290 拖拉機(jī)后橋半軸套車削加工夾具設(shè)計(jì)
290 拖拉機(jī)后橋半軸套車削加工夾具設(shè)計(jì),拖拉機(jī),后橋,軸套,車削,加工,夾具,設(shè)計(jì)
產(chǎn)品型號 BZK01 零件圖號 33431A102江西農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī) 械 加 工 工 序 卡 產(chǎn)品名稱 半軸殼 零件名稱 半軸殼 共 1 頁 第 1 頁車 間 工序號 工序名稱 材料牌號大金工 X2 銑端面 QT400—15毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 每臺件數(shù)鑄造件 313xф168 1 1設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時(shí)加工件數(shù)立式銑床 X53T 1夾 具 編 號 夾 具 名 稱銑床專用夾具 切削液工序工時(shí)準(zhǔn)終 單件13220min工步工時(shí)工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備主軸轉(zhuǎn)速(r/min)切削速度(m/min)進(jìn)給速度(mm/r)切削量(mm)進(jìn)給次數(shù) 機(jī)動min輔助minX2-1 車左端面 普通車刀、滿足粗糙度 6。3 1440 0．2669 0．093 2 3 4 4X2-2 車右端面 普通車刀、 1440 0．320280.093 3 3 4 2X2-3 車兩外圓 普通車刀 1440 。 。 。 。 。 。 0.093 3 3 3 3X2-4 車兩大端面 普通車刀 1440 。 。 。 。 。 。 。 0．050 3 3 3 3設(shè)計(jì)（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會簽（日期） 校對（日期）標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標(biāo)記 更改文件號 簽字 日期 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院課題名稱: 拖拉機(jī)后橋半軸套車削加工夾具設(shè)計(jì) 課題類型： 設(shè) 計(jì) 應(yīng) 用 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級： 機(jī)制 052 班 姓 名： 黃 閣 鋒 指導(dǎo)老師： 曾 一 凡 2009 年 5 月目 錄前言……………………………………………………………1設(shè)計(jì)題目………………………………………………………21 工件加工工藝分析…………………………………………32 夾具結(jié)構(gòu)方案的確定………………………………………32.1 定位方案選擇及定位元件設(shè)計(jì)………………………………32.2 夾緊方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………52.2.1 夾具與工件的夾緊方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………62.2.2 夾具與機(jī)床的加緊方案選擇及加緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………63 加緊機(jī)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算………………………………………73.1 切削力的計(jì)算…………………………………………………73.2 加緊力的計(jì)算…………………………………………………83.2.1 三抓卡盤夾緊力的計(jì)算……………………………………83.2.1.1 理論夾緊力可用如下公式計(jì)算…………………………93.2.1.2 安全系數(shù) K 的計(jì)算………………………………………93.2.2 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)夾緊力的計(jì)算………………………………93.3 定位誤差的計(jì)算………………………………………………104 確定夾具的主要尺寸、公差和技術(shù)要求…………………114.1 夾具總圖上應(yīng)標(biāo)尺寸，公差…………………………………11附錄結(jié)束語參考資料機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)1前 言夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。高精：隨著機(jī)床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。德國 demmeler(戴美樂 )公司制造的 4m 長、2m 寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在 5μm 以內(nèi)；夾具重復(fù)安裝的定位精度高達(dá)±5μm。機(jī)床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機(jī)械制造企業(yè)。誠然，為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟(jì)性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。高效：為了提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時(shí)間，各種快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用 1~2 秒，夾具結(jié)構(gòu)簡化，為機(jī)床進(jìn)行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機(jī)床上安裝與調(diào)整夾具的時(shí)間，瑞典 3R 夾具僅用 1 分鐘，即可完成線切割機(jī)床夾具的安裝與校正。模塊、組合：模塊化設(shè)計(jì)為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD 技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，為用戶三維實(shí)體組裝夾具。組合夾具分會與華中科技大學(xué)合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實(shí)現(xiàn)夾具設(shè)計(jì)與服務(wù)的通用化、遠(yuǎn)程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。通用、經(jīng)濟(jì)：夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性好。德國 demmeler(戴美樂 )公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強(qiáng)，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用才有推廣應(yīng)用的價(jià)值。 本設(shè)計(jì)也是遵循以上夾具技術(shù)的發(fā)展方向，圍繞高效、通用、經(jīng)濟(jì)而進(jìn)行機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)題目由拖拉機(jī)半軸套零件圖可知零件的基本結(jié)構(gòu)和加工要求。該工件鑄成后（鑄件圖參見附錄）需車削四個(gè)端面和兩個(gè)外圓，并滿足各端面的平面度和垂直度的要求及兩外圓的同軸度要求,為后期加工提供較好的定位基準(zhǔn)。車削后需銑削三個(gè)端面，其中兩個(gè)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圖中的要求。端面車削好后需對兩個(gè)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(jìn)行定位。加工該零件的夾具設(shè)計(jì)由謝李華、朱敏芳及本人組成的三人小組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。其中本人負(fù)責(zé)車床夾具的設(shè)計(jì)。圖（一）是拖拉機(jī)半軸套車削的工序圖，該零件是中批量生產(chǎn)，現(xiàn)要求設(shè)計(jì)車削該零件四個(gè)端面和兩外圓的車床夾具。