机械设计说明书—支架销孔液塑钻模设计与装配工艺规划

本科毕业设计(论文)支架销孔液塑钻模设计与装配工艺规划支架销孔液塑钻模设计与装配工艺规划摘要本论文涉及钻床夹具的设计与建模。首先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；在完成夹具草图后，进一步考虑零件间的连接关系和螺钉、螺母、定位销等的固定方式，设计合理的结构实现各零部件间的相对运动；根据各零件的使用要求，选择相应的材料。并采用Solidworks和CAD软件完成钻床夹具的建模与图纸绘制。关键词：钻床夹具；建模；装配； Bracket pin hole drilling liquid plastic mold design and assembly process planningAbstractModeling and design of this thesis involves drilling fixture. First of all parts of the processing technology, using the basic principle and method of fixture design, fixture design scheme to satisfy the machining accuracy; in the condition, reasonable installation, positioning, clamping fixture; in sketch, further consider the fixed parts of the connection between the relations and screw, nut, pin etc. rational design of the structure, to achieve relative motion between each part; according to the requirements of the use of each part, select the appropriate material. Using Solidworks and CAD software modeling and drawing drilling fixture drawing.Keywords: drilling jig; modeling; assembly;主要符号表 载荷系数 使用系数 动载系数 齿宽系数 弹性影响系数 接触疲劳强度极限 N 转速S 安全系数P 功率T 转矩Z 齿数d 最小轴径W 抗弯截面系数 精度系数 楔角 摩擦系数F 变形量K 曲度系数 G 切变模量K 弹簧刚度 C 旋绕比 间距F 滚动摩擦系数 滑动摩擦角 动态的滚动摩擦角 弹性滑I 外圈断面积 内爪加速度目 录1 绪论 1.2前言. 1 1.2背景和意义2 1.3 夹具的特点2 1.4 夹具的设计要点32 方案设计4 2.1设计任务 4 2.2 方案设计5 2.3 技术设计63夹具零件的设计83.1 夹具体的要求83.2 夹具体毛坯的类型83.3 钻模板以及钻套的设计94 工作原理.134.1结构原理 134.2 系统原理及硬件框图134.3 工作原理145 夹具误差的计算155.1 角度尺寸公差155.2 定位误差155.3 工件在夹具上加工的精度分析165.4 夹具误差的计算175.4.1 定位误差175.4.2 对刀误差175.4.3 夹具安装误差185.4.4 夹具误差185.4.5 加工方法误差185.4.6 保证加工精度的条件185.5设计计算 195.5.1 压入力计算205.5.2 螺杆计算205.6 离合器的选择235.7 皮带轮的选择235.8 支架销孔的选择235.9 螺栓强度计算236 产品相关部件介绍256.1部分CAD零件图256.2部分三维附图287 装配工艺与规划318 结论 34参考文献35致谢37毕业设计（论文）知识产权声明38毕业设计（论文）独创性声明391 绪论1.1前言机床夹具的现状：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。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1 2。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。随着机械行业的大发展，支架销孔液塑钻模的使用也越来越广泛，而轴与支架销孔液塑钻模的配合为过盈配合H8/r7，所需压入力较大，且随压入长度增大而增大。在无缝钢管二端要均匀压入液塑钻模，且要保证液塑钻模相对位置，液0钻模压到底后，在相应位置要钻攻螺孔。装配前应测量孔和轴的配合部位尺寸及进入端倒角角度与尺寸。根据实测的平均值，然后应按设计要求和本规范 36附录十六选择装配方法。在常温下装配时应将配合面清洗洁净，并涂一薄层不含二硫化钼添加剂的润滑油；装入时用力应均匀，不得直接打击装配件。纵向过盈连结的装配宜采用压装法。