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機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院
專業(yè)課程綜合設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)題目：星輪夾具設(shè)計(jì)
姓 名： 崔 檬
學(xué) 號(hào)： 0811113007
班 級(jí)： 機(jī)電1班
指導(dǎo)老師： 劉曉梅
目錄
一、設(shè)計(jì)題目 3
任務(wù) 3
二、零件及加工工藝分析 3
1、零件分析 3
2、工藝分析 4
三、夾具設(shè)計(jì) 5
1、基本要求 5
2、設(shè)計(jì)方案 6
2.1定位面及定位元件的選擇 6
2.2夾緊面及夾緊元件的選擇 7
2.3鉆套的選擇 7
2.4鉆模板的確定 7
2.5夾具體的確定 8
2.6其他零件的選擇 9
3、鉆削力的計(jì)算 10
4、夾緊力的計(jì)算 10
5、定位誤差分析 12
小結(jié) 15
參考文獻(xiàn) 16
附件 17
18
1、 設(shè)計(jì)題目：星輪（孔3×4）專用夾具設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)任務(wù)：
夾具總裝圖 1張
夾具零件圖 3張
課程設(shè)計(jì)說明書 1份
工序圖 1張
二、零件及加工工藝分析
星輪零件圖
1、零件分析：星輪多應(yīng)用于星輪減速器，該種類型的減速器具有傳動(dòng)效率高、承載能力高、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低、速比范圍大、傳動(dòng)比密寬等特點(diǎn)。星輪材料為45鋼，價(jià)格適中，加工容易，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。零件圖如圖所示。
2、工序分析：
本次夾具設(shè)計(jì)所對(duì)應(yīng)的工序如下所示，要求先用2的鉆頭鉆通孔，再用4的鉆頭加工4孔。
加工工序圖
該孔的加工工序是工件加工工藝過程最后加工表面。所以其它可以選作定位基準(zhǔn)的表面基本均已加工完成。本工序需保證的尺寸包括孔距端面的尺寸和孔軸線對(duì)已加工斜面的垂直度以及孔軸線對(duì)工件內(nèi)孔的垂直度。
（1）方案一
定位方法如圖所示
通過心軸與星輪Φ28內(nèi)孔的過盈配合可以限制4個(gè)自由度，分別為X、Y的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，通過定位銷對(duì)星輪Φ64端面的定位可以限制Z方向的移動(dòng)。由于Φ64端面為已加工端面，形位精度可以達(dá)到要求，因此采用對(duì)稱布置的兩個(gè)定位銷，而不會(huì)造成過定位。再通過一根定位銷來定位繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
（2）方案二
定位方法如圖所示
通過心軸與星輪Φ28內(nèi)孔的過盈配合可以限制4個(gè)自由度，分別為X、Y的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，通過星輪Φ45端面與夾具的配合可以限制住Z方向的移動(dòng)，再通過一根定位銷來定位繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
由于Φ45端面為該軸段軸向長(zhǎng)度的定位端面，以此端面為定位基準(zhǔn)可以更好地保證所鉆的孔居于銑削平面的中間位置。綜上分析，決定選用方案1的定位方法。
三、夾具設(shè)計(jì)
1、基本要求
(1)選擇合適的定位元件、夾緊元件、導(dǎo)向元件以及對(duì)刀元件；
(2)掌握夾具設(shè)計(jì)的基本方法和步驟；
(3)根據(jù)工序卡對(duì)夾具體進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將各部件進(jìn)行裝配以獲得專用夾具的裝配圖；
(4)掌握各部件的設(shè)計(jì)原則，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，提高夾具的通用性和經(jīng)濟(jì)性；
(5)掌握尺寸鏈、夾緊力和切削力的計(jì)算。
2、設(shè)計(jì)方案
