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1、YIBIN UNIVERSITY 本科生毕业论文（设计）题 目 基于AutoCAD的传动轴加工工艺 及夹具设计 院 别 物理与电子工程学院 专 业 机械电子工程 学生姓名 李 青 松 学 号 172001116 年级 2015级 6班 指导教师 李 军 职称 讲 师 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在指导老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得宜宾学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：
2、 日期： 年 月 日论文使用授权本学位论文作者完全了解宜宾学院有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权宜宾学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 宜宾学院毕业论文（设计）摘 要传动轴在机械运动及传动系统中都有普遍应用。主要用于传递动力源输出的扭矩和动力，主要承受发动机带来的扭矩负载及冲击力，同时传动轴是将发动机输出的动力传递给机械运动部分的关键部件，在机械运动中起着重要作
3、用。因而，该构件应具备较强的疲劳强度、韧性和耐磨性，从而满足在不同工作条件中的使用，同时在设计和制造过程中，它们的精度和表面粗糙度要求很高，加工工艺的优良直接影响到零件工作性能的好坏、装配精度及该零件使用寿命。计算机辅助设计（CAD）是依靠计算机软件和和硬件系统，利用人机互换功能帮助设计人员完成设计工作。目前广泛应用于机械、电子、科研等领域。系统的使用代表了一个新的设计方向，机床夹具设计是机械制造重要的工艺支撑，夹具的优良直接关系到产品的精度及使用寿命，在制造中起着至关重要的作用。关键词：传动轴；AutoCAD；零件；刚度ABSTRACTShaft in various kinds of me
4、chanical transmission and drive system are widely used, is used to transfer torque and power, the driving force and torque in the process of the main engine under the torque load and impact, while the shaft is to transfer the power of the engine output to the mechanical part of the key components, t
5、he mechanical movement play a crucial role in the process, so the parts should have sufficient strength, stiffness and toughness, to adapt to the working conditions. Transmission shaft in the manufacturing and processing process, their precision and surface roughness requirements are very high, the
6、excellent processing technology directly affects the performance of parts, assembly precision and the service life of the parts. Computer aided design (CAD) is a kind of application of computer hardware and software system, using computer and equipment to help the designers to complete the design wo
