通用工装毕业设计doc.docx

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通用工装毕业设计doc

青岛农业大学

毕业论文（设计）

题目：

滑块铣通用工装设计

姓名：

胡娅维

学院：

机电工程学院

专业：

机械设计制造及其自动化

班级：

2008.02

学号：

20082124

指导教师：

周建强

2012年06月18日

毕业论文（设计）诚信声明

本人声明：

所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文（设计）作者签名：

日期：

2012年06月18日

毕业论文（设计）版权使用授权书

本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。

本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。

本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。

论文（设计）作者签名：

日期：

2012年06月18日

指导教师签名：

日期：

年月日

滑块铣通用工装的设计

摘要

本文介绍了滑块铣通用工装的设计。

目前，每种不同尺寸、斜度的滑块铣削T型槽时，都需要专门做相应的模子。

模子的加工费时费力，同时装卸工件也带来工人劳动强度大，带来工作效率低等缺点。

鉴于此，设计了滑块铣通用工装。

根据滑块结构和铣削键槽的要求，完成了总体方案的设计。

采用类似V型块的结构对零件进行定位，这种定位方式不但能满足定位可靠，而且简单方便。

对于夹紧装置，选择了螺旋压板手动夹紧机构。

为了提高生产效率，采用可转位工作台，使装卸工件时间与基本时间重合。

为了保证滑块铣键槽的工艺，对整个机构以及主要零部件完成了结构、尺寸设计。

设计的通用工装具有结构合理、工作可靠、生产效率高的优点。

关键词:

滑块；通用工装；定位；夹紧

TheDesignofUniversalWorkHolderofSliderMilling

Abstract

Thedesignofuniversalworkholderofslidermillingisintroducedinthispaper.Atpresent,thehomologousmoldsarerequiredwhensliderswithdifferentsizesandobliquitiesareusedtomillT-slots.Andithaslowworkefficiencybecauseofthetimeconsumptionofmoulds’machiningandthestronglaborintensityofthemounting-dismountingoftheworkpieces.Forthereasons,auniversalworkholderofslidermillingisdesignedaccordingtotherequirementsforthestructureofsliderandthemillingkeyway.TheV-shape-likemassisusedtolocatetheworkpiecesforitsreliability,simpleandconvenience.Manualclampingmechanismofthespiralplateischosentoclamptheworkpieces.Inordertoenhancetheproductionefficiency,arotatableworktableisappliedtomakemounting-dismountingtimecoincidewithbasictime.Structureandsizedesignofthewholemechanismandmainunitsarecompletedtoguaranteetheslidermillingprocessesofthekeyway.Inaword,theuniversalworkholderisdesignedwiththerationalconstruction,thehighworkingreliabilityandproductionefficiency.

Keywords:

slider;universalworkholder;locate;clamp

1绪论

1.1机床夹具的概念与功能

在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，用来加工或检测并保证加工要求的附加装置，简称为夹具。

在机床上加工工件时，首先要对工件进行定位和夹紧。

定位和夹紧的全过程，称为工件的装夹。

机床夹具的功能包括：

（1）保证加工精度。

采用夹具后，工件各加工表面间的相互位置精度是由夹具保证的。

工件通过夹具进行安装，包含了二层含义：

一是工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位；二是通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧。

