孔加工专用机床多轴总体设计及夹具设计

毕 业 论 文 设 计 论文题目：孔加工专用机床多轴总体设计及夹具设计 学 部 机电工程学部 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 学 号 班 级 2008 级模具设计与制造方向 2 班 指导教师 答辩日期 2012 年 5 月 26 日 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 任 务 书 姓名 学号 专业班级 机械制造及其自动化08 级模具设计与制造方向 2 班 毕业论文（设计）题目：孔加工专用机床多轴总体设计及夹具设计 毕业论文（设计）的立题依据： 加工花键套上的四个孔，为了提高生产率，并且考虑到成批生产的需要，选择 多轴孔加工专用机床。专用机床是加工某种特定零件，完成某些特定工序的专门性 机床。它有利于实现单机自动化，组成生产自动线，提高劳动生产率，降低劳动强 度，保证装配质量，从而促进社会经济的发展。 机床夹具是机床上所使用的一种辅助设备，用它来准确地确定工件与刀具的相 对位置，即将工件定位及夹紧，以完成加工所需要的相对运动。使用夹具可以保证 产品质量，改善工人劳动条件，提高生产效率，降低产品成本。 主要内容及要求 ： 内容 1.孔加工专用机床多轴总体设计 2.本工序夹具设计 3.撰写毕业设计论文 4.外文翻译一篇 原始资料：花键套零件图；生产纲领为批量生产；为提高生产率，要求同时多件 或多孔加工。 具体要求如下： 1.工艺方案的制定 原始条件分析；毛坯的选择；工艺路线的拟订；刀具的选择及切削用量的确定 等。 2.机床总体方案的制定 机床的总体布局；机床的运动联系；机床主传动功率的确定等。 3.总体设计中的三图一卡 被加工零件工序图；加工示意图；机床总体尺寸联系图；生产率计算卡。 毕 业 论 文 设 计 任 务 书 姓名 学号 专业班级 机械制造及其自动化08 级模具设计与制造方向 2 班 毕业论文（设计）题目：孔加工专用机床多轴总体设计及夹具设计 进度安排 2 月 28 日 选题 2 月 28 日3 月 2 日 接受指导老师的指导 3 月 3 日3 月 9 日 拟定论文大纲 3 月 10 日3 月 16 日 搜集、查阅、整理相关资料 3 月 17 日4 月 8 日 初稿形成 4 月 9 日4 月 15 日 初稿审定 4 月 16 日4 月 29 日 第一次修改 4 月 30 日5 月 6 日 第一次审定 5 月 7 日5 月 9 日 第二次修改 5 月 10 日5 月 13 日 定 稿 5 月 14 日5 月 25 日 论文评阅小组评审论文（设计） 5 月 26 日 毕业论文（设计）答辩 学生签字： 指导教师签字： 年 月 日 I 孔加工专用机床多轴总体设计及夹具设计 摘 要 本次毕业设计的题目是孔加工专用机床总体设计及夹具设计。 此多轴钻床是为加工花键套上直径为 24mm 的四个孔而设计的专用机床，由底 座、回转台、立式床身、立式滑台、动力箱、多轴箱及专用夹具等有关部件组成。它 有利于实现单机自动化，组成生产自动线，提高劳动生产率，保证装配质量，降低劳 动强度和改善工人的劳动环境。 机床夹具是机床上所使用的一种辅助设备，用它来准确地确定工件与刀具的相对 置，即将工件定位及夹紧，以完成加工所需要的相对运动。使用夹具可以保证产品质 量，改善工人劳动条件，提高生产效率，降低产品成本。该工序的夹具主要是采用钩 型压板，并利用液压驱动来实现自动夹紧。该论文详细说明了本次组合机床设计的步 骤及其依据。包括被加工零件加工工艺的分析、刀具的选择、接杆、主轴箱轮廓尺寸 的确定、机床配置形式的选择、滑台型号的选取、主轴结构型式的选择等。 关键词 ：专用机床；多轴箱；机床夹具；定位；夹紧 II Hole processing machine tool and exture design multi- axis design Abstract The topic of this graduation design is a bore to process the appropriation tool machine total design and tongs design. This many stalks drilling a bed is for process Spend a key set the top diameter is a 23.7 of four bores but design of appropriation tool machine, from base，turn round a relevant parts of slippery set motive box many stalk boxes and the appropriation tongs etc s of set sign type bed body sign types to constitute It is advantageous to carrying out single machine automation, constituting to produce automatic line, exaltation labor rate of production, assurance assemble quality, lower labor