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大學(xué)
課程設(shè)計（論文）
題 目
對合螺母座工藝及銑E面夾具設(shè)計
所屬系部
所屬專業(yè)
機(jī)械設(shè)計與制造
所屬班級
學(xué) 號
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
起訖日期
目 錄
1 機(jī)床夾具概述 3
2被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制定工序的加工要求 6
3定設(shè)計方案的討論 8
4 切削力及夾緊分析計算 9
5 誤差分析與計算 12
6對刀裝置設(shè)計 13
7 夾具操作步驟分析和可靠性預(yù)測 13
8.編寫主要夾具非標(biāo)準(zhǔn)零件的加工工藝規(guī)程 14
9總結(jié) 15
10 參考文獻(xiàn) 15
1 機(jī)床夾具概述
設(shè)計的是銑床夾具，目的是銑E面；夾具回轉(zhuǎn)180°銑F面，
其中用到的設(shè)備為臥式銑床X6132，生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批生產(chǎn)。
在對工件進(jìn)行機(jī)械加工時，為了保證加工的要求，首先要使工件相對道具及機(jī)床有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動。因此，在進(jìn)行機(jī)械加工前，先要將工件裝夾好。
機(jī)床夾具的組成
1、定位裝置 其作用是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。
2、夾緊裝置 其作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力（切削力等）作用時不離開已經(jīng)占據(jù)的正確的正確位置。
3、對刀或?qū)蜓b置 其作用是確定刀具相對定位元件的正確位置。
X、連接原件 其作用是確定夾具在機(jī)床上的正確位置。
5、夾具體 夾具體是機(jī)床夾具的基礎(chǔ)件，通過它將夾具的所有元件連接成一個整體。
6、其他元件或裝置 是指家家具中因特殊需要而設(shè)置的元件或裝置。根據(jù)加工需要，有些夾具上設(shè)置分度裝置、靠模裝置；為能方便、準(zhǔn)確定位，常設(shè)置預(yù)定位裝置；對于大型夾具，常設(shè)置吊裝元件等。
以上各組成部分中，定位元件、夾緊裝置和夾具體是機(jī)床夾具的基礎(chǔ)組成部分。
機(jī)床的分類
機(jī)床夾具種類繁多，可以從不同的角度對機(jī)床夾具進(jìn)行分類。
按夾具的使用特點(diǎn)可分為：通用夾具，專用夾具，可調(diào)夾具，組合夾具，
拼裝夾具。
按使用機(jī)床可分為：車床夾具，銑床夾具，鉆床夾具，鏜床夾具，齒輪機(jī)床夾具，數(shù)控機(jī)床夾具，自動機(jī)床夾具，自動線隨行夾具以及其他機(jī)床夾具。
按夾緊的動力源可分為：手動夾具，氣動夾具，液壓夾具，氣液增力夾具，電磁夾具以及真空夾具等。
工件的裝夾方法
工件裝夾的方法有兩種：
將工件直接裝夾在機(jī)床的工作臺或花盤上
將工件裝夾在家具上
采用第一種方法裝夾的效率低，一般要求先按圖紙要求在工件的表面上劃線，劃出加工表面的尺寸和位置，裝夾時，用劃針或面分表找正后再夾緊。一般用于單件和小批生產(chǎn)。批量較大時，都采用夾具裝夾工件。
采用夾具裝夾工件有如下優(yōu)點(diǎn)：
a、保證加工精度，穩(wěn)定加工質(zhì)量
b、縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率
c、擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多能”
d、改善工人的勞動條件，降低生產(chǎn)成本
工件在夾具中的定位
（1）工件的定位的基本原理
l 六點(diǎn)定則
用合理分布的六個支承點(diǎn)限制工件的六個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定，稱為“六點(diǎn)定位原則”，簡稱“六點(diǎn)定則”。
六點(diǎn)定則是工件定位的基本法則，用于實(shí)際生產(chǎn)時，起支承點(diǎn)作用的是一定形狀的幾何體，這些用來限制工件自由度的幾何體就是定位元件。
l 限制工件自由度與加工要求的關(guān)系
工件定位時，影響加工要求的自由度必須限制；不影響加工要求的自由度，有時要限制，有時可不限制，視具體情況而定。習(xí)慣上，工件的六個自由度都限制了的定位稱為完全定位，工件限制的自由度少于六個，但能保證加工要求的定位稱為不完全定位。
在工件定位時，以下情況允許不完全定位：
a． 加工通孔或通槽時，沿貫通軸的位置自由度可不限制。
b． 毛坯（本工序加工前）是軸對稱時，繞對稱軸的角度自由度可不限制。
c． 加工貫通的平面時，除可不限制沿兩個貫通軸的位置自由度外，還可不限制繞垂直加工面的軸的角度自由度。
夾具上的定位元件重復(fù)限制工件的同一個或幾個自由度的定位稱為重復(fù)定位。重復(fù)定位分兩種情況：當(dāng)工件的一個或幾個自由度被重復(fù)限制，并對加工產(chǎn)生有害影響的重復(fù)定位，稱為不可用重復(fù)定位。它將造成工件定位不穩(wěn)定，降低加工精度，使工件或定位元件產(chǎn)生變形，甚至無法安裝和加工。因此，不可用重復(fù)定位是不允許的。 當(dāng)工件的一個或幾個自由度被重復(fù)限制，但仍能滿足加工要求，即不但不產(chǎn)生有害影響，反而可增強(qiáng)工件裝夾剛度的定位，稱為可用重復(fù)定位。在生產(chǎn)實(shí)際中，可用重復(fù)定位被大量采用
基準(zhǔn)、對定位元件的基本要求
定位基準(zhǔn)的選擇
