课程：

• 1、定位心轴和定位销的区别是什么？
• 2、心轴的加工工艺过程是什么，有什么技术要求？
• 3、铣床杠杆夹具设计，很急，谢谢
• 4、车床心轴都有哪些选择标准？

定位心轴和定位销的区别是什么？

定位心轴多用于回转类零件、轴类零件的定心，心轴数量一般就是1个。定位销多用于箱体、盖类零件之间的定位，定位销数量一般是2个。

心轴的加工工艺过程是什么，有什么技术要求？

心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。根据轴工作时是否转动，心轴又可分为转动心轴和固定心轴。

心轴加工过程：

由于零件结构简单，尺寸较小，且有台阶轴，力学性能要求较高，精度较高且要进行大量生产所以选用模锻件，其加工余量小，表面质量好，机械强度高，生存率高，工件材料选用45钢，毛坯的尺寸精度要求为IT11——12级。

1、备料下料：45钢，φ35mm，125mm。

2、钳工：校直，全长弯曲度小于0.2mm。

3、热处理：正火调质处理。

4、车：车端面，钻中心控制总长为200mm。

5、粗车：双顶尖装夹，粗车6个台阶，长度达到尺寸要求，台阶直径上留2mm，倒2个圆角。

6、精车：精车6个台阶，台阶直径上留0.3mm.。

7、钳：画键槽。

8、铣：铣2个键槽，键槽深度比图纸大0.2mm作为外圆磨削余量。

9、钳：校直，外圆跳动度小于或等于0.15mm。

10、磨：磨外圆各部分到图纸要求尺寸。

11、检：检验。

心轴加工工艺要求：

一、结构分析

零件结构如图所示，包括有有圆柱、圆锥、椭圆球头、内孔及内螺纹。在数据车削加工中，零件车削加工成形的结构形状并不复杂，但零件的尺寸精度尤其是零件的几何精度要求很高，其多个直径尺寸有较严的尺寸公差和表面粗糙度值等要求。

二、加工精度

在数控车削加工中，零件重要的径向加工部位有：Φ44的圆柱段，零件中间有Φ28的圆柱段的精度要求和表面粗糙度要求，零件的左端有Φ38的圆柱段以及深度为29.5mm的内孔和M22×1.5mm的内螺纹，零件右端有椭圆球头。由上述尺寸可以确定，零件的轴向加工尺寸该以左端面为基准。

三、定位基准选择

（1）基准重合原则；

（2）基准统一原则；

（3）便于装夹原则；

（4）便于对刀原则。

根据定位基准选择原则，避免不重合误差，便于编程，以工序的设计基准作为定位基准。该零件左端为Φ44的圆柱，右端为椭圆球头。加工该零件时，先以右端毛坏外圆柱为定位基准加工出零件的左端的，再以Φ44的圆柱为定位基准加工零件的右端。采用三爪自动定心卡盘的装夹方式进行零件的装夹定位。零件轴向的定位基准选择在Φ44圆柱段的左端面。

四、加工刀具

在该零件的数控车削加工中采用硬质合金Kr=90外圆车刀，副偏角取为60，断屑性较好。零件中间锥台处使用硬质合金外圆精车车刀，刀尖圆弧半径取为0.2mm。零件中间圆柱槽部分使用宽度为8mm的切槽刀。零件内孔部位使用刀柄宽度为15mm的内螺纹车刀，刀柄宽度为15mm主切削刃宽度为5mm的内切槽车刀，镗孔车刀，就可以满足加工所需。

