十字軸課程設(shè)計說明書

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　機械制造裝備設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門骨干專業(yè)課，其主要任務是通過在學校對機械制造裝備設(shè)計這一門課程的學習，掌握主要的、典型的機械零件的夾具的設(shè)計和原理及其正確使用和選用方法、原則，并具備一定的機械制造裝備的總體設(shè)計、傳動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計等基本知識和主要工藝裝備的設(shè)計能力。</p><p>

2、　　機床夾具設(shè)計是機械制造類企業(yè)常見的設(shè)計任務，通過課程設(shè)計，使學生能綜合應用夾具設(shè)計課程及相關(guān)其他專業(yè)的課程知識，學會用所學的理論知識指導設(shè)計實踐，培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題的能力，使學生掌握機床夾具的一般設(shè)計方法和步驟，提高其今后走上工作崗位所需的專業(yè)技能。</p><p>　　第一章 設(shè)計的目的 </p><p>　　機械制造裝備設(shè)計課程設(shè)計，是在學習完<<機械制造

3、裝備設(shè)計>>原理課程，經(jīng)過生產(chǎn)實習取得感性知識后進行的一項教學環(huán)節(jié)；在張老師的指導下，要求在設(shè)計中能初步學會綜合運用以前的全部課程，并且獨立完成的一項工程基本訓練。同時，也是為以后搞好畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。通過課程設(shè)計達到以下目的：</p><p>　　1. 能熟練的運用《機械制造裝備設(shè)計》知識，正確的解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及合理制定工藝規(guī)程等問題的方法，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能

4、力。</p><p>　　2..通過對零件的某道工序的夾具設(shè)計，學會工藝裝備設(shè)計的一般方法。通過學生親手設(shè)計夾具的訓練，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。</p><p>　　3.課程設(shè)計的過程也是理論聯(lián)系實際的過程，學會使用手冊、查手冊等相關(guān)資料等，增強學生解決工程實際問題的獨立工作的能力。</p><p>　　第二章 零件的作用和定位方案設(shè)計</p><p

5、><b>　　2.1 零件的作用</b></p><p>　　十字軸零件主要用于各種機械的多向傳動連接，常與聯(lián)軸器配套使用，如：十字軸式萬向器等。由于其主要承受扭轉(zhuǎn)等力矩，所以在軸頸上進行一定的熱處理用以提高零件的強度。</p><p>　　2.2 定位方案的設(shè)計</p><p>　　這道工序所加工Φ8的孔在十字軸已經(jīng)加工了的平面上，且垂

6、直地面。</p><p>　　在機械加工過程中，必須使工件、夾具、刀具和機床之間保持正確的相互位置，才能加工出合格的零件。這種正確的相互位置關(guān)系，是通過工件在夾具中的定位，夾具在機床上的安裝，刀具相對于夾具的調(diào)整來實現(xiàn)的。</p><p>　　在研究和分析工件的定位問題時，定位基準的選擇是一個關(guān)鍵問題。一般地說,工件的定位基準一旦被選定，則工件的定位方案也基本上被確定。定位方案是否合理，直

7、接關(guān)系到工件的加工精度能否保證。在分析工件定位時，為了簡化問題，習慣上都是利用定位支撐點這一概念，但是工件在夾具中定位時，是把定位支撐點轉(zhuǎn)化為具有一定結(jié)構(gòu)的定位元件與工件相應的定位基準面相接觸或配合而實現(xiàn)。</p><p>　　在夾具設(shè)計時，工件在夾具中的定位可能有多種方案，為了進行方案之間的比較和最后確定滿足工序加工要求的最佳方案，需要進行定位方案的設(shè)計。</p><p>　　圖2-1

8、：十字軸零件圖</p><p>　　結(jié)合任務書所給零件圖，從加工要求考慮，要在十字軸工件上鉆兩個孔，有加工工藝的要求，再結(jié)合上面的零件圖，我們需要限制六個自由度。</p><p>　　現(xiàn)在又以下的定位方案：</p><p>　　方案一：采用的心軸和定位槽定位（如下圖所示）</p><p>　　圖2-2：定位方案一</p><