strength and improve the workers labor environment. The tool machine tongs is a kind of assistance equipments that the top of the tool machine use, using it to make sure the opposite position that has with knife of the work piece accurately, Will soon the work piece fixed position and clip tightly, with the opposite sport that completion need when process use the tongs can promise the product quality, improving a worker to labor a condition, raising the production efficiency, lowering product cost The tongs of the works preface mainly is an adoption hook the type press plank, and make use of a liquid to press to drive to carry out an au to clip tightly That sis elaborated on this time combination tool machine a design of step and it basis Include a choice been process the analysis knife that the spare parts processes a craft to have and connect the pole the principal axis box outline size really settles the tool machine install a form of choice etc. of the selection the principal axis structure pattern of the choice slippery pedestal model number. Keywords：Appropriation tool machine；Many stalk boxes；Tool machine tongs ； Fixed position；Clip tightly 目 录 摘 要 I Abstract II 第 1 章 绪论 1 1.1 设计说明 .1 1.2 专用机床的发展介绍 .1 第 2 章 工艺方案分析 3 第 3 章 工序图的制定 6 3.1 该工序的加工表面，以及辅助支承点 .6 3.1.1 定位基准及夹紧点的选择 6 3.1.2 加工表面的尺寸、位置精度及表面光洁度 6 第 4 章 加工示意图的制定 8 4.1 刀具及切削用量的确定 .8 4.1.1 刀具与工艺方案的关系 8 4.1.2 刀具选择原则 8 4.2 加工示意图的绘制 .8 4.2.1 加工示意图的作用 8 4.2.2 加工示意图的内容 9 4.2.3 加工示意图的画法 9 4.2.4 加工示意图加工过程 9 4.2.5 动力部件行程长度的确定 10 第 5 章 机床生产率的计算 12 5.1 单件工时的计算 .12 5.2 机床生产率的计算 .13 5.3 填写生产率计算卡片 .13 第 6 章 机床总体联系尺寸图的绘制 15 6.1 机床多轴箱电动机功率的计算 .15 6.2 机床有关部件及尺寸的确定 .16 6.3 绘制机床总体联系尺寸图 .16 第 7 章 机床夹具设计 17 7.1 夹具的定义及分类 .17 7.2 机床夹具的用途及使用优点 .17 7.2.1 保证产品质量 17 7.2.2 提高劳动生产率 17 7.3 夹具的组成 .18 7.4 机床夹具设计研究的内容 .19 7.4.1 工件在夹具中的定位 20 7.4.2 工件在夹具中的夹紧 21 结 论 27 参考文献 28 附 录 29 附录 A29 附录 B30 附录 C31 一 THE HYDRAULIC SYSTEM OF HYDRAULIC PRESS .31 二 THE HYDRAULIC SYSTEM OF AN ELECTRIC ARC STEELMAKING FURNACE.34 附录 D36 一 液压压力机的液压系统 36 二 电弧炼钢炉的液压系统 38 致 谢 40 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 1 - 孔加工专用机床多轴总体设计及夹具设计 第 1 章 绪论 1.1 设计说明 组合机床是一种广泛用于现代加工工业的机械设备，主轴箱是其重要组成部件 之一，本文介绍了主轴箱的分类及设计准则，重点部分是按所给的零件进行设计计 算，优化设计出加工该零件的专用主轴箱，包括主轴箱体的尺寸计算，主轴箱传动 系统的设计和组成主轴箱通用部件的选择等方面。多轴箱按其结构的大小可分为大 型多轴箱和小型多轴箱两类。大型又分为通用（亦称标准）多轴箱和专用多轴箱两 种。