摘 要………………………………………………………………………………3

bstract………………………………………………………………………………4

绪 论………………………………………………………………………………5

1 零件的分析………………………………………………………………………5

1.1零件的材质……………………………………………………………………5

1.2零件的作用……………………………………………………………………6

1.3零件的结构……………………………………………………………………6

1.4零件的类别及各自优势………………………………………………………7

1.5刹车盘的更换和选购………………………………………………………8

2专用夹具的设计……………………………………………………………………8

2.1夹具的分类……………………………………………………………………8

2.1.1按夹具的应用范围分类……………………………………………9

2.1.2按夹具的动力源分类…………………………………………………9

2.1.3按机床的运动特点分类………………………………………………9

2.2专用夹具的作用……………………………………………………………9

2.3专用夹具的组成……………………………………………………………10

2.4专用夹具的设计方案………………………………………………………10

2.4.1对定位元件的基本要求……………………………………………10

2.4.2常用定位元件…………………………………………………………11

2.4.3 工件的加紧…………………………………………………………11

2.4.4夹具设计的基本原则………………………………………………12

2.4.5 专用夹具的设计方案………………………………………………12

3磨床的的选择……………………………………………………………………15

3.1磨床的种类…………………………………………………………………15

3.2磨床的加工范围……………………………………………………18

3.3磨床节能用用…………………………………………………………18

3.4磨床的特点要求…………………………………………………………18

3.5磨削该零件磨床的选择…………………………………………………18

3.6立轴圆台平面磨床的优势……………………………………………20

3.6.1立轴圆台平面磨床特点………………………………………20

3.6.2立轴圆台平面磨床的主要用途……………………………20

4磨削转速的确定………………………………………………………………21

4.1磨削转速的影响…………………………………………………………21

4.2磨削运动轨迹的模拟………………………………………………………22

4.2.1磨削运动轨迹的计算…………………………………………………22

4.2.2磨削运动轨迹的仿真…………………………………………………25

4.2.3磨削角速度的选择……………………………………………………28

4.3砂轮的选择…………………………………………………………………29

4.3.1砂轮简介………………………………………………………………29

4.3.2砂轮的分类……………………………………………………………29

4.3.3砂轮选择的原则………………………………………………………29

5结论………………………………………………………………………………32

6致谢语……………………………………………………………………………33

7文献综述…………………………………………………………………………34

8参考文献…………………………………………………………………………39

附: 刹车盘零件图

夹具零件图

摘 要

在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的，用以固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工的一种工艺装备，统称为夹具。夹具是工艺系统的组成部分，在工艺系统中，夹具是用来是弓箭相对于刀具与机床保持正确位子，并能够承受切削力的一种工艺装备。因此，无论是在机械加工，装配，检验，还是在焊接，热处理等冷，热工艺中，以及运输工作中都大量采用夹具。

本文主要围绕汽车刹车盘专用磨削夹具的设计。目前，国内汽车(主要是轿车)刹车盘的出口市场已经形成一定规模，仅就铸件来说，年产量(出口量)估计在 20万吨左右。由于刹车盘出口主要针对的是配件市场，外商定货品种繁杂，而每个品种生产，批量不大。另一方面，刹车盘铸件属薄壁小件，技术要求高，而国内生产出口刹车盘的企业，大多采用手工造型，粘土砂湿型，冲天炉熔炼铁液，成分变化较大，给生产技术管理和铸件质量控制带来一定难度，个别厂家铸件废品率居高不下，直接影响企业的经济效益和出口业务。为了较好的磨削出符合质量的刹车盘，应设计出专用夹具。本论文专门研究TRW-C6-A61等类型的刹车盘专用磨削夹具的设计。

关键词：刹车盘 夹具 车床 磨削

Abstract

In machinery manufacturing industries are widely used in the process of a variety of different, to a fixed processing objects, and make it possess the right location, in order to accept the construction of a kind of process equipment, collectively referred to as jig. Jig is a component part of process system, in a process system, fixture is used to bow correct position relative to the cutting tool and machine tools, and cutting force to bear a kind of process equipment. Therefore, whether in the mechanical processing, assembly, inspection, welding, heat treatment such as cold, hot process, and fixture is used in great quantities in the transportation work.

This article mainly around the car brake disc special grinding fixture design. At present, the domestic automobile brake disc (primarily car) export market has formed a certain scale, only for casting, production capacity (output) estimates that around 200000 tons. Due to the brake disc export mainly aims at is the accessories market, the foreign orders and complex, and every variety production, the quantity is not big. Brake disc casting is a thin-walled, on the other hand, small, high technical requirements, and domestic manufacturing export brake disc, mostly USES the manual modeling, clay sand wet, cupola smelting iron liquid, composition change is bigger, to the production technical management and casting quality control to bring certain difficulty, individual manufacturer casting scrap rate is high, directly affect the enterprise's economic efficiency and export business. In order to better grinding out conforms to the quality of the brake disc, should design a special fixture. This thesis specializes in TRW - C6 - A61 and other types of brake disc for grinding fixture design.