9、;p>　　這種定位方案是以工件以孔￠45H7定位，屬于定心定位，夾具上相應的定位原件是心軸，可以限制五個自由度，分別為x y z 的移動和y z 的轉(zhuǎn)動，下面的定位槽可以限制X方向的轉(zhuǎn)動，加工所需的自由度全部限制。滿足加工要求。</p><p>　　方案二：采用V型塊定位（如下圖所示）</p><p>　　圖2-3 定位方案二</p><p>　　這種定位方

10、案是工件以外圓表面定位，經(jīng)常用到的定位元件是V形塊，不論定位基準是否經(jīng)過加工，是完整的圓柱面還是圓弧面，都可以采用V形塊定位，其優(yōu)點是對中性好，能使工件的定位基準軸線對中在V形塊兩斜面的對稱面上，而不受定位幾面直徑誤差的影響，并且安裝方便。</p><p>　　本工序中采用兩個V形塊定位￠25的外圓表面，可以限制其五個自由度，分別是 y z 的移動和轉(zhuǎn)動。又以定位銷限制其x方向的轉(zhuǎn)動，加工所需的自由度全部限制，滿

11、足加工要求。</p><p>　　兩種定位方案的比較： </p><p>　　方案一的優(yōu)點是整個零件在加工的過程中，零件的定位、安裝等比較方便，并并且能夠滿足加工要求；方案二的優(yōu)點是V型塊定位，零件有著良好的對中性，能使工件的定位基準軸線對中在V形塊兩斜面的對稱面上，而不受定位幾面直徑誤差的影響，并且安裝方便。</p><p>　　總上所述，整個夾具的設(shè)計不僅要考慮

12、定位，還需考慮安裝，更換，夾緊，定位心軸較V形塊更換方便，所以本工序選擇定位方案一。 </p><p>　　第三章 定位誤差分析與計算</p><p>　　定位誤差是指一批工件在夾具中定位時，工件的工序基準在工序尺寸方向或者加工要求上的最大變化量，一起定位誤差的原因有兩項，一項是急轉(zhuǎn)不重合誤差，另一項是基準位移誤差。</p><p>　　定位誤差由基準不重合誤差和基

13、準位移誤差兩部分組成，定位誤差的大小是兩項誤差在工序尺寸方向上的代數(shù)和，即</p><p>　　其中基準不重合誤差的大小等于因定位基準與工序基準不重合而造成的加工尺寸的變動范圍。需要注意的是，當工序基準的變動方向與加工尺寸的方向成夾角時，基準不重合誤差等于定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影。基準位移誤差的大小等于因定位基準與調(diào)刀基準不重合造成工序尺寸的最大變動量。當定位基準的變動方向與加工尺寸的方向不一致，兩者

14、之間成一定夾角時，基準位移誤差等于定位基準的變動范圍在加工尺寸方向上的投影。因此，基準位移誤差是一批工件逐個在夾具上定位時，定位基準相對于調(diào)刀基準的最大變動范圍在加工尺寸方向上的投影。</p><p>　　用調(diào)整法加工一批工件時，工件在定位過程中，會遇到由于工件的定位基準與工序基準不重合，以及工件的定位基準(基面)與定位元件工作表面存在制造誤差，這些都能引起工件的工序基準偏離理想位置，由此引起工序尺寸產(chǎn)生加工誤差

15、，及定位誤差，其數(shù)值大小為工件的工序基準沿工序尺寸方向上發(fā)生的最大偏移量。只有定位誤差小于工件相應加工要求的公差的1/5~1/3,定位方案才認為是合理的，因此在夾具設(shè)計時必須對定位進行分析與計算。</p><p>　　3.1 定位基準的選擇</p><p>　　由零件圖可知，Φ8H7的孔應對導軌面有平行度的及位置度的要求，而且本身有圓度和圓柱度的要求。為了減小定位誤差，應該采用方案一的方法

