阀体加工工装及专用主轴箱的设计

1、阀体加工工装及专用主轴箱的设计1 课题概述1.1 课题说明及课题目的1. 新型夹具的发展趋势 国内外机加工已经发展到较为成熟的阶段，夹具作为机械加工不可缺少的 部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下， 夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。（1）高精随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度对 夹具的制造精度要求更高高精度夹具的定位孔距精度高达±5卩m夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm平行度高达0.01mm/500mm德国demmeler（戴美 乐）公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为

2、土 0.03mm精密平口钳的平行度和垂直度在 5卩m以内；夹具重复安装的定位精度 高达±5卩m瑞士 EROW柔性夹具的重复定位精度高达 25卩m机床夹具的精 度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然， 为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度 标准供选择。（ 2）高效为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越 来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹 紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型 的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用 1 2 秒，夹具结构简化，为机床进

3、行多 工位、多面和多件加工创造了条件。 为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间， 瑞典 3R 夹具仅用 1 分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国 Jergens （杰金斯）公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机 床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间， 提高生产效率的作用。(3) 模块、组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。 省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之。模块化设计为 夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件

4、库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套 方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合 夹具分会与华科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提 供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通 用化、远程信息化和经营电子商务化。(4) 通用、经济夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹 具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性 功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经

5、济性好。德国demmeler (戴美乐)公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规 格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹 具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。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。2 课题研究的制定本设计题目阀门加工工装设计。具体的设计内容为利用摇臂钻床一次钻削 阀体8- 10 mmfL的工艺装备。对工件进行机械加工时，为了保证加工需要，首先要使工件相对于刀具及 机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。在进 行机械加工前，先要将工件

6、夹好。由于加工的阀体为大批量生产所以设计一套 专用夹具。采用该工装设备可以一次性同时完成阀体 8个孔的钻削。具体优点如下：(1) 能稳定的保证工件的加工精度，用夹具装夹工件时，工件相对于刀具 及机床的位置精度由夹具保证，使一批工件的加工精度趋于一致。(2) 提高了生产率，使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正, 可显著的减少辅助工时，工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性。因此可加大 切削用量，大程度提高生产率。（3）多轴头回转式钻模是高效率的对刀导向装置。可以更加准确的 确定刀具相对于定位元件的位置。一次性完成八个孔的加工，既提高了加工精 度又保证了位置精度，大大缩短了工作辅助时间，全方

7、位的提高了生产效率。1.2 课题研究现状及发展趋势 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 3-4 年就要更新 50%-80%左右专用夹具， 而夹具的实际磨损量仅为 10%-20%左右。特别是近年来，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）能迅速而方

8、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。本题目研究的内容在国内外属于成熟装置。 对于提高生产率保证加工精度具 有明显优势。对于批量生产的阀体零件，运用本套工装夹具还比较少见。采用 本套夹具提高了加工精度和生产率，有很高的性价比。1.3 课题的理论依据本题目研究的理论依据为 金属切削机床夹具设计手册 、机械工程手册、 夹具工程师等。这几本

9、书知识性强、内容丰富。从工件的装夹，专用夹具 的设计方法，定位装置的设计，加紧装置的设计，对刀引导装置的设计等多个 方面详细的阐述了夹具设计方法和理论，给了我们强有力的理论支持。我们有了强有力的理论基础依据，在加上在公司车间实地观察以及多次工 厂实习积累下来的丰富经验，重要的是指导老师的悉心指导。我们已初步具备 了相当的条件来进行本次题目的研究。1.4 课题研究的思路及步骤明确任务并收集有用资料T认真研究原始资料T讨论设计方案进行方案论 证。主要包括：(1) 读零件图，制作零件工艺过程卡。(2) 了解生产的批量和对夹具的需求状况(3) 了解夹具形式和具体结构。(4 )设计多轴头专用主轴箱及其校

10、核。(5) 绘制夹具原理图和装配图。492阀体零件的工艺分析2.1零件的分析2.1.1零件的功用此阀为直通单座阀，结构较简单，由一个阀芯和一个阀座组成。阀杆和阀 芯连接，当执行机构做直线位移时，通过阀杆带动阀芯移动。上压板用于压紧 填料，上阀盖与阀体用螺栓连接，用于阀杆和阀芯的中心定位。阀座与上阀杆 一起，用于保证阀芯与阀座的的中心定位，并在阀芯移动时，改变流体的流通 面积，从而改变流通变量，实现调节流体流量的功能。此阀具有如下特点：(1 )泄漏量小，容易实现严格的密封与切断。(2) 允许压差小，此阀的允许压差为120KPa(3) 流通能力小，此阀的流通能力为100。(4) 流体介质对阀芯的推