Key words: The brake disc jig The lathe grinding

绪 论

在机械加工过程中，夹具按专业化程度可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具、标准夹具、随行夹具、组合机床夹具等。本次设计的研究的课题是“刹车盘专用磨削夹具的设计”，这是专为一工件的一道工序而设计的，在刹车盘制造成型后需要进行专门的磨削，才能保证表面质量达到规定的要求。刹车盘专用磨削夹具的主要任务是固定刹车盘，防止发生位移，保证磨削工具对它表面有正确的相互位子，对刹车盘表面进行精加工，达到设计要求。

在众多夹具定位方法中，综合考虑设计要求、特点及夹具设计原理等各方面要素，选用一面一轴的设计方案，为了防止发旋转，还要设计定位销。本文就围绕此夹具的设计方案选择，确定夹具，设计夹具等展开的。

但是，由于知识的缺陷，设计时考虑的不够周全，还存在一些错误，请各位老师和同学指出，我将做到虚心接受，努力提高自己。

1零件的分析

1.1零件的材质

刹车盘的材质是采用我国的灰铸铁250标准，简称HT250,等同于美国G3000标准。化学成分三大主要元素的要求分别是：C:3.1∽3.4 Si:1.9∽2.3 Mn:0.6∽0.9。 机械性能要求：抗拉强度>21on/mm2 ，硬度要求在：187∽241之间。

图1.刹车盘外观实物图

1.2零件的作用

该零件作为汽车的制动元件，用于汽车的刹车系统中，是决定刹车效果好坏的重要零件。刹车盘片肯定是用来制动的，其制动力来源于制动钳。通常来说一般的制动钳都是固定内侧制动活塞泵所在部分，外侧是一个卡钳式的结构。内侧制动片固定在活塞泵上，外侧制动片固定在卡钳外部。活塞通过制动油管过来的压力推动内侧制动片，同时通过反作用力拉动卡钳，使外侧制动片向里。两者同时压向制动盘，通过制动盘和内外制动片的摩擦产生制动力。这个过程中，推动活塞是靠制动液，也就是液压油。

1.3零件的结构

盘式刹车盘(碟)分为实心盘（单片盘）和风道盘（双片盘）。实心盘式我们比较容易理解，说白了，就是实心的。风道盘（Vented Disc），顾名思义具有透风功效。从外表看，它在圆周上有许多通向圆心的洞空，称为风道。汽车在行使中通过风道处空气对流，达到散热的目的的，比实心式散热效果要好许多。大部分轿车都是前驱，前盘使用频率计磨损较大，故采用前风道盘，后实心盘（单片盘）。当然也有前后都是风道盘的，但制造成本并不会差的离谱。

图2.刹车盘剖视图

图3. 刹车盘俯视图

1.4零件的类别及各自优势

刹车目前有盘式和鼓式，现在的车很多前后都是盘式的。因为盘式较鼓式的散热好，在高速制动状态下，不容易产生热衰退，所以其高速制动效果好。、价格比鼓刹贵。所以现在很多中高级轿车采用全盘刹，而普通轿车采用前盘后鼓，而相对低速，且需要制动力大的卡车、巴士，仍采用鼓刹。

盘式较鼓式具体优势：

（1） 盘式刹车散热性较鼓式刹车佳，在连续踩踏刹车时比较不会造成刹车衰退而使刹车失灵的现象。

（2） 刹车盘在受热之后尺寸的改变并不使踩刹车踏板的行程增加。

（3） 盘式刹车系统的反应快速，可做高频率的刹车动作，因而较为符合ABS系统的需求。

（4） 盘式刹车没有鼓式刹车的自动煞紧作用，因此左右车轮的刹车力量比较平均。

（5） 因刹车盘排水性较佳，可以降低因为水或泥沙造成刹车不良的情型

（6） 与鼓式刹车相比较下，盘式刹车的构造简单，且容易维修。

就目前而言，发达国家刹车盘在技术工艺、质量管理等方面均处于领先地位，刹车盘生产企业和整车企业的开发是同步的，从刹车盘的选定到出样品，要经过噪声检测等严格、反复测试，直到其性能均达到要求。而国内刹车盘市场巨大、经济环境良好、劳动力廉价等方面因素，国外刹车盘企业现已呈现逐步向我国国内转移生产能力的趋势。这种情况对于国内刹车盘行业发展起到促进作用，但是同时对国内的民族企业也是一个挑战。

1.5刹车盘的更换和选购

刹车盘的工作原理是通过刹车盘外部卡顶，在汽车用户踩刹车时家住刹车盘对汽车进行制动。因此在日常使用过程中磨损很大。需要用户在日常生活中对他进行频繁的检查及保养。一般市场上的较好的刹车盘都能够保证四万到八万公里行程，也就意味着一般家庭用车基本上一年更换一次刹车盘。但为了保证我们日常行车安全，应该定期对刹车盘进行检查保养，确保形成过程中刹车有效，抱枕自身生命财产安全 。

更换刹车盘前首先要检查所换刹车盘是否是纯正配件，产品包装的完整性、防伪标志及包装标识与刹车盘上的标识是否一致，产品的型号是否和合格证内容相符。正规厂家生产的的刹车盘，包装印刷比较清新，上有许可证号、执行标准等，包装盒内则有合格证书、生产批号、生产日期等。使用质量可靠性的刹车盘，可以保证8—12万公里的使命寿命。如果使用假冒或伪劣刹车盘，短时间内科产生制动效能，但长时间使用，刹车盘很容易因为摩擦产生的高温而变形，降低刹车效果，最多影响行车安全。

2.专用夹具的设计

2.1夹具的分类[1]

夹具是机械制造厂里使用的一种工艺制备，可分为机床夹具、焊接夹具、热处理夹具、装配夹具及检验夹具等，而用的最为广泛的是机床夹具。为了将工件加工出的表面达到规定的技术要求,一般都按工件的结构形状、加工方法以及生产批量的不同,采用不同的装置将工件准确、可靠地安装在机床上,然后在进行加工.这种用来安装的工件，以确定工件与切削刀具的相对位置并将工件夹紧的装置称为“机床夹具”。

2.1.1按夹具的应用范围分类

(1)通用夹具。 通用夹具是指结构已经标准化，且有较大适用范围的夹具，例如，车床用的三爪卡盘和四爪卡盘，铣床用的平口钳及分度头等。

(2)专用机床夹具。专用机床夹具是针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。专用机床夹具适于在产品相对稳定、产量较大的场合应用。

