泵体盖钻6-φ7孔钻削专机设计

毕 业 设 计（论 文）说 明 书题 目 泵体盖钻 6-7 孔钻削专机设计 学 生 学 院 机械工程学院 专 业 班 级 机械工程及其自动化（涉外机械）学 号 指 导 教 师 目 录泵体盖孔加工专机及夹具设计2前言 3第一章 钻床内部结构的各项性能校核 41.1 泵体盖孔加钻机设计 31.21.1 钻床的总体设计 31.2 钻床刀具的选择 31.3 钻床传动系统的设计1.3.1 切削参数的确定1.3.2 电动机的选择1.3.3 齿轮传动设计及计算1.3.4 轴的设计及强度校核1.4 本章小结第二章 专用夹具设计 42.1 工件的加工工艺性分析2.2 定位元件的选择与设计42.2.1 定位元件的选择52.2.2 定位误差的分析2.2.3 定位误差的计算2.3 泵体盖在夹具中的夹紧2.3.1 夹紧装置的组成2.3.2 夹紧力的确定2.3.3 夹紧机构的选择及设计2.4 导向元件的设计2.4.1 钻模板的类型与选择2.4.2 钻套的选择与设计2.5 夹具体的设计2.6 夹具在机床上的定位2.7 本章小结3 技术经济性分析4 结论致谢第三章 附钻床各图 12文献参考 13泵体盖孔加工专机及夹具设计4前言随着现代机械工业的发展，机床的种类越来越繁多，机床的功能越来越多，为了适应当今机械生产中的特殊要求，专用机床的应用越来越广泛。之所以选择泵体盖钻孔专机设计作为我的设计题目，是因为我发现以前的钻床虽然功能不少，但是有很多不足之处，比如对工件大批量生产不能满足，而且生产效率不高，对一些有特殊要求的工件也不能进行批量生产。基于这个前提，我选择了钻削类的专机设计，主要是针对泵体盖 6-7 孔的钻削进行加工。通过本次设计，可以生产出一种钻床满足泵体盖 6-7 孔的钻削标准化批量生产，这种钻床既可以满足特殊的加工要求又节省了时间、减少了劳动力。本毕业设计的目的是设计出一种钻削类的专用机床，让它只对泵体盖 6-7 孔一类工件进行钻削加工。本机床结构简单、集中化程度高、针对性强、工作效率高、能够适应在生产批量大的生产中的要求。它既提高了生产效率，又简化了操作程序，而且减轻了工人的劳动强度。机床、基础理论研究、检测等方面都有了较大的进展。目前，孔加工技术已较为成熟。同时随着我国科学和技术的不断发展，机械产品不断更新换代，其品种型号越来越多，质量要求越来越高，更新换代周期也越来越短。因而多品种、中小批量生产已日益成为机械制造业的主要生产类型。机床夹具是保证产品质量，提高劳动生产率等生产技术准备工作中的重要组成部分，其结构形式必须与其生产类型相适应 2。当然在钻床中夹具的设计也是至关重要的，由于夹具设计过程的随机因素较多，目前仍有许多企业沿用传统的设计方法来完成，即由经验丰富的工艺人员人工设计(或借助二维 CAD 设计) 。很显然，这种设计方法在很大程度土受夹具设计者的经验和知识水平的限制，且设计周期长，设计效率低，劳动强度大，已不适应现代制造技术。因此，开发出实用的计算机辅助夹具设计系统是解决这一间题的重要方法和手段。计算机辅助设计可以分为概念设计、技术设计和详细设计三个阶段。概念设计是计算机辅助夹具设计中最关键的一个环节,它影响着后续的技术设计和详细设计,是决定夹具方案优劣的重要阶段。由于钻铣削加工切削用量及切削力较大，加工时易产生振动，因此设计钻铣床夹具时应注意：夹紧力要足够且反行程自锁；夹具的安装要准确可靠，即安装及加工时要正确使用定向键、对刀装置；夹具体要有足够的刚度和稳定性，结构要合理在批量生产泵体盖时，多采用流水线式操作，即按工序分配给不同生产车间来生产。泵体盖孔加工专机及夹具设计，就是为加工泵体盖 6-7 孔这一工序而设计的专用机床及夹具。由于泵体盖 6-7 为均匀分布，因此需要综合应用孔的加工及机床夹具等方面的知识。本次设计主要包括两大部分。第一部分为泵体盖 6-7 孔钻削专机的设计，其中包括机床的基本尺寸的选择、电机的选择、传动系统的设计和钻头的选择。首先，机床的基本尺寸主要参考常用机床的外形尺寸，并根据 6-7 孔加工的需要来确定。其次，泵体盖材料为铝合金。因此可根据铝合金的切削性能，及钻削铝合金时的切削用量和钻削速度来估算出钻削力、钻削扭矩和钻削功率来，并根据钻削功率选择电动机。然后，根据所选电机的同步转速和切削速度来确定传动比，并用齿轮传动系统来实现。由于本次设计的机床只为加工 6-7 孔而设计，因此不需变速，一级传动就能实现。最后，根据回油孔的特点，并考虑经济性来选择合适的多孔加工刀具。第二部分为专用夹具的设计，其中包括定位方式的选择、定位误差的计算、夹紧方式的确定、夹紧力的确定及夹紧机构的的选择、导引装置的确定、夹具体的设计和夹具体在机床上的定位方式。根据六点定位原理、泵体盖外形的特点及常用定位元件的种类，来确定夹具体的定位方式。