A1091传动轴凸缘叉加工工艺及夹具设计

1、第1章 绪 论1.1 选题背景传动轴凸缘叉是汽车上的重要部件，它是连接变速器和驱动桥的主要零件也是承受高速传动的零件。其结构和加工工艺直接影响零件的性能，进而影响整车动力传递的效果，其结构相对简单，但是加工工艺复杂，在选材中，了解其加工工艺，并在工艺设计中，合理安排加工工序，设计合理的夹具，对产品的最终质量具有十分重要的意义。夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。夹具的设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力

2、和制造、维护容易等为其衡量指标。除根据CA1091汽车的实际工作状态，确定参数，并完成传动轴凸缘的工艺设计外，根据传动轴的工作条件和结构设计中的确定的材料性能，进行该凸缘毛坯和机械加工的工艺路线和加工方法的设计及专用夹具设计。同时，该设计还培养了我综合运用所学知识，独立完成产品设计的能力，以及分析和解决问题的能力。1.2 零件的先进制造技术1.2.1先进制造技术 凸缘叉是汽车传动轴总成的重要零件，也是承受高速传动的零件。该零件国内外一般都用钢质模锻件，而CA1091传动轴总成凸缘叉却为铸钢件，为适应市场需要，经过长期设计及生产线的试生产，早就在2吨蒸汽空气模锻锤上成功地锻出合格的凸缘叉钢质模锻

3、件，深受好评。1.2.2凸缘叉改为钢质模锻件的主要优点1）铸件的内部组织和机械性能是不能与模锻件相提并论的，特别是经过热处理后的模锻件，无论是冲击韧性还是断面收缩率、疲劳强度等机械性能均占优势。另外金属经过加热、模锻后，夹杂物得到细化，组织致密，沿着外力方向被拉长，形成流线，使锻件的质量提高，使用稳定可靠，寿命长。凸缘叉零件选用模锻方法生产，其根本优点也就在于此。2）铸件在铸造生产过程中的工序比较多，有些工艺过程难以控制，使铸件的质量不稳定，因而铸件内部常出现缩松、气孔等缺陷。经机械加工后其缺陷反映不稳定，影响了零件的质量，造成废品，增加了零件的成本。钢质模锻件就无上述缺陷，内部质量好，成品率

4、高，降低了零件的成本。 3）铸件表面粘砂粗糙，难以清理，不易加工，刀具损坏较多。而钢质模锻件容易切削。1.3先进加工技术 进入21世纪，切削加工依然是制造技术最基础的工艺，而高速切削则是切削加工工艺最重要的发展方向。多年的研究证明，在很高的切速区，随着切速的增高，切削力减小，切削温度虽增至很高，但达到一定值后增势趋缓保持不变。 高速切削，就是指切削温度随切速的增加不再显著增长的切削阶段，其切速一般比普通切削高出5-10倍之多，所以又常被称为超高速切削。高速切削的速度范围是一个相对概念，会随不同的加工方式和不同的工件材料而异。目前实际生产中高速铣削铝、铝合金 (含硅量小于12%)以及铸铁的速度范

5、围，大约分别为1500-4000m/min和750-2000m/min。 实际上在机床上进行高速切削加工时，则不仅有高的切削速度，而且要有高的进给速度(含快移速度)以及能在最短时间和行程内达到指定速度的高加(减)速度与之相配合。所以高速切削加工概念的内涵又有所延伸，它即包含高的切削速度，也包含高的进给速度 (含快移速度)和高的加 (减)速度。很明显，高速切削加工是一项系统工程，它涉及机床、刀具、工件和若干外围技术，比如CAM技术、加工状态监控技术等. 高速切削加工试验 (高的切速、小的切深、快的进给)表明，它可以提高加工效率和降低加工能耗 (单位功率的材料切除率)，又能获得高的加工精度和表面质

6、量 (表面完整性和粗糙度)，尤其适合加工薄壁零件。实验还表明，某些难加工材料比如镍基合金、钦合金和纤维增强塑料，在高速切削条件下也变得易于切削，刀具磨损过快问题获得缓解。 最近十年，高速切削加工在汽车工业、航空航天业和模具工业获得较广泛的应用，而且成效显著。在汽车工业，高速加工中心的加工效率已足以取代组合机床，成为柔性生产线的主力加工设备，从而有力地推动了大批量生产的柔性化;在航空航天业，高速数控铣床和加工中心不仅使薄壁、窄筋工件的加工变得容易，而且促进了机翼、机身等构件采用整体制造法 (既构件由大型铝合金坯料切除80%的多余材料整体制成)。从技术角度看，高速切削加工己经正在与精密和超精密加工

7、、硬切削加工、干和准干切削加工相结合。1.4选题的目的和意义 传动轴是汽车上的重要部件，它是连接变速器和驱动桥的主要零件。其结构和加工工艺直接影响零件的性能，进而影响整车动力传递的效果。根据CA1091汽车的实际工作状态，确定参数，并完成传动轴凸缘的工艺设计。另外，根据传动轴的工作条件和结构设计中的确定的材料性能，进行该凸缘毛坯和机械加工的工艺路线和加工方法的设计及专用夹具设计。传动轴是连接变速器和驱动桥的主要零件，其结构相对简单，但是加工工艺复杂，在选材中，了解其加工工艺，并在工艺设计中，合理安排加工工序，设计合理的夹具，对产品的最终质量具有十分重要的意义。同时，该设计还能培养我综合运用所学

