轴上键槽专用夹具设计书

机械制造工艺学
课程设计说明书
设计题目“传动轴上键槽专用夹具设计”
班级：机制131
学生：徐仕阳
指导老师：梁春光
职业技术学院
年月
零件图
一、专用夹具作用分析
专用夹具是为零件的某一道工序加工而设计制造的，在产品相对稳定、批量较大的生产中使用；在生产过程中它能有效地降低工作时的劳动强度、提高劳动生产率、并获得较高的加工精度。

夹具的设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。

正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。

二、任务分析
1.设计任务
（1）设计轴键槽铣削夹具
（2）加工工件两件如图1所示
（3）生产类型：单件生产
（4）毛坯：模锻件
（5）工艺容;本工序在∅62mm和∅48mm两处分别铣削键槽，工序图如图2所示。

在进行本工序前，定位基准∅48mm和∅60mm的外圆一加工，达到图纸技术要求。

该工序所用设备为X53T型立式升降台铣床，刀具选择标准键槽铣刀，本工序选用∅14e8和∅18e8键槽铣刀。

（6）工序的加工要求：键槽宽为18mm键槽深度为7mm以及键槽宽14mm，槽深为5.5mm。

键槽中心平面与轴颈中心线的平行度误差为标准误差，对称度误差为0.040mm。

图一、轴零件图
图二、键槽铣削工序图
2.设计步骤
1）夹具类型的选择
由于该工件生产为单件生产，且工件体积小，结构部复杂，从经济耐用的要求考虑，本工序加工夹具不宜太复杂，自动化程度不宜太高。

故拟定选用简单的V形块定位螺旋压板加紧机构。

2）定位装置的设计
（1）定位装置的确定。

方案一：以∅60外圆表面自定心三爪卡盘与活动顶尖定位，限制X ,Y,Z,Z`,四个自由度。

这种定位无法保证轴尺寸精度，再由于加紧力方向与切削力方向不一致，切削力远离定位支撑面，加紧不稳定，如图3所示。

图样三、
方案二：工件以外圆和端面在V形块上和止动定位销定位，限制X,Y,Y`,Z,Z`五个自由度。

由于V形块定位精度高，工件轴向位置用止动定位销定位，能保证加工精度。

另外，加紧力方向与切入方向9垂直进刀）一致，且夹紧力在主要定位支撑面，定位夹紧可靠，如图4所示。

从以上两个方案比较来看，方案二明显地优于方案一，故采用方案二作为本工序的定位方案。

图样四、
（2）定位误差分析。

选用标准V形块定位，不计其制造误差，所以工件采用∅48mm和∅60mm两外圆表面定位时，只有定位基准面的制造误差造成工件定位偏移，产生基准位移误差，而且方向不定，由此可知：
=0 ∆∅2=0
∆
圆
∆∅1=0.707∅d1=0.028（mm）
∆∅2=0.707∅d2=0.021（mm）
考虑到定位基准面制造时的尺寸公差、圆柱度误差、圆跳动误差等随机误差综合因素的影响，所以用概率叠加法计算基准位移误差： ∆`∅2=√0.028+0.025+0.0212=0.0437(mm)
∆∅2=∆`∅2=0.021(mm)
由此可知，两定位基准沿Z 轴方向最大位移分别为0.021mm 和0.0437mm ，并且影响其键槽深度方向的尺寸精度。

工序尺寸48−0.010.03；公差：∅1=0.04（mm ）
工序尺寸60−0.010.02；公差∅2=0.03（mm ）
∆∅1=∆∅1=0.021<1
3∅1=0.057(mm)
∆∅2=∆∅2=0.0437<1
3∅2
=0.057(mm) 故采用此定位方案精度足够。

3.加紧装置设计
1)夹紧机构
根据该产品是单件小批量生产，因此夹具的夹紧机构也同样不宜太复杂，自动化程度也不能太高，采用螺旋压板夹紧机构，采用M12螺栓作为夹具夹紧螺栓。

2)夹紧力的计算
根据理论力学的力学平衡理论，夹紧摩擦力矩应与铣削力矩平衡，即∅摩=∅切。

(1) 铣削力矩∅切的计算。

根据《切削用量简明手册》，得：
∅∅=∅∅∅∅∅0.86∅∅0.72∅0−0.86∅∅∅
其中∅∅∅=68.2，∅∅=18，Z =4
设：∅∅=0.15，∅∅=7.25
所以∅∅=∅∅∅∅∅0.86∅∅0.72∅0−0.86∅∅∅
=68.2×180.86×0.150.72×18−0.86×7.25×4
=4942（N ）
(2) 夹紧力的计算。