专用多轴箱根据加工零件特点和加工工艺要求进行设计，由大量的专用零件组 成，其结构设计方法和通用机床类似。 针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则，对加工后轮壳零件 的专用机床多轴箱进行设计，主要进行传动系统的设计，通用部件的选用，装配体 的设计，及强度校核和干涉检查，拟解决的关键问题是干涉问题。 1.2 专用机床的发展介绍 专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，而且往往是组成 自动生产线式生产制造系统中，不可缺的机床品种。组合机床是专用机床的一种， 它以标准化部件为基础，配以少量的专用部件组成。而目前一些机床厂对其生产的 通用机床若作改动时，也习惯用专用机床来取代。比如数控车床由于盘改为专用设 计的，这台数控车床则不用原机床型号，而采取编专用机床号的办法。由于专用机 床是一种量体裁衣产品，具有高效自动化的优点，是大批量生产企业的理想装 备。随着制造技术的进步，数控技术的普及，专用机床的数控化发展也很快，专用 机床在生产实践中占有一定的比重。据有关资料介绍，日本 2001 年专用机床产值占 机床产值的比达到 8.8%；我国台湾省这一数字达到 6.9%;而我国仅为 0.67%。所以， 在当前产品结构调整中，发展专用机床是行业发展中的一个值得注意的问题。 专用机床及其自动化生产线的制造，与大量生产汽车等性质不一样，也与普通 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 2 - 机床的制造性质不一样，它具有两个极其鲜明的特征：一是集成性。用户订购专用 机床都是要求交钥匙工程，它集加工工艺(含工艺方法及工艺参数)，机床、夹具、 工具(包含辅助) 的开发设计与选择，检验测量(包括进入机床前的毛坯检验、加工中 及成品的检验测量)物流的输送，切屑和冷却液的防护与处理等于一体。它不仅仅解 决其中的某一问题，而是要解决好涉及较宽的技术领域可能遇到的每一个问题。二 是单一性。专用机床几乎都是单台性生产，要根据用户提出的要求，进行一次性开 发，一次性制造，而且还要保证一次性成功。 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 3 - 第 2 章 工艺方案分析 在生产中，用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺寸和材料性能，使之变成 零件的过程，叫做机械加工工艺过程。设计时，工艺方案的制定是否合理，对生产 效率和产品质量有着极大的影响。 制定工艺方案时，应首先分析生产类型。生产类型是衡量生产规模大小的标志。 根据生产规模，可以分三种不同的生产类型： a 单件生产 生产产品的数量较少，甚至只有一件，例如试制某种产品（专用 机床制造的本身往往就是单件生产） 。 b 成批生产 成批地周期性地重复生产一种产品。每批制造的数量，称为批量。 按照批量的大小和产品的特征，又分为小批生产、中批生产及大批生产。 c 大量生产 产品的制造数量很大，大多数工作地点及工序内容经常不变，例 如汽车、自行车的生产。 生产类型不同，生产组织、生产管理、车间布置以及毛坯、设备、工艺、工具 加工方法和工人的熟练程度等各方面的要求均有所不同。例如在大量生产的情况下， 每个工序的任务比较稳定，因此就有条件采用高效率的专用机床加工、夹具，劳动 生产率可大大提高，产品成本也可降低。但在产量较小的情况下，如仍使用这些高 效率专用机床加工、夹具，由于加工对象经常改变，势必造成机床调整的复杂化， 降低机床利用率，提高加工成本。所以制定工件的工艺过程，应与生产类型相适应， 以取得合理的经济效果。 在制定工艺方案时，首先对该机床所要加工的零件进行了分析，熟悉了该零件 的用途、性能及工作条件，明确该工件在工作中的地位和作用，然后对该零件图进 行了分析和工艺审核。主要内容如下： 1)检查图纸的完整性，即检查图纸是否具有足够的投影和剖面图；所有尺寸， 技术条件要求及其它说明工件特性的资料是否标注齐全。 2)分析图纸上规定的尺寸公差、表面几何形状和相互位置的允差，以及表面光 洁度等技术要求的合理性。 3)审查工件结构的工艺性，即从工艺观点出发，分析工件结构是否合理。若工 件的结构便于加工，则其加工工艺性好；反之，则其加工工艺性不好。 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 4 - 花键套零件图如图 2-1： 图 2-1 花键套零件图 从花键套零件图分析，其机械加工工艺路线不外乎是车，磨，钻等加工工序。 考虑到成批生产的需要，故对上述零件在生产上组织一条流水作业线是完全必要和 合理的。另外，在从此种零件加工过程中的一个工序钻上平面上的24mm的四个 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 5 - 孔来看，为了保证装配质量，提高生产效率和减轻劳动强度，设计一台多轴专用钻 床也是完全必要的。 此多轴专用钻床在加工花键套上直径为 24mm 的四个孔时，需要在四根主轴上 同时安装直径为 23.7mm 的钻头。为了提高生产效率，可在回转台上安装两个相同 的专用夹具，等分在直径为 230mm 的圆周上。工序卡和工艺卡如附录 A，附录 B。 