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機電及自動化學院
專業(yè)課程綜合設(shè)計說明書
設(shè)計題目：星輪夾具設(shè)計
姓 名： 崔 檬
學 號： 0811113007
班 級： 機電1班
指導老師： 劉曉梅
目錄
一、設(shè)計題目 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 5
1、基本要求 5
2、設(shè)計方案 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、鉆削力的計算 10
4、夾緊力的計算 10
5、定位誤差分析 12
小結(jié) 15
參考文獻 16
附件 17
18
1、 設(shè)計題目：星輪（孔3×4）專用夾具設(shè)計
設(shè)計任務(wù)：
夾具總裝圖 1張
夾具零件圖 3張
課程設(shè)計說明書 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效率高、承載能力高、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲低、速比范圍大、傳動比密寬等特點。星輪材料為45鋼，價格適中，加工容易，經(jīng)適當?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)計所對應(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已加工斜面的垂直度以及孔軸線對工件內(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個自由度，分別為X、Y的移動和轉(zhuǎn)動，通過定位銷對星輪Φ64端面的定位可以限制Z方向的移動。由于Φ64端面為已加工端面，形位精度可以達到要求，因此采用對稱布置的兩個定位銷，而不會造成過定位。再通過一根定位銷來定位繞Z軸的轉(zhuǎn)動。
（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個自由度，分別為X、Y的移動和轉(zhuǎn)動，通過星輪Φ45端面與夾具的配合可以限制住Z方向的移動，再通過一根定位銷來定位繞Z軸的轉(zhuǎn)動。
由于Φ45端面為該軸段軸向長度的定位端面，以此端面為定位基準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
1、基本要求
(1)選擇合適的定位元件、夾緊元件、導向元件以及對刀元件；
(2)掌握夾具設(shè)計的基本方法和步驟；
(3)根據(jù)工序卡對夾具體進行設(shè)計，并將各部件進行裝配以獲得專用夾具的裝配圖；
(4)掌握各部件的設(shè)計原則，盡量采用標準件，提高夾具的通用性和經(jīng)濟性；
(5)掌握尺寸鏈、夾緊力和切削力的計算。
2、設(shè)計方案
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進行加工，為保證設(shè)計要求，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自由度，所以選擇孔28兩端的平面作為夾緊面。因為加工過程中需要轉(zhuǎn)動被加工零件，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，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)特點是比較小，設(shè)計時應(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，因此夾具體必須具有必要的強度和剛度。切削過程中產(chǎn)生的切屑有一部分還會落在夾具體上，切屑積聚過多將影響工件可靠的定位和夾緊，因此設(shè)計夾具體時，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雜形狀，工藝性好，并且具有較好的抗壓強度、剛度和抗振性，所以夾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)省零件的加工時間，減少夾具的成本，在同樣的情況下采用國標零件，減少因為專用零件的開發(fā)要花費很多時間以及成本：螺母、墊圈、螺釘、螺栓、定位銷等零件采用國標零件。
綜上所述，設(shè)計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)計如圖五所示：
夾具裝配圖
3、鉆削力的計算
刀具：選用不易磨損的硬質(zhì)合金麻花鉆YG8。
鉆2孔：鉆削進給力為
=410×××1.03
=172.53N
轉(zhuǎn)矩為
=120×××1.03
=90.01N
鉆4孔：鉆削進給力為
=410×××1.03
=1325.32N
轉(zhuǎn)矩為
=120×××1.03
=1498.74N
4、夾緊力的計算
計算夾緊力是一個很復雜的問題，一般只能粗略地估算。因為在加工過程中，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工件所起的作用是各不相同的。為了簡化夾緊力的計算，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)切削力實驗計算公式求出切削力，然后找出加工過程中最不利的瞬時狀態(tài)，按靜力學原理求出夾緊力的大小。夾緊力計算公式為
