输出轴夹具课程设计说明书.doc

目 录前 言4一、 机床夹具设计基础知识5二、零件分析8三、定位方案分析9四、定位误差分析9五、夹紧方案的确定10六、夹紧结构设计10七、机床的选择11八、小结12九、参考资料13前 言机械制造工艺学课程设计是我们对机械制造工艺学这门课程的充分运用，通过这次的课程设计，我们可以将所学知识在实践中得到体现。如在对机械加工夹具设计过程中，对于夹具定位方案的分析、夹紧方案的分析，以及对夹具结构的设计都使我们得到了实践的锻炼。 在实际的设计过程中，对加工要求进行分析，设计了几种方案，其中也遇到了很多的问题，如是否符合基本的定位要求，夹具的结构是否合理，所设计的夹具是否经济等等，带这些问题筛选方案，最终设计了本次的方案，解决问题的过程也是我们学习的过程。总之这是一次我们运用所学知识的解决实际问题的一次练习。 在设计过程中或许也还存在着许多缺陷，可能会有考虑不周甚至错误之处，希望老师指正，以便我们得到更好的进步。一、 机床夹具设计基础知识 在机械制造的各个加工工艺工程中，必须使工件在工艺系统中处于正确的位置，以保证加工质量，并提高生产效率。把为了使工件处于正确位置上所使用的各种工艺装备称为夹具，如检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。在机床上对工件进行切削加工时，为了保证加工精度，必须正确地安放工件，使工件相对于刀具和机床占有正确的位置，这一过程称为“定位”。为了保证这个正确位置在加工过程中稳定不变，应该对工件施加一定的夹紧力，这个过程称为“夹紧”。这两个过程总称为“安装”。在机床上实现安装过程的工艺装备，就是“机床夹具”。 机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广泛的是通用夹具，如车床上用的三爪自定心卡盘和铣床上用的平口虎钳等。这类夹具的规格尺寸已经标准化，由专业厂家进行生产。而用于批量生产，专门为工件某加工工序服务的专用夹具，则必须由各个制造厂自行设计制造。 由于专用夹具的设计制造在很大程度上影响加工质量、生产率、劳动条件和生产成本，因此，它是各机械制造厂新产品投资、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作，也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识。（1）机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用： 保证工件的加工精度，稳定产品质量 夹具在机械加工中的基本作用就是保证工件的相对位置精度。由于采用了能直接定位的夹具，因此，可以准确地确定工件相对于道具和机床切削成形运动中的相互位置关系，不受或者少受各种主观因素的影响，可以稳定可靠地保证加工质量。 提高劳动生产率和降低加工成本 提高劳动生产率，降低单件时间定额的主要技术措施是增大切削用量和压缩辅助时间。采用机床夹具，既可以提高工件加工时的刚度，有利于采用较大的切削用量，又可以省去划线找正等工作，使安装工作的辅助工时大大减小，因此能显著地提高劳动生产率和降低成本。 改善工人劳动条件采用夹具后，工件的装卸显然比不用夹具方便、省力、安全。使用专用夹具安装工件，定位方便、迅速，夹紧可采用增力、机动等装置，因此可以减轻工人的劳动强度。还可设计保护装置，确保操作者安全。 在流水线生产中，便于平衡生产节拍 工艺工程中，当某些工件所需要工序时间特别长时，可以采用多工位或高效夹具等，以提高生产效率，使生产节拍能够比较平衡。（2）机床夹具分类 专用夹具 专用夹具是针对某一种工件的一定工序而专门设计的。因为不需要考虑通用性，所以夹具可以设计得结构紧凑、操作方便。还可以按需要采用各种省力机构、动力装置、分度装置等。因此，此类夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产率。但是，由于这类夹具的专用性很强，并且设计和制造周期较长，制造费用也较高，当产品变更时，往往因无法再使用而报废。因此，这类夹具主要在产品固定和工艺稳定的较大批量生产中应用。 