K056-左摆动杠杆夹具课程设计1-钻φ15H8孔设计说明书.doc
K056-左摆动杠杆机械加工工艺规程及钻φ15H8孔夹具设计
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k056
摆动
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15
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夹具
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K056-左摆动杠杆机械加工工艺规程及钻φ15H8孔夹具设计,k056,摆动,杠杆,机械,加工,工艺,规程,15,h8,夹具,设计
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课 程 设 计 题 目：左摆动杠杆专用夹具设计班级：姓名：指导教师：完成日期：目 录 1 绪 论11.1 夹具的组成11.2 常用定位元件及选用21.2.1工件以平面定位21.2.2工件以外圆柱定位31.2.3工件以内孔定位31.2.4对定位元件的基本要求31.2.5常用定位元件所能限制的自由度42 夹具的设计步骤12.1 设计方案、设计方法、设计手段12.1.1 研究原始资料12.1.2 拟订夹具的结构方案13 钻床夹具的总体设计23.1 设计任务23.2总体方案的确定33.2.1 定位方案33.2.2 夹紧机构43.2.3 选择导向装置53.2.4 夹具体63.3绘制夹具装配图73.4夹具精度的验算93.4.1误差分析94机床的夹具设计94.1定位方案设计94.2导向装置设计104.3夹紧装置设计104.4夹具体设计115方案综合评价与分析116体会与展望201 绪 论机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。零件加工工艺及夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证尺寸证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。1.1 夹具的组成虽然夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。1定位支承元件定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。2夹紧装置夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不变。3连接定向元件这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。4对刀元件或导向元件 这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工正确位置的元件称为对刀元件，用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件。5其它装置或元件 根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。6夹具体 夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。常用的夹具体为铸件结构、锻造结构、焊接结构和装配结构，形状有回转体形和底座形等形状。上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。1.2 常用定位元件及选用工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。用定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。1.2.1工件以平面定位 1.以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面粗糙不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉。2.以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，用于面定位时用不带斜槽的支承板，通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利清除切屑。3.以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件。但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。4.以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承作定位元件。5.当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承作辅助定位元件，但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。1.2.2工件以外圆柱定位1.当工件的对称度要求较高时，可选用V形块定位。V形块工作面间的夹角常取60、90、120三种，其中应用最多的是90V形块。90V形块的典型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。