推动架课程设计说明说.docVIP

设计题目：推动架镗孔夹具设计班 级：姓 名：学 号：指导老师：目录第一章 设计任务书2 定位方案的确定21 定位方案的比较与选用22定位误差的计算第三章 夹紧方案的确定31夹紧力三要素的确定32夹紧机构的设计33夹紧力大小的计算第四章 夹具部件结构的选用与设计41定位原件的选用42夹紧部件的选用43导向架的设计第五章 与镗床连接部分的设计51底座的设计第六章 各零件图的绘制第七章 设计评价与说明71夹具的评价与说明72操作说明第八章 设计小结参考文献第一章 设计任务书采用镗床加工推动架16()孔，设计一个专用夹具，保证其孔加工精度和批量生产的要求，推动架的零件尺寸和结构参见推动架的零件图。采用的T5111立式镗床结构和基本尺寸如下图所示： 镗床的外型尺寸为324020004180mm镗床的基本参数如下：单位：mm型号主轴中心至立柱导轨的距离主轴端面至平台距离主轴最大轴向移动距离主轴及轴箱快速移动速度主轴箱移动距离主轴直径主轴锥孔最大镗孔直径最大钻孔直径分度转台直径T5111420500-2000400300mm/min15001006#240802000第二章 定位方案的确定21 定位方案的比较与选用由加工要求可知，要用镗床镗削加工16()的孔，根据六点定位原理要求知至少要限制其5个自由度，即分别为X轴的转动与平动、Y轴的转动与平动、Z轴的平动。 因此，经分析可得一下两种定位方案：1.采用短销大端面定位方案2.采用V形块，支承钉，圆柱销组合定位方案以上两种定位方案都能保证加工孔时所需限制的自由度，在短销大端面的定位方案中，虽然限制了被加工工件的的五个自由度，即为X轴的转动与平动、Y轴的转动与平动、Z轴的平动，但销的设计基准和工序基准并不重合。在V形块，支承钉，圆柱销的组合定位方案中，限制了被加工工件的五个自由度，即为X轴的转动与平动、Y轴的转动与平动、Z轴的平动，V形块能使工件的定位基准轴线在V形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，而且销的设计基准和工序基准重合。通过分析比较以上两种定位方案可得：短销大端面定位方案中设计基准和工序基准不重合存在着基准重合误差，不符合加工工序，从而增加了加工精度，而V形块，支承钉，圆柱销组合定位方案中设计基准和工序基准重合，符合加工工序，减小了对加工精度的影响，因此综合以上的考虑选着第二种V形块，支承钉，圆柱销组合的定位方案。22定位误差的计算由夹具的定位误差设计要求知，定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量说引起的加工误差。一般的定位误差的控制范围为 ，如此才能保证工件的加工精度要求。单圆柱定位销与孔的定位误差计算：，在上式中为定位孔最大直径（mm）；为定位销最小直径(mm)；为销与孔的最小间隙(mm)；为销的公差(mm)；为孔的公差(mm)。V形块的定位误差计算：，由于V形块角度已标准化，120V形块定位精度高，但稳定性差，k=0.077，而60V形块定位精度低，但稳定性高，k=0.5，90V形块定位精度和稳定性居中，应用最多，k=0.207在本夹具中，由于用立式镗床加工工件，工件因受到重力的作用使工件始终靠紧销的一侧，即以定位销的一条母线为基准，工件的定位误差为 =0.5。查看工件图纸可得定位孔的公差，因此=0.50.01=0.005，mm，由上式推出由以上计算得到的结果可知此定位方案满足了夹具设计的定位误差要求，因此此V形块，支承钉，圆柱销组合的定位方案的设计是可行的。第三章 夹紧方案的确定31夹紧力三要素的确定夹紧力包括夹紧力的方向、作用点和大小三要素，它们是夹紧装置设计和选择的核心问题。一个夹紧机构设计的好坏，在很大程度上取决于夹紧力三要素确定的是否合理。一、夹紧力方向的确定1 夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。2.夹紧的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。3.夹紧的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。