可调式夹具 可调式夹具的特点是：加工完一种零件后，通过调整或更换夹具中的个别元件，即可加工形状相似、尺寸和加工工件相近的多种零件。 可调式夹具又可以分为通用可调夹具和专用可调夹具。通用可调夹具如滑柱式钻模等，使用范围较大。专门化可调夹具常称为成组夹具，通常配合成组技术，用于装夹和加工一组结构与工艺相似的工件。因为这类夹具是在专门夹具基础上少量更换或调整夹具元件，所以只能到达有限目标的通用化。即使这样，也极大提高了专用夹具在多品种、中小批量生产中使用的经济性。 专门化拼装夹具 专门化拼装夹具是针对其工件的特定工序加工要求，由实现制造好的通用性较强的标准化元件和部件拼装组成。从这个特点来看，这类夹具具有很大的通用性，但同时又是为某一种特定工序而专门拼装的夹具。因此，这类夹具又具有专门夹具的优点。自动化生产用夹具 自动化生产用夹具主要是自动线上所使用的夹具。基本上分为两类：一类是固定式夹具，它与一般专用夹具相似；一类是随行夹具，它除了具有一般夹具所担负的安装工件任务外，还担负着沿自动线输送工件的任务，即随着工件从一个工位移动到下一个工位。故称为“随行夹具”。属于自动化生产夹具的还有数控机床夹具。（3）夹具设计的特点和基本要求 夹具设计的特点 针对性强。设计人员必须全面掌握工艺和生产现场的实际情况。专用夹具是为某零件的某道工序设计的，设计人员必须全面了解和掌握产品零件的要求，工艺工程的安排以及所使用的机床、刀具，辅具的具体情况才可能提出合理可行的最佳方案，确定最合理的定位、夹紧装置。保证加工质量和劳动生产率是夹具设计的两项主要任务，而保证加工质量又是第一位的。因此，设计时应重点把住定位方案的确定和精度分析这两道关。对于制造精度要求不高的零件，其夹具设计应该重点保证提高劳动生产率和改善劳动条件。 夹紧机构对整个夹具结构起决定性作用。夹紧装置的结构形式和种类很多，选用的灵活性很大，特别是夹紧装置中力源及传动机构的设计对夹具结构影响最大。因此，在同样能保证工序要求的情况下，每个人设计的结构可能大不相同。而不同复杂程度的夹具在不同的生产规模条件下其经济效果也不一样，设计人员必须使自己的设计和生产规模相适应，不可片面追求高精度而忽视了经济性。夹具的制造多属于单件生产。因此，设计时应考虑采用组合加工，修配和调整等措施来保证夹具的制造精度，尽可能地考虑设置修配和调整环节，而不能完全依靠用完全互换的办法保证制造精度。 设计周期短，一般不进行强度刚度计算。夹具设计是直接为产品生产服务的生产技术准备工作，其设计周期要求短，因此设计时多采用参照法或是凭经验确定的办法来保证受力件的强度和刚度，通常不进行详细计算，有时采用简便公式或用图表作为设计参考。要注意的是在设计一些具有较高精度的夹具时，应该对定位精度、夹紧力等进行必要的计算和分析。设计的基本要求 夹具设计的原则是经济和实用，它可以概括为“好用、好造、好修”这六个字，其中好用是主要的，但好用也必须以不脱离生产现场的实际制造和维修水平为前提。具体要求为： (a)夹具的结构应与其用途和生产规模相适应，正确处理好质量、效率、方便性与经济性四者的关系。 (b)保证工件精度。 (c)保证使用方便，要便于装卸、便于夹紧、便于测量、便于观察、便于排屑排液、便于安装运输，保证安全第一。 (d)注意结构工艺性，对加工、装配、检验和维修等问题应全面考虑，以降低制造成本。二、零件分析输出轴主要应用在动力输出装置中，是输出动力的主要零件之一。其主要作用是传递转矩，使主轴获得旋转的动力，其工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩。因此，该零件需具有足够的耐磨性和抗扭强度。 本课程设计的课题是设计钻法兰面10-20孔的钻孔夹具。该孔的加工工序需要的定位表面均已经加工完成，本工序需要保证尺寸包括孔距75外圆中心轴的尺寸为140和孔中心线对中心轴位置度为0.03，且孔轴线需垂直于端面。需限制的自由度包括X直线方向与转动方向自由度，以及Y轴直线方向以及转动方向自由度。三、定位方案分析1、定位方案一： 176端面和80内孔圆柱销定位。端面限制自由度有Z轴直线方向自由度，内孔圆柱销限制X轴直线方向与转动方向以及Y轴直线方向与转动方向自由度。