机床夹具设计毕业设计论文终稿.docx
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机床夹具设计毕业设计论文终稿
毕业论文设计
题目：
机床夹具设计
专业：
机械制造与自动化
年级：
姓名：
前言…………………………………………………………………………………1
第1章机床夹具概述……………………………………………………………2
第2章工件的定位及定位元件…………………………………………………4
2.1工件在夹具中的定位…………………………………………………4
2.2定位误差分析…………………………………………………………5
第3章工件的夹紧和夹紧装置……………………………………………………6
3.1夹紧装置的组成………………………………………………………6
3.2夹紧力的确定…………………………………………………………6
第4章夹具体及分度装置………………………………………………………8
4.1夹具体…………………………………………………………………8
4.2分度装置………………………………………………………………8
第5章阀体零件工艺分析………………………………………………………10
5.1零件的功用、材料和性能……………………………………………10
5.2形体分析………………………………………………………………10
5.3技术要求分析…………………………………………………………11
5.4零件的加工工艺性分析………………………………………………12
5.5安排加工工艺路线……………………………………………………12
第6章阀体零件的车床夹具设计………………………………………………14
6.1车床夹具的主要类型…………………………………………………14
6.2车床夹具的设计要点……………………………………………………14
6.3阀体零件的车床专用夹具的加工误差分析……………………………16
6.4阀体零件的车床夹具的加工误差分析…………………………………17
第7章阀体零件的钻床夹具设计………………………………………………18
7.1钻床夹具的主要类型……………………………………………………18
7.2钻模的设计要点…………………………………………………………19
7.3阀体零件的钻床专用夹具的总体设计…………………………………19
参考文献……………………………………………………………………………22
结束语………………………………………………………………………………23
摘要
机械制造业是国民经济的支柱产业，现代制造业正在改变着人们的生产方式、生活方式、经营管理模式乃至社会的组织结构和文化。
生产的发展和产品的更新换代的加速，对生产效率和制造质量提出了越来越高的要求，也就对机械加工工艺灯提出了要求。
制造业中广泛应用的夹具，是产品制造各工艺阶段中十分重要的工艺装备之一，生产中锁使用的夹具的质量、工作效率，及夹具使用的可靠性都对产品的加工质量及生产效率有着决定性的影响。
首先对夹具的概念进行了解，在进行机床夹具的设计，从定位到误差分析，再到确保加工精度，然后计算出夹紧力，确定夹紧点位数等细节计算。
此次课程设计涉及的知识面有夹具设计、零件安装、加工工艺、数值计算、刀具的性能、测量技术、CAD制图外还涉及到金属材料、公差配合及加工设备等多方面的知识。
关键词：
定位机床夹具加工精度定位点夹紧力
第1章机床夹具概述
在对工件进行机械加工时，为了保证加工的要求，首先要使工件相对道具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。
因此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。
1．1机床夹具的组成
1、定位装置其作用是使工件在夹具中占据正确的位置。
2、夹紧装置其作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时不离开已经占据的正确的正确位置。
3、对刀或导向装置其作用是确定刀具相对定位元件的正确位置。
4、连接原件其作用是确定夹具在机床上的正确位置。
5、夹具体夹具体是机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体。
6、其他元件或装置是指家家具中因特殊需要而设置的元件或装置。
根据加工需要，有些夹具上设置分度装置、靠模装置；为能方便、准确定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。
以上各组成部分中，定位元件、夹紧装置和夹具体是机床夹具的基础组成部分。
1．2机床的分类
机床夹具种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。
1、按夹具的使用特点可分为：
通用夹具，专用夹具，可调夹具，组合夹具，拼装夹具。
2、按使用机床可分为：
车床夹具，铣床夹具，钻床夹具，镗床夹具，齿轮机床夹具，数控机床夹具，自动机床夹具，自动线随行夹具以及其他机床夹具。
按夹紧的动力源可分为：
手动夹具，气动夹具，液压夹具，气液增力夹具，电磁夹具以及真空夹具等。
1．3工件的装夹方法
工件装夹的方法有两种：
1、将工件直接装夹在机床的工作台或花盘上
2、将工件装夹在家具上
采用第一种方法装夹的效率低，一般要求先按图纸要求在工件的表面上划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时，用划针或面分表找正后再夹紧。
