机械制造工艺课程设计轴承盖钻孔夹具设计说明书

前 言随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术的不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算机技术的迅速发展，极大的推动了机械加工工艺的进步使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。工具是人类文明进步的标志。自20世纪末以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化得到了很好的发展。但工具（含刀具、夹具、量具与辅具等）在不断的革新中，起功能仍然十分显著。机床夹具是一种装夹工件的工艺设备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺设备成为机床夹具，如车床上使用的三爪自定心卡盘、四爪卡盘，铣床上使用的平口虎钳等。现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件的加工精度、劳动生产率和产品的制造成本等。因此，无论是在传统制造还是现代制造工艺系统中，夹具都是重要的工艺装备。一、夹具的功能1.保证加工质量 使用机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件加工面与定位面之间以及被加工表面相互之间的位置精度。使用机床夹具后，这种精度主要靠夹具和机床来保证，不再依赖工人的技术水平。2.提高生产效率，降低生产成本 使用夹具后可减少划线、找正的辅助时间，且易实现多件、多工位加工。在现代机床加工中，广泛采用气动、液动等机动加紧装置，可是辅助时间进一步减少。3.扩大机床工艺范围 在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床的工艺范围。例如，在机床或钻床上使用镗模，可以代替镗床镗孔。又如，使用靠模夹具，可在车床或铣床上进行仿形加工。4.减轻工人劳动强度，保证安全生产。二、机床夹具的类型机床夹具通常有三种分类方法，即按应用范围、夹紧动力源和使用机床来分类。1、按应用范围分：通用夹具、通用可调整夹具、专用夹具、组合夹具、成组夹具、拼拆式夹具。2、按夹具动力源分类：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具、离心力夹具、其他。3、按使用机床分类：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、其他机床夹具。通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具,如车床上的卡盘,铣床上的回转工作台,分度头,顶尖座等。它们都一标准化了,具有一定的通用性,可以用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特殊的调整。通用可调整式夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的。组合夹具是由一套标准化的夹具元件，根据零件的加工要求拼装组成。不同元件的不同组合和联接可构成不同结构和用途的夹具。夹具用完后，元件可以拆卸重复使用。 成组夹具是用于零件成组加工的夹具。它的加工对象较之可调整夹具更明确，适用范围更广一些。 拼拆式夹具是将标准化的、可互换的零部件装在基础件上或直接装在机床工作台上，并利用调整件装配而成。当某种零件加工完毕，即把夹具拆开，将这些标准零部件放入仓库中，以便重复用于装配成加工另一零件的夹具。这种夹具是通过调整其活动部分和更换定位元件的方式重新调整的。 本课程设计研究了翻转式夹具，阐述了翻转式夹具的工作原理，对翻转式夹具的各零部件做了较为详细的设计计算，并对一些标准件进行了选型，且进行了相关的强度校核。第一章 夹具的总体方案设计1.1 对工件进行分析轴承盖的作用一是为了固定轴承进行轴向定位，二是起密封保护作用，防止轴承进入尘土等进入轴承造成损坏。除它本身可以防尘和密封外，它常和密封件配合以达到密封的作用。如图1-1示： 图1-1 轴承盖通过对零件图的分析，因零件的尺寸不大，且精度要求较高，所以选用翻转式夹具。1.2 综合设计的内容及步骤（1）专用夹具的基本要求 保证工件的加工精度 1）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机构，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，必要时可设置排屑机构。