11、力大，即不平衡力大，在高压差、大口径的应用 场合，不宜采用此类控制阀。2.1.2零件的结构特点由图2-1阀体零件图可知：(1 )阀体'340 mm的左右两端面对基准 A: 0 3+O.Omm0基准孔中心线的对称度公差为0.1mm(2 )阀体上8-M12孔的中心线对基准B:300 mmS准孔中心线的同轴度公差为0.2 mm(3 )阀体上端4- Fmn的孔的中心线对基准 A: 0 3+0牆0的基准孔中心线的同轴度公差为 0.25 mrm(4) 铸件人工时效处理(5) 尖角倒钝。(6) 材料 HT200图2-1阀体零件图2.1.3零件的工艺分析(1 )阀体的整体尺寸较大，但定位孔壁较薄(20

12、mr)在各道工序加工时注 意选用合适的夹紧力，以防工件变形。(2 )阀体内、外圆有同轴度公差要求，为保证加工精度，工艺应该安排粗、 精加工分开。(3)安装填料的内孔°在精磨时，要保证 340 mnt两端面的精度，以保证两端面对其轴心线的对称度公差 0.1mm（4）对其所有公差要求做到良好的测量检测，保证加工精度。 综上所述：由典型零件机械加工生产实例得，为满足主要部位的技术 要求，初选以下加工方法，见表 2-1表2-1阀体零件主要加工表面的加工方案主要加工部位粗糙度要求加工方案e 3+0.0mn基准孔Ra=1.6»m钻一粗扩-半精扩-精扩©300 mn基准孔Ra=

13、1.6»m粗镗-半精车-精车左右两端面Ra=3.2»m粗车-精车*120 mn上端面Ra=3.2，m粗铣-精铣8-M12光孔钻-攻（钻模）4- *4 mm孔钻-扩2.2工艺规程设计2.2.1确定零件生产类型与毛坯（1）确定零件生产类型该阀体年产量：Q=10000个备品率：a%=2% 废品率：B %=4%生产纲领：N=Qn（1+%） （1+ B % =10000X 1X（ 1+2% x（ 1+4% =10608（个 ）由机械制造工艺学（第二版）可知，该零件属中型机械，为大量生产，见表 2-2。表2-2各种生产类型规范生产类型零件的年生产纲领（件/年）重型机械中型机械轻型机械单

14、件生产< 5< 20< 100小批量生产> 5100>20200>100500中批生产>100300>200500>5001000大批生产>3001000>5005000> 500050000大量生产> 1000> 5000>50000（2）确定零件毛坯的种类和制造方法 该阀体材料为HT2O0根据以下原则，选取毛坯的制造方法。1）毛坯的制造方法应与材料的制造工艺相适应。HT200材料适合用铸造获得毛坯。2）毛坯的制造方法应与生产类型相对应。本零件为大量生产，故采用砂型 铸造。此外，现场还应考虑工厂的实际生

15、产能力。222工艺方案的制定原则分析（1）采用组合机床的可行性：组合机床可以进行多刀、多面、多工位加工, 可同时完成钻、扩、铰、镗、攻丝等工序。使用组合机床可比一般机床缩短加 工时间减少占地面积，经济效益显著，同时对大量生产类型很适应。由于该阀 体加工部位的多样性，精度要求高，属于大批量生产类型，因此可采用组合机 床加工工艺方案。（2）组合机床工艺方案制定的影响制定组合机床工艺方案是组合机床设计 最重要的步骤之一，工艺方案的制定将决定机床能否达到”重量轻、体积小、 结构简单、使用方便、效率高、质量好”其影响主要因素有：1）加工的工序和加工精度的要求，被加工零件需要在组合机床上完成的工 序及加工

16、精度，是制定机床工艺方案的主要依据，因此首先分析研究工件的加 工精度和技术要求。2）被加工零件的特点如工件材料及硬度，加工部位的结构形式，工件的刚 度，工艺基面等，对于机床工艺方案的制定都有重要的影响。工件的刚性不足， 加工时工序就不能太集中，有时为了减少机床台数，必须采用集中工序时，也 必须把一些工序从时间上错开加工，以勉同时加工时因工件受力变形，发热变 形以及振动而影响加工精度。3）工件的生产方式，被加工零件生产批量的大小对机床工艺方案的 制定也有影响，对于大批量生产的箱体零件，工序安排上一般趋于分散，在中 小批量生产情况下，力求减少机床台数，将工序尽量集中在一台或少数几台机 床上进行加工

