具有通用特性的多边形零件铣床夹具结构与工艺设计毕业论文

1、具有通用特性的多边形零件铣床夹具结构与工艺设计摘要本次设计任务是针对我厂某车间带有多边形结构的大量多规格、多品种非标准件，设计一套进行外多边形或直槽、十字槽铣削用的具有通用特性的铣床夹具。以解决用分度头装夹铣削时生产效率低、重复定位精度差、劳动强度大、易出现误操作等一系列实际问题。主要内容包括：夹具的主体结构设计零件部件的结构设计主要零件的工艺设计关键词外多边形 铣床夹具 通用特性 生产效率 结构设计 ABSTRACTThis design task is aim at designing a conduct foreign polygon or straight groove, Cross

2、slot milling with universal characteristics milling fixture to resolve the production of the polygon structure large multi specifications multi varieties nonstandard pieces from a workshop in our factory . To resolve used dividing head clamping Milling production inefficient repeat positioning accur

3、acy worse labor intensity prone misoperation series practical problems.Main contents include:Fixture main structure designParts components structure designmain parts process designKeywordsForeign polygon milling Fixture Universal characteristic production efficiency Structural Design目 录摘要关键词HYPERLIN

4、K l _引言引言 11本课题的来源和背景 12选题的原因13 论文的主要内容1 HYPERLINK l _第一章_多边形铣削夹具的技术要求及构想 第一章 多边形铣削夹具的技术要求与设计构想2 HYPERLINK l 11加工零件的主要类型及参数2 HYPERLINK l 12铣削多边形常用的方法及问题分析4 TOC o 1-3 h z HYPERLINK l 13专用夹具设计的初步构想555第二章 夹具主体结构及主要零件设计7 HYPERLINK l 777 HYPERLINK l _2.1定位夹紧装置的设计 8 HYPERLINK l 11 HYPERLINK l 13 HYPERLINK

5、 l _2.3分度装置的设计 13分度装置中主要零件的设计14装配图17 HYPERLINK l _第三章_设计说明 第三章 设计说明19 HYPERLINK l 19 19 HYPERLINK l 19弹簧夹头的定位原理19工件的定位原理19夹具的调整与安装20夹具的操作原理20 HYPERLINK l _第四章_主要零件的工艺设计 第四章 主要零件的工艺设计2121 HYPERLINK l 21 HYPERLINK l 23 HYPERLINK l _第五章_应用效果考察 第五章 应用效果考察25 HYPERLINK l _5.1._夹具设计与制造过程中遇到的问题及解决方法 夹具设计与制造

6、过程中遇到的问题及解决方法25 HYPERLINK l _5.2_使用效果 使用效果25设计总结25 HYPERLINK l _第六章_结论及夹具图片 第六章 结论及夹具图片 26 HYPERLINK l _致_谢 致谢26 HYPERLINK l _参考文献 参考文献27具有通用特性的多边形零件铣床夹具结构与工艺设计引言1.本课题的来源和背景我厂某车间主要承担飞机及汽车刹车系统中液压附件的生产任务。在各类液压附件产品中存在大量不同规格尺寸要求的非标准件螺塞、螺栓、调节螺钉、堵头和排气阀等带有外多边形榫头的零件。这一类零件的品种、规格多，但在一批次的产品中某一零件的数量并不大（多为几十件至上百

7、件）。而这类零件尺寸较小，在加工多边形前大都带有螺纹，所以给装夹带来相当的困难。若采用分度头装夹加工，虽然通用性较好，但夹紧力不易控制，易夹伤工件。且操作繁琐、生产效率低、劳动强度大，易产生误操作，常常引起零件报废和延误生产周期。针对这种情况，考虑设计制造一种具有通用特性的多边形铣削夹具，以改善装夹条件、降低工人劳动强度，提高生产效率和产品合格率。2选题的原因有较高的生产实用价值，通过该设计可以对自己所学的机械设计、加工工艺方面的知识做一个比较全面的整理，有助于加深自己对机械设计概念的理解和认识，提高机械设计和工艺设计的能力。3 论文的主要内容夹具的技术要求与设计构想夹具主体结构及主要零件设计