二、夹紧力作用点的选择1 夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。2.夹紧力的作用点应选着在工件刚度高的地方。3. 夹紧力的作用点和支承点尽可能的靠近切削部位，以提高工件的切削部位的刚度和抗振性。4.夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。三、夹紧力大小的确定夹紧力的大小主要影响工件定位的可靠性、工件的夹紧变形以及夹紧装置的结构尺寸和复杂性，因此夹紧力的大小应当适中。分析推动架的孔加工方案，结合以上夹紧要求，得到以下夹紧方案：分析以上夹紧方案，夹紧力的方向与加工孔的方向垂直，这样有利于减小被加工孔的变形，作用点选择在推动架材料相对厚实的地方，也相对的减少了工件的变形，从而在一定程度上保证了加工精度。32夹紧机构的设计常用夹紧机构有斜锲夹紧机构，该机构的优点是有一定的扩力作用，可以方便的使力的方向改变90度，缺点是角较小，行程较长；螺旋夹紧机构也是一种常用的夹紧机构，它的优点是扩力比可以达到80以上，自锁性较好，结构简单，制造方便，适应性强，其缺点是动作慢，操作强度大；偏心夹紧机构也是一种常用的夹紧机构，它主要靠偏心轮转动时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件，其优点在于结构简单，操作方便，动作迅速。其缺点是自锁能力差，夹紧行程和增力比小，一般用于工件尺寸变化不大，切削力小而平稳的场合，不适合于在粗加工中应用。在参考了相似零件夹具的夹紧方案后，我采用了螺旋夹紧机构，利用它较大的扩力比，使操作者能以较小的力来夹紧工件。采用了此夹紧方案在机构设计时遇到了以下主要的设计问题：1. 为提高工作的效率，一般都采用了弹簧使夹紧机构自动回程，那螺旋夹紧机构在操作者夹紧工件后要能够自锁保证夹紧力的维持。2. 该工件用立式镗床加工，手应该布置在一个操作者容易施力的地方。3. 用何种机构将力传递到被加工工件的顶部。第一个设计问题，要求设计是就要考虑采用怎样的螺纹，使选用的螺杆满足以下自锁条件： ，为当量摩擦角； 当量摩擦系数； 摩擦系数；为螺旋升角；当然还应该用大于M12的螺杆，因通过手柄所产生的力矩极有可能将螺杆的螺纹部分拧断。设计完螺杆后还要用材料力学强度校核理论对其进行校核，以确保设计的安全和可靠。由标准回转手柄的内螺纹要求，采用M16的粗牙螺纹。其具的参数和计算公式如下所示：螺纹各参数示意图如上所示：H= d2=d2*H=d0.6495P d1=d2*H=d1.085P螺纹升角螺纹参数，公称直径M16，螺距P=2 mm，粗牙螺纹将螺纹的各参数代入公式计算出螺纹升角，然后代入螺纹自锁条件，查看是否满足自锁条件。具体计算如下：d2= d2=d2H=d0.6495P=160.64952=14.701mm；=arctan=arctan0.043；=arctan1.1550.15=arctan0.173（在没有润滑的情况下，f=0.10.2）； 由此可得设计时采用的螺纹能产生自锁，保证夹紧力的维持和稳定。第二个设计问题，要有利于操作者的方便使用和操作，因此考虑将手柄安装于夹具的上方和夹具的旁边，这两种方案。经过考虑我认为手柄在夹具的旁边靠上方更有利于操作者的施力和舒适的操作，因此在设计时将手柄设计在夹具的旁边靠上方。第三个设计问题，参考机床夹具设计手册，由于手柄在工件旁边，所以设计通过用螺钉，螺旋柱，螺柱作用与V形块，来夹住被加工的工件。此结构设计如图：由理论力学知识可知：33夹紧力大小的计算由机械设计的知识可得，拧紧力矩T等于螺旋副间的摩擦阻力矩T1和螺母端面于被连接件支撑面间的摩擦阻力矩T2之和，即T=T1+T2 。螺旋副间的摩擦力矩为T1= ；螺母与支撑面间的摩擦力矩万为T2= ； 整理以上公式得： ；螺母接触直径；孔的直径；螺纹公称直径，F螺杆轴向力数；为螺旋升角；为当量摩擦角；当量摩擦系数；摩擦系数。螺旋副的当量摩擦角，螺母环形支撑面的外径D0=1.5d；整理以上式子得：F=假如操作者所施加的力为F0=300N,那它通过手柄的力臂将产生的力矩T=300150=45000Nmm F=14062.5N=14.062KN经过以上的计算可的夹紧了F的大小，为了防止螺杆被拉断应用材料力学的有关知识校核螺杆的强度：=9.06N/=9.06MP经过上述的计算和校核，螺杆的强度符合要求，这也说明了设计时采用的螺杆选用的直径和螺纹是可用的,而且是安全的。