毕业设计（论文）滚齿机床与插齿机床专用夹具设计

1、 本科毕业设计(论文)题目：滚齿机床与插齿机床专用夹具设计系 （部）： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2010年4月滚齿机床与插齿机床专用夹具设计摘 要机床夹具是在金属切削过程中，用以准确的确定工件位置，并将其牢固的夹紧，以接受加工的工艺装备。为了保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻工人的劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此，我们提出了本次设计理念。本文针对齿轮在切齿机床上的加工工艺性要求，设计滚齿机床与插齿机床专用夹具，包括滚齿机用塑料心轴夹具、加工大型齿圈用滚齿机夹具、圆锥齿轮铣齿夹具、滚齿液压波形套胀紧夹具、内齿轮插齿夹具

2、、加工轴齿轮用液性塑料夹具等。并配合cad、solidworks等辅助设计软件来实现整个设计过程。完成了各套夹具的完整设计过程，包括设计计算、零部件分析和原理分析等，本文设计的夹具，基本上可以满足工程需要，本文使用的设计方法，也可为同类夹具的设计提供参考。关键词 ：solidworks；机床夹具；三维建模；标准件库；夹具设计design of gear hobbing machine bed and dedicated fxture abstract metal cutting machine tool fixture is in the process to determine the ex

3、act location of the workpiece and the clamping firm to accept processing technology and equipment. to ensure the quality of the workpiece processing, improve processing efficiency, reduce labor intensity, full performance and expanding technology machine tools. therefore, we propose in this design.

4、in this paper, gear cutting machine tools in processing requirements, design bed and gear hobbing machine fixture, including fixture spindle hobbing machine plastic processing large ring gear with a gear hobbing machine fixture, bevel gear milling fixtures, corrugated sleeve hydraulic hobbing swelli

5、ng jig, fixture within the gear shaper, gear axis machining with liquid plastic fixtures. and with the cad, solidworks and other cad software to implement the whole design process. efforts over a period of time, basically completed the tao complete fixture design process, including design calculatio

6、n, analysis and principle components analysis.this fixture was designed to basically meet the engineering needs of the design used in this method can also be designed for similar reference fixture. keywords: solidworks; machine fixture; three-dimensional modeling; standard parts library; fixture des

7、ign目 录1 绪论21.1本课题研究的目的和意义21.2国内外研究的相关情况31.3本课题研究的相关情况41.4本课题的研究方案及方法42 加工大型齿圈用滚齿机夹具设计62.1夹紧原理简介62.2夹具设计63 滚齿液压波形胀紧夹具设计103.1夹紧原理简介103.2夹具设计104 圆锥齿轮铣齿夹具设计134.1夹紧原理简介134.2夹具设计135 滚齿机用塑料心轴夹具设计165.1夹紧原理简介165.2夹具设计166 加工轴齿轮用液性塑料夹具设计196.1夹紧原理简介196.2夹具设计197 结论21参考文献22致 谢23毕业设计（论文）知识产权声明24毕业设计（论文）独创性声明251 绪论

8、1.1本课题研究的目的和意义（采用流水线作业原理进行说明）随着计算机技术在工业设计与制造领域的广泛应用，以及交互技术的迅速发展，人们更关心如何方便、容易、快捷地获得满意的模型。现在大多数企业正在为了适应产品周期越来越短暂，更新速度的不断加工，而是用无纸设计，也就是运用计算机设计产品，这样才能跟上市场的需求变换，也是机械行业发展的一种趋势。夹具设计过程中，零部件的标准化、通用化和系列化是提高设计质量、缩短设计周期的有效途径。快速实现夹具设计已成为企业的迫切要求。将计算机辅助设计技术应用到夹具设计的过程是解决这一问题的必然选择。随着计算机技术的发展和应用，计算机辅助夹具设计在理论和应用上都得到了迅

