机械制造技术课程设计-轴环轴套零件的钻φ10孔夹具设计

题目：轴环轴套零件的Φ10孔夹具设计学院：机电工程学院班级：学号：姓名：年月

轴环轴套零件的Φ10孔专用夹具设计摘要轴环轴套钻孔专用夹具由夹具体、定位元件、夹紧装置、其他装置及元件等组成。本次设计是对我们所学知识的总结和拓展，主要包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：夹具；夹紧；定位；定位误差目录TOC\o"1-3"\h\u1.零件的分析 41.1零件的作用 41.2零件的工艺分析 42.工艺规程设计 52.1确定毛坯的制造形式 52.2基面的选择 52.3制定工艺路线 72.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 83.专用夹具设计 93.1定位方案设计 103.1.1自由度分析 103.1.2定位元件的选择 103.1.2定位误差分析 133.2夹紧方案设计： 133.2.1夹紧元件的选择 133.2.2切削力及夹紧力的计算： 143.2对刀及导引元件： 163.2.1对刀方式 163.2.2导引元件 173.4其他机构的确定： 213.5夹具体的设计： 233.5.1夹具体上部件的安装 243.5.2夹具体与在机床工作台上的连接 243.6夹具工作原理及操作说明： 24附录 30附录一: 30附录二: 30附录三: 31参考文献 34

序言在现代制造技术迅猛发展的今天，机床夹具无论在传统机床上还是在数控机床、加工中心上，仍是必不可少的重要工艺装备。通过机床夹具设计，不仅可养综合运用已学知识的能力而且可以得到工程设计的初步训练。夹具是机械加工不可缺少的部件，设计钻床夹具,首先要分析加工零件的技术要求,运用夹具设计的基本原理和方法,拟定夹具设计方案；在满足加工精度的条件下，合理的进行安装、定位、夹紧;完成草图后考虑零件间的连接关系和螺钉、螺母、定位销等的固定方式，设计合理结构实现零部件间的相对运动，根据零件要求选择材料..设计的要求1.运用已学过的机床夹具设计及有关课程的理论知识以及生产实习中所获得的实际只是，根据被加工零件的要求，设计既经济合理又能保证加工质量的夹具。2.培养结构设计能力，掌握结构设计的方法和步骤3.学会使用各种手册、图册、设计表格，规范等各种标准技术资料，能够做到熟练运用机械制造技术课程中的基本理论，正确的解决一个零件在加工中的加工基准的选择、定位、夹紧、加工方法选择以及合理安排工艺路线，保证零件的加工质量。4.进一步培养机械制图、分析计算、结构设计、编写技术文件等基本技能。1.零件的分析1.1零件的作用轴套的作用主要起固定连接作用。1.2零件的工艺分析轴套有2个加工面他们相互之间没有任何位置度要求。1：以端面和外圆为基准的加工面，这组加工面主要是钻Φ68孔。2：以Φ68孔为基准的加工面，这组加工面主要是加工其他各个工序。2.工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式确定毛坯包括选择毛坯类型及其制造方法。毛坯类型有铸、锻、压制、冲压、焊接、型材和板材等。确定毛坯时要考虑下列因素：1）零件的材料及其力学性能。当零件的材料选定后，毛坯的类型就大致确定了。例如，材料是铸铁，就选铸造毛坯；材料是钢材，且力学性能要求高时，可选锻件；当力学性能要求较低时，可选型材或铸钢。2）零件的形状和尺寸。形状复杂的毛坯，常用铸造方法。薄壁零件，不可用砂型铸造；尺寸大的铸件宜用砂型铸造；中、小型零件可用较先进的铸造方法。3）生产类型。大量生产应选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件应采用金属模机器造型或精密铸造；锻件应采用模锻、冷轧和冷拉型材等。单件小批生产则应采用木模手工造型或自由锻。4）生产条件。确定毛坯必须结合具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。有条件时，应积极组织地区专业化生产，统一供应毛坯。