离合器接合叉夹具设计说明书.docx

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离合器接合叉夹具设计说明书

机械制造课程设计

机械制造工程原理课程设计任务书

一、设计题目

设计离合器接合叉槽夹具的设计，铣轴端

键槽的专用夹具。

二、原始依据

1.生产类型：

成批生产；

2.零件图样。

三、设计内容

1.零件图1张；

2.毛坯草图1张；

3.制定零件的机械加工工艺规程，填写机械加工工艺过程卡片及指定工序的机械加工工序卡片各1份。

或填入机械加工工艺过程综合卡片；

4.设计指定的专用夹具，绘制夹具装配总图1张，绘制所设计夹具的大件零件图1张；

5.编写设计说明书1份。

一、零件的工艺分析及生产类型的确定………………………………3

二、加工方法的选择及工艺路线的制定………………………………5

三、夹具方案的探讨……………………………………………………5

四、工件的夹紧设计理论………………………………………………10

五、夹具设计……………………………………………………………13

六、夹紧装置的设计……………………………………………………13

七、对刀块的设计………………………………………………………13

八、夹具体与机床连接部分与定位…………………………………14

九、小结………………………………………………………………16

十、参考文献…………………………………………………………17

离合器接合叉铣床夹具设计

一、零件的工艺分析及生产类型的确定

1.1零件的作用

零件是离合器接合叉，该零件上的轴端是用于传递运动和转矩。

轴的每一个面都有粗糙度要求，因此每一个面都需要加工，其中轴颈和键槽需要磨削，其他各台阶面需要精车。

1.2确定生产类型

根据设计任务书可知：

成批生产。

1.3零件的工艺分析

零件的视图正确、完整。

公差及技术要求齐全。

零件如图1：

图1.零件图

根据零件图的要求，轴端的每一个都有粗糙度的要求，因此每一个面都需要加工。

零件的基准是轴的中心线，但是不能轴端面没有顶尖孔来实现定位。

二、加工方法的选择及工艺路线的制定

2.1定位基准的选择

（1）根据零件图纸的要求，零件的定位基准为轴的中心线。

这样可以保证相应的尺寸公差，圆度，跳动的精度要求。

（2）粗基准的选择

按照粗基准的选择原则为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，因此在粗车轴的左端各台阶面和端面时，选择毛坯左端φ25mm轴段所在的中心线；在铣右端各台阶面和端面时，选择φ19mm端所在的中心线。

（3）精基准的选择

考虑要保证零件的加工精度，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以轴的左右两端面所打的顶尖孔作为定位精基准。

2.2工艺路线的拟定

本零件的加工面比较多，用到的机床有车床，铣床，钻床，磨床。

分析如下：

（1）轴端面有粗糙度要求，因此粗车到相应的尺寸然后进行精加工；

（2）粗车轴端的右端台阶面，留有余量5mm；

（3）精车轴的左右各台阶面，轴颈处留1.2mm的余量，保证粗糙度为3.2。

三、夹具方案的探讨

3.1夹具定位原件的设计

3.1.1常用定位元件及选用

工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。

工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。

用定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。

3.1.1.1工件以平面定位

（1）以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面粗糙不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉。

（2）以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，用于面定位时用不带斜槽的支承板，通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利清除切屑。

（3）以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件。

但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。

（4）以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承作定位元件。

（5）当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承作辅助定位元件，但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。

3.1.1.2工件以外圆柱定位

（1）当工件的对称度要求较高时，可选用V形块定位。

V形块工作面间的夹角α常取60°、90°、120°三种，其中应用最多的是90°V形块。

90°V形块的典型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。

V形块结构有多种形式，有的V形块适用于较长的加工过的圆柱面定位；有的V形块适于较长的粗糙的圆柱面定位；有的V形块适用于尺寸较大的圆柱面定位，这种V形块底座采用铸件，V形面采用淬火钢件，V块是由两者镶合而成。

（2）当工件定位圆柱面精度较高时（一般不低于IT8），可选用定位套或半圆形定位座定位。

大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件，可选用半圆定位座。

3.1.1.3工件以内孔定位

（1）工件上定位内孔较小时，常选用定位销作定位元件。

圆柱定位销的结构和尺寸标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用。

当工件圆柱孔用孔端边缘定位时，需选用圆锥定位销。

当工件圆孔端边缘形状精度较差时，选用圆锥定位销；当工件需平面和圆孔端边缘同时定位时，选用浮动锥销。

（2）在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴定位，为了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜，当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高时，常以孔和端面联合定位。

因此，这类心轴通常是带台阶定位面的心轴，当工件以内花键为定位基准时，可选用外花键轴，当内孔带有花键槽时，可在圆柱心轴上设置键槽配装键块；当工件内孔精度很高，而加工时工件力矩很小时，可选用小锥度心轴定位。