其中兩端面和外圓的粗糙度要求是 6.3，另外兩端面的粗糙度要求是 3.2，兩外圓的直徑分別是 mm 和85f?mm。且應(yīng)保證圖中的相應(yīng)面的平面度和垂直度及兩外圓的同軸度的要618g?求。機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)3圖（一）具體步驟如下：1 工件的加工工藝分析按照常規(guī)的車削方法先車端面再車外圓。其中端面粗糙度要求為 6.3 的兩端面比較容易完成，可通過粗車完成。粗糙度要求為 3.2 的兩端面因?yàn)橛衅矫娑?0.06mm 和垂直度 0.08mm 的要求，所以需在完成車外圓后才能加工出來。兩外圓的尺寸分別為 mm 和 mm，且還有同軸度 0.1mm 的要求，所85f?61g以最好是在一次裝夾中完成以滿足該精度的要求。但考慮到加工可取性，本人選擇了兩次加工完成，詳解后續(xù)。另外為了配合該零件的后期鉆孔加工，對 F平面有一個(gè)平面度為 0.06mm 的要求?；谝陨暇纫?，再結(jié)合零件圖上個(gè)各尺寸要求的工序基準(zhǔn)，初步把整個(gè)加工工藝工程表示成下表步驟順序 步驟內(nèi)容 保證的尺寸1 車左端面 粗糙度 6.32 車右端面 粗糙度 6.3，平面度 0.06mm，零件長度 313mm3 車左外圓 mm，同軸度 0.1mm85f?4 車右外圓 mm，同軸度 0.1mm61g5 車左大端面 粗糙度 3.2，平面度 0.06mm，垂直度 0.08mm6 車右大端面 粗糙度 3.2，平面度 0.06mm，垂直度 0.08mm2 夾具結(jié)構(gòu)方案的確定2.1 定位方案選擇及定位元件設(shè)計(jì)該零件是個(gè)不規(guī)則的零件，要對其兩端面進(jìn)行加工，必須的選好定位元件，仔細(xì)觀零件的結(jié)構(gòu)，如果對零件的外面進(jìn)行定位，很難做到想得到的結(jié)果，即使得可以得到結(jié)果，那也很繁瑣，夾具也講究效率、經(jīng)濟(jì)。所以結(jié)合零件結(jié)構(gòu)，機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)4只有在零件內(nèi)部進(jìn)行定位裝夾，方法才能簡單可靠。如此，我們可以得到以下方案。方案一：對套類零件，為了簡化定心定位裝置，常常采用剛性心軸作為定位元件。因?yàn)楣ぜ亩嗣孢€未加工故不能用帶有凸肩的心軸，即在夾緊裝置的設(shè)計(jì)上不能使用拉桿。而工件的內(nèi)孔直徑呈中間大兩頭小分布，所以只能靠兩端的小孔來定位并通過與圓孔的過盈配合來夾緊。示意圖如圖（二） 。限定工件六個(gè)自由度。心軸上的鍵是用來傳遞扭矩，帶動工件和車床主軸一起轉(zhuǎn)動。心軸左端用于與雞形夾抓緊。同時(shí)其軸心線也是夾具體和車床定位的一個(gè)基準(zhǔn)。圖（二）如此設(shè)計(jì)則可在一次裝夾完成上述對工件各端面和外圓的加工。但由于定位基準(zhǔn)是兩端的內(nèi)壁且夾緊是通過過盈配合，所以雖然該心軸的定位精度高但裝卸工件麻煩，生產(chǎn)效率較低。且由于工件為鑄件，內(nèi)壁精度很低，容易引起夾緊不可靠。方案二：用螺絲來代替夾緊，在車左端面方面，裝夾不用螺母、墊圈和左邊的錐套固定，因?yàn)槿绻米筮叺腻F套固定，那么錐套將會復(fù)蓋一部分在端面，使左端機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)5面加工不完全，等車完左端面再地行第二次裝夾，加上螺母，這樣就不會影響加工，因?yàn)檐囎蠖嗣鏁r(shí)要求較低。粗車就可達(dá)到粗糙度 6.3 的要求，且對平面度和垂直度沒有要求，所以只用三抓卡盤定位及夾緊即可。為了保證工件在轉(zhuǎn)動時(shí)候的安全，可在工件中間部分用中心架頂住，但由于工件表面是一個(gè)錐體，且還是鑄件，所以中心架的頂桿并不與工件接觸只是起保護(hù)作用，防止工件由于旋轉(zhuǎn)而甩出。在車右端面方面，由于其有粗糙度 6.3 的要求，還為了配合后期的鉆孔的定位所以有平面度 0.06mm 的要求，再結(jié)合左端面的外形結(jié)構(gòu)，故把該工序的夾具和車外圓的夾具合在一起。使得車右端面和車外圓在一次裝夾完成。在車外圓方面，由于有同軸度 0.1mm 的要求，而其外形方面卻又找不到合適的定位基準(zhǔn)，故以工件上的內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)。但由于工件本身為鑄件，內(nèi)部的尺寸精度不高，故以其內(nèi)孔兩端的截面圓心的連線為定位基準(zhǔn)。定位元件采用定位套。如圖（三）所示。這樣限定了工件的六個(gè)自由度。在車大端面方面，為了減少工件的安裝時(shí)間，且保證其平面度 0.06mm 和垂直度 0.08mm 的要求，故仍以內(nèi)孔兩端的截面圓心的連線為定位基準(zhǔn)。該工序的夾具也和車外圓的的夾具合在一起。使得車端面和車外圓可在一次裝夾內(nèi)完成。提高裝夾的效率。圖（三）機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)61- 心軸 2- 錐套 3- 墊圈 4- 螺母2.2 夾緊方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 夾具與工件的夾緊方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案一：如圖（二）通過心軸與工件內(nèi)壁的過盈配合夾緊，設(shè)計(jì)簡單，心軸的制作也簡單。但裝卸工件時(shí)比較麻煩，生產(chǎn)效率也較低，且由于工件內(nèi)壁精度不高，故夾緊不可靠。方案二：螺旋夾緊機(jī)構(gòu)簡單，夾緊可靠，通用性大，且結(jié)合工件的形狀，故該設(shè)計(jì)使用螺旋加緊機(jī)構(gòu)夾緊。如圖（三）心軸 1 上有一錐臺用于右端定位，錐臺的錐面上開有鍵槽，當(dāng)心軸加工好后把鍵焊接在鍵槽內(nèi)；心軸左端為螺桿結(jié)構(gòu)，具體尺寸見（零件圖一） 。錐套 2用于左端定位，并在錐面上開有鍵槽，當(dāng)錐套加工好后把鍵焊接在鍵槽內(nèi)，使得其和心軸上的鍵配合傳遞扭矩。具體尺寸見（零件圖二、三） 。墊圈 3 和螺母4 起夾緊作用，具體尺寸見（零件圖四、五） 。這樣的機(jī)構(gòu)既能起到夾緊的功能，也有自動定心的功能。雖然要裝夾兩次，但第二次裝夾很簡單，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以完成，而且在裝夾時(shí)不會影響后面的的精確度，在裝卸方便時(shí)，也提高了生產(chǎn)效率。此外，通過使用不同規(guī)格的錐套與此心軸配合可加工不同尺寸的套類零件。可小幅度的實(shí)現(xiàn)其通用性并提高此使用夾具的經(jīng)濟(jì)性。2.2.2 夾具與機(jī)床的加緊方案選擇及加緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)兩套方案的夾具在車床上的定位都是以三爪卡盤夾住夾具體，再通過尾座頂尖與心軸的頂尖孔的接觸來實(shí)現(xiàn)的。三抓卡盤和尾座頂尖是通用夾具，因此不需專門設(shè)計(jì)，可根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況選擇適當(dāng)型號的三爪卡盤和尾座頂尖。故在總裝圖中不畫出。機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)7兩個(gè)方案的比較優(yōu)劣可由下表比較表示出序號 定位方面 夾緊方面 裝夾次數(shù) 經(jīng)濟(jì)性方案一 以兩端小孔內(nèi)壁定位，定位精度高通過過盈配合夾緊，但由于工件內(nèi)壁精度不高，加緊不可靠一次 裝卸麻煩，生產(chǎn)效率低方案二 以內(nèi)孔兩端的截面圓心的連線定位螺旋夾緊機(jī)構(gòu)簡單，夾緊可靠，通用性大兩次 裝卸簡單，由于其有一定的通用性，故經(jīng)濟(jì)性也得到一定的提高由上表對比可知，選用方案二較為妥善。為此，根據(jù)以上情況，可以確定整個(gè)加工工藝工程表示如下表步驟順序 步驟內(nèi)容 保證的尺寸1 車左端面 粗糙度 6.32 加上螺母 限制足夠的自由度，加緊機(jī)構(gòu)3 車右端面 粗糙度 6.3，平面度 0.06mm，零件長度 313mm4 車左外圓 mm，同軸度 0.1mm85f?5 車右外圓 mm，同軸度 0.1mm61g6 車左大端面 粗糙度 3.2，平面度 0.06mm，垂直度 0.08mm機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)87 車右大端面 粗糙度 3.2，平面度 0.06mm，垂直度 0.08mm3 加緊機(jī)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算3.1 切削力的計(jì)算刀具在切削工件時(shí)，存在切屑與工件內(nèi)部彈、塑性變形的抗力；切屑與工件對刀具產(chǎn)生的摩擦阻力；兩者作用在刀具上的合力為 F。