7、rk, now widely used in machinery, aerospace, chemical industry, construction and other fields, the use of the system represents a new direction of design, machine tool fixture design is an important technology support, machinery manufacturing fixture good is directly related to the precision of the
8、product and the service life, plays an important role in manufacturing.Key words: transmission shaft; AutoCAD; Parts; Stiffness目 录第一章 绪论81.1课题研究的背景81.2课题的研究目的与意义.81.3课题解决的主要内容及应解决的主要问题8第二章 传动轴的总体设计92.1传动轴设计现状及存在的问题92.1.1实用性能及灵活性差92.1.2机床加工精度不高92.1.3 设计经验不足92.2 本章小结10第三章 AutoCAD软件的简介和作用113.1计算机辅助设计（C
9、AD）概述113.1.1 AutoCAD的简介113.1.2 AutoCAD的发展趋势及用户界面113.1.3 AutoCAD的系统功能 123.1.4 计算机辅助设计（CAD）的使用功能143.2本章小结14第四章 轴的公差设计154.1轴的公差设计154.1.1轴的尺寸公差设计164.1.2轴的形状和位置公差设计164.2本章小结17第五章 传动轴零件设计介绍185.1轴类零件的结构、功能及特点185.1.1轴类零件的材料185.1.2轴类零件材料力学性能分析185.1.3轴类零件的结构设计195.1.4轴类零件的强度计算195.2本章小结20第六章 加工机床及刀具的选择216.1 传动轴
10、加工机床分析216.1.1加工机床的选择216.1.2加工刀具的选择226.1.3刀具及刀具使用的影响因素226.2本章小结23第七章机床夹具定位方案设计247.1机床夹具的简介247.1.1机床夹具的分类及组成247.1.2机械夹具的功能和在机械加工中的作用247.1.3机床夹具定位的基本原理247.1.4定位的基准及选择方法257.1.5六点定位原理及方法257.2本章小结25第八章夹具定位误差分析及计算268.1定位误差分析268.2定位误差常用算法268.2.1基准误差计算268.2.2基准不重合误差计算278.2.3用V型块定位27第九章全文总结与展望289.1全文总结289.2后续
11、工作展望29致 谢30参考文献31附 录32附录1传动轴二维设计图纸33附录2传动轴三维实体图形33附录3孔轴极限配合速查表34IV第一章 绪 论1.1 课题研究的背景机械制造在我国经济建设中起着重要作用，随着现在科技飞速发展，人们对物质生活的需求日益增加，对机械制造行业的需求也日益增强，机械传动轴作为机械生产中必不可少的零件，在传递动力和扭矩中起到关键的作用，现如今国外很多机械设备已经处于国际领先水平，我国的传动轴及机械加工设备与国外相比还存在一定的差距，希望此次课题的研究能过对传动轴在中国机械制造行业的发展有一定的帮助。1.2 课题的研究目的与意义研究此课题的目的与意义旨在原本存在的机械零
