基于proe轴键槽铣削夹具设计开题报告

一、选题的依据及意义

轴类零件外键槽是与键配合构成键连接。键是用来连接轴与轴上传动件（例如齿轮，带轮等等）以实现周向（或轴向）固定，以便传动件与轴一起转动传递转矩和旋转运动。轴外键槽的加工精度高，则键在键槽中的轴向固定良好，连接更为可靠。键槽加工中，对称度是重要的技术指标。运用普通立铣床加工轴外键槽，采用传统加工工艺，一般用抱钳装夹工件，用键槽铣刀或是立铣刀加工，在加工过程中受力不均衡，容易引起加工误差。生产效率较低,运动刚性差，质量稳定性差.运用数控铣床加工轴外键槽，可以实现X轴与Z轴联动，形成“之”字形走刀路线，较普通走刀路线受力更均衡，从而改变了工件的受力情况，有利于提高工件的加工精度。应用专用夹具装夹工件，进行加工生产可以提高工件的加工精度和生产效率。所以对轴外键槽的加工进行工装设计，以提高其加工精度。根据使用要求和工作情况确定合理的夹具设计方案，在保证加工质量的前提下，力求结构尽量简单，操作方便，安全可靠，加工制造容易。结合实际的情况，考虑互相制约的各种因素，确定最合理的设计方案。

轴类零件外键槽与键配合构成键连接。键槽的加工精度高，则键在键槽中的固定良好，连接可靠。用专用夹具装夹轴类零件，键槽的加工精度和工件的生产效率都可以得到保证。

使用夹具装夹工件无需划线找正，可以显著的减少辅助工时，方便快捷；可以提高工件的刚性，使用较大的切削用量；用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。轴类零件外键槽与键配合构成键连接。键是用来连接轴与轴上传动件（例如齿轮，带轮等等）周向或是轴向固定，以便传动件与轴一起转动传递转矩和旋转运动。轴外键槽的加工精度高，则键在键槽中固定良好，连接可靠。当被连接的毂类零件在工作过程中必须在轴上做轴向移动时（如变速箱中的滑移齿轮），需要采用导向平键或是滑键，则需铣削出较长的键槽，以实现毂类零件的轴向移动。

二、国内外相关研究简介（述）

数控高速切削制造技术促进了机械冷加工制造业的飞速发展，革新了产品设计概念，如通过采用整体件加工取代零部件的分项制造装配，提高了加工效率和产品质量，缩短了产品制造周期。高速切削加速了汽车、模具、航空、航天、光学、精密机械等产品的更新换代，加速了制造技术与装备的升级，推动了企业技术进步。但目前国内存在相当一部分高速机床因各方面的原因并没有达到理想的效果，如刀具配置跟不上而低速使用，高速电主轴因长期受重载荷或使用不当造成寿命低下，企业高速切削工艺参数库及CAD\CAM高速编程软件包造成高速切削应用不是很好，高速切削工艺流程与传统的工艺流程没有有机结合，没有充分发挥高速切削加工变形小、加工效率高、定位装夹少的优势。 高速铣削机床的特点，采用主轴运动结构实现载荷的平稳，减小工作台由于运动的惯性，尤其是当工作台承载较大时，工作台本身和工件的运动载荷对高速切削极容易引起冲击，机床结构的新颖性对高速切削有着重要的影响，传统机床依靠工作台移动实现机床的XY方向的移动不是很适合高速切削。高速机床有瑞士Mikron公司VCP710、美国Cincinnati公司HyperMach五轴加工中心、日本Mazak公司SMM－2500UHS、德国Roders公司RFM1000、意大利FIDIA公司KR214六坐标加工中心、FIDIA公司D218五坐标加工中心等。