压装设备的压力，宜为压入力的3.253.75倍；压入或压出速度不宜大于5mm/s，压入后24h内，不得承受负载的要求，如果使用人工装配不但劳动强度大、效率低、定位精度低，而且满足不了大批量生产要求。所以使用一个专用的支架销孔液塑钻模以成为发展趋势。本论文设计的不但可解决人工装配时劳动强度大、效率低、定位精度低的问题，而且满足了大批量生产要求3 4 5 。1.2背景和意义多年来，机械制造过程中把设计蓝图比喻成工程师的语言，对于机床专用夹具而言，也总是利用众多视图的不同投影来描绘，采用标注各种线条和符号绘图，不仅费时费力，而且一旦理解有误或形体表现，将会影响产品的制造和质量。 采用计算机辅助设计方法，零件的造型如同车间中加工零件的过程一样，设计完成以后，零件就“加工”出来了，这样不需要很强的空间想象力就可以设计出产品的真实三维模型，经过虚拟装配，可清楚地检验出产品结构的合理性.空间布置是否干涉等问题。造型结束后，将设计模型投影到二维图纸空间，就可自动生成工程图纸的三视图.轴侧图.剖视图等，大大方便了设计过程，形象直观易于接受，从而达到更快地设计机械产品。6 78 。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9 10。1.4 夹具的设计要点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。（5）此外，还要考虑一些其他因素，如加工表面的物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等11 12。2 方案设计2.1设计任务 此次毕业设计的课题是设计一台回转式支架销孔液塑钻模。根据设计任务书的要求，在无缝钢管二端要均匀压入液塑钻模，且要保证液钻模相对位置，液塑钻模压到底后，在相应位置要钻攻螺孔，具体尺寸及要求见附图支架销孔液钻模图。分析支架销孔液钻模图，支架销孔结合是过盈配合，需要较大的压入力，且要保证套和无缝钢管上螺孔的相对位置，显然用人工压配劳动强度太大，相互位置尺寸不易保证。二个钻套之间的相对位置可通过定位实现。利用套上48凸台和9孔及100端面定位，9孔装入菱形销, 48凸台插入定位沉孔,用这样的类似于一面二销的六点完全定位方式保证相对位置，其中一只套定位在压头上，另一只套定位于固定支座上。 由于液塑钻模与轴之间的配合为过盈配合H8/r7，所需压入力较大，且随压入长度增大而增大，当液塑钻模压到底时，压入力会瞬间急增，为保护电机，需采用安全离合器进行过载保护，利用其可调整保护压力，以限定最大压入力。无缝钢管由V型块定位，考虑到无缝钢管和钻套在压入前定位的同心度要求很高，否则可能会出现压不进的现象，故采用高度可调V型块，以降低钻模对零件加工的精度要求，可使装配、调试简单、方便，节约成本。针对无缝钢管较长，刚性较差，为防止二端施压时管子受力失稳而中间拱起，采用回转压板通过一滚轮（支架销孔）对其中间部位压紧。丝杠支承可采用滑动支架销孔和单向推力支架销孔组合，或采用深沟球支架销孔和单向推力支架销孔组合，但考虑到钻模工作时径向力较小而轴向力很大，为减小摩擦力、延长使用寿命，选择后者的支承方式。 根据支架销孔液钻模图，在相应位置安装钻模板。当安全离合器开始打滑，操作工即停止电机。此时用手枪钻通过钻模板进行钻孔，然后启动电机反转退回压头到位后停止，再卸下工件进行人工或机动攻丝。该设计方案经慎重考虑，多方论证，应是切实可行的。当然可采用滚珠丝杆螺母副加滚动导轨的形式，磨损小，寿命长，传动效率更高，但制造成本也会大幅提高。可解决人工装配时劳动强度大、效率低、定位精度低的问题，可满足大批量生产要求2.2 方案设计方案一，螺旋夹紧机构液塑钻模。该液塑钻模由11个主要部件组成，结构如图2.1所示。其中，夹具体1的毛坯为铸件，以T型螺栓固定在钻床工作台上；采用了内孔为中17的快换钻套；钻盘6上设置了三个均布快换定位件的中心孔，以便起分度作用；依靠弹簧来压迫定位钢球定位，预紧力可通过螺栓来调节。通过转盘6平面上的3个均布台阶孔进行钻孔加工时，分度要精确；加工快换定位件时，同心度须能达到中0.05mm。定位件8的最大外圆直径为中90mm，中间圆直径为75.5mm，内径为中30mm，要确保钻套中心线至定位件第2端面处的尺寸为200.1mm。 1一夹具体；2一转轴；3一螺套；4一手柄；5一定位钢球；6一快换定位件；7一转盘；8一快换钻套；9一定位件；10一滚花螺母；11一开口垫圈；12一工件图2.1螺旋夹紧机构液塑钻模 方案二，偏心夹紧机构液塑钻模。该液塑钻模用偏心件直接或间接夹紧机构。偏心夹紧原理如图2.2所示,O1是园偏心轮的几何中心，R是几何半径，O2是园偏心轮的回转中心，O1O2之间的距离e称为偏心距。当偏心轮绕O2点回转时，圆周上各店到O2的距离不断变化，即O2到工件夹紧面间距h是变化的，偏心轮就是由于这个h的变化而实现对工件的夹紧7。图2.2偏心夹紧原理图方案对比如表2.1表2.1 方案对比表夹紧成本效率周期生产方案1结构简单，夹紧力不大，故手动夹紧低高生产周期长大批量方案2夹紧力和夹紧行程小、自锁可靠性差、结构抗冲击性较差高低生产周期短小批量 经过对比本次设计选用第一套方案。