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，以考虑夹具在生产中的经济效益。 （2） 夹具设计的一般步骤1）明确设计任务与收集设计材料2）确定夹具设计方案与绘制夹具草图3）进行必要的分析计算4）审查方案与改进设计5）绘制夹具装配总图6）绘制夹具零件图（3）夹具设计中的几个重要问题1）清根问题 在设计端面和内孔定位的夹具时，会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处的清根问题。2）让刀问题在设计圆盘类刀具（如铣刀、砂轮等）加工的家具时，会存在让刀问题。3）更换问题4）防松问题（4）夹具的结构工艺性分析 夹具的结构工艺性指夹具制造、检验、装配、调试、维修的方便性。为保证良好的工艺性，应做到：尽量选用标准件、通用件：各种专用件要易于制造。（5）夹具精度分析 加工精度较高时，应进行加工精度分析。具体分析见第四章。第二章 夹具设计的步骤本章着重介绍专用夹具的设计步骤和方法，并讨论相关的一些问题。2.1专用夹具的基本要求（1）保证加工精度这是必须做到的最基本要求，其关键是正确的定位、夹紧和导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。（2）夹具的总体方案应与年生产纲领相适应在大批量生产时，尽量采用快速与高效的定位、夹紧机构和动力装置，提高自动化程度，符合生产节拍要求。在中、小批量生产时，夹具应有一定的可调性，以适应多品种工件的加工。（3）安全、方便、减轻劳动强度机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加装保护装置。要符合工人的操作位置和习惯，有合适的工件装卸位置和空间，使工人操作方便。大批量生产和工件笨重时，尽可能减轻工人劳动强度。（4）排屑顺畅机床夹具中积聚切屑会影响到工件的定位精度，切屑的热量会使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。清理切屑将增加辅助时间、降低生产率，因此夹具设计中要对排屑问题给予足够的重视。（5）机床夹具应具有良好的强度、刚度和结构工艺性机床夹具设计时，要考虑方便制造、检测、调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。2.2 专用夹具设计的一般步骤（1） 明确设计任务与收集设计原始材料1）了解加工零件的零件图、毛坯图及加工工艺过程，该工序的加工内容及工序图，了解该工序所使用的设备、刀具、量具等工艺装备，生产节拍等参数。2）了解零件的生产类型，这是决定夹具采用简单疾结构或复杂结构的依据。3）收集该夹具所使用的机床的资料，注要指与夹具连接部分的安装尺寸。4）收集所使用的刀具的资料，如刀具的精度、安装方式、使用要求及技术条件。5）了解夹具制造厂房的能力和使用条件。6）收集有关夹具零部件的标准（包括国际、部标、企标、厂标），典型夹具结构图册等。（2）拟定夹具结构方案，绘制夹具草图1）根据工件的加工要求和结构形状，确定工件的定位方式，选择或设计定位装置，必要时，计算定位误差。2）确定工件夹紧方案，设计夹紧装置。3）确定其它装置及元件的结构形式如：定向、导向、分度、对刀装置等。4）确定夹具体的结构形式和夹具在机床上的安装方式。5）绘制夹具草图，最好考虑几种方案经过分析比较，从中选出合理的方案。（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，可进行技术经济分析，选用比较合理的方案。（4） 审查方案和改进设计（5） 绘制夹具草图 按国家制图标准绘制，尽可能采用比例1:1，主视图按夹具面对操作者的方向绘制。被加工零件用双点划线表示。（6） 绘制夹具零件图夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图要求，确定零件的尺寸，公差及技术要求。第三章 夹具零部件的结构选择3.1 夹具模板钻模板用于安装钻套。钻模板与夹具的连接方式有固定式、铰链式、分离式、悬挂式等几种。 固定式钻模板1定位销；2螺钉； 3钻模板； 4夹具体图3-1.1固定式钻模板 铰链式钻模板 1铰链销；2夹具体；3铰链座；4支撑钉；5钻模板；6菱形螺母 图3-1.2铰链式钻模板 分离式钻模板 1钻模板；2钻套；3压板（图b为螺钉）；4工件图3-1.3分离式钻模板 悬挂式钻模板 1夹具体；2导柱；3工件；4钻模板；5弹簧；6多轴滑动头图3-1.4 悬挂式钻模板本设计的钻模板如图3-1.5示：图3-1.5夹具模板3.2 长型固定钻套 材料：d26 mm T10A 热处理：T10A HRC 5864图3-2长型固定钻套3.3 紧固螺栓垫片图3-3垫片3.4 压板图3-4压板3.5 紧固螺栓 本设计所选用的螺栓型号为GB/T 5780-2000 六角螺栓-A级。 