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第二章 专用夹具的设计方法

2.1 专用夹具的基本要求和设计步骤

2.1.1对专用夹具的基本要求

1、保证工件的加工精度

专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

2．提高生产效率

应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。

3、工艺性好

专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修．

专用夹具的制造属于单件生产。当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。

4、使用性好

专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。

5、经济性好

除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

2.1.2专用夹具设计步骤

1. 明确设计任务与收集设计资料

2．拟定夹具结构方案与绘制夹具草图

1) 确定工件的定位方案，设计定位装置。

2) 确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。

3) 确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。

4) 确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。

5) 确定和设计其它装置及元件的结构型式，如分度装置、预定位装置及吊

装元件等。

6)确定夹具体的结构型式及夹具在机床上的安装方式。

7) 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。

3．进行必要的分析计算

工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案．

4．审查方案与改进设计

夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改．

5．绘制夹具装配总图

夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。绘图比例尽量采用1：1。主视图按夹具面对操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。

夹具总图的绘制次序如下：

1)用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。

2)依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。

3)标注必要的尺寸、公差和技术要求。

4)编制夹具明细表及标题栏。

6.绘制夹具零件图

夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。

2.2 夹具体的设计

2.2.1对夹具体的要求

1、有适当的精度和尺寸稳定性

夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面(与机床相连接的表面)等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。

为增加夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。

2、有足够的强度和刚度

加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。夹具体需有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强肋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体(如图2-1c所示)。

3、结构工艺性好

夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为4—15mm。夹具体结构型式应便于工件的装卸，如图2—1所示.

①分为开式结构(图2一la)；

②半开式结构(图2一lb)；

③框架式结构(图2一lc)等。

图2-1

4、排屑方便

切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。如图2—2所示，在夹具体上开排屑槽及夹具体下部设置排屑斜面，斜角可取30°一50°

图2-2 夹具体上设置排屑结构

5、在机床上安装稳定可靠

① 夹具在机床工作台上安装，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大；

② 夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好，如图2—3所示，接触边或支脚的宽度应大于机床工作台梯形槽的宽度，应一次加工出来，并保证一定的平面精度；

① 夹具在机床主轴上安装，夹具安装基面与主轴相应表面应有较高的配合精度，并保证夹具体安装稳定可靠。

图2-3 夹具体安装基画的形式

a)周边接触 b)两端接触 c)四脚接触

2.2.2夹具体毛坯的类型

1．铸造夹具体

夹具体材料一般是铸造，其特点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。常用材料为灰铸铁

2．焊接夹具体

它由钢板、型材焊接而成，这种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻(壁厚比铸造夹具体薄)。但焊接夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。

3．锻造夹具体

它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。

锻造后也需经退火处理．此类夹具体应用较少。

4．型材夹具体

小型夹具体可以直接用板料、棒料、管料等型材加工装配而成．

这类夹具体取材方便、生产周期短、成奉低、重量轻，

5．装配夹具体

它由标准的毛坯件、零件及个别非标准件通过螺钉、销钉连接，组装而成

此类夹具体具有制造成本低、周期短、精度稳定等优点，有利于夹具标准化、系列化，也便于夹具的计算机辅助设计。

2.3 专用夹具设计示例

如图2—6所示，本工序需在钢套上钻φ5mm孔，应满足如下加工要求：

1、φ5mm孔轴线到端面B的距离20士0．1mm；

2、φ5mm孔对φ20H7孔的对称度为0．1 mm。

3、已知 工件材料为Q235A钢，批量N=500件。

试设计钻φ5mm孔的钻床夹具。

图2—6

一、定位方案

按基准重合原则定位基准确定为：

B面及φ20H7孔轴线。采用一凸面和一心轴组合定位。

二、导向方案

为能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件——钻套。钻套一般安装在钻模板上，钻模板与夹具体连接，钻套与工件之间留有排屑空间，如图2—7所示。

