拖拉机半轴壳端面钻孔夹具设计

1、摘要v机床夹具是组成工艺系统的一个环节，是影响加工质量的重要因素，一般情况下，使用机床夹具能稳定地保证产品质量。因而机床夹具设计被广泛应用于机械设计与制造当中v机床夹具包括结构设计和精度设计两个方面，二者相辅相成，有好的结构定位才能保证夹具的合理性，而保证了高的精度才能保证加工的零件符合生产要求。 v机床夹具设计要充分考虑加工的可行性.通用行.经济性和高效性1.工件的加工工艺性分析工件的加工工艺性分析 如图所示为所要求加工的工件,它是拖拉机前驱半轴壳，其材料为铸铁材料QT400-15 。 重约20公斤，中批量生产，拖拉机半轴壳的基本结构和所要达到的加工工艺要求在零件图中已经给出:工件的加工工艺

2、路线具体定制如下:2.工件端面钻孔工艺分析 本工序要加工的两组孔的孔径大小无精度要求,可以由刀具来直接保证,但由于法兰面要起到连接作用,两组孔之间得有一定的位置度的要求.因此依靠所设计的夹具需要保证以下的精度: .加工小端面孔时，6个孔在125mm的圆周上均匀分布，孔的中心线相对于基准D和H偏离理想尺寸0.5mm的圆柱范围内，其中两个相对的孔的中心线在悬梁的中心面内。 .加工大端面孔时，8个孔在144mm的圆周上均匀分布，孔的中心线相对于基准D和H偏离理想尺寸0.5mm的圆柱范围内，其中与悬梁中心面相邻的孔与悬梁中心面的夹角为22.5。 .为了保证连接，法兰面要求光滑平整。若不平整，要求刮深直

3、径18mm,深0.5mm。 为了保证工件连接,提高工件的合格率,孔的位置度公差采用最大实体原则.当基准外圆的尺寸同时最小的时候,直径10.5mm偏离最大实体尺寸时偏离值可补偿给位置度误差,其最大补偿量=0.5mm+0.1mm=0.6mm. .定位方案的确定方案一 选用一标准工作台，标准工作台上有分度装置。将工件的一端面放置在基准面上，限制工件的3个自由度（两个旋转和一个移动）；采用一弹簧活动锥销限制工件的两个自由度（两个移动）；使用v块与工件的悬梁定位，来确定第一个孔的位置。加工完第一个孔之后则依靠分度装置来旋转工件加工圆周上的其他的孔。示意图如下：定 位 v 块基 准 平 面弹 簧活 动 锥

4、 销方案二: 设计盖板式钻模.将工件的其中一个端面放置在一基准面上,由此限制工件的3个自由度(2个旋转和1个移动);将设计好的钻模板放置在工件的另外一个端面上,钻模板的中心有一个内圆与工件的阶梯外圆配合,由此限制两个自由度(2个移动);那么还有一个旋转自由度依靠v型块来定位.在钻模板上加工与工件位置相符合的孔,孔内安装钻套作为刀具导向.简图如下;钻 套定 位 v 块钻 模 板基 准 平 面方案分析: 方案一,工件定位夹紧后绕中心旋转加工端面上的孔,那么端面上所有的孔到中心的距离就是一致的,孔与悬梁的中心面的角度偏差就依靠分度装置来保证.而且不需要频繁的对刀,只要调节分度装置.但是这种方案所采用

5、的基准是工件的阶梯内圆,而内圆又是经铸造出来不加工的部分,所以只可以进行粗基准定位,这里若用它作为基准的话,会造成比较大的偏差. 方案二,钻模板的定位基准就选用了工件的阶梯外圆,这也正好符合了图样上的设计基准.但采用钻模板的话,需要经常的拆卸, 而且加工时要依靠钻套的导向,频繁的对刀 ,这样就造成了加工效率不高. 综合分析上面两种方案,方案一定位基准选择不当,会造成很大的加工误差。因为零件为中小批量生产。此处选择方案二来完成这次的设计. 4.设计夹紧方案 对于夹紧方案的选择，若生产批量较小时采用螺钉夹紧比较合适，不管是从经济上还是操作上来比较；若生产批量较大时，则采用联动夹紧机构或气动、液动夹

6、紧机构较为合适。由于工件已经是中小批量生产,因此这里选择螺钉夹紧. 夹紧力作用点的选择： 1、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。 2、夹紧力的作用点，应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。 3、夹紧力的作用点，应尽可能靠近工件加工表面，以提高定位稳定性和夹紧可靠性 . 由于工件的高度达到了300多毫米，工件的夹紧最好采用中间夹紧，这样就可以使得夹紧力的作用点能更好的保持工件的稳定，钻削力矩能更好的受到限制。 钻削力计算 已知工件的材料为铸铁,硬度HB190210,刀具选择高速钢刀具, 钻削力 其中CFf =420, d=10.5 mm ，zFf=1, yFf=0.