8、知识，独立完成产品设计的能力，以及分析和解决问题的能力。1.5课题研究的主要内容本课题研究的主要内容包括传动轴凸缘叉的工艺规程编制、典型工序夹具设计及夹具的绘制。具体内容和主要问题归纳如下：研究的主要内容：1）CA1091传动轴凸缘加工工艺设计。2）凸缘叉结构特点及结构工艺性分析。3）专用夹具工艺设计4）零件及夹具工艺流程设计5）CAD出图解决的主要问题：1）CA1091传动轴凸缘叉数据参数分析2）工艺材料选取3）确定工艺路线及方案4）工序设计5）夹具方案设计1.6 课题研究的主要方法调研、收集有关国内外传动轴凸缘叉及CA1091相关资料。计算机辅助设计Autocad2004以上版本，来编制工

9、艺规程及设计图。课题研究的线路图如图1.1技术路线（研究方法）所示。从设计方法、结构原理、材料及应用等方面分析CA1091传动轴凸缘叉的加工技术，提出自己的设计思想、加工方法及改进方法。通过各种途径收集资料，广泛阅读有关工艺编制和夹具设计方面的书籍，广泛了解夹具设计方面的信息。对夹具设计的一些原理及方法，设计的基本要求及步骤，夹具体等设计进行系统的研究，设计一个重要工序上的夹具设计图纸一份。确定总体方案CA1091数据采集、分析、处理零件结构及功用分析工艺分析明确夹具设计要求规范确定工艺方案夹具及主要零件设计零件及夹具草图绘制总装草图绘制CAD出图、编写说明书图1.1 技术路线第2章 零件分析

10、2.1零件结构特点及功用分析题目所给的零件是常见零件的一种拔叉类零件，它的应用范围很广。凸缘叉是汽车底盘传动轴总成的重要零件，一般与变速箱、传动轴或驱动桥连接，是承受高速传动的零件。凸缘叉是一个带法兰的叉形零件，一般结构的传动轴伸缩套是将花键套与凸缘叉焊接在一起 ，将花键轴焊在传动轴管上或将花键套与传动轴管焊接成一体 ，将花键轴与凸缘叉制成一体 。凸缘叉被精确定位在配对凸缘上,所述配对凸缘被支承在具有同轴突出的导向器的凸花键轴上。配对凸缘包括与凸花键轴相互配合的阴花键套筒部分以及其上具有多个通孔的法兰部分。凸缘叉包括其上具有多个通孔的法兰部分和叉部分,所述多个通孔在尺寸和位置上与形成在配对凸缘

11、的法兰部分上的多个通孔对应。当凸缘叉的法兰部分被设置的邻近配对凸缘的法兰部分时,形成在配对凸缘的法兰部分上的通孔与形成在凸缘叉的法兰部分上的通孔轴向对齐。凸缘叉具有导向器接收器,其接收从凸花键轴突出的导向器。从而,不管在制造每个元件时的尺寸波动情况,凸缘叉相对于花键轴的转动轴线被准确地定位。该件国内外一般都采用中碳钢或中碳合金钢质模锻件，也有采用40Cr合金结构钢材料或中碳优质合金钢的精密铸造件。夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。夹具的设计质量的高低，应以能

12、否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。由于它们功用的不同，该类零件的结构和尺寸有着很大的差异，但结构上仍有共同特点：零件的主要表面为精度要求较高的孔及其平面，零件由内孔、外圆、端面等表面构成。2.2零件图纸分析由零件图可知，该零件形状较为复杂、外形尺寸不大，可以采用铸造毛坯。由于该零件的两个39孔要求较高，它的表面质量直接影响工作状态，通常对其尺寸要求较高。一般为IT7-IT9。加工时两39孔的与其平面的垂直度要求较高.应该控制在0.05mm以内。图2.1 凸缘叉2.3主要技术要求1）加工两端面及孔时尺寸误差及形状误差要求明确。

13、2）孔径精度：两39孔的孔径的尺寸误差和形状误差会影响到工作状态，因此对孔的要求较高，其孔的尺寸公差为IT7。3）主要平面的精度：由于39端面加工过程中常作为定位基面，则会影响孔的加工精度，因此须规定其加工要求。4）四孔对B,C面均有位置度要求。2.4 本章小结本章主要研究了传动轴凸缘叉结构特点、功用及外形尺寸、材料。对传动轴凸缘叉加工的主要技术条件、加工工艺简要构思、安排、凸缘叉加工的要点、原则、等作了介绍，并对零件进行了图纸分析。第3章 传动轴凸缘叉的加工工艺编制3.1 概述针对CA1091传动轴凸缘叉进行工艺及夹具设计，在传统凸缘叉结构和生产工艺基础上进一步完善以达到其实用简洁、加工精度

