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拖拉機半軸殼銑床夾具設計 學校代碼：10410 序 號：050453 本 科 畢 業(yè) 設 計 題目： 拖拉機半軸殼銑床夾具設計 學 院： 工 學 院 姓 名： 謝 李 華 學 號： 20050453 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 年 級： 機制05（2）班 指導教師： 曾一凡 二OO九年 五 月 摘 要 機床夾具是在金屬切削加工中,用以準確地確定工件位置,并將其牢固地夾緊,以接受加工的工藝設備. 本著夾得快,夾得牢,夾得準的設計原則和在經(jīng)濟,高效的市場觀念指導下進行本次畢業(yè)設計。 汽車半軸殼是汽車的重要部件之一。它既要承受車體和車載的全部質(zhì)量，還要承受汽車在行駛過程中由于道路不平而引起的沖擊力和扭矩，并要保證在行駛過程中不發(fā)生變形，而半軸在其內(nèi)旋轉(zhuǎn)自如。由拖拉機半軸殼零件圖可知零件的基本結構和加工要求。該工件鑄成后要達到圖紙所示的加工要求要分三階段完成，第一階段需車削四個端面和兩個外圓；車削后第二階段銑削三個端面，其中兩個是為了鉆孔而做的前期工作，而有10度傾角要求的端面是零件結構的要求。完成前兩階段加工后再對兩個端面鉆通孔，各端面孔的位置要求為均布。據(jù)些分析設計銑床夾具。 關鍵詞： 銑削 夾具 工件 定位 精度 Tractor rear axle shaft housing milling jig design The engine bed jig is in the metal machining, with by accurately the definite work piece position, and its clamps reliably, accepts the processing the process unit. In line with clamps quickly, clamps the jail, clamps the accurate principle of design and in the economy, under the highly effective market idea instruction carries on this graduation project. The automobile rear axle shaft housing is one of automobile important parts.It already must withstand the complete quality which the chassis and the vehicle carry, but also must withstand the automobile in the travel process because the path does not put down the impulse and the torque which causes, and must guarantee does not have the distortion in the travel process, but the rear axle revolves in among them freely.May know the components by the tractor half axle sleeve detail drawing the basic structure and the processing request.After this work piece casts must achieve the blueprint shows the processing request must divide three stages to complete, the first stage needs the turning four end surfaces and two outer annuluses. After