发动机曲轴箱铣主轴孔卡瓦槽夹具设计.docx
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发动机曲轴箱铣主轴孔卡瓦槽夹具设计
优秀设计
摘要
本次进行的是429发动机曲轴箱铣主轴孔卡瓦槽夹具设计。
铣削加工一般切削力较大，且是多刀齿断续切削，其大小和方向瞬时急剧地变化，尤其是刀齿切入和切出的过程中会在工件上产生冲击和振动。
所以，设计铣床夹具时应特别考虑工艺系统的刚度，夹具要有足够大的夹紧力。
夹具上一般有确定与刀具间相对位置的对刀装置和确定它在车床工作台方向的定位键，这也是铣床夹具结构的主要特征。
本次夹具设计的内容为：
（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；
②确定工件的夹紧方案；
③确定夹具其它组成部分的结构形式；
④确定夹具的形式和夹具的总体结构。
（3）绘制夹具的装配草图和装配图；
（4）绘制夹具的零件图。
经过设计和讨论，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，能让读者明白整个过程。
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铣床夹具的结构设计,使其结构更简便,同时也能满足设计要求，可以用于实际生产中。
关键词：
定位；夹紧夹具
Abstract
Thistimecarriesonis429enginecrankcasemillhostaxleholebottomwallandanchorpackertroughjigdesign.Themillingprocessinggeneralcuttingforceisbig,ispreciselythemulti-knifetoothoffandoncuts,itssizeandthedirectioninstantchangesuddenly,inparticulartheknifetoothcutsintointheprocesswhichandcutstobeableontheworkpiecetohavetheimpactandthevibration.Therefore,designstimethemillingjigshouldconsiderspeciallythecraftsystemtherigidity，thejigmusthavetheenoughbigclampingforce.
Thisdesigngeneralsteps:
（1）originalresearchdataclearlydesignrequirements;
（2）Preparejigprogramstructure,thestructureofthedraftmapjig;
①Determinepositioningprogramchoicespositioningcomponents;
②DetermineJig;
③Identifyspecifickitsandotherdevices;
④mappingjigmasterplan.
Afterthedesignanddiscussion,andfinallythesuccessfulcompletionofthedesigntask.Thecurrentdesignoftheentiredesignprocesslucid,readerscanunderstandthewholeprocess.Tostructured,accuratecalculation,theeconomyreliable.Thedesigninnovationstosimplifythestructureofthedrillingtemplatedesigntothestructuresimpler,butalsotomeetthedesignrequirements.However,becauseIlacktheexperienceandknowledgeofthelimitationsofthedesignprocessinevitablysomemistakes,thejigworkandtheavailabilityofactualpracticehasyettobetested,askyourleadership,teachers,studentsvaluableadviceandinsights,Iwouldliketoexpressmysinceregratitude!
Keyword:
Positioning；jig；clamp
目录
1前言…………………………………..………………..........................1
1.1课题背景及发展趋势………………………………………………1
1.2课题的作用与意义…………………………………………………2
1.3机床夹具的组成……………………………….…………………...3
1.4铣床夹具的结构特点………………………………………………6
2工件定位方案的确定…………………………………………………8
2.1工件定位要则…………………………………………....................8
2.2工件定位方式的选择…………………………………………........9
2.3定位件的计算…………………………….……………………….12
2.4定位误差的分析计算…………………………..............................14
3夹紧方案的确定…………………..…………………………………15
3.1工件达到正确夹紧的原则………………………………………..15
3.2夹紧力三要素的确定……………………………………………..17
3.3夹紧力大小的计算……………..…................................................17
4其它装置的确定……………………………………………………..20
4.1手柄的选择及设计………………..................................................20
4.2压板的选择及设计………………..................................................21
5夹具体的设计………………………………………………………..24
总结…………………………………………………………………….26
参考资料……………………………………………………………….27
致谢…………………………………………………………………….28
附录…………………………………………………………………….29
1前言
在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受施工、检测的装置都可统称为“夹具”，广义地说，夹具是一种保证产品质量并便利和加速工艺过程的一种工艺装备。
夹具以其数量和在生产中所占的地位来说，“机床夹具”最重要，机床夹具为机床的一种辅助设备，用它来准确的确定工件与刀具的相对位置，即将工件定位和夹紧，以完成所需要的相对运动，所以机床夹具是用以使工件定位和夹紧的附加装置。
机床夹具设计的基本要求有保证工件的加工精度、提高生产率、工艺性好、使用性好、经济性好。
1.1课题背景及发展趋势
在机械制造的机械加工、检验、焊接和热处理等冷热工艺过程中使用着大量的夹具，用以安装加工对象，使之占有正确的位置，以保证零件和产品的质量，并提高生产效率。
在机床上加工工件时，为了保证加工精度，必须正确安置工件，使其相对机床切削成形运动和刀具占有正确的位置，这一过程称为定位。
为了不因受切削力、惯性力、重力等外力作用而破坏工件已定的正确位置，还必须对其施加一定的夹紧力，这一过程称为夹紧。
定位和夹紧全过程称为安装。
在机床上用来完成工件安装任务的重要工艺装配，就是各类夹具中应用最为广泛的机床夹具。
曲轴是发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，在发动机五大件中最难以保证加工质量。
由于曲轴工作条件恶劣，因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。
如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。
世界汽车工业发达国家对曲轴的加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。
