油泵壳体机械加工工艺及其夹具设计

油泵壳体机械加工工艺及其夹具设计,油泵,壳体,机械,加工,工艺,及其,夹具,设计 毕业设计论文 设计（论文）题目：壳体的工艺与工装的设计 目录 （一）产品介绍-------------------------------------------------------------------1 （二）计算生产纲领-------------------------------------------------------------2 1， 计算生产纲领决定生产类型 2， 生产纲领 （三） 零件的分析----------------------------------------------------------------3 1.零件的结构的分析 2，零件的技术分析 （四）确定毛坯--------------------------------------------------------------------4 1，毛坯的铸造方式 2，铸件的尺寸 3，铸件的加工余量 4，零件—毛坯综合图的绘制 （五） 工艺规程设计--------------------------------------------------------------5 a) 定位基准的选择 Ⅰ粗基准的选择 Ⅱ精基准的选择 b) 制定工艺路线 c) 拟订定位方案和选择定位元件 Ⅰ定位方案 Ⅱ 选择定位元件 d) 初步拟定加工工艺路线 e) 修改后的工艺路线 6，选择加工设备 7，填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡 （六）机床夹具设计----------------------------------------------------------------6 1， 加工中心用的夹具 Ⅰ零件体工序的加工要求分析 Ⅱ确定夹具的类型 2， 工作台面与夹具体的设计 Ⅰ定位装方案 Ⅱ加紧机构设计 Ⅲ夹具精度分析与计算 Ⅳ绘制夹具总图 Ⅴ总图的绘制 （七） 设计所参考书籍-----------------------------------------------------------------7 第一章 产品介绍 世界上包括我国的中重型卡车用动力几乎百分之百采用柴油机。轻型卡车中 的５０％以上也是用柴油机。从上世纪九十年代开始，欧洲生产的轿车中已 有３０％采用柴油机，目前已接近４０％。而对柴油机的性能和排放影响最 大的部件是燃油喷射系统。燃油喷射系统俗称油泵油嘴，是柴油机的心脏部 件。由于其产品要密封几百巴甚至更高压力的燃油，同时又要精确控制其喷 油量、喷油时刻，因此，其制造精度极高。随着我国对汽车排放实施逐步严 格的排放标准，对燃油喷射系统提出了更高的要求，喷射压力已提高到１０ ００－１６００巴，控制要求还要细化到控制喷油规律，控制一次喷油过程 中的多次喷射，因此，控制系统电子化是不可逆转的趋势。燃油喷射装置的 电控系统又是整个汽车电子控制的基础和核心。因此，未来燃油喷射系统是 一个集高精密加工技术、电子数控技术于一体的高新技术产品，行业也由劳 动密集型、技术密集型向技术密集、资金密集的行业转变，面对这一形势， 我国燃油喷射系统行业正在经历着一场严峻的变化。 产品发展动态； 燃油喷射系统产品发展围绕着执行国家汽车排放标准推进。燃油喷射系统是车用 柴油机改善排放、降低油耗、提高性能最有效、最关键的部件。近年来我国高速 公路、高等级公路发展迅猛，因此中重型载重车的吨位、功率不断提高，柴油机 的排量增大。与此相应，多缸喷油泵中喷射压力高，工作能力大，泵体刚性好的 Ｐ型泵（包括Ｐ７、ＰＷ、ＰＮ、ＰＢ等）产量增加很快。２０００年时，全国 Ｐ型泵产量才８．１８万台，２００１年即达１７．２６万台，翻了一番，２０ ０２年达到４５．８万台，又翻了一番多，２００３年为４８万台，增幅大大趋缓。与此相对应的喷射压力较低的Ａ、ＡＤ喷油泵，已从２００２年５３．５万 台下降到２００３年的４１．７万台，下降了２２％。六十年代设计投产的用于 轻型卡车和农用运输车低喷射压力泵Ｉ号泵，其产量已从鼎盛时１９９６年近５ ０万台跌至２００３年的３０万台，跌幅４０％。南京威孚金宁生产的ＶＥ分配 泵从２０００年的１．１９万台，至２００１年的３．２５万台，２００２年的 ５．１２万台，至２００３年的７．７万台。三年内的产量增加５．５倍。当前， 喷射压力达１００Ｍｐａ、工作能力更大的Ｐ７１００喷油泵，是满足欧Ⅱ排放 标准的重型卡车发动机的关键部件。在最近２－３年来，产量将快速增加。从近 几年产品发展速度来看，燃油喷射系统行业中一个产品可以生产几十年的历史将 结束，产品更新周期加快，这是燃油喷射系统行业面临的挑战。 市场预测及行业展望； 　　由于我国载重汽车的发展速度不会像轿车发展那么快，因此燃油喷射系统产 品在今后几年内其总量上也不会出现突破性发展，但每年仍将以１０％左右的速 度在增加。有一点值得注意的是我国柴油轿车何时能有长足的发展。目前已有一 些轿车生产企业和发动机生产厂家在规划、研制轿车柴油机。一旦柴油轿车实现 批量生产，则相应的燃油喷射系统产量会突发性增长。 　　我们展望行业未来，可以预测： １．主导产品向行业大企业进一步集中 由于汽车要求配套的燃油喷射系统产品向高喷射压力、电子控制方向发展，燃油 喷射系统行业正向技术密集性产业发展，高精设备的投入和技术开发费用所占比 重加大，这对投资少、技术力量不足的小企业是个严峻考验。