涡轮减速器箱体加工工艺及夹具设计【蜗轮减速箱体】
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涡轮减速器箱体加工工艺及夹具设计【蜗轮减速箱体】,涡轮,减速器,箱体,加工,工艺,夹具,设计,蜗轮,减速
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本科生毕业论文论文题目：蜗轮减速箱体的工艺分析及夹具设计姓 名：学 号：班 级：Xxxxxx学校 2015.5.1摘要本篇毕业设计的论文主要阐述的是一种蜗轮减速箱体的工艺分析及夹具设计。由于该零件属于大批量生产，钻孔精度要求较高，所以设计一个专用的钻床夹具，保证零件的加工质量。蜗轮减速机的目的是降低转速，增加转矩，减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，而且由于结构紧凑效率高、传递运动准确可靠、使用维护简单并可成批生产在现代机械中应用极为广泛。而箱体作为减速器的载体，研究箱体的加工工艺就显得尤为重要了箱体是一种由封闭在刚性克体内的齿轮传动蜗杆传动或齿轮蜗杆传动所组成的外壳箱箱体，箱体的结构比较复杂，箱体外面都有许多平面和孔，内部呈腔形，壁薄且不均匀，刚度较低，加工精度要求较高，特别是主轴承孔和基准平面的精度。通过对涡轮减速器箱体零件图的分析及结构形式的了解，从而对减速器进行工艺分析、工艺说明及加工过程的技术要求和精度分析，然后对一个铣削工序和一个钻削工序进行夹具设计。首先通过分析蜗轮减速箱体的结构组成，建三维模型、绘制总图；其次设计工艺卡片，从而设计夹具。最后绘制件零件图；最后绘制装配图，整理资料，撰写设计说明。关键词：减速箱体、夹具、工艺分析、机构目录1绪论51.1涡轮减速机在社会经济中的地位与作用51.2夹具的发展概况51.3夹具的特点61.4本篇论文的设计任务72零件的工艺分析及生产类型的确定72.1定位基准的选择及加工工序72.2确定毛坯的制造形式92.3箱体零件的结构工艺性92.4主要平面92.5加工方法的选择102.6加工阶段的划分102.7工序的集中与分散112.8加工顺序的安排122.9具体工序尺寸和加工余量的确定132.10机床与相应切削用量的确定132.11加工零件图142.12工艺路线的确定152.13钻床的选定及时间计算183夹具设计方法及步骤183.1夹紧及方案的选择183.2夹具结构设计233.2.1夹具定位方案与定位元件233.2.2实际所需夹紧力的计算233.2.3夹具的使用方法253.2.4夹具零件设计253.2.5夹具体毛坯的类型264夹具误差的计算274.1角度尺寸公差274.2定位误差274.3工件在夹具上加工的精度分析284.4夹具误差的计算295第6章 零件材料345.1标准件345.2定位销355.3定位衬套375.4定位销座395.5预定位销座416经济性分析426.1经济性分析427结束语428参考文献441 绪论1.1 涡轮减速机在社会经济中的地位与作用近几年我国涡轮减速机行业发展速度较快，受益于涡轮减速机行业生产技术不断提高以及下游需求市场不断扩大，涡轮减速机行业在国内和国际市场上发展形势都十分看好。虽然受金融危机影响使得涡轮减速机行业近两年发展速度略有减缓，但随着我国国民经济的快速发展以及国际金融危机的逐渐消退，我国涡轮减速机行业重新迎来良好的发展机遇。进入2010年我国涡轮减速机行业面临新的发展形势，由于新进入企业不断增多，上游原材料价格持续上涨，导致行业利润降低，因此我国涡轮减速机行业市场竞争也日趋激烈。面对这一现状，涡轮减速机行业业内企业要积极应对，注重培养创新能力，不断提高自身生产技术，加强企业竞争优势，于此同时涡轮减速机行业内企业还应全面把握该行业的市场运行态势，不断学习该行业最新生产技术，了解该行业国家政策法规走向，掌握同行业竞争对手的发展动态，只有如此才能使企业充分了解该行业的发展动态及自身在行业中所处地位，并制定正确的发展策略以使企业在残酷的市场竞争中取得领先优势。1.2 夹具的发展概况夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020左右，为了适应科学技术的快速发展，我们在短短几年内需更新大量的专用夹具，这样即提高了加工的成本，也造成了材料的浪费，为了减少这种情况，我们可以采用数控机床的柔性化制造技术。近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床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，降低生产成本；2）能装夹一组具有相似性特征的工件；3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；6）提高机床夹具的标准化程度。机床夹具的现状：机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的空间位置，用来加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。1.3 夹具的特点1）保证工件的加工精度专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸，公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。