2.3 技术设计在技术设计中，要拟定设计对象的总体和部件，具体确定零件的结构，对所设计的机械产品提出的要求是：制造和维护经济，操纵方便而安全，可靠性高，使用寿命长，为了能达到这些要求，零件应满足一些准则，简而言之，可以用：“明确、简单、安全”六字来表达12。明确，主要指结构的形状和尺寸关系清晰，作用关系可以预测和计算，功能明确，也即能量、信息和物料的转换与流动走向明确。一个明确的结构应避免产生附加载荷、附加变形和可能的剧烈磨损，应尽可能见效载荷和温度应力引起的变形。明确的结构是实现产品预定技术功能的前提。简单，一般是指形状简单，零件数少，相对运动副少，磨损件少，使用、维护、保养方便等。但对于具体情况要具体分析。不希望某一方面的简单导致另一当面的复杂。一旦出现这种情况应予协调。安全性包括由小到大的五个范围：结构构件的安全性；功能的安全性；运行的安全性；工作的安全性和环境的安全性。这五个范围相互之间是关联的，应该统盘考虑。在结构设计时主要采用安全技术、间接安全技术和指示安全技术来解决产品的安全问题。在上述结构设计准则下，应考虑技术设计中出现的强度、刚度、抗振性、耐磨性、工艺性等问题。如载荷的合理分配、结构的合理传力、运动中的稳定性等。操纵条件和操纵方便对机械的可靠性和劳动生产率有很大影响，因为很多机械产品的工作效果取决于人机系统的指标。如产品在运行中噪声大、振动强、手柄作用力大、检查不便、变速困难等等，易导致疲劳，违反操作而可能引起事故。标准化对所设计的产品的制造成本和运行经济有很大意义。实现了标准化，可使机械产品的成本有所降低，设计周期有所缩短，可靠性则有所提高机械设计和绘图是密切联系的工作，因为机械设计是一种创造性的形象思维，而绘画则是将形象思维表现出来的最好方法。形象思维的结果，不通过图的表现总是模糊和支离的，并且难以精确无误的传给别人，一个有经验的设计者在构思时，总是需要反复的修改初步设计总图13。设计人员按照他所绘制的初步设计总图，简单计算或估算机械的各主要零件的受力、强度、形状、尺寸和重量等，如发现原来所选的结构不可行或不实际，则要调整或修改结构，还要考虑有没有发生过热、过度磨损和过早发生疲劳破坏的危险部位，并采取措施解决。在这阶段，设想中的机器初步成型了，设计人员通过初步设计总图的绘制，会发现各部分的形状、尺寸和比例大小有许多矛盾，当需要加强或改进某一方面，可能会削弱或恶化另一方面，必须权衡取舍，在各方面保持平衡以达到最佳综合效果。这时，设计人员的经验起着重要作用。在修改初步设计的总图的过程中，还需对初步设计进行技术-经济分析，一般原则是：选那些结构复杂的、重量大的、尺寸大的、材料贵的、性能差的、技术水平低的，以及批量大的、工艺复杂的、远材料消耗高的、成品率低的那些零件进行分析，并据此修改设计，以期得到技术经济指标高的初步设计总图。3夹具零件的设计3.1 夹具体的要求（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10。（2)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。（3)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。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为415mm。夹具体结构型式应便于工件的装卸，分为开式结构、半开式结构、框架式结构等。（4)排屑方便切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。可以在夹具体开排屑槽、在夹具体下部设置排屑斜面。（5)在机床上安装稳定可靠夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。接触边或支脚的宽度应大于机床工作台梯形槽的宽度，应一次加工出来，并保证一定的平面精度；当夹具在机床主轴上安装时，夹具安装基面与主轴相应表面应有较高的配合精度，并保证夹具体安装稳定可靠14 15。3.2 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铸造夹具体，盖板、中间板、底板的材料均采用灰铸铁（HT200）。HT200指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁，是较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性、减振性均较好，铸造性能也较好，使用前需要进行人工时效处理，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。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。3.3 钻模板以及钻套的设计3.3.1钻模板钻模板结构形式的选择：在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易。钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模板上的正确位置。常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式（1）固定式钻模板 固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相连接。采用这种钻模板钻孔，位置精确度较高。（2）铰链式钻模板铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。翻转：装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形销定位。夹紧：采用铰链式钻模板，工件可以在夹具上方装入，装卸工件方便；但翻转钻模板费工费时，效率较低，且钻模板位置精度受铰链间隙影响，钻孔位置精度不高；它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。（3）悬挂式钻模板悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的，悬挂式钻模板通常用在多轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批量生产中应用16 17。3.3.2钻套钻套是钻模上特有的元件，它的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜，保证被加工孔的位置精度和提高工艺系统的刚度13。根据使用特点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式。(1) 固定钻套 固定钻套示意图（如图3.1）直接被压在钻模板上，其位置精度要求较高，但磨损后不易更换，钻模板较薄时，为使钻套具有足够的引导长度，应采用有肩钻套。图3.1 固定钻套示意图(2)可换钻套用于零件单一、大批量生产中，方便更换磨损的钻套。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。 (3)快换钻套 在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个加工工步，需要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套（如图3.2）。更换钻套时，只需逆时针转动钻套使削边平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套自动脱出。图3.2 快换钻套示意图(4)特殊钻套 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3.3加长钻套为常见的特殊钻套的示意图，在加工凹面上的孔时使用，为减少刀具与钻套的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大，钻套的高度H增大，则导向性能好，刀具刚度提高，加工精度高，但钻套与刀具的磨损加剧，一般取H=12.5d。图3.3 加长钻套示意图3.3.3钻模板和钻套的具体设计该夹具用于零件的大批量生产，在钻孔的过程中，钻套经常发生磨损，如果设计成固定钻套，在使用一段时间后，磨损的钻套会影响零件的加工精度。当单一钻孔、大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。在保证钻模板有足够刚度的前提下，要尽量减轻其重量。在生产中，钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在1030mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。此处，钻模板的厚度设计为20mm，满足加工要求。钻套和衬套之间采用18 F7/m6配合，衬套和钻模板之间采用24 H7/n6配合，当钻套磨损后，可卸下钻套用的螺钉，更换新的钻套19。排屑空间h指钻套底部与工件表面之间的空间。增大h值，排屑方便，但刀具的刚度和孔的加工精度都会降低。钻削易排屑的钢件时，常取h=(0.30.7)d；钻削较难排屑的钢件时，常取h=（0.71.5）d。钻模板与夹具的连接固定：钻模板支撑钻套，对钻套进行固定。因为螺钉固定有空隙会产生误差，影响加工精度，所以将螺钉用在连接固定上，再加上圆锥销进行固定，使钻模板与夹具体紧密结合，避免加工时螺钉松动产生误差，影响加工18 19。4 工作原理4.1结构原理螺旋夹紧机构液塑钻模。该钻模由11个主要部件组成，结构如图4.1所示。其中，夹具体1的毛坯为铸件，以T型螺栓固定在钻床工作台上；采用了内孔为中17的快换钻套；钻盘6上设置了三个均布快换定位件的中心孔，以便起分度作用；依靠弹簧来压迫定位钢球定位，预紧力可通过螺栓来调节。