机床夹具设计与开发论文Word文件下载.docx

机床夹具设计与开发论文Word文件下载.docx

《机床夹具设计与开发论文Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机床夹具设计与开发论文Word文件下载.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

3.2.2铸铁 6

3.2.3材料的选择原则 6

3.3尾柄的设计 7

3.4连接套的设计 7

3.5拨盘的设计 10

3.6特殊螺母的设计 11

3.7销的选择 11

3.8衬套的选择 12

3.7滚动轴承的选择与校核 13

3.7.1滚动轴承的选择 13

3.7.1滚动轴承的校核 14

第4章切削用量的选择原则与计算 15

4.1切削用量的选择原则 15

4.2切削用量的计算 15

总 结 23

参考文献 24

致 谢 25

第1章绪论

1.1夹具的概述

不论是传统制造系统还是现代制造系统，夹具都是非常重要的。

在机械制造过程中，用来固定加工对象或刀具，使之占有正确位置，以便接受施工或者检测的装置都可以称为夹具。

例如:

焊接过程中用的焊接夹具、检验过程中用的检验夹具、夹紧刀具的夹头、机械加工过程中用的机床夹具等。

夹具对于加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响。

花费在夹具设计和制造的时间不论是在改进现有产品或者开发新产品中，在生产周期中都占有较大的比重。

所以，在制造业中非常重视对夹具的研究。

随着市场对产品的需求不断增加，产品的更新换代速度也不断加快。

由于机械产品的品种繁多，产品的设计周期缩短，传统的大批量生产模式逐步被中小批量的生产模式取代。

按单一品种设计专业夹具的方法己经不能满足生产发展的要求，因此，如何缩短工艺装备的设计、制造周期，以及产品换型后对原有工装夹具延续使用己事在必行。

机械制造业欲适应这种变换须具备较高的柔性，国外已把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展方向产品制造环节的柔性化的着眼点主要是在机床和工装两个方面，而夹具又是工装柔性化的重点。

夹具能保证工件或刀具在规定的坐标位置上准确定位和牢固的夹紧，也就是说能保证工件相对于机床坐标原点具有准确和稳定可靠的坐标位置。

这种夹具具有较高的刚度和精度，在粗加工时能承受较大的切削用量，以充分发挥数控、加工中心机床的生产能力；

在精加工时能更好的保证工件定位基准和加工表面的位置精度，更好的发挥数控、加工中心机床的高效性能。

1.2机床夹具的基本概念及特点

机床夹具是在金属切削加工中，用以准确地确定工件的位置，并将其牢固的夹紧以接受加工的工艺装备。

它的主要作用是：

可靠的保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动强度和扩大机床的工艺性能，因此机床夹具在机械制造业中占有十分重要的地位。

机床夹具的主要特点是夹具与机床的主轴联接，工作时由机床主轴带动作高速旋转，因此在机床夹具的设计时除了保证达到工件的精度要求外，还应该考虑：

26

1）结构力求紧凑、简单，重量尽可能轻。

2）夹具与机床主轴、花盘或法兰盘联接安全可靠。

3）夹具工作时应该保持平衡以免主轴轴承过早磨损而失去精度，因此夹具元件的重心应该尽量接近回转中心。

4）夹具在径向无突出和可能松脱的零件。

5）切削能够顺利的从夹具中排出或清除。

6）夹具经过调整后即可能在另一种型号的机床上使用。

1.3机床夹具的发展方向及国内外现状

机床夹具是机械加工中必不可少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，切削加工领域中，高速、超高速切削已成为主要发展趋势之一。

夹头产品广泛应用于车、铣、钻等通用机床，目前国内外市场对其需求量较大，年需求量大约4000～5000万只。

随着市场需求量的目益增加，工件精度要求愈高，对于夹具稳定及精密的要求也就愈高；

对于强调高速削的各式CNC工具机床进行高速切削，夹具性能的好坏，对加工质量有极为重要的影响。

因此对钻夹头产品的加工工艺、技术指标要求也越来越高。

由于技术、材料及材质硬度的提升，各式夹头在质量的要求上也愈来愈高才能符合市场需求，因此对生产者来说在相关方面技术的提升则是另一个挑战的难题；

在高效率切削带动下，传统的手动夹头方式已有被逐渐取代的趋势，对于各式切削加工机械而言，夹头因需适应各种不同的刀具及机械特性，常需面对夹头夹持力降低、变形、振动及惯性等问题，因此生产者在设计夹头时通常会特别重视这些问题以求产品的稳定及安全性。

