加工EQ140汽车前轮毂组合机床夹具和加工后轮毂零件夹具设计Word格式.docx

1、Keywords: universal fixture, special fixture, drilling fixture, jig第1章 绪 论1.1课题背景夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，帮机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量

2、、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。“工欲善其事，必先利其器。”工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响

3、。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。1.2机床夹具的功能在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。1机床夹具的主要功能机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。（1）定位 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。（2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。2机床夹具的特殊功能机床夹具的特殊功能主要

4、是对刀和导向。（1）对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。（2）导向 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。1.3机床夹具的发展趋势随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1.3.1机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工作品种已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业

5、仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为15%左右。特别是近年来，数控机床（NC）、加工中心（MC）、成组技术（GT）、柔性制造系统（FMS）等新技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1）能迅速而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）适用于精密加工的高精度机床夹具。4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。6）提高机床夹具的标准化程度。1.3.2现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方

6、向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5m；精密心轴的同轴度公差可控制在1m内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达0.20.5m。高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘

7、，可保证卡爪在（试验）转速为2600r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低

8、劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。1.4 本课题的研究任务加工下图所示的加工左视图的孔，做两套夹具，液动或气动夹紧，在组合机床上加工，最后总共需要3张a0图，1万字说明书。EQ140汽车前轮毂零件EQ140汽车后轮毂零件第2章 组合机床概述2.1组合机床的国内、外现状世界上第一台组合机

9、床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。2.1.1 国内组合机床现状我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济

10、指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。（1）行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台

11、，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。（2）行业企业的快速转变“九五”后期，在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被

12、藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。（3）组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。组合机床

13、的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、

14、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。2.1.2 国外组合机床现状80年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效

15、短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是：（1）广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。（2）发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具

16、有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线（FTL）。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。（3）发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制

17、造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。（4）进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部

18、位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。2.2 设计步骤2.2.1调查研究研究市场和用户对设计机床的要求，然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究，拟订适当的方案，以保证机床的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效益。2.2.2 拟定方案通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等

19、。在制定方案时应注意以下几个方面：（1） 当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构；（2） 设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计；（3） 继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。2.2.3 工作图设计首先，在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。这初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定机床各部件间的相互关系。然后，整理机床有关部件与主要零件的设计计算书，编制各类零件明细

20、表，编写机床说明书等技术文件。最后，对有关图纸进行标准化审查。第3章 夹具旋转机构设计3.1 传动方案的确定3.1.1步进电机的原理步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。 步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。 选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功

21、率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。 选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。 选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续

22、工作频率能满足机床快速移动的需要3.1.2.传动方案传动时应满足的要求 数控回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。在本课题中，原动机采用电液脉冲马达，工作台为T形槽工作台，传动装置由齿轮传动和蜗杆传动组成。 合理的传动方案主要满足以下要求： （1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。 （2）工作条件的要求：例如工作环境、场地、工作制度等。 （3）工作性能要求：保证工作可靠、传动效率高等。 （4）结构工艺性要求；如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。3.1.3.传动方案及其分析 数控回转

23、工作台传动方案为：电液脉冲马达齿轮传动蜗杆传动工作该传动方案分析如下：齿轮传动承受载能力较高 ，传递运动准确、平稳，传递 功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。蜗杆传动有以下特点：1传动比大在分度机构中可达1000以上。与其他传动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因而结构紧凑。2传动平稳 蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此，传动平稳，噪声低。3可以自锁 当蜗杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗杆为主动件，机构将自锁。这种蜗杆传动常用于起重装置中。4效率低、制造成本较高 蜗杆传动是，齿面上具有较大的滑动速度，摩擦磨损大，故效率约为0.7-0.8，具有自锁的蜗杆传动效率

24、仅为0.4左右。为了提高减摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造。由以上分析可得：将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传动系统的低速级，传动方案较合理。同时，对于数控回转工作台，结构简单，它有两种型式：开环回转工作台、闭环回转工作台。两种型式各有特点：开环回转工作台 开环回转工作台和开环直线进给机构一样，都可以用点液脉冲马达、功率步进电机来驱动。闭环回转工作台 闭环回转工作台和开环回转工作台大致相同，其区别在于：闭环回转工作台有转动角度的测量元件（圆光栅）。所测量的结果经反馈与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台分度定位精度更高。3.2 齿轮传动的设计由于前述所选电机

25、可知T=2.39N.M传动比设定为i=3，效率=0.97工作日安排每年300工作日计，寿命为10年。3.2.1 选择齿轮传动的类型根据GB/T100851988的推荐，采用直齿轮传动的形式。3.2.2 选择材料 考虑到齿轮传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求齿轮面，硬度为45-55HRC。3.2.3 按齿面接触疲劳强度设计先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传递转矩T1=9.55106P1/N1=（9.55X1060.75/3000）=2.39N.M载荷系数K：因载荷平稳，由表6-6取K=1.2齿宽系数d:由表6-7取d=1许用接

26、触压力H：H=H2=220Mpa传动比i:i=3将以上参数代入公式D13（671/h）2（6-21）KT1（i+1）/diD132.88mm3.2.4 确定齿轮的主要参数与主要尺寸1）齿数 取Z1=22，则Z2=iZ1=322=66,取Z2=66。2）模数 m=d1/Z1=32.88/22=1.49mm,取标准值m=1.5。3）中心距 标准中心距 =m/2（Z1+Z2）=60.5mm4）其他主要尺寸分度圆直径：d1=mZ1=1.5x22=33mm, d2=mZ2=1.5x66=99mm齿顶圆直径：da1=d1+2m=33+2x1.5=36mm, da2=d2+2m=99+2x1.5=102mm

27、齿宽：b= dd1=0.6x33=19.8mm, 取b2=b1+（5-10）=25-30mm,取b1=30mm。3.2.5 校核齿根弯曲疲劳强度F=22KT1YFS/bmd1F复合齿形系数Ys：由x=0（标准齿轮）及Z1 Z2查图6-29得YFS1=4.12，YFS2=3.96则f1=2kT1YFS1/bmd1=2x1.2x2.39x103x4.12/（19.8x1.5x33）=74.6MpaF1f2=f1YFS2/YFS1=（74.6x3.96/4.12）Mpa=71.70MPaF2弯曲强度足够。3.2.6 确定齿轮传动精度齿轮圆周速度v=d1n/（60x1000）=3.14x72.5x970/（600x1000）=3.68m/s由表6-4确定第公差组为8级。第、公差组也定为8级，齿厚偏差选HK3.2.7 齿轮结构设计小齿轮 da1 =33mm 采用实心式齿轮大齿轮 da2 =99mm 采用腹板式齿轮3.3电液脉冲马达的选择及运动参数的计算许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才能实现微量进给。在闭环系统中，广泛采用电液脉冲马达作为执行单元。这是因为电液脉冲马达具有以下优点：直接采用数字量进行控制;转动惯量小，启动、停止方便；成本低；无误差积累；定位准确；