改善工艺系统刚性的夹具结构设计[机械毕业论文-答辩通过]

优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载需要 CAD 图纸，咨询 QQ：414951605 或 1304139763西安科技大学高新学院毕业设计（论文）系 别 ： 机电信息学院专 业 ： 机械设计制造及其自动化学 生 姓 名 ： 学 号： 0901140225设 计 (论 文 )题 目 ： 改善工艺系统刚性的夹具结构设计起 迄 日 期 : 2012 年 9 月 24 日 2012 年 12 月 16 日设 计 (论 文 )地 点 : 西安科技大学高新学院指 导 教 师 :专 业 教 研 室 负 责 人 :日期: 2012 年 月 日II摘 要本论文是结合目前实际生产中，常常发现仅用通用夹具不能满足生产要求，用通用夹具装夹工件生产效率低劳动强大，加工质量不高，而且往往需要增加划线工序，而专门设计夹具：车床夹具，主要包括夹具的定位方案，夹紧方案、对刀方案，夹具体与定位键的设计及加工精度等方面的分析。本设计车床夹具有良好的加工精度，针对性强，主要用于零件孔工序的加工。其具有夹紧力装置，具备现代机床夹具所要求的高效化和精密化的特点，可以有效的减少工件加工的基本时间和辅助时间，大大提高了劳动生产力，从而可以有效地减轻工人的劳动强度和增加劳动效率。因此，对夹具知识的认识和学习以及设计新式的适合实际生产的夹具在今天显得尤为重要起来。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位是产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差IIIAbstractThis thesis is combined with the actual production, often found only universal fixture can not meet production requirements, workpiece clamping fixture with low production efficiency of labor power, the processing quality is not high, and often need to increase the marking process, specially designed fixture: lathe fixture, including fixture locating scheme, clamping programme, setting scheme, key clip and location specific design and machining precision analysis and etc.The design of lathe clamp has good machining precision, strong pertinence, the main components used in hole process. It has a clamping force device, equipped with modern machine tool required for high efficiency and precision of the characteristics, the workpiece can be effectively reduced processing time and supporting basic time, greatly increased the labor productivity, which can effectively reduce the labor intensity of workers and increased labor efficiency. Therefore, understanding and knowledge of the clamp study and design the new fit to actual production fixture in today is particularly important.In the design process should first of all parts for analysis, to understand the parts of the process, and select good parts processing base, design parts of the process route; and then the various parts of process dimension calculation, is the key to determine the various processes and process equipment and cutting parameters; then the special fixture design, selection of design of fixture for the various components, such as positioning devices, clamping elements, the guide element, clamp and the machine tool connecting parts and other components; calculate fixture is to produce a positioning error, analysis of fixture structure rationality and deficiency, and later in the design of improved.Key Words: process, process, cutting dosage, clamping, positioning, errorIV目 录摘 要 .IIAbstract.III目 录 .IV第 1 章 绪论.61.1 夹具概述 .61.2 机床夹具的功能 .61.3 机床夹具的发展趋势 .71.3.1 机床夹具的现状 .71.3.2 现代机床夹具的发展方向 .7第 2 章 课题研究内容及要求.92.1 设计内容 .92.2 设计要求 .9第 3 章 夹具设计概述.103.1 夹具的组成 .103.2 常用定位元件及选用 .103.2.1 工件以平面定位 .113.2.2 工件以外圆柱定位 .113.2.3 工件以内孔定位 .113.2.4 对定位元件的基本要求 .123.2.5 常用定位元件所能限制的自由度 .123.3 工件的夹紧 .123.3.1 夹紧装置的组成 .123.3.2 夹紧装置的设计原则 .133.3.3 定位夹紧力的基本原则 .133.3.4 减小夹紧变形的措施 .153.4 机床夹具设计原理 .152 支承点与定位元件 .16V第 4 章 薄壁零件车削加工注意事项.184.1 概述 .184.2 加工薄壁零件在夹具上所采取的措施 .194.2.1 将局部夹紧力机构改成均匀夹紧力机构 .194.2.2 增加辅助支承面 .204.2.3 改变夹紧力的作用点（部位） .204.2.4 采用心轴夹紧 .214.3 加工薄壁零件在车削时所采取的措施 .224.3.1 合理选择车刀材料及其几何参数 .224.3.2 减少切削用量，减小吃刀深度、进给量和切削速度 .224.3.2 合理选择切削液 .22第 5 章 具体夹具设计.225.1 车床夹具的主要类型 .225.2 车床夹具的设计要点 .235.3 定位机构 .245.4 夹紧机构 .255.5 零件的车床夹具的加工误差分析 .265.6 零件的车床专用夹具的总体设计 .27总结.28参考文献.29致 谢.306第 1 章 绪论1.1 夹具概述夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，帮机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。“工欲善其事，必先利其器。 ”工具是人类文明进步的标志。自 20 世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。1.2 机床夹具的功能在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。1机床夹具的主要功能机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。（1）定位 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。（2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。7由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。2机床夹具的特殊功能机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。（1）对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。（2）导向 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。1.3 机床夹具的发展趋势随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1.3.1 机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工作品种已占工件种类总数的 85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约 4 年就要更新 80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 15%左右。特别是近年来，数控机床（NC） 、加工中心（ MC） 、成组技术（GT） 、柔性制造系统（FMS ）等新技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。2）能装夹一组具有相似性特征的工件。3）适用于精密加工的高精度机床夹具。4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。6）提高机床夹具的标准化程度。1.3.2 现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。8精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5m；精密心轴的同轴度公差可控制在 1m 内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达 0.20.5m。高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高 5 倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为 2600r/min 的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订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，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991 以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。9第 2 章 课题研究内容及要求2.1 设计内容设计的基本情况本设计的名称：改善工艺系统刚性夹具的结构设计。结构特点：体积小、重量轻、旋转既能平衡又能保证安全。用途：确定工件在车床上的正确位置，并夹紧工件。主要技术参数：（1）主轴转速最终达到 n=250r/min（2）加工工件尺寸：L=580mm,L2=400mm,D=110mm，D1=90mm。