由于零件在加工时，总会产生误差，因此应考虑工件的定位误差。进行定位误差的计算，以保证定位误差在零件加工误差允许的范围之内。若不合适，则应选择更合泵体盖孔加工专机及夹具设计6适的定位方式，以确保零件的加工精度。为了使零件在被加工时保持位置不变，应对零件在被加工时所需的加紧力进行估算。在此基础上，综合考虑零件的定位方式和加工方式，来设计适合的夹紧机构。为保证加工精度，选择合适的对刀导引装置，保证工件相对于刀具处于正确的位置。综合以上各方面的设计和各个装置的相对位置关系，可以设计出夹具体的结构。并且还要确定夹具体在机床上的定位方法和定位精度。这样就完成了夹具的设计。由于此次设计是根据实际生产加工中的需要来进行设计的，因此还从经济性方面分析了此次设计的可行性。另外，分析了此次设计相对于一般生产加工情况的优点、此次设计的不足，和可能改进的方法。1 泵体盖 6-7 孔加工专机的设计1.1 钻床的总体设计钻床可用于加工简单零件上的孔，也可用于加工外型复杂、没有对称回转轴线工件上的单个或一系列圆柱孔，如盖板、箱体、机架等零件上的各种用途的孔。钻床一般用于完成加工尺寸较小、精度要求不太高的孔。通常，钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动 3。钻床可分为台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、铣钻床、深孔钻床、平端面中心孔钻床和卧式钻床。在本次设计中，待加工孔为多孔且均匀分布，因此在选择机床上有些困难。通常多孔钻床具有特殊设计的主轴，卧式布局。一般为工件旋转，用特制的钻头钻削孔，可完成孔工件钻、扩、铰、套料等加工。但由于多孔钻床的特殊性，其比较昂贵，对于非专业化深孔加工的厂家，成本过高，因此不能选用这种形式。所以，应由其他钻床改造成多孔钻床，这样可节省开支，并且易于中、小型企业接受。综合各种机床的结构特点和工作方式，决定选用卧式钻床的结构布置。卧式钻床的结构特点是主轴旋转中心固定，移动工件使加工点对准主轴中心。主轴箱安装在立柱上，主轴水平布置。立柱有圆柱、方柱，这里选择圆柱作为主轴。主轴可机动进给。由于本次设计为钻孔专机，只用于加工多孔的工序，简单的传动系统就能满足，不需要变速，因此采用一级齿轮传动即可，这样可以直接达到钻削所需要的速度。泵体盖材料为铝合金，根据其切削性能及各类多孔钻的尺寸参数，在相比较下选择合适的刀具。从而确定进给量来计算出切削参数，即加工时所需的钻削力、钻削率和钻削转矩。通过这些数据，可选择出适合的电动机作为动力源。同时，根据这些切削参数设计计算出传动系统的参数。1.2 钻床刀具的选择 在多孔加工中，使用钻头、内排屑深孔钻虽然具有很多优点，但由于需要专用的机床（或改装的普通车床）以及一套辅助设备，投资较大，多孔加工受到一定的条件限制。麻花钻具有投资少、见效快、无需特殊多孔加工装备等优点，是一般多孔加工中行之有效的加工方法。在本次设计中，则采用直柄麻花钻来完成切削任务。其主要的尺寸参数可在表 1-1中查询。表 1-1 麻花钻主要的尺寸参数Tab.1-1 Twist drill main size parameterd =125l=160l=200l=250l=315lh8 =801=1001=1501=2001=25012.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 注：表示有规格； 麻花钻全长； 麻花钻工作部分长度；l1ld麻花钻的直径。 此次多孔加工的孔 6-7 孔，工作部分长度满足此长度即可，因此可选 160 的直1l柄麻花钻。麻花钻材料的选择，参见表 1-2。表 1-2 麻花钻的性能级别 4Tab.1-2 Twist drill performance rank项目 普通型能级麻花钻 高性能级麻花钻材料 工作部分用 W6Mo5Gr4V2 或同等性能的其 工作部分用 W2Mo9Gr4VCo8 或同等性能的泵体盖孔加工专机及夹具设计8他牌号 普通高速钢（代号 HHS）制造 其他牌号 高性能高速钢（代号 HHSE）制造硬度 工作部分硬度 780 900HV 工作部分硬度 820 950HV制造工艺一般为轧制或铣制 一般为全磨制应用设备一般用于普通机床 一般用于数控机床、自动线其他高性能级的麻花钻比普通性能级麻花钻在表面粗糙度、切血人对工作部分轴向斜跳动、钻芯对称直径、沟槽分度误差、直柄直径公差、锥柄圆锥公差、钻芯对工作部分轴线的对称度、两刃带宽度差等方面都要求更高根据本次加工情况及技术要求，选择普通型能级的麻花钻即可。1.3 钻床传动系统的设计1.3.1 切削参数的确定多孔钻削的功率由最大钻孔直径决定（即钻床的功率） ，因此应根据深孔钻削最大参数进行计算。