免费毕业论文--柴油机喷油泵的专用夹具设计(一)
绪论
在机械制造的各个加工工艺过过程中，必须使工件在工艺系处于正确的位置，以保证加工质量，并提高生产效率。把为了使工件处于正确的位置所使用的各种工艺装备，称为夹具。如检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。
在机床上对工件进行切削加工时，为了保证加工精度，必须正确的安放工件，使工件相对于刀具和机床占有正确的位置，这一过程称为“定位”。为了保持这个正确位置在加工过程中稳定不变，应对工件施加一定的夹紧力，这一过程称为“夹紧”。这两个过程称为“安装”。在机床上实现安装任务的工艺装备，就是“机床夹具”。
机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广泛的是通用夹具，如车床上用的三爪卡盘和床上用的平口虎钳等。这类夹具的规格尺寸已标准化，由专业厂进行生产。而用于批量生产，专门为工件某加工工序服务的专用夹具，则必须由各制造厂自行设计制造。
由于专用夹具的设计制造在很在程度上影响加工质量、生产率、劳动条件和生产成本，因此，它是各机械制造厂新产品投资、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作，也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识。
1.1机床夹具的功用
机床夹具由室外位元件或定位装置、夹紧元件或夹紧装置、对刀元件和引导元件、连接元件、夹具体等其它元件装置组成。机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用：
保证工件的加工精度，稳定产品质量
夹具在机械加工中的基本作用就是保证工件的相对位置精度。由于采用了能直接定的夹具，因此，可以准确地确定工件相对于刀具和机床切削成形运动中的的相互位置关系，不受或少受各种主观因素的影响，可以稳定可靠地保证加工质量。
提高劳动生产率和降低加工成本
提高劳动生产率，降低单件时间定额的主要技术措施是增大切削用量和压缩辅助时间。采用机床夹具，既可以提高工件加工时的刚度，有利于采用较大的切削用量，又可以省去划线找正等工作，使安装工作的辅助工时大大减小，因此能显著地提高劳动生产率和降低成本。例如，采用气压、液压等到传动装置，只需几秒钟就可以完成夹紧动作；采用各种快速的联系动夹紧装置，只操纵 个手柄即可同时夹紧多个工件，或者在几个方位上同时夹紧一个工件，这都可以大幅度缩短辅助时间。
扩大机床工艺范围和改变机床用途
在单件小批生产的条件下，工件的种类、规格较多，而机床的数量品种却有限，为解决这种矛盾，可设计制造专用夹具、使机床“一机多用”。
改善工人劳动条件
采用夹具后，工件的装卸显然比不用夹具方便、省力、安全。使用专用夹具安装工件，定位方便、迅速，夹紧可采用增力、机动等装置，因此可以减轻工人的劳动强度。还可设计保护装置，确保操作者安全。
在流水线生产中，便于平衡生产节拍
工艺过程中，当某些工序所需工序时间特别长时，可以采用多工位或高效夹具等，以提高生产效率，使生产节拍能够比较平衡。
1.2机床夹具的分类
1.2.1按生产类型分类
大批量生产用夹具
对于产品固定、批量较大的大批、大量生产工厂，主要使用各种类型的专用夹具。专用夹具是针对某一工件的某一特定工序而专门设计、制造的夹具。专用夹具由于它的针对性强，所以其结构紧凑，使用维修方便，能够密切结合本厂或车间的具体生产条件。
单件、小批量或新产品试制用夹具
单件、小批生产或新产品试制用的夹具，主要采用组合夹具，或半组合夹具。若零件过大或过小，上述两种夹具都难以解决且工艺上又难以解决时，则应考虑设计专用夹具，但专用夹具应尽量采用标准零部件。
中小批量产品的夹具
中小批量产品的夹具可具体分为通用夹具和可调夹具：通用夹具一般是已经规格化，具有一定通用性，适用于不同工件的装夹；为了最大限度地简化生产技术准备周期、降低成本、提高生产效率，中小批生产中的夹具必须克服专用夹具无“继承性”的缺点，于是就产生出一种新的夹具——可调夹具，所谓可调夹具及通过少量零件的更换、调整或更换与调整，就能适应一些零件的加工。
1.2.2按加紧动力源分类
手动夹具：是人手施力进行夹紧的夹具；
气动夹具：用4~6公斤力/厘米2压力的压缩空气作为夹紧动力源，通过气动系统使气缸产生夹紧力的夹具；
液压夹具：用30~50公斤力/厘米2压力的压力油作为夹紧动力源，通过液压系统使油缸产生夹紧力的夹具；
电动夹具：是以电动机作为动力，通过减速装置等产生夹紧力。
磁力夹具：该夹具是以电磁铁或永久磁铁作为夹紧动力源。
