加工支承套零件的夹具设计

1、青岛农业大学海都学院 本科生毕业论文（设计） 题 目： 加工支承套零件的夹具设计 姓 名： 咸祥 系 别： 工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 06 级 1 班 学 号： 指导教师： 李显昌 2010 年 06 月 20 日 毕业论文（设计）诚信声明 本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确 标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及 已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示

2、了 谢意。 论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书 本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论 文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权 青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设 计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接 相关的学术论文或 成果时，单位署名为青岛农业大学。 论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日 目录 摘 要 .I ABSTRA

3、CT .II 第一章 课题介绍 .1 1.1课题背景及发展趋势 .1 1.2课题的作用与意义 .3 1.3夹具的组成 .4 1.4铣床夹具的结构特点 .5 1.5课题的任务 .5 第二章铣床夹具设计.8 2.1 定位方案.8 2.2 夹紧方案.8 2.3 夹具体与定位键.9 2.4 夹具总图上的尺寸、公差和技术要求.10 2.5 加工精度分析.10 小 结 .14 参考文献 .15 致 谢 .16 加工支承套零件的夹具设计 摘 要 在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受施工，检 测的装置都可统称为“夹具” 。 机床夹具为机床的一种辅助设备，用它来准确地确定工件与刀具的

4、相对位置，即将 工件定位及夹紧，以完成加工所需要的相对运动。所以机床夹具是用以使工件定位和夹 紧的附加装置。 本文首先介绍了夹具的研究背景和发展趋势、课题的作用和意义、夹具的组成以及 铣床夹具的结构特点，通过对参考文献进详细的分析，阐述了定位方案的选择、夹紧方 案的确定、夹具体与定位键、夹具总图上的尺寸、公差和技术要求以及加工精度分析。 关键词：关键词：定位，夹紧，铣床夹具 Fixture Design of Supporting Bush Parts Processing Abstract In mechanical manufacturing process to fix the proc

5、essing object, it occupies the correct position to accept the construction, testing devices can be collectively referred to as fixture. A fixture for the machine tool ancillary equipment, use it to accurately determine the relative position of the work piece and the tool will soon work piece positio

6、ning and clamping, in order to complete the processing of the required relative motion. So is the machine tool fixture for work piece positioning and clamping to the additional device. This paper introduces the research background and fixture trends, the role and significance of the subject, the com

7、position and milling fixtures structural characteristics, by reference into the detailed analysis, described the choice of orientation programs, clamping scheme and folder and locate specific keys on the general layout fixture dimensions, tolerances and technical requirements, and processing accurac

8、y Key words：positioning, clamping, milling fixture 第一章 课题介绍 在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受 施工，检测的装置都可统称为“夹具” 。广义地说，夹具是一种保证产品质量并 便利和加速工艺过程的一种工艺装备。夹具以其数量和在生产中的地位来说， “机床夹具”最重要。机床夹具为机床的一种辅助设备，用它来准确地确定工 件与刀具的相对位置，即将工件定位及夹紧，以完成加工所需要的相对运动。 所以机床夹具是用以使工件定位和夹紧的附加装置。 机床夹具设计的基本要求有保证工件的加工精度，提高生产率，工艺性好， 使用性好，经济

9、性好。 1.1 课题背景及发展趋势 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具 与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和 趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化， 它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作 及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为 夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺 装备 在机械制造业中，为了适应新品种不断发展的要求，夹具设计有朝着下列 方向发展的趋势： 1. 发展通用夹具新品种 通用夹具是使用最广泛的一种夹具，

10、发展通用夹具以代替某些专用夹具。 内容包括以下： 1） 发展高精度通用夹具 2） 广泛采用高效率通用夹具 3） 发展适用于各种类型零件工艺特征的专用夹具 2. 发展调整式夹具 调整式夹具经过部分零件的更换和重新调整组合，即可适应不同工件的加 工。适用程度介于通用和专用之间。主要有两种类型： 1） 通用可调式夹具 2） 调整式夹具 3. 推广和发展组合夹具及拼拆夹具 1） 组合夹具 组合夹具式有一套预先制好的各种不同形状、不同规格尺寸、具有互换性 和耐磨性的标准元件与合件所组成。 2） 拼拆夹具 与组合夹具有相同之处，有一系列可多次利用的标准零件与基础零件，但 又采用了部分具有一定专用性的部件，