14、提高、消耗材料降低、生产效率上升、降低工业成本。汽车用传动轴凸缘叉是一种形状较复杂的零件，有法兰和通孔等复杂结构组成，本设计根据当前普遍工艺手段设计出一个切实可行的凸缘叉工艺及夹具方案，而传统结构的凸缘叉热挤压成型工艺及模具设计主要依赖经验方法，往往需要反复试模才能获得所需的锻件。根据已有CA1091凸缘结构设计出合理的凸缘叉夹具，不断改进夹具的结构、优化夹具，从而消除种种成形缺陷，确定合理的成形工艺。开发出结构合理凸缘叉的夹具，极大的降低了生产成本，缩短了开发周期对现行工艺水平的提升产生一定影响。3.2 CA1091传动轴凸缘叉的加工工艺编制3.2.1定位基准的选择1）基准的概念在构成零件形

15、状的点、线、面中，总有这样的一些点、线、面是用以确定其他点、线、面相对位置或方向的，这样的一些点、线、面称作基准。选择基准是加工的第一步。2）粗基准的选择精基准选定之后，就应在最初的工序中把这些精基准的基面加工出来。这时，工件的各个表面均为经过加工，选择粗基准时，主要要求保证各加工表面有足够的余量，一般应考虑下列原则：（1）如果必须首先保证工件上各表面加工余量均匀，则应选择此种表面为粗基准。（2）若在设计上要求保证加工面与不加工面间的相互位置精度，则应选不加工面为粗基准。（3）作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，不能有飞边、浇口、冒口或其他缺陷，以使工件定位可靠、夹紧方便。（4）粗基

16、准一般只在第一工序中使用一次，以尽量避免重复使用。因为毛坯面粗糙且精度低，重复使用将产生较大的误差。3）精基准的选择选择精基准时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准确、牢固、方便。其选择的原则有：（1）基准重合原则：应尽量选用零件的设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的定位误差。（2）基准统一原则：应尽可能采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一的原则。（3）互为基准原则：当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复加工，以保证位置精度要求。（4）自为基准原则：某些加工工序，加工余量小而不均匀，常选择加

17、工表面本身作为定位基准。4）选择工艺定位基准必须遵循的原则（1）尽可能选用设计基准作为工艺定位基准，以保证基准统一，减少定位误差。（2）在工件的各个主要加工工序中，尽可能使各加工表面选用同一基准，尤其是有相互位置精度要求的表面更应如此。（3）粗加工后定位基准应尽量选用不加工或加工余量小的平整面，可提高精度。（4）精加工工序定位基准应是已加工表面。（5）所选用的定位基准应保证必须使工件定位、夹紧方便、加工时稳定可靠。主要定位基准面应尽量选用工件上较大的表面。（6）所选用的定位基准面应保证工件在一次安装中能加工出尽可能多的表面，以保证各加工表面间的位置精度和提高加工效率。3.2.2 加工工序的安排

18、1）加工顺序的安排先粗后精：先安排粗加工，后安排精加工。本文的传动轴凸缘叉是先粗加工两端面以及两端面上的孔，然后安排精加工。先主后次：先安排主要表面的加工，后安排次要表面的加工。对传动轴凸缘叉来说就是先加工两端面，然后再加工其他端面。先基面后其他面：加工开始，首先应该把精基准加工出来。如果精基准不只一个，应该按照基准转换的顺序逐个进行加工。传动轴凸缘叉的工艺基准就是两端面和两个定位销孔，要保证两个定位销孔以及两端面的加工精度要求。要先加工两定位端面，并且在加工两定位端面的同时还要一起加工两个定位销孔，待半精加工完两定位端面之后，两定位销孔也同时加工到作为定位基准的精度要求。2）热处理及辅助工序

19、的安排毛坯探伤放在粗加工之前，物理探伤主要用来检查零件的细微裂纹和其他缺陷。物理探伤一般安排在精加工之后。检查分中间检查和最终检查，中间检查放在重要工序之后。零件全部加工完毕后，进行最终检验。3.2.3 加工工艺过程传动轴凸缘叉的材料为铸铁，HT200，经铸造处理。而后对其以机加工的方式成成品。其加工工艺过程如表3.1所示。加工工艺过程中要绘制工序图，在工序图中对各个注意事项要表示清楚，如加工部位的定位尺寸、定形尺寸以及公差要求等。表3.2是工厂常用工序的工序表。表3.1 工序目录表工序号工序名称设备名称10粗加工端面及孔立式加工中心20a粗加工另一端面及孔立式加工中心20b精加工端面及孔 立

20、式加工中心30精加工另一端面及孔立式加工中心40车端面数控车床50加工安装孔 卧式加工中心60去毛刺弯头刮刀3.2.4 工艺流程设计的方案论证在工艺流程方案的选择上有的采用先加工两端面，等两端面加工完成后再以其为参照加工各定位孔，加工完成后以定位孔和两端面为基准加工其他结构。这种加工工艺流程方案的好处是：流程路线清晰，方便工人熟悉设计流程思路，对以后的工艺改进也比较方便。缺点是：以粗基准定位加工两定位孔时加工精度比较低，在将两定位孔一次加工到位是很难达到精度要求。再者，在加工完两端面后一次完成两定位孔的加工，很容易引起已经加工到位的两端面变形，对以后的各种工艺步骤都会产生严重影响。本文结合以上

