三孔连杆工件零件铣床夹具设计

任务书设计课题方向：铣床夹具设计题目：铣床夹具设计完成日期：2016 年 5 月 25 日一、 题目来源：铣床夹具设计图所示为工件零件图，工件以底面和两个13 的孔进行定位，铣削长45 的槽，其它加工表面均已加工，中批生产。二、设计要求：（包括原始数据、技术要求、工作要求、作品要求）按照零件图的设计要求，在调查研究、消化资料的基础上，设计用于普通铣床的夹具。要求完成1. 工件零件图（CAD） A42. 铣床夹具二维装配图 （CAD） A13. 铣床夹具三维零件图和装配图（PROE） 电子文档打包上交4. 设计说明书 1 份 A4 纸打印装订三、个人重点：普通铣床的夹具设计1. 进行夹具定位结构设计2. 进行夹具夹紧结构设计3.进行夹具本体结构设计前 言夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。夹具的设计质量的高低，应一能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本底，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。一个优良是机床必须满足下列基本要求：（1）保证工件的加工精度 保证加工精度的关键，首先在于正确的选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中的其它零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求（2）提高生产率 专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。（3）工艺性能好 专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配结构。（4）使用性能好 专用夹具的操作应简单、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用是前提下，应尽可能采用气动液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。专用夹具还应排屑方便。必要时可设置排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量而引起工艺系统变形。（5）经济性好 专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。主要功能说明：目录第 1 章节 夹具的结构设计.11.1 工件分析.11.2 工件的定位.11.3 工件的夹紧设计.21.4 刀具的对刀.4第 2 章节 夹具的精度检验.42.1 定位销尺寸计算.42.2 夹紧力计算.52.3 夹具加工误差分析.7第 3 章节 夹具安装.83.1 安装顺序.8总结.10参考文献.11致谢.12第 0 页第一章节 夹具的结构设计1.1 工件分析下图所示为连杆的铣槽工序简图。工序要求铣工件中间的一个通槽，槽宽 45 mm，深 10 mm，表面粗糙度值 为 6.3 m。先行工序以加工1.04.0aR好的表面可作为本工序用的定位基准，即厚度为 16 mm 的两个端面和直径皆1.0为 13H8 的两个孔，此两基准孔中心距为 77 0.1mm，槽宽由刀具直接保证，槽深和位置要用夹具保证。本次设计要求一次性加工 3 个工件，每次安装的基准都用两个孔和一个端面，并在上端面上进行夹紧。1.2 工件的定位根据连杆铣槽的工序尺寸，形状和位置精度要求，工件定位时需第 1 页限制六个自由度。工件的定位基准和夹紧位置虽然在工序图上已经规定，但在拟定定位、夹紧方案时，仍然应对其进行分析研究，考查定位基准的学则是否能满足工件位置精度的要求，夹具的结构能否实现。在铣连杆槽时，工件在槽深方向的工序基准是和槽相连的端面，若以次端面为平面定位基准，可以达到与工序基准相重合。但是由于要在此面上开槽，那么夹具的定位面就势必要设计成朝下的，这就会给工件的定位夹紧带来麻烦，夹具的结构也较复杂。如果选择与所加工槽相对的另一 端面为定位基准，则会引起基准不重合误差，起大小等于工件两端面间 的尺寸公差 0.1mm。考虑到槽深的公差较大（为 0.4mm） ，还可以保证精度要求的。而这样又可以使定位夹紧可靠，操作方便，所以应当选择工件底面为定位基准。采用平面为定位元件。在保证角度方面，以两孔为定位基准，可以做到基准重合，而且操作方便。为了避免发生不比样的过定位现象，采用一个圆柱销和一个菱形销做定位元件。工件以一面两孔为定位基准。而定位元件采用一面两销，分别限制了工件的六个自由度，属于完全定位。如图 2-2：图 2-2 定位简图1.3 工件的夹紧设计第 2 页设计夹紧装置时,应满足下述主要要求：1.夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位,为此，必须正确选择夹紧力的方向及着力点。2.夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。3.夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操作方便省力，安全。4.