切削功率的计算：目前，还没有成熟的计算深孔钻削功率的经验公式，一般可用麻花钻的功率计算公式近似计算。钻削扭距（1-1）20.83341Mdf式中 钻削扭距，Nm；M钻孔直径，mm；d钻孔进给量，mm/r。f钻削轴向力（1-2） 0.729Ndf式中 钻削轴向力，N。钻削功率（1-3）33210PMnf式中 钻削功率，kW； P钻孔转速，r/s。n考虑到麻花钻有横刃和刀具材料为高速钢等因素，取计算值的 70作为深孔钻削功率的近似值。式 1-1、 1-2、 1-3 中的 和 可从表 1-3 中查询。fv表 1-3 在组合机床上用高速钢刀具对铝、铜件钻孔时切削速度和进给量 5Tab.1-3 In combination with high-speed machine tools, steel cutlery on aluminum、copper pieces bored intoto the cutting speed and volume3 铝 铜铝铝合金（长切削）铝合金（短切削）黄铜、青铜 硬青铜加工孔径/mm/m/minvf/mm/r/m/minvf/mm/r/m/minvf/mm/r/m/minvf/mm/r/m/minvf/mm/r38 2050 0.030.20 2050 0.05 0.25 2050 0.030.10 6080 0.03 0.10 2545 0.050.15根据表 1-3 选择切削速度为 =20 (m/min)v进给量为 =0.10 (mm/r）f则主轴转速：(r/min)1020145.33.vnd式中 主轴转速；n切削速度；v工件（或刀具直径） ，mm。d则根据式 1-1、1-2 、1-3 得： Nm1.35MN67kW.4P取计算结果的 70，可得钻削的近似功率为 1.022kW。1.3.2 电动机的选择一般用于驱动金属切削机床的电动机为异步电动机。其中，低压电动机中的 Y 系列三相异步电动机尤为合适。Y 系列三相异步电动机具有效率高，节能，堵转转矩高，噪声低，振动小，运行安全可靠的特点，作为一般用途的电动机，适用于驱动无特殊性能要求的各种机械设备，如泵体盖孔加工专机及夹具设计10金属切削机床、鼓风机、水泵等 6。钻削功率近似为 1.022kW，则电动机功率 为：P(1-4)1/.02/.81mP式中 机床总机械效率，对于主运动为回转运动的机床， =0.70.85；m m钻削功率，kW 。1P在进行钻削时，进给功率及小，可忽略不计，因此可直接根据计算出的电动机的功率选择电动机。则可选择机座号为 90S，功率为 1.5kW，同步转速为 3000r/min 的电动机作为动力。1.3.3 齿轮传动设计及计算根据切削速度和电机的同步转速可得传动比 ：i21302.145.ni则齿轮传动的设计计算如下：1) 选择齿轮材料齿轮最常用的材料是锻钢，其次是铸钢和铸铁，有时也采用非金属材料。2)齿轮尺寸确定及强度计算a 选择齿轮材料查表得：小齿轮选用 调质 HBS=245275HBS#45大齿轮选用 正火 HBS=210240HBSb 按齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级：按 (1-5)13(0.1.2)t pvn估取圆周速度，得： ，参考表选取公差组 8 级。2.89tms小齿轮分度圆直径 1d(1-6)213124EHdkTIZuA齿宽系数 查表得按齿轮相对轴承为非对销布置：取 =0.8dd小齿轮齿数 在推荐值 2040 中选 =261Z1Z大齿轮齿数 圆整取 55;2Z2Z21130265.14.niA齿数比 ;u215.6u传动比误差 误差在 范围内合适。A(.)0.A 5%小轮转矩 Nmm;66111.59.509.520.643pTn载荷系数 K (1-7) AVK使用系数 查表得 =1A动载荷系数 查相关图得初值 =1.1V vt齿向载荷分布系数 查相关图得 =1.07齿间载荷分配系数 由 =0 得K(1-8)121.83()cos.832().765Z则载荷系数 K 的初值 t .507.4t弹性系数 查表得 EZ 289.ENm节点影响系数查相关图及 =0,查相关图( =0, = =0)得HZ1x=2.5HZ重合度系数 查相关图（ ）得 =0.88Z0许用接触应力 = (1-9)HHlimnwHSA接触疲劳极限应力 , 查相关图得lim1li2=570 N/mm2li1H=460 N/mm2lim2应力循环次数 、1N2=60nj = hL1060145.3(80).63泵体盖孔加工专机及夹具设计12=2N881.6307.105U由查相关图得接触强度的寿命系数 、 （不允许有点蚀）1Z2N= =1硬化系数 查相关图得 =1WZW接触强度安全系数 查表得，按一般可靠度查 取 =1.1HSmin1.0HSHS,2157018.N 2468.Nm故根据式(2-6) 的设计初值 为dtd2312.40.62189.50.