河南機電高等專科學校 畢業設計論文 論文題目： M7130B 平面磨床夾具的設計 摘要 本次畢業設計主要設計 M7130 齒條線平面磨床夾具，此夾具的優點是磨削精度高，能夠進行不同零件的加工，即能加工各種柱形面有能加工各種平面工件，其應用范圍非常廣泛。這種夾具主要是利用磨頭的上下運動和砂輪的圓周面進行磨削，砂輪的轉速較高，圓周離心力也較大，當砂輪與工件的表面接觸時，會瞬時磨出火花。本次設計的零件既為圓柱形工件，要求在圓柱面上利用 M7130 齒條線平面磨床磨出 一個扇形面，其加工工序分為：首先在砂輪上先粗銑一個扇形槽，然后使扇形槽砂輪以一定的轉速與圓柱形工件的表面接觸，最后利用砂輪磨削工件。這樣就可以加工出所需要形狀的工件。總之通過本次設計，使我了解了 M7130 齒條線平面磨床夾具的組成部分及各部分所起的作用，從而使我明白了次家具的工作原理。 關鍵字 ：夾具、磨削精度、工序 Abstract This graduation designs a line of the main design M7130 flat surface grinding machine tongs, the advantage of this tongs is to whet to pare the accuracy high, can carry on different spare parts process, can process various pillar form to face it can process various flat surface work piece, its application is very extensive. This kind of tongs mainly is top and bottom sport and the circumference of the emery wheels that makes use of to whet the head to face to carry on whet to pare, the emery wheel become soon higher, the circumference leaves the mental exertion to also compare greatly, be the surface contact of the emery wheel and the work piece, will whet a spark in a moment. A spare parts for design since is the cylinder form work piece, request to face in the cylinder up make use of a line of the M7130 flat surface grinding machine to whet a fan-shaped side of, it processes the work preface to is divided into: First a fan-shaped slot of first thick on the emery wheel, then make fan-shaped slot emery wheel with certainly turn soon with the surface contact of the cylinder form work piece, make use of the emery wheel to whet to pare the work piece finally. Can process thus the work piece of the demand shape. In fine pass a design, make me understand a line of the M7130 flat surface grinding machine tongs to constitute the part of and each function that part rise, thus make me understand the work principle of a furniture. Key words: Tongs, whet to pare the accuracy, work preface 目 錄 1 緒論 1 2 夾具的簡介 2 2.1 夾具的功用、組成和分類 2 2.2 夾具設計的特點和基本要求 4 2.2.1 夾具設計的特點 4 2.2.2 夾具設計的基本要求 4 2.3 工件在夾具中的定位 6 2.3.1 工件定位的基本原理 6 2.3.2 夾緊裝置的組成 7 2.3.3 夾緊裝置的基本要求 7 2.3.4 夾緊力的確定 8 2.4 基本夾緊機構選擇和應用 10 2.5 夾緊的動力系統 11 2.5.1 氣動夾緊系統的組成和特點 11 2.6 