(3)组合夹具。 组合夹具是用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。组合夹具结构灵活多变，设计、组装周期短，夹具零部件能长期重复使用，适于在多品种单件小批生产或新产品试制等场合应用。

(4)成组夹具。 成组夹具是在采用成组加工时，为每个零件组设计制造的夹具，当改换加工同组内另一种零件时，只需调整或更换夹具上的个别元件，即可进行加工。成组夹具适于在多品种、中小批生产中应用。

(5)随行夹具。 它是一种在自动线上使用的移动式夹具，在工件进入自动线加工之前，先将工件装在夹具中，然后夹具连同被加工工件一起沿着自动线依次从一个工位移到下一个工位，直到工件在退出自动线加工时，才将工件从夹具中卸下。

2.1.2按夹具动力源分类

按夹具所用夹紧动力源，可将夹具分为手动夹紧夹具、气动夹紧夹具、液压夹紧夹具、气液联动夹紧夹具、电磁夹具、真空夹具等[2]。

2.1.3按机床的运动特点分类

(1)车床类夹具:包括车床,内外圆磨床,螺纹磨床用夹具,其特点是夹具与工件一起作旋转运动。

(2)铣床类夹具:包括铣床,刨床,平面磨床等机床用夹具,其特点是夹具固定字工作台上,只作纵向或横向往复运动或回转运动。

(3)钻、镗床类夹具:用于在钻床上钻,扩,铰等工序或在镗孔工序,其实就是夹具固定在机床上,刀具通过夹具上的导向装置进行送进运动。

2.2专用夹具的作用

专用夹具的功用主要有下列几个方面:

(1)保证工件被加工表面的位置精度,例如平行度、同轴度、跳动度等。对于外形比较复杂,位置精度要求比较高的零件,使用通用夹具进行加工往往难以达到精度要求。

(2)缩短了工序时间,提高了劳动生产率。采用专用夹具后,安装工件和转换工位的工作都可以大为简化,不再需要画线和找正,缩短了工序的辅助时间并且节省了画线这个工序。 在生产中由于采用了多工件平行加工的夹具,使同时加工的几个工件与加工一个工件的机动时间相同。采用回转式多工位连续加工夹具,可以在进行切削加工某个工件的同时,进行其它工件的装卸工作[3]。

(3)扩大机床的加工范围。例如在普通车床上附加镗模夹具后,便可以代替镗床工作；装上专用夹具后可以车削成型表面等,以充分发挥通用机床的作用。

(4)减轻劳动强度,保障安全。例如加工车床床身时,下两面上的螺孔,需要把床身工件翻转几次进行加工,劳动强度大而且不安全。若采用电动回转式钻床夹具后,就能减轻劳动强度,保障生产安全，从而提高生产效率。

2.3专用夹具的组成

夹具一般由下列元件或装置组成:

(1)定位元件。 定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。

(2)夹紧装置。 夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。

(3)对刀元件、导向元件。 对刀元件、导向元件是指夹具中用于确定刀具相对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件，例如钻套、镗套、对刀块等。

(4)连接元件。 夹具连接元件是指用于确定夹具在机床上具有正确位置并与之连接的元件，例如安装在铣床夹具底面上的定位键等。

(5)其它元件及装置 。根据加工要求，有些夹具尚需设置分度转位装置、靠模装置、工件抬起装置和辅助支承等装置。

(6)夹具体。 夹具体是用于连接夹具元件和有关装置使之成为一个整体的基础件，夹具通过夹具体与机床连接。

定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分，其它部分可根据需要选择[4]。

2.4专用夹具的设计方案

2.4.1对定位元件的基本要求[4]：

（1）足够的精度，以保证工件的精度；

（2）较好的耐磨性；

（3）足够的强度和刚性；

（4）较好的工艺性；

(5)便于清除和切削。

2.4.2常用定位元件

（1）用于平面定位的定位元件。包括固定支承、自位支承、可调支撑和辅助支撑。

（2）用于外圆柱面定位的定位元件。包括V形块。定位套和半圆定位座等。

（3）用于孔定位的定位元件。包括定位销、圆柱心轴和小锥度心轴等。

2.4.3工件的加紧[5]

（1）加紧装置的组成：力源装置、中间传力机构、加紧元件。

（2）对加紧装置的基本要求：加紧过程可靠、加紧力大小适当、结构工艺好、使用性好。

（3）常用的加紧装置：

斜楔加紧装置螺旋加紧装置偏心加紧装置联动加紧装置定心加紧装置

图4. 斜楔夹紧装置

1—夹具体；2—斜楔；3—工件

2.4.4夹具设计的基本原则[6]

（1）有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的施工过程；

（2）满足装夹过程中的简单与快速操作；

（3）易损零件必须是可以快速更换的结构，条件充分时最好不需要使用其它工具进行；

（4）满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性；

（5）尽可能的避免结构复杂、成本昂贵；

（6）可能选用市场上质量可靠的标准品作组成零件；

（7）满足夹具使用国家或地区的安全法令法规；

（8）设计方案遵循手动、气动、液压、伺服的依次优先选用原则；

（9）形成公司内部产品的系列化和标准化。

2.4.5专用夹具设计方案

方案一：机动夹紧方式

在众多的机动夹紧方式中，液压夹紧装置是比较适合的，其结构和工作原理基本与气动夹紧装置相同，所不同的是它所用的工作介质是压力油。液压夹紧具有以下优点：

(1)传动力大，夹具结构相对比较小，但是结构较复杂；

(2)油液不可压缩，夹紧可靠，工作平稳；

(3)噪声小。它的不足之处是须设置专门的液压系统，应用范围受限制。

在本夹具设计中也可以采用液压夹紧的方式，而且在加工过程中有其优越性。但是要合理设计与机床主轴孔连接的部分，既要满足工件的高速度旋转，又要满足液压系统的固定，合理的设计才能将其安装在车床的主轴孔内腔。液压缸的径向尺寸、液压泵所提供的压力以及各阀体的应用，都要经过详细的计算，才能正确选用夹具零部件。在这里只提供此类夹具的总体结构，无任何的计算过程，因为这仅是一种可行方案。

