课程设计之法兰盘夹具设计.doc

毕 业 设 计 设计题目 设计法兰盘零件的加工工艺 及钻7-9孔的钻床夹具 班 级 检测121 设计人员 曾雄、张纯、张子扬 、朱雄波指导老师 蒋帅 完成日期 2014 年 12 月 20 日目 录设计任务书.1毕业设计说明书正文. 2一、序言11.1 夹具的现状及生产对其提出新的要求11.2 现代夹具的发展方向2二、零件的分析42.1零件的作用42.2零件的工艺分析4三、工艺规程设计53.1 确定毛坯的制造形式53.2 基面的选择53.3 制定工艺路线63.4 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定93.5 确定切削用量及基本尺寸10四、夹具设计124.1问题的提出124.2定位基准的选择134.3切削力及夹紧力计算144.4定位误差分析154.5夹具设计及操作简要说明16总结19致谢22参考文献23摘 要 本次设计了一套法兰盘的专用夹具设计。经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析，对工序进行对比，通过选定某一工序设计专用夹具，选择定位基准、定位方法和定位元件，进行定位误差分析。在文档中第一部分，主要叙述了专用夹具设计基本要求和特点，对零件的工艺分析，完成了工艺方案的确定。第二部分，对夹具设计，对夹具设计计算。最后对主要零部件的设计和标准件的选择，以及为装配图各尺寸提供依据。通过前面的设计方案画出模具各零件图和装配图。 本次设计阐述了专用夹具结构设计及工作过程。本夹具性能可靠，运行平稳，提高生产效率，降低劳动强度和生产成本。关键字：夹具设计；基本要求；工艺分析； 一、 序 言 夹具最早出现在1787年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期。机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全。夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。1.1夹具的现状及生产对其提出新的要求 现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，企业中多品种生产的工件已占工件种类数的85%左右。然而目前，一般企业习惯与采用传统的专用夹具，在一个具有大批量生产的能力工厂中约拥有1300015000套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有15%左右，特别最近年来柔性制造系统（FMS）、数控机床（NC），加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术被应用和推广，使中小批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求：1. 能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期2. 能装夹一组相似性特征的工件3. 适用于精密加工的高精度的机床4. 适用于各种现代化制造技术的新型技术5. 采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率1.2现代夹具的发展方向现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面：1. 精密化随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度可达正负0.1，用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5um，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆读可达0.20.5um。2. 高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时的和辅助时的，以提高劳动生产率，减少工人劳动强度，常见的高效化夹具有：自动化夹具、告诉化夹具、具有夹紧动力模块的夹具等。例如使用电动虎钳装夹工件，可使工件效率比普通虎钳提高了5倍左右；而高速卡盘则可保证卡爪在转速9000r/min的条件下能正常夹紧工件，使切削速度大幅度提高。3. 柔性化夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是通过调组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等，具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块夹具、数控夹具等，在较长时间内，夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。4. 标准化夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面，在制造典型夹具，结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和不见的形成：舍弃一些功能低劣的结构，通用化方法包括：夹具、部件、元件、毛呸和材料的通用化夹具的标准化阶段是通用化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。