16、定位，根據(jù)零件圖可以知道，其他工序都已經(jīng)加工好了，所以Φ45的孔的端面可以用來定位，因此這里選用已加工的Φ45孔的斷面作為主要定位基準，這樣可以更好的保證孔Φ8的位置和加工精度。</p><p>　　夾緊時主要是限制工件的在平面上的轉(zhuǎn)動，由于外表面基本上是不用加工的，所以在加工的時候采用不加工的面作為夾緊。</p><p>　　加工尺寸Φ8H7的定位誤差 采用圖二所示定位方案時，這種

17、定位方式屬于孔軸間隙配合的情況，而且在鉆孔加工時，切削力向下，即孔Φ45H7與夾具上的定位心軸保持固定邊接觸(如圖四)，在這種情況下，孔在銷上的定位實際上已由定心定位轉(zhuǎn)變?yōu)橹味ㄎ坏男问?，定位基準變成了孔的一條母線(圖四所示為孔的上母線)。此時的定位誤差是由于定位基準與工序基準不重合造成的，屬于基準不重合誤差，與心軸直徑公差無關(guān)。由此可求出由于孔徑變化造成孔心在接觸點與心軸中心線連線方向的最大變動量。</p><p&

18、gt;　　但是此孔為通孔，所以定位心軸的定位誤差可忽略不計。</p><p>　　圖3-1：孔軸單邊接觸時的定位誤差</p><p><b>　　3.2 定位誤差</b></p><p>　　定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位是孔的兩端面，該端面與孔的垂直度有一定的要求。</p><p>　　采用圖二所示定位方案時

19、，十字軸的端面既是定位基準，又是工序基準。對一批工件來講，十字軸的端面始終是緊靠在定位心軸的臺階上，由于制造誤差和安裝誤差，會對所要鉆的￠8孔有影響，所以其安裝時必須保證端面到所鉆孔的軸線距離為10±0.03.</p><p>　　第四章 夾緊機構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　在機械加工過程中，工件的定位和加緊是相互聯(lián)系非常緊密的兩個工作過程。工件定位后，必須采用一定的裝置把工件壓

20、緊在定位元件上面。工件會受到切削力、慣性力、離心力等外力的作用，為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持定位的正確位置，而不致發(fā)生位移或產(chǎn)生振動，一般在夾具結(jié)構(gòu)中都必須設(shè)置一定的夾緊裝置，把工件壓緊夾牢在定位元件上。</p><p>　　4.1 夾緊裝置的組成</p><p>　　加緊裝置除要求能將工件加緊之外，還對工件的加工質(zhì)量，生產(chǎn)率。生產(chǎn)成本及操作工人的勞動強度等均有較大的影響

21、。因此，在設(shè)計加緊裝置時應滿足一下要求，</p><p>　?。?）加緊過程中，必須保證定位準確可靠，即不破壞原有的定位。</p><p>　?。?）加緊力要適當，既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變、震動小、又要是工件不產(chǎn)生過大的加緊變形。</p><p>　?。?）加緊裝置的自動化和復雜程度與生產(chǎn)類型相適應，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構(gòu)要求力簡單，工藝性好

22、，便于制造和維修。</p><p>　?。?）加緊裝置應具有良好的自鎖性能，以保證在源動力波動或者消失后，仍能保持加緊狀態(tài)。</p><p>　?。?）加緊裝置的操作應當方便、安全、省力、迅速等特點，符合操作習慣。</p><p>　　4.2 夾緊裝置的組成</p><p>　　夾緊裝置由三部分組成</p><p>&

