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免費畢業論文--柴油機噴油泵的專用夾具設計(一)
緒論
在機械制造的各個加工工藝過過程中，必須使工件在工藝系處于正確的位置，以保證加工質量，并提高生產效率。把為了使工件處于正確的位置所使用的各種工藝裝備，稱為夾具。如檢驗夾具、焊接夾具、裝配夾具等。
在機床上對工件進行切削加工時，為了保證加工精度，必須正確的安放工件，使工件相對于刀具和機床占有正確的位置，這一過程稱為“定位”。為了保持這個正確位置在加工過程中穩定不變，應對工件施加一定的夾緊力，這一過程稱為“夾緊”。這兩個過程稱為“安裝”。在機床上實現安裝任務的工藝裝備，就是“機床夾具”。
機床夾具的種類很多，其中，使用范圍最廣泛的是通用夾具，如車床上用的三爪卡盤和銑床上用的平口虎鉗等。這類夾具的規格尺寸已標準化，由專業廠進行生產。而用于批量生產，專門為工件某加工工序服務的專用夾具，則必須由各制造廠自行設計制造。
由于專用夾具的設計制造在很在程度上影響加工質量、生產率、勞動條件和生產成本，因此，它是各機械制造廠新產品投資、老產品改進和工藝更新中的一項重要生產技術準備工作，也是每一個從事機械加工工藝的技術人員必須掌握的基礎知識。
1.1機床夾具的功用
機床夾具由室外位元件或定位裝置、夾緊元件或夾緊裝置、對刀元件和引導元件、連接元件、夾具體等其它元件裝置組成。機床夾具在機械加工中起著重要的作用，所以應用十分廣泛。歸納起來有以下幾個方面的作用：
保證工件的加工精度，穩定產品質量
夾具在機械加工中的基本作用就是保證工件的相對位置精度。由于采用了能直接定的夾具，因此，可以準確地確定工件相對于刀具和機床切削成形運動中的的相互位置關系，不受或少受各種主觀因素的影響，可以穩定可靠地保證加工質量。
提高勞動生產率和降低加工成本
提高勞動生產率，降低單件時間定額的主要技術措施是增大切削用量和壓縮輔助時間。采用機床夾具，既可以提高工件加工時的剛度，有利于采用較大的切削用量，又可以省去劃線找正等工作，使安裝工作的輔助工時大大減小，因此能顯著地提高勞動生產率和降低成本。例如，采用氣壓、液壓等到傳動裝置，只需幾秒鐘就可以完成夾緊動作；采用各種快速的聯系動夾緊裝置，只操縱 個手柄即可同時夾緊多個工件，或者在幾個方位上同時夾緊一個工件，這都可以大幅度縮短輔助時間。
擴大機床工藝范圍和改變機床用途
在單件小批生產的條件下，工件的種類、規格較多，而機床的數量品種卻有限，為解決這種矛盾，可設計制造專用夾具、使機床“一機多用”。
改善工人勞動條件
采用夾具后，工件的裝卸顯然比不用夾具方便、省力、安全。使用專用夾具安裝工件，定位方便、迅速，夾緊可采用增力、機動等裝置，因此可以減輕工人的勞動強度。還可設計保護裝置，確保操作者安全。
在流水線生產中，便于平衡生產節拍
工藝過程中，當某些工序所需工序時間特別長時，可以采用多工位或高效夾具等，以提高生產效率，使生產節拍能夠比較平衡。
1.2機床夾具的分類
1.2.1按生產類型分類
大批量生產用夾具
對于產品固定、批量較大的大批、大量生產工廠，主要使用各種類型的專用夾具。專用夾具是針對某一工件的某一特定工序而專門設計、制造的夾具。專用夾具由于它的針對性強，所以其結構緊湊，使用維修方便，能夠密切結合本廠或車間的具體生產條件。
單件、小批量或新產品試制用夾具
單件、小批生產或新產品試制用的夾具，主要采用組合夾具，或半組合夾具。若零件過大或過小，上述兩種夾具都難以解決且工藝上又難以解決時，則應考慮設計專用夾具，但專用夾具應盡量采用標準零部件。