综上：

正确定位，必须选对定位基准。

3.1.2对定位元件的基本要求

（1）限位基面应有足够的精度。

定位元件具有足够的精度，才能保证工件的定位精度。

（2）限位基面应有较好的耐磨性。

由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。

（3）支承元件应有足够的强度和刚度。

定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中变形和损坏。

（4）定位元件应有较好的工艺性。

定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。

（5）定位元件应便于清除切屑。

定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。

在工件定位中有很多种不同的定位方法，比如，工件以平面定位，工件以圆孔定位，工件以外圆柱定位，工件以锥孔定位等定位方法等定位方法。

这些定位方法适应在不同的场合，根据具体情况而定。

本次夹具定位分析如下：

在加工本工序以前已加工过的表面有，A、B面看，K孔。

可用A面支靠，K定位，K孔用削边销定位。

3.2自由度限制分析：

3.2.1常用定位元件所能限制的自由度

定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类：

（1）用于平面定位的定位元件：

括固定支承（钉支承和板支承），自位支承，可调支承和辅支承。

（2）用于外圆柱面定位的定位元件：

括V形架，定位套和半圆定位座等。

（3）用于孔定位的定位元件：

括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销），圆柱心轴和小锥度心轴。

3.2.2定位误差分析

六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。

但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。

如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。

这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用ΔD表示。

在工件的加工过程中，产生误差的因素很多，定位误差仅是加工误差的一部分，为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/5～1/3，

即

ΔD≤（1/5～1/3）T（1-1）

式中，ΔD——定位误差，单位为mm；

T——工件的加工误差，单位为mm。

零件如图所示，此时工件限制的自由度分别是：

①A面支靠，限制四个自由度。

②B面用夹紧定位，可限制一个自由度，还有一个自由度没有限制。

③K孔选择一个削边销进行限制。

六个自由度完全限制。

3.2.3定位误差产生的原因

工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：

一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。

由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用ΔY表示。

不同的定位方式，基准位移误差的计算方式也不同。

如果工件内孔直径与心轴外圆直径做成完全一致，作无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。

但实际上，如图所示，心轴和工件内孔都有制造误差。

于是工件套在心轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸H中附加了工件定位基准变动误差，其变动量即为最大配合间隙。