11、其夹紧部件多采用液压传动装置。 4. 加强专用夹具的标准化和规格化 加强夹具元件的标准化和规格化，不但能加速生产准备周期，而且也可使 夹具的生产由单件转为成批，降低夹具制造成本。因此，可节省劳动力，缩短 生产准备周期。 5. 专用夹具中采用高精度、高效率的夹具 主要满足高生产率的加工要求，使之有可能采用采用平行或平行先后的加 工方法，采用多件的加工方法，以及尽可能缩短或重合辅助时间的方法来压缩 单件工时，提高生产率。 6. 大力推广和使用机械化及自动化夹具 生产机械化及自动化是技术革命的中心内容，大力推广和使用机械化及自 动化夹具以减少和消除繁重的体力劳动是机械制造中的重要问题。 7. 推广和

12、发展扩大机床性能的夹具 具体的有仿形装置、机床改装用的各类夹具 8. 采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具 实践证明，采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具，能满足机械 加工中的定位要求，并简化制造工艺，缩短了生产周期，并能保证零件的加工 精度。 1.2 课题的作用与意义 由于专用夹具可以按照工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施 来保证操作的安全。 对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对刀具（或 机床）有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动，为 此，进行机械加工之前，先将工件装夹好。 工件的装夹方法有两种：一种使工件直接装夹在机床的工作台

13、或花盘上； 另一种使工件装夹在夹具上。 采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出 加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法不需 专门装备，但效率低，一般用于单件或者小批生产。批量较大时，大都采用夹 具装夹工件。 用夹具装夹工件有以下优点： 1.2.1保证加工精度，降低人工等级 零件的加工精度，包括尺寸精度，几何形状精度和表面相互位置精度三种。 实用夹具的最大功用，是保证零件上加工表面的位置精度。例如，在摇臂钻床 上使用钻夹具加工孔系时，可保证达到 0.100.20mm 的中心距精度，而按划线 找正加工时，仅能保证 0.41.0mm，而且受到操作技

14、术的影响，同批零件的质 量也不稳定。 当工件的形状复杂及精度要求高时，往往不易或不能依靠通用机床及其附 件来达到加工要求，因此需要采用专用夹具 1.2.2提高劳动生产率和降低加工成本 使用夹具后，免除了每件都要找正、对刀等时间，加速工件的装卸，从而 大大减少了有关工件安装的辅助时间。特别对那些机动时间较短而辅助时间长 的中小件加工意义更大。此外，用夹具安装还容易实现多件加工、多工位加工、 可进一步缩短辅助时间，提高劳动生产率。 1.2.3扩大机床工艺范围 工件的结构形状时各式各样的，现在对精度和生产率的要求也越来越高， 在某些情况下，原有机床难以适应。为解决这一困难，往往采用专用夹具以扩 大机

15、床的适用范围，实现“一机多用” 。例如在机床上使用镗夹具，就可以代替 镗床来做镗孔工作，解决缺乏设备的困难 1.2.4改变原机床的用途，扩大机床适用范围 在产品更换时，工厂现有的机床设备，有时往往不能适应新产品的要求。 为此，可以采用夹具来改变机床的用途 1.2.5减轻操作的劳动强度，做到安全生产 由于夹具中可以采用扩力机构来减小操作的原始力，而且有时还可以采用 各种机动夹紧装置，故可使操作省力，减轻劳动强度。由于专用夹具可以按照 工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施来保证操作的安全。 1.3 夹具的组成 根据夹具元件在结构中所起的作用不同，可将各种夹具元件分为下列几种： 1.3.1分

16、度装置用于改变工件与刀具相对位置以获得多个工位的一种装置， 可作为某些夹具的一部分。 1.3.2夹具本体用来连接夹具上的所有各种元件和装置成为一个夹具整体。 1.3.3靠模装置它是作为用来加工型面的一种特殊装置。 1.3.4动力装置在非手动夹具中，作为产生动力的部分，如气缸，油缸， 电磁装置等。 1.3.5其他件包括与机床连接用的零件，各种连接件，特殊元件及其它辅 助装置等。 但是并非所有夹具都包括上述各类元件，然而其中定位元件，夹紧装置和 夹具体本体则是每一夹具都不可缺少的组成部分。 1.4 铣床夹具的结构特点 铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、花键及各种成型面。铣削加 工的切削用量和

