转向器钻孔夹具设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321转向器侧盖钻孔夹具设计学校代码：10410 序号：20050464本 科 毕 业 设 计 题目： 转向器侧盖钻孔夹具设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 曾 振 江 学 号： 20050464 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 机制052班 指导教师： 樊 十 全 二OO九年 五 月摘 要此次设计是对转向器侧盖零件的钻孔专用夹具设计，加工零件为铸件，具有体积小，零件复杂的特点。针对加工孔的工序选择“一孔一销”的定位方式，并以操作简单的手动螺旋夹紧方式夹紧，其机构设计简单，方便且能满足要求。关键词：转向器侧盖，夹具设计，定位，夹紧Abstract: Jfk)f B 4:0rLnV This design is on the side cover steering drilling special fixture design parts,the processing components are a casting, with a small size, the characteristics of complex parts. Hole machining process for selecting a hole and a selling positioning of the way and simplicity of operator manual screw clamp way clampts organization design is simple, the convenience also can satisfy the request. #A1,ygT 9 f*BnOY Key words: Steering box side cover, fixture design, orientation, clamping 前言 在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的，用以固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工的一种工艺装备，统称为夹具。因此，无论是在机械加工，装配，检验，还是在焊接，热处理等冷，热工艺中，以及运输工作中都大量采用夹具。但在机械加工中应用最为广泛的是金属切削机床上使用的夹具，我们称其为机床夹具。它在保证产品优质，高产，低成本，充分发挥现有设备的潜力，以便工人掌握复杂或精密零件加工技术，以减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。因此，机床夹具的设计和使用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。机床夹具主要有如下主要作用：1.保证加工精度；2.提高劳动生产率，降低生产成本；3.减轻工人操作强度，降低对工人的技术要求；4.扩大机床的工艺范围；5.减少生产准备时间，缩短新产品试制周期；机床夹具的种类很多，按专业化程度可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具、标准夹具、随行夹具、组合机床夹具等。此次设计的是钻孔专用夹具。钻床夹具的主要任务是保证刀具旋转轴线对工件定位表面有正确的相互位置，根据工件的集合形状和尺寸结构及工艺特性，选择不同形式的钻模以保证产品精度和生产率。 在近几十年中，夹具的基本组成部分并无明显变化，但随着机械工业的迅速发展，对产品品种和生产率提出了越来越高的要求，使多品种、中小批量生产成为机械工业生产的主流，为了适应机械工业这种发展的趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。目 录1设计任务 61.1设计题目 61.2工件的加工工艺分析 71.3 钻床夹具特点的分析 72 工件的定位方案分析 82.1工件的定位原理 92.2具体定位方案分析 92.3定位元件的选择 102.4定位误差分析 10(1)位置度误差分析 10(2)偏转度数误差分析 10(3) 竖轴心线的偏移误差分析 113 工件夹紧方案的分析 113.1工件的夹紧原理 113.2.