成都理工大学离心配重轴的夹具设计

1、离心配重轴专用夹具机构设计作者姓名：学号：专业名称：机械工程及自动化摘要机床夹具是机床上用以指导刀具和装夹工件的一种夹紧装置。其目标和功用是将工件定位，让工件得到相对刀具的和机床的精确位置，同时能把工件可靠地夹紧。机床夹具如今已普遍的应用于机械制造行业中。大批的专用机床夹具的选用为大批量生产提供了重要的生产和加工条件。机床夹具是组成工艺系统的一个重要环节，是影响加工质量的一个重要因素。通常情况下，机床夹具可以稳定的确保产品的技术要求和产品的质量，同时也不必要过高要求工人的操作能力和技术等级。高效并且先进的机床夹具不但可以提高企业的年生产率，还可以大大降低安全事故，同时也能减轻工人的劳动强度，并

2、且还可以让全部加工过程达到自动化生产。随着社会进步工业的发展，飞机、汽车、摩托车、轴承、内燃机等行业的大规模快速发展，对机床夹具的设计过程与研究方向及其制造水平提出了很多新的课题。深入研究机床夹具的设计及其理论，有效并正确的改良机床夹具的布局，无疑具有十分重大的社会意义和十分巨大的经济意义。机床夹具设计最重要的两个方面就是精度设计和结构布局设计。但在现实设计中，人们通常习惯性地侧重于结构布局设计而常常忽略了夹具的精度设计。但我们应该知道无有合理的精度设计不但会给所设计的夹具带来制造上的困难，而且也必定会导致制造出来的成型夹具不能确保工件的加工精度，反而也带来不必要的人力和财力的浪费。因此，我们

3、需要全面的研究机床夹具的制造、设计、使用等方面之间的关系。同时也要研究夹具设计的精度与被加工工件精度之间的合理性。机床夹具设计是一门用途极其广泛并且重要的学科，熟识它的研究要领和实质，对我们从事机械制造方面或即将从事机械制造行业的学徒来讲都是十分重要且很有必要的。离心配重轴夹具设计就是为了培养我们科学的思维方式和精确的设计思维，提高我们发现问题、分析问题、解决问题的实际本领。更重要的是让我们将大学四年所学习的知识融会贯通。论文首先对夹具设计的发展及其功能作用做了一个简单的介绍。然后对配重轴的工艺稍作分析。最后设计了钻床夹具和铣床夹具各一套，并做了计算和可行性的分析。关键词：机床夹具 精度设计

4、结构设计 离心配重轴AbstractJigs and fixtures is a clamping device for guiding the tool andwork piece clamping on the machine. Its objectives and functions ofthe work piece is positioned so that the exact position of the workpiece relative to the tool and get the machine at the same time beable to securely cl

5、amp the work piece. Jigs and fixtures now widelyused in machinery manufacturing industry. Large selection of specialjigs and fixtures provide important conditions for the production andprocessing of high-volume production. Jigs and fixtures is animportant integral part of the process system, is an i

6、mportant factoraffecting the processing quality. Typically, jigs and fixtures can bestabilized to ensure product quality and product technicalrequirements, but also require workers unnecessarily high operatingcapacity and technical level.Efficient and advanced machine tool fixture can not only impro

7、veproductivity in the enterprise, but also can significantly reduceaccidents, but also can reduce the labor intensity of workers, andalso to allow all to achieve automated production process. With therapid development of large-scale industrial development and socialprogress, aircraft, automobiles, m

8、otorcycles, bearings, engine andother industries, machine tool fixture design and manufacturingprocess and the level of research made a lot of new issues. studyof jigs and fixtures design and theory, valid and corrected improvedlayout of jigs and fixtures, undoubtedly of great social significanceand

9、 enormous economic significances.Fixture design is the two most important aspects of precisiondesign and structure layout. But in reality the design, people oftencustomary to focus on the structural layout and often neglectedprecision fixture designed. But we should know that there is noreasonable p

