转速器盘机械制造课程设计.docVIP

机械制造工程原理机械制造工程原理 课程设计说明书课程设计说明书 设计题目设计题目: 转速器盘制造工艺及夹具设计转速器盘制造工艺及夹具设计 设设 计计 者者 乔凯凯 学学 号号 21006071028 指导教师指导教师 修磊 机电与信息工程学院 2013 年 5 月 1 日 前 言 机械制造工程原理课程设计是我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基 础课以及专业课程之后的一个综合课程，它是将设计和制造知识有机的结合， 并融合现阶段机械制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而 进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知 识的理解，并为后续的课程学习以及今后的工作打下一定的基础。 对于我本人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识 和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而 锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生 产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器 零件的制造中，为改善我国的机器制造业相对落后的局面探索可能的途径。 由于所学知识和实践的时间以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望 各位老师能给予指正。 目目 录录 前前 言言I 第第 1 1 章章 机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计3 1.1 零件的分析3 1.2 零件的生产纲领及生产类型.4 1.3 零件的加工工艺分析.4 1.4 零件主要技术条件分析及技术关键问题.5 第第 2 章章 机械加工工序设计机械加工工序设计6 2.1 基准的选择.6 2.2 表面加工方案的选择.7 2.3 制订机械加工工艺路线.8 2.4 选择毛坯.10 2.5 机床的选择.10 2.6 选择夹具.10 2.7 选择刀具.11 2.8 选择量具11 2.10 加工量计算表.11 2.10 工序 加工尺寸 尺寸公差 使用量具12 2.11 确定工序尺寸.12 第第 3 3 章章 机机械械加加工工计计算算 13 3.1 粗铣上下端面和上表面.13 3.2 钻10 和 2-6 孔13 3.3 铰10 和 2-6 孔15 3.4 精铣上表面.16 3.5 粗铣前端面和后端面.16 3.6 精铣前端面.16 3.7 钻 2-9 孔：.17 第第 4 4 章章 夹夹具具的的设设计计 .17 4.1 工件的加工工艺分析.17 4.2 确定夹具的结构方案.18 4.3 绘制夹具总体图.25 参考文献25 3 第第 1 1 章章 机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计 1.1零件的分析零件的分析 1.1.11.1.1 零件的作用零件的作用 转速器盘是调速机构。10mm 孔装一偏心轴，此轴一端通过销与手柄相连， 另一端与油门拉杆相连。转动手柄，偏心轴转，油门拉杆即可打开油门或关小油 门。6mm 孔装两销，起限位作用，手柄可在 120范围内转动，实现无级调速。 该零件通过 9mm 孔用 M8 螺栓与柴油机体连接。 本设计任务给定的零件转速器盘，即传递运动并保持其他零件正确工作方式 和保持互相之间的正确位置。其对加工平面，平行度，加工孔，垂直度，等有一 定的要求，由于零件比较复杂，不成规则，故加工过程中需要用到复杂的夹具。 1.1.21.1.2 零件的工艺性分析和零件图的审查零件的工艺性分析和零件图的审查 该零件图的视图正确，完整，尺寸，公差及技术都符合要求。但是，零件的 加工过程，需要有较高的平面度，某些地方需要较细的表面粗糙度，各装配基面 要求有一定的尺寸精度和平行度。