通过转盘6平面上的3个均布台阶孔进行钻孔加工时，分度要精确；加工快换定位件时，同心度须能达到中0.05mm。定位件8的最大外圆直径为中90mm，中间圆直径为75.5mm，内径为中30mm，要确保钻套中心线至定位件第2端面处的尺寸为200.1mm20。1一夹具体；2一转轴；3一螺套；4一手柄；5一定位钢球；6一快换定位件；7一转盘；8一快换钻套；9一定位件；10一滚花螺母；11一开口垫圈；12一工件图4.1螺旋夹紧机构液塑钻模4.2 系统原理及硬件框图本论文设计的支架销孔液塑钻模利用电机减速机带动丝杠螺母的传动方式，通过丝杠螺母结构将旋转运动转化为直线压入运动的原理在无缝钢管二端均匀压入钻模，且保证钻模的相对位置。系统硬件框图如（图4.2）动力机构传动机构执行机构图4.2系统硬件框图4.3 工作原理先通过定位实现二个钻套之间的相对位置。通过高度可调的V型块来保证丝杠和钻套在压入前定位的同心度，用回转压板通过支架销孔对无缝钢管中间部位压紧防止二端施压时无缝钢管受力失稳而中间拱起。对安全离合器进行调整以限定最大压入力从而保护电机。打开电机开关，电机开始旋转，减机输出转速要和压头移动速度相配，转速 皮带轮皮带轮旋转，丝杠支承丝杠转动，装有螺母的压头移动液塑钻模压入到达指定位置，安全离合器打滑，操作工即停止电机。4.4 设计思路此课题的目的是让我们更好地掌握机械设计的内容和方法，能正确、合理地选用设计参数、机械结构；学会利用厂家提供的产品样本合理选择配套件；提高查阅设计手册和正确使用标准的能力，尤其是利用计算机进行辅助设计的能力。通过这次工作前的适应性训练，为今后从事专业工作打下良好的基础。5 夹具误差的计算5.1 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21。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v5.2 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22。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。5.3 工件在夹具上加工的精度分析1. 影响加工精度的因素 图 5.2 工件在夹具上加工时影响加工精度的主要因素如图2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23。5.4 夹具误差的计算5.4.1 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24 25。定位基准和工序基准均为分度盘端面5.4.2 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 5.3钻模对刀误差钻模对刀误差的计算如图5-2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 (5.1)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：。本工件的加工厚度为27mm，所以应按来计算，计算得T=1.73mm5.4.3 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。本夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差，=0.5.4.4 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26 27。5.4.5 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 5.4.6 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 (5.2)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 (5.3)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28。5.5设计计算5.5.1 压入力计算1.1最大过盈根据装配图上技术要求，管子与液钻模的配合要求是H8/r7 所以最大过盈maxmax=59m 1.2所需轴向压入力P作用(千克) 根据装配图上技术要求，液钻模两端的最大压入长度l为100mmp=P/fdl P= fdl其中f取0.08注：d1：包容面直径，f：摩擦系数1.3配合面压强p计算配合件材料不同:Pmax=max/d(c1/e1)+(c2/e2)10-4 公斤/厘米 (5.4)被包容件Q235 包容件HT200 C1=1+(d1/d) 2/1-(d1/d) 2- u 1C2=1+(d/d2) 2/1-( d/d2) 2+ u 2注: d配合面公称直径 d=40mm=4cm d1被包容件内孔直径 d1=32mm=3.2cm d2包容件外径 d2=50mm=5cm u1被包容件的波松比 