毕业设计（论文）4110发动机飞轮壳周边孔钻削夹具设计.doc

邵 阳 学 院毕业设计(论文)课 题 名 称4110发动机飞轮壳周边孔钻削夹具设计 学 生 姓 学 号 6 院(系)、专业机械与能源工程系机械设计制造及其自动化指 导 教 师 职 称 副 教 授 2006年 6月 邵阳学院毕业设计内 容 提 要本设计的是4110发动机飞轮壳周边孔的钻模设计。壳体周边上的孔是按一定的角度和距离分布的，为了使工件在一个位置上加工后连同定位元件相对于刀具转动一定的角度在另一个位置上继续进行加工，将钻模设计成回转式。工件采用“一面两孔”的定位方式在回转分度钻盘上定位，用螺旋夹紧机构夹紧。由于钻孔时切削条件差，常会影响孔的加工精度和生产效率的提高。因尤其是孔和孔系的位置精度，用画线找正的办法，难以达到较高的精度和生产效率。此本钻模借助于其上的钻套引导刀具，可以准确地确定刀具与工件之间的相对位置。考虑到本钻模所服务的加工中的孔直径，安装钻套的钻模板固定在分度盘上，提高定位刚性和加工精度。在设计过程中还将对钻模的定位，分度和调刀误差进行分析，目的既希望本次设计合乎实际的生产需要，能在实际生产中使用。 SummaryThis design is the 4110 engine fly wheel housing peripheral hole jig design. The shell peripheral on the hole away from the distribution according to certain angle, In order to cause the components to process after a position together with locates the part to be opposite in cutting tool rotation certain angle continues in another position to carry on the processing, designs the jig the rotation type. Components use “at the same time two” the locate mode drills on the plate in the rotation indexing to locate, clamps the organization clamp with the screw. Because time drill hole cuts the condition to be bad, often can affect the hole the processing precision and the production efficiency enhancement. In particular hole and the hole departments position precision, the means which adjusts with the linedraw, achieves the high precision and the production efficiency with difficulty. This jig with the aid of drills the set of guidance cutting tool in above, may determine between the cutting tool and the work piece relative position accurately. Considered this jig serves in the processing hole diameter, the installment drills the set to drill the template to fix on the graduated disc, enhances the localization rigidity and the processing precision. In the design process will be the positioning of drilling modules, sub-degree and transfer knife error analysis, the purpose of this meeting is to design a realistic production needs to be in actual production use. 