具有通用特性的多邊形零件銑床夾具結構與工藝設計畢業論文PAGEPAGEI具有通用特性的多邊形零件銑床夾具結構與工藝設計

摘要本次設計任務是針對我廠某車間帶有多邊形結構的大量多規格、多品種非標準件，設計一套進行外多邊形或直槽、十字槽銑削用的具有通用特性的銑床夾具。以解決用分度頭裝夾銑削時生產效率低、重復定位精度差、勞動強度大、易出現誤操作等一系列實際問題。主要內容包括：夾具的主體結構設計零件部件的結構設計主要零件的工藝設計關鍵詞外多邊形銑床夾具通用特性生產效率結構設計ABSTRACTThisdesigntaskisaimatdesigningaconductforeignpolygonorstraightgroove,Crossslotmillingwithuniversalcharacteristicsmillingfixturetoresolvetheproductionofthepolygonstructurelargemultispecificationsmultivarietiesnonstandardpiecesfromaworkshopinourfactory.ToresolveuseddividingheadclampingMillingproductioninefficientrepeatpositioningaccuracyworselaborintensitypronemisoperationseriespracticalproblems.Maincontentsinclude:FixturemainstructuredesignPartscomponentsstructuredesignmainpartsprocessdesignKeywordsForeignpolygonmillingFixtureUniversalcharacteristicproductionefficiencyStructuralDesign目錄摘要 ···············································Ⅲ關鍵詞··············································ⅢHYPERLINK第一章多邊形銑削夾具的技術要求與設計構想···················2HYPERLINK1．1加工零件的主要類型及參數································2HYPERLINK1．2銑削多邊形常用的方法及問題分析··························4TOC\o"1-3"\h\zHYPERLINK1．3專用夾具設計的初步構想·······························5···························5··············································5第二章夾具主體結構及主要零件設計························7HYPERLINK2.1定位夾緊裝置的設計···································7·······································7······································7HYPERLINK········································8HYPERLINK2.2夾具體的結構設計······································11HYPERLINK2.3分度裝置的設計·····································13HYPERLINK·········································13分度裝置中主要零件的設計·······························142.4裝配圖··············································17HYPERLINK第三章設計說明·······································