夹紧装置的确定113.2.1夹紧装置的组成和基本要求 113.2.2具体的夹紧装置 123.3夹紧力的确定 133.3.1夹紧力的方向的确定 133.3.2夹紧力的作用点 133.3.3夹紧力大小的计算 13（1）切削力的计算 14（2）夹紧力的计算 16 3.3.4移动压板的确定 174引导装置的确定 184.1引导装置的作用 184.2具体的引导装置 184.3钻套与工件之间的距离计算 195钻模板的确定 196底座的确定 207夹具操作过程及选取机床、刀具 21总结与致谢 22参考文献 2323 1设计任务姓 名曾振江班 级机制052学号20050464设计题目转向器侧盖钻孔夹具设计指导老师樊十全零件名称转向器侧盖材料QT450-10生产类型中批量生产毛坯铸件生产纲领年生产量 5000 件设计任务零件简图如下，本工序钻削加工转向器侧盖四个孔12.5mm，设计钻孔专用夹具 1设计题目1.2工件的加工工艺分析加工工件为转向器侧盖，工件材料为球墨铸铁，牌号为QT450-10。本工序主要钻削加工四个12.5mm的孔,钻削深度为11mm。四个孔的加工位置要求：孔心位置度偏差为0.2mm，孔的横轴心连线向上偏转5度，孔的竖轴心连线向右偏移5mm。具体的尺寸分布见工件零件图。1.3 钻床夹具特点的分析钻床夹具的特征是：带有钻套和安放钻套的钻模板，故习惯上称之为“钻模”。钻床夹具的类型较多，根据被加工孔的分布情况，可分为以下五类。（1）固定式钻模 这种钻模在使用时，是固定在钻床工作台的。用于在立轴式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。如果要在立式钻床上使用固定式钻模加工平行空系，则需要在机床主轴上安装钻模时，一般先将装在主轴上的定尺刀具伸入钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固。这种加工方式的钻孔精度比较高。（2）回转式钻模 回转式钻模主要用于加工同一圆周面上的平行孔系，或分布在圆周上的径向孔。有立轴、卧轴和斜轴回转等三种基本形式。由于回转台已标准化，并作为机床附件由专门厂生产供应，固回转式钻模的设计，大多数情况是设计专用的工作夹具和标准回转台联合使用。（3）翻转式钻模 这类钻模没有钻轴和分度装置，在使用过程中需要用手进行翻转。主要适用于加工小型工件分布几个方向的孔。使用翻转式钻模可减少减少工件装夹次数，提高工件上各孔之间的位置精度。（4）盖板式钻模 这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上。钻模板在工件上装夹，适合于工件上的小孔加工。夹具结构简单轻便，易清除切屑；但是每次夹具需从工件上装卸，较费时，故此钻模的质量一般不宜超过10 kg。（5）滑柱式钻模 这种钻模是一种带有升降钻模板的通用可调夹具，在生产中应用较广泛。滑柱式钻模的结构已经标准化了和规格化了，具有不同的系列。使用时，根据工件的形状、尺寸和加工要求等具体情况，专门设计制造相应的定位、夹紧装置和钻套等，装在夹具体的平台或钻模板上的适当位置，就可用于加工。此次我设计的夹具工件是侧盖.如图为其中一部分（B向视图） 此次设计是针对图中四个孔设计的盖板式钻孔夹具.2 工件的定位方案分析2.1工件的定位原理工件在夹具中定位的任务，就是通过定位元件限制工件的不定度，以满足工序的加工精度要求。目前一般习惯上把工件定位范畴内的位置不确定性称为自由度，因此工件定位就是限制工件的自由度。工件在夹具中的定位问题，可以采用类似于确定刚体在空间直角坐标系中的位置方法加以分析。工件在夹具中所占空间位置不确定的最高程度，即工件在空间最多只能有六个自由度。根据工件各工序的加工精度要求和选择定位元件的情况，工件在夹具中的定位通常有如下几种情况：完全定位、部分定位、欠定位、重复定位、复定位等。工件在夹具中定位，若六个自由度都被限制时，称为完全定位。若六个自由度没有被完全限制时，称为部分定位。若实际定位支承点或实际限制的自由度个数少于工序加工要求应予限制的自由度个数，则工件定位不足，称为欠定位。若几个定位支承点重复限制同一个或几个自由度时，称为重复定位。2.2具体定位方案分析该套夹具主要用于钻孔加工。经分析知，需要限制工件的五个自由度。即：X轴方向的移动自由度、转动自由度，Y轴方向的移动自由度、转动自由度以及Z轴的转动自由度（Z轴的移动自由度无须限制）。首先分析该工件的定位基准。要限制工件的五个自由度，拟定该工件的定位基准面为工件的圆柱端侧面和底面。结合工件的具体形状特征，该夹具采用“一销一孔”的定位.