否则会影响机器设备的性能和精度。由于零件 的结构比较复杂,加工时需要较复杂的夹具才能准确的定位，并保持适当的夹紧力， 可以用花盘进行定位加紧，并用垫块进行辅助定位。 4 1.21.2 零件的生产纲领及生产类型零件的生产纲领及生产类型 生产纲领是企业在计划期内应当生产的产量。假定该机器年产量为 80 台， 且每台机器中仅有一件，由零件的特征可知，它属于机体类小零件，因此，可以 确定其生产类型为单件生产。 1.31.3 零件的加工工艺分析零件的加工工艺分析 转速器盘共有九个机械加工表面，其中，两个直径为 9mm 的螺栓孔与 10mm 孔有位置要求；120圆弧端面与 10mm 孔的中心线有位置度要求。现分述如 下： 两个直径为两个直径为 9mm 的螺栓孔的螺栓孔 两个直径为 9mm 的螺栓孔的表面粗糙度为 Ra6.3，螺栓孔中心线与底平面 的尺寸要求为 18mm；两个螺栓孔的中心线距离为mm；螺栓孔与直 5.0 0 05 . 0 28 径为 10mm 的孔中心线距离为mm；与柴油机机体相连的后平面，其表1 . 072 面粗糙度为 Ra6.3。 5 10mm 的孔及的孔及 120圆弧端面圆弧端面 10mm 的孔尺寸为 10mm，表面粗糙度为 Ra3.2，其孔口倒角 049 . 0 013 . 0 0.545，两个 6mm 的孔表面粗糙度为 Ra3.2，120圆弧端面相对 036 . 0 0 10mm 孔的中心线有端面圆跳动为 0.2mm 的要求，其表面粗糙度为 Ra6.3。 从以上分析可知，转速器盘的加工精度不是很高。因此，可以先将精度低的 加工面加工完后，再以加工过的表面为定位基准加工精度较高的 10mm 和 6mm 孔。 1.41.4 零件主要技术条件分析及技术关键问题零件主要技术条件分析及技术关键问题 从转速器盘的各个需要加工的表面来分析：后平面与机体相连，其长度尺寸 精度不高，而表面质量较高；两个 9mm 的螺栓孔，因需要装配螺栓进行连接， 还要用于夹具 定位，其加工精度可定为 IT9 级；25mm 圆柱上端面和 120 圆弧 端面位置精度要求不高；两个 6mm 的孔需要装配定位销，表面质量要求高； 10mm 孔需要装配偏心轴，其表面质量要求高；各加工面之间的尺寸精度要求 不高。 从以上分析可知，该零件在大批量生产条件下，不需要采用专用的机床进行 加工，用普通机床配专用夹具即可保证其加工精度和表面质量要求。因此，该零 件的加工不存在技术难题。为提高孔的表面质量，在孔加工工序中采用铰削对其 进行精加工。 6 第第 2 章章 机械加工工序设计机械加工工序设计 2.12.1 基准的选择基准的选择 本零件是有精度较高要求的孔的盘状零件，平面和孔是设计的基准，也是装 配和测量的基准，在加工时，应尽量以大平面为基准。 先铣出下表面，以下表面为基准，加工出上端面和上表面，再以上端面为基 准加工下端面，以上端面为基准钻出 I,II,III 3 个孔；加工前后端面时，先以 上端面和 I,II,为基准，在铣床上铣出后端面，再以后端面为基准，加工出 2 个 9 的孔的前端面。 由于扇形部分的表面比较不易加工，首先以加工出来的下端面为基准加工出 I,II,III 孔处的各个上端面，再以上端面为基准，加工出 I 孔处的下端面；零件 的 2 个 9 孔的上边缘表面是不能用来作为定位基准的。 如图 2 前端面 后端面 7 下表面 上表面 上端面 下端面 2.22.2 表面加工方案的选择表面加工方案的选择 后平面后平面 表面粗糙度为 Ra6.3，经济精度为 IT9，加工方案确定为：粗铣精铣； 18mm18mm 圆柱端面圆柱端面 表面粗糙度为 Ra6.3，经济精度为 IT11，加工方案确定为：粗铣； 9mm9mm 螺栓孔螺栓孔 表面粗糙度为 Ra12.5，经济精度为 IT9，加工方案确定为：钻削铰孔； 25mm25mm 圆柱上端面圆柱上端面 表面粗糙度为 Ra6.3，经济精度为 IT9，加工方案确定为：粗铣精铣； 10mm10mm 孔孔 表面粗糙度为 Ra6.3，经济精度为 IT9，加工方案确定为：钻削粗铰精 铰孔倒角； 8 120120 圆弧端面圆弧端面 表面粗糙度为 Ra6.3，经济精度为 IT9，加工方案确定为：粗铣精铣； 6mm6mm 孔孔 表面粗糙度为 Ra6.3，经济精度为 IT9，加工方案确定为：钻削铰孔。 