()37.584t A得： 37.52mm1td齿轮模数 m m= = =1.44mm 查表得 m=1.5mm；1tdZ7.526小轮分度圆直径的圆整值 mm；1t126.539tZm圆周速度 m/s； v 42.8600tdnv与估取 很相近,对 取值影响不大,不必修正 ；3tVKVK, ；Vt1.4t小轮分度圆直径 mm；139td大轮分度圆直径 mm；2.582.mZ中心距 mm；12()(6)0.75a齿宽 mm；1min0.8375.2dtbA大轮齿宽 ；2b小轮齿宽 ；1()3) 齿根弯曲疲劳强度校核计算；12FFaSFKTYbdmA齿形系数 查相关图得 小轮 =2.60 FaY大轮 =2.30； 2FaY应力修正系数 查相关图得 小轮 =1.60 SaY1S大轮 =1.72；2a重合度系数 ；0.2570.57.691Y许用弯曲应力 N/mm2；FminFNXYSA弯曲疲劳极限 查相关图得 =460， =390；minin1in2弯曲寿命系数 查相关图得 = =1；NYN尺寸系数 查相关图得 =1；X XY安全系数 查表得 =1.3；FSFS则 N/mm2；lim114601 35.8.NXFN/mm2；li229.FYS故 ；1 12.401.6874250.06.874.9359.F F ；2 2.2.31.29.3.1可得结论:齿根弯曲强度足够。4) 齿轮其它尺寸计算分度圆直径 ； =39, =82.5； 1.52639dmZ1d2齿项高 ； = =1.5；*ahAah齿根高 ； = =1.875；()fC1f2f齿全高 ； = =4.875；*2ah齿顶圆直径 ； =42 , =85.5；*(2)adhZm1ad2a齿根圆直径 ； =36, =79.5；faff基圆直径 ； =36.65, =77.52；cossb1bd2b齿距 ； = =4.71；p1p泵体盖孔加工专机及夹具设计14齿厚 ； = =2.355；2ms1s2齿槽宽 ； = =2.355；e e基圆齿距 ； = =4.426；cosbp1bp2法向齿距 ； = =4.426；nn顶隙 ； = =0.375；*mA1c2分度圆压力角 7。1201.3.4 轴的设计及强度校核1) 轴的材料的选择轴的材料种类很多，要根据强度、刚度核耐磨性等要求，选择材料种类及热处理方式，轴的常用材料是碳素钢和合金钢。碳素钢价格较低，对应力集中敏感性小，通常使用中碳钢，最常用的是 45 号钢，不太重要或受力小的轴可以使用 Q235 等钢材。合金钢比碳素钢具有更高的机械强度和优良的热处理性能，但对应力集中比较敏感，对于受力较大又要减小轴的尺寸和重量，或者需要提高轴颈的耐磨性，或者在高温、腐蚀等条件下工作的轴，可以采用合金钢。在低于 200的工作温度下，合金钢和碳素钢的弹性模量相差不大，因此，使用合金钢代替碳素钢并不能提高轴的刚度。球墨铸铁和高强度铸铁适合于制造形状复杂的轴（如曲轴、凸轮轴等） ，它具有良好的吸振性和耐磨性，对应力集中不敏感，但是铸造质量不易控制。小直径的轴可以使用轧制圆钢，大直径或直径变化较大的阶梯轴需要使用锻件，形状复杂的轴通常采用铸造方式制造。根据轴的常用材料及主要机械性能，选择 45 正火为轴的材料。2) 轴的设计及计算对于仅传递扭矩或主要装的扭矩的传动轴，应按扭转强度计算 。对于既受弯矩又受扭矩的转轴，可以通过降低许用剪应力的方法考虑弯矩的影响，用扭转强度估算转轴的最小直径，然后进行轴的结构设计。设计计算公式为(1-10)3PdAn式中 轴的直径，mm；d 考虑了弯矩影响的设计系数；A轴传递的功率，kW；P轴的转速，r/min。n本节设计机床的传动结构，下面对齿轮传动系统中的高速轴进行强度校核。 a 求输出轴上的转矩 1TNmm6611.59.509.5002.643pnb 求作用在齿轮上的力输出轴上的小齿轮的分度圆直径为mm1.52639dmZ圆周力 、径向力 、和轴向力 的大小如下，方向如图 1-1 所示。tFrF图 1-1 轴的受力分析图Fig.1-1 Axis stress analysis chart由此可得： N210.6593tTFdN1anta28coscsrtN59tn0tF式中 压力角；1螺旋角，因是直齿圆柱齿轮，因此 0。 c 确定轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢，正火处理。