1、十字轴夹具说明书前 言机械制造装备设计是机械设计制造及其自动化专业的一门骨干专业课，其主要任务是通过在学校对机械制造装备设计这一门课程的学习，掌握主要的、典型的机械零件的夹具的设计和原理及其正确使用和选用方法、原则，并具备一定的机械制造装备的总体设计、传动设计、结构设计等基本知识和主要工艺装备的设计能力。机床夹具设计是机械制造类企业常见的设计任务，通过课程设计，使学生能综合应用夹具设计课程及相关其他专业的课程知识，学会用所学的理论知识指导设计实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机床夹具的一般设计方法和步骤，提高其今后走上工作岗位所需的专业技能。 第一章 设计的目的 机械制造装
2、备设计课程设计，是在学习完原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在张老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也是为以后搞好毕业设计打下良好的基础。通过课程设计达到以下目的：1. 能熟练的运用机械制造装备设计知识，正确的解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制定工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。2.通过对零件的某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具的训练，提高结构设计能力。3.课程设计的过程也是理论联系实际的过程，学会使用手册、查手册等相关资料等，增强学生解决工程实际
3、问题的独立工作的能力。第二章 零件的作用和定位方案设计 2.1 零件的作用 十字轴零件主要用于各种机械的多向传动连接，常与联轴器配套使用，如：十字轴式万向器等。由于其主要承受扭转等力矩，所以在轴颈上进行一定的热处理用以提高零件的强度。 2.2 定位方案的设计 这道工序所加工8的孔在十字轴已经加工了的平面上，且垂直地面。在机械加工过程中，必须使工件、夹具、刀具和机床之间保持正确的相互位置，才能加工出合格的零件。这种正确的相互位置关系，是通过工件在夹具中的定位，夹具在机床上的安装，刀具相对于夹具的调整来实现的。在研究和分析工件的定位问题时，定位基准的选择是一个关键问题。一般地说,工件的定位基准一旦
4、被选定，则工件的定位方案也基本上被确定。定位方案是否合理，直接关系到工件的加工精度能否保证。在分析工件定位时，为了简化问题，习惯上都是利用定位支撑点这一概念，但是工件在夹具中定位时，是把定位支撑点转化为具有一定结构的定位元件与工件相应的定位基准面相接触或配合而实现。在夹具设计时，工件在夹具中的定位可能有多种方案，为了进行方案之间的比较和最后确定满足工序加工要求的最佳方案，需要进行定位方案的设计。 图2-1 ：十字轴零件图 结合任务书所给零件图，从加工要求考虑，要在十字轴工件上钻两个孔，有加工工艺的要求，再结合上面的零件图，我们需要限制六个自由度。 现在又以下的定位方案： 方案一：采用的心轴和定
5、位槽定位（如下图所示） 图2-2：定位方案一 这种定位方案是以工件以孔45H7定位，属于定心定位，夹具上相应的定位原件是心轴，可以限制五个自由度，分别为x y z 的移动和y z 的转动，下面的定位槽可以限制X方向的转动，加工所需的自由度全部限制。满足加工要求。方案二：采用V型块定位（如下图所示） 图2-3 定位方案二这种定位方案是工件以外圆表面定位，经常用到的定位元件是V形块，不论定位基准是否经过加工，是完整的圆柱面还是圆弧面，都可以采用V形块定位，其优点是对中性好，能使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称面上，而不受定位几面直径误差的影响，并且安装方便。本工序中采用两个V形块定位25
6、的外圆表面，可以限制其五个自由度，分别是 y z 的移动和转动。又以定位销限制其x方向的转动，加工所需的自由度全部限制，满足加工要求。两种定位方案的比较： 方案一的优点是整个零件在加工的过程中，零件的定位、安装等比较方便，并并且能够满足加工要求；方案二的优点是V型块定位，零件有着良好的对中性，能使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称面上，而不受定位几面直径误差的影响，并且安装方便。总上所述，整个夹具的设计不仅要考虑定位，还需考虑安装，更换，夹紧，定位心轴较V形块更换方便，所以本工序选择定位方案一。 第三章 定位误差分析与计算定位误差是指一批工件在夹具中定位时，工件的工序基准在工序尺寸方向