19HYPERLINK3.1夾具的主要配合精度的選擇······························193.2夾具主要技術參數····································19HYPERLINK3.3夾具工作原理·······································19彈簧夾頭的定位原理·······························19工件的定位原理····································19夾具的調整與安裝··································20夾具的操作原理····································20HYPERLINK第四章主要零件的工藝設計·································214.1引言················································21HYPERLINK4.2彈簧夾頭的加工工藝設計·································21HYPERLINK4.3回轉體的加工工藝設計·································23HYPERLINK第五章應用效果考察····································255.1夾具設計與制造過程中遇到的問題及解決方法···············25HYPERLINK5.2使用效果············································255.3設計總結············································25HYPERLINK第六章結論及夾具圖片·······································26HYPERLINK致謝···············································26HYPERLINK參考文獻·················································27具有通用特性的多邊形零件銑床夾具結構與工藝設計引言1.本課題的來源和背景我廠某車間主要承擔飛機及汽車剎車系統中液壓附件的生產任務。在各類液壓附件產品中存在大量不同規格尺寸要求的非標準件螺塞、螺栓、調節螺釘、堵頭和排氣閥等帶有外多邊形榫頭的零件。這一類零件的品種、規格多，但在一批次的產品中某一零件的數量并不大（多為幾十件至上百件）。而這類零件尺寸較小，在加工多邊形前大都帶有螺紋，所以給裝夾帶來相當的困難。若采用分度頭裝夾加工，雖然通用性較好，但夾緊力不易控制，易夾傷工件。且操作繁瑣、生產效率低、勞動強度大，易產生誤操作，常常引起零件報廢和延誤生產周期。針對這種情況，考慮設計制造一種具有通用特性的多邊形銑削夾具，以改善裝夾條件、降低工人勞動強度，提高生產效率和產品合格率。2選題的原因有較高的生產實用價值，通過該設計可以對自己所學的機械設計、加工工藝方面的知識做一個比較全面的整理，有助于加深自己對機械設計概念的理解和認識，提高機械設計和工藝設計的能力。3論文的主要內容夾具的技術要求與設計構想夾具主體結構及主要零件設計設計的相關說明其中彈簧夾頭和回轉體等兩個主要零件的工藝設計設計小結第一章多邊形銑削夾具的技術要求及構想1.1加工零件的主要類型及參數該夾具應滿足該車間生產中，對裝夾直徑在5~36mm之間，長度在10~80mm之間幾十個品種，一百多個規格零件，銑削外三邊形、四邊形、五邊形、六邊形等多邊形及十字槽、直槽時的裝夾要求。具有比較廣泛的通用特性，主體結構能滿足此類零件加工的共同要求，更換產品時只需對其中的定位件進行更換，即可滿足使用要求，為此類零件的成組加工提供一個實施的裝夾平臺。其中可加工產品的部分類形見圖1-1，裝夾部分主要尺寸規格及產品代號見表1-1.