，然后“钻扩绞”阶梯面上4-6.5孔。接下来剩余的工序有两种方案，需要加工的地方还有3个凹槽，前表面13和前表面上凸台14，以及阶梯面背面的4个圆弧表面。方案一：继续工序（2）：在立式加工中心继4-6.5孔之后继续加工3个凹槽。工序（3）：用专用夹具上普通铣床，装夹好后加工前表面13和前表面凸台14。工序（4）：用专用夹具在四轴加工中心上加工阶梯面的背面及圆弧平面。方案二：在继工序（2）加工4-6.5之后将工件取下，上四轴加工中心，利用分度装置加工3个凹槽和前表面13以及凸台面14平面。之后加工阶梯面背面的4个圆弧表面。考虑到效率和工件的特性，所以工序集中更有利于生产。介意采用方案二。3.4 刀具的选择和刀具卡片 数控铣床上所采用的刀具要根据被加工零件的材料，工序所采用的加工方法，几何形状，表面质量要求，热处理状态，切削性能及加工余量，所要求的加工精度和表面粗糙度，生产效率和经济性等，选择刚性好，寿命长的刀具。一般应尽可能采用标准刀具，必要时采用高生产率的复合刀具及其他专用刀具。通过零件的分析可以选用以下刀具。产品名称或代号 XXX 零件名称拨动杆零件图号XXX序号刀具号刀具规格名称/mm数量加工表面（尺寸单位mm）刀长/mm备注1T014立铣刀1底平面1和7实测2T022中心钻1钻4*M5.5，2-2,4*6.5，9.2H10孔中心孔实测3T03直柄麻花钻51钻4*M5.5至5实测4T04锥柄麻花钻1114-M5.5倒角实测5T05机用丝锥M5.51攻4*M5.5螺纹实测6T068平面立铣刀1铣上表面和阶梯面以及凸台面实测7T078麻花钻1钻9.2H10底孔实测8T089.1扩孔钻1扩9.2H10至9.1实测9T099.2铰刀1铰9.2H10至9.2实测10T106麻花钻1钻4-6.5至6实测11T116.5铰刀1铰4-6.5至要求实测12T122两刃键槽铣刀1铣上表面和阶梯面上的3个凹槽实测13T134滑钻14-6.5孔倒角实测3.5机械加工余量、工序尺寸及毛培尺寸的确定下表面：最大加工尺寸：55.5mm半精加工余量：Z2=1.5mm粗加工余量：Z1=2.5mm毛坯余量：Z=1.5+2.5=4.0mm粗铣后尺寸：H1=55.5+1.5=57mm毛坯尺寸：H2=55.5+4.0=59.5mm2 底面：最大加工尺寸55.5mm半精加工余量：Z2=1.5mm粗加工余量：Z1=2.5mm毛坯余量：Z=1.5+2.5=4.0mm粗铣后尺寸：H1=55.5+1.5=57mm毛坯尺寸：H2=55.5+4=59.5mm 用同样的方法可以算出阶梯面铸造时的毛坯尺寸 42.25+4=46.25mm。3.6 机床的选择和量具的选择3.6.1机床的发展趋势1 高精随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达5m，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler（戴美乐）公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5m以内；夹具重复安装的定位精度高达5m；瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达25m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。2 高效 为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用12秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国Jergens（杰金斯）公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。3 模块、组合 夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。4 通用、经济 夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国demmeler（戴美乐）公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。