12、件的基础上进一步优化设计理念，进一步改进零件的加工过程及使用寿命，同时也是培养学生创新的思想，也是培养学生在学校所学知识的应用，不管在那种设备零件的设计中都离不开对轴的结构设计及所需零件强度计算与校核，在机械设备的运转中，只要牵涉到回转与扭矩都离不开轴的存在，轴也是将动能转化为势能的关键部分，此次的研究通过自己设计创新提高自己的设计能力，同时也是在设计中发现问题并改进问题，以至于设计出优良的机械零件为社会之所需。1.3 课题研究的主要内容及应解决的主要问题本课题研究的基于AutoCAD传动轴加工工艺及夹具设计,是AutoCAD技术在二维设计中具体应用，研究主要内容及解决主要问题有以下几方面：（
13、1）通过AutoCAD与Pro/e三维设计软件完成传动轴的设计与零件图的绘制。（2）在完成传动轴的总体设计方案时，应重点考虑该设计的灵活性，功能实在，使用寿命的长短。（3）根据机械设备对轴的精度确定轴的公差设计及数据处理计算。（4）通过分析了解功能及结构、毛坯及材料的选用、材料力学性能的分析及结构设计、同时考虑在工作时的强度（5）根据所设计的力学性能及零件精度选择合适的加工机床及刀具。（6）完成机床的选择基础上优化其夹具定位方案，选择合理的夹具定位设计。（7）夹具定位误差分析及计算。第二章 传动轴的总体设计2.1 传动轴设计现状及存在的问题目前，国外发达国家很少生产低端机械传动件1，主要以高端
14、机械传动部件生产为主。在全球机械传动部件主要集中在欧、美、日等发达国家和地区。我国与国外生产技术在零部件精度和性能上仍存在一定差距，但总体上，世界是最主要的。变速器零件的主要生产基地是中国，大量机械零件出口国外。我国机械制造传动装置技术水平较低，机械设备精度及刀具的使用性能与机械水平发达的先进国家还存在较大的差距，从而使得生产出的机械传动轴的精度在使用寿命上也落后于其他国家，与此同时我国机械制造具有较大的发展空间及技术提升，在此基础上应该大力发展机械制造水平，提高和优化设计方案，改进和提升关键零部件的生产工艺及加工精度，进一步提高产品的使用性能及使用寿命。2.1.1 实用性能及灵活性差在我国由
15、于缺乏科学的分析和设计2，以及机床的实用性能低下，在自行研究和开发的程序复杂，用户根据使用的需求在购买或者需求上提出一些特殊要求和技术参数，这就需要更改零件图纸及相关的技术文件，以及生产设备的参数变更，在生产的传动轴中实用性能不高，配套的图纸及技术文件只能生产出一种型号的零件，因而在使用上也相对故定，降低了使用的灵活性能。2.1.2 加工精度不高 由于所使用的技术参数及机床的性能误差、刀具及夹具误差、以及参数设置的精确度等，导致在机械设备加工的传动轴产品的精确度不高，使用的力学性能及使用寿命降低。2.1.3 设计经验不足在我国机械行业设计中，刚从大学进入设计行业的青年占多数，他们对专业知识的掌
16、握和理解不透彻，在设计上存在经验不足，在机械设计中未能掌握先进的机械设计技术和方法，在设计上也没有进入相关的机械行业进行系统学习，没有足够的设计技巧和思路，在设计中缺乏创新。2.2 本章小结通过本章了解了零件设计的基本要求，通过分析和科学设计，了解了影响传动轴正常工作的可靠因素，材料的强度、加工精度、材料力学性能及机械制造设备的精度都影响制造零件的精度，同时也对国内外研究现状及存在问题进行了分析和对比，也将设计过程中的问题进行了阐述，机械设计是培养人具有机械设计能力的基础，通过实践分析，对比、对设计过程中问题的分析，综合运用理论和实际去解决设计问题的能力，在设计中不断优化。第三章 AutoCA
17、D软件的简介和作用3.1 计算机辅助设计（CAD）的概述AutoCAD3是由美国Autodesk公司开发的通用设计软件，优点有使用方便、用户界面友好、体系结构开放化等。现已经被广泛应于机械设计、工业、测绘等诸多领域，是目前世界上设计领域中应用最广阔的软件之一，随着它广泛的使用和普及，AutoCAD它已经成为设计 工程人员一现必备的技能。CAD集计算机硬件和软件系统相结合 ,它作为信息技术的一个重要的组成部分，将对信息海量的存储及处理与人的综合分析与思维能力相结合，对产品的设计研发，缩短制造周期，提高质量和效率、降低生产成本及增强市场创新能力发挥着巨大作用。3.1.1 AutoCAD的简介3计算