8、设计的相关说明其中弹簧夹头和回转体等两个主要零件的工艺设计设计小结第一章 多边形铣削夹具的技术要求及构想加工零件的主要类型及参数该夹具应满足该车间生产中，对装夹直径在536mm之间，长度在1080mm之间几十个品种，一百多个规格零件，铣削外三边形、四边形、五边形、六边形等多边形及十字槽、直槽时的装夹要求。具有比较广泛的通用特性，主体结构能满足此类零件加工的共同要求，更换产品时只需对其中的定位件进行更换，即可满足使用要求，为此类零件的成组加工提供一个实施的装夹平台。其中可加工产品的部分类形见图1-1，装夹部分主要尺寸规格及产品代号见表1-1.图1-1加工产品的类型表1-1 某车间多边形及直槽、十

9、字槽加工产品规格一览表序号装夹尺寸dA产品代号序号装夹尺寸dA产品代号15QS12-352918QS4-03 /LS2-35 /LS15-36/YD82LS16B-3730YD6-16 /YS6-36 /QS5-063QS8-3731QS4-05 /LS6-35 /LS16-3446QS4-353219YD12-23 /QS30-295YS12-2633LS102-91367LS12-343420QS8-43 /QS102-03/YD8-0378LS12-3435LS127-3418QS8-07 /LS13-37 /LS103A-35 3621QS6-24 /QS10A-069Y58-337L

10、S108-37/ YD10-34 /FH01-04109YD58-1 /LS102-14 /Y01-043822LS10-19/QS8-09 /QS4-1211LS108-375/ YD9-34 /YD01-0439QS4-25 /QS10A-061210LS9-36/QS9-114023LS16-33 /LS6-44/LS16-11713QS4-24 /QS10A-024124YD5-02 /QS102-23./YD8-0314YD1-04 /YD2-0442LS19-6/QS9-1415YD11-4143QS4-14 /QS10B-021612LS10-17 /QS5-09 /QS5-14

11、4426YD2-06 /YD3-0417LS10-924527YD01-1118QS120-11246LS16-17 /QS15-09 /QS5-041913LS5-60 /LS15-33 /QS102-054728YD102A-01 /YD107-2620YD5-08 /QS102-03./YD6-034829LS14-34 /LS11-452114LS6-33 /LS6-49/LS116-1174930YD1023-0522QS10A-025031FH105-08/YD102-0423YD103A-01 /YD117-265132QS4-24 /LS14-552415LS13-34 /LS

12、1-4552YD30-0525YD103-045333LS10-962616LS12-34 /QS4-23 /LS14-545434FH103-1227YD33-0555YD10-1128QSB12-5856LS127-342 /LS128-3422917LS18-07 /LS6-34 /YD5-065736FH103-07铣削多边形常用的方法及问题分析铣削短小的多边形工件一般采用分度头上的三爪自定心卡盘装夹，用三面刃铣刀或立铣刀铣削，如图1-2所示。对工件的螺纹部分，要采用衬套或垫铜皮，以防夹伤螺纹。露出卡盘部分应尽量短些，防止铣削中工件松动。a)在卧式铣床上加工多边形 b)在立式铣床上加工

13、多边形图1-2 铣削较短的多边形工件铣削较长的工件时，可用分度头配以尾座装夹，用立铣刀或端铣刀铣削，见图1-3。 图1-3铣削较长的多边形工件 图1-4 试切对中心对于批量较大、边数为偶数的多边形工件，多采用在卧式铣床上通过组合法进行铣削(见图1-2a)。组合法铣削时，一般用试切法对中心。先将两把铣刀的内侧距离调整为多边形对边的尺寸S（即S）。用目测法将试件中心对正两铣刀中间，在试件端面上适量铣去一些后，退出试件，旋转180再铣一刀，若其中有一把铣刀切下了切屑，则说明对刀不准。这时可测量第二次铣后试件的尺寸S，将试件未铣到一侧向同侧的铣刀移动一个距离即可。见图1-4。对刀结束，锁紧工作台，换上