5）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性。目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的发展很快。例如，精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械中的应用日益增加。应用这些方法后，可大大减少机械加工量，有时甚至可不再进行机械加工，其经济效果非常显著。零件的可锻性好，因此可用锻造的方法因为是成批生产，采用模锻的方法生产锻件毛坯，既可以提高生产率，又可以提高精度而且加工余量小等优点。2.2基面的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。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。（3）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。（4）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。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5）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。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取端面和外圆作为定位基准。精基准的选择应满足以下原则：（1）“基准重合”原则应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。（2）“基准统一”原则尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。（3）“自为基准”原则某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。（4）“互为基准”原则当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。（5）所选的精基准应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。以已经加工好的Φ68孔和一端面为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。2.3制定工艺路线制订工艺路线的出发点，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。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。具体的加工路线如下工序号工名序称工序内容1锻造锻造2正火处理正火处理3车粗车左端面4车粗车右端面5车粗车ϕ105外圆6车粗车ϕ68内孔7钻钻，扩，铰Φ10孔8车精车左端面9车精车右端面10车精车ϕ105外圆11车精车ϕ68内孔12检验检验13入库入库2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。不加工表面毛坯尺寸不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由铸造可直接获得。轴套的端面由于轴套端面要与其他接触面接触，查相关资料知余量留2mm比较合适。3、轴套的孔毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于IT7—IT8之间，参照参数文献，确定工艺尺寸余量为2mm3.专用夹具设计本工序是为一轴环零件加工Φ10的小孔所设计的一套钻床专用夹具。工件材料为45号钢，所用机床为Z525型立式机床。本夹具的主要理论技术指标能保证工件的加工精度、提高生产效率，具有工艺性好和使用性好等特点。我们在设计专用夹具时为了能满足工件的加工精度要求，考虑了合理的定位方案、合适的尺寸、公差和技术要求，并进行了必要的精度分析。