铣床夹具设计.docx
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铣床夹具设计
第一章零件的工艺分析
该气动缸体只有一个加工表面（上表面，以∮80的孔为中心）平面的技术要求只要是对平面度，表面粗糙度的要求0.05。
1.1平面度分析
平面度是指平面的平整程度,符号表示本零件的顶面和基准面的平面度误差在整个平面内最大不允许超过0.05mm,即平面度公差为0.05mm。
1.2表面粗糙度
表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性该零件粗糙度要求为
4。
第二章毛坯的制造形式
毛坯的选择对零件工艺过程的经济性有很大影响，工序数量，材料消耗加工工时等都取决于所选择的毛坯，但要提高毛坯的质量往往会使毛坯制造困难，需要复杂的工艺和昂贵的设备，增加了毛坯的成本，这两者是矛盾的。
因此毛坯的种类和制造方法的选择要根据毛坯的类型和具体的生产条件决定。
同时应该注意到，充分使用新工艺、新技术、新材料的可能性，以便降低零件生产总成本提高质量。
零件材料为HT200，其表面形状比较复杂，内腔也较复杂，因此选择铸造的方法获得毛坯，铸型用的材料来源广泛，价格低廉，铸件可部分用废零件或废金属料熔炼而成。
此外，铸件的形状尺寸与零件很接近，因而节约了大量金属材料和加工工时，同时铸件抗压强度高，抗振性好，易于加工但生产周期长，需要进行时效处理，以消除内应力。
据以上分析，采用铸造的方法获得毛坯是比较合理的。
第三章铣削方式的选择
3.1端面铣
端面铣削是指用铣刀端面齿刃进行的铣削，是利用分布在铣刀端面上的刀尖来加工平面的，在铣床上铣削平面，尤其是较宽，较大的平面和大平面，大都采用端面铣削的方法加工，用端面铣削的方法铣出的平面，其平面度主要取决于铣床主轴轴线与进给方向的垂直度，若主轴与进给方向垂直，则刀尖旋转时的轨迹为一个与进给平行我圆环，这个圆环割出一个平面，此时，铣刀刀尖在工件表面铣出网状的刀纹。
若铣床主轴与进给方向不垂直，则相当于一个倾斜的圆环，把工件切出一个凹面，此时，工件表面将形成单向胡形刀纹，在铣削过程中，若进给方向是从刀尖高的一边移向低的一边时，则会产生“拖刀”现象，反之则无“拖刀”现象
3.2周边铣削
周边铣削是指用铣刀周边齿刃进行的铣削是指利用分布在铣刀圆柱面上的刀刃来铣削并形成平面,所以周边铣削适用于加工不太宽和较窄的平面，也适用于周边铣削加工，对宽度大于120mm的平面，就不太合适，除特殊情况外最好采用端面铣削，用周边铣削的方法铣出的平面，其平面度主要取决于铣刀饿圆柱度，因为用周边铣削方法铣出的平面，相当于工件在圆柱下做直线运动时被辗出一个平面，是用圆柱铣刀铣削平面的情况，精削时要保证铣刀的圆柱度。
3.3端面铣削和周边铣削的比较
端面铣削时，由于端铣刀杆短，刚性好，刀片装夹方便，尤其是可转位铣刀，适用于进行高速铣削移动铣削，能显著提高生产率和减少表面粗糙度值。
端铣刀的直径最大可达1m左右，能一次铣出较宽的表面，同时工作的刀齿比较多，故震动小而平稳，效率也高。
端铣刀的刃磨没有圆柱形铣刀要求严格，在一把端铣刀上，若各个刀齿刃磨的高低不齐，半径方向也出入不等，但对铣出平面的平面度是没有影响的，只对铣削时平稳性和表面粗糙度值有影响。