方案二：手动夹紧方式

在手动夹紧方式中最适合的（经过计算）是螺旋夹紧，该装置是从楔块夹紧装置转化而来的,相当于八字楔块绕在圆柱体上,转动螺旋时即可夹紧工件

与液压夹紧相比螺旋夹紧装置具有以下特点：

(1)结构简单,制造容易，夹紧可靠

(2)夹紧行程不受限制

(3)夹紧动作慢,效率低

经过详细的计算，确定螺旋夹紧方式的夹具。夹具采用平面和心轴定位，定位销保证在加工过程中工件不会发生转动。经过分析该定位方式产生的定位误差相对较小，定心精度高。所以刹车盘的夹紧方式选择方案二的手动夹紧方式，具体的设计过程如下。

由零件图可知，φ340.75mm圆面可作为定位基准，在本工序中已经完成了对其的半精加工，具有一定的精度。同时也为了减小定位误差，所以选择以该面定位为基准，它限制了3个自由度。由于内孔较小，心轴采用短圆柱心轴，限制2个自由。度考虑要为了防止零件旋转，还应该有一个定位销，将销固定插在φ13小孔上。本夹具采用一面一柱的定位方式是，结构简便，易于操作，将自由度固定。在使用时将夹具吸附在立轴圆台平面磨床圆的台上。

本夹具设计图如下：

图5.夹具设计刨面图

图6.夹具俯视图

图7.开口垫圈示意图

图8.定位销示意图

夹具图说明：本夹具采用面、心轴定位方式来限制自由度。以直径为340.5大圆为定为定位基准，加紧方式为螺栓和螺母的配合，为了方便的拆装零件，垫圈采用开口方式。在设计中又加入了定位销来限制零件绕圆轴转动。此夹具设计简便、易于操作、拆装方便、经济实惠。在设计夹具时，为提高生产效率，应首先着眼于机动夹紧，因为这在一定程度上降低了工人的劳动强度。本夹具与其他类别夹具不同的是在加工过程中要旋转，所以要考虑与主轴的连接部分，要设计合理的解决方案，又经过了细致的计算，所以选择了手动加紧的方式。

3.磨床的选择

3.1磨床的种类[7]

磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。 大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。

随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。

图 9.万能外圆磨床实物图

(1)外圆磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形外表面的磨床。

(2)内圆磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形内表面的磨床。此外，还有兼具内外圆磨的磨床。

图10.内圆磨床实物图

(3)坐标磨床：具有精密坐标定位装置的内圆磨床。

(4)无心磨床：工件采用无心夹持，一般支承在导轮和托架之间，由导轮驱动工件旋转，主要用于磨削圆柱形表面的磨床。例如轴承轴支等。

(5)平面磨床：主要用于磨削工件平面的磨床。

a.手摇磨床适用于较小尺寸及较高精度工件加工，可加工包括弧面、平面、槽等的各种异形工件。

b.大水磨适用于较大工件的加工，加工精度不高，与手摇磨床相区别。

(6)砂带磨床：用快速运动的砂带进行磨削的磨床。

(7)珩磨机：用于珩磨工件各种表面的磨床。

(8)研磨机：用于研磨工件平面或圆柱形内，外表面的磨床。

(9)导轨磨床：主要用于磨削机床导轨面的磨床。

(10)工具磨床：用于磨削工具的磨床。

(11)多用磨床：用于磨削圆柱、圆锥形内、外表面或平面，并能用随动装置及附件磨削多种工件的磨床。

(12)专用磨床：从事对某类零件进行磨削的专用机床。按其加工对象又可分为：花键轴磨床、曲轴磨床、凸轮磨床、齿轮磨床、螺纹磨床、曲线磨床等。

(13)端面磨床：用于磨削齿轮端面的磨床。

3.2磨床加工范围

磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等[8]。

3.3磨床节能应用

标准机械加工所使用磨床，砂轮电动机均按传统启动电路运行。电动机启动后按照额定转速运转，由于电网电压有一定波动，砂轮工件磨擦负载不断变化，都会影响电动机转速误差，标准砂轮电动机起动电路一般只有一种加工速度，难以适应不同工件大小要求不同加工相对线速度，以至于所加工工件加工精密度很难保证。因此从提高加工质量加工效率，节约能源等方面考虑，将变频调速技术应用于磨床，可以收到满意效果。

机械加工行业所加工产品种类繁多，工件大小尺寸不同，要求加工精度各异。相对要求砂轮转速于主轴线速度不同，单纯调整主轴转速来满足工件加工线速度很难调整到理想状态。又由于轴杆类加工过程所产生应力弯曲，磨削过程会产生砂轮进给力矩不同，这样就带来砂轮输出转速/力矩不同变化，相应会产生振刀纹/烧糊纹等，磨削精度很难保证，由此造成生产效率低，精品率低等。

3.4磨床的特点要求

根据磨床的运动特点及工艺要求，对电力拖动及控制有如下要求：

（1）砂轮的旋转运动一般不要求调速，由一台三相异步电动机拖动即可，且只要求单向旋转。容量较大时，可采用Y-三角形降压启动。

（2）为保证加工精度，使其运行平稳，保证工作台往复运动换向时惯性小无冲击，故采用液压传动实现工作台往复运动和砂轮箱横向进给。

3.5磨削该零件磨床的选择

在磨削过程中，为了保证磨削表面的质量，采用双面磨削，即砂轮转动的同时，零件也跟着转动。为了使夹具设计简便，考略成本和操作技术，本设计采用立轴圆台平面磨床。

图12.立轴圆台平面磨床实物图

图13. 立轴圆台平面磨床简图

3.6立轴圆台平面磨床的优势

3.6.1立轴圆台平面磨床的特点[9]