V形块结构有多种形式，有的V形块适用于较长的加工过的圆柱面定位；有的V形块适于较长的粗糙的圆柱面定位；有的V形块适用于尺寸较大的圆柱面定位，这种V形块底座采用铸件，V形面采用淬火钢件，V块是由两者镶合而成。2.当工件定位圆柱面精度较高时（一般不低于IT8），可选用定位套或半圆形定位座定位。大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件，可选用半圆定位座。1.2.3工件以内孔定位1.工件上定位内孔较小时，常选用定位销作定位元件。圆柱定位销的结构和尺寸标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用。当工件圆柱孔用孔端边缘定位时，需选用圆锥定位销。当工件圆孔端边缘形状精度较差时，选用圆锥定位销；当工件需平面和圆孔端边缘同时定位时，选用浮动锥销。2.在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴定位，为了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜，当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高时，常以孔和端面联合定位。因此，这类心轴通常是带台阶定位面的心轴，当工件以内花键为定位基准时，可选用外花键轴，当内孔带有花键槽时，可在圆柱心轴上设置键槽配装键块；当工件内孔精度很高，而加工时工件力矩很小时，可选用小锥度心轴定位。综上：正确定位，必须选对定位基准。1.2.4对定位元件的基本要求 1.限位基面应有足够的精度。定位元件具有足够的精度，才能保证工件的定位精度。2.限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。3.支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中变形和损坏。4.定位元件应有较好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。5.定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。1.2.5常用定位元件所能限制的自由度 定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类：1.用于平面定位的定位元件：括固定支承（钉支承和板支承），自位支承，可调支承和辅支承。2.用于外圆柱面定位的定位元件：括V形架，定位套和半圆定位座等。3.用于孔定位的定位元件：括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销），圆柱心轴和小锥度心轴。2 夹具的设计步骤2.1 设计方案、设计方法、设计手段2.1.1 研究原始资料在明确夹具设计任务后，应对以下几方面的原始资料进行研究。1、研究加工工件图样了解该工件的结构形状、尺寸、材料、热处理要求，主要表面的加工精度、表面粗糙度及其它技术要求。根据设计任务书收集有关材料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和装订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计样图，以供参考。2、熟悉工艺文件，明确以下内容（1）毛坯的种类、形状、加工余量及其精度。（2）工件的加工工艺过程、工序图、本工序所处的地位，本工序前已加工表面的精度及表面粗糙度，基准面的状况。（3）本工序所使用的机床、刀具及其它辅具的规格。（4）本工序所采用的切削量。2.1.2 拟订夹具的结构方案拟订夹具的结构方案包括以下几个内容1）确定夹具的类型各类机床夹具均有多种不同的类型、钻床夹具有固定式、翻转式、盖板式和滑板式等，应根据工件的型状、尺寸、加工要求及重量确定为回转式。2）确定工件的定位方案，设计定位装置根据六点定位原则，通过分析工序图确定工件以椎孔定位，定位元件为心轴。3）确定工件的夹紧方式，设计夹紧装置常用的夹紧机构有斜楔夹紧、螺旋夹紧、偏心夹紧、铰链夹紧等。根据工件的结构，加工方法其因素确定为螺旋夹紧。4）确定引导元件（钻套的类型及结构尺寸）钻套的类型有固定式钻套、可换式钻套、快换式钻套、特殊式钻套，根据工件加工量确定为快换式钻套。5）用soildworks绘制夹具零件。6）用soildworks完成零件的装配体，并导出装配体的CAD二维图。3、主要工作程序1)零件本工序的加工要求分析。2)确定夹具类型。3)拟定定位方案和选择定位元件。4)确定夹紧方案。5)确定引导元件(钻套的类型及结构尺寸)。6)绘制夹具零件的三维图以及完成装配体。7)导出夹具的装配图。8）编写设计说明书和工序卡。3 钻床夹具的总体设计3.1 设计任务本设计的主要任务是设计一个钻床夹具，为了使钻孔的位置精确，必须对A型齿轮油泵泵体进行固定定位，提高加工精度，使之满足使用要求。被加工零件如下： 在设计专用夹具时为了能满足工件的加工精度要求，考虑了合理的定位方案、合适的尺寸、公差和技术要求。由于是批量生产，采用了固定式钻床夹具，提高了生产效率。在工艺性方面使这种夹具的结构简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。在使用性方面，这种夹具的操作简便、省力、安全可靠，排屑也方便，必要时可设置排屑结构。通过对钻床夹具设计的制作，进一步巩固了所学的基本知识，并使所学知识得到综合运用。学会查阅和收集技术资料，提高运用计算机辅助设计的能力，树立正确的设计思想和严谨的工作作风。