按式 1-10 初估轴的最小直径，查表取 A115，可得：mm133min1.5.724PdA泵体盖孔加工专机及夹具设计16图 1-2 轴的结构图Fig.1-2 Structure drawing of axis 由于主轴内部为中空，所以轴段（见图 1-2）用于安装联轴器，其直径应该与联轴器的孔径相配合，因此要先选用联轴器。联轴器的计算转矩 ，根据工作情况选取caATK1.5，则 1.510120.615180.9 。根据工作要求选用十字轴式万向联AKcaATKNmA轴器，型号为 WSD2，许用转矩T22400 。与输出轴联接的半联轴器孔径 34mm，因此取轴段的直径 34mm。联轴器1d 1d轮毂总宽度 L74mm（J 1 形轴孔） ，与轴配合的毂孔长度 L62mm。d 轴的结构设计1) 拟定轴上零件的装配方案装配方案见钻床的装配总图。2) 按轴向定位要求确定各轴段直径和长度具体结构见头架主轴图， 3）轴上零件的周向定位半联轴器与轴的周向定位采用 A 型普通平键联接，按 d1=34mm，从手册中查得平键截面尺寸 bh=66,根据轮毂宽度，由键长系列中选取键长 L=38mm，半联轴器与轴的配合为 H7/k6。齿轮与轴的周向定位采用 A 型普通平键联接，平键的尺寸为 bhL=8838.为了保证齿轮与轴具有良好的对中性，取齿轮与轴的配合为 H7/r6。滚动轴承与轴的周向定位采用过渡配合保证的，因此轴段直径尺寸公差取为 m6。4）确定轴上圆角和倒角尺寸各轴肩处的圆角半径见图 2-1，轴端倒角取 145。5) 轴的强度校核a 求轴的载荷在进行轴校核时按轴是实心进行校核，因此轴的尺寸相应减少首先根据轴的结构图作出轴的计算简图（见图 1-3） 。在确定轴承的支撑点位置时，从手册中查取 a 值。对于 61803 型深沟球轴承，因此轴的支承跨距 L=65+65=130mm。根据轴的计算简图作为轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图。从轴的结构图和当量弯矩图中可以看出，C 截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。C 截面处的 、HM、 、 及 的数值如下。VMTca支反力 水平面 =209 ， =209 N1HR2HR垂直面 =197 , =-76 NVV弯矩 和 水平面 =5538.5 NmmHV HM垂直面 =3206.5 Nmm1VcaMTVM2RH22VRrFat D1HR1VBATL23LtFH1Hrad1VaRM1V1V22ca1F( a )( b )( c )( d )( e )( f )图 1-3 轴的计算简图泵体盖孔加工专机及夹具设计18Fig.1-3 Computation diagram of axis 合成弯矩 M= =6399.7 Nmm2HVM22538.06.5扭矩 =10120.6 TTNmA当量弯矩 ca= =10119.9 Nmm222639.701.6b 校核轴的强度轴的材料为 45 钢，调质处理。由表查得 =650 ，则 =0.090.1 ，即B2NmB5865 ,取 =60 ，轴的计算应力为2Nm2Nm= =17.3 68 820b2 3 4泵体盖孔加工专机及夹具设计26B-0.52D-12D-22=5，因此得： =2, =0.52DbB5) 补偿距离 (mm) (2-2)1min2xyL式中 夹具圆柱销与其相配合的工件定位孔间的最小间隙(mm)1min圆柱销的尺寸为 ，根据 GB180179 知该即尺寸为 5-0.006 -0.0017。6g由此可得 (mm)1min0.6则 (mm)i 1.30.6.4322xyL6) 菱形销圆弧部分与其相配合的工件定位孔间的最小间隙(mm)2min2.4.11bD式中 与菱形销相配合的工件定位孔的最小直径(mm)2D7) 菱形销最大直径(mm)22min10.3.96d公差选取 h58) 两定位销所产生的最大角度定位误差 1max2a0.6.3105tgL式中 夹具圆柱销与其配合的工件定位孔间的最大间隙；1max夹具菱形削与其配合的工件定位孔间的最大间隙应保证；2则 0由于待加工孔未对其形位公差，因此允许些许偏差。2.3 泵体盖在夹具中的夹紧工件在夹具中的装夹是由定位和夹紧这两个过程紧密联系在一起的。仅仅定位好，在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件实行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。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。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确位置。