17、，以提高组合机床的利用率。2.2.3组合机床工艺过程确定的原则一般阀体零件的机械加工工序安排的原则是：先粗后精，先面后孔，先主 后次，基准先行。（1）先面后孔：根据对本零件的分析，加工时，先粗车出一个端面为粗基 准，再以内径定位装夹工件，留足车削及磨削余量。（2） 先粗后精：在大批量生产中粗精加工分开进行的优点是 ：1）工件可以得到较好的冷却，减少热变形驻内应力的影响，有利于保证加 工精度。2）可以避免粗加工产生的影响。粗加工时切削力很大，并且产生很大的振 动会影响到精加工孔的表面粗糙度和精度。3）有利于精加工机床的精度持久的保证。因为当粗精加工使用同一夹具， 由于粗加工时的振动，发热的影响，

18、易于失去精度，粗精加工分开时，精加工 工序可以采用较小的夹压力，减小夹压变形有利于保证需要加工精度。4）使机床结构简单，便于维修。但是在确定工艺方案的时候，还必须从实 际出发首先根据生产批量，加工精度，技术要求驻工作条件来进行分析，按照 经济的满足加工要求的原则合理的处理粗精工序的安排。2.2.4定位基准的选择定位基准分为设计基准、工艺基准、测量基准等，由图2-2分别分析各基准的选择。（1）设计基准的选择：设计基准，就是图纸上使用的基准。设计者在图纸上用一定的尺寸或相互 关系（如平行度、垂直度、同轴度等）来表示零部件各部分的相互位置关系。各个尺寸均有其设计基准，就该阀体8-M12的定位尺寸W2

19、0mm则是以基准B引出的，故尺寸'320mm勺设计基准为基准B,即300mmS准孔中心线，如图2-2(2) 工乙基准：工艺基准又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。1) 工序基准：在工序图上用来确定本工序加工所加工表面加工后的尺寸、 形状和位置的基准，称为工序基准。2) 定位基准：定位基准是获得零件尺寸、形状和位置的直接基准，可分为 粗基准和精基准。 粗基准：8XM12的定位粗基准为B孔轴线与一个端面 C,如图2-2。 精基准：对于8XM12螺纹孔的精基准与粗基准相同，如图 2-2。3) 测量基准：测量该阀体时，其测量基准有端面C,上下两端面D、E， 内孔B、'340

20、 mm勺外圆F等，如图2-2。0301Q§图2-2阀体各基准的选择225工艺路线的分析工艺路线的拟定是制定工艺过程的总体布局，其主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案，确定各个表面的加工顺序以及整个过程中工序数目的多少等。通过以上分析，关于该阀体的加工工艺路线可确定以下工艺过程案，如表2-3。表2-3阀体的工艺过程表工序号工序内容机床夹具定位基准01铸造02清砂03人工时效04粗铳左右端面双面卧式组合机床专用夹具按划线找正05粗镗内孔B卧式组合镗床专用夹具端面C划线找正06半精车端面C 和内孔B液压半自动立车专用夹具内孔B和端面C07精车另一端面C液压半自动立车专用夹具内孔B和端

21、面C08检查09粗精铳端面D卧式铳床专用夹具内孔B、端面C10钻内孔A摇臂钻床专用夹具内孔B、端面C、 划线11钻内孔E摇臂钻床专用夹具内孔B、端面C、 划线12粗扩内孔A、E摇臂钻床专用夹具内孔B、端面C、 划线13半精扩内孔A E摇臂钻床专用夹具内孔B、端面C、 划线14精扩内孔A摇臂钻床专用夹具内孔B、端面C、 划线15钻8-帖0 mm摇臂钻床专用夹具内孔B、端面C16攻丝摇臂钻床专用夹具内孔B和端面C17精车内孔B液压半自动立车专用夹具内孔B和端面C18去毛刺29检查20入库综上所述选择以上加工工艺路线的特点如下：(1) 粗精加工分阶段进行，有利于减小热变形。(2) 工序长，工序较分散

22、，使机床制造调整维修方便重要工序集中程度较 高，有利于保证加工精度。(3) 基准统一，可保证因工序转移引起定位误差，不影响加工精度，减少 基准累积误差。钻孔8-10 mm工序的详细分析:此次课题研究工序15的具体过程，即钻削8-M12mrt螺纹孔光孔(8- 10mr)io 由表2-3阀体的工艺过程表可知：在此工序前，两端面C、端面D基准孔A和内孔E已经加工完毕，内孔B也已经进行了粗镗和半精车。本工序的加工要 求为：螺纹底孔均匀分布且为通孔；此光孔距内孔轴线 ©320 mm光孔中心线对 基准孔B的同轴度公差要求为©0.2 mm工序15宜采用摇臂式钻床。3阀体的工艺装备设计概述