18、机辅助设计简称CAD，是英文名称Auto Computer Aided Design的缩写，是由美国Autodesk公司开发的计算机辅助设计软件，它用于二维草图绘制与三维图形实体造型设计， AutoCAD在这个过程中包括方案的构思、草图设计、计算分析、绘制工程图样及工程技术文件的标注等，目前它已经广泛应用于机械设计、航空设计 、建筑设计、测量测绘、电子集成电路设计等领域。通过利用AutoCAD的使用简单、体系结构化优点，具备强大绘图与编辑功能、可采用的二次开发和利用方式多种多样，同时它也具备多种图形格式的转换，具有通用性、实用性。它能在设计中缩短设计时间、提高设计效率、更重要的是能够优化产品设
19、计。能够将设计零件的工艺文件及图纸都能通过界面反应出来 ，这使得CAD技术得到了广大技术员的高度重视。3.1.2 AutoCAD发展趋势及用户界面3.1.2.1 AutoCAD发展趋势随着21世纪科学技术的发展，机械制造业的基本特征是向高度集成技术、网络化、智能化方向发展。生产过程的主要目标是在保证质量的前提下，提高生产效率，降低生产成本，实现效益最大化，保证质量的最优化，因此AutoCAD技术的发展趋势具体表现出以下几个方面：（1）集成化技术现如今，机械制造业正向高集成化、高度一体化、高速化、综合信息化的方向发展。目前，其新的发展趋势主要表现在机械制造柔性系统、计算机辅助集成制造系统的开发与
20、利用以及在此过程中实现信息化和集成智能化，CAD系统的集成是设计、生产和技术管理的新的集成。（2）智能化技术在机械技术的不断发展，新技术不断涌中，传统机械行业技术已经逐渐不能满足人们对物质生活的需要，在与传统机械相比，传统手工业机械制造需要花费大量的时间，制造产品质量高，生产成本高，在技术上也具有一定局限性，现今的机械制造行业逐步向智能化迈进，通过计算机也工程人员的结合，使得日益趋向于智能化、通过将程序以及零件相关的技术文件输入计算机中，就能够生产出合格的产品。（3）网络化技术应用网络化技术革新能实现数据资源交互、资源均衡、实现数据实时传输等问题 , 包括硬件系统与软件系统的联系与信息交换,各
21、种通讯协议及制造自动化协议，通过数据端口进行数据的输入和传输。3.1.2.2. AutoCAD用户界面介绍在启动AutoCAD界面后，计算机工作界面包含应用程序菜单栏、工具栏、“快速访问”工具栏、标题栏、信息中心、功能区、命令行和状态栏。其中功能区包含三部分：面板、名称和选项卡。在绘图界面中，十字光标所移动的区域为工作区，所有的图形的绘制及编辑等指令操作都在此区域完成。工作界面如图3-1所示。系统参数设置如图3-2所示。在AutoCAD工作界面中，在快速访问工具栏中可以用鼠标双击右键，就可以快速执行相应的命令图示操作，同时也可以在命令行输入相应的命令进行绘图功能。例如输入C(绘制圆命令、L绘制
22、直线命令等)，同时在绘图界面的十字光标可以进行移动，定点到相应的位置，对图进行修改、定位绘图点功能，在功能区展示了该设计软件的各种功能，利用功能区完成标注、剪切、实时缩放、粘贴复制等功能。在系统参数设置界面可以完成字体、颜色、三维建模的设置、同时也可以根据设计者及绘图文件要求，完成相应的技术参数设置。 3.1.3 AutoCAD系统的功能机械CAD的基本内容包括几何建模、仿真与实验、计算分析、二维三维建模、技术文档生成及数据库管理几个方面。图3-1 AutoCAD工作界面示意图图3-2 AutoCAD系统参数设置示意图(1) 几何建模：这是CAD中应用最广泛的一个功能，将所设计的物体通过计算机
23、表现出来，通常包括几何、数学、物理三种建模形式。在该AutoCAD设计系统中常见的是几何建模，通常根据该软件的命令完成相关的建模操作，先根据图形要求产生图形的点、线；再使用相应的比例变换，最后进行元素之间的连接。(2) 计算分析：在完成相应的对象建模后，要对该模型进行动态和静态下的材料强度、材料刚度、材料的技术要求及工艺要求的分析计算。(3) 仿真与实验：仿真是通过软件三维动态的反应出与实际应用相一致的模型进行的试制及研究，在CAD中，可以通过对模型的不断试制和仿真测试，就能够获取相应的零件技术参数，缩减样机的调试及产品测试次数，从而提高效率。(4) CAD技术文档创建及数据库管理：在CAD中