中小批量產品的夾具
中小批量產品的夾具可具體分為通用夾具和可調夾具：通用夾具一般是已經規格化，具有一定通用性，適用于不同工件的裝夾；為了最大限度地簡化生產技術準備周期、降低成本、提高生產效率，中小批生產中的夾具必須克服專用夾具無“繼承性”的缺點，于是就產生出一種新的夾具——可調夾具，所謂可調夾具及通過少量零件的更換、調整或更換與調整，就能適應一些零件的加工。
1.2.2按加緊動力源分類
手動夾具：是人手施力進行夾緊的夾具；
氣動夾具：用4~6公斤力/厘米2壓力的壓縮空氣作為夾緊動力源，通過氣動系統使氣缸產生夾緊力的夾具；
液壓夾具：用30~50公斤力/厘米2壓力的壓力油作為夾緊動力源，通過液壓系統使油缸產生夾緊力的夾具；
電動夾具：是以電動機作為動力，通過減速裝置等產生夾緊力。
磁力夾具：該夾具是以電磁鐵或永久磁鐵作為夾緊動力源。
真空夾具：利用真空泵或以壓縮空氣為動力源，使夾具內腔產生真空，依靠大氣壓力將工件夾緊；
離心力夾具：利用高速旋轉重塊的離心力來夾緊工件。
1.2.3按夾具所在機床的功能范圍分類
萬能機床夾具：用于各種萬能機床上的夾具，如上述的通用夾具、專用夾具、可調夾具都可作為萬能機床的附件而加以應用。
專用機床與組合機床夾具：兩者都是機床上的一個專用部件，只是專用機床夾具零部件通用化程度不同。
自動線夾具：自動線上所用的夾具叫自動線夾具，其又可分為自動線的固定夾具和隨行夾具。
機床夾具還有其它一些分類方法，本章不再類述。
1.3畢業設計內容
第一章主要介紹了機床夾具的組成、功用以及分類，并由此引出本文的主要工作和內容安排；
第二章主要針對動力輸出軸設計一個專用夾具，其包括工藝設計和工序設計，提出設計方案，制定設計的定位元件和夾緊機構。
最后為相關的參考文獻。
動力輸出軸專用夾具的設計
2.1工藝設計
分析零件圖，進行工藝審查
圖（1）所示為動力輸出裝置中的主要零件。孔與動力源（電動機主軸等）配合起定心作用。用Φ10-Φ20mm銷裝動力傳至該軸，再由處通過鍵將動力輸出。A、B是兩段支承軸頸。
選擇毛坯制造方式，畫毛坯圖
零件的毛坯可選用45鋼鑄造而成。軸的外圓表面用車床粗車和精車并分別導出1*45º角，左右端面用銑床粗銑過再精銑。J處圓凹槽用絞刀擴孔。H處孔用鉆床鉆孔。K處鍵槽鉆床鉆出。
毛坯的加工總余量可以參考下表（1）[1]
表（1）鑄件機械加工余量表 (mm)
零件其本尺寸 鑄件等級 澆注位置
5 6 7 8 9 10 11 12 13
50 3.5
2.5 4.5
3.0 5.5
3.5 6.0
4.0 6.5
4.5 7.0
5.0 7.5
5.5 頂、側面
底面
50~120 4.5
3.0 5.0
3.5 6.0
4.0 6.5
4.5 7.0
5.0 7.5
5.5 8.0
6.0 8.5
6.5 9.0
7.0 頂、側面
底面
120~250 5.5
3.5 6.0
4.0 6.5
4.5 7.0
5.0 7.5
535 8.0
6.0 8.5
6.5 9.0
7.0 10.0
7.5 頂、側面
底面
250~630 6.0
4.0 6.5
4.5 7.0
5.0 7.5
5.5 8.0
6.0 8.5
6.5 9.0
7.5 10.0
8.0 12.0
9.0 頂、側面
底面
630~1000 6.5
4.5 7.0
5.0 7.5
5.5 8.5
6.5 9.0
7.0 11.0
8.0 11.0
9.0 13.5
10.0 頂、側面
底面
1000~1600 7.5
5.5 8.5
6.5 9.0
7.0 10.0
8.0 12.0
9.0 12.0