这样，就可以准确确定工件与机床、刀具之间的相对位置，而不依靠工人的技术水平与熟练程度，保证工件加工表面的位置精度。

（2）提高生产效率。

使用夹具来安装工件，可以免去工件逐个画线、找正、对刀等辅助时间，使工件装夹迅速、方便，从而大大缩短了辅助时间，提高了生产率。

特别是对于加工时间短，辅助时间长的中、小零件，效果更为显著。

（3）减轻工人的劳动强度，确保安全生产。

有些比较大的工件，调整和夹紧很费力气，若采用启动或液压等自动化夹紧装置，则可以降低对工人技术水平的要求和减轻工人的劳动强度，保证生产安全。

（4）扩大机床的适用范围。

实现一机多用，一机多能。

有些机床上配备专用夹具实质上是对机床进行了部分改造，扩大了原机床的功能和使用范围。

如在车床床鞍上或在摇臂钻床工作台上安放镗模夹具，就可以进行箱体零件的孔系加工，使车床、钻床具有镗床的功能。

1.2夹具设计的分类

机床夹具种类繁多，形状千差万别，可按不同的方式进行分类，常用的分类方法有以下几种。

1.2.1按夹具的通用特点分类

（1）通用夹具指结构、尺寸已经标准化，且具有一定通用性的夹具。

如车床上使用的三爪自定心卡盘，四爪单动卡盘，铣床使用的平口虎钳、万能分度头等。

其通用性强、不需要调整或稍加调整即可装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。

采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而减低生产成本。

但是夹具的加工精度不高，生产力较低且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。

（2）专用夹具针对某一工件的某一道工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。

其特点是结构紧凑、操作迅速、方便，可保证较高的生产率和加工精度；但是其设计和制造周期长，制造成本高。

在产品变更后，因无法利用而导致报废。

因此，这类夹具主要用于产品固定的大批量生产中。

对于产量不大，形状和结构复杂的工件的关键工序，为了保证加工质量，有时也可采用专用夹具。

（3）成组可调夹具（成组夹具）夹具的某些元件可调整或可更换，已适应多中工件的夹具，称为成组可调夹具。

在成组工艺的基础上，针对某一组零件的某一工序而专门设计的夹具。

在多品种小批量生产中，由于通用夹具的工作效率低，采用专用夹具不经济，而成组可调整的“专用夹具”，经少量调整或更换部分元件即可用于装夹一组结构和工艺特征相似的工件，因此用于多品种、中小批量生产。

（4）组合夹具由通用标准夹具零部件（或专用零部件）组装成易于连接和拆卸的夹具。

根据被加工零件的工艺要求可以很快地组装成专用夹具，夹具使用完毕，可以方便地拆开。

它是一种标准化、系列化、通用化程度高的工艺装备。

主要应用在新产品的试制以及中、小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。

（5）自动化生产夹用具主要有随行夹具（自动县夹具）。

在自动线上，夹具随被装夹的工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。

它是一种移动式夹具，担负着装夹和输送工件两方面的任务。

1.2.2按使用机床分类

按使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、拉床夹具、磨床夹具、齿轮加工机床夹具、数控机床夹具等。

1.2.3按夹紧的动力源分类

按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电磁夹具、真空夹具等。

1.3设计夹具的组成

机床夹具虽然可以分成各种不同类型，但它们基本的工作原理是相同的，都由下列基本功能部分组成，这些组成部分既相互独立又相互联系。

（1）定位元件或装置用于确定工件在夹具中的正确位置，其定位精度直接影响工件加工的精度，是夹具的主要功能元件之一。

（2）夹紧装置将工件压紧夹牢，保持工件在夹具中的正确位置，保证工件在加工过程中受到外力（如切削力、重力、惯性力）作用时，已经占据的正确位置不被破坏。

（3）对刀、导向元件用于确定刀具与工件的加工表面的正确位置和引导刀具进行加工。

其中，对刀元件是在夹具中起对刀作用的零部件，如铣床夹具上的对刀快、塞尺等。

导向元件是确定刀具位置并引导刀具进行加工的零部件。

（4）夹具体夹具的基本骨架，用于配置、连接夹具上各个元件和装置，使之成为一个整体，并与机床的有关部件相连接。

常用的夹具体有铸件、锻件、焊接件和装配结构。

（5）连接元件确定夹具对机床主轴、工作台和导轨的正确位置的元件，如定位键、定位销及紧固螺栓等。

（6）其他元件或装置根据夹具上特殊需要而设置的装置和元件，如：

1）分度装置，加工按一定规律分布的多个表面。

2）上下料装置，为方便大型工件的装卸，减轻工人的劳动强度，常设计上下料输送装置。

3）吊装搬运装置，对于重量较大的夹具，应设置吊装元件，如吊环螺钉等。

4）工件的顶出让刀装置，箱体类零件内部多层壁上的孔加工场合需要镗刀让刀机构。

1.4国内的研究状况与发展趋势

1.4.1机床夹具的现状

根据有关统计数据，目前的中、小批量多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。

为适应市场的需求与竞争，现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代。

然而一方面，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3-4年就要更新50-80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10-20％左右。