the turning the second stage milling three end surfaces, but has 10 degree inclination angle request end surface is the components structure request.After completes the first two stage processing to drill through the hole again to two end surfaces, various ends face position request is the even cloth.According to analysis design milling jig. Key words: Milling jig work piece pointing accuracy 目錄 1緒論 1 1.1前 言 1 1.2 課題總體任務概述 1 2 工件的加工工藝分析 4 3.夾具的結構設計 5 3.1定位方案選擇及定位元件設計 5 3.2定位誤差分析 7 3.3夾具對定方案的確定 8 4.繪制夾具總圖(見圖紙) 9 4.1銑削力的計算 9 4.1.1圓盤銑刀…………………………………………………………………………….9 4.1.2粗齒錐柄立銑刀…………………………………………………………………...10 4.2夾緊力的計算 10 5. 確定夾具的主要尺寸,公差及技術要求 12 5.1 夾具總圖上應標尺寸,公差 12 5.2 夾具總圖應標注的技術條件 12 6.總結 13 7.參考文獻 14 8．致謝 15 - iv - 1緒論 1.1前 言 機床夾具是在金屬切削加工中,用以準確地確定工件位置,并將其牢固地夾緊,以接受加工的工藝設備.它的主要作用是:可靠地保證工件的加工質(zhì)量,提高加工效率,減輕勞動強度,充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能.因此,機床夾具在機械制造中占有重要的地位. 夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。 本著夾得快,夾得牢,夾得準的設計原則和在經(jīng)濟,高效的市場觀念指導下進行本次畢業(yè)設計.在滿足生產(chǎn)技術要求和現(xiàn)有生產(chǎn)設備配置的前提下,合理,優(yōu)化設計夾具裝置.使得所設計的夾具簡便,快捷,低廉,高效. “工欲善其事，必先利其器”，這是我國歷史上勞動人民在生產(chǎn)斗爭中對工具重要性所作的結論。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，工具（工裝夾具）的作用也是如此。 在機械制造工業(yè)中，為了達到保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率及降低成本的目的，在工藝過程中，除機車等設備外，還大量使用這種工藝裝備。它包括機具、模具、刀具、輔助工具及測量工具等。因此，廣義地說，夾具是一種保證產(chǎn)品質(zhì)量并便利和加速工藝過程的一種工藝裝備。不同的夾具，其結構形式、工作情況、設計原則都不相同，但就其數(shù)量和在生產(chǎn)中所占的位置來說，應以“機床夾具”為先。 所謂機車夾具就是機車上所使用的一種輔助設備，用它來準確地確定工件與刀具的相對位置，即將工件定位和夾緊，以完成加工所需要的相對運動。所以機床夾具是用以使工件定位和夾緊的機床附加裝置。 鑒于目前機械加工中大多是采用通用的機床加上各種夾具、輔助工具及刀具等進行產(chǎn)品的生產(chǎn)，工藝準備工作比較繁重，夾具設計和制造的工作量顯得更為突出，往往成為生產(chǎn)準備工作的關鍵。因此，提高夾具設計水平，縮短設計時間，就成為生產(chǎn)準備中的一個重要問題。要做好夾具設計工作，應當具備必要的基本知識，掌握合理的設計方法，了解產(chǎn)品的具體條件。此外，還應考慮到夾具的制造工藝，并與產(chǎn)品工藝規(guī)程和刀具、輔助工具和測量工具設計相聯(lián)系。 