9、速发展,大大提高了夹具的设计效率，缩短了生产准备周期。在产品设计中，大量应用标准件是代表一个国家和企业设计制造水平的重要标志。在产品设计中, 大量应用标准件是代表一个国家和企业设计制造水平的重要标志。在机床夹具设计中, 有大约一半的零件是标准件或非标常用件, 这些零件大多具有相同或相似的外形特征, 只是尺寸规格有所不同, 如果没有三维标准件库, 将不得不在夹具设计和开发过程中对标准件进行重复建模, 不但耗费设计人员的时间和精力, 延长设计周期, 而且增加了产品的生产制造成本, 所以建立通用的符合国家标准和企业标准的标准件库和典型组合库是提高设计效率的保证, 也是当前制造业信息化的基础研究工作之

10、一。因此利用三维软件如solidworks建立通用的标准件库和机床夹具零部件库具有极其深远的意义。1.2国内外研究的相关情况在产品设计中，大量应用标准件是一个国家和企业设计制造水平的重要标志，在机床夹具设计中，有大约30%70%的零件是标准件或非标常用件，这些零件都具有相同或相似的外形特征，只是尺寸规格有所不同。建立通用的符合国家标准和企业标准的边准件库和典型组合库是提高设计效率和保证，也是当前制造业信息化的基础研究工作之一。若要是大部分工程技术人员在三维软件下进行标准件库的二次开发就必须有编程的能力，显然是不现实的，再者建立的标准件库因其过程复杂，同时生成的标准件模型特征较多，在使用标准件种

11、类与数量较多的装配体中会影响软件的整体运行速度，所以要根据本行业的需要尽量简化其建模过程，但模型尽量简单，且规格属性还要详实。我国的计算机辅助设计工作从20世纪70年代开始以来，经过不断地发展和推广应用，取得了良好的经济效益和社会效益。少数大型企业已建立起比较完善的计算机辅助设计系统，一些中小企业在保证产品质量、提高劳动生产效率等方面也取得了显著效益。以“甩图板”为目标实现绘图设计自动化成为推广应用计算机辅助设计技术的突破口，使其在企业中得到广泛应用。但是计算机辅助设计技术并不仅仅局限于绘图设计自动化，随着计算机技术、网络技术、cad/cam技术等的快速发展，如何深化推广应用计算机辅助设计技术

12、并提高其应用的层次，成为人们特别关注的问题。尽管我国开展计算机辅助设计技术应用工作并不晚，但是从整体上看，国内计算机辅助设计技术应用的深度和广度与国外先进水平相比还存在很大的差距。作为一种先进手段和工具，计算机辅助设计技术提高了企业的设计和制造能力，但计算机辅助设计技术不能代替人的设计和制造行为、专业技术人员的创造能力和制造能力和工作经验等。波音、福特等国外企业计算机辅助设计技术的良好应用是得益于其应用经验积累和培养出的高素质技术队伍，而国内目前非常缺乏能够同时掌握计算机软、硬件技术又具有丰富专业知识的人才。当前国内机械行业内。虽然市场上有诸多机械标准零件的图库，但并不是很能满足需求。一方面，

13、现在的图库基本上都是二维平面图库，但三维软件的迅速发展，平面图库的应用将日趋受限甚至减少。另一方面，虽然一些三维软件也有标准件图库，但多数是普通的机械标准零件图库，并没有一套专门的机床夹具标准零部件的图库。1.3本课题研究的相关情况1）以机床夹具标准为依据，用solidworks软件完成对机床夹具的标准件三维模型建模工作；2）设计滚齿机用塑料心轴夹具、加工大型齿圈用滚齿机夹具、大齿圈液动滚齿夹具、圆锥齿轮铣齿夹具、滚齿液压波形套胀紧夹具、内齿轮插齿夹具、加工轴齿轮用液性塑料夹具、插内齿圈专用夹具；3）夹具设计时结合已建立的机床夹具标准件的三维模型库进行夹具的设计。4）以机床夹具标准为依据，用o

14、ffice word、office excel、office access、solidworks、photoshop、autocad等软件完成，设计滚齿机床和插齿机床专用夹具。1.4本课题的研究方案及方法目前，现有的标准库基本上以世界上使用最多的通用绘图软件autocad为开发平台，在autocad平台上利用autolisp语言及图标菜单技术进行二次开发，把autolisp语言内嵌于autocad，实现了计算与绘图的统一，建立机床夹具标准件库并在绘制时调出。或者在solidworks、proe、ug、solidedge等主流三维软件中进行二次开发嵌入标准件库。上述两种方法只是单一的平面图标准件