23、3.1设计总体说明本设计题目是针对阀体上8- 12mnS纹孔光孔的加工工装设计。具体设计 内容为：对现有设备摇臂钻床 Z3040进行改造，以此来进行阀体左右两端面上 8X 12mm螺纹光孔。其中工装部分包括专用夹具和专用主轴箱。设计完毕后对 各个设计部分进行装配。3.1.1专用夹具的设计综述专用夹具的设计： 包括定位部分、加紧部分、导向部分、支承部分等各部 分的结构设计。这里主要完成：（1）确定工件的定位方案，工件在夹具中的定位应符合定位原理，合理设置定位元件，进行定位误差的分析计算，定位误差应小于工序公差的1/3 ；（2）确定刀具的对刀或引导方式，根据加工表面的具体情况来确定；（3）确定工件

24、的夹紧方案，夹紧力的作用点和方向应符合夹紧原则，进行夹紧力的分析和计算，以确定夹紧元件及传动装置的主要尺寸；（4）确定夹具其它组成部分的结构形式；（5）确定夹具体的形式和夹具的总体结构。3.1.2专用主轴箱的设计综述专用主轴箱的设计：主要原则为设计一套由传动轴带动，八根主轴同时工 作，从而使传动轴上的动力分为八各部分一次性加工出阀体零件的八个孔。这 里主要完成：（1）所有轴的位置关系尺寸；（2）主轴的转速和转向；（3）主轴主轴外伸部分尺寸及校核；（4）主轴箱外型尺寸及其他相关部件联系尺寸；（5）钻模板在主轴箱安装的位置要求等。 关于装配：各配合部分的配合标准及装配要求等，画出装配示意图。4 专

25、用夹具的设计4.1 确定定位方案和选择定位元件4.1.1主要定位基准的选择根据零件的结构 （参照图 2-2 ）和工艺安排， 本工序加工时的主要定位基准 有两种方案可供选择：1. 以一端面 C 作为主要的定位基准；2. 以内孔 B 作为主要的定位基准；第一种方案以内孔 B 作为主要的定位基准，定位面积大，夹具结构简单、 工件拆卸方便、与其他工序相适应，但是，螺纹孔与端面 C 之间没有直接的技 术要求，且端面的粗糙度要求不高，螺纹孔作为旋转体与端面之间的了联系较 少，故予以否定。第二种方案以内孔 B 作为主要的定位基准，有很多优点。螺纹孔与内孔 B 之间有直接的同轴度要求；内孔 B 也可作为导向定

26、位基准便于工件的装拆。此 外，采取本方案可以采用统一的定位基准，即采用基准孔 B 进行定位加工。故 第二种定位方案可行。综上，该工序采取以内孔 B 作为主要的定位基准来保证加工。4.1.2定位方法及定位元件的选择观察零件图，就此工序来讲，我们必须限制其六个自由度。在本夹具设计 时，以内孔 B 为主要的定位基准，故初选定位元件如下：1、选择短圆柱销大端面：如图 4-1 ，分析零件限制的自由度共限制 5 个自由度。总结见表 4-1 。z图4-1采用圆柱销大端面定位 表4-1圆柱销大端面定位情况定位元件限制的自由度平移旋转短圆柱X、Y大端面ZX、Y2、定位销：本题需要限制Z方向的旋转，故需要小定位销

27、，如图 4-2，总 结见表4-2。图4-2采用小圆柱销定位其中X方向的平移与短圆柱限制的X方向的平移将转化为Z的旋转，故其限制的自由度如下:表4-2小定位销定位情况定位元件限制的自由度平移旋转定位销Z至此工件的六个自由度均被定位。注：因为我们国内使用的钻头均属右旋钻头，小定位销应设置在如图位置方能更好的起到定位作用。4.2 确定夹紧方案与夹紧机构4.2.1夹紧装置（1）夹紧装置的种类很多，但其结构均由两部分组成。1）动力装置-产生夹紧力机械加工过程中，要保证工件不离开定位时占据的正确位置，就必须有足 够的夹紧力来平衡切削力、惯性力、离心力几重力对工件的影响。夹紧力的来 源，一是人力。二是某种动

28、力装置。常用的动力装置有：液压装置、气压装置、 电磁装置、电动装置、气液连动装置和真空装置。2）夹紧机构-传递夹紧力要使动力装置所产生的力或人力正确的作用在工件上，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应具有良好的自锁性能，能可靠的夹紧工件。（2）对夹紧装置的基本要求1）夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。2）夹紧力的大小适当，一批工件的夹紧离要稳定不变。既要保证工件在整 个加工过程中的位置稳定不变，震动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小加紧误差。3