為了測量、計(jì)算和反映實(shí)際作用的需要，可將合力 F 分解為三個(gè)分力：切削力 Fc——在主運(yùn)動方向上的分力；背向力 Fp——在垂直于假定工作平面上分力；進(jìn)給力 Ff——在進(jìn)給運(yùn)動方向上的分力；各分力與合力的關(guān)系為： 22fPcFF??根據(jù)切削力實(shí)驗(yàn)公式ffFffFf pppcFcFcncyxf nyxKvaCf?式中 F c、F p、F f——各切削分力，單位為 N；、 、 ——公式中系數(shù)，根據(jù)加工條件由實(shí)驗(yàn)確定；查表確cpf定分別為 2795、1940、2880；xf、y f、n f ——表示各因素對切削力的影響程度指數(shù)；查表的 Fc 的各指數(shù)為 1.0、0.75、-0.15；F p 的各指數(shù)為 0.90、0.6 、-0.3 ；F f 的各指數(shù)為1.0、0.5、-0.4；、 、 ——不同加工條件對各切削力的影響修正指數(shù)，暫設(shè)cFKpfF加工條件比較理想各修正指數(shù)為 1。計(jì)算得 Fc=18067 N Fp=8130 N Ff=6323 N 3.2 加緊力的計(jì)算3.2.1 三抓卡盤夾緊力的計(jì)算機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)9計(jì)算夾緊力時(shí),通常將夾具和工件看成是一個(gè)剛性系統(tǒng).根據(jù)工件受切削力,夾緊力(大型工件還應(yīng)考慮工件重力,運(yùn)動的工件還應(yīng)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(shí)狀態(tài),按靜力平衡原理計(jì)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(shí)際所需夾緊力的數(shù)值.即:=W KW?式中, --實(shí)際所需夾緊力(N);KW----在一定條件下,由靜力平衡計(jì)算出的理論夾緊力(N); K---安全系數(shù).3.2.1.1 理論夾緊力可用如下公式計(jì)算： ?????22)3(6(fcFrdW為工件與支撐表面的摩擦系數(shù)取 0.2?3.2.1.2 安全系數(shù) K 的式計(jì)算:= 0?12?34?K6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;0--加工性質(zhì)(粗加工)取 1.2;1--刀面鈍化程度(端面銑削,粗銑,含碳量高于 0.3%.故選 1.3;2--切削特點(diǎn).斷續(xù)切削.取 1.2;K3--夾緊力的穩(wěn)定性,手動夾緊.取 1.3; 4--手動夾緊時(shí)的手柄位置.取 1.0;5--僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時(shí)工件與支承接觸的情況,接觸點(diǎn)不確定.6取 1.5;計(jì)算得：W=1694 =7991 WK3.2.2 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力的計(jì)算其中本夾具機(jī)構(gòu)采用的夾緊裝置是螺旋夾緊機(jī)構(gòu):該類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,夾緊可靠,通用性大,故在機(jī)床夾具中得到廣泛應(yīng)用.它的主要缺點(diǎn)是與液壓機(jī)構(gòu)機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)10相比該機(jī)構(gòu)在夾緊和松開工件時(shí)比較費(fèi)時(shí)和費(fèi)力; 單個(gè)螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按下列計(jì)算: = W0 )(/21/ ????tgtLQrz(N)式中 ---原始作用力;Q---作用力臂;L---螺桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦半徑（mm）,其值視螺桿端r/部的結(jié)構(gòu)形式而定，查表可得：---螺桿端部與工件間的摩擦角；?1---螺紋中徑之半；rZ---螺紋升角，查表可得；?經(jīng)計(jì)算的：=3600W0經(jīng)計(jì)算夾，具滿足剛度和強(qiáng)度要求。3.3 定位誤差的計(jì)算由于按方案二加工零件是在一次裝夾加工完成的。故影響其定位誤差的因素只有兩項(xiàng)：一項(xiàng)是錐套和心軸的配合引起的誤差；一項(xiàng)是兩中心孔的同軸度的公差引起的誤差。 而與錐套的錐面同軸度及錐臺的錐面同軸度無關(guān)。在次基礎(chǔ)上進(jìn)行定位分析。定位誤差的計(jì)算公式為 不 重位 置定 位 ????錐套和心軸的配合引起的同軸度誤差有兩項(xiàng)：一項(xiàng)是垂直方向的定位誤差， maxin)( ?????TdD不 重位 置垂 直定 位 ??一項(xiàng)是水平方向的定位誤差， 2T定 位 （ 水 平 ）機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)11O21 水 平 方 向垂 直 方 向圖（五）錐套內(nèi)孔和心軸配合時(shí)的定位誤差由極限位置法畫定位誤差分析圖，如圖（五） 。由于錐套內(nèi)孔和心軸采用 剛性心軸無間隙配合定心，假設(shè)裝配比較67hH理想， ，故其垂直方向定位誤差為 。0min??TdD?查表可知 Td=0.016mm TD=0.025mm 所以 垂直方向的定位誤差 )(041.25.016. m??定 位 （ 垂 直 ）?水平方向的定位誤差 ??定 位 （ 水 平 ）這兩相綜合起來即是錐套內(nèi)孔和心軸配合時(shí)的定位誤差 ）（定 位 （ 水 平 ）定 位 （ 垂 直 ）定 位 （ 合 ） 021..041.???????經(jīng)以上分析可知該方案的夾具定位誤差為中心孔同軸度的公差與錐套和心軸的定位誤差之和。即 )(031.2.0101. m????定 位 （ 合 ）定 位 ??零件圖中對同軸度的要求為 0.1mm而夾具的定位誤差為 0.031，即 .3??定 位?所以，方案二的定位方案能滿足該加工精度的要求。4 確定夾具的主要尺寸、公差和技術(shù)要求4.1 夾具總圖上應(yīng)標(biāo)的尺寸及公差機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)12（1）心軸的總長和各部分的截面直徑（2）錐套的定位面尺寸及其他結(jié)構(gòu)尺寸（3）錐套與心軸的配合為零間隙配合為佳詳見附錄中總裝圖。結(jié)束語通過將近三那個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在資料的準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)的規(guī)劃、市場的調(diào)查、創(chuàng)新思維和自學(xué)能力等方面都有了較大的提高。并且在畢業(yè)前使個(gè)人能力有了一個(gè)飛躍。感謝曾一凡老師對我的論文不厭其煩的細(xì)心指點(diǎn)。曾老師首先細(xì)致地為我解題；當(dāng)我迷茫于眾多的資料時(shí)，他又為我提綱挈領(lǐng)，梳理脈絡(luò)，使我確立了本文的框架。論文寫作中，定期得到曾老師的指點(diǎn)。從框架的完善，到內(nèi)容的擴(kuò)充；從行文的用語，到格式的規(guī)范，曾老師都嚴(yán)格要求，力求完美。我再次為曾老師的付出表示感謝。? 另外,在設(shè)計(jì)過程中, 有很多專業(yè)老師曾對本設(shè)計(jì)的完成提供了有力的幫助，在此，一并表示感謝。在設(shè)計(jì)中,由于本人的水平有限,必會有很多的不足之處,謹(jǐn)請各位老師批評指正.機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)13參考資料：《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1996 年 2 月第 2 版《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1988 年 4 月第 2 版《金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》機(jī)械工業(yè)出版社 1987 年 12 月第 2 版《金屬切削原理與刀具》 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 年 7 月第 2 版《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》上海科學(xué)技術(shù)出版社 1981 年 10 月第 2 版 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 高等教育出版社 2001 年 7 月第 1 版《簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 上海科學(xué)技術(shù)出版社 2000 年 10 月第 2 版鑄件三維實(shí)體圖錐套三維實(shí)體圖錐套三維實(shí)體圖（焊接鍵以后）墊圈三維實(shí)體圖螺母三維實(shí)體圖心軸三維實(shí)體圖心軸三維實(shí)體圖（焊接鍵以后）總裝三維示意圖江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,拖拉機(jī)半軸套車床夾具設(shè)計(jì)