15、库，或者只是三维实体模型。本次课题则是把这两种方法有机的结合起来，既有规范标准的平面图，又有简单明了的立体图，并附有模型参数，而且还是一个多元化软件系统。它即可依附于solidworks软件进行模型调用，又能单独启动查询系列参数。二维平面图以autocad为工具，三维立体图以世界上第一个基于windows的优秀三维设计软件solidworks，按照正确的设计关系绘制标准件的模型，当需生成某一规格的标准件时，可根据用户给定的相关约束变量参数值，对已定义好的标准模型的相应约束关系进行修改与求解，使其几何元素和特征的几何或拓扑信息发生改变，并引起相关图形元素及关系的联动，生成所需的零件。依据标准件中

16、的某一规格参数做出模型，运用microsoft access数据库管理技术，使三维立体模型和这组参数数据关联，并一一对应，生成这种规格的所有参数的全部模型。也就是三维立体模型根据参数数据的改变而改变对应的形状，完成了基于特征造型、可参数化驱动生成零部件的机床夹具三维标准件库。上述过程主要运用了尺寸驱动法，它是指在保持零件结构不变的情况下，将零件的尺寸标注视为变量，给予不同的尺寸值，便能获得一系列结构相同而尺寸不同的相似零件，它允许用户在定义一个典型零件时，不必考虑零件中几何元素的准确位置，而只需保证其拓扑而只需保证其拓扑结构正确，同时进行必要的尺寸参数标注，通过尺寸参数值的变化来生成结构相同而

17、参数不同的零件族，它在零部件的重新生成与修改方面显示出极大的方便性。系统采用尺寸驱动法，不用重复图形的生成过程，程序代码量少，便于获得系列化零件图形。此方法对比有着打破了传统抽象的二维平面图和参数数据关联，是在三维立体模型中更直观的反映不同参数差异的先进之举。二维图和三维图最后均以图片的形式出现在界面，并具有放大效果，方便用户快速浏览界面，查询所需参数，降低了计算机的运行负荷，在必须查看模型实际形状时，开启solidworks就能调出用户想要参数的模型文件。这样为用户多方面考虑的想法是现有三维软件为数不多的创新点，也是solidworks二次开发的一次巨大推进。最后运用自己设计出来的二次开发软

18、件从标准库中调出零件并组装出所需的典型夹具。2 加工大型齿圈用滚齿机夹具设计2.1夹紧原理简介本夹具以内孔及端面在斜面定心机构上定心。在压板4上装有三个可摆动的压爪5，压爪5的一端通过滑柱6压在圆板7上，另一端压在盘形压板2上，旋紧螺母3，圆板7带动三个长销（或楔块）8向下移动，将工件定心夹紧；同时盘形压板2将工件轴向夹紧。松开工件时，借碟形弹簧1的作用，是盘形压板2和长销8向上移动，取下盘形压板2即可卸下工件。零件二维图如图2.1所示：图2.1 加工大型齿圈用滚齿机夹具装配模型2.2夹具设计大量工程经验和实践可知，设计夹具时有以下基本要求：1、满足使用要求，应保证工件装夹时定位可靠、夹紧牢固

19、，并能保证精度要求。良好的结构工艺性，所设计的夹具应便于制造、装配、调整、维修、且便于加工中切屑的清理。2、使用安全省力，操作方便，有利用实现优质、高产、低耗、改善劳动条件。3、应尽量使用标准件、通用件、借用件等，以提高标准化、通用化、系列化的水平，降低生产成本。在基本要求中，由于每个机床的工作方式不同，所以机床夹具又各自具备不同的特点。根据齿轮齿形的形成原理，滚齿机床和插齿机床夹具多为心轴和套筒类结构。这类夹具在设计过程中主要是保整心轴轴线及端面的垂直度要求，套筒内外圆柱面同轴度及对端面和安装基面的位置度要求。同时，保证夹具在机床上安装后定位元件工作面与机床工作台回转轴线同轴度要求，必要时还