再加上汽车配套所 必须的一整套严格的技术认证程序，都将促使燃油喷射系统主导产品向行业大企 业集中。计划经济体制下无法解决的生产布点分散的局面将有可能彻底解决。而 民营小企业会进一步占据那些技术含量略低的产品生产。 ２．产品型式将由单一的多缸直列泵向单体泵、泵喷嘴和共轨系统发展 　　新中国成立５０多年来，除了农用小缸径单缸泵外，汽车用多缸柴油机一直 采用多缸直列泵作为主导产品，几乎没有其他燃油喷射系统。唯一例外的是康明 斯ＰＴ燃油喷射系统，每年也才３０００台左右，用于引进的重型车用康明斯Ｎ、 Ｋ系列柴油机。随着汽车向大功率、低排放方向发展，中国第一汽车集团公司已 经引进德国道依兹公司发动机，该机采用高置式单体泵燃油喷射系统，每年产量 将逐步达到３－５万台。广西玉林柴油机厂也正在开发研制采用电控单体泵燃油 喷射系统的车用柴油机，准备达到欧Ⅲ排放标准。有的大汽车企业正在开发的大 功率车用柴油机将采用箱体合成式单体泵，因此用于大中功率车用柴油机的单体 泵将成为今后我国燃油喷射系统又一主导产品。同时，一汽无锡柴油机厂、上海 柴油机厂等有名的发动机制造厂正在开发用电控共轨喷射系统的发动机，以满足 欧Ⅲ排放法规。因此，多缸柴油机采用单一的多缸直列泵的局面必将打破。 ４．我国燃油喷射系统行业正面临着国外大公司的激烈挑战 　　２００３年世界著名的燃油喷射系统生产厂商－－德国Ｂｏｓｃｈ公司与 我国最大的燃油喷射系统生产企业－－无锡威孚集团公司正式签约在无锡开发 区建立规模巨大的生产燃油喷射系统产品的合资企业，总投资３．６亿欧元（约 ３６亿人民币）。Ｂｏｓｃｈ公司控股，主导产品是喷油器总成、喷油嘴偶件和 电控燃油喷射系统。由于该合资企业依托技术先进、开发力量雄厚的德国Ｂｏｓ ｃｈ公司，又有巨大规模的投资，企图垄断我国未来燃油喷射系统市场，我国燃 油喷射系统行业面临极大挑战，现有行业中的企业有可能陷入生死存亡的危险。 日本电装公司与上海伊维公司合资，已经成立了上海东维油泵油嘴公司，美国Ｄ ｅｌｐｈｉ公司准备在中国建立独资或合资企业，这将使我国燃油喷射系统行业 雪上加霜。如果我们没有自己的电控燃油喷射系统产品，不以自己的优势（例如 较低的价格，较完善的售后服务系统）在国内市场上占有一席之地，那么在１０ －１５年后现有的燃油喷射系统企业原有的产品已不能维持再生产，企业从萎缩 至淘汰，这决不是危言耸听。而燃油喷射系统行业又关系到汽车发动机乃至汽车 行业，也关系到与发动机有关的军用车辆、船舶、机车、工程机械行业，因此关 系到我国国民经济健康发展的一件大事。我们绝不能坐以待毙。  尽量选用柴油车也是交通运输节油途径之一。柴油机与汽油机相比，具有功率 大、燃油热效率高、使用寿命长、起动性能好、一氧化碳和碳氢化合物排放低， 油耗低等一系列优点，因而在工业发达国家柴油机汽车发展很快，在世界范围内 出现了汽车柴油化的趋势。      中国柴油车生产比例1998年为26%，但2003年降到24.3%。2003年生产的 汽车中，99.98%的重型载重汽车，91.84%的中型载货汽车，87.95%的轻型载货汽 车，85.01%的大型客车和86.82%的中型客车采用了柴油发动机。但只有14.8% 的轻型客车采用柴油发动机，微型客车全部为汽油车，生产柴油轿车只占轿车生 产量的0.31%(6921辆)。汽车柴油化应该成为中国汽车工业的一个发展方向。 由此可见柴油机将会在未来的汽车工业中将担任着重要的角色，而柴油机的心脏 即是油泵所以说油泵将会有很大的需求量，壳体是油泵调速器的工作场所（油泵 的调速器主要安装于壳体内）。其工艺工装设计的是否合理将会直接关系到油泵 能否正常的工作从而影响油泵的性能指标。 第二章 纲领的计算 （一） 计算程设计生产纲领决定生产类型 如附图所示的PW2000导例油泵的壳体，(无锡咸孚股份有限公司,一个国 有企业)则该产品年产量为8000台,(1件/台)壳体,设备品率为17%机械加 工废品率为0.5%,现制定该零件的机械加工工艺流程. 技术要求； （1） 压铸件应解除内应力 （2） 未说明铸造同角为R2-R3 （3） 铸件表面不得有粘砂,多内,裂纹等缺陷 （4） 铸件不允许有眼存在,导用压铸件（精密铸造） （5） 未注明倒角为0.5ⅹ450 （6） 去元刺，锐边倒钝 （7） 压铸件材料为CD-ALSI8CU3 生产纲领N N=Qn(1+a%+b%) =8000ⅹ(1+17%+0.5%) =9400(件/年) 油泵壳体的年产量为9400件/年现通过计算，该零件的质量 为4kg, 生产纲领对工厂的生产过程和生产组织有着决定性的作用，包括觉得各 工作点的专业化程度，加工方法，加工工艺设备和工装等。 同一种产品，生产纲领不同也会有完全不同的生产过程和专业化程度，即有着完 全不同的生产组织类型。 根据生产专业化程度的不同，生产组织类型可分为单件生产，成批生产，和大量 生产三种，其中成批生产可分为大批生产，中批生产和小批生产，下表1-3 是各种生产组织管理类型的划分，从工艺特点上看单件生产与小批生产相近，大 批生产和大量生产相近，因此在生产中一般按单件小批，中批，大批大量生产来 划分生产类型，这三种类型有着各自的工艺特点。 