2.3.1 夹紧装置的组成一般夹紧装置由下面两个基本部分组成。1) 动力源即产生原始作用力的部分。如果用人的体力对工件进行夹紧，称为手动夹紧；如果用气动、液压、气液联合、电动以及机床的运动等动力装置来代替人力进行夹紧，则称为机动夹紧。2) 夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。它包括中间递力机构和夹紧元件。中间递力机构把来自人力或动力装置的力传递给夹紧元件，再由夹紧元件直接与工件接触，最终完成夹紧任务。根据动力源的不同和工件夹紧的实际需要，一般中间递力机构在传递夹紧力的过程中，可以起到以下作用：a 改变作用力的方向；b 改变作用力的大小；c 具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠，在手动夹紧时尤为重要。本次设计采用手动夹紧方式。2.3.2 夹紧力的确定1) 夹紧力的方向夹紧力应垂直于主要定位基准面 11。为使夹紧力有助于定位，则工件应紧靠支撑点，并保证各个定位基准与定位元件接触可靠。一般地讲，工件的主要定位基准面其面积较大、精度较高，限制的不定度多，夹紧力垂直作用于此面上，有利于保证工件的加工质量。夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。图 2-4 所示为工件安装时的重力 、切削力G和夹紧力 之间的相互关系。其中图(a)最好，图(d)最差。FW泵体盖孔加工专机及夹具设计28图 2-4 夹紧力与切削力、重力的关系Fig.2-4 Clamps the strength and the cutting force、the gravity relations图（a） 0W图（b） FG图（c） cosin(sicos)图（d） FW图（e） G下面分析三力互相垂直的情况下，切削力与夹紧力间的比例关系。图 2-5 为在卧式铣床上铣一用台钳夹紧的工件。图 2-5 铣削时 Fr、W、G 间的关系Fig.2-5 The relations of Fr、W、G When milling当重量 G 很小而可以忽略不计时，只考虑夹紧力 W 与切削力 的平衡，按静力平衡rF条件=W +W (2-3)rF12(2-4)12r式中 工件的定位基准与夹具定位元件工作表面间的摩擦系数， 0.150.25;1 1工件的夹压表面与夹紧元件间的摩擦系数， 0.150.25;2 2因此(2-5) (.03)0.3.5r rFWF可见在依靠摩擦力克服切削力的情况下，所需要的夹紧力是很大的。在夹紧力工件时各种不同接触面之间的摩擦系数 可见表。表 3-2 各种不同接触表面之间的摩擦系数 Tab.3-2 Between each kind of different faying surface friction coefficient 接触表面的形式 摩擦系数 接触表面均为加工过的光滑表面 0.150.25工件表面为毛坯，夹具的支承面为球面 0.20.3夹具定位或夹紧元件的淬硬表面在沿主切削力方向有齿纹 0.3夹具定位或夹紧元件的淬硬表面在垂直于主切削力的方向有齿纹 0.4夹具定位或夹紧元件的淬硬表面有相互垂直齿纹 0.40.5夹具定位或夹紧元件的淬硬表面有网状齿纹 0.70.8为了减小夹紧力，可以在正对切削力 F 的作用方向，设置一支承元件（图 2-6 中之T） 。这种支承不用作定位，而是用来防止工件在加工中移动。图 2-6 承受切削力支承Tab.2-6 Bear cutting force supports如图 2-5 所示，当圆柱铣刀切入全深时，作用于工件上的切削分力 、 的合力yFz有使工件平移抬起的趋势。为此可用图 2-6 所示之压块，使夹紧力一力两用。rF在钻床上对工件钻孔时，为了减小夹紧力，应力求使主要定位基准面处于水平位置，使夹紧力、重力和切削力同向，都垂直作用在主要定位基准面上。见图 2-7(a)所示。反之，当夹紧力与切削力及工件重力方向相反时，所需的夹紧力很大，W=F+G。例如在壳体凸缘上钻孔时，由于壳体较高，工件只能倒装。这种安装方式在图 2-7(b)中的 F和 G 均有使夹紧机构脱开的趋势，因此需要施加较大的夹紧力 W。泵体盖孔加工专机及夹具设计30图 2-7 钻削时 W、F、 G 间的关系Fig.2-7 The relations of W, F, G when Drills truncates 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。选择作用点的问题是在夹紧力方向已定的情况下才提出来的。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。