一般用于单件和小批生产。
批量较大时，都采用夹具装夹工件。
采用夹具装夹工件有如下优点：
a、保证加工精度，稳定加工质量
b、缩短辅助时间，提高劳动生产率
c、扩大机床的使用范围，实现“一机多能”
d、改善工人的劳动条件，降低生产成本
第2章工件的定位及定位元件
2．1工件在夹具中的定位
（1）工件的定位的基本原理
●六点定则
用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，称为“六点定位原则”，简称“六点定则”。
六点定则是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承点作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。
●限制工件自由度与加工要求的关系
工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制；不影响加工要求的自由度，有时要限制，有时可不限制，视具体情况而定。
习惯上，工件的六个自由度都限制了的定位称为完全定位，工件限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。
在工件定位时，以下情况允许不完全定位：
a．加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。
b．毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的角度自由度可不限制。
c．加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。
夹具上的定位元件重复限制工件的同一个或几个自由度的定位称为重复定位。
重复定位分两种情况：
当工件的一个或几个自由度被重复限制，并对加工产生有害影响的重复定位，称为不可用重复定位。
它将造成工件定位不稳定，降低加工精度，使工件或定位元件产生变形，甚至无法安装和加工。
因此，不可用重复定位是不允许的。
当工件的一个或几个自由度被重复限制，但仍能满足加工要求，即不但不产生有害影响，反而可增强工件装夹刚度的定位，称为可用重复定位。
在生产实际中，可用重复定位被大量采用。
●基准、对定位元件的基本要求
a.定位基准的选择
定位基准的选择，应尽量使工件的定位基准与工序基准相重合；尽量用精基准作为定位基准；遵守基准统一原则；应使工件安装稳定，加工中所引起的变形最小；应使工件定位方便，夹紧可靠。
b.对定位元件的基本要求
足够的精度、足够的强度和刚度、耐磨性好、工艺性好、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。
工件以平面作为定位基准时，所用定位元件一般可分为主要支承和辅助支承。
主要支承用来限制工件的自由度，具有独立定位的作用。
辅助支承用来加强工件的支承刚性，不起限制工件自由度的作用。
b.工件以圆柱孔定位。
工件以圆柱孔为定位基准，如套类、齿轮、拨叉等。
此种定位方式所用的定位元件有圆柱定位销、定位心轴和圆锥定位销等。
c.工件以外圆柱面定位。
工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有：
V形块、定位套和半圆套。
2.2定位误差的分析
造成定位误差的原因有两个：
一是定位基准与工序基准不重合，由此产生
基准不重合误差△b；二是定位基准与限制位基准不重合，由此产生基准位移误
差△y。
基准不重合误差△b是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准与工序基准
不重合而造成的加工误差，其大小为定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影。
基准位移误差△y是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准相对于限位基
准的最大变化范围在加工尺寸方向上的投影。
第3章工件的夹紧和夹紧装置
3．1夹紧装置的组成
（1）夹紧装置的种类繁多，综合起来其结构均由两部分组成。
a.动力装置产生夹紧力。
动力装置是产生原始作用力的装置。
按夹紧力的来源，夹紧分手动夹紧和机动夹紧。
手动夹紧是靠人力；机动夹紧是采用动力装置。
常用的动力装置有液压装置、气动装置、电磁装置、电动装置、气-液联动装置和真空装置等。
b.夹紧装置传递夹紧力。
动力装置所产生的力或人力要正确地作用到工件上，需有适当的传动机构。
传递机构是把原动力传递给夹紧装置。
它由两种构件组成，一是接受原始作用力的构件，二是中间传力机构。
（2）、夹紧装置的设计要求
夹紧装置的设计和选用是否正确，都保证工件的精度、提高生产率和减轻工人劳动强度有很大的影响。
因此，夹紧装置应满足以下要求：
a.夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所处的正确位置。
b.夹紧力的大小适当。
保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，夹紧可靠牢固，振动小，又不超出允许的变形。
c.夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。
工件生产批量越大，越应设计较复杂、效率较高的夹紧装置。
d.具有良好的结构工艺性。
