凸輪軸夾具課程設計說明書

1緒論機床夾具是在切削加工中，用以準確確定工件位置，并將其牢固地夾緊的工藝裝備.它的主要作用是：可靠地保證工件的加工精度，提高加工效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。因此,機床夾具在機械制造中占有重要的地位。機床夾具設計是工藝裝備設計中的一個重要組成部分,是保證產(chǎn)品質量和提高勞動生產(chǎn)率的一項重要技術措施.在設計過程中,應深入生產(chǎn)實際，進行調查研究,吸取國內外的先進技術，制定出合理的設計方案，一般夾具設計步驟如下：1.深入生產(chǎn)實際調查研究在深入生產(chǎn)實際調查研究中，應掌握下面一些資料。1）工件圖紙：詳細閱讀工件圖紙，了解工件被加工表面的技術要求，該件在機器中的位置和作用，以及裝配中的特殊要求.2）工藝文件：了解工件的工藝過程，本工序的加工要求，工件已加工面及待加工面的狀態(tài)，基準面選擇的情況,可用的機床設備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。3）生產(chǎn)綱領:夾具的結構形式應與工件批量大小相適應，做到經(jīng)濟合理。4）制造與使用夾具的情況:有無通用零部件可供選用；工廠有無壓縮空氣站；制造和使用夾具的工人的技術狀況等。2.確定工件的定位方法和刀具的導向方式工件在夾具中的定位應符合定位原理。合理地設置定位件和導向件.設計定位件和導向件時，應盡量采用通用標準.3.確定工件的夾緊方式和設計夾緊機構夾緊力的作用點和方向應符合夾緊原則.進行夾緊力的分析和計算,以確定夾緊元件和傳動裝置的主要尺寸。4。確定夾具其他部分的結構形式如分度裝置、對刀元件和夾具體等。5.繪制夾具總裝配圖在繪制總裝配圖時,盡量采用1:1比例，主視圖應選取面對操作者的工作位置。繪圖時，先用紅線或雙點劃線畫出工件的輪廓和主要表面，如定位表面，夾緊表面和被加工表面等。其中，被加工表面用網(wǎng)紋線或粗實線畫出加工余量.工件在夾具上可看成是一個假想的透明體，按定位元件、導向元件、夾緊機構、傳動裝置等順序，畫出具體結構，最后畫夾具體。6。標注各部分主要尺寸、公差配合和技術要求7。標注零件編號及編制零件明細表在標注零件編號時，標準件可直接標出國家標準代號.明細表要注明夾具名稱、編號、序號、零件名稱及材料、數(shù)量等。8.繪制夾具零件圖拆繪夾具零件圖的順序和繪制夾具總裝配圖的順序相同.在機床上加工工件時，為了要使該工序所加工的表面，能達到圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的互相位置精度等技術要求，在加工前，必須首先將工件裝好夾牢.把工件裝好就是要在機床上確定工件相對刀具的正確加工位置。工件只有處在這一位置上接受加工,才能保證其被加工表面達到工序所規(guī)定的各項技術要求。在夾具設計的術語中，把工件裝好稱為定位。把工件夾牢，就是指在已經(jīng)定好的位置上將工件可靠地夾住。以防止在加工時工件因受到切削力、離心力、沖擊和振動等的影響，發(fā)生不應有的位移而破壞了定位。在夾具設計的術語中把夾牢工件稱做夾緊。由此可知,工件裝夾的實質，就是在機床上對工件進行定位和夾緊。裝夾工件的目的，則是通過定位和夾緊而使工件在加工過程中始終保持其正確的加工位置，以保證達到該工序所規(guī)定的加工技術要求。在機械制造過程中，用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢驗的裝置,都可以統(tǒng)稱為夾具.例如：焊接過程中用于拚焊的焊接夾具；檢驗過程中用的檢驗夾具；裝配過程中用的裝配夾具；機械加工中用的機床夾具等，都屬于泛指的夾具范疇。2現(xiàn)代夾具的發(fā)展2。1柔性夾具的主要發(fā)展方向由于經(jīng)濟和技術的發(fā)展以及數(shù)控、加工中心機床的特點,對機床夾具的使用性能和結構提出了更高更新的要求，需要一種結構簡單、精度高、強度高和通用性好、適應性強、柔性高的新型夾具系統(tǒng).這種夾具能適應不同的機床、不同的產(chǎn)品或同一產(chǎn)品不同的規(guī)格型號，能最大限度地滿足各種機床夾具的需要。