工件夹紧在夹具体的中心，夹紧力所产生的正向压力必须有足够大，这样才能使产生的摩擦力来平衡镗床产生的切削力，在加工时工件便不能转动，牢牢的夹紧在夹具体中。切削的理论计算公式:在实际计算中，由于理论计算公式的准确性不够，因此通常采用经验计算公式：1.指数公式指数形式的切削力经验计算公式应用较广，其形式如下：在上式中 、分别为主切削力、进给抗力、切削深抗力、分别为上述三力的系数，其大小取决于工件的材料和切削条件的系数；、分别为三力分力中背吃刀量、进给量f、切削速度的指数、分别为实际加工条件与经验公式的试验条件不符时，各种因素对个切削力的修正系数2 单位切削力计算单位切削力是指单位面积上的切削力：一般在切削力的计算采用经验计算公式查阅机械加工工艺手册得到公式的系数和指数加工材料刀具材料加工形式公式中的系数和指数主切削力背向力进给力灰铸铁硬质合金镗孔9001.00.7505300.90.7504501.00.40切削三要素的选择=2mm f =0.6mm/r =16m/min由上述的经验公式得：将参数代如以上公式，计算得=1227N在夹紧力计算中的到夹紧力的合力F=2F=14062=2812NFf=28120.45=1265N因此在镗床加工时，镗刀的切削不会带动工件的转动，由此达到了设计的目的。第四章 夹具部件结构的选用与设计41定位原件的选用在机床夹具设计手册中包含了很多的定位销：小定位销、固定式定位销、可换定位销、定位插销等。它们都已经标准化，上端部有较长的倒角，便于工件的装卸，直径d与定位孔配合，是按基孔制g5、或g6、f6或f7制造的，其夹尾柄部分一般与夹具体孔过盈配合。手册中还包含了很多的支承钉，有平头、圆头和花头之分。它们都已经标准化，圆头支承钉容易保证它与工件定位基准面间的点接触，位置相对稳定，但易磨损，多用于粗基准定位。平头钉则可以减少磨损，避免定位表面压坏，常用于精基准定位。花头钉摩擦力大，但由于其容易存屑，常用于侧面粗定位。支承钉的尾柄与夹具体上的基体孔配合为过盈，多选为H7/n6或H7/m6。手册中也包含了很多的V形块，工件外圆以V形块定位是最常见的定位方式之一，两斜面夹角有60、90、120之分。90V形块使用最广泛，其定位精度和定位稳定性介于60、120之间，精度比60V形块高，稳定性比120V形块高。使用V形块定位的优点是对中性好，可用于非完整外圆柱表面定位。V形块有长短之分，长V形块限制四个自由度，其宽度B与圆柱直径D之比B/D1，短V形块只能限制二个自由度，其宽度有时仅2mm。它们均已经标准化，可以选用，特殊场合也可自行设计。在第二章中采用了V形块，支承钉，圆柱销的组合定位为最终的定位方案。1分析定位孔的直径为32mm，由手册中，可得直径大于10mm以上就需选用A型定位销。在设计手册中提供了直径32mm的三种固定式定位销，查看了工件的定位孔的深度为12mm，通过分析和计算，采用以下选用的设计数据。设计参数选用表： d基本尺寸极限偏差r630403018+0.041+0.028_54_3D-56461.5根据以上的数据，画出该零件图，具体的数据意义可参看如下夹具定位元件的零件图。2分析定位圆柱的直径为27mm，由设计手册中可得采用A型支承钉。通过分析和计算，采用以下选用的设计数据。设计参数选用表： d基本尺寸极限偏差r6251216+0.034+0.02332根据以上的数据，画出该零件图，具体的数据意义可参看如下夹具定位元件的零件图。3由第二章的夹紧机构设计要求，选用短V形块能较好的满足设计要求。分析定位部件的圆柱外径为27mm，由设计手册中可得，D在2535时应选用N=32mm的V形块。通过分析与计算，采用以下选用的设计数据。设计参数选用表： d基本尺寸极限偏差H73225356+0.01203270814251210915根据以上的数据，画出该零件图，具体的数据意义可参看如下夹具定位元件的零件图。42夹紧部件的选用在夹具的夹紧部件设计中已确定夹紧部件为V形块，手册中提供了很多中V形块的选择。V形块有固定式和活动式之分，根据工件与V形块的接触母线长度，固定式V形块可以分为短V形块和长V形块，前者限制工件两个自由度，而后者限制了工件的四个自由度。