23、lt;b>　　1. 動力裝置</b></p><p>　　動力裝置是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。通常是指機動夾緊時所用的氣動、液壓、電動等動力裝置。當然也有很多手動操作的夾緊機構(gòu)。</p><p><b>　　2. 夾緊元件</b></p><p>　　夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。通過它和工件受壓面的直接接觸而完成夾緊動作。&

24、lt;/p><p><b>　　3. 中間傳動機構(gòu)</b></p><p>　　中間傳動機構(gòu)是介于力源和夾緊元件之間的傳力機構(gòu)，它將原動力以一定的大小和方向傳遞給夾緊元件。</p><p>　　通常把夾緊元件和中間傳動機構(gòu)統(tǒng)稱為夾緊機構(gòu)。</p><p>　　4.3 夾緊裝置的基本要求</p><p>

25、;　　(1) 夾緊時不破壞工件在夾具中占有的正確位置；</p><p>　　(2) 夾緊力要適當，既要保證工件在加工過程中定位的穩(wěn)定性，又要防止因夾緊力過大損傷工件表面及產(chǎn)生加緊變形；</p><p>　　(3) 夾緊機構(gòu)操作安全、省力，加緊迅速；</p><p>　　(4) 夾緊機構(gòu)的復雜程度、工作效率應與生產(chǎn)類型相適應。結(jié)構(gòu)應盡量簡單，便于制造與維修；</

26、p><p>　　(5) 具有良好的自鎖性能。</p><p>　　結(jié)合本零件的加工要求，在本設(shè)計里面考慮到零件加工的工藝性，采用螺母加緊，既能滿足加工要求，又操作簡單，這樣可以使加工的效率提高。具體的方案見下圖所示：</p><p>　　圖4-1：零件的加緊裝置</p><p>　　第五章 導向裝置的選擇</p><p>

27、　　鉆床夾具的刀具導向元件為鉆套。鉆套的作用是確定刀具相對于夾具定位元件的位置，并在加工過程中對鉆頭等孔加工刀具進行引導，防止刀具在加工過程中發(fā)生偏斜。</p><p>　　5.1鉆套類型的選擇</p><p>　　按鉆套的結(jié)構(gòu)和使用情況，可分為固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套四種，前三種鉆套均已標準化，可根據(jù)需要選用，必要時也可自行設(shè)計。</p><p>&

28、lt;b>　　圖5-1：快換鉆套</b></p><p>　　固定鉆套是直接壓入鉆模板或夾具體的孔中的，屬于過盈配合。這種鉆套位置精度高，結(jié)構(gòu)簡單，但磨損后不易更換，故適合于中、小批生產(chǎn)的鉆模上或用來加工孔距甚小以及孔徑精度要求較高的孔。為了防止切屑進入鉆套孔內(nèi)，鉆套的上下端應稍突出鉆模板為宜，一般不能低于鉆模板。帶肩固定鉆套主要用于鉆模板較薄時，用以保持必需的引導長度，也可作為主軸頭進給時軸向

29、定程擋塊用。對于要連續(xù)加工的孔，如鉆-擴-鉸的孔加工，則要采用可換鉆套或者快換鉆套。</p><p>　　可換鉆套是先把襯套用過盈配合H7/n6或H7/r6固定在鉆模板或夾具體孔中，再采用間隙配合H6/g5或H7/g6將可換鉆套裝入襯套中，并用螺釘壓住鉆套。這種鉆套更換方便，適用于中批以上生產(chǎn)。對于在一道工序中需要連續(xù)加工的孔，應采用快換鉆套。</p><p>　　快換鉆套與可換鉆套結(jié)構(gòu)上

30、基本上相似，只是在鉆套頭部多開一個圓弧狀或直線狀缺口。換鉆套時，只需將鉆套逆時針轉(zhuǎn)動，當缺口轉(zhuǎn)到螺釘位置時，即可取出，換套方便迅速。</p><p>　　由設(shè)計任務書可知，要加工的孔￠8H7mm，粗糙度為Ra1.6需鉆削和鉸削加工才可滿足精度要求。綜合考慮到加工類型為大批量生產(chǎn)，最終選用可換鉆套。鉆套代號為：8F7x15k6x36 JB/T8045.3-1999。</p><p>　　快換