用端面铣削获得的平面只可能是凹面，从使用情况看大都只允许凹不允许凸；而用周边铣削获得平面，则凸和凹都可能产生，因此用端面铣削平面比较合理。
对于铣削用量相同，并在端铣刀上不采用修光刀刃等措施的情况下，用周边铣削加工出的表面粗糙度值小。
用周边铣削时，能一次切除较大的铣削层深度（吃刀量）
据以上分析与比较本工件采用端面铣削的方法。
3.4端面铣削时的顺铣与逆铣
端面铣削时，根据铣刀与工件之间的相对位置不同而分为对称对称铣削和非对称铣削。
3.5对称铣削
工件处在铣刀中间时的铣削称为对称铣削，铣削时，刀齿在工件的前半部分为逆铣，在进给方向的铣削分力Ff与进给方向相反。
刀齿在工件的后半部分为顺铣，与进给方向相同。
对称铣时，在铣削层宽度较窄和铣刀齿数少的情况下，由于Ff在进给方向上的交替变化，使工件和工作台容易产生窜动。
另外，在横向的水平分力Ff较大，对窄长的工件易造成变形和弯曲，所以只有在工件宽度接近铣刀直径时才采用对称铣削。
3.6非对称铣削
工件的铣削层宽度偏向铣刀一边时的铣削称为非对称铣削，即铣刀中心与铣削层宽度的对称线处在偏心状态下的铣削，非对称铣削时有顺铣和逆铣两种。
非对称逆铣铣削时，逆铣部分占的比例大，在各个刀齿上的F之和与进给方向相反，所以不会拉动工作台。
端面铣削时刀刃切入工件虽由薄到厚，但不等于从零开始，因而没有因而没有像周边铣削时那样的缺点，从薄处切入刀齿的冲击反而较小，故振动较小，另外工件所受的垂直铣削力Ff又于铣削方式无关，因此在端面铣削时，应采用非对称逆铣。
非对称顺铣，铣削时，顺铣部分占的比例大，为在各个刀齿上的Fv之和，与进给方向相同，故易拉动工作台。
在铣削塑性和韧性好，加工硬化严重的（如不锈钢和耐热刚等）材料时，采用不对称顺铣，以减少切削粘附和提高刀具寿命，此时必须调整好丝赶副的传动间隙。
经上述端铣时顺铣与逆铣的对比与分析，在端面铣削时采用非对称逆铣。
第四章刀具的选择
4.1基本要求
铣刀切削部分的常用材料应满足以下基本要求：
4.1.1硬度
在常温下，刀具切削部分必须具有足够的硬度才能切入工件，由于在切削过程中会会产生大量的热量，因而要求刀具材料在高温下仍能保持其硬度，并继续进行切削。
4.1.2韧性和强度
高的强度和好的韧性在切削过程中，刀具要承受很大的冲击力，所以刀具眼材料要具有较高的强度，否则易断裂和损坏。
由于铣刀受到冲击和振动，因此铣刀条件还具备好的韧性，才不易崩刃，碎裂。
4.1.3铣刀切削部分的材料的要求
刀具的切削的切削部分不但要承受切削过程中的高温，高压及冲击载荷，而且还要受到切削中工件的强烈摩擦，因此，作为刀具切削部分的材料必须具备较高的硬度，韧性，此外，还需有良好的冷热加工性能。
4.2常用材料
具有上述性能的材料很多，常用的铣刀材料有高速工具钢和硬质合金两种。
4.2.1高速工具钢（高速钢和锋钢等）
有通用高速钢和特殊用途高速钢两种，通用高速钢是指加工一般金属材料用的高速钢，其牌号有W18Cr4V.W6Mo5Cr4V等。
W18Cr4V是钨高速钢，具有较好的综合性能，常温时该材料硬度为HRC62～65，在600℃高温时，硬度约为HRC51，抗弯强度约为3500MPa，磨削性能好。
所以各种通用铣刀都采用这种牌号的高速钢材料制造。
W6Mo5Cr4V是钨钢系高速钢，它的抗弯强度、冲击韧性和热塑性均比W18Cr4V好，而磨削性能稍比W18Cr4V差，而其他情况基本相同。
用于其热塑性和韧性较好故常用于制造成形刀具和承受冲击力较大的铣刀。
