万向节滑动叉专用夹具设计说明书.docx

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万向节滑动叉专用夹具设计说明书

机械制造工艺学

课程设计说明书

设计题目：

“万向节滑动叉”专用夹具设计

姓名：

班级：

08机电1班

学号：

**********

学院：

机电及自动化学院

指导教师：

华侨大学

2012年01月09日

[目录]

前言------------------------------------------3

1.设计题目------------------------------------4

2.生产纲领------------------------------------4

3.工序说明------------------------------------4

4.问题提出------------------------------------4

5.方案选择------------------------------------4

6.具体设计方案--------------------------------5

6.1定位元件选择-----------------------------5

6.2夹紧元件选择-----------------------------6

6.3夹具体定位-------------------------------7

6.4夹具体设计-------------------------------7

7.夹具设计-----------------------------------8

7.1定位基准的选择---------------------------8

7.2切削力及夹紧力计算-----------------------8

7.3定位误差的分析---------------------------9

8.夹具设计总结-------------------------------10

致谢-----------------------------------------11

参考文献-------------------------------------12

[前言]

本次课程设计的课题是“万向节滑动叉”专用夹具设计。

万向节滑动叉位于传动轴的端部，主要作用之一是传递扭矩，使汽车获得前进的动力；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同状态时，由本零件可以调整传动轴的长短及其位置。

万向节滑动叉就是将万向节叉和滑动花键副的一部分组合起来，使其成为一个零件，其特征是该万向节滑动叉为采用模锻制作的万向节叉与滑动套为一体的整体式结构，其端部呈叉形结构，并设有两个十字销孔，用于安装十字万向节；在管内设有内花键，这种呈整体式结构的滑动叉，不仅加工容易、成本低，而且强度高，故其使用寿命与传统的万向节叉滑动套合件相比，有了成倍的提高。