夾具的其它裝置 13 2.6.1 對刀裝置 的基本結構 13 2.6.2 對刀裝置位置尺寸的確定 13 2.7 分度裝置 13 2.7.1 分度裝置的基本形式及定義 13 2.7.2 分度裝置組成部分 14 2.8 對定機構 14 2.8.1 對定機構的基本結構 14 2.8.2 機構夾具分度裝置上通常設置有鎖緊機構 14 2.9 夾 具體的結構形式 14 2.9.1 夾具體毛坯的類型 15 2.9.2 夾具體設計的基本要求 15 3 M7130B 平面磨床夾具的工作原理 16 4 設計和分析 M7130B 平面磨床夾具的加工工藝 17 4.1 分析原始資料 17 4.2.1 確定定位方案，設計定位元件 17 4.2.2 夾緊方式的確定和夾緊機構的設 17 4.2 工件的工藝分析 18 4.3 氣缸的主要尺寸計算 23 4.4 塞尺的選擇 26 4.5 導向鍵的設計與選擇 26 4.6 夾具體連接件的設計 26 4.7 T 型槽快卸螺栓的選擇 26 4.8 夾具體的設計 26 結論 28 致謝 30 參考文獻 31 1 緒論 在機械制造的各個加工工藝過程中，必須使工件在工藝系統中處于正確的位置，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，必須正確地安放工件，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，使用最廣泛的是通用夾具。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大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，因此本次主要設計專用夾具。 由于本次設計是每個學員進行的最后一次設計，這對每個學員都具有十分重要的作用，不僅考查我們在大學三年所獲得專業知識，而且又能開發我們的智力，使我們在今后的產品創新設計方面更進一步。 2 夾具的簡介 2.1 夾具的功用、組成和分類 歸納起來夾具有下列幾個方面的作用： （ 1）保證工件的加工精度，穩定產品質量。 （ 2）提高勞動生產率和降低加工成本。 （ 3）擴大機床工藝范圍和改變機床用途。 （ 4）改善工人勞動條件。 （ 5）在流水線生產中，便于平衡生產節拍。 （ 6）定位元件和定位裝置 它用于確定工件在夾具中獲得正確位置的元件或裝置。如在夾具圖中所用的 V 形塊、導向鍵、定位軸、定位鍵等。 （ 7）夾緊元件或夾緊裝置 它是用于夾緊工件，使工件在受力后，仍能保持其既定位置的元件或裝置。例如夾具圖中所示的壓板機構、螺釘 M6X10、前后頂尖等。對于動力夾緊機構來說，還應包裹動力源裝置，如夾緊汽缸等。 （ 8）對刀元件和引導元件 它是用于確定或引導刀具使其與夾具的定位元件保持某一正確的相互位置關系的元件。例如對刀塊、銅套等。 （ 9）連接元件 它是用于保證夾具與機床間相互安裝位置的元 件。例如導向鍵等。 （ 10）夾具體 用于連接夾具各組成部分，使之成為一個整體的基礎件。例如夾具圖中所示的夾具體（ M7130B 平面磨床夾具） （ 11）其他元件及裝置 根據工件加工要求，有些夾具上除上述組成部分外，還需設置其他元件和裝置。例如分度裝置等。 按專門化程度分類可分為： （ 1）通用夾具它主要用于單件、小批生產。 （ 2）專用夾具它主要用于較大批量的生產，本次主要設計專用夾具。 （ 3）可調夾具它主要用于多品種、中小批量生產。 （ 4）專門化拼裝夾具 它主 要用 于新產品試制和多種小批量生產。 （ 5）自動化 生產用夾具 它主 要用于自動生產線上。 按使用機床類型可分為 ：車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具等。本次主要設計磨床夾具（齒背拋光夾具 M7130B） 按夾具動力源可分為 ：手動夾具、氣動 夾具、液壓夾具、電磁夾具、真空夾具、離心力夾具及自定心夾具等，本次主要設計氣動夾具。 2.2夾具設計的特點和基本要求 2.2.1 夾具設計的特點： （ 1）針對性強，設計人員必須全面掌握工藝和生產現場的實際情況。 （ 2）保證加工質量和勞動生產率，而保證加工質量又是第一位的。 （ 3）夾緊結 構對整個夾具機構起決定作用。 （ 4）一般夾具設計周期短，一般不進行強度和剛度計算。 2.2.2 夾具設計的基本要求： 夾具設計的原則是經濟和適用，它可以概裹為“好用、好造、好修”這六個字，其中好用是主要的。其具體要求如下： （ 1）夾具的構造應與其用途和生產規模相適應，正確處理好質量、效率、方便性與經濟性四者的關系。 （ 2）保證工件的加工精度。 （ 3）保證使用方便，要便于裝卸、便于夾緊、便于調整、便于觀察、便于測量、便于排屑排液、便于安裝運輸，包證安全第一。 （ 4）注意結構工藝性，對加工、裝配、檢驗和維修等問題 應加以考慮，以降低制造成本。 設計方案的制定 設計任務：設計在成批生產條件下，在 M7130B 的平面磨床上磨削直徑為 24mm 的圓柱形工件，并設計齒背拋光夾具。 