3.6.2 机床和量具的选择1.机床的选择1）机床的加工尺寸范围应与零件的外轮廓尺寸相适应。2）机床的工作精度应与工序要求的精度相适应。3）机床的生产率应与零件的生产类型相适应。4）机床的选择应考虑车间现有设备条件，改装设备或设计专用机床。集合本零件的工序等各方面考虑：选择 韩国斗山MYnx545立式加工中心四轴机床时可以选择BV1002.量具的选择 量具的选择主要根据生产类型和要求检验精度。在单间小批量生产中，应尽量采用通用量具量仪，在大批量生产中应采用各种量规和高生产率的检验仪器和检验夹具等。该零件主要量具可以选用：游标卡尺，内径千分尺，塞规，内径千分表。3.7 确定切削用量及工序卡片 正确的选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的工具耐用度和经济性，保证加工质量，具有相当重要的作用。 3.7.1 粗加工切削用量的选择原则 粗加工时，加工精度与表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大。因此，选择粗加工切削用量时，要尽量保证较高的单位时间金属切除量（金属切除率）和必要的刀具耐用三要素（切削速度V、进给量F和切削深度p）中，提高任何一项，都能提高金属切削率。但是对刀具耐用度影响最大的是切削速度，其次是进给量。切削深度影响最小。所以，粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的切削深度p，其次选择一个较大的进给量F，最后确定一个合适的切削速度V。3.7.2 精加工时切削用量的选择原则精加工时加工精度和表面质量要求比较高，加工余量要求小而均匀。因此，选取精加工切削用量时应着重考虑，如何保证加工质量，并在此前提下尽量提高生产率。所以，在精加工时，应选用较小的切削深度p和进给量F，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度V，以保证加工质量和表面质量4。3.7.3 工时定额的确定（单件时间定额） 其中： 单件时间基本时间辅助时间工作地点技术时间工作地点组织时间休息及身体需要时间基本时间与辅助时间之和称之为工序时间，以Tg表示，即Tg=Ti+Tf工作地点技术要求服务时间和组织服务时间由时同成为工作地点服务时间，以Tw表示。由于该零件是中批量生产零件，须对整个零件的时间定额计入准备结束时间TZ因此成批生产中加工一批零的总时间为： 其中：加工一批零件的时间定额 批中的零件数量准备结束时间可查表得之因而单间总时间定额Th为： 3.7.4 确定切削用量 加工条件：韩国斗山MYnx545立式加工中心 刀具材料：硬质合金刀 V=Cd/Taaaz (m/min) 见机械加工工艺手册第九章第四节 铣削用量及铣削参数计算（表9.4-9，表9.4-12，）第四章 夹具设计机床卡具是在切削加工中，用以准确地定位工件位置，并将其牢固地夹紧的工艺装备。它的主要作用是：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此，机床卡具在机械制造行业中占有十分重要的地位4.1 夹具的分类 这里主要安装专门化程度分类1）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。 2）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。 3）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。 4）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。 5）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。 对于该零件夹具设计及专用夹具4.2专用夹具的设计方法和步骤1 深入生产实际调查研究在深入生产实际调查研究中，应掌握下面一些资料:(1)工件图纸(2)工艺文件(3)生产纲领(4)制造与使用卡具情况2 确定工件的定位方法和导向方式3 确定工件的卡紧方式和设计卡紧机构4 确定卡具其他部分的结构形式5 绘制卡具总装配图6 标注各部分主要尺寸、公差配合和技术要去7 标注零件编号及编制零件明细表8 绘制卡具零件图4.3 夹具方案设计和初步理念 设计方案的拟定必须遵循下列原则：1 定位装置要确保工件定位准确可靠，符合六点定位原则。