24、技术文档的生成包括绘制的零件图、装配图、部件图、设计说明书及相应的技术文件。3.1.4 计算机辅助设计(CAD)使用功能AutoCAD设计软件基本使用功能。(1) 平面图形创建：在绘图界面能用多种方式创建圆、直线、椭圆、圆弧、多线段、矩形等几何图形对象。(2) 图形编辑功能：CAD编辑功能也十分强大，能对图元进行镜像、移动、阵列、拉伸、打断、修剪等操作。(3) 绘图辅助功能：在AutoCAD绘图界面中具备庞大辅助绘图功能，提供了对象捕捉追踪、栅格显示、显示/隐藏线宽等绘图辅助功能。F7可以显示绘图区的栅格显示与隐藏、点击线宽显示/隐藏按钮可以显示与隐藏线条宽度。(4) 尺寸标注功能及图层管理：
25、在对几何图形进行标注中，可以利用AutoCAD的尺寸标注样式管理器设置多种标注样式，根据图层管理及标注样式设置不同尺寸的线宽、颜色、标注样式等。 (5) 二次开发：CAD允许用户制定菜单和工具栏，利用内嵌语言 VBA、Visual Lisp、ADS、ARX进行二次开发3。3.2 本章小结本章重点学习AutoCAD的认识及使用功能，了解CAD的发展趋势及使用功能的介绍，它主要用于二维和三维的设计，在整个绘图的过程中包括绘图构想，设计、分析计算以及技术文件和工程文件的绘制、图层标注等功能，目前它已广泛应用与机械设计、航天航空、测量测绘与电子等领域，与人们的生活夕夕相关，它凭借着使用简单、功能完善等
26、优点，深受广大设计人员的热爱，在未来的发展过程中，AutoCAD不断朝着集成、智能化、网络化方面发展，在使用功能上包括平面图形绘制功能，编辑功能、图层管理、线性标注等功能，使设计人员方便快捷完成相应的图形设计与绘制。第四章 轴的几何公差设计4.1 轴的几何公差设计机械零件的形状、位置和方向精度是该零件的一项衡量质量优良的指标，很大程度影响该零件的互换性和质量，也会影响整个机械产品的寿命和工作性能，为了保证该零件的使用性能及互换性要求，设计人员在设计过程中就会在零件图上标注几何公差及几何误差的变动范围，在检测中根据零件图纸上给出的几何公差来检测误差是否符合设计要求。轴的公差也是轴系零件设计CAD
27、中的一个重要组成部分，也是在设计中对工艺及技术要求的重要内之一，把轴系零件的公差主要分为尺寸、形位公差4,5。4.1.1 轴的尺寸分析设计在加工过程中受到人为因素、夹具及机床本身精度的影响，实际加工的零件和设计图纸不可能完全一样。由于机械设备等多方面因素的影响，加工尺寸与理论尺寸在误差上是无法避免的，为了满足零件的使用性能要求及精度，必须给定零件一个允许变动的范围，这个所给的范围就是尺寸公差。如图4-1中所示。 图4-1 尺寸公差带图在图纸中已经确定的尺寸称为基本尺寸，是根据此零件在机械应用中应达到一定的技术要求及使用性能而设计的尺寸，例如图中的中40，则实际尺寸是经过加工而得到的尺寸，极限如
28、图中的39.99和40.010，极限尺寸与设计尺寸相比较，存在两个临界变动的尺寸，较大的叫上极限尺寸，最小的叫下极限尺寸，上下偏差分别是上极限尺寸、下极限尺寸与基本尺寸之差，位于零线称为上偏差，位于零线以下称为下偏差，根据国家规定，在基轴制中a-h称为上偏差，这些字母代表的是间隙配合，而h-n称为过渡配合，从n-zc称为过盈配合,标准公差等级代号用符号IT和数字组成，当与代表基本偏差的字母一起组成公差带时省略IT字母，如h6，标准公差等级分IT01至IT18共20级。在基本偏差示意图中H代表基孔制；h代表基轴制。极限公差带图，如图4-2所示。轴上下极限偏差示意图如图4-3所示。孔轴极限配合公差
29、4表参考附录3。图4-2 极限配合公差带图图4-3 轴上下极限偏差示意图4.1.2 轴的形状和位置公差设计图形的形状和位置公差5,6，被称为形位公差，由被称为几何元素的点、线、面构成。实际加工零件与理想设计零件之间也存在一定误差，包括形状误差和位置误差。公差在设计中按图样上的标准标注，形状误差用代号标注，在零件的具体情况下，也可在技术要求中规定，根据国家标准GB/T1182-2008，几何公差项目可分为方向公差、形状公差、位置公差和跳动公差，共有19个分类。形位公差项目分类如表4-1所示。表4-1形位公差项目分类图表图4-4几何公差分类、特征项目及符号（1）形位公差内容用矩形框格表示，框线均用