力求简单，便于制造维修，操作安全方便，并且省力。
3.2夹紧力的确定
（1）夹紧力方向的确定
a.夹紧力应朝向主要的定位基面。
b.夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。
（2）夹紧力作用点的选择
a.夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。
b.夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。
c.夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。
（3）夹紧力大小的估算
理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。
但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。
而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。
估算的方法：
一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。
估算的步骤：
a.建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程：
FJ理=Ф（FP）。
b.实际需要的夹紧力FJ需，应考虑安全系数，FJ需=KFJ理。
c.校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件：
FJ>FJ需。
第4章夹具体及分度装置
4．1夹具体
（1）夹具体毛坯的类型
a.铸造夹具体
b.焊接夹具体
c.锻造夹具体
d.装配夹具体
e.型材夹具体
（2）夹具体应满足的几本要求
a.应有足够的强度和刚度。
b.力求结构简单及装卸工件方便。
c.结构工艺性好。
d.排除切削方便。
e.在机床上安装稳定可靠。
f.具有适当的精度和尺寸稳定性。
4．2分度装置
（1）分度装置的类型
a.回转分度装置。
回转分度装置是指工件在一次装夹中，通过夹具的某些部分带动工件转动一定的角度完成多工位加工的分度装置。
b.直线分度装置。
是指工件在一次装夹中，通过夹具的某些部分带动工件直线移动一定距离完成多工位加工的分度装置。
（2）回转分度装置的组成
1）回转分度装置由固定部分、转动部分、对定机构、锁紧机构等组成。
a.固定部分固定部分是整个装置的基础，常与夹具体连接成一体。
b.转动部分转动部分是分度时随之转动的元件，实现工件的转位。
c.对定机构对定机构的作用是转位分度后，确保其转动部分相对固定部分的位置，得到正确定位，实现分度要求。
d.锁紧机构锁紧机构是分度对定后将转动部分和固定部分紧固在一起，减小加工时的振动，确保分度装置的工作精度。
2）分度对定机构
a.钢球对定机构
b.枪栓式圆柱销对定机构
c.手拉式菱形销对定机构
d.齿轮齿条操纵的圆锥销对定机构
f.杠杆操作单斜面对定机构
3）锁紧机构当分度对定好之后，必须将转盘锁紧，以增强分度装置的刚度和稳定性。
第5章阀体工艺性分析
5．1零件的功用、材料和性能
该阀体是一个管道控制阀，通过一处外螺纹，一处带螺纹孔的方形壁与其他物体连接。
顶部内螺纹是用来安装控制阀门，利用阀门来控制液体的开关以及流量的大小。
阀体的材料是灰铸铁HT350，其抗拉强度大于350MPa。
灰铸铁有很多优良性能：
第一，铸造性能好，灰铸铁熔点低、流动性好。
第二，减振性好，石墨割裂了基体，阻止了振动的传播，并将振动能量转变为热能而消失。
第三，切削加工性能好，片状石墨割裂了基体，使切削容易脆断，且石墨有减振的作用，减少了刀具的磨损。
第四，缺口敏感性低。
5．2形体分析
此零件是阀体，从零件图上看，阀体左端通过螺柱和螺母与阀盖连接，形成球阀容纳阀芯的φ43空腔，左端的φ50H11圆柱形槽与阀盖的圆柱形凸缘相配合；阀体空腔右侧φ35H11圆柱形槽，用来放置球阀关闭时不泄露流体的密封圈；阀体右端有用于连接系统中管道的外螺纹M36×2，内部阶梯孔φ28.5、φ20与空腔相通；在阀体上部的φ36圆柱体中，有φ26、φ22、φ18的阶梯孔与空腔相通，在阶梯孔内容纳阀杆、填料压紧套；阶梯孔顶端90°扇形限位凸块，用来控制扳手和阀杆的旋转角度。
从尺寸上分析，阀体的结构形状比较复杂，标注尺寸很多，这里仅分析其中主要尺寸，其余尺寸读者自行分析。
以阀体水平轴线为径向（高度方向）尺寸基准，注出水平方向的径向直径尺寸φ50、φ35、φ20和M36×2等。
同时还要注出水平轴线到顶端的高度尺寸56。
以阀体垂直孔的轴线为长度方向尺寸基准，注出铅垂方向的径向直径尺寸φ36、M24×1.5、φ22H11、φ18H11等。
同时还要注出铅垂孔轴线与左端面的距离21。
以阀体前后对称面为宽度方向尺寸基准，注出阀体的圆柱体外形尺寸φ55、左端面方形凸缘外形尺寸75×75，以及四个螺孔的定位尺寸φ70。
同时还要注出扇形限位块的角度定位尺寸45°±30'。
5.3技术要求分析
尺寸精度：
阀体的尺寸精度中Φ50，Φ35的精度为IT7。
尺寸41的公差是0.06，精度为IT9。
尺寸43的公差是0.039，精度是IT8.尺寸21的公差是0.05，精度是IT9.尺寸Φ22，Φ20的公差是0.033，精度是IT8.尺寸5的公差是0.18，精度是IT13.尺寸Φ18的公差是0.027，精度是IT8.尺寸56的公差是0.12，精度是IT10.