2 定位精度能保证工件加工精度要求。3 夹具结构尽量简单操纵力尽量小而可靠，力争造价低。本工序的特点：粗铣，精铣上表面、深孔、阶梯孔、3个凹槽，保证其加工精度和位置精度。上述特点在夹具设计中应给予足够的重视。夹具体设计的好坏关系到加工精度、加工效率、加工成本及工人的劳动强度。4.4 定位机构的设计及误差分析4.4.1 定位基准的选择加工零件的位置精度取决于工件在机床或夹具中定位的准确性，所以夹具定为基准的选择，既要保证本身的定位精度。又要保证被加工零件的各种精度要求。定位机构的设计是非常重要的。对于该工件可以选择以平面7做为基面。以2-11H10作为定位基准。4.4.2 确定定位元件，计算定位误差根据零件本身特性，对于该工序定位方案设计为一面两销定位，一两个圆柱销作为定位元件，则会产生重复定位现象，即一销套上工件孔以后，另一个销很难同时套上。为了避免这种定位干涉，补偿工件两定位孔直径和中心距误差及夹距两定位销直径和中心距误差。夹具两定位销采用一圆柱销，另一销在连心线的垂直方向削去两边，即削边销。底平面1限制：X向转动，Y向转动，Z向移动。圆柱销限制：X向移动，Y向移动削边销限制：Z向转动 4.4.3 定位销的选择和计算1 确定定位销中心距及尺寸公差两销中心距基本尺寸Ld两孔中心距基本尺寸LD两销中心距的尺寸公差Ld（1/31/5）LD两销中心距尺寸及公差的标注：LdLd（其中LD 孔中心距公差的一半；Ld 销中心距公差的一半）2. 确定圆柱销的尺寸及公差圆柱销直径的基本尺寸（或最大尺寸）d1max工件孔1的最小极限尺寸D1min圆柱销按g6或f7制造3. 查表2-12确定削边销尺寸b1（或b）及B削边销尺寸计算如图2-8所示。4. 确定削边销的直径尺寸及公差 计算补偿值a=LD+Ld 计算最小配合间隙 计算削边销工作部分直径d2max = D2min - X2min式中d2max削边销最大直径；D2min与削边销配合的孔的最小直径 计算削边销的尺寸公差：削边销按h6制造5. 计算定位误差目的是分析定位方案的可行性 基准不重合误差B，根据设计尺寸标注的不同而不同 基准位移误差Y =D1+d01+X1min 转角误差2= 2arctan (X1max + X2max) /2L（孔轴配合时：最大间隙；最小间隙）对于该零件 工件两孔为2-11H10，两定位孔的中心距为L=25。（2LD、2Ld分别为孔心距、销心距的公差）。1）确定两销心距及公差 Ld=LD=25mm. 所以两销心距为25mm2） 确定圆柱销尺寸及公差圆柱销的基本尺寸d=D=11mm 销孔制造按g6制造，查表知，销的上偏差为es=-0.006,且IT10的公差为0.011,可得ei=-0.017. 所以圆柱销的尺寸为11mm.3)根据机床夹具设计手册选取削边销尺寸：b=4mm,B=d-2=11-2=9mm.4)确定削边销直径尺寸及公差 补偿值a=LD+Ld=0.05+0.0167=0.0667mmd2max = D2min - X2min=11 - 0.0485=10.9515mm削边销与孔的配合按h6，查表可知销的上偏差es=0，且IT6的公差为0.011，可得ei= -0.011mm。所以 削边销尺寸为10.952=（10.952+0.048）=11mm4.4.4定位误差的分析与计算假定设计基准与定位基准重合，则B=0由于孔为H10孔，查互换性与测量技术表3-2得IT10的公差为0.070.查表3-4得孔的下偏差为0.所以得到孔为11mm。 Y =D1+d01+X=0.070+(-0.006+0.017)+(0+0.006)=0.087mm。”总转角误差2*=2*0.0054=0.0108由于零件为成批生产，为保证定位精度，所以需定期检查定位销的磨损情况，及时更换定位销，以利于准确定位，所以选择可换定位销和可换削边销。该销通过螺纹与其导向销相连，以便更换。4.5夹紧机构的确定 4.5.1夹紧元件的选择与夹紧力的计算 零件加工过程中所受的夹紧力不大，并且根据零件的形状，在夹具中安装位置及保证加工的正常进行，可确定夹紧力的位置为了节约辅助时间，减轻工人的劳动强度，便于制造和安装，本夹具体采用移动压板移动压板，用螺母、双头螺栓、弹簧和薄壁六角螺母机构相互配合夹紧零件。