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偏心轴夹具 开题报告


毕业设计(论文)开题报告

题目:偏心轴偏心外圆车组合夹具设计与分析

院(系) 专 班 姓 学 导 业 级 名 号 师

机 电 工 程 学 院 机械设计制造及其自动化 100209 覃 统 霖 100209114 方 舟

2014 年 3 月 1 日

1、毕业设计(论文)

综述(题目背景、研究意义及国内外相关研究情况) 1.1 题目背景 机械制造中,夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。夹具从 产生到现在, 大约可以分为三个阶段: 第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上, 这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具,是加工过程加速和趋于完善;第二阶 段,夹具成为人与机床之间的桥梁,夹具的机能发生变化,它主要用于工件的定 位和夹紧。人们越来越认识到,夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着 密切的关系,所以对夹具引起了重视;第三阶段表现为夹具与机床的结合,夹具 作为机床的一部分,成为机械加工中不可缺少的工艺装备。 而在零件加工中,偏心零件的加工是机械加工中的难点,对于象偏心轴承、 凸轮等偏大心零件的加工目前普遍采用三爪、四爪卡盘,在普通机床上加工。随 着科学技术的不断发展,对偏大心零件的需求越来越多,精度也越来越高,因此 对该类偏心夹具的需求也相应的增加,其应用前景广阔。 偏心轴类零件是常见的典型零件之一。按轴类零件结构形式不同,一般可分 为光轴偏心、阶梯轴偏心和异形偏心轴等;或分为实心偏心轴、空心偏心轴等。 它们在机器中同样用来支承齿轮、带轮等传动零件,以传递转矩或运动。 台阶偏心轴的加工工艺较为典型,反映了偏心轴类零件的大部分内容与基本 规律下面就介绍一种偏心轴常用的加工工艺。 1.2 研究意义及国内外相关研究情况 夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置,它主 要用于产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。所以夹 具在生产过程中占有很重要的地位,夹具的使用能够使加工操作更为简便并保证 其加工精度要相对求,使人们有更多的时间用于其他生产。夹具的出现给人们的 生产带来了方便,车加工工件是常见的工程产品,因此气缸盖阀座内孔自动车夹 具设计与装配工艺规划设计具有重要工程意义。随着机械工业的迅速发展,对产 品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求,使中、小批多品种生产作为机械生产

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的主流,国内外皆是如此,国际生产协会研究统计表明,目前中,小批多品种生 产的工艺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,以适应市场的需求与竞争。然而,一般企业都仍习惯于大量采 用传统的专用夹具,一般在具有中等生产能力的工厂,里约拥有数千甚至近万套 专用夹具;另一方面,在多品种生产的企业中,每隔 3~4 年就要更新 50~80%左 右专用夹具,而夹具的实际磨损量仅为 10~20%左右。特别是近年来,数控机床、 加工中心、成组技术、柔性制造系统、(FMS)等新加工技术的应用,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)能适用于精密加工的高精度机床夹具; 4)能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具; 5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置,以进一步减轻劳动强度和提高劳 动生产率; 6)提高机床夹具的标准化程度。 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 2.1 设计的主要内容:
1) 以偏心轴上 ? 210 mm 的偏心外圆表面为研究对象,工件以加工好的 ? 50h16 与

? 60h6 外圆定位,完成偏心轴偏心外圆车组合夹具的工艺分析;工件的定位
分析(自由度) ; 2) 偏心轴偏心外圆车组合夹具夹具定位误差计算、夹紧力的分析与计算; 3) 偏心轴偏心外圆车组合夹具夹具的工作原理描述、功能设计与结构设计; 4) 选择工作时载荷进行应力分析,获得变形分布规律。 2.2 本课题采用的研究方案: 零件分析: 在传动机构中,一般常用偏心工件或曲轴等偏心件来完成回转运动与往复运 动相互转换的功能, 因此偏心件在机械传动中应用的十分广泛。

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本次设计是加工两心偏心工件.两心偏心工件的结构相对简单,加工定位的难 点在加工偏心外圆上。 由于此偏心工件的偏心轮比较大,在加工轴大端小端的时候 需要用心轴作为辅助支承。因此按如下步骤加工: ①取来毛坏后,检查是否存在缺陷。铣端面加工中心孔,因为中心孔作为后 续加工的辅助支承,所以加工时要务求精准,选用高精度镗床。 ②加工大端外圆,应注重偏心外圆垂直度误差。在加工时要留有加工余量, 以确保下一步的精加工。 ③加工小端外圆,同样也应注意偏心外圆垂直误差。加工时应使直径大的余 量大些,以方便在加工出现误差过大时作适度调整。 ④加工偏心外圆要用到设计的专用夹具,粗加工偏心外圆表面,调整偏心工
0.03 件线和主轴线间距离为 75 ? ? 0.03 mm,平行度公差 0.03mm。

⑤在偏心工件进行粗加工后, 要对零件进行热处理, 使零件达到一定的要求。
?0 .2 ⑥精加工大端面,先加工偏心外圆的侧面,使偏心面的宽度达到 40 .5 0 ,加工

侧面到轴端面的距离在 127mm,加工轴表面精度达到 Φ60h6,Φ55h6。
0 .1 ⑦精加工小端面,先加工偏心外圆的侧面,使偏心面的宽度达到 40 ? ? 0.1 ,使侧

面到轴端面为 277mm,加工精度要求要达到 Φ60h6,Φ50h6。 ⑧加工偏心外圆要用到设计的专用夹具,精加工偏心外圆表面,保证偏心工
0.03 件线和主 轴线间 距离 为 75 ? ? 0.03 mm ,平行 度公差 0.03mm ,偏心圆 的直 径为