3.2总体方案的确定3.2.1 定位方案工序图只是给出了原理方案，此时应仔细分析本工序的工序内容及加工精度要求，按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定具体的定位方案和定位元件。要拟定几种具体方案进行比较，选择或组合最佳方案。根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件及其组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的修理与维护。选用一短圆柱销与一大平面限制工件5个自由度，再用一空间中倾斜一角度的菱形销限制剩下的一个自由度，此时工件被完全定位。因此根据本次夹具设计的零件，我采用的定位方案为一短圆柱销与一大平面及一菱形销组合定位，6个自由度被全部限制。考虑到零件的磨损与更换方便，故均采用可换定位销。所选用定位销类型及对比分析：图2-2短形定位销 图2-3菱形定位销 如图2-2短形圆柱销能够使所设计的夹具体占用的空间小且能够满足夹紧要求。如图2-3菱形定位销，本夹具定位方式为一短圆柱销与一大平面及一菱形销组合定位，所以选用该定位销。 图2-4 圆柱定位销 图2-5菱形销定位综上所述所选用的定位方式为一短圆柱销与一大平面及一菱形销组合定位。3.2.2 夹紧机构(1)夹紧力的方向：夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性，不能使工件有脱离定位表面的趋势，并防止工件在夹紧力的作用下产生变形。(2)夹紧力的作用点：夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置。确保工件定位准确、不变形。(3)选择夹紧机构：在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：安全性 夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止意外伤及夹具操作人员；手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度；夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率；手动夹紧机构应操作灵活、方便。确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力大小，选择和设计动力源。夹紧方案也需反复分析比较，确定后，正式设计时也可能在具体结构上作一些修改。经我组同学共同讨论，总结出以下四种夹紧方案：方案一 使用84法兰直接加紧；方案二 用84法兰加紧，并在E面背侧用一V形块辅助支承；方案三 用48芯轴、D面开口螺母夹紧；方案四 D面方形法兰压紧，及E面背侧V形块辅助支承。由于工件批量较大，宜使用快速装夹以提高生产效率。方案一可能导致刚度不足引起变形；方案二的辅助支承不易操作，但装夹准确度较高；方案三容易操作；方案四装夹也较复杂。四种夹紧方式各有利弊，但均可实现。本人所选用为方案一。3.2.3 选择导向装置导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，如钻孔导向套、镗套、对刀装置、对定装置等，这些装置均已标准化，可按标准选择，常用的几种钻套如下图所示 图2-6可换钻套 图2-7快换钻套 图2-8固定钻套（A、B型）根据本设计夹具类型，工件大批大量生产，为提高加工效率，优先选用快换钻套。但经尺寸计算及论证可知，使用快换钻套时，三个钻套相互间会发生干涉现象。故三个独立的快换钻套不可用。然后考虑将三个钻套做成一体。经计算可知，钻套尺寸将过于巨大，且难加工。一旦其中任何一个钻套损坏，整个钻套即需更换，经济性不好。故此种方案亦不可行。考虑到以上原因，同时顾及到钻套距工件间距离，易采用长型固定钻套。其结构如下图所示。图2-9 长型固定钻套3.2.4 夹具体用来安装和固定定位元件，夹紧机构和钻模板的实体。具体大小根据整个机构的大小而调整，要保证机构的稳定，水平，所以形位公差会有较严格的要求。夹具体是夹具的基础体，它将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体，并通过它将夹具安装到机床上。它的结构形状及尺寸大小，取决于加工工件的特点、尺寸大小，各种元件的结构和布局，夹具于机床的连接方式，切削力、重力等大小的影响。夹具体应满足以下几点计算要求：1、应有足够的强度和刚度；2、力求结构简单及装卸工件方便 ；3、结构工艺形好；4、排屑切屑要方便；5、在机床上安装稳定可靠；6、具有适当的精度和尺寸稳定性根据要求夹具体选用铸件3.3绘制夹具装配图画出定位元件和导向元件，按夹紧状态画出夹紧元件或机构，必要时可用双点划线画出松开位置时的夹紧元件的轮廓，画出夹具体，其他元件或机构，以及上述各元件与夹具体的联结，使夹具形成一体，标注必要的尺寸，配合和技术条件。对零件编号，填写标题栏和零件明细表。其中还要在定位，导向完成后进行定位精度验算，在夹紧机构完成后进行夹紧力的验算，以及重要的受力元件或机构的强度、刚度验算。（1）总装配图应按国家标准尽可能1：1地绘制，这样图样有良好的直观性。主视图应按操作实际位置布置，三视图要能完整清楚表示出夹具的工作原理和结 构。（2）视工件为透明体，用双点画线画出主要部分（如轮廓，定位面夹紧面和加工表面）。画出定位元件、夹紧机构、导向装置的位置。（3）按照夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构。