式中 ——在最不利條件下由靜力平衡計算出的夾緊力
——實際需要的夾緊力
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構(gòu)或夾緊機構(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，工件與定位支承機構(gòu)及夾緊機構(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，因此在確定夾緊力時，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，必須將計算所得的切削力乘以安全系數(shù)作為實際所需的夾緊力。
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行定位時，由于工序基準的變動對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與定位基準不相重合或工序基準自身在位置上發(fā)生偏移或位移所引起的。
用夾具裝夾工件進行機械加工時，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、對刀誤差ΔT、夾具在機床上的安裝誤差ΔA和夾具誤差ΔE，在機械加工工藝系統(tǒng)中，影響加工精度的其它因素綜合稱為加工方法誤差ΔG。上述各項誤差均導致刀具相對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)計中，由于定位基準和工序基準是重合的，所以基準不重合誤差為0。當支承面即工件底面對夾具的安裝基準（底面）有平行度誤差及支承面對夾具的對刀基準（鉆套軸線）有位置誤差，被加工孔的定位誤差為
移動誤差：
轉(zhuǎn)動誤差：
故定位誤差為
按標注的測量尺寸：
將上述數(shù)值代入定位誤差計算公式，則得：
（2）對刀誤差ΔT
因為刀具相對于對刀或?qū)蜓b置不精確造成的加工誤差，稱為對刀誤差。本工序中麻花鉆是采用模板進行導向，鉆孔時導向誤差計算公式為：
即得導向誤差mm
（3）夾具在機床上的安裝誤差ΔA
因為夾具在機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?。害に瓵=0.02mm Δ垂A=0mm
（4）夾具誤差ΔE
因夾具上定位元件，對刀或?qū)蛟鞍惭b基面三者之間（包括導向元件與導向元件之間）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
因機床精度，刀具精度，刀具與機床的位置精度，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，因該項誤差影響因素很多，又不便于計算，所以常根據(jù)經(jīng)驗為它留出工件公差的1/3。計算時可設(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)計是我們專業(yè)課程知識綜合運用的實踐訓練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。“千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深地體會到這句千古名言的含義。
通過整個完整的設(shè)計過程，我首先對已學過的專業(yè)知識進行了一個全面的復習，對于加工工藝的過程也有一個更深的了解。然后就是懂得了如何根據(jù)所給的零件去設(shè)計一個完整的夾具。夾具的設(shè)計是一次將各科目的知識進行綜合運用的實踐，通過本次設(shè)計，在專業(yè)知識方面有了一定的進步，在如何利用各種資源查詢各類標準，參考同類夾具的設(shè)計理念和設(shè)計方法，提高所設(shè)計專用夾具的可行性、經(jīng)濟性等方面有了長足的進步；綜合考慮上次工藝課程設(shè)計，通過夾具設(shè)計對上次工藝進行了一定的修改，使得工件的加工工藝編排更加合理。本次夾具設(shè)計是一次難得的實踐機會，不僅鞏固了已學知識，并且在如何做好設(shè)計，如何利用資源，如何修改設(shè)計方案等方面有了一定的提高。感覺頗深的是機械加工工藝的嚴謹性，每一個數(shù)據(jù)都比較嚴格和有相應(yīng)的規(guī)范與出處，以及每一個步驟都不是孤立的，要有全局意識才能做好設(shè)計。但是由于自己相關(guān)專業(yè)知識知貧乏，當中可能會出現(xiàn)一些問題，希望老師諒解，并多多批評和指正。
參考文獻：
[1]《機床夾具設(shè)計手冊[M]》楊黎明主編 國防工業(yè)出版社.1996.
[2]《現(xiàn)代機床夾具設(shè)計[M]》吳拓編著 化學工業(yè)出版社.2009.
[3]《機床夾具設(shè)計指導書》 機械工業(yè)出版社
[4]《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M]》李軍編著 華中科技大學出版社.2008.
[5]《機械制造工藝學》 王先逵主編 機械工業(yè)出版社
[6]《機床夾具設(shè)計手冊[M]》 王光斗，王春福 上?？茖W技術(shù)出版社，
[7]《機械制造工藝與機床夾具課程設(shè)計指導》 吳拓主編 機械工業(yè)出版社
[8]《機械加工工藝設(shè)計手冊》 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）