10、recision design not only the design of the fixture willbring manufacturing difficulties, but it would certainly lead tomanufactured molding fixture work piece machining accuracy cannot beensured, but also cause unnecessary human and financial waste.Therefore, we need a comprehensive study of the rel

11、ationship betweenthe machine fixture manufacturing, designed, and so on. But also tostudy the accuracy and reasonableness of the work piece to bemachined between precision fixtures designed. Fixture design is anextremely versatile and important subjects, familiar with itsresearch essentials and subs

12、tance, for we are engaged in or about toengage in the manufacture of mechanical machinery manufacturingindustry in terms of apprentices are very important and necessary.Centrifugal counterweight shaft fixture design is to develop ourscientific way of thinking and precise design thinking, enhanceprob

13、lem we find, analyze and solve problems of practical skills. Moreimportantly, we will have four years of college knowledge masterylearning. Firstly, the development of the role and functions of thefixture design to make a brief introduction. Then a brief analysis ofthe counterweight shaft technology

14、. Final design of the drilling andmilling fixture set each fixture, and made a calculation andfeasibility analysis.Keywords: precision machine tool fixture design structural designcentrifugal counterweight shaft1. 绪论本章主要阐述的是机床夹具的产生与发展，简要的叙述了夹具在机械行业中夹具设计举足轻重的作用。不管是在汽车、飞机、轴承等大型机械中夹具都有着重要的应用。不论是在科学研究、教

15、学或者日常生活应用都有着强大的适应性和可操作性，更是一个国家高科技发展水平的重要标志之一，具备广阔的应用前景。夹具最早出现在 18 世纪后期。随着科学技术的不断发展和进步，夹具已经从一种辅助工具发展到如今门类齐全的工艺装备。1.机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，小批量多品种生产的工件类别已经占到了工件种类的百分之八十五左右。现如今品种更新换代很快，竞争激烈，一切都是为了更好地适应市场的需求。在一般的企业里，如今仍然习惯用传统的专用夹具，但在中等生产或者更高的公司里大概拥有成千上万套的专用夹具。但随着技术更新，要求更高再加上加工中心、数控加床等出现，现如今对夹具设计又提出了一些新的要求（

16、1）所设计夹具能方便迅速的将新产品投入生产，同时能缩短加工准备周期及在保证加工要求的情况下并降低生产成本。（2）所设计的夹具不能只装夹一种工件，尽可能装夹一些类似工件。（3）所设计的夹具可以用于高精密加工。（4）所设计夹具能够适应现代化技术的新型机床夹具。（5）所设计夹具尽可能采用液压站等动力源，可以更大程度的减轻工人的劳动强度同时还可以提高劳动生产率。（6）所设计夹具应该提高标准化程度。2、现代机床夹具的发展方向（1）现代机床夹具发展更加标准化，更加有利于所要加工工件的商品化，更加有利于缩短所加工工件的时间周期，更加有利于降低加工生产的总成本。（2）现代机床夹具发展更加精密化，同时也提高了夹

17、具的精度要求和设计的严密性和可靠性。（3）现代机床夹具发展更加高效化，同时缩短加工工件的时间，并能提高生产率和工人劳动强度，并尽可能提高各种先进设备的利用率。一、机床夹具的分类（一）机床夹具的分类与组成1.通用夹具通用夹具是指：结构和布局已经标准化，并且有较大适用范围的夹具。例如，四爪单动卡盘、车床三爪自定心卡盘、铣床用的分度头，平口钳等。2.专用家具专用机床夹具是指：为某一零件或某一设备在某一道工序上的装夹而特意设计和制造的夹具。3.组合夹具组合夹具是指：在夹具的元件和部件全部标准化的基础上，针对不同工件的某一道工序的加工要求，根据组合化的原理，用预先设计并制造好的标准元件和合件迅速组装而成

