输出轴夹具设计.docx

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输出轴夹具设计

机电及自动化学院

《机械制造工艺学》课程设计说明书

设计题目：

输出轴夹具设计

姓名：

学号：

0811111028

班级：

2008级机械电子1班

指导老师：

2012年1月

前言

本说明书是编者根据输出轴设计过程所需夹具的设计原理编写的。

主要包括任务介绍、方案选择、定位误差分析等内容。

《专业课程综合设计课程设计》安排在大四上学期，是我们学完了机械制图、机械制造工艺学、工程材料、机械设计、CAD/CAM等专业基础课和主要专业课，参加了金工实习、认知实习、生产实习，经过了机械设计、机械制造技术基础课程设计之后进行的又一次实践性环节，这是我们对以前所学各门课程的一次较为深入的综合总复习，同时还要对相关课外知识进行查阅和学习，也是一次对我们实际运用知识解决问题能力的练习。

并且，这次课程设计同样也会用到以前的金工实习、认知实习和生产实习的相关知识，也可以说这是对这几次实习效果的一次检验。

马上就要步入社会，接触真正的生产加工，所以这次设计是个很好的锻炼机会。

这次的课程设计，我的题目是输出轴钻孔夹具设计。

希望通过对输出轴加工工艺规程的设计的熟悉，可以进一步了解专用夹具的设计。

虽然这是大学以来的第三次课程设计，但毕竟还是第一次接触夹具的设计，对知识掌握、熟悉程度以及综合运用还会存在问题，因此在设计中难免会有考虑不周全或错误的地方，这些也是第一次设计时常见的问题，希望老师多多批评和指正。

第一章零件分析

一.零件图分析

如图1所示，所加工的工件为一输出轴，主要应用在动力输出装置中，是输出动力的主要零件之一。

其作用是支撑传动零件并传递转矩。

由于输出轴在工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩，故选用45钢作为毛坯的材料，并对工件进行调质处理使其硬度达到217～255HBS，以增强耐磨性和抗扭强度。

该输出轴结构简单，属于阶梯轴类零件，轴向最大尺寸为244mm，径向最大尺寸为Φ176mm。

零件的主要表面由Φ55、Φ60、Φ65、Φ75、Φ176五段外圆柱面构成，其径向尺寸精度要求较高为IT7级，同时表面粗糙度要求为0.8。

二.零件加工工序分析

该工件钻10×Φ20孔的加工工序是工件精加工阶段的最后一道工序。

由图2所示，前工序已加工得外圆面Φ75.2H7mm和总长尺寸244mm。

需要加工的10个孔的直径Φ20要求精度为IT7级，均布于以轴的中心线为基准的Φ140mm圆周上，孔的中心线对基准A-B的位置度为Φ0.05mm，且采用最大实体原则。

