轴套钻孔夹具设计

第 1 页 共 16 页引 言机械制造工艺设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、大部分专业课以及参加了生产实习之后进行的。这是我们在毕业之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们大学生活中占有重要的地位。通过本次毕业设计，应该得到下述各方面的锻炼：能熟练运用机械制造工艺设计中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，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，保证零件的加工质量。提高结构设计的能力。通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而且能保证加工质量的夹具的能力。学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。就我个人而言，通过这次设计，基本上掌握了零件机械加工工艺规程的设计，机床专用夹具等工艺装备的设计等。并学会了使用和查阅各种设计资料、手册、和国家标准等。最重要的是综合运用所学理论知识，解决现代实际工艺设计问题，巩固和加深了所学到的东西。并在设计过程中，学到了很多课堂上没有学到的东西。第 2 页 共 16 页1 机床夹具1.1 夹具的定义：夹具是机械制造厂里使用的一种工艺设备，分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检验夹具等。各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺设备，称为机床夹具，如国床上使用权用的三爪自定心卡盘，铣床上使用使用的平口虎钳等。相关机床夹具的基本概念： 定位：工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必 须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为定位。 夹紧：为克服切削过程中工件受外力的作用而破坏定位，必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。 装夹：定位和加紧综合称为装夹。 机床夹具：完成装夹的工艺设备称为机床夹具。1.2. 夹具的组成：(1)定位元件或装置 (2)夹紧元件或装置 (3)刀具导向元件或装置 (4)夹具在机床上定位的元件 (5)夹具体 (6)其它元件或装置1.3. 机床夹具的分类：按应用范围分： 第 3 页 共 16 页（1）通用夹具 （三爪、四爪卡盘 虎钳、回转工作台。） （2）专用夹具（用于批量生产）通用可调整夹具和成组夹具。（针对一组零件的某个工，由基础部分和可调整部分组成，元件可更换或调整） 组合夹具（用于单件小批）由标准化的元件组合而成，具有以下特点： (1)灵活多变，万能性强； (2)可大大缩短生产准备周期； (3)可减少专用夹具设计、制造的工作量，并可减少材料消耗； (4)用于单件、小批量生产及新产品试制。 组合夹具的类型：槽系组合夹具（靠键和槽定位）和孔系组合夹具（通过孔与销来实现元件间的定位）。1.4 用夹具装夹工件的作用：可以缩短辅助时间，提高劳动生产力； 易于保证加工精度的稳定； 可扩大机床的使用范围； 可以减轻劳动强度，保证生产安全；1.5 夹具的组成：(1)定位元件或装置 (2)夹紧元件或装置 (3)刀具导向元件或装置 (4)夹具在机床上定位的元件 (5)夹具体 (6)其它元件或装置第 4 页 共 16 页1.6 工件在夹具上的定位：六点定位原理：若使物体在某个方向有确定的位置，就必须限制该方向的自由度，所以要使工件在空间处于相对固定的位置，就必须对六个自由度加以限制。限制的方法就是用相当于六个支承点的定位元件与工件的定位基准面接触，这种用正确分布的六个支承点来限制工件的六个自由度，使工件在夹具中得到正确位置的规律，称为六点定位原理。根据定位基准和六点定位原理，确定工件的定位方法并选择相应的定位元件； 确定引导装置或对刀装置； 确定工件的夹紧方法，设计夹紧机构； 确定其它元件或装置的结构形式;确定夹具体结构形式;确定夹具总体轮廓。1.7 几个重要问题 1.7.1 夹具设计的经济性分析 除了从保证加工质量的角度考虑外，还应作经济性分析，以确保所设计的夹具在经济上合理。