车床细长轴深孔加工内容：（1）车床夹具结构方案设计； （2）车床夹具的设计的总装图的绘制（含技术要求、明细表）；（3）车床夹具结构设计的主要（CAD）零件图绘制。（4）设计说明书编写。2.2 设计要求（1）在指导老师指导下完成方案设计；（2）独立完成的详细设计；（3）图纸绘制和标注应符合国家标准；（4）设计或论文应在教学计划所规定的时间内完成；（5）论文书面材料的形成应符合学院规定。10第 3 章 夹具设计概述3.1 夹具的组成虽然夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。1定位支承元件定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。2夹紧装置夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不变。3连接定向元件这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。4对刀元件或导向元件 这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工正确位置的元件称为对刀元件，用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件。5其它装置或元件 根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。6夹具体 夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。常用的夹具体为铸件结构、锻造结构、焊接结构和装配结构，形状有回转体形和底座形等形状。上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。3.2 常用定位元件及选用工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的11定位元件。工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。用定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。3.2.1 工件以平面定位1.以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面粗糙不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉。2.以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，用于面定位时用不带斜槽的支承板，通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利清除切屑。3.以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件。但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。4.以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承作定位元件。5.当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承作辅助定位元件，但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。3.2.2 工件以外圆柱定位1.当工件的对称度要求较高时，可选用 V 形块定位。V 形块工作面间的夹角 常取 60、90、120三种，其中应用最多的是 90V 形块。90V 形块的典型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。V 形块结构有多种形式，有的 V 形块适用于较长的加工过的圆柱面定位；有的 V 形块适于较长的粗糙的圆柱面定位；有的 V 形块适用于尺寸较大的圆柱面定位，这种 V 形块底座采用铸件，V 形面采用淬火钢件，V 块是由两者镶合而成。2.当工件定位圆柱面精度较高时（一般不低于 IT8） ，可选用定位套或半圆形定位座定位。大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件，可选用半圆定位座。3.2.3 工件以内孔定位1.在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴定位，为了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜，当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高时，常以孔和端面联合定位。因此，这类心轴通常是带台阶定位面的心轴，当工件以内花键为12定位基准时，可选用外花键轴，当内孔带有花键槽时，可在圆柱心轴上设置键槽配装键块；当工件内孔精度很高，而加工时工件力矩很小时，可选用小锥度心轴定位。2.工件上定位内孔较小时，常选用定位销作定位元件。圆柱定位销的结构和尺寸标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用。当工件圆柱孔用孔端边缘定位时，需选用圆锥定位销。当工件圆孔端边缘形状精度较差时，选用圆锥定位销；当工件需平面和圆孔端边缘同时定位时，选用浮动锥销。综上：正确定位，必须选对定位基准。3.2.4 对定位元件的基本要求 1.限位基面应有足够的精度。定位元件具有足够的精度，才能保证工件的定位精度。2.限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。3.支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中变形和损坏。4.定位元件应有较好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。5.定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。