7、或者加工要求上的最大变化量，一起定位误差的原因有两项，一项是急转不重合误差，另一项是基准位移误差。定位误差由基准不重合误差和基准位移误差两部分组成，定位误差的大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数和，即其中基准不重合误差的大小等于因定位基准与工序基准不重合而造成的加工尺寸的变动范围。需要注意的是，当工序基准的变动方向与加工尺寸的方向成夹角时，基准不重合误差等于定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影。基准位移误差的大小等于因定位基准与调刀基准不重合造成工序尺寸的最大变动量。当定位基准的变动方向与加工尺寸的方向不一致，两者之间成一定夹角时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影。因此
8、，基准位移误差是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准相对于调刀基准的最大变动范围在加工尺寸方向上的投影。用调整法加工一批工件时，工件在定位过程中，会遇到由于工件的定位基准与工序基准不重合，以及工件的定位基准(基面)与定位元件工作表面存在制造误差，这些都能引起工件的工序基准偏离理想位置，由此引起工序尺寸产生加工误差，及定位误差，其数值大小为工件的工序基准沿工序尺寸方向上发生的最大偏移量。只有定位误差小于工件相应加工要求的公差的1/51/3,定位方案才认为是合理的，因此在夹具设计时必须对定位进行分析与计算。3.1 定位基准的选择由零件图可知，8H7的孔应对导轨面有平行度的及位置度的要求，而且本身有
9、圆度和圆柱度的要求。为了减小定位误差，应该采用方案一的方法定位，根据零件图可以知道，其他工序都已经加工好了，所以45的孔的端面可以用来定位，因此这里选用已加工的45孔的断面作为主要定位基准，这样可以更好的保证孔8的位置和加工精度。夹紧时主要是限制工件的在平面上的转动，由于外表面基本上是不用加工的，所以在加工的时候采用不加工的面作为夹紧。加工尺寸8H7的定位误差 采用图二所示定位方案时，这种定位方式属于孔轴间隙配合的情况，而且在钻孔加工时，切削力向下，即孔45H7与夹具上的定位心轴保持固定边接触(如图四)，在这种情况下，孔在销上的定位实际上已由定心定位转变为支撑定位的形式，定位基准变成了孔的一条
10、母线(图四所示为孔的上母线)。此时的定位误差是由于定位基准与工序基准不重合造成的，属于基准不重合误差，与心轴直径公差无关。由此可求出由于孔径变化造成孔心在接触点与心轴中心线连线方向的最大变动量。但是此孔为通孔，所以定位心轴的定位误差可忽略不计。 图3-1：孔轴单边接触时的定位误差3.2 定位误差定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位是孔的两端面，该端面与孔的垂直度有一定的要求。 采用图二所示定位方案时，十字轴的端面既是定位基准，又是工序基准。对一批工件来讲，十字轴的端面始终是紧靠在定位心轴的台阶上，由于制造误差和安装误差，会对所要钻的8孔有影响，所以其安装时必须保证端面到所钻孔的轴线距离为1
11、00.03.第四章 夹紧机构的设计在机械加工过程中，工件的定位和加紧是相互联系非常紧密的两个工作过程。工件定位后，必须采用一定的装置把工件压紧在定位元件上面。工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。4.1 夹紧装置的组成 加紧装置除要求能将工件加紧之外，还对工件的加工质量，生产率。生产成本及操作工人的劳动强度等均有较大的影响。因此，在设计加紧装置时应满足一下要求， （1）加紧过程中，必须保证定位准确可靠，即不破坏原有的定位。 （2）
12、加紧力要适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变、震动小、又要是工件不产生过大的加紧变形。 （3）加紧装置的自动化和复杂程度与生产类型相适应，在保证生产效率的前提下，其结构要求力简单，工艺性好，便于制造和维修。 （4）加紧装置应具有良好的自锁性能，以保证在源动力波动或者消失后，仍能保持加紧状态。 （5）加紧装置的操作应当方便、安全、省力、迅速等特点，符合操作习惯。4.2 夹紧装置的组成夹紧装置由三部分组成1. 动力装置动力装置是产生夹紧作用力的装置。通常是指机动夹紧时所用的气动、液压、电动等动力装置。当然也有很多手动操作的夹紧机构。2. 夹紧元件夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。通过它和