17、切削力一般较大，切削力的大小和方向也是变化的，而且又是 断续切削，因而，加工时的冲击和振动也较严重。所以设计这类夹具时，要特 别注意工件定位稳定性和夹紧可靠性；夹紧装置要能产生足够的夹紧力，手动 夹紧时要有良好的自锁性能，夹具上个组成元件的强度和刚度要高。为此，要 求铣床夹具得结构比较粗壮低矮，以降低夹具重心，增加刚度、强度，铣削得 切屑较多，夹具上应有足够得排屑空间，以尽量避免切屑堆积在定位支承面上。 因此，定位支承面应高出周围的平面，而且在夹具体内尽可能做出便于清除切 屑和排出冷却液的出口。 粗铣时振动较大，不宜采用偏心夹紧，因为振动时偏心夹紧容易松开。 在侧面夹紧工作（如加工薄而大的平面

18、）时，压板的着力点应低于工件侧 面的定位支承点，并使夹紧力有一垂直分力，将工件压向主要定位支承面，以 避免工件向上抬起；对于毛坯件，压板与工件接触处应开有尖齿纹，以增大摩 擦系数。 1.5 课题的任务 课题来源：支承套零件的专用夹具 图 1-1 示为支承套零件图，工件的材料为 45 钢，大批量生产。 简介： 在支承套长度方向，选择左端面为定位基准，以保证 17mm 孔深尺寸 11 +00。5，设计一专用夹具。 图 1-1 支承套零件 16设计工艺 161 选择加工方法 由于毛坯为棒料，因此所有孔都是在实体上加工，为防止钻偏，需先用中心 孔钻钻孔正孔，然后再钻孔。孔 35H7 及 2X15H7

19、选择铰削作其最终加工方 法。对 60 的孔，根据孔径精度，孔深尺寸和孔底平面要求，用铣削方法同 时完成孔壁和孔底平面的加工。各加工表面选择的加工方案如下： 2X15H7 孔 钻中心孔钻孔扩孔铰孔 35H7 孔 钻中心孔钻孔粗镗半精镗铰孔 60 孔 粗铣精铣 2X11 孔 钻中心孔钻孔 2X17 孔 忽孔（在 11 底孔上） 2XM66H 螺孔 钻中心孔钻底孔孔端倒角攻螺纹 162 确定加工顺序 为减少变换工位的辅助时间和工作台分度误差的影响，各个工位上的加工表 面在工作台一次分度下按先粗后精的原则加工完毕。具体的加工顺序是：第一 工位（B0 度）：钻 35H7、2X11 中心孔钻 35H7 孔

20、钻 2X11 孔忽 2X17 孔粗镗 35H7 孔粗铣、精铣 60X12 孔半精镗 35H7 孔钻 2XM66H 螺 纹中心孔钻 2XM66H 螺纹底孔2XM66H 螺纹孔端角攻 2M66H 螺纹 铰 35H7 孔；第 2 工位（B90 度）：钻 2X15H7 中心孔钻 2X15H7 孔扩 2X15H7 孔铰 2X15H7 孔。 第二章 铣床夹具设计 2.1 定位方案 首先按照基准重合原则考虑选择定位基准。由于 35H7 孔、60 孔、 2X11 孔及 2X17 孔的设计基准均为 100f9 外圆中心线，所以选择 100f9 外圆中心线为主要定位基准。因孔 100f9 外圆不是整圆。故用 V

21、形块做定位 元件。支承套长度方向的定位基准，若选右端面定位，对 17 孔深 11不重 5 . 0 0 合误差，精度不能保证（因工序尺寸 80的公差为 0.5mm） ，故选左端面定位。 5 . 0 0 在装夹时应使工件上平面在夹具中保持垂直，以消除转动自由度。 方案：工件以外圆在在压板的作用力下以 V 型块为定位基准，端面加9 8 . 100f 二个压盖以支承套的左端面定位，如图 2-1 所示。 图 2-1 定位方案 2.2 夹紧方案 根据夹紧力的方向应朝向主要限位面和作用点应落在定位元件的支承范围 内的原则，如 夹紧力的作用线应落在区域内（N为接触点的法线） ，夹紧力与垂直方向 的夹角应尽量小

