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钻孔夹具设计.pdf

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钻孔夹具设计.pdf

钻孔夹具设计3丁同梅,周正武广东省技师学院,广东博罗516100摘要笔者设计的夹具用于钻床上加工斜孔及倾斜台阶面,是一种摆动式钻床专用夹具。通过分析夹具的结构特点、工作原理,计算定位误差、夹紧力、导向误差,说明该夹具设计新颖、结构合理、效率高,同时,还解决了斜孔和斜面加工精度和位置难保证的难题。关键词斜孔加工;摇臂结构分析;摆动式钻床夹具中图分类号TG7512文献标识码A文章编号10074414200805006703DESIGNOFFIXTURETOMACHINEHOLESBYTHEDRILLINGMACHINEDINGTONGMEI,ZHOUZHENGWUGUANGDONGCOLLEGEOFHIGHGRADETECHNICIAN,BOLUOGUANGDONG516100,CHINAABSTRACTTHEFIXTUREINTHISPAPERISASPECIALSWINGDRILLJIG,ITISDESIGNEDFORMACHININGTILTEDHOLESANDPLANESBYTHEDRILL2INGMACHINETHROUGHANALYZINGTHESTRUCTURE,WORKINGPRINCIPLE,CLAMPFORCE,ERRORSOFTHEPOSITIONANDTHEGUIDANCE,WECANCOMETOTHECONCLUSIONTHATTHEDESIGNISMOREINNOVATIVE,THESTRUCTUREISREASONABLEANDEFFICIENT,ATTHESAMETIMEITSOLVESTHEPROBLEMTOIMPROVETHEACCURACYOFTHETILTEDHOLESANDSURFACESINDRILLINGKEYWORDSTILEDHOLESMACHINING;ANALYSISOFROCKERSTRUCTURE;FIXTUREFORRADIALDRILLINGMACHINE1零件分析在钳工钻孔加工中,常通过台虎钳装夹来保证工件的加工精度,这只是通用夹具,可装夹的工件形状相对单一,不能满足特殊需要;而为了提高生产率,减少废品率,改善工人的劳动强度,满足形状特殊的零件加工要求,则需要设计适应本工件的专用夹具,就是通过专用夹具达到定位准确、夹紧迅速、操作快捷等优点,易于保证加工精度,缩短辅助时间。如图1所示,摇臂是重要的传动零件,该零件为大批量生产,并且孔的位置要求特殊,因此,为提高生产率、保证加工精度,设计了加工斜螺纹孔M87H的专用夹具。这套夹具采用定位套及菱形销定位,快卸压板夹紧装卸工件快速、准确。虽然夹具结构略显复杂,但能保证加工精度,产品合格率大为提高,生产效率高,减少辅助时间,批量生产中显示出经济性。零件为典型的叉架类零件,零件外形尺寸不大,材料为QT400,年产3000件,属大批量生产,形状比较复杂,其他各表面已经加工过,本工序待加工的孔需钻孔攻螺纹。外圆24F7、端面可作为定位基准面。本工序主要的难点就是如何保证两个斜孔在一步加工完成,尤其要注意其位置要求,特别是操作快捷方便,可在钻床上用67钻头钻孔、M87H丝锥加工该零件的螺孔1。2夹具结构分析零件为典型的叉架类零件,经过零件分析,合理选择定位元件,选用轴套16作为定位元件比较合适,并按六点定位原理满足工件加工的定位要求。以24F7外圆柱面为定位面,限制X、Z两个自由度;轴套16端面为定位面限制Y、X⌒、Z⌒三个自由度,菱形销防转动限制Y⌒一个自由度,属于完全定位,能保证螺孔加工时的正确位置。