底座钻孔夹具设计

机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩机电及自动化学院机电及自动化学院底座钻孔夹具设计说明书姓 名： 学 号： 专 业： 届 别： 课任老师： 2011 年 12 月 13 日至 2012 年 1 月 12 日底座钻孔夹具设计2目 录一、前言 3二、零件工艺分析42.1、零件的作用42.2、零件的技术条件分析机加工面的选择42.3、底座的机械加工工艺过程52.4、底座的机械加工工艺过程的分析5三、切削用量的确定6四、定位方案设计84.1、方案选择 84.2、定位误差分析 84.3、选取定位元件 104.4、导引元件的选择 10五、夹紧方案设计 115.1、夹紧机构设计 115.2、切削力计算 125.3、夹紧力计算13六、夹具总体设计14七、小结 15底座钻孔夹具设计3八、参考文献 16九、附录 16底座钻孔夹具设计4一、前言夹具课程设计是一个非常重要的教学环节，它既要求我们通过设计能获得综合应用过去所学的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力，这也为以后做好毕业设计进行一次综合训练和准备。在我们学完过机械制造工艺学，工艺技术基础课以及专业课之后并参加了一些实践活动后，此次的设计是对大学期间所学各课程及相关的应用绘图软件的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。学习工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法；锻炼自己熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能。而实际机械加工是讲究经济性，高效性，以及美观合理，作为学生的设计肯定在设计过程中有很多与实际不合，再所难免，望老师指出并给予指导。希望自己通过这次夹具课程设计能够掌握和理解对知识的应用，找出自己的不足，在步入社会之前补充自己的能力，为以后的发展做好准备。底座钻孔夹具设计5二、零件的工艺分析夹具工序图2.1、零件的作用上枕座用于支销轴，起支撑，定位，保护等作用，是机器的重要组成部分之一。2.2、零件的技术条件分析机加工面的选择底座材料 45#。根据工程材料知识可以知道：45 号钢为优质碳素结构用钢 ,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理。经调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质+表面淬火提高零件表面硬度。再经过时效处理后可以消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸。生产批量为大批量生产，由生产批量可得到相关信息为：毛坯精度中等，加工余量中等；加工机床部分采用通用机床，部分采用专用机床，按零件分类，部分布置成流水线，部分布置成机群式；广泛采用专用夹具，可调夹具和钻模模板等；按零件产量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用专用刀具和量具；部分采用划线找正底座钻孔夹具设计6装夹，广泛采用通用或专用夹具装夹；有较详细的工艺规程，用工艺卡管理生产。2.3、上枕座的机械加工工艺过程根据零件图可得到:零件整体要求精度较高，其所有的表面均为加工面，其中水平面的平面度要求较高，销轴槽的侧边距离精度和相对于中心轴线 A 的对称度要求也较高，粗糙度整体要求也很高。上枕座的零件尺寸很大，但又是板状零件，整体装夹比较困难。因此机械加工工序应该:遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准外圆面 A 和底面 B。遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。遵循“先面后孔”原则，孔和螺纹孔在各个面加工完后再加工。2.4、上枕座的机械加工工艺过程的分析2.4.1、定位基准的选择根据零件图的要求，对零件而言，尽可能选择不加工面为粗基准，而对有若干不加工表面的工件选用要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准；同时根据零件毛坯的形式。加工上枕座时，先以毛坯面 C 为粗基准车外圆面，而后以外圆面 A 为精基准作为而后工序的加工基准，具体的工序应根据其位置距离精度和公差来具体看待。2.4.2、工艺过程的分析根据零件的具体要求和各种加工方法所能够达到的经济度和粗糙度能力，查阅机械制造工艺学和机械制造工艺手册各加工面的加工方法（如表 1）：表 1、工序流程表工序号 工序 定位基准工序 1 车外圆面 A 平面 C工序 2 铣平面 C，D 平面 C，平面 D工序 3 铣底面 B 中心轴线 A工序 4 铣平面 J，倒圆角 R3，铣平面 I 平面 B底座钻孔夹具设计7工序 5 铣上端面 平面 B工序 6 铣平面 F,G，倒圆角 R1.5 平面 B工序 7 铣平面 K，L 中心轴线 A工序 8 铣销轴槽 平面 B工序 9 磨平面 G 中心轴线 A工序 10 钻-铰孔 12 中心轴线 A工序 11 钻扩孔 18 中间面工序 12 钻-攻螺纹孔 M16，M10 中间面工序 13 清洗、去毛刺、倒角底座钻孔夹具设计8三、切削用量的确定3.1 切削用量的选择原则正确的选择切削用量对提高切削效率，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量具有重要的作用。