目前，我国已有夹具零件、部件的国家标准：GB21482249-80，GB22622269-80以及通用夹具标准，组合夹具标准等。夹具的标准化也是夹具柔性化高效化的基础，作为发展趋势，这类夹具的标准化，有利于夹具的专业化生产和有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。二、 零 件 的 分 析2.1零件的作用 题目所给定的零件是法兰盘， 法兰盘起联接作用是车床上的重要零件。零件上精度要求较高的两个平面用以装配。 图12.2零件的工艺分析 法兰盘是一回转体零件,有一组加工表面,这一组加工表面以38，50，62为中心 ,包括:两个左右端面,端面上面的7-9和7-15的阶梯孔. 和M12孔和斜孔6孔, 以及退刀槽。 这组加工表面是以右端面为中心,其余加工面都与它有位置关系,可以先加工它的一个端面,再借助专用夹具以这个端面为定位基准加工另一端面,然后再加工其它加工表面.2.3工艺规程设计2.1确定毛配的制造形式零件材料为HT200，由于该零件是中批生产，而且零件轮廓尺寸不大，故采用金属模铸造，法兰盘因毛坯比较简单，采用铸造毛坯时一般是成队铸造，再进行机械加工。这从提高生产率，保证加工精度上考虑也是应该的。工艺路线方案工序1 选择铸造毛坯工序2 时效处理工序3 夹工件左端面，55*14外端圆，粗车右端面87*42外圆端面，粗车右端面至72工序4 夹工件右端面，85*43外圆端面，粗车左端面外圆52*13，粗车左端面至70工序5 夹工件左外圆端面，加工内控，35*22.5，粗车48*47.5，粗车60*38.5工序6 夹工件左外圆端面，半精加工内孔37*22.5，半精车48*47.5半精车61*38.5工序7 夹工件左外圆端面，精加工内孔38*22.5 精加工50*47.5 精加工62*38.5内孔工序8 夹工件左外圆端面，倒50*47.5处外圆角R=3，加工62*38.5和62*4两处内槽65*3工序9 半精车右端面外圆86，精车至85，精车右端面至69.5工序10 夹工件右端面，倒内孔38圆角，半精车外圆50.5*12.5精车至50*12.5，精车右端面至69工序11 半精车，精车3*1退刀槽工序12 精钻7*9内孔工序13 在7*9内孔基础上锪孔7*15工序14 钻M12螺纹孔工序15 钻6斜孔工序16 精铣工件表面达尺寸要求工序17 去毛刺工序18 检验工序19 入库2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“法兰盘”零件材料为HT200，毛坯重量约为1.4kg，生产类型为中批生产，采用铸造毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序及毛坯尺寸如下：“法兰盘”零件材料为HT200，硬度190HBS，毛坯重量约为2.8KG，生产类型为中批生产，采用铸造毛坯。2.2基面的选择 基面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，更有甚着，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。1） 粗基准的选择 选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续的工序提供精基准。选择粗基准的出发点是：一要考虑如何分配各加工表面的余量：二要考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。这两个要求常常是不能兼顾的，但对于一般的轴类零件来说，以外圆作为粗基准是完全合理的。对本零件而言，由于每个表面都要求加工，为保证各表面都有足够的余量，应选加工余量最小的面为粗基准（这就是粗基准选择原则里的余量足够原则）现选取45外圆柱面和端面作为粗基准。在车床上用带有子口的三爪卡盘夹住工件，消除工件的六个自由度，达到完全定位。2）精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。2.3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。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用通用性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。三、 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，需要设计专用夹具。经过与指导老师协商，本夹具将用于Z5125立钻床，设计在第10工序钻49的孔的钻床夹具。此道工序主要考虑的是如何提高劳动生产率，降低劳动强度。4.1 问题的提出 本夹具主要用于钻7-9孔，精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。因为M12螺纹孔和62K7中心孔有垂直度要求，因此我们要以已加工的62K7孔为定位基准。采用盖板式钻模板加工，用固定套定位，另外用一挡销，即可实现完全定位。4.2 定位基准的选择 拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。62的孔已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的62孔和其端面作为定位基准，来设计本道工序的夹具，以两销和已加工好的62孔及其端面作为定位夹具。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。