特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：

1）能迅速且方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；

2）能装夹一组具有相似性特征的工件；

3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；

4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；

5）采用以液压等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；

6）提高机床夹具的标准化程度。

1.4.2夹具的发展方向

现代机床夹具的发展方向主要表现为通用化、高精度、高效率、模块化等四个方面。

（1）通用化机床夹具的通用化有利于夹具的商品化生产，直接影响其经济性。

夹具的通用性与规范化是相互联系的两个方面，现在我国已有夹具零件及部件的国家规范：

GB/T2148~T225991以及各类通用夹具、组合夹具规范等。

机床夹具的通用化，有利于缩短生产准备周期，降低生产成本，减轻工人的劳动强度。

（2）高精度随着机械产品精度的提高,对于夹具的精度要求也越来越高。

精密化夹具的结构类型很多，比如精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm；夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm,平行度高达0.01mm/500mm，机床夹具的精度已提高到微米级。

（3）高效率高效率夹具可以减少工件加工的基本时间和辅助时间，使劳动生产率大大提高，而且减轻工人的劳动强度。

目前常见的自动化夹具、高速化夹具等夹具的效率都相当高。

例如，车床上使用的高速三爪定心卡盘，可以使卡爪在相当高的转速下牢固夹紧工件，从而大幅度提高切削速度；铣床上使用的电动虎钳可以使加工效率提高到原来的5倍以上。

目前，加工中心上使用的各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，极大提高加工效率。

（4）模块化实现模块化的基础是组合夹具元件，通过调整、组装等方式，以适应工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等工艺变化的能力，体现夹具的柔性化。

同时，模块化的夹具设计也为计算机辅助设计与组装打下基础。

随着市场竞争日益激烈，制造业受到了前所未有的挑战。

为快速适应内、外部环境的快速变化，必须增加对夹具设计的重视，提高夹具的专用化和通用化。

1.5通用工装设计步骤

1.5.1设计前的准备工作

（1）明确工件的生产纲领。

它是夹具总体方案确定的依据之一，决定设计通用工装的自动化程度和复杂程度的。

例如，大批大量生产的工件，一般选择自动化程度高，机动，高效的方案，结构相应会复杂，生产成本较高。

（2）熟悉工件的零件图和工序图。

零件图给出了工件的尺寸、位置和形状、表面粗糙度等的总体要求，工序图给出了零件所在工序的夹具的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面等通用工装设计的直接依据。

（3）了解本工序的加工内容。

加床、刀具、工步安排、切削用量、工时定额以及同时加工的零件数目，都是通用工装总体方案设计、操作、估计夹紧力的必要方面。

1.5.2总体方案的确定

（1）定位方案仔细分析本工序的加工内容和加工精度要求，按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定定位方案和定位元件。

要拟定几种具体的方案进行比较分析，选择出最佳方案。

（2）夹紧方案首先确定夹紧力的方向、作用点以及夹紧机构或夹紧元件，估算出夹紧力的大小，确定夹紧的动力是手动还是机动。

（3）夹具的总体形式一般不同的机床采用不同的夹具，即使同类机床，也有不同的夹具形式，例如钻床夹具有固定式、翻转式、回转式、滑柱式、盖板式等。

根据工件的大小、形状、加工内容及机床类型来确定.

1.5.3绘制夹具装配图

总装配图应该按照国家标准尽可能的1:

1地绘制，使图样有良好地直观性。

主视图按实际操作位置布置，三视图要能够完整清楚的表达出夹具的工作原理和结构。

夹具的装配图可以按以下顺序进行：

工件视为透明体，用双点画线画出轮廓及定位夹紧面和加工表面，无关的表面可以省略不画；画出定向元件及导向元件；按照夹紧时的状态画夹紧机构和元件，必要时可采用双点画线画出松开时加紧元件的轮廓；画夹具体、其他机构或元件及与夹具体连接的元件；标注必要的尺寸、配合和技术要求；对各个零件进行编号，并填写标题栏和明细表。

