汽车后壳体夹具设计 汽车后桥壳体工艺夹具设计

资源目录里展示的全都有，所见即所得。下载后全都有,请放心下载。原稿可自行编辑修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑问可加】 11ZA-1.5/8型空气压缩机 铣销曲轴的键槽夹具设计 目录 第一章 绪论………………………………………………………………………1 1.1 课题国内外研究现状及发展方向………………………………………2 1.2 夹具概述………………………………………………………………….3 1.2.1机床夹具的概述………………………………………………….3 1.2.2机床夹具的组成………………………………………………….5 1.2.3机床夹具的分类………………………………………………….5 1.3 课题研究的意义、内容及创新……………………………………………6 1.3.1课题研究的意义………………………………………………….6 1.3.2课题研究的内容………………………………………………….7 1.3.3课题研究的创新………………………………………………….7 1.4 本章小结…………………………………………………………………7 第二章 气压机工装夹具UG系统设计理论及研究………………………8 2.1 三维绘图软件UG简介……………………………………………………8 第三章 气压机曲轴键槽夹具设计……………………………………………9 3.1 曲轴概述及在气压机中的作用…………………………………………9 3.2 定位原理…………………………………………………………………10 3.2.1定位基准…………………………………………………………11 3.2.2工件在空间的自由度……………………………………………12 3.2.3六点定位原理……………………………………………………12 3.3 气压机曲轴键槽夹具设计内容分析……………………………………14 3.4 拟订气压机曲轴键槽夹具结构方案……………………………………14 3.4.1确定定位方案，设计定位装置…………………………………14 3.4.2确定夹紧方案，设计夹紧装置…………………………………15 3.4.3确定夹具与机床的连接方式……………………………………16 第四章 气压机曲轴键槽夹具的性能评估…………………………………17 4.1 定位误差的定义及来源…………………………………………………17 4.1.1定位误差的定义…………………………………………………17 4.1.2定位误差的来源…………………………………………………17 4.2 气压机曲轴键槽夹具定位误差计算……………………………………17 4.2.1V型块定位误差理论基础……………………………………….18 4.3 夹紧原理…………………………………………………………………18 4.3.1夹紧的概念………………………………………………………19 4.3.2夹紧机构设计的基本要求………………………………………19 4.3.3夹紧力方向的选择………………………………………………20 4.3.4夹紧位置的选择…………………………………………………20 4.4 气压机曲轴键槽夹具切削力的计算……………………………………20 4.5 气压机曲轴键槽夹具夹紧力的计算……………………………………21 第五章 结论与展望……………………………………………………………22 参考文献…………………………………………………………………………… 附录………………………………………………………………………………… 致谢………………………………………………………………………………… 摘要 由于科学技术的不断发展，现代产品的精度要求日益提高，构件与零件的形状日趋复杂，简单的通用夹具已不能满足工件加工的需要，必须设计专门为某一工件的某道工序所需的夹具，这种夹具就是本课题所设计的专用夹具。 本文主要根据设计要求，完成铣销曲轴的键槽夹具的设计。设计的主要内容是根据夹具设计的步骤，首先明确设计要求，认真调查研究，收集相关的设计资料，接着，确定夹具的结构方案，然后绘制夹具零件图及总图，第四进行夹具精度的校核，最后进行设计质量的评估。 本文的创新之处在装配图的绘制用的是三维绘图软件UG，它的主要特点是三维建模，使夹具的装配顺序及可视效果都一目了然。 第一章 绪 论 1.1课题国内外研究现状及发展方向 在机械制造的机械加工、检验、焊接和热处理等冷热工艺过程中使用着大量的夹具，用以安装加工对象，使之占有正确的位置，以保证零件和产品的质量，并提高生产效率。     在机床上加工工件时，为了保证加工精度，必须正确安置工件，使其相对机床切削成形运动和刀具占有正确的位置，这一过程称为定位。