2）提高生产效率专业夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应，应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的高效夹紧装置，以缩短辅助时间，以提高生产效率。3）工艺性好专用夹具的结构简单，合理，便于加工，装配，检验和维修。专用夹具的生产属于小批量生产。4）使用性好专用夹具的操作应简单，省力，安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑机构。5）经济型好除考虑专用夹具本身结构简单，标准化程度高，成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。1.4 本篇论文的设计任务本片论文的主要任务如下：（1）确定整体毕业设计思路（2）确定用什么夹具进行加工，分析材料、生产要求、工艺要求、使用要求等（3）夹具结构设计与优化，含零件图及装配图（4）夹具制造工艺，含工艺过程卡和工序卡确定各表面加工方案，在选择各表面孔的加工方法时，需综合考虑以下因素：（1）要考虑各表面的精度和质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。（2）根据生产类型来选择，在大批量生产中可使用专用的高效率的设备；在单件小批量生产中则使用常用设备和一般加工方法。（3）要考虑被加工材料的性质。（4）要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有的加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。本设计的主要任务是对所加工产品进行认真的结构和加工工艺分析，拟定不少于两条加工工艺路线，绘制工艺图，并编制数控加工程序；设计两套加工过程中用的夹具，最后撰写设计说明书。2 零件的工艺分析及生产类型的确定2.1 定位基准的选择及加工工序定位基准的选择是工艺规程设计中的重要的设计之一，基准的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批量的报废，使生产无法进行。机械加工工序（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准。（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。（3）遵循“先主后次”原则，先加工36内侧表面，在加工外侧表面。 （4）遵循“先面后孔”原则，先加工各个表面，再加工各个通孔。粗基准的选择：选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。粗基准选择的原则是：选择应加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。应选择加工余量最小的表面作为粗基准.这样可以保证该面有足够的加工余量。应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。箱体粗基准选择要求：在保证各加工表面均有加工余量的前提下，使主要孔加工余量均匀；装入箱体内的旋转零件应与箱体内壁有足够间隙；此外还应保证定位、夹紧可靠。为了满足上述要求，一般选箱体的主要孔的毛坯孔作为粗基准。由于本次加工箱体的下表面粗糙度要求相对较高，因此选取下表面为粗基准，先加工上表面。精基准的选择选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准确、牢固、方便。此外，还应选择工件上精度高.尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠.并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。箱体上孔与孔、孔与平面、平面与平面之间都有较高的位置精度要求，这些要求的保证与精基准的选择有很大的关系.为此，通常优先考虑“基准统一”原则。在大批量生产中，则选用主轴箱顶面和两定位销为定位基准。若箱体尺寸较小而批量很大时，可与底面上的两定位孔组成典型的一面两孔定位方式。这样既符合“基准统一”原则，又符合“基准重合”原则，有利于保证轴承孔轴线与结合面重合度及与装配基面的尺寸精度和平行度。2.2 确定毛坯的制造形式常用毛坯种类有：铸件、锻件、焊件、冲压件.各种型材和工程塑料件等。在确定毛坯时，一般要综合考虑以下几个因素：依据零件的材料及机械性能要求确定毛坯。例如，零件材料为铸铁，须用铸造毛坯；强度要求高而形状不太复杂的钢制品零件一般采用锻件。依据零件的结构形状和外形尺寸确定毛坯，例如结构比较的零件采用铸件比锻件合理；结构简单的零件宜选用型材，锻件；大型轴类零件一般都采用锻件。确定毛坯时既要考虑毛坯车间现有生产能力又要充分注意采用新工艺、新技术、新材料的可能性。本减速器是大批量的生产，材料为HT200用铸造成型。2.3 箱体零件的结构工艺性箱体的结构形状比较复杂，加工的表面多，要求高，机械加工的工作量大，结构工艺性有以下几方面值得注意：本箱体加工的基本孔可分为通孔和阶梯孔两类，其中通孔加工工艺性最好，阶梯孔相对较差。箱体的内端面加工比较困难，结构上应尽可能使内端面的尺寸小于刀具需穿过的孔加工前的直径，当内端面的尺寸过大时，还需采用专用径向进给装置。为了减少加工中的换刀次数，箱体上的紧固孔的尺寸规格应保持一致。