由工序圖可知，星輪2、4孔應(yīng)選用選用立式鉆床加工，由于加工要求主軸轉(zhuǎn)速400r/min，所以選用Z535進(jìn)行加工，為保證設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)星輪的加工批量要求而知，應(yīng)選用專用夾具。
2.1定位面及定位元件的選擇
心軸
由于所要加工的孔對(duì)星輪主軸線有垂直度要求，所以選擇孔28作為定位面，選擇心軸作為定位元件。另外，為保證鉆孔的位置，在繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上加定位銷輔助定位。心軸如圖三所示。
2.2夾緊面及夾緊元件的選擇
由于加工過程中工件要限制六個(gè)自由度，所以選擇孔28兩端的平面作為夾緊面。因?yàn)榧庸み^程中需要轉(zhuǎn)動(dòng)被加工零件，所以心軸一端與夾具體以過盈配合形式連接，另一端用螺母鎖緊。
2.3鉆套的選擇
鉆套的作用是確定鉆頭，鉸刀等刀具的軸線位置，防止刀具在加工過程中發(fā)生偏斜。根據(jù)使用二點(diǎn)，鉆套可分為固定式，可換式，快換式等多種結(jié)構(gòu)形式。由于加工過程中需要使用直徑不同的刀具，為節(jié)省時(shí)間，選擇快換鉆套。
2.4鉆模板的確定
根據(jù)加工需要，選擇固定式鉆模板。如圖所示
2.5夾具體的確定
星輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是比較小，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意夾具體結(jié)構(gòu)尺寸的大小。夾具體的作用是將定位及夾具裝置連接成一體，并能正確安裝在機(jī)床上，而且在零件的加工過程中，夾具還要承受夾緊力、切削力以及由此產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)，因此夾具體必須具有必要的強(qiáng)度和剛度。切削過程中產(chǎn)生的切屑有一部分還會(huì)落在夾具體上，切屑積聚過多將影響工件可靠的定位和夾緊，因此設(shè)計(jì)夾具體時(shí)，必須考慮其結(jié)構(gòu)應(yīng)便于排屑。由于鑄造夾具體能夠鑄出各種復(fù)雜形狀，工藝性好，并且具有較好的抗壓強(qiáng)度、剛度和抗振性，所以?shī)A具體的材料一般采用鑄鐵，這里選擇HT200。夾具體如圖四所示。
夾具體
2.6其他零件的選擇
為了節(jié)省零件的加工時(shí)間，減少夾具的成本，在同樣的情況下采用國(guó)標(biāo)零件，減少因?yàn)閷Ｓ昧慵拈_發(fā)要花費(fèi)很多時(shí)間以及成本：螺母、墊圈、螺釘、螺栓、定位銷等零件采用國(guó)標(biāo)零件。
綜上所述，設(shè)計(jì)夾具總裝配圖如圖五所示。其中：
定位銷與夾具體連接部分之間的配合為過盈配合；
套筒與夾具體之間的配合為過盈配合；
心軸與工件之間的配合為間隙配合。
綜上所述，夾具裝配圖可設(shè)計(jì)如圖五所示：
夾具裝配圖
3、鉆削力的計(jì)算
刀具：選用不易磨損的硬質(zhì)合金麻花鉆YG8。
鉆2孔：鉆削進(jìn)給力為
=410×××1.03
=172.53N
轉(zhuǎn)矩為
=120×××1.03
=90.01N
鉆4孔：鉆削進(jìn)給力為
=410×××1.03
=1325.32N
轉(zhuǎn)矩為
=120×××1.03
=1498.74N
4、夾緊力的計(jì)算
計(jì)算夾緊力是一個(gè)很復(fù)雜的問題，一般只能粗略地估算。因?yàn)樵诩庸み^程中，工件受到切削力、重力、沖擊力、離心力和慣性力等的作用，從理論上講，夾緊力的作用效果必須與上述作用力（矩）相平衡。但是在不同條件下，上述作用力在平衡系中對(duì)工件所起的作用是各不相同的。為了簡(jiǎn)化夾緊力的計(jì)算，通常假設(shè)工藝系統(tǒng)是剛性的，切削過程是穩(wěn)定的。在這些假設(shè)條件下根據(jù)切削力實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式求出切削力，然后找出加工過程中最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，按靜力學(xué)原理求出夾緊力的大小。夾緊力計(jì)算公式為
式中 ——在最不利條件下由靜力平衡計(jì)算出的夾緊力
——實(shí)際需要的夾緊力
