ZHEJIANG WATER CONSERV ANCY AND HYDROPOWER COLLEGE
机床夹具设计实训
题目：插22mm宽键槽的夹具设计
系（部）：机械电子工程系
专业班级：数控11-2
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学号：*********
指导教师：陈仙明王铁流
2013年7月2日
目录
1.零件与工艺分析 (1)
2.机夹类型的选择 (1)
3．定位装置的设计 (2)
3.1 定位方案的确定 (2)
3.2 定位误差分析 (2)
4 .夹紧装置设计 (3)
4.1 夹紧机构................................... . (3)
4.2 夹紧力的计算 (3)
5 .夹具体设计 (4)
6 .夹具精度分析 (5)
一、零件与工艺分析
零件图
1 、齿轮加工工艺程的内容和要求
齿轮的加工工艺程一般应包括以下内容：齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及齿面的的精加工。
在编制工艺过程中，常因齿轮结构、精度等级、生产批量和生产环境的不同，而采取各种不同的工艺方案。
齿轮加工工艺过程大致可以划分如下几个阶段：
1)齿轮毛坯的形成：锻件、棒料或铸件；
2)粗加工：切除较多的余量；
3)半精加工：车、滚、插齿；
4)热处理：调质、渗碳淬火、齿面高频感应加热淬火等
5)精加工：精修基准、精加工齿形
2、齿轮加工工艺过程分析
为了减少定位误差，提高齿轮加工精度，在加工时应满足以下要求：
1)应选择基准重合、统一的定位方式；
2)内孔定位时，配合间隙应近可能减少；
3)定位端面与定位孔或外圆应在一次装夹中加工出来，以保证垂直度要求。
本工序在齿轮Φ85mm内圆处插22mm宽的键槽，工序图如图1-1所示。
在进行本工序前，定位基准Φ227.5mm的外圆表面未加工，其他端面及外圆都已经加工，达到图纸的要求。
该工序所用的设备为插床，刀具选择标准键槽插刀，本工序选用Φ22键槽插刀。
键槽的宽为22mm，键槽的深度要求为90.4mm，表面粗糙度为12.5mm。
二、机床夹具的类型的选择
夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。
在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。
在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。
机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。
按夹具的使用特点分类属于组合夹具，按使用机床分为插床夹具，按夹紧的动力源分为手动夹具。
三、定位装置的设计
3.1 定位方案的确定
因为此工件是大批量的生产，可以在插床上安装夹具，以便加工。
方案一：以φ110的外圆表面自定心三爪卡盘与活动顶尖定位，限制X Y Z Z 四个自由度。
这种定位方案保证轴向尺寸精度，再由于夹紧力方向与切削力方向不一致，切削力远离定位支撑面，加紧不稳定。
方案二:工件以φ110外圆和端面在v形块上的定位销定位，限制X Y Y Z Z 五个自由度，由于v形块定位精度高，工件轴向位置用止动定位销定位，能保证加工精度。
另外，夹紧力方向与切入方向一致，且夹紧力在主要定位支撑面内，定位夹紧可靠。
由此分析，选择第二方案。
3.2 定位误差分析
夹具的主要功能是用来保证工件加工表面的位置精度。
影响位置精度的主要因素有以下三个方面：
1）工件在夹具中的安装误差，包括定位误差和夹紧误差。
2）夹具在机床上对定误差，指夹具相对于刀具或相对于机床成形运动的位置误差。
3）加工过程中出现的误差，包括机床的几何精度、运动精度，机床、刀具、工件和夹具组成的工艺系统加工时的受力变形、受热变形、磨损，调整、测量中的误差，以及加工成形原理上的误差等。
第三项一般不易估算，夹具精度验算是指前两项，其和不大于工件允许误差的2/3为算合格。
选用标准v 形块定位，不计其制造误差，所以工件采用φ110外圆表面定位时，只有定位基准面的制造误差，造成工件定位中心偏移，产生基准位移误差，而且方向不定，由此可
知：Y方向：△Y=A m ax-A m in=0.057-(-0.035)-0=0.092mm
△
B
=0
于是定位误差△