夹具总图上尺寸及技术条件的标注 具体讲，夹具总图上应标注以下内容： 夹具外形轮廓尺寸 与夹具定位元件、导向元件及夹具安装基准面有关的配合尺寸、位置第 5 页 共 16 页尺寸及公差 夹具定位元件与工件的配合尺寸 夹具导向元件与刀具的配合尺寸 夹具与机床的联接尺寸及配合 其他重要尺寸 1.7.2 夹具结构工艺性分析 在分析夹具工艺性时,应重点考虑以下问题: 夹具零件的结构工艺性 夹具最终精度保证方法 夹具的测量与检验 1.7.3 夹具的精度分析 影响被加工零件位置精度的误差因素主要有三个方面: 定位误差 夹具制造与装夹误差 加工过程误差 2.零件的分析2.1 零件的作用第 6 页 共 16 页题目所给的零件是轴承套，它主要的作用是加上紧定螺钉，以达到内圈周向，轴向固定的目的。但因为内圈内孔是间隙配合，一般只用于轻载、无冲击的场合2.2 零件的分析轴承套共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求，现分析如下：以 mm 孔为的中心的加工表面。这一组加工表面包括： 的端面021.3 40外圆及倒角， mm 的孔，其中主要加工表面为 mm 的孔。021. 21.03以 mm 为中心的加工两个 5mm 的孔。.0 这一组加工表面主要是加工 5mm 的孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：5mm 的孔与 mm 的孔的垂直度公差为 0.1mm。021.35mm 孔的对称度公差为 0.1mm。由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工第一组的表面，然后借助专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。2.3.基准位置误差计算2.3.1.工件的定位基准面误差 2.3.2.定位元件工作面误差 放在一起考虑 工件以平面定位的基准面误差主要是基准不重合误差，对于精基准， 一般不考虑基准位置误差. 工件以内孔定位（过盈配合） jw=0 工件以内孔定位（弹性芯轴、自定心心轴等）jw=0 第 7 页 共 16 页3工艺规程设计3.1 确定毛坯的制造形式由于零件的最大直径为 40mm，故直接取现成棒料，零件材料为 35钢。3.2 基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。3.2.1 粗基准的选择对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的，故本设计选取40mm 的外圆作为粗基准，用三爪卡盘支撑夹紧 40mm 的外轮廓作主要 定位面，限制上下窜动前后旋转四个自由度，然后夹紧进行铣削加工。3.2.2.精基准的选择精基准主要应考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸的换算。3.3.制定工艺路线制定工艺路线的出发点，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能得到合理的保证，在生产钢领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。工艺路线方案如下：工序 车两端面，保证尺寸 40mm，表面粗糙度 ，选用mRa3.6第 8 页 共 16 页CA6140 卧式车床。工序 车外圆 40mm，表面粗糙度 ，选取用 CA6140 卧mRa5.12式车床。工序 钻，扩，铰 mm 的孔，表面粗糙度达 ，选用021.3 a3.6Z535 立式钻床。工序 钻 5mm 的两小孔，并保证尺寸 150.1mm 及 100.1mm的孔定位，选用 Z535 立式钻床及专用钻模。工序 检查入库3.4.机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定轴承套零件材料为 35 钢，故直接取现成棒料给予加工。根据上述分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：外圆表面 40mm，其外圆直径为 40mm，故直接取棒料为45mm45mm。 40mm 外圆表面为自由尺寸公差，表面粗糙度值为，只要求粗加工，此时直径余量 2Z=5mm，已能满足加工要求。mRa5.12内孔 mm021.3因为毛坯为实心，孔精度要求为 IT7，查机械制造工艺设计简明手册确定工序尺寸及余量为：钻孔： 20mm钻孔： 28mm 2Z8mm 钻孔: 29.8mm 2Z1.8mm 钻孔： mm 2Z0.2mm 021.3两个 5mm 的孔表面粗糙为 ，故直接采用钻模直接钻孔mRa5.12第 9 页 共 16 页5mm3.5.确定切削用量工序 车 40mm 两端面，保证尺寸 40mm，选用 CA6140 卧式车床。3.5.1.