由V 形块定位夹紧力计算公式得：
∅∅∅总=∅∅∅=
2∅∅切∅∅.sin ∅2⁄1+sin ∅2⁄
取K=2.0.f=0.25
得∅∅∅总=4912.69（N ） 由于该夹具采用双压板夹紧机构，故每支压板只承受总夹紧力的一半，所以没根夹紧螺栓所承受的夹紧力：
∅∅∅=2456.35(N)
(3) 选择夹紧螺栓直径。

根据夹紧力方向和作用点的选择原理。

依照方案二;选用两只M12×150的螺栓作为夹紧螺栓。

且置于工件的同一侧，铣削键槽垂直进刀时，切削力∅∅与夹紧力∅∅∅方向相同，和分别作用在定位支撑A 和B 两V 形块上(如图3所示)。

切削扭矩∅切使工件转动。

为防止工件发生转动，夹具夹紧机构应有足够的摩擦力矩与之平衡。

铣削时，若两压板与工件接触处的摩擦力矩忽略不计，铣削第一个键槽切入嘴深处时，轴向力最大，为最不利因素，假若作用在P 点（如图4所示），将此处作为验算依据，在垂直于铣刀轴线平面，根据力矩平衡原理，对支点B 取矩，即∑∅∅=0，设∅∅为顺时针方向。

+∅∅−∅∅=0
∅
切
=∅∅
∅∅=0，AB=200，∅
切
得：∅∅∅=222.4(N)
又根据图5，由力矩平衡原理，得：
∅∅2+∅∅−∅∅1=0
∅∅2=0，∅∅=∅∅1
得：∅∅∅∅=556(N)
即A处螺栓需要承受556N的夹紧力。

当螺栓直径为12mm时，带手柄螺母夹紧达3510N，远大于所需夹紧力，故选用M12X150螺栓作为夹紧螺栓，安全可靠。

图样五、铣削受力图
（4）绘制夹具结构如图
夹具总装备图如图6所示。

图样六、
5.确定夹具具体技术要求和有关尺寸、公差配合
（1）V形块安装基面与夹具底座接合表面平面误差0.02mm。

（2）V形块轴线与导向定位键中心平面平行度在100mm为0.05/mm。

对称度在100mm为0.04/mm。

(3)止动定位销定位面与夹具安装基面的垂直度0.01mm。

（4）V形块与夹具体底座装合定位销公差配合H7/s6.
（5）导向定位销与夹具体底座装配取18H7/h9.
6.夹具精度分析
（1）与尺寸53−0.20和39.50.20有关的精度分析。

要保证53−0.20和39.50.20尺寸方向的精度，必须控制夹具与铣床工作台在垂直方向的安装误差和V形块与夹具体底座安装误差，以及垂直方向位移误差∆∅1和∆∅2如
图七所示的安装形式。

图样七、
由此可知，引起起安装误差的是V形块安装平面与底座上接触平面和夹具体底座下平面与机床工作台的平面度误差，即∆∅1与∆∅2共同作用的结果。

由于∆∅1=∆∅2=0.02mm, ∆∅1=0.0201<∆∅1=0.021，
∆
∅允=1
3∅∅
=1
3
×0.2=0.067（mm）
因此∆∅=∆∅1+∆A2+∆∅2=0.02+0.02+0.021=0.061（mm）<∆∅∅∅-0.067mm
故夹具满足设计要求。

（2）定位导向键中心平面与工件轴心线平行度误差和对称度误差的分析。

若忽略V形块本身定位误差的影响，影响该平行度误差和对称度误差的因素则为夹具体在铣床工作台安装时间定位导向键制造
误差。

由图1-21可知，导向定位键与夹具体公差配合为18∅7h9⁄，两键距离为323mm 。

两键槽公差：∅D1=∅D2=0.021
两键公差：∅d1=∅d2=0.043
键与槽配合最小间隙：∅1min =∅2min =0
【机械制造工艺】
根据公式
tanθ=∅d1+∅d2+∅1min +∅D1+∅D2+∅2min 2∅=0.021+0.043+0.021+0.0432×323=0.02100
由图1-22可知，定位导向键中心平面与工件轴心平行度误差和对称度误差分别为0.05100⁄与0.04100⁄。

故精度也达到了设计要求。

（3）键槽宽度精度分析。

由于铣削刀具按标准刀具选取，分别为∅18e8和∅14e8两种规格成型刀具，一次成型，而键槽宽度分别为18p9和14p9。

尺寸公差∅工件=0.043mm ，刀具公差∅刀=0.027mm ，∅刀<∅工件同样达到精度要求。

7、绘制非标准件零件图及编写
将定位方案设计、夹紧方案设计、主要结构标准化处理、其他结构设计、总体设计、精度分析等比较详细地记述下来，作为设计说明书的容。