14、工件，即开始正式铣削。但在采用分度头装夹铣削多边形时存在以下缺点：由于表1-1所列零件大多数在铣削装夹时需要用螺纹部位来装夹,为防止铣削时夹伤工件，则每种规格必须制作软衬套,而软衬套存在使用寿命短、易变形的问题。另外，采用衬套装夹时存在装卸繁琐、操作麻烦、工件易因衬套变形而不易取出，以及衬套在卸下工件时易落入分度头主轴孔中等问题。工人进行分度操作时，易出现摇错孔圈数或因分度手柄带动分度叉转动移位而插错孔位。另外，因操作频繁、劳动强度大易出现操作疲劳，从而造成发生误操作的频度较高。每次分度要松开分度头主轴，分度结束后再锁紧主轴；若忘记锁紧主轴铣削时主轴会发生窜动而造成工件报废，甚至折损铣刀。重复

15、定位精度差，尺寸不够稳定，辅助时间占用过长，生产效率过低。专用夹具设计的初步构想夹具设计中主要解决的问题提高重复定位精度，提高装夹效率，缩短辅助时间。简化分度操作，解决易出现误操作和操作繁琐的问题。解决工件易夹伤报废的问题。降低工人劳动强度，提高生产效率。设计的初步构想由于在对较短的多边形铣削时，多采用在卧式铣床上用三面刃铣刀铣削以及切槽时亦多在卧式铣床上进行的特点，故夹具主体拟采用立轴式设计。其它主要结构初步设想如下：1.定位夹紧机构受铣床上直柄刀具快速装卸刀柄（见图1-5）的启发，若在加工这类直径不大螺塞、螺栓类零件时，设计一套带有分度装置的夹具，并采用弹簧夹头进行定位装夹将大大提高零件的

16、装夹效率和定位的重复精度。同时由于采用弹簧夹头夹紧时，可大大增加夹紧力的接触面积，减小接触表面的应力，从而避免因夹紧力过于集中而夹伤工件。图1-5铣刀快速装卸刀柄2.分度装置拟采用立轴式回转分度装置,设计中应考虑根据不同等分要求，其分度回转盘可根据等分数要求，便捷迅速地进行更换。分度时手动操作回转机构回转，由定位销插入分度回转盘的定位槽中完成分度和快速锁定。3.夹具体结构夹具体拟采用箱座式结构，其结构应保证安装时方便快捷，牢固稳定，结构上尽量简洁紧凑，便于制造。4 夹具整体结构的初步构想夹具整体结构的初步构想如图1-6所示：图1-6 夹具结构的初步构想第二章 夹具主体结构及主要零件设计2.1定

17、位夹紧装置的设计弹簧夹头的设计由表11可知，该夹具所针对零件的定位尺寸直径在536mm之间，工件长度在1080mm，因此当我们准备采用弹簧夹头进行定位装夹时首先根据产品的规格要求来设计夹头的内径和外形尺寸，为防止夹头在夹紧过程中与螺母一起转动，在其下部设计了特制小槽，用来插入回转体上的斜销中，以保证分度时弹簧夹头与回转体一起转动。根据已知的产品规格数据，夹头的设计如图21所示：图2-1弹簧夹头回转体的设计回转体是该夹具设计中的关键零件，它是夹具中与定位、夹紧及分度装置均有关联的一个重要零件。其结构上要保证：弹簧夹头与其内孔的精密配合，并通过外螺纹与锁紧螺母联接构成夹具的夹紧机构。要保证回转体与