1.2 課題總體任務概述 汽車半軸殼是汽車的重要部件之一，汽車的行駛是由發(fā)動機通過中間傳動軸，將動力傳送到汽車后橋的后半軸，再有后半軸帶動車輪完成的。后橋上，左右兩側(cè)各有一支半軸殼管，其一端與后橋殼壓配成一體，另一端安裝有輪轂軸承。它既要承受車體和車載的全部質(zhì)量，還要承受汽車在行駛過程中由于道路不平而引起的沖擊力和扭矩，并要保證在行駛過程中不發(fā)生變形，而半軸在其內(nèi)旋轉(zhuǎn)自如。因此，對半軸殼在重要配合表面的精度和整體結構的剛度和強度要求較高。 在本次畢業(yè)設計中, 所要求加工的工件為一鑄鐵拖拉機半軸殼零件，其材料為QT400-15鑄鐵材料。 由拖拉機半軸殼零件圖可知零件的基本結構和加工要求。該工件鑄成后（工件零件圖參見附錄）要達到圖紙所示的加工要求要分三階段完成，第一階段需車削四個端面和兩個外圓，并滿足各端面的平面度和垂直度的要求及前后兩外圓的同軸度要求,作為后面加工的主要定位基準；車削后第二階段銑削三個端面，其中兩個是為了鉆孔而做的前期工作，而有10度傾角要求的端面是零件結構的要求。完成前兩階段加工后再對兩個端面鉆通孔，各端面孔的位置要求為均布，并且為了保證連接緊湊，法蘭面不光滑平整的情況下需要在通孔周圍刮深0.5Φ18的孔。在前期車好端面和鉆好孔的情況下，可以方便的利用其對鉆兩排孔進行定位。 整個加工工藝過程可用下表表示 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 設備 1 粗車端面、外圓 粗車左端面、外圓 車床 2 粗車端面、外圓 粗車右端面、外圓 車床 3 半精車端面、外圓 半精車左右端面、外圓 車床 4 銑圓柱面 銑4個Φ28mm的端面 銑床 5 銑圓柱面 銑Φ36mm的端面 銑床 6 銑斜面 銑10度傾角的端面 銑床 7 鉆孔 鉆左端面6個Φ10.5mm的均布通孔 鉆床 8 鉆孔 鉆右端面8個Φ10.5mm的均布通孔 鉆床 9 鉆孔 鉆4個Φ11深24的孔 鉆床 10 攻絲 在Φ11的孔中攻M12-6H深20的螺紋 鉆床 加工該零件的夾具設計由我和其它兩位同學負責設計。其中本人負責銑床夾具的設計。.在同學完成上道車削加工工序的基礎上,工件已達到的尺寸,位置精度如圖1-2-1所示：可以看出，左右兩端面和外圓的尺寸，位置精度要求高，為重要的配合表面。也可作為本道工序的參考定位基準。在銑削加工中,對，4-的端面進行銑削,并在端面銑削出斜面.在設計過程中,夾具特點必須與機床相匹配。 圖1-1位置精度圖 銑床專用夾具的設計特點 (1) 由于銑削過程不是連續(xù)切削,且加工余量較大,切削力較大而方向隨時都可能在變化。所以夾具應有足夠的剛度和強度,夾具的重心應盡量低,夾具的高度和寬度之比應為1~1.25,并應有足夠的排屑空間。 (2) 夾緊裝置要有足夠的剛度和強度,保證必需的夾緊力,并有良好的自鎖功能,一般在銑床夾具上特別是粗銑,不宜采用偏心夾緊。 (3) 夾緊力應作用在工件剛度較大的部位上,工件與主要定位元件的定位表面接觸剛度要大。當從側(cè)面壓緊工件時,壓板在側(cè)面的著力點應低于工件的側(cè)面支承點。 (4) 為了調(diào)整和確定夾具與銑刀的相對位置,應正確選用對刀裝置,對刀裝置在使用塞尺方便和易于觀察的位置,并應在銑刀開始切入的一側(cè)。 (5) 切屑和冷卻液應能順利排出,必要是要開排屑空。 (6) 為了調(diào)整和確定夾具與機床工作臺軸線的相對位置,在夾具體的底面應具有兩個定向鍵,定向鍵與工作臺型槽宜用單面貼合,當工作臺型槽平整時可采用圓柱銷,精度高的或重型夾具宜采用夾具體上的找正基面。 根據(jù)上述特點結合實際設計本道工序的夾具,具體步驟如下所述。 2 工件的加工工藝分析 分析圖紙可知，工件在上道車削工序中已加工并達到要求的尺寸包括的外圓，表面粗糙度為6.3。的外圓尺寸，表面粗糙度為3.2。兩外圓的端面的表面粗糙度均為6.3，且左右兩外圓的同軸度為。與的外圓端面的平面度為0.06，且與兩外圓的中心線的垂直度要求均為0.08，為了方便描述，今設A代表的外圓表面，B代表的端面，C代表的端面，D代表的外圓表面，如圖2-1所示。 圖2-1 1.