三、夹紧方案

由于工件批量小，宜用简单的手动夹紧装置。钢套的轴向刚度比径向刚度好，因此夹紧力应指 图2—7

向限位台阶面。如图2—8所示，采用带开口垫圈的螺旋夹紧机构。

四、夹具体的设计

如图2—8所示采用铸造夹具体的钢套钻孔钻模。

图2—8 铸造夹具体钻模

1— 铸造夹具体 2—定位心轴 3—钻模板 4—固定钻套

5—开口垫圈 6—具紧螺母 7—防转销钉 8—锁紧螺母

五、绘制夹具装配总图 如图2—9所示

图2-9为采用型材夹具体的钻模。夹具体由盘l及套2组成，定位心轴3安装在盘l上，套2下部为安装基面8，上部兼作钻模板。此方案的夹具体为框架式结构。采用此方案的钻模刚度好、重量轻、取材容易、制造方便、制造周期短、成本较低。

1 2 3

图2-9型材夹具体钻模

1一盘 2一套 3一定位心轴 4一开口垫圈 5一夹紧螺母 6一固定钻套

7一螺钉 8一垫圈 9一锁紧螺母 10一防转销钉 11一调整垫圈

2.4夹具总图上尺寸、公差和技术要求的标注

2.4.1夹具总图上应标注的尺寸和公差

1．最大轮廓尺寸

若夹具上有活动部分，则应用双点划线画出最大活动范围，或标出活动部分的尺寸范围。如图2—9中最大轮廓尺寸为：84mm、φ70mm和60mm。

2．影响定位精度的尺寸和公差

主要指工件与定位元件及定位元件之间的尺寸、公差。

如图2-9中标注的定位基面与限位 基面的配合尺寸φ20 ；

图2—10中标注为圆柱销及菱形销的尺寸 、 及销间距L± 。

3．影响对刀精度的尺寸和公差 图2—10车床夹具尺寸标注示意

主要指刀具与对刀或导向元件之间的尺寸、公差，如图2-9中标注的钻套导向孔的尺寸φ5F7

4．影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差

主要指夹具安装基面与机床相应配合表面之间的尺寸、公差，如图2—10中的尺寸D1H7

5．影响夹具精度的尺寸和公差

主要指定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基面相互之间的尺寸、公差和位置公差，

如图2-9中尺寸：20土0．03mm、对称度0．03mm、垂直度60：0．03、平行度0．05mm。

6．其它重要尺寸和公差

一般是机械设计中应标注的尺寸、公差，如图2—9中标注的配合尺寸φ14 、φ40 、φ10 。

2.4.2夹具总图上应标注的技术要求

1、夹具的装配、调整方法，如几个支承钉应装配后修磨达到等高、装配时调整某元件或临床修磨某元件的定位表面等，以保证夹具精度；

2、某些零件的重要表面应一起加工，如一起镗孔、一起磨削等；

3、工艺孔的设置和检测；

4、夹具使用时的操作顺序；

5、夹具表面的装饰要求等。

2.4.3夹具总图上公差值的确定 ．

夹具总图上标注公差值的原则是：在满足工件加工要求的前提下，尽量降低夹具的制造精度。

1．直接影响工件加工精度的夹具公差

夹具总图上的尺寸公差或位置公差为

=(1／2～1／5) (2—1)

式中 与 相应的工件尺寸公差或位置公差。

当工件批量大、加工精度低时， 取小值，反之取大值。

①工件的加工尺寸未注公差时，工件公差娃视为ITl2～ITl4，夹具上相应的尺寸公差按 IT9～ITll标注；

②工件上的位置要求未注公差时，工件位置公差文视为9～11级，夹具上相应的位置公差按7～9级标注；

③工件上加工角度未注公差时，工件公差＆视为士307～士l07，夹具上相应的角度公差标为±10′～±37′(相应边长为10～400mm，边长短时取大值)。

2．夹具上其它重要尺寸的公差与配合

这类尺寸的公差与配合的标注对工件的加工精度有间接影响。在确定配合性质时，应考虑减小其影响，其公差等级可参照“夹具手册”或《机械设计手册》标注。

2.5 工件在夹具上加工厂的精度分析

2.5.1 影响加工精度的因素

用夹具装夹工件进行机械加工时,其工艺系统中用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多。与夹具有关的因素如图2—11所示，有定位误差△D对刀误△T、夹具在机床上的安装误差△A和夹具误差△DJ。在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差△G。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，从而形成总的加工误差∑△。