随着WTO的加入，国内曲轴生产厂家已经意识到形势的紧迫性，引进了为数不少的先进设备和技术，以期提高产品的整体竞争力，使得曲轴的制造技术水平有了大幅提高，特别是近5年来发展更为迅猛。
目前国内曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。
粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及拐颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。
一般精加工采用MQ8260等曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光，通常靠手工操作，加工质量不稳定。
随着贸易全球化的到来，各厂家已意识到了形势的严峻性，纷纷进行技术改造，全力提升企业的竞争力，近年来引进了许多先进设备和技术，进展速度很快。
就目前状况来讲，这些设备和技术基本依赖进口。
现代工业的一个显著特点是：
新产品发展快，质量要求高，品种规格多，产品更新换代周期短。
反映在机械工业上，多品种、小批量生产在生产类型比例中，占了很大的比重。
这样，如果按照传统方式进行生产技术准备工作，就不适应当前和发展的新形势。
机床夹具是生产技术准备工作中一项重要组成部分，为了适应现代机械工业的上述生产特点，机床夹具发展方向主要表现为：
1．标准化完善的标准化，不仅指现有夹具零部件（包括毛坯及半成品）的标准，而且应有各种类型夹具结构的标准。
后者如通用可调夹具标准；组合夹具标准；自动线夹具标准等，并在上述两种标准化的基础上，对专用夹具零部件，通用可调夹具零部件及组合夹具零部件等，实行统一的标准化，以便使有一部分零部件，能在各类夹具上通用。
另外把一些夹具部件、组件，做成一个独立单元，使夹具的设计、制造和装配工作简化，这也是夹具标准化的一个发展方向。
作为发展趋势，有些国家不仅有上述各种夹具标准，而且有制造标准零部件和各类标准夹具的专业工厂，使原来单件生产的夹具，转变为专业化批量生产，有利于缩短生产周期和降低成本。
2.可调化、组合化当前机床夹具结构发展的两个主要方面，一是要把专门用于某一特点工序的专用夹具，扩大其应用范围，使能用于同一类型零件的加工，并实现快速调整；二是改变专用夹具在产品稍有修改或改变就报废的现象，使夹具能重复利用，实行组合化的原则，用少数元件能满足多种需要。
3.精密化随着机械产品加工精度日益提高，高精度机床大量涌现，势必要求机床夹具也相应越来越精密。
4.高效自动化为了改善劳动条件，实现文明生产，提高生产效率，降低加工成本，不仅大批量生产有此要求，对多品种、小批量生产同样可考虑采用合适的高效自动化夹具，使获得良好的经济效益。
1.2课题的作用与意义
本次毕业设计的课题是492发动机曲轴箱铣主轴孔卡瓦槽夹具设计，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。
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。
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，甚至会使制造出的夹具不能保证工件的加工精度。
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四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，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。
经过设计和讨论，终于圆满地完成了设计任务。
本次设计就是围绕以上五点要求,按照一般步骤来设计的，力求结构合理，计算准确，经济可靠。
1.3机床夹具的概述
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：
①一批工件在夹具中占有正确的加工位置；②夹具装夹在机床上的准确位置；③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。
1.3.1机床夹具的概念：
（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
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。
本次设计的即为铣曲轴箱主轴孔卡瓦槽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、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。
1.3.2机床夹具的组成
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。
（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。
（3）对刀、引导元件或装置
这些元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。
（4）夹具联接元件
使夹具与机床相连接的元件，保证夹具在机床上定位和夹紧用的元件。
如铣床夹具底面上安装的定位键等。
（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。
（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，靠模装置、工件抬起装置和辅助支撑等。
图1.1铣床夹具外形图
1.4铣床夹具的结构特点
本次设计的是一个铣床夹具，加工用的机床为X62卧式铣床。
铣床夹具最明显的特点是夹具上一般有确定与刀具间相对位置的对刀装置和确定它在车床工作台方向的定位键。
铣床夹具的主要类型有以下几种。
（1）按工件的进给方向，可分为直线进给的、圆周进给的和沿曲线进给（靠模）的；
（2）按在同一夹具中所安装工件的数目，可分为单件加工的和多件加工的；
（3）按机动时间和装卸时间是否重合，可分为利用机动时间装卸的和不利用机动时间装卸的。
在本次设计中，根据工件特点及加工要求，我所选用的是直线进给的铣床夹具。
这类夹具在加工过程中，跟随机床工作台作直线进给运动。
它分为单件加工的和多件加工的夹具。
单件加工铣床夹具多用在单件小批生产中，或用于加工大尺寸的工件和定位方式较为特殊的中、小型工件。
图1.2曲轴箱零件图
本次要加工的曲轴箱的总体尺寸如图1.2所示，要加工的主轴孔卡瓦槽尺寸如下：
，
，
（mm）。
铣床夹具一般用夹具体底面在机床工作台平面上定位,为保证定位时接触良好，对于较大的夹具体，可采用周边接触、两端接触或四脚接触等方式。
为确定夹具在机床工作台上的方向，在夹具底面设置两个定位键与机床工作台的T型槽配合。
定位键间的距离应尽量远一些；在安装夹具时可让定位键靠向T型槽的一侧，以消除间隙的影响。
夹具底座上还应设计纵向的带U型槽的耳座，供T型槽用螺栓穿过，将夹具体紧固在工作台上。
2工件定位方案的确定
2.1工件定位要则
工件定位基准的选择：
（1）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，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
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
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。
（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钻模板钻套孔中心距的公差在工件未注明公差要求的情况下，取工件孔中心距自由公差的1/5-1/3；
⑧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；
⑨按工件公差选取夹具公差的参考值；
⑩按工件的直线尺寸公差确定夹具相应尺寸公差的参考值。
2.2工件定位方式的选择
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。
2.2.3定位方式的选择
在本次设计中,曲轴箱的加工工序如下：
粗铣上下平面——精铣下平面——半精铣上平面—
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