20、应设计找正基准。把握好这一点，滚齿机床和插齿机床夹具的设计过程就变的简单多了。本套夹具针对如图2.2的大型齿圈设计，采用定心夹紧机构，在实现准确定心的同时达到夹紧工件的目的。2.2 大齿圈模型图定心夹紧机构是利用定位夹紧元件的等速移动或均匀弹性变形的方式，来消除定位尺寸偏差对工件定心或对中的不利影响。因此，其基本类型亦可分为等速移动的定心夹紧机构和均匀弹性变形的夹紧机构。等速移动定心夹紧机构的工作原理如图2.3所示：图2.3等速移动定心夹紧机构原理图该种定心夹紧机构可采用左右螺旋机构，楔块滑柱机构，杠杆机构等。本套夹具采用楔块滑柱机构的等速移动达到定心夹紧的目的，属于等速移动定心夹紧机构。先设

21、计夹具体底座，该底座应设计成锥形，保证与楔块的配合，实现等速移动并加紧的目的。如图2.4所示。图2.4夹具体模型图然后设计夹紧机构的其他零部件，主要零部件如下图2.5、2.6、2.7、2.8所示： 图2.5盘形压板模型图 图2.6压爪模型图. 图2.7压板模型图 图2.8滑柱模型图同时调用已有的标准件，将所有零件进行装配，便可得到加工大型齿圈用滚齿机夹具装配体，如下图2.9所示：图2.9 夹具模型3 滚齿液压波形胀紧夹具设计 3.1夹紧原理简介如图3.1所示，该夹具为工件以内孔、端面在垫片6和波形胀紧套5上定位，当拉杆下移时，拉杆即压缩波形胀紧套3，从而将工件定心并胀紧。 图3.1滚齿液压波形

22、胀紧夹具3.2夹具设计本套夹具针对如图3.2的齿轮设计，同样采用定心夹紧机构，在实现准确定心的同时达到夹紧工件的目的。3.2 大齿圈模型图与上套夹具类似，同为定心夹紧机构，其不同之处就在于上套采用等速移动的定心夹紧机构，而本套则采用均匀弹性变形的定心夹紧机构。均匀弹性变形定心夹紧机构有弹性夹头、弹性薄壁夹盘(鼓膜夹盘)、蝶形弹簧片夹具、薄壁套筒液性塑料夹具（液性塑料定心夹具）、波形胀紧套等。该夹具采用波形胀紧套定心夹紧，多用于齿轮、环、套筒等类零件的精加工。其特点时夹紧力均匀、定心进度高，可达到直径0.01mm，一般可稳定在直径0.02mm以内。并且结构简单，使用寿命较长，（每装夹10000次

23、后定心精度只降低直径0.001mm），正因为机构简单，精度高，寿命长，所以设计也较为方便，主要零件如图3.3所示：3.3波形胀套模型图夹具体是夹具的重要组成部分，夹具的其他元件都在夹具体上放置，还要使放置在其上的其他零件能够拆卸，保证零件相互之间的位置关系。夹具体必须要具备有足够的强度和刚度，结构要简单、紧凑、轻便，体积小，还要安装稳定牢靠，便于制造、装配和检验等特点。因此，夹具体在夹具设计中也显得非常重要。图3.4给出了本套夹具的夹具体模型图。 3.4夹具体模型图根据需要设计零部件尺寸，并根据机床夹具设计手册选择波形胀紧套夹具结构尺寸，装配完成如图3.5所示：3.5波形胀紧套夹具模型图4 圆

24、锥齿轮铣齿夹具设计4.1夹紧原理简介如图4.1所示，该夹具用于弧形锥齿轮铣床，铣削圆锥齿轮的齿部。粗切时工件以内孔、端面及一小孔在碟形弹簧上1、心轴10上的端面及削边销3上定心。精切时，球头销4代替削边销3在一齿槽中定位。动力源使拉杆14右移压缩弹簧1，将工件定心夹紧。弹簧的弹性槽中嵌有耐油腐蚀材料，以防止切屑或污物落入槽中。图4.1圆锥齿轮铣齿夹具 4.2夹具设计该夹具采用碟形弹簧片作为定心夹具的定心夹紧装置，为如图6.2所示的锥齿轮粗、精铣齿时使用，与波形胀紧套夹具原理相似，属于均匀弹性变形的定心夹紧机构，相同的原理是在夹紧过程中利用波形胀套或碟形弹簧径向涨大，从而将工件定心夹紧，对于碟形