目 录前 言 11 绪论 21.1 研究的目的和意义 21.2 机床夹具的概述 21.3 机床夹具的现状 41.4 研究方法及内容 52 总体方案的研究 72.1 零件的分析 72.2 定位方案的确定 72.3 总体结构及工作原理 93 关键零部件的设计 103.1 对刀装置的选择和设计 103.2 定位元件及装置的设计 113.3 夹紧力的确定和夹紧装置的设计 133.4 夹具体的设计 153.5 分度心轴的设计 184 误差计算 214.1 一面两孔时的定位误差 214.2 调刀误差 214.3 分度误差的计算 23总 结 25参考文献26致 谢 27附录一 图表附录二 外文原文和翻译前 言人们在提到机械制造往往对于对机床夹具的关注程度都不太高，其实所谓的机械制造应该规范一些的说成工艺系统。这个工艺系统是由机床、辅具、刀具、工件和夹具等组成的一个封闭的系统。机床夹具是组成工艺系统的一个重要环节，是影响加工质量的重要因素。工件和刀具是分别安装在夹具和机床上的，要受到夹具和机床的约束。因此，工件的机械加工精度主要取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置。机床夹具设计一般包括结构设计和精度设计两个方面。而人们通常习惯侧重于结构设计而忽视精度设计。关于机床夹具的结构设计，不仅有大量的资料可供参考，而且还不断从其它学科吸收新的成果而向前发展。诸如液性塑料夹具；各种弹性膜片式夹具；真空夹紧夹具；感应分度夹具等等。关于机床夹具的精度设计，随着科学技术的迅猛发展，市场需求的变化多端及商品竞争的日益激烈，使机械产品更新换代的周期愈来愈短，多品种、小批量生产的比例和对零件加工精度要求的提高，也日益受到人们的重视。促使现代机床夹具朝着精密化、高效化、柔性化等方面发展，同时扩大了专门生产夹具的厂商队伍。由此可以证明在机械制造中，机床夹具的设计是应该引起我们高度重视的。在本次设计之前，本人进行过传统系统和工艺方面的设计，惟独在对夹具的理解方面是比较匮乏的。因此，本次设计在完成一定的实际工程问题的同时，将使本人对机械专业知识的理解和掌握更加的系统、全面和平衡，为今后从事机械行业做好更坚实的铺垫。本次设计的是4110发动机飞轮壳周边孔钻模设计，是在老师认真、耐心而又严格的指导下进行的。但是因水平受限以及没有在生产第一线的设计经验，影响了本次设计的水平，存在不合理之处，望个位老师多多批评指正。本论文是在刘玉梅老师的悉心指导和严格要求下完成的，刘老师那严谨求实的治学态度，和赋有爱心的指导让我受益非浅。在此对刘老师表示忠心的感谢！设计者 胡 国 谊2006年6月于邵阳1 绪论1.1 研究的目的和意义“纸上学来终觉浅，绝知此事要躬行。”为了更系统地训练我们的综合设计能力，进一步培养和提高我们科学的思维方式和正确的设计思想以及发现，分析，解决解决实际问题的能力，在老师的指导下解决一定的工程问题，完成本科教育中非常重要的实践教学环节。我们毕业设计小组选用了邵阳神风动力公司的4110发动机飞轮壳做为毕业设计课题，对其加工工艺规程，每道工序的工装夹具进行设计。所谓“实践出真知”。本次设计是要求解决实际的非虚拟的实际性的机械工程问题，前提要求是我们掌握相当的专业知识，而通过本次设计提高自己综合运用所掌握知识，查阅相关设计资料的能力，熟悉相关的国家标准和国际标准，进一步熟练操作绘图软件并绘制工程图。锻炼我们独立解决一定的实际工程问题的能力，使我们的设计更具实用性。本次设计还能让我们更多的接触社会，了解社会的发展态势和国内外的现状，为将来走上工作岗位作一个铺垫，增加自己的就业信心，明确今后的发展方向。就狭义的方面来讲我课题的工程实际目的就是要将夹具的作用服务于实际生产上。1.2 机床夹具的概述1.2.1 夹具的定义在机床上对工件进行切削加工，首先需要将工件夹紧。为了能加工出合乎精度要求的工件，仅将工件进行夹紧，以进行切削加工是不够的。还需要使工件在机床上占有正确的位置。这种使工件占有正确的加工位置，并使之夹紧的过程，称为工件的安装。用于安装工件的装置称为机床夹具。有时候习惯上还将一些用于扩大机床工艺范围的装置，如靠模，仿型装置也称为夹具。1.2.2 夹具的历史背景及发展趋势 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，使加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。在夹具的发展过程中，为适应不同批量的生产，专用夹具和通用夹具都得到了很好的发展。专用夹具主要应用于要求定位精度高，保证加工质量，又便于采用各种快速夹紧机构，提高生产效率的固定的较大批量的生产，但生产成本较高。当生产效率要求不高时，使用专用夹具显然是不划算的，这为通用夹具提供了用武之地。