它的研究和使用可以简化万向传动装置的结构，也满足功能要求，因此对万向节滑动叉的研究有极大的实际意义。

通过本次课程设计，是对上学期所设计的零件进行某一道工序的专用夹具设计，通过设计使我对本专业有了更加深刻的了解，在以后的工作中也具有重要意义。

1.设计题目

“万向节滑动叉”专用夹具设计

2.生产纲领

大批量生产

3.工序说明

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

经过与指导老师协商，决定设计第6道工序粗铣Φ39mm二孔端面的铣床夹具。

第6道工序将用于X63卧式铣床。

刀具为高速钢镶齿三面刃铣刀，对工件的两个端面进行加工。

4.问题提出

本夹具主要用来粗铣Φ39mm二孔的两个端面，这两个端面对Φ39mm孔及花键孔都有一定的技术要求。

但加工本道工序时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。

5.方案选择

方案一：

采用V型块+定位销专用夹具：

夹具设计方便，但加工效率和精度低。

方案二：

采用斜楔夹紧专用夹具：

夹具设计复杂，但能同时对两端面进行铣削加工，既保证加工精度又提高加工效率。

综合考虑，为了提高加工效率，现决定用两把镶齿三面刃铣刀对两个Φ39mm孔端面同时进行加工。

同时，为了缩短辅助时间，准备采用气动夹紧。

6.具体设计方案

夹具体设计采用“一面一心轴”定位

6.1.定位元件选择

万向节滑动叉圆柱底面在前几道工序已经加工过，

作为本工序加工中的“一面”，限制3个方向的自由度。

花键孔采用定心轴定位，限制1个方向自由度。

定心轴采用16×43H11×50H8×5H10mm花键轴加轴肩为标准件。

6.2夹紧元件选择

（1）夹紧力转化：

采用斜楔夹紧机构Ⅷ型

为提高效率，使用带滚子的斜楔夹紧机构，但自锁性能下降，故采用气动夹紧。

（2）夹紧力提供：

气缸+活塞杆

活塞杆与活塞采用内六角螺母连接，活塞与气缸间由密封圈密封。

均为标准件。

（3）夹紧力传递：

压板

（4）夹紧力施加：

足块

6.3夹具体定位

（1）夹具的定位设计

工件在夹具中的位置是由与工件接触的定位元件的定位表面所确定的。

为了保证工件相对刀具及切削成形运动有正确的位置，还需要使夹具与机床连接和配合时所用的夹具定位表面相对刀具及切削成形运动处于理想的位置。

保证定位元件的定位表面的各项要求，在夹具体上表现为与机床的连接和定位。

夹具体与机床工作台之间的定位依靠定位键与工作台上的T型槽之间的定位，夹具通常是通过两个定位键与工作台上的T形槽相连，以保证夹具在工作台上的方向；为了提高定位精度，定位键与T形槽应有良好的配合，必要时定位键的宽度应按照工作台上的T形槽配作；两定位键之间的距离，在夹具底座允许的范围内应尽可能远些；安装夹具时，可让定位键靠向T形槽一侧，以消除间隙造成的误差。

因此根据机床型号和GB/T2206-91可知，定位键的型号为：

A16×27

（2）夹具与机床连接

夹具与机床的连接，根据机床的工作特点，最基本的两种方式：

①夹具安装在机床的工作台上，如铣床、刨床、钻床等；②夹具安装在机床的回转主轴上，如车床、外圆磨床、内圆磨床等。

本次夹具设计采用的连接方法为夹具安装在机床的工作台上，夹具定位后，应用M16螺栓将其固紧在工作台上，以提高其连接刚度。

（3）夹具的对刀设计

常见的标准对刀块有圆形对刀块、方形对刀块、直角对刀块和侧装对刀块几种。

本次夹具设计中选用的对刀块为侧装对刀块，标准为GB/T2243-91，材料为T7A钢。

用对刀装置调整刀具对夹具的相对位置方便迅速，但其对准精度一般比试切法低。

影响对刀装置对准精度的主要因素有：

1对刀时的调整精度；

2元件定位面相对对刀装置的位置误差。

因此，在设计夹具时，应正确确定对刀块对刀表面的位置尺寸及其公差，一般来说，这些位置尺寸都是以元件定位面作为基准来标注的，以减少基准变换带来的误差。

6.4夹具体设计

夹具体式将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体的最大、最复杂的基础件。

夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具上各种装置的布置以及夹具与机床的连接，而且在零件的加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动，因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。

切削过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上，切屑积聚过多将影响工件可靠的定位和夹紧，因此设计夹具体时，必须考虑其结构应便于排屑。

此外，夹具体结构的工艺性、经济性以及操作和装拆的便捷性都必须在设计中认真加以考虑。

常见的夹具体毛坯制造方法有铸造夹具体、焊接夹具体、锻造夹具体和装配夹具体。

本次夹具体的制造方法选择铸造夹具体，铸造夹具体能够铸出各种复杂形状，工艺性好，并且具有较好的抗压强度、刚度和抗振性；但其生产周期较长，且需经时效处理，成本较高。

查《机床夹具设计手册》可知，本次夹具体的主要壁厚选择为16mm。

根据工件的加工位置，易知工件应该竖着装夹，据此可知，夹具体与其他部件的装配关系以及各部件之间的位置关系。

考虑到铣床夹具的重心应尽量低，高度与宽度之比应不大于1∼1.25，因此需要设计肋板，肋板的壁厚为8mm。

7.夹具设计

7.1定位基准的选择

由零件图可知，Φ39mm二孔端面应对花键孔中心线有平行度及对称度要求，其设计基准为花键孔中心线。

为了使定位误差为零，应该选择以花键孔定位的自动定心夹具。

但这种自动定心夹具在结构上将过于复杂，因此这里只选用以花键孔为主要定位基面。

7.2切削力及夹紧力计算

刀具：

高速钢镶齿三面刃铣刀，Φ=225mm，z=20

（《切削用量简明手册手册》表3.28）

其中：

，

mm，

，

mm，

mm

，

mm，

，

，z=20

所以

（N）

当用两把刀铣削时，F实=2F=2912（N）

水平分力：

FH=1.1F实=3203（N）

垂直分力：

Fv=0.3F实=873（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F′=KFH=1.5×1.1×1.1×1.1×3203=6395（N）