25、弹簧来说，当径向受力时其径向涨开量约为0.10.4mm之间，定心精度可达直径0.010.002mm之间。4.2锥齿轮模型图当用一蝶形弹簧时，为了传递所需的扭矩mk，需要需要施加的轴向力q为：q=k（2mk/du）tg(-2) (n)式中 mk所需传递的扭矩（nmm）； d 工件定位基准的直径（mm）； u 装夹表面的摩擦系数； 碟形弹簧片锥面半径；k安全系数。由计算结果查取机床夹具设计手册，选择合适的碟形弹簧规格及性能参数，该夹具选用窄形8号，每片弹簧片能传递的最大扭矩在10.5814.41之间。其结构模型图和主要零件模型图如下4.3、4.4、4.5所示： 图4.3心轴模型图 图4.4拉杆模型

26、图图4.5夹具体模型图经过一系列的原理分析，零部件设计，标准件的选型，以及部分核心零件的设计计算。最终，将所有的零件与加工件装配，便得到如下图4.6所示的装配体。 图4.6圆锥齿轮铣齿夹具模型图5 滚齿机用塑料心轴夹具设计5.1夹紧原理简介如图5.1所示，对于该滚齿机用塑料心轴夹具，工件以其内孔及其端面定位。当拧紧螺钉14时，套筒薄壁产生均匀的弹性变形，将工件定心并夹紧。旋紧螺母，通过压盘7将工件轴向夹紧。定为支撑环3和压盘7可以调换，以适应不同的工件。图5.1滚齿机用塑料心轴夹具这种夹具用于精加工，由铰链滚珠装置4来确定已粗加工过的齿轮在心轴上的位置。这样可保证滚齿余量。5.2夹具设计本夹具

27、针对如图5.2所示的圆柱齿轮零件设计，属于液性塑料薄壁套筒夹具，同属于定心夹紧机构，其原理是利用液性塑料不可压缩，在夹紧过程中迫使薄壁套筒径向胀紧，压在工件孔壁上，从而使工件定性夹紧。 图5.2 圆柱齿轮模型图设计计算部分按以下步骤进行：1、薄壁套筒直径d，一般区d=dk，工件定位面直径（mm），公差安g6或f7制造；2、套筒薄壁部分长度l，一般情况l=（11.3）l（mm），l指工件定位面长度，l较长时取l=(0.70.8)l(mm)。3、套筒结构形式：dld/2时，选用a型， ld时，选用b形，或采用两个薄壁套筒； ld/2，故h=0.015d+0.5；7、套筒固定部分长度、套筒固定部分厚

28、的l0、h0选择22、16；8、套筒余家夹体的配合过盈量选0.07；9、套筒产生的夹紧力矩、轴向夹紧力及套筒与工件定位面得实际接触面积计算；应保证lk/l（0.50.8）；10、工件夹紧时，套筒内工作容积的最大增大量计算。经计算设计完成后，便可以绘制各部分零件图，如图5.3、5.4、5.5、5.6所示，给出了部分主要零件图：5.3夹具底座模型图 5.4定为支撑环模型图5.5心轴模型图 5.6压盘模型图将各部分零件按照设计要求，进行正确装配，并调用现有的标准件库，配合装配体的生成，在原有基础上进一步完善夹具体，最终得到最完善的滚齿机用塑料夹具装配体。如图5.7所示：5.7滚齿机用塑料心轴夹具装配