以組合夾具為基礎的柔性夾具就是根據(jù)以上的要求設計制造的，這種柔性夾具的特點是:元件規(guī)格統(tǒng)一化、元件性能多功能化、元件結構簡單化、模塊化、夾緊工件快速自動化、重復使用可調化、組裝管理微機化.柔性夾具是現(xiàn)代夾具的一個主要發(fā)展方向。柔性夾具是由一套預先制造好的各種不同形狀、不同尺寸規(guī)格、不同功能的系列化、標準化元件、合件組裝而成的。柔性夾具元件、合件具有較好的互換性和較高的精度及耐磨性。柔性夾具能保證工件在規(guī)定的坐標位置上準確定位和牢固的夾緊,也就是說能保證工件相對于機床坐標原點具有準確和穩(wěn)定可靠的坐標位置。這種夾具具有較高的剛度和精度,在粗加工時能承受較大的切削用量,以充分發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的生產(chǎn)能力,在精加工時能更好地保證工件定位基準和加工表面的位置精度，還能根據(jù)數(shù)控、加工中心機床的要求保證夾具應允許刀具接近盡可能更多的被加工表面甚至全部被加工表面,可減少機床的停機時間,在夾具上還能一次裝夾多個工件同時依次加工，可以減少夾具、刀具、工件系統(tǒng)的調整時間,還能減少刀具的更換次數(shù)和刀具的調整時間,更好地發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能。柔性夾具元件可以通過組裝、使用、拆卸、再組裝重復使用。柔性夾具元件分三個系列：槽系列夾具元件、孔系列夾具元件、光面系列夾具元件.2。2夾具的發(fā)展趨勢a．夾具元件多功能模塊化能單獨使用也能與其他元件組合在一起使用的多功能模塊化單元體的比例將進一步增加。如現(xiàn)在使用的各種定位夾緊座、定位壓緊支承、精密虎鉗等模塊式單元體具有定位、夾緊以及調節(jié)的綜合功能,可以一件單獨使用,也可以幾件組裝在一起使用，T形基礎、方箱能組裝成一次能裝夾多件相同或不相同的工件的夾具，使用這種夾具可以減少機床的停機時間，最大限度發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能。b．高強度、高剛性、高精度為了提高勞動生產(chǎn)率，縮短工件的加工工時，工件的加工已向著高速、大切削量方向發(fā)展,工序高度集中，工件定位夾緊后要依次完成銑、鉆、鏜等多工序的加工。切削力的大小、方向在不斷地變化,這就需要柔性夾具本身要有較高的使用強度和剛度,才能滿足工件的加工精度。c．專用夾具、組合夾具、成組夾具一體化現(xiàn)代化加工設備的多功能化,使工藝過程高度集中、工件一次定位裝夾后能完成多工序加工,這就需要一種通用而又能重復使用的組合可調式的夾具系統(tǒng),它是由一系列統(tǒng)一化、標準化的元件和合件組成，利用這些元件、合件組裝成各種不同形式、不同結構、可重復使用的夾具，供單件或中小批量生產(chǎn)使用。這種夾具系統(tǒng)保留了組合夾具的各種優(yōu)點,組裝又像專用夾具那樣簡單可靠,又有可調整元件,保留了成組夾具的優(yōu)點。為了便于夾具與機床定位連接,夾具基體有統(tǒng)一標準的定位連接位置,使之專用、組合、成組夾具向著一體化、組合化方向發(fā)展,以滿足現(xiàn)代化加工設備的需要。d．工件夾緊快速化、自動化為縮短工件加工中的輔助時間,減輕工人的勞動強度，工件的裝夾、拆卸也需要機械化、自動化。工件的夾緊由原來的單一功能的壓緊件、緊固件發(fā)展為可以調整的模塊,以便實現(xiàn)快速組裝和快速夾緊。對于批量大的一些零件的加工，液壓夾具、氣動夾具可實現(xiàn)工件自動化快速夾緊。2.3組合夾具的應用隨著機械制造業(yè)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式逐步被中小批量生產(chǎn)模式所取代，機械制造系統(tǒng)欲適應這種變化需具備較高的柔性。國外已把柔性制造系統(tǒng)(FMS)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展方向。柔性化的著眼點主要在機床和工裝兩個方面,組合夾具是工裝柔性化的重點.隨著科學技術的日新月異，先進制造技術不斷得到發(fā)展。