真空夹具：利用真空泵或以压缩空气为动力源，使夹具内腔产生真空，依靠大气压力将工件夹紧；
离心力夹具：利用高速旋转重块的离心力来夹紧工件。
1.2.3按夹具所在机床的功能范围分类
万能机床夹具：用于各种万能机床上的夹具，如上述的通用夹具、专用夹具、可调夹具都可作为万能机床的附件而加以应用。
专用机床与组合机床夹具：两者都是机床上的一个专用部件，只是专用机床夹具零部件通用化程度不同。
自动线夹具：自动线上所用的夹具叫自动线夹具，其又可分为自动线的固定夹具和随行夹具。
机床夹具还有其它一些分类方法，本章不再类述。
1.3毕业设计内容
第一章主要介绍了机床夹具的组成、功用以及分类，并由此引出本文的主要工作和内容安排；
第二章主要针对动力输出轴设计一个专用夹具，其包括工艺设计和工序设计，提出设计方案，制定设计的定位元件和夹紧机构。
最后为相关的参考文献。
动力输出轴专用夹具的设计
2.1工艺设计
分析零件图，进行工艺审查
图（1）所示为动力输出装置中的主要零件。孔与动力源（电动机主轴等）配合起定心作用。用Φ10-Φ20mm销装动力传至该轴，再由处通过键将动力输出。A、B是两段支承轴颈。
选择毛坯制造方式，画毛坯图
零件的毛坯可选用45钢铸造而成。轴的外圆表面用车床粗车和精车并分别导出1*45º角，左右端面用床粗过再精。J处圆凹槽用绞刀扩孔。H处孔用钻床钻孔。K处键槽钻床钻出。
毛坯的加工总余量可以参考下表（1）[1]
表（1）铸件机械加工余量表 (mm)
零件其本尺寸 铸件等级 浇注位置
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 顶、侧面
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 顶、侧面
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 顶、侧面
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 顶、侧面
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 顶、侧面
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 顶、侧面
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 顶、侧面
底面
2500~4000 11.0
9.0 12.0
10.0 14.0
11.0 16.0
13.0 18.0
15.0 顶、侧面
底面
4000~6300 12.0
10.0 13.5
11.0 15.0
12.0 18.0
15.0 20.0
17.0 顶、侧面
底面
6300 16.0
13.0 20.0
17.0 22.0
19.0 顶、侧面
底面
铸件等级为6，所以查表可以确定Φ176轴表面的加工总余量为6.0mm，其它表面的加工总余量为5.0mm。由此可以选择毛坯的尺寸总的长度为300mm，轴的最大直径为182mm。
绘毛坯图，见图（2）
毛坯的切削用量可以参考下表（2）-表（4）[2]
车削要素：
切削深度a(mm)、进给量f(mm/r)、切削速度v(m/s)
v=πdn/1000
式中 d-工件直径（mm）
n-工件转速（r/s）
表（2）粗车外圆和端面时的进给量
加工材料 车刀刀杆尺寸B*H(mm.mm) 工件直径d（mm） 切削深度a(mm)
3 5 8
进给量f(mm/r)
碳素结构钢和合金结构钢 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）半精车与精车外圆和端面时的进给量
表面粗糙度 加工材料 副偏角 切削速度V范围（m/s） 刀尖半径r（mm）
0.5 1.0
2.0
进给量f(mm/s)
Ra3.2 钢 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
铸铁 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）可以确定粗车的切削深度为3mm,进给量f为0.6mm/r;精车的切削速度为0.3mm/r.
表（4）机刀孔时的进给量
刀直径
（mm） 工具钢刀
钢 铸铁
δb<=0.830
GPa Δb>0.880
GPa HB<=170铸铁铜
及铝合金 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
选择刀直径为10mm,由表(4)可以确定刀时的进给量为0.5mm/r.