13、工件受压面的直接接触而完成夹紧动作。3. 中间传动机构中间传动机构是介于力源和夹紧元件之间的传力机构，它将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件。通常把夹紧元件和中间传动机构统称为夹紧机构。4.3 夹紧装置的基本要求(1) 夹紧时不破坏工件在夹具中占有的正确位置；(2) 夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面及产生加紧变形；(3) 夹紧机构操作安全、省力，加紧迅速；(4) 夹紧机构的复杂程度、工作效率应与生产类型相适应。结构应尽量简单，便于制造与维修；(5) 具有良好的自锁性能。 结合本零件的加工要求，在本设计里面考虑到零件加工的工艺性，采用螺母加
14、紧，既能满足加工要求，又操作简单，这样可以使加工的效率提高。具体的方案见下图所示： 图4-1：零件的加紧装置第五章 导向装置的选择钻床夹具的刀具导向元件为钻套。钻套的作用是确定刀具相对于夹具定位元件的位置，并在加工过程中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工过程中发生偏斜。5.1钻套类型的选择按钻套的结构和使用情况，可分为固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套四种，前三种钻套均已标准化，可根据需要选用，必要时也可自行设计。 图5-1：快换钻套固定钻套是直接压入钻模板或夹具体的孔中的，属于过盈配合。这种钻套位置精度高，结构简单，但磨损后不易更换，故适合于中、小批生产的钻模上或用来加工孔距甚小
15、以及孔径精度要求较高的孔。为了防止切屑进入钻套孔内，钻套的上下端应稍突出钻模板为宜，一般不能低于钻模板。带肩固定钻套主要用于钻模板较薄时，用以保持必需的引导长度，也可作为主轴头进给时轴向定程挡块用。对于要连续加工的孔，如钻-扩-铰的孔加工，则要采用可换钻套或者快换钻套。可换钻套是先把衬套用过盈配合H7/n6或H7/r6固定在钻模板或夹具体孔中，再采用间隙配合H6/g5或H7/g6将可换钻套装入衬套中，并用螺钉压住钻套。这种钻套更换方便，适用于中批以上生产。对于在一道工序中需要连续加工的孔，应采用快换钻套。快换钻套与可换钻套结构上基本上相似，只是在钻套头部多开一个圆弧状或直线状缺口。换钻套时，只
16、需将钻套逆时针转动，当缺口转到螺钉位置时，即可取出，换套方便迅速。由设计任务书可知，要加工的孔8H7mm，粗糙度为Ra1.6需钻削和铰削加工才可满足精度要求。综合考虑到加工类型为大批量生产，最终选用可换钻套。钻套代号为：8F7x15k6x36 JB/T8045.3-1999。快换钻套在钻模板上面的结构如图所示： 图5-2：快换钻套在钻模板上的装配5.2钻套高度和排屑间隙5.2.1 钻套高度H钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。钻套高度H越大，刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H=(12.5)d，孔径小精度高时，H取较大值。根据要加工
17、的孔的尺寸，H=(12.5)d=820mm，由于孔径精度高和定位心轴的影响，取H=36mm。图5-3： 钻套高度与排屑间隙钻套底部与工件间的距离h称为排屑空间。h值应适当选取，h值太小时，切屑难以自由排出，使加工表面被破坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。加工铸铁时，h=(0.30.7)d；加工钢时，h=(0.71.5)d。取h=12mm。 钻套高度和排屑间隙可按表5-1选取。 表5-1 钻套高度和排屑间隙 （单位：mm）简 图加工条件钻套高度加工材料排屑间隙一般螺孔、销孔、孔距公差为H=(1.52)d铸铁钢青铜铝合金h=(0.30.7)dh=(0.71.5)dH7以上的
18、孔、孔距公差为0.10.15H=(2.53.5)dH8以下的孔、孔距公差为0.060.10H=(1.251.5) (h+L)第六章 夹具体的设计6.1夹具体的设计 在机床上用于装夹工件的装置称为机床夹具，其主要作用表现在以下几个方面。 1缩短辅助时间，提高劳动生产率 夹具的使用一般包括两个过程：其一是夹具本身在机床上的安装和调整，这个过程主要是依靠夹具自身的定向键、对刀块来快速实现，或者通过找正、试切等方法来实现，但速度稍慢；其二是被加工工件在夹具中的安装，这个过程由于采用了专用的定位装置(如V形块等)，因此能迅速实现。 2确保并稳定加I精度，保证产品质量 加工过程中，工件与刀具的相对位置容易
