箱体零件的加工工艺及工艺装备设计

本文格式为Word版，下载可任意编辑——箱体零件的加工工艺及工艺装备设计第1章绪论

1.1选题意义

大学时光匆促而过,此次毕业设计是我们在大学时期最终一次对所学各门课程的有机综合应用，也是对大学所学知识的一个全面检测。为了成功完成此次毕业设计，在指导老师的介绍下，我到大连机床厂实习了两周，通过大量调研，并结合所见所闻，利用便捷的网络及图书馆藏书，翻阅了大量中外期刊杂志，我对所设计的题目“箱体的铣床夹具〞的国内外现状有了深刻的认识，这些将成为我设计的基础。

针对箱体的铣床夹具设计,它是工艺装备设计中的一个重要组成部分,是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施,在制定出合理的设计方案,进行具体设计。夹具是在切削加工中,用以确凿地确定工件位置,并将其稳固地夹紧的工艺装备。它的主要作用是：可靠地保证工件的加工精度,提高加工效率,减轻劳动强度,充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此,夹具在机械制造中占有重要的地位。

鉴于初次完成这样大的毕业设计，再加上自身知识及实践经验的欠缺，在设计中难免会有错误及不足之处，恳请各位老师批评指正。

此次设计我听取了大量优秀教师的宝贵看法,得到了我的指导老师的耐心的指导，使我能真正的把自己的创意和实际的东西相结合，并及时有效的完成任务，在此，向那些辛勤地工作在毕业设计第一线的老师表示深深的感谢。

1.2夹具概述

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正确设计和合理使用夹具,对保证加工质量,提高生产效率,扩大机床使用范围,减轻劳动强度具有重要意义,同时便于工人把握繁杂或缜密零件加工的操作技术,解决较为繁杂的工艺问题。

机床夹具的分类：

按应用范围分类：通用夹具,专用夹具,组合夹具。按动力源分类：手动夹具,气动夹具,液压夹具,

电动夹具,磁力夹具,真空夹具,离心力夹具。

按类型分类：钻夹具,铣、刨夹具,平磨夹具,

车夹具,镗夹具。

第2章专用夹具的设计总路线

2.1概述

机床夹具是在切削加工中，用以确凿地确定工件位置，并将其稳固地夹紧的工艺装备。它的主要作用是：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此，机床夹具在机械制造中占有重要的地位。

机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。在设计过程中，本人深入生产实际，进行了调查研究，吸取了国内外的先进技术，以期制定出合理的设计方案，再进行具体设计。

根据所确定的工艺方案及所设计的工艺规程，明确了该工序所用的机床为X62铣床。

2.2专用夹具的设计

2.2.1专用夹具的基本要求：

1.稳定地保证工件的加工精度；

2.提高机械加工的劳动生产率和降低工件的制造成本；3.结构简单，损伤便利，省力和安全，便于排屑；

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4.具有良好的结构工艺性，便于夹具的制造、装配、检验、调整与维修。

在设计过程中，首先必需保证工件的加工要求，同时再根据具体状况综合处理加工质量、生产率、条件和经济性等方面的关系，考虑到大批大量生产，为提高生产率及减轻工人的劳动强度，采用气动夹紧装置。

2.2.2专用夹具的设计步骤

1.工件加工工艺分析：

根据设计任务书，明确了设计任务，分析原始资料，明确了有关技术文件，本工序所用机床的技术特性，夹具零部件的标准及结构等。

根据设计任务书，分析研究工件的工作图，有关部件的装配图，工艺规程等，明确了工件的结构、材料、生产量及其在部件中的作用，深入了解了本工序加工的技术要求，前后工序的联系，加工余量和切削用量及本工序所用的设备，辅助工具中与设计夹具有关的技术性能和规格、安装夹具部位的基本尺寸，所用刀具的有关参数等，还充分听取了各方面的成功经验，参考了生产中行之有效的典型结构和先进夹具，以使所设计的夹具有实用性。