22、，以保证夹紧稳定可靠。铰链压板的两个弧形面的曲率半径应 大于工件的最大半径。 2.3 夹具体与定位键 为保证夹具在工作台上安装稳定，应按照夹具体的高宽比不大于 1.25 的原 则确定其宽度，并在两端设置耳座，以便固定。如图 2.2 夹具体 如图 2.2 夹具体 为了保证侧面的二个圆孔平行度的要求，夹具体压板应具有可调节性，压 板面应当与 V 形块的侧面平行。为减少夹具的安装误差，宜采用有可调节螺母。 2.4 夹具总图上的尺寸、公差和技术要求 1. 夹具最大轮廓尺寸为 181mm ,225mm ,150mm。 2. 影响工件定位精度的尺寸和公差为压板是否与 V 型块侧面平行，用可调节螺 母来控制

23、其精度。 3. 影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差为定位键与铣床工作台 U 形槽的配 合尺寸 18h 8（T 形槽为 18H8）。 2.5 加工精度分析 在支承套零件工序中，侧面对二个轴线的平行度要求较高，应进行715H 精度分析，其它加工要求未注公差或公差不是在本夹具中进行精度分析。 1.键槽侧面对轴线的平行度的加工误差715H 1.定位误差D 由于 V 形块 2.一般在装配后一起精加工 V 形面，它们的相互位 置误差极小，可视为一长 V 形块，所以D =0。 2.安装误差A 定位键的位置所示 mm。 038 . 0 )282 400 054 . 0 ( A mm 3.夹具误差z 影响平行

24、度的制造误差是 I 工位 V 形块设计心轴轴线与定位键侧面 B 的平 行度（0.03 mm）所以，z=0.03 mm。 表 52 顶尖套铣双槽夹具的加工误差 2钻削力计算： 所加工的支承套零件的材料为 HT200，并采用硬质合金刀具.根据 T200 钻 削连线表上查得钻削的深度 ap和进给量 f 连线，确定 Fc和 Ft。其中，Fc 主切削力，Ft垂直于 Fc的，Ff和 Fp的合力。1/切削深度 ap的确定：由表 3.3 可知，钻孔时，ap=0.50.8，根据表 3.3 说明，切削深度，当工件的 加工直径较大及需转位或两次安装时，则取较大值，加工直径较小及要 求较高的加工精度和表面光洁度是，则

25、取较小值，所以，由于夹具所要 加工的工件的直径较小且是在一次装夹中完成的，取较小值 ap=0.5 表 3.3 钻削深度表 工序名称切削深度（直径上）mm 粗加工钻孔 精加工. 粗加工.铰孔 精加工. 加 加工要求 代 号 平行度 0.03mm D A Z 0 0.038 0.03 （1）进给量 f 的确定：根据精镗、硬质合金刀具及 45 材料的工件，查 表 3.4，可得进给量 f=0.060.10，取 f=0.08mm/r。 表 3.4 钻孔时的进给量 f 工序名称刀具名称材料进给量 fmm/r 铸铁 D1 级=0.08,D 级： 0.120.15 钢 0.120.15 钻孔硬质合金 铝合金

26、0.060.10 连接切削深度 ap和进给量 f 连线，交 Fc和 Ft的直线，交点值为 Fc=7.5kgf, Ft= 1.6kgf。 根据工件材料、刀具材料和几何参数的不同，对 Fc和 Ft分别乘以修正系 数 KFc和 KFt3。 其中，KFc= KFc1* KFc2* KFc3 ; KFt = KFt1* KFt2 因为工件是 45 材料，其硬度为 50150HB，所以为了保证加工的安全性， 取最大值 150HB。 表 3.5 修正系数与工件材料的关系 HB140160 工件材料硬度 KFc10.780.84 kr30 刀具主偏角 KFc21.05 re11.5 刀尖圆弧半径 KFc30.

27、95 表 3.6 修正系数与工件材料的关系 HB140160 工件材料硬度 KFt10.610.67 Kr30 刀具主偏角 KFt20.63 查表 3.5、表 3.6 知：KFc1=0.84 KFc2=1.05 KFc3=0.95 KFt1=0.67 KFt2=0.63 所以，最终 KFc= KFc1* KFc2* KFc3=0.841.050.95=0.8379 KFt = KFt1* KFt2=0.670.63=0.4221 Fc0 = KFcFc=0.83797.5=6.28425 kN Ft0= KFtFt=0.42211.6=0.67536 kN 即，最终的切削力为轴向 6.28425 kN，径向 0.67536 kN。 夹紧力与钻削力的比较：由计算得知，夹紧力大于钻削力，所以所设计的夹具 所使用的螺旋夹紧机构的拧紧螺丝是适用的，达到