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。二、夹紧力的确定确定夹紧力的方向、作用点和大小时，应依据工件的结构特点、加工要求，并结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和不止方式来确定。夹紧力的方向A. 夹紧力的方向应使定位基面与定位原件家畜良好，以保证工件定位基准可靠，且主夹紧力应朝向主要限位基面。如图 2-3 所示：夹紧力 直接朝向限位基面支承板上面。JF图 2-3 夹紧力 FJ夹紧力的作用点第 3 页夹紧力的方向确定后，应根据下述原则确定作用点的位置：1）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。2）夹紧力的作用点应落在工件刚性好的方向和部位。3）夹紧力的作用点应靠近工件的加工表面。根据工件定位方案，可以考虑夹紧力的作用点及方向采用装配图中所示的方法（图 2-3）较好。工件以一面两孔的定位方式在支承板、圆柱销和菱形销上定位，按下液压系统启动按钮，启动液压缸以使其工作，当液压活塞杆在压力油的作用自下向上伸出时，顶起压紧板的外端向上运动，通过活节螺栓带动浮动杠杆绕铰链顺时针旋转，右端螺栓向下移动，使单副压板均匀地同时夹紧工件两端。该夹具有三副压板，可同时加工三个工件。1.4 刀具的对刀对刀元件主要由对刀块和塞尺组成，用以确定夹具和刀具的相对位置，对刀元件的结构形式取决于加工表面的形状。本夹具采用侧装对刀块。用对刀块调整刀具与工件待加工面的相对位置，适用于加工精度不超过 IT8 级，本方案采用侧装对刀块，用螺钉，销钉固定在夹具体上。使用对刀元件对刀时，在刀具和对刀块之间用塞尺进行调整，以免损坏切削刃或造成对刀块过早磨损。本次设计采用平塞尺，其基本尺寸 s 为 5mm，公差按 h6 制造。标准对刀块的材料为 20 钢，渗碳深度为 0.8-1.2mm，淬火硬度为55-60HRC。标准塞尺的材料为 T8，淬火硬度为 55-60HRC。 第二章节 夹具的精度检验2.1 定位销尺寸计算（1）确定两定位销的中心距 两定位销的中心距的基本尺寸应该等于工件两定位孔中心距的平均尺寸，其公差一般取T =（ - ）TdL15DL第 4 页因 =77 mmDL1.0取 =770.03mmd确定圆柱销直径 圆柱销直径的基本尺寸取与之配合的工件孔的最小极限尺寸，其公差一般取 g6 或 h7。因连杆两定位孔的尺寸为 13H8=13 mm，取圆柱销的直径 d =13h7=13 mm。（3）确定菱形销的尺寸 b 查表 2-1，b=4mm。D 23-6 6-8 8-20 b 2 3 4 B D -0.52D -12D -22（4）计算菱形销的最小间隙b=4mm D =13mmmin2TL =0.2mm TL =0.06mmd按 X = 计算得min2in2)(TbLDX =0.08mmin2（5）确定削边销基本尺寸 及公差2d第 5 页1）按公式 = - 算出菱形销的最大直径max2dinDmi2X=（13-0.08）mm=12.92mm2）确定菱形销的公差等级，一般取 IT7 或 IT6 因 IT7=0.018mm故 =13 mm2d08.92.2 夹紧力的计算计算夹紧力时，通常是把夹具体和工件看成是一个刚性系统。根据工件所受的切削力、夹紧力（大型工件应考虑工件重力、惯性力）的作用状况，找出加工中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，再乘以安全系数作为实际夹紧力。即式中 实际所需夹紧力（N）F 理论夹紧力（N）K 安全系数在精加工时，K 取 1.5。在一面两孔定位中，理论夹紧力的计算公式为式中 P 为机床切削力P0 为圆柱销所受部分切削力 为工件与限位基面之间的摩擦力KK)(0PF第 6 页由表 3-1 得： =0.15。表 3-1 摩擦系数的选用摩擦条件 工件为加工过的平面 0.15工件为未加工过的毛坯表面，固定支承为球面 0.2-0.25夹紧元件和支承表面有齿纹，并在较大相互作用力下工作0.7为防止圆柱销受力而造成不必要的定位误差，而令 P0 为 0。则 选取铣床的背吃刀量 =3mm，每转进给量 f=0.5mm/r。因待加工工件为钢材，故单位切削力 P=2000则铣床的切削力=2000*3*0.5=3000（N）故 F=3000/0.15=20（KN）FK=20*1.5=30（KN）结论 本夹具所需实际夹紧力为 30KN。2.3 夹具加工误差的分析使用夹具加工时产生的误差有下列四个方面：1与工件定位有关的误差 定位误差 D2与夹具在机床上安装有关的误差 安装误差 A15.0PFpapRPfF第 7 页3与刀具调整有关的误差 T4与加工过程有关的误差 G D+ T+ A+ G k上式即为定位误差不等式。A：定位误差基准重合： =0BD= Y= D+ d+xminD=0.015（mm）B：夹具在铣床上安装的不准确并不影响加工槽的位置尺寸，所以 A 可不考虑。C：加工方法有关误差对刀块的制造与对刀调整误差铣刀的跳动，机床工作台的倾斜等因素所引起的加工方法误差，可根据生产经验并参照经济加工精度进行确定。今取 0.05mm.综上所述：= D+ A+ T+ G=0.065mm =0.1mmk此夹具满足加工要求。