29、）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具。4）工艺性好，使用性好。其结构应力求简单，便于制造和维修，夹紧装置 的操作应当方便、安全、省力。422夹紧力的方向和作用点确定确定夹紧力的方向、作用点和大小时，要分析工件的结构特点、加工要求、 切削力和其他外力作用的情况，以及定位元件的结构和布置方式。对此工序中， 工件的方向和作用点的确定为：（1）夹紧力的方向和作用点的确定。夹紧力应朝向主要限位面。在本溪夹 具设计中，主要限位面为工件的的一个端面 C,即大端面，约束两个旋转自由度 X、丫和一个移动自由度 乙对工件施加一个夹紧力，或施加几个方向相同的

30、夹 紧力时，夹紧力的方向朝向主要限位面。（2）夹紧力的点应落在定位元件的支承范围内和工件刚性较好的方向和 部位。综上，夹紧力的方向及作用点如图 4-3所示：夹紧力FF短圆柱销图4-3夹紧力方向及作用点4.2.3夹紧力大小的估算加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力及重力作用。理论上，夹 紧力的作用应与上述力的作用相平衡；但实际上，夹紧力的大小还与工艺系统 的刚性、夹紧机构的传递效率有关。而且，切削力的大小在夹紧过程中是变化 的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。在本次设计中，因采取摇臂钻床钻削工件，自上而下夹紧工件，夹紧力方 向与切削力方向相同，故所需夹紧力不大，只用

31、于防止加工中工件产生振动和 转动。参见机床夹具设计，其平衡方程如下：F f a = K M ；故防止工件转动的夹紧力为：f ak = Ki K2 K K ；式中，K 安全系数，通常情况下，K =1.5-3.0;K1基本安全系数，通常取K 1=1.2-1.5;k2 加工状态系数，通常取k2 =1.0 ；K3刀具钝化系数，通常取K3=1.1-1.3；K4切削特点系数，通常连续切削时，k4=1.o ； M主轴扭矩；a 压板与钻头轴心线的距离；f 摩擦系数，在本工序中，因为其定位面已经进行了精加工， 属光滑平面，由表4-3得，f取f =0.15 。表4-3不同支承面的摩擦系数定位支承面形式定位支承表面

32、特点摩擦系数f光滑表面0.1-0.2表面有直沟槽，且沟槽的方向与切削力方向一致表面有直沟槽，但沟槽的方向与切削力方向垂直表面具有交错沟槽0.30.40.6-0.7综上，确定压板与钻头轴心线的距离后校核加紧力F，使其满足F> F需 4.2.4夹紧机构的选择夹紧机构的种类很多，但其结构大都以斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏 心夹紧机构和螺旋压板夹紧机构为基础，这四种夹紧机构合称为基本夹紧机构 现分别进行比较选用：（1）斜楔夹紧机构此夹紧机构在使用时须在工件装入后，锤击斜楔大头，夹紧工件。加工完 毕后，锤击斜楔小头，松开工件。由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力太小，且操作费时，所以实际生产中应用不多

33、，多数情况下是将斜楔与其他机构联 合使用。其自锁的条件是：斜楔的升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的 摩擦角之和。（2） 螺旋夹紧机构 由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构，称为螺旋夹紧机构。 螺旋夹紧机构不仅结构简单，容易制造，而且，由于缠绕在螺钉表面的螺旋线 很长，升角又小，所以螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大， 是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构。其又分为单个螺旋夹紧机构，和螺旋 压板机构。直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构，称为单个螺旋夹紧机构。螺钉 头直接与工件表面接触，螺钉转动时可能会损伤表面。克服这一缺点的办法是 在螺钉头部装一个摆动压块。夹紧动作慢，工件装

34、卸费时是其另外的缺点。（3）偏心夹紧机构 用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。常用的偏心件 是圆偏心轮和偏心轴。偏心夹紧机构操作方便，夹紧迅速，缺点是夹紧力和夹 紧行程都较小，一般用于切削力不大，震动小，夹压面公差小的加工中。（4）螺旋压板夹紧机构 夹紧机构中，结构形式变化最多的是螺旋压板机构。其结构特点是结构紧 凑，使用方便。当钩形压板妨碍工件装卸时，可采用自动回转钩形压板，它避 免了用手转动钩形压板的麻烦。综合考虑各种夹紧机构的特点，结合本设计具体情况，本次设计中最后选 用钻模板自动夹紧机构，在加工工件的同时，利用钻模板压紧工件起到夹紧工 件的目的。4.3 确定导向方案与导