以图2-9钢套钻Φ5mm孔的钻模为例计算。

1、定位误差△D

加工尺寸20±0.1mm的定位误差，△D=0。

对称度0.1mm误差为工件定位孔与定位心轴配合的最大间隙。工件定位孔的尺寸为Φ20H7( mm)，定位心轴的尺寸Φ20f6( mm)

mm=0.54mm

2、对刀误差盘

因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。如图2-9中钻头与钻套间的间隙，会引起钻头的位移或倾斜，造成加工误差。由于钢套壁厚较薄，可只计算钻头位移引起的误差。钻套导向孔尺寸为声5F7( mm)，钻头尺寸为声5h9( mm)。尺寸20 mm及对称度0.1mm的对刀误差均为钻头与导向孔的最大间隙

mm=0.052mm

3、夹具的安装误差

因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，

称为夹具的安装误差。

图2—9中夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差, 。

图2—10中车床夹具的安装基面 与车床过渡盘配合的最大间隙为安装误差, ， 或者把找正孔相对车床主轴的同轴度 作为安装误差。

4、夹具误差

因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。如图2—11所示，夹具误差 主要由以下几项组成。

1）定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差 ；

2）定位元件相对于对刀或导向元件(包含导向元件之间)的尺寸或位置 误差 ；

3）导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差 ； 图2-11工件在夹具上加工时影响加工精度的主要因素

若有分度装置时，还存在分度误差 。以上几项共同组成夹具误差 。

图2—9中，影响尺寸 mm的夹具误差的定位面到导向孔轴线的尺寸公差 =0.06mm，及导向孔对安装基面B的垂直度 =0.03mm。

影响对称度0.1mm的夹具误差为导向孔对定位心轴的对称度 =0.03mm(导向孔对安装基面B的垂直度误差 =0.03mm与 在公差上兼容，只需计算其中较大的一项即可)。

5．加工方法误差

因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差 的 。计算时可设

(2—2)

2.5.2 保证加工精度的条件

工件在夹具中加工时，总加工误差∑△为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是

(2—3)

即工件的总加工误差∑△应不大于工件的加工尺寸公差 。

为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量 。因此将上式改写为

或 (2—4)

当 时，夹具能满足工件的加工要求。 值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值 确定得是否合理。

3、在钢套上钻 mm孔的加工精度计算

在图2—9所示钻模上钻钢套的 mm孔时，加工精度的计算列于表2—1中。

由表2—1可知，该钻模能满足工件的各项精度要求，且有一定的精度储备。

表2-1用钻模在钢套上钻 mm孔的加工精度计算

误差计算

加工要求

误差名称

mm

对称度为0.1mm

0 0.054mm

0.052mm 0.052mm

0 0

mm

mm

(0.2／3)mm=0.067mm (0.1／3)mm=0.033mm

mm

=0.108mm mm

=0.087mm

mm mm0

mm=0.013mm0

2.6夹具的经济分析

夹具的经济分析是研究夹具的复杂程度与工件工序成本的关系，以便分析比较和选定经济效益较好的夹具方案。

2.6.1经济分析的原始数据

1)工件的年批量N(件)。

2)单件工时 (h)。

3)机床每小时的生产费用 (元／h)。此项费用包括工人工资、机床折旧费、生产中辅料损耗费、管理费等。它的数值主要根据使用不同的机床而变化，一般情况下可参考各工厂规定的各类机床对外协作价。