機(jī)制05（2）班
黃閣鋒,前 言,夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。
高精：隨著機(jī)床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。德國demmeler(戴美樂)公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內(nèi)；夾具重復(fù)安裝的定位精度高達(dá)±5μm。機(jī)床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機(jī)械制造企業(yè)。誠然，為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟(jì)性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。,,高效：為了提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時(shí)間，各種快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用1~2秒，夾具結(jié)構(gòu)簡化，為機(jī)床進(jìn)行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機(jī)床上安裝與調(diào)整夾具的時(shí)間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可完成線切割機(jī)床夾具的安裝與校正。,,模塊、組合：模塊化設(shè)計(jì)為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，為用戶三維實(shí)體組裝夾具。組合夾具分會與華中科技大學(xué)合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實(shí)現(xiàn)夾具設(shè)計(jì)與服務(wù)的通用化、遠(yuǎn)程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。
通用、經(jīng)濟(jì)：夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性好。德國demmeler(戴美樂)公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強(qiáng)，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用才有推廣應(yīng)用的價(jià)值。
本設(shè)計(jì)也是遵循以上夾具技術(shù)的發(fā)展方向，圍繞高效、通用、經(jīng)濟(jì)而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。,,設(shè)計(jì)題目
由拖拉機(jī)半軸套零件圖可知零件的基本結(jié)構(gòu)和加工要求。該工件鑄成后（鑄件圖參見附錄）需車削四個(gè)端面和兩個(gè)外圓，并滿足各端面的平面度和垂直度的要求及兩外圓的同軸度要求,為后期加工提供較好的定位基準(zhǔn)。車削后需銑削三個(gè)端面，其中兩個(gè)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圖中的要求。端面車削好后需對兩個(gè)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(jìn)行定位。
加工該零件的夾具設(shè)計(jì)由謝李華、朱敏芳及本人組成的三人小組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。其中本人負(fù)責(zé)車床夾具的設(shè)計(jì)。,,,圖（一）是拖拉機(jī)半軸套車削的工序圖，該零件是中批量生產(chǎn)，現(xiàn)要求設(shè)計(jì)車削該零件四個(gè)端面和兩外圓的車床夾具。其中兩端面和外圓的粗糙度要求是6.3，另外兩端面的粗糙度要求是3.2，兩外圓的直徑分別是mm和mm。且應(yīng)保證圖中的相應(yīng)面的平面度和垂直度及兩外圓的同軸度的要求。,,具體步驟如下：
1 工件的加工工藝分析.
按照常規(guī)的車削方法先車端面再車外圓。其中端面粗糙度要求為6.3的兩端面比較容易完成，可通過粗車完成。粗糙度要求為3.2的兩端面因?yàn)橛衅矫娑?.06mm和垂直度0.08mm的要求，所以需在完成車外圓后才能加工出來。兩外圓的尺寸分別為mm和mm，且還有同軸度0.1mm的要求，所以最好是在一次裝夾中完成以滿足該精度的要求。但考慮到加工可取性，本人選擇了兩次加工完成，詳解后續(xù)。另外為了配合該零件的后期鉆孔加工，對F平面有一個(gè)平面度為0.06mm的要求。,,基于以上精度要求，再結(jié)合零件圖上個(gè)各尺寸要求的工序基準(zhǔn)，初步把整個(gè)加工工藝工程表示成下表,,2 夾具結(jié)構(gòu)方案的確定
2.1定位方案選擇及定位元件設(shè)計(jì)：
方案一：
對套類零件，為了簡化定心定位裝置，常常采用剛性心軸作為定位元件。因?yàn)楣ぜ亩嗣孢€未加工故不能用帶有凸肩的心軸，即在夾緊裝置的設(shè)計(jì)上不能使用拉桿。而工件的內(nèi)孔直徑呈中間大兩頭小分布，所以只能靠兩端的小孔來定位并通過與圓孔的過盈配合來夾緊。示意圖如圖（二）。限定工件六個(gè)自由度。心軸上的鍵是用來傳遞扭矩，帶動工件和車床主軸一起轉(zhuǎn)動。心軸左端用于與雞形夾抓緊。同時(shí)其軸心線也是夾具體和車床定位的一個(gè)基準(zhǔn)。,,圖 （ 二 ）,,,,如此設(shè)計(jì)則可在一次裝夾完成上述對工件各端面和外圓的加工。但由于定位基準(zhǔn)是兩端的內(nèi)壁且夾緊是通過過盈配合，所以雖然該心軸的定位精度高但裝卸工件麻煩，生產(chǎn)效率較低。且由于工件為鑄件，內(nèi)壁精度很低，容易引起夾緊不可靠。,,,,方案二：
用螺絲來代替夾緊，在車左端面方面，裝夾不用螺母、墊圈和左邊的錐套固定，因?yàn)槿绻米筮叺腻F套固定，那么錐套將會復(fù)蓋一部分在端面，使左端面加工不完全，等車完左端面再地行第二次裝夾，加上螺母，這樣就不會影響加工，因?yàn)檐囎蠖嗣鏁r(shí)要求較低。粗車就可達(dá)到粗糙度6.3的要求，且對平面度和垂直度沒有要求，所以只用三抓卡盤定位及夾緊即可。為了保證工件在轉(zhuǎn)動時(shí)候的安全，可在工件中間部分用中心架頂住，但由于工件表面是一個(gè)錐體，且還是鑄件，所以中心架的頂桿并不與工件接觸只是起保護(hù)作用，防止工件由于旋轉(zhuǎn)而甩出。
在車右端面方面，由于其有粗糙度6.3的要求，還為了配合后期的鉆孔的定位所以有平面度0.06mm的要求，再結(jié)合左端面的外形結(jié)構(gòu)，故把該工序的夾具和車外圓的夾具合在一起。使得車右端面和車外圓在一次裝夾完成。,,在車外圓方面，由于有同軸度0.1mm的要求，而其外形方面卻又找不到合適的定位基準(zhǔn)，故以工件上的內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)。但由于工件本身為鑄件，內(nèi)部的尺寸精度不高，故以其內(nèi)孔兩端的截面圓心的連線為定位基準(zhǔn)。定位元件采用定位套。如圖（三）所示。這樣限定了工件的六個(gè)自由度。