表1-1 生产类型 零件年生产类型（件/年） 重型机械 中型机械 轻型机械 单件生产 ≦5 ≦20 ≦100 小批生产 ＞5～100 ＞20～200 ＞100～500 中批生产 ＞100～300 ＞200～500 ＞500～5000 大批生产 ＞300～1000 ＞500～5000 ＞5000～30000 大量生产 ＞1000 ＞5000 ＞50000 所以综上所说，根据生产类型和生产纲领的关系，可 以确定该产品的生产类型为大批量生产。 关键字；材料CD-ALSI8CU3 N=9400(件/年) 生产类型；大批量生产 第三章 零件的分析 1， 零件的结构分析 PW2000系列油泵壳体是柴油机心脏（油泵）调速器箱的一个重要零件。油泵调 速器的零部件安装于壳体内，安装平面和定位孔 结构简图所示； 主要通过调速器箱控制动元件的快慢运动。 2,l零件的技术分析； 由壳体零件图可知，材料为CD-ALSI8CU3. （铝合金材质）该材料具有较高的韧性，耐（热和磨）及减振性适用于高温环境， 易振动场合的耐磨零件。该零件上主要加工为A面，B面,另一端大平面，¢68 的孔 A面平面度为0.1mm直接影响壳体与泵体的接触精度与密封。 B面平面度为0.04mm，垂直度0.1mm B面平面度为0.04mm，垂直度 0. 1mm相对A面，水平度0.2mm，要求更严格，主要与其他驱动元件的精 1. 确配合，以达到油泵的运动精度。 第四章 毛坯的确定 合金的铸造性能所涉及的主要是铸件的质量问题，铸件结构设计时，必须充分考 虑适应合金的铸造性能。否孔，缩松，裂纹，冷隔，浇不足气孔等多种铸造缺陷， 造成铸件很高的废品率。 我们选用压铸的方式即将液态或半液态金属快速压入金属铸行中，并在压力的作 用下凝固。其种铸造方式产品 质量最好，生产效率也高，能取得良好的经济效益， 根据零件材料DGTALSi8Cu3铝合金材料，N=9400件/台，G=4×8㎏；可知其 生产 型为大批量生产。由于铝合金的昂贵普通铸造既浪费严重，更达不到零件 结构要求，也不便于加工，因此我们选用压铸，为了消除压铸后的残余应力，在 压铸完成后的将铸件低温加热过程中使合金产生强化，以消除应力即人工时效。 关键字； 毛坯加工方式为压铸。 铸件的尺寸公差； 铸件的尺寸公差分为16级，由于生产的客观要求我们选取0.05mm 铸件的加工余量； 对于成批大量生产的铸件加工余量，由工艺人员手册查得，选取GA级，（铅合 金压铸）。各表面的总余量见表2—12，由工艺人员手册可得加工表面总余量 加工表面 基本尺寸 加工余量等级 加工余量数据 A面 82 G 3.5 Z面 82 H 4 B面 145 G 4 X面 80 H 4.5 Y面 76 G 4 主要毛坯尺寸及公差/mm 主要面尺寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差CT A面轮廓尺寸 82 4+3.5 89.5 3.6 Z面轮廓尺寸 82 4+3.5 89.5 4 B面轮廓尺寸 145 4 148 22 2， 件毛坯综合图的绘制 由于毛坯尺寸与成品零件的尺寸在大体上是一致的,图在这里就省略了,详见(资 料袋:零件毛坯图一张,A0图纸).毛坯的尺寸可由前零件的尺寸和加工余量而确 定. 第五章 工艺规程设计 (1) 定位基准的选择 ① 精基准的选择 油泵调速器壳体的大平面A和平面B以及Φ68的孔,他们既是装配的基 准又是设计的基准,用他们作为精基准.能使机械加工遵循基准重的原则, 能实现’一面二孔’的典型定位公式,其余各面以及孔的加工也能用他定位, 这样使工艺路线遵循了”基准统一”的原则,操作也比较方便. ② 粗基准的选择 考虑到以下的几个要求,选择Φ68的零件的内孔作为粗基准 要求如下: 能保证各个加工面均有加工余量的前提下,使重要孔的加工余量均匀. 能保证定位准确,夹紧可靠. 制定加工的工艺路线 根据各表面的加工要求和各种加工方法能达到的最经济的精度,确定各表面 的加工方法如下: A面的精度要求比较高,普通的铣是不能够满足的,得须有精铣,即先粗铣,然后 再精铣,这样才能达到A面的精度要求,而Z面的精度要求不是很高,普通单铣可以 达到要求,所以单铣就可以了.X面和Y面也同样如此,只需要单铣就能达到尺寸的 要求,同样钻,扩,绞锤,也为单遍就可以了,不用分粗精. 利用集中的原则,即在一次的装夹的情况下,完成大多数表面和孔的加工.以保 证精度要求,多次装夹不仅的麻烦,费时,费力而且容易造成装夹误差集中的原则 则可以避免产生装夹误差. 又根据先面加工后孔的加工,先主要平面的加工后次要平面的加工,先粗加工后精 加工的原则将工艺的加工路线初步拟定如下: 设计类别 主要内容 结果 工艺规程的设计 工序号 工序内容 车间 10 毛坯入库检验 质量 20 毛坯合格入库 毛坯 30 粗精铣大平面A平面 油泵 40 粗精镗内孔Ф68 油泵 50 压6.1扁孔 油泵 60 加工顶面B及两侧面 油泵 70 压衬套 油泵 80 加工正面及两侧面 油泵 90 压衬套 油泵 100 加工正面孔及两侧面x面y面 油泵 110 综合去毛刺 车间 120 零件的清洗 油泵 130 成品综合入库 油泵 上述加工工艺路线的方案遵循了工艺路线,拟定的一般原则性某些工序还存在些 问题,编制的不够合理,还得进一步思考,讨论和修改. 