30、细实线表示，一个完整的形位公差内容由指引线、项目符号、数值及附加值符号等构成，一些特殊的还有基准。（2）当零件图中要素为轮廓要素时，指引线箭头指向与要素垂直，例如同轴度和圆柱度公差，该公差应与零件轴线垂直。 （3）本章研究的形位公差有圆柱度、平面度、同心度、对称度。同轴度是指零件实际加工后截面与设计基准线的偏离程度，同轴度、圆柱度、同心度的偏离程度是衡量零件的运转中心的关键，是保证扭矩传递的必要条件。同心度指零件加工的中心偏离基准中心的偏移量，对称度是指要求被测要素的中心平面、中心线和轴线与中心平面或者轴线的不重合程度。4.2 本章小结本章主要是对轴的几何公差的设计。轴的几何公差包括尺寸公差和
31、形状位置公差，尺寸公差是控制加工零件与理想设计量的偏差范围，同时，尺寸偏差大小也是衡量产品合格的重要保障，形状和位置公差即是衡量零件的外形、截面与实际设计中的偏差，尺寸和形状与位置公差的相互制约，从而影响着产品的质量。第五章 传动轴零件设计介绍5.1 轴类零件的结构、功能及特点轴通常是指可旋转、传动功率大、传动距离长的转动部件。一些传动部件都是依靠销和键与轴连接，从而形成一个整体来传递发动机的动力输出。轴也能作为机器的支撑部件。做回转运动的构件需要依靠轴的转动传递运动和动力，因此轴承受扭转、弯曲等载荷。旋转轴承受扭转和弯曲力矩，芯轴承受弯曲力矩但不传递扭矩，传动轴用于传递动力，承受非常小的弯曲
32、力矩。5.1.1 轴类零件的材料在轴的材料的选择中，首先要考虑该材料的力学性能7，要具有较强扭矩能力；变形小、强度大、对应力集中敏感性低，其次还要满足耐磨性、高强度等方面的要求，同时也要具备加工工艺性好、成本低廉 。设计轴时应按照合理、性能优越的原则。轴的材料主要是合金钢和碳素钢，可以通过物理和化学处理方法改变材料的抗疲劳强度及韧性，传动轴常采用材料有如下：Q235-A、45号钢、40Cr、38SiMnMo、20Cr等7。5.1.2 轴类零件材料力学性能分析在所列举的几种材料中，轴的几种常用材料及主要力学性能如表5-1所列7。表5-1 轴的常用材料及主要力学性能 （单位：MPa）材料牌号热处理
33、毛坯直径硬度抗拉强度极限弯曲疲劳极限许用弯曲应力用途Q235-A热轧或锻后空冷100400-42017040载荷不大的轴45号钢正火100170-217590255140应用广泛40Cr调质100241-28673535570冲击大的轴38SiMnMo调质100229-28673536570用于重要的轴20Cr渗碳6056-6264030560强度高的轴制造轴常采用的是碳素钢。Q235-A抗拉强度在400-420MPa、主要用于不重要及载荷不大的轴；45号钢硬度在170-217MPa抗拉强度在590MPa，在轴的材料选择中广泛应用，40Cr的热处理方式主要采用调质处理，材料硬度241-286M
34、Pa，在应用上主要用于冲击大的轴；20Cr主要用于强度高的轴。5.1.3 轴类零件的结构设计轴的结构设计步骤般有：(1)根据传动方案确定轴上零件的具体位置；(2)根据应用的场合选择合适材料；(3)初步计算轴的直径；(4)设计轴结构；(5)计算传动轴承载能力及强度；(6)对材料刚度、最大屈服强度、硬度的验算及确定；(7)在设计中要考虑受力情况、避免材料应力集中、考虑装配合理性及生产工艺性；(8)传动件转动部件定位；在轴的转动部件包括轴肩、轴环、套筒、螺母、紧固螺钉等。5.1.4 轴类零件的强度计算轴的设计首先要满足强度要求，因此在强度计算中是设计中最重要的步骤之一，强度设计是在初步完成轴的结构设