2.32.3 制订机械加工工艺路线制订机械加工工艺路线 制订机械加工工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位 置精度等技术要求得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批量生产的条件下， 可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以 外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。 工艺路线一： 工序 1：钳工划线；以上边缘面为粗基准，划下表面的加工线。 工序：铣，以上端面为定位粗基准，粗铣出零件下表面。 工序 3：铣，在以下表面为基准，粗铣出 I,II,III,孔的上端面和其他次要表面； 倒角。 工序 4：铣，以上端面为定位基准，粗铣出零件下端面 工序 5：精铣，以下端面为基准，对上端面进行精铣，使表面粗糙度达到 R6.3 的 要求。 工序 6：钻孔，以下端面为基准，预钻出 I,II,III 孔，留出 1mm 左右的加工量； 工序 7 ：铰，在铰床上进行铰孔，粗铰 10 孔 I；粗铰 2 个 6 孔；倒角。 工序 8： 铣，以 I 为基准，对上表面进行精铣，使表面粗糙度达到 R6.3 的要求。 工序 9：铣，以 I,和下表面为基准，铣出前端面 工序 10：精铣 9 孔前端面 工序 11：铣，以前端面为基准，铣出后端面。 工序 12：钻，以 I,和下表面为基准，钻出 2 个 9 孔。 工序 13：钳工去毛刺。 工序4：终检。 工序5：涂油入库。 工艺路线二： 9 工序 1：钳工划线；以上表面为粗基准，划下表面的加工线。 工序：以上端面为定位粗基准，粗铣出零件下表面；在以下表面为精基准， 粗铣出个 9 孔的上端面，以及 I,II,III,孔的上端面和其他次 要表面；倒角。 工序：以下表面为基准，对这个孔的上端面进行精铣，使表面粗糙度达 到 R6.3 的要求。 工序：以 10 孔的上表面为基准，精铣 10 孔 I 的下端面。 工序：以下表面为基准，在铰床上粗铣或半精铣出后端面，再以后端面为 基准，加工出 2 个 9 的孔的前端面。 工序：钻孔，以后表面为基准，预钻出 I,II,III 孔，留出 1mm 左右的加 工余量；再以下端面为基准，预钻出 2 个 9 孔，留出 1mm 的加工 余量、 工序：在铰床上进行铰孔，粗铰 10 孔 I；粗铰 2 个 9 孔；倒角。 工序：精铰 6 孔 II,III，使粗糙度达到 R3.2 的要求 工序：钳工去毛刺。 工序：终检。 工艺路线三: 工序 1：钳工划线；上表面为粗基准，划下表面的加工线。 工序：铣，以上端面为定位粗基准，粗铣出零件下表面； 工序 3：在以下表面为精基准，粗铣出个 9 孔的前端面，以及 I,II,III,孔 的上端面和其他次要表面；倒角。 工序 4：以 10 孔的上端面为基准，铣 10 孔 I 的下端面 工序 5：铰，以下表面为基准，在铰床上粗铣或半精铣出 9 后端面。 工序 6：铣，以 9 后端面为基准，铣出 2 个 9 的孔的前端面。 工序 7：以 10 孔下端面为基准，预钻出 I,II,III 孔，留出 1mm 左右的加工余 量 工序 8：以 9 后端面为基准，预钻出 2 个 9 孔，留出 1mm 的加工余量 工序 9：精铣，以下表面为基准基准，对这个孔的上端面进行精铣，使表面粗 糙度达到 R6.3 的要求。 工序 10：铰，铰床上进行铰孔，粗铰 10 孔 I；粗铰 2 个 9 孔；倒角。 工序 11：精铰 6 孔 II,III，使粗糙度达到 R3.2 的要求 工序 12：钳工去毛刺。 工序3：终检。 工序4：涂油入库。 10 工艺方案的比较与分析工艺方案的比较与分析 在加工过程中，也可以用车床或刨床来加工表面，用铰床来铰孔。但是由于 工件的结构较复杂，用车床或刨床加工的话会给加工带来很大的困难，给工人增 加很大的工作难度；如果用铰床来铰孔，也是可以的，但是本设计给的零件的孔 要求的精度不是非常高，用普通的钻床就可以加工达到设计的要求。