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 6 - 第 3 章 工序图的制定 为了正确、可靠、清楚地表达各工序的加工要求，在机械加工工艺卡片上绘制了 工序简图。工序简图上表示出了下列各项： 3.1 该工序的加工表面，以及辅助支承点 3.1.1 定位基准及夹紧点的选择 为了保证 4 个直径为 24mm 的四个通孔在直径为 132mm 的圆周上分布且保 持两圆心的中心尺寸为 66mm，需要选取已经加工过的直径为 90mm 的通孔和直 径为 12 mm 的通孔为定位基准。并液压系统驱动钩型压板对零件的上表面进行夹 紧。工序图如图 3-1。 3.1.2 加工表面的尺寸、位置精度及表面光洁度 由参考文 得：3献 直径为 90mm 的定位孔是通孔，尺寸为 90mm，精度为上偏差+0.016，下偏 差-0.007 直径为 12mm 米的定位孔是通孔，尺寸为 12mm，精度为上偏差+0.009，下 偏差-0.004，并且要保证它们之间的位置尺寸精度为 660.05mm。 上述个孔的加工表面光洁度均为3。 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 7 - 图 3-1 工序图 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 8 - 第 4 章 加工示意图的制定 4.1 刀具及切削用量的确定 4.1.1 刀具与工艺方案的关系 专用机床刀具，是专用机床主要组成部分之一。刀具的选用、设计、制造正确与 否，对机床的加工精度和效率有着重要影响。在专用机床上常采用多刀、复合刀具及 特种工具，从而使工序集中、机床结构简化，提高产品质量和生产效率。 4.1.2 刀具选择原则 （1）如条件允许，应首先选取标准刀具。 （2）为提高工序集中程度，或达到更高精度，可采用复合刀具。但在确定复合刀 具结构时，应尽可能采用组装式复合刀具。 整体复合刀具，如复合钻头、钻铰复合及扩铰复合刀具等，制造和刃磨比较困难， 仅在采用这种刀具后可大大减少工位数和机床台数、提高加工精度时选用。 加工花键套上直径为 24mm 的四个孔。由于考虑钻头钻孔是的扩孔量，一般所选 用钻头直径都比孔径小些。在这台多轴专用钻床上选用标准高速钢钻头 23.7mm 四根， 其型号是 GB/T1438.11996。 切削用量的选取采用查表法，从专用机床设计与制造附录一的切削用量表 2 可知：工件材料为 45 钢，HB 为 175225，其切削速度为 825m/min，走刀量为 0.30.45mm/r。 对主轴的选取，当取切削速度 V 为 20m/min 时，钻头主轴的转速 min/2697.314.010rDvn 对走刀量的选取，考虑到工件材料系 45 钢。取走刀量 s=0.32mm/r。 4.2 加工示意图的绘制 4.2.1 加工示意图的作用 加工示意图是根据生产率要求和工序图的要求而拟订的机床工艺方案。它是刀具、 辅助工具的布置图。是专用机床部件设计的重要依据。是机床布局和机床性能的原始 要求。也是机床试车前对刀和调整机床的技术资料。 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 9 - 4.2.2 加工示意图的内容 (1)加工部位的结构尺寸、精度及分布情况。 (2)刀具、刀杆及其主轴的连接结构。 (3)导向结构。 (4)上述各类结构的联系尺寸、配合尺寸及必要的配合精度。 (5)切削用量。 (6)工作循环及工作行程。 (7)工件加工部位俯视图，并在俯视图上编出孔号（与主轴编号相对应） 。 4.2.3 加工示意图的画法 (1)除了工件非加工部位用细线画出外，加工部位及其它图形均用粗实线画出。 (2)运动部分图形，按刀具加工终了位置画。 (3)对一些标准的通用结构，如钻头接杆及钻主轴悬伸部分等，没有剖视。一些专 用的结构，进行了剖视。 4.2.4 加工示意图加工过程 加工示意图主要是为了体现零件的被加工过程，而且要体现出零件被加工完刀具 的最后行程。本工序的加工示意图主要由零件、钻套、麻花钻、接杆及多轴箱的伸出 轴部分。 （1）钻套的选择 在这里，考虑到刀具在加工过程中会与钻套产生摩擦，长期下来，对钻套有一定 的损坏，所以，采用可换钻套。根据支架的厚度为 20mm，钻套的厚度可定为 30mm。钻 套与支架的连接采用螺钉连接。螺钉的型号为 M8X20 （2）接杆的选择 接杆选用带扁尾莫氏圆锥孔的接杆，根据麻花钻的刀柄莫氏锥度为 3 号，故选择 接杆的型号为 ZB40M3160，总长 L 为 240mm。多轴箱的伸出轴部分为 80mm。 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 10 - 图 4-1 接杆图 4.2.5 动力部件行程长度的确定 其中引用参考文 第二章。7献 工作进给长度：最大的加工长度加上切入和切出长度。 md LL977.23058切 出 长 度切 入 长 度工 件 加 工 长 度工 作 进 给 长 度 快进行程长度：即快退行程的最后位置到工作进给开始位置之间的行程长度。 在这里快进长度为： L10快 进 快退行程长度：能保证刀具退离工件后，装卸工件方便。 在这里快退长度为： mL197快 退 工作行程长度：指完成加工所需要的快进和工进行程长度的总和。 