29、模型图6 加工轴齿轮用液性塑料夹具设计6.1夹紧原理简介如图6.1所示，加工轴齿轮用液性塑料夹具主要用于插齿机加工轴齿轮，与前几组夹具不同之处在于前几组都是为滚齿机床设计，该夹具中工件以外圆柱面及轴肩为基准安装在薄壁套筒6内定位，拧动螺钉9时，套筒薄壁产生均匀弹性变形，将工件定心并夹紧。6.1加工轴齿轮用液性塑料夹具模型图6.2夹具设计 夹紧装置是工件装夹过程的重要组成部分。工件定位之后必须通过夹具上的夹紧装置将其可靠地固定在正确的加工位置上，使其在承受工艺力和惯性力等的情况下正确位置不发生变化。夹紧机构就应该要求夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠，夹紧动作迅速，

30、操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量，夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的，结构力求简单，便于制造和维修。该夹具针对轴齿轮（如图6.2所示）插齿工序设计，装夹原理与其上塑料心轴夹具相同，其定心夹紧机构也属于液性塑料薄壁套筒类夹具。 6 .2 轴齿轮模型图拧紧螺钉9时，在螺钉9的移动下，推动柱塞8向前移动，挤压液性塑料7，使薄壁套筒6产生均匀的弹性变形。从而，将工件轴齿轮夹紧。 设计计算过成与上面塑料心轴夹具完全相同，此处不再赘述，只给出设计好的主要夹具零部件，如图6.3、6.4所示：6.3固定架模型图 6.4底座模型图最终夹具装配体如图6.5所示：6.5 加工轴齿轮用液性塑

31、料夹具模型图做好夹具三维装配体后，利用solidworks中工程图命令将三维实体模型转换为二维工程图，然后在auto cad中进行修改，得到标准二维图纸。7 结论完成了滚齿机用塑料心轴夹具、加工大型齿圈用滚齿机夹具、大齿圈液动滚齿夹具、圆锥齿轮铣齿夹具、滚齿液压波形套胀紧夹具、内齿轮插齿夹具、加工轴齿轮用液性塑料夹具、插内齿圈专用夹具的设计工作；基于以上工作，改变了以往在二维图纸上设计夹具的传统方法，而是在三维软件中设计夹具，搭建模型，实体渲染，模拟装配，还能依靠计算机来检查分析干涉，确定机构运动轨迹，实行加工过程的仿真。这个设计夹具的过程可以大大提高设计人员的工作效率，减少绘图人员的工作量和

32、劳动强度，缩短机床夹具的设计周期，减少直接设计的费用，降低成本，加快产品的更新换代速率。更重要的一点就是有了三维实体模型，使整个二维图纸的绘制和识别工作有了极其重要的辅助作用，这也是传统二维图纸无法比拟的优点。 参考文献1 杨黎明，白明光，孙光华，倪小丹等.机床夹具设计手册.国防工业出版社.1996.52 任志明，邢春和，徐大方.成组夹具设计与应用.国防工业出版社3 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人学院.机床夹具设计手册.上海科技大学出版社.4 贵州工业学院机械制造工艺教研室. 机床夹具结构图册 下册.北京工业出版社.5 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学.

33、机床夹具设计手册 第二版.1990.2.6 徐红，储崖.齿轮通用机床的系列化标准化设计与实践.长洲师范专科学校学报.7 孙秀芳，刘晓翠，吴春英等.常用机床夹具标准件参数化绘图系统.陕西科技大学.2005.8 白婕静,万宏强.机械知道工程学课程设计.兵器工业出版社.2008.39 大连理工大学工程图学教研室.机械制图 第六版.高等教育出版社.2007.2.10 zeleznik r c，herndon k p，hughes j fsketch.aninterface for sketching 3d scenesc.computer graphics proceedings，annual con

34、ference series，acm siggraph，new orleana，1996：163170.11 karpenko o，hughes j f，raskar rfree-form sketching ith variational implicit surfacesjcomputer graphics forum，2002，21(3)：585594.12江静.齿轮内孔磨夹具设计研究.国土资源高等职业教育研究13刘文剑.夹具工程师手册.黑龙江科技出版社,1991, 414刘守勇.机械制造工艺与机床夹具.机械工业出版社，2000,515杨叔子.机械加工工艺师手册.机械工业出版社.2002.1.16屈天华.滚制齿轮通用家具.山西太原