选择工艺路 线一比较合理！ 以上工艺过程详见“机械加工工艺卡片” 。 2.42.4 选择毛坯选择毛坯 转速器盘是一个结构较复杂的零件，要求材料要容易成型，切削性能好，同 时要求强度要高，重要表面的表面硬度也要高，故选用铸铁材料 HT200，铸铁材 料是最常见的材料，其优点是：容易成型，切削性能好，价格低廉，且吸振性好。 为了得到较好的强度和表面硬度，可在加工过程中进行调质处理，淬火，同时为 了消除内应力对工件的影响，可进行适当的人工时效处理。 由于零件的结构复杂，用锻件是不太可能的，因此，需要先根据零件图，做 出铸模，进行铸造，最好用成型铸造法，以减少加工余量和保证零件的结构准确 性。 2.2.5 5 机床的选择机床的选择 (1)工序，5 和 9，10，11，12 用的是铣床，分别进行粗铣，精铣。用 普通的卧铣床 X62W 型万能卧铣床即可。 (2)工序和工序是铰孔工序，分别是粗铰和半精铰。使用普通的铰床即可。 (3)工序，13 加工一个 10 孔，2 个 6 孔，2 个 9 孔，采用花盘加紧，在 立式钻床即可。可选用 Z518 型立式钻床。 2.62.6 选择夹具选择夹具 本零件结构比较复杂，不成规则，故夹紧定位比较困难，可采用花盘以及专 用夹具来定位，并可以使用一些垫块来辅助定位加紧。 11 例如，在加工上端面时，扇形部分下部分悬空，需要用一些辅助支撑，然后加紧， 以防零件加紧时发生变形。在加工前后端面时，用花盘或压板都可以加紧。 2.72.7 选择刀具选择刀具 (1)在工序，铣平面时，铣刀可以选择直齿或错齿的端铣刀和周铣 刀，工序中有粗铣和精铣，在粗铣后，要留有一定的加工余量，供精铣工序 加工。 (2)钻孔有 10, 6,9 三种孔，需要留一定的加工余量，可用 5, 8 麻花 钻直接钻出来。 (3)铰孔需要铰三种孔 10, 6 和 9，有粗铰和精铰，粗加工可用 YT15,精加 工可用 YT30。 2.82.8 选择量具选择量具 本零件是单件大批量生产，故采用的是通用量具。选择量具的方法有两种： 一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法的极限误差来选择。 在这里选的是第一种方法。 2.8.1 选择平面的量具： 由零件图上看，各平面的相互位置要求不是非常严格，其最小不确定度为 0.2mm，选用分度值为 0.02mm，测量范围为 0-150mm 的游标卡尺就行了，因为其 不确度为 0.02mm，显然满足要求。 2.8.2 选择内孔的量具： 此零件对孔的精度要求较高，其中例如 I 孔的下偏差要求在 0.013 之内， 故可选用分度值为 0.01mm，测量范围为 0-150mm 的内径百分尺，其不确定度为 0.008，满足测量精度的要求。 2.102.10 加工量计算表加工量计算表 工 序 加工位置 毛坯 (mm) 粗加工 (mm) 半精加工 (mm) 精加工 (mm) 总加工余量 (mm) 12 上表面13.5 11.51125 上端面12.5(双面)10.5(双面)78（双面）37 下端面8.5(双面)2 前端面19(双面)17(双面)14（双面）3 后端面15（双面）2 10 孔09 6 孔055.7 9 孔09 2.102.10 工序工序 加工尺寸加工尺寸 尺寸公差尺寸公差 使用量具使用量具 （1） 28 0.5 分度值为 0.02mm，测量范围为 0-150mm 的游标卡尺 （2）12 0.2 分度值为 0.02mm，测量范围为 0-150mm 的游标卡尺 （3）14 - 分度值为 0.02mm，测量范围为 0-150mm 的游标卡尺 （4）10 0.013 分度值为 0.01mm，测量范围为 0-150mm 的内径百分尺 6 0.030 9 - 分度值为 0.02mm，测量范围为 0-150mm 的游标卡尺 注：本零件要求测量的尺寸并不是很复杂，故只要这两种量具就足够了。 2.112.11 确定工序尺寸确定工序尺寸 工序 2，3，4 主要是加工端面，如图 L1，L11,L12,L13,L14,L15,L16 是各个 端面之间的相互位置，其中工序，的 L15,L16,是精加工的尺寸链，即加工 I,II,III 孔的上端面的尺寸。 