工作行程长度为： L197 动力部件工作循环图的绘制工作循环是指机床的动力部件从起始位置开始运动， 到加工终了有回到原位的动作过程。它是根据工艺要求来决定的。 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 11 - 加工示意图如图 4-2： 图 4-2 加工示意图 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 12 - 第 5 章 机床生产率的计算 5.1 单件工时的计算 当取切削速度 V=20m/min 时，钻头主轴的转速 。对走刀量的选取，考虑到工件系 45#钢，min/2697.314.010rDvn 选取走刀量 s0.32mm/r。进给长度 ，公式 51，52 引用参考文L7工 进 第三章。1献 所以工进时间 T 为： （5-min128.3.0269ns工 进工 进 1） 辅助时间 为：辅T 装停转空辅 TT 式中 动力头空程快进及快退时间，其值为：空 空空 Vl21 其中 快进长度，其值为：1l 100lm 快退长度，其值为：2l 10097197l 动力头空程速度，其值为：空V 8.4 /min空 m 所以： in023.84 197空T 死挡铁停留时间，一般取为 0.030.1min，这里其值取为：停 mi5.停T 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 13 - 回转台工作台转位时间，其值为：转T min1.0转 零件的装卸时间，装 因为回转工作台上共分四个工位，并且零件的工进时间为 1.128min，时间很长， 在这一时间内完全可以装卸一个零件，相互交替装卸零件，所以其值为： min0装T 综合上述，零件的单件工时 为：工T in301. 1.05.2.8辅工单 将上述计算结果填写在生产率计算卡上。 5.2 机床生产率的计算 机床生产率的计算为： （5-时件单 46301.6TQ 2） 机床负荷率的计算为： Q1 式中 使用单位要求的生产率1Q 5.3 填写生产率计算卡片 生产率计算卡的作用： 生产率计算卡是反映机床的循环过程及每一个过程所用的时间、切削过程所选择 的切削用量以及该机床每小时生产率与负荷率；同时反映所设计机床的自动化程度。 通过生产率计算卡的编制，可以计算出机床生产率和负荷率，用以分析所制定的 机床方案是否能满足生产要求及使用是否合理。 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 14 - 花键套生产率计算卡片如表 5-1： 表 5-1 花键套生产率计算卡片 图 号 A1 毛 坯 种 类 碳 素 钢 名 称 花 键 套 毛 坯 质 量 被 加 工 零 件 材 料 45# 钢 硬 度 HB=175225 工序名称 钻 孔 工序号 走刀量 工时（分）序 号 工步 名称 零 件 数 加工 直径 （毫 米） 加工 长度 （毫 米） 工进 行程 （毫 米） 切削 速度 （米 /分） 转数 （转 /分） 毫 米/ 转 毫 米/ 分 工进 工时 辅助 工时 共 计 1. 装工 件 1 2. 钻孔 24 毫米 24 80 97 20 269 0.32 86. 08 1.128 1.12 8 3. 空程 快进 0.012 0.01 2 4. 空程 快退 0.023 0.02 3 5. 回转 台转 位 0.1 0.1 6. 死挡 铁停 留 0.05 0.05 总 计 1.31 3 单件工时 1.31 3 机床生产率 45.6 件/ 时 备 注 机床复核率 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 15 - 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 16 - 第 6 章 机床总体联系尺寸图的绘制 机床总体布局的目的，是按照简单、合理、经济的原则，制定一种实现加工要求 的方案。它基本上由工艺方法，运动分配，工件尺寸、重量、精度、表面光洁度及生 产效率等因素所决定。 此机床的设计具有以下特点： (1)保证了给定的工艺过程要求，最大限度地考虑了机床部件的通用化。 (2)保证了机床的刚度、精度、抗振性和稳定性，最大限度地减轻了机床的重量。 (3)机床结构简单，传动链较短，从而提高了传动精度和传动效率。 (4)具有良好的加工工艺性，便于机床的加工和装配。 (5)保证了安全生产，便于操作、调整和维修。 (6)便于装卸工件和纳入自动线。 (7)机床的占地面积小，节省了占地费用。 (8)机床的外形美观、大方。 6.1 机床多轴箱电动机功率的计算 被加工零件材料：45#钢，布氏硬度 HB175225，抗拉强度 =5270B 刀具：直径为 23.7mm 的标准麻花钻头 4 个 切削用量：转速 n269 ；走刀量 s0.32mm/r。mir 其中公式 61，62，63，64 引用参考文 。7献 轴向力 P： （6-kgNPSB67.306032.4. 7575.0. 1） 切削扭距 M： （6-mkgN kgSD.17.266032.054. 