可按下式计算：

ΔY=amax-amin=1/2（Dmax-dmin）=1/2（δD+δd）（1-2）

式中，ΔY——基准位移误差单位为mm；

Dmax——孔的最大直径单位为mm；

dmin——轴的最小直径单位为mm；

δD——工件孔的最大直径公差，单位为mm；

δd——圆柱心轴和圆柱定位销的直径公差，单位为mm。

基准位移误差的方向是任意的。

减小定位配合间隙，即可减小基准位移误差ΔY值，以提高定位精度。

加工尺寸的基准是外圆柱面的母线时，定位基准是工件圆柱孔的中心线。

这种由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差，用ΔB表示。

此时除定位基准位移误差外，还有基准不重合误差。

综上：

定位误差产生的原因是，定位基准与限位基准不重合及定位基准与工序基准不重合而产生的误差。

3.2.4常见定位方式中基准位移误差

（1）用圆柱定位销、圆柱心轴中心定位

计算式：

ΔY＝Xmax=δD+δd0+Xmin（定位心轴较短）（1-3）

式中，Xmax——工件定位后最大配合间隙；

δD——工件定位基准孔的直径公差；

δd0——圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差；

Xmin——定位所需最小间隙，由设计而定。

注意：

基准位移误差的方向是任意的。

当工件用长定位心轴定位时，需考虑平行度要求。

计算式：

ΔY＝Xmax=（δD+δd+Xmin）L1／L2（1-4）

式中，L1——加工面长度；

L2——定位孔长度。

（2）定位套定位

计算式：

ΔY＝Xmax=δD0+δd+Xmin（1-5）

式中，δD0——定位套的孔径公差；

δd——工件定位外圆的直径公差。

注意：

基准位移误差的方向是任意的。

（3）平面支承定位

平面支承定位的位移误差较容易计算，当忽略支承误差且定位基准制作精度较高时，工序尺寸的基准位移误差视为零。

（4）V形体定心定位

若不计V形体制造误差，仅有工件基准面的圆度误差时，工件的定位中心会发生偏移即O1O2＝T1－T2，产生基准位移误差。

即

ΔY＝O1O2=T1－T2（1-6）

故，对于90°V形体ΔY＝0.707δd。

3.2.5定位误差的合成

定位误差是两误差的合成

即

ΔD=ΔB+ΔY（1-7）

在圆柱间隙配合定位和V形块中心定位中，当基准不重合误差和位移误差都存在时，定位误差的合成需判断“＋”、“－”号。

例如：

V形块中：

ΔB＝δd／2（1-8）

当ΔB与ΔY的变动方向相同时：

ΔD＝ΔB＋ΔY＝δd／2+ΔY（1-9）

当ΔB与ΔY的变动方向相反时：

ΔD＝ΔB－ΔY＝δd／2－ΔY（1-10）

3.2.6六点定位原理

当工件在不受任何条件约束时，其位置是任意的不确定的。

由理论力学可知，在空间处于自由状态的钢体，具有六个自由度，即沿着X、Y、Z三个坐标轴的移动和绕着这三个坐标轴转动的自由度。

六个自由度是工件在空间位置不确定的最高程度。

定位的任务，就是要限制工件的自由度。

在夹具中，用分别适当的与工件接触的六个支撑点，来限制工件六个自由度的原理，称为六点定位原理。

四．工件的夹紧

在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。

为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢。

工件定位后，将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。

4.1夹紧装置的组成

夹紧装置的组成由以下三部分组成。

（1）动力源装置

它是产生夹紧作用力的装置。

分为手动夹紧和机动夹紧两种。

手动夹紧的力源来自人力，用时比较费时费力。

为了改善劳动条件和提高生产率，目前在大批量生产中均采用机动夹紧。

机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力夹紧装置。

（2）传力机构

它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。

传力机构的作用是：

改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤为重要。

（3）夹紧元件

它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。

4.2夹紧装置的设计原则

在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。

因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：

（1）工件不移动原则

夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。

（2）工件不变形原则

夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。

（3）工件不振动原则

对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。

（4）安全可靠原则

夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。

（5）经济实用原则

夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。

4.3定位夹紧力的基本原则

设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。

4.3.1夹紧力的方向

夹紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。

选择时必须遵守以下准则：

（1）力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。

（2）紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。

（3）力的方向应是工件刚性较好的方向。

由于工件在不同方向上刚度是不等的。

不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。

尤其在夹压薄壁零件时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。

4.3.2夹紧力的作用点

夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。

选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。

夹紧力作用点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素。

合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则：

（1）力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。

如夹紧力作用在支承面范围之外，会使工件倾斜或移动，夹紧时将破坏工件的定位。

（2）力的作用点应选在工件刚性较好的部位。

这对刚度较差的工件尤其重要，如将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，并且夹紧更加可靠。

（3）力可的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和靠性。

4.3.3夹紧力的大小

夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密密切的关系。

夹紧力的大小要适当。

夹紧力过小则夹紧不牢靠，在加工过程中工件可能发生位移而破坏定位，其结果轻则影响加工质量，重则造成工件报废甚至发生安全事故。

夹紧力过大会使工件变形，也会对加工质量不利。

理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，计算是很复杂的。

因此，实际设计中常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。

当采用估算法确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。

根据工件所受切削力、夹紧力（大型工件应考虑重力、惯性力等）的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力，