18、的专用夹具，使用完了后再拆散成元件和合件，以便可以不断重复使用。4.组成夹具组成夹具是在多品种，中小批生产中采用成组加工时，专门为每个工件组设计并制造的专用夹具（成组加工是根据零件的结构、尺寸和工艺特征的相似性，对同类型的所有零件进行分组，将同组的零件集中在一条生产线或者一台设备上进行加工）。在夹具结构布局上，把与工件有相关联的定位、夹紧和导向部份，设计成可以调整或者可以替换的结构。把从加工工件组中的某一种工件转换成另一种工件时，只需要进行极个别的调整或者替换，便可以进行。5.随行夹具随行夹具是指：用在自动线上的移动式夹具。工件则安设在随行夹具上，由运载装置依次送达自动线的各个机床，并且在机床

19、工作台或者机床的夹具上定位和夹紧。（二）按使用机床类型分类由于使用夹具的机床类型不同，其工作特点和结构形式不同，对夹具的结构相应地提出不同要求。因此可按适用的机床，把夹具分为组合机床夹具、车床夹具、镗床夹具、铣床夹具、钻床夹具、磨床家具、数控和加工中心机床专用夹具等类型。（三）按夹具动力源分类按夹具所采用的夹紧动力源不同，可以把夹具分为气动夹紧夹具、液压夹紧夹具、手动夹紧夹具、气液联动夹紧夹具、真空家具、电磁夹具、离心力夹具及自紧夹具（靠切削力夹紧）等。二、夹具的组成1.定位元件定位元件是用于确定工件正确位置的元件。用工件定位基面和夹具定位元件工作面接触，两者配合来实现工件定位。2.夹紧装置夹

20、紧装置是在工件定位后将工件夹牢的装置。3.对刀、导向元件对刀和导向元件是指：用于确定或引导刀具的元件，比如镗套、钻套、对刀装置等，其功用是使刀具与定位元件之间获得正确的相对位置。4.夹具联接元件夹具联接元件是指：用于保证夹具在机床上定位夹紧所需用的元件。比如铣床夹具底面上安装的定位健等。5.其它元件及装置依照工件加工的要求，有些夹具除了上述组成部分以外，还需要设置别的元件或者装置。比如进行多工位加工用的分度转位装置、某些夹具的靠摸装置，工件抬起装置和辅助支撑等。6.夹具体夹具体是指：用于联接夹具各元件及其装置，使之能成为一个整体的基础件。二、夹具设计要求1.夹具结构和布局应该与其用途和生产规模

21、相适应夹具的用途和生产规模的大小不同，所设计出来的夹具结构形式也不相同。在大批量的生产中，夹具的主要作用是既要保证产品质量，也还应该考虑要如何提高生产效率等问题。与此同时，应该广泛地采用多件夹紧机构、气动、液压和电动夹紧装置等高效、省力且操作容易的夹具；在中小批量的生产中，因为受到了生产条件的限定，为了使经济性较为良好，夹具的作用最主要是要保证产品的质量，应该尽量使夹具结构简单，并且可广泛采用单件加工的夹具和手动夹紧机构。在条件允许情况下，应该首先考虑选用可调节夹具、成组的夹具和组合夹具。2.夹具零件标准化程度高夹具设计时应该尽量采用构造简单，且成熟的标准夹紧机构、标准夹具元件和标准件。同时也

22、应该减少非标准零件的使用，以便于提高夹具的标准化程度，同时也能缩短夹具设计时间，更能提高夹具设计的质量，也能降低夹具制造的周期极其成本。3.夹具应该具有足够的刚度、强度和稳定性为了确保工件加工要求和夹具自身的精度不受到破坏，同时确保加工中夹具不会发生振动，夹具结构应该具有较高的刚度和强度。夹具安置在机床的工作台上应该具有良好的稳定性。同时要注意降低夹具重心。使夹具底面轮廓尺寸与夹具高度尺寸应该适当地成比例。4.保证使用方便和安全为了便于操作，夹紧机构的操纵手柄一般应该放在右边或者前面。为了便于夹紧工件，操作时不便于夹紧件的手柄或者扳手应该在所操作范围内拥有足够的活动空间。同时还要注意防止夹紧机