7.8.7.08.2 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 17 - 2） 切削功率 N 切： （6-kwMn2.7974016.9740切 3） 电动机功率 N 主： 切主 N 多轴箱机械效率一般取 0.80.9，这里取 0.85 （6-kw5.8.027切猪 4） 6.2 机床有关部件及尺寸的确定 根据轴向力 P 及电机功率 N 主可选取主电动机，其额定功率为 11kw。 根据主轴直径，轴间距和箱体厚度，将多轴箱的高度尺寸定为 340mm，长度为 400mm，宽度为 400mm。动力箱的长度为 500mm 米，宽度为 400mm，高度为 360mm。 工件的送进和退出采用液压滑台，其行程定位 200mm，其中快进为 100mm，工 进为 97mm。滑台台面宽度为 400mm，台面长度为 800mm。夹具体的高度为 170mm。 6.3 绘制机床总体联系尺寸图 机床总体联系尺寸的绘制如图 6-1： 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 18 - 立 柱 底 座 中 间 底 座立 柱 动 力 箱 多 轴 箱 回 转 工 作 台夹 具 夹 具工 件 工 件电 动 机Y系 列 (IP4)160M电 动 机Y系 列 (IP4)90L-2 图 6-1 多轴专用钻床总体尺寸联系图 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 19 - 第 7 章 机床夹具设计 7.1 夹具的定义及分类 “工欲善其事，必先利其器” ，这是我国历史上劳动人民在生产斗争中对工具重要 性所作的总结。在现代生产中，工具（工艺装备）的作用也是如此。 在机械制造工业中，为了达到保证产品质量、改善劳动条件、提高劳动生产率及 降低劳动成本的目的，在工艺过程中，除机床等设备外，还大量使用着各种工艺设备。 它包括夹具、模具、刀具、辅助工具及测量工具等。因此，广义地说，夹具是一种保 证产品质量并便利和加速工艺过程的一种工艺装备。不同的夹具，其结构形式、工作 情况、设计原则都不相同，但就其数量和在生产中所占的地位来说，应以“机床夹具” 为首。 所谓机床夹具就是机床上所使用的一种辅助设备，用它来准确地确定工件与刀具 的相对位置，即将工件定位及夹紧，以完成加工所需要的相对运动。所以机床夹具是 用以使工件定位和夹紧的机床附加装置（以后简称夹具） 夹具的合理分类是为了适应技术管理工作的需要。在统计工艺装备系数，估计设 计制造工作量，进行资料分类管理，便于技术总结及业务建设等方面，有着重要的作 用。 7.2 机床夹具的用途及使用优点 使用夹具的最终目的是保证产品质量，改善工人劳动条件，提高生产效率，降低 产品成本。在各种生产条件下其主要目的可以不同。 在一般情况下，机床夹具的用途有下列几点。 7.2.1 保证产品质量 当工件的形状复杂及精度要求较高时，往往不易或不能依靠通用机床及其附件来 达到加工要求，因此需要采用专用夹具。 7.2.2 提高劳动生产率 单位时间内产量的增加或工序单件时间的减少，即标志着劳动生产率的提高。使 用夹具是提高生产率的最有效的措施之一。 工序的单件时间 ，一般可用下式计算：DT 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 20 - SZFJDTT 式中 机动时间；JT 辅助时间，其中包括工件装卸、找正、调整机床、刀具引入及退出、F 清除切屑等时间； 工作地点组织性和技术性管理所需的时间；ZT 休息与个人生活所需的时间。S 这些时间中， 与 比重最大，因此应设法使夹具能减少这两种时间。下面举例JFT 说明几种主要办法即情况。上段引用参考文 。7献 (1)缩短辅助时间 采用专用夹具缩短辅助时间的办法，主要是减少工件安装和找正的时间。在很多 情况下，为了保证工件在机床上所需的位置精度，可以使用通用夹具来实现，但它们 往往只用于位置精度不高的加工，也往往限于形状简单的工件。 (2)减少机动时间 采用专用夹具加工，可以增加同时工作的刀具或同时加工的工件；或者可以提高 加工的切削用量。这样就可以大大减少机动时间。 如果在一个工序中，同时平行地加工几个零件，则机动时间将与加工一个工件时 相同，因而也提高了劳动生产率。这种加工方法称平行多件加工。它可以使用一把刀 具，也可以使用多把刀具。 如将平行多件加工和先后多件加工组合起来，成为平行先后多件加工，则机动时 间和辅助时间可以更缩短，因而生产率将更为提高。 7.3 夹具的组成 虽然加工工件的形状、技术要求不同，所使用的机床不同，但在加工时所使用的 夹具大多由以下五个部分组成： (1)定位元件及定位装置 在夹具中确定工件位置的一些元件称为定位元件。它们的作用是使一批工件在夹 具中占有同一位置，只要保持工件的定位基面与夹具上的定位元件相接触或相配合， 就可以便工件定位。有些夹具还采用由一些零件组成的定位装置对工件进行定位。 (2)夹紧装置 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 21 - 在夹具中由动力装置(如气缸、油缸等)、中间传力机构(如杠杆、螺纹传动副、斜 楔、凸轮等)和夹紧元件(如卡爪、压板、压块等)组成的装置称为夹紧装置。它们的作 用是用以保持工件在夹具中已确定的位置。并承受加工过程中各种力的作用而不发生 任何变化。 (3)对刀及导引元件 在夹具中，用来确定加工时所使用刀具位置的元件称为对刀及导引元件。它们的 作用是用来确定夹具相对刀具(如铣刀、刨刀等)的位置，或引导刀具(如孔加工用的钻 头、扩孔钻，铰刀及铿刀等)的方向。 (4)夹具体 在夹具中，用于连接上述各元件及装置使其成为一个整体的基础零件称为夹具体， 它们的作用，除用于连接夹具上的各种元件和装置外，还用于夹具与机床有关部位进 行连接。如图7-1 图 7-1 夹具与机床连接 (5)其它元件及装置 在夹具中，除上述定位元件、夹紧装置、对刀及导引元件以外的其它元件及装置， 它们的作用是确定夹具在机床有关部位的方向或实现工件在夹具同一次装夹中的分度 转。 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 22 - 7.4 机床夹具设计研究的内容 为了在不同生产类型的条件下，根据被加工工件的工序要求，设计出确保加工质 量的效率高、操作方便和经济实用的夹具，必需深入研究如下主要内容： 7.4.1 工件在夹具中的定位 工件定位原理 工件在机床上或夹具中的定位问题，可以采用类似于确定刚体在空间直角坐标系 中位置的方法加以分析。工件没有采取定位措施以前，与空间自由状态的刚体相似， 每个工件的位置将是任意的、不确定的。对一批工件来说，它们的位置将是不一致的。 工件空间位置的这种不确定性，可按一定的直角坐标分为六个独立的方面：图（1） 沿 X 轴的移动和转动,图（2）沿 Y 轴的移动和转动,图（3）沿 Z 轴的移动和转动 六个方面位置的不定度都存在，是工件在机床上或夹具中位置不确定的最大程度， 即工件最多只能有六个不定度，限制工件在某一方面的不定度，工件在某一方面的位 置就得以确定。工件定位的任务就是通过各种定位元件限制工件的不定度，以满足工 序的加工精度要求。根据工件在各工序的加工精度要求和选择定位元件的情况，工件 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 23 - 的定位通常有如下几种情况。 1） 完全定位 即工件在机床上或夹具中定位，若六个不定度都被限制时，称为 完全定位。 2) 部分定位 即工件在机床上或夹具中定位，若六个不定度没有被全部限制时， 称为完全定位。 3） 欠定位 即工件在机床上或夹具中定位时，若定位支撑点数少于工序加工要求 应予以限制的不定读数，则工件定位不足，称为欠定位。 4） 重复定位 即工件在机床上或夹具中定位，若几个定位支撑点重复限制同一个 或几个不定度，称为重复定位。 注:为了减少或消除重复定位造成的不良后果，可采取如下措施。 a) 改变定位元件的结构 b) 撤销重复限制不定度的定位元件 c) 提高工件定位基准之间及定位元件工作表面之间的位置精度。 7.4.2 工件在夹具中的夹紧 （1）夹紧装置的组成及设计要求 工件在夹具中的装夹是由定位和夹紧这两个过程紧密联系在一起的。仅仅定好位， 在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件实 行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。 夹紧装置的基本任务就是保持工件在定位中所获得的既定位置，以便在切削力、 重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和振动，确保加工质量和生产安全。有时工 件的定位是在夹紧过程中的实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确位置。 1)所谓夹紧，就是对已在夹具中定好位的工件施力使之被夹紧压牢的操作过程。 其目的是使被加工零件不团切削力和其它外力的作用而松动或震动。在夹具中执行夹 紧任务的机构称为夹紧装置。由于夹紧装置既会影响夹具结构的复杂程度，也会影响 夹压效率以及操作工人的劳动强度，所以在夹具设计中，夹紧装置的设计占了很重要 的位置。 2)夹紧装置由力源装置、夹紧元件相中间传力装置三部分组成。所设计的夹紧装 置应有利于工件的定位，操作安全、方便，夹紧准确可靠，且具有良好的锁紧性能， 结构简单可靠，其复杂程度应与加工工件的生产类型相适应。因夹具设计多属单件生 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 24 - 产，夹具设计时，一般不进行强度和刚度的计算，而是采用类比法或图表参照法，只 对个别要求较高受力很大的零件才进行强度和刚度的计算。 3)夹紧力是设计夹紧装置的原始依据，夹紧力的方向、作用点和大小是确定夹紧 方案时必须首先考虑的三个基本要素。夹紧力的方向应能保证定位可靠，不破坏原来 的定位精度，应有利于减小夹紧力。夹紧力的作用点应选在工件刚度较好的部位，并 尽力能靠近工件的加工表面。同时，夹紧力的作用点应保证工件定位稳定，并在夹紧 过程中不致产生移动和偏转。对刚性差的工件应增大作力点的数目，但对刚性好的工 件，应尽量采用单点夹紧，以简化夹紧机构。夹紧力的大小，应以工件处于对夹紧力 最不利的瞬时状态，采用静力平衡原理计算。为安全起见，所计算出的夹紧力还需乘 以安全系数，才能作为工件实际需要的夹紧力。 4)夹紧装置多是由一些基本夹紧机构组合演变而成的。常用的基本夹紧机构都已 典型化、其元件多数已标准化，因此，设计时参考手册选用、并根据具体情况进行组 合。各类典型夹紧机构，如斜楔、螺旋、圆偏心、铰链杠杆机构，其夹紧力的佑算公 式大致相仿，设计和选用时，应注意它 f 门的扩力比、自锁条件、行程和结构特点。 