3.1.1 粗加工时切削用量的选择原则粗加工时加工精度于表面粗糙度要求不太高，毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。金属切除率可以用下式计算：ZVfa1000式中：Z 单位时间内的金属切除量（mm /s）V 切削速度（m/s）F 进给量（mm/r）a 切削深度（mm）提高切削速度、增加进给量和切削深度，都能提高金属切除率。但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能的大的吃刀深度 a，其次选择一个较大的进给量 f，最后确定一个合适的切削速度 V。选用较大的 a 和 f 以后，刀具耐用度 t 显然也会下降，但要比 V 对 t 的影响小得多，只要稍微降低一下 V 便可以是 t 回升到规定的合理的数值，因此，能够使V、f、a 的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大 a 可使走刀次数减少，增大 f 又有利于断屑。因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是比较有利的。（1）切削深度的选择：粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和有机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精度加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量即将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。（2）进给量的选择：粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量是应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚度和强度好的情况下，可选用大一些的进底座钻孔夹具设计9给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减少进给量。（3）切削速度的选择：粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑机床的许用功率。如超过了机床的许用功率，适当减低切削速度。3.1.2 精加工时切削用量的选择原则精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。因此，选择加工的切削用量是应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。（1）切削深度的选择：精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较为显著，影响加工质量。（2）进给量的选择：精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，单残留面积高度才、增大，切削力上升，表面质量下降。（3）切削速度的选择：切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤个鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。由此可见，精加工时选用较小的吃刀深度 a 和进给量 f，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度 V，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。底座钻孔夹具设计10四、夹具设计4.1、方案选择：方案一：以中心轴线 A 为基准，用圆形装置夹紧工件进行加工，加工时外圆面 A 定位3 个自由度，再以底面为定位面定位 2 个自由度。由于前面的加工工序的原因，所装夹外圆面工件的壁厚太小，夹紧力不能太大，且夹紧装置不易制造，要求过高，虽然可以满足侧面的对称度要求，但是方案过于理想，实际生产中不易实现。方案二：以平面 J 为基准，以底面定位 3 个自由度， J 定位 2 个自由度，夹紧力作用于Z 和 X 两个方向，在垂直于铣削方向的两侧面的其中一面，设计两个辅助支承，用以提高夹紧刚度和稳定性。这种方案的缺点是由于选用 J 为基准，会有基准不重合误差，但是这种方案易于实现，夹紧可靠，相对于方案一更为合理。4.2、定位误差分析定位误差是由于工件在夹具体（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。定位误差主要的来源有两方面：（1）由于工件的定位表面或夹具上的定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差。 （2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。对于方案二铣槽侧面定位误差的原因有两个：基准基准与设计基准不重合的误差和基准位移误差，由设计图和加工工艺可知基准位移误差为零，而基准不重合误差包括了定位支承板的安装面相对于放置工件底面的支承面得垂直度误差和支撑板的厚度误差。