《机械制造装备设计》课程设计-类轴向多孔成组钻模.doc

湖南理工学院课程设计资料系 部 机 电 系 班 级 03级机自3班 学 号 姓 名 指导教师 材 料 目 录序号名称数量1课程设计任务书12课程设计报告书13课程设计图纸34课程设计其它资料56课程设计资料归档名 称 盘类轴向多孔成组钻模 系 部 机 电 系 班 级 03级机自3班 指导教师 审 核 材 料 目 录序号名称数量备注1课程设计计划12课程设计任务书13课程设计管理材料4课程设计总结1机械制造装备设计课程设计任务书课程设计名称：盘类轴向多孔成组钻模课程设计要求：1设计结构方案合理可行，内容正确，其结构应简单实用。2设计计算方法正确，制定夹具零件图加工工艺合理。3全面完成规定的设计任务，图面质量好，符合制图标准。4课程设计工作进度计划：序号时间工 作 内 容11天审阅图纸：全面分析零件的技术要求，明确设计夹具的主要目的及其使用条件，准备相关技术资料22天拟订夹具结构方案：工件定位方案拟订工件夹紧方案拟订刀具引导方案拟订夹具体结构，与机床安装方式及其他部分结构型式。确定夹具的最佳结构方案，绘制夹具的结构草图32天夹具结构方案精度分析和计算：正确选择定位元件，进行定位误差分析计算，设计夹紧机构及夹紧力计算，确定各配合元件的配合关系及材料选择45天绘图：绘制夹具装配图，绘制被加工零件图、夹具主要零件图（2件以上）并制定其出合理的机械加工工艺52天整理、编写课程设计说明书及设计体会3主要参考文献：1. 机床夹具设计手册2. 机床夹具图册3. 机械设计手册4. 机械制造装备设计教材5. 机械制造技术基础教材6. 互换性与技术测量教材7. 机械工程材料教材课程设计报告书 题 目： 盘类轴向多孔成组钻模 系 部： 机 电 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 03机自3班 姓 名： 学 号： 1403131304 年 月 日目录一零件设计1二定位方案和定位元件设计2三元件选择及其布置 3四其它元件设计6五定位误差的分析计算7六导向方案及导向元件设计8七夹紧方案和元件设计9八钻模板的设计11九钻模的整体结构12十夹具使用及维护注意事项13十一主要参考书目13十二课程设计心得体会14夹具设计分析(一) 零件分析本类零件中，先是要求钻出直径为3.2的孔，然后再攻出螺纹，本工序只要求钻出各空即可。由于各孔尺寸和位置精度要求都不高，用普通摇臂钻床便可达到要求。为减低成本，提高生产率，扩大钻床的使用性能，在工件加工工序中使用专用夹具，因此，需要设计盘类轴向多孔钻模。夹具的基本要求：1工件为中。小批量生产。夹具要与之相适应，尽量结构简单经济。2本工序将完成孔的粗，精加工，要求夹具设计能保证设计图纸上孔的各项加工精度要求。3.尽量采用标准元件，使夹具元件规格化，典型化，以缩短夹具设计周期，降低成本。（二）定位方案和定位元件设计1. 基面的选择基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一，基面选择的正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，可以使加工质量得到保证，否则，会使加工困难，甚至造成报废。基准：是工件上用来确定其他表面（线，或点）的位置时所依据的表面，与设计直接有关的基准：工序基准，定位基准精基准的选择选择选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑如何保证工件的尺寸精度和位置精度，并使用起来方便，一般应按下列原则选择：1）基准原则：应选用设计基准作为定位基准2）基准统一原则：应尽可能在多数工序中选用一组统一的原则定位基准来加工其他各表面。采用基准统一原则可以避免基准转换所产生的误差，并可使各工序所用夹具来加工个工序所用夹具的某些结构相同或相似，简化夹具的设计和制造。3）自为基准原则：有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，应选择加工表面本身作为定位基准。4）互为基准原则：对于互相位置精度要求高的表面，做为精基准可以采用互为基准，反复加工的方法。5）可靠，方便原则：应选定位可靠，装夹方便的表面做为基准，此处只要考虑基准重合原则。