对于联动夹紧机构，在设计时，应注意进行运动分析初受力的分析，注意所采用的浮 动元件是否与需要的联动夹紧点的数目相适应，并应有足够的浮动量。对于多件顺序 夹紧饥构应注意夹紧力的方向与工件加工尺寸方向的关系，并尽量使二者相垂直。 （2）夹紧力的确定 正确确定夹紧力,主要是正确确定夹紧力的方向、作用点和大小。 1)夹紧力的方向 夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面。为使夹紧力有助于定位，则工件应靠紧 支承点，并保证工件上各个定位基准与定位元件接触可靠。一般来说，工件的主要定 位基准面的面积较大，精度较高，限制的不定度多，夹紧力垂直作用于此面上，有利 于保证工件的准确定位。另外，夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。 2)夹紧力的作用点 夹紧力的作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。选择夹紧力作用点的 位置和数目，应考虑工件定位稳定可靠，防止夹紧变形，确保工序 3)夹紧元件的确定 选择钩型压板作为夹紧元件，其型号为 GB/T219691。如图 7-2 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 25 - 图 7-2 钩型压板 技术条件为： a)材料 45 钢按 GB699 的规定。 b)热处理 3540HRC。 c)其他技术条件按 GB/T2259 的规定。 夹紧的原理是通过液压缸驱动钩型压板对工件的上表面进行夹紧。由参考文 。10献 液压缸的确定如下： 调查研究表明钩型压板的最最小行程为 35mm,选择液压缸的最大行程为 50mm。 运动部件自重 5000N，则静摩擦系数取 , 动摩擦系数 ; 油缸机械效率2.0sF1.0kF =0.9。cm 则工作阶段。 50.210.238989sicmFN 初选液压缸工作压力 由工况分析中可知，工进阶段的负载力最大，所以，液压缸的工作压力按此负载 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 26 - 力计算，取液压缸工作压力 P 为 2MPa. 确定液压缸的主要结构参数 由上面计算得出工进阶段的负载力最大 F=1338N, 则有 264138.910.2FDmp 查设计手册，按液压缸内经系列将以上计算值圆整为标准直径，取 D=25mm 但根据经验设计 所选直径太小，考虑到车削时其他阻力和液压缸的强度，选取直径 D=40mm, 根据下表 7-1 液压缸工作压力 （ MPa） 5.05.0 p 7.07.0 活塞杆直径 d （0.5055）d （ 0.6207） d 0.7d 所以活塞杆直径 d=0.5D=16mm 同样圆整成标准系列活塞杆直径 d=16mm. 由 D=40mm, d=20mm 算出液压缸无杆腔面积： 22 213.401.56DAcm 液压缸无杆腔面积： 2222().()9.44dc 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 27 - 计算液压缸的工作压力、流量和功如表 7-2： 根据上表的背压系统估计值可在 0.20.5MPa 范围内选定，故暂定：工进时 Pb=0.5MPa.液 压（1）缸工作阶段的工作压力： 4621 413812.560. .1.73.5609bAFP Ma 液压缸输入流量： q1=A1v= 432.1/.5/minsL 液压缸的输入功率： 631.730.540.PpWK 系统类型 摩擦因数 (f) 中，低压系统 08MPa 简单系统，一般轻载节流调速系统 出口带调速阀的调速系统 出口带背压阀 带补油泵的闭式回路 0.20. 5 0.5 0.8 0.51.5 0.81.5 中，高压系统 816MPa 同上 比中低压系统高 50%100% 高压系统 1632MPa 如锻压机械等 初步时背压可忽略不 计 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 28 - 夹具的装配如图 7-3 所示： 图 7-3 夹具装配图 黑龙江东方学院本科生毕业论文设计 - 29 - 结 论 本文首先确定一个工艺方案，分析并制定出给你工序图。计算机厂生产率以及确 定机床的尺寸并绘制出总体联系尺寸图。选择多轴孔加工专用机床。用机床是加工某 种特定零件，完成某些特定工序的专门性机床。 机床夹具是机床上所使用的一种辅助设备，用它来准确地确定工件与刀具的相对 位置，即将工件定位及夹紧，以完成加工所需要的相对运动。在以上设计中，我对大 学 4 年中所学的知识有了进一步认识。熟练的掌握了 CAD 等相关软件，尤其在多轴 箱和夹具方面。这对我以后工作有很大帮助。 本次设计的优点： 1. 实现了单机自动化，组成生产自动线。 2. 提高劳动生产率，降低劳动强度，保证装配质量，从而促进社会经济的发展。 3.使用夹具可以保证产品质量，改善工人劳动条件，提高生产效率，降低产品成 本。 设计还存在不足，总体设计应更多的结合机械制造工艺和公差类等机械理论。 在以上设计中，我对大学 4 年中所学的知识有了进一步认识。熟练的掌握了 CAD 等相关软件，尤其在多轴箱和夹具方面。这对我以后工作有很大帮助。 黑龙江东方学院本