（1）床身和磨头刚性好；

（2）立轴采用三点调整，结构紧凑；

（3）工作台为圆形强力电磁吸盘；

（4）功率大，可空硅充退磁；

（5）配有冷却液净化装置；

（6）具有机床功率大，磨削效率高，操作简便等特点。

3.6.2立轴圆台平面磨床的主要用途

主要用于粗、精、磨削毛坯及一般精密的大型零件，表面0.8以上，平行度0.2/1000mm以内。特别适用于冶金、锯片、汽车、拖拉机、工具、轴承等行业对大型零部件的磨削加工。

图 14.立轴圆台平面磨床的磨削近照

4.磨削转速的确定

4.1磨削转速的影响

在磨削工艺中，影响磨削加工表面质量主要因素就是磨削轨迹。磨削轨迹也称磨纹或者磨削图案。在磨削时，在零件的表面残留的磨纹，从运动学角度分析是由砂轮的磨粒在工件上的磨削加工路径决定的。磨削轨迹的深度、方向、磨纹线条数量、间距和磨纹密度等对工件的加工质量均有重要的影响。其中，磨粒轨迹的深度、分布会影响硅片的表面粗糙度；磨削运动轨迹的趋向严重影响芯片的强度；磨削轨迹不均匀会导致磨削去除不均匀，对零件磨削加工的平整度有影响等。因此，研究磨削轨迹的形成规律，有利于找到改善磨削表面粗糙度和面型精度的方法，进一步认识磨削加工的机制，优化表面面磨削加工工艺参数，减小后续化学机械抛光的时间，降低加工成本并且提高加工效率。

4.2磨削运动轨迹的模拟

4.2.1磨削运动轨迹的计算

磨削运动轨迹可以分为砂轮粒子在表面的相对运动轨迹和工件上的点在砂轮上的相对运动轨迹，前者决定零件的磨削纹理，后者决定砂轮的磨损状况。本文主要研究磨削硅片的表面质量，仅分析砂轮磨削粒子在零件上的相对运动轨迹。

双面磨削的运动为两个绕定轴回转运动，如图1所示。零件绕O2 旋转，砂轮绕O1 旋转。图中假零件和砂轮以相同的方向转动，零件以角速度WW转动，砂轮以角速度WS 转动。规定它们旋转的方向为负方向。以O2点为原点，以O1 O2连线的延伸线为X轴，以O1 O2连线的的垂线为Y轴。

图15.零件与砂轮同向旋转时磨削运动轨迹模型

根据“反转法”原理，即对整个系统加上负的零件角速度（+Ww ）后，则可把零件看成与其圆心一起固定不动的，砂轮则绕零件以角速度（+Ww）滚动，则砂轮P点相对于零件的运动轨迹是P点相对于O2点的轨迹。P点相对于O2点的轨迹可以看成是P点绕O1点的自传和O1绕O2的公转。

P绕O1点自转的轨迹方程是：

x1 = r * cos ( h - ws * t + ww * t )

y1 = r * sin ( h – ws * t + ww * t )

O1绕O2公转的轨迹方程是：

x2 = s * cos ( ww * t )

y2 = s * sin ( ww * t )

因此砂轮上的P点相对于零件的的运动轨迹方程是：

x = r * cos ( h - ws * t + ww * t )+ s * cos ( ww * t )

y = r * cos ( h - ws * t+ ww * t )+ s * sin ( ww * t ) (1)

当零件和砂轮以反的方向转动时，其运动轨迹模型如图，同理可得

x1 = r * cos ( h + ws * t + ww * t )

y1 = r * sin ( h + ws * t + ww * t )

O1绕O2公转的轨迹方程是：

x2 = s * cos ( ww * t )

y2 = s * sin ( ww * t

零件和砂轮以相反的方向转动时，砂轮上的P点相对于硅片的运动轨迹方程是：

x = r * cos ( h + ws * t + ww * t )+ s * cos ( ww * t )

y = r * cos ( h + ws * t + ww * t ) + s * sin ( ww * t ) (2)

图16. 零件和砂轮反向旋转时双面磨削运动轨迹模型

初相位的确定可由图几何关系得出。

初相位:

图17. 双面磨削初相位的确定

令砂轮和和零件的角速度比为I，则I=WS/WW ,设H为砂轮的绝对转角，则t=H/WS ,此时（1）式变为

（2）式变为

由(3)和(4)式可知，砂轮上P点在零件上的运动轨迹仅与它们的相对转速I有关，而与两者的分别转动角速度值没有关系。I前的符号的定义为砂轮与零件回转异向为正，砂轮与硅片回转同向为负。

4.2.2磨削运动轨迹的仿真

由于计算机仿真技术具有节约经费开支、减少损失、缩短加工时间、成本低等独特的优势，本文将以零件磨削的运动轨迹的理论计算公式为基础，在Windows2003平台上，以Matlab为工具，对单颗磨粒的运动轨迹进行计算机仿真，从而为零件自旋转磨削提供—个高效、廉价的预测工具。对砂轮运动轨迹的模拟可以先从简单的单颗磨粒的轨迹模拟开始，然后再进行多颗磨粒的轨迹模拟。式(1)和(2)是单颗磨粒当砂轮和零件旋转方向相同和相反时的轨迹方程，只要将方程的r，h作为变量，就可以模拟出多颗磨粒的轨迹方程。