K——安全系數(shù)，一般取K=1.5-3
所以鉆削過程中，在最不利條件下由靜力平衡計(jì)算出的夾緊力
=2×1325.32N
=2650.64N
在許多情況下，并不是由夾具的定位支承機(jī)構(gòu)或夾緊機(jī)構(gòu)本身直接承受工件所受切削力，而是由工件在緊急狀態(tài)下，工件與定位支承機(jī)構(gòu)及夾緊機(jī)構(gòu)之間所產(chǎn)生的摩擦力來防止工件產(chǎn)生平移或轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在確定夾緊力時(shí)，需要考慮各種接觸表面之間的摩擦系數(shù)。
摩擦系數(shù)主要取決于工件和支承件，壓板之間的接觸形式：
——工件和支承件之間的摩擦系數(shù)；
——工件和壓板之間的摩擦系數(shù)；
查表得
=0.2，=0.7
在加工過程中，由于工藝的不同，工件材質(zhì)和加工余量的不同以及刀具鈍化等因素的影響，欲準(zhǔn)確地確定所需夾緊力是很困難的。因此，為了夾緊可靠，必須將計(jì)算所得的切削力乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需的夾緊力。
安全系數(shù)：K=×××
式中， ——基本安全系數(shù)
——加工狀態(tài)系數(shù)
——刀具鈍化系數(shù)
——切削特點(diǎn)系數(shù)
查得
=1.2，=1.2，=1.2，=1
K=1.2×1.2×1.2×1=1.728
夾緊機(jī)構(gòu)所能提供的夾緊力為
>= 2650.64N
切削力小于夾緊力，所以該夾緊裝置可用。
5、定位誤差分析
一批工件依次在夾具中進(jìn)行定位時(shí)，由于工序基準(zhǔn)的變動(dòng)對(duì)加工表面尺寸所造成的極限值之差稱為定位誤差。產(chǎn)生定位誤差的原因是工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不相重合或工序基準(zhǔn)自身在位置上發(fā)生偏移或位移所引起的。
用夾具裝夾工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度的因素很多，與夾具有關(guān)的因素有：定位誤差ΔP、對(duì)刀誤差ΔT、夾具在機(jī)床上的安裝誤差ΔA和夾具誤差ΔE，在機(jī)械加工工藝系統(tǒng)中，影響加工精度的其它因素綜合稱為加工方法誤差ΔG。上述各項(xiàng)誤差均導(dǎo)致刀具相對(duì)工件的位置不精確而形成總的加工誤差∑Δ。
（1）定位誤差ΔP
在本設(shè)計(jì)中，由于定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)是重合的，所以基準(zhǔn)不重合誤差為0。當(dāng)支承面即工件底面對(duì)夾具的安裝基準(zhǔn)（底面）有平行度誤差及支承面對(duì)夾具的對(duì)刀基準(zhǔn)（鉆套軸線）有位置誤差，被加工孔的定位誤差為
移動(dòng)誤差：
轉(zhuǎn)動(dòng)誤差：
故定位誤差為
按標(biāo)注的測(cè)量尺寸：
將上述數(shù)值代入定位誤差計(jì)算公式，則得：
（2）對(duì)刀誤差ΔT
因?yàn)榈毒呦鄬?duì)于對(duì)刀或?qū)蜓b置不精確造成的加工誤差，稱為對(duì)刀誤差。本工序中麻花鉆是采用模板進(jìn)行導(dǎo)向，鉆孔時(shí)導(dǎo)向誤差計(jì)算公式為：
即得導(dǎo)向誤差mm
（3）夾具在機(jī)床上的安裝誤差ΔA
因?yàn)閵A具在機(jī)床上的安裝不精確而造成的加工誤差，稱為夾具的安裝誤差。
一般取：Δ水A=0.02mm Δ垂A=0mm
（4）夾具誤差ΔE
因夾具上定位元件，對(duì)刀或?qū)蛟鞍惭b基面三者之間（包括導(dǎo)向元件與導(dǎo)向元件之間）的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差，夾具誤差大小取決于夾具零件的加工精度的夾具裝配時(shí)的調(diào)整和修配精度。一般取ΔE=0.04mm。
（5）加工方法誤差ΔG
因機(jī)床精度，刀具精度，刀具與機(jī)床的位置精度，工藝系統(tǒng)受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差，統(tǒng)稱為加工方法誤差，因該項(xiàng)誤差影響因素很多，又不便于計(jì)算，所以常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為它留出工件公差的1/3。計(jì)算時(shí)可設(shè)ΔG=。