在高速切削过程中，切削工具处于高速回转状态，此时所用的刀具夹头必须使切削工具保持良好的刃尖振摆精度和夹持刚性。

切削工具和夹头在高速回转条件下，如果不平衡量值较大，则会降低振摆精度，由于离心力的影响，还将降低夹持刚性。

这类现象在普通切削加工中也时有发生，但其影响不如高速切削时明显，也未受到足够的重视。

目前，高速高精度加工越来越普及，因此，要求切削工具必须具有更高的性能，而且应充分发挥其加工特点。

在以切削加工为中心的制造技术方面，以复合切削和高速铣削为中心的切削加工技术，内容包括工序集约化、迅速实现高速高精度加工、采用多功能刀具、进行

CNC高速切削、向微细形状加工发展等。

为了满足上述要求，在加工技术方面，除了选用CNC机床外，还有一些共同特点，如必须在高速回转条件下，保证立铣刀等切削工具实现稳定切削，延长工具寿命。

为此，必须努力实现切削工具和夹头的最佳配合。

2002年秋日本东京国际机床展览会（JIMTOF）上展出的适用于高速切削的加工中心品种及最高主轴转速。

目前，转速达到3OOO～6000r／min的机种已大量投放市场，表明高速切削加工已成为新型生产技术的有效手段之一。

高速切削的普及工作已在日本国内铺开，欧洲及东南亚地区也在迅速扩展其使用领域。

因而受到人们的普遍关注，目前已成为全球制造业的共同趋势。

第2章总体结构设计方案

2.1设计的主要任务

在对管板类零件铰孔时，如果对刀不正，机床主轴中心线与孔不同心时，就容易产生折刀及孔公差超范围的现象，影响生产顺利进行及产品质量。

为避免工件安装误差及及对刀不正引起的主轴中心线与孔不同心，可采用把铰刀安装在浮动夹头里。

浮动夹头能使刀具在垂直于轴线的平面内移动，自动修正机床主轴中心与孔的偏差，避免由此产生铰孔后孔径扩大及喇叭现象，保证孔的尺寸公差，同时在加工象管板这类的多孔工件时，对每一个孔不用精准对刀，由浮动夹头自动找正，可明显提高生产效率。

2.2平移式浮动夹头的工作原理

尾柄1直接安装在机床主轴孔中，连接套7内插铰刀，其内锥采用3号莫氏圆锥，可满足一般常用铰刀的安装。

连接套7松动地插入尾柄1的孔内，连接套7的凸缘上的两个孔内压入销2，在尾柄1的端面的两孔内也压有销2，连接套7与尾柄1端面之间放置拨盘4，各销2均插入拨盘4的通槽中，借此拨盘4来传递由尾柄1到连接套7的回转力矩。