本次设计所选机床主要参数：

型号：M74100B

制造商：朝阳机床有限公司

磨削表面质量：1.25以上（符合规定2.0）

电磁工作台直径：Φ1000 mm

磨削工件最大尺寸：Φ1000*350 mm

砂轮尺寸：Φ150 mm

磨头主轴转速：740 rpm

工作台转速：24~48 rpm

工作台移动距离：570mm

磨头机进给速度：0.08~1.2mm/min

磨头电机功率：45 KW

机床总功率：950 KW

工作台角速度WW最小 =2πn1=2.5 Ww最大=2πn2 =5.0

磨头角速度WS =77

Rw =90 S=100

本机床是用砂轮端面磨削工件平面的一种高效率磨床。立柱采用三点调整结构，磨头主轴承采用精密滚动轴承，刚性较好，效率较高。工作台吸盘吸力平滑可调，并可自动退磁。磨床的垂直进给机构可手动，也可机动，使用方便可靠。冷却液磁性分离，确保弓箭的磨削精度。本机床特别适用于机械行业的中批量生产。

取工作台角速度为2.5、3.5、4.5、5.5利用Matlab软件模拟，磨削纹理如下：

图18. 工作台角速度为WW=5.5时表面纹路

图19. 工作台角速度为WW=4.5时表面纹路

图20. 工作台角速度为WW=3.5时表面纹路

图21. 工作台角速度为WW=2.5时表面纹路

4.2.3磨削角速度的选择

由仿真模拟可得当WS/WW比值不同时，磨削纹路不同，表面质量也不同。磨削纹路沿着零件圆盘径向逐渐减小，中心处磨纹最密集，磨纹密度最大，表面粗糙度越小：反之越靠近圆盘的边缘魔纹密度越小，表面粗糙越大，质量也越差。

磨纹密度是由砂轮和圆台的速度比决定的，WS/WW越大，磨纹密度越密，表面粗糙度越小，磨削表面质量越好。

为了降低功率，节约环保，同时也可以达到磨削质量，本设计采用工作台角速度速为3.5。

4.3砂轮的选择

4.3.1砂轮简介

砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具。砂轮是在磨料中加入结合剂，经压坯、干燥和焙烧而制成的多孔体。由于磨料、结合剂及制造工艺不同，砂轮的特性差别很大，因此对磨削的加工质量、生产率和经济性有着重要影响。砂轮的特性主要是由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定[10]。

图22. 普通砂轮的外形

4.3.2砂轮的分类

砂轮种类繁多，按所用磨料可分为普通磨料（刚玉（Al2O3）和碳化硅等）砂轮和超硬磨料（金刚石和立方氮化硼）砂轮；按砂轮形状可分为平形砂轮、斜边砂轮、筒形砂轮、杯形砂轮、碟形砂轮等；按结合剂可分为陶瓷砂轮、树脂砂轮、橡胶砂轮、金属砂轮等。

4.3.3砂轮选择的原则

砂轮的硬度是指砂轮表面上的磨粒在磨削力作用下脱落的难易程度。砂轮的硬度软，表示砂轮的磨粒容易脱落，砂轮的硬度硬，表示磨粒较难脱落。

砂轮的硬度和磨料的硬度是两个不同的概念。同一种磨料可以做成不同硬度的砂轮，它主要决定于结合剂的性能、数量以及砂轮制造的工艺。磨削与切削的显著差别是砂轮具有“自锐性”，选择砂轮的硬度，实际上就是选择砂轮的自锐性，希望还锋利的磨粒不要太早脱落，也不要磨钝了还不脱落。

选择砂轮硬度的一般原则是：加工软金属时，为了使磨料不致过早脱落，则选用硬砂轮。加工硬金属时，为了能及时的使磨钝的磨粒脱落，从而露出具有尖锐棱角的新磨粒（即自锐性），选用软砂轮。前者是因为在磨削软材料时，砂轮的工作磨粒磨损很慢，不需要太早的脱离；后者是因为在磨削硬材料时，砂轮的工作磨粒磨损较快，需要较快的更新。

精磨时，为了保证磨削精度和粗糙度，应选用稍硬的砂轮。工件材料的导热性差，易产生烧伤和裂纹时（如磨硬质合金等），选用的砂轮应软一些。

4.3.4砂轮选择注意事项[11]

砂轮的使用有一定的危险性。为了大家的安全，下面列出使用中注意的事项：

（1）定位问题。砂轮机安装在什么位置，是我们安装过程中首先要考虑的问题，只有选定了合理又合适的位置，我们才能进行其它的工作。砂轮机禁止安装在正对着附近设备及操作人员或经常有人过往的地方，一般较大的车间应设置专用的砂轮机房。如果确因厂房地形的限制不能设置专用的砂轮机房，应在砂轮机正面装设不低于1.8m高度的防护档板，并且档板要求牢固有效。

（2）匹配问题。匹配问题主要是指卡盘与砂轮的安装配套问题。按标准要求，砂轮卡盘直径不得小于被安装砂盘直径的1/3，且相应规定砂轮磨损到直径比卡盘直径大10mm时应更换新砂轮。这样就存在一个卡盘和砂轮的匹配问题，否则会出现这样的情况，“大马拉小车”造成设备和材料的浪费；“小马拉大车”又不符合安全要求，易造成人身事故。因此，卡盘与砂轮的合理匹配，一方面可以节约设备，切约材料；另一方面又符合安全操作要求。此外，在砂轮与卡盘之间还应加装直径大于卡盘直径2mm，厚度为1mm~2mm的软垫。