18、夹具座体之间的配合要求，并满足在分度时能与分度盘一起与夹具座体之间进行灵活的相对转动。转动时轴线位置相对固定，以确保零件加工时的重复定位精度。铣削过程中回转体要保证不因铣削力而产生转动。为此我采用了锥柄套筒结构的设计，设计方案如图22所示：图2-2 回转体零件图夹紧装置设计根据弹簧夹头收缩夹紧的原理，保证夹紧时夹紧力能均匀地沿径向作用，所以采用一带有与夹头上端锥度相同内锥的专用螺母进行夹紧，同时考虑操作的方便性，为该螺母设计了一个带有铰链装置的套环和手柄，当该手柄压下时将止动块上的齿牙插入螺母下面的直槽中，转动手柄即可带动螺母锁相对回转体转过一个角度；当抬起手柄时，止动块上齿牙与螺母下面的直槽

19、脱开，此时反向转动手柄可带动套环及止动块相对螺母和回转体反向回转一个角度，使手柄迅速重新回到起始位置（急回功能设计），重新压下手柄即可继续将螺母旋紧。其结构如图23所示。图2-3夹紧机构夹紧装置中各主要零件的设计，参见零件图（图2-4、图2-5、图2-6）图2-4止动块零件图图2-5锁紧螺母零件图图2-6手柄环零件图夹具座体的结构设计夹具座体既是用来联接构成夹具的各个装置的基础件，也是夹具在铣床上定位安装基本构件。所以在设计其结构时，不但考虑安装方便，结构稳定，还要考虑通过其结构来保证整个夹具尽量紧凑，便于组装，并能与机床相匹配。现车间里主要采用X6132卧式万能铣床铣削此类零件，X6132铣

20、床的主要技术参数如下：工作台面尺寸（长宽）320mm1250mm工作台最大行程： 纵向（手动/机动）700mm/680mm；横向（手动/机动）255mm/240mm；垂向（手动/机动）320mm/300mm工作台进给速度（18级）：纵向、横向 23.51180mm/min 垂向 8394mm/min工作台快速移动速度：纵向、横向 2300mm/min；垂向 770mm/min主轴锥孔锥度 7：24主轴转速（18级）301500r/min主电机功率在对夹具座体结构及尺寸进行设计时，主要考虑了以下各项具体因素和要求：零件（弹簧夹头）的最大尺寸规格回转体的结构尺寸X6132铣床工作台台面的规格，铣床

21、垂向升降距离工作台T型槽的尺寸规格回转体的的形状及与夹具体的配合联接关系分度装置布局与安装的合理性分度装置中的分度转盘可根据等分数要求便捷地进行更换根据以上因素进行综合考虑，夹具座体选用ZG270500铸钢件毛坯，整体铸造成形后，再通过机械补充加工来完成其制造过程，具体的设计方案如图2-7所示：图2-7夹具座体（底座）零件图2.3分度装置的设计231分度装置的结构设计分度装置是实现本夹具实现多边形铣削的关键所在，工件定位夹紧后需要通过分度装置来完成工位的转换，以实现不同等分工件的精确等分问题。分度装置主要由通过键与回转体连接的分度盘、带有弹簧可自动退出的定位插销、分度时可自动卡位的定位盘及由偏

22、心凸轮构成的分度锁紧装置等组成。具体设计如图2-8所示。图2-8分度装置结构示意图232分度装置中主要零件的设计图2-9六等分定位环零件图图2-10四等分定位环零件图图2-11分度盘零件图图2-12定位销零件图图2-13特制螺塞零件图图2-14特制螺钉零件图图2-15偏心轮零件图图2-16小轴零件图2.4夹具装配图(见图2-17)图2-17装配图第三章 设计说明3.1夹具主要配合表面的配合精度要求 弹簧夹头与回转体内孔间的配合为：48H7/g6 手柄套环与锁紧螺母间的配合为: 82H8/e7 回转体与分度圆盘间的配合为: H7/h6 分度盘与键的配合为: 16 H7/g62 定位环与回转体异形

