机械制造技术课程设计-套筒机械加工工艺规程及铣U型槽夹具设计

第3章铣夹具设计3.1工序内容及加工要求夹具一般由夹具体、定位元件、夹紧装置、对刀或导向装置、连接元件等组成。夹具体是机床夹具的基础；定位元件确保工件能够在定位元件上固定相对精确基准的位置；夹紧装置的作用是将被切削工件能够夹紧，其夹紧力的大小要大于切削力及其他的力的作用；工件的引导元件主要用于切削刀具的精确位置；连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。套筒零件的材料使用的45钢，大批量生产该零件。加工工序粗铣、半精铣45x8直槽口。该夹具一次装夹1件工件。选择定位基准面时应该遵循以下原则：选择大而平整的平面或内圆外圆进行定位、选择定位面后要方便后续的装夹、定位面所对应的装夹位置应该结构牢固，在装夹时保证不得有变形现象。通过对套筒零件分析本次夹具设计采用零件的φ48右端面和φ41内孔及花键槽端面作为定位基准，采用面和孔组合的定位方式定位，左端φ48平面进行夹紧。工序图如下图所示：图3.1工序简图3.2定位方案及定位误差计算3.2.1定位方案在空间直角坐标系中，一个自由刚体共有六个自由度，即沿x轴、y轴、z轴的移动和绕x轴、y轴、z轴的转动。通过布置定位元件从而限制工件的六个自由度，从而确定工件的唯一位置，这称为六点定位规则。根据夹具设计手册可知机床的定位元件有很多种，如定位板、定位销、支承钉、定位轴、V型块、支承板等。本次铣45x8直槽口的专用夹具设计采用零件的φ48右端面和φ41内孔及花键槽端面作为定位基准。因此设计芯轴和圆柱销作为定位元件。铣45x8直槽口的定位自由度如下：1）芯轴能够制约被加工工件内孔φ41一共2个自由度，xy的移动。2）芯轴大端面能够制约被加工工件φ48右端面一共3个自由度，xy的转动和z的移动。3）圆柱销能够制约工件花键槽端面一共1个自由度，z的转动。综上共6个自由度，达到完全定位的作用。3.2.2定位误差计算芯轴是定心芯轴定位，由于内孔定位存在轴向转动间隙，因此必将引起轴向基准位移误差。在重力作用下定位内孔只存在单边间隙，即工件始终以孔的轴线与芯轴的母线重合。 式——工件内孔直径公差（mm）存在误差。经机床夹具设计书查定位误差小于加工要求的公差1/5~1/3为合格。所以定位能满足加工精度要求3.3夹具结构设计及工作流程3.3.1夹具结构设计1.夹紧方案设计从上述定位元件的分布安装位置可知此零件除了在芯轴相对应的夹紧装置，也可选择在与支承点相对的面上设计夹紧元件。因此可保证工件在切削的过程中不移动。因此设计多组方案设计。（1）是以移动压板-A型零件为主的螺旋压板夹紧机构。原理是通过杠杆的原理，分力合理。其中组成零件调节支承、压缩弹簧、六角螺母以及双头螺杆等组成。夹紧合理，其压板的勾头定位在与支承面相对的端面上。此类的夹紧元件搭配螺栓、圆柱压缩弹簧、调节支承和螺母等零件。其中圆柱压缩弹簧可快速的装夹移动压板。（2）是以快换垫圈-A型零件为主的单螺旋夹紧机构。原理是快速安装，结构简洁。其中组成是在芯轴的定位销上端面设计单螺柱，便于连接垫圈和六角螺母-C型。综合选择快换垫圈-A型为主的单螺旋夹紧机构比较合理。原因：移动压板接触面较大，一般是两组出现夹紧面并对立，因此导致前述定位芯轴的面积再次扩大。其次，快换垫圈的接触面积大，且与压紧力比较集中。快换垫圈的优势在于所需零件少，垫圈的优势在于力的分布均匀。综合比较之下，快换垫圈-A型为单螺旋夹紧机构比较合理。2.切削力和夹紧力的计算（1）切削力计算：式中──切削力（N）；──工件或铣刀系数，取669；──切削深度（mm），取4；──切削每齿进给量（mm），取0.25；──切削刀具直径（mm），取8；──切削宽度（mm），取8；──切削刀具齿数，取1；──修正系数，由得。由以上切削参数计算代入切削力计算得：N（2）夹紧力的计算：由于切削力方向和夹紧力方向相垂直因此选择进行夹紧力计算：式中——切削力（N）——实际所需的夹紧力（N）——安全系数——夹紧元件与工件间的摩擦因数——工件与夹具支撑面间的摩擦因数安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，可得：若安全系数的计算结果小于2.5时，取所以。螺旋夹紧力的夹紧元件——六角螺母的直径是M12，其中预紧力为5380N。W0>W因此夹紧方案设计合格。3.主要零部件的设计（1）夹具体设计夹具体一般是夹具上最大最复杂的基础元件，在夹具体上，要安放组成该夹具所需要的各种元件，机构，装置，并且还要考录便于装卸工件及在机床上的固定。因此，夹具体的形状和尺寸应满足一定的要求，它主要取决于工件的外廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加工性质等，所以在夹具设计中，夹具体的形状和尺寸很多是非标准的。