23、构的活动件与刀具、机床发生碰撞。5.良好的工艺性所设计出来的夹具应该便于夹具的制造、检验、调整、装配、和维修。关于夹具上精度要求较高的位置尺寸，应该考虑在装配后用合并的措施保证，或者依靠装配时所调整的办法得到相应的保证。三、零件图的工艺分析（一）零件的工用和工作条件1、功用：离心配重轴是离心活门中的关键零件，而离心活门是压缩机防喘的重要附件，喘振是压缩机工作状态偏离设计状态的一种不稳定现象。其根本原因是压缩机内部气流产生严重分离，阻塞通道。为解决这个问题，涡喷六发动机采用了放气机构。当发动机转速小于 9700rpm 时放气带打开，位于压缩机五、六级之间放掉一部分压缩空气，减少气流阻力，使进气速

24、度增加，减少了气流分离，因而防止了喘振。而放气带开和关是受离心活门控制的，而离心活门又是靠离心配重轴直接感受发动机转速变化而工作。2、工作条件：离心配重轴为旋转零件，发动机在额定状态下工作时，离心配重轴转速高达 6321rpm，其润滑油温度在-40到 85之间，润滑油压力为1.324.5kg/cm,该轴的上端固定两个离心配重块，内孔装有分油活门，由两个离心配重块小端浮起。当离心配重轴转动时，离心配重块也随之转动，因此改轴除承受离心配重块旋转时产生的离心力外，还承受控制弹簧的作用，当这两种作用力不相等时，分油活门则向左或向右移动，分油活门与离心配重轴组成精密偶件，间隙为 0.020.03，该零件

25、在滑油中工作，对润滑油的清洁度要求很高，若有微小的杂质进入就有可能出现抱轴故障。（二）零件的结构工艺性离心配重轴属于细长轴零件。从整体来看为对称分布的“T”型结构，两边006. 0012. 013的耳孔用以安装四个微型轴承；两个014, 003孔装圆柱销用来限制对称槽中间的两个离心配重块的极限位置；轴02. 004. 020的外圆表面与锡铅青铜合金衬套配合，内孔10 与分油活门配合；轴的内孔10 中开有两个14 的油槽；为控制分油活门工作的滑油通道，油槽的边缘要求保持尖边，无毛刺；在14两槽四周分别开有 4 个通油孔；轴的小端开有一个宽215. 0140. 06的槽，与齿轮内孔凸边配合，其键槽

26、作用，在小外圆端部还开有宽2 . 001 . 1的环槽，用来安装联接齿轮用的弹簧卡圈。轴的外廓尺寸：最大外径为62mm，总长为 106mm，最小壁厚乃为 2 毫米，是一个结构比较复杂的精密零件。（三）零件主要表面的技术要求：1、表面本身精度：主要工作表面有轴的内孔，其尺寸精度高达 IT45 级，（要求在组合时内研磨），孔的集合形状误差为 0.003mm，其表面的粗糙度Ra0.05外圆02. 004. 020的尺寸精度为 IT7 级，表面粗糙度 Ra0.8;两边耳孔006. 0012. 013的尺寸精度为 IT7 级，表面粗糙度为 Ra1.6。非外工作表面的粗糙度Ra6.3Ra3.2(在高速下工

27、作为提高疲劳强度 )。总之内外圆配合表面粗糙度低，精度高而非配合表面精度低，粗糙度高。2、表面间的位置精度：内孔 D 对轴线 A 的同轴度为 0.015；端面 E 对轴线为 0.015；端面 E 对轴线 A 的园跳动为 0.03；表面 B 和 Q 对轴线 A 的对称度分别为 0.1 和 0.03；轴承孔006. 0012. 013表面对槽 B 的垂直度为 25:0.05四、钻床夹具设计（一）定题因工序 160 需设计一个加工耳孔的钻具，因此定题为“钻 13 耳孔的钻具”。（二）分析该尺寸精度，位置精度要求都很高，就位置精度，220.05，110.05 。本工序需要加工两个为一组的间断孔，两个中