考虑到夹紧可靠应选择合适的加紧部位。从零件图上可以看出，在零件的上个边缘表面上夹紧比较合适。由于计算切削力的主要目的是确定夹紧力，确定夹紧方式及夹紧机构。由于加工孔时，切削力的大小主要取决于孔的直径，所以计算夹紧力主要一部分是切削力。精铣削槽时力比较大。所以夹紧力只需以精铣时的卡紧力而定。加紧力的计算：首先计算铣床铣削的切削力： 其中：铣削力； 在用高速铣钢（W18Cr4V）铣刀铣削时。考虑工件材料及铣刀类型的系数，其数值按金属切削机床卡具设计手册表3-57选取。查表得：； 每齿进给量； 铣刀直径； 铣削宽度； 铣刀每分钟转数； 铣刀的齿数； 用高速钢（W18Cr4V）铣刀铣削时，考虑工件材料机械性能不同的修正系数。对于不锈钢：； 工件材料的抗拉强度。 为使加工能够稳定的进行，则 其中：卡紧力； 切削力； 摩擦系数。取。则：双头螺柱所需拉力为： 其中：勾形压板点到轴心的距离； 勾形压板的导向长度； 摩擦系数； 弹簧的作用力。实际预紧力： 其中：为安全系数一般安全系数，考虑到增加夹紧的可靠性和因工件材料性质及余量不均匀等引起的切削力的变化。一般取 加工性质系数，粗加工取。精加工取 刀具钝化系数，考虑刀具磨损钝化后，切削力增加。一般取 取 断续切削系数，断续切削时取。连续切削时，取4.5.2夹紧元件的强度校核分析夹具体中各零件的受力情况，可知连接压板的螺栓为最薄弱环节。当压紧工件时，受力分析可知：螺栓只受夹紧力Q作用产生预紧力作用。紧联螺栓的许用拉应力 查机械设计表6.3，得其中：又强度满足要求。4.6 非标准零件的设计 对于整个夹具体上，有很多东西都是非标准的。这需要自己进行设计，比如说夹具体。夹具体是夹具的基础件。在夹具体上，要安装组成该夹具所需要的各种元件，机构和装置等，设计时应满足.应有足够的强度和刚度。.结构简单，具有良好的公益性。.尺寸要稳定。便于排屑。在链接压板尾部和夹具体时采用球头螺栓链接。球头减小严办沟槽间的摩擦力，同时该螺栓还起到支撑作用，当旋转球头螺母时，压板前端压紧工件，后端有效的支撑起压板，使工件被压的更紧。其次就是弹簧的设计，弹簧在这里的主要用处并不是很大，但是它主要起到一个支撑作用，防止垫圈下滑，也防止压板上下偏动。弹簧的主要参数有：簧丝直径d，弹簧外径D，弹簧内径D1，弹簧中径D2，有效圈数n,支撑圈数n0，总圈数n1，节距t，自由高度H0，展开长度L，旋向。其次要注意的就是弹簧的画法（具体见零件图）。对于整个夹具的说明该夹具结构简单，采用的是HT20-40，特点：抗拉强度大，抗震性好。但制造周期长，易产生内应力，故应进行时效处理。夹具体的底面开有沟槽，以便于装定向建。促使与机床工作台有良好的精度保证。考虑到整块平面加工不易保证平面度，也就会间接影响工件的精度要求。所以在底面设计4快凸台，同时加工4块凸台就可以保证夹具体底面的平面度。 夹具体上表面的两端均有凸耳，用于与机床工作台链接，在工作台上使用梯形螺钉链接，是夹具体稳定的链接在机床上。同样的道理，夹具体上表面有用的地方有限，如果全部加工，显然是浪费工时。所以设计为了在中间铣槽的方法。使得支撑板，双头螺栓，球头螺栓与夹具体的接触面在一个被加工过的表面上。因为工件不能直接与夹具体相连接，所以在夹具体凹槽内采用定位板做支撑。为了更好的起到底面支撑作用，所以设计为三块。（如装配图所示）。这里要考虑的是工件大小有限，而定位销和削边销占据了一部分空间，要使得定位板有良好的接触，必须选择最合适的宽度和长度。除此之外，3块定位板所形成的表面与夹具体底面4快凸台所形成的表面必须有平行度要求。安装时若不能满足，可以采用安装好以后再磨。设计压板时压板的宽度是随着槽的长度变换而变的，所以要满足工件的迅速装卸必须要有足够的空间。及就是说移动压板退出来的时候，工件可以方便的取出，不会产生干涉和障碍。这样也能保证压板有足够的压紧力来压紧工件，当旋转球型螺母时，压板下移压紧工件，同时后端的球头螺母能起到很好的支撑作用。是压紧力更可靠。对于双头螺柱，一端与球头螺母链接，一端与夹具体链接。螺母的工作原理是采用螺母和螺栓之间的摩擦力进行自锁的。但是在动载荷中这种自锁的可靠性就会降低。