柔性制造技術、集成制造技術將是現(xiàn)代先進制造技術發(fā)展的主流。未來制造過程將變得更智能化，制造企業(yè)適應市場的能力更強。柔性制造技術由于其高效、靈活的特性使其成為實施敏捷制造、并行工程、精益生產(chǎn)和智能制造系統(tǒng)的基礎，且應用日益廣泛，已成為整個機構制造領域的核心技術，而組合夾具由于其靈活性,已成為現(xiàn)代夾具的主要發(fā)展方向,在制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用.3設計任務待加工工件及加工要求要求設計一臥式銑床夾具，加工凸輪軸的半圓形鍵槽。該零件的技術要求為：大端直徑φ40h6mm，加工段直徑φ28.450-0.1mm，半圓形槽深5+10,半徑為14mm，槽寬mm,鍵槽的對程度公差為0。1。凸輪軸的軸線對于機床工作臺面的水平度誤差為0.02，鍵槽的表面粗糙度為3。2.夾具體的基本要求：1）能保證工件的加工要求保證加工質量,是必須首先滿足的要求.保證加工質量的關鍵，就在于正確選定定位基準、定位方法和定位元件。必要時需進行誤差的分析計算。2）能提高生產(chǎn)率，降低成本應盡量采用各種快速高效的結構，縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率。同時盡可能采用標準元件與標準結構,力求結構簡單,制造容易，以降低夾具制造成本。3）操作方便、省力和安全在客觀條件許可且又經(jīng)濟的前提下,盡可能采用氣動、液壓和氣液等機械化夾緊裝置，以減輕操作者的勞動強度.操作位置應正確符合操作工人的操作習慣，并注意操作安全.4）便于排屑排屑問題是夾具設計中的一個重要問題。因為切屑積聚在夾具中，會破壞工件正確可靠地定位;切屑帶來的大量熱量會引起熱變形，影響加工質量；清掃切屑又要花費一部分輔助時間。4定位方案的設計在工藝學中已經(jīng)知道，工件在加工前,必須首先使它在機床上相對刀具占有正確的加工位置，這就是定位。夾具在工件定位過程中起著決定的作用，工件正是通過夾具相對機床、刀具占有正確的加工位置.工件在夾具中定位的目的，就是要使同一批工件在夾具中占有一致的正確加工位置.要使工件完全定位，就必須限制工件在空間的六個自由度,此即為工件的“六點定位原則”。在定位設計中，會遇到以下幾種情況:（1）完全定位限制了工件全部的六個自由度,稱為工件的“完全定位”.（2）不完全定位在對工件的加工精度沒有影響的情況下,允許少于六點的定位稱為“不完全定位。（3）欠定位工件的定位支承點數(shù)少于應限制的自由度數(shù)，這種工件定位點不足的情況,稱為“欠定位“，欠定位在實際生產(chǎn)中是不允許的。（4）過定位工件的某一個自由度同時被兩個或多個定位支承點重復限制,這種情況稱為“過定位“，也叫”重復定位“。本設計因加工需要，對六個自由度均有限制的要求，所以選用完全定位。4。1定位方案選擇方案一：工件以φ40和φ28。45兩個外圓放在兩個V形塊上定位,端面軸向定位于擋板上,為控制凸輪與鍵槽的相對位置，由浮動的V形板來對凸輪的表面做角向定位，從而完成六點定位。優(yōu)點：（1）定位精度高；(2）安裝方便;（3)對中性好；（4)V形塊結構已經(jīng)標準化.缺點：結構較復雜，制造要求較高。方案二：工件在φ40外圓處以定位套筒定位,端面軸向定位于擋板上，由浮動的V形板來對凸輪的表面做角向定位。（方案二圖）優(yōu)點：（1）元件結構非常簡單;（2)制造、安裝很方便。缺點:（1）定心精度不高；(2)配合較松時易產(chǎn)生工件傾斜;(3)定位精度不高。方案三：凸輪軸兩端用兩個錐套定位，由浮動的V形板來對凸輪的表面做角向定位。（方案三圖）優(yōu)點:（1）結構簡單;（2）制造和安裝都很方便.缺點：（1)定位精度不高；（2）有可能擋住刀具。綜合以上三個方案，從經(jīng)濟性，可行性,方案的優(yōu)缺點以及加工零件的加工要求出發(fā)，應優(yōu)先選用方案一.所以該夾具設計的定位方案為方案一。采用兩個V形塊、一個浮動V形板和一塊擋板來完成六點定位。4。2V形塊的設計如圖所示，V形塊的基本尺寸為：H:V形塊的高度；N：V形塊的開口尺寸；D：V形塊的標準心軸直徑，即,工件定位用的外圓直徑;T:對標準心軸而言，V形塊的標準定位高度。