L1 是零件下表面到最上面的端面的距离，L11 是下表面到 9 孔中心的距离， L12 是 9 孔中心到上端面的距离，L13 是 9 孔中心到 10 孔下表面的距离， L14 是 10 孔两个端面的距离，L15 是 10 孔上端面到 6 孔的上端面的距离， L16 是下表面到 10 孔的上端面的距离。 工序，主要是加工孔的尺寸链。 L21 是 9 孔两个端面的距离，L22 是 后端面板的厚度，L23 是后端面到孔 I 的距离。 L31 是两个 9 孔之间的距离，L32 是左边的 9 到 10 孔的水平距离， L33 是 10 孔到两个 6 孔的水平距离，L34 是 10 孔到零件下表面的斜面底 端的距离。 13 第第 3 3 章章 机机械械加加工工计计算算 3.13.1 粗铣上下端面和上表面粗铣上下端面和上表面 参考文献2表 2.3-21 查得加工余量为 Z =2mm ，Z =2mm。已知上端面的总 12 余量为 Z=5.7mm，则上表面总加工的余量为：Z=2.5mm。 参考文献1表 4-29 取粗铣的每齿进给量 f =0.2mm/Z z 粗铣走刀一次，a =1mm p 取主轴转速 n=150r/min，则： V =94.25m/min c 1000 Dn 1000 150200 校核机床功率 铣削时的切削功率为： 取 Z=10 ，n= =2.5r/s ，=0.2mm/Z ，=1 ，代入： 60 150 mmae140 z f pc keznkafaP pcezpc 51 . 5 15 . 2101402 . 05 . 310 9 . 167109 .167 74 . 0 9 . 0574 . 0 9 . 05 从机床 X52K 的参数的机床的功率为 7.5kw，机床的传动效率取 0.750.85，取 =0.85 则机床电动机所需功率 14 P =6.487.5kw，则主轴的转速合理。 e c P 85 . 0 51 . 5 3.23.2 钻钻 1010 和和 2-2- 6 6 孔孔 铰的余量为 0.5（单边） 。孔因是一次钻出，故钻削的余量为：（10/2-0.5） =4.5mm, （6/2-0.5）=2.5mm. 各工步余量和工序尺寸公差/mm 加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸 10 钻孔 4.59 2-6 钻孔 2.5 5 参考文献1表 4-70、4-76，取钻9 的进给量为 f=0.3mm/r，切削速度 V =22m/min c 由此算出转速为： n=700r/min d v 1000 10 221000 按钻床实际转速取 n=630r/min 则实际切削速度为： V =19.79m/min c 1000 63010 查有关资料得： = f F 0 7 . 4281 . 9 d 8 . 0 f f k M=9.81 2 0 02 . 0 d 8 . 0 f f K 则钻 2-6 孔的和 M 如下： f F =1599N f F 8 . 0 3 . 0107 .4281 . 9 1 M=7.86N.m13 . 010021. 081 . 9 8 . 02 已取铰孔进给量=0.08mm/r（参考文献1表 4-91） ，取=4m/min，则：f c V 15 转速 n= d v 1000 min/127 10 41000 r 按钻床的实际转速取 n=125r/min 实际切削术度为： min/93 . 3 1000 12510 mVc 3.33.3 铰铰 1010 和和 2-2- 6 6 孔孔 粗铰以后的孔径为10mm。 各工步余量和工序尺寸公差/mm 加 工 表 面 加 工 方 法 余 量公 差 等 级 工 序 尺 寸 6 铰03（单 边） H880H9 087 . 0 0 10 铰05 H9 铰以粗加工后的下端面为定位基准。因为10 孔和下端面在粗、精加工时互 为基准，即可以互相校正10 孔与下端面的垂直度。 铰孔时因余量为 0.3mm，故mmap3 . 01mmap5 . 02 取进给量=0.2mm/rf min/160 5 . 