图3-5紧固螺栓3.6 支撑腿 螺母为GB/T 41-2000六角螺母C级，垫片为GB/T 859-1987轻型弹簧垫圈。图3-6支撑腿3.7 装配图 图3-7装配图第四章 夹具精度的分析计算及校核41机床夹具设计的过程及方案4.1.1 精度的分析夹具的主要功能是用来保证零件加工的位置精度。使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差因素主要有三个方面：（1）定位误差 （2）夹具制造与装夹误差 （3）加工过程误差 在加工过程中由于工艺系统(除夹具外)的几何误差、受力变形、热变形、磨损以及各种随机因素所造成的加工误差，用GC表示。上述各项误差中，第一项与第二项与夹具有关，第三项与夹具无关。显然，为了保证零件的加工精度，应使： 式中,T 为零件有关的位置公差。上式即为确定和检验夹具精度的基本公式。通常要求给GC留三分之一的零件公差，即应使夹具有关误差限制在零件公差2/3的范围内。当零件生产批零较大时，为了保证夹具的使用寿命，在制定夹具公差时，还应考虑留有一定的夹具磨损公差。4.1.2 确定夹具结构方案，选择定位元件 （1）基准的方案设定 （2）确定导向装置 （3）确定夹紧机构 4.1.3 主要零件、部件及总体尺寸的尺寸确定（1） 主要零件及部件尺寸的确定1）钻套主要尺寸的确定 钻套类型的选择 钻套底面到加工面上面高度H 根据经验公式： 铸铁： 钻或钻； 钢 ：钻 或 钻；因为在加工的过程中H在满足排屑的要求下，越小越好（防止钻头偏斜），2） 夹具板的主要尺寸的确定 夹具板的厚度 可根据经验公式： 夹具板的外尺寸确定 根据加工工序的要求及尺寸可确定夹具板的外形尺寸。3） 配合尺寸的确定 钻套与模板的配合 由于选择的是固定钻模板，所以采用过盈配合 钻头与钻套内孔的配合 采用间隙配合，钻套中心线到定位面的距离偏差：取工件上相应偏差的1/5左右，在机床满足精度的条件下应尽量的小. 定位面与基准面（机床）有“平行度”要求； 钻具模板中心线与基准面（机床）有“垂直度”要求;4.2 加工精度分析、计算与评审4.2.1 加工精度分析（1）夹具制造误差1）钻套中心线与定位面距离偏差取工件上相应偏差的15左右，还应满足两个原则：偏差尽量小；机床能够加工出来。2）定位面与基准面（机床）的平行度应为0.031000（平面磨床可达到）。3）钻模板孔中心线与基面垂直度应为0.02500。（2）对刀误差1）钻头中心与钻套中心不重合（钻头与钻套内孔配合间隙）2）钻头偏斜与钻头与钻套间隙、导套高度、工件位置及夹具制造垂直度，平行度等有关。（3）工件定位误差1） 基准不符: =定位基准到设计基准的尺寸公差2） 基准位移: 一般由夹具与工件配合间隙产生的。3）=+此公式为向量和。加工过程误差：由于磨损，热变形，加工过程的振动等可能引起误差。判断依据：若以上各项误差之和小于等于工件上相应公差 则该夹具合格。一般取工件上的加工过程误差为工件上相应公差的三分之一，即只有其余几项的公差之和小于等于工件上相应公差的三分之二时，夹具合格。4.2.2 加工精度计算及评审1.定位误差 DW 该工件的设计基准与定位基准一致，都是外圆115的中心线，故JB=0.夹具内圆为的最大配合间隙则2.制造误差ZZ （1）钻套中心线对定位件中心线位置精度. 取.（2）钻套内外圆同轴度误差（查表P297）. （3）钻头纯倾斜时与钻套内孔中心不重合位置精度误差为，钻套底面到钻孔上表面高度为L（排屑用）。又铸铁 取。查表知取模板厚度， 钻套伸出部分为，故钻套高度的中点到钻孔底面距离.钻套孔，钻套孔查表P297.故，故，位置精度误差为 （4）钻套中心线与定位面不垂直度为0.01.则不垂直的角度误差为。. 故，.工件小孔中心线与轴承盖中心线误差，则.知此方案可行。4.2.3 钻孔切削力及力矩（1）切削用量f、v、1)钻头直径d=10. 工件材料为HT200硬度为240HB当，所钻铸铁硬度大于200HB时.以Z3050钻床为例，应选用.2)钻铸铁是的切削速度.(2)钻孔轴向力p及力矩 (3)夹紧力：作用：防止由于切削力总用使工件翻转; 防止由于切削力矩使工件转动。夹紧力求法：.使工件不翻到，安全系数为1.52.5.查P276表6-2知. 取.L为钢板与工件接触的平均直径L=91mm.取安全系数为2.则.选用M12的螺栓，其最大夹紧力为460kg.故此方案可行。 第五章 结 论本次课程设计确定了轴承盖从铸件毛坯到成品在大量成批生产时的工艺过程，同时设计了其中一道钻孔工序的夹具。