圖1-1加工產品的類型表1-1某車間多邊形及直槽、十字槽加工產品規格一覽表序號裝夾尺寸dA產品代號序號裝夾尺寸dA產品代號15QS12-352918QS4-03/LS2-35/LS15-36/YD825.4LS16B-373018.3YD6-16/YS6-36/QS5-0635.5QS8-373118.5QS4-05/LS6-35/LS16-3446QS4-353219YD12-23/QS30-2956.2YS12-263319.3LS102-91367LS12-343420QS8-43/QS102-03/YD8-0378LS12-343520.5LS127-34188.4QS8-07/LS13-37/LS103A-353621QS6-24/QS10A-0698.5Y58-33721.86LS108-37/YD10-34/FH01-04109YD58-1/LS102-14/Y01-043822LS10-19/QS8-09/QS4-12119.5LS108-375/YD9-34/YD01-043922.5QS4-25/QS10A-061210LS9-36/QS9-114023LS16-33/LS6-44/LS16-1171310.4QS4-24/QS10A-024124YD5-02/QS102-23./YD8-031411.5YD1-04/YD2-044225.5LS19-6/QS9-141511.8YD11-414325.6QS4-14/QS10B-021612LS10-17/QS5-09/QS5-144426YD2-06/YD3-041712.3LS10-924527YD01-111812.5QS120-1124627.5LS16-17/QS15-09/QS5-041913LS5-60/LS15-33/QS102-054728YD102A-01/YD107-262013.3YD5-08/QS102-03./YD6-034829LS14-34/LS11-452114LS6-33/LS6-49/LS116-1174930YD1023-052214.2QS10A-025031FH105-08/YD102-042314.5YD103A-01/YD117-265132QS4-24/LS14-552415LS13-34/LS1-455232.4YD30-052515.3YD103-045333LS10-962616LS12-34/QS4-23/LS14-545434FH103-122716.5YD33-055534.5YD10-112816.65QSB12-585635.1LS127-342/LS128-3422917LS18-07/LS6-34/YD5-065736FH103-071.2銑削多邊形常用的方法及問題分析銑削短小的多邊形工件一般采用分度頭上的三爪自定心卡盤裝夾，用三面刃銑刀或立銑刀銑削，如圖1-2所示。對工件的螺紋部分，要采用襯套或墊銅皮，以防夾傷螺紋。露出卡盤部分應盡量短些，防止銑削中工件松動。a)在臥式銑床上加工多邊形b)在立式銑床上加工多邊形圖1-2銑削較短的多邊形工件銑削較長的工件時，可用分度頭配以尾座裝夾，用立銑刀或端銑刀銑削，見圖1-3。圖1-3銑削較長的多邊形工件圖1-4試切對中心對于批量較大、邊數為偶數的多邊形工件，多采用在臥式銑床上通過組合法進行銑削(見圖1-2a)。組合法銑削時，一般用試切法對中心。先將兩把銑刀的內側距離調整為多邊形對邊的尺寸S（即S＝ｄ）。用目測法將試件中心對正兩銑刀中間，在試件端面上適量銑去一些后，退出試件，旋轉180°再銑一刀，若其中有一把銑刀切下了切屑，則說明對刀不準。這時可測量第二次銑后試件的尺寸S，，將試件未銑到一側向同側的銑刀移動一個距離即可。見圖1-4。對刀結束，鎖緊工作臺，換上工件，即開始正式銑削。但在采用分度頭裝夾銑削多邊形時存在以下缺點：由于表1-1所列零件大多數在銑削裝夾時需要用螺紋部位來裝夾,為防止銑削時夾傷工件，則每種規格必須制作軟襯套,而軟襯套存在使用壽命短、易變形的問題。另外，采用襯套裝夾時存在裝卸繁瑣、操作麻煩、工件易因襯套變形而不易取出，以及襯套在卸下工件時易落入分度頭主軸孔中等問題。工人進行分度操作時，易出現搖錯孔圈數或因分度手柄帶動分度叉轉動移位而插錯孔位。另外，因操作頻繁、勞動強度大易出現操作疲勞，從而造成發生誤操作的頻度較高。