10.0 14.0
11.0 頂、側面
底面
1600~2500 8.0
6.0 8.5
6.5 10.0
7.5 11.0
9.0 13.0
10.0 14.0
11.0 16.5
13.0 頂、側面
底面
2500~4000 11.0
9.0 12.0
10.0 14.0
11.0 16.0
13.0 18.0
15.0 頂、側面
底面
4000~6300 12.0
10.0 13.5
11.0 15.0
12.0 18.0
15.0 20.0
17.0 頂、側面
底面
6300 16.0
13.0 20.0
17.0 22.0
19.0 頂、側面
底面
鑄件等級為6，所以查表可以確定Φ176軸表面的加工總余量為6.0mm，其它表面的加工總余量為5.0mm。由此可以選擇毛坯的尺寸總的長度為300mm，軸的最大直徑為182mm。
繪毛坯圖，見圖（2）
毛坯的切削用量可以參考下表（2）-表（4）[2]
車削要素：
切削深度a(mm)、進給量f(mm/r)、切削速度v(m/s)
v=πdn/1000
式中 d-工件直徑（mm）
n-工件轉速（r/s）
表（2）粗車外圓和端面時的進給量
加工材料 車刀刀桿尺寸B*H(mm.mm) 工件直徑d（mm） 切削深度a(mm)
3 5 8
進給量f(mm/r)
碳素結構鋼和合金結構鋼 16*25 20
40
60
100
400 0.3~0.4
0.4~0.5
0.5~0.7
0.6~0.9
0.8~1.2 -
0.3~0.4
0.4~0.6
0.5~0.7
0.7~1.0 -
-
0.3~0.5
0.5~0.6
0.6~0.8
表（3）半精車與精車外圓和端面時的進給量
表面粗糙度 加工材料 副偏角 切削速度V范圍（m/s） 刀尖半徑r（mm）
0.5 1.0
2.0
進給量f(mm/s)
Ra3.2 鋼 5 <0.83
0.833~1.666
>1.666 0.2~0.3
0.28~0.35
0.35~0.4 0.25~0.35
0.35~0.4
0.4~0.5 0.3~0.45
0.4~0.55
0.5~0.6
10~15 <0.83
0.833~1.666
>1.666 0.18~0.25
0.25~0.3
0.3~0.35 0.25~0.3
0.3~0.35
0.35~0.4 0.3~0.345
0.35~0.5
0.5~0.55
鑄鐵 5
10~15 不限制 - 0.3~0.5
0.25~0.4 0.45~0.65
0.4~0.6
由表（2）和（3）可以確定粗車的切削深度為3mm,進給量f為0.6mm/r;精車的切削速度為0.3mm/r.
表（4）機鉸刀鉸孔時的進給量
鉸刀直徑
（mm） 工具鋼鉸刀
鋼 鑄鐵
δb<=0.830
GPa Δb>0.880
GPa HB<=170鑄鐵銅
及鋁合金 HB>170
<=5
>5~10
>10~20
>20~30
>30~40
>40~60
>60~80 0.2~0.5
0.4~0.9
0.65~1.4
0.8~1.8
0.95~2.1
1.3~2.8
1.5~3.2 0.15~0.35
0.35~0.7
0.55~1.2
0.65~1.5
0.8~1.8
1.0~2.3
1.2~2.6 0.6~1.2
1.0~2.0
1.5~3.0
2.0~4.0
2.5~5.0
3.2~6.4
3.75~7.5 0.4~0.8
0.65~1.3
1.0~2.0
1.3~2.6
1.6~3.2
2.1~4.2
2.6~5.0
選擇鉸刀直徑為10mm,由表(4)可以確定鉸刀時的進給量為0.5mm/r.