图1摇臂零件图如图2所示,在加工前,把工件安装到各定位面76第21卷第5期2008年10月机械研究与应用MECHANICALRESEARCHAPPLICATIONVOL21NO520082103收稿日期20080414作者简介丁同梅1970,女,吉林白山人,高级讲师,主要从事计算机辅助设计与制造、工艺装备教学与研究方面的工作。上,并用快卸压板4夹紧,摆动式钻模板右边的销座顶到定位套2的端面上,用铰链式锁紧螺杆锁紧,即可加工第一个孔;在加工完一个孔后,用手柄5把右边的铰链式锁紧螺杆6松开,扳动摆动式钻模板转动,至摆动式钻模板3的销座接触到定位套2的端面,锁紧左边的铰链式锁紧螺杆即可加工第二个孔。钻套采用快换钻套,以保证钻孔后攻螺纹。图2摇臂钻孔夹具图夹紧装置采用一组快卸压板9压紧,靠用手旋转滚花螺母8带动压块压紧工件,拆卸工件时旋松滚花螺母,带动压块脱离工件后,把压板扳转开900,即可卸下工件。夹具体1采用焊接结构,材料为HT200灰铸铁制造,价格低、减震,吸震性好,与定位夹紧元件用销轴和锁紧螺钉联接,销轴和螺钉尽量采用标准件。夹具体底板加工精度要求高,因为它要做为基准面与机床工作台面结合。3夹具可行性分析该夹具快捷方便,正确地发挥其各部分功能尤为重要,因此从定位、夹紧、导向3个方面分析。1定位定位精度高低直接关系到加工质量的好坏,因此对定位误差分析是必要的。一般零件的加工误差由夹具制造精度、夹具安装误差和夹具的定位误差三部分决定,它们对定位误差的影响均等,因此只要定位误差不超过零件制造公差的1/3,就说明夹具的定位精度能满足加工精度的要求。而定位误差主要由两个方面决定①定位基准是否与设计基准重合,即基准不重合误差,若重合,则基准不重合误差ΔB为零;否则存在基准不重合误差;②来自于工件定位面相对定位基准面的位移误差,即基准位移误差ΔY2。定位误差ΔDΔBΔY其中ΔD为定位误差;ΔB为基准不重合误差;ΔY为基准位移误差。定位基准为工件的端平面,和设计基准一致,基准重合,因此基准不重合误差ΔB0。而外圆定位面24F700200041与定位套24H800330之间配合的最大间隙即为基准位移误差ΔΓ为ΔYESEI003300410074MM所以ΔD0074,小于52这个联系尺寸按自由公差IT12级计算公差03MM的1/3,因此满足定位要求。2夹紧夹紧是为了保证定位稳定、满足切削时使切削过程顺利完成,满足夹紧力作用点靠近加工位置,夹紧力方向与切削力方向尽量一致,这样使夹紧力最小、最合理。先计算满足切削条件要求的最小夹紧力。本工件QT400调质钢ΣB400MPA、硬度为130~180HBS,直径为67MM,进给量取03MM/R,切削速度V20M/MIN4,仅计算钻削的钻削力就足够了,则切削力3为FCFDXFFYFVZF其中CF为钻削力系数,查表取4571;XF为钻孔直径的指数,查表取0716;YF为进给量F的指数,查表取1231;ZF为切削速度的指数,查表取0258;则F4571670716031231200258878N在计算切削力时应考虑安全系数KK0K1K2K315121118其中K0为基本安全系数,粗加工取大值15;K1为加工性质系数,粗加工取12;K2为刀具钝化系数,取1;K3为切削特点系数,连续切削取10。则实际所需最小夹紧力F′KF15804N。而单个螺旋夹紧的许用夹紧力4200N足以满足切削力和工件自重所需的力。4使用钻模加工孔时其对刀误差3ΔRΔ2LE21E22X212X32式中ΔL为钻模板底孔定位元件的尺寸差;E1为快换钻套内外圈的同轴度;E2为衬套内外圈的同轴度;X1为快换钻套和衬套的最大配合间隙;X2为刀具引导部分与钻套的最大配合间隙;X3为刀具在钻套中的偏斜。X3X2HBSH2式中B为工件钻孔深度;S为钻套与工件间留的间隙;H为衬套的尺寸长度。