如:粗铣大平面A,由于没有一个确定的定位基准,给铣削加工带来了很大的麻烦, 所以在这里用铣削的方式加工大平面A显得不合理,我们采用CNC控制系统找正 内孔,然后车大平面A ,这样不仅可以达到加工大平面A的目的,而且省略了许多 麻烦. 工序40的工艺路线制定也存在问题,粗精樘内孔为确保其孔的精度在加工之前去 毛刺. 工序50压6.1扁孔,由于考虑到一般采通用的机床为主,辅以专用机床,其生产方式 为以通用机床和专用夹具为主,辅一少量专用机床的流水生产线. 粗精车大平面A考虑到生产类型是大批量生产和产品的精度要求,我们选用数据 车床,即CK3220外加专用的夹具,可转位刀具为主,精度检测仪选用游标卡尺. 粗精镗内孔Ф68 同样是因为生产的批量是大批量生产以及产品的精度要求,我们还得依靠 CK3220外加夹具来完成,精度检测仪选用内径百分表. 气密性实验装置 采用气密试验检测机(专用),这里就不作过多的介绍. 压6.1扁孔 采用油压机Y41—25KN(专用机床) 加工顶面B以及两侧面,由于加工面比较多,而且不是在同一平面内,这样如果采 用普通的机床会很麻烦,而且容易造成误差而造成产品的废品率增多,在这里我们 从经济的角度出发选用卧式加工中心五轴联动JE30S专用夹具,其优点是在一次 的装夹下可以完成多界面的铣,削加工,很方便且精度也得到保证. 压衬套 采用气压机,其机床也是专用机床,在这里也不作过多的叙述. 加工正面反面两侧面 同样,此道工序加工的面比较多,而且被加工面也不在同一平面,其精度 要求也比较高这样操作会比较麻烦,而且多次装夹易产生误差,从经济的角度出 发， 选用卧式加工中心来完成这道工序比较方便,我们仍采用80工序一样的加工设 备, 即卧式加工中心五轴联动JE30S,外加专用夹具.. 钻Ø2的孔 由于孔比较多，用普通的机床对其进行加工比较复杂，而且孔的精度要求也 ‘ 比较高，在这里我们从经济的角度出发我们选择加工中心对其进行加工，即 FZ12W(046-22). Mm/镗孔Φ68余量和加工尺寸 ¢68 余量 精度等级 工序尺寸及公差 粗镗 2.75 H10 ¢67.5+0.120 精镗 0.25 H7 ¢68+0.030 气密性检验： 采用专一的气密检测装置，（在这里就不做过多的介绍） 修改后的工艺路线见下表 表二 修改后的工艺路线 设计类别 主要内容 结果 工艺规程设计 工序号 工序内容 设备 10 毛坯入库检验 20 毛坯合格入库 30 粗精车大平面 CK3220 40 去毛刺 50 粗精镗内孔Φ68 CK3220 60 气密试验 BST（E29-36） 70 压6.1扁孔 Y41-25KN 80 加工顶面及两侧 JE30S 90 压衬套 JE30S 100 加工正面及两侧面x面y面 110 钻Φ2孔左侧面 JE30S 120 钻Φ2孔右侧面 FZ12W(046-22) 130 综合去毛刺 Z512B 135 零件清洗 800Ⅱ(792-167) 135j 成品检验 140 成品入库 。 3选择加工设备和检测工具； 综上所述所用的加工设备和检测装置主要为；远州卧式加工中心JE30S ， 自动数据库车床CK3220 游标卡尺 ，钳工台，内径百分表 ，气密性检测装置 BST(E26-36) ，锉刀。 4填写机械机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡。 工艺文件祥见袋内（附表） 第六章 夹具的设计 在金属切削机床上进行加工时，为了保证工件加工表面的尺寸，几何形状和 相互位置的精度等要求，在加工方法确定之后，需要解决的问题之一是使工件相 对于刀具和机床占有正确的加工位置（即工件的定位）并把工件压紧夹牢，以保 证这个确定了的位置在加工过程中稳定不变（即工件的夹紧）着就是工件在上的 正确安装。 在现代自动化生产中，数控机床的应用已愈来愈广泛。数控机床加工时，刀 具或工作台的运 动是由程序控制，按一定坐标位置进行的。 数控机床夹具设计时应注意以下几点： 1． 数控机床夹具上应设置原点(对刀点)。 2． 数控机床夹具无需设置刀具导向装置。这是因为数控机床加工时，机床、夹 具、刀具和工件始终保持严格的坐标关系，刀具与工件间无需导向元件来确定位置。 3． 数控机床上常需在几个方向上对工件进行加工，因此数控机床夹具应是敞开式的。 4． 数控机床上应尽量选用可调夹具、拼装夹具和组合夹具。因为数控机床上加 工的工件，常是单件小批生产，必须采用柔性好、准备时间短的夹具。 5． 数控机床夹具的夹紧应牢固可靠、操作方便。夹紧元件的位置应固定不变， 6． 防止在自动加工过程中，元件与刀具相碰。 数控夹具是指夹具按数控程序使 工件进行定位和夹紧功能的夹具。工件一般采用一面两孔定位，夹具上两个 定位销距离的调节。以及定位销插入和退出定位孔的动作，均可按程序实现自动 调节。调节距离的方式有按直角坐标平移方式、按极坐标回转方式和复合式三种。 该零件加工工序多，精度要求较高，但形状较为复杂。在加工中心上若用夹具加 工，工件可采用一面两孔的定位方案，先将工件的底平面及其上两孔进行粗、精 加工，再在加工中心上完成其他表面的加工。 机床夹具的分类： 机床夹具按其使用范围可分为以下五种基本类型： 1）通用夹具 通用夹具具有一定的通用性。 2）专用夹具 专用夹具是针对某一种工件的某一个工序而专门设计的。 3）通用可调整夹具和成组夹具 通用可调整夹具和成组夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。 