35、机后进行的，根据轴受力大小与应用场合情况选择合理正确的计算方法。开始计算材料强度时，首先对轴的支承与受力情况进行简化，根据设计要求确定轴上支承零件的位置、外载荷和支反力的位置，同时弯矩和扭矩也可以求得。此研究采用扭转强度计算方法计算轴的强度，同时也可用于方法也用于轴类精确计算8 。扭转强度条件计算公式（5-1）：=TW=9550103pn0.2d3 （5-1） 由此得轴径设计计算公式（5-2）： d9.55106p0.2n = Cpn (5-2)式中：T是轴传递的转矩（NM）;WT是轴抗扭截面系数（mm3）；是轴的剪切应力（MPa）；P是传递功率（KW）；n是轴的转速（rmin）；轴的许用剪应
36、力；d是计算轴的直径（mm）。通过求出d的值，就能够确定轴的直径，这样设计者就能根据实际要求确定轴上载荷及支点位置，从而完成轴的结构设计。5.2 本章小结本章主要介绍了轴类零件的材料、料的力学性能分析、材料的强度计算。通过本章的设计，了解了适合轴类零件的材料的选择，每种材料的强度、刚度、屈服强度、适用场合等。最后根据轴类零件强度的计算公式了解直径、强度、功率切应力之间的关系，通过这之间的关系完成轴的结构设计。第六章 加工机床及刀具的选择6.1 传动轴加工机床分析 加工机床作为加工零件的主要设备，机床的选择直接关系到所加工出零件的精度及使用性能，也是工艺性能最重要的组成部分；一台机床质量的好坏、
37、水平的高低、精度的高低主要取决于主要的功能部件，普通机床与数控机床相比，普通机床有很复杂的传动系统和变速机构，没有自动控制系统。而数控机床能进行人机互动，能装入程序自动运行，按照设计人员既定的工艺路线加工出完整机械构件；加工速度快、精度可靠、也能够实现多轴联动、能加工曲面及复杂结构的零件9。6.1.1 加工机床的选择在选择加工机床上应根据加工零件的精密程度、加工步骤、零件的形状、尺寸、加工数量及技术要求合理的选择机床。普通机床（图6-1）适合加工小批量、形状简单、精度要求不高的零件；而数控机床（图6-2）适合加工复杂曲面、壳体、加工步骤复杂、批量生产的等零件9,10,11。图6-1 普通机床的
38、结构示意图图6-2 普通机床与数控机床实体图形6.1.2 加工刀具的选择随着制造工业的飞速发展，金属切削的工艺制造日益增长，刀具对在金属切削加工中有着重要的作用，随着新材料的不断出现，对刀具的材料的要求也不断提高，刀具的选择关系到加工零件质量的精度、机床的使用性能等。（1）高速钢主要用于高速切削的场合、硬度大的材料、钻孔、及螺纹攻丝的板牙丝锥。（2）车刀主要实用于加工端面、圆柱面等简单的平面。（3）铣刀主要实用于立式和卧式铣床，主要用于铣平面、沟槽、车刀等其他刀具不容易加工的面。（4）钻头主要适用于对零件孔的加工；沉孔、盲孔等的加工。（5）在刀具选择时根据材料的性能合理的选用刀具12。6.1.
39、3 刀具及刀具使用的影响因素12刀具在对工件进行切削过程中，很多因素影响刀具耐磨性的及工件的精度；以下几种为常见的影响因素：（1）切削温度；在加工过程中由刀具与工件切削热引起温度升高，刀具会产生积屑瘤，影响刀具的使用寿命及工件的精度及质量。（2）工件材料；加工的材料不同，切削温度相差很大，材料的硬度、强度直接影响刀具的使用性能。（3）切削用量；背吃刀量ap、进给量f、切削速度v13。（4）耐热性高低；加工的材料的耐热性高，材料的强度和硬度高，在加工时刀具切削时导致加工困难，对刀具的磨损及工件的精度影响很大。6.2 本章小结本章主要介绍了加工机床及刀具的选择，同时也分析了普通机床及数控机床的使用
40、范围及优劣性；普通机床主要实用于加工简单的面；圆柱面、端面、形状不复杂、加工精度不高、小批量生产的场合；而数控机床适用于批量生产、加工精度高、加复杂的曲面、壳体等零件。同时也介绍了刀具的选择及影响刀具使用的因素，根据不同的材料及加工参数选择合适的刀具。第七章 机床夹具定位方案设计7.1 机床夹具的简介夹具是在机械加工中固定工件的一种工艺装备，应用切削加工、检测、淬火等工艺中，在机床夹具中有车床夹具、铣床夹具、焊接夹具、检测夹具等。夹具在加工中直接影响加工工艺的精度、生产效率及生产成本，因此在产品设计和生产技术中占有极为重要的作用14。7.1.1 机床夹具的分类及组成机床夹具的种类庞大，形状差别
