1、调压器工件加工专用数控铣床夹具设计 摘 要本课题为解决 CHTF50 调压器壳体加工工艺，根据图纸要求及中批的生产类型，分析调压器壳体特点，对其确立整体的工艺路线，确定了毛坯的制造形式、制定合理的加工工序，确定了合适的加工余量、毛坯尺寸并对量具的选择做了一定的阐述。对机床、刀具切削用量及时间进行了确定，最后设计钻孔三副专用夹具提高生产效率。关键词：调压器 加工工艺 夹具调压器工件加工专用数控铣床夹具设计 目 录第一章 概述 .11.1. 夹具及其设计概述 .11.2. 机床夹具的分类 .11.3. 铣床夹具的组成 .11.4. 课题内容简介 .1第二章 工件定位方案的确定 .12.1. 工件定
2、位要则 .12.2.工件的定位方式的选择 .12.2.1.完全定位、不完全定位和欠定位现象 .12.2.2.过定位现象 .12.2.3.定位方式的选择 .12.3.定位误差的分析和计算 .12.3.1.定位误差的基本概念 .12.4.定位误差的计算 .1第三章 夹紧方案的确定 .13.1.工件达到正确夹紧的原则 .13.2.夹紧机构的确定 .13.3.夹紧力三要素的确定 .13.3.1.夹紧力方向的确定 .13.3.2.夹具力作用点的确定 .13.3.3.夹紧力大小的确定 .1第四章 工艺路线的拟订 .14.1.工序的合理组合 .14.2.工序的集中与分散 .1第五章 零件加工 .15.1.夹
3、具安装 .15.1.1 夹具安装 .15.2.零件加工 .15.2.1.加工阶段的划分 .15.2.2.零件加工 .1总结 .1致谢 .1参考资料 .1调压器工件加工专用数控铣床夹具设计 1第 1 章 概述机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。当用夹具装夹加工一批工件时，是通过夹具来实现这一要求的。而要实现这一要求，又必须满足三个条件： 一批工件在夹具中占有正确的加工位置； 夹具装夹在机床上的准确位置； 刀具相对夹具的准确位置。这里涉及了三层关系：零件相对夹具，夹具相对于机床，零件相对于机床。工件
4、的最终精度是由零件相对于机床获得的。所以“定位”也涉及到三层关系：工件在夹具上的定位，夹具相对于机床的定位，而工件相对于机床的定位是间接通 过夹具来保证的。工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件保持在准确定位的位置上，否则，在加工过程中因受切削力，惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准确定位，无法保证加工要求。这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置。以上是通过网络和书籍综合的解释了机床夹具的概述。1.1.夹具及其设计概述机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧，并且能得到
5、较高的精度且装夹方便有效。 机床夹具被广泛应用于机械制造业中。大量专用机床夹具的采用为大批大量生产提供了必要的条件。机床夹具是组成工艺系统的一个环节，是影响加工质量的重要因素。一般情况下，使用机床夹具能稳定地保证产品质量，而不必过高的要求工人的技术等级。夹具是工艺装备的主要组合部分，在机械制造中占有重要地位，夹具对保证产品质量，提高生产率，减轻劳动强度，缩短产品生产周期等都具有重要意义。随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧，传统的夹具设计方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈，各企业迫切需要提高夹具设计的效率。先进高效的机床夹具不仅能减轻工人劳动强度，提高生产率，甚至能使生产过程实现自动化。随着
6、汽车、内燃机、摩托车、轴承等行业的规模化发展，对机床夹具的设计与制造不断提出新的课题。深入研究机床夹具设计的理论和改进机床夹具的结构，无疑具有巨大的经济意义。机床夹具设计一般包括结构设计和精度设计两个方面。而人们通常习惯侧重于结构设计而忽视精度设计。关于机床夹具的结构设计，不仅有大量的资料可供参考，而且还不断从其它学科吸收新的成果而向前发展。诸如液性塑料夹具；各种弹性膜片式夹具；真空夹紧夹具；感应分度夹具等等。关于机床夹具的精度设计，随着零件加工精度的提高，也日益受到人们的重视。人们逐渐认识到，机床夹具设计工作应围绕精度设计这个中心来进行。没有合理的精度设计不仅会给夹具制造带来困难，甚至会使制
7、造出的夹具不能保证工件的调压器工件加工专用数控铣床夹具设计 2加工精度甚至于是工件或机床的损坏。因此，迫切需要全面的研究机床夹具的设计、制造、使用诸方面的定量关系；研究工件精度和夹具设计精度之间的合理联系。机床夹具设计是用途极广的一门专业学科，熟悉它的内容和方法，对从事机械制造方面的工程技术人员来说是十分必要的。毕业设计是我们在学习阶段的最后一个重要环节，要求我们能综合运用大学三年所学的专业知识和理论知识，结合实际，独立解决本专业一般问题,树立为生产服务，扎实肯干肯吃苦，一丝不苟的工作作风，为将来在机械方面工作打下良好的基础。荐于夹具的重要性,同时也为了培养我们综合设计地能力，进一步培养我们科