在銑削斜面和端面時，應該保證的中心線垂直于設計基準，且該中心線是鉆孔加工工序中的工序基準，銑削端面是為便于鉆孔，因此，在銑削加工過程中，位置度要求較高，而兩待加工表面的粗糙度要求較低。 2.銑削4--時，工序圖上并未就平面度和位置度作嚴格要求，表面粗糙度為12.5。說明此項形位要求較低，只要加工到一定程度便于下道工序鉆孔即可，因此，不必做重點要求。 3.夾具的結構設計 3.1定位方案選擇及定位元件設計 分析零件的結構及尺寸要求可知，在加工4—28的高度90時應以兩孔之間的軸線為工序基準；在加工26是的斜面時應以C面為工序基準，高度120時應以兩孔之間的軸線為工序基準；在加工36是高度53時應以兩孔之間的軸線為工序準。所以在加工時兩孔之間的軸線是非常重要的工序基準。根據(jù)基準重合的原則，可以用外圓面D為定位基準，這樣在加工尺寸90、120、53時，定位基準與工序基準重合；在加工斜面時用C面為定位基準，則工序基準與定位基準重合。 定位方案1如圖3-1-1所示: 圖3-1定位方案一 定位方案2如圖3-2所示： 圖3-2定位方案二 定位方案分析分析及選擇： 分析方案一可知：圖3-1-1所示為一環(huán)行工件銑床專用夾具典型結構，工件以已加工端面C,D為定位基準進行定位，從該工件的零件圖可知，C面作為定位表面可實現(xiàn)與的工序基準重合：D面作為另一定位基準也可實現(xiàn)基準重合。在對4--銑削時，雖然基準不重合，但由于是對4個圓柱端面進行銑削，造成的誤差方向不一致，故基準不重合誤差可忽略，所以這樣選擇定位基準是可行的?？上拗乒ぜ奈鍌€自由度。再通過擋位柱控制工件的繞中心線的轉(zhuǎn)動自由度。從而實現(xiàn)完全定位。 分析方案二可知：圖3-1-2所示，工件通過兩V型塊的相對位置實現(xiàn)對工件的主要定位。V型塊有很好的對中性，可保證工件的中心線與夾具體正確的位置關系。但由于工件A，D兩外圓端面與V型塊的接觸長度較小，只是限制工件的四個自由度，工件在軸向方向上的移動自由度并沒有得到限制，擋位柱可控制工件的繞中心線的轉(zhuǎn)動自由度。故第二種方案限制了工件的5個自由度，為不完全定位。 綜合分析上述兩種方案，選擇第一種方案作為定位方案。 考慮到加工時裝卸方便,生產(chǎn)高效,及經(jīng)濟性,產(chǎn)品為中批量生產(chǎn),采用一次裝夾完成加工.選用X53T立式銑床,銑削4-的圓柱端面時用圓柱銑刀（D＝80,Z＝8），銑削的端面和銑削斜面時采用粗齒錐柄立銑刀(D=30,Z=4)。在銑削的端面后，調(diào)整夾具體與輔助底板的相對位置。進而實現(xiàn)與銑刀端面的正確位置。 銑削斜面。調(diào)整方案如圖3-3所示。 圖3-3銑斜面定位圖 3.2定位誤差分析 分析此夾具定位方案可知,由于該工件是通過兩外圓柱面和端面與夾具的接觸來定位,再加上軸向尾架頂尖的螺旋壓緊力,保證軸向不移動. 由于工件在上道加工工序中的精度已足夠滿足本道工序的定位加工,且本道加工工序?qū)Τ叽缇群臀恢枚纫蟛⒉桓?只是尺寸上的界定。且定位基準和工序基準重合。故影響其定位誤差的因素只有一項：工件外圓柱面和夾具體內(nèi)孔的配合引起的誤差，即基準位置誤差。在此基礎上進行定位誤差分析。 定位誤差的計算公式為： ； 其中=0； 工件外圓柱面和夾具體內(nèi)孔的配合引起的誤差： ； 其中:TD=0.019,Td=0.022, =0.028 所以=0.049<-- 滿足加工要求。 3.3夾具對定方案的確定 夾具的設計除了考慮工件在夾具上的定位之外,還要考慮夾具如何在機床上定位,以及刀具相對夾具的位置如何確定,針對本方案銑床夾具在機床上的定位是以夾具體的底面與輔助底板接觸,再由輔助底板與機床工作臺的接觸;再通過兩個定向鍵與機床工作臺的型槽相連接來實現(xiàn)的。在銑斜面時, 調(diào)整夾具體與銑床工作臺的相對位置。刀具的對刀位置視工序而定。 對刀方案：在進行4-的圓柱端面銑削時，把夾具體左端的A面高度加工成與定位時4-的圓柱端面的理論位置高度一致，從而實現(xiàn)對4-的加工對刀，在加工時可采用圓盤端面銑刀，立式銑床X53T。 