首先将工件的圆柱端插入底座的长定位套孔46中（该长定位套与底座实行过盈配合）。此长定位套限制了工件的四个自由度，即X轴和Y轴方向的移动、转动自由度。此时工件仍可绕Z轴转动，工件旋转到合适位置，再插入定位插销（定位插销限制了Z轴方向的转动），即可实现定位。为了实现工件的预定位及提高工件定位稳定性，同时设置一个辅助支承钉。在该套夹具未夹紧工件之前，由于工件重心超出主要支承所形成的稳定区域，工件重心所在一端便会下垂而使工件上的定位基准面脱离定位元件。设置支钉先实现预定位，然后在夹紧力作用下再实现与主要定位元件全部接触的准确定位。定位简图如下：1底座 2长定位套 3工件（侧盖） 4钻模板 5定位插销 6定位衬套 7辅助支承 2.3定位元件的选择该套夹具的定位元件主要有长定位套和定位插销。查机床夹具设计手册，选取1.长定位套（定位衬套）:A46H740 GB2201-80 热处理:20渗碳深度0.81.2mm HRC5560按GB699-65优质碳素结构钢钢号和一般技术条件2.定位插销B13f756 GB2205-80;20渗碳深度:0.81.2mm HRC5560 热处理:按GB699-65优质碳素结构钢钢号和一般技术条件3.支承：M1025 GB2227-80 热处理45: 全部HRC4050; 4.短定位套:B13H618 GB2201-80 热处理:T8 HRC5560;2.4定位误差分析定位误差是指由于定位不准而造成的某一工序在工序尺寸（通常指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。对某一定位方案，经过计算其可能产生的定位误差，只要小于工件有关尺寸或位置公差的，一般即认为此定位方案能满足该工序的加工精度要求。定位误差主要是由基准位置误差和基准不重合误差两项组成。前文已经对工件的主要定位参数进行了分析，此工件的定位即是尽量达到参数要求。因此，具体的定位误差比较复杂，应该逐项进行分析。此定位中，定位基准和设计基准重合，即基准不重合误差为0，只需分析基准位置误差。计算项目有三个，如下：1.位置度误差分析； 位置度误差工件圆柱侧面直径公差； 长套内孔直径公差；代入数值得： =0-（-0.39）+（0.119-0.08） =0.078mm 2.偏转角度误差分析 ； ；可知：=arc tan() 偏转角度误差； 偏转角度；长定位衬套与工件圆柱侧面配合位置误差；菱形销与定位衬套配合位置误差；L 定位孔13与46的中心距；其中，L=88.6mm代入数值得：= arc tan() =0.0313. 竖轴心线的偏移误差分析； 该误差产生的原因在于定位衬套与工件圆柱侧面配合间隙，类似于项目1，可知其误差亦为0.078mm 由上述分析可知,该定位系统定位误差满足要求。我选择的工件定位孔是46与13。孔距公差为0.015,定位平面的平面度为0.02.光洁度为7级.3 工件夹紧方案的分析3.1工件的夹紧原理为使工件在定位件上所占有的规定位置在加工过程中保持不变,就要用夹紧装置将工件夹紧.保证工件的定位基准与夹具上的定位表面可靠的接触,防止在加工过程中移动、振动、或变形.夹紧装置的基本任务就是保持工件在定位中所获得的既定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和振动，确保加工质量和生产安全。3.2.夹紧装置的确定（插图）3.2.1夹紧装置的组成和基本要求在机械加工中，工件将受到切削力、离心力、惯性力等外力的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移，一般在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠地夹紧。典型的夹紧装置，是由以下几个部分组成的。力源装置、中间递力机构、夹紧元件与夹紧机构。夹紧装置的基本要求：（1）在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支承；（2）夹紧力的大小要适当、可靠；（3）夹紧装置应操作安全、方便、省力。夹紧装置的自动化程度和复杂度应与工件的产量和批量相适应；3.2.2具体的夹紧装置该套夹具的夹紧方式为手动夹紧，夹紧机构为螺旋夹紧机构。典型的螺旋夹紧机构具有下列特点：结构简单、扩力比大、自锁性能好、行程不受限制、夹紧动作慢等。本套夹具的夹紧装置为两块可移动压板。通过螺栓夹紧移动压板，达到夹紧作用。