3.2.5 常用定位元件所能限制的自由度 定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类：1.用于平面定位的定位元件：括固定支承（钉支承和板支承） ，自位支承，可调支承和辅支承。2.用于外圆柱面定位的定位元件：括 V 形架，定位套和半圆定位座等。3.用于孔定位的定位元件：括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销） ，圆柱心轴和小锥度心轴。3.3 工件的夹紧在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。为了保证在13这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢。工件定位后，将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。3.3.1 夹紧装置的组成夹紧装置的组成由以下三部分组成。第一部分：动力源装置 它是产生夹紧作用力的装置。分为手动夹紧和机动夹紧两种。手动夹紧的力源来自人力，用时比较费时费力。为了改善劳动条件和提高生产率，目前在大批量生产中均采用机动夹紧。机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力夹紧装置。第二部分：传力机构 它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。传力机构的作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤为重要。第三部分：夹紧元件 它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。3.3.2 夹紧装置的设计原则在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：1.工件不移动原则夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。2.工件不变形原则夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。3.工件不振动原则 对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。4.安全可靠原则 14夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。5.经济实用原则 夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。3.3.3 定位夹紧力的基本原则设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。1、夹紧力的方向夹紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。选择时必须遵守以下准则：1.力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。2.紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。3.力的方向应是工件刚性较好的方向。由于工件在不同方向上刚度是不等的。不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在夹压薄壁零件时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。2、夹紧力的作用点夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。夹紧力作用点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素。合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则：1.力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。如夹紧力作用在支承面范围之外，会使工件倾斜或移动，夹紧时将破坏工件的定位。2.力的作用点应选在工件刚性较好的部位。这对刚度较差的工件尤其重要，如将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，并且夹紧更加可靠。3.力可的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和靠性。3、夹紧力的大小夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密密切的关系。夹紧力的大小要适当。夹紧力过小则夹紧不牢靠，在加工过程中工件可能发生位移而破坏定位，其结果轻则影响加工质量，重则造成工件报废甚至发生安全事故。夹紧力过大会使工件变形，也会对加工质量不利。15理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，计算是很复杂的。因此，实际设计中常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。 当采用估算法确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件所受切削力、夹紧力（大型工件应考虑重力、惯性力等）的作用情况，找出加工过程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，最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力，即Fwk=KFw （1-11）式中 Fwk实际所需夹紧力，单位为 N；Fw在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，单位为 N；K安全系数，粗略计算时，粗加工取 K2.53，精加工取K1.52。