填寫工藝卡片，見附表1機械加工工藝過程卡片。
機械加工工序設計
要設計工序7（粗和精鉸圓槽）的專用夾具；
從工藝設計過程卡可知：在此工序前，左右端面精銑好，軸外圓面A、B、C已加工完畢。若要加工右端面的圓槽，工件右端面最好朝上，這樣加工，夾具設計簡單，安裝方便，利于固定工件。
確定加工余量[3]
工序余量可以由下表(5)選擇確定。
表（5）擴孔、鉸孔余量
直徑/mm 粗鉸/mm 精鉸/mm
3~6 0.1 0.04
〉6~10 0.1~0.15 0.05
〉10~18 0.1~0.15 0.05
〉18~30 0.15~0.2 0.06
>30~50 0.2~0.3 0.08
>50~80 0.3~0.50 0.10
>80~120 0.5~0.70 0.15
〉120~180 0.5~0.7 0.2
〉180~260 0.5~0.7 0.2
>260~360 0.5~0.7 0.2
由表（5）可知，軸Φ50、Φ80的粗鉸余量選擇0.3mm，精鉸余量為0.1mm，軸Φ104的粗鉸余量選擇0.5mm，精鉸余量為0.15mm。
工序尺寸及公差的確定[4]
加工工件上圓槽的加工工序是擴鉸40*Φ50mm——擴鉸26*Φ80mm ——擴鉸10*Φ104mm ——精擴鉸10*104mm。在查出各工序的加工余量和能達到的經濟精度等級之后便可按表（2）進行計算。
表（2） 工序尺寸及公差的計算
工序名稱 工序余量 工序公差 工序基本尺寸 工序尺寸和偏差
擴鉸40*Φ50mm 0.3mm 50 Φ50mm
擴鉸26*Φ80mm 0.3mm 80 mm
擴鉸10*Φ104mm 0.5mm 104 Φ104mm
精擴鉸10*104mm 0.15mm 104
確定各工序切削用量[5]
鉸刀直徑選擇，
粗鉸時的進給量f=1.0mm/r,
切削速度v=0.238m/s
精鉸時的切削速度為0.05m/s，
制定時間定額[6]
單件時間：
單件計算時間：
填寫工序卡片，畫出工序簡圖。
如附表2機械加工工序卡片
2.2夾具設計
制定設計方案
確定定位方法,選擇定位元件[7]
定位部分主要有手動伸縮式定位銷和支承板組成。它的作用是使工件在夾具中處于正確位置。
要加工右端面的圓槽，以端面F作為主要定位基準(F面朝上),因定位面積較大，夾具結構簡單，工件裝卸方便，而且與其它工序相適應。對此，工件除了繞Z軸旋轉方向的自由度可以不加限制外，其余五個自由度均應加以限制。
定位元件應選長套定位元件。定位長套鑲在夾具體上，工件的定位基準端面F插入定位套中，與端面H聯合定位以控制軸向位移和防止傾斜。而且定位長套可以限制工件的四個自由度，這四個自由度分別為X、Y軸線方向和繞X、Y軸旋轉方向。
確定夾緊方式和結構設計[7]
由于工件批量小、夾緊力要求不大，所以夾緊方式可用手動力源方式。它結構簡單，制造方便，夾緊機構必須具有自鎖和增力裝置。夾緊作用在端面H處向下，與定位位套一起夾緊固定工件，限制工件的一個Z軸向位移和防止傾斜，從而保證了加工過程中工件定位的穩定性和可靠性。
確定夾具體整體結構[8]
確定好定位元件和夾緊機構后，還需要一個基礎件把它們組合安裝起來。夾具體就是將夾具上的各種裝置和元件連成一個整體的基礎件，它通常是夾具上體積最大的和結構最復雜的零件。在加工過程中，夾具體還要承受夾緊力、切削力、慣性力以及由此而產生的各種沖擊和震動。所以夾具體也是承受載荷最大的零件。另外，夾具體既要保證在其上所安裝的各種裝置和元件的相互關系，而且還要實現夾具與機床之間的定位和連接。所以，它的加工精度要求往往較高。為此，在設計夾具體時，還應該考慮到它的結構工藝性，在保證精度、強度和剛度的前提下，使之能合理、經濟和方便地制造出來。