粗基准的选择选择基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续工序提供精基准选择粗基准的出发点是：一要考虑如何合理分配各加工表面的余量，二要考虑怎样保证不加工表面和加工表面的尺寸及相互位置要求，一般应按下列原则来选择1） 若工件必须保证某些重要表面的加工余量均匀，则应优先该表面为相基准。2） 若工件每个表面都有加工要求，为了保证个表面都有足够的余量，应选加工量最不的表面为粗基准3） 若工件必须保证某个加工表面与加工表面之间的尺寸及位置要求，则应选某个加工表面的粗基准4） 选做粗基准的表面应尽可能平整，没有飞边，浇口，冒口或其他缺陷。粗基准一般只允许使用一次，在工件工序图中，用来确定本工序加工表面位置的基准，加工表面与工序基准之间，一般有两次核对位置要求：一是加工表面对工序的距离要求，即工序尺寸要求；另一次是加工表面对工序基准的形状位置要求，如平行度，垂直度。工件定位时，用以确定工件在夹具中位置的表面（或点，线）称为定位基准定位基准的选择，一般应本着基准重合原则，尽可能选用工序基准备作为定位基准，工件在定位时，每个工件的夹具中的位置是不确定的，一般是限制工件的六个自由度，分别是指：沿三坐标轴的移动自由度，和绕三坐标轴转动的自由度，分别由x, y, z, X，Y，Z表示。为了保证孔对基准面的尺寸精度，应当限制工件的X，Y，z3个自由度，为了保证孔间距离的尺寸精度及各孔同轴度，须限制y，为了保证孔轴线的平行度，须限制Z。同时，为了保证孔端面的间距尺寸精度还限制x,因此，应是全定位。 零件的夹紧方案本零件在钻模内的定位可以初步确定： 图中的底表面作为主要定位面，是根据定位时要工序基准尽量与定位基准重合以减少误差，从而消除z方向的移动，X和Y轴的转动；21mm孔为孔工序基准，作为第二定位基准，从而消除x, y；零件侧面工序基准选作第三定位面，消除Z向转动。 （三）元件的选择及其布置1用于主要定位面的定位元件 由于定位面为工件的精基准，故支承钉选用定位插销A型。另因零件尺寸不大，考虑到零件为中，小批量生产，设计如下： 材料：T8A； 技术要求：1）.锐边倒角； 2）.表面发蓝或其他防锈处理；3）.淬火HRC55-60；4）.d=3.2mm d1=6mm D1=8mm l=25mm L=35mm 由于夹具体为过盈配合，为防止定位时插销时的配合不稳定，在插销底面采用紧固拉紧。由于工件尺寸不大，形状不复杂，所以定位面采用三点定位，便可以满足要求。2第二定位方案拟订： 由于定位面为工件的精基准，故定位心轴选用自行设计。 材料：T8A 技术要求：1.表面对锥面中心线的径向跳动不大于0.005mm； 2锐边倒钝； 3表面发蓝或其他防锈处理；4 . 热处理：HRC55-60；5与夹具体配合：H7/r6,与工件配合H7/f7。6主要尺寸：D=30mm d=16mm L=127mm7其他技术条件按GB2259-80（机床夹具设计手册P261）。3第三定位面方案拟订： 该定位元件主要是限制Z，为了保证足够的工件装卸空间，同时又减低操作工人的劳动强度，该处设置一快撤性夹紧机构实现限位。依据零件设计标准设计如下：1）.压板：材料：45 1热处理：HRC38-42。 2与夹具体配合：H7/r6,与工件配合H7/f7。 3为防止与夹具配合时由于装入时磨损而造成定位不稳定，底部采用螺钉固定。 4主要尺寸：L=160mm B=50mm H=32mm 5其他技术条件按GB2259-80（机床夹具设计手册P192）。2）.垫圈：材料：45钢1 锐边倒角；2 表面发蓝或其他防锈处理；3 热处理：HRC35-40。4 其他技术条件按GB2259-80（机床夹具设计手册P186）。其结构图为：（详细尺寸要求及注意事项见零件图）（四）其他元件设计1夹具体1）.夹具体的设计：材料：T8按GB1298-77优质碳素工具钢技术条件。热处理：HRC55-60。其他技术条件按GB2259-80机床夹具零件及部件技术条件。2锁扣 材料：45 1）.锐边倒角。 2）. 表面发蓝或其他防锈处理，热处理：HRC43-48。 3）. 其他技术条件按GB2259-273机床夹具零件及部件技术条件。（五）定位误差的分析计算遵循定位原理，可使工件在夹具中占据预定而正确的加工位置。这里所指的支承点和工件，是几何概念和物体。实际上工件的定位基准和定位元件均有制造误差，因而工件在夹具中的实际位置，将在一定的范围内变动，即存在一定的定位误差。设计定位装置时，就要控制这一误差在加工要求所允许的范围内。工件在夹具中进行定位时，由于工序基准的变动对加工表面位置尺寸所造成极限值之差称为定位误差，产生的原因是：1. 