28、间有槽“C”，显得刚性较差，为保证加工质量与生产效率，该工序分成四个工步完成，即钻、扩、粗、铰、精铰，尺寸分配为钻，扩，粗铰.精铰到最终尺寸这四个工步在 Z525-4，四轴钻床上加工，一次装夹只需更换钻套，是一种最理想的工艺方案。若用组合夹具，还要制造专用件，在加工中尺寸很难保持稳定，每批都要重新拼装组合，才能保证工艺要求。（三）定案1、定位夹紧方案为保证 22 需要限制工件的四个自由度，为保证 11 需要限制工件的一个自由度，为保证需要限制工件的一个转动。综合上述工件的六个自由度需要全部限制。定位基准的选择应该遵循基准重合原则和互为基准原则。故 以 小 外圆作为主要定位基准，以保证 22 尺

29、寸，以端面 E 作为定位基准保证 11 尺寸，以钻孔底平面定位保证对 B 的垂直度保证满足 25；0.05 的要求方案一：用内孔为的套筒定位于小外圆表面，则=0.028+0.01=0.038=0.033.在装夹装置中采用自动定心夹紧，可望保证尺寸 220.05mm，夹紧机构选用液性塑料自动定心装置。它是利用液态塑料受压以后，使薄套筒发生弹25:0.05B25:0.05B性涨大或缩小的变形，而其将工件定心并夹紧。其定心精度一般为 0.010.005mm，而且结构很紧凑，操作很方便，夹紧时使零件整个外圆表面受力均匀，不容易产生压伤，所以选用此方案。方案二：用 V 型块定位于外圆，则：=0.007=

30、0.033mm，可保证原始尺寸220.05mm。由于定位外圆表面的粗糙度为 0.8，精度较高 ITT 级，而 V 型块的夹紧机构只能用 V 型块夹紧或者螺旋压板压紧，使压紧较复杂操作不方便，且为线接触，使夹紧较为复杂，操作不方便，且为线接触，这样就容易把工件表面压伤。所以不采用 V 型块决定定位夹紧装置。2.导刃方案由于被加工孔为间断孔，所以为防止刀具引偏采用前后引导。为提高扩孔，粗铰，精铰加工生产率，采用快换式钻套。钻孔时由于钻削力较大，为防止钻套随刀具转动或被切削顶出采用可换钻套，扩孔，粗，精铰时，钻套内径采用基孔制，其内径分别为，。（四）钻具的实用与说明该钻床夹具的工序内容是加工两个的间

31、断孔，工件以外圆及其端面做定位基准，角向定位是通过转动螺钉 5，将压块右端面向下压，通过压块限制工件的角向位置。夹紧时先转动手柄 6，将工件轴向辅助夹紧，然后采用液性塑料自动动心夹紧，该装置在壳体 11 中压配着一个薄壁弹性套筒 12，在壳体和套筒之间的容腔中的液性塑料，即可将其压强均匀地传递到各个方向上。因此薄壁套筒 12 的薄壁部分便于产生弹性变形，从而使工件定心并且继而夹紧。当零件的两个孔加工完以后，松开螺钉 IT 工件的轴向压紧松开，再松开螺钉 23，薄壁套筒责因弹性恢复而将工件松开，取出另件。螺钉 21 和堵头 20 是浇注塑料后堵塞其出气口用的。（五）精度分析1、影响尺寸 110.