2.定位方案和定位元件的设计

遵照六点定位规则确定工件的定位方式，并设计相应的定位元件。

考虑到整个箱体积很大，采用了夹爪,限位板,定位板,支承板对箱体六向的自由度限制，从而实现了完全定位。

3.定位精度的保证

工件在夹具中的定位精度，主要与定位基准是否与工序基准重合，定位基准的形式和精度，定位元件的形式和精度，定位元件的布置方式，定位基准与定位元件的协同等因素有关。这些因素所造成的误差，可以通过数学计算求得。在采取提高定位精度的措施时，要注意到夹具制造上的可能性。在总的定位精度满足加工要求的条件下，不要过高的提高工件在夹具中的定位精度。

夹具在机床上的定位精度，主要与夹具定位元件的定位表面与

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机床协同处的位置精度、夹具与机床连接处的协同间隙等因素有关。因此，提高夹具制造精度，减小协同间隙就能提高夹具在机床上的定位精度。假使定位精度要求很高，而通过提高夹具制造精度的措施已不可能或不合理时，应采用调整法或就地加工法解决，即在安装夹具时找正定位表面的确凿位置，或在夹具安装后加工定位表面，使夹具在机床上获得高精度定位。本次设计采用的是用定位套保证定位精度，采用调整法找正定位表面的确凿位置。夹紧装置可按夹紧机构的类型和夹紧装置的动力源来分类，按夹紧机构的类型可分为斜楔夹紧、螺旋夹紧、偏心夹紧、铰链夹紧、联动夹紧、定心夹紧、弹簧夹紧；按夹紧动力源可分为手动、机动和自动，其中机动又分为气动、液压、气液联动、电动和真空；自动又分为切削力、离心力两种状况。

4.工件在夹具中的夹紧

夹紧的目的，是保证工件在夹具中的定位，不致因加工时受切削力、重力或伴生力（离心力、惯性力、热应力等）的作用而产生移动或振动。

夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要而不可缺少的组成部分，除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所确定的位置，才可以没有夹紧装置。夹紧装置设计的优劣，对于提高夹紧的精度和工作效率，减轻劳动强度都有很大影响。

夹紧装置可按夹紧机构的类旋夹紧、偏心夹紧、铰链夹紧、联动夹紧、定心夹紧、弹簧夹紧；按夹紧动力源可分为手动、机动和自动，其中机动又分为气动、液压、气液联动、电动和真空；自动又分为切削力、离心力两种状况。在设计夹紧装置时，应满足下述主要要求：

(1)夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位，为此，必需正确选择夹紧力的方向及着力点；

(2）夹紧力的大小应当可靠、适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许范围；

(3）夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速、操纵便利、省力和安全；

(4)夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。

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本次设计的夹紧装置满足了上述要求。5.确定夹紧力的基本原则(1）夹紧力计算的假设条件

为简便起见，在计算夹紧力时，规定了如下的假设条件：1＞把夹紧力的动态性质假设为静态性质；

2＞把夹具和工件的柔性系统假设为刚性系统；

3＞在切削过程中，把切削力、材料以及温度等变化因素假设为在最不利的条件下固定不变。

通过对夹紧力的动态测试结果，不难看出，夹紧力在切削过程中是在不断地变化着的。对于工件精度要求很高或对工件变形控制很严的状况下，夹紧力的计算和夹紧装置的结构选择都要更加确切，必要时应采取夹紧力的闭环控制系统，通过对夹紧力的动态识别和工件的变形值对夹紧力的动态调理，以达到夹紧的智能化。

（2）夹紧装置设计的内容和步骤

在设计夹紧装置时，可以按以下四个步骤确定夹紧力：

1＞根据工序的要求，明确夹紧力的作用点及作用方向，还应考虑是否有其它力的作用状况；

2＞计算所需夹紧力；3＞确定夹紧元件结构；

4＞确定夹紧装置所能产生的夹紧力。其中夹紧力的确定可分为以下几个步骤：

1＞夹紧力应有助于定位，而不应破坏定位，在夹紧力作用下，工件不应离开支承点。首先要保证主要定位基准与定位元件可靠接触，最好使工件对各个支承都有一定的压力。

2＞夹紧变形要小，特别对刚度差的工件更应予以注意。

3＞保证加工中工件振动小，为此，夹紧点应尽是接近被加工表面，特别是对低刚度工件。

4＞在计算夹紧力时，根据工件所受切削力P（或切削力矩MP）、夹紧力W以及摩擦力F（或摩擦力矩MF），对大工件还应考虑重力G，运动的工件还应考虑惯性力等，绘制夹紧示意图，然后，根据静力