21、所述采用的流程方案如下：在用粗基准定位时首先粗铣两端面，与此同时钻相应端面上的定位孔，这时要留有一定的余量等下一步加工。等粗铣完两端面后进行精铣，同时对已经钻好的定位孔进行精加工，此时可以加工两定位孔到加工精度要求，后续工序就可以作为精基准使用。这样就有效地降低了加工误差，使加工精度更接近理论加工精度要求。这种方案的优点如下：1）加工工序的一致性将加工两端面和加工两定位孔放在一道工序中进行满足工序一致性原则，在机床上一次装夹，一次安装，既方便又简单，便于工人操作。同时也优化了工序流程。2）提高了定位孔的精度这种工艺流程设计方案有效地降低了加工误差，使加工精度更接近理论加工精度要求。在经过粗加工

22、和精加工两个阶段后两定位孔能很好地达到加工精度的要求，确保后续工序的精确定位。两端面经过粗铣和半精铣两个阶段后也基本达到表面光洁度要求、平行度要求以及平面度要求，两端面在经过半精铣加工后留有的加工余量已经很小，到流程最后在对其进行精铣。表3.2 工序表工序号工序名称工 序 内 容设 备工 艺 装 备1铸造铸造，清理2热处理时效3铣粗,精铣底平面X62W游标卡尺、硬质合金铣刀4铣粗,精铣95端上顶面X62W游标卡尺、硬质合金铣刀5铣粗,精铣39孔端两平面X62W游标卡尺、硬质合金铣刀6铣铣三角槽X62W游标卡尺、硬质合金铣刀7钻钻孔,攻丝4M按装孔Z4012专用夹具、7钻头、M8丝攻8钻钻416

23、孔Z4012专用夹具、16钻头9镗粗镗、精镗侧面39内孔T618游标卡尺、开式自锁夹紧镗刀10去毛刺去各部分锐边毛刺钳工台平板锉11终检终检检验台上3.3 保证加工精度的方法3.3.1 加工精度的定义由于种种原因，机械加工后所获得的零件各表面的尺寸、形状、以及各表面间的相互位置不可能绝对准确，总会存在一定的误差，这就是加工误差。而机器零件经过机械加工后，各表面的实际尺寸、实际形状和实际相互位置与其理想值的接近程度称为加工精度。实际值愈接近理想值，则加工精度愈高，即加工精度误差愈小。3.3.2 影响加工精度的因素及其分析在机械加工中，零件的误差、几何尺寸和表面间相互位置的形成，取决于工件和刀具在

24、切削运动过程中的相互位置关系，而工件和刀具又安装在夹具和机床上。因此，在机械加工中，机床、夹具、刀具和工件就构成一个完整的系统及工艺系统。加工精度的问题涉及到整个工艺系统的精度问题。工艺系统中的误差是产生零件加工误差的根源，因此把工艺系统的误差叫做原始误差。1）加工原理误差原理误差即是在加工中采用了近似的加工运动、近似的刀具轮廓和近似的加工方法而产生的原始误差。采用近似的加工原理一定会产生加工误差，但是它使得加工成为可能并且可以简化加工过程，使机床结构及刀具形状简化，刀具数量减少，降低成本，提高生产率。因此，只要能将误差合理地限制在规定的精度范围之内，他完全是一种行之有效的方法。2）机床、刀具

25、、夹具的制造误差与磨损机床误差包括机床本身各部件的制造误差、安装误差和使用过程中的磨损。刀具的制造误差是根据刀具的种类不同而异的。而刀具的磨损误差即刀具在加工表面法向的磨损量，它直接反映出刀具磨损对加工精度的影响。减少刀具制造误差和磨损对加工精度的影响，除合理规定尺寸刀具和成形刀具的制造公差外，还应该根据工件的材料和加工要求，准备选择刀具材料、切削用量、冷却润滑、并准确刃磨，以减少磨损。必要时还可以对刀具的尺寸磨损进行补偿。夹具误差首先影响工件被加工表面的位置精度，其次才影响尺寸精度和形状精度。为减少夹具误差所造成的加工误差。夹具的制造误差必须小于工件的公差，对于容易磨损的定位元件、导向元件等

26、，除应采用耐磨的材料外，应做成可拆卸的，应便更换。3）工艺系统受力变形及其对加工精度的影响工艺系统受力变形主要包括工艺系统刚度对加工精度的影响其次是惯性力、重力和夹紧力所引起的加工误差。4）其他方面的影响工艺系统热变形及工件的内应力引起的变形都不同程度的影响着工件的加工精度。3.3.3 提高加工精度的工艺措施1）直接消除和减少原始误差在加工刚性不足的圆环零件或磨削精密薄片零件时，为消除或减少夹紧变形而产生的误差，可采用弹性夹紧机构或采用临时性加强工件刚性的方法。在磨削精密的薄片时还可以采用环氧树脂粘合剂或厚油脂，利用其流动性，在工件处于自由状态下，填充在工件与平板或电磁工作台之间的间隙，从而增