設計任務的分析 圓柱形工件的直徑尺寸為 24mm，可分兩道工序來完成。該圓柱形工件在軸線方向上的定位基準為 80mm，上偏差為 +0.05mm,下偏差為 -0.05mm的后底座下底面。圓柱形工件的軸線應與壓蓋的上表面保持一定的平行度，其尺寸為直徑為 20mm，上偏差為 +0.021mm，下偏差為 0mm。其平行度公差為 0.030mm，用夾具保證這個平行度也沒有多大 困難。 平面磨床夾具（ M7130B）的最大磨削直徑為 30mm，主軸的最大長度為 627.4mm,上偏差 和下偏差 均為 +0.2mm 和 -0.2mm，齒 條的最大 長度為 205mm，圓柱形工件磨削扇形面角度為 70 度以上，主軸的轉速為 1440 轉， 這些都是本次畢業設計所給定的工藝數據。 其空間尺寸完全能滿足夾具的布置和加工范圍的要求。 本次主要設計齒背拋光夾具，材料為 S45CS1-QDS。 本次設計為單一的扇形槽的加工，所以該夾具采用固定式。 設計要求 齒背拋光夾具的生產周期很短，大約 39 秒，手動操作時間為 5 秒， 自動進給 34 秒。 2.3工件在夾具中的定位 工件在夾具中的定位，對保證加工精度起著重要的作用。在加工之前，必須使它相對于刀具和機床占有正確的位置，它包裹工件在夾具中的定位、夾具在機床上的安裝以及夾具對刀具和整個工藝系統的調整等工作過程。本次主要設計圓柱形工件在齒背拋光夾具中的定位。 2.3.1 工件定位的基本原理 要想使工件在齒條線平面磨床夾具中占有正確的位置，必須先對工件進行 設計，所謂基準就是確定工件位置的點、線、面。基類很多，本次只設計工序基準和定位基準。不管何種基準都包裹 粗基準和精基準兩種。粗基準通常選未經加工的表面，而精基準選經過精加工的面。 選擇精基準應遵循以下幾個方面的原則： （ 1）基準統一原則（ 2）基準重合原則（ 3）自為基準原則（ 4）互為基準原則（ 5）便于裝夾原則。一般專用夾具通常采用基準重合原則，這樣夾具就不存在定位誤差。 每個工件的定位方式有： 1、完全定位 2、不完全定位（包裹欠定位）3、過定位 4、重復定位自由度數目不同，由本次畢業設計中的齒背拋光夾具零件圖（齒背部拋光）可知：為了保證前頂尖工件（直徑尺寸為 20mm,上偏差為 +0.021mm,下偏差為 0)與銅套 （直徑為 30mm,上偏差為 +0.048mm,下偏差為 +0.035mm)的圓柱度符合要求，應當限制前頂尖的左右轉動和上下移動及前后移動和轉動，由于銅套又在前底座上起導向和潤滑作用 ， 所以應限制銅套的 轉動，同時又由于前底座支承著銅套，而銅套又相當于套筒一樣套著前頂尖，然而這三個元件都和圓柱形工件（直徑為 24mm）位與同一軸線上，所以應保證同軸度要求。由此可見，圓柱形工件的軸線為定位基準，而工序基準為圓柱形工件的下母線，圓柱形工件的定位基面為圓柱形工件的外圓表面，由于工序基準在定位基面上，所以定位基準和工序基 準不重合，存在定位誤差。 同理，后底座和壓蓋也存在平行度要求，應當限制后底座和壓蓋之間 的左右移動、轉動，上下轉動。另外齒背拋光夾具中設計的輔助支承，只能增加工件的剛度和穩定性，并不起定位作用。此外夾具中所設計到的定位塊、 V 型塊、定位軸等也都是定位元件，在這兒我不一一介紹了。 第六章工件在夾具中的夾緊 如前面所述，工件在進行機械加工時必須進行正確的安裝。安裝工作是由工件的定位和夾緊過程所組成。眾所周知，工件在機械加工中將受到切削力、慣性力和重力等外力的作用，為保證 工件在這些力的作用下不產生移動和不允許的振動，在通常情況下，工件在夾具中定位后，還必須被夾緊壓牢，以確保加工要求，避免機床、刀具的損壞和產生人身事故。通常將把工件夾緊壓牢在夾具中的裝置稱為夾緊裝置。 2.3.2 夾緊裝置的組成 （ 1）力源裝置 夾緊裝置中產生源動力的部分叫做力源裝置。常用的力源裝置有氣動、液壓、電動等。例如在齒背拋光夾具中所用的雙作用汽缸，便是一種力源裝置。 （ 2）夾緊元件 夾緊裝置中直接與工件的被夾壓面接觸并完成夾壓作用元件稱為夾緊元件。例如在夾具中所用的壓板。 （ 3）中間傳力機構 通常，力源裝置所產生的源動力不直接作用在夾緊元件上，而是為達到一定目的通過中間環節進行力的傳遞。這種介于力源裝置和夾緊元件間的中間環節稱為中間傳力機構。例如夾具中所用的氣缸，它所產生的氣壓通過銅套傳給后頂尖，由于后頂尖是活動頂尖，通過它頂緊工件。由此可見，中間力機構是夾具夾緊裝置 設計的重點。中間傳力機構具有以下要求： （ 1）改變夾緊力的方向 （ 2）改變夾緊力的大小 2.3.3 夾緊裝置的基本要求 （ 1）在夾緊工件的過程中，應有利于工件的定位而不能破壞工件的既定位置。為此，要求夾緊裝置所產生的夾緊力應滿足 兩方面的要求： (2）夾緊力應使工件的定位基面緊貼夾具的定位支承，而不能離開其定位支承。 (3）夾緊力不應使工件在夾緊過程中使夾具中的非支承定位元件受力，即夾緊力不能依靠非支承元件的反力來平衡。 （ 4）夾緊力作用合適、可靠、安全。 （ 5）夾緊裝置應操作方便、安全、省力。 （ 6）力求結構簡單，易于制造，其結構自動化程度和復雜程度與工件 的生產類型相適應。 （ 7）具有良好的自鎖性能。 2.3.4 夾緊力的確定 緊夾裝置是依靠其產生的夾緊力起到夾緊工件的作用，且要求夾緊力適當，即既能保證工件被夾緊，又不會因夾緊力過 大而導致工件產生不允許的夾緊變形，這就使夾緊力成為了設計夾緊裝置的基本緊力包裹三方面的要素：夾緊力的方向夾緊力的作用點夾緊力的大小 （ 1）夾緊力方向的確定 夾緊力應能保證定位準確可靠，不破壞工件原來的定位精度。 應有利于減小所需的夾緊力。 （ 2）夾緊力作用點的確定 夾緊力的作用點是否得當，對工件定位的可靠程度、夾緊變形的大小、夾緊裝置的復雜程度以及使用可靠性等都有較大的影響。確定夾緊力夾緊力的作用點包裹兩方面的內容 :確定夾緊力作用點的數目。確定夾緊力各作用點作用在工件上的位置。下 面就這兩方面進行分析。 在確定夾緊力作用點的數目時，應遵從的原則是：對剛性差的工件，夾緊力的作用點應增多，力求避免單點集中夾緊，以圖減小工件的夾緊變形。但夾緊點愈多，夾緊機構愈復雜，夾緊的可靠性也愈差，故能采用單點夾緊時，應盡量避免采用多點夾緊。或必須采用多點夾緊時，在許可范圍內，應力求夾緊點數目為最小。 夾緊力作用點的位置應能保證工件定位穩定，而不會引起工件在夾緊過程中產生位移或偏轉。 夾緊力的作用點應處于工件剛性較大的部位和方向上。 夾緊力作用點應盡可能靠近工件的被加工面，以提高夾緊剛性 。 夾緊力大小的確定夾緊裝置所產生的夾緊力的大小與工件所承受的切削力密切相關 。在通常情況下，切削力的大小和作用點都隨著加工過程的進行而發生變化，而且有的在切削加工中，例如磨削時所產徑向力較大，同理軸向力也十分重要。因此，要準確地計算出切削力的大小是十分困難的。 因此在設計夾緊裝置時，常采用下述兩種方法來確定近似的夾緊力：一是根據加工同類夾具的使用情況，用類比法進行估算，這種方法在生產中應用甚廣；另一種是根據加工情況，確定出工件在加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀態，再將此時工件所受的各種外力看作靜力 ，并用靜力平衡原理計算出所需的夾緊力。為確保夾緊安全可靠，往往將計算所得的夾緊力 擴大 K 倍作為實際需要的夾緊力，即： W = KF，粗加工時， K 取 2.5-3；精加工時， K 取 1.5-2。下面是關于平面磨床（ M7130B）的有關參數計算。 (1)砂輪的速度 V V= ds ns/60 1000 =3.14 400 1440/60 1000 = 30(m/s) 其中砂輪的直徑由參考文獻機床夾具設計手冊中查取 ds = 400(mm),由于直徑大且硬度高的砂輪比較耐磨 ,故應選大直徑砂輪 . （ 2） 工件速度 Vw Vw = dw nw/1000 =3.14 24 20/1000 =106(m/min) 其中工件的轉速由機床夾具手冊查得為 nw = 20r/s 2.4基本夾緊機構選 擇和應用 夾具中的基本夾緊機構類型很多 , 常見的幾種基本機構類型有下列三種： （ 1）斜楔夾緊機構（ 2）螺旋夾緊機構（ 3）偏心夾緊機構 本次主要設計的齒背拋光夾具是螺旋夾緊機構。常見的有單螺桿夾緊機構和螺釘壓板夾緊機構。下面由我單獨介紹單螺桿夾緊機構和螺釘壓板夾緊構機的特點及應用范圍吧！ 單螺桿夾緊機構的特點及應用范圍：單螺桿緊機構結構簡單，易于制造，夾緊可靠，增力系數大，自鎖性能好，且夾緊行程幾乎不受限制。但為保證自鎖性能，夾緊螺桿的螺旋升角一般較小，因此螺紋的螺距一般較小，導致此種機構的夾緊動作慢，夾緊輔 助時間長。故單螺桿夾緊機構廣泛應用于手動夾緊機構中，而在快速夾緊機構中卻很少采用。 螺釘壓板夾緊構機的特點及應用范圍：此種夾緊機構結構簡單，夾緊力和夾緊行程都較大，而且都可通過壓板所形成的杠桿加以調節因此，在手用夾緊機構中應用極為廣泛。螺釘夾緊機構有三種基本形式：第一種形式主要用著增大夾緊行程。第二種形式主要用作改變夾緊力的方向，以實現增大夾緊力和夾緊行程的目的。第三種形式主要用于增大夾緊力。螺釘壓板夾緊機構所采用的壓板結構形式可分為五夾緊結構；螺釘鉤頭壓板夾緊結構；萬能自調節壓板夾緊機構。 2.5夾緊的動力系統 2.5.1 氣動夾緊系統的組成和特點 在機動夾緊中，一般都設有產生夾緊力的動力系統，常用的動力系統有：氣動、液壓、氣液聯合、電動、磁力、真空動力系統等。機動夾緊可以大幅度縮減裝夾工件的輔助時間，提高生產率和減輕工人勞動強度。本次主要設計氣動夾緊的動力系統。 動夾緊是機動夾緊中應用最廣泛的一種，目前不僅在大批量生產中已普遍采用，而且已逐步推廣到成批和小批生產中。 氣動夾緊系統一般由四部分組成： （ 1）氣源部分 包裹空氣壓縮機、冷卻器、儲氣罐、過濾器，一于動力站內。 （ 2）控制部分 如調壓閥、節流閥、換向閥等。用于控制和調節 壓縮空氣的壓力、流量和方向，以滿足夾具的動作和性能要求。多裝在機床附近。 （ 3）執行部分 能量輸出裝置，即氣缸。通常安裝在機床夾具上，與夾緊機構相連接。 （ 4）輔助部分 包裹管部、接頭、壓力表、分水濾氣器、油霧器、消生器等。