位置精度:
指零件的各表面之间相互位置精度。
Φ20和Φ35的同轴度应达到设计要求。
四个螺纹孔对Φ35的轴线的位置度也应达到设计要求。
表面粗糙度：
零件的各表面的粗糙度应达到设计要求的粗糙度Ra值。
热处理性能：
作用零件的使用要求，其材料性能是很重要，对加工切削也有很大影响。
项目
说明
◎
Φ0.025
A
Φ
内Φ孔轴线对Φ
内孔轴线的同轴度公差为Φ0.025
⊥
0.05
A
左端面相对基准AΦ
圆柱面其垂直度要求为0.05
⊥
0.02
A
Φ
的内孔相对基准Φ
的起垂直度要求是0.02
Φ0.06
A
被测轴线必须位于直径为公差值0.06的范围内轴线位于相对于基准AΦ
所确定的理想位置上
HT350
材料为灰铸铁
5.4零件的加工工艺性分析
此零件是阀体，主要加工面是外圆、内孔、端面、阶台孔、内螺纹和沟槽等，而且加工的内表面比外表面多，就带来了许多困难：
（1）孔加工是在零件的内部进行，切削情况不易直接用眼睛来观察；
（2）切屑不易排出，冷却液难以注入切削区域；
（3）当加工时，壁厚比较薄，加工时容易产生变形；
（4）内孔的测量要比外圆难，尤其是小孔。
就阀体零件来说：
（1）该工件是以左端面和轴线为基准，根据基面先行的原则，第一道工序应以右端面外圆定位加工左端面及内孔。
（2）因阀体零件的壁厚较薄，在各道工序夹持工件时应注意防止变形。
（3）该工件内孔Φ20和Φ35有同轴度要求，所以在加工时Φ20、Φ35应在一次装夹内完成加工。
（4）该工件螺纹孔4-M12对Φ35的轴线有位置度要求，所以在加工4-M12螺纹孔时，应设计专用钻模，才能保证位置度的要求。
5.5安排加工工艺路线
在拟定工艺路线时，工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性。
一般情况下，单件小批生产时，只能工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；大批大量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。
批量生产应尽可能采用效率较高的半自动机床，使工序适当集中，从而有效地提高生产率。
阀体零件的加工工艺路线安排如下：
（1）铸造毛坯
（2）时效处理
（3）车左端面，粗、半精、精镗孔Φ35、Φ43、Φ50；钻、粗铰、精铰Φ20
（4）调头，车右端面，车孔Φ28.5；车右端外圆表面，倒角；车M36×2螺纹
（5）车上端面，镗孔Φ18、Φ22、Φ26，车Φ孔24.3；车M24螺纹
（6）钻—攻4-M12螺纹
（7）铣凸台
（8）检查
（9）包装入库
第6章阀体零件的车床夹具设计
车床夹具主要用于零件的旋转表面以及端面。
因而车床夹具的主要特点是工件加工表面的中心线与机床主轴的回转轴线同轴。
6.1车床夹具的主要类型
（1）安装在车床主轴上的夹具。
这类夹具很多，有通用的三爪卡盘、四爪卡盘，花盘，顶尖等，还有自行设计的心轴；专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、角铁式和花盘式。
这类夹具的特点是加工时随机床主轴一起旋转，刀具做进给运动
定心式车床夹具在定心式车床夹具上，工件常以孔或外圆定位，夹具采用定心夹紧机构。
角铁式车床夹具在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时，由于零件形状较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而须设计专用夹具。
这种夹具的夹具体呈角铁状，故称其为角铁式车床夹具。
花盘式车床夹具这类夹具的夹具体称花盘，上面开有若干个T形槽，安装定位元件、夹紧元件和分度元件等辅助元件，可加工形状复杂工件的外圆和内孔。
这类夹具不对称，要注意平衡。
（2）安装在托板上的夹具。
某些重型、畸形工件，常常将夹具安装在托板上。
刀具则安装在车床主轴上做旋转运动，夹具做进给运动。
由于后一类夹具应用很少，属于机床改装范畴。
而生产中需自行设计的较多是安装在车床主轴上的专用夹具，所以阀体零件在车床上加工用专用夹具。
6.2车床夹具的设计要点
（1）定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求
当加工回转表面时，要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合，夹具上定位装置的结构和布置必须保证这一点。
当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，则应以夹具的回转轴线为基准来确定定位元件的位置。
工件的夹紧应可靠。