特殊用途高速钢是通过改革高速钢的化学成分来改变其切削性能而发展起来的。
它的常温硬度和高温硬度比才常用高速钢高，这种材料的刀具主要用于加工耐热钢，不锈钢，高温或超强度材料等难加工材料。
近年来，我们研究成功了许多新型高速钢。
用于制造铣刀的新型高速钢牌号为W6Mo5Cr4V2Al，C50（钢）和Ｗ６Ｍo５Ｃr４Ｖ５ＳiＮ６Ａl２０钢等。
高速钢具有以下特点：
1）合金元素如Ｗ（钨），Ｃr（铬），Ｍo，Ｖ等的含量较高，淬火硬度
可达６２～７０，在６００℃高温下，仍能保持较高的硬度
2）刃口强度和韧性好，抗振性强，能用于制造切削速度较低的刀具，
即使刚性较差的机床，采用高速钢铣刀仍能顺利切削。
3）工艺性能好，锻造焊接、切削加工和刃磨都比较容易，还可以制造形状复杂的刀具。
4）与硬质合金材料相比，能有硬度较低，热硬性和耐磨性较差等特点。
4.2.2硬质合金
硬质合金是以金属碳化物化WC（碳化钨）、TiC（碳化钛）和以Co（钴）粘接剂粉末冶金工艺制造而成，其主要特点如下：
1）.耐高温。
在800～1000度左右仍能保持良好的切削性能切削时可选用比高速钢高4～8倍的切削速度。
2）.常温硬度高，耐磨性好。
3）.抗弯性低，冲击刃度差，切削刃不易刃磨的很锋利。
为了节省高速刚，直径较大而不太薄的铣刀大多作成镶齿刀，为提高生产效率和铣刀寿命；成型铣刀很多采用涂层刀齿。
经上分析，比较后决定采用高速钢镶齿三面刃铣刀。
根据图样给定的平面宽度尺寸现选用外径为200mm，Z=20的镶齿三面刃铣刀。
第五章铣削用量
在铣削过程中所选用的铣削用量称为铣削用量，铣削用量包括铣削层宽度，铣削层深度，铣削速度和进给量，铣削用量的选择，对提高生产效率，改善工件表面粗糙度和加工精度都有密切的关系。
选择铣削用量，是在保证铣削加工质量和工艺系统刚性所允许的前提下进行的，首先应选用较大的每齿进给量，最后确定铣削速度。
铣削层深度选择铣削层深度主要根据工件的加工余量和加工表明的精度来确定，当加工余量不大时，应尽量一次进给铣去全部加工余量，只有当工件的加工精度要求较高或加工表面粗糙度小于Ra6.3时，才分粗精铣两次进给。
因本工件为铸铁，所选刀具为高速钢铣刀，现选取粗铣时的铣削层深度为5～7mm，精铣铣削层深度为0.5～1mm。
5.１每齿进给量的选择
粗铣时，限制进给量提高的主要因素是切削力，进给量主要根据铣床进给机构的强度，刀轴尺寸，刀齿强度以及机床夹具等工艺系统的刚性来确定，在强度，刚度许可的条件下，进给量应尽量选的大些。
精铣时，限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度，为了减少工艺系统的弹性变形，减小已加工表面的残留面积高度，一般采取较小进给量。
综上分析，因本工件的加工刀具为高速钢镶齿三面刃铣刀，所以选取每齿进给量为０.１２～０.２０mm。
5.2铣削速度的选择
粗铣时，确定铣削速度必须考虑到铣床功率的限制，精铣时，一方面应考虑提高工件的表面质量，另一方面要从提高铣刀耐用度来考虑选择。
经上述分析，现选取铣削速度选择为15～21r/min。
5.3切削液
在铣削过程变形与摩擦所消耗的功绝大部分转变为热能致使刀尖的温度升的很高，高温会使刀刃很快磨钝和损坏，使加工出来的工件质量降低，为了降低切削温度，目前.切削液的作用采用的方法是切削时，冲注切削液。
5.3.1切削液的作用