起連接、測量、過濾、潤滑、減小噪聲等作用。多裝在機床附近。 壓縮空氣來源于大氣，取之不盡，廢氣可排入大氣中，處理方便。 壓縮空氣在管道中的流動壓力損失小，因此，便于集中供應和實現遠距離操縱，以提高自動化程度。 動作迅速，反應靈敏。可 達到快速夾緊、方便操作。 夾緊力基本穩定，但由于空氣有壓縮性，夾緊剛度差，故在重切削和斷續切削時，應設置自鎖裝置。 壓縮空氣的工作壓力較小，因此，與液壓夾緊裝置相比，結構龐大。 常用氣缸形式有兩種基本形式，即活塞式和薄膜式。本次最后畢業設計要求齒條線平面磨床（ M7130B）夾具主要采用活塞式氣缸。活塞式氣缸 按在工作過程中的運行情況，可分為固定式、擺動式、回轉式氣缸等；按氣缸進氣情況，可分為單向作用氣缸和雙向氣缸；按活塞數量又可分為單活塞氣缸和多活塞氣缸。本次畢業設計的是雙向作用的回轉式活塞氣缸，薄膜式氣 缸一般不常用雙向回轉式活塞氣缸的密封性能良好，常采用 O 形密封圈。其具有使用方便，不需經常調節，摩擦系數小，受到氣壓作用后能自動變形消除間隙，使用壽命長等優點。活塞式氣缸的特點，在于其行程不受限制，可根據需要自行設計，且作用力不隨行程長短而變化。 2.6 夾具的其它裝置 夾具的其它裝置主要有對刀裝置、分度裝置、及夾具體等。 2.6.1 對刀裝置的基本結構 所謂對刀，就是確定刀具與工件在加工中的正確位置關系。其方法通常有兩種：一種為試切法對刀；另一種為采用樣件或對刀裝置對刀。后一種對刀方法，比較方便和可靠，有利于提高生產率。 對刀裝置的結構形式主要取決于工件被加工面的位置和形狀，以及家具的類型和所采用的刀具。除此之外，在平面磨床夾具上用于確定刀具位置，并引導刀具進行加工的對刀裝置還有方頭導向平鍵。 2.6.2 對刀裝置位置尺寸的確定 采用對刀裝置對刀，其操作方便迅速，但對刀精度一般比試切法低。影響對刀精度的因素主要有兩個方面：、對刀是的調整精度；、對刀裝置工作表面相對于夾具上定位元件間位置尺寸的制造誤差，一般取工序尺寸公差的。另外，在加工誤差分析中，對刀裝置還會影響 定位、夾緊誤差，這些誤差均屬于安裝調整誤差，按照本次畢業設計的要求齒背拋光家具的加工誤差一般限制在范圍內，然后按實際情況進行適當調整。 2.7分度裝置 2.7.1 分度裝置的基本形式及定義 使工件在一次裝夾中，每加工完一個表面之后，通過夾具上的可動部分連同工件一起轉動一定的角度或移動一定的距離，以改變工件加工位置的裝置，稱為分度裝置。 分度裝置可分為兩類：回轉分度裝置和直線分度裝置。兩者的基本結構形式和工作原理是相似的，生產中又以回轉分度裝置應用較多。 回轉分度裝置按其回轉軸的安裝基面間的相互位置關系， 可以分為立軸式、臥軸式和斜軸式等三種。 采用具有分度裝置的夾具，可使工件加工工序集中，易于保證加工面 間的位置尺寸及精度，減少工件安裝次數，從而減輕工人的勞動強度和提高生產率。因此，分度裝置廣泛用于各類機床夾具中。 2.7.2 分度裝置組成部分 ( )固定部分 ( )轉動部分 ( )對定機構 ( )鎖緊機構。本次平面磨床夾具中主要采用轉動部分，如平面磨床 ( 7130B 位軸和定位塊。 2.8 對定機構 采用具有分度裝置的夾具加工工件時，各個加工面間的相互位置精度與該分度裝置結構形式和制造精度有關。其中，主要市分度裝置的 對定機構設計。 分度對定機構主要有分度盤和對定銷構成，大多數情況下采用分度盤。 按照分度盤的相互位置關系，分度方式一般可分為軸向分度與徑向分度兩種。一般來說，軸向分度機構結構緊湊、外形尺寸小，便于維護保養，故在生產中應用較多。而徑向分度機構，因起分度半徑較大，故常用在分度精度要求較高的場合。 2.8.1 對定機構的基本結構 (1)鋼球對定機構 (2) 圓柱銷對定機構 (3)圓錐銷對定機構 (4)單斜面體對定機構 (5)正多面體對定機構 2.8.2 機構夾具分度裝置上通常設置有鎖緊機構 此種機構除采用螺桿、螺母鎖緊機構外 ，還有其它多種形式的鎖緊機構。本次畢業設計主要設計平面磨床 (M7130B)的，螺栓和螺母鎖緊機構。 夾具體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沖擊和振動。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間的相互位置關系，而且還要實現夾具與機床的之間的定位和連接，所以，它的加工精度要求往往較高。為此，在設計夾具體時，還應考慮到他的結構工藝性，在保證精度，強度， 剛度的前提下，使之能合理，經濟和方便地制造出來。 2.9夾具體的結構形式 夾具體的結構形式，可以分為開式，半開式和框式三種，一般講，開式結構的 制造工藝性較好，而框式結構的整體剛性較強。 2.9.1 夾具體毛坯的類型 (1)夾具體鑄造夾具體的材料主要采用 HT150 或 HT200 灰鑄鐵，優點是工藝性好，可以鑄出各種復雜形狀的外形，并具有較好的抗呀強度、剛度和抗振性。其中灰鑄鐵易于加工，成本較低，應用范圍廣泛。 (2)體其由鋼板、型材焊接而成。