由此可知工件加工时需限制的自由度有。

本工序所用设备为Z550立钻，零件为大批大量生产，应选用专用夹具。

第二章夹具设计

一.定位方案确定

1.定位方案分析

由图2可知，10-Φ20mm孔对Φ75mm外圆柱面有位置度要求，其设计基准为输出轴的轴心线。

为了使定位误差为零，按照基准重合原则，应该选择以Φ75mm外圆柱面定位的定心夹具。

据此，该工序可有两种定位方案。

夹具结构方案

（一）

定位方案：

一外圆柱面一端面定位。

如图3所示，选择输出轴左端面与Φ75.2H7mm外圆柱面的轴线作为定位基准，端面限制，长V形块限制，共限制5个自由度。

存在过定位，但由于该工序前各表面已基本加工完成，工件精度较高，所以过定位不会产生干涉，而且有助于提高定位的刚度和稳定性。

夹紧方案：

采用一铰链压板，夹紧部位为Φ75.2H7mm外圆柱面，夹紧力的方向为水平方向。

夹具结构方案

（二）

定位方案：

一外圆柱面一端面定位。

如图4所示，选择输出轴圆锥面端面与Φ75.2H7mm外圆柱面的轴线作为定位基准，端面限制，长V形块限制，共限制5个自由度。

同样存在过定位。

夹紧方案：

采用钻模板，夹紧力施加在Φ50mm内圆柱端面，夹紧力的方向为垂直方向。

方案对比与选择

由于本工序为钻削加工，切削力方向与轴线平行。

采用定位方案二时，工件的刚度较好，但夹具整体结构较笨重，铸造用材较多，对夹具各内圆柱面的加工精度要求较高，且工件的装卸不方便，不符合大批大量生产的要求。

采用方案一时，这时切削力会以V形块为中心产生力矩，容易使夹具体产生变形，导致孔的中心线偏斜。

但由于切削力主要为轴的左端面所承受，可减小力矩，使夹具体的变形减小。

同时方案二采用活动V形块对工件进行夹紧，可实现快速的装卸，符合大批大量生产的要求。

综上分析，决定选用方案1。

2.定位误差分析

本工序的定位基准与设计基准重合，故定位误差主要是工件定位圆尺寸公差所引起的定位误差。

已知工序的定位圆尺寸为Φ75.2H7mm，查《现代夹具设计手册》得V形块定位误差公式：

式中：

D---定位圆直径的最大值；

d---定位圆直径的最小值；

代入数值后可得定位误差

。

10-Φ20mm孔的位置度公差为0.05，可知定位误差小于工件工序公差的1/3，故本定位方案符合定位误差要求。

二.夹具结构方案确定

1.确定导向装置

由于工件的10个Φ20mm孔需经过钻-扩-粗铰-精铰多道加工，且工件为大批大量生产。

为提高工作效率，故采用工序集中的方式，一次装夹多道加工，查《现代夹具设计手册》可选导向零件为快换钻套。

同时可得钻模板应选用固定钻模板，可获得较好的加工精度。

查《现代夹具设计手册》可得采用固定钻模板式夹具因钻套磨损而引起的磨损偏差为：

则可得工件由夹具所引起的加工误差为：

故夹具整体方案满足工件尺寸公差要求。

2.确定夹紧机构

由于V形块为自定心元件，为了提高加工效率，在满足夹具定位精度要求并保证工件夹紧可靠度的情况下，应使夹具整体结构尽量简化。

本夹具选用铰链压板夹紧机构，力源装置为螺旋夹紧式手动机械夹紧机构，可保证良好的夹紧准确性。

3.切削力及夹紧力的计算

已知钻削工序所用刀具为高速钢直柄麻花钻，尺寸为Φ18mm，查《现代夹具设计手册》可得钻削的切削力计算公式为：

式中：

则可得切削力：

由于钻削轴向力对零件会产生一个转矩，这个转矩由夹紧力来平衡，所需要钻削的空均匀分布在圆周下，对其进行分析可知，如下图两个位置时分别得到最大最小夹紧力：

对于安全系数，查表如下：

得安全系数为K=1.5×1.2×1×1×1.3×1.2=2.08，从而

=10796N，

=8728N

查表《现代夹具设计手册》得，活节螺栓的应用为

=11305N>

>

所以夹紧力符合要求。

小结

为期将几周的机械制造工艺学中夹具课程设计结束了，这几周里有许多许多辛酸也有很多收获，辛酸让我们体会到我们即将面临走向社会走上工作，工作就要认真细致，不论工作再繁琐再辛苦，如此才能把工作做好；也让《机械制造工艺学》的知识得到复习并且有了更加深刻的认识，同时我们对夹具设计过程有了一个较为清晰的认识。

在这个设计的过程中，最大的收获就是，在设计的过程中，前期的准备工作非常重要，初定方案后，还要进行仔细的论证，对于不同的工厂，生产环境、生产条件都不同，所以所设计的工艺方案要充分利用工厂现有的生产条件，来尽最大可能地在不增加成本的前提下大大提高生产效率。

对于课程设计，和大三上做的减速箱的设计一样都大学需要静得下心来，如此才不会因为浮躁面错漏百出，因为设计的内容往往都是环环相扣的。

这是也我们面对将来的工作所必须的一个素质。

当然，这次课程设计自己的许多不足也充分的暴露出来，工艺学的专业知识缺乏较多，设计思路不够清晰，专业知识的融会贯通的能力需要加强，这些都让我清楚的意识的，学无止境，面对学习我们必须端正态度，掌握方向，这样才会有更大的进步。

参考文献

[1]朱耀祥，浦林祥主编．现代夹具设计手册，机械工业出版社

[2]孙丽媛主编．机械制造工艺及专用夹具设计指导，冶金工业出版社，2002

[3]王先逵主编．机械加工工艺手册单行本（钻削、扩削、铰削加工），机械工业出版社

[4]孙光华主编．工装设计，机械工业出版社，1998

[5]刘守勇主编．机械制造工艺与机床夹具，机械工业出版社

[6]王先逵主编．机械制造工艺学（第二版），北京，机械工业出版社，2007.5

[7]王小华主编．机械夹具图册，机械工业出版社

[8]王春福主编.机床夹具设计手册，上海科技技术出版社，2008.1

[9]孙桓等主编.机械原理.北京，高等教育出版社，2006.5