79 4010001000 r d v n 因为: FcFc yx pFcc faCF81 . 9 Fc n c Kv Fc 3 10 ccc vFP 取 180 Fc C1 Fc x75 . 0 Fc y1 Fc n 则： NFc 3 . 1452167 . 0 2 . 075 . 2 18081. 9 075 . 0 kwPc97 . 0 1067 . 0 3 . 1452 3 铰6 孔 mmap25 . 0 rmmf/12 . 0 min/72/2 . 1msmvc 16 min/286 80 7210001000 r d v n 取机床的效率为 0.85，则机床所需的功率为kw1.5kw，故机床功率14 . 1 85 . 0 97. 0 足够。 3.43.4 精铣上表面精铣上表面 min/05 . 0 mmfz mmap5 . 1 n=300r/min 走刀一次 3.53.5 粗铣前端面和后端面粗铣前端面和后端面 参考文献2表 2.3-21 查得加工余量为 Z =2mm ，Z =2mm。已知上端面的总 12 余量为 Z=4mm，则前端面总加工的余量为：Z=2mm。 参考文献1表 4-29 取粗铣的每齿进给量 f =0.2mm/Z z 粗铣走刀一次，a =1mm p 取主轴转速 n=150r/min，则： V =94.25m/min c 1000 Dn 1000 150200 校核机床功率 铣削时的切削功率为： 取:Z=10 ，n= =2.5r/s ，=0.2mm/Z ，=1 ， 60 150 mmae140 z f pc 代入： keznkafaP pcezpc 51 . 5 15 . 2101402 . 05 . 310 9 . 167109 .167 74 . 0 9 . 0574 . 0 9 . 05 从机床 X52K 的参数的机床的功率为 7.5kw，机床的传动效率取 0.750.85，取 =0.85 则机床电动机所需功率 P =6.487.5kw，则主轴的转速合理。 e c P 85 . 0 51 . 5 17 3.63.6 精铣前端面精铣前端面 后端面因为要求不高，所以可以一次铣出，其工序余量即等于总余量 2mm。 定位和尺寸基准为粗加工后的前面。 =4mm 取粗铣每齿进给量=0.2mm/z n=150r/min p a z f min/ 4 . 75 1000 150160 1000 mm Dn vc 粗后端面的切削用量都和粗铣前端面的一样，但小于粗铣 A 面的值，所以 e a 机床功率足够。 3.73.7 钻钻 2-2- 9 9 孔：孔： rmmf/3 . 0 （参考文献1表 4-70）min/22mvc min/539 13 2210001000 r d v n 取钻床实际转速 ，则实际切削速度 min/500rn min/42.20 1000 50013 mvc NFf207813 . 013 7 . 4281 . 9 8 . 0 mNM f .29.1313 . 013021. 081 . 9 8 . 02 第第 4 4 章章 夹夹具具的的设设计计 设计工件工序 70钻、铰削加工 10F9mm 的孔并锪倒角 0.545的钻床夹 具。该夹具用于 Z525 立式钻床，并配上 9.8H12mm 的高速钢麻花钻、 9.96H10mm 的高速钢锥柄机用铰刀、10F9mm 的高速钢锥柄机用铰刀，按工 18 步对孔进行加工。 4.1 工件的加工工艺分析 转速器盘需要加工的10mm 孔的位置尺寸精度要求不高，孔的表面粗糙 049 . 0 013. 0 度值为 Ra6.3，并且10F9 为浅孔。在机械加工工艺规程中，分钻、粗铰、精铰、 倒角0.545进行加工。依靠所设计的夹具来保证加工表面的下列位置尺寸精度： 待加工孔 10F9 和已加工孔 9H11 的中心距离尺寸为 720.1mm； 待加工孔 10F9 和后平面的距离尺寸为 560.1mm。 由以上可知，该孔的位置尺寸精度要求不高，但是，两个相差 120筋板不 利于夹紧工件，会给加工带来一定困难，在钻孔的时候，工件的筋板会受到钻头 轴向力的作用产生微小变形，影响孔的加工精度。因此，在设计夹具时应注意解 决这个问题。 