主要優點是結構比較簡單，易于制造，生產成本低，生產周期短，重量輕。 (3)夾具體 具有周期短，成本低，精度穩定等優點。 (4)它類型的夾具體主要有鍛造夾具體和型材夾具體 2.9.2 夾具體設計的基本要求 (1)有良好的加工精度和尺寸穩定性 (2)應具有足夠的強度和剛度 (3)應具有良好的制造工藝性和使用性 (4)應保證夾具在機床上的安裝應穩定可靠 3 M7130B 平面磨床的工作原理 打開平面磨床的啟動按鈕，使機床啟動。從而使主軸轉動，撥動工作臺的手柄，使工作臺以一定的轉速作左右移動。然后在氣動夾系統中，使雙向活塞式雙作用氣缸通過壓縮空氣帶動活塞桿作右往復直線 運動，使活塞桿向左運動，從而帶動前頂尖頂緊工件的右端，后頂尖由壓蓋壓緊及后底座支承。齒條由定位板支承定位。在砂輪的端面挖開一個 70 度以上的扇形槽，再打開砂輪的啟動按鈕，使砂輪以 1440 轉 /分的轉速轉動，從而使砂輪與圓柱形工件的外圓表面接觸，磨削扇形槽，當加工到一定階段時，使砂輪以一定的轉速離開工件，然后再繼續加工，就這樣連續加工直到扇形槽磨削完成為止。最后關閉主軸的按鈕，接著關閉砂輪的按鈕。 4 設計和分析齒條線平面磨床夾具的加工工藝 4.1分析原始資料 4.1.1 M7130B 平 面磨床夾具的主要參數如下： 工作臺長度為 1500X300(mm) 工作臺最大行程 縱向 850(mm) 橫向 500(mm) 主軸轉速范圍（ 18 級） 301500 轉 /分，本次設計的齒背拋光夾具主軸的轉速為 1440 轉 /分 前后頂尖的錐度為 60 度 主軸中心線到工作臺面間距離 300(mm) 床身垂直導軌到工作臺面中心距離 215515(mm) 砂輪直徑為 400 500mm 進給量范圍（ 21 級） 縱向 201000mm/min 橫向 10100 mm/min 快速進給量 縱向，橫向 2000 mm/min 主電機功率 7.5 千瓦 轉速 1450r/min 4.1.2 砂輪的尺寸參數 砂輪的基本尺寸參數如下： 直徑 D 基本尺寸 500 mm 極限偏差 0.95 mm 厚度 D 基本尺寸 60mm 極限偏差 0.0750 mm 孔徑 d 基本尺寸 mm 極限偏差 0.0210 mm 4.1.3 零件的形狀及尺寸 工件是一個圓柱形軸類零件，厚度為 24，直徑為 24 0.15 ，要加工 的扇形面的尺寸為 00.3522，表面粗糙度為 3.2。加工深度為 12。 本工序的加工技術要求。 利用砂輪對圓柱形軸類零件進行加工，磨出扇形面。扇形面的尺寸為00.3522 ，粗糙度為 3.2。光輪的磨削加工尺寸為 12。 定位夾緊方式采用 V 形塊在 M7130B 平面磨床夾具上夾緊定位用直角對刀塊作為對刀引導裝置。 4.2 工件的工藝分析 圓柱形工件的結構形狀比較規則，需加工的扇形槽面光潔度要求不高，故工藝規程中分粗銑，精磨兩道工序來完 成，依靠所設計的夾具保證下列位置和尺寸精度。 (1)待加工扇形面的半徑尺寸為 R12。 (2)相對扇形面槽壁均勻 4.2.1 確定定位方案，設計定位元件 工件在加工的扇形槽面沿 X 軸向的位移自由度可以不予限制，由于加工件為圓柱體形狀且為圓形，所以在 Y 軸的旋轉自由度也不予限制，故按照不完全定位設計夾具并力求遵守基準重合原則，以減少定位誤差對加工精度的影響。 初步一定兩種定位方案： (1)從便于加工和定位穩定的角度出發以加工邊的 A 面和圓柱外圓作為定位基準，在夾具上的 V 形塊和定位軸上定位限制工件的五個自由度進行磨削。優點是工件安裝穩定，能保證被加工圓柱形工件的位置，但違背了基準重合原則不利于加工要求。 (2)從基準重合角度出發加以變動 前頂尖和銅套的與圓柱形工件的軸線為一致的，所以以圓柱形工件的軸線作為定位基準在夾具上的后頂尖與壓 蓋上定位限制工件的五個自由度，進行磨削，優點是保證 尺寸 24mm 的加工精度，但不利于加工并且使夾具結構復雜化。 從保證加工精度和夾具結構復雜程度兩方面綜合分析按方案 1 設計夾具比較合理。 定位元件的設計與選擇 固定 V 形塊的設計與選擇根據中國國家標準分類匯編 GB/T2008-91由于 V 形塊的高度只于夾緊工件的直徑有關為保證對工件的夾緊和位置精度，故對國家標準中 H 值作改動。因為被加工工件直徑為較小的直徑，所以 V 形塊的高度值 1 .2 2 8 .8HD取 H =28 由于要加工圓柱形工件的直徑是24 所以 V 形塊的主要尺寸標注如齒條線平面磨床中的零件圖所示。活動 V形塊的設計與選擇，根據中國國家標準分類匯編 GB/T2010-91 查得 V形塊的主要尺寸如齒條線平面磨床中的零件圖所示： 確保 24mm 尺 寸精 確的定 位元 件定位 塊 的設 計： 由于工 件的直 徑為 24mm，所以根據中國國家標準分類匯編 GB/T2236-91 查得定位塊的主要尺寸如齒條線平面磨床中的零件圖標注所示： 定位誤差分析 首先分析 00.3522的定位誤差，由于砂輪磨削圓柱形工件的扇形槽面。扇形槽面間的尺寸精度有圓柱形工件的尺寸決定，由于工件定位基準為圓柱體工件的軸線，而工序基準為圓柱形工件的外圓表面，所以不遵循基準重合原則。