4)夹具年成本 (元)。 为专用夹具的制造费用 分摊在使用期内每年的费用与全年使用夹具的费用之和。

专用夹具的制造费用 由下式计算

（2-5）

式中 p——材料的平均价格(元／kg)；

m——夹具毛坯的重量(kg)；

t——夹具制造工时(h)；

——制造夹具的每小时平均生产费

用(元／h)。

夹具年成本 由下式计算

（2-6）

式中 ——专用夹具设计系数，常取0.5；

——专用夹具使用系数，常取0.2～0.3；

——专用夹具使用年限，对于简单

夹具， ；

对于中等复杂程度的夹具， ；

对于复杂夹具， 。

2.6.2经济分析的计算步骤

经济分析的计算步骤如表2—2所示。根据工序总成本公式： ，可作出各方案的成本与批量关系线，如图2-12所示。

表2-2经济分析的计算步骤

序 号 项 目 计 算 公 式 单 位 备 注

1 工件年批量 N 件 已知

2 单件工时

h 已知

3 机床每小时生产费用

元／h 已知

4 夹具年成本

元 估算

5 生产效率 tl=1／ta 件／h

6 工序生产成本

元

7 单件工序生产成本

元／件

8 工序总成本

元

9 单件工序总成本

元／件

10 两方案比较的经济效益

元

两个方案交点处的批量称临界批量 。当批量为 时，两个方案的成本相等。在图2—12中，方案l、Ⅱ的临界批量为 ，当 时， ，采用第二方案经济效益高；反之，应采用第一方案。

按成本相等条件，可求出临界批量 。

= (2-7)

2.经济分析举例

设钢套(图2—6)批量N=500件，钻床每小时生产费用 20元／h。试分析下列三种加工方案的经济效益。

方案l：不用专用夹具，通过划线找正钻孔。夹具年成本 ，单件工时 h。

方案Ⅱ：用简单夹具，如图2—9所示。单件工时 h，设夹具毛坯重量m=2kg，材料平均价p=l6元／kg，夹具制造工时t=4h，制造夹具每小时平均生产费 20元／h，可估算出专用夹具的制造价格为

(16×2+4×20)元=112元

计算夹具的年成本 。设 则

方案Ⅲ：采用如图7—19所示的自动化夹具。单件工时 h，设夹具毛坯重量m=30kg，材料平均价格p=16元，夹具制造工时t=56h，制造夹具每小时平均生产费用 20元／h，则夹具制造价格为

计算夹具成本 。设 则

各方案的工序成本估算见表2-3。

表2-3钢套钻孔各方案成本估算

工序成本估算 方案I(不用夹具) 方案Ⅱ(简单夹具) 方案Ⅲ(半自动夹具)

／元

／(元• )

/元

/

(元•

各方案的经济效益估算如下

可见，批量为500件时，用简单钻模经济效益最好，不用钻模经济效益最差。图2—12是上述三个方案的成本一批量关系图。可算出三个方案的临界批量为

车床心轴都有哪些选择标准？

芯轴跟主轴同心，工件内孔和外圆要求同轴度高，一刀车不下来，就先把内孔车好，心轴跟内孔间隙一般在0.01到0.02MM。把工件穿在心轴上，一端用螺母拧紧，如果心轴长或外圆加工量大，可用尾座顶尖顶紧。心轴是用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩的轴，分为转动心轴和固定心轴。

常用的心轴有：

1、小锥度心轴，小锥度心轴定位精度较高。但小锥度心轴装卸工件不太方便，轴向无法定位，因此只适用于批量较小、精度较高、轴向无定位要求的工件；

2、螺母压紧的台阶式心轴，适用于装夹多个工件以及工件精度要求不太高场合；

3、涨力心轴，因装卸工件方便，精度较高，适用于孔径公差较大的套类零件。

数控车床是目前使用较为广泛的数控机床之一。它主要用于轴类零件或盘类零件的内外圆柱面、任意锥角的内外圆锥面、复杂回转内外曲面和圆柱、圆锥螺纹等切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等。

数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数以及辅助功能，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。