为了不因受切削力、惯性力、重力等外力作用而破坏工件已定的正确位置，还必须对其施加一定的夹紧力，这一过程称为夹紧。定位和夹紧全过程称为安装。在机床上用来完成工件安装任务的重要工艺装配，就是各类夹具中应用最为广泛的机床夹具。 曲轴是发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，在发动机五大件中最难以保证加工质量。由于曲轴工作条件恶劣，因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。世界汽车工业发达国家对曲轴的加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。随着WTO的加入，国内曲轴生产厂家已经意识到形势的紧迫性，引进了为数不少的先进设备和技术，以期提高产品的整体竞争力，使得曲轴的制造技术水平有了大幅提高，特别是近5年来发展更为迅猛。     目前国内曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及拐颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8260等曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光，通常靠手工操作，加工质量不稳定。     随着贸易全球化的到来，各厂家已意识到了形势的严峻性，纷纷进行技术改造，全力提升企业的竞争力，近年来引进了许多先进设备和技术，进展速度很快。就目前状况来讲，这些设备和技术基本依赖进口。 现代工业的一个显著特点是：新产品发展快，质量要求高，品种规格多，产品更新换代周期短。反映在机械工业上，多品种、小批量生产在生产类型比例中，占了很大的比重。这样，如果按照传统方式进行生产技术准备工作，显然就不适应当前和发展的新形势。 机床夹具是生产技术准备工作中一项重要组成部分，为了适应现代机械工业的上述生产特点，机床夹具发展方向主要表现为： 标准化： 完善的标准化，不仅指现有夹具零部件（包括毛坯及半成品）的标准，而且应有各种类型夹具结构的标准。后者如通用可调夹具标准；组合夹具标准；自动线夹具标准等，并在上述两种标准化的基础上，对专用夹具零部件，通用可调夹具零部件及组合夹具零部件等，实行统一的标准化，以便使有一部分零部件，能在各类夹具上通用。另外把一些夹具部件、组件，做成一个独立单元，使夹具的设计、制造和装配工作简化，这也是夹具标准化的一个发展方向。作为发展趋势，有些国家不仅有上述各种夹具标准，而且有制造标准零部件和各类标准夹具的专业工厂，使原来单件生产的夹具，转变为专业化批量生产，有利于缩短生产周期和降低成本。 可调化、组合化： 当前机床夹具结构发展的两个主要方面，一是要把专门用于某一特点工序的专用夹具，扩大其应用范围，使能用于同一类型零件的加工，并实现快速调整；二是改变专用夹具在产品稍有修改或改变就报废的现象，使夹具能重复利用，实行组合化的原则，用少数元件能满足多种需要。 精密化： 随着机械产品加工精度日益提高，高精度机床大量涌现，势必要求机床夹具也相应越来越精密。 高效自动化： 为了改善劳动条件，实现文明生产，提高生产效率，降低加工成本，不仅大批量生产有此要求，对多品种、小批量生产同样可考虑采用合适的高效自动化夹具，使获得良好的经济效益。 1.2 夹具概述 1.2.1 床夹具的概述： 机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。当用夹具装夹加工一批工件时，是通过夹具来实现这一要求的。而要实现这一要求，又必须满足三个条件：①一批工件在夹具中占有正确的加工位置；②夹具装夹在机床上的准确位置；③刀具相对夹具的准确位置。这里涉及了三层关系：零件相对夹具，夹具相对于机床，零件相对于机床。工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。所以“定位”也涉及到三层关系：工件在夹具上的定位，夹具相对于机床的定位，而工件相对于机床的定位是间接通 过夹具来保证的。 工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件保持在准确定位的位置上，否则，在加工过程中因受切削力，惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准确定位，无法保证加工要求。这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置。 1.2.3 机床夹具的分类 机床夹具按夹具特点分为通用夹具、专用夹具、组合夹具、拼装夹具、通 用可调夹具、成组夹具等。 