5.3.2冷却的作用：
切削液能吸收和带走热量在洗削过程中产生大量的热量充,分浇注切削液，能带走大量热量和降低温度，有利于提高生产率和产品质量。
5.3.3润滑作用：
切削液可以减少切削过程中的摩擦，减小切削阻力显著提高表面质量和刀具耐用度。
5.3.4防锈作用：
切削液能使机床，工件，刀具不受周围介质的腐蚀。
5.3.5冲洗作用：
在浇注切削液时，能把铣刀齿槽中和工件上的切削冲击大，具在铣削沟槽等切削不易，排出的地方，较大流量切削液能把切削冲出来使铣刀不因切削阻塞而影响铣削和表面质量。
5.4.切削液的种类
5.4.1水溶液：
水溶液的主要成分是水，冷却性较好。
使用时一般加入定量的水溶性，防锈添加剂，由于水溶液比热容大，流动性好，价格低廉，所以应用广泛。
5.4.2乳化液：
乳化液是将乳化油用水稀释而成的。
这种切削液具有良好的冷却性能，但润滑，防锈能较差，使用时，常加入一定量的防锈添加剂和极压添加剂（含硫，磷，等元素）。
5.4.3切削油：
切削油的主要成分是矿物油（柴油和机油）也可以选择植物油，柴油和豆油，硫化油和其他的混合油等，这类切削液的比热容低流动性差是一种以润滑为主的切削液。
所有时也可以加入防锈添加接、以提高其锈和润滑性能。
5.5切削液的选用
切削液应根据工件材料，刀具材料和加工工件来选用。
5.5.1粗加工时，由于切削量产生的热量温度高，而对表面质量的要求并不高，所以应采用以冷却为主的切削液，
5.5.2精加工时，对工件表面、质量要求高，并希望铣刀的耐用度高，希望用有良好的润滑作用的切削液。
精加工的切削量少产生的热量也少，所以对冷却的要求并不高，应选用以润滑为主，并具有一定的冷却作用的切削液。
本工件为铸铁，对于切削液粗铣时一般不用，必要时用压缩空气或乳化液，精铣时切削液一般也不用，必要时用压缩空气，乳化液或极压乳化液。
5.6选择测量方法
1、平面度采用刀口形直尺检验。
2、平行面之间的尺寸和平行读应用外径千分尺测量
3、直度用900角尺检验
3、表面粗糙度采用测样板类比检验
第六章夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具经过与指导老师协商，现决定设计组合机车上铣削气缸体上平面的夹具。
6.1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，基面选择的正确与合理可以使加工质量得到保障，生产得到保证，生产率的到提高，否则加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
本工件以内平面N，前后两半圆孔和前端面，以及上平面水套孔一侧面B为定位基准，分别以支持钉5，定向块9，挡销2及校正块装置定位，完成六点定位，由于工件较大，因此在工件底面有四个辅助支承钉13，以增强定位的刚性与稳定性。
安装时，先将工件放在两个支承钉5（消除Z一个自由度）和挡销2上（消除Y1个自由度）并由两个浮动定向块9定向（消除XXZ三个自由度）然后翻下校正块4，调节螺钉6使调节销8伸出，推动工件绕两支承钉5回转直到工件上平面水套孔的一侧面B与贴合校正块的量块14工作面对齐，转动手柄11通过锁紧油缸动作，把工件夹紧，此时六个自由度全部消除。