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Zp――工人平均工资元/小时H――工具车间杂费百分比

根据设计要求，取As＝0.5，T＝3，Ay＝0.25

Cz??Q?tZp(1?0.01H)?20?15?60?3?(1?0.01H)?300?180?1.007?481.26

则C?[Ay?(1?As)/T]Cz

?[0.25?(1?0.5)/3]?481.26?0.75?481.26?360.95

根据设计条件及现今工厂的一般状况，取N＝10000则

SN?0.161?10000?1610?C?360.95

所以使用该夹具是很经济的。

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第3章定位件和对刀件的选

择或确定

3.1定位件

本次夹具设计中,一共涉及的零部件相关介绍或运用如下：

为了保证工件正确、稳固的定位,在夹具中应合理地设置各种型式的定位件,并使其与工件上的定位基准相接触或协同,这样一来就确定了工件在夹具中的正确位置。定位件应有较高的耐磨性和足够的精度,与定位件接触或协同的定位基准应合理选择。不影响加工精度的自由度,可由止挡件来限制。止挡件的精度要求不高,在夹具中的位置精度可以低些。3.1.1定位销

(1)小固定定位销：材料T7A,技术要求：D的允差按协同要

求决定；D对d的不同轴度不大于0.005毫米；锐边倒钝；热处理：淬火HRC53～58。

(2)固定定位销：材料选择：D16毫米、20。

技术要求：D的允差按协同要求决定；D对d的不同轴度不大于0.005毫米；锐边倒钝；热处理：T7A淬火HRC53～58；20滲碳深度0.8～1.2毫米、淬火HRC53～58。

(3)可换定位销：材料选择：D16毫米、20。

技术要求：D的允差按协同要求决定；D对d的不同轴度不大于0.005毫米；锐边倒钝；热处理：T7A淬火HRC53～58；20滲碳深度0.8～1.2毫米、淬火HRC53～58。

(4)定位插销：材料选择：D10毫米、20。

技术要求：锐边倒钝；表面发蓝或其他防锈处理；T7A淬火HRC55～60；20渗碳深度0.8～1.2毫米、淬火HRC55～60。

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定位块：作用是使夹具体与机床有正确的位置并通过螺栓固定。材料选择：45号钢。技术要求：锐边倒钝；表面发蓝或其他防锈处理。

(6)定位板：作用是使加工件在夹具体有正确的位置。材料选

择：45号钢。技术要求：锐边倒钝；表面发蓝或其他防锈处理。

查手册,查相关的表,查标准,基本尺寸D可取,H可取,通过D、H,其尺寸参数可直接查出。3.1.2固定支承

(1)支承钉：材料选择：D12毫米、20。

技术要求：H留0.2～0.3毫米余量,装配时磨削至所需要求；表面发蓝或其他防锈处理；热处理：T7A淬火HRC60～64；20渗碳深度0.8～1.2毫米,淬火HRC60～64。

(2)支承板：材料选择：20。技术要求：H留0.2～0.3毫米

余量,装配时磨削至所需要求；表面发蓝或其他防锈处理；锐边倒钝；热处理：渗碳深度0.8～1.2毫米,淬火HRC60～64。

3.1.3可调支承

(1)六角头支承：材料选择：45。技术要求：螺纹按3

级精度制造；表面发蓝或其他防锈处理；锐边倒钝；热处理：头部淬火HRC38～42,L4.3夹紧力的作用点

应在支承点上,或在几个支承点所组成的平面内,以免夹紧力使

工件脱离定位件。在多点夹紧时,假使夹紧点在支承面积之外,应采用联动夹紧机构,以保证各点的夹紧力同时均匀地作用到工件上。应在工件刚性最强的部件,否则应设置辅助支承。