在进行五坐标加工编程时，加工策略划分对于产品质量是很重要的，尤其是复杂产品的数控编程时，要求更高。如下图对某整体叶轮进行五坐标高速铣削加工，其粗精加工铣削方式和刀具轨迹策略、粗精加工工序余量的合理安排、切削工艺参数加工步距、加工深度、主轴转速、机床进给等的选择对于提高产品的加工效率和质量是至关重要的。五坐标切削工艺参数的在经验基础上，针对不同的加工产品对象，对不同材料、刀柄刀具、切削方式可通过正交试验等方法进行科学试验、归纳总结选用。表2为某铝合金高速切削工艺参数及其加工情况对比。 

如图5为某整体叶轮在FIDIA KR215五坐标高速铣削中心上，分别按照三轴铣削粗加工排量、五轴流道排量、五轴叶片精铣削、五轴流道精加工铣削的加工顺序对该产品进行切削及其产品加工实例。表2为不同切削工艺参数在高速切削铝合金时的对比情况。 

三、本课题研究内容

本设计分析了数控机床加工轴键槽铣削夹具的工艺以及引起加工误差的因素。分析对比了普通机床加工轴键槽铣削夹具和数控加工的优劣。提出了加工轴键槽铣削夹具的工装设计方案及加工工艺。在设计方案确定以后，根据具体使用要求和工作情况设计夹具的定位元件，夹紧机构，定位键和夹具体。在生产加工中，应用本设计装夹工件，定位夹紧可靠，可以提高工件的加工精度。

四、本课题研究方法

夹具的设计在现代工业中占有很大的比重。本课题设计轴键槽铣削夹具一般先对原始资料进行分析，然后提出具体的夹紧方法和设计夹具体的一般结构。夹具体与铣床工作台相配合进行加工时容易产生震动，所以作为基础件的夹具体一定要在强度和刚度上要满足要求。

五、研究目标、主要特色（创新）及工作进度

在确定设计方案的基础上，按照加工精度的高低，需要消除自由度的数目，按有关的标准确定定位元件。选择好定位元件后，还应该对定位误差进行计算。

在设计方案确定后，根据所需的夹紧力，选择并设计螺旋，铰链，联动等夹紧机构，并配以手动，气动，液动的动力源，将夹具设计的工作逐步完善。所设计的夹具结构应该合理，否则就不能正常使用。

夹具设计时，尽量采用标准元件，以缩短设计和制造周期，降低夹具制造成本，提高其经济性。

本设计从夹具的设计，制造，定位这些环节上讨论了提高键槽加工对称度的问题，实际上影响轴外键槽加工对称度的因素有很多。比如机床的精度和刚度，工件的质量，刀具的刃磨，运动副的间隙等等，故使用本夹具时，必须考虑其他因素，对于相关的环节作以必要的改进，争取达到最佳的效果。

六、参考文献

［1］杨书子，机械加工工艺师手册[M]，北京：机械工业出版社，2004

［2］上海金属切削技术协会，金属切削手册[M]，上海：上海科学技术出版社，2004

［3］李洪，机械加工工艺手册[M]，北京：机械工业出版社，1990

［4］方昆凡，公差与配合手册[M]，北京：机械工业出版社，1999

［5］王光斗，王春福，机床夹具设计手册[M]，上海：上海科学技术出版社，2000

［6］东北重型机械学院，机床夹具设计手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1979

［7］吴宗泽，机械设计手册[M]，哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1987

［8］刘文剑，曹天河，赵维，夹具工程师手册[M]，哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1987

［9］上海金属切削技术协会，金属切削手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1984

［10］周永强，高等学校毕业设计指导[M]，北京：中国建材工业出版社，2002

［11］黄如林，切削加工简明实用手册[M]，北京：化学工业出版社，2004

［12］余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计[M]，重庆：重庆大学出版社，1995

［13］东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学，机床夹具设计手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1980

［14］李庆寿，机械制造工艺装备设计适用手册[M]，银州：宁夏人民出版社，1991

［15］廖念钊，莫雨松，李硕根，互换性与技术测量[M]，中国计量出版社，2000

［16］乐兑谦，金属切削刀具，机械工业出版社，2005