27、强工件的刚性。2）补偿或抵押原始误差补偿误差的方法就是造出一种新的误差去抵消工艺系统中出现的关键性的原始误差。误差抵消的方法是利用原有的一种误差去抵消另一种误差。无论何种方法，力求使两者大小相等，方向相反，从而使其抵消而减少，甚至完全消失。这种误差消除的方法使用的不多。3）转移变形或转移误差工件系统调整时，如机床进给机构的精度或定程机构的定位精度较低，不能保证加工的精度，可以采用精确的量具来控制刀架的位移，以提高精度，这也是生产中常用的误差转移的方法。4）“就地加工”保证精度在机械加工和装配中，有些精度问题牵涉到很多零件的相互关系，如果仅仅从提高零部件本身的精度着手，有些精度指标不但不能达到，

28、即使达到，成本也很高。采用此方法，不但能保证装配后的最终精度，而且，在零件的机械加工中也常常用来保证加工精度。5）加工过程的积极控制积极控制主要有三种形式：主动测量、偶见配合加工、积极控制起决定作用的加工条件。3.4 本章小结本章重点研究了夹具的定义、作用及分类、夹具设计时的要求及其相关的注意事项。另外，还分析了传动轴凸缘叉机床夹具设计的要点，为夹具的设计提供现实的理论依据。第4章 夹具的设计4.1 概述4.1.1 夹具的定义和作用1）夹具的定义：夹具是用以装夹工件的装置。机械制造过程中广泛地使用各种夹具，包括机床夹具、装配夹具、焊接夹具、热处理夹具、检验夹具等。机床夹具用于切削加工。在切削加

29、工中，用以固定加工对象，使之定位。机床、夹具、刀具、工件在加工时组成加工系统，工件实现定位和夹紧。2）夹具的作用：保证加工精度；减少安装工件的辅助时间，提高劳动生产率；改善劳动条件，减少劳动量和劳动强度；降低加工成本，扩大机床的使用范围；保证安全生产等。4.1.2 夹具的分类机床夹具一般按适用对象、使用特点、使用机床和动力源分类。具体说来，有：1）通用夹具：用以加工两种或两种以上工件的同一夹具。特点：能较好地适应加工工序和加工对象的变换，一般结构均已定型，尺寸、规格系列化。2）专用夹具：专为某一工件的某一工序而设计的夹具。3）可调夹具：通过调整或更换个别零、部件，能适用多种工件加工的夹具。特点

30、：夹具的使用对象在设计前并不非常确定，通用性范围大。4）成组夹具：根据成组技术原理设计的用于成组加工的夹具。设计成组夹具的前提是成组工艺。特点：只需对个别定位和夹紧元件进行调整或更换，即可用于加工成组内的所有零件。5）组合夹具：由可循环使用的标准夹具零、部件组装成易于联接和拆卸的夹具。6）随行夹具：用以装夹工件，并由工件输送带送至自动线各工位的装置。4.1.3 夹具设计的意义夹具是机械制造厂里使用的一种工艺装备。对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀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，即准确的定位和夹紧。为此，在进行机械加工之前，先要对其进

31、行夹具设计。4.1.4 CAD软件的介绍传动轴凸缘叉的夹具设计过程中主要的二维绘图工具就是CAD软件如夹具的各零件图以及装配图都是利用CAD软件设计， AutoCAD是美国Autodesk公司推出的深受广大工程技术人员喜爱的通用计算机辅助绘图和设计软件包，它具有易于掌握、使用方便的特点。Autodesk公司自1982年12月推出第一代AutoCAD产品以来，经过AutoCAD V1.0、AutoCAD V2.6、R9、R10、R11、R12、R13、R14、AutoCAD 2000等版本，进行了十几次升级。如今，AutoCAD已广泛应用于建筑、机械、电子、航天、造船、气象、纺织、广告、学校等部

32、门和工程设计领域。AutoCAD的问世，使数以万计的工程技术人员从繁重的手工制图中解脱出来，工程设计率先实现了现代化作业。最新一代的AutoCAD2000是最丰富的绘图软件，与R14相比，增加和改进了400多项功能，其主要进展有以下几个方面：1）多文档设计环境。运行AutoCAD2000可以同时打开多个图形文件，在不中断当前命令的前提下，实现图形之间的拖动和复制，既方便又快捷。多文档设计环境不仅提高了设计工作的效率，而且节约了内存空间。2）对象特殊性管理窗口。对象特殊性管理窗口，它是AutoCAD2000的用户界面从“以命令为中心”向“以设计为中心”模式发展的具体体现，在此用户可以直接查看和编

33、辑AutoCAD的对象特性，使用户以更高的效率关注设计对象本身，真正实现了用户长期以来所期望的功能。3）AutoCAD设计中心。AutoCAD设计中心可以看成是一个中心仓库，在此用户不仅可以浏览到自己的设计，而且还可以借鉴他人的设计思想和设计图形。AutoCAD设计中心使用十分方便，只需轻轻拖拽鼠标，就可以将一幅图中的图形、文字样式、标注样式、图层、块、外部参照、布局、线形、填充图案等复制到另一幅图中，迅速而有效的地共享设计成果，提高设计效率。4）一体化的绘图输出体系。AutoCAD 2000新增的布局功能，就象Excel的一张张工作表，多侧面显示和打印输出同一设计方案，加上更加灵活而方便的打