23、孔间的配合为48 H8/g7 偏心轮与小轴间的配合为24 H8/f9 底座孔与小轴间的配合为20 H7/r62.1.8 定位销与底座孔间的配合为3.2夹具主要技术参数2.2.1 夹具外形尺寸（长宽高）：365160210mm 重量：约16kg 最大工件夹持直径：36 mm 工件被夹持部分伸入夹具内最大长度：80 mm 工件被夹持部分伸入夹具内最小长度：不得小于10 mm2.2.6 零件或心轴在弹簧夹头夹紧情况下，距夹头端面5mm3.3夹具工作原理3.3.1通过弹簧夹头与回转体内孔间一段长22 mm圆柱面间48H7/g6的间隙配合限制了夹头的2个移动自由度和2个转动自由度；夹头下端环面与回转体4

24、上孔的台阶面接触，限制了夹头上下移动的自由度；由于夹头下端有一宽mm的小槽，当小槽卡入回转体4上的圆柱销29时，最后一个绕其轴线转动外的自由度也被限制了。这样，夹头在回转体中就实现了六点完全定位。3.3.2工件由于所加工工件都是螺栓、螺塞等小型工件。所以根据工件在夹头中与定位面接触长度看，可视为以较长的圆柱套定位。因此，工件插入夹头后限制了除沿其轴线方向的移动和绕其轴线的转动外的其它4个自由度，若加工带有轴肩的工件，当装夹时工件的轴肩与夹头端面接触时，则限制了除绕其轴线的转动外的其它5个自由度。3.3松开螺钉8，卸下防护罩7；松开顶丝12，卸下特制螺塞14取出回转体4，根据欲加工零件的等分数选

25、择更换相应的定位环13和分度盘11后，重新通过特制螺塞14将回转体4拉紧，并将顶丝12旋紧顶入回转体下端面的齿槽中，以防止特制螺塞14与回转体4在工作时发生松动。擦拭干净铣床工作面和夹具底座的定位面，将底座上的两个定位键19卡入工作台中内T型槽中，并向T型槽一侧靠紧。然后选用M12M16长度适宜的一对T型螺栓将夹具在铣床工作台面上压紧，压紧时螺母与夹具底座间应加装垫圈。松开锁紧螺母1，根据所加工零件夹持部分的直径选择相应规格（dA）的弹簧夹头装入回转体的台阶孔中，并注意通过旋转卡头来检查回转体台阶孔底部的斜销29是否卡入弹簧夹头下端的小槽中。最后再将锁紧螺母1与回转体4通过螺纹旋合，完成加工前

26、的调整。3.3.4先将夹具上的连接偏心轮的手柄逆时针方向旋转，带动偏心轮压紧特制螺钉23并推动定位销24插入分度盘11的V形槽中，将回转体4锁紧，定位销中弹簧17处于压缩状态。将要铣削的工件插入弹簧夹头的定位孔中，抬起手柄25逆时针方向旋转至便于施力的角度，压下手柄将止动块27卡入锁紧螺母1下部的齿槽中，顺时针方向扳动手柄即可带动锁紧螺母旋紧一段螺距；再抬起手柄逆时针方向调整至便于施力的角度，重复旋紧操作直至压缩弹簧夹头将工件夹紧为止。完成第一个面的加工，顺时针方向旋转偏心轮手柄，处于压缩状态下的弹簧17推动定位销24退出分度盘11上V形槽，回转体4的锁紧状态被解除。此时转动下压的手柄25将带

27、动回转体4一起转动。而回转体4转动时将带动通过异形孔连接的定位环13一起转动，定位环13转动时将钢球15压入座体5的小孔中，直至定位环上下一个孔位与座体小孔对齐时，小孔中被压缩的弹簧又重新将钢球推入定位环的孔坑中实现重新自动定位。此时分度盘11也随回转体同步转过了一个工位，再通过逆时针方向旋转偏心轮手柄，重新将定位销插入分度盘的V形槽中即实现回转体的锁紧，完成工件的分度操作。完成分度后即可进行下一工位的铣削操作。图3-1铣多边形夹具工作图第四章 主要零件的工艺设计在零件设计制造过程中，涉及到从零件的选材、毛坯的制造，加工工艺方案的确定，加工顺序的拟定，定位基准的选择，装夹方案的选择，以及刀量具