由于是中小规模生产，采用了回转式钻床夹具，提高了生产效率。在工艺性方面使这种夹具的结构简单、合理、便于加工、装配、检验和维修。在使用性方面这种夹具的操作简便、省力、安全可通过对钻床夹具设计的制作，进一步巩固和所学基本知识并使所学知识得到综合运用。学会查阅和收集技术资料，提高运用计算机辅助设计的能力，树立正确的设计思想和严谨的工作作风。3.1定位方案设计3.1.1自由度分析根据孔的加工要求,孔的位置位于两侧端面之间，以及键槽的中心位置.孔的位置要求为：孔的直径为10mm，且孔的位置度公差相对于两端面及键槽为0.1mm。需要限制工件X方向转动自由度和移动自由度；Y方向转动自由度和移动自由度；以及Z方向上的转动自由度，由于孔需要打通至键槽位置，可以不限制Z方向的转动自由度，但考虑到加工时工件定位的稳定性，可以将六个自由度全部限制。工件相对中心面对称，要实现加工孔轴线相对两侧端面对称的要求，且根据基准重合的原则应选中心平面作为定位基准，但该面实际不存在，故可选工件的两侧端面的任一面作为定位基准，限制三个自由度，此为第一定位基准。3.1.2定位元件的选择基于此，可采用短销与大平面的组合可将工件除Y方向旋转自由度外的五个自由度全部限制。具体定位元件采用如图所示的法兰盘。至于工件绕Y轴的旋转自由度,经小组讨论有两种方案方案一：选择在法兰盘上开设一孔，并采用销轴作为定位元件插入法兰盘，工件安装时把键槽置于销轴内，以此限制工件。方案二：通过在法兰盘上开设与与工件键槽宽度相等的键槽，并选择定位块作为定位元件来限制工件的自由度。示意图优点缺点方案一安装较为方便，销轴作为标准件易生产定位精度不高，由于工件需要需要反复装卡，易磨损导致定位精度降低,且受力不均可能会破坏工件方案二定位精度高，能承受较大剪切力，不易磨损，工作可靠。定位块需要单独设计制造，安装较为不便根据工件的的定位要求，所需精度高，且需要批量加工，秉承一次安装，多次加工原则。采用方案二的定位方式。工件的定位方式基本确定。第一定位基准为法兰盘左侧端面，第二基准为法兰盘上的短心轴，第三定位基准为定位块。定位元件的具体参数：图法兰盘法兰盘为主要定位元件，具体公差要求见CAD图。定位块可看作键，尺寸为定位块与法兰盘的配合为正常连接H8/N9，安装时直接压入法兰盘的键槽中，定位块和工件的配合为松连接H8/D10，即在保证定位精度的同时也可以方便工件的拆卸。3.1.2定位误差分析本工序选用的工件以圆孔在短销轴上定位，在重力作用下定位副只存在单边间隙，将引起Z轴方向定位误差，但不影响孔的加工，故不做考虑。其轴线在X轴方向上的误差是导致工件误差的主要因素，其设计基准为两端面的中心平面，而所使用的定位基准为右端平面，故存在基准不重合误差，同时，定位副即法兰盘存在一定的制造公差，即基准位移误差，所一定位误差可表示为为法兰盘的上下极限尺寸之差,即故，所以满足其轴线的对称度要求。3.2夹紧方案设计：3.2.1夹紧元件的选择对此工件的钻孔加工，我们拟定采用的是手动夹紧，为了节约成本，我们采用螺母、螺杆以及垫圈的螺旋夹紧机构。如图所示，当拧紧螺母时，螺杆向右运动，借助垫圈将工件夹紧。对于螺杆和螺母的螺纹配合方式为。螺杆的基本尺寸与形状为3.2.2切削力及夹紧力的计算：刀具为高速钢麻花钻头，尺寸为由切削手册得：钻削力钻削力矩查表得修正系数当施加夹紧力F时，工件与垫圈产生的摩擦力为F为理论夹紧力，按工件的平衡条件得取摩擦系数=0.3带入数据得F=1065.248N在计算实际夹紧力时，必须考虑安全系数K，为实际所需夹紧力；安全系数代入数据得K=2.25,则校核螺杆得夹紧力是否合适，参考机械设计手册式（5-2）为螺杆得螺纹小径。为螺杆材料的许用应力,查表得，T为螺杆所承受的扭矩K为扭矩系数，参考值为0.2代入数据得＜根据公式：可知直径为的螺杆和的螺母能满足夹紧力的要求。3.2对刀及导引元件：3.2.1对刀方式对此方案，我们采用每加工一批工件，只安装调整一次夹具，通过试切数个工件来对刀.3.2.2导引元件为能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻床夹具上设置引导刀具的元件——钻套。