34、印输出功能，真正实现了“所见即所得”。5）三维功能的增强。AutoCAD 2000新增的动态旋转功能，使得三维视图的操作和三维可视化变得十分容易，它可以清晰、准确、迅速地显示三维模型。4.2 夹具设计中需注意的问题 在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题，设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。在此归纳一下在夹具设计中经常遇到的一些小问题，具体如下：4.2.1 清根问题在设计端面和内孔定位的夹具时，会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题。端面和定位外圆如不连接就

35、无此问题。夹具要不要清根，应根据工件的结构而定。如果零件定位内孔孔口倒角较小或无倒角，则必须清根；如果零件定位孔孔口倒角较大或孔口是空位，则不需要清根，而且交界处可以倒为圆角。端面与外圆定位时，也采取一样的规则。4.2.2 让刀问题 在设计圆盘类刀具（如铣刀、砂轮等）加工的夹具时，会存在让刀问题。设计这类夹具时，应考虑铣刀或砂轮完成切削或磨削后，铣刀或砂轮的退刀位置，其位置大小应根据所使用的铣刀或砂轮的直径大小，留出超过刀具半径的尺寸位置即可。4.2.3 更换问题 在设计加工结构相同或相似，尺寸不同的系列产品零件夹具时，为了降低生产成本，提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零

36、件的通用型夹具。定位件外圆与夹具体孔之间的配合不能有间隙，若有了间隙就会影响夹具的定位精度；但是，两者之间也不能有太大的过盈量，如果过盈量太大，就使得零件更换困难。所以，设计时一般采用较紧的过渡配合。为了使定位件能够顺利拆下来，可以在定位件中心设计一螺孔，用一螺杆拧入螺孔内，定位件就能顺利地被顶出。当然，此螺孔直径应小于夹具体孔。4.2.4 防松问题 在夹具设计中，经常会使用双头螺柱，双头螺柱一端固定于夹具上，另一端用螺母压紧于加工的零件。双头螺柱与夹具的固定端一般采用六角薄螺母锁紧，然而用螺母锁紧后，在使用中常常会出现松动。如果把螺柱的固定端与夹具体背面基本拧平（螺柱头略低于夹具体），在背面

37、（即左端面）螺纹旋合处，沿圆周均匀铆三点，就能够起到防松作用。而且省去锁紧螺母，需要时还可以进行更换。4.2.5一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求 1）有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位工件的表面、导向元件的表面以及夹具体的安装基面等，应有适当的尺寸和形状精度，他们之间应有适当的位置精度。为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具要进行退火处理。 2）有足够的强度和刚度加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹具体不产生不允许的变形和振动，夹具体应该有足够的强度和刚度。因此夹具体须有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强肋，或在不影响工件装

38、卸的情况下采用框架式夹具体。3）结构工艺性好夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙。夹具体结构型式应便于工件的装卸，分为开式、半开式和框架式结构等。 4）排屑方便切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。可以在夹具体上开排屑槽或在夹具体下部设置排屑斜面。5）在机床上安装稳定可靠夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好8。6）提高生产效率 专用夹具

39、的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。7）使用性能好 专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。专用夹具还应排屑方便。必要时可设置排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。8）经济性好 专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。4.2.6 夹具体毛坯的

40、类型1）铸造夹具体铸造夹具体的优点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。常用材料为灰铸铁，要求强度高时用铸钢，要求重量轻时用铸铝。 2）焊接夹具体它由钢板、型材焊接而成，这种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻。但焊接夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。 3）锻造夹具体它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。锻造后也需要经退火处理。此类夹具体应用较少。 4）型材夹具体这类夹具体取材方便、生产周期短、成本低、重量轻。5）装配夹具体此类夹具体具有制造成本低、周期短、精度稳定等优

41、点，有利于夹具标准化、 系列化，也便于夹具的计算机辅助设计。4.3专用夹具设计的意义与原则 4.3.1夹具设计规范化的意义研究夹具设计规范化程序的主要目的在于：1）保证设计质量，提高设计效率 夹具设计质量主要表现在：（1）设计方案与生产纲领的适应性；（2）高位设计与定位副设置的相容性；（3）夹紧设计技术经济指标的先进性； （4）精度控制项目的完备性以及各控制项目公差数值规定的合理性；（5）夹具结构设计的工艺性；（6）夹具制造成本的经济性。有了规范的设计程序，可以指导设计人员有步骤、有计划、有条理地进行工作，提高设计效率，缩短设计周期。2）有利于计算机辅助设计 有了规范化的设计程序，就可以利用计

42、算机进行辅助设计，实现优化设计，减轻设计人员的负担。利用计算机进行辅助设计，除了进行精度设计之外，还可以寻找最佳夹紧状态，利用有限元法对零件的强度、刚度进行设计计算，实现包括绘图在内的设计过程的全部计算机控制。3）有利于初学者尽快掌握夹具设计的方法 近年来，关于夹具设计的理论研究和实践经验总结已日见完备，在此基础上总结出来的夹具规范化设计程序，使初级夹具设计人员的设计工作提高到了一个新的科学化水平。4.3.2夹具设计精度的设计原则要保证设计的夹具制造成本低，规定零件的精度要求时应遵循以下原则：1）对一般精度的夹具（1）应使主要组成零件具有相应终加工方法的平均经济精度；（2）应按获得夹具精度的工