（4）画出夹具体及其他联接用的元件（联接体、螺钉等），将夹具各组成元件联成一体。（5）标注必要的尺寸、配合、公差等夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。夹具与机床的联系尺寸，即夹具在机床上的定位、国定尺寸。如车床夹具的莫氏硬度、铣床夹具的对定装置等。夹具与刀具的联系尺寸，如用对刀块对刀时塞尺的尺寸、对刀块表面到定位表面的尺寸即公差。如快换钻套与衬套之间采用间隙配合，其尺寸公差为，衬套与钻模板之间采用过盈配合，其尺寸公差为。夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。如定位螺杆14与夹具体孔的配合。各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差。如设计中菱形定位销7相对于已加工好两孔中心线位置要求mm；上述联系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相应公差的1/31/10,最常用的是1/3。（6）标注技术条件和要求。定位元件的定位面间相互位置精度。定位元件的定位表面与夹具安装基面的位置精度。如定位螺杆14与夹具体底面的平行度不得大于0.01；菱形定位销7和加工工件孔配做，定位销1与钻模板2和夹具体30上的孔配做，定位销1还与斜面体6和夹具体30上的孔配做，圆锥销21和固定板22和夹具体30上的孔配做。定位表面与导向元件间的位置精度。快换钻套2孔中心线对于夹具体28底面的垂直度误差不得大于0.01/100。导向元件工作面间的位置精度。两个快换钻套中心线之间满足。 夹具上有检测基准面的话，还应标注定位表面，导向工作面与该基准面间的位置精度。夹具装配图上应标注必要的尺寸和技术要求，主要目的是为了检验本工序零件加工表面的形状，位置和尺寸精度在夹具中是否可以达到，为了设计夹具零件图，也为了夹具装配和装配精度的检测。（7）对零件编号，填写标题栏和零件明细表。 每一个零件都必须有自己的编号，此编号是唯一的。在工厂的生产活动中，生产部件按零件编号生产、查找工作。 完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。完整填写明细表，一般来说，加工工件填写在明细表的下方，标准件、装配件填写在明细表的上方。注意，不能遗漏加工工件和标准件、配套件。3.4夹具精度的验算3.4.1误差分析1、位置精度夹具的主要功能是用来保证工件加工表面的位置精度。影响位置精度的主要因素有三个方面： 1）工件在夹具中的安装误差，它包括定位误差和夹紧误差。 2）夹具在机床上对定误差，指夹具相对于刀具或相对于机床成形运动的位置误差。 3）加工过程中出现的误差，包括机床的几何精度、运动精度，机床、刀具、工件和夹具组成的工艺系统加工时的受力变形，受热变形，磨损，调整、测量中的误差，以及加工成形原理上的误差等。 第三项一般不易估算，夹具精度验算是指前两项，其和不大于工件允差的2/3为算合格。6机床的夹具设计4.1定位方案设计4.1.1工件在夹具体中的定位通过分析零件可知，15的孔是以12孔的中心轴线、与左端面为设计基准，为保证“基准重合”的原则，选择以下的定位方案：用定位销定位，定位销位于12的孔内, 限制了两个方向的平动与两个方向的转动自由度；用支承钉顶住左端面定位，限制一个方向的平动；用支承钉顶住下端面，与定位销共同限制一个方向的转动；由上分析，此种定位方案共限制了6个自由度，实现了完全定位，保证加工的准确性。4.1.2定位误差的分析由于实现了定位基准与设计基准的统一，所以基准不重合度误差为0。基准位移误差为15孔的加工误差，所以此种定位方案实现了定位误差的最小。4.2导向装置设计根据工序7的加工工步：钻孔-扩孔-铰孔。与加工所用的刀具（铣刀）与机床（四面组合机床），采用快换钻套与衬套想配合的方式作为铣刀与钻刀的导向装置。快换钻套的选取：根据经验公式H=（12.5）d可以确定钻套的高度为1537.5。再根据表9-10可以选取相应的钻套。衬套的选取：根据所选的快换钻套，选取与之配合的衬套。排屑间隙的确定：根据经验公式h=（0.71.5）d可以确定排屑间隙为10.522.5，选取12。根据定位装置与快换钻套与衬套，设计钻模板。4.3夹紧装置设计根据支承钉钉分布情况与工件的定位方法，采用两种相辅相成的夹紧方式：夹紧螺钉定位，使夹紧力指向定位基准；偏心轮夹紧，并使夹紧力指向下端面。此种夹紧方案，能限制所有方向的移动与转动，夹紧可靠，保证加工精度。具体如装配图。4.4夹具体设计根据定位方案、导向装置、夹紧装置的要求，并考虑结构公益性和清除切削等要求，设计夹具体，具体见夹具体图。7方案综合评价与分析此套方案，从机械加工工艺规程设计到夹具体的设计，都是在分析零件的功能与工艺性的基础上展开的。工艺规程制定合理、规范，有很强的实用性。夹具体的设计，从定位方案的设计，到导向装置与夹紧装置的设计，也是以零件为基本，所以做到合理。总之，这套方案合理、规范，使用性强。8体会与展望通过此次课程设计，进一步复习所学的机械制造技术基础、精度设计与检测、机械图学与机械设计等课程的内容，并运用到实践。锻炼了自己运用所学知识的能力、自己发现问题解决问题的能力和设计能力。但通过此次课程设计，也体会到：所学知识不扎实，运用能力还是不强等自身的不足。这些都将会促进我更进一步的学习。参考文献1绉青.机械制造技术基础课程设计指导教程M.北京:机械工业出版社，20042韩正铜.机械精度设计与检测M.江
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