8、学的思维方式和正确的设计思维，提高我们发现问题、分析问题、解决问题的实际能力，我们选用了浙江省春晖智能控制有限公司燃气事业部的 CHTF50-BP(T)主调压器斜孔工装作为毕业课题，对其加工过程的工艺，每一道工序的工装夹具进行设计。一般来说,夹具设计必须满足下列要求：1保证工件加工的各项技术要求要求正确确定定位方案、夹紧方案，正确确定刀具的导向方式，合理制定夹具的技术要求，必要时要进行误差分析与计算；2具有较高的生产效率和较低的制造成本为提高生产效率，应尽量采用多件夹紧、联动夹紧等高效夹具，但结构应尽量简单，造价要低廉；3尽量选用标准化零部件尽量选用标准夹具元件和标准件，这样可以缩短夹具的设计
9、制造周期，提高夹具设计质量和降低夹具制造成本；4夹具操作方便安全、省力为便于操作，操作手柄一般应放在右边或前面；为便于夹紧工件，操纵夹紧件的手柄或扳手在操作范围内应有足够的活动空间；为减轻工人的劳动强度，在条件允许的情况下，应尽量采用气动、液压等机械化夹紧装置；5夹具应具有良好的结构工艺性所设计的夹具应便于制造、检验、装配、调整和维修。1.2.机床夹具的分类（1）机床夹具按专门化程度分类,可分为: 1) 通用夹具 通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提
10、供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。 2) 专用夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。 3) 通用可调夹具和成组夹具 其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加调压器工件加工专用数控铣床夹具设计 3工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。 4) 组合夹具
11、 组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。 5) 随行夹具 随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。 本次设计的即为 CHTF50-BP(T)主调压器斜孔工装而专门设计的专用夹具。（2）按使用的机床分类 由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具
12、、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。本次设计的为铣床夹具。 （3）按夹紧动力源分类 根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。考虑到夹紧力与切销力方向相同，本次采用手动夹紧。1.3. 铣床夹具的组成铣床夹具通常由以下几部分组成： （1）定位元件 它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置如图一中的 5、9、14。（2）夹紧装置 用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。图 1 中的夹紧螺母13；（3）对刀、引导元件或装置 这些元
13、件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。如图 1 中 1 对刀块；（4）连接元件使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系如图一中的2。 （5）夹具体 用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。如图 1 中的夹具体11、12。（6）其它元件及装置 有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。调压器工件加工专用数控铣床夹具设计 41.4.课题内容简介本次设计主要是设
14、计 CHTF50-BP(T)主调压器斜孔工装。如图一：图一数控铣床专用夹具，主要用于保证在加工孔时刀具有一个确切的位置，从而保证孔的位置和精度。需要加工的孔：如图二 1 2 3 5 6 7 8491011121314460320为 为 为 为 为 为 3381 2 3 5 6 7 8491011121314460320为 为 为 为 为 为 33831.117调压器工件加工专用数控铣床夹具设计 5图二图二孔的放大图：如图三 图三本次夹具设计的步骤是：调压器工件加工专用数控铣床夹具设计 6（1）研究原始资料，明确设计要求；（2）拟定夹具结构方案，绘制夹具结构草图；1) 确定定位方案，选择定位元件