每次分度要松開分度頭主軸，分度結束后再鎖緊主軸；若忘記鎖緊主軸銑削時主軸會發生竄動而造成工件報廢，甚至折損銑刀。重復定位精度差，尺寸不夠穩定，輔助時間占用過長，生產效率過低。1.3專用夾具設計的初步構想夾具設計中主要解決的問題提高重復定位精度，提高裝夾效率，縮短輔助時間。簡化分度操作，解決易出現誤操作和操作繁瑣的問題。解決工件易夾傷報廢的問題。降低工人勞動強度，提高生產效率。設計的初步構想由于在對較短的多邊形銑削時，多采用在臥式銑床上用三面刃銑刀銑削以及切槽時亦多在臥式銑床上進行的特點，故夾具主體擬采用立軸式設計。其它主要結構初步設想如下：1.定位夾緊機構受銑床上直柄刀具快速裝卸刀柄（見圖1-5）的啟發，若在加工這類直徑不大螺塞、螺栓類零件時，設計一套帶有分度裝置的夾具，并采用彈簧夾頭進行定位裝夾將大大提高零件的裝夾效率和定位的重復精度。同時由于采用彈簧夾頭夾緊時，可大大增加夾緊力的接觸面積，減小接觸表面的應力，從而避免因夾緊力過于集中而夾傷工件。圖1-5銑刀快速裝卸刀柄2.分度裝置擬采用立軸式回轉分度裝置,設計中應考慮根據不同等分要求，其分度回轉盤可根據等分數要求，便捷迅速地進行更換。分度時手動操作回轉機構回轉，由定位銷插入分度回轉盤的定位槽中完成分度和快速鎖定。3.夾具體結構夾具體擬采用箱座式結構，其結構應保證安裝時方便快捷，牢固穩定，結構上盡量簡潔緊湊，便于制造。4夾具整體結構的初步構想夾具整體結構的初步構想如圖1-6所示：圖1-6夾具結構的初步構想

第二章夾具主體結構及主要零件設計2.1定位夾緊裝置的設計彈簧夾頭的設計由表1－1可知，該夾具所針對零件的定位尺寸直徑在5~36mm之間，工件長度在10~80mm，因此當我們準備采用彈簧夾頭進行定位裝夾時首先根據產品的規格要求來設計夾頭的內徑和外形尺寸，為防止夾頭在夾緊過程中與螺母一起轉動，在其下部設計了特制小槽，用來插入回轉體上的斜銷中，以保證分度時彈簧夾頭與回轉體一起轉動。根據已知的產品規格數據，夾頭的設計如圖2－1所示：圖2-1彈簧夾頭回轉體的設計回轉體是該夾具設計中的關鍵零件，它是夾具中與定位、夾緊及分度裝置均有關聯的一個重要零件。其結構上要保證：彈簧夾頭與其內孔的精密配合，并通過外螺紋與鎖緊螺母聯接構成夾具的夾緊機構。要保證回轉體與夾具座體之間的配合要求，并滿足在分度時能與分度盤一起與夾具座體之間進行靈活的相對轉動。轉動時軸線位置相對固定，以確保零件加工時的重復定位精度。銑削過程中回轉體要保證不因銑削力而產生轉動。為此我采用了錐柄套筒結構的設計，設計方案如圖2－2所示：圖2-2回轉體零件圖夾緊裝置設計根據彈簧夾頭收縮夾緊的原理，保證夾緊時夾緊力能均勻地沿徑向作用，所以采用一帶有與夾頭上端錐度相同內錐的專用螺母進行夾緊，同時考慮操作的方便性，為該螺母設計了一個帶有鉸鏈裝置的套環和手柄，當該手柄壓下時將止動塊上的齒牙插入螺母下面的直槽中，轉動手柄即可帶動螺母鎖相對回轉體轉過一個角度；當抬起手柄時，止動塊上齒牙與螺母下面的直槽脫開，此時反向轉動手柄可帶動套環及止動塊相對螺母和回轉體反向回轉一個角度，使手柄迅速重新回到起始位置（急回功能設計），重新壓下手柄即可繼續將螺母旋緊。其結構如圖2－3所示。圖2-3夾緊機構夾緊裝置中各主要零件的設計，參見零件圖（圖2-4、圖2-5、圖2-6）圖2-4止動塊零件圖圖2-5鎖緊螺母零件圖圖2-6手柄環零件圖2.2夾具座體的結構設計夾具座體既是用來聯接構成夾具的各個裝置的基礎件，也是夾具在銑床上定位安裝基本構件。所以在設計其結構時，不但考慮安裝方便，結構穩定，還要考慮通過其結構來保證整個夾具盡量緊湊，便于組裝，并能與機床相匹配。