（3）平衡问题。砂轮的不平衡主要是由砂轮的制造和安装不准确，使砂轮重心与回转轴不重合而引起的。不平衡造成的危害主要表现在两个方面，一方面在砂轮高速旋转时，引起振动，易造成工件表面产生多角形振痕；另一方面，不平衡加速了主轴的振动和轴承的磨损，严重时会造成砂轮的破裂，甚至造成事故。因此，要求直很大大于或等于200mm的砂办公楼装上卡盘后应先进行静平衡，砂轮在经过整形修整后或在工作中发现不平衡时，应重复进行静平衡。

（4）防护问题。防护罩是砂轮机最主要的防护装置，其作用是：当砂轮在工作中因故破坏时，能够有效地罩住砂轮碎片，保证人员的安全。砂轮防护罩的形状有圆形和方形两种，其最大开口角度不允许超过90°；防护罩的材料为抗拉强度不低于415N/mm2的钢。更换新砂轮时，防护罩的安装要牢固可靠，并且防护罩不得随意拆卸或丢弃不用。

结 论

本文是关于汽车刹车盘专用磨削夹具的设计的论文，可以反映个人对机械加工、夹具设计、常用软件操作的能力。

开始，根据亲自动手测量零件尺寸，上网查阅刹车盘常用材料、类别及功能作用，对零件有了初步的了解。按照零件的结构特点，选出操作简便，经济的定位方法。所以首先要明白专用夹具的定位基准，本论文是针对车削刹面的加工工序而专门设计的，这就明显的增加了生产成本，所以要合理的设计专用夹具，既要降低夹具的生产成本，又要提供足够大的夹紧力来涨紧工件，只有这样才能满足加工要求，生产出合格的产品。最后，通过对专用夹具的整个装配图的工作原理分析、定位方式、加紧方式的理解，对夹具进行校核。

选择合适的磨床不仅关系到磨削的简便操作，还关系到表面加工质量。本设计采用立轴圆台平面磨床，可以提供与砂轮相反的磨削速度。这样使磨削更加快捷，表面质量还大大提高，减少了对电机的选择和计算。

通过这次毕业设计，使我进一步的对四年的理论知识的熟悉和掌握。使自己对机械行业有了大致的了解：通过这次设计，学会掌握了查阅资料、手册等工具书，培养自己的动手解决问题的能力，将理论知识和实际相结合。同时，也认识到自己的知识缺陷，为将来的工作学习打下了警钟。

总之，在这次课程设计使我受益匪浅，为我今后的学习与工作打下了一个坚实良好的基础。

在此，忠心的感谢老师的帮助和指导！

致 谢

大学四年的学习时光即将接近尾声，再次在本次论文设计过程中，感谢我的学校，给了我学习的机会，在学习中，老师从选题指导、论文框架到细节修改，都给予了细致的指导，提出了很多宝贵的意见与建议，老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。

这篇论文是在老师的精心指导和大力支持下才完成的,感谢所有授我以业的老师，没有这些年知识的积淀，我没有这么大的动力和信心完成这篇论文。感恩之余，诚恳地请各位老师对我的论文多加批评指正，使我及时完善论文的不足之处。

　 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！谨以此致谢最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅的各位老师表示衷心的感谢。

文献综述

目前，国内汽车(主要是轿车)刹车盘的出口市，场已经形成一定规模，仅就铸件来说，年产量(出口量)估计在 20万吨左右。由于刹车盘出口主要针对的是配件市场，外商定货品种繁杂，而每个品种生产，批量不大。另一方面，刹车盘铸件属薄壁小件，技术要求高，而国内生产出口刹车盘的企业，大多采用手工造型，粘土砂湿型，冲天炉熔炼铁液，成分变化较大，给生产技术管理和铸件质量控制带来一定难度，个别厂家铸件废品率居高不下，直接影响企业的经济效益和出口业务。

刹车目前有盘式和鼓式，现在的车很多前后都是盘式的。因为盘式较鼓式的散热好，在高速制动状态下，不容易产生热衰退，所以其高速制动效果好。、价格比鼓刹贵。所以现在很多中高级轿车采用全盘刹，而普通轿车采用前盘后鼓，而相对低速，且需要制动力大的卡车、巴士，仍采用鼓刹。

图23. 杀车盘三维图

就目前而言，发达国家刹车盘在技术工艺、质量管理等方面均处于领先地位，刹车盘生产企业和整车企业的开发是同步的，从刹车盘的选定到出样品，要经过噪声检测等严格、反复测试，直到其性能均达到要求。而国内刹车盘市场巨大、经济环境良好、劳动力廉价等方面因素，国外刹车盘企业现已呈现逐步向我国国内转移生产能力的趋势。这种情况对于国内刹车盘行业发展起到促进作用，但是同时对国内的民族企业也是一个挑战[12]。

汽车刹车盘使用多久更换：从理论上讲：刹车盘的最大磨损极限维2毫米，使用到极限后必须更换新刹车盘。丹是在实际使用当中，大部分车主都没有严格执行这个标准。更换频率也要根据自己的驾驶习惯来衡量，大致标准如下：

1、看刹车片的更换频率。如果片的更换频率就很高，那就建议多检查检查刹车盘的厚度，毕竟你片费的比较快的话说明你刹车用的很多，所以要定期检查一下刹车盘。

2、根据磨损状况来决定：因为刹车盘除了正常磨损以外，还有因为刹车片或刹车盘的质量及正常使用过程中异物造成的磨损，如果刹车盘被异物磨损处一些比较深的沟，或盘面磨损的有偏差（有的地方薄，有的地方厚）的话就建议更换，因为这种磨损差生偏差后会直接影响我们的安全驾驶

在生产刹车盘时要有专门的夹具：在机械加工过程中，夹具按专业化程度可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具、标准夹具、随行夹具、组合机床夹具等。我这次设计的是盖板式钻夹具。这是一种专用夹具，专为一工件的一道工序而设计的夹具。钻夹具的主要任务是保证刀具旋转轴线对工件定位表面有正确的相互位置，根据工件的集合形状和尺寸结构及工艺特性，选择不同形式的钻模以保证产品精度和生产率。