选用气缸-斜楔夹紧机构，楔角а=10°，其结构形式选用Ⅷ型，

查《机床夹具设计手册》表2-16得扩力比i=3.50。

为克服水平切削力，实际夹紧力N应为N（f1+f2）=KFH

所以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=6395/0.5=12790（N）

气缸选用Φ100mm。

当压缩空气单位压力p=0.5MPa时，气缸推力为3900N。

由于已知斜楔机构的扩力比i=3.50，

故由气缸产生的实际夹紧力为N气=3900i=3900×3.50=13650（N）

此时N气已大于所需的12790N的夹紧力，

故本夹具可安全工作。

7.3定位误差的分析

（1）定位元件尺寸及公差的确定。

夹具的主要定位元件为一花键轴，该定位花剑轴的尺寸与公差现归定位与本零件在工作时与其相配花键轴的尺寸与公差相同，即16×43H11×50H8×5H10mm。

（2）零件图样规定Φ

mm花键孔键槽宽中心线与Φ

mm两孔中心线转角公差为2°。

由于Φ39mm孔中心线应与其外端面垂直，故要求Φ39mm二孔端面之垂线应与Φ50mm花键孔键槽宽中心线转角公差为2°。

此项技术要求主要应由花键槽宽配合中的侧向间隙保证。

已知花键孔键槽宽为

mm，夹具中定位花键轴键宽为

mm，因此当零件安装在夹具中时，键槽处的最大侧向间隙为

=0.048-（-0.065）=0.113（mm）

由此而引起的零件最大转角а为

tanа=

/R=0.113/25=0.00452

所以а=0.258°

即最大侧隙能满足零件的精度要求。

（3）计算Φ39mm二孔外端面铣加工后与花键孔中心线的最大平行度误差。

零件花键孔与定位心轴外径的最大间隙为：

Δmax=0.048-（-0.083）=0.131（mm）

当定位花键轴的长度取100mm时，则由上述间隙引起的倾角为0.131/100。

此即为由于定位问题而引起的Φ39mm孔端面对花键孔中心线的最大平行度误差。

由于Φ39mm孔外端面以后还要进行磨削加工，故上述平行度误差值可以允许。

8.夹具设计总结

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手动夹紧。

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。

本工序由于是粗加工，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，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择一种比较理想的斜楔夹紧机构，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。

夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体表面上的一对定位键可使整个夹具在机窗工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。

致谢

本次课程设计是在蹇老师心指导下完成的，老师高尚的品德、渊博的学识、严谨的学风和高度的责任心深深地影响着学生。

老师的谆谆教诲是学生宝贵的精神财富，并将使学生受益终生。

在此，特向为指导学生们进行课程设计的老师表示真诚的感谢和崇高的敬意！

这次的课程设计业让我受益匪浅，不仅让我重新温习了大学三年来所学的知识，还让我懂得理论与实践必须相结合，而且让我知道了摸索与发现。

在老师与同学们的帮助下，我由原来的不懂渐渐地懂了，由原来的茫然不知到熟悉与掌握了。

正是老师在百忙中抽出时间指导我，才使得我能在有限的时间里学到很多的知识，顺利的完成了课程设计，在此再次对老师表示深深的谢意。

在课程设计的制造过程中，我的同学无论在专业知识上还是在设计进行的过程中均给予了很大的帮助。

每当我遇到困难时，他们都会放下自己的设计不搞，来帮助我直到我能听懂、会做为止。

为我能顺利完成课程设计提供了莫大的帮助，在此，向曾经帮助过我的同学和朋友以及所有的人，表示深深的感谢。

最后，我还要深深地感谢默默支持本人完成学业的父母、以及所有的亲友，感谢他们为我所做出的无私奉献和巨大支持！

谨向所有在次课程设计的完成中给予本人关怀和帮助而在此无法一一提及的老师、同学和朋友致以诚挚的谢意！

[参考文献]

1.陈宏钧主编实用机械加工工艺手册机械工艺出版社

2.李洪主编.机械加工工艺手册.北京出版社，1990

3.王先逵主编机械制造工艺学.机械工业出版社，2010

4.大连理工大学工程图学教研室编机械制图高等教育出版社1974

5.夹具设计手册-电子版

6.切削用量简明手册-电子版

7.机床夹具设计手册-电子版

8.工装夹具设计过程中不可忽视的几个细节-论文

[附件]万向节滑动叉零件图1

铣床专用夹具图1

活塞套零件图1