销2上部装有衬套3以利于在拨盘9的通槽内滑动。

连接套2、拨盘4、尾柄1用特殊螺母5连接在一起，并通过推力球轴承压住它们。

浮动夹头结构如附图。

1 2 3 4 5 6 7

图1-１浮动夹头

1—尾柄；

2—销轴；

3—衬套；

4—拨盘；

5—螺母；

6—轴承；

7—连接套。

这种结构的夹头不能使刀杆倾斜，当铰刀与孔不同心时，由于连接套与尾柄及拨盘上开有通槽，使连接套可在垂直于主轴轴线的平面内移动，从而可使铰刀自动找正。

铰刀移动量的大小决定于连接套和尾柄内孔之间的间隙（可达3mm）。

改变连接套内孔的莫氏锥度等级，可适应不同直径铰刀的安装。

此浮动夹头应用于实际生产中，在提高精度及生产效率上都取得了良好的效果。

第3章平移式浮动夹头的零部件设计

3.1机械零件的设计方法

机械零件的设计方法有传统设计方法和现代设计方法两大类。

3.1.1传统的设计方法

1）经验设计

根据长期的设计、生产及使用的实践总结的经验公式和数据来进行计算，或者

参考已有的同类产品进行“类比”设计。

这种设计方法简便，但是有一定的局限性，一般用于简单或者不太重要的零件的设计，如箱体、机架等。

2）理论设计

运用设计理论及实验数据进行设计。

理论设计有两种计算方式。

（1）设计计算 根据理论计算公式求出零件的主要尺寸，然后根据工艺要求确定结构。

（2）校核计算 先根据经验及简单的方法，初选零件的主要尺寸及形状，然后用理论校核公式进行计算。

3.1.2现代设计方法

随着现代科学技术的发展，尤其是计算机技术的应用，机械零件的设计也在突破传统的设计方法向着更全面、更科学、更简捷、更精确的方向发展，从而形成了现代设计方法。

现代设计方法目前主要有可靠性设计、优化设计、有限元设计、疲

劳设计、模块设计、计算机辅助设计（CAD）智能设计及设计方法学等。

3.2机械零件的材料选择及选择原则

机械零件所用的材料种类很多，主要是金属材料和各种复合材料，其中刚和铸铁应用最为广泛。

材料的选择是否适合，影响到零件的可靠性和成本，因此选材是机械设计中比较重要的一个环节。

3.2.1钢

由于钢具有较高的强度，良好的塑性、韧性和可加工性，并且可以通过热处理改善其力学性能，因而得到广泛的应用。

按化学成分不同，钢可以分为碳素钢和合金结构钢；

按用途不同，可以分为结构钢（用以制造零件和工程结构构件）、工具钢

（用以制造刀具、模具和量具）和特殊钢（用以制造在高温、低温、腐蚀性介质等特殊情况下工作的机械零件）。

（1）碳素钢 碳素钢分为普通碳素钢和优质碳素结构钢两大类。

前者用于受载不大且基本上受静应力的一般零件，后者用于受载荷较大且为变应力或冲击载荷的零件。

优质碳素钢根据含碳量的不同可分为：

低碳钢、中碳钢、高碳钢。

低碳钢（含碳量小于0.25%）力学性能差，但有较好的塑性和焊接性，适用于制造冲压件和焊接件。

中碳钢（含碳量在0.3%~0.5%之间）力学性能较高，又有一定塑性和韧性，可用于受载荷较大的零件。

高碳钢（含碳量在0.55%~0.7%之间）力学性能高多用于制造强度较高的零件。

（2）合金结构钢 在优质碳素钢中加入某种或某些合金元素，就形成各种合金钢，从而达到改善钢的力学性能的目的。

3.2.2铸铁

铸铁和钢同属于铁碳合金，但是其含碳量较高，一般大于2%。

铸铁属于脆性材料，不能辗压或锻造，具有良好的铸造性、切削性、耐磨性和减震性，抗压性能也比较好。

铸铁一般用于受力不大、冲击载荷小、形状复杂、需要减震的各种铸件，如机床床身、壳体等。

常用的是灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁。

3.2.3材料的选择原则

材料的选择原则是机械零件设计中关重要的一个环节。

选择材料主要考虑使用要求、制造工艺要求及经济性要求三个方面的问题。

使用要求是保证零件在规定的使用期限内可靠工作而不发生失效，主要考虑以下几点：

（1）零件所受的载荷和应力的大小、性质及其分布情况，确保满足强度和刚度的要求。

（2）零件的尺寸和重量。

（3）零件的工作条件。

在机械零件的制造过程中，要考虑机械零件的制造工艺要求：

首先要考虑零件毛坯的制造。

对于形状复杂、尺寸较的的零件，可以优先选用铸造材料或焊接材料；

对于尺寸较小、外形简单、批量大的零件，可以用适合压或模锻的高塑性材料。

其次要考虑材料应有良好的切削性和热处理性。

同时我们还要考虑经济性要求，在机械零件的成本中，材料的成本一般占30%左右，最高达50%，因此经济性要求考