43、艺方法所达到的平均经济精度，规定基础件夹具体加工孔的形位公差。对一般精度或精度要求低的夹具，组成零件的加工精度按此规定，既达到了制造成本低，又使夹具具有较大精度裕度，能使设计的夹具获得最佳的经济效果。2）对精密夹具 除遵循一般精度夹具的两项原则外，对某个关键零件，还应规定与偶件配作或配研等，以达到无间隙滑动等。4.4夹具设计的规范程序工艺人员在编制零件的工艺规程时，便会提出相应的夹具设计任务书，经有关负责人批准后下达给夹具设计人员。夹具设计人员根据任务书提出的任务进行夹具结构设计。现将夹具结构设计的规范化程序具体分述如下。4.4.1明确设计要求，认真调查研究，收集设计资料1）仔细研究零件工作图

44、、毛坯图及其技术条件。2）了解零件的生产纲领、投产批量以及生产组织等有关信息。3）了解工件的工艺规程和本工序的具体技术要求，了解工件的定位、夹紧方案，了解本工序的加工余量和切削用量的选择。4）了解所使用量具的精度等级、刀具和辅助工具等的型号、规格。5）了解本企业制造和使用夹具的生产条件和技术现状。6）了解所使用机床的主要技术参数、性能、规格、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸等。7）准备好设计夹具用的各种标准、工艺规定、典型夹具图册和有关夹具的设计指导资料等。8）收集国内外有关设计、制造同类型夹具的资料，吸取其中先进而又能结合本企业实际情况的合理部分。4.4.2确定夹具的结构方案 在广泛收集

45、和研究有关资料的基础上，着手拟定夹具的结构方案，主要包括：1）根据工艺的定位原理，确定工件的定位方式，选择定位元件。2）确定工件的夹紧方案和设计夹紧机构。 3）确定夹具的其它组成部分，如分度装置、对刀块或引导元件、微调机构等。 4）协调各元件、装置的布局，确定夹具体的总体结构和尺寸。在确定方案的过程中，会有各种方案供选择，但应从保证精度和降低成本的角度出发，选择一个与生产纲领相适应的最佳方案。4.4.3绘制夹具总图 绘制夹具总图通常按以下步骤进行：1）遵循国家制图标准，绘图比例应尽可能选取11，根据工件的大小时，也可用较大或较小的比例；通常选取操作位置为主视图，以便使所绘制的夹具总图具有良好的

46、直观性；视图剖面应尽可能少，但必须能够清楚地表达夹具各部分的结构。2）用双点划线绘出工件轮廓外形、定位基准和加工表面。将工件轮廓线视为“透明体”，并用网纹线表示出加工余量。3）根据工件定位基准的类型和主次，选择合适的定位元件，合理布置定位点，以满足定位设计的相容性。4）根据定位对夹紧的要求，按照夹紧五原则选择最佳夹紧状态及技术经济合理的夹紧系统，画出夹紧工件的状态。对空行和较大的夹紧机构，还应用双点划线画出放松位置，以表示出和其他部分的关系。5）围绕工件的几个视图依次绘出对刀、导向元件以及定向键等。6）最后绘制出夹具体及连接元件，把夹具的各组成元件和装置连成一体。7）确定并标注有关尺寸 夹具总

47、图上应标注的有以下五类尺寸：（1）夹具的轮廓尺寸：即夹具的长、宽、高尺寸。若夹具上有可动部分，应包括可动部分极限位置所占的空间尺寸。（2）工件与定位元件的联系尺寸：常指工件以孔在心轴或定位销上（或工件以外圆在内孔中）定位时，工件定位表面与夹具上定位元件间的配合尺寸。（3）夹具与刀具的联系尺寸：用来确定夹具上对刀、导引元件位置的尺寸。对于铣、刨床夹具，是指对刀元件与定位元件的位置尺寸；对于钻、镗床夹具，则是指钻（镗）套与定位元件间的位置尺寸，钻（镗）套之间的位置尺寸，以及钻（镗）套与刀具导向部分的配合尺寸等。（4）夹具内部的配合尺寸：它们与工件、机床、刀具无关，主要是为了保证夹具装置后能满足规定

48、的使用要求。（5）夹具与机床的联系尺寸：用于确定夹具在机床上正确位置的尺寸。对于车、磨床夹具，主要是指夹具与主轴端的配合尺寸；对于铣、刨床夹具，则是指夹具上的定向键与机床工作台上的T型槽的配合尺寸。标注尺寸时，常以夹具上的定位元件作为相互位置尺寸的基准。上述尺寸公差的确定可分为两种情况处理：一是夹具上定位元件之间，对刀、导引元件之间的尺寸公差，直接对工件上相应的加工尺寸发生影响，因此可根据工件的加工尺寸公差确定，一般可取工件加工尺寸公差的1/31/5；二是定位元件与夹具体的配合尺寸公差，夹紧装置各组成零件间的配合尺寸公差等，则应根据其功用和装配要求，按一般公差与配合原则决定。8）规定总图上应控