4）组合夹具 组合夹具是由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成的夹具。 5）随行夹具 随行夹是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。 机床夹具的功用 1）保证加工质量 机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工与定位面之间以及被加工表面相互之间的位置精度。 2）提高生产率，降低成本 使用夹具后可减少划线、找正等辅助时间，且易于实现多件、多工位加工。 3）扩大机床工艺范围 在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床工艺范围。 4）减轻工人劳动强度，保证生产安全。 1， 设计的准备： 为了提高劳动生产率，保证质量，精度，需要设计专用夹具。 2，总体设计 工件在夹具上的定位： 1.工件定位的方式 （1）直接找正定位——生产率低，精度→工人技术——单件小批或位置要求高 定位基准——所找正的表面 （2）划线找正定位——精度低——单件小批，复杂件，毛坯精度低 定位基准——所划的线 （3）夹具定位——生产率高，定位精度高，成批及大量生产 2．工件的定位原理 （1）六点定则——用空间合理布置的六个支承点限制工件的六个自由度 误解：①工件被夹紧，就定位了——并没有保证一批工件的一致位置。 ②工件定位后，反方向可移动——定位面与定位点应保持接触 （2）限制工件自由度与加工要求的关系 ①完全定位——六个自由度全部限制 ②不完全定位——限制的自由度＜6 ③欠定位——该限的自由度没有限——绝不允许 ④过定位——重复限制一自由度——一般不允许 正确处理：危害——定位不稳，安装困难，工件或夹具变形 措施——去除过定位，修改结构 特殊——可用过定位—提高定位稳定性和结构刚度，简化夹具 前提——提高工件定位面、夹具定位面的相互位置精度 ★注意：理论上要限制的自由度——按加工要求确定——不欠定位 实际上所限制的自由度——多于理论要求的——不过定位 为承受切削力、简化夹具结构 3，定位元件——基本要求： ①足够的精度 ②足够的硬度和耐磨性 ③足够的强度和刚度 ④工艺性好 4，常用定位方法与定位元件： （一）工件以平面定位 平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用的支承元件有以下几种： 1)主要支承——限制自由度 ①固定支承——支承钉——球头——毛坯面 齿纹——侧面 平头——已加工面 支承板——光——侧面、顶面 斜槽——底面 非标支承板——如圆环 ②可调支承—— 一批工件调一次——限制自由度 ③自位支承（浮动支承）——只定1点 2）辅助支承—— 一个工件调一次——不限制自由度——提高刚度 （2）孔定位 1）圆柱销（定位销）——短销——定2点 长销——定4点 2）圆柱心轴——间隙配合心轴——定心精度低——和端面联合定位 过盈配合心轴——定心准确、装卸不便——精加工 花键心轴——花键孔定位 3）圆锥销——定3点 4）圆锥心轴（小锥度心轴）——定5点 （3）外圆定位 1）V形块——-短——定2点 基准是检验心轴的中心 长——定4点 ①对中性好 活动——定1点 ②非整圆表面定位 2）定位套——定心精度低，已加工面定位 3）半圆套——大轴件、不便轴向装夹的零件 4）圆锥套——反顶尖 （4）组合表面定位（一面两孔）——支承板——、、 菱短圆柱销——、 短削边销—— 安装——削边方向垂直于两销连线 本专用夹具设计中的定位方式为具以大平面A和内孔Φ68，Φ6.6定位，“一 面两销”法，限制六个自由度定位元件为定位销。 5，定位误差的计算： 定位误差：是由于工件在夹具上定位不准确所引起的加工误差，在采用调整法加工时，工件的定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。 （一）用几何方法计算定位误差 采用几何方法计算定位误差通常要画出工件的定位简图，并在图中夸张地画出工件变动的极限位置，然后运用三角几何知识，求出工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量，即为定位误差。 （二）用微分方法计算定位误差: ≤ 1.夹具的定位误差分析 ①工件在夹具上定位不一致——定位误差△D。 ②刀具与对刀导向元件的位置不准确——对刀误差△T。 ③夹具在机床安装不准确——安装误差△T。 ④定位元件、对刀导向元件及安装基面三者位置不准确——制造误差△Z ⑤ 加工方法误差△G △ D ≤ 2.定位误差分析 （1）产生定位误差的原因 1）基准不重合误差∆B——工序基准与定位基准不重合，工序基准相对于定位 基准在加工尺寸方向上的最大变动范围，△ B 2）基准位移误差∆Y——定位副制造误差，定位基准相对于刀具在加工 尺寸方向上的最大变动范围，△ Y （2）定位误差的计算方法（合成法） ① △ Y≠0、△ B=0时，则△ D=△ Y ② △ B≠0、△ Y=0时，则△ D=△ B ③ △ Y≠0、△ B≠0时，判断相关性： 若工序基准不在定位基面上，△ B与△ Y不相关，则 ④ 若工序基准在定位基面上，△ B与△ Y相关，判断方向性： ⑤ 若工序基准和定位接触点在定位基准的异侧，方向相同， 若工序基准和定位接触点在定位基准的同侧，方向相反， (3)各种定位方法的基准位移误差 ① 平面定位 一般△Y=0 ② 孔销定位 单方向位移， 任意方向位移，△ Y = X max = ③ V形块定位 水平方向，△ Y =0 垂直方向，△ Y = 3.