加工条件工件材料：35 钢加工要求：粗车 40mm 两端面，半精车 40mm 两端面达要求。机床：CA6140 卧式车床3.5.2.计算切削用量已知毛坯长度方向的加工余量为 2Z5mm，故每个端面的加工余量为Z2.5mm进给量 f根据切削用量简明手册 ，取 f0.5mm/r计算切削速度查切削手册 ，切削速度的计算公式为(m/min)KvfyapxTmCVc其中 Cv=242 Xv=0.15 yv=0.35 m=0.2 T=60min ap=2mm kv=0.94所以： =162.9 m/min94.05.32106.4Vc第 10 页 共 16 页确定机床主轴转速 min/87.15249.610rdwVcsn按机床说明书与 1152.87r/min 相近的机床转速为 960r/min，故选取工序 车外圆 40mm，表面粗糙度 ，选用 CA6140 卧式车mRa5.12床切削深度 单边余量 Z 2.5mm，故一次切除进给量 根据切削用量简明手册取 f0.5mm/r计算切削速度 见切削手册(m/min)KvfyapxTmCVc=110.5m/min94.05.3.21064确定主轴转速 min/78245.1010rdwVcsn按机床选取 n960r/min所以实际切削速度 in/65.1309451rdV第 11 页 共 16 页3.6.工序 钻、扩、铰 mm 的孔。选用 Z535 立式钻床021.33.6.1.钻孔 20mm f0.41mm/r （见切削手册 ）V18m/min （见切削手册 ，按加工性考虑）min/6.280110rdwVsn按机床说明选取 nw=195r/min ，故实际切削速度为： min/25.10921rdwnV3.6.2.钻孔 28mm根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为：f(1.2 1.8)f 钻v(1/21/3)v 钻式中 f 钻，v 钻加工实心孔时的切削用量现已知 f 钻0.56mm/r （切削手册 ）v 钻19.25m/min （切削手册 ）f1.35f 钻0.76mm/r v0.4v 钻7.7m/minmin/58.72.10rdVsn第 12 页 共 16 页按机床选取 nw=68r/min所以实际切削速度为 min/98.51062rV3.6.3.扩孔 29.8mm根据切削手册 ，查得扩孔钻扩 29.8mm 孔时的进给量，并根据机床规格选f1.72mm/rV0.4v 钻0.419.25 7.7(m/min)故 min/3.82.9710rdsn按机床选取 nw=68r/min3.6.4.铰孔 mm021.3根据切削手册查得进给量 f0.34mm/rV0.4V 钻0.419.257.7m/min故 min/74.8130.10rdVsn按要机床选取 nw=68r/min工序 钻 5mm 的两小孔，选用 Z535 立式钻床及专用钻模。查切削手册得 f0.47mm/r v18m/minmin/5.14801rdwVsn按机床选取 nw=1200r/min所以实际切削速度第 13 页 共 16 页min/84.10251rdwnV4 . 夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要高计专用夹具。经过与指导教师协商，决定设计第道工序钻 5mm 的两小孔的钻夹具，本夹具将用于 Z535 立式钻床。4.1.问题的提出本夹具主要用来钻 5mm 二孔，这两个孔对轴承套都有一定的技术要求，因此故采用专用夹具加工。4.2.夹具设计4.2.1.定位基准的选择由零件图可知 5mm 二孔对轴承套中心线有对称度和垂直度要求，其设计基准为轴承套中心线，为了使定位误差减到最低，故采用定位心轴五点定位来加工 5mm 二孔。4.2.2.夹具设计及操作的简要说明本夹具设计主要是设计用定位心轴来定位。把定位心轴和盘用锁紧螺母锁住，用螺钉把盘和套锁紧，调整垫圈保证尺寸 150.1mm，最后用夹紧螺母把轴承套夹紧，其装配图及夹具体零件图见附图。第 14 页 共 16 页结束语本设计在刘兵老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着刘老师的心血和汗水，在三年的大学学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向刘兵老师表示深深的感谢和崇高的敬意。 这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向闽南理工学院，光电与机电工程系的全体老师表示由衷的谢意。感谢他们三年来的辛勤栽培。第 15 页 共 16 页致 谢在本次毕业设计中，我又学到了以前学习中