2.4 主要平面底座的底面，箱体顶面，支承孔的端面等。其他加工其他主要连接孔、螺孔、销钉孔以及一些特别的凸台面等。轴承支承孔通常在镗床上镗削；加工连接孔、螺孔、销钉在钻床上进行，主要平面通常采用铣削，支承孔端面可以在镗孔同一次安装中加工出来。减速器箱体的机械加工过程取决于精度要求、批量大小、结构特点、尺寸重量、大小等因素。此处还应考虑车间的条件，中间有无热处理工序。由此可知，减速器箱体整个加工工艺过程分为两大阶段，第一阶段铣削主要的平面，第二阶段是镗孔及钻孔。2.5 加工方法的选择在选择各表面的加工方法时，要综合考虑以下因素：要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在 小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。要考虑被加工材料的性质，例如，淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。2.6 加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：粗加工阶段：粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。半精加工阶段：半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。精加工阶段：精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求。另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。光整加工阶段：对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序.由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。2.7 工序的集中与分散制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则.所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散.工序集中的特点：工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度.使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率.但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。工序分散的特点：工序内容简单，有利选择最合理的切削用量.便于采用通用设备.简单的机床工艺装备.生产准备工作量少，产品更换容易.对工人的技术要求水平不高.但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂.工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型.加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则.一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中.但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制.结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产.由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。2.8 加工顺序的安排零件的加工过程通常包括机械加工工序，热处理工序，以及辅助工序.在安排加工顺序时常遵循以下原则：机械加工工序安排：先粗后精，先粗加工，其次半精加工，最后安排 精加工和光整加工.先加工基准面后加工其它面.首先以粗基准定位加工出精基准，然后以精基准定位加工其它表面.例如，轴类零件通常都是先加工出两端面的顶针孔然，然后以顶针孔定位加工其它表面。箱体、底座、支架类零件，其上的平面较大，用平面定位比较稳定可靠，因此一般都是先加工平面，在加工孔，称之为“先面后孔”原则。先主后次.先安排主要的表面的加工.主要表面指装配基准面，工作表面等；次要表面指键槽、紧固用的螺孔和光孔等.这些表面一般都与主要表面有相互位置精度要求，通常放在主要表面的半精加工之后.精加工之前.这样可以保护主要表面的光洁。热处理工序的安排：热处理工序在工艺路线中的安排主要取决于热处理的目的.有以下几种情况：退火与正火通常安排在粗加工之前.他们的主要目的是改善材料的切削加工性能和消除内应力。调质一般安排在粗加工之后，半精加工之前进行.调质使零件获的较好的综合机械性能也可使金属组织细化致密，为以后淬火和氮化减少变形作预备处理。时效处理.一般铸件通常安排在粗加工之后.高精度复杂铸件应在半精加工之前后各安排一次.刚性差的精密零件应在粗加工、半精加工、精加工多次安排时效处理.时效处理的目的是消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力，稳定零件精度。淬火.分整体淬火，表面淬火和渗碳淬火.一般安排在精加工与半精加工之间进行.表面淬火之前常要进行调质及正火处理。淬火的目的是为了使零件获得高的硬度和耐磨性。