在車大端面方面，為了減少工件的安裝時(shí)間，且保證其平面度0.06mm和垂直度0.08mm的要求，故仍以內(nèi)孔兩端的截面圓心的連線為定位基準(zhǔn)。該工序的夾具也和車外圓的的夾具合在一起。使得車端面和車外圓可在一次裝夾內(nèi)完成。提高裝夾的效率。,,,,圖（三）,1- 心軸 2- 錐套 3- 墊圈 4- 螺母,,2.2夾緊方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1夾具與工件的夾緊方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
方案一：
如圖（二）通過心軸與工件內(nèi)壁的過盈配合夾緊，設(shè)計(jì)簡單，心軸的制作也簡單。但裝卸工件時(shí)比較麻煩，生產(chǎn)效率也較低，且由于工件內(nèi)壁精度不高，故夾緊不可靠。
方案二：
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)簡單，夾緊可靠，通用性大，且結(jié)合工件的形狀，故該設(shè)計(jì)使用螺旋加緊機(jī)構(gòu)夾緊。如圖（三）,,心軸1上有一錐臺用于右端定位，錐臺的錐面上開有鍵槽，當(dāng)心軸加工好后把鍵焊接在鍵槽內(nèi)；心軸左端為螺桿結(jié)構(gòu)，具體尺寸見（零件圖一）。錐套2用于左端定位，并在錐面上開有鍵槽，當(dāng)錐套加工好后把鍵焊接在鍵槽內(nèi)，使得其和心軸上的鍵配合傳遞扭矩。具體尺寸見（零件圖二、三）。墊圈3和螺母4起夾緊作用，具體尺寸見（零件圖四、五）。這樣的機(jī)構(gòu)既能起到夾緊的功能，也有自動定心的功能。雖然要裝夾兩次，但第二次裝夾很簡單，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以完成，而且在裝夾時(shí)不會影響后面的的精確度，在裝卸方便時(shí)，也提高了生產(chǎn)效率。
此外，通過使用不同規(guī)格的錐套與此心軸配合可加工不同尺寸的套類零件?？尚》鹊膶?shí)現(xiàn)其通用性并提高此使用夾具的經(jīng)濟(jì)性。,,,2.2.2夾具與機(jī)床的加緊方案選擇及加緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
兩套方案的夾具在車床上的定位都是以三爪卡盤夾住夾具體，再通過尾座頂尖與心軸的頂尖孔的接觸來實(shí)現(xiàn)的
三抓卡盤和尾座頂尖是通用夾具，因此不需專門設(shè)計(jì)，可根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況選擇適當(dāng)型號的三爪卡盤和尾座頂尖。故在總裝圖中不畫出。,,兩個(gè)方案的比較優(yōu)劣可由下表比較表示出,由上表對比可知，選用方案二較為妥善。,,為此，根據(jù)以上情況，可以確定整個(gè)加工工藝工程表示如下表,,3 加緊機(jī)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算
3.1切削力的計(jì)算
刀具在切削工件時(shí)，存在切屑與工件內(nèi)部彈、塑性變形的抗力；切屑與工件對刀具產(chǎn)生的摩擦阻力；兩者作用在刀具上的合力為F。為了測量、計(jì)算和反映實(shí)際作用的需要，可將合力F分解為三個(gè)分力：
切削力Fc——在主運(yùn)動方向上的分力；
背向力Fp——在垂直于假定工作平面上分力；
進(jìn)給力Ff——在進(jìn)給運(yùn)動方向上的分力；,,,根據(jù)切削力實(shí)驗(yàn)公式
Fc、Fp、Ff——各切削分力，單位為N；
、、——公式中系數(shù)，根據(jù)加工條件由實(shí)驗(yàn)確定；查表確定分別為2795、1940、2880；
xf、yf、nf ——表示各因素對切削力的影響程度指數(shù)；查表的Fc的各指數(shù)為1.0、0.75、-0.15；Fp的各指數(shù)為0.90、0.6、-0.3；Ff的各指數(shù)為1.0、0.5、-0.4；
、、——不同加工條件對各切削力的影響修正指數(shù)，暫設(shè)加工條件比較理想各修正指數(shù)為1。
計(jì)算得Fc=18067 N Fp=8130 N Ff=6323 N,,3.2加緊力的計(jì)算
3.2.1三抓卡盤夾緊力的計(jì)算
計(jì)算夾緊力時(shí),通常將夾具和工件看成是一個(gè)剛性系統(tǒng).根據(jù)工件受切削力,夾緊力(大型工件還應(yīng)考慮工件重力,運(yùn)動的工件還應(yīng)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(shí)狀態(tài),按靜力平衡原理計(jì)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(shí)際所需夾緊力的數(shù)值.即:
WK --實(shí)際所需夾緊力(N);
W----在一定條件下,由靜力平衡計(jì)算出的理論夾緊力(N);
K---安全系數(shù).,,3.2.1.1理論夾緊力可用如下公式計(jì)算：
為工件與支撐表面的摩擦系數(shù)取0.2
3.2.1.2安全系數(shù)K的式計(jì)算:
計(jì)算得：
W=1694,,,,,3.2.2螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力的計(jì)算。
其中本夾具機(jī)構(gòu)采用的夾緊裝置是螺旋夾緊機(jī)構(gòu):該類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,夾緊可靠,通用性大,故在機(jī)床夾具中得到廣泛應(yīng)用.它的主要缺點(diǎn)是與液壓機(jī)構(gòu)相比該機(jī)構(gòu)在夾緊和松開工件時(shí)比較費(fèi)時(shí)和費(fèi)力;
經(jīng)計(jì)算的，具滿足剛度和強(qiáng)度要求。
3.3定位誤差的計(jì)算
4 確定夾具的主要尺寸、公差和技術(shù)要求
4.1夾具總圖上應(yīng)標(biāo)的尺寸及公差
（1）心軸的總長和各部分的截面直徑
（2）錐套的定位面尺寸及其他結(jié)構(gòu)尺寸
（3）錐套與心軸的配合為零間隙配合為佳
詳見附錄中總裝圖。,,各零件的三維實(shí)體圖如下
鑄件三維實(shí)體圖,,錐套三維實(shí)體圖,,錐套三維實(shí)體圖（焊接鍵以后）,,墊圈三維實(shí)體圖,,螺母三維實(shí)體圖,,心軸三維實(shí)體圖,,心軸三維實(shí)體圖（焊接鍵以后）,,總裝三維示意圖,,5.結(jié)束語
通過將近三那個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在資料的準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)的規(guī)劃、市場的調(diào)查、創(chuàng)新思維和自學(xué)能力等方面都有了較大的提高。并且在畢業(yè)前使個(gè)人能力有了一個(gè)飛躍。
感謝曾一凡老師對我的論文不厭其煩的細(xì)心指點(diǎn)。曾老師首先細(xì)致地為我解題；當(dāng)我迷茫于眾多的資料時(shí)，他又為我提綱挈領(lǐng)，梳理脈絡(luò)，使我確立了本文的框架。論文寫作中，定期得到曾老師的指點(diǎn)。從框架的完善，到內(nèi)容的擴(kuò)充；從行文的用語，到格式的規(guī)范，曾老師都嚴(yán)格要求，力求完美。我再次為曾老師的付出表示感謝。
另外,在設(shè)計(jì)過程中, 有很多專業(yè)老師曾對本設(shè)計(jì)的完成提供了有力的幫助，在此，一并表示感謝。在設(shè)計(jì)中,由于本人的水平有限,必會有很多的不足之處,謹(jǐn)請各位老師批評指正.,,6.參考文獻(xiàn)
《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1996年2月第2版
《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1988年4月第2版
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《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1981年10月第2版
《機(jī)械設(shè)計(jì)》 高等教育出版社 2001年7月第1版
《簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 上海科學(xué)技術(shù)出版社 2000年10月第2版,產(chǎn)品型號 BZK01 零件圖號 33431A102江西農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī) 械 加 工 工 序 卡 產(chǎn)品名稱 半軸殼 零件名稱 半軸殼 共 1 頁 第 1 頁車 間 工序號 工序名稱 材料牌號大金工 X2 銑端面 QT400—15毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯件數(shù) 每臺件數(shù)鑄造件 313xф168 1 1設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時(shí)加工件數(shù)立式銑床 X53T 1夾 具 編 號 夾 具 名 稱銑床專用夾具 切削液工序工時(shí)準(zhǔn)終 單件13220min工步工時(shí)工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備主軸轉(zhuǎn)速(r/min)切削速度(m/min)進(jìn)給速度(mm/r)切削量(mm)進(jìn)給次數(shù) 機(jī)動min輔助minX2-1 車左端面 普通車刀、滿足粗糙度 6。3 1440 0．2669 0．093 2 3 4 4X2-2 車右端面 普通車刀、 1440 0．320280.093 3 3 4 2X2-3 車兩外圓 普通車刀 1440 。 。 。 。 。 。 0.093 3 3 3 3X2-4 車兩大端面 普通車刀 1440 。 。 。 。 。 。 。 0．050 3 3 3 3設(shè)計(jì)（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會簽（日期） 校對（日期）標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標(biāo)記 更改文件號 簽字 日期 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院課題名稱: 拖拉機(jī)后橋半軸套車削加工夾具設(shè)計(jì) 課題類型： 設(shè) 計(jì) 應(yīng) 用 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級： 機(jī)制 052 班 姓 名： 黃 閣 鋒 指導(dǎo)老師： 曾 一 凡 2009 年 5 月目 錄前言……………………………………………………………1設(shè)計(jì)題目………………………………………………………21 工件加工工藝分析…………………………………………32 夾具結(jié)構(gòu)方案的確定………………………………………32.1 定位方案選擇及定位元件設(shè)計(jì)………………………………32.2 夾緊方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………52.2.1 夾具與工件的夾緊方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………62.2.2 夾具與機(jī)床的加緊方案選擇及加緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………63 加緊機(jī)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算………………………………………73.1 切削力的計(jì)算…………………………………………………73.2 加緊力的計(jì)算…………………………………………………83.2.1 三抓卡盤夾緊力的計(jì)算……………………………………83.2.1.1 理論夾緊力可用如下公式計(jì)算…………………………93.2.1.2 安全系數(shù) K 的計(jì)算………………………………………93.2.2 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)夾緊力的計(jì)算………………………………93.3 定位誤差的計(jì)算………………………………………………104 確定夾具的主要尺寸、公差和技術(shù)要求…………………114.1 夾具總圖上應(yīng)標(biāo)尺寸，公差…………………………………11附錄結(jié)束語參考資料機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)1前 言夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。高精：隨著機(jī)床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。德國 demmeler(戴美樂 )公司制造的 4m 長、2m 寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在 5μm 以內(nèi)；夾具重復(fù)安裝的定位精度高達(dá)±5μm。機(jī)床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機(jī)械制造企業(yè)。誠然，為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟(jì)性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。高效：為了提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時(shí)間，各種快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用 1~2 秒，夾具結(jié)構(gòu)簡化，為機(jī)床進(jìn)行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機(jī)床上安裝與調(diào)整夾具的時(shí)間，瑞典 3R 夾具僅用 1 分鐘，即可完成線切割機(jī)床夾具的安裝與校正。模塊、組合：模塊化設(shè)計(jì)為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD 技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，為用戶三維實(shí)體組裝夾具。組合夾具分會與華中科技大學(xué)合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實(shí)現(xiàn)夾具設(shè)計(jì)與服務(wù)的通用化、遠(yuǎn)程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。通用、經(jīng)濟(jì)：夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性好。德國 demmeler(戴美樂 )公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強(qiáng)，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用才有推廣應(yīng)用的價(jià)值。 本設(shè)計(jì)也是遵循以上夾具技術(shù)的發(fā)展方向，圍繞高效、通用、經(jīng)濟(jì)而進(jìn)行機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)題目由拖拉機(jī)半軸套零件圖可知零件的基本結(jié)構(gòu)和加工要求。該工件鑄成后（鑄件圖參見附錄）需車削四個(gè)端面和兩個(gè)外圓，并滿足各端面的平面度和垂直度的要求及兩外圓的同軸度要求,為后期加工提供較好的定位基準(zhǔn)。車削后需銑削三個(gè)端面，其中兩個(gè)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圖中的要求。端面車削好后需對兩個(gè)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(jìn)行定位。加工該零件的夾具設(shè)計(jì)由謝李華、朱敏芳及本人組成的三人小組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。其中本人負(fù)責(zé)車床夾具的設(shè)計(jì)。圖（一）是拖拉機(jī)半軸套車削的工序圖，該零件是中批量生產(chǎn)，現(xiàn)要求設(shè)計(jì)車削該零件四個(gè)端面和兩外圓的車床夾具。其中兩端面和外圓的粗糙度要求是 6.3，另外兩端面的粗糙度要求是 3.2，兩外圓的直徑分別是 mm 和85f?mm。且應(yīng)保證圖中的相應(yīng)面的平面度和垂直度及兩外圓的同軸度的要618g?求。機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)3圖（一）具體步驟如下：1 工件的加工工藝分析按照常規(guī)的車削方法先車端面再車外圓。其中端面粗糙度要求為 6.3 的兩端面比較容易完成，可通過粗車完成。粗糙度要求為 3.2 的兩端面因?yàn)橛衅矫娑?0.06mm 和垂直度 0.08mm 的要求，所以需在完成車外圓后才能加工出來。