31、鉆套在鉆模板上面的結(jié)構(gòu)如圖所示：</p><p>　　圖5-2：快換鉆套在鉆模板上的裝配</p><p>　　5.2鉆套高度和排屑間隙</p><p>　　5.2.1 鉆套高度H</p><p>　　鉆套高度與所鉆孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具剛度、工件表面形狀等因素有關(guān)。鉆套高度H越大，刀具的導向性越好，但刀具與鉆套的摩擦越大，一

32、般取H=(1~2.5)d，孔徑小精度高時，H取較大值。根據(jù)要加工的孔的尺寸，H=(1~2.5)d=8~20mm，由于孔徑精度高和定位心軸的影響，取H=36mm。</p><p>　　圖5-3： 鉆套高度與排屑間隙</p><p>　　鉆套底部與工件間的距離h稱為排屑空間。h值應適當選取，h值太小時，切屑難以自由排出，使加工表面被破壞；h值太大時，會降低鉆套對鉆頭的導向作用，影響加工精度。加

33、工鑄鐵時，h=(0.3~0.7)d；加工鋼時，h=(0.7~1.5)d。取h=12mm。</p><p>　　鉆套高度和排屑間隙可按表5-1選取。</p><p>　　表5-1 鉆套高度和排屑間隙 （單位：mm）</p><p>　　第六章 夾具體的設(shè)計</p><p><b>　　6.1夾具體的設(shè)計</b>

34、</p><p>　　在機床上用于裝夾工件的裝置稱為機床夾具，其主要作用表現(xiàn)在以下幾個方面。</p><p>　　1．縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率</p><p>　　夾具的使用一般包括兩個過程：其一是夾具本身在機床上的安裝和調(diào)整，這個過程主要是依靠夾具自身的定向鍵、對刀塊來快速實現(xiàn)，或者通過找正、試切等方法來實現(xiàn)，但速度稍慢；其二是被加工工件在夾具中的安裝，這個過

35、程由于采用了專用的定位裝置(如V形塊等)，因此能迅速實現(xiàn)。</p><p>　　2．確保并穩(wěn)定加I精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量</p><p>　　加工過程中，工件與刀具的相對位置容易得到保證，并且不受各種主觀因素的影響，因而工件的加工精度穩(wěn)定可靠。</p><p>　　3．降低對操作工人的技術(shù)要求和工人的勞動強度</p><p>　　由于多數(shù)專用夾具

36、的夾緊裝置只需廠人操縱按鈕、手柄即可實現(xiàn)對工件的夾緊，這在很大程度上減少了工人找正和調(diào)整工件的時間與難度，或者根本不需要找正和調(diào)整，所以，這些專用夾具的使用降低了對工人的技術(shù)要求并減輕了工人的勞動強度。</p><p>　　4．機床的加工范圍得到擴大</p><p>　　很多專用夾具不僅能裝夾某一種或一類工什，還能裝夾不同類的工件，并且有的夾具本身還可在不同類的機床上使用，這些都擴大了機床

37、的加工范圍。</p><p>　　夾具體是整個夾具的骨架和機體，組成夾具的各種零件、機構(gòu)等都要安裝在上面，其形狀和尺寸主要取決于夾具上各組成件的分布情況、工件的形狀、尺寸以及加工性質(zhì)等。</p><p>　　夾具體常見的類型有：①鑄造夾具體，其優(yōu)點是工藝性好，可鑄造出各種復雜的形狀，目前應用最廣。②焊接式夾具體，其制造方便、生產(chǎn)周期短、成本低，但易變形。③組裝式夾具體，其更換方便，鑄造方便