對于端面和斜面的銑削定位：從零件圖及定位方案上分析可以看出，的圓柱高出中心線的距離與工件表面差不多平齊，且工件在該周向的半徑較大，右側(cè)與4-的軸向距離又不是很大，左側(cè)又與加強筋靠近，因此，用普通的立式銑床進行對刀加工很容易發(fā)生干涉，難以滿足加工要求。對于銑削斜面時也容易發(fā)生這樣的情況，因此需從與基面垂直的方向進行端面?zhèn)让驺娤?，這對銑床和銑刀提出較高的要求，銑刀由于伸出的長度比較大，所以刀桿的剛度較大，宜用高速鋼銑刀，為減少加工時對工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性，每次銑削量較小，分多次走刀完成,由于X53T立式銑床的技術參數(shù)可滿足這些要求,因此,可選用該立式銑床。銑削端面的對刀定位采用以夾具體左側(cè)的定位塊右表面B為對刀位置.如圖3-4所示:(加工時對刀后周向移動27mm,軸向移動167.5mm.)。 圖 3-4對刀示意圖 在銑削好端面后,移動工作臺,再裝夾一次,通過夾具體底面的弧型槽調(diào)整好角度,通過止位銷來防止工件在加工時的轉(zhuǎn)動,對刀是通過計算工作臺的移動量來確定對刀位置。 4.繪制夾具總圖(見圖紙) 工件裝夾方案確定后,進行銑削力,夾緊力的計算: 4.1銑削力的計算 4.1.1圓盤銑刀 工件材料: 球墨鑄鐵 刀具材料:硬質(zhì)合金鋼 銑刀類型: 圓盤銑刀 P=52z 根據(jù)<<金屬切削機床夾具設計手冊>>查表得: P=1330N 式中 P---銑削力； t--銑削深度(mm),指銑刀刀齒切入和切出工件過程中, 接觸弧在垂直走刀方向平面中測得的投影長度,取值5mm； --每齒進給量,取0.2mm； D—銑刀直徑80mm； B--銑削寬度56mm； z—銑刀的齒數(shù)8。 4.1.2粗齒錐柄立銑刀 工件材料: 球墨鑄鐵 刀具材料:高速鋼 銑刀類型:粗齒錐柄立銑刀 P= 根據(jù)<<機床夾具設計手冊>>查表得: P=1126 N 式中 P---銑削力 --在用高速鋼(W18Cr4V)銑刀銑削時,考慮工件材料及銑刀類型的參數(shù),本式中取30； t--銑削深度(mm),只銑刀刀齒切入和切出工件過程中, 接觸弧在垂直走刀方向平面中測得的投影長度取值3mm； --每齒進給量0.2mm； D—銑刀直徑30mm； B--銑削寬度36mm； z—銑刀的齒數(shù)4； --用高速鋼(W18Cr4V)銑刀銑削時,考慮工件材料機械性能不同的修正參數(shù).對于灰鑄鐵: =； HB—工件材料的布氏硬度值（取最大值）。 4.2夾緊力的計算 夾緊力的確定: 計算夾緊力時,通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng).根據(jù)工件受切削力,夾緊力(大型工件還應考慮工件重力,運動的工件還應考慮慣性力等)的作用情況,找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀態(tài),按靜力平衡原理計算出理論夾緊力.最后為保證夾緊可靠,再乘于安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值.即: =WK 式中, --實際所需夾緊力(N); W----在一定條件下,由靜力平衡計算出的理論夾緊力(N); K---安全系數(shù). 安全系數(shù)K可按下式計算: = 查表得: --考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù),取1.3； --加工性質(zhì)(粗加工)取1.2； --刀面鈍化程度(端面銑削,粗銑,含碳量高于0.3%.故選1.3； --切削特點.斷續(xù)切削.取1.2； --夾緊力的穩(wěn)定性,手動夾緊.取1.3； --手動夾緊時的手柄位置.取1.0； --僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時工件與支承接觸的情況,接觸點不確定.取1.5； 其中本夾具機構采用的夾緊裝置是螺旋夾緊機構:該類夾緊機構結構簡單,夾緊可靠,通用性大,故在機床夾具中得到廣泛應用。