由于工件在后道工序加工气缸孔时要求壁厚均匀，且保证与M面距离为1230.2mm,因此本夹具不用工件毛坯底面为定位基准，而采用了校正块装置，校正块共两块（也可用一块），其校正精度由调整螺钉3调节，为保证气缸孔C中心与该孔上平面垂直，以及尺寸1230.2mm，校正块基面与定向块中心距为1230.05mm，必要时尚需修刮量块的工作面，这些是在工件定位时特别要注意的。
6.2加工方案的设计
由机械加工顺序安排的原则；
1）先粗后精，粗精分开
1）先基准后其他
2）先主要后其次
3）先面后孔
现安排加工方案如下：
序号
工序内容
定位基准
01
铸造
02
时效
03
粗铣工件上平面
内平面N前后两半圆孔及上平面水套孔一侧面B
04
精铣工件上平面
内平面N前后两半圆孔及上平面水套孔一侧面B
05
清洗，去毛刺
06
检验
6.3加工设备的选择
序号
加工内容
设备
刀具
01
铣上平面
组合机床
高速钢镶齿三面刃铣刀，φ200mm，Z=20
02
铣上平面
组合机床
高速钢镶齿三面刃铣刀，φ200mm，Z=20
6.4主轴转速，切削力及夹紧力的计算：
刀具，高速钢镶齿三面刃铣刀，φ200mm，Z=20
1）.粗铣取铣削速度V=21m/min
每进给量fz=0.15mm/z.则铣床主轴转速为
n=1000V/3.14D=1000X21/3.14X200=33.43r/min
每分钟进给量为
Vf=fz*z*n=0.15*20*30=90mm/min
实际调整主轴转速为：
n=90mm/min，每分钟进给量Vf=90mm/min。
2）.精铣，取铣削速度V=2m/min，每齿进齿量
fz=0.063mm/z，实际调速主轴转速为n=75r/min，每分钟进给量为
Vf=47.5mm/min.
3）.粗铣时的铣削层深度为5mm，精铣时为0.5mm.
铣削层宽度分别为
F=Cf*ap*fz*ae*z/d*n
其中：
CF=514，ap=5mm，XF=1.0fz=0.15mm/z
Yf=0.72.ae=40mm（在加工面上侧面的近试值），UF=0.86，d=200mm，
Qf=0.86
WF=0，Z=20
F=514*5*0.150.*400.8672*20/2000.86
=1530（N）
水平面力：
FH=1.1F=1.1*1530=1683（N）
垂直分力：
FV=0.3F=0.3*1530=459（N）
在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内，安全系数K=K1K2K3K4
其中：
K1为基本安全系数1.5
K2为加工性质系数1.1
K3为刀具钝化系数1.1
K4为断续切削系数1.1
所以，=KFH=1.5*1.1*1.1*1683=3360（N）
选用两气缸两斜契夹紧机构，锲角α=100
其结构选用5型，则扩力比I=3.42，为克服水平切削力，实际夹紧力N为
N（f1+f2）=KFH
N=KFH/f1+f2
其中f1及f2为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数,f1+f2=0.25,则
N=3360/0.5=13338（N）
气缸的选用φ1.7mm,当压缩空气单位压为P=0.5Mp时,气缸推力为3900N,由
于已知斜锲机构扩力比为I=3.42,故由气缸产生的实际夹紧力为
N气=3900i=3900*3.42=13338（N）
此时N气已大于所需的6720N的夹紧力,故本夹具安全工作.