——工件位置公差取0.20
ΔG= =1/3×0.20=0.067mm
∴工件總加工誤差
=0.176
由于該工序要求的加工精度不高，所以此套夾具滿足精度要求。
小結(jié)
課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合運(yùn)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)、從事職業(yè)工作前一個(gè)必不可少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深地體會(huì)到這句千古名言的含義。
通過整個(gè)完整的設(shè)計(jì)過程，我首先對(duì)已學(xué)過的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了一個(gè)全面的復(fù)習(xí)，對(duì)于加工工藝的過程也有一個(gè)更深的了解。然后就是懂得了如何根據(jù)所給的零件去設(shè)計(jì)一個(gè)完整的夾具。夾具的設(shè)計(jì)是一次將各科目的知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用的實(shí)踐，通過本次設(shè)計(jì)，在專業(yè)知識(shí)方面有了一定的進(jìn)步，在如何利用各種資源查詢各類標(biāo)準(zhǔn)，參考同類夾具的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法，提高所設(shè)計(jì)專用夾具的可行性、經(jīng)濟(jì)性等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步；綜合考慮上次工藝課程設(shè)計(jì)，通過夾具設(shè)計(jì)對(duì)上次工藝進(jìn)行了一定的修改，使得工件的加工工藝編排更加合理。本次夾具設(shè)計(jì)是一次難得的實(shí)踐機(jī)會(huì)，不僅鞏固了已學(xué)知識(shí)，并且在如何做好設(shè)計(jì)，如何利用資源，如何修改設(shè)計(jì)方案等方面有了一定的提高。感覺頗深的是機(jī)械加工工藝的嚴(yán)謹(jǐn)性，每一個(gè)數(shù)據(jù)都比較嚴(yán)格和有相應(yīng)的規(guī)范與出處，以及每一個(gè)步驟都不是孤立的，要有全局意識(shí)才能做好設(shè)計(jì)。但是由于自己相關(guān)專業(yè)知識(shí)知貧乏，當(dāng)中可能會(huì)出現(xiàn)一些問題，希望老師諒解，并多多批評(píng)和指正。
參考文獻(xiàn)：
[1]《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]》楊黎明主編 國(guó)防工業(yè)出版社.1996.
[2]《現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M]》吳拓編著 化學(xué)工業(yè)出版社.2009.
[3]《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 機(jī)械工業(yè)出版社
[4]《互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M]》李軍編著 華中科技大學(xué)出版社.2008.
[5]《機(jī)械制造工藝學(xué)》 王先逵主編 機(jī)械工業(yè)出版社
[6]《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]》 王光斗，王春福 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，
[7]《機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 吳拓主編 機(jī)械工業(yè)出版社
[8]《機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》 張耀宸主編 航空工業(yè)出版社
附件：
1 、工序卡
2 、夾具裝配圖
3 、夾具零件圖（鉆模板）
4 、夾具零件圖（夾具體）
5、 夾具零件圖（心軸）