则有X3001516583516520018MMΔR0032001520015200320018200507MM该数值接近于工件孔制造公差的1/3,即1386VOL21NO52008210机械研究与应用MECHANICALRESEARCHAPPLICATION第21卷第5期2008年10月015005MM,满足导向精度要求。5夹具总体方案设计1钻套的选择和设计4由于工件有钻孔和攻螺纹两道工序,同时考虑到斜孔的加工精度和经济性,夹具中选用快换钻套,其结构参照GB/T226291国家标准确定。钻套的尺寸及公差与配合按以下原则确定①钻套导向孔的基本尺寸取刀具的最大极限尺寸,采用基轴制间隙配合。钻孔时其公差取F7或F8,粗铰孔时公差取G7,精铰时取H7。本夹具中钻套公差取F7;②钻套的导向高度H增大,则导向性能好,刀具刚度高,加工精度高,但钻套与刀具的磨损加剧。一般取H1~25D其中D为钻套孔径,对于加工精度要求较高的孔,或被加工孔较小且其钻头刚度较差时,应取较大值,反之取较小值。本夹具中钻套的导向高度取25D即165MM;③钻削铸铁时排屑空间取H03~07D;钻削钢件时取H07~15D。工件精度要求高时,可取H0,使切屑全部从钻套中排出。本夹具中取05D,即35MM;④在加工中,钻套与刀具产生摩擦,故钻套必须有很高的耐磨性。当钻套孔径D≤26MM时,用T10A钢制造,热处理硬度为58~64HRC;当D26MM时,用20钢制造,渗碳深度为08~12MM,热处理硬度为58~64HRC。本夹具中钻套采用T10A钢制造,并经淬火处理。2钻模板的设计由于工件从扳转压板后留下的空间装卸,所以钻模板可相对固定,与下边的心轴是过渡配合16N7H6,完成摆转角度的功能,而心轴与夹具体中的衬套是间隙配合16G7H6。6实用效果在操作中要注意选择合适的切削用量,利用钻床上的深度尺来控制钻孔深度,并经常退出钻头排屑,效果较理想,小孔的尺寸精度和位置精度均符合图纸要求。该夹具制造两套,一套用于钻67螺纹底孔;一套用于攻M8螺纹,效率高。实践证明,本夹具使用钻模板为摆动装置,定位、夹紧、导向等装置都与摆动体相连接,结构尺寸较小,结构新颖、简单;装卸工件迅速可靠,大大提高了生产效率。参考文献1薛源顺机床夹具设计M北京机械工业出版社,19912张世昌机械制造工艺基础M天津天津大学出版社,19963陆剑中,孙家宁金属切削原理与刀具M北京机械工业出版社,19994艾兴,肖诗刚切削用量手册M北京机械工业出版社,1985欢迎订阅欢迎刊登广告欢迎投稿机械制造与自动化2009年征订机械制造与自动化杂志为南京机械工程学会和南京机电产业集团有限公司联合主办的技术期刊,创刊于1972年,双月刊,是江苏、南京地区与其他省市信息交流的桥梁。期刊拥有9名院士和10多位著名专家、学者组成的高层次编委会,在全国机电行业中有一定影响,被国内主要科技网站和期刊数据库全文收录,被定为江苏省一级期刊。办刊宗旨面向全国机电行业,报道和交流国内外机械制造及自动化领域的新技术、新产品、新工艺、新材料以及科学管理与生产经营等信息,促进行业科技进步,为实现国民经济现代化服务。服务对象以中、高级科技人员和管理人员为主,兼顾初级科技和管理人员,是从事科研、设计、制造、教学、经营和管理人员的首选读物。主要栏目综述与展望;机械制造与研究;信息技术;电气技术与自动化;节能技术等。邮发代号28291开本大16开页码88页定价800元全年48元国内统一连续出版物号CN321643/TH国际标准连续出版物号ISSN16715276编辑部地址江苏省南京市珠江路280号珠江大厦1903室邮政编码210018电话0258420704884217296传真02584207048EMAILEDITORNJMESORG96第21卷第5期2008年10月机械研究与应用MECHANICALRESEARCHAPPLICATIONVOL21NO52008210

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