淡化.安排在精细磨之前。淡化前还需要安排调质处理，淡化能提高零件硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。发兰.表面镀层等表面处理。应安排在工艺过程之后。辅助工序的安排检验工序是重要的辅助工序，除每道工序操作者自检外，还应在下列加工阶段，专门安排检验工序。粗加工阶段结束之后；重要的工序的前后；工件从一个车间转到另一个车间时；工件全部加工完毕后.辅助工序还有去毛刺、清洗、涂防锈油、油漆等，应分别安排于工艺过程所需之处。综上所述，该零件的加工工艺过程编制如下表所示：涡轮减速器壳体的工艺过程见表12.9 具体工序尺寸和加工余量的确定现分析主要的孔，面的加工余量及尺寸偏差。根据机械加工工艺手册，由于表面粗糙度要求均较高，所以都要经过多重工序，具体工序尺寸和加工余量为：M13mm螺纹孔根据机械加工工艺手册表，加工该孔的工艺为：钻孔：8mm；攻螺纹孔M10精镗90mm孔；根据机械加工工艺手册表，加工该孔的工艺为：钻孔：88mm；粗镗：89.8mm；精镗：90mm铣底面根据机械加工工艺手册表，加工该孔的工艺为：粗铣：Z=1.2mm精铣：Z=1.0mm保证最终尺寸2.10 机床与相应切削用量的确定M13mm螺纹孔 机床：钻床 刀具：麻花钻，丝锥 根据机械加工工艺手册，取每转进给量f=0.10mm/r， 取铣削速度=18m/min。则=f=127.4r/min。 按机床选取铣刀转速n=160r/min，则实际切削速度=25.12m/min，工作台每分钟进给量F=SZ=144mm/min，铣床工作台进给量f=150mm/min,按机械加工工艺手册,基本工时t=0.65min。精镗90H7内孔、精镗115、精镗70H7同样选取f=20m/min，=0.15mm/Z，则=127.4r/min， 同样选取=127.4r/min，则f=25.12m/min，F=SZ=144mm/min 取=127.4r/min，基本工时t=0.65min。铣蜗杆端盖的底面及四周铣削余量Z=1.2mm 同样选取f=20m/min，=0.15mm/Z，则=127.4r/min，同样选取=127.4r/min，则f=25.12m/min，F=SZ=144mm/min 取=127.4r/min，基本工时t=0.65min。3.6.4 铣蜗杆端盖的小端面,铣削余量Z=1.1mm 同样选取f=20m/min，=0.15mm/Z，则=127.4r/min， 同样选取=127.4r/min，则f=25.12m/min，F=SZ=144mm/min 取=127.4r/min，基本工时t=0.65min。 2.11 加工零件图加工零件图如下所示：图2-1 被加工零件及需要加工的孔如2-1所示，被加工零件材料为10#，厚度为10mm，直径为14mm，在零件端面上钻四个孔，孔的直径为1.4mm和1.6mm，具体尺寸偏差如图2-1所示。被加工零件安装到夹具上应对上端面和下部的内孔面进行定位，因为在钻端面上的四个孔时，可能发生零件的左右移动，所以采用芯轴定位，因为设计的是盖板式钻床夹具，所以定位芯轴与盖板为一个整体；在加工过程中采用加长钻套进行钻孔，满足设计要求。2.12 工艺路线的确定在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了工艺路线1。工序号工序名称机床装备量具1铸件清砂、去毛刺、去飞边、退火。手工清砂塞规，卡尺2以孔为基准，划粗外形线。钳工台塞规，卡尺3以195左侧面为基准，铣底面，留2mm余量，以底面为基准，粗铣四周。5036B 鲁南精机 升降台式铣床塞规，卡尺4330右侧留2mm余量做工艺基准面，台阶20到22，其余到尺寸钻床及相应夹具塞规，卡尺5划各孔粗镗孔线 （注意底面及330左侧面有2mm余量）钻床及相应夹具塞规，卡尺6以底面为基准，校正330左侧工艺基准面，粗镗90H7内孔单边钻床及相应夹具塞规，卡尺7放2 mm，工作台旋转90，镗185H7，70H7孔单边放2 mm钻床及相应夹具塞规，卡尺8时效钻床及相应夹具塞规，卡尺9以195左侧面为基准，精铣底面到尺寸，以底面为基准精铣330左钻床及相应夹具塞规，卡尺10侧面到尺寸，保证两面垂直度。车床及相应夹具11钻3-M10深20，钻床及相应夹具12钻6-M10深14的螺纹底孔钻床及相应夹具13钻4-18的通孔钻床及相应夹具14攻3-M10深20，钻床及相应夹具15攻6-M10深14的螺纹底孔钻床及相应夹具16精镗90H7内孔镗床及相应夹具17精镗115镗床及相应夹具18镗185H7镗床及相应夹具19精镗70H7镗床及相应夹具20检验21入库在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了工艺路线2。工序号工序名称机床装备量具1铸件清砂、去毛刺、去飞边、退火。手工清砂塞规，卡尺2以孔为基准，划粗外形线。钳工台塞规，卡尺3330右侧留2mm余量做工艺基准面，台阶20到22，其余到尺寸钻床及相应夹具塞规，卡尺4划各孔粗镗孔线 （注意底面及330左侧面有2mm余量）钻床及相应夹具塞规，卡尺5以底面为基准，校正330左侧工艺基准面，粗镗90H7内孔单边钻床及相应夹具塞规，卡尺6放2 mm，工作台旋转90，镗185H7，70H7孔单边放2 mm钻床及相应夹具塞规，卡尺7时效钻床及相应夹具塞规，卡尺8以195左侧面为基准，铣底面，留2mm余量，以底面为基准，粗铣四周。