35、向元件或装置4.3.1 确定导向方案导向装置是确定刀具相对于工件的的正确位置并引导刀具进行加工。常用 的导向元件有导向套、对刀块、导柱、钻模板等。此次夹具设计中，零件尺寸较大，所加工孔的位置公差要求比较高，这就 要考虑到现代机床夹具中广泛采用的导柱及钻模板等导向装置。这就要求进行 钻套，导柱，钻模、钻模板的选择及设计。其中，普通钻模可分为又可以分为固定式和非固定式两种。（1）非固定式钻模在立式钻床上加工直径小于10mm勺小孔后或孔系、钻模重量小于15kg时, 由于钻模扭矩较小， 加工时人力可以扶的住他， 因此钻模不需要固定在钻床上， 这类可以自由移动勺钻模称为非固定式钻模。（2）固定式钻模在摇

36、臂钻床上加工直径大于10mm勺单孔或在摇臂钻床上加工较大的平行孔 系，或钻模重量超过15kg时，因钻削扭矩太大及人力移动费力，固钻模须固定 在钻床上。这种加工一批工件时位置固定不动勺钻模称为固定式钻模。 综上，本夹具属于固定式钻模。4.3.2 钻模板勺设计钻模板用于安装钻套，并保证钻套在钻模上勺正确位置。常见勺钻模板有 以下几种：固定式钻模板、铰链式钻模板、可卸式钻模板、悬挂式钻模板。固定在夹具体上勺钻模板称为固定式钻模板。固定式钻模板结构简单，钻 孔精度高。综合考虑各种钻模板勺优越性，结合本次设计本套夹具采用悬挂式 钻模板，如图 4-4 所示。采用悬挂式钻模板应注意以下几个问题。（1） 采用

37、悬挂式钻模板应能保证加工孔勺位置精度要求，这项精度和钻模 板勺结构形式有着密切勺关系。因为此工件勺法兰盘端面上加工圆周分布勺孔 时，为了保证被加工孔和工件内孔勺位置精度要求，所以使用一个定位销来保 证其精度。（2）为了使加工时钻模板有足够勺稳定性所以在钻模板上用垫片螺母加 紧。（3）模板应有足够勺刚性。 钻模板用导杆，通用导杆通常只适用于立式机 床的活动钻模板，其直径为100mm导杆的上端则穿过主轴箱体上的孔。导杆用螺母加紧，螺母用于将活动钻模板固定在导杆勺端部，在更换刀具 时，用扳手把螺母卸下，可以很快的卸下钻模板。?320? 2009204.3.3钻套的选择为能迅速地准确地确定刀具与夹具的

38、位置，钻夹具上都应设置引导刀具的 元件-钻套。钻套一般安装在钻模板上，钻模板一般与夹具体相连接，钻套与 工件之间留有排削空间。钻套是钻模上特有的元件，用来引导刀具以保证被加 工孔的位置精度和提高工艺系统的刚度。钻套可分为标准钻套和特殊钻套两大类。其中标准钻套的结构参数、材料、热处理等可查机床夹具手册。标准钻套又分为固定钻套、可换钻套和快换钻套三种。H 7 H7固定钻套分为两种。钻套安装在钻模板或夹具体中，其配合为 匚6或76。固定钻套结构简单，钻孔精度高，适用于单一钻孔工序和小批生产。可换钻套。当工件为单一钻孔工步、大批量生产时，为便于更换磨损的钻F7 F7套，选用可换钻套。钻套和衬套之间采用

39、 m6或k6配合，衬套与钻模板之间采H7用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。快换钻套。当工件需钻、扩、铰多工步加工时，为能快速更换不同孔径的 钻套，应选用快换钻套。更换钻套时将钻套缺口转至螺钉出，即可取出钻套。 削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套自动脱出。综合考虑各种钻套的应用情况，最后本夹具采用的是可换钻套。选用时参 考机床夹具设计手册，具体结构参见下图4-5。1©18H7/js6图4-5可换钻套1可换钻套 2 衬套3 紧定螺钉4.3.4导柱的设计通用导柱通常只适用于立式机床的活动钻模板，其直径为100mm钻模板借助螺母固定在

40、导柱的下端，导柱的上端则穿过主轴箱体上的孔。在加工阀体上 的孔时钻模板压在工件上，压紧工件相当于工件的加紧装置，加工完毕后主轴 箱抬起，钻模板和主轴箱相连随主轴箱抬起。综上，本次夹具设计中，选用导柱选用两根，和主轴箱，钻模板相连接。如图4-6。M图4-6导柱零件图4.4钻模装配图此次设计中，通过对钻模板、导柱、钻套等设计，确定其装配图如下图4-7? 300? 400 一920700图4-7钻模装配图1 钻模板2 垫片3 螺母4 导柱5 弹簧6 对顶螺母7可换钻套 8 衬套9 螺钉5专用主轴箱设计5.1主轴箱概述主轴箱是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。它通 过按一定速比关系排

