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1、拖拉机后桥半轴套车床夹具设计 目 录前言1设计题目21工件加工工艺分析32夹具结构方案的确定32.1定位方案选择及定位元件设计32.2夹紧方案选择及夹紧机构设计52.2.1夹具与工件的夹紧方案选择及夹紧机构设计62.2.2夹具与机床的加紧方案选择及加紧机构设计63 加紧机构的相关计算73.1切削力的计算73.2加紧力的计算83.2.1三抓卡盘夹紧力的计算83.2.1.1理论夹紧力可用如下公式计算93.2.1.2安全系数K的计算93.2.2螺旋夹紧机构夹紧力的计算93.3定位误差的计算104 确定夹具的主要尺寸、公差和技术要求114.1夹具总图上应标尺寸，公差11附录结束语参考资料前 言夹具是机
2、械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。高精：随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。德国demmeler(戴美乐)公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5m以内；夹具重复安装的定位精度高达5m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。高效：为了提高机床的生产效率，双
3、面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用12秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。 模块、组合：模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计
4、与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。 通用、经济：夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国demmeler(戴美乐)公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。 本设计也是遵循以上夹具技术的发展方向，围绕高效、通用、经济而进行设计的。设计题目由拖拉机半轴套零件图可知零件的基本结构和加工要求。该工件铸成后
5、（铸件图参见附录）需车削四个端面和两个外圆，并满足各端面的平面度和垂直度的要求及两外圆的同轴度要求,为后期加工提供较好的定位基准。车削后需铣削三个端面，其中两个是为了钻孔而做的前期工作，而有10度倾角要求的端面是零件图中的要求。端面车削好后需对两个端面钻通孔，各端面孔的位置要求为均布，并且为了保证连接紧凑，法兰面不光滑平整的情况下需要在通孔周围刮深0.518的孔。在前期车好端面和钻好孔的情况下，可以方便的利用其对钻两排孔进行定位。加工该零件的夹具设计由谢李华、朱敏芳及本人组成的三人小组负责设计。其中本人负责车床夹具的设计。图（一）是拖拉机半轴套车削的工序图，该零件是中批量生产，现要求设计车削该
6、零件四个端面和两外圆的车床夹具。其中两端面和外圆的粗糙度要求是6.3，另外两端面的粗糙度要求是3.2，两外圆的直径分别是mm和mm。且应保证图中的相应面的平面度和垂直度及两外圆的同轴度的要求。图（一）具体步骤如下：1 工件的加工工艺分析按照常规的车削方法先车端面再车外圆。其中端面粗糙度要求为6.3的两端面比较容易完成，可通过粗车完成。粗糙度要求为3.2的两端面因为有平面度0.06mm和垂直度0.08mm的要求，所以需在完成车外圆后才能加工出来。两外圆的尺寸分别为mm和mm，且还有同轴度0.1mm的要求，所以最好是在一次装夹中完成以满足该精度的要求。但考虑到加工可取性，本人选择了两次加工完成，详
7、解后续。另外为了配合该零件的后期钻孔加工，对F平面有一个平面度为0.06mm的要求。基于以上精度要求，再结合零件图上个各尺寸要求的工序基准，初步把整个加工工艺工程表示成下表步骤顺序步骤内容保证的尺寸1车左端面粗糙度6.32车右端面粗糙度6.3，平面度0.06mm，零件长度313mm3车左外圆mm，同轴度0.1mm4车右外圆mm，同轴度0.1mm5车左大端面粗糙度3.2，平面度0.06mm，垂直度0.08mm6车右大端面粗糙度3.2，平面度0.06mm，垂直度0.08mm2 夹具结构方案的确定2.1定位方案选择及定位元件设计 该零件是个不规则的零件，要对其两端面进行加工，必须的选好定位元件，仔细
8、观零件的结构，如果对零件的外面进行定位，很难做到想得到的结果，即使得可以得到结果，那也很繁琐，夹具也讲究效率、经济。所以结合零件结构，只有在零件内部进行定位装夹，方法才能简单可靠。如此，我们可以得到以下方案。方案一：对套类零件，为了简化定心定位装置，常常采用刚性心轴作为定位元件。因为工件的端面还未加工故不能用带有凸肩的心轴，即在夹紧装置的设计上不能使用拉杆。而工件的内孔直径呈中间大两头小分布，所以只能靠两端的小孔来定位并通过与圆孔的过盈配合来夹紧。示意图如图（二）。限定工件六个自由度。心轴上的键是用来传递扭矩，带动工件和车床主轴一起转动。心轴左端用于与鸡形夹抓紧。同时其轴心线也是夹具体和车床定