其中通用夹具己经标准化，在一定范围内可用于加工不同工件，如车床上的三爪卡盘和四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等； 专用夹具是指专为某一工件的某道工序的加工而专门设计的夹具，具有结构紧凑，操作迅速、方便等优点。通常由使用厂根据要求自行设计和制造，适用于产品固定且批量较大的生产； 组合夹具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成，用完之后可以拆卸存放，或供重新组装新夹具时使用，故具有组装迅速、周期短、能反复使用的特点，适用于小批量生产或新产品试制； 成组夹具是指专为加工成组工艺中某一族(组)零件而设计的可调夹具，加工对象明确，适用于成组加工。 机床夹具亦可按使用的机床来分类，或按所采用的夹紧动力源分类。如图所示。 1.2.2 床夹具的组成 铣床夹具通常由以下几部分组成： (1) 定位元件 它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。 (2) 夹紧装置 用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。 (3) 对刀、引导元件或装置 这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。 (4) 夹具联接元件 使夹具与机床相连接的元件，保证夹具在机床上定位和夹紧用的元件。如铣床夹具底面上安装的定位键等。 (5) 夹具体 用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。 (6) 其它元件及装置 有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，靠模装置、工件抬起装置和辅助支撑等。 1.3 课题研究的意义、内容及创新： 1.3.1 课题研究的意义： 机床夹具是工艺装备中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。机床夹具设计是金属切削加工批量生产的重要环节，设计质量的高低直接影响到零件的加工质量和效率。所以，夹具的设计在生产过程有着至关重要的作用。 本次毕业设计的课题是铣削曲轴键槽夹具设计，机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置，其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。　 机床夹具被广泛应用于机械制造业中，大量专用机床夹具的采用为大批大量生产提供了必要的条件。机床夹具是组成工艺系统的一个环节，是影响加工质量的重要因素。一般情况下，使用机床夹具能稳定地保证产品质量，而不必过高的要求工人的技术等级。先进高效的机床夹具不仅能减轻工人劳动强度，提高生产率，甚至能使生产过程实现自动化。随着汽车、内燃机、摩托车、轴承等行业的规模化发展，对机床夹具的设计与制造不断提出新的课题。深入研究机床夹具设计的理论和改进机床夹具的结构，无疑具有巨大的经济意义。 　　机床夹具设计一般包括结构设计和精度设计两个方面。而人们通常习惯侧重于结构设计而忽视精度设计。关于机床夹具的结构设计，不仅有大量的资料可供参考，而且还不断从其它学科吸收新的成果而向前发展。诸如液性塑料夹具；各种弹性膜片式夹具；真空夹紧夹具；感应分度夹具等等。关于机床夹具的精度设计，随着零件加工精度的提高，也日益受到人们的重视。 　　人们逐渐认识到，机床夹具设计工作应围绕精度设计这个中心来进行。没有合理的精度设计不仅会给夹具制造带来困难，甚至会使制造出的夹具不能保证工件的加工精度。因此，迫切需要全面的研究机床夹具的设计、制造、使用诸方面的定量关系；研究工件精度和夹具设计精度之间的合理联系。机床夹具设计是用途极广的一门专业学科，熟悉它的内容和方法，对从事机械制造方面的工程技术人员来说是十分必要的。 毕业设计是大学生在学习阶段的最后一个重要环节，要求我们能综合运用大学四年所学的专业知识和理论知识，结合实际，独立解决本专业一般问题,树立为生产服务，刻苦认真，一丝不苟的工作作风，为将来在机械方面工作打下良好的基础。 经过设计和讨论，期待圆满地完成了设计任务。本次设计就是围绕以上要求,按照一般步骤来设计的，力求结构合理，计算准确，经济可靠。 1.3.2 课题研究的内容 一. 明确设计要求，收集和研究相关资料 接到夹具设计任务书后，首先要仔细阅读加工件的零件图和与之有关的部件装配图，了解零件的作用、结构特点和技术要求；其次，要认真研究加工件的工艺规程，充分了解本工序的加工内容和加工要求，了解本工序使用的机床和刀具，研究分析夹具设计任务书上所选用的定位基准和工序尺寸。 二. 确定夹具的结构方案 1.确定定位方案，选择定位元件。计算定位误差。 