定位基準(zhǔn)的選擇，應(yīng)盡量使工件的定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)相重合；盡量用精基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)；遵守基準(zhǔn)統(tǒng)一原則；應(yīng)使工件安裝穩(wěn)定，加工中所引起的變形最??；應(yīng)使工件定位方便，夾緊可靠。
對定位元件的基本要求
足夠的精度、足夠的強(qiáng)度和剛度、耐磨性好、工藝性好、便于清理切削。
（2）工件定位方式及其定位元件
a.工件以平面定位。工件以平面作為定位基準(zhǔn)時，所用定位元件一般可分為主要支承和輔助支承。主要支承用來限制工件的自由度，具有獨(dú)立定位的作用。輔助支承用來加強(qiáng)工件的支承剛性，不起限制工件自由度的作用。
b.工件以圓柱孔定位。工件以圓柱孔為定位基準(zhǔn)，如套類、齒輪、撥叉等。此種定位方式所用的定位元件有圓柱定位銷、定位心軸和圓錐定位銷等。
c.工件以外圓柱面定位。工件以外圓柱面定位時，常用的定位元件有：V形塊、定位套和半圓套。
定位誤差的分析
造成定位誤差的原因有兩個：一是定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，由此產(chǎn)生
基準(zhǔn)不重合誤差△b；二是定位基準(zhǔn)與限制位基準(zhǔn)不重合，由此產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差△y 。
基準(zhǔn)不重合誤差△b是一批工件逐個在夾具上定位時，定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合而造成的加工誤差，其大小為定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影?；鶞?zhǔn)位移誤差△y是一批工件逐個在夾具上定位時，定位基準(zhǔn)相對于限位基準(zhǔn)的最大變化范圍在加工尺寸方向上的投影
夾緊裝置的組成
(1)夾緊裝置的種類繁多，綜合起來其結(jié)構(gòu)均由兩部分組成。
動力裝置 產(chǎn)生夾緊力。動力裝置是產(chǎn)生原始作用力的裝置。按夾緊力的來源，夾緊分手動夾緊和機(jī)動夾緊。手動夾緊是靠人力；機(jī)動夾緊是采用動力裝置。常用的動力裝置有液壓裝置、氣動裝置、電磁裝置、電動裝置、氣-液聯(lián)動裝置和真空裝置等。
夾緊裝置 傳遞夾緊力。動力裝置所產(chǎn)生的力或人力要正確地作用到工件上，需有適當(dāng)?shù)膫鲃訖C(jī)構(gòu)。傳遞機(jī)構(gòu)是把原動力傳遞給夾緊裝置。它由兩種構(gòu)件組成，一是接受原始作用力的構(gòu)件，二是中間傳力機(jī)構(gòu)。
(2)、夾緊裝置的設(shè)計要求
夾緊裝置的設(shè)計和選用是否正確，都保證工件的精度、提高生產(chǎn)率和減輕工人勞動強(qiáng)度有很大的影響。因此，夾緊裝置應(yīng)滿足以下要求：
夾緊過程中，不能破壞工件在定位時所處的正確位置。
b.夾緊力的大小適當(dāng)。保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，夾緊可靠牢固，振動小，又不超出允許的變形。
c.夾緊裝置的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。工件生產(chǎn)批量越大，越應(yīng)設(shè)計較復(fù)雜、效率較高的夾緊裝置。
d.具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。力求簡單，便于制造維修，操作安全方便，并且省力。
2被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制定工序的加工要求
利用本夾具主要用來銑E面；夾具回轉(zhuǎn)180°銑F面，
為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時，應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
可根據(jù)零件的工藝路線：
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
1
鑄
鑄造毛坯（兩件合一）
2
熱處理
時效處理
3
刨
1. 粗、半精刨燕尾槽；
2. 粗、半精刨D面
牛刨
4
銑
1. 銑E面；
2. 夾具回轉(zhuǎn)180°銑F面
臥式銑床
5
車
1. 粗、精車M面；
2. 鉆、擴(kuò)Ф38（留余量）；
3. 調(diào)頭粗、精車N面
臥式銑床
6
鉆
1. 鉆孔Ф7锪錐孔Ф11；夾具回轉(zhuǎn)180°鉆另一孔Ф7锪錐孔11；
2. 鉆、擴(kuò)、鉸2-Ф12H7
鉆床
7
銑
切割，控制尺寸4
臥式銑床
8
鉗
去毛刺
9
檢
檢驗(yàn)
10
磨
磨燕尾槽（兩件合一）
磨床
11
磨
磨Ф38H7（兩件合一）
內(nèi)圓磨床
12
檢
總檢
13
清洗、入庫
零件有兩個以加工平面，故可用擋板對其定位，另外零件還有兩個燕尾槽，零件總體尺寸相對較小和具有一定的對稱性。
1） 研究工藝過程，分析該工序所加工的部位、加工要求、定位夾緊部分和前后加工工序的關(guān)系等。
工藝過程見機(jī)械加工過程卡片。該工序?yàn)殂妰啥嗣婵?。因此可以用彈簧擋板對其定位，這樣可以減少誤差。另外零件還有兩個燕尾槽因此可以用相應(yīng)的擋板對其進(jìn)行定位。夾緊可以通過活動擋板對其進(jìn)行壓緊。
根據(jù)工藝路線可知，加工銑E面；夾具回轉(zhuǎn)180°銑F面加工之前，只加工了粗、半精刨燕尾槽；粗、半精刨D面。所以設(shè)計夾具的時候要選擇精基準(zhǔn)的時候只能選擇燕尾槽面或D面作為精基準(zhǔn)，此時零件的形狀如下圖。