在夹紧机构的设计中，采用螺旋柱连接螺柱，再连接V形块来夹紧加工工件，零件图如下：采用的螺柱螺纹参数如下：公称直径M16，螺距P=2 mm，粗牙螺纹，因此手柄每转一圈钩形压板移动2mm。在操作者使用时，转动回转手柄便能将工件夹紧，钩形压板在弹簧的作用下一般保持在12mm之间，使用者只需转动手柄半圈或一圈就能将工件夹紧，提高了劳动的效率和生产率。43导向架的设计因为镗削深孔时采用的镗杆较长，因而镗杆的刚度就无法满足设计要求和加工要求，为了解决加工精度的问题可有以下两中方案：3 采用金刚镗床，应其定位精度有镗杆和工件的安装位置保证，且镗杆的刚度较好。8 采用支架和镗套，相当于增加一个支撑减小镗杆杆的变形，从而减少加工的误差，保证精度。查阅了机床夹具设计手册，金刚镗床加工16mm的孔时，它需要专门定制一根镗杆，从经济性和一般性上考虑，采用金刚镗床较立式镗床就显得逊色一筹，通过以上的分析和考虑采用立式镗床，这样必须设计导向架。支架安装镗套和承受切削力的作用，镗模底座承受包括工件、镗杆、镗套、镗模支架、定位元件和夹紧装置在等在内的全部重量以及加工过程中的切削力，因此支架和底座的刚度要好，变形要小。在机床夹具设计手册中提供了典型的支架结构和尺寸，为了满足更换和通用的原则，采用了手册上提供的结构和尺寸。支架有I型和II型之分，I型结构简单安装方便，因此采用I型结构和尺寸。具体的参数关系见下表：型式HBLS1S2.Si12.iabCdehklI按工件的高度而定按工件的相应的公差而定(1/23/5)H(1/31/2)H按工件的中心距而定按工件上的相应孔心距的公差而定102015253040352030203035按镗套的标准定参数的具体选用和大小参见如下的支架的零件图：由于设计时采用了普通的镗床，为了保证孔系的位置精度，需要采用镗模来引导镗刀，孔系的位置由镗模上镗套的位置来决定。镗套有两种：固定式镗套和回转式镗套，前者适用于镗杆速度低于20m/min时的镗孔，而镗杆速度高于这个速度时，为了减小镗套磨损，一般采用回转式镗套。在本夹具的设计中采用了固定式镗套，其尺寸和结构参见如下零件图：第五章 与镗床连接部分的设计51底座的设计设计底座时应注意的问题：1.支架与底座宜分开以便于制造。支架在底座上必须用两定位销定位，用螺钉紧固。2.支架必须有良好的刚性。支架装配基面宽度沿孔轴线的方向不小于高度H的一半。3.支架的厚度应该根据高度H的大小确定，一般取1525mm。4.支架应尽量避免承受夹紧力。5.底座应该有很好的刚性，底座厚度尺寸H与长度尺寸之比为1/51/7。6.为了增强刚性，底座采用十字形筋梁，筋条的间距一般为100*100。7.底座的壁厚一般取2025mm，筋厚一般取1520mm。8.底座上应有找正基面，以便夹具制造和装配，找正基面的平面度为0.05mm。9.底座上应设置供起吊用的吊环螺钉或起重螺栓。底座设计参数如下表：LBHEabdh按工件的大小而定(1/61/8)L(11.5)L10202030582030各参数的含义如下图所示：第七章 设计评价与说明71夹具的评价与说明专用夹具的优劣之分主要在于其定位的精度和效率的高和低，快速夹紧：本夹具通过螺旋夹紧机构来实现夹紧这一功能，在快速性上与偏心夹紧机构相比稍稍的逊色了一点，但在设计上螺旋夹紧机构显然比偏心夹紧机构扩力比大，自锁性较好，制造方便，适应性强，且螺旋夹紧机构易保证自锁条件的满足；结构：螺旋夹紧机构是一种最常用的夹紧机构，结构上它通过螺旋副连接部件，螺杆的螺旋运动使的部件沿着螺杆轴向运动，在通用的机构中，螺旋夹紧机构算是一种简单实用的机构。操作舒适性：夹具在设计时就考虑了这一点，有意的将操作手柄布置在夹具体的旁边，使操作者在装上工件后能方便的转动手柄将工件夹紧。夹紧效率：本夹具采用了螺距为2mm的粗牙螺纹，即回转手柄每转动一周被连接的部件运动2mm；这样的效率与偏心夹紧机构相比相对较低，但它还是具有中等的效率。对上述的性能评分： （+）为满分快速夹紧结构操作舒适性夹紧效率+平均为：3.3因此从综合多方面的因素考虑，本夹具的性能是较好的。72操作说明操作者通过转动夹具体旁边的回转手柄使螺旋柱横向运动，该螺旋柱和螺柱通过螺纹连接，螺旋柱的横向运动必然使得螺柱也横向运动，