2.确定对刀或导向方式，选择对刀块或导向元件。 3.确定夹紧方案，选择夹紧结构。 4.确定夹具其他组成部分的结构形式，如分度装置、夹具和机床的连接方式等。 5.确定夹具具体的形式和总体结构。 在确定夹具结构方案的过程中，应列出几种不同的方案进行比较分析，选取其中最为合理的方案。 三. 绘制夹具的零件图和装配图 采用三维绘图软件UG按要求绘制夹具的零件图和装配图。 四. 编写夹具设计说明书。 1.3.3 课题研究的创新 本课题夹具设计采用三维绘图软件UG绘制夹具的零件图和总装配图，能清楚的看到整体设计方案中各零部件的装配顺序以及三维装配图，可视效果及出图能力强。 1.4 本章小结 本章作为论文的绪论，主要综述了课题的选题依据、研究现状和发展方向以及课题的重点。首先简述了夹具设计的背景以及本课题的选题依据，然后详细叙述了夹具的国内外研究现状和发展方向，并简单提出了夹具设计的综合解决思路，最后确定了本论文的研究重点。 第二章 气压机工装夹具UG系统设计理论及研究 2.1 三维绘图软件UG简介 Unigraphics(简称UG)是美国Unigraphics Solutions of EDS 公司推出的计算机辅助设计、辅助制造、辅助工程(CAD/CAM/CAE)一体化软件，他在全球的航空航天、汽车、模具和电器电子等各个行业中得到了广泛的应用，它可以完成产品的设计、分析、加工、检验和产品数据管理的全过程。今天，UG俨然己经成为3DCAD/CAM系统的标准软件，被誉为“最优雅的三维CAD/CAM软件”。 UG功能非常强大，其主要功能包括实体零件及装配造型、三维上色实体或 线框造型以及完整工程图的产生。UG是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋(Ribs)、槽(slots)、倒角(Chamfers)和抽壳(Shells)等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。此系统的参数化功能是采用符号形式来表示形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其它相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便、可靠并可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。UG还可输出三维和二维图形给其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计功能、装配功能和二程制图功能，并且支持符合工业标准的绘图仪和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。 此外，UG功能的强大还体现在它可以方便的加入具有特定功能的模块，最常用的模块及其各自的功能为： (1)UG/ASSEMBLY，这是一个参数化组装管理系统，能提供用户自定义手段去生成一组组装系列及可自动地更换零件。它的主要功能包括：在装配件内零件自动替换；装配模式下的零件生成；规则排列的组合等。 (2)UG/CABLING，此模块提供了全面的电缆布线功能，它为在UG的部件内 真正设计三维电缆和导线束提供了一个综合性的电缆铺设功能包。三维电缆的铺设可以在设计和组装机电装置时同时进行，它还允许工程设计者对机械与电缆空间进行优化设计。其主要功能包括：在UG零件和部件上的电缆、导线及电线束的铺设；从所铺设的部件中生成三维电缆束布线图；空间分布要求的计算，包括干涉检查等。 (3)UG/CDT，这是一个UG的可选模块，为CADAM2D工程图提供PROFESSIONALCADAM与UG双向数据交换直接接口。CADAM工程图的文件可以直接读入UG，亦可用中性的文件格式，经由PROFESSIONALCADAM输出或读入任何运行UG的计算机上。UG/CDT避免了一般通过标准文件格式交换信息的问题，并可使新客户在转入UG后，仍可继续享用原有的CADAM数据库。 (4)UG/DESIGN，此模块可加速设计大型及复杂的组件，这些工具可方便地生成装配图层次等级，二维平面图布置上的非参数化组装概念设计，二维平面布置上的参数化概念分析.以及3D部件平面布置。UG/DESIGN也能使用2D平面图自动组装零件。除了其强大的功能以外，UG最突出的特点在于它的参数化造型技术。 基于以上原因，本课题选择UG作为计算机辅助机床夹具设计系统开发的平台具有很好的代表性、可行性以及研究价值。 第三章 气压机曲轴键槽夹具设计 3.1 曲轴概述及在气压机中的作用 曲轴连杆机构是往复式内燃机的主要工作机构。