3定設(shè)計方案的討論
由零件圖可知：加工銑E面；夾具回轉(zhuǎn)180°銑F面加工之前，只加工了粗、半精刨燕尾槽；粗、半精刨D面。因此，定位、夾緊方案有：
方案Ⅰ：選底平面、和側(cè)面定位夾緊方式用操作簡單，通用性較強(qiáng)的活動V型塊來夾緊。
方案Ⅱ：選一面兩銷定位方式，2面用擋銷，夾緊方式用操作簡單，通用性較強(qiáng)的移動壓板來夾緊。
分析比較上面二種方案：方案Ⅱ中的定位是不正確的，擋銷的位置是固定，且定位與夾緊應(yīng)分開，因夾緊會破壞定位。
通過比較分析只有方案Ⅰ滿足要求，從而保證其尺寸公差要求。
開始設(shè)計是直接用夾具體作為定位面，用久后磨損會造成大的誤差，兩端沒有做成活動的，這樣不好安裝，后來改成可以單獨(dú)使用的零件，這樣可以壞掉及時更換，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。
為了使定位誤差達(dá)到要求的范圍之內(nèi)，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。
4 切削力及夾緊分析計算
刀具：面銑刀（硬質(zhì)合金）
刀具有關(guān)幾何參數(shù)：
由參考文獻(xiàn)[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式：
有：
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(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，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以
由計算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
夾緊力的確定
夾緊力方向的確定
夾緊力應(yīng)朝向主要的定位基面。
夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向。
(1) 夾緊力作用點(diǎn)的選擇
a. 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)。
b. 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位上，這樣可以防止或減少工件變形變形對加工精度的影響。
c. 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面。
(3)夾緊力大小的估算
理論上確定夾緊力的大小，必須知道加工過程中，工件所受到的切削力、離心力、慣性力及重力等，然后利用夾緊力的作用應(yīng)與上述各力的作用平衡而計算出。但實(shí)際上，夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機(jī)構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)。而且，切削力的大小在加工過程中是變化的，因此，夾緊力的計算是個很復(fù)雜的問題，只能進(jìn)行粗略的估算。
估算的方法：一是找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需的夾緊力；二是只考慮主要因素在力系中的影響，略去次要因素在力系中的影響。
估算的步驟：
a.建立理論夾緊力FJ理與主要最大切削力FP的靜平衡方程：FJ理=Ф (FP)。
b.實(shí)際需要的夾緊力FJ需，應(yīng)考慮安全系數(shù)，F(xiàn)J需=KFJ理。
c.校核夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力FJ是否滿足條件：FJ>FJ需。
夾具的夾緊裝置和定位裝置
夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。
僅僅定好位在大多數(shù)場合下，還無法進(jìn)行加工。只有進(jìn)而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾緊裝置對工件進(jìn)行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù)。
夾緊裝置的基本任務(wù)是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動和震動，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時工件的定位是在夾緊過程中實(shí)現(xiàn)的，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。
一般夾緊裝置由動源即產(chǎn)生原始作用力的部分。夾緊機(jī)構(gòu)即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分。他包括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件。
考慮到機(jī)床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時的具體切削量決定采用手動夾緊。
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機(jī)構(gòu)組成復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)來夾緊工件。是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機(jī)構(gòu)。