38、。</p><p>　　當加工的切屑多時，夾具體上還應考慮排屑結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　夾具體如下圖所示：</b></p><p><b>　　圖6-1：夾具體</b></p><p>　　6.2 夾具在機床上的安裝方式</p><p>　　夾具在機床上的安裝是通過

39、夾具體上的安裝基面與機床上相應的接觸表面的配合來實現(xiàn)的。安裝時力求夾具的重心盡量低，當夾具的重心較高時，還應考慮加大支撐面的面積。</p><p>　　本設(shè)計中的夾具體采用組合式，其材料為HT.結(jié)構(gòu)如下圖，其鑄造方便，便于裝夾和更換。</p><p>　　夾具體最后裝在底座上面，底座的形狀如圖所示：</p><p><b>　　圖6-2：底座</b&

40、gt;</p><p><b>　　6.3 設(shè)計心得</b></p><p>　　經(jīng)過我兩個星期以來的努力，不僅順利完成了課程設(shè)計這個任務，而且從中一方面鞏固了之前的理論學習，另一方面也發(fā)現(xiàn)了自己在學習工程中存在的薄弱環(huán)節(jié)。經(jīng)過張老師的教導，和自己的認真學習，自己把一些沒有掌握好的知識點進一步加深理解，把在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)的問題，作為今后學習過程中努力的方向。課程設(shè)計

41、，是一個系統(tǒng)性、知識點廣泛的學習過程。通過這樣一個系統(tǒng)性的學習和結(jié)合，使自己把學過的知識聯(lián)系起來，運用在各個方面上去。同時，廣泛地運用設(shè)計手冊，學會了在實際中運用工具書，和獨立完成每一步查找工作；在整個零件的加工過程是和其他同學分工完成，所以在設(shè)計過程中需要和同學一起討論分析，在夾具設(shè)計過程中也想同學征求了意見，是設(shè)計更加符合實際要求。 </p><p>　　第七章 裝配圖的繪制</p><

42、p><b>　　致謝</b></p><p>　　本課程設(shè)計是在xx老師的指導下完成的，衷心感謝xx老師的悉心指導以及在生活上給予的關(guān)心和幫助。xx老師以淵博的學識、高度的責任感使我不僅在學術(shù)上受益匪淺，而且言傳身教，以其高尚的人格教導了我做人的道理。在此課程設(shè)計完成之際，謹向xx老師表示最衷心的感謝！</p><p>　　同時，我深深感謝我們機械工程系的領(lǐng)導和

43、老師以及傳授我知識和學習方法的外系老師，我在思維方法、學習態(tài)度和工作作風方面得到的進步都受益于您們的指導和影響；對我能順利完成課程設(shè)計給予了很大的幫助。</p><p>　　在xx老師的耐心指導下，我的課程設(shè)計收獲了很多，把我四年所學的東西進行了一個大整合。實踐聯(lián)系理論及實際中會遇到的問題，都給我們指了出來。從而使我的課程設(shè)計不斷的優(yōu)化。</p><p>　　經(jīng)過本次的課程設(shè)計，我學會好多

44、書本上面沒有的知識。這次的設(shè)計在xx老師的耐心的指導下，使我的設(shè)計更加與實際相結(jié)合，最后再次衷心的感謝xx老師在本次設(shè)計中給予的指導和幫助!</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　陳立德主編.《機械制造裝備設(shè)計》.北京高等教育出版社 2006</p><p>　　吳宗澤主編.《機械零件設(shè)計手冊》.北京工業(yè)出版社 20

45、06</p><p>　　翁世修主編.《金屬切削機床設(shè)計指導》.上海交通大學出版社 1987</p><p>　　東北重型機械學院，洛陽工學院，第一汽車制造廠職工大學主編 .《機床夾具設(shè)計手冊》. 上?？茖W技術(shù)出版社，1990</p><p>　　任嘉卉主編 . 《公差與配合手冊》.北京機械工業(yè)出版社 .1991</p><p>　　張龍勛主