1.5.4绘制夹具零件图

对于装配图中的非标准零件应绘制零件图，视图尽量的与装配图上的位置保持一致，形状、尺寸、位置、配合、加工表面的粗糙度等完整标注。

2方案的选择与论证

2.1设计要求

设计滑块铣削T型槽通用夹具。

零件如图2-1所示：

图2-1滑块零件图

滑块的内腔直径变动范围是1000—1500mm；高度变化范围是300—550mm；T型槽有两个斜度，分别为10°和14°；滑块的壁厚保持不变。

对不同尺寸规格的滑块，设计一种通用的夹具来满足铣削T型槽的工序要求，并尽可能的提高劳动生产率。

要求选择合理的定位方式，使滑块在给定范围内能准确定位；选择合理的夹紧方式，保证夹紧的可靠；能够提出各种装夹方案并分析比较，确定较优方案。

滑块为通槽，所以沿T型槽方向的自由度可以不被限制，但为了保证加工精度、夹紧方便，该方向的自由度也要限制，所以滑块要满足六点定位原理，实现完全定位。

2.2定位方案的选择

走进铣削该滑块T型槽的车间，你会看到许许多多如下图所示的模子陈列着如图2-2所示的模子，加工过程中，将滑块扣在模子上，使滑块内腔表面与模子圆弧表面接触来定位。

这样加工滑块零件时，就需要频繁更换模具来满足加工的需要，严重制约了生产。

加工过程中这不仅费时费力，还容易损坏设备，增加工人劳动强度；同时模具占地面积

图2-2模子示意图

大，运输、管理不便。

于是，考虑设计某种通用工装满足各种零件的加工要求。

（1）方案一如图2-3，利用底面作为第一定为基准面，限制工件两个转动、一个移动自由度；以侧面的一条边线作为第二定位基准，限制工件两个移动自由度；

图2-3方案一装夹示意图

顶面一点定位。

该方案的确可以装夹给定尺寸范围内的不同规格的滑块。

（2）方案二如图2-4，采用四个圆柱体的母线与滑块上顶面和底面内圆弧接触来定位。

该定位方式相当于长圆柱销对内孔的定位，限制工件两个移动和两个转动自由度，但其可以不受圆弧直径大小的限制。

底面作为第二定位基准面，该处是面接触，表面上

图2-4方案二装夹示意图

看是过定位，但实际上，底面是已加工表面，为了减小切削力造成工件和夹具定位元件的变形，常常采用此方式来确保加工中定位稳定。

这种方式也可以满足尺寸变化的滑块的装夹。

图2-5方案三装夹示意图

（3）方案三如图，采用类似V型块结构定位。

如果将八个该滑块组合可以成为一个圆筒，所以滑块的两侧面通过圆筒的中心线。

为了适应不同尺寸规格的滑块，将夹角为45°的类似于V型的夹块两侧面分开作成两部分，设计成夹块这两部分能够同时靠近或分离。

2.3各定位方案的分析

首先，来分析一下方案一：

虽然该方案可以不受滑块尺寸变化的限制，但从各个定位基准限制的自由度知，圆弧方向的自由度没有被限制，滑块T型槽的对中不能保证；而且高度方向上的移动自由度被重复限制，导致过定位；此方案也不能满足两中不同斜度的T型槽加工，所以该方案不可行。

对于方案二，比方案一的确有进步之处，但是圆弧方向上的转动自由度仍然没有被限制，不能保证T型槽的对中性。

同时，与方案一类似，两种斜度的滑块也不能适用，所以该方案也不可行。

方案三从滑块整体的特点出发，对不同尺寸规格的工件找出突出的共同点，即两侧面夹角相同且通过中心线。

利用这一点，设计出如上图所示的类似V型块的装置。

与V型块的定位方式不同，由于制造的误差的存在，滑块的两个侧面不可能与V型块的两个侧面保证完全的面与面接触，总有侧是面与面接触，另一个侧则为线接触。

因此该装置能限制五个自由度，其中三个转动自由度，两个移动自由度，仅仅沿T型槽方向的自由度没被限制。

采用滑块的底面为第二定位基准面，虽然是面对面的接触，看似出现过定位问题，但与方案二中一样，为了定位的稳定，此处的过定位是允许的。

综上所述，方案三是最佳方案，因此最终选择了方案三的定位方式。

2.4定位误差的分析计算

对于一批工件来说，每个工件各自在尺寸、形状、相互位置上不同，使得工件在同一个夹具中定位时，工件的各个表面的位置有所不同。

使用夹具装夹工件按调整法进行加工，即夹具相对刀具的位置经过调整后，加工相同工件时不再变动。

因此，对于同一批工件来说，在不计加工过程中其他的误差情况下，工件的被加工表面在机床上的位置是保持不变的。

所以，定位误差是由于工件的定位造成的被加工表面的工序基准在沿工序尺寸或位置要求方向上的最大可能变动范围，用

表示。

一般定位误差与加工精度应满足的关系：

式中：

——工件的工序尺寸偏差或位置公差。

定位误差产生的原因：

（1）基准不重合误差夹具的定位基准与工件的工序基准不重合时，两基准之间的位置误差会反映到被加工表面的位置上引起工序基准发生变动，其所产生的最大变动范围称为基准不重合误差，用