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋，實(shí)際上相當(dāng)于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動時所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件的。不過這里上是通過轉(zhuǎn)動螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來夾緊的。
典型的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：
（1）結(jié)構(gòu)簡單；
（2）擴(kuò)力比大；
（3）自瑣性能好；
（4）行程不受限制；
（5）夾緊動作慢。
夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動裝置和夾緊元件合二為一。力源為機(jī)動夾緊，通過螺栓夾緊移動壓板。達(dá)到夾緊和定心作用。
工件通過定位銷的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn)，通過螺栓夾緊移動壓板，實(shí)現(xiàn)對工件的夾緊。并且移動壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動壓板，通過精確的圓弧定位，實(shí)現(xiàn)定心。此套移動壓板制作簡單，便于手動調(diào)整。通過松緊螺栓實(shí)現(xiàn)壓板的前后移動，以達(dá)到壓緊的目的。壓緊的同時，實(shí)現(xiàn)工件的定心，使其定位基準(zhǔn)的對稱中心在規(guī)定位置上。
查參考文獻(xiàn)[5]1～2～26可知螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有：
式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件
由表得：原動力計算公式
即：
由上述計算易得：
由計算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
5 誤差分析與計算
為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻(xiàn)[5]可得：
⑴定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
6對刀裝置設(shè)計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠(yuǎn)些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進(jìn)方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負(fù)荷，加強(qiáng)夾具在加工中的穩(wěn)固性。
7 夾具操作步驟分析和可靠性預(yù)測
如前所述，應(yīng)該注意提高生產(chǎn)率，但該夾具設(shè)計采用了手動夾緊方式，在夾緊和松開工件時比較費(fèi)時費(fèi)力。由于該工件體積小，經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋夾緊機(jī)構(gòu)）。這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用。
此外，當(dāng)夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整換取。
優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性高，夾具體積小，易于在車床上安裝與拆卸。
缺點(diǎn)：對車床的適應(yīng)性低，沒有凸臺，車削的面積大，用久后夾具磨損會使定位誤差增大。
夾具的主要零件技術(shù)要求的分析。
夾具體：鑄件不允許有裂紋、氣孔、沙眼、疏松。幾個重要面的平行度和垂直度要保證。
8.編寫主要夾具非標(biāo)準(zhǔn)零件的加工工藝規(guī)程
零件名稱：夾具體 材料：HT200 生產(chǎn)綱領(lǐng)：單個 單位：mm
工序號
工序名稱
工序內(nèi)容
設(shè)備
1
鑄
鑄造毛坯
2
熱處理
時效處理
3
銑
1. 銑底面
2. 銑與定位鍵配合的面
臥式銑床X6132
4
銑
銑上表面各個小凸臺
立式銑床X52K
5
銑
銑夾具體兩側(cè)U型槽
立式銑床X52K
6
鉆
1. 鉆M8底孔Φ6.8
2. 鉆兩M6底孔Φ5
3. 鉆兩M5底孔Φ4.2
4. 鉆Φ10孔
5. 鉆四個Φ5孔
6. 鉆兩Φ6銷孔
鉆床
7
攻螺紋
1. 攻兩M8
2. 攻兩M6
3. 攻兩M5
鉆床
8
鉗
去毛刺
9
檢
檢驗(yàn)
10
檢
總檢
11
清洗、入庫
清洗、入庫
9總結(jié)
通過為期一個半星期的課程設(shè)計使我加深了對機(jī)械制造基礎(chǔ)這一門課程實(shí)用性的理解，也是我明白了工廠里面工人操作流程，對于一個產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，加工工藝規(guī)程，我有了一些粗層次的了解，我認(rèn)為出去以后當(dāng)我看到那一張張工序卡片，工藝卡片，我一定能看懂它，感謝有這樣一次機(jī)會！感謝我們團(tuán)體成員為這次課程設(shè)計所付出的辛勤努力，以及傅老師的指導(dǎo)。
10 參考文獻(xiàn)
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[5] 鄒青.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程.機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
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