32、05mm 的误差分析A.由于基准重合，所以； B.由于是平面定位所以；C. 因为夹紧力所引起的变形方向对原始尺寸并无影响，则 D.钻具在钻床上安装的不准确并不会不影响参加的孔的位置尺寸，即；E.调整误差：a. L=（） ，取L=(0.05)=0.01mm。 b. 铰套内外圆的同度允差，一般去取 0.010.005mm。现在取 0.01mm。 c. 前引导衬套的同轴度取用 0.01mm。 d.铰套与衬套的配合为，其间隙为 0.011+0.014=0.025mm。所以=20.01+0.01+0.01+0.025=0.065mm。 F.铰刀在加工的偏移：由于铰孔时，用了前引号所以与衬套的间隙所引起铰

33、刀偏移来考虑。前引导，衬套，其间隙前 =0.011+0.014=0.025mm。后引导，铰套其间隙后=0.011+0.018=0.029mm。则铰刀的偏移=0.025+0.029=0.054mm。总误差按概率：=0.08450.1mm。所以该钻具能够确保工件的质量要求。2.影响尺寸 220.05 的误差分析A.由于基准重合，所以； B.由于用液性塑料自动定心夹紧，其定心精度为0.0050.1mm，取。 C.夹紧工件时，定位面上的接触变形所造成的夹紧误差较小，估计不会大于 0.01mm。 D.钻具在钻床上的安装误差对该原始尺寸无影响。 E.调整误差如前所述：L=（） ，取L=(0.05)=0.0

34、1mm。 b. 铰套内外圆的同度允差，一般去取 0.010.005mm。现在取 0.01mm。 c. 前引导衬套的同轴度取用 0.01mm。 d. 铰套与衬套的配合为，其间隙为 0.011+0.014=0.025mm。所以=20.01+0.01+0.01+0.025=0.065mm。 F.铰刀的偏移：由于钻间断孔会引起钻孔时引偏，但铰孔时，用了前引导，所以对铰孔没有影响，只需考虑铰刀与衬套之间最大间隙所引起的偏移。前引导，衬套，其间隙前 =0.011+0.014=0.025mm。后引导，铰套其间隙后=0.011+0.018=0.029mm。则铰刀的偏移=0.025+0.029=0.054mm。

35、总误差按概率公式 ：=0.08450.1mm。所以该钻具能够确保工件的质量要求。3.影响槽 B 垂直度 25：0.05 的误差分析槽 B 垂直度 25：0.05 主要是由刀具的引偏引起，其它误差对它影响可以忽略。如前所述，前引导与衬套的间隙为， 后引导与铰套的间隙为 0.029.由=所以X=因 =所以 = B25 = 0.0125因 0.0125mm ， 能保证所以改钻具能保证工件的加工精度要求。五、铣床夹具设计（一）定题因为工序 70 需要设计一个加工两个成型面的铣床夹具，因此定题为“铣成型面的夹具设计”。（二）分析1、工序分析工序 70 所要求铣零件的两侧面的型面，原始尺寸为，和对 A 的

36、平行度为0.1，粗糙度为 6.3 先行工序已加工好的表面作为本工序用的定位基准。加工时是用成型铣刀在 X62W 卧式铣床上进行，成型表面由刀具保证。2、专用夹具设计的必要性分析若采用万能分度头（通用夹具）加专用夹具很不方便，不适用于批量生产，还不如另行设计。用组合夹具尚可，但是刚性与稳定性较差，特别是铣加工是断续切削易于振动，而且每批都要重新拼装组合，不适合批量生产，所以有必要设计专用铣床夹具。3、定案（1）定位夹紧方案：为保证原始尺寸，对 A 的平行度为 0.1，应该限制工件六个自由度。定位基准的选着应该尽量遵循基准重合和互为基准的原则，故以外圆或内孔和端面定位来保证原始尺寸。方案一：以 V 型块定位于外圆，则 = 0.0320.032 = 0.093mm，夹紧时采用 V 型块或者螺旋压板夹紧，另一端用顶尖顶住，此法夹紧较为复杂，操作不方便，所以暂时不采用。方案二：以两顶尖定位并夹紧于内孔两端的锥度中，符合基准重合原则，限制五个自由度，角向用卡金箍定位，限制一个自由度，且，这种方法结构紧凑，操作方便，能承受铣刀的轴向力，同时能保证稳定切削，且辅助时间短。所以采用此方案定位并夹紧。（2）变工位方案：由于铣双面，所以工件要翻面加工。若不采用分度装置，工件要装夹两次。因此设计了此分度装置，并采用分