2对槽深精度的分析计算影响槽尺寸精度（10 mm）的主要因素有：2.0A：基准重合 B=0D= Y= D+ d+xminD=0.015（mm）B：夹具安装误差第 8 页由于夹具定位面 N 和夹具底面 M 间的平行度误差等，会引起工件倾斜，使加工槽的底面和其端面不平行，因而会影响槽深的尺寸精度。夹具技术要求的第一条规定为不大于 100：0.03，那么在工件约 105mm范围内的影响值将约 0.03mm.C:加工方法有关的误差对刀块的制造和对刀调整误差，铣刀的跳动，机床工作台的倾斜等因素所引起的加工方法误差，可根据生产经验并参照经济加工精度进行确定，今取 0.1mm.综上：= D+ A+ T+ G=0.125mm =0.2mk因此，此夹具满足加工要求。第三章节 夹具安装3.1 安装顺序当夹具的各个零件生产出来后，在安装夹具的过程中要注意一些事项：(1)先以平衡的方式把支承板和夹具体以两个定位削（其中一个为削边销）定位，接着依次上固定螺钉。(2) 支承板留有 0.2 到 0.3mm 的加工余量，在安装上去后，等检验精度的时候再磨削部分余量至达到要求。按照磨损规则是尽量的初次磨削最少的余量，可以使使用时间加长,减少成本。(3)安装夹具体右侧的调节支撑和两侧的定位键。(4)安装杠杆板和螺栓，因夹具体长度限制，杠杆板和螺栓不能同时放入夹具体内腔，应先将杠杆板由夹具体侧孔放入夹具体内的正确位置，螺栓由底面直接插入对应的螺栓孔，依次放入垫圈、压缩弹簧、垫圈、压紧板、弹簧垫圈，后拧紧螺母。 （注意：螺母只要稍稍旋入螺栓即可，否则杠杆板会绕铰链旋转，导致另一侧的螺栓安装困难，理第 9 页论上应先安装长螺栓，即靠近液压缸一侧的螺栓。 ）(5)安装液压缸，将液压缸的安装板放入夹具体左侧凹槽中，使缸底与夹具体底板接触，在夹具体上配钻安装孔。然后绞孔、攻螺纹，最后用螺钉将液压缸固定在夹具体左侧凹槽中。(6)安装 T 型槽快换螺栓，将夹具体固定在铣床工作台上。装配图说明：在加工箱体、支架类零件时，常用工件的一面两孔作为定位基准，以使基准统一。此时，采用一面两销的定位方式。这种定位方式简单、可靠、夹紧方便。有时工件上没有合适的小孔时，常把紧固螺钉孔的精度提高或专门做出两个工艺孔来，以备一面两孔之用。总结：为期两个多月的毕业设计已经接近尾声，在这两个多月的设计过程中，真是感慨万千。它使我从中学到了以前在课堂上根本就学不到的东西！在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。使我真正感受到了知识的重要性。这次设计将我以前学过的机械制造工艺学、公差与配合、机械制图、机械基础等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线、巩固所学的作用。在毕业设计中掌握了如何利用 AUTOCAD 和一些计算机软件，因为第 10 页学的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。但现在已经可以熟练的运用了。CAD 制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。因此，这次毕业设计真正将以前所学的联系到实际应用中来了。在这次毕业设计中，还有一个重要的成果就是关于专用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过。因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在朱老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。在这次毕业设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料。第 11 页参考文献：1刘守勇,陈殿学，刘彦竹，机械制造工艺与机床夹具 ,机械工业出版社,1999.102徐嘉元,曾家驹，机械制造工艺学，机械工业出版社,2007.13文斌主编，管接头和管件选用手册，机械工业出版社,2006.14王光斗,王春福,张继信等，机床夹具设计手册，上海科学技术出版社，1980.15邓昭铭，张莹，机械设计基础，高等教育出版社，第二版，2000.76陈于萍，周兆龙，何小龙，互换性与测量技术基础，第二版，2007.27王孝达主编，金属工艺学，高等教育出版社，1997.78刘小年,陈婷,崔建军,机械制图,第二版，机械工业出版社，2004.59丁树模,周骥平主编,液压传动,第二版，2006.110范厚军主编，紧固件手册，江西科学技术出版社，2004.111刘承启主编，新编铣工计算手册，机械工业出版社，2001.512孙靖民，米成秋主编，机械结构优化设计，哈尔滨工业大学出版社 1986.513汪琪，李钧主编，机械设计计算，中国致公出版社，1998.514成大先主编，机械设计手册，化学工业出版社，2004.115王昆，何小柏，汪信远主编，机械设计基础课程设计，高等教育出版社，2006.9第 12 页致谢：首先感谢我的指导老师陈老师，在设计过程中，陈老师帮我指出了设计中的许多不足，细心帮我解答了许多疑难问题。感谢陈老师的悉心指教！在课题的研究过程中，得到了本班同学的大力支持，在此表示由衷的感谢!也感谢这二年中给了我珍贵友谊和帮助的同学们!同时感谢所有关心和帮助过我的人!最后，在本文结束之际，向所有为我的设计提出宝贵意见的人表示衷心的感谢和崇高的敬意!谢谢!