工序基准与定位基准不重合；2. 工序基准自生在位置上发生偏移或者位移。 本夹具采用两面一孔定位，且在设计时考虑到使工序基准和定位基准重合，所以A不会发生，所以影响的是第二基准本身偏移对误差有影响，且偏移对Z的影响几乎没有，即DW（Z）=0；对X的定位DW（X）=D+d=min（机床夹具设计手册P25表1-1-12）D-定位圆孔直径公差d-定位心轴直径公差min-定位孔与插销间的最小间隙D=ES-EI=21-0=21md=es-ei=-20-(-41)-21mmin=20mDW(X)=21+21+20=62mX向定位公差为0.2mm。又0.2X1/3=0.067 0.062=DW(X)此设计符合要求。对Y定位，属圆孔定位中的固定边接触 DW（y）=1/2(Dy+dy+min)W(y)=1/2(21+21+20)=31mY向定位公差为：0.1mm0.1X1/3=0.0330.031=DW(y)出于此类零件本身精度要求不高，故此定位误差在要求的误差在范围之内符合设计要求。（六）导向方案及导向元件设计钻床夹具中钻头的导向采用钻套，钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套等四种。其中：（1） 固定钻套是直接压入钻模板或夹具体的孔中，过盈配合，位置精度高，结构简单，但磨损后不易更换，适合于中、小批量生产中只钻一次的孔。（2） 对于要连续加工的孔，如钻一扩一铰的孔加工，则要采用可换钻套，或快换钻套。而可换钻套是先把衬套用于过盈配合H7/n6或H7/r6固定在钻模板或夹具孔上，再采用间隙配合H6/g5或H7/g6将可换钻套装入社套中，并用螺钉压住钻套。这种钻套更换方便，适合于中批以上生产。（3） 对于在一道工序内要连续加工孔，应采用快换钻套。快换钻套与可换钻套结构上基本相似，只是在钻套头部多开一个圆弦状或直线状口子。换钻套时，只要把钻套逆时针转动，当口子转动到螺钉位置时便可取出，换套方便迅速。 钻套设计时，要注意钻套的高度H和钻套底端与工件间距离h，钻套高度是指钻套与钻头接触部分的长度。太短不能起到导向作用，降低了位置精度，太长则增加磨擦和钻套的磨损。一般H=（12）d，孔径d大时取小值，d小时取大值，对于d5mm的孔，H2.5d。h的大小决定排屑空间的大小，对于铸铁类脆性材料工件，h=(0.60.7)d；对于钢类韧性材料工件，h=(0.70.5)d。h不要取得太大，否则会容易产生钻头偏斜。对于在斜面、弧面上钻孔，h可取再小些。故根据以上要求，再由于钻模板可换则本钻套采用固定钻套。钻套的设计材料：T10A1 D对D的径向跳动不在于0.01mm；2 D的公称尺寸，系刀具的最大尺寸，其允差为Db或Dc；3 热处理：淬火HRC6064；4 基本尺寸：d=3.2mm D=8mm H=12mm；5 其他技术条件按GB 2259-80 机床夹具零件及部件技术条件。详细要求见零件图：钻套结构图(七)夹紧方案和元件设计1)夹紧的目的及要求工件在夹具中定位后一般应夹紧,使工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏.由于工件在过程中受切削力.惯性力.夹紧力等的作用,会形成变形或位移,从而印象工件的加工质量。所以工件的夹紧也是保证加工精度的一个十分重要的问题.为了获得良好的加工效果,一定要把工件在加工过程中的位移.变形等控制在加工精度所允许的范围内。夹紧机构设计时一般应满足以下主要原则:1.夹紧时不能破坏工件在定位元件上所获得的位置。2.夹紧力应保证工件位置在整个加工过程上所获得的位置。3.使工件不产生过大的变形隔阂表面损伤。4.夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构必须保证自锁，机动夹紧机构应有连锁保护装置，夹紧行程必须足够。5.夹紧机构操作必须安全.省力.方便.符合工人操作习惯。6.夹紧机构的复杂程度.自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。为了保证工件在夹紧过程中不会因为多点夹紧而产生位移和偏移，同时为了减小工件的装卸时间，减轻操作工人的劳动强度，降低夹具设计和制造成本，本零件夹具采用可自锁夹紧机构，参见机床夹具设计手册图2-2-57。而本设计采用螺栓螺母施力机构。其优点是结构简单.制造方便.施力范围大.自锁性能好。