通用夹具可以适用于不同工件的生产，降低生产费用，但是生产效率则较低。随着社会生产的发展，介乎于大批量和单件小批量之间的多品种中小批量生产日益增多，单有专用夹具和通用夹具已不能满足生产要求。于是出现了介于通用夹具和专用夹具之间的一系列新的夹具形式。多见的形式为由通用件临时组成专用夹具的专门化拼装夹具和用于有限通用目标的专用可调夹具。除此之外还发展了自动化生产用夹具。因此，夹具可进行如下的分类：(1) 通用夹具适用范围较大，无须需调整或稍加调整就可以用于装假不同的工件。这类夹具已经标准化，在机床上一般都装配有，如车床上的三爪卡盘或四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头；铣上的平口钳、分度头和回转工作台等。通用夹具主要应用于单件小批量的生产。(2) 专门化拼装夹具 这类夹具是有预先制好的标准元件和组件拼装而成，是针对一定的工件和一定的工序的专用夹具。只要有足够的种类和数量的标准件，就可以拼装出各种各样夹具。它具有专用夹具的优点和很大的通用性。用完可以拆卸并保存入库，不会存在专用夹具的“报废”问题。因此这类夹具很适合于新产品试制和多品种小批量生产。对于没有夹具不能加工的单件生产，以及批量较大、但轮番周期较长的生产，用这类夹具是比较经济的。因为它具有缩短生产准备周期，减少专用夹具品种、数量和存放面积等优点。缺点是初期投资较大。(3) 专用可调整夹具此类夹具是用于装夹和加工多品种、中小批量生产中的一组工件。可以针对具体工件形状更换专用元件；或者是调节某些夹具元件的位置。这类夹具是在专用夹具基础上少量更换或调解夹具元件，因此能达到有限目标的通用化，极大提高了专用夹具在多品种、中小批量生产中使用的经济性。(4) 专用夹具专用夹具是针对某一工件的一定工序而专门设计，不需要考虑通用性的问题，可以把夹具设计得结构紧凑，操作方便，并采用各种省力机构或动力装置。因此使用专用夹具可以保证较高的加工效率和生产效率，是根据工件的加工要求自行设计与制造的，其设计和制造周期较长，制造费用也较高，适用于固定的较大批量的生产。(5) 自动化生产用夹具自动化生产用夹具主要是自动线夹具，分固定式夹具和随行夹具两类。固定式夹具和专用夹具类似；而随行夹具除了一般夹具所担负的装夹工件的任务外，还担负着沿自动线输送工件的任务，即跟随被加工工件沿着自动线从一个工位移动到下一个工位的任务。1.2.3 夹具的作用(1) 保证加工精度，稳定加工质量(2) 提高劳动生产率，降低加工成本(3) 扩大机床工作范围，实现“一机多能”。(4) 减轻劳动强度，保证安全生产。(5) 在流水线生产中，便于平衡生产节拍。1.2.4 夹具的组成(1) 定位元件或定位装置(2) 夹紧元件或夹紧装置(3) 对刀、引导元件(4) 连接元件(5) 夹具体(6) 其他元件或装置1.3 机床夹具的现状夹具是机械加工不可缺少的部件，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以占工件种类总速的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，以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业都仍习惯与大量采用传统的专用夹具。在一个具有中等生产能力工厂中，约拥有13001500套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就有要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为15%左右。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。 特别是近年来，数控机床（NC），加工中心（MC）,组成技术（GT）,柔性制造系统（FMS）,等新技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：(1)能迅速而方便地装备新产品的投资，以缩短生产成本。(2)能装夹一组具有相似性特征的工件。(3)适应于精密加工的高精度机床夹具。(4)适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。(5)采用以液压泵站等为动力源的高效加紧装置，以进一步提高劳动生产率。(6)提高机床夹具的标准化程度。1.4 研究方法及内容发动机是工程机械产品和车辆成本构成的核心，也是工程机械产业链条中与整车制造并列的重要环节。作为其中一个重要部分的发动机飞轮壳，自然要求保证相当的精度和加工质量，才能很好的配合发动机的其它部分组装成合格的产品。