4.2 确定夹具的结构方案 确定定位方案，设计定位元件 该孔为通孔，沿着孔轴线方向的不定度可不予以限制，但是为增强加工时零 件的刚性，必定限制孔轴线方向的不定度，故应按完全定位设计夹具，并力求遵 守基准重合原则，以减少定位误差对加工精度的影响。 由于工件在钻 10mm 孔时两筋板的刚性较差，从保证工件定位稳定的观点 出发，采用“一面两孔”定位，即以已加工的后平面和两个 9mm 孔为定位基准， 这样，既增加了工件的稳定性，又兼顾了基准重合原则。为实现定位方案，所使 用的定位元件：圆柱销和菱形销在后平面和 9mm 孔定位，可以限制工件的五个 不定度，25mm 外圆柱下端面使用薄壁圆柱孔支承，限制工件沿 Z 轴的移动不定 度，从而达到完全定位。 确定夹紧方式和设计夹紧机构 两个 9mm 孔中的圆柱销和菱形销共同承受钻孔时的切削扭矩。在钻 9.8H12mm 孔时，由于孔径较小，切削扭矩和轴向力较小，并且轴向力可以使工 19 件夹紧，因此，在确定夹紧方式时就可以不考虑轴向切削力的影响，即可以不施 加夹紧力来克服轴向切削力。但由于切削扭矩会使工件产生旋转，因此需要对工 件施加向下压的夹紧力来克服切削扭矩。为便于操作和提高机构效率，采用压板 夹紧机构，其力的作用点落在靠近加工孔的 120 圆弧端面上。 夹紧力计算 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。本工序在钻削加工 过程中的切削力可以分解为切削扭矩和轴向切削力，因轴向切削力的作用方向与 夹具的夹紧方向相同，有助于工件的夹紧，因此，在计算夹紧力时可以不计算轴 向切削力。而为保证夹紧可靠，应将理论夹紧力乘上安全系数作为工件加工时所 需要的夹紧力，即： KWWk 其中，查机床夹具设计手册表 1-2-1 6543210 KKKKKKKK 得：、1.15、，5 . 1 0 K2 . 1 1 K 2 K0 . 1 3 K3 . 1 4 K0 . 1 5 K0 . 1 6 K 所以，= 2.691。K 查机床夹具设计手册表 1-2-7 得： p KsDM 8 . 02 21 . 0 查机床夹具设计手册表 1-2-8 得： 031 . 1 190 200 6 . 0 p K 由于钻头的直径为 d = 9.8mm，所以， (N mm )。59.10031 . 1 43 . 0 8 . 921 . 0 8 . 02 M 2 因此，实际所需要的夹紧力为： (N mm )。 5 . 28691 . 2 59.10 k W 2 夹紧机构采用压板机构，机构的传动效率为，螺母产生的夹紧力为：95 . 0 0 。 )( 21 tgtg LQ F z 夹 20 查机床夹具设计手册表 1-2-20，得： = 6.22mm，查表 1-2-21，得： = 3.675mm，查表 1-2-22，得，。 z 292 509 2 18 . 0 1 tgf = 2810.23(N) )( 21 tgtg LQ F z 夹 31.12675 . 3 18 . 0 22 . 6 12045 tg 则作用在压板上的夹紧力为： 0 FLFl 压夹 夹紧机构受力如图 2 所示。 L=60 F压 F夹 l=21 图图 4 4 夹紧机构受力示意图夹紧机构受力示意图 由公式得： 0 FL2810.23 21 0.95 F934.4() 60 N l 夹 压 在工件上的夹紧力作用点到钻头在工件上加工时作用点的距离为 压 F 49mm。因此，夹紧力产生的扭矩为： l (N mm )。 3 1024 . 8 4918 . 0 4 . 934FMlf 压压 2 工件受力如图 3 所示。 F钻 F夹 F压 M压 M切 图图 5 5 工件受力示意图工件受力示意图 因，故该铰链机构能满足钻孔加工要求。 k W 压 M 加工误差分析 用工件的“一面两孔”定位，使设计基准和工序基准重合，即遵守 “基准重合” 和“基准统一”原则，以减少定位误差，所采用的定位元件为定位销和菱形销，考 21 虑薄壁圆柱孔支承形状，将支承和夹具体铸成整体，即把支承铸成薄壁凸台。工件 定位如图4 所示。 圆柱销和菱形销的设计计算： 两定位销中心距 L x L = L xg 式中，L 工件两基准孔的中心距。 g L = L = 28mm。 