夹紧装置图如下： 1垫圈 2螺母 3手柄 4螺栓 5螺母 6压板 7弹簧 8螺母 9支柱 3.3夹紧力的确定3.3.1夹紧力的方向的确定使夹紧力有助于定位，在保证安装的真确可靠,减少工件的变形,定位方便和在可以减少所需夹紧力的大小的前提下,夹紧力的方向应满足：1.夹紧力应垂直于主要定位基准面。2.夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。该套夹具的夹紧方向和工件重力方向、切削加工方向一致。工件的定位工作面为圆柱侧面和水平面。 3.3.2夹紧力的作用点 夹紧力的作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。选择夹紧力作用点位置和数目时，应考虑工件定位可靠，防止夹紧变形，确保工序的加工精度。 1. 夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移和偏转。2.夹紧力的作用点，应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。3.夹紧力的作用点应尽可能靠近工件加工表面，以提高定位稳定性和夹紧可靠性。该套夹具的夹紧力作用点有两处，是移动压板与工件作用部位。3.3.3夹紧力大小的确定夹紧力的大小必须适当。夹紧力过小，工件可能在加工过程中移动而破坏定位，不仅影响质量，还可能造成事故；夹紧力过大，不但会使工件和夹具产生变形，对加工质量不利，而且造成人力、人力的浪费。该套夹具的夹紧力的大小主要取决于切削P和重力G。重力是可认为不变的,而切削力在切削的过程中是变化的.影响切削力的大小因素很多,如工件质量的不均匀,加工质量的不均匀,刀具磨损以及切削用量的变化等.同时夹紧力也和其他因素有关,如夹紧件和工件及工件与定位件间接触表面的光洁度,工艺系统的刚性等等,因此夹具夹紧力的设计只能对其作初略的估算。计算夹紧力，通常将夹具和工件看成一个刚性系统来简化计算。根据工件受切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。（1）切削力的计算建立直角坐标系，并列出切削孔圆心的坐标值工件切削孔的位置如图:四个孔的加工直径均为12.5mm切削孔的坐标值如表1:表 1 孔号孔坐标(毫米)孔径 (毫米)进给量 (毫米/转)xy S171.81123.6112.50.102126.61129.5612.50.10377.7457.0312.50.104132.6761.8212.50.10 查机床夹具设计手册可得切削力计算公式：;轴向切削力(N.m);D 钻头直径（mm）；S 每转进给量（mm）；修正系数；查表可得;HB工件材料的布氏硬度值（取最大值）；HB=197代入数值可得：; =5373.50.1581.021; =848.3N;上式计算出的值是单孔钻削的切削力，即：N；而切削合力P=； =4848.3； =3393.2N;用几何方法求切削合力的坐标值，合力的坐标位置：X=；Y= 表 2孔号pixipixiyipiyi1134.671.819665.626123.6116637.9062134.6126.6117041.706129.5617438.7763134.677.7410463.80457.037676.2384134.6132.6717857.38261.828320.972 由表2可求： =4134.6=538.4； =9668.626+17041.706+10463.804+17857.382 =55028.518; =16637.906+17438.776+7676.238+8320.972 =50073.892; X =55028.518538.4; =102.208; Y =50073.892538.4; =93.005;可知切削合力的作用点在X=102.21,Y=93.00的位置（2）夹紧力的计算 本道工序是对侧盖面上四个孔的钻削加工，在钻孔的过程中，钻削力距M切迫使工件有转动趋势，则靠由压块夹紧所产生的摩擦力矩来克服。 M切=0.21 ； 式中 M切钻削力矩（N.m） D钻头直径（mm） s每转进给量（mm/r） Kp修正值（查表） D=12.5mm, s=0.1mm, Kp=1.021 代入计算得 M切=5.3 N.m M切总=45.3=21.2N.m（四个钻头同时工作） 而 M切总=fa 理论夹紧力（N）；f 摩擦系数；a 摩擦力臂；其中摩擦系数f取0.25，摩擦力臂a为切削合力位置到压板作用点的两段距离之和（两段近似认为相等），经分析知a为0.125m可求=678.4N最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需的夹紧力的数值。