49、制的精度项目，标注相关的技术条件 夹具的安装基面、定向键侧面以及与其相垂直的平面（称为三基面体系）是夹具的安装基准，也是夹具的测量基准，因而应该以此作为夹具的精度控制基准来标注技术条件。在夹具总图上应标注的技术条件（位置精度要求）有如下几个方面：（1）定位元件之间或定位元件与夹具体底面间的位置要求，其作用是保证工件加工面与工件定位基准面间的位置精度。（2）定位元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。（3）对刀元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。（4）定位元件与导引元件的位置要求。（5）夹具在机床上安装时位置精度要求。上述技术条件是保证工件相应的加工要求所必需的，其数量应取工件相应技术要

50、求所规定数值的1/31/5。当工件没注明要求时，夹具上的那些主要元件间的位置公差，可以按经验取为（1000.02）（1000.05）mm，或在全长上不大于0.030.05mm。9）编制零件明细表 夹具总图上还应画出零件明细表和标题栏，写明夹具名称及零件明细表上所规定的内容。4.4.4夹具精度校核在夹具设计中，当结构方案拟定之后，应该对夹具的方案进行精度分析和估算；在夹具总图设计完成后，还应该根据夹具有关元件的配合性质及技术要求，再进行一次复核。这是确保产品加工质量而必须进行的误差分析。4.4.5绘制夹具零件工作图夹具总图绘制完毕后，对夹具上的非标准件要绘制零件工作图，并规定相应在的技术要求。零

51、件工作图应严格遵照所规定的比例绘制。视图、投影应完整，尺寸要标注齐全，所标注的公差及技术条件应符合总图要求，加工精度及表面光洁度应选择合理。在夹具设计图纸全部完毕后，还有待于精心制造和实践和使用来验证设计的科学性。经试用后，有时还可能要对原设计作必要的修改。因此，要获得一项完善的优秀的夹具设计，设计人员通常应参与夹具的制造、装配，鉴定和使用的全过程。4.4.6设计质量评估夹具设计质量评估，就是对夹具的磨损公差的大小和过程误差的留量这两项指标进行考核，以确保夹具的加工质量稳定和使用寿命。4.5钻孔夹具4.5.1设计任务设计在成批生产条件下,在通用立式钻床上钻16孔的钻床夹具.1）16可一次钻削保

52、证.该孔在轴线方向的设计基准是以钻套的中心线的，设计基准是以95外圆与另一横孔39轴线.2)定位基准的选择工序结合面是已加工过的平面，且又是本工序要加工的孔的设计基准，按照基准重合原则,选择它作为定位基准是比较恰当的。因此，选择结合面与外圆作为定位比较合理。3)切削力及夹紧力的计算刀具：麻花钻，,则F=9.8154.5 ap0.9af0.74ae1.0Zd0-1.0Fz （4.1）查表得:, Fz =1.06所以：F=(9.8154.52.50.90.20.74192161.06) 20=79401N查表可得，钻削水平分力，垂直分力，轴向力与圆周分力的比值：故 在计算切削力时，必须考虑安全系数

53、，安全系数 （4.2） 式中： 基本安全系数，2.5 加工性质系数，1.1 刀具钝化系数，1.1 断续切削系数，1.1则 （4.3） =N选用螺旋板夹紧机构，故夹紧力 （4.4）为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，=0.25则 N=0.50.25=52841N4)操作的简要说明在设计夹具时，为降低成本，可选用手动螺杆夹紧，本道工序的钻床夹具就是选择了手动螺旋压板夹紧机构。由于本工序是粗加工，切削力比较大，为夹紧工件，势必要求工人在夹紧工件时更加吃力，增加了劳动强度，因此应设法降低切削力。可以采取的措施是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力。5)工序精度分析4.5.2 影响设计尺寸

54、的各项误差分析1)重合,故产生定位误差。定位尺寸公差，在加工尺寸方向上的投影，的方向与加工方向是一致的，所以=,因为平面定位。所以故2)垂直度所引起的夹具安装误差，对工序尺寸的影响均小，既可以忽略不计。面到钻套座孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一，。通常不超过0.005mm。偏移 （4.5）用概率法相加总误差为： （4.6）mm0.2mm从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。当上述各种元件的结构和布置确定之后，也就基本上决定了夹具体和夹具整体结构的型式。绘图时先用双点划线（细线）绘出工件，然后在各个定位面绘制出定位元件和夹紧机构，就形成了夹具体。并按要求标注夹具有

55、关的尺寸、公差和技术要求。图4-1 第一套夹具夹紧装配图图4-2 第二套夹具夹紧装配简图4.6本章小结本章主要研究了夹具的定义和作用及夹具的分类、夹具设计的意义，从而确定夹具的结构方案，明确了夹具设计精度的设计原则，并说明了夹具精度校核过程，绘制出夹具总图当结构方案确定后，绘制夹具零件工作图在夹具设计中，对所设计的夹具进行精度分析和误差计算和影响设计尺寸的各项误差分析。分析了钻孔夹具设计。结 论毕业设计是大学学习最后阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望