夹紧力三要素的确定，实际是一个综合性问题。必须全面考虑工件结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧装置。3.3.4 减小夹紧变形的措施有时，一个工件很难找出合适的夹紧点。如较长的套筒在车床上镗内孔和高支座在镗床上镗孔，以及一些薄壁零件的夹持等，均不易找到合适的夹紧点。这时可以采取以下措施减少夹紧变形。1.均匀的对称变形，以便获得变形量的统计平均值，通过调整刀具适当消除部分变形量，也可以达到所要求的加工精度。 ）增加辅助支承和辅助夹紧点 。 若高支座可采用增加一个辅助支承点及辅助夹紧力，就可以使工件获得满意的夹紧状态。2.分散着力点 ，用一块活动压板将夹紧力的着力点分散成两个或四个，从而改变着力点的位置，减少着力点的压力，获得减少夹紧变形的效果。3.增加压紧件接触面积，在压板下增加垫环，使夹紧力通过刚性好的垫环均匀地作用在薄壁工件上，避免工件局部压陷。4.利用对称变夹具的夹紧设计，应保证形状在加工薄壁套筒时，采用加宽卡爪，如果夹紧力较大，仍有可能发生较大的变形。因此，在精加工时，除减小夹紧力外，工件能产生。165.其它措施 对于一些极薄的特形工件，靠精密冲压加工仍达不到所要求的精度而需要进行机械加工时，上述各种措施通常难以满足需要，可以采用一种冻结式夹具。这类夹具是将极薄的特形工件定位于一个随行的型腔里，然后浇灌低熔点金属，待其固结后一起加工，加工完成后，再加热熔解取出工件。低熔点金属的浇灌及熔解分离，都是在生产线上进行的。3.4 机床夹具设计原理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：(1)一批工件在夹具中占有正确的加工位置；(2)夹具装夹在机床上的准确位置；(3)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 六点定位原理任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度。工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的全部或部分自由度。工件的六点定位原理是指用六个支撑点来分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定定位的方法。 172 支承点与定位元件18上图为常见定位方式中的定位元件所限制的自由度和相当的支承点数3、完全定位与不完全定位工件的六个自由度完全被限制的定位称为完全定位。按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位称为不完全定位。4、欠定位与过定位按工序的加工要求，工件应该限制的自由度而未予限制的定位，称为欠定位。在确定工件定位方案时，欠定位时绝对不允许的。工件的同一自由度背二个或二个以上的支撑点重复限制的定位，称为过定位。在通常情况下，应尽量避免出现过定位。消除过定位及其干涉一般有两个途径：其一是改变定位元件的结构，以消除被重19复限制的自由度；其二是提高工件定位基面之间及夹具定位元件工作表面之间的位置精度，以减少或消除过定位引起的干涉。第 4 章 薄壁零件车削加工注意事项4.1 概述高强度结构的金属薄壳零件已较广泛的应用在各工业部部门，为了适用薄壁零件加工的需要，机械制造业正朝着“无切削或少切削”方向发展，如采用板材进行冲压、滚压、焊接等工艺，可以节省钢材、动力、机床设备和加工工时，达到质量好、产量高和成本低的要求。但是，毕竟有一些薄壁零件的结构不能采用冲压、滚压、焊接等工艺来代替，如具有形状复杂的环形横截面零件，只能采用车削方法。对于这一类环形零件的车削加工，因其结构单薄，零件尺寸较大，环形截面复杂和材料切削性较差（如高温合金、铝合金等） ，因此难以保证一定的加工精度和提高劳动生产率。车削薄壁零件的主要问题是变形，而产生变形的主要原因是切削力和夹紧力。薄壁套类零件刚性低，在夹紧力和切削力作用下非常容易产生变形，导致吃刀深度不均和让刀现象。另外，薄壁套类零件金属体积小，总的热容量小，薄壁套类零件的温度容易升高和变形，使加工后的零件出现形状和尺寸误差。减少切削力、切削热的方法是：合理的选择切削用量、合理的选择刀具几何角度、合理的选择刀具材料和冷却润滑液等；改善或改变夹紧力对零件的作用。204.2 加工薄壁零件在夹具上所采取的措施4.2.1 将局部夹紧力机构改成均匀夹紧力机构图 1（a）是用三爪卡盘夹紧薄壁工件，图 1（b）是在夹紧变形的情况下，分几次走刀逐渐减少吃刀深度车出了内孔，保证了内孔的圆度，但壁厚不均匀。图 1（c）是从三爪卡盘中取出薄壁套后，夹紧力消失后薄壁套外圆恢复为圆形，而内孔则变成了棱圆，棱圆形的特点是虽然看上去不像圆形，但各处的直径尺寸相同，棱圆的孔会影响其和轴的装配。针对以上可能产生的问题，介绍一下减少变形的方法。（1）采用开口套用开口套改变三爪卡盘的三点接触为整圆抱紧，三爪卡盘夹持开口套使其变形并均匀地抱紧薄壁工件后，再车削内孔。在可能的条件下，开口套的壁厚可以厚一点。注意在夹持开口夹套时要使开口在两夹爪的中间位置。如图 2。（2）采用弧形软爪21改装卡盘的三爪，在通用的三爪上焊接弧形软爪，增大夹持面积，使夹紧力均匀分布在工件上，可以有效减少薄壁套的夹紧变形。保证软卡爪内弧与薄壁工件外径相等，并保证软卡爪具有足够的刚度。如图3 所示。4.2.2 增加辅助支承面加强薄壁零件在车削时的刚性，在工件的夹紧部位特制工艺肋，使夹紧力作用在工艺肋上，以减少夹紧力引起的变形。如图 4 所示。4.2.3 改变夹紧力的作用点（部位）由零件刚性较弱处移至刚性较强的部位，以改善夹紧力作用点来减少薄壁零件的变形。图 5 为加工合金的材料，环形直径较大，其薄壁处厚度为 4mm 的零件的夹具示意图。所示的夹具说明了夹紧元件角度的改变，使夹紧力的作用点从零件刚性较弱22的部位移至刚性较强的部位，从而减少零件的变形，保证了加工精度的要求。图 5-（a）所示的夹具的夹紧机构，当拧紧螺钉 1 时，压紧圈 2 便沿着斜面将零件夹紧，但夹紧力 P 正压向零件刚性较差的薄壁部分，使零件变形加剧，难以保证加工精度。如将夹紧机构改成如图 5-（b）所示的结构，则使夹紧力 P 的作用点移至零件刚性较好的轮辐处，零件变形减小，保证了加工精度。