即: 式中 -实际所需夹紧力（N）； W -在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力（N）： K 安全系数；安全系数K可按下式计算：;式中：为各种因素的安全系数，可查表得到；基本安全系数 =1.5; 加工性质系数 =1.0;刀具钝化系数 =1.15； 切削特点系数 =1.2;夹紧力稳定性系数=1.0; 手柄位置系数 =1.0;接触点系数 =1.0；带入数值计算得:=1.51.01.151.21.31.01.0 =2.07 求得：实际夹紧力=678.42.07 =1404.3N 3.3.4移动压板的确定 该移动压板的主要尺寸由需要提供夹紧力的大小来确定。查机床夹具设计手册，可得： Q= ； Q 移动压板螺栓提供的原动力； 实际夹紧力；移动压板的机械效率；计算简图如下： 其中=2，=0.9。代入数值得：Q=3120.6N 该套夹具有两块移动压板，可求单块压板螺栓需提供原动力=1560.3N查机床夹具设计手册，可选用螺纹公称直径为20mm的螺栓，其他具体尺寸见零件图。 4引导装置的确定4.1引导装置的作用在钻床上加工孔和孔系时,大都采用引导装置。用以引导刀具进入正确的加工位置,并在加工过程中防止或减少由于切削力等因素引起的偏移,提高刀具的刚性,从而保证零件上加工孔的精度。在钻床上加工的过程中,引导装置保证同轴各孔的同轴度、各孔孔距精度、各轴线间的平行度等。因此,引导装置如同定位元件一样，对于保证工件的加工精度有着十分重要的作用.4.2具体的引导装置该套钻孔夹具的引导元件主要是钻套。钻套直接压入钻模板或夹具体上。钻套按其结构可分为固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套及回转钻套。固定钻套其外圆与钻摸采用配合，磨损后不易更换。主要适用于中、小批量生产的钻模上或用来加工孔距甚小以及孔距精度要求较高的孔。因此套钻夹具加工量不大,磨损较小，孔距离精度要求较高,所以选用固定钻套.为了防止切屑进入钻套孔内，钻套的上下端应稍突出钻模板为宜，一般不能低于钻模板。特选用带肩固定钻套，主要用于钻模板较薄时，用以保持必需的引导长度，也可做为为主轴头进给时轴向定程挡块使用。如图：钻模板与固定钻套外圆一般采用H7/p6的配合.且必须有很高的耐磨度,材料选择T10A按GB1298-77碳素工具钢技术条件.淬火HRC5864.选择的钻套B12.532 GB2262-80.4.3钻套与工件之间的距离计算钻套下端面与工件表面之间应留一定的空隙C,使开始钻孔时,钻头切屑刃不位于钻套的孔中,以免刮伤钻套内孔.如图查机床夹具设计手册，可得C=（0.30.7）d,其中d为钻孔直径取C=0.5d 而工件钻孔直径为12.5mm 故C=6.25mm 5钻模板的确定在引导装置中,钻套通常是安装在钻模板上,因此钻模板必须具有足够的刚度和强度,以防变形而影响钻孔精度.设计模板时应注意以下几点：1. 钻模板上安装钻套的孔之间及孔与定位元件的位置应有足够强度。2. 钻模板应有足够的刚度，以保证钻套位置的准确性，但有不能做的太厚太重。钻模板一般不应承受夹紧力。3. 为保证加工的稳定性，悬挂式钻模板导杆上的弹簧力必须足够，是模板在夹具上能保持足够的定位压力。钻模板按其与夹具体连接的方式,可分为固定式钻模板、铰链式钻模板、可卸式钻模板、盖式钻模板、滑柱式钻模板和活动钻模板等。在此套钻模夹具中选用的是盖式钻模板,这种钻模板的结构与可卸式钻模板区别不大，在装卸工件时需从夹具体上装上或卸下。它是直接以工件本身的基准面定位，并且利用工件上的孔用螺旋压板夹紧在工件上。它的加工精度较可卸式钻模板高，主要用于模板定位孔有较严要求的场合。此时应以被加工孔的工序基准作为定位基准，以达到较高的位置精度。在夹具体上采用一面双孔定位,螺栓紧固,钻模精度较高。6底座的确定该底座承受钻模板和工件重力，同时必须承受钻削时产生的振动。因此底座必须具有较高的刚度和抗振能力。底座材料选用铸铁HT200，该铸铁为灰铸铁，主要用于制造承受压力和振动的零部件，如机床车身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等。具体的技术要求主要有：1.铸件必须经退火处理，硬度达到HB157220。2.铸件不得有气孔缩孔砂眼等缺陷。3.2-25孔与钻模板配作，以保证中心距。（具体图样见零件图）7夹具操作过程及选取机床、刀具此