又因為工件外圓存在精度誤差，所以在 00.3522這一尺寸精度上既 有基準不重合誤差又有基準位移誤差。 基準唯位移誤差計算 2 s i n 2 s i n22d d dY =2sin 2d = 0.3222=0.0621 基準不符誤差計 算 m a x m i n12B dd=12 d = 10.32=0.15 定位誤差計算為 D Y B = 122 s in2d d = 1( 1)2sin 2d =0.0879 定位誤差值小于 0 .3 5 0 .1 1 6 73，所以 00.3522這一尺寸在 V 形塊上定位符合定位精度要求。 4.2.2 夾緊方式的確定和夾緊機構的設計 (1)夾緊裝置的選用 由于圓柱形工件在 Y 軸方向上受到沿 Y 軸的軸向分力，為保證 24mm 的尺寸精度，以及加工后后底座與壓蓋上表面的平行度和后底座對底面的垂直度，故采用定位軸對工件定位以確定工件在 Y 軸方向上的精度。由于加工工件是圓柱形軸類零件，為保證工件的穩定性和定位精度 故采用 V 形塊對工件進行 X 軸和 Z 軸自由度的限制，又因為生產中圓柱形工件需要在夾具上裝夾所以在 V 形塊的選擇中選擇活動 V 形塊和固定 V 形塊來對工件進行夾緊。 (2)夾緊力的確定 由于壓板使工件在 Y 軸上承受了壓力時工件在 Y 軸方向上固定，由于磨削是磨削力跟 X 軸方向是活動 V 形塊承受力矩，因此對工件施加 X 軸方向的夾緊力。 在對工件的夾緊加工過程中剛接觸工件時為最不利瞬間狀態，所以按靜力平衡原理計算其切削力 P 為 查機床夾具設計手冊表 1-2-9 可知 0 . 7 20 . 8 6 0 . 8 6 PppzF B zfca DK F -切削力（ N） pc-用高速鋼（ W18Cr4V），砂輪磨削時，考慮到工件材料及砂輪類型的系數 pa-磨削深度（ mm） D-砂輪直徑（ mm） zf-磨削進給量 B-磨削寬度（ mm） Z-磨削次數 PK-用優質碳素鋼磨削時，考慮到工件材料機械性能不同的修正系數，鑄鋼： 0.8736P bK ，對于灰鑄鐵 0 .5 5190P HBK pc的選擇根據機床夾具設計手冊軟件版 V1.0由于在加工采用砂輪磨削，工件的材料為 45 號鋼，所以pc值取pc=510 zf砂輪進給量的計算 根據齒條形平面磨床夾具的工藝參數可知：磨削次數 Z=4。由于加工時磨頭主要作垂直和左右方向的運動，并且分粗銑、精磨兩步，所以在加工時的進給量 f =235mm/min，所以zf=15 mm/min=0.24 mm/s PK修正系數的選擇根據機床夾具設計手冊軟件版 V1.0由于工件的材料為 45 號鋼，所以取PK=1 根據工件的尺寸數據可知 pa=24 D=500 B=60 將上述數據代入 0 . 7 20 . 8 6 0 . 8 6Ppp zF B zfca DK得 F=510 240.86 0.240.72 24 1 0.720.24 =1220N 由于在加工工件過程中齒條線平面磨床主軸在高速度的旋轉，和其它外界原因對工件的加工都有不安全的因素，所以在夾具的設計計算時安全系數的考慮是必須的。所以安全系數的計算為： 0 1 2 3 4 5 6K K K K K K K K 0K-考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數 一般為 1.2 1.5。 1K-加工性質引起的安全系數精加工的安全系數為 1.0 粗加工時安全系數為 1.2。 2K-刀具鈍化程度（詳見下一結點安全系數 K2） 系數值 : 1.0 1.9。 3K-切削特點引起的安全系數 連續切削時的安全系數 為 1.0,斷續切削時的安全系數為 1.2。 4K-夾 緊力的 穩定 性安 全系數 手動 夾緊 時為1.3,機動夾緊時為 1.0。 5K-手動夾緊時的手柄位置引起的安全系數值操作方便時安全系數為 1.0,操作不方便時 安全系數為 1.2。 6K-僅有力矩使工件回轉時工件與支承面接觸的情況下安全系數值，接觸點確定時安全系數值為 1.0 接觸點不確定時安全系數值為 1.5。 查機床夾具設計手冊 1-2-1 由于工件的在加工過程中加工加工余量比較均勻，且工件材料為 45 號鋼，所以0K=1.2 。 在整個工序加工過程中只有一次磨削加工就可以達到圓柱形工件的質量精度要求，所以加工性質引起的安全系數精度為1K=1.0，工件在夾具上的裝夾完成后砂輪分兩次走刀對圓柱形工件進行加工，工件兩次加工成功，所以切削特點引起的安全系數為3K=1.0，由于夾具采用了液壓作為傳動裝置屬于機動夾緊所以夾緊力的 穩定性 引起的 安全性 誤差為4K=1.0，由 于是用 機動夾 緊所以5K=0 ，由于工件是用 V 形塊定位，所以接觸點確定，6K=1.0 2K刀具鈍化程度引起的安全系數值的確定： 查表機床夾具設計手冊 1-2-2 可知由于在加工過程中工件的加工為圓柱面磨削，并且工件材料為 45 鋼，所以取2K=1.3 因此 0 1 2 3 4 5 6K K K K K K K K =1.2 1.0 1.0 