夹具设计说明书11

夹具设计说明书

指导老师 姓 名： 学 号： 零件名称： 徐名聪 王唯一 0814019526 输出轴

目录

一、概述..................................................................... 2

二、被加工零件的结构特点及指定工序的加工要求 ................................. 2

（一）结构特点的论述 ......................................................... 2

（二）零件的工艺分析 ......................................................... 3

三、设计方案的讨论 ........................................................... 4

四、夹具结构特点的论述 ....................................................... 4

五、夹紧力的估算 ............................................................. 5

六、定位误差的计算 ........................................................... 5

七、夹具的主要技术条件及优缺点分析 ........................................... 5

八、夹具主要零件技术条件的分析 ............................................... 6

九、夹具非标零件的加工工艺规范 ............................................... 6

十、主要参考资料 ............................................................. 7

一、概述

设计题目：设计加工输出轴上键槽专用夹具。

在机床上用于装夹工件的装置，即为机床夹具。在机床上进行加工时，必须先把工件安装在准确的加工位置上，并将其可靠固定，以确保工件在加工过程中不发生位置的变化，才能保证加工出得表面达到规定的加工要求（尺寸、形状和位置精度），这个过程叫做装夹。在此过程中，确定工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程叫定位；在工件定位后用外力将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作叫夹紧，而装夹则是定位和夹紧过程的总和。

在夹具设计中，通过工件各定位面与夹具的相应定位元件的定位工作面（定位元件上起定位作用的表面）接触、配合或对准来实现定位；夹具对机床应先保证有准确的相对位置，而夹具结构又保证定位元件的固定工作面对夹具与机床相连接的表面的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面相对机床切屑运动形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工表面对定位基准的相互位置精度要求。由此可见，在制造技术迅猛发展的今天，无论是传统的机床还是数控机床，加工中心上，仍是不可或缺的重要工艺设备，通过机床的夹具设计，不仅可以培养综合运用机械设计制造的知识，还可以得到工程设计的初步训练。

通过此次夹具设计，我得到了下述各方面的锻炼：

1、熟练掌握了机械手册的查找，标准间的种类和尺寸，能够在短时间内找到适合的标准健并合理选用。

2、提高了结构设计的能力。通过设计夹具的训练，对于机械基础知识和生产实习中学到的实践知识得以有效利用，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。

3、学会了方案的选定，有了一定的设计结构的基础和灵感。

设计中还有许多的不足之处，希望各位老师多加指导。

二、被加工零件的结构特点及指定工序的加工要求

（一）结构特点的论述

题目所给的零件是机床的输出轴。此零件具有轴盘类结合的结构，中批生产，精度要求较高，故加工过程分别为粗加工阶段，半精加工阶段和精加工阶段，以保证加工精度的要求。大锥内孔虽然距离帧端为40mm，仍可用顶尖孔定位，保证各部位置精度，使装夹方便。由于结构特点，加工中需要使用中心架装夹，要求φ750.023mm，外圆在每一批的加工中0.003

的工序尺寸要一致，以减少装夹工件的找正时间。配钻工序应在装配时与结合件一起加工，不能单独加工。加工键槽的尺寸要求较高，

（二）零件的工艺分析

1）轴类零件主要加工表面是各外圆表面。次要加工表面是轴外键槽，花键，螺纹。 通常先安排定位基面的加工，为加工其他表面做好准备。后安排次要表面的加工。所以轴外键槽的加工安排在外圆精车或粗磨以后，精磨之前进行。否则会在外圆终加工时产生冲击，不利于保证加工质量影响刀具的寿命，或是会破坏主要加工表面已经获得的精度。