在作功冲程，它将燃料燃烧产生的热能舌塞往复运动、曲轴旋转运动而转变为机械能，对外输出动力；在其他冲程，则依靠曲轴和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次作功创造条件。 　　曲轴连杆机构由气缸体曲轴箱组、活塞连杆组以及曲轴飞轮组三个部分组成。 在高温、高压、高速以及化学腐蚀条件下工作的曲轴连杆机构受到各种力的作用。例如，在气缸中作往复运动的机件，要受到气体力、惯性力的作用；旋转机件要受到离心力的作用；相对运动机件要受到摩擦力的作用。这些力作用在曲轴连杆机构上，会使各传动机件受到拉伸、压缩和弯扭等不同形式的载荷。因此，在结构和选材上必须采取相应的措施。 在作功冲程，它将燃料燃烧产生的热能舌塞往复运动、曲轴旋转运动而转变为机械能，对外输出动力；在其他冲程，则依靠曲轴和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次作功创造条件。曲轴连杆机构由气缸体曲轴箱组、活塞连杆组以及曲轴飞轮组三个部分组成。在高温、高压、高速以及化学腐蚀条件下工作的曲轴连杆机构受到各种力的作用。在高温、高压、高速以及化学腐蚀条件下工作的曲轴连杆机构受到各种力的作用。旋转机件要受到离心力的作用；相对运动机件要受到摩擦力的作用。 3.2 定位原理 在机床上加工工件时，要使工件的各个被加工面的尺寸及位置精度满足工 件图或者工艺文件所规定的要求，就必须在切削加工前使工件在机床夹具中占 有一个确定的位置，使其相对于刀具的切削运动具有正确的位置，这个确定工 件位置的过程我们称为定位。这是定位方案设计的主要任务。 3.2.1 定位基准 为了保证工件上各个加工表面之间或者对其它加工表面的位置精度，工件在机械加工时，必须安放在机床板的一个固定位置上。任何一个零件都是由若干几何表面所组成，这些表面之间根据零件设计的技术要求，广泛存在距离尺寸和角度位置的要求。工艺文件中所谓的基准，就是指零件图上某些点、线、面的位置，可以用它们来确定某些点、线、面的位置。根据这些基准的作用和性质，可以分为设计基准和工艺基准两类。设计基准通常指零件图样上标注尺寸的起点。工艺基准又分为工序基准、定位基准、测量基准等。通常希望将设计基准和工艺基准统一，但是实际上，由于制造上的困难而难以实现，这就引起误差。 定位基准的选择是否合理，将直接影响到夹具结果的复杂程度以及工件的加工精度。因此，在选择定位基准时应进行多种方案的分析比较。选择定位基准时，应重点考虑如何减少误差，提高精度，也要考虑安装的方便性、准确性和可靠性。定位基准的选择分为粗基准和精基准的选择两种，下面分别介绍。 1、基准的选择 粗基准是用没有加工的表面作为定位基准，选择粗基准时应考虑以下原则： (l)保证加工表面与不加工表面之间的相对要求，应选择不加工表面作为粗 基准，特别是选择与加工表面有紧密联系的表面作为粗基准； (2)若加工表面较多，选择粗基准时，应合理分配各加工表面的加工余量； (3)选择作为粗加工基准的表面，应平整、光洁，以便定位准确，夹紧可靠； (4)因为粗基准的定位误差较大，一般粗基准只能使用一次。 2、精基准的选择 精基准是已经加工过的表面作为定位基准。一般应遵循下列原则： (l)选择零件的设计基准作为精基准，也就是“基准重合”原则，这样可以避免因基准不重合而引起的基准不重合误差； (2)能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各个表面对基准的位置精度，这就是“基准统一”原则； (3)获得均匀的加工余量或使加工表面间有较高的位置精度，有时可以采取互为基准反复加工的原则； (4)有的精加工工序要求加工余量小，或垂直度要求高，为了保证加工质量和提高生产率，应选择加工面本身作为定位基准。 以上的选择原则，有时是互相矛盾的，在选择的时候要综合考虑。在保证工件加工要求的前提下，尽量使夹具结构简单，工件稳定性好。 3.2.2 工件在空间的自由度 忽略工件的微小变形，工件可以看成一个理想的刚体。将其放在一个空间直角坐标系中，以此坐标作为参照系来观察刚体位置和方位的变化，由刚体力学可知，在空间中处于自由状态的刚体，共有6种可能的运动，即沿x轴、y轴、z轴移动，或者绕x轴、y轴、z轴的转动，这种移动和转动的可能性就称为自由度。这6种移动或者转动的变化形式是基本的变化形式，工件在空间的运动状态都可以由这6种基本变化合成得到。限制了工件的某个自由度，该工件在这个方向上的位置也就确定了。因此，可以根据工件的加工要求，通过限制工件自由度的方法，达到工件在夹具上定位的目的。 3.2.3 六点定位原理 基于运动原理，要限制工件的6个自由度，典型的方法就是在夹具设计中设置如图3-1所示的6个支承点。图中的矩形工件每次都安放到与6个支承相接触，从而使一批工件中每个工件得到确定的位置，其中底面A放在3个支承上，限制了3个自由度(沿着z轴的移动和沿着x，y轴的转动)，侧面B限制了2个自由度(沿y轴的移动和沿z轴的转动)，另一个侧面c限制了一个自由度(沿x轴的移动)。