1.0 1.0 1.3 =1.56 在這個夾緊裝置中工件以 V 形塊定位并且以 V 形塊夾緊來防止工件的移動所以夾緊力的計算公式為 2sin 22KKFW F-切削力（ N） K-安全系數 2-工件與 V 形塊之間圓周方向上的摩擦因數 其他符號如圖所示： 由于工件的外表面是已經加工過的表面所以摩擦系數2=0.16 將數據代入公式 2s in 22KKFW = 901 2 2 0 0 .5 6 s i n 22 0 .1 6 =1725 4.3氣缸的主要尺寸計算 (1)工作壓力 P 的確定（根據及其類型和負載大小）初步參閱氣壓系統設計簡明手冊表 2-1 取氣缸的工作壓力 P=0.5MPa (2)計算氣缸的內徑 D 和活塞桿直徑 d 因為采用的是雙向活塞桿雙作用氣缸，所以氣缸內徑 D 2 2 2 2114 fcFD D dF PPP 1P-氣缸工作壓力 2P-氣缸回油腔背壓力 fcF-氣缸密封處摩 擦力 F-工作循環最大負載 1P值選系統壓力1P=3MP 回油腔背壓力2P由于系統比較簡單并且用節流閥調速查氣壓系統設計簡明手冊表 2-2 取2 P=0.3MP F 與fcF的取值由于fcF的精確度不易 確定故用氣缸的機械性能cm估算 fccmFF F cm-氣缸機械效率 查氣壓系統設計簡明手冊可知cm取 0.95 dD=0.5 所以將上式代入得 2211411cmFDdDPP P = 24 2 1 5 60 . 33 0 . 9 5 1 1 0 . 53 =32.277 查氣缸內徑尺寸系列（ GB2348-80）選取內徑值為 40 mm 活塞桿的直徑 d 按 dD=0.7 計算得 d=28 mm 查氣壓系統設計簡明手冊表 2-5 活塞桿直徑系列（ GB2348-80）取活塞桿直徑為 28 mm 氣壓缸有桿腔的實際面積 224A dD = 224 40 28 =640mm2 (3)氣缸壁厚和外徑的計算 由于系統的壓力不大屬于中低壓系統并且 10D所以按材料力學外壁愿同公式計算 0 . 4 12 0 . 3yyD PP -氣缸壁厚 D-氣缸內徑 yP-試驗壓力一般取（ 1.251.5）1P -缸筒材料許用應力 由于缸筒材料為灰鑄鐵所以材料許用應力 =25MPa 試驗壓力取yP=1.3 將數據代入公式得 =0.85 mm 缸體外徑1 2DD所以1D取 60 mm (4)氣缸工作行程的確定 查氣壓系統設計簡明手冊表 2-6 氣缸活塞行程參數系列取氣缸行程為 25 (5)氣缸缸蓋厚度確定 由于氣缸缸蓋與缸筒材用螺紋連接所以缸蓋的厚度為 20 . 4 3 3 ytDp 2D -端 蓋止口內徑 將數據代入得 t 10.2 取 t =11 mm (6)最小導向長度的確定 由于在氣缸中導向長度過小會使氣缸的初始撓度增大，影響氣缸的穩定性，所以必須保證最小導向長度。 根據公式 2 0 2LDH L -氣缸的最大行程 D -氣缸內徑 得 H 21.25 取 H 25 mm 活塞寬度 B 的取值計算 B 一般取（ 0.61.0） D 所以 B=0.8D=32 mm 缸蓋滑動支撐面長度 1L 的 計算 因為氣缸的內徑 D 小于 80 mm 所以取 1 0 . 6 1 . 0LD 1L =0.8D=32mm （ 7）缸體長度的設計 內部長度 +B內 LL=25+32=57 mm 外部長度 + 2 t外 內LL=57+22=79 mm P -氣壓最 大工作壓力 -執行元件的最大工 4.4 塞尺的選擇 由于砂輪在加工過程中分兩次加工完扇形面，所以在檢測刀具與砂輪之間的距離進而確定刀具位置時要檢測的扇形面，考慮到 24mm 尺寸的精度保證和扇形面的穩定性，故采用對刀平塞規工件的尺寸零件圖中標注所示。 4.5導向鍵的設計與選擇 由于在加工工件過程中活動 V 形塊要在夾具上來回的作往復運動所以必須要限制他的位置精度，為保證 V 形塊的對稱中心線與夾具體的對稱中心線重合以及保證工件的夾緊精度。根據活動 V 形塊的尺寸設計導向板。因為活動 V 形塊的寬度尺寸為 0.0250.05034 所以根據中國國家標準分類匯編GB/T2212-91 選取圓柱形工件的尺寸數據如零件圖中所示。 4.6 夾具體連接件的設計 由于 M7130B 平面磨床夾具的機床的 T 形槽尺寸上部分為 14mm 下部分為 21mm 所以查中國國家標準分類匯編選擇夾具體連接件方頭導向鍵的設計。根據中國國家標準分類匯編 GB/T2006-91 可取導向鍵的主要尺寸夾具圖中所示。 4.7 T 型槽槽用螺栓的選擇 根據中國國家標準分類匯編 GB/T2165-91 取的主要尺寸如夾具圖中所示。 4.8 夾具體的設計 夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上相應的表面接觸或配合向實現的，為了使夾具體底面與機床工作臺有較好的接觸，故采用周邊接觸 (要求加工時兩次磨出 )，并同時通過兩個導向鍵和螺釘與T 型槽連接。 為 了 保 證 夾 具 有 足 夠 的 強 度 和 剛 度 故 采 用 鑄 造 夾 具 體 （ 材 料 為HT200）。