填写工艺卡片，见附表1机械加工工艺过程卡片。
机械加工工序设计
要设计工序7（粗和精圆槽）的专用夹具；
从工艺设计过程卡可知：在此工序前，左右端面精好，轴外圆面A、B、C已加工完毕。若要加工右端面的圆槽，工件右端面最好朝上，这样加工，夹具设计简单，安装方便，利于固定工件。
确定加工余量[3]
工序余量可以由下表(5)选择确定。
表（5）扩孔、孔余量
直径/mm 粗/mm 精/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，轴Φ50、Φ80的粗余量选择0.3mm，精余量为0.1mm，轴Φ104的粗余量选择0.5mm，精余量为0.15mm。
工序尺寸及公差的确定[4]
加工工件上圆槽的加工工序是扩40*Φ50mm——扩26*Φ80mm ——扩10*Φ104mm ——精扩10*104mm。在查出各工序的加工余量和能达到的经济精度等级之后便可按表（2）进行计算。
表（2） 工序尺寸及公差的计算
工序名称 工序余量 工序公差 工序基本尺寸 工序尺寸和偏差
扩40*Φ50mm 0.3mm 50 Φ50mm
扩26*Φ80mm 0.3mm 80 mm
扩10*Φ104mm 0.5mm 104 Φ104mm
精扩10*104mm 0.15mm 104
确定各工序切削用量[5]
刀直径选择，
粗时的进给量f=1.0mm/r,
切削速度v=0.238m/s
精时的切削速度为0.05m/s，
制定时间定额[6]
单件时间：
单件计算时间：
填写工序卡片，画出工序简图。
如附表2机械加工工序卡片
2.2夹具设计
制定设计方案
确定定位方法,选择定位元件[7]
定位部分主要有手动伸缩式定位销和支承板组成。它的作用是使工件在夹具中处于正确位置。
要加工右端面的圆槽，以端面F作为主要定位基准(F面朝上),因定位面积较大，夹具结构简单，工件装卸方便，而且与其它工序相适应。对此，工件除了绕Z轴旋转方向的自由度可以不加限制外，其余五个自由度均应加以限制。
定位元件应选长套定位元件。定位长套镶在夹具体上，工件的定位基准端面F插入定位套中，与端面H联合定位以控制轴向位移和防止倾斜。而且定位长套可以限制工件的四个自由度，这四个自由度分别为X、Y轴线方向和绕X、Y轴旋转方向。
确定夹紧方式和结构设计[7]
由于工件批量小、夹紧力要求不大，所以夹紧方式可用手动力源方式。它结构简单，制造方便，夹紧机构必须具有自锁和增力装置。夹紧作用在端面H处向下，与定位位套一起夹紧固定工件，限制工件的一个Z轴向位移和防止倾斜，从而保证了加工过程中工件定位的稳定性和可靠性。
确定夹具体整体结构[8]
确定好定位元件和夹紧机构后，还需要一个基础件把它们组合安装起来。夹具体就是将夹具上的各种装置和元件连成一个整体的基础件，它通常是夹具上体积最大的和结构最复杂的零件。在加工过程中，夹具体还要承受夹紧力、切削力、惯性力以及由此而产生的各种冲击和震动。所以夹具体也是承受载荷最大的零件。另外，夹具体既要保证在其上所安装的各种装置和元件的相互关系，而且还要实现夹具与机床之间的定位和连接。所以，它的加工精度要求往往较高。为此，在设计夹具体时，还应该考虑到它的结构工艺性，在保证精度、强度和刚度的前提下，使之能合理、经济和方便地制造出来。
夹具体的毛坯选择铸造，铸造夹具体的材料采用HT150灰铸铁。它的优点是工艺性好，可以铸出各种复杂形状的外形，并具有较好的抗压强度、刚性和抗振性。其中铸铁夹具体易于加工，成本较低，应用最为广泛。但铸铁夹具体的生产周期长，需进行时效处理，消除应力，以保证加工尺寸的稳定性。选择圆柱体形的夹具体，尺寸为Φ960mm，高为200mm。
夹具体选择圆柱体形可以保证工件安全。
定位长套和夹具分别以夹具安装面和定位孔，定位销定位，用T型槽螺栓连接。
4）夹具精度分析[9]
按工件的直线尺寸公差确定夹具相应尺寸公差的参考值
(mm)
工件尺寸公差 夹具尺寸公差 工件尺寸公差 夹具尺寸公差
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
夹紧力：，圆周接触
定位精度: 夹具尺寸公差为0.045mm
绘制夹具装配总图。如图3所示。
2.3设计心得体会
做了近一个月的毕业设计，有很多的心得体会，有关于动力输出轴专用夹具方面的，发现学得东西比这几年学的还要扎实和深入。