D =△
Y
+△
B
=0.092mm
X方向：△
Y =A
m ax
-A
m in
=0.057-(-0.035)-0=0.092mm
△
B =A
m ax
-A
m in
=0.022mm
于是定位误差△
D =△
Y
+△
B
=0.114mm
四、夹紧装置设计
4.1 夹紧机构
(1) 夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。
(2)夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置，确保工件定位准确、不变形。
(3)在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。
确定夹紧机构要注意以下几方面的问题机构要注意以下几方面的问题①安全性。
夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止损坏工件及伤害到夹具操作人员。
②手动夹具的夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度，以提高工作效率。
③夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。
④手动夹紧机构应操作灵活、方便。
确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力大小。
夹紧方案也需反复分析比较，确定后，正式设计时也可能在具体结构上作一些修改。
4.2 夹紧力的计算
夹紧的主要作用是防止套筒在切削力矩M的作用下发生转动和轴向力FY的作用下发生轴向移动。
为简化计算,近似将三爪受力视为一样大,因此在每个夹紧点上使套筒转动的力为M/(3R),使套筒移动的力为FY/3,夹紧力FJ产生的摩擦力为μFJ。
在开口环上取与卡盘爪子相接触的一点A作为静力平衡点,在XOY平面内(见图3),根据静力平衡原理,摩擦力μFJ在X和Y方向产生的分力应分别与套筒转动的力M/(3R)和移动的力FY/3的大小相等,方向相反,假设摩擦力与Y轴形成的夹角为α,则
μFJcosα=-FY/3 (1)
μFJsinα=-M/(3R) (2)
将(1)、(2)两式分别二次方后再相加,得
(μFJ)2=(FY/3)2+M2/(3R)2
故夹紧力为
FJ=[FY2+(M/R)2]1/2/(3μ)
实际夹紧力为
FJO=KFJ=K[FY2+(M/R)2]1/2/(3μ)
式中 FJ———理论夹紧力(N)
FJO———实际夹紧力(N)
K———安全因数
μ———摩擦因数
R———工件半径(mm)FY———轴向切削力(N)
M———切削力矩(N.mm),可按最大值M=
FCR进行计算,FC为主切削力。
FC、FY可按切削力的相关经验公式(指数公式或单位切削力计算公式)求得。
五．夹具体设计
六、夹具精度分析
工序中键槽两侧面对φ110轴线的对称度和平行度要求较高，应进行精度分析，其他加工要求未标注公差或公差很大，可不进行精度分析。
尺寸1100035.0-mm △D =△Y +△B =0.092mm
2.键槽宽度分析
因为键槽为110026.0026.0- mm ，即工件的尺寸公差为0.052
3.Φ85mm 孔对基准轴的径向圆跳动误差0.025mm ，Φ227.5mm 外圆对基准轴
的径向圆跳动误差0.025mm
上述加工要求由于误差环节不多，易于保证，可不进行验算。
七、心得体会
学到不少，但是事非躬亲很难在脑海中留下深刻的印象，对别人的经验，自己没有一定的基础，要理解吸收真的是一件很不容易的事。
通过这次实训，不断得使用Auto CAD绘图软件进行绘图，我对Auto CAD绘图软件的应用更加纯熟。
在这次课程设计过程中，我发现很多同学的绘图能力不是很好，而且自己也还有很多的不足之处，在设计和计算过程中我和同学们都会出现一些细节的遗落和错误，在同学的探讨和老师的帮助下也都一一改正，虽然可能还会存在或多或少的问题，这也是我今后努力的方向，继续努力学习，丰富自己的知识储备，完善自己的专业技能。
机械设计贯穿设计、制造、使用，维护的整个过程，设计时的疏忽总会不断地反映出来，第一次进行这样的课程设计，各种各样的问题不断涌现，在同学们的帮助和老师的指点下，我得到了长足的进步，成功的我们所学的知识运用到现实中来，这对我们加深对课本知识的理解很有好处。