用分布在3个互相垂直的平面上的6个支承点来限制六个自由度，使得工件在夹具中的位置完全确定，这就是著名的3一2一1六点定位原理。六点定位原理适合任何形状的工件。如图3-2所示的轴类工件的六点定位原理示意图。 图3-1 六点定位原理 图3-2 轴类工件的六点定位原理 其中轴的圆柱表面放在4个支承点上，消除了工件的4个自由度(沿y，z轴的移动和绕y，z轴的转动)，轴端部靠在一个支承点上，消除了一个自由度(沿x轴的移动)，轴上一端的槽正放在一个支承点上，消除了工件绕x轴转动的自由度。根据工件形状的不同，所用的定位基准也不同，定位点的分布情况也不同。 运用六点定位原理可以分析和判断夹具中的定位结构是否正确，将工件的六个自由度完全约束或受限制的定位称为完全定位。但是在很多情况下，无需将工件的6个自由度完全约束只需要限制那些对加工后位置精度有影响的自由度即可，无需限制6个自由度的定位称为不完全定位。在保证工件位置精度的前提下，不完全定位可以减少夹具元件，简化夹具结构。如果一个夹具的定位结构所限制的自由度少于位置精度必须要限制的自由度数量，就会产生定位不足，这种定位方式称为欠定位。如果一个夹具的定位结构中，不同支承点重复的约束工件上同一个自由度，就会产生定位不稳定，这种定位方式称为过定位。欠定位情况下，工件的位置精度不能保证，因此是不允许的。过定位要视具体的情况而定是否允许。例如图3-2中，如果B平面的两个支承点在一条垂直线上，这样绕z轴转动的自由度就没有被限制，这种情况属于欠定位；而沿y轴移动的自由度就被限制了两次，这种情况属于过定位。过定位可能会对定位与夹紧造成不良影响都是因为工件定位表面缺乏必要的加工精度。若对工件的定位表面的制造精度能够保证，工件与夹具定位元件的接触比较理想，则过定位结构不但不会对安装造成不良影响，相反，还会使工件的定位结构简化，提高定位结构的刚度。所以随着工件加工精度的不断提高，夹具过定位结构在实际动得到越来越多的应用。 3.3 气压机曲轴键槽夹具设计内容分析 根据夹具设计过程分析，制定本套夹具设计过程的内容分析，如下图所式： 零件及曲轴特征信息分析 定位元件选择 确定加工方案 定位方案设计 定位误差计算 夹紧元件选择 夹紧方案设计 切削力计算 夹紧力计算 对刀、引导装置设计(分度装置、定向键等) 夹具体设计 夹具标准 件图形库 总体布局,装配图绘制 图3-2 本套夹具设计流程图 根据上图夹具设计流程，可以看出气压机曲轴键槽夹具设计的主要内容包括： (1)在收集整理有关产品设计参考资料和技术标准的基础上，分析气压机曲轴键槽夹具各零件的加工特征和加工车间的机床装备的情况并提取零件的特征信息，确定零件的加工方案； (2)切削力计算，根据零件的加工方案计算相关的切削力； (3)定位装置设计，其中包括定位方案的确定，定位元件的选择以及定位误差的计算等。定位方案和定位元件的选择包括定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等，主要决定于工件的加工要求、工件定位基准和外力的作用状况等因素； (4)夹紧装置设计，其中包括夹紧方案的确定，夹紧元件的选择以及夹紧力计算等； (5)对刀、引导装置以及夹具体的设计，其它特定要求涉及的相关元件与装置的确定，例如分度装置、定向键等； (6)完成气压机曲轴键槽夹具总体布局和装配图的设计绘制。 3.4 拟定气压机曲轴键槽夹具结构方案 3.4.1确定定位方案，设计定位装置 根据本工序的加工要求，不仅要铣销，还要在车床主轴的旋转中保证安全性，因此工件必须完全定位，即六点定位原则。按照加工和基准重合原则要求，工件的定位方案分析如下： (1)因为本课题为铣销曲轴的键槽，工件是以外圆柱面定位，根据工件外圆的完整程度及安装要求，所以采用双V形块作为定位元件。根据要求，保证定位的稳定性，本文采用90°角的V形块，标准代号为JB/T8018-1995。 (2)夹具类型的确定 由于本课题设计要求，设计的铣销曲轴的键槽，主轴的下表面为主要定位基准，且在车床上加工，而工件的形状与尺寸决定了它不适宜于采用心轴类、卡盘类或角铁式夹具，只能采用铣床类专用车床夹具加工。 3.4.2 确定夹紧方案，设计夹紧装置 车床夹具的夹紧装置必须安全可靠。夹紧力的方向和作用点应按以下要求进行选择：主要夹紧力应朝向主要定位基准，作用点应靠近支承面的几何中心；夹紧力的方向应有利于减少夹紧力，尽量垂直于工件的主要定位基面，尽量和切削力、重力方向一致；夹紧力的方向和作用点应施于工件刚性较好的方向和部位；夹紧力的作用点应适当靠近加工表面。由于车削时工件和夹具一起随主轴作旋转运动，故在加工过程中，工件除受切削扭矩的作用外，整个夹具还受到离心力的作用，转速越高离心力越大，会降低夹紧机构产生的夹紧力。