19、得到保证，并且不受各种主观因素的影响，因而工件的加工精度稳定可靠。 3降低对操作工人的技术要求和工人的劳动强度 由于多数专用夹具的夹紧装置只需厂人操纵按钮、手柄即可实现对工件的夹紧，这在很大程度上减少了工人找正和调整工件的时间与难度，或者根本不需要找正和调整，所以，这些专用夹具的使用降低了对工人的技术要求并减轻了工人的劳动强度。 4机床的加工范围得到扩大 很多专用夹具不仅能装夹某一种或一类工什，还能装夹不同类的工件，并且有的夹具本身还可在不同类的机床上使用，这些都扩大了机床的加工范围。 夹具体是整个夹具的骨架和机体，组成夹具的各种零件、机构等都要安装在上面，其形状和尺寸主要取决于夹具上各组成件
20、的分布情况、工件的形状、尺寸以及加工性质等。夹具体常见的类型有：铸造夹具体，其优点是工艺性好，可铸造出各种复杂的形状，目前应用最广。焊接式夹具体，其制造方便、生产周期短、成本低，但易变形。组装式夹具体，其更换方便，铸造方便。在本设计中，采用组装式夹具，这样操作、更换方便。当加工的切屑多时，夹具体上还应考虑排屑结构。夹具体如下图所示： 图6-1：夹具体6.2 夹具在机床上的安装方式 夹具在机床上的安装是通过夹具体上的安装基面与机床上相应的接触表面的配合来实现的。安装时力求夹具的重心尽量低，当夹具的重心较高时，还应考虑加大支撑面的面积。本设计中的夹具体采用组合式，其材料为HT200.结构如下图，其
21、铸造方便，便于装夹和更换。夹具体最后装在底座上面，底座的形状如图所示： 图6-2：底座6.3 设计心得经过我两个星期以来的努力，不仅顺利完成了课程设计这个任务，而且从中一方面巩固了之前的理论学习，另一方面也发现了自己在学习工程中存在的薄弱环节。经过张老师的教导，和自己的认真学习，自己把一些没有掌握好的知识点进一步加深理解，把在设计过程中发现的问题，作为今后学习过程中努力的方向。课程设计，是一个系统性、知识点广泛的学习过程。通过这样一个系统性的学习和结合，使自己把学过的知识联系起来，运用在各个方面上去。同时，广泛地运用设计手册，学会了在实际中运用工具书，和独立完成每一步查找工作；在整个零件的加工
22、过程是和其他同学分工完成，所以在设计过程中需要和同学一起讨论分析，在夹具设计过程中也想同学征求了意见，是设计更加符合实际要求。 第七章 装配图的绘制 结合本设计，在夹具是技术要求如下：1. 心轴的轴线B 平行与底座的地面 A 面，误差小于0.03 mm ；2. 钻模板平行与 A 面；3. 可换钻套的轴线要垂直与 B ,垂直度为 0.03 mm；4. 钳工配做销 14.总结 本次的设计是学习完机械制造装备设计这门课程完后进行的一次设计，通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关机械制造装备设计方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查，在张洪涛老师和同学
23、的帮助下，终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我了解了机械制造过程中加工的工作原理以及其过程，也懂得了怎样去设计使其实现。 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂
24、得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 最后，再次衷心的感谢张洪涛老师在这次课程设计中的指导和帮助！致谢本课程设计是在张洪涛老师的指导下完成的，衷心感谢张老师的悉心指导以及在生活上给予的关心和帮助。张老师以渊博的学识、高度的责任感使我不仅在学术上受益匪浅，而且言传身教，以其高尚的人格教导了我做人的道理。在此课程设计完成之际，谨向张老师表示最衷心的感谢！同时，我深深感谢我们机械工程系的领
25、导和老师以及传授我知识和学习方法的外系老师，我在思维方法、学习态度和工作作风方面得到的进步都受益于您们的指导和影响；对我能顺利完成课程设计给予了很大的帮助。在张老师的耐心指导下，我的课程设计收获了很多，把我四年所学的东西进行了一个大整合。实践联系理论及实际中会遇到的问题，都给我们指了出来。从而使我的课程设计不断的优化。经过本次的课程设计，我学会好多书本上面没有的知识。这次的设计在张老师的耐心的指导下，使我的设计更加与实际相结合，最后再次衷心的感谢张老师在本次设计中给予的指导和帮助!参考文献1. 陈立德主编.机械制造装备设计.北京高等教育出版社 20062. 吴宗泽主编.机械零件设计手册.北京工业出版社 20063. 翁世修主编.金属切削机床设计指导.上海交通大学出版社 19874. 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学主编 .机床夹具设计手册. 上海科学技术出版社，19905. 任嘉卉主编 . 公差与配合手册.北京机械工业出版社 .19916. 张龙勋主编 .机械制造工艺学课程设计指导书及习题. 北京机械工业出版社，2009 7. 李华主编 .机械制造技术. 北京高等教育出版社，2005