41、布传动齿轮，把动力传递给各工作主轴，使之获得所要求 的转速或转向等。主轴箱是此次阀体加工工装部分的重要部件。它是选用通用零件，按专门 要求设计的，不仅需要传递动力，而且是此次工装的一部分，同钻模板上的导 柱和加紧套相配合，在本设计中，是工作量较大的部件之一。我设计的这套主轴箱靠法兰和Z3040摇臂钻床的主轴箱体部分相连接。 机床的主轴箱按其组成和用途分为：大型标准主轴箱，小型标准主轴箱和 专用主轴箱。在本设计中，米用的是专用主轴箱。此次课题研究中，齿轮部分等已经选择完毕，主轴箱设计的主要内容如下:1）所有轴的位置关系尺寸；2）主轴转速和转向及外伸部分尺寸；3）传动系统的设计及校核4）主轴箱外型

42、尺寸及其他相关部件联系尺寸。5）钻模板在主轴箱安装的位置要求；6）其它要求。5.2传动轴及主动轴的位置关系由零件的局部视图可以看出，传动轴要位于零件的中心位置，其余八轴的 轴线要以320 mmfc基准均匀分布，如图5-1。图5-1传动轴与主轴位置关系5.3主轴的设计此次的主轴箱中传动轴与主轴的设计的设计顺序应该采取主动轴传动轴 的设计次序，主轴为仅仅(或者主要)承受扭矩的的轴，应按扭转强度计算， 其中主轴的设计包括主轴所带动的刀具切削用量、转速、结构、齿轮的设计。1.切削用量计算：主轴上带动的钻头直径为 10.0mm由此以此类推所需各类参数又该阀体材料为HT20Q属深孔钻，由金属切削机床夹具设

43、计手册知：(1) 切削深度ap (mmap=d/2=10 /2=5.0mm(5-1)(2) 每刃进给量f (mm/Zf 取 f=0.12mm(3) 切削速度：C (mm/min(r/min):另外，主轴转速n即得：Vc 二二dn/100024000=3.14X10.2 来n=955rmin(5-2)2.轴向力N扭矩M功率PN=425df°.8=425 X10>(0.12) °.8=3400 X).183=622.2N(5-3)M=210d2fO.8=210X10)2 X°.12)0.8=210X104.4 %.183=2459.52Nmm(5-4)P=MN/

44、(7018760 X1.36)=2459.52 955/9545513.6)=0.25KW(5-5)选择摇臂钻床Z3040转速600 r min (摇臂钻床的各个参数见附录)3.确定主轴轴径及形式及动力计算：主轴的轴径和型式，主要取决于刀具进给抗力和切削扭矩或主轴刀具系统 结构上的需要。通常，钻孔时采用前有支承有止推轴承的主轴。钻孔以外的其 他工序，主轴前支承有没有止推轴承都可以，这要视具体情况而定。d =霜10.17Cm(5-6)因为M=251Kgfmm。许用扭转角2度/米。取d=15mm。材料选用40Cr淬火。(5-7)主轴箱所需功率：N ±=N 切/ n =4x 0.25/0.

45、9=1.1KW 1.1=Mn/(7018760 X36)=M X00/9545513.6M=2100X 0.102=2142 Kgf mmd = 13mm d = 15mm则两段轴径均为d = 15mm轴材料选用45钢调质，二b =650MPa入=360MPa5.4传动系统部分1.传动系统设计的一般要求；1）保证轴的强度、刚度、转速和转向要求的前提下，力求使传动轴和齿轮 为最少。应尽量用一根传动轴带动多根主轴；当齿轮啮合中心距不符和标准时， 可采用齿轮变位的方法来凑中心距。2）在保证有足够强度的前提下，主轴、传动轴和齿轮的规格要尽可能少，以减少各类零件的品种3）通常应避免通过主轴带动主轴，否则

46、将增加主动主轴的负荷。4）最佳传动比为1-1.5，但允许采用到3-3.5。5）粗加工主轴上的齿轮，应尽可能靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。6）刚性镗削主轴上的齿轮，其分度圆直径要尽可能大于被加工孔的直径， 以减少震动，提高传动的平稳性。7）尽可能避免升速传动，必要的升速最好放在传动链的最末一，二级以减少功率损失。2传动系统设计方法主轴的分布尽管有各种各样的类型，但通常采用经济及有效的传动是：用 一根传动轴带动多根主轴。因此，设计传动系统时，首先把所有主轴分成尽可 能少的若干组同心圆，然后再各组同心圆圆心上放置一根传动轴来带动各自一 组的主轴。接着在用尽可能少的传动轴把各组轴与动力部件驱动轴连