xg 两定位销中心距公差 Lx = Lx Lg 3 1 5 1 式中，工件两基准孔的中心距公差。 Lg d 1 d 2 D1 D2 B 1min /2 2min /2 LgLg(基准孔中心距) LxLx(基准孔中心距) b 图图 6 6 工件定位示意图工件定位示意图 = 0.025(mm)。 Lx Lg 3 1 5 1 1 . 0 4 1 圆柱销最大直径 1 d = 9mm，公差取 g6，所以，圆柱销直径为 mm。 1 d 005 . 0 014 . 0 9 补偿值 22 (mm) min1 2 1 LxLg 式中，第一基准孔与圆柱销间最小配合间隙(mm)。 min1 (mm)123 . 0 005 . 0 2 1 025 . 0 1 . 0 菱形销宽度 B，b 根据表 8： B = D 2 = 92 = 7(mm)； 2 B = 4mm。 表表 8 8 菱形销尺寸表菱形销尺寸表 D2 /mm 3668820 202 4 243 0 304 0 405 0 B/mm2345568 B/mm D20.5D21D22D23D24D25D25 菱形销与基准孔的最小配合间隙 min2 =(mm) min2 108 . 0 9 123 . 0 422 2 D b 式中，第二基准孔最小直径。 2 D 菱形销最大直径（公差取 h6） 2 d = 90.108 = 8.892(mm) 2 d 2 D min2 所以，菱形销直径为 mm。 108 . 0 117 . 0 9 转角误差 a tg L tg dDdD a 2 min222min111 式中，工件定位孔的直径公差； 12DD 、 圆柱定位销的直径公差(mm)； 1d 菱形定位销的直径公差(mm)； 2d 23 圆柱定位销与孔间的最小间隙(mm)； min1 菱形定位销与孔间的最小间隙(mm)； 2min L 中心距(mm)。 所以， 0036 . 0 282 108 . 0 009 . 0 036 . 0 005 . 0 009 . 0 036 . 0 atg 需要加工的孔的公差mm，由该误差引起的定位误差为 8= 036 . 0 a tg 8 0.0036 = 0.028，该误差小于工件误差，即 0.0280.036，方案可行。 钻套、钻模板设计 为进行钻、铰加工，采用快换钻套，其孔径尺寸和公差如下： 钻 9.8H12 孔：麻花钻的最大极限尺寸为 9.8+0.15mm，则钻孔时所配 的钻套取规定的公差为 F8，即钻套尺寸为：9.95mm，圆整后可写成 10 035 . 0 013. 0 mm。 030. 0 008. 0 粗铰 9.96H10 孔：铰孔选用 GB1133-84 中的标准铰刀改制而成，其尺寸 为 9.96mm，按规定取铰孔时钻套的尺寸公差为 9.96+0.044G7，即钻套 044 . 0 029. 0 尺寸为：10.004mm，圆整后可写成 10mm。 024 . 0 006. 0 028 . 0 010. 0 精铰 10F9 孔：铰孔选用 GB1133-84 中的标准铰刀，其尺寸为 10mm，按规定取铰孔时钻套的尺寸公差为 10+0.023G6，即钻套尺寸为： 023. 0 013. 0 10.023mm，圆整后可写成 10mm。 017 . 0 006. 0 040 . 0 029. 0 钻套形状尺寸在机床夹具设计手册中查取。为了安装快换钻套，确定 选取固定衬套与之相配合使用。 设计钻模板：将钻套用衬套安装在钻模板上，钻模板通过销子和螺栓与夹 具体连接。钻模板的尺寸与形状自行设计。 夹具精度分析 机械加工中，保证加工出合格零件的必要条件是：加工误差不大于被加工零 件相应的公差。加工误差来源于两大方面：一方面是与机床有关的误差称加工方 24 法误差；另一方面是与夹具有关的误差，而此误差可分为零件在夹具中的定位 G 误差、夹具的对刀或导向误差及夹具的制造及在机床上的安装误差。根 D T A 据误差的随机性的特点，按概率原理合成，根据生产实际情况，与夹具有关的误 差占加工误差的绝大部分，故按机率相等的原理，取零件公差的 3/4 作为判别依 据得到保证加工零件合格的条件是：（零件相应加 222 ATD k 4 3 k 工尺寸的公差） ，因为加工方法误差取决于