减少夹具及定位误差的措施 (1)提高夹具的精度——提高定位元件、对刀元件及配合表面 与机床连接表面的制造精度，提高精度、安装精度 调整夹具，刀具与夹具位置，提高对刀精度 (2)减少定位误差——基准重合，误差小的定位方式（如定心夹紧装置等） 提高定位面与定位件加工精度，减少间隙，减少基准位移误差 (3)减少夹具的磨损——提高夹具易磨件耐磨性。可换装置，及时更换。 ①主要介绍工件孔与定位心轴（或销）采用间隙配合的定位误差计算     △定=△不+△基       a.心轴（或定位销）垂直放置，按最大孔和最销轴求得孔中心线位置的变动量为：     △基=δD+δd+△min=△max  (最大间隙）     b.心轴（或定位销）水平放置，孔中心线的最大变动量（在铅垂方向上）即为△定      △基=OO'=1/2(δD+δd+△min)=△max/2         或△基=(Dmax/2)-(dmin/2)=△max/2    ②工件孔与定位心轴(销)过盈配合时(垂直或水平放置)时的定位误差      此时，由于工件孔与心轴(销)为过盈配合，所以△基=0。       对H1尺寸:工序基准与定位基准重合,均为中心O ,所以△不=0       对H2尺寸:△不=δd/2    ⑷工件与"一面两孔"定位时的定位误差   ①“1”孔中心线在X，Y方向的最大位移为：      △定（1x)=△定(1y)=δD1+δd1+△1min=△1max（孔与销的最大间隙）    ②“2”孔中心线在X,Y方向的最大位移分别为:      △定(2x)=△定(1x)+2δLd(两孔中心距公差)       △定(2y)=δD2+δd2+△2min=△2max     ③两孔中心连线对两销中心连线的最大转角误差: △ 定(α)=2α=2tan-1[(△1max+△2max)/2L]   (其中L为两孔中心距) 第三节 工件在夹具中的夹紧 一、1.夹紧装置的组成和基本要求 （1）夹紧装置的组成 1）力源装置——产生夹紧原始作用力 2）中间传动机构——①改变作用力的方向 ②改变作用力的大小 ③起自锁作用 3）夹紧元件——最终执行元件 （2）对夹紧装置的基本要求 ①不得破坏定位 ②力适当，不移动、不振动，不损伤、不变形 ③操作方便，迅速省力 ④结构简单，工艺性好，标准件，自锁性 二、夹紧力的确定 夹紧力包括大小、方向和作用点三个要素，它们的确定是夹紧机构设计中首先要解决的问题。 （一）夹紧力方向的选择 夹紧力方向的选择一般应遵循以下原则： 1）夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。 2）夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。 3）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。 （二）夹紧力作用点的选择 一般注意以下几点： 1）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变。 2）夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。 3）夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以便减小切削力对工件造成的翻转力矩。 （1）夹紧力作用点、方向的确定 ①应指向主要定位面 ②夹紧力应落在定位支承范围内 ③夹紧力应尽量靠近加工面 ④夹紧力应作用在刚性好的部位上 ⑤夹紧力最好与切削力、重力方向一致 （三）夹紧力大小的估算 夹紧力不足，会使工件在切削过程中产生位移并引起振动；夹紧力过大又会造成工件或夹具不夹紧力大小的估算 受切削力、重力、离心力和惯性力等的作用——力（矩）平衡 建立力学模型，求出切削力，在最不利的瞬时，求夹紧力大小。 为了保证夹紧可靠，再乘以安全系数 FJ = K F′ 一般K =1.5～3，粗加工取大值，精加工取小值。 楔块夹紧装置是最基本的夹紧装置形式之一,其他夹紧装置均是它的变形。它主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向。      ⑴楔块夹紧装置特点:      ①自锁性(自锁条件α≤ψ1+ψ2)      ②斜楔能改变夹紧作用力方向      ③斜楔具有扩力作用,ip=θ/p=1/[tanψ2+tan(α+ψ1)]      ④夹紧行程小      ⑤效率低(因为斜楔与夹具体及工件间是滑动摩擦,所以夹紧效率低)      所以适用范围:多用与机动夹紧装置中      ⑵夹紧力计算:       θ=p/[tanψ2+tan(α+ψ1)]   其中p为原始力,α为楔块升角,常数6度--10度        ψ1:工件与楔块的摩擦角     ψ2:夹具体与楔块的摩擦角      ⑶自锁条件:       原始力P撤除后,楔块在摩擦力作用下仍然不会松开工件的现象称为自锁.       