9、位的一个基准。图（二）如此设计则可在一次装夹完成上述对工件各端面和外圆的加工。但由于定位基准是两端的内壁且夹紧是通过过盈配合，所以虽然该心轴的定位精度高但装卸工件麻烦，生产效率较低。且由于工件为铸件，内壁精度很低，容易引起夹紧不可靠。方案二：用螺丝来代替夹紧，在车左端面方面，装夹不用螺母、垫圈和左边的锥套固定，因为如果用左边的锥套固定，那么锥套将会复盖一部分在端面，使左端面加工不完全，等车完左端面再地行第二次装夹，加上螺母，这样就不会影响加工，因为车左端面时要求较低。粗车就可达到粗糙度6.3的要求，且对平面度和垂直度没有要求，所以只用三抓卡盘定位及夹紧即可。为了保证工件在转动时候的安全，可在工
10、件中间部分用中心架顶住，但由于工件表面是一个锥体，且还是铸件，所以中心架的顶杆并不与工件接触只是起保护作用，防止工件由于旋转而甩出。在车右端面方面，由于其有粗糙度6.3的要求，还为了配合后期的钻孔的定位所以有平面度0.06mm的要求，再结合左端面的外形结构，故把该工序的夹具和车外圆的夹具合在一起。使得车右端面和车外圆在一次装夹完成。在车外圆方面，由于有同轴度0.1mm的要求，而其外形方面却又找不到合适的定位基准，故以工件上的内孔作为定位基准。但由于工件本身为铸件，内部的尺寸精度不高，故以其内孔两端的截面圆心的连线为定位基准。定位元件采用定位套。如图（三）所示。这样限定了工件的六个自由度。在车大
11、端面方面，为了减少工件的安装时间，且保证其平面度0.06mm和垂直度0.08mm的要求，故仍以内孔两端的截面圆心的连线为定位基准。该工序的夹具也和车外圆的的夹具合在一起。使得车端面和车外圆可在一次装夹内完成。提高装夹的效率。图（三）1- 心轴 2- 锥套 3- 垫圈 4- 螺母2.2夹紧方案选择及夹紧机构设计2.2.1夹具与工件的夹紧方案选择及夹紧机构设计方案一：如图（二）通过心轴与工件内壁的过盈配合夹紧，设计简单，心轴的制作也简单。但装卸工件时比较麻烦，生产效率也较低，且由于工件内壁精度不高，故夹紧不可靠。方案二：螺旋夹紧机构简单，夹紧可靠，通用性大，且结合工件的形状，故该设计使用螺旋加紧机
12、构夹紧。如图（三）心轴1上有一锥台用于右端定位，锥台的锥面上开有键槽，当心轴加工好后把键焊接在键槽内；心轴左端为螺杆结构，具体尺寸见（零件图一）。锥套2用于左端定位，并在锥面上开有键槽，当锥套加工好后把键焊接在键槽内，使得其和心轴上的键配合传递扭矩。具体尺寸见（零件图二、三）。垫圈3和螺母4起夹紧作用，具体尺寸见（零件图四、五）。这样的机构既能起到夹紧的功能，也有自动定心的功能。虽然要装夹两次，但第二次装夹很简单，在很短的时间内就可以完成，而且在装夹时不会影响后面的的精确度，在装卸方便时，也提高了生产效率。此外，通过使用不同规格的锥套与此心轴配合可加工不同尺寸的套类零件。可小幅度的实现其通用性
13、并提高此使用夹具的经济性。2.2.2夹具与机床的加紧方案选择及加紧机构设计两套方案的夹具在车床上的定位都是以三爪卡盘夹住夹具体，再通过尾座顶尖与心轴的顶尖孔的接触来实现的。三抓卡盘和尾座顶尖是通用夹具，因此不需专门设计，可根据生产的实际情况选择适当型号的三爪卡盘和尾座顶尖。故在总装图中不画出。两个方案的比较优劣可由下表比较表示出序号定位方面夹紧方面装夹次数经济性方案一以两端小孔内壁定位，定位精度高通过过盈配合夹紧，但由于工件内壁精度不高，加紧不可靠一次装卸麻烦，生产效率低方案二以内孔两端的截面圆心的连线定位螺旋夹紧机构简单，夹紧可靠，通用性大两次装卸简单，由于其有一定的通用性，故经济性也得到一
14、定的提高由上表对比可知，选用方案二较为妥善。为此，根据以上情况，可以确定整个加工工艺工程表示如下表步骤顺序步骤内容保证的尺寸1车左端面粗糙度6.32加上螺母限制足够的自由度，加紧机构3车右端面粗糙度6.3，平面度0.06mm，零件长度313mm4车左外圆mm，同轴度0.1mm5车右外圆mm，同轴度0.1mm6车左大端面粗糙度3.2，平面度0.06mm，垂直度0.08mm7车右大端面粗糙度3.2，平面度0.06mm，垂直度0.08mm3 加紧机构的相关计算3.1切削力的计算刀具在切削工件时，存在切屑与工件内部弹、塑性变形的抗力；切屑与工件对刀具产生的摩擦阻力；两者作用在刀具上的合力为F。为了测量、计算和反映实际作用的需要，可将合力F分解为三个分力：切削力Fc在主运动方向上的分力；背向力Fp在垂直于假定工作平面上分力；进给力Ff在进给运动方向上的分力；各分力与合力的关系为：根据切削力实验公式 式中 Fc、Fp、Ff各切削分力，单位为N； 、公式中系数，根据加工条件由实验确定；查表确定分别为2795、1940、2880； xf、yf、nf 表示