兩外圓的尺寸分別為 mm 和 mm，且還有同軸度 0.1mm 的要求，所85f?61g以最好是在一次裝夾中完成以滿足該精度的要求。但考慮到加工可取性，本人選擇了兩次加工完成，詳解后續(xù)。另外為了配合該零件的后期鉆孔加工，對 F平面有一個(gè)平面度為 0.06mm 的要求?；谝陨暇纫螅俳Y(jié)合零件圖上個(gè)各尺寸要求的工序基準(zhǔn)，初步把整個(gè)加工工藝工程表示成下表步驟順序 步驟內(nèi)容 保證的尺寸1 車左端面 粗糙度 6.32 車右端面 粗糙度 6.3，平面度 0.06mm，零件長度 313mm3 車左外圓 mm，同軸度 0.1mm85f?4 車右外圓 mm，同軸度 0.1mm61g5 車左大端面 粗糙度 3.2，平面度 0.06mm，垂直度 0.08mm6 車右大端面 粗糙度 3.2，平面度 0.06mm，垂直度 0.08mm2 夾具結(jié)構(gòu)方案的確定2.1 定位方案選擇及定位元件設(shè)計(jì)該零件是個(gè)不規(guī)則的零件，要對其兩端面進(jìn)行加工，必須的選好定位元件，仔細(xì)觀零件的結(jié)構(gòu)，如果對零件的外面進(jìn)行定位，很難做到想得到的結(jié)果，即使得可以得到結(jié)果，那也很繁瑣，夾具也講究效率、經(jīng)濟(jì)。所以結(jié)合零件結(jié)構(gòu)，機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)4只有在零件內(nèi)部進(jìn)行定位裝夾，方法才能簡單可靠。如此，我們可以得到以下方案。方案一：對套類零件，為了簡化定心定位裝置，常常采用剛性心軸作為定位元件。因?yàn)楣ぜ亩嗣孢€未加工故不能用帶有凸肩的心軸，即在夾緊裝置的設(shè)計(jì)上不能使用拉桿。而工件的內(nèi)孔直徑呈中間大兩頭小分布，所以只能靠兩端的小孔來定位并通過與圓孔的過盈配合來夾緊。示意圖如圖（二） 。限定工件六個(gè)自由度。心軸上的鍵是用來傳遞扭矩，帶動工件和車床主軸一起轉(zhuǎn)動。心軸左端用于與雞形夾抓緊。同時(shí)其軸心線也是夾具體和車床定位的一個(gè)基準(zhǔn)。圖（二）如此設(shè)計(jì)則可在一次裝夾完成上述對工件各端面和外圓的加工。但由于定位基準(zhǔn)是兩端的內(nèi)壁且夾緊是通過過盈配合，所以雖然該心軸的定位精度高但裝卸工件麻煩，生產(chǎn)效率較低。且由于工件為鑄件，內(nèi)壁精度很低，容易引起夾緊不可靠。方案二：用螺絲來代替夾緊，在車左端面方面，裝夾不用螺母、墊圈和左邊的錐套固定，因?yàn)槿绻米筮叺腻F套固定，那么錐套將會復(fù)蓋一部分在端面，使左端機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)5面加工不完全，等車完左端面再地行第二次裝夾，加上螺母，這樣就不會影響加工，因?yàn)檐囎蠖嗣鏁r(shí)要求較低。粗車就可達(dá)到粗糙度 6.3 的要求，且對平面度和垂直度沒有要求，所以只用三抓卡盤定位及夾緊即可。為了保證工件在轉(zhuǎn)動時(shí)候的安全，可在工件中間部分用中心架頂住，但由于工件表面是一個(gè)錐體，且還是鑄件，所以中心架的頂桿并不與工件接觸只是起保護(hù)作用，防止工件由于旋轉(zhuǎn)而甩出。在車右端面方面，由于其有粗糙度 6.3 的要求，還為了配合后期的鉆孔的定位所以有平面度 0.06mm 的要求，再結(jié)合左端面的外形結(jié)構(gòu)，故把該工序的夾具和車外圓的夾具合在一起。使得車右端面和車外圓在一次裝夾完成。在車外圓方面，由于有同軸度 0.1mm 的要求，而其外形方面卻又找不到合適的定位基準(zhǔn)，故以工件上的內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)。但由于工件本身為鑄件，內(nèi)部的尺寸精度不高，故以其內(nèi)孔兩端的截面圓心的連線為定位基準(zhǔn)。定位元件采用定位套。如圖（三）所示。這樣限定了工件的六個(gè)自由度。在車大端面方面，為了減少工件的安裝時(shí)間，且保證其平面度 0.06mm 和垂直度 0.08mm 的要求，故仍以內(nèi)孔兩端的截面圓心的連線為定位基準(zhǔn)。該工序的夾具也和車外圓的的夾具合在一起。使得車端面和車外圓可在一次裝夾內(nèi)完成。提高裝夾的效率。圖（三）機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)61- 心軸 2- 錐套 3- 墊圈 4- 螺母2.2 夾緊方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 夾具與工件的夾緊方案選擇及夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案一：如圖（二）通過心軸與工件內(nèi)壁的過盈配合夾緊，設(shè)計(jì)簡單，心軸的制作也簡單。但裝卸工件時(shí)比較麻煩，生產(chǎn)效率也較低，且由于工件內(nèi)壁精度不高，故夾緊不可靠。方案二：螺旋夾緊機(jī)構(gòu)簡單，夾緊可靠，通用性大，且結(jié)合工件的形狀，故該設(shè)計(jì)使用螺旋加緊機(jī)構(gòu)夾緊。如圖（三）心軸 1 上有一錐臺用于右端定位，錐臺的錐面上開有鍵槽，當(dāng)心軸加工好后把鍵焊接在鍵槽內(nèi)；心軸左端為螺桿結(jié)構(gòu)，具體尺寸見（零件圖一） 。錐套 2用于左端定位，并在錐面上開有鍵槽，當(dāng)錐套加工好后把鍵焊接在鍵槽內(nèi)，使得其和心軸上的鍵配合傳遞扭矩。具體尺寸見（零件圖二、三） 。墊圈 3 和螺母4 起夾緊作用，具體尺寸見（零件圖四、五） 。這樣的機(jī)構(gòu)既能起到夾緊的功能，也有自動定心的功能。雖然要裝夾兩次，但第二次裝夾很簡單，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以完成，而且在裝夾時(shí)不會影響后面的的精確度，在裝卸方便時(shí)，也提高了生產(chǎn)效率。此外，通過使用不同規(guī)格的錐套與此心軸配合可加工不同尺寸的套類零件?？尚》鹊膶?shí)現(xiàn)其通用性并提高此使用夾具的經(jīng)濟(jì)性。2.2.2 夾具與機(jī)床的加緊方案選擇及加緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)兩套方案的夾具在車床上的定位都是以三爪卡盤夾住夾具體，再通過尾座頂尖與心軸的頂尖孔的接觸來實(shí)現(xiàn)的。三抓卡盤和尾座頂尖是通用夾具，因此不需專門設(shè)計(jì)，可根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況選擇適當(dāng)型號的三爪卡盤和尾座頂尖。故在總裝圖中不畫出。機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)7兩個(gè)方案的比較優(yōu)劣可由下表比較表示出序號 定位方面 夾緊方面 裝夾次數(shù) 經(jīng)濟(jì)性方案一 以兩端小孔內(nèi)壁定位，定位精度高通過過盈配合夾緊，但由于工件內(nèi)壁精度不高，加緊不可靠一次 裝卸麻煩，生產(chǎn)效率低方案二 以內(nèi)孔兩端的截面圓心的連線定位螺旋夾緊機(jī)構(gòu)簡單，夾緊可靠，通用性大兩次 裝卸簡單，由于其有一定的通用性，故經(jīng)濟(jì)性也得到一定的提高由上表對比可知，選用方案二較為妥善。為此，根據(jù)以上情況，可以確定整個(gè)加工工藝工程表示如下表步驟順序 步驟內(nèi)容 保證的尺寸1 車左端面 粗糙度 6.32 加上螺母 限制足夠的自由度，加緊機(jī)構(gòu)3 車右端面 粗糙度 6.3，平面度 0.06mm，零件長度 313mm4 車左外圓 mm，同軸度 0.1mm85f?5 車右外圓 mm，同軸度 0.1mm61g6 車左大端面 粗糙度 3.2，平面度 0.06mm，垂直度 0.08mm機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)87 車右大端面 粗糙度 3.2，平面度 0.06mm，垂直度 0.08mm3 加緊機(jī)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算3.1 切削力的計(jì)算刀具在切削工件時(shí)，存在切屑與工件內(nèi)部彈、塑性變形的抗力；切屑與工件對刀具產(chǎn)生的摩擦阻力；兩者作用在刀具上的合力為 F。為了測量、計(jì)算和反映實(shí)際作用的需要，可將合力 F 分解為三個(gè)分力：切削力 Fc——在主運(yùn)動方向上的分力；背向力 Fp——在垂直于假定工作平面上分力；進(jìn)給力 Ff——在進(jìn)給運(yùn)動方向上的分力；各分力與合力的關(guān)系為： 22fPcFF??根據(jù)切削力實(shí)驗(yàn)公式ffFffFf pppcFcFcncyxf nyxKvaCf?