現車間里主要采用X6132臥式萬能銑床銑削此類零件，X6132銑床的主要技術參數如下：工作臺面尺寸（長×寬）320mm×1250mm工作臺最大行程：縱向（手動/機動）700mm/680mm；橫向（手動/機動）255mm/240mm；垂向（手動/機動）320mm/300mm工作臺進給速度（18級）：縱向、橫向23.5~1180mm/min垂向8~394mm/min工作臺快速移動速度：縱向、橫向2300mm/min；垂向770mm/min主軸錐孔錐度7：24主軸轉速（18級）30~1500r/min主電機功率7.5kW在對夾具座體結構及尺寸進行設計時，主要考慮了以下各項具體因素和要求：零件（彈簧夾頭）的最大尺寸規格回轉體的結構尺寸X6132銑床工作臺臺面的規格，銑床垂向升降距離工作臺T型槽的尺寸規格回轉體的的形狀及與夾具體的配合聯接關系分度裝置布局與安裝的合理性分度裝置中的分度轉盤可根據等分數要求便捷地進行更換根據以上因素進行綜合考慮，夾具座體選用ZG270－500鑄鋼件毛坯，整體鑄造成形后，再通過機械補充加工來完成其制造過程，具體的設計方案如圖2-7所示：圖2-7夾具座體（底座）零件圖2.3分度裝置的設計2．3．1分度裝置的結構設計分度裝置是實現本夾具實現多邊形銑削的關鍵所在，工件定位夾緊后需要通過分度裝置來完成工位的轉換，以實現不同等分工件的精確等分問題。分度裝置主要由通過鍵與回轉體連接的分度盤、帶有彈簧可自動退出的定位插銷、分度時可自動卡位的定位盤及由偏心凸輪構成的分度鎖緊裝置等組成。具體設計如圖2-8所示。圖2-8分度裝置結構示意圖2．3．2分度裝置中主要零件的設計圖2-9六等分定位環零件圖圖2-10四等分定位環零件圖圖2-11分度盤零件圖圖2-12定位銷零件圖圖2-13特制螺塞零件圖圖2-14特制螺釘零件圖圖2-15偏心輪零件圖圖2-16小軸零件圖2.4夾具裝配圖(見圖2-17)圖2-17裝配圖

第三章設計說明3.1夾具主要配合表面的配合精度要求彈簧夾頭與回轉體內孔間的配合為：φ48H7/g6手柄套環與鎖緊螺母間的配合為:φ82H8/e7回轉體與分度圓盤間的配合為:H7/h6分度盤與鍵的配合為:16H7/g62.1.5定位環與回轉體異形孔間的配合為φ48H8/g偏心輪與小軸間的配合為φ24H8/f9底座孔與小軸間的配合為φ20H7/r62.1.8定位銷與底座孔間的配合為φ3.2夾具主要技術參數2.2.1夾具外形尺寸（長×寬×高）：365×160×210mm重量：約16kg最大工件夾持直徑：φ36mm工件被夾持部分伸入夾具內最大長度：80mm工件被夾持部分伸入夾具內最小長度：不得小于10mm2.2.6零件或心軸在彈簧夾頭夾緊情況下，距夾頭端面5mm處的徑向跳動量不大于3.3夾具工作原理3.3.1通過彈簧夾頭與回轉體內孔間一段長22mm圓柱面間φ48H7/g6的間隙配合限制了夾頭的2個移動自由度和2個轉動自由度；夾頭下端環面與回轉體4上孔的臺階面接觸，限制了夾頭上下移動的自由度；由于夾頭下端有一寬6.2mm的小槽，當小槽卡入回轉體4上的圓柱銷29時，最后一個繞其軸線轉動外的自由度也被限制了。這樣，夾頭在回轉體中就實現了六點完全定位。3.3.2工件由于所加工工件都是螺栓、螺塞等小型工件。所以根據工件在夾頭中與定位面接觸長度看，可視為以較長的圓柱套定位。因此，工件插入夾頭后限制了除沿其軸線方向的移動和繞其軸線的轉動外的其它4個自由度，若加工帶有軸肩的工件，當裝夾時工件的軸肩與夾頭端面接觸時，則限制了除繞其軸線的轉動外的其它5個自由度。3.3松開螺釘8，卸下防護罩7；松開頂絲12，卸下特制螺塞14取出回轉體4，根據欲加工零件的等分數選擇更換相應的定位環13和分度盤11后，重新通過特制螺塞14將回轉體4拉緊，并將頂絲12旋緊頂入回轉體下端面的齒槽中，以防止特制螺塞14與回轉體4在工作時發生松動。擦拭干凈銑床工作面和夾具底座的定位面，將底座上的兩個定位鍵19卡入工作臺中內T型槽中，并向T型槽一側靠緊。然后選用M12~M16長度適宜的一對T型螺栓將夾具在銑床工作臺面上壓緊，壓緊時螺母與夾具底座間應加裝墊圈。松開鎖緊螺母1，根據所加工零件夾持部分的直徑選擇相應規格（dA）的彈簧夾頭裝入回轉體的臺階孔中，并注意通過旋轉卡頭來檢查回轉體臺階孔底部的斜銷29是否卡入彈簧夾頭下端的小槽中。最后再將鎖緊螺母1與回轉體4通過螺紋旋合，完成加工前的調整。3.3.4先將夾具上的連接偏心輪的手柄逆時針方向旋轉，帶動偏心輪壓緊特制螺釘23并推動定位銷24插入分度盤11的V形槽中，將回轉體4鎖緊，定位銷中彈簧17處于壓縮狀態。將要銑削的工件插入彈簧夾頭的定位孔中，抬起手柄25逆時針方向旋轉至便于施力的角度，壓下手柄將止動塊27卡入鎖緊螺母1下部的齒槽中，順時針方向扳動手柄即可帶動鎖緊螺母旋緊一段螺距；再抬起手柄逆時針方向調整至便于施力的角度，重復旋緊操作直至壓縮彈簧夾頭將工件夾緊為止。