2）夹紧误差的计算工件在夹紧过程中，由于弹性弯曲变形，位移或偏转，以及工件定位基准面与定位元件支撑面之间的接触变形而将造成工序基准的位移，从而造成工件的夹紧误差。工件在固定支撑上定位时其接触变形为：Yi(KRzRz+KHBHB)+C1Nzn/9.81Sw（机床夹具设计手册P60）Nz-作用在支承元件上的法向力（N）S-支承元件与工件的接触面积Rz-工件定位基准面的粗糙度HB-工件材料硬度根据夹紧元件的选择，其系数分别为：KRz=0.016 KHB=-0.0045 C1=0.776+0.053F n=0.6W=0.6 Ra=3.2um Rz=16um所以Yi=0.01616+(-0.016)181+0.776324070.6/9.812=-368.5(um)即夹紧满足要求。注：机床夹具设计手册P40，P41表1-2-13机械工程师手册（上）P7-13表7-163）夹紧机构及其元件的选择为了保证工件在夹紧过程中不会因为多点夹紧而产生位移和偏移，同时为了减小工件的装卸时间，减轻操作工人的劳动强度，降低夹具设计和制造成本，本零件夹紧采用螺栓螺母施力机构，参见机床夹具设计手册图2-2-57。元件的设计与选择：螺栓：M16*180 GB798-76螺母：56-76M16 GB756-76垫圈：16-100 GB95-85对于钻模板，参阅机床夹具设计手册P379，依据工件尺寸，标准压板长度不能满足要求，需要自己设计：1.材料：45号钢。按照GB699-65优质碳素钢结构钢和一般技术条件2.热处理:HRC35-40。3.其他技术条件按GB2259-80机床夹具零件及部件技术条件。4.钻模板总长度设计为147mm。5.其他尺寸：厚14mm 宽116mm GB2188-80元件强度校核：螺母的强度校核：W0=WKlL=32406/2095=17055N MQ=W0rtg1+r2tg2+a r=12.44 r2=7.3505 a=229 2=950 tg1=0.16 MQ=1705512440.16+7.3505tg=61348.5NmmM16螺栓许用夹紧力10300N,许用夹紧扭矩37180Nmm因夹紧机构中有俩套铰链夹紧装置: 1/2 W0=1/21705510300 1/2MQ=1/261348.537180 强度符合要求。见机床夹具设计手册P55表1-2-24。(八)钻模板的设计 钻模板与夹具体相连,它啊是保证钻床夹具精度的重要零件。按钻模板在夹具体上的连接方式可分为以下几种。 （1） 固定式钻模板 固定式钻模板靠螺钉固定联接固定联接在夹具体上，在装配后镗钻套底孔，保证钻套底孔的位置精度要求。因此，固定式钻摸板精度较低，结构也比较复杂。 （2）铰链式钻摸板 钻摸板采用铰链与夹具体连接，可以方便的打开，便于装卸工件，清理切屑，对于钻孔后需要攻螺纹的情况尤为合适。但钻套位置精度较低，结构也比较复杂。 （3）可卸式钻模板 可卸的钻模板以两孔在夹具体的一组圆柱销的菱形消位上定位，并用铰链螺栓将摸板和工件一起夹紧，加工完毕需将钻摸板卸下才能装卸工件。其工作原理与盖板式钻床类似。使作这类钻模板是装卸模板费时费力，钻套的位置精度较低，故一般多在使用其他形式的钻模板不便于装卸上工件时采用。当工件有几个加工面时，为了便于装卸工件，可将其中的一个或两个工作面的钻模板做成的可卸式的。 （4）活动式钻模板 在某些情况下，钻模板往往不能像上序各类钻床借据一样设置在夹具体上，而是将它连接在主轴箱上，并随主轴箱而运动，这种钻模板称为活动钻模板。 本钻模板采用可翻转式钻模板。其主要要求如下： 材料：451 L及D按结构选用，并在夹具图上有注明；2 D孔装配后镗出；3 去尖角245；4 热处理：HRC3540；5 其他技术条件按GB2259-80机床夹具零件及部件技术条件。（九）钻模的整体结构 注：图中双点划线的为工作（十）夹具使用及维护注意事项 本夹具先适合于小型盘类零件（如法兰盘）的钻孔加工。通常工件是以已加工端面和中心孔定位，限制五个自由度。对于不对称结构则以侧面用挡销再限制一个回转自由度。该侧面可以是精基准，也要以是粗基准。夹具上采用螺母通过开口垫圈加紧工件。 翻版连同钻模又焊接夹具体上的两个支角T托住后（见图中假想线位置），-可以装卸工件，他们翻转到工作位置时，由锁扣通过弹簧力锁紧锁住后，可以进行钻孔。 其中，钻模板和定位心轴都是可换件，可以根据不同工件的需要进行更换。 插销是在钻好一个孔后，插进该孔，以增强加工稳定性，确保各孔间的位置精度。若孔径不大时，也可以不用。 本夹具由于采用了翻版结构代替翻转式钻