本课题是要完成4110发动机飞轮壳钻周边孔的钻模设计。因为该飞轮壳是固定的大批量生产，要保证加工质量和生产效率，因此选择为生产设计专用钻床夹具，即专用钻模。壳体周边上的孔是按一定的角度和距离分布的，为了使工件在一个位置上加工后连同定位元件相对于刀具转动一定的角度在另一个位置上继续进行加工，将钻模设计成回转式。由于钻孔时切削条件差，常会影响孔的加工精度和生产效率的提高。尤其是孔和孔系的位置精度，用画线找正的办法，难以达到较高的精度和生产效率。因此本钻模借助于其上的钻套引导刀具，可以准确地确定刀具与工件之间的相对位置。机床夹具是设计工艺准备工作的重要组成部分。夹具设计的质量，对生产率、加工成本以及安全生产等有直接的影响。为此，在对本钻模进行设计，将遵从以下的基本原则和要求:(1)夹具要满足零件设计图纸及加工工序对加工精度的要求(2)在满足加工精度、效率等要求前提下，力求夹具结构简单，以提高夹具制造工艺性。(3)尽量降低夹具的制造成本，在不降低性能的前提下，可采用廉价的代用材料。(4)尽量采用标准元件，使夹具元件规格化、典型化，并使整个夹具组合化，以缩短夹具的制造周期，降低成本。(5)夹具的操作要方便，安全。2 零件的分析和夹具总体方案的确定2.1 零件的分析本课题所设计的钻模要服务于4110发动机飞轮壳钻周边孔的工序。工序中将分多工步钻各个周边平面上螺纹孔，钻通孔和锪孔加工。其中钻一组4-M6、一个M18及两组4-M12螺纹孔所选用的刀具为高速钢麻花钻，锪孔选用带导柱锥柄平底锪钻，钻18通孔选用硬质合金锥柄麻花钻。于Z33-1摇臂钻床上加工。对于两组4-M12和4-M6的螺纹孔，孔的中线线必须位于直径公差值为0.4且理论尺寸所确定矩形分布。2.2 定位方案的确定2.2.1 自由度分析夹具用于4110发动机飞轮壳钻周边孔的工序。壳体周边上的孔或孔系是按一定的角度和距离分布的，为了使工件在一个位置上加工后连同定位元件相对于刀具转动一定的角度在另一个位置上继续进行加工，将钻模设计成回转式。因此工件装夹在回转分度盘上，通过分度转位转换各工步。为保证各组内的孔及各组孔之间的尺寸和位置精度达到要求，必须保证工件的可靠定位和装夹，各工步加工时不使工件挪位或是移动，从而保证下一工步中工件的正确对定和刀具的正确找位，均不能使工件有沿各个轴的移动或是转动，因此本工序中工件的六个自由度都要进行限制。(1) 定位方案的选择从分析图纸可知，本工序中各工步的各组孔分布在各自的平面内，或是在飞轮壳的径向上，因此，各组孔应与所在的周边平面垂直或是保持分布在径向上。各自周边平面内的各个孔之间还应该保持平行。因为周边上的各平面是与两端面垂直的，自然的各个平面上的孔和径向的孔都应该与平行。相对于本工序，两个端面都是已加工表面，因此，两面都有可能作为本工序的第一定位基准。通过第一定位端面的类消除饶X、Z轴转动以及沿Y轴轴向移动的自由度。若以后端面作为第一定位基准，定位支承分布范围比较大，可以获得较大的支撑面积，定位将更加稳定而且并不影响4-M6组螺纹孔的位置尺寸基准。但是因为两组4-M12和M18螺纹孔及18通空的位置尺寸基准不在该平面上，若将钻模板安装在分度盘上，钻模板的安装基准和各孔的尺寸基准不一致，将不符合基准重合的原则。另外，工件的两个工艺孔并不在该面上，将无法把定位销安装在分度盘上。可以考虑把钻模板和两定位销装配成一个定位和对刀整体，但会导致不符合定位基准重合原则，提高了钻模的复杂程度，降低了钻模操作的方便性，提高了对操作工人的技术要求。而且端面放在夹具体的支承板上，有后端面外轮廓与支承板接触，中间部分悬空，从夹紧方面考虑，零件前端面壁厚为12mm，因中间部分悬空且与支承板接触的有效面积仅有飞轮壳外轮廓，夹紧和加工过程中，会受到夹紧力和较大的切削力，工件易产生变形，对钻削加工过程不利。若以前端面作为第一定位基准，通过以上分析就知道，将更符合基准统一和大端面定位的原则。工件的两个工艺孔在该端面上，不需要另外找第二和第三定位基准，免去了要增加设计其他辅助定位装置的需要。而且可通过两工艺孔和飞轮壳圆心的位置尺寸关系确定分度盘的分度圆心和两定位销之间的位置关系，使定位体系的更加的紧凑。提高了定位和分度精度，使产品加工在更高精度的定位精度和装夹基础之上进行。简化了夹具结构，减少了夹具的设计工作量，缩短了设计周期，更符合高水准，经济，高效的设计原则。且前端面紧靠在支承板上，有效接触面积大，且夹紧时，工件与支承板能有效接触，即使受到夹紧力和较大的切削力，工件也不易变形，从承受切削力的角度看，此方案2较可靠。通过以上分析，可以确定将以前端面作为第一定位基准。第二和第三定位基准选用与两定位销配合的工艺孔中心线。