在众多钻模夹具机床中，综合考虑设计要求、特点及夹具设计原理等的各方面的因素，选择了用盖板式钻模，它一般用于加工小型工件上分布在一个面上的孔。本文就围绕此夹具的方案选择，确定夹具，设计夹具等等展开的。

夹具是机械制造厂里使用的一种工艺制备，可分为机床夹具、焊接夹具、热处理夹具、装配夹具及检验夹具等，而用的最为广泛的是机床夹具。为了将工件加工出的表面达到规定的技术要求,一般都按工件的结构形状、加工方法以及生产批量的不同,采用不同的装置将工件准确、可靠地安装在机床上,然后在进行加工.这种用来安装的工件以确定工件与切削刀具的相对位置并将工件夹紧的装置称为“机床夹具”。

(1)通用夹具 通用夹具是指结构已经标准化，且有较大适用范围的夹具，例如，车床用的三爪卡盘和四爪卡盘，铣床用的平口钳及分度头等。

(2)专用机床夹具 专用机床夹具是针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。专用机床夹具适于在产品相对稳定、产量较大的场合应用。

(3)组合夹具 组合夹具是用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。组合夹具结构灵活多变，设计、组装周期短，夹具零部件能长期重复使用，适于在多品种单件小批生产或新产品试制等场合应用。

(4)成组夹具 成组夹具是在采用成组加工时，为每个零件组设计制造的夹具，当改换加工同组内另一种零件时，只需调整或更换夹具上的个别元件，即可进行加工。成组夹具适于在多品种、中小批生产中应用。

(5)随行夹具 它是一种在自动线上使用的移动式夹具，在工件进入自动线加工之前，先将工件装在夹具中，然后夹具连同被加工工件一起沿着自动线依次从一个工位移到下一个工位，直到工件在退出自动线加工时，才将工件从夹具中卸下。

专用夹具的功用主要有下列几个方面[13]:

(1)保证工件被加工表面的位置精度,例如平行度、同轴度、跳动度等。对于外形比较复杂,位置精度要求比较高的零件,使用通用夹具进行加工往往难以达到精度要求。

(2)缩短了工序时间,提高了劳动生产率。采用专用夹具后,安装工件和转换工位的工作都可以大为简化,不再需要画线和找正,缩短了工序的辅助时间并且节省了画线这个工序。 在生产中由于采用了多工件平行加工的夹具,使同时加工的几个工件与加工一个工件的机动时间相同。采用回转式多工位连续加工夹具,可以在进行切削加工某个工件的同时,进行其它工件的装卸工作。

(3)扩大机床的加工范围。例如在普通车床上附加镗模夹具后,便可以代替镗床工作；装上专用夹具后可以车削成型表面等,以充分发挥通用机床的作用。

(4)减轻劳动强度,保障安全。例如加工车床床身时,下两面上的螺孔,需要把床身工件翻转几次进行加工,劳动强度大而且不安全。若采用电动回转式钻床夹具后,就能减轻劳动强度,保障生产安全，从而提高生产效率。

图24. 典型钻孔夹具

本篇是关于刹车盘结构、类型及对其所使用夹具的文章总结。它反映出个人是否熟悉加工方法、是否掌握夹具设计步骤等能力。

开始，根据所给零件图，通过查表及对实际情况分析得出毛坯的基本尺寸，选择所用铸件的材料、毛坯的铸造方式等，再根据选用的机床确定出加工工序，从而选出较为合理的加工工序来。从所给零件图看出，加工工序的确定是一个复杂的程序，必须严格按照零件的形状设计。加工时要根据表面粗糙度的要求进行合理的选择，才能保证加工精度，保证生产产品的经济性。工序完成后要对所使用的机床进行校核，看是否满足精度要求[14]。

其次，因为在加工时有的加工面加工时要用到专用夹具，所以首先要明白专用夹具的定位基准，本文是针对车削刹面的加工工序而专门设计的，这就明显的增加了生产成本，所以要合理的设计专用夹具，既要降低夹具的生产成本，又要提供足够大的夹紧力来涨紧工件，只有这样才能满足加工要求，生产出合格的产品。

最后，通过对专用夹具的整个装配图的工作原理分析、定位方式、加紧方式的理解，对夹具进行校核。

参考文献

[1]徐圣群.简明机械加工工艺手册.上海：上海科学技术出版社,1991.

[2] 崇凯，李楠，郭娟等.机械制造技术基础课程设计指南.北京：化学工业出版社， 2007.

[3] 梁炳文主编.机械加工工艺与窍门精选. 北京:机械工业出版社.

[4] 机械设计手册编委会.机械设计手册.北京：机械工业出版社,2004.

[5] 王先逵主编．机械制造工艺学(第二版)．北京：机械工业出版社，2007

[6] 陈宏均主编．实用机械加工工艺手册(第二版)．北京：机械工业出版社，2004

[8] 韩进宏，王长春主编.互换性与测量技术基础.北京：北京大学出版社，2006.

[9]徐海枝主编 机械加工工艺编制 北京：北京理工大学出版社2009.

[10]机械设计手册编委会.机械设计手册.北京：机械工业出版社,2004.

[11]浦林祥主编.金属切削机床夹具手册. 北京:机械工业出版社，1995.

[12]谷姊月《典型车床夹具设计》.2005年第2期《装备维修技术》.

[13]范少萍《数控车床的快换精车夹具改进》.2012年第6期机械.

[14]于秀文《专用机床夹具设计》.2012年1月第1期，内蒙古科技与经济.

TRW-C6-A6L前刹车盘专用磨削夹具毕业设计论文 - - -