Φ 210 0 ? 0.07 。 ⑨最后进行全面的检验产品。 ⑩ 有要求 的轴表 面加 工粗糙度 为 Ra3.2μm ,偏心轮 表面粗 糙度 要达到 Ra1.6μm 其余的加工表面要求一般精度即可。 方案对比:综上分析可得,偏心工件的加工主要以轴加工表面为基准,中心 孔为辅助基准,故先加工中心孔,然后以中心轴线和轴表面为定位基准加工其他 的表面,来保证加工基准和设计基准的统一,从而达到要求的位置精度。 方案(一) :车床组合夹具 工作原理:偏心轴在车床上加工时,由于加工的偏心部位在轴的中间,并与车 床主轴中心重合,偏心轴的重,偏移在主轴中心以外。当旋时,因偏心离心力大、
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刚性差,容易引起扎刀而损坏零件、夹具或机床。为此,选刚性好、牢固可靠的组 合夹具结构,来保证偏心轴质量和安全生产。我们用组合夹具元件组装了一套车 偏心的组合夹具,加工偏心轴的部位为 210mm.外圆加工余最 3.5 毫米。使用效果 很好,加工的零件全部合格。

22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11

小长方支承 小长方支承 V 形支承 关节螺栓 六角螺母 槽用螺钉 方形支承 钻模板 心轴 关节压板 V 形支承 关节压板

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

211 211 361 614 601 611 201 413

60*45*2.05 60*45*5 60*45*40 12*120 12*19 12*19*60 60*60*80 18*52.5*45 专用件

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
件号

基础角铁 关节压板 凹球面垫圈 凸球面垫圈 圆形基础板 T 形键 V 形支承 支承环 紧固支承 大长方支承

1 1 6 6 1 1 1 4 2 3 件数

130 510 622 621 142 301 361 740 230 221 代号

180*90*200 145*35*25 15*28 13*28 360*45 30*12*22 60*45*40 13*22*60 90*42*20 90*60*120

510 361 510

115*35*22 60*45*40 145*35*25
5

名称





偏心轴偏心外圆车组合夹具

件号

名称

件数

代号





方案(二) : 三爪车削法

1、爪盘体 2、小锥齿轮 3、大锥齿轮 4、三个卡爪

5、平面螺纹

工作原理: 车削加工偏心工件类工件, 适用车削加工单件小批量、 小偏心距、 精度要求不高的工件。 这种加工方法需要数学计算,要求操作者有较高的专业理论 知识。 三爪车削法车削加工偏心工件类工件, 在三爪卡盘的其中 1 个卡爪上垫 1 个垫块 。这样垫块的厚度尺寸虽确定了, 但值得注意的是垫块轴向长度尺寸,其 大小直接影响偏心工件轴线的平行度。实践证明, 垫块轴向尺寸小于 15mm 时, 不能保证偏心工件轴线的平行度; 当其大于 30mm 时,容易保证偏心工件的平行 度, 有利于保证偏心工件加工精度。 三爪车削法加工偏心工件类工件,从理论上讲非常正确,但在实际应用中可操 作性太差,具有以下缺陷。 1) 虽明确了垫块的厚度尺寸和轴向长度尺寸,但其材质、 加工要求不同也严 重影响工件的加工精度, 多数满足不了偏心工件的加工要求; 2) 找正偏心工件类工件轴线平行度时 , 必须找正最高侧面母线或最低侧母 线与主轴轴线平行, 费时费工又不一定取得很好的效果; 3) 实测偏心距 , 百分表最高侧母线与最低侧母线之间的读数差的一半即是 偏心距, 也就是说百分表触及最高侧母线和最低侧母线的位置误差直接影响偏心 距的测量精度, 从而直接影响工件的加工精度;
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4) 卸下工件再次安装时卡盘精度和人为安装因素也直接影响工件的加工精 度, 很难保证工件精度和互换性。 2.3 方案对比、并确定方案 根据对加工工件的零件以及加工工艺分析,对比两种方案,都可以实现对工 件的夹紧,并基本可以满足对工件加工的工艺要求,第一套方案不仅可以满足对 工件的加工工艺要求,还可以实现自动化生产,这样不仅节省了人力物力,并且 提高了加工效率和加工精度,适用于大批量生产;相比第二套方案,只是基本满 足了加工工艺要求, 在工件进行加工时不仅需要人力去调节垫圈的厚度来满足合 适的夹紧力,自动化生产比较低,效率低,精度也不理想,不能适用大批量生产, 而且还会出现以下问题: (1)工件高速旋转时,当转速超过一定值后,圆环易随工件的摆动产生变形; (2)易碰撞夹具,影响加工精度; (3)定位轴承容易磨损,经过以上对比,决定采取第一套方案。 2.4 本课题研究的重点及难点,前期已开展工作 重点和难点: (1)工件的定位原理、定位方案的设计。 (2)各种典型夹紧机构的工作原理及结构。 (3)夹具设计的方法和步骤。 (4)钻床、镗床夹具、铣床夹具。 (5)定位误差的分析与计算、夹紧误差的分析与计算。 (6)夹具结构方案的确定;结构尺寸、配合与技术要求。 前期已展开工作:相关资料的搜集及查找,前期方案的提出与选定。 1. 完成本课题的工作方案及进度计划(按周次填写) 第 1 周-第 3 周:查阅资料,完成基础知识的积累和开题报告。 第 4 周-第 7 周:工件的分析;定位分析(自由度) 。 第 8 周-第 10 周:偏心轴偏心外圆车组合夹具的工作原理;设计中存在的问 题。

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第 11 周-第 14 周:偏心轴偏心外圆车组合夹具的装配工艺设计与仿真。 第 15 周-第 16 周:完成毕业论文。

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approach to fixture design on suppressing machining vibration of flexible workpiece,2012
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