a 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。当夹紧力虽然朝向主要定位基面，但作用点却在支承范围以外时，夹紧力与支反力构成力矩，夹紧时工件将发生偏转，使定位基面与支承元件脱离，以至破坏原有定位。应使夹紧力作用在稳定区域内。b 夹紧力的作用点，应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。对于箱体、壳体、杆叉类工件，要特别注意选择力的作用点问题。在使用夹具时，为尽量减少工件的夹紧变形，可采用增大工件受力面积的措施。采用具有较大弧面的夹爪来防止薄壁套筒变形；可在压板下增加垫圈，使夹紧力均匀地作用在薄壁夹紧力的大小必须适当。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、物力的浪费。计算夹紧力，通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算。然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，高速运动的工件还应考虑惯性力等）后处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力 ，再乘以安全系数 ，作为实际所需的夹紧力 ，即0WK0W(2-6) 0A式中 实际所需要的夹紧力 (N)；0W按力平衡条件计算之夹紧力 (N)；安全系数，根据生产经验，一般取 1.53。KK用于粗加工时，取 2.53；用于精加工时，取 1.52。夹紧工件所需夹紧力的大小，除与切削力的大小有关外，还与切削力对定位支撑的作用方向有关。2.3.3 夹紧机构的选择及设计从前面提到的夹紧装置组成中可以看出，不论采用何种力源（手动或机动）形式，一切外加的作用力要转化为夹紧力均需通过夹紧机构。因此，夹紧机构是夹紧装置中的一个很重要的组成部分。夹紧机构可分为斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、定心对中夹紧机构等。斜楔夹紧机构中最基本的形式之一，螺旋夹紧机构 、偏心夹紧机构及定心对中夹紧机构等都是斜楔夹紧机构的变型。斜楔夹紧机构主要是利用其斜楔面移动时所产生的压力来夹紧工件的，亦即一般所谓的楔紧作用。斜楔的斜度一般为 1:10，其斜度的大小主要是根据满足斜楔的自锁条件来确定。一般对夹具的夹紧机构，都要求具有自锁性能。所谓自锁，也就是当外加的作用力Q 一旦消失或撤除后，夹紧机构在纯摩擦力的作用下，仍应保持其处于夹紧状态而不松开。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜楔绕在圆柱体上因它的夹紧作用原理与斜楔时一样的。不过这里是通过转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜楔高度发生变化来夹紧工件的。本次工件夹紧便采用螺旋夹紧机构1) 夹紧形式所需夹紧力的计算图 2-8 工件的受力分析泵体盖孔加工专机及夹具设计32Fig.2-8 Work piece stress analysis(2-7)12kKF式中 夹紧元件与工件间的摩擦因数1工件与夹具支撑面间的摩擦因数2根据式(2-1)可得： N356.7F再由表(2-2)及式(2-5)可得： N118.50.4k2) 螺旋夹紧机构所需作用力的计算图 2-9 夹紧力作用简图Fig.2-9 Clamps the action of force diagram根据图 3-9 可计算所需作用力 001klWLA(Nm) 0121220()()cosQzkzltgMWrtgtrtgtarA A(2-8)式中 应在螺旋夹紧机构上的夹紧转矩 (Nm)；T单个螺旋夹紧产生的夹紧力 (N)；0螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm） ，其值视螺杆端部的结构形式而r定；作用力臂；L螺杆端部与工件间摩擦角（） ；1螺纹升角，()；螺纹中径之半（mm） ；zr螺旋副的当量摩擦角()， ，式中 为螺旋副的摩擦角() ，2 22costgar2为螺纹牙型半角()。为计算方便，令 ，则1()KrtgfTKQ当采用公制螺纹夹紧机构时，各种不同夹紧情况的 K 值可在 K 的数值表中查询。2.4 导向元件的设计导向元件主要使用来确定刀具与工件的相对位置，加工时起刀正确引导刀具的作用。另外，它还可作定位元件使用。这类元件包括各种钻模板、钻套、铰套和导向支承等。