式中 F c、F p、F f——各切削分力，單位為 N；、 、 ——公式中系數(shù)，根據(jù)加工條件由實(shí)驗(yàn)確定；查表確cpf定分別為 2795、1940、2880；xf、y f、n f ——表示各因素對切削力的影響程度指數(shù)；查表的 Fc 的各指數(shù)為 1.0、0.75、-0.15；F p 的各指數(shù)為 0.90、0.6 、-0.3 ；F f 的各指數(shù)為1.0、0.5、-0.4；、 、 ——不同加工條件對各切削力的影響修正指數(shù)，暫設(shè)cFKpfF加工條件比較理想各修正指數(shù)為 1。計(jì)算得 Fc=18067 N Fp=8130 N Ff=6323 N 3.2 加緊力的計(jì)算3.2.1 三抓卡盤夾緊力的計(jì)算機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)9計(jì)算夾緊力時(shí),通常將夾具和工件看成是一個(gè)剛性系統(tǒng).根據(jù)工件受切削力,夾緊力(大型工件還應(yīng)考慮工件重力,運(yùn)動的工件還應(yīng)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(shí)狀態(tài),按靜力平衡原理計(jì)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(shí)際所需夾緊力的數(shù)值.即:=W KW?式中, --實(shí)際所需夾緊力(N);KW----在一定條件下,由靜力平衡計(jì)算出的理論夾緊力(N); K---安全系數(shù).3.2.1.1 理論夾緊力可用如下公式計(jì)算： ?????22)3(6(fcFrdW為工件與支撐表面的摩擦系數(shù)取 0.2?3.2.1.2 安全系數(shù) K 的式計(jì)算:= 0?12?34?K6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;0--加工性質(zhì)(粗加工)取 1.2;1--刀面鈍化程度(端面銑削,粗銑,含碳量高于 0.3%.故選 1.3;2--切削特點(diǎn).斷續(xù)切削.取 1.2;K3--夾緊力的穩(wěn)定性,手動夾緊.取 1.3; 4--手動夾緊時(shí)的手柄位置.取 1.0;5--僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時(shí)工件與支承接觸的情況,接觸點(diǎn)不確定.6取 1.5;計(jì)算得：W=1694 =7991 WK3.2.2 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力的計(jì)算其中本夾具機(jī)構(gòu)采用的夾緊裝置是螺旋夾緊機(jī)構(gòu):該類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,夾緊可靠,通用性大,故在機(jī)床夾具中得到廣泛應(yīng)用.它的主要缺點(diǎn)是與液壓機(jī)構(gòu)機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)10相比該機(jī)構(gòu)在夾緊和松開工件時(shí)比較費(fèi)時(shí)和費(fèi)力; 單個(gè)螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按下列計(jì)算: = W0 )(/21/ ????tgtLQrz(N)式中 ---原始作用力;Q---作用力臂;L---螺桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦半徑（mm）,其值視螺桿端r/部的結(jié)構(gòu)形式而定，查表可得：---螺桿端部與工件間的摩擦角；?1---螺紋中徑之半；rZ---螺紋升角，查表可得；?經(jīng)計(jì)算的：=3600W0經(jīng)計(jì)算夾，具滿足剛度和強(qiáng)度要求。3.3 定位誤差的計(jì)算由于按方案二加工零件是在一次裝夾加工完成的。故影響其定位誤差的因素只有兩項(xiàng)：一項(xiàng)是錐套和心軸的配合引起的誤差；一項(xiàng)是兩中心孔的同軸度的公差引起的誤差。 而與錐套的錐面同軸度及錐臺的錐面同軸度無關(guān)。在次基礎(chǔ)上進(jìn)行定位分析。定位誤差的計(jì)算公式為 不 重位 置定 位 ????錐套和心軸的配合引起的同軸度誤差有兩項(xiàng)：一項(xiàng)是垂直方向的定位誤差， maxin)( ?????TdD不 重位 置垂 直定 位 ??一項(xiàng)是水平方向的定位誤差， 2T定 位 （ 水 平 ）機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)11O21 水 平 方 向垂 直 方 向圖（五）錐套內(nèi)孔和心軸配合時(shí)的定位誤差由極限位置法畫定位誤差分析圖，如圖（五） 。由于錐套內(nèi)孔和心軸采用 剛性心軸無間隙配合定心，假設(shè)裝配比較67hH理想， ，故其垂直方向定位誤差為 。0min??TdD?查表可知 Td=0.016mm TD=0.025mm 所以 垂直方向的定位誤差 )(041.25.016. m??定 位 （ 垂 直 ）?水平方向的定位誤差 ??定 位 （ 水 平 ）這兩相綜合起來即是錐套內(nèi)孔和心軸配合時(shí)的定位誤差 ）（定 位 （ 水 平 ）定 位 （ 垂 直 ）定 位 （ 合 ） 021..041.???????經(jīng)以上分析可知該方案的夾具定位誤差為中心孔同軸度的公差與錐套和心軸的定位誤差之和。即 )(031.2.0101. m????定 位 （ 合 ）定 位 ??零件圖中對同軸度的要求為 0.1mm而夾具的定位誤差為 0.031，即 .3??定 位?所以，方案二的定位方案能滿足該加工精度的要求。4 確定夾具的主要尺寸、公差和技術(shù)要求4.1 夾具總圖上應(yīng)標(biāo)的尺寸及公差機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)12（1）心軸的總長和各部分的截面直徑（2）錐套的定位面尺寸及其他結(jié)構(gòu)尺寸（3）錐套與心軸的配合為零間隙配合為佳詳見附錄中總裝圖。結(jié)束語通過將近三那個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在資料的準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)的規(guī)劃、市場的調(diào)查、創(chuàng)新思維和自學(xué)能力等方面都有了較大的提高。并且在畢業(yè)前使個(gè)人能力有了一個(gè)飛躍。感謝曾一凡老師對我的論文不厭其煩的細(xì)心指點(diǎn)。曾老師首先細(xì)致地為我解題；當(dāng)我迷茫于眾多的資料時(shí)，他又為我提綱挈領(lǐng)，梳理脈絡(luò)，使我確立了本文的框架。論文寫作中，定期得到曾老師的指點(diǎn)。從框架的完善，到內(nèi)容的擴(kuò)充；從行文的用語，到格式的規(guī)范，曾老師都嚴(yán)格要求，力求完美。我再次為曾老師的付出表示感謝。? 另外,在設(shè)計(jì)過程中, 有很多專業(yè)老師曾對本設(shè)計(jì)的完成提供了有力的幫助，在此，一并表示感謝。在設(shè)計(jì)中,由于本人的水平有限,必會有很多的不足之處,謹(jǐn)請各位老師批評指正.機(jī)制 052 級黃閣鋒：拖拉機(jī)后橋半軸套車床夾具設(shè)計(jì)13參考資料：《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1996 年 2 月第 2 版《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1988 年 4 月第 2 版《金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》機(jī)械工業(yè)出版社 1987 年 12 月第 2 版《金屬切削原理與刀具》 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 年 7 月第 2 版《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1981 年 10 月第 2 版 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 高等教育出版社 2001 年 7 月第 1 版《簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 上海科學(xué)技術(shù)出版社 2000 年 10 月第 2 版
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