5036B 鲁南精机 升降台式铣床塞规，卡尺9以195左侧面为基准，精铣底面到尺寸，以底面为基准精铣330左钻床及相应夹具塞规，卡尺10侧面到尺寸，保证两面垂直度。车床及相应夹具11钻3-M10深20，钻床及相应夹具12钻6-M10深14的螺纹底孔钻床及相应夹具13钻4-18的通孔钻床及相应夹具14攻3-M10深20，钻床及相应夹具15攻6-M10深14的螺纹底孔钻床及相应夹具16精镗90H7内孔镗床及相应夹具17精镗115镗床及相应夹具18镗185H7镗床及相应夹具19精镗70H7镗床及相应夹具20检验21入库2.13 钻床的选定及时间计算采用车床、钻床。该设计的生产纲领为大批生产，所以采用专用夹具。由表可查得，钻孔加工余量为2mm，精铰加工余量为2 mm，查表可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，精铰：IT7，钻：IT12。根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各公布的公差值分别为，精铰：0.04 mm；钻：0.25 mm。1）钻孔工步根据钻孔的基本时间可由公式=L/fn=(+)/fn求得。则该工序的基本时间如工序表中的时间.2）精绞工步同上，根据公式=L/fn=(+)/fn求得该工序的基本时间如工序表中的时间。辅助时间的计算辅助时间与基本时间之间的关系为=（0.150.2），此处取=0.15，则该工序的辅助时间分别为：3 夹具设计方法及步骤3.1 夹紧及方案的选择方案一：图3-1 夹紧机构1-底座 2-转轴 4-锁紧套 5-防转螺钉 6-锁紧螺杆图为切向锁紧机构，转动手柄3，锁紧螺杆5使两个锁紧套4相对运动，将转轴2锁紧。夹紧力和夹紧扭矩的计算公式如下： 式中 夹紧力（N）； 夹紧扭矩（N*m）； 作用力（N）； 摩擦系数（表面光滑f=0.16）； 螺纹或端面凸轮升角（此处）、计算实际夹紧力，代入上式得： 计算摩擦力 因为 ，所以钻孔过程中不会发生滑动，夹紧力合适，夹紧机构满足设计要求。 图3-2 夹紧机构2当压板处于放松状态时，可提起夹具手柄杆，使压杆绕铰链叉架的螺杆旋转，装载或卸下零件；零件装载好后，连杆机构形成死点，然后压杆在工件的反作用力下不会反转。因为 ，所以钻孔过程中不会发生滑动，夹紧力合适，夹紧机构满足设计要求。比较两方案：在加工零件端面上的四个孔时，由于钻削会产生振动，使零件发生偏移，影响加工孔的位置精度。为避免这种情况的发生，提高零件的加工精度，在钻削过程中，需采用压紧装置。对夹紧装置的基本要求：夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。夹紧力的大小适当，一批工件的夹紧力要稳定不变。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要是工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。工件生产批量越大，允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。工艺性好，使用性好。其结构力求简单，便于制造和维修。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：工件不移动原则 夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。工件不变形原则 夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。工件不振动原则 对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。安全可靠原则 夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。经济实用原则 夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。夹紧机构-传递夹紧力，它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。要使动力装置所产生的力或人力正确地作用到工件上，需有适当的传递机构。在工件夹紧过程中起力的传递作用的机构，称为夹紧机构。夹紧机构在传递力的过程中，能根据需要改变力的大小、方向和作用点。手动夹具的夹紧机构还应具有良好的自锁性能，以保证人力的作用停止后，仍能可靠地夹紧工件。 需要钻孔零件的材料为10号钢，优质碳素结构钢，钢材的平均含碳量为0.1%。10号钢力学性能：抗拉强度 ；屈服强度 ；伸长率 25%；断面收缩率 5%；硬度：未热处理156HB。钻削切削力的计算公式如表3-1：表3-1 钻削切削力的计算公式工件材料加工方法刀具材料切削扭矩计算公式切削力计算公式结构钢和铸钢=736MPa 钻 高速钢 扩钻耐热钢（HB141） 钻灰铸铁（HB190）硬质合金 扩钻 高速钢可锻铸铁（HB120）钻硬质合金铜合金高速钢可以看出与连杆的连接情况；运用根据平面四杆机构中双摇杆机构的机械原理来设计，其基本结构是由连杆、机架及两连架杆，压板夹紧盖板。3.2 夹具结构设计3.2.1 夹具定位方案与定位元件工件在夹具中定位的任务是：使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置，工件位置的正确与否，用加工要求来衡量，能满足加工要求的为正确，不能满足加工要求的为不正确。