它的主要缺點是與液壓機構相比該機構在夾緊和松開工件時比較費時和費力； 單個螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按下列計算: = (N) 式中 ---原始作用力； ---作用力臂； ---螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑（mm）,其值視螺桿端部的結構形式而定，查表可得： ---螺桿端部與工件間的摩擦角； ---螺紋中徑之半； ---螺紋升角，查表可得； 經(jīng)計算的： =1250 =3250 經(jīng)校核，滿足強度和剛度要求。 夾具裝配圖: 見圖紙 夾具元件零件圖: 見圖紙 具體裝夾方式: 見圖紙 5. 確定夾具的主要尺寸,公差及技術要求 5.1 夾具總圖上應標尺寸,公差 (1).夾具的最大輪廓尺寸: 560mm ×280mm ×209mm； (2).定位鍵的定位表面精度及兩定位鍵的位置公差分別為0.8,； (3)夾具體定向槽與定向鍵的配合為20或； (4)輔助底板與定位元件的配合為18； (5) 輔助底板與止位銷的配合為。 5.2 夾具總圖應標注的技術條件 (1)夾具體的六個凸臺的表面粗糙度為1.6,平面度為0.01； (2)輔助底板的平行度公差為0.03/100； (3)夾具體與輔助底板的轉(zhuǎn)動是通過弧型槽實現(xiàn)的,弧型槽與固定定位銷的配合為。 6.總結 通過此次畢業(yè)設計，使我在資料的準備、設計的規(guī)劃、思維創(chuàng)新和自學能力等方面都有了較大的提高。并且在畢業(yè)前使個人能力有了一個飛躍。 設計期間，我多次到工廠參觀學習，對夾具的設計和工作用途有了較為深刻的認識，并熟悉了多種應用軟件，為這次畢業(yè)設計提供了較豐富的實踐經(jīng)驗。設計過程中，通過查找資料、方案設計、工藝分析、軟件應用（PRO/E、CAD、UG）等使得我對夾具的設計和圖紙的繪制有了更加深刻的認識和了解，為我今后工作學習提供了寶貴的經(jīng)驗。 鑒于本人的知識水平和實踐經(jīng)驗所限，在設計和裝配這套銑床夾具上存在有許多不足的地方，如夾緊機構的連動性、底板的強度、夾緊的穩(wěn)定性等方面都比較粗糙和不完善，懇請各位老師批評指正。 7.參考文獻 1 機床夾具設計手冊 上海科學技術出版社,1988 2 王啟平 機床夾具設計 哈爾濱工業(yè)大學出版社 1995 3 陶崇德, 葛鴻翰編. 機床夾具設計(第二版). 上?？茖W技術出版社 1989 4 職工大學機制專業(yè)教學研究會編.機床夾具.北京科學技術出版社 1985 5 李益民主編.機械制造工藝.機械工業(yè)出版社.1986 6 長春汽車制造廠工裝設計室編.機床設計原理.吉林人民出版社.1976 7. 林文渙、陳本通.機床夾具設計. 國防工業(yè)出版社，1987.8 8. 朱龍根.簡明機械設計手冊.機械工業(yè)出版社,1997.11 9. 方昆凡.公差與配合技術手冊.北京出版社,1983.6 10. 熊萬武.金屬切削機床夾具設計手冊.機械工業(yè)出版社, 1984.12 11.王先逵.機械制造工藝學.機械工業(yè)出版社,1995.11 12.中國紡織大學工程圖教研室.畫法幾何及工程制圖.上?？萍技夹g出版社，1997.5 13.金屬切削手冊(第二版) 上?？茖W技術出版社,1984.4 14金屬機械加工工藝人員手冊.上?？茖W技術出版社 8．致謝 在設計過程中,感謝曾一凡老師對我的論文不厭其煩的細心指點。曾一凡老師首先細致地為我解題；當我迷茫于眾多的資料時，他又為我提綱挈領，梳理脈絡，使我確立了本文的框架。論文寫作中，每周都得到曾一凡老師的指點。從框架的完善，到內(nèi)容的擴充；從行文的用語，到格式的規(guī)范，曾一凡老師都嚴格要求，力求完美。我再次為曾一凡老師的付出表示感謝。 此次論文的完成還與眾多老師在這四年對我的教導和幫助是分不開的。在此，一并感謝。 值此論文完成之際,我只能用拙筆來表達我誠摯的謝意和由衷的感謝之情,并祝愿多年來在學習、工作、生活等方面給予的關心支持和幫助的眾多領導、老師、同學身體健康、工作順利、萬事如意! 16