轴外键槽与轴类零件外圆有位置要求。

键槽与工件外圆的对称度公差为0.08mm。

由以上分析，需要先加工工件的主要加工表面，然后借助专用夹具加工轴外键槽，并且保证它们之间的位置精度要求。

2）工艺过程的确定

零件材料为45钢。

轴类零件应根据不同的使用要求和工作条件选用不同的材料，并且采用不同的热处理方法，以获得一定的强度，韧性和耐磨性。

45钢是轴类零件的常用材料，经过调质（或正火）后，可以得到较好的切削性能，而且可以获得较好的强度和韧性，淬火后表面硬度可以达到45-52HRC。

对于直径相差不大的非重要阶梯轴适宜选用棒料。比较重要的轴采用锻件作为毛胚。根据生产方式的不同，毛胚的锻造方式有自由锻和模锻。大批大量生产时适合采用模锻。

3）基面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，会造成零件报废，使生产无法顺利进行。

（1）粗基准的选择。对于轴类零件的加工，以外圆作为粗基准。

（2）精基准的选择。采用顶尖孔作为定位基准。以顶尖孔为精基准可以实现基准统一，能够在一次装夹中加工出各段外圆表面及端面，可以很好的保证各外圆表面的同轴度以及外圆与端面的垂直度，加工效率高并且所用的夹具结构简单。所以对于实心轴（棒料或锻件毛胚），在粗加工之前，应先打顶尖孔，以后的工序都以顶尖孔定位。

（3）加工轴外键槽以工件外圆柱面作为定位基准。

4） 工艺方案分析

对于轴外键槽这种次要表面的加工通常安排在外圆精车之后，磨削之前进行。如果在精车前就铣削出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸要求。甚至于破坏主要表面已经获得的精度。

三、设计方案的讨论

为了提高生产效率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。这样，在产品固定且批量较大的生产中，可以较大的提高生产效率和加工精度。且批量生产中工件的加工精度能够趋于一致。

1）问题的提出

本夹具用来加工轴类零件外键槽。键槽与工件外圆表面有位置要求。加工本工序时，零件外圆柱面已经精车过，主要考虑如何保证键槽与工件外圆表面的位置精度要求。

四、夹具结构特点的论述

（1） 定位基准的选择

由零件的工艺分析可知，轴外键槽与轴外圆表面有对称度要求。零件外圆已经精车过，则应以零件外圆柱表面为定位基准。

为了简化夹具的结构，方便操作，准备采用手动夹紧。

（2） 确定定位元件

工件以外圆柱面作为定位基准时，根据外圆柱面的完整程度，加工要求及安装方式，可以在V形块，定位套，半圆套及圆锥套中定位。

本夹具是用来加工轴类零件的外键槽的，定位基准直径与长度均较大，且铣削加工是多刀多刃断续切削，切削用量和切削力都较大，且切削力的方向变化不断，加工时极易产生振动。因此选用长V形块作为定位元件，其定位支撑面积大，定位可靠。V形块定位的优点：对中性好，可以使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称面上，不会发生偏移而且安装方便；应用范围广泛，不论定位基准是否经过加工，不论是否完整，都可以采用V形块定位。

V形块上两斜面间的夹角一般选用60°，90°，和120°。随着V形块的夹角的增大，其定位误差减小，但夹角过大时，又会引起工件定位不稳定，综合两方面考虑选择90°的V形块。

本夹具中采用的定位元件如图1所示，V形块与工件接触的平面其表面粗糙度要求较高，工件定位误差较小，且夹具的使用寿命更长，定位更为可靠。 [5]

（3）确定夹紧机构及夹紧元件

夹紧机构常用的有斜楔，螺旋，偏心等夹紧机构，它们都是根据斜面加紧原理来实现夹紧工作的。

但是本工序采用数控铣床加工，考虑到切削力的方向变化不断，加工时极易产生振动等因素。不采用偏心夹紧机构，而采用螺旋压板组合夹紧机构。

本夹具采用的夹紧机构。其制造简单，夹紧行程大扩力比大，自锁性能好，适合于手动夹紧。运用双头螺杆——压板系统可以沿纵向移动而只起压紧作用。

（4）确定定位键

铣床夹具底面应该设置两个定位键。通过定位键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面相对于铣床工作台的进给方向具有正确的位置关系。