我们组一共有十个人，我们分小组分配各自的设计项目，我所设计的是输出轴的专用夹具。我本人对夹具也并不是很熟悉，学的东西好像它是它，我是我似的，理论联系不了实际。以前的机械方面的课程没学好，一开始的机械设计这块儿就要令我抓狂了。一开始以为是个简单的夹具，只要画画图什么的就可以了，于是老师布置好题目后，就开始借书并且上网查阅相关的资料。后来，才晓得并不是那么简单。在河海大学借了许多书，每天查翻机械夹具设计方面的内容，连续看了一星期，也没把夹具的基本元件装置搞懂。后来，多次请教老师，与同学们研讨，经过老师抛砖引玉，同学们的建议启示，终于有了点头绪。
于是针对性地查阅机械加工工艺手册，夹具设计资料，经过再次的努力琢磨设想，拟定加工的工艺路线，并选择设计加工输出轴的右端面的盲孔设计工序，此工序用钻床夹具，扩而成。用并制定了设计输出轴夹具的方案，定位元件选择长定位套，可以限制工件的四个自由度。再用夹具夹紧工件，限制工件在轴向的位移和防止工件倾斜。这样，工件就被完全固定好了。再确定夹具的整体结构。最后，根据零件尺寸和设计的要求，对夹具的进行精度分析，设计安装尺寸，绘制夹具的装配总图。
这次动力输出轴的专用夹具设计给我的最大的印象就是如果光有扎实的理论知识，而不联系实际动手去做，就如纸上谈兵，再简单的夹具设计，也会不知所措无从下手。只有理论联系实际，才可以迎刃而解。与其临渊羡鱼，不如退而结网。只要不断的钻研，困难是可以逾越的。主要是了解学习思想。古语说的好：学无止境啊！
能够完成这个毕业设计，要非常感谢老师和同学朋友们的指导和帮助。尤其是孙老师，还有我的朋友。
参考文献
徐圣群. 简明机械加工工艺手册, 第十章 毛坯及加工余量. 上海科学技术出版社;
徐圣群. 简明机械加工工艺手册, 第十一章. 切削用量 上海科学技术出版社;
徐圣群. 简明机械加工工艺手册, 第一章. 加工余量的确定 上海科学技术出版社;
徐圣群. 简明机械加工工艺手册, 第一章 工序尺寸和公差的确定 上海科学技术出版社;
徐圣群. 简明机械加工工艺手册, 第十一章 切削用量. 上海科学技术出版社;
徐圣群. 简明机械加工工艺手册, 第一章 工时定额的计算 上海科学技术出版社;
徐圣群. 简明机械加工工艺手册, 第十三章 工件在夹具中的定位和夹紧 上海科学技术出版社;
余光国 马俊 张兴发 机床夹具设计 第六章 夹具体 重庆大学出版社
徐圣群. 简明机械加工工艺手册, 第十三章 夹具的结构设计及定位精度 上海科学技术出版社;
附表1 机械加工工艺过程卡片
机械加工工艺过程卡片 产品型号 零（部）件图号
产品名称 输出轴专用夹具 零（部）件名称 共（1）页 第（1）页
材料牌号 毛坯种类 毛坯外型尺寸 每毛坯可制件数 每台件数 备注
工序号 工序名称 工 序 内 容 车间 工段 设备 工 艺 装 备 工时
准终 单件
1 铸造 煅
2 时效 热
3 粗右端面 金工 *52K 专用夹具
4 车Φ176mm，倒角1*45º 金工 专用车夹具
车Φ116mm，倒角1*45º 金工 专用车夹具
车Φ75mm，倒角1*45º 金工 专用车夹具
车Φ65mm，倒角1*45º 金工 专用车夹具
车Φ60mm，倒角1*45º 金工 专用车夹具
车Φ55mm，倒角1*45º 金工 专用车夹具
5 精C面 金工 *62W 专用夹具
6 粗右端面 金工 *52K 专用夹具
7 扩40*Φ50mm 金工 Z3035 专用钻夹具
扩30*Φ80mm，倒角1*45º 金工 Z3035 专用钻夹具
精扩10*Φ104mm，倒角1*45º 金工 Z3035 专用钻夹具
描图 8 钻Φ10-Φ20mm孔 金工 Z3035 专用钻夹具
9 检验 检
描校 10 入库
底图号
装订号
设计（日期） 审核（日期） 标准化（日期） 会签（日期）
标记 处数 更该文件号 签字 日期 标记 处数 更改文件号 签字 日期
附表2 机械加工工序卡片
机械加工工序卡片 产品型号 零（部）件图号 1 工序号 7
产品名称 输出轴专用夹具 零（部）件名称 动力输出轴 共（1）页 第（1）页
材料牌号： 45钢 毛坯种类 铸件 毛坯外型尺寸： Φ182mm长的圆柱体 每毛坯可制件数：1 每台件数：1 备注
工步号 工序名称 工艺装备 主轴转速
r/min 切削速度
m/min 进给量
Mm/r 切削深度
mm 工步工时
机动 辅助
1 扩40*Φ50mm 专用钻夹具 100 1.57 0.5 2.5
2 扩30*Φ80mm，倒角1*45º 专用钻夹具 100 1.57 0.5 2.5
3 精扩10*Φ104mm，倒角1*45º 专用钻夹具 50 1.57 0.5 2.5
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