这里应该采取一些防松措施，保证螺母锁紧的可靠性。为了防止松开、旋紧螺母时，螺栓移动，从而与及具体松开引起较大的误差。所以，在与夹具体链接时采用双螺母锁紧（原理：在两个螺母之间附加一个拧紧力矩，使得螺栓连接可靠。），考虑到空间因素影响。所以就采用薄壁六角螺母。再来看定位销，由于工件的两个定位孔白面粗糙度为Ra=12.5的H10孔，定位销与孔的配合为间隙配合。查阅机械制图该配合为H10/h10，基孔制。在选择定位销与夹具体配合时应为过盈配合，其公差等级较高。配合为N7/h6，基轴制。4.7 夹具技术的发展 无论是在传统制造业还是现代柔性制造系统中， 由于大量的加工操作需要装夹，夹具设计在制造系统中就显得非常重要，它直接影响加工质量，生产效率和制造成本在一个柔性制造系统中，夹具设计制造的费用占到整个系统费用的一 , 夹具在单件、成批、大量生产中得到了广泛的应用, 它是在制造加工过程中根据设计说明书, 在合理的位置定位和牢固装夹工件, 从而完成所要求的加工过程的一种装置柔性夹具是随柔性制造系统和计算机集成制造系统的发展而应运而生的没有柔性夹具, 就不可能实现真正意义上的柔性, 而随着的提出, 多品种中小批生产日益受到重视。适应于这种产品和生产变化需要的柔性夹具更是必不可少的年代中期开始, 从计算机辅助夹具设计到自动夹具设计, 在国际上普遍受到重视,同时正在发展成为一个独立的制造软件系统。4.7.1柔性夹具的研究和发展制造过程的工艺设备包括刀具、夹具、检测设备及模具的选择和设计为了降低装夹费用和生产准备时间, 柔性装夹是必不可少的一般说来, 柔性夹具是指工件的形状和尺寸有一定变化后, 夹具还能适应这种变化并继续使用的应变能力但是工件变化可以在小范围, 即在相似的形状和尺寸变动不大的范围, 也可在大范围, 即零件形状完全不同, 尺寸变化也很大所以, 柔性夹具还是模糊的, 没有明确的定义和界限笼统地说, 就是指与机床、加工中心配合使用的、具有夹持多种不同工件能力的夹具。 柔性夹具包括组合夹具、可编程夹具、通用柔性夹具、相变材料柔性夹具及其它夹具, 使用不同的相变材料可得到多种类型的夹具, 相变材料柔性夹具, 而相变材料柔性夹具适合于装夹具有复杂曲面和刚度较弱容易变形的工件朱耀祥和融易鸣中将年代后期柔性夹具的研究开发分为两大方向。4.7.2计算机辅助夹具设计(CAFD)在过去的十几年中, 制造研究团体将研究的重点放在了发展和改善诸如计算机辅助设计计算机辅助制造（CAD/CAM）和计算机辅助工艺规划(CAPP)等方面只是在最近20年来,CAFD才发展成为(CAD/CAM)集成技术的一个重要组成部分 , 并且成为CAPP的一个重要方面。它是CIMS环境下设计和制造之间的连接纽带.随着CAD/CAM系统在工业中的建立, CAFD很自然地应用到了夹具设计当中。CAFD领域的主要研究方面有：(1)夹具设计时基于成组技术的分类方法及基于案例的推理；(2)通过运动学分析确定定位点和夹紧点；(3)利用基于知识的专家系统选择定位面和夹紧面；(4)基于几何分析的夹具规划；（5）用于定位基准选择的精度关系分析；（6）组合夹具的构形设计。4.7.3 自动化夹具（AFD）近年来组合夹具系统的设计受到了夹具行业的普遍关注, 并且在一些文献中对该领域的最新发展成果进行了回顾，通过几何计算的方法验证了夹具构形中力的锁合问题, 在确定优化的夹紧点和夹紧顺序中提出了几何推理的方法, 这种方法在考虑到力的锁合后, 从候选的夹紧点布局中确定最优化的夹紧点, 是非常简单并行之有效的。通过变形一种是由于装夹所产生的接触变形, 另一种是由于切割力所引起的工件的弯曲变形分析, 对支撑和夹紧位置进行所需的重新布置, 以在给定的工件上设计出最好的支撑、定位和夹紧位置, 完成加工过程中牢固精确地夹紧工件的功能，并在自动夹具设计原型系统中贯彻了这样的推理机制该系统提供了一种智能化的自动夹具设计环境系统由个主要模块构成完全信息化的产品模型知识库推理机制最终的夹具构型。按照自动化程度区分, 夹具设计系统分为交互式, 半自动化式和自动化式交互式的夹具。设计系统是计算机为使用者提供一种信息化的用户界面, 基于设计者的知识, 辅助用户选择合适夹具元件的一种系统系统由于要由用户根据工件的几何形状及加工要求来选择装夹表面、装夹点及夹具元件, 所以是非常耗时的, 而且并未完全开发出计算