7、8, f=0.2 mm，KFf=1 那么 Ff=1217.16 N钻削力矩 其中CMc =0.206 ,d =10.5 mm，zMC=2, f=0.2mm yMC =0.8, KFf=1 那么 M=6.27 Nm 查阅 工具书,m16的螺母所能达到的夹紧力是4020 N,由于工件端面所加工的孔所在的圆周比两个端面直径要小，即钻削力作用在工件的支撑端面范围内,沿垂直方向是没有力矩作用的. 依靠端面和钻模板与工件端面之间的摩擦力要保证工件旋转的限制,而由摩擦力产生的力矩是M=FnL=4020 x0.18x0.0625=45 N*m,可见夹紧是没有问题.ffffzFyFFFFC dfKCCczMyM

8、ccMMMC dfK综上所述,选择夹紧方案如下:螺 母螺 母夹 紧 杆基 准 平 面压 板夹紧件v 夹紧件包括夹紧杆、螺母、垫圈、压板和夹具体底座等。具体的思路是：在夹具体底座的一端加工一个槽与v型块配合，将夹紧杆垂直安装在夹具体的中心位置，夹紧杆上并排铣两个槽，通过导向键与大、小钻模板的中心键槽配合。螺母施加的预紧力压紧压板。刀具加工产生的力矩主要由钻模板和夹具体与工件两个端面的摩擦力来克服。 夹具体底座夹紧杆 夹紧杆即起夹紧作用又起导向作用,在夹紧杆上铣两个键槽,键与槽的配合是过盈配合,配合精度为H7/n6.然后将键与夹紧杆焊紧.夹紧杆与底座先用键导向,然后焊接使其牢固.这样夹紧杆和底座就

9、成一体了.如下: V型块 小端面钻模板 大端面钻模板钻套钻套: 选用A型固定钻套螺栓：螺栓： 选用GB/T5781-1986 M81 L=80mm 螺母：螺母： 选用GB/T6173-2000 M81 选用GB/T6173-2000 M242 选用GB/T6173-2000 M161.5 弹簧：弹簧： 选用GB/T1358-1993 M103 L=15mm 垫圈：垫圈： 选用GB/T97.1-2002 M8 选用GB/T96.2-2002 M16 选用GB/T96.2-2002 M24导向平键：导向平键： 选用GB/T1097-2003 A型加工设备：加工设备： 摇臂钻床刀具：刀具： 10.5

10、直柄麻花钻小端面总装图:大端面总装图5误差分析v 误差有两部分组成，其一系统误差，是不可避免的。其二定位误差，是由所设计的夹具 来保证的精度。v 大、小两个端面孔系的误差有周向误差和径向误差。v 对于孔系的周向误差：v 1、同一端面上孔周向精度由钻模板保证。v 2、大、小端面孔系周向位置精度由定位元件保证。v 对于孔系的径向误差：定位=不重合+位置v 小端面钻模的误差： 底座和v型块之间的误差=0.007，钻模板85H8与工件85f8之间的误差（=TD/2=0.054mm）和125mm的圆周和85mm的同轴度误差（=0.015），即总的误差=0.007mm+0.054mm+0.015mm=0.076mm，可见是满足要求的。v 大端面钻模的误差：v块的定位和钻模118mm和工件外圆的定位，还有钻套所在的圆周和118mm同轴度误差。所以总的误差=0.08mm+0.054mm+0.015mm =0.077mm。可见也是符合要求的。6设计小结v 上述设计方案符合设计要求，在生产上也是可行的。它很好的遵循设计基准和定位基准相重合的原则。v 设计期间，对夹具的设计和工作用途有了较为深刻的认识，设计过程中，通过查找资料、方案设计、工艺分析、软件应用（PRO/E、CAD、）等使得我对夹具的设计和