表示。

（2）基准位移误差定位基面和定位元件本身的制造误差很引起同批工件定位基准的相对位置发生变化，其最大变动范围称为基准位移误差，用

表示。

本工序加工要求如图：

图2-6滑块铣T型槽工艺要求图

（1）槽宽78+0.5mm。

（2）槽底至工件顶面的位置尺寸39.5+0.2mm。

（3）槽两侧面对孔轴线的对称度0.2mm。

（4）滑块斜圆弧面的直径的直线度误差是

mm。

T型槽高度方向的定位误差：

工序基准是工件上表面，定位基准是圆柱的中心线，所以工序基准和定位基准不重合，存在基准不重合误差

。

（2-1）

由于定位基准的制造公差，存在基准位移误差

。

（2-2）

其中

。

所以高度方向上定位误差是

mm（2-3）

mm,满足定位精度要求。

T型槽宽度方向上的定位误差为0。

综上该定位方式满足定位要求，可以采用。

3滑块的夹紧

3.1夹紧装置的基本要求

夹紧时将工件在夹具中的定位后的位置固定下来，目的是工件即使在外力的作用下仍然保持在定位中获得的正确位置。

对夹紧装置的基本要求是：

（1）保证工件定位准确可靠。

（2）工件和夹具的变形必须在允许的范围内。

夹紧力大小要合适、稳当，保证工件在加工过程中位置稳定，振动小。

（3）夹紧机构必须可靠。

夹紧机构中的各元件的强度、刚度要足够，手动加紧时机构要保证自锁功能。

（4）夹紧机构复杂程度、自动化程度与工厂条件和产品生产纲领相适应。

（5）保证夹紧机构操作必须安全、方便、省力、迅速，并符合工人操作习惯。

3.2典型夹紧机构

（1）斜楔夹紧机构利用斜面的移动夹紧工件。

其优点是有一定的扩力作用，可以方便地使力的方向改变90°，缺点是

较小，行程长，其中

是斜楔的楔角。

（2）螺旋夹紧机构手动夹紧机构中应用最广泛的一种。

由于螺旋可以看作斜楔沿圆柱体环绕而成,所以螺旋夹紧机构夹紧力的计算与斜楔夹紧机构的计算相似。

其优点是扩力比可达80以上，结构简单，制造方便，自锁性好，适应能力强，但是存在动作慢，操作强度大等缺点。

（3）偏心夹紧机构靠偏心轮回转时半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件的。

偏心夹紧原理与靠斜面高度增加而产生夹紧的斜楔夹紧机构相似，只是偏心夹紧机构的楔角是一直变化的，而斜楔夹紧的楔角是保持不变的。

偏心夹紧的偏心轮已经标准化。

该机构的优点是结构简单，动作迅速，操作方便，但存在自锁性能差，夹紧行程和增力比小的缺点。

因此一般用于切削力小而且平稳，工件尺寸变化不大的场合，不宜粗加工中的使用。

还有其他一些夹紧机构如铰链夹紧机构、定心夹紧机构、联动夹紧机构等。

3.3夹紧装置的确定

加工滑块的工厂所用的夹紧机构都是采用手动，所以为了与工厂条件相适应，选择了常用的手动夹紧机构——螺旋压板夹紧机构，如图3-1所示:

图3-1夹紧装置图·

3.4夹紧力的确定

夹紧力包括方向、作用点、和大小三个要素。

3.4.1夹紧力方向

夹紧力的方向要有利于工件的定位而不能破坏定位，只有一个夹紧力时，夹紧力应垂直于主要定位支承或者能使各定位支承均能受夹紧力作用。

对于类似V型块的定位方式，将夹紧机构的压板压在滑块斜圆弧面上，两个压板相对T型槽对称分布。

这样还使夹紧力的方向与重力方向相同，有利于减小夹紧力。

3.4.2夹紧力作用点

夹紧力作用点应该能保持工件定位稳定，不能使工件发生偏转和位移。

所以，夹紧力的作用点应在定位支承确定的区域内。

为了提高定位稳定、可靠，夹紧力的作用点应尽量靠近工件加工表面，即作用点在不影响刀具铣削的情况下尽可