夾具體的毛坯選擇鑄造，鑄造夾具體的材料采用HT150灰鑄鐵。它的優點是工藝性好，可以鑄出各種復雜形狀的外形，并具有較好的抗壓強度、剛性和抗振性。其中鑄鐵夾具體易于加工，成本較低，應用最為廣泛。但鑄鐵夾具體的生產周期長，需進行時效處理，消除應力，以保證加工尺寸的穩定性。選擇圓柱體形的夾具體，尺寸為Φ960mm，高為200mm。
夾具體選擇圓柱體形可以保證工件安全。
定位長套和夾具分別以夾具安裝面和定位孔，定位銷定位，用T型槽螺栓連接。
4）夾具精度分析[9]
按工件的直線尺寸公差確定夾具相應尺寸公差的參考值
(mm)
工件尺寸公差 夾具尺寸公差 工件尺寸公差 夾具尺寸公差
0.008~0.01 0.005 0.20~0.24 0.08
0.01~0.02 0.006 0.24~0.28 0.09
0.02~0.03 0.010 0.28~0.34 0.10
0.03~0.05 0.015 0.34~0.45 0.15
0.05~0.06 0.025 0.45~0.65 0.20
0.06~0.07 0.030 0.65~0.95 0.30
0.07~0.08 0.035 0.95~1.30 0.40
0.08~0.09 0.040 1.30~1.50 0.50
0.09~0.10 0.045 1.50~1.80 0.60
0.10~0.12 0.050 1.80~2.00 0.70
0.12~00.16 0.060 2.00~2.50 0.80
0.16~0.20 0.070 2.50~3.00 1.00
夾緊力：，圓周接觸
定位精度: 夾具尺寸公差為0.045mm
繪制夾具裝配總圖。如圖3所示。
2.3設計心得體會
做了近一個月的畢業設計，有很多的心得體會，有關于動力輸出軸專用夾具方面的，發現學得東西比這幾年學的還要扎實和深入。
我們組一共有十個人，我們分小組分配各自的設計項目，我所設計的是輸出軸的專用夾具。我本人對夾具也并不是很熟悉，學的東西好像它是它，我是我似的，理論聯系不了實際。以前的機械方面的課程沒學好，一開始的機械設計這塊兒就要令我抓狂了。一開始以為是個簡單的夾具，只要畫畫圖什么的就可以了，于是老師布置好題目后，就開始借書并且上網查閱相關的資料。后來，才曉得并不是那么簡單。在河海大學借了許多書，每天查翻機械夾具設計方面的內容，連續看了一星期，也沒把夾具的基本元件裝置搞懂。后來，多次請教老師，與同學們研討，經過老師拋磚引玉，同學們的建議啟示，終于有了點頭緒。
于是針對性地查閱機械加工工藝手冊，夾具設計資料，經過再次的努力琢磨設想，擬定加工的工藝路線，并選擇設計加工輸出軸的右端面的盲孔設計工序，此工序用鉆床夾具，鉸擴鉸而成。用并制定了設計輸出軸夾具的方案，定位元件選擇長定位套，可以限制工件的四個自由度。再用夾具夾緊工件，限制工件在軸向的位移和防止工件傾斜。這樣，工件就被完全固定好了。再確定夾具的整體結構。最后，根據零件尺寸和設計的要求，對夾具的進行精度分析，設計安裝尺寸，繪制夾具的裝配總圖。
這次動力輸出軸的專用夾具設計給我的最大的印象就是如果光有扎實的理論知識，而不聯系實際動手去做，就如紙上談兵，再簡單的夾具設計，也會不知所措無從下手。只有理論聯系實際，才可以迎刃而解。與其臨淵羨魚，不如退而結網。只要不斷的鉆研，困難是可以逾越的。主要是了解學習思想。古語說的好：學無止境啊！