6.5定位误差的分析
一批工件逐个的在夹具上定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，加工后，各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。
但对于本零件来说，因为满足了基准重合的原则，所以，△B=0。
虽然有两处采用平面定位，△Y1=0。
但是，因为还有一个孔定位，所以，
△y=△d/2=（0.021+0.021）x0.5=0.021mm
6.6夹具设计及操作的简要说明
如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。
为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用受动夹紧。
因为这是提高劳动生产率的重要途径。
本道工序的铣床夹具就选择了气动夹紧方式。
本工序在粗加工时，切削力较大，为了夹紧工件，势必要增大气缸直径，而这样将使整个夹具过于庞大。
因此，应首先设法降低切削力。
目前采取的措施有三：
一是提高毛坯的制造精度，使最大切削力深度降低，以降低切削力；二是选择一种比较理想的斜锲夹紧机构，尽量增加该夹紧机构的扩力比；三是在可能的情况下，适当提高压缩空气的工作压力（由0.4Mpa增至0.5Mpa），以增加气缸推力。
结果，本家具总的感觉还比较紧凑。
结论
通过这次毕业设计我学到了许多以前我没有接触过的东西和学到了许多书本中没有的知识，从中提高了我运用各种知识的能力,并懂了怎样运用手中的知识去设计有价值的东西，来提高效率。
通过这次毕业设计让我学会了从机器功能的要求出发，合理选择紧固机构、调整机构，制定设计方案，正确计算零件的工作能力，确定它的尺寸、形状、结构及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，进一步培养机械设计的基本技能。
这次毕业设计培养了我机械设计的能力。
通过毕业设计，使我具备了综合运用机械设计课程、机械制造课程和其他选修课程的理论和实际知识的能力，使我现在初步具备了解决机械设计问题的能力。
通过设计时间，掌握了机械设计的一般规律，树立了正确的设计思想，进一步培养了我分析解决实际问题的能力。
经过这次毕业设计培养了我运用机械制造工艺学及有关课程（工程材料与热处理、机械设计、公差与技术测量、金属切削原理与刀具等）的知识，结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题，具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。
能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具机构设计，提高结构设计能力。
进一步提高了我运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。
进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。
这次毕业设计我自己觉得做得还是比较成功的，在老师的指导下我成功的把液压夹紧铣床夹具画出来，把别人认为简单的东西做好了就不简单。
把别人认为不可以的东西变得可以了你就成功了。
虽然这次刚开始的时候遇到了很多困难，以前没接触过夹具，不知道从哪里下手做，在经过指导老师的指导和帮助下，自己感觉越来越有头绪了，路子就渐渐清新起来，原来我们对加工零件的定位基准怎么也拿不准，又不会判断。
现在看来是很简单的事，自己搞复杂了。
在对于标准件的选择还存在很多不足。
还须在以后的日子里还需加倍努力学习，把它弄懂、弄会。
以后的学习和生活中我会尽我所能将其完善，争取能设计出比现在更好的夹具来。
在这次设计中所出现的一些不合理的机构将不再出现，我会在以后的工作中多积累一些这方面的知识，因为这不光能提高我自身的设计加工能力，同时也能为我创造财富。
对于班级的同学我也要向他们说一声谢谢，是他们在我遇到困难时给我无偿的提供帮助，我能这么顺利地完成毕业设计多亏了他们的帮助。
最后我还要感谢我的班主任祝文琴老师和我的指导老师，是他们给了我做毕业设计的机会，通过这次毕业设计我的各方面的能力都得到了提高，这对我以后找工作非常有帮助。
致谢
我能顺利完成这次毕业设计我要感谢我的指导老师，他在我做毕业设计的过程中给了我很多帮助，原本他的事情就多，每次我遇到问题向他请教时他都会很耐心的指导我，并给我提了很多宝贵的意见，正是由于他的宝贵意见才使我的课题得到完善，设计得比较合理，但他不管刮风下雨，在百忙中抽出空余时间来指导我。
正是由于他的悉心指导和耐心的教导才使我这么顺利地完成这次毕业设计，因此我要对他说一声“感谢”。
参考文献
作者：
徐鸿本主编《夹具设计手册》日期2004年03月
作者：
田玉顺主编《金属切削理论与实践》北京市《金属切削理论与实践》编委会
主编-吴国洪《铣工》（初级）出版日期1998年01月第一版
作者：
颜景平主编、韩克筠副主编《机械制造基础》中央广播电视大学出版社
出版日期1991年02月
作者：
葛中民主编《机械设计基础》中央广播电视大学出版社出版日期1991
年10月
作者：
王平嶂主编《机械制造工艺与刀具》出版日期2005年03月
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