2.4.1 钻模板的类型与选择钻模板是组装钻床夹具不可缺少的重要元件，钻床夹具在组合夹具中所占数量最多，因此钻模板的结构形式有 22 类，尺寸规格有 92 种之多。在组装钻床夹具时，要根据孔的直径和位置来选择相应孔径和外形尺寸的钻模板。钻模板孔径大小要与标准的钻套外径一致，因此钻模板孔径大小与被加工孔径大小有关。选用时可参见表 2-3。表 2-3 钻模板孔径选择表Tab.2-3 Drills the template aperture choice table被加工孔直径 钻模板孔径34.53881414202028283838488121826354558按钻模板底面分，有带定位槽和不带定位槽的两种。前者可利用定位键直接在支承元件导向，以调整其适宜位置，而后者则需与专用的导向支承元件相配合使用。大多数钻模板的钻套定位孔偏于一端，组装成悬臂式钻模。这种钻模多用于较小孔径的加工。对于定位孔在中间的叫中孔钻模板，它适用于钻削大孔用，或用支撑元件组装成桥式钻模夹具以增加其刚性。立式钻模板适用于加工孔间距小的工件，由于钻模厚度加大，使其刚度增强，可使钻模板增大其悬伸长度，或使相邻钻模板之间相互靠近。泵体盖孔加工专机及夹具设计342.4.2 钻套的选择与设计夹具在机床上安装完毕，在进行加工之前，尚需进行夹具的对刀，使刀具相对夹具定位元件处于正确位置 12。在钻床夹具中，通常用钻套实现刀具的对准，如图 3-9 所示，加工中只要钻头对准钻套，所钻孔的位置就能达到工序要求。当然，钻套和镗套还有增强刀具刚度的作用。图 2-10 钻套对刀Fig.2-10 Drills the set to the knife1-定位元件；2-工件；3- 钻模板；4-固定钻套；5-快换钻套1) 钻套的四种形式a 固定钻套图 3-11(a)为固定钻套的两种结构，A 型为无肩的， B 型为带肩的。带肩的主要用于钻模板较薄时，用以保持钻套必要的导引长度。钻套外圆以 或 配合直接压入76Hnr夹具体或钻模板孔中。这种钻套的缺点是磨损后不易更换，因此主要用于中小批生产用的钻床夹具上或用来加工孔距小和孔距精度要求较高的孔。为防止切屑进入钻套内，钻套的上下端应以突出钻模板为宜，一般不能低于钻模板。b 可换钻套可换钻套的实际功用仍和固定钻套一样，可供钻、扩、铰孔工序使用，在批量较大时，磨损后可迅速更换。可换钻套的结构如图 3-11(b)所示，它的凸缘铣有台肩，防转螺钉的头部与此台肩有一定间隙以防止可换钻套转动。拧去螺钉便可取出可换钻套。为了避免钻模板的磨损，钻套不直接压配在夹具体或钻模板上，而是以 或 的配76Hg5合装进衬套的内孔中，并用防转螺钉防止在加工过程中刀具、切屑与钻套内孔的摩擦力使钻套产生转动，或推倒时随刀具抬起。衬套外圆与夹具体或钻模板的配合采用或 。76Hnrc 快换钻套快换钻套是供一个孔须经多个加工工步（如钻、扩、铰、锪孔和攻丝等）所用的。由于在加工过程中，需依次更换、取出钻套，以适应不同加工刀具的需要，所以采用快换钻套。图 3-11（c ）是标准快换钻套结构。它除在其凸缘铣有台肩以供防转螺钉压住外，同时还铣出一削边平面。当此削边平面转至钻套螺钉位置时，便可向上快速取出钻套。为防止直接磨损钻模板或夹具体，也必须配有衬套。图 2-11 各类钻套Fig.2-11 Each kind drills the wrap1-可换钻套；2- 衬套； 3-防转螺钉d 特殊钻套特殊钻套是根据具体加工情况自行设计的，以补充标准钻套性能的不足,在本次设计中，根据加工情况选择长型快换钻套。2) 钻套导引孔尺寸和公差的确定根据待加工孔的尺寸 d4.5mm，选择长型快换钻套的尺寸。其结构见图 3-12，具体尺寸参数见表 3-3。长型快换钻套技术条件：a 材料：d26mmT10A ；d26mm 20 ；b 热处理： T10A HRC5864；20 渗碳深度 0.81.2mm；HRC58 64 5。表 2-3 长型快换钻套尺寸Tab.2-3 Long trades quickly drills a set of sized D D1（滚花 D2 H h 12泵体盖孔加工专机及夹具设计36基本尺寸 极限偏差F7基本尺寸极限偏差m6极限偏差k6前）03 +0.016+0.006 8 83415 12 1040121246+0.022+0.010 10+0.015+0.006+0.010+0.00118 15 15558 318续表 2-3d基本尺寸 3hr 2m 1a b 配钻套螺钉03 1034 1411.5 4.2 4.2144618 1315.5 5.50.5 2 50 0.008 M5图 2-12 长快换钻套结构Fig.2-12 Long trades quickly drills a set of structure3) 钻套高度和钻套与工件距离a 钻套高度钻套高度