钻套一般安装在钻模板上，钻模板与夹具具体连接，且要求钻套与工件之间要留有排屑空间。钻套分为固定钻套，可换钻套与快换钻套。根据工件的生产要求，中小批量生产且工序简单，只需进行钻孔。但位置精度要求高。所以这里我们采用固定钻套。孔径偏差按加工精度要求确定，对于我们的钻孔工序通常可采取F7.固定钻套外圆与钻模板的配合为过盈配合，通常可取H7/n6或H7/r6.在钻模的设计中，需要确定钻套及引导孔的尺寸及偏差、钻套的高度及钻套与工件之间的间隙。图1导向长度H图2排屑间隙h取钻套的公差为F7，钻套的高度H与钻套与工件的间隙h一般为这里从钻套的标准件选取型号为JBT8045_1-1999B_29的固定钻套。可以看出，钻模与钻套外圆为H7/n6过盈配合。对于钻模同样的选取固定式钻模，使其在安装完毕后，在加工中相对于机床工作台的位置保持不变。钻模板与夹具体之间采用圆锥销定位，螺钉紧固的结构。如图所示

图SEQ图\*ARABIC1剖视图螺钉为圆柱头内六角螺钉，规格为GB/T70.1-2000M6×15圆锥销规格为GB/T117-200010×453.4其他机构的确定：法兰盘与夹具体间的连接依靠其上圆周分布的六颗圆柱销来进行定位的，具体圆柱销规格为GB/T119-20005m6×20在螺旋夹紧装置中，为限制螺杆的周向运动，需要在法兰盘上和螺杆开设键槽，并依靠键对螺杆起导向作用。所以对其精度要求较低，键在法兰盘轴槽为正常联结h8/N9,与轮毂槽联结为松联结h8/D10图键的安装键的规格为GB/T1096键4×4×18夹紧装置中旋转垫圈在夹具体中的连接与定位依靠其在底部开设一孔，并用采用螺纹连接。与其他螺纹连接不同的是，由于此处需要随工件频繁安装，所以这里采用一种特殊的螺钉--蝶形螺钉。如图所示根据设计要求，选取标准：DIN316-1983参数为：d=8mmL=30mm螺距P=1.5mm在螺母与法兰之间还应加设一轴端挡圈规格为GB/T89160，其余参数如图，搭配的紧固螺栓为GB/T5783-2016M5×163.5夹具体的设计：夹具总体设计中最后完成的主要元件是夹具体。夹具体是夹具的基础件。组成夹具的各种元件、机构、装置都要安装在夹具体上。在加工过程中，它还要承受切削力、夹紧、惯性力及由此而产生的振动和冲击。所以，夹具体是夹具中一个设计、制造劳动量大，耗费材料多，加工要求高的零部件。在夹具成本中所占比重较大，制造周期也长，设计时应给以足够的重视夹具体是整个夹具的基体和骨架,组成夹具的各个零件、机构等都要安装在上面。夹具体的类型分为铸造夹具体、焊接夹具体、锻造夹具体和装配夹具体。通过对夹具上各组成件的分布情况、零件的形状、尺寸以及加工性质的考虑，以及加工零件的方便性，我选择装配式夹具体，装配式夹具体优点装拆方便、安装灵活、缩短生产准备周期等.基于以上分析，设计出本夹具大致形状如图所示:具体参数尺寸祥见CAD工程图。3.5.1夹具体上部件的安装其上端面有两个通孔，同于定位钻模板，还有两个螺纹孔用于夹具体和钻模板连接。中间大通孔安置法兰盘和螺杆主要部件。其圆周布置的六个小孔插入圆柱销，以此定位法兰盘。底部侧面开设孔用来固定转动垫圈，且可以方便工件拆装，当需要将工件取下或安装时，只需拧松蝶形螺钉，将转动垫圈转过一定角度即可，不必取下。3.5.2夹具体与在机床工作台上的连接为保证夹具相对与机床运动导轨有准确的位置和方向，夹具上需要有与机床相连接的装置。我们选择在夹具体底面的对称中心线上开设定位键槽，两端个安装上一个定位键，通过定位键与机床工作台T形槽的配合来保证夹具在工作台上的正确方向。同时，参考工作台T型槽的尺寸及配套螺钉，在夹具体两端开设尺寸为9mm的U型耳座，通过螺栓将夹具体将夹具紧固在工作台上。

3.6夹具工作原理及操作说明：如图所示，为钻工件上孔时所使用的专用夹具。首次装卡时，固定钻套直接压入钻模板上的钻套底孔内。在找好钻模板和夹具体的相对位置后，插入两颗圆锥销，实现钻模板的定位后，再将两颗内六角螺钉插入螺纹孔并拧紧。钻模板和夹具体完成安装后在一批工件的加工过程中位置便不再变动。将法兰盘套筒插入夹具体中心孔,旋转法兰盘，使对应小孔的轴线对齐后，插入六颗