u1=0.24-0.28 取u1=0.25 u2包容件的波松比 u2=0.23-0.27 取u2=0.25 l配合长度 l=502=100mm=10cm kg/cm2 E1被包容件的弹性模数 E1=(2.0-2.1) 106 取E1=2106 E2包容件的弹性模数 E2=(1.15-1.60) 106 取E1=1.5106C1=1+(32/40)2/ 1-(32/40)2-0.25=4.3C2=1+(40/50)2/ 1-(40/50)2+0.25=4.8Pmax=59/44.3/(2 106)+4.8/(1.5 106) 10-4 =2.76 kg/cm2 P=p/fdl (5.5) =2.760.0840100 =2773 kg 选取P=3000kg(max)5.5.2 螺杆计算：2.1螺杆中径 (机械设计手册第二卷 表15 2-3)螺杆中径d2= f/(p) 1/2 (5.6)形齿=0.8 整体式螺母=1.5P许用压强 见机械设计手册第二卷表15 2-9 螺杆的材料为45钢 螺母的材料为青铜查设计手册得P=20Mpa 由上面计算得到最大的轴向载荷F=pg=30000N由以上条件计算得：d2=f/(p) 1/2=0.830000/(1.520) 1/2=25.3根据机械设计手册查标准取中径为标准值得中径d2=27mm Tr=3032.2驱动转矩 驱动转矩T1=F d2/2tan(+) (5.7)轴向载荷F为30000N 螺杆中径d2=27mm 螺纹升角=arctanl/(d2) 当量摩擦角=arctans/cos/2注：l为导程 l =3 为当量摩擦角 s螺旋副摩擦系数 见机械设计手册第二卷表15 2-8 螺旋副摩擦系数Us为0.08-0.1 取s=0.08通常使螺纹升角430 标准值为30螺纹升角=arctan3/27=2当量摩擦角=arctan0.08/cos15=4.6驱动转矩T1=F( d2/2)tan(+) =(3000027/2tan6.6)/1000 =3013.5tan6.6=47Nm要求10S内压入，根据支架销孔液钻模图，可知压入行程为100mm ，空行程取为20mm，由于丝杆的螺距为3mm，则丝杆在10秒内要转120/3=40转。则螺杆转速为 406=240（转/分）5.5.3 电动机的选择 电机功率Pw= Tn/9.55（kw）=（47240）/9.5510-3=1.2 kw注：转矩Tn=驱动转矩转速 根据计算的电动机功率P=1.2KW，以及离合器完全脱开时的扭矩Tc1=100 Nm，所以选择P=3KW的电动机，型号为14B5.6-D100LBH.4G表见德森江浪CR3系列二成速电机P145.5.4 离合器计算与选择（机械设计手册第二卷）1弹簧压力计算 F=2Tc/Dtan(-) D/d (5.8) 注：Tc离合器的计算转矩 NmmTc=(1.35-1.4)T D牙工作面的计算直径计算压力时，取过载扭矩Tc1=62Nm完全脱开时 Tc1=100 Nm一般为45，为4-5 取=5 键与花键连接的摩擦系数取=0.15d 周直径或滑动半离合器孔径 D=100mm,d=25mm过载时的弹簧压力F1=2Tc1/Dtan(-) D/d =（262103）/100tan(45-5)-100/250.15 =296N完全脱开时弹簧压力F2=2Tc2/Dtan(-) D/d=（2100103）/100(tan(45-5)-100/250.15) =478N则每根弹簧压力：初压力F1=296/6=49N 终压力F2=478/6=80N取弹簧的初压力F0=（0.85-0.9）F0（取F0=0.9F）=0.949=44N2弹簧设计（机械设计手册第二卷） 按结构尺寸，选确定弹簧中径D=12mm 钢丝直径d=1.6mm 安装高度H1=36mm 安装载荷P1=44N 从安装高度压缩8mm后，压缩载荷P2=80N 材料：碳素钢弹簧钢丝（C级） 许用切应力 查机械设计手册第二卷表7.1-5得b=1810Mpa ，=0.35b=633.5 Mpa 求直径d初定旋转比：C=D/d=12/1.6=7.5 查机械设计手册第二卷图7.1-4 P7-10 得K=1.2则d=1.6(KCP/)1/2=1.6(1.27.544)/633.5 =1.24 取d=1.6与实际相近 弹簧刚度P要求： P=(p2-p1)/(f2-f1)=(80-44)/8=4.5N/mm 弹簧有效圈数nn=Gd4/8D3 P注：G切边模量 见机械设计手册第二卷表7.1-4 G=79103Pa n=（791031.64）/（81234.5）=8 总圈数n1=n+ n2=10(圈4) 弹簧刚度P= Gd4/8D3 n=(791031.64)/(81238)=4.7N/mm 基本相符 弹簧安装变形量：F1=P1/ P=44/4.7=9（mm） 自由高度：H0=H1+F1=36+9=45（mm） 变形量F1F2 H1=36mm，F1=9mm，F2=F1+8=17mm 负荷P1P2：安装负荷P1= PF1=4.79=42.3（N）完全脱开时P2=4.79=79.9（N）接近题意 压并高度Hb: Hb=n1d=101.6=16(mm) 节距t: t= (H0-1.5d)/n=(45-1.51.6)/8=5.4 压并变形量Fb=H0-Hb=45-16=29(mm)5.6离合器的选择选择梯形牙嵌式安全离合器，牙的工作面为平面工作面，牙形角为30-45，半离合器上牙的工作面应有较高的硬度，以提高耐磨性和承受冲击载荷的能力常用20Cr经渗碳淬火56-62HRC，或40Cr淬火至56-57HRC，牙嵌式安全离合器，其压紧装置由若干小的压紧弹簧组成，能传递较大的极限转矩，与轴用键联接。