47、接起来。 这就是通常的传动布置次序，即由主轴处布置起，最后在引到动力部件的驱动 轴上。对于一些简单的，主轴数量较少或其他情况，也可采用别的布置次序。3 传动系统的计算传动系统齿轮的计算如下：基本公式(5-8)Z 2AZ从- m式中：m-2A -2AZ主=_ZK=/ 、mm1 + n主<n从2Az从=f、m从'、n主Z主 z从二辻(5-9)Z±主动轮齿数z从从动轮齿数n主主动轮转速（转/分）n从从动轮转速（转/分）A 中心距（mr）im 模数（mrj）因n=955 r/min主轴m=2 A=160mm得Z 主+Z 从=2Xl60/m=160n 主=500r/minn 从=

48、950r/min2A（5-10）=2 X160/2 X+550/955） =105得Z 主=105 Z 从=160-105=55验算主轴的转速n 从（5-11）n 从=n 主 XZ 实/Z 从=950r/minm=2Z 主=105 Z 从=55故主轴箱选用的是通用齿轮，材料是 45号钢，齿宽为24mm5.5齿轮的校核部分286HB在本设计中，选用的齿轮材料是45号钢，调质处理。硬度229HB 平均取240HB。1. 齿面接触疲劳强度计算（1）初步计算及设计结果齿轮分度圆直径di=110mm d2=210mm齿宽接触疲劳极限B = 24mm''二 H lim = 580MPa初步

49、计算的许用t H 丨：0.9 - H |im = 0.9 580接触应力 Hl=522MPa(2)校核计算1) 圆周速度vv=n din 1/(60 X1000)(5-12)得v=5.50m/s2) 精度等级选IT8级精度3) 齿数和模数m=2 z仁55 z2=1054）使用系数KaKA =1.255）动载系数KvKv =1.16）齿间载荷分布系数Kh:'Ft=2T1/d 1=2 X 2459.52/110=45NKA.Ft/b=1.25 X 45/24=2.34m/s<100N/mm£ a=1.88-3.2(1/Z1+1/Z2)£ a =1.79Z；4-1.

50、6243-0.89由此得KHa=1/Z& 2=1.35KHa=1.357) 齿向载荷分布系数Kh :Khb=A + B1+6.7£_.巴+C10°b(5-13)i_ e丿丿=1.09+0.161+(24/110)2+(0.22)2+0.31 X 10X 88=1.34得 kH B =1.348) 载荷系数K(5-14)K = Ka Kv Kh：. Kh :=1.25 X 1.1 X 1.35 X 1.34得K=2.499) 弹性系数ZeZE =189.8MPa10）节点区域系数ZhZh 二 2.511）接触最小安全系数Sh limSh lim = 1.0512）接触

51、寿命系数ZnZn =1.2513）许用接触应力*H 1(5-15)SHlim得验算二ZeZhZKTiU 1IX bdi2 u(5-16)= 189.8 2.5 0.892 2.06 869524 502(5-17)(5-18)=118.52MPa得-H=118.52<二 H总结：计算结果表明，接触疲劳强度合适，齿轮尺寸无须调整。可以满足 要求。2. 齿根弯曲疲劳强度验算1)重合度系数丫；Y £ =0.25+0.75/ £ a=0.25+0.75/1.79=0.672 )齿间载荷分配系数Kf：KFa=1/ Y& =1/0.67=1.493) 齿向载荷分布系数3=

52、1.154) 载荷系数KK 二 KaKvKf：.K=1.25 X 1.1 X 1.49 X 1.15=2.365) 齿形系数丫F -Yf： =2.346) 应力修正系数丫sYs =1.687）弯曲疲劳极限CFlim =450MPa8）弯曲最小安全系数SFmin =1.259 ）尺寸系数丫xYx =1.010）弯曲寿命系数Yn丫N =0.9711 ）许用弯曲应力'?F 1L “limYNYx450 0.97 1.0SF min1.25(5-19)得验算 f=349MPa2 KT1、/、/、/FF1 01 'bdm(5-20)2 2.23 86952.65 1.6 0.7124 50 2；F ： -F 1此传动无过载，故不做静强度校核。从以上计算结果表明齿轮尺寸符合要 求。5.6轴的校核(1)计算轴的受力N、T: 0.8 0.8N=425df =425X8X0 2=3400X 0.183=622N425df 0.8 =425X8X0 12°.8 =19676 N.mm(2) 圆周力Ft :Ft=2Ti/d 1=2X 196