4.2.4 采用心轴夹紧当车薄壁套的外圆时，有效防止薄壁套变形的方法是采用心轴定位，使夹紧力沿着刚性较好的轴线方向分布，如果薄壁套有阶梯孔，心轴也相应作成阶梯心轴，防止夹装变形。如图6 所示。234.3 加工薄壁零件在车削时所采取的措施4.3.1 合理选择车刀材料及其几何参数（1）易选用较大的主偏角，外圆精车刀9093，内孔精车刀60左右。（2）适当增大副偏角，减少摩擦，降低车削热，外圆精车刀15左右，内孔精车刀30左右。（3）前角的选择，主要决定于被切材料的性能。应尽量使车刀锋利、切削轻快、排屑好。外圆精车刀1416 ，内孔精车刀35左右。（4）后角不易过大，以减少工件加工中的振动，一般以1416为好。（5）前角适当增大一般为2535。（6）刃倾角根据加工性质选择，增大刃倾角可使车刀实际切削前角增大、实际切削刃口圆弧半径减少，对提高刀具的锋利程度有利。（7）刀尖圆弧半径及修光刃均选用较小值，减小工件加工中的振动。4.3.2 减少切削用量，减小吃刀深度、进给量和切削速度对于余量较大的工件，分粗、精车，适当增加走刀次数，可以有效避免薄壁工件变形。4.3.2 合理选择切削液选择比热容大、黏度小、流动性好的切削液，就可以吸收大量的热量，从而降低切削温度，减小薄壁套工件的变形。第 5 章 具体夹具设计车床夹具主要用于零件的旋转表面以及端面。因而车床夹具的主要特点是工件加工表面的中心线与机床主轴的回转轴线同轴。5.1 车床夹具的主要类型（1） 安装在车床主轴上的夹具。这类夹具很多，有通用的三爪卡盘、四爪卡盘，花盘，顶尖等，还有自行设计的心轴；专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、角铁式和花盘式。这类夹具的特点是加工时随机床主轴一起旋转，刀具做进给运动定心式车床夹具 在定心式车床夹具上，工件常以孔或外圆定位，夹具采用定心24夹紧机构。角铁式车床夹具 在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时，由于零件形状较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而须设计专用夹具。这种夹具的夹具体呈角铁状，故称其为角铁式车床夹具。花盘式车床夹具 这类夹具的夹具体称花盘，上面开有若干个 T 形槽，安装定位元件、夹紧元件和分度元件等辅助元件，可加工形状复杂工件的外圆和内孔。这类夹具不对称，要注意平衡。（2） 安装在托板上的夹具。某些重型、畸形工件，常常将夹具安装在托板上。刀具则安装在车床主轴上做旋转运动，夹具做进给运动。由于后一类夹具应用很少，属于机床改装范畴。而生产中需自行设计的较多是安装在车床主轴上的专用夹具，所以零件在车床上加工用专用夹具。5.2 车床夹具的设计要点（1）定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求当加工回转表面时，要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合，夹具上定位装置的结构和布置必须保证这一点。当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，则应以夹具的回转轴线为基准来确定定位元件的位置。工件的夹紧应可靠。由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转，故在加工过程中工件除受切削力矩的作用外，整个夹具还要受到重力和离心力的作用，转速越高离心力越大，这些力不仅降低夹紧力，同时会使主轴振动。因此，夹紧机构必须具有足够的夹紧力，自锁性能好，以防止工件在加工过程中移动或发生事故。对于角铁式夹具，夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。（2）夹具与机床主轴的连接车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的加工精度有一定的影响。因此，要求夹具的回转轴线与卧式车床主轴轴线应具有尽可能小的同轴度误差。心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接，用螺杆拉紧。有的心轴则以中心孔与车床前、后顶尖安装使用。25根据径向尺寸的大小，其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式：1)对于径向尺寸 D140mm，或 D(23)d 的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺杆拉紧，如图 1-a 所示。这种连接方式定心精度较高。2)对于径向尺寸较大的夹具，一般用过渡盘与车床主轴轴颈连接。过渡盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构。图 1-b 所示的过渡盘，其上有一个定位圆孔按 H7/h6 或 H7/js6 与主轴轴颈相配合，并用螺纹和主轴连接。为防止停车和倒车时因惯性作用使两者松开，可用压板将过渡盘压在主轴上。专用夹具则以其定位止口按 H7/h6 或 H7/js6 装配在过渡盘的凸缘上，用螺钉紧固。这种连接方式的定心精度受配合间隙的影响。为了提高定心精度，可按找正圆校正夹具与机床主轴的同轴度。对于车床主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构，如图 1-c 所示，过渡盘在其长锥面上配合定心，用活套在主轴上的螺母锁紧，由键传递扭矩。这种安装方式的定心精度较高，但端面要求紧贴，制造上较困难。图 1-d 所示是以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式。过渡盘推入主轴后，其端面与主轴端面只允许有 0.050.1mm 的间隙，用螺钉均匀拧紧后，即可保证端面与锥面全部接触，以使定心准确、刚度好。图 1 车床夹具与机床主轴的连接过渡盘常作为车床附件备用，设计夹具时应按过渡盘凸缘确定专用夹具体的止口尺寸。过渡盘的材料通常为铸铁。各种车床主轴前端的结