由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转，故在加工过程中工件除受切削力矩的作用外，整个夹具还要受到重力和离心力的作用，转速越高离心力越大，这些力不仅降低夹紧力，同时会使主轴振动。
因此，夹紧机构必须具有足够的夹紧力，自锁性能好，以防止工件在加工过程中移动或发生事故。
对于角铁式夹具，夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。
（2）夹具与机床主轴的连接
车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的加工精度有一定的影响。
因此，要求夹具的回转轴线与卧式车床主轴轴线应具有尽可能小的同轴度误差。
心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接，用螺杆拉紧。
有的心轴则以中心孔与车床前、后顶尖安装使用。
根据径向尺寸的大小，其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式：
1）对于径向尺寸D＜140mm，或D＜（2～3）d的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺杆拉紧，如图1-a所示。
这种连接方式定心精度较高。
2）对于径向尺寸较大的夹具，一般用过渡盘与车床主轴轴颈连接。
过渡盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构。
图1-b所示的过渡盘，其上有一个定位圆孔按H7/h6或H7/js6与主轴轴颈相配合，并用螺纹和主轴连接。
为防止停车和倒车时因惯性作用使两者松开，可用压板将过渡盘压在主轴上。
专用夹具则以其定位止口按H7/h6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上，用螺钉紧固。
这种连接方式的定心精度受配合间隙的影响。
为了提高定心精度，可按找正圆校正夹具与机床主轴的同轴度。
对于车床主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构，如图1-c所示，过渡盘在其长锥面上配合定心，用活套在主轴上的螺母锁紧，由键传递扭矩。
这种安装方式的定心精度较高，但端面要求紧贴，制造上较困难。
图1-d所示是以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式。
过渡盘推入主轴后，其端面与主轴端面只允许有0.05～0.1mm的间隙，用螺钉均匀拧紧后，即可保证端面与锥面全部接触，以使定心准确、刚度好。
图1车床夹具与机床主轴的连接
过渡盘常作为车床附件备用，设计夹具时应按过渡盘凸缘确定专用夹具体的止口尺寸。
过渡盘的材料通常为铸铁。
各种车床主轴前端的结构尺寸，可查阅有关手册
6.3阀体零件的车床专用夹具的总体设计
（1）夹具的总体结构应力力求紧凑、轻便，悬臂尺寸要短，重心尽可能靠近主轴。
（2）当工件和夹具上个元件相对机床主轴的旋转轴线不平衡时，将产生较大的离心力和振动，影响工件的加工质量、刀具的寿命、机床的精度和安全生产，特别是在转速较高的情况下影响更大。
因此，对于重量不对称的夹具，要有平衡要求。
平衡的方法有两种：
设置平衡块或加工减重孔。
在工厂实际生产中，常用适配的方法进行夹具的平衡工作。
（3）为了保证安全，夹具上各种元件一般不超过夹具的圆形轮廓之外。
因此，还应该注意防止切削和冷却液的飞溅问题，必要时应该加防护罩。
6.4阀体零件的车床夹具的加工误差分析
工件在车床夹具上加工时，加工误差的大小受工件在夹具上的定位误差
、夹具误差
、夹具在主轴上的安装误差
和加工方法误差
的影响。
如夹具图所示，阀体在夹具上加工时，尺寸
的加工误差的影响因素如下所述：
（1）定位误差
由于C面既是工序基准，又是定位基准，基准不重合误差
为零。
工件在夹具上定位时，定位基准与限位基准是重合的，基准位移误差
为零。
因此，尺寸
的定位误差
等于零。
（2）夹具误差
夹具误差为限位基面与轴线间的距离误差，即夹具总图上尺寸
的公差为0.02，以及限位基面相对安装基面C的平行度误差是0.01.
（3）安装误差
因为夹具和主轴是莫氏锥度配合，夹具的安装误差几乎可以忽略不计。
（4）加工方法误差
如车床主轴上安装夹具基准与主轴回转轴线间的误差、主轴的径向跳动、车床溜板进给方向与主轴轴线的平行度或垂直度等。
它的大小取决于机床的制造精度、夹具的悬伸长度和离心力的大小等因素。
一般取
=
/3=0.05/3=0.017mm
阀体零件的车床夹具总加工
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