15、；2) 确定导向装置；3) 确定夹紧机构；4) 确定其它装置和夹具体；5) 绘制夹具总图经过一个多月的设计和讨论，终于圆满地完成了设计任务。本次设计整个设计过程条理清晰，能让使用者明白整个过程。力求结构合理，计算准确，经济可靠。本设计的创新之处在于简化了斜孔加工专用夹具的结构设计,使其结构更简便,同时也能满足设计要求。但是由于本人实践经验的欠缺和知识的局限性，设计过程中难免出现一些错误，该夹具的实际工作情况及可用性还有待于实践的检验，敬请各位领导，老师，同学提出宝贵意见和见解，本人在此表示由衷的感谢调压器工件加工专用数控铣床夹具设计 7第 2 章 工件定位方案的确定2.1. 工件定位要则（1）
16、选择合理的定位基准1) 定位基准必须与工艺基准重合,并尽量与设计基准重合,以减小定位误差,获得最大加工允差,降低夹具制造精度。当定位基准和工艺基准或设计基准不重合时，需进行必要的加工尺寸及其允差的换算。2) 应选择工件上最大的平面，最长的圆柱面或圆柱轴线为定位基准，以提高定位精度，并使定位稳定、可靠。3) 在选择定位元件时，要防止出现在超定位现象。4) 在工件各加工工序中，力求采用同一基准，以避免因基准更换而降低工件各表面相互位置的准确度。5) 当铸、锻件以毛坯面作为第一道工序的基准时，应选用比较光整的表面作基准面，避开冒口、浇口或分型面等凸起不平整的部位。（2）限制工件的自由度一个自由的物体
17、，它对三个相互垂直的坐标系来说，有六个可活动可能性，其中三种是移动，三种是转动。习惯上把这种活动的可能性称为自由度，因此空间任一自由物体共有 6 个自由度，物体的 6 个自由度分别为：沿 X 轴移动，以 x表示；沿 Y 轴移动，以 表示；沿 Z 轴移动，以 表示；沿 X 方向的旋转，以yz表示；沿 Y 方向的旋转，以 表示；沿 Z 方向的旋转，以 表示。若要使物体在某x个方向有确定的位置，就必须限制该方向的自由度，所以要使工件在空处于相对固定的位置，就必须对六个自由度加以限制，限制的方法就是用相当于六个支承点的定位元件与工件的定位基准面接触。这种用正确分布的 6 个支承点来限制工件的 6个自由
18、度，使工件在夹具中得到正确位置的规律，称为六点定位原理。（3）对定位元件的要求1) 工件定位基准与定位元件接触或配合后，能限制住必须由其限制的工件的自由度；2) 由其产生的定位误差最小；3) 定位表面应具有较高的尺寸精度、配合精度、表面光洁度和硬度；4) 定位元件结构应尽量简单，便于装卸工件；5) 具有足够的强度和刚度；6) 无产生超定位的可能性；7) 对尺寸大的定位件表面，从结构上采取措施，在不影响定位精度的前提下，尽量减小与工件定位表面的接触面积；8) 消除定位表面的切屑方便。调压器工件加工专用数控铣床夹具设计 8（4）定位精度1) 对夹具要做必要的定位误差分析和计算，定位误差必须满足工件
19、的加工精度要求；2) 必须考虑提高夹具在机床上的定位精度；3) 必须确保刀具在夹具上的导向精度；4) 必须确保对刀元件表面到工件被加工面间的尺寸精度；5) 出现超定位时，应取消产生超定位的定位元件，或增加超定位元件与定位基准间的间隙，以提高定位精度；6) 工件被加工平面或中心至定位元件的位置精度和尺寸精度，在未注明特殊要求的情况下，一般取工件精度要求的 1/5-1/3。7) 当工件未注明定位面间的位置精度要求时，夹具定位面间的位置精度一般取0.01-100mm；8) 按工件公差选取夹具公差的参考值；9) 按工件的直线尺寸公差确定夹具相应尺寸公差的参考值；10) 按工件的角度公差确定夹具相应角度
20、公差的参考值。2.2.工件的定位方式的选择2.2.1.完全定位、不完全定位和欠定位现象加工时，工件的六个自由度被完全限制了的定位称为完全定位。但生产中并不是任何工序都需要采用完全定位的。究竟应该限制几个自由度和哪几个自由度，应由工件的加工要求决定。例如在一个长轴上铣一个两头不通的键槽，加工要求除了键槽本身的宽度、深度和长度外，还需保证槽距轴端的尺寸及槽对外圆轴线的对称度。此时绕工件轴线转动的自由度就不必限制而只要限制五个自由度即行了。工件的六个自由度没有被完全限制的现象称为不完全定位。在平面磨床上磨削平板零件的平面也是不完全定位的一个例子。在满足加工要求的前提下，采用不完全定位是允许的。但是根
21、据加工要求应该限制的自由度而没有限制是不允许的，它必然不能保证加工要求，这种现象称为欠定位。2.2.2.过定位现象工件的某个自由度被重复限制的现象称为过定位。一般情况下应当尽量避免过定位。但是，在某些条件下，过定位的现象不仅允许，而且是必要的。此时应当采取适当的措施提高定位基准之间及定位元件之间的位置精度，以免产生干涉。如车削细长轴时，工件装夹在两顶尖间，已经限制了所必须限制的五个自由度（除了绕其轴线旋转的自由度以外） ，但为了增加工件的刚性，常采用跟刀架，这就重复限制了除工件轴线方向以外的两个移动自由度，出现了过定位现象。此时应仔细地调整跟刀架，使它的中心尽量与顶尖的中心一致以免影响工件的加工质量。