应靠近切削部位。如切削部位刚性不足,可采用浮动辅助夹紧机构,或设辅助支承。

4.4确定夹紧力的基本原则

(1）夹紧力计算的假设条件

为简便起见，在计算夹紧力时，规定了如下的假设条件：1＞把夹紧力的动态性质假设为静态性质；

2＞把夹具和工件的柔性系统假设为刚性系统；

3＞在切削过程中，把切削力、材料以及温度等变化因素假设为在最不利的条件下固定不变。

通过对夹紧力的动态测试结果，不难看出，夹紧力在切削过程中是在不断地变化着的。对于工件精度要求很高或对工件变形控制很严的状况下，夹紧力的计算和夹紧装置的结构选择都要更加确切，必要时应采取夹紧力的闭环控制系统，通过对夹紧力的动态识别和工件的变形值对夹紧力的动态调理，以达到夹紧的智能化。

（2）夹紧装置设计的内容和步骤

在设计夹紧装置时，可以按以下四个步骤确定夹紧力：

1＞根据工序的要求，明确夹紧力的作用点及作用方向，还应考虑是否有其它力的作用状况；

2＞计算所需夹紧力；3＞确定夹紧元件结构；

4＞确定夹紧装置所能产生的夹紧力。其中夹紧力的确定可分为以下几个步骤：

1＞夹紧力应有助于定位，而不应破坏定位，在夹紧力作用下，工件不应离开支承点。首先要保证主要定位基准与定位元件可靠接

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触，最好使工件对各个支承都有一定的压力。

2＞夹紧变形要小，特别对刚度差的工件更应予以注意。

3＞保证加工中工件振动小，为此，夹紧点应尽是接近被加工表面，特别是对低刚度工件。

4＞在计算夹紧力时，根据工件所受切削力P（或切削力矩MP）、夹紧力W以及摩擦力F（或摩擦力矩MF），对大工件还应考虑重力G，运动的工件还应考虑惯性力等，绘制夹紧示意图，然后，根据静力平衡条件，计算出理论夹紧力WP，再乘以安全系数k，得出实际夹紧力W。

在不考虑重力和其他伴生力的状况下，夹紧力的大小既与切削力的大小有关，也与切削力对支承的作用方向有关，此次设计的夹具的夹紧力的大小可用下式计算：

W?kP/(f1?f2)N

式中k――安全系数，可按下式计算k?k1k2k3k4P――切削力

f1、f2――夹紧元件，定位元件各自与工件接触表面的磨擦系数

k1――一般安全系数，考虑增加夹紧力的可靠性和因工件材料性质及加工余量不均匀等引起的切削力的变化，一般取k1?1.5~~2

k2――加工性质系数。粗加工取1.2，精加工取1

k3――刀具钝化系数，考虑刀具磨钝后，切削力增大，一般取

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k3?1.1~~1.3

k4――断续切削系数。断续切削时，取k4?1.2；连续切削时，

取k4?1

本设计中，根据设计要求k1取1.5，k2取1.2，k3取1.1，k4取1。则k?k1k2k3k4?1.5?1.2?1.1?1?1.98

4.5铣削力的计算

铣削加工与车削加工一样，铣刀每个刀齿上都受到一定的切削力，其计算公式为：

Fz?(CFapafawZKF)/(d0nw)

FzxFyFuFqF式中Fz――圆周铣削力N

KF――铣削条件改变时铣削力修正系数

zd0――铣刀外径mmn――铣刀转速r/minap――铣削深度mmaw――铣削宽度mmaf――每齿进给量Z――齿数

ap取2，af取0.2，aw取10，xF取0.95，yF取0.8，uF取1.0

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KFz?KTvKMvKMpmKsvKkvKtv

式中KT――与耐用度有关的系数取1.0

vKM、KMp与加工材料有关的系数分别取1.44、0.89

vmKs――与毛坯性质和表面状态有关的系数取0.8

vKt――与铣刀切削部分材料牌号有关的系数取1

vKF?1.0?1.44?0.89?0.8?1?1.025

z根据铣削力的大小及所选择X62机床,设计专用夹具。4.6夹紧形式与计算公式夹紧形式用压板夹紧工件端面用钳口夹紧工件端面用压板和V形块夹紧工件端面计算公式注：表中符号：M?Kf—工件与支承面的W?L?f摩擦系数。