完成第一個面的加工，順時針方向旋轉偏心輪手柄，處于壓縮狀態下的彈簧17推動定位銷24退出分度盤11上V形槽，回轉體4的鎖緊狀態被解除。此時轉動下壓的手柄25將帶動回轉體4一起轉動。而回轉體4轉動時將帶動通過異形孔連接的定位環13一起轉動，定位環13轉動時將鋼球15壓入座體5的小孔中，直至定位環上下一個孔位與座體小孔對齊時，小孔中被壓縮的彈簧又重新將鋼球推入定位環的孔坑中實現重新自動定位。此時分度盤11也隨回轉體同步轉過了一個工位，再通過逆時針方向旋轉偏心輪手柄，重新將定位銷插入分度盤的V形槽中即實現回轉體的鎖緊，完成工件的分度操作。完成分度后即可進行下一工位的銑削操作。圖3-1銑多邊形夾具工作圖第四章主要零件的工藝設計4.1引言在零件設計制造過程中，涉及到從零件的選材、毛坯的制造，加工工藝方案的確定，加工順序的擬定，定位基準的選擇，裝夾方案的選擇，以及刀量具和切削用量的確定等一系列復雜的工藝問題。在該夾具的諸多零件中彈簧夾頭和回轉體兩個零件無論是從零件的結構還是加工精度要求等內容考慮，其加工工藝具有比較典型的代表性。其中彈簧夾頭在結構上是典型的套類零件，零件主要由有較高同軸度要求的內外圓表面組成，零件的壁厚較小，易產生變形，軸向尺寸大于外圓直徑。內孔及外圓表面本身的尺寸、形狀精度及表面粗糙度等均有較高的技術要求。另外為了達到零件的使用性能零件不同部位還有不同的力學性能要求，所以加工過程中需要穿插進行不同的熱處理工序，這些都在一定成度上增加了零件加工的難度。夾具中的回轉體，是一最大外圓直徑為φ85mm，總長155mm，帶有多級臺階孔，內外螺紋和外錐面，結構較復雜的短軸套類零件。該零件各表面的尺寸精度和表面粗糙度要求均較高，并有較高的形狀精度和位置精度要求，是保證夾具重復定位精度的關鍵零件，存在較大的加工難度。4.2彈簧夾頭的加工工藝設計彈簧夾頭的加工工藝過程零件圖工序號工序名稱工序內容裝夾方法及備注說明加工設備0下料φ50×92mm,自定心三爪卡盤C61405粗車各按圖車全部，注意：尺寸車至以下內孔采用鉆、鉸留余量0.05~0.1，以下內孔采用鉆、車留余量0.5~0.6其作各Ra0.8表面均留1mm精車余量保證各部同軸度小于0.15其余至尺寸。自定心三爪卡盤小錐度專用心軸利用小錐度專用心軸通過與孔配合裝夾，加工外部各尺寸，以保證同軸C614010熱處理調質HRC28~30改善整體工藝性能15精車精車外形尺寸，保證各部同軸度小于0.10，留磨余量0.2~0.3小錐度專用心軸C614020銑銑中段3個12×25mm封閉槽及下部6.2×10mm半通槽。萬能分度頭X812625鉗去各部毛刺。X812630熱處理按圖紙要求淬火+回火，保證下段（55mm）HRC48~52，上部HRC58~62。注意熱處理時應盡可能保證內孔無氧化皮。保證夾持部分的硬度和彈性35清理吹砂去熱處理后氧化皮及其它附著物。40磨磨外圓表面、端面及30°±2′外錐面，保證跳動量不大于0.02，各表面Ra0.8。小錐度心軸MQ6025A45磨（研）找正外圓磨（研）內孔至尺寸精度要求。頭架MQ6025A50切割采用相應厚度b的切割砂輪切出夾頭上端的窄槽分度頭MQ6025A55鉗去毛刺、清洗、油封備用4.3回轉體的加工工藝設計回轉體的加工工藝過程零件圖工序號工序名稱工序內容裝夾方法及備注說明加工設備0粗車平端面、打中心孔，按圖粗車各部，各部尺寸均留余量1.5~2mm。自定心三爪卡盤、頂尖C61405調質HRC30~32改善切削性能及綜合力學性能10精車除M64×２螺紋外，按圖精車各部尺寸，各Ｒa0.8表面均留余量0.4~0.5mm。互為基準C614015磨夾持外圓柱面，校正外圓磨內孔各部，保證各部符合圖紙要求。M212020銑銑端面齒符圖萬能分度頭X613225磨磨外圓錐面，保證符合圖紙要求特制小錐度心軸M143230車車M64×２螺紋符合圖紙要求內錐夾具C614035鉗工劃方20×16、M6×1及斜孔位置線。萬能分度頭40銑銑方20×16符合圖紙要求鉆M6×1底孔至鉆、鉸符圖萬能分度頭斜孔加工時偏轉立銑頭主軸10°，