一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，也不必要求它们完全一致，但各个工件的位置变动量必须控制在加工误差所允许的范围之内。该设计为了满足钻孔的需要，在定位过程中需要保证零件的上下表面与水平面平行，孔的中心线与水平面垂直，保证孔的位置度和的垂直度。由于定位基准为零件的上平面和的中心线，采用“T”字形定位，即压板和定位心轴为一体的定位方案，满足了定位基准的要求。同时下面采用圆锥台定位，圆锥台的锥形面与零件的外圆面线接触，定位心轴与锥形块也是线接触，使零件不会发生移动或左右偏转的情况，满足加工要求。3.2.2 实际所需夹紧力的计算计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。根据工件受切削力、夹紧力（大型工件还应考虑工件重力，运动的工件还应考虑惯性力等）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。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： 式中 实际所需夹紧力（N）； 在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力（N）； 安全系数。安全系数K可按下试计算： 式中，为各种因素的安全系数，如表3-2。表3-2 安全系数的数值符号考虑的因素系数值考虑工件材料及加工余量均匀性的安全系数1.21.5加工性质粗加工1.2精加工1.0刀具钝化程度1.01.9切削特点连续切削1.0断续切削1.2夹紧力的稳定性手动夹紧1.3机动夹紧1.0手动夹紧的手柄位置操作方便1.0操作不方便1.2仅有力矩使工件回转时，工件与支撑面接触的情况接触点稳定1.0接触点不稳定1.5若安全系数K的计算结果小于2.3时，取K=2.5。钻孔时，计算相应的安全系数得：表3-3 安全系数加工方法切削力分力情况K钻削铸铁钢1.151.15粗扩（毛坯）1.01.01.31.3精扩1.21.21.21.2粗车或粗镗1.01.01.21.41.251.6精车或精镗1.051.01.41.051.31.0圆周铣削（粗、精）1.21.41.61.8(含碳量小于0.3%)1.21.4(含碳量大于0.3%)端面铣削（粗、精）1.21.41.61.8(含碳量小于0.3%)1.21.4(含碳量大于0.3%)磨削1.151.2拉削F1.53.2.3 夹具的使用方法夹具的大体结构（从下到上）：凸台和底板为一体，压杆、夹具手柄杆、连杆行程其他三个连杆。当压板处于放松状态时，可提起夹具手柄杆3，使压杆2绕铰链叉架的螺杆旋转，装载或卸下零件；零件装载好后，连杆机构形成死点，然后压杆2在工件的反作用力下不会反转，使压板放松，提起装配把手，卸下零件，至此完成一个零件的加工。3.2.4 夹具零件设计1）有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面（与机床相连接的表面）等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。有足够的强度和刚度加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹具体不产生变形和振动，夹具体应有足够的强度和刚度。因此夹具体需要有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强筋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体。结构工艺性好夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。排屑方便3.2.5 夹具体毛坯的类型铸造夹具体铸造夹具体的优点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。常用材料为灰铸铁（如HT200），要求强度高时用铸钢（如ZG270-500），要求重量轻时铸铝（如ZL104）。目前铸造夹具体应用较多。焊接夹具体焊接夹具体，它由钢板、型材焊接而成，这种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻（壁厚比铸造夹具体薄）。但焊接夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。锻造夹具体锻造夹具体，它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。锻造后也需经退火处理。此类夹具体应用较少。型材夹具体小型夹具体可以直接用板料、棒料、管料等型材加工装配而成。这类夹具体取材方便、生产周期短、成本低、重量轻，如各种心轴类夹具的夹具体及钢套钻模夹具体。在该毕业设计中采用焊接夹具体，采用45号锻钢。工作条件:1.承受较大应力的零件（弯曲应力0.49MPa（大于10t在磨损下工作的大型铸件压力1.47MPa）；3.要求一定的气密性或耐弱腐蚀性介质。4 夹具误差的计算4.1 角度尺寸公差规定了未注出公差的角度尺寸的极限偏差数值；适用于金属切削加工的尺寸，也适用于一般的冲压加工的尺寸，非金属材料和其他工艺方法加工的尺寸可参照采用。一般公差分精密、中等、粗糙、最粗共4个公差等级，按未注公差的线性尺寸和角度尺寸分别给出了各公差等级的极限偏差数值。