但是夹具体最重要的作用是连接机床与工件的工件，是布置导向，定位等布局。经综合分析，此设计的夹具体的材质为HT200，采用铸造。灰铸铁强度、塑性低，脆性大，消振性能好。（2）芯轴设计定位芯轴的形状类似于A型可换式定位销标准零件，芯轴的定位支承外圆直径大于或等于支承面面积，芯轴的定位销头部定位工件的定位孔，其顶面设计螺杆零件，便于连接其他零件。下端设计螺杆在夹具体的底面连接螺母固定在夹具面上。零件的材料为45，经过调质处理能够满足零件的工作环境。4.确定夹具对刀导向方案在确保铣削过程中，需要定位元件起到定位基准的作用。因此选择直角对刀块。这样一来可以方便调整铣削用的刀具以及与专用夹具之间的相对位置。有利于减少定位基准移动（转角）误差。此零件的材料为20钢，这样其材质的强度以及刚度的作用可以支撑刀具的定位基准之用。3.3.2夹具工作流程该部分内容处于对夹具的设计和分析阶段。重点在于选择定位元件将零件定位，然后，将零件夹紧在夹具体上，使零件在夹具体上完全定位。选用压紧件时，使用了快换垫圈和六角螺母进行夹紧。最后完成夹具体的设计。本铣槽专用夹具为了提高生产率和降低生产成本，考虑简单、经济、实用,减轻工人劳动强度，采用快换垫圈和六角螺母进行夹紧夹紧机构，操作非常简单。加工此工件前，先把夹具体找准在铣床的位置并装在铣床工作台上，获得正确的位置，紧接着安装芯轴、圆柱销等元件。安装工件时，将螺母松开，将快换垫圈向外移出，将工件放在芯轴和圆柱销上，然后将快换垫圈复位，并拧紧螺母，便可以将工件安装完毕。最后调整机床和刀具即可切削加工。图3.2夹具图第4章经济技术分析4.1技术经济性分析工装是一种在机床生产过程中起到关键作用的辅件，它是保证机床高精密制造所必需的辅件。伴随机床工业的不断发展，机床工业已渐渐成为中国工业的重要基石，能为国家机械，汽车，家电，房地产等服务。而工装又在机床制造中，处于一个关键环节，故而工装的设计可以有效地加快工件的制造效率，对社会的迅速发展具有重大的影响。4.2机械制造对环境、安全分析机械产业作为我国的一项基本产业，在国民经济中起到了举足轻重的地位。然而，在过去，它属于传统的重工业，容易对环境造成某种程度的污染与破坏，伴随着新时期构建的和谐社会的到来，对于机械工业的需求和要求越来越高，必须对各类零部件利用科学和绿色的制造技术进行合理的设计，同时，还要提高其废弃物处理效率，减少对环境的污染。为应对加工精度不高，工作效率低，设备报废率高等难题，设计了特殊的工装夹具：将原来的手工装夹改为利用油缸往复运动的方法自动夹紧，可以减轻操作人员的工作压力。通过在夹具体上对称设计两组芯轴，让夹具能一步装夹两个工件，从而大大的提高工作效率。此外，在机械行业的某些设计中，经常会对处于加工阶段的套筒进行砂型浇铸，如此的加工过程容易对人体造成危害比如化学气体污染，因此，本文选用了机械加工过程中锻造的毛坯加工方式，既可以有效的保障人员安全，也可以大大的减少废气、废水的排放，从而减少对环境的污染。第5章结论本次课程论文是对套筒零件的铣槽进行专用夹具叙述。在选择文献的过程中，此设计在众多文献中选择合适的参数去设计。有计划地、认真的完成课题任务。设计有所缺陷，了解的知识不够多。但是在成本上、经济上比较合理。客观上能够实现的。此次设计从着手了解套筒夹具设计的选题开始，涉及知识面广，工作调度能力要求较高，参考了在校所用教材资料及有关设计手册，基本上依靠在校所学课本可以完成大部分设计内容查找；对套筒零件在机床夹具设计时，选择芯轴等进行定位，确保定位的准确性的前提下，简单方便，为后续切削力夹紧力的计算提供了方便。同时还联系到了生产实习中的一些经验，应用知识广泛，考验了设计能力和运用知识到实际生产的能力。通过二维绘图软件绘制零件图与夹具装配图。通过本次设计的学习，使我对零件的机加工有了更多的认识，同时对所学知识的理解有了更进一步的提升。课程设计是检验自己学识的最佳工具。当然，理论比不上实际，实际上要考虑到很多问题，使方方面面都面俱到是一个难题。实际上不一定存在永远正确无误的设计，有的只是符合当前最优的方法。因此在设计当中需要考虑到是否具有理论上的可行性，因此通过设计使我学会了从实际出发加工零件和设计夹具。

参考文献[1]李洪．机械加工工艺手册[M]．北京出版社，2021.3[2]陈宏钧．实用金属切削手册[M]．机械工业出版社，2022.1[3]上海市金属切削技术协会．金属切削手册[M]．上海科学技术出版社，2020[4]杨叔子．机械加工工艺师手册[M]．机械工业出版社，2020[5]徐鸿本．机床夹具设计手册[M]．辽宁科学技术出版社，2019.10[6]都克勤．机床夹具结构图册[M]．贵州人民出版社，2021.4[7]胡建新．机床夹具[M]．