即

Fwk=KFw（1-11）

式中，Fwk——实际所需夹紧力，单位为N；

Fw——在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，单位为N；

K——安全系数，粗略计算时，粗加工取K＝2.5～3，精加工取K＝1.5～2。

夹紧力三要素的确定，实际是一个综合性问题。

必须全面考虑工件结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧装置。

4.4减小夹紧变形的措施

有时，一个工件很难找出合适的夹紧点。

如较长的套筒在车床上镗内孔和高支座在镗床上镗孔，以及一些薄壁零件的夹持等，均不易找到合适的夹紧点。

这时可以采取以下措施减少夹紧变形。

（1）均匀的对称变形，以便获得变形量的统计平均值，通过调整刀具适当消除部分变形量，也可以达到所要求的加工精度。

增加辅助支承和辅助夹紧点。

若高支座可采用增加一个辅助支承点及辅助夹紧力，就可以使工件获得满意的夹紧状态。

（2）分散着力点，用一块活动压板将夹紧力的着力点分散成两个或四个，从而改变着力点的位置，减少着力点的压力，获得减少夹紧变形的效果。

（3）增加压紧件接触面积，在压板下增加垫环，使夹紧力通过刚性好的垫环均匀地作用在薄壁工件上，避免工件局部压陷。

（4）利用对称变夹具的夹紧设计，应保证形状在加工薄壁套筒时，采用加宽卡爪，如果夹紧力较大，仍有可能发生较大的变形。

因此，在精加工时，除减小夹紧力外，工件能产生。

（5）其它措施：

对于一些极薄的特形工件，靠精密冲压加工仍达不到所要求的精度而需要进行机械加工时，上述各种措施通常难以满足需要，可以采用一种冻结式夹具。

这类夹具是将极薄的特形工件定位于一个随行的型腔里，然后浇灌低熔点金属，待其固结后一起加工，加工完成后，再加热熔解取出工件。

低熔点金属的浇灌及熔解分离，都是在生产线上进行的。

五.原件以及结构的选择

5.1定位销的选择

定位销有圆柱和圆锥两种，圆锥定位定心精度高，锥度越小定心精度越高，但是过长会影响芯轴的刚度，为了避免芯轴过长可以进行分组。

此芯轴适用于定位孔长度与孔径位0.25—1.5的短工件，在定位过程中，圆柱芯轴和圆锥芯轴限制自由度是一样的。

由于圆锥芯轴加工工艺性与圆柱芯轴的相比较差。

所以，这里选用圆柱芯轴。

5.2芯轴结构的选择

可以将芯轴与底座做成连体式或者是分解式两个零件。

若采用连体式，从工艺角度来说，此结构加工过程会引起加工困难。

采用分解式结构，从工艺性的角度来说，零件的加工工艺性能比整体式要好。

跟方便加工。

但是安装过程中存在安装误差，使零件在加工过程中的精度更高。

分解式的结构，芯轴有两种：

①芯轴侧板用螺纹连接。

②芯轴与侧板用过盈配合连接。

用螺纹连接在配合时间隙较大，会影响安装精度。

而过盈配合连接影响精度较小。

综上所述，为了不至于夹具体的零件的加工精度不够高，我们选用过盈配合连接。

同理，菱形销也采用过盈配合。

六．夹紧装置的设计

采用移动压板，即经济又实惠，而且方便，夹紧力方面也能达到要求。

根据《机床夹具设计书》附录3中3.28移动压板采用公称直径M12标准件。

七.对刀块的设计

夹具在机床上安装完毕，在进行加工之前，尚需进行夹具的对刀，使刀具相对夹具定位元件处于正确位置。

对刀的方法通常有三种：

试切法对刀，调整法对刀，用样件或对刀装置对刀。

不管采用哪种对刀方法，都涉及到对刀基准和对刀尺寸。

通常是以与工年定位基准重合的定位元件上的定位面作为对刀基准，以减少基准变换带来的误差。

铣床夹具的对刀尺寸是从对刀基准到刀具切削表面之间的位置尺寸，和对刀块位置尺寸差一个塞尺厚度。

影响对刀块位置尺寸的因素主要有对刀需要保证的工件上的加工尺寸、定位基准在加工尺寸方向的最小位移量及塞尺的厚度S，本课题任务是常见的定位方式——孔定位、圆柱面定位为例，进行铣床夹具对刀块位置尺寸的分析计算。

本工序槽宽是7mm由铣刀的宽度保证精度槽的深度由试测对刀获得，7±0.36由试测对刀保证精度。

采用直角对刀块。

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}八.夹具体与机床连接部分与定位

铣床夹具在铣床工作台上的安装位置直接影响被加工表面的位置精度，因而在设计时必须考虑其安装方法，一般是在夹具底座下面装两个定位键，定位键的结构尺寸一是标准化，在按铣床工作台的T形槽尺寸选定，他和夹具底座以及工作台T形槽的配合为H7／h6、H8／h8.两定位键的距离应力求最大，以利于提高安装精度。

作为定位健的安装是夹具通过两定位键嵌入到铣床工作台的同一条T形槽中，再用T形槽螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上，所以在夹具体上还需要提供两个T形螺栓耳座。

如果夹具较大时，可以同侧设置两个耳座，两耳座的距离要和铣床工作台两个T形槽间的距离一致。

本次夹具体总高度为182mm，再根据《机床夹具设计书》附录1，查得机床采用X51型号的卧式铣床T形槽宽度a=14查附录3中的3.18定位键，选用A形定位键标准为A14h6GB2206.

查附录3中3.40T形槽螺栓，根据a=14可查的T形槽的标准为M12×50GB37-76.

因为设计要求以A面支靠，C定位，B面压紧。

所以方案只有一种。

这种方案以一面两孔定位，采用一长定位套，一削边销，和一移动压板压紧零件。

方案分析：

在加工本工序前，加工的面有铣AB面、铣C、T、D面，铣外形，钻孔，钻K孔φ11H8。

根据前面对装夹定位知识的掌握，再结合离合器接合叉的实际情况进行分析得出了该工件的夹具的装夹定位方法：

在上面已经钻了K孔，精度分别是6H7、12H8，A面已经铣过，A面支靠限制三个自由度，P孔圆柱销定位，限制两个自由度，K孔削边销定位，限制最后一自由度。

六个自由度完全定位。

采用移动压板，即经济又合理。

（1）轴端定位，长定位套如下图：

（2）削边销定位件如下图：

（3）对刀块零件图如下图：

（4）夹紧装置零件图如下图：