表5-1 角度尺寸的极限偏差数值公差等级长度分段mm10105050120120400400精密f中等m粗糙c最粗v4.2 定位误差一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件及定位元件存在加工误差，使各个工件所占据的位置不完全一致，加工后加工尺寸不一致，形成定位误差，用表示。造成定位误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差；二是定位基准与限位基准不重合，由此产生基准位移误差。由于定位基准与工序基准不重合以及定位基准与限位基准不重合是造成定位误差的原因，因此，定位误差是基准不重合误差与基准位移误差的合成。计算时，和计算出和，然后将两者合成而得。合成时，若工序基准不在定位基面上（工序基准与定位基面为两个独立的表面），即与无相关公共变量，则=+。若工序基准在定位基面上，即与有相关公共变量，则=。在定位基面尺寸变动方向一定（由大到小，由小到大）的条件下，（或定位基准）与（或工序基准）的变动方向相同，取“+”号；变动方向相反，取“-”号。4.3 工件在夹具上加工的精度分析1. 影响加工精度的因素 如下图所示，用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度有关的因素，有定位误差、对刀误差、夹具在机床上的安装误差和夹具误差。在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，从而形成总的加工误差。4.4 夹具误差的计算1) 定位误差机床夹具的主要功能：在机床上加工工件时，先将工件装好，然后用夹具夹紧工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹紧，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度，因此，准确定位就是很重要的一个环节，现在需计算定位误差。根据基准中心线，第二基准面钻孔 定位基准中心线；限位基准中心线；工序基准中心线。钻孔 定位基准中心线；限位基准中心线。孔的钻模板长度为40mm，公差等级按中等m设计，根据表（角度尺寸的极限偏差数值）中得，钻孔的定位误差为钻孔时的角度公差为。2) 对刀误差因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。钻头与钻套间的间隙，会引起钻头的位移或倾斜，造成加工误差。图 钻模对刀误差钻模对刀误差的计算如图所示，刀具与钻套的最大配合间隙的存在会引起刀具的偏斜，将导致加工孔的偏移量式中 B工件厚度； H钻套高度； H排屑空间的高度。工件厚度大时，按计算对刀误差：；工件薄时，按计算对刀误差：。钻孔时，工件为薄壁件，所以。钻孔 钻套导向尺寸为，钻头尺寸为。钻孔 钻套导向尺寸为，钻头尺寸为。3) 夹具安装误差因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差，=0.4) 夹具误差因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。夹具误差主要包括定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；定位元件相对于对刀或导向元件（包含导向元件之间）的尺寸或位置误差；导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；若有分度装置时，还存在分度误差。以上几项共同组成夹具误差。钻端面4个孔时，保证位置精度。按IT3级，影响尺寸的夹具误差的定位面到导向孔轴线的尺寸误差=0.008，及导向孔对安装基面B的垂直度=0.004.钻孔时，保证垂直度。按IT4级，影响尺寸的夹具误差的定位面到导向孔轴线的尺寸误差=0.010，及导向孔对安装基面B的垂直度=0.005.5) 加工方法误差因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的1/3.计算时可设 钻孔 钻孔 。2. 保证加工精度的条件工件在夹具中加工时，总加工误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是即工件的总加工误差应不大于工件的加工尺寸。为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量。因此将上式改写为或 当时，夹具能满足工件的加工要求。值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值确定得是否合理。3.钻孔的加工精度计算在图5-2所示钻模上钻机壳的孔时，加工精度的计算列于表中。用钻模钻孔的加工精度计算误差名称误 差计算加工要求位置度 mm垂直度 mm00.0087 mm0.011 mm0.0185 mm000.008+0.004 （mm）0.010+0.005 (mm)0.0067 mm0.013 mm0.0157 mm0.0267 mm0.0043 mm0.0133 mm由表可知，该钻模能满足工件的各项精度要求，且有一定的精度储备。5 第6章 零件材料5.1 标准件本设计中的标准件，如螺钉、螺母、螺栓等零件，常用于元件间的连接、定位、固定，要求有一定的工艺性能和良好的塑性，在使用过程中可能要承受力的作用，所以需要有适当的强度。