此外，工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向来说是变化的。因此，夹紧机构所产生的夹紧力必须足够，自锁性能要好，以防止工件在加工过程中脱离定位元件的工作表面，所以我们采用螺旋夹紧机构。不但因为螺旋夹紧机构结构简单，容易制造，而且，由于缠绕在螺钉表面的螺旋线很长，升角又小，所以螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都很大，是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构。考虑到单个螺旋夹紧机构有诸多缺点，如：机构中的螺钉头直接与工件表面接触，螺钉转动时，可能损伤工件表面，或带动工件旋转；夹紧动作慢，工件装卸费时。我们这里采用螺旋压板夹紧机构。 3.4.3 确定夹具与机床的连接方式 车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的回转精度有决定性的影响。因此，要求夹具的回转轴线与车床主轴轴线有尽可能高的同轴度。对于径向尺寸较大的夹具，一般通过过渡盘与车床主轴轴颈联接。专用夹具以其定位止口按H7瓜6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上，然后用螺钉紧固。过渡盘与主轴配合的表面形状取决于主轴前端的结构。 根据以上所述设计步骤，按任务书要求确定曲轴的键槽夹具结构设计方案。 3.5 本章小结 本章主要介绍了空气压缩机曲轴的键槽夹具构形设计的基本原理、结构分析以及精度要求等,其中简要介绍了六点定位原理及其特点，根据定位方案、夹紧方案等初步确定本课题夹具设计思路，并根据要求确定夹具的设计方案。 第四章 气压机曲轴键槽夹具的性能评估 4.1 定位误差的定义及来源 4.1.1 定位误差的定义 定位误差的本义是指一种定位方案确定后，由于各种原因造成的工件在定位时，附加给工序尺寸的误差，对夹具设计而言定位误差的定义是指：用调整法加工一批工件时，如果工件的定位基准相对调刀基准有位置变动，并且这种变动引起该工序精度参数产生误差，那么，对于一批工件这种位置变动的最大范围值在加工精度参数方向上的投影即为这种定位方案引起该加工精度参数的定位误差，以表示。它是判断夹具定位方案是否合理以及评价夹具质量的定量根据之一。一般情况下，定位误差T（T—改工序尺寸的公差）。 定位误差可用下式表示： =f(W) W表示定位基准相对调刀基准的最大位置变动量； f(W)为定位基准相对调刀基准位置变动量与加工精度参数方向上的投影之间的函数关系； 为某精度参数的定位误差。 4.1.2 定位误差的来源 产生定位误差的原因很多，其中最主要的因素是定位基准与工序不重合以及定位基准发生位移。 4.2 气压机曲轴键槽夹具定位误差计算 气压机曲轴键槽夹具定位误差的大小直接决定着这套夹具是否能够用于实际的生产之中，正确的计算出工件在这套夹具中的定位误差是设计夹具时必须认真考虑的重要问题之一。 夹具的定位误差由夹具中的定位元件所决定，因此，在本课题中定位误差的计算是在主要的定位元件(V形块)重新生成以后立即进行定位误差的计算。这样可以避免如下情况的出现：在整个夹具设计完成后进行夹具定位误差的计算，如果定位误差不合适则可能需要重新设计整个的夹具，避免了人力、物力的更大浪费。 4.2.1 V形块定位误差理论基础 V形块适用于以外圆作为主要定位面的工件的定位，使用长V形块定位可以限制工件的4个自由度。v形块结构简单，制造方便，定位可靠，是以外圆定位的加工工序中经常选用的定位元件。 V形块的定位误差主要和V形块的形状(V形角)、工件外圆公差和工序基准有关，在本课题中选用的V形块为90°角。按照工序基准的不同，常见的V形块定位误差计算有六种情况(下图4.1所示)： 定位方式一 定位方式二 定位方式三 定位方式四 定位方式五 定位方式六 图4.1 V形块定位的六种形式示意图 各种定位方式的定位误差分别为(V形角均为90)： 定位方式一： 定位方式二： 定位方式三： 定位方式四： 定位方式五： 定位方式六： 以上公式中： 一一各定位方式的定位误差； 一一作为主要定位面的外圆的公差。 以上各式中需要注意的是，由于V形块定位的特点，这六种定位方式的定位误差计算公式中已包含了基准不重误差和基准位移误差。 根据本课题的设计键槽深度和定位误差要求，当采用上述定位方式二的情况，工序尺寸由下素线注出，其定位误差最小。故本文工序基准选择的是工件的下素线。 所以，产生的定位误差: = 4.3 夹紧原理 4.3.1 夹紧的概念 在机械加工过程中，切削力、重力、支承反力和惯性力均作用在工件上，使工件产生运动，为了使工件保持定位时的正确位置必须将工件夹紧，使夹紧力与上述各力平衡。