V形塊的夾角取90度.已知：，；兩塊V形塊的計算內容如下：因,取所以，4。3定位誤差的計算在機械加工過程中，工件的加工允差δk要大于與夾具有關的加工誤差和其他一些因素有關的加工誤差之和。即，式中，：工件的加工允差；：與夾具有關的加工誤差;：其它因素引起的加工誤差.其中,式中，：定位誤差；：夾緊誤差;：夾具的安裝誤差;：導引誤差;：夾具磨損引起的加工誤差.在夾具設計制造中，要盡可能減少與夾具有關的加工誤差，如果這部分誤差所占比重很大,則留給補償其它誤差的比例就很小，結果不是降低了工件的加工精度，就是有可能造成超差而導致工件報廢。下面主要討論工件在夾具中定位時所產(chǎn)生的定位誤差。定位誤差的計算如圖所示：（誤差示意圖）定位誤差產(chǎn)生的原因有兩個:（1）定位基準與設計基準不重合,必然產(chǎn)生基準不重合引起的定位誤差Δj·b；（2）由于定位副制造不準確,而引起的定位誤差Δd·b。所以，定位誤差由圖可知:基準不重合誤差其中，為工件的公差。所以,由圖可知：定位副不準確誤差,所以,因此，總的定位誤差為即，5工件的夾緊設計5.1夾緊裝置的組成1．動力裝置夾緊力的來源，一是人力；二是某種裝置所產(chǎn)生的力。能產(chǎn)生力的裝置稱為夾具的動力裝置.常用的動力裝置有：氣動裝置、液壓裝置、電動裝置、電磁裝置、氣—液聯(lián)動裝置和真空裝置等。由于手動夾具的夾緊力來自人力,所以它沒有動力裝置.2．夾緊部分接受和傳遞原始作用力使之變?yōu)閵A緊力并執(zhí)行夾緊任務的部分,一般由下列機構組成：1）接受原始作用力的機構。如手柄、螺母及用來連接氣缸活塞桿的機構等。2）中間遞力機構.如鉸鏈、杠桿等.3）夾緊元件.如各種螺釘壓板等.其中中間遞力機構在傳遞原始作用力至夾緊元件的過程中可以起到諸如改變作用力的方向、改變作用力的大小以及自鎖等作用。3．夾緊裝置的基本要求在不破壞工件定位精度，并保證加工質量的前提下，應盡量使夾緊裝置做到：1)夾緊作用準確、安全、可靠。2)夾緊動作迅速,操作方便省力。3)夾緊變形小。4)結構簡單,制造容易。5。2夾緊機構的選擇本夾具采用斜楔夾緊機構，特點：1）斜楔具有良好的自鎖性能；2)斜楔可以改變夾緊作用力的方向；3）斜楔具有增力作用；4）斜楔的夾緊行程很小.綜合以上特點,本夾具設計可以優(yōu)先選用斜楔夾緊機構。夾緊力的計算5。3夾緊力的計算如圖所示：（斜楔機構示意圖）其中，為夾緊力，為使工件夾緊的推力.查手冊可知:增力比其中,：斜楔夾緊機構的斜楔角；:平面摩擦時作用在斜楔面上的摩擦角；：移動柱塞雙頭導向時導向孔對移動柱塞的摩擦角；:移動柱塞單頭導向時導向孔對移動柱塞的摩擦角;：移動柱塞導向孔的中點至斜楔面德距離;：移動柱塞導向孔長。所以，，，；取0。7則，；所以，外力取200N夾緊力符合加工要求.6連接元件和夾具體的設計6。1連接元件的設計銑床夾具的連接元件由兩部分組成:1）定位鍵銑床夾具以定位鍵和機床工作臺T型槽配合，每個夾具一般設置兩個定位鍵，起到夾具在機床上的定向作用，，并用埋頭螺釘把定位鍵固定在夾具體的鍵槽中。材料選用45鋼;本夾具采用B型定位鍵，具體結構尺寸如下圖所示：（定位鍵圖)2）帶U型槽的耳座在銑床夾具縱向兩端底邊上，設計帶U型槽的耳座，供T型槽用螺栓穿過,將夾具體緊固在工作臺上。材料：HT30.6.2夾具體的設計本夾具體采用鑄造結構；優(yōu)點：1)可以鑄出復雜的結構形狀；2）鑄鐵件的抗壓強度的、耐振性好，因此特別適用于加工時振動大，切削負荷大的場合;3）鑄鐵件易于加工，價格低廉，可降低夾具成本.鑄造的生產(chǎn)周期長，而且因鑄造時的內應力緣故，易引起變形,從而影響夾具體精度的持久性。因此鑄造夾具體必須進行時效處理。與焊接結構相比，鑄造可以鑄出形狀復雜的結構。因此，本夾具采用鑄造結構比較合適.材料：選用HT20，壁厚：20mm。7感受與總結在這次歷時兩周的課程設計中，發(fā)現(xiàn)自己在理論與實踐中有很多的不足，自己知識中存在著很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論到實踐的能力還急需提高。讓我認識到了仔細認真的重要性。我們這次進行的小設計，是入大學以來一次較為正式，知識面涉及較廣的