定位键的位置相距越远，定位精度越高。除了定位外，定位键还能承受部分切削转矩，增加夹具的稳定性。（5）夹具体的设计

夹具体用于连接，固定夹具上各定位与夹紧元件及装置，使其成为一个整体的基础件。本夹具采用的定位元件是V形块，为了避免零件装夹时发生干涉。故此，本夹具体上的槽的宽度设计应该大于V形块的设计尺寸，则工件可以正常装夹，这样的设计是正确合理的。

五、夹紧力的估算

该夹具的夹紧力就是夹紧装置上的螺杆的剩余预紧力和工作载荷之和，因此在螺杆强度许可的条件下，可以提供的夹紧力足够夹紧工件。估算如下：

查表知，45钢，σs =300MPa；

螺杆直径为M20，近似认为 d=20mm；

安全系数取 S=1.3；

许用拉应力 [σ]= σs/S=300/1.3MPa=230.8MPa；

则 F’=[σ]*πd/4=230.8*3.14*20/4≈72.4kN

夹紧力 F=2F’=2X72.4=144.8KN

六．定位误差的计算

分析知， 22

d1△w=-1=0.02

所以，符合要求

七、夹具的主要技术条件及优缺点的分析

本夹具属于铣床夹具，直接安装在工作台上。工件以外圆柱面在V形块上定位，拧紧双头螺杆，使压板夹紧工件。

采用螺旋压板夹紧机构，其结构简单，夹紧行程大扩力比大，自锁性能好，适合于手动夹紧。运用活节螺栓——压板系统可以沿横向移动而只起压紧作用。操作方便快捷。采用V形块作为定位元件，对中性好，定位误差小，应用广泛。采用本夹具加工轴类零件的外键槽，对称度误差较小，可以适应实际生产加工。本设计结构合理，制造容易，定位可靠，对中精度高，操作方便，可以大大提高轴外键槽的对称度，同时还能提高键槽其他方面的加工精度，具有较高的实用价值。

需要指出的是，本设计从夹具的设计，制造，定位这些环节上讨论了提高键槽加工对称度的问题，实际上影响轴外键槽加工对称度的因素有很多。比如：

（1）因为定位因素造成的键槽对称平面与轴的纵向对称面不重合，引起对称度误差。

（2）因为受力不均衡，导致铣刀微量变形引起的对称度误差。

（3）机床的精度与刚度不足引起的对称度误差。

（4）工件的质量低，引起的对称度误差。

（5）刀具的刃磨出现误差所引起的对称度误差。

（6）运动副的间隙引起的对称度误差。

上述原因都会对工件的加工精度造成影响，故使用本夹具时，必须考虑其他因素，对于相关的环节作以必要的改进，才能达到较高的加工精度。

八、夹具主要零件技术条件的分析

夹具的主要零件及技术条件如下：

夹具体：夹具体是夹具中重要部分之一，它将许多重要的零部件装夹在上面，使它们实现了

各自不同的功能，所以必须重视夹具体的加工。使用HT200材料，去除毛刺，锐角倒钝。硬度HRC55-60；

支承钉：使用T8材料，经热处理，硬度HRC55-60；

固定钻套：材料T10A，经热处理，硬度HRC58-64；

V形块：材料为20钢，热处理，渗碳深度0.8—1.2mm HRC58-64,锐边倒钝；

带肩六角螺母：材料45钢，经热处理，硬度HRC35-40；

活节螺栓：材料35钢，未经处理，粗制；

铰链压板：材料45钢，热处理，A型调质HB225-225，B型HRC35-40；

铰链叉座：材料45钢，热处理，HRC35-40。

九、夹具非标零件的加工工艺规程（底座）

零件名称：夹具体 材料：HT200 生产纲领：单个

单位：mm

十、主要参考资料

《机床夹具设计》课程设计参考资料（上海理工大学 冯鹤敏） 《机械制图》高等教育出版社 （裘文言 张祖继 瞿元赏 主编 ） 《机械制造技术基础》 机械工业出版社 第3版 （卢秉恒 主编） 《几何量公差与检测》 上海科学技术出版社 第九版 （甘永立 主编） 《机械设计基础》 高等教育出版社 第五版 （杨可桢 程光蕴 主编）