5.7皮带轮的选择根据传递功率P=3KW，转速250转/分利用插入法见机械设计手册卷（二）P14-18表，则皮带轮Dd1=160mm，则选用 SPB型窄V带,单根传递的功率为1.5kw,我们计算得到的功率为3kw，所以选两根皮带。V带轮轮廓尺寸(基准宽度制):基准宽度Bd=14mm，基准线上槽深ha=4mm，基准线下槽深hf=12mm,槽间距e=19mm，第一槽对成面至端面的最小距离f=12mm,槽间距离及极限偏差为0.8mm，带轮宽B=（Z-1）e+2f(2-轮槽数)=43mm外径da=dd+2ha=168mm轮槽角=34，其极限偏差为0.55.8 支架销孔的选择根据机械设计手册 第三卷 第六章根据最大受力为3000kg，所以选择单向推力球支架销孔：根据表20.6-22, 基本尺寸d=30 基本载荷Ca=28得:支架销孔代号为51206d=30 D=52 T=16 da=43 Da=39 ra=0.6根据表20.6-22, 基本尺寸d=25 基本载荷Ca=15.2,得:支架销孔代号为51105d=25 D=42 T=11 da=35 Da=32 ra=0.65.9 螺栓强度计算(机械设计手册第二卷)根据装配图可得支座(二)的受翻转力矩螺栓所受的轴向力为FD转矩T=FD L0 （公式见机械设计手册第二卷P6-32） 根据受力平衡得T=PL注：L0为螺栓中心到作用面的距离 L0=63mm L为中心到底面的距离 L=100mmP为轴向压入力 P=3000kg即 FD L0 = PLFD =PL/ L0=3000100/63作用应力 =41.3 FD/d12注：d1 螺纹小径 作用应力 许用应力根据螺栓材料Q235-A得为240Mpa根据 =41.3 FD/d1241.3 FD/1/2代入值得 d1 7mm则可以取 d1= 12mm即螺栓直径为12mm满足强度要求 6 产品相关部件介绍6.1产品部分零件图图 6.1V形块西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）名 称： V形块 数 量： 1 材 料： 45技术要求：锐角倒钝，淬火HRC35-40，发黑。作 用： 管子由V型块定位，考虑到管、套在压入前定位的同心度要求很高，否则可能会出现压不进的现象，故采用高度可调V型块，以降低对零件加工的精度要求，可使装配、调试简单、方便，节约成本。图 6.2 回转压板名 称： 回转压板 数 量： 1 材 料： 45 技术要求：锐边处理，淬火HRC35-40，发黑。作 用：针对管子较长，刚性较差，为防止二端施压时管子受力失稳而中间拱起，采用回转压板通过一滚轮（支架销孔）对其中间部位压紧。图 6.3 左离合器名 称：左离合器 数 量：1 材 料：40Cr技术要求：去锐，调质HB185-230，齿部高频淬火HRC48-56作 用：由于液塑钻模与轴之间的配合为过盈配合H8/r7，所需要的压力较大，且随压入长度增大而增大，当液钻模压到底时，压入力会瞬间急增，为保护电机，需采用安全离合器进行过载保护，利用其可调整保护压力，以限定最大压入力。图 6.4 支架销孔液钻模1液钻模 数量2 材料HT2002无缝钢管425 数量1 材料Q235A技术条件压装时要保证二端液塑钻模压到底，并保证二液塑钻模相对位置图 6.5 支架销孔零件图6.2 产品部分附图（Solidworks）此毕业设计图纸是用CAD软件制作，随着社会的发展计算机技术也越来更新，计算机的应用也越来越普遍，对计算机功能的要求也越来越高。CAD制图所缺少的是立体感。Solidworks 就是一种能弥补以上缺陷的绘图软件。下面我就对此软件做个简单的介绍，以及展示本设计中部分零件图。 图 6.6 液钻模零件图 图 6.7液钻模零件图剖视图 图 6.8管子零件图 图 6.9管子零件图剖视图 图 6.10支架销孔装配图 图 6.11支架销孔装配图剖视图图 6.12 V型块 图 6.13 V型块剖视图图 6.14 回转压板 图 6.15回转压板剖视图图 6.16 左离合器 图 6.17 左离合器剖视图图 6.18垫块 图 6.19 垫块剖视图7装配工艺规划与仿真7.1装配的概念任何机器都是由若干个零件、组件和部件所组成的。按照规定的技术要求，将零件、组件和部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的工艺过程称为装配。把零件、组件装配成部件的过程称为部件装配，而将零件、组件和部件装配成最终产品的过程称为总装配。装配不仅对保证机器的质量十分重要，还是机器生