4.3切削力和夹紧力的计算由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由切削手册得：钻削力 式（5-2）钻削力矩 式（5-3）式中： 代入公式（5-2）和（5-3）得 本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。4.4定位误差分析 本工序选用的工件以圆孔在定位销上定位，定位销为水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向，且向下，见下图。夹具的主要定位元件为浮动支撑板和定位销。支撑板的定位表面与夹具体底面平行度误差不超过0.05；定位销选取标准件，夹具体上装定位销销孔的轴线与夹具体底面的垂直度误差不超过0.05。夹具的主要定位元件为长定位销限制了4个自由度,另一端面限制1个自由度,绕轴线旋转方向的自由度无须限制。因零件对形位公差及尺寸公差均要求不高，且各定位件均采用标准件，故定位误差在此可忽略。式中 定位副间的最小配合间隙（mm）； 工件圆孔直径公差（mm）； 定位销外圆直径公差（mm）。定位销水平放置时定位分析图 图24.5钻削力的计算： 刀具选用高速钢材料 查机床夹具设计手册表1-2-8、在计算切削力时，要考虑安全系数，安全系数式中基本安全系数，=1.5 加工性质系数，=1.1 刀具钝化系数，=1.1 断续切削系数, =1.1于是 F1=KP=1.51.11.11.11195.8N=2387N4.6夹紧力计算： 气缸选用100mm,当压缩空气单位压力为p0.4MPa时，气缸推力为3900N。 因此N已大于所需的2387N的夹紧力，故本夹具可安全工作。4.7 夹具设计及操作简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具选择了螺母夹紧方式。我们采用盖板式钻模板，本工序为钻切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。 图33.6夹具结构设计及操作简要说明3.6.1 底座 底座使用HT200的铸造成型，进行时效处理，消除内应力，具有较好的抗压强度，刚度和抗振性。在四角有U型槽，与T型螺钉配合使用，将夹具固定在工作台上。3.6.2 固定导向件 固定导向件由45钢的钢板和型材焊接而成，退后处理，保证尺寸的稳定性，且在装配后修正尺寸，保证夹具的精度。焊接件制造方便，生产周期短，成本低。 图43.6.3 钻套、衬套的选择 因为为中批量生产，为了便于更换磨损的钻套，所以选择使用标准可换钻套，材料为T10A。查机械手册，钻套与衬套之间采用配合，衬套与钻模之间采用配合。当钻套磨损一定后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止钻套加工时转动及退刀时脱出。 图53.6.4夹紧机构夹紧使用气动推动移动轴，使工件上移，工件的90圆的上表面与导向件相接触，并夹紧。由于工件所需的夹紧力并不大，所以直接夹紧未采用其他的机构。 图6如前所述，在设计夹具时，为了提高劳动生产效率，应首先着眼于机动夹紧方式。而且考虑到环保，所以选用气动源夹紧。气动反应速度快，环保，但工作压力小，所以气缸体积大。本工序为钻铰加工，由于夹紧方向为垂直向上，要克服零件和移动轴所受重力，可以在适当的提高压缩空气的工作压力（由0.4MPa增至0.5MPa）,以增加气缸推力。装配图： 图7夹具体： 图8总 结 课程设计是综合性实践环节，目的是通过课题的设计研究，培养综合运用各门课程知识的能力，培养独立分析问题和解决问题的能力。但是，高职学生的毕业设计不能完全等同于本科生，应密切与生产实际相结合，应与培养职业能力相结合，应体现职高的特点。通过本次持续三周的夹具设计，首先通过零件图来确定加工余量，会毛坯图，而后通过小组的合作分工计算切削余量，绘制工艺卡。通过绘制工艺卡片，确定每道工序的定位与夹紧方式，有老师分配任务进行夹具设计。整个过程中对以往所学的知识进行了回顾和复习，同时也是一种查缺补漏的巩固过程。通过老师的指导，对很多设计过程遇到的问题进行了解决，也学到很多知识，获益匪浅。在指导教师李老师安排和精心指导下，这次毕业设计从确定设计课题、拟定设计方案、设计过程都按照工作计划进行。第一，确定课程设计课题。选好课程设计题目是实现毕业设计目标、保证毕业设计质量的前提，我们的毕业设计的课题取自企业生产实际。这个课题能较全面地应用学生所学专业知识或者将来工作所需的专业技术，达到综合运用的目的，既能够解决企业急需解决的生产技术问题，又能够培养学生的职业岗位能力，难度不是很大，符合我们高职专科生的专业理论知识水平和实际设计能力，工作量恰当，能够在规定时间内完成。第二，确定产品设计方案。明确课题的性质、意义、设计内容、设计要达到的技术经济指标和完成时间，并确定好正确合理的设计方案是完成设计任务的保证，指导教师、和同学一起参与设计方案的讨论，使我对设计方案心中有数。第三，虚心求教，仔细认真地进行课程设计。我们高职学生基础理论知识不够扎实，设计能力较差，为了使我们很快地进入工作状态，指导教师耐心向我们介绍机械产品设计方法、一般步骤和设计过程中应注意的事项。在设计中能主动请教指导老师，培养综合运用机械制图、工程材料与热处理、公差配合、计算机绘图、机械制造工艺等专业知识的能力，培养查阅技术资料和其它专业文献的能力。培养严谨的工作态度和踏实的工作作风。明确必须有高度责任心、严肃认真的工作习惯，才能做好设计工作，减少工作失误，避免给企业生产造成损失。充分发挥主观能动性，积极思考，大胆创新。第四，完善设计完整的设计包括