4.2.1、定位误差:（1）基准不重合误差由于设计基准为中心轴线，定位基准是侧面，二者是不重合的，心轴的基准不重合误差为支承板的厚度误差与支承板安装面与放置工件底面的垂直度误差之和： 28.0.20bj底座钻孔夹具设计11（2）基准位移误差 0wj综上所述，夹具的总定位误差小于零件形位公差，故该设计可行。4.3、选取定位元件由于定位是以工件侧面 J 为主定位，在工件侧面加一支承板，进而设计专用夹具。故主定位元件是用紧固螺钉固定于夹具体上的标准支承板。底座钻孔夹具设计12五、夹紧方案设计5.1、夹紧机构设计方案一：将夹紧力施加于朝底面的方向，在夹具体中间设计一带有可换垫片的压板，用两个螺栓固定紧固，侧面用压紧螺钉和压板的配合夹紧。方案分析：用可换垫片可提高生产效率，但夹紧力作用点距离工件加工面太长，容易在加工中出现震动和弹性形变使工件不合格。方案二：在工件两端分别使用通用压板装置进行夹紧，与刀具进给方向相对的一侧面使用辅助支承进行辅助，加工侧面的夹紧方案与方案一一致。方案分析：通用压板装置简单经济，拆装方便，夹紧力距离加工面较近，加上辅助支承的作用，可以使夹紧刚度大大提高，在加工中有效减小弹性变形和震动。两方案相比，方案二更经济，加工精度和稳定性都较好，所以选用方案二夹紧方案二5.2、切削力计算刀具材料：高速钢底座钻孔夹具设计13刀具选用高速钢立铣刀，d 0/z=40/8，走刀六次，a p=0.5mm, f=0.64mm/r, Vc=41m/min,n=355r/min,v=44.6m/min查手册表切削力计算公式pwfpzKaDaCP86.072.86.01式中 P铣削力高速钢铣刀铣削时考虑工件材料和铣刀类型的系数p背吃刀量a每齿进给量f铣刀直径D铣削宽度wa铣刀的齿数z修正系数 pK0.75p(/)b=0.75=12.68pC50a.f4D20wa8z计算得 P=145.2N底座钻孔夹具设计14在机械制造工艺设计简明手册中查得满足机床的强度承载能力范围内。5.3、夹紧力计算夹紧力的大小对于保证定位稳定、加紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有很大关系。夹紧力过小，则加紧不稳固，在加工过程中工件仍会发生位移而破坏定位。结果，轻则影响加工质量，重则造成安全事故。夹紧力过大，则没有必要，反而增加加紧变形，对加工质量不利。此外，夹紧装置的结构尺寸也不必要的加大了。所以，夹紧力的大小必须恰当。夹紧力大小的确定：计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统，然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，运动的工件还需考虑惯性）后处于静力平衡条件，求出理论夹紧力，为了安全起见再乘以安全系数 K。kW式中：W计算出的理论夹紧力；W实际夹紧力；K安全系数安全系数 K=K1K2K3K4XK5XK6XK7K1基本安全系数 1.3K2加工性质系数 1.1K3刀具钝化系数 1.15K4断续刀削系数 1.2K5夹紧力的稳定性 1.3K6手动夹紧时的手柄位置 1K7接触情况 1.所以 K=K1K2K3K4XK5XK6XK7=2.565理论夹紧力的计算： 1tan()Twrf式中：w理论夹紧力T理论夹紧转矩底座钻孔夹具设计15R螺纹的平均半径螺纹升角n螺纹线数螺纹摩擦角f1摩擦因数计算力臂所以查表得 w=5050N综上所述实际夹紧力 w=12953N,而此时只需在夹紧上施加不到 100N 的力便可产生此效果，且再加上有辅助支承的支承作用，故可认为此设计是合理的。底座钻孔夹具设计16六、夹具的总体设计如前所述，在设计夹具时，特别是大型板状零件在铣削加工时，铣削应力较大，工件较不稳定，所以除了必要的夹紧装置，辅助支承装置也是非常必要的。如此次夹具体上设计的两辅助支撑，可以保证在铣削侧面时工件不会绕 z 旋转或者发生侧翻时加工精度不合格，还可以有效增强夹紧刚度，减小加工过程中的震动。由于是大型板状零件，所以以工件底面为定位面加工槽侧面时，应特别注意其支承问题，支承面不能过大，因为会让夹具加工很困难，实际中很难实现，所以在设计夹具底座时，设计为中空的形式，并铣出宽度为 100mm 的平面作为支承面，使定位合理而且降低了夹具生产难度。夹具设计应遵循在满足装夹要求的条件下尽量简洁易使用，夹具体底面加两定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。三维总装效果图底座钻孔夹具设计17二维总装图左视剖视图底座钻孔夹具设计18七、小结经过这次底座夹具课程设计，对自己所设计的底座夹具有一定的了解，同时对制造技术基础和工程材料中的部分知识有所复习，结合实际画图，对我们掌握 CAD 的能力有所巩固。而且设计是我们学完了大学的绝大多数基础课、专业基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。此次课程设计对给定的零件工序图分析进行分析并设计气加工所用夹具，其中考察了定位基准的选择，零件表面加工方法的选择，定位元件的选择，加紧机构的选择，切削力、夹紧力的计算，对刀元件或者引导元件的选择，夹具的总体设计等相关知识，利用近一个月的时间进行课程设计，加深了对所学知识的理解，有助于今后工作。本次课程设计使我学会了解决机械加工