能夠完成這個畢業設計，要非常感謝老師和同學朋友們的指導和幫助。尤其是孫老師，還有我的朋友。
參考文獻
徐圣群. 簡明機械加工工藝手冊, 第十章 毛坯及加工余量. 上海科學技術出版社;
徐圣群. 簡明機械加工工藝手冊, 第十一章. 切削用量 上海科學技術出版社;
徐圣群. 簡明機械加工工藝手冊, 第一章. 加工余量的確定 上海科學技術出版社;
徐圣群. 簡明機械加工工藝手冊, 第一章 工序尺寸和公差的確定 上海科學技術出版社;
徐圣群. 簡明機械加工工藝手冊, 第十一章 切削用量. 上海科學技術出版社;
徐圣群. 簡明機械加工工藝手冊, 第一章 工時定額的計算 上海科學技術出版社;
徐圣群. 簡明機械加工工藝手冊, 第十三章 工件在夾具中的定位和夾緊 上海科學技術出版社;
余光國 馬俊 張興發 機床夾具設計 第六章 夾具體 重慶大學出版社
徐圣群. 簡明機械加工工藝手冊, 第十三章 夾具的結構設計及定位精度 上海科學技術出版社;
附表1 機械加工工藝過程卡片
機械加工工藝過程卡片 產品型號 零（部）件圖號
產品名稱 輸出軸專用夾具 零（部）件名稱 共（1）頁 第（1）頁
材料牌號 毛坯種類 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件數 每臺件數 備注
工序號 工序名稱 工 序 內 容 車間 工段 設備 工 藝 裝 備 工時
準終 單件
1 鑄造 煅
2 時效 熱
3 粗銑右端面 金工 *52K 專用銑夾具
4 車Φ176mm，倒角1*45º 金工 專用車夾具
車Φ116mm，倒角1*45º 金工 專用車夾具
車Φ75mm，倒角1*45º 金工 專用車夾具
車Φ65mm，倒角1*45º 金工 專用車夾具
車Φ60mm，倒角1*45º 金工 專用車夾具
車Φ55mm，倒角1*45º 金工 專用車夾具
5 精銑C面 金工 *62W 專用銑夾具
6 粗銑右端面 金工 *52K 專用銑夾具
7 擴鉸40*Φ50mm 金工 Z3035 專用鉆夾具
擴鉸30*Φ80mm，倒角1*45º 金工 Z3035 專用鉆夾具
精擴鉸10*Φ104mm，倒角1*45º 金工 Z3035 專用鉆夾具
描圖 8 鉆Φ10-Φ20mm孔 金工 Z3035 專用鉆夾具
9 檢驗 檢
描校 10 入庫
底圖號
裝訂號
設計（日期） 審核（日期） 標準化（日期） 會簽（日期）
標記 處數 更該文件號 簽字 日期 標記 處數 更改文件號 簽字 日期
附表2 機械加工工序卡片
機械加工工序卡片 產品型號 零（部）件圖號 1 工序號 7
產品名稱 輸出軸專用夾具 零（部）件名稱 動力輸出軸 共（1）頁 第（1）頁
材料牌號： 45鋼 毛坯種類 鑄件 毛坯外型尺寸： Φ182mm長的圓柱體 每毛坯可制件數：1 每臺件數：1 備注
工步號 工序名稱 工藝裝備 主軸轉速
r/min 切削速度
m/min 進給量
Mm/r 切削深度
mm 工步工時
機動 輔助
1 擴鉸40*Φ50mm 專用鉆夾具 100 1.57 0.5 2.5
2 擴鉸30*Φ80mm，倒角1*45º 專用鉆夾具 100 1.57 0.5 2.5
3 精擴鉸10*Φ104mm，倒角1*45º 專用鉆夾具 50 1.57 0.5 2.5
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