28、和切削用量的确定等一系列复杂的工艺问题。在该夹具的诸多零件中弹簧夹头和回转体两个零件无论是从零件的结构还是加工精度要求等内容考虑，其加工工艺具有比较典型的代表性。其中弹簧夹头在结构上是典型的套类零件，零件主要由有较高同轴度要求的内外圆表面组成，零件的壁厚较小，易产生变形，轴向尺寸大于外圆直径。内孔及外圆表面本身的尺寸、形状精度及表面粗糙度等均有较高的技术要求。另外为了达到零件的使用性能零件不同部位还有不同的力学性能要求，所以加工过程中需要穿插进行不同的热处理工序，这些都在一定成度上增加了零件加工的难度。夹具中的回转体，是一最大外圆直径为85mm，总长155mm，带有多级台阶孔，内外螺纹和外锥面

29、，结构较复杂的短轴套类零件。该零件各表面的尺寸精度和表面粗糙度要求均较高，并有较高的形状精度和位置精度要求，是保证夹具重复定位精度的关键零件，存在较大的加工难度。弹簧夹头的加工工艺设计弹簧夹头的加工工艺过程零件图工序号工序名称工序内容装夹方法及备注说明加工设备0下料5092mm,自定心三爪卡盘C61405粗车各按图车全部，注意：尺寸车至以下内孔采用钻、铰留余量0.050.1，以下内孔其作留1mm精车余量保证各部同轴度小于0.15其余至尺寸。自定心三爪卡盘小锥度专用心轴利用小锥度专用心轴通过与孔配合装夹，加工外部各尺寸，以保证同轴C614010热处理调质HRC2830改善整体工艺性能15精车精车

30、外形尺寸，保证各部同轴度小于0.10，小锥度专用心轴C614020铣铣中段3个1225 mm 封闭槽及下部10 mm半通槽。万能分度头X812625钳去各部毛刺。X812630热处理按图纸要求淬火+回火，保证下段（55mm）HRC4852，上部HRC5862。注意热处理时应尽可能保证内孔无氧化皮。保证夹持部分的硬度和弹性35清理吹砂去热处理后氧化皮及其它附着物。40磨磨外圆表面、端面及302外锥面，保证跳动量不大于0.02 ，各表面Ra 0.8。小锥度心轴MQ6025A45磨（研）找正外圆磨（研）内孔至尺寸精度要求。头架MQ6025A50切割采用相应厚度b的切割砂轮切出夹头上端的窄槽分度头MQ

31、6025A55钳去毛刺、清洗、油封备用回转体的加工工艺设计回转体的加工工艺过程零件图工序号工序名称工序内容装夹方法及备注说明加工设备0粗车平端面、打中心孔，按图粗车各部，各部尺寸均留余量1.52mm。自定心三爪卡盘、顶尖C61405调质HRC3032改善切削性能及综合力学性能10精车除M64螺纹外，按图精车各部尺寸，各a 0.8表面均留余量0.40.5mm 。互为基准C614015磨夹持外圆柱面，校正外圆磨内孔各部，保证各部符合图纸要求。M212020铣铣端面齿符图万能分度头X613225磨磨外圆锥面，保证符合图纸要求特制小锥度心轴M143230车车M64螺纹符合图纸要求内锥夹具C614035钳工划方2016、M61及斜孔位置线。万能分度头40铣铣方2016符合图纸要求钻M61底孔至钻、铰符图万能分度头斜孔加工时偏转立铣头主轴10，并利用主轴套筒进给。X503245磨磨外圆各部尺寸符合图纸要求特