41、很大。为了满足设计需要和加工制造，将夹具按照使用要求进行分类。7.1.1.1 按照夹具使用机床分类根据机床夹具的分类，夹具可分为车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、拉削夹具、磨削夹具、镗床夹具、通用可调夹具和组合夹具、组合夹具等。7.1.1.2 按照动力来源分类根据夹具在夹紧过程的动力来源，可以分机动和手动两种夹紧模式。为了提高工件装夹效率和生产安全，采用机动夹具，常用的机动夹具有气动、液压、电气、离心力夹具等。7.1.1.3 按照夹具的通用特性分类根据工装夹具的一般特点，工装夹具可分为以下几类：专用工装、通用工装、可调工装、装配工装和自动线工装14,16。7.1.2 机械夹具在机械加工中的作用机械
42、夹具在切削加工有重要作用，是保证机床及刀具的正常使用的前提，同时也能够保证加工零件的优劣性；从而提高生产效率，归纳起来，主要表现在：（1）保证机械加工过程中的精度，稳定产生产质量。（2）缩短加工时间，提高生产效率，从而降低成本。（3）降低对生产和设计人员的技术要求，降低生产者的劳动强度。（4）保证加工零件与设计零件的统一性。7.2机床夹具设计原理7.2.1 定位的基准及选择方法定位基准作为加工零件中工件定位的基准；当选定工件的定位基准时，也选择了其加工中的定位方案。在定位中常选择的定位基准有：（1）主定位基准。约束工件自由度最多，选择主定位基准时，应选择较大的工作面作为基准。（2）双支撑定位基
43、准面，是一个限制工件定位自由度二度的圆柱面。（3）导向定位基准面。在定位中设置了两个基准点，同时也约束了工件的两个自由度，在使用该定位基准时应当选择工件较长的表面，而且两个基准点也应隔得远些。（4）防转定位基准面。使用该基准面是只约束了工件的一个自由度，它的选择是防止工件在加工过程中防止转动，从而减小工件角度的偏移定位误差14。7.2.2 六点定位原理六点定位原理是指空间中具有六个自由度的刚体。它在空间中的位置是任意不确定的。也就是说，沿x、y和z三个直角坐标系移动和围绕三个坐标系旋转的自由度。为了确定工件的位置，必须消除六个自由度来限制工件的移动和旋转。通常，六个点用于支持每个定位点限制。确
44、定自由度被称为六点定位原理14。如图7-1所示。 图7-1 六点定位原理图7.3 本章小结本章主要设计机床夹具的分类和组成，按照夹具的使用机床、动力来源及通用特性分为三类，同时也介绍了夹具在机械加工中的作用是稳定工件在加工中的稳定，进而保证机床和刀具的使用性能，同时也能保证产品质量的优劣，夹具的选择合适能够缩短加工时间，提高生产效率，降低生产成本，保证机械加工过程中的精度，稳定产生产质量；降低对生产人员的技术要求，降低生产者的劳动强度；也介绍了定位基准及选择方法，对夹具的定位和选择有了一定的掌握和了解。 第八章 夹具定位误差分析及计算8.1 定位误差分析15定位误差即由在装夹定位上引起的误差，
45、所加工的零件尺寸与设计尺寸偏差的最大变化数值，称为定位误差。用d表示定位误差。在定位误差中有两个方面：（1）基线不符合误差。定位基准与工序基准不匹配造成误差用B表示。（2）位移基准误差。该误差是由定位基准和设计支撑点误差引起的。在机械加工过程中，除此以外，误差产生还有很多原因导致，为了保证加工过程中零件的精度，限定定位误差大于等于加工公差T的15-1/3，用公式8-1表示。 D (1/51/3)T (8-1) 式中： D 定位误差，单位mm； T加工误差，单位mm。8.2 定位误差常用算法：基准误差计算、基准不重合误差15-168.2.1 基准误差计算 如图8-1，其变动量可以按下式8-2式计算Y=amax-amin=12(DMAX-dmin)=12(D+d) (8-2)式中（单位mm）： Y基准位移误差；dmin轴最小的直径； DMAX孔最大直径；d-定位圆柱销直径公差；D定位基准孔的直径公差。 基准误差分析结构简图如图8-1所示。 由于定位件的间隙配合的影响，使得工件上的孔中心线的定位基准发生偏移，其孔的中心的偏移量在加工尺寸方向的投影称为基准位移误差Y，其中最大的偏移量即为定位件的最大间隙。图8-