根据对金属材料的认识和了解，35号钢满足使用要求。35号钢为优质碳素结构钢，有良好的塑性和适当的强度，工艺性能较好，焊接性能也可以，大多在正火状态和调质状态下使用（正火：指将钢材或钢件加热到钢的上临界点温度以上，3050保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺；正火的目的：提高低碳钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷。调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺）。35号钢广泛用于制造各种锻件、热压件、冷拉和顶锻钢材，机械制造中的零件，如曲轴、转轴、杠杆、连杆、套筒、轮圈、垫圈以及螺钉、螺母等。35号钢的力学性能如下：抗拉强度： 屈服强度：伸长率：断面收缩率： 未热处理硬度：5.2 定位销定位销如图所示：图6-1a 主视图图 定位销夹具体的毛坯类型有：铸造夹具体、焊接夹具体、锻造夹具体、型材夹具体四种。本设计中对零件钻孔，需要夹具体有良好的抗压强度、刚度和抗震性，所以选用铸造夹具体，常见的材料为灰铸铁，如T10A。.T10A指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁，是具有较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处理（时效处理：消除零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后，精加工前，把工件重新加热到100-150，保持5-20小时。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要）。灰铸铁的工作条件：1.能承受较大应力的零件（弯曲应力0.49MPa（大于10t在磨损下工作的大型铸件压力1.47MPa）。3.要求一定的耐弱腐蚀性介质。灰铸铁的运用场合：一般运用于盖、油盘、手轮、手把、支架、座板、重锤等形状简单、不甚重要的零件。这些铸件通常不经试验即被采用，一般不须加工，或者只须经过简单的机械加工。5.3 定位衬套图 定位衬套铰链是用来连接两个物体，并允许两者之间做转动的机械装置。铰链可能由可移动的组件构成，或者由可折叠的材料构成。本设计中铰链处除了连接两个物体外，在转动过程中还要承受一定的力，对螺杆的位置进行一个定位，所以设计成铰链叉架的形式，满足使用要求。夹紧装置有很多类型，比如偏心夹紧机构、斜锲夹紧机构、螺旋夹紧机构、弹性夹头、弹性薄壁夹盘、压板夹紧机构等等。在钻孔过程中，振动可能会使偏心夹紧机构出现松动的情况，所以根据设计需要采用压板夹紧机构，运用杠杆的原理进行夹紧和放松。直径为25的孔与梯形丝杠连接，长度表示为Tr25H7，梯形丝杠传力性能好，有自锁性，在加工过程中不易打滑。图中零件需要有良好的综合机械性能和耐磨性，选用T10A，硬度不高，可用调质+表面淬火提高零件表面硬度（淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一 定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺；淬火的目 的：提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组 织准备等）。 在没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格，实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）；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。；推荐热处理温度：正火，淬火，回火 。5.4 定位销座 图 定位销座因工件的形状或被加工孔的位置需要而不能使用标准钻套时，需自行设计的钻套称为特殊钻套。图中加长钻套为常见的特殊钻套，在加工凹面上的孔时使用，减少刀具与钻套的摩擦，导向性能好，提高了零件的加工精度。在成批生产、大量生产中，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套（图6-5）。钻套和衬套之间采用F7/m6或F7/k6配合，衬套和钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，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。钻套使用频率较高，耐磨性要求较高；在钻孔的过程中，有振动，要求材料具有一定的抗性振能，选用T10A。T10A是一种碳素工具钢，适于制造切削条件差、耐磨性要求较高，且不受忽然和剧烈振动的零件和刀具。力学性能：退火硬度 197HB，淬火硬度62HRC。T10A典型应用举例：1）用于制作一般冲模，批量10万件时，被冲材料为软态低碳钢板，料厚小于1mm。 2）用于制造冷拔、拉伸凹模，在工作中磨损超差后，可先经过高温回火，然后重新常规淬火，可自行缩孔复厚。 3）用于制造剪切厚度为11mm中厚钢板的长剪刃，施行薄壳淬火后，抗疲劳强度高，崩刃倾向低，适用寿命比9CrWMn钢高7倍。 4）用于冲制软质硅钢片上的小孔。 5）可用于制造料厚
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