α≤ψ1+ψ2   ,一般α取10--15度或更小      ⑷传力系数:       夹紧力与原始力之比称为传力系数.用ip表示        ip=θ/p=1/[tanψ2+tan(α+ψ1)]       ⑸楔块尺寸与材料:        升角α确定后,其工作长度应满足夹紧要求,其厚度保证热处理不变形,小头厚应为75mm.材料一般用20钢或20Cr,渗碳厚为0.8--1.2mm.HRC:56--62.Ra为1.6μm. ·  螺旋夹紧装置       螺旋夹紧装置是从楔块夹紧装置转化而来的,相当于吧楔块绕在圆柱体上,转动螺旋时即可夹紧工作.       ⑴螺旋夹紧装置特点:        ①结构简单,制造容易,夹紧可靠        ②扩力比ip大,夹紧行程S不受限制        ③夹紧动作慢,效率低        应用场合:手动夹紧装置常采用.       ⑵螺杆夹紧力计算:        θ=PL/r中tan(α+ψ1)+r1tanψ2        其中:P是原始力,L是原始力作用点到螺杆中心距离,r中是螺旋中经的一半,α是螺旋升角,ψ1螺母于螺杆的摩擦角,r1摩擦力矩计算半径,ψ2工件与螺杆头部(或压块)间的摩擦角       ⑶自锁性能:        因为楔块的自锁条件为α≤11.5°-17°,而螺旋夹紧装的螺旋升角(α≤2°-4°)很小,所以自锁性很好.       ⑷传力系数:       ip=θ/p=PL/r中tan(α+ψ1)+r1tanψ2＞＞楔块的ip       ⑸多位或多件夹紧:       为了减小夹压的辅助时间和提高生产率,可采用多位或多件夹紧装置.       ⑹压块的材料一般位45钢,HRC:43--48         螺杆的材料一般位45钢,HRC:33--38 · 偏心夹紧装置      偏心夹紧装置也是由楔块夹紧装的一种变形.       ⑴圆偏心夹紧力:        θ=PL/ρtan(α+ψ1)+tanψ2        其中L为手柄长度,ρ支承轴中心(回转中心)到夹紧点距离       ψ1,ψ2分别为偏心轮与支承轴及偏心轮与工件间的摩擦角.       ⑵传力系数ip:        ip=L/ρtan(α+ψ1)+tanψ2,远小于螺旋夹紧的ip       ⑶特点及应用场合:         偏心夹紧与螺旋夹紧相比,夹紧行程小,夹紧力小,自锁能力差,但夹紧迅速,结构紧凑,所以常用与切削力不大,振动较小的的场合,常与其他夹紧元件联合使用. 三、常用夹紧机构 （一） 斜楔夹紧机构 斜楔夹紧具有结构简单，增力比大，自锁性能好等特点，因此获得广泛应用。 （二） 螺旋夹紧机构 螺旋夹紧机构结构简单，易于操作，增力比大，自锁性能好，是手动夹紧中应用最广泛的一种夹紧机构。 （三）偏心夹紧机构 偏心夹紧的优点是结构简单，操作方便，动作迅速，缺点是自锁性能较差，增力比较小。一般常用于切削平稳且切削力不大的场合。可获得的夹紧力为 （四）铰链夹紧机构 铰链夹紧机构的优点是动作迅速，增力比大，并易于改变力的作用方向；缺点是自锁性能差。多用于机动夹紧机构中。 （五）定心夹紧机构 定心夹紧机构是一种同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机构，即在夹紧过程中，能使工件相对于某一轴线或某一对称面保持对称性。定心夹紧机构按其工作原理可分为两大类： 1.以等速移动原理工作的定心夹紧机构 2.以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构 （六）联动夹紧机构 夹紧力作用在两个相互垂直的方向上，称为双向联动夹紧；两夹紧点的夹紧力方向相同，称为平行联动夹紧。 四、夹紧机构的动力装置 （一）气动夹紧装置 气动夹紧装置的工作介质是压缩空气，其工作压力通常为0.4~0.6MPa。 （二）液压夹紧装置 液压夹紧装置利用压力油为夹紧动力。 （三）气、液增压夹紧装置 气、液增压夹紧装置以压缩空气为动力源，通过压力油来传力和增力。 6， 工件在夹具中的夹紧： （一）对夹紧装置的要求 （二）夹紧力的确定 夹紧力包括大小、方向和作用点三个要素，它们的确定是夹紧机构设计中首先要解决的问题。 （三）夹紧力方向的选择： 夹紧力方向的选择一般应遵循以下原则： 1）夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。 2）夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。 3）夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。 （四）夹紧力作用点的选择 一般注意以下几点： 1）夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，以保证工件获的的定位 2）夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。 3）夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以便减小切削力对工件造成的翻转力矩。 。 （五）夹紧力大小的估算 夹紧力不足，会使工件在切削过程中产生位移并引起振动；夹紧力过大又会造成工件或夹具不应有的变形或表面损伤。 7，常用夹紧机构 （一） 斜楔夹紧机构 斜楔夹紧具有结构简单，增力比大，自锁性能好等特点，因此获得广泛应用。 （二） 螺旋夹紧机构 螺旋夹紧机构结构简单，易于操作，增力比大，自锁性能好，是手动夹紧中应用最广泛的一种夹紧机构。 （三）偏心夹紧机构 偏心夹紧的优点是结构简单，操作方便，动作迅速，缺点是自锁性能较差，增力比较小。一般常用于切削平稳且切削力不大的场合。可获得的夹紧力为 （四）铰链夹紧机构 铰链夹紧机构的优点是动作迅速，增力比大，并易于改变力的作用方向；缺点是自锁性能差。多用于机动夹紧机构中。 （四） 定心夹紧机构 定心夹紧机构是一种同时实现对工件定心定位和夹紧的夹紧机构，即在夹紧过程中，能使工件相对于某一轴线或某一对称面保持对称性。定心夹紧机构按其工作原理可分为两大类： 1.以等速移动原理工作的定心夹紧机构 2.以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构 （六）联动夹紧机构 夹紧力作用在两个相互垂直的方向上，称为双向联动夹紧；两夹紧点的夹紧力方向相同，称为平行联动夹紧。 8，夹紧机构的动力装置 （一）气动夹紧装置 气动夹紧装置的工作介质是压缩空气，其工作压力通常为0.4~0.6MPa。 （二）液压夹紧装置 液压夹紧装置利用压力油为夹紧动力。 （三）气、液增压夹紧装置 气、液增压夹紧装置以压缩空气为动力源，通过压力油来传力和增力。 9，专用夹具设计的一般步骤 （一）研究原始资料，明确设计要求 （二）拟定夹具结构方案，绘制夹具结构草图 （三）绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求 （四）绘制零件图 10，夹具设计中的几个重要问题 （一）夹具设计的经济性分析 （二）成组设计思想设计 （三）夹具总图上尺寸及技术条件的标注 夹具总图上标注尺寸及技术要求的目的主要是为了便于拆零件图，便于夹具装配和检验。为此应有选择地标注尺寸及技术要求。 （四）夹具结构工艺性分析 在分析夹具结构工艺性时，应重点考虑以下问题： 1）夹具零件的结构工艺性 2）夹具最终精度保证方法 3）夹具的测量与检验 （五）夹具的精度分析 夹具的主要功能是用来保证零件加工的位置精度。使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差因素主要有三个方面： 1）定位误差 2）夹具制造与装夹误差 3）加工过程误差 依照上叙述的夹具设计的基本要求和基本方法进行此次设计中所需用的夹具进行设计； 1，加工中心用家具设计（钻铣扩铰攻螺纹） （一）零件体工序的加工要求分析； ①铣端面B ②钻攻4-M6-6H深12的螺纹 ③钻攻2-M8ⅹ1f螺纹 本工序前已加工的表面如下；（相关） ①大平面（粗精车后）及对面； ②Φ606的孔及大内孔Φ68（粗精镗后） （二）确定夹具的类型； 综合考虑此次设计的定位和夹紧，夹具类型采用通用式。 （三）拟订定位方案和选择定位元件； ①定位方案；根据零件的结构特点其定位方案如下；以大平面A和内孔Φ68，Φ6.6定位，“一面两销”法，限制六个自由度，故取之 ②选择定位元件 Ⅰ选择带台阶面的定位销作为以Φ68的定位元件，如下图所示； Ⅱ选择不带台阶面的菱形销作为定位元件 Ⅲ选择夹具体工作台为A面的定位面； 总合简图； （四）确定夹紧方案： 参考夹具设计手册 采用压板及M24的螺杆在侧面Z上夹紧工作； （如图） 由于成批大量的生产类型，考虑装夹的方便，增加结构于下； 一头螺杆； 总图； 尺寸由壳体零件的具体尺寸而定 2，工作台面与夹具体的设计； （一）定位方案； 槽宽18-00.02由加工中心工作台面而定，（如下）； （二）夹紧机构设计；由上图可知H=100mm 则可设夹紧机构的初图 取200=H×2 关键字:H=100mm D=100mm ①定位键；由上可知设计定位块的尺寸，如下图所示（根据工作台梯形槽所设计）：如图： 由于梯形尺寸18.2T14等级，自由公差，则在设计定位键时外定位尺寸设计为18-00.027，略A点，其余尺寸主要是设计装夹定位键所用。 ②夹紧槽块 根据上叙梯形槽尺寸，30得28的外形的尺寸，详情如下图所： 3，夹具精度分析与计算 此夹具设计纯属前经验和个人经验的总结，在设计的夹具对加工要求的尺寸能保证。其精度要求验算（略）。 4，绘制夹具总图 根据已完成的草图（上述），进一步修结构，完善视图后绘制视图后，绘制正式的夹具总装图。如图所示（资料袋中）。 5，绘制夹具图样 同样详情见（资料袋）。 第七章 参考文献 1、《机械设计手册3》 机械工业出版社 徐灏主编 2、《机械设计手册4》 机械工业出版社 徐灏主编 3、《机械设计手册5》 机械工业出版社 徐灏主编 5、《工业机械手-机械结构上》 上海科学技术出版社 《工业机械手》编写组 6、《机床设计手册3》部件、机构及总体设计 机械工业出版 《机床设计手册》编写组 7、《机械零件》 高等教育出版社 濮良贵主编 8、《机械制图》 大连理工大学工程画教教研室 高等教育出版社 9、《毕业设计指导书》 青岛海洋出版社 李恒权、朱明臣、王德云主编 10、《机械基础》 中国劳动出版社 王栋梁主编 11、《工程材料及热加工》 扬州职业大学 游文明 余玲芬主编 1