2、定位方案二： 176端面和75外圆柱面定位， 80内孔圆柱销导向。 端面限制自由度有Z轴直线方向自由度，外圆柱面限制X轴直线方向与转动方向以及Y轴直线方向与转动方向自由度。其中定位方案一的基准轴线为80内孔中心轴，与工艺要求不一致，而方案二的的定位方案与要求符合，故选用方案二定位。四、定位误差分析尺寸140的定位误差分析：工序基准为75外圆柱中心轴，与定位基准一致，不存在基准不重合误差，下面计算基础位置误差。 该工序的定位误差要求为孔中心轴与75轴中心轴的位置度为0.05。当工件75圆柱的直径最小且夹具孔径最大时，中心轴会出现最大偏差，此时的偏移量为经过计算，方案二中的尺寸和精度满足加工要求。五、夹紧方案的确定 对工件夹紧装置要满足以下要求：1、 在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置2、 夹紧力大小适当3、 夹紧装置应操作简便、省力、安全。4、 夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与批量生产和生产方式相适应。在夹紧方案中夹紧力的作用方向应该有利于工件的准确定位、尽量与工件刚度大的方向一致、尽量与切削力、重力方向一致。夹紧力作用点应正对支承原件或位于支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变；夹紧力左右点应处于工件钢性较好的部位，以减小工件夹紧变形；夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对于工件造成的翻转力矩。六、夹紧结构设计 图1 图2 图3 夹具三维效果（紧固件未画出）图1、图2分别为夹具装配后的前视图与俯视图，图3为夹具三维效果图（紧固件未画出）。该夹具的底座通过T型螺栓与机床的工作台连接固定，在底座下加垫两个等高块便于排屑。加工时将工件大端面朝下，通过辅助导向定位块定位，再将钻模板套在工件的轴颈，用定位销确定钻模板的方向，放平后锁紧螺栓，通过U型压块将钻模板、工件、底座固定在一起（U型压块尽量向中心靠近）七、机床的选择根据工件装夹后的总体尺寸以及加工工序要求，可选择Z3050摇臂钻床作为加工机床，其具体参数如下：最大钻孔直径    50mm主轴中心至立柱母线距离 360-1860mm主轴端面至底座工作面距离 260-1050mm主轴行程 350mm主轴圆锥孔 莫氏5号主轴转速12级r/min28，47，66，90，130，180，240，340，470，650，930，1300主轴进给量6级r/min 0.06，0.16，0.22，0.25，0.35，0.56主轴允许最大进给抗力 16000N主电机功率 4.0kw摇臂升降电机功率 1.5kw由于工件结构特性，若直接采用钻床加工，机床主轴将会与工件发生干涉，因此需要采用钻头接杆图3与变径套将锥柄钻刀与机床主轴连接，可避免干涉现象，保证加工安全。图3 钻头接杆八、小结在这次课程设计的过程中，经过了几周的努力，遇到了许多困难，参考了实际生产中相似工件加工采用的夹具，设计了几套的方案，最终基于实用与经济简单的考虑，采用了当前的这套夹具方案。在设计过程中，遇到了许多的困难，比如这一次又一次设计方案的修改，都暴露了前期我在这方面的不足，知识的欠缺以及经验的短板都让我有深刻的体会。在机械加工的过程中，夹具的使用相关广泛，夹具对于提高效率，提高产品质量起到了非常重的作用。如果定位元件或者夹具方案没有选好，就会导致加工出的工件零件报废。这就要求我们在设计的过程要细心，这也是我们将来从事工作所最基本的要求。总体来说，我觉得做这种类型的课程设计对我们有很大的帮助，它需要我们将学过的相关知识系统都联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进。九、参考资料1、王先逵 机械制造工艺学 机械工业出版社 2006.12、李军 互换性与测量技术基础 华中科技大学出版社 2009.63、张耀宸 机械加工工艺设计手册 航空工业出版社 1978.124、王宛山 机械制图手册 辽宁科学技术出版社 2002.35、徐景华 紧固件产品选用手册 中国标准出版社 2010.4