夹具中将工件夹紧的机构称为夹紧装置。 4.3.2 夹紧设计机构的基本要求 对夹具中夹紧机构的基本要求是： (1)夹紧后不能破坏工件在夹具中的正确定位，应使原有的定位状态更加稳定、可靠； (2)夹紧后工件、组合夹具元件的变形要小，变形量应控制在加工精度允许范围内； (3)夹紧力的大小要适当。既要防止因夹紧力不足工件在加工过程中产生位移和引起振动，又要避免因夹紧力过大压伤工件或破坏夹具元件； (4)夹紧机构要操作方便，节省操作工人劳力，保证安全，即夹紧操作时不应碰到工件、刀具或保证装卸方便。 (5)夹紧机构的复杂程度和自动化程度应与工件的产量和批量相适应。 4.3.3 夹紧力方向的选择 (l)为了保证安装的正确可靠，夹紧力方向应该朝向对工件精度影响最大的定位面(主要定位面)，并保证定位的可靠； (2)减少工件变形，夹紧方向应当垂直于夹具主要定位元件上与工件接触较大的那个表面。因为在夹紧力一定时，接触面积愈大，单位夹紧力就愈小，因而变形也愈小。在加工薄壁工件时，为了避免工件变形，要特别注意在工件刚度较大的方向上夹紧； (3)夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小，从而减少夹紧力就可能减少劳动强度，简化夹紧机构。 4.3.4 夹紧位置的选择 为满足夹紧设计的基本要求，在夹紧力方向已明确的情况下，决定工件上夹紧位置时应注意以下两点： (1)夹紧力的作用点应不破坏工件的定位； (2)工件受切削力产生的变形和振动应最小。 4.4. 气压机曲轴键槽夹具切削力的计算 本课题用到的切削力方式为铣削，影响铣削切削力大小的因素主要有以下几个：工件材料、铣刀材料、铣刀类型、加工参数以及其他因素。 考虑到一般性，在本课题中对于铣刀材料只考虑硬质合金和高速钢这两种在实际生产中最常见的清况；对于工件材料只考虑结构钢(铸钢)、灰口铸铁和铜(或铝)合金这三种情况；对于铣刀类型只考虑最常用的圆柱铣刀或立铣刀、圆盘铣刀或锯片铣刀、端铣刀这三种情况。 影响铣削切削力大小的其他因素主要是工件材料的机械性能的不同，它的影响作用体现在有些情况下(主要是刀具材料为高速钢的情况下)需要为切削力计算的经验公式增加一个修正参数。绝大多数情况下这个系数取值在1左右，本课题中此系数值取1。 根据本课题所选择的刀具及工件等材料。经查得本课题所选择的铣削切削力经验公式为： 　t—铣削深度（mm）； --每齿进给量（mm）； D—铣刀直径（mm）； B—铣削宽度（mm）； z—铣刀齿数； 4.5气压机曲轴键槽夹具夹紧力的计算 本课题选择的装夹方式为单V形块装夹方式，在单V形块装夹方式中，依靠夹紧力所产生的摩擦力(工件与压板之间，工件与V形块之间)与切削力平衡来固定工件。经查的在这种夹紧方式下夹紧力计算公式为： 式中：Q一一夹紧力(N)； K一一安全系数，本课题中取2； P一一切削力(N)； 第五章 结论与展望 5.1 结论 本文的研究工作初步探讨了11ZA—1.5/8型空气压缩机铣销曲轴的键槽夹具设计，给出了设计的思路和步骤，基本完成了毕业设计任务的要求，但是仍有很多不足之处，有待进一步优化设计。本课题的主要研究工作体现在： 1.利用CAD绘制各零件图和设计总图，然后再用三维绘图软件UG生成装配图，使设计的过程及步骤一目了然，各工序 5.2 展望 经过三个月的努力，终于完成了毕业设计。做毕业设计的过程，充分利用大学四年所学的知识，结合所查的资料以及导师的认真指导， 参考文献 1吴拓主编，机械制造工艺与机床夹具 北京：机械工业出版社，2006 2权月华，穆吉祥主编 机械制造工艺与机床夹具 北京：中国计量出版社 2006 3 4杨櫂，陈国香主编.机械与模具制造工艺学.北京：中国宇航出版社，2005 5兰建设主编 机械制造工艺与夹具 北京：机械工业出版社，2004 6王启平主编 机床夹具设计 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005 7北重型机械学院 机床夹具设计手册[M] 上海科技出版社，1990 8融亦鸣,朱耀祥,罗振璧.计算机辅助夹具设计[M]. 北京机械工业出版社. 2002 9刘守勇主编，机械制造工艺与机床家具[M] 北京：机械工业出版社，2005 10东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学编 机床夹具设计手册（第二版） 上海：上海科学技术出版社，1988 11周炳章，等 铣工工艺学[M] 北京：中国劳动出版社，1997 12薛源顺 机床夹具设计[M] 北京：机械工业出版社，1995 13白成轩主编 机床夹具设计新原理 北京：机械工业出版社，1997 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28