为了保证工件的顺利找正和定位，防止出现过定位现象，两定位销一个设计为短园销，另一个设计为削边销。其中与短圆柱配合的孔中心线作为第二定位基准，通过第二定位基准的定位消除沿X和Z轴移动的自由度，与削边销配合定位的孔中心线作为第三定位基准，通过第三定位基准的定位来消除饶Y轴转动的自由度。(2) 对定方案的确定由于钻孔时切削条件差，常会影响孔的加工精度和生产效率的提高。尤其是孔和孔系的位置精度，用画线找正的办法，难以达到较高的精度和生产效率。因此，钻床夹具通常采用钻套对刀和引导刀具，可增加加工时刀具的刚性和防止偏斜，以保证能迅速、准确的确定刀具与夹具的相对位置。本夹具上加工的的产品产量大，工序中分多工步加工不同工位上的孔。为实现刀具的准确与快速对定，提高加工质量和生产率，本夹具上用钻模作为对刀元件(3) 夹紧方案的选择及夹紧机构的设计本夹具上加工的产品大批量生产，为使工件在加工时不因为切削力、惯性力及重力等外力的作用而产生不允许的移动，以至破坏工件在定位时所得到的即定位置，影响加工质量，损坏机床、刀具，甚至于发生事故。在工件加工前都要将工件进行夹紧，因此夹紧装置也是本夹具设计的重要组成部分，并满足以下要求： 在夹紧过程中应该能保持工作的即定位置或是更好地是工件得到定位。 夹紧应可靠和适当，夹紧力要稳定。 夹紧机构操作应安全、方便、省力。 夹紧机构的结构要便于制造、调整、使用和维修，尽可能使用标准零部件。工件夹紧时，夹紧力的方向应作用在定位支撑上，夹紧力遵从方向朝向主要限位面和作用点应考虑工件的结构特点落在定位元件的支承范围内的原则。在本工序的钻削加工中钻头将对工件施加垂直向下的轴向切削力及切削扭矩。此外，垂直方向上还有工件自身的重力。因此，确定夹紧力在工件内部，以保证前端面与支承板可靠接触，使工件对各定位支承都有一定的压力。本夹具中采用带肩螺母压紧压板进行夹紧，螺杆通过螺纹配合和带肩螺母安装在分度转盘上。2.3 总体结构及工作原理 本工序中加工孔所用的机床为立式摇臂钻床，工件装夹在分度转盘上，所以钻模也将设计成立式回转分度式。分度盘通过回转心轴和安装在夹具体上轴承配合，易于实现回转找位。当工件找到相应的工位以后，装配于夹具体上的分度对定装置的对定销将插入到与之对应的装配在分度盘上定位引导套内，实现对定。3 夹具零件的设计计算3.1 对刀装置的选择和设计3.1.1 钻套的选择和设计钻套尺寸和公差要求如下：(1)钻套内孔基本尺寸应等于所引导的刀具最大极限偏差尺寸。(2)由于钻头都是标准定尺寸刀具，故钻套内径按基轴制选用。(3)钻套孔与刀具应有一定的间隙，因此应合理制定引导孔的公差带。(4)钻套高度对刀具在钻套中的正确位置影响很大,高度越大则刀具与钻套中心间可能产生的偏差就越小,精度就越高.但是钻套的高度与所加工的孔直径之比越大,则带入钻套的切屑易于使刀具和导套受到磨损.根据生产经验钻套的高度选用1.5至2倍待加工孔径为宜,也可扩大到2.5倍或是更高。根据以上提到的要求，查文献1表16.2-13，确定钻螺纹孔所用的钻头直径。对于M181.5的螺纹孔，所选用的钻头直径极其偏差为；钻M12螺纹孔所选用的钻头直径极其公差为 ；钻M6螺纹孔选用的钻头直径及公差为；而钻18通孔选用的钻头直径及其公差为；锪32孔选用的锪钻直径极其公差为。因为在本工序中32孔和M18孔是通轴孔，考虑到操作的便捷，选用固定钻套作为锪32孔的对刀元件，型号为A32.17445。而钻M18螺纹孔的引导元件采用快换钻套，在这里用32孔所用的固定钻套作为快换钻套的衬套，由于尺寸特殊快换钻套无法选用标准元件，故要另行设计。因为产品为常年大批量生产,除了锪32孔和钻M18螺纹孔因特殊原因而不用可换钻套外,本工序中其它孔的钻削加工均采用可换钻套作为刀具引导元件。查文献5表5.2-13,钻M6螺纹孔所选用的钻套类型为4.91012；钻M12螺纹孔选用10.11828型号的可换钻套；钻18通孔选用182636型号的可换钻套。钻套用衬套的选择是根据可换钻套的规格选用的，查文献5表5.215，钻M6螺纹孔组选用A1012型钻套衬套；钻M12螺纹孔组选用 A2628型钻套衬套；钻18孔选用A3536型钻套衬套。钻套与衬套的配合为本夹具中所选用的钻模板为固定式钻模板，钻模板通过圆柱销钉在夹具体上进行定位，并用内六角圆柱头螺钉紧故。钻套通过与衬套的配合固定在钻模板上，衬套外径与钻模板的配合为。钻套下端与工件表面要有一定的距离，使的大部分的切削容易从四周排出，而不至于被刀具同时带入导套中，使刀具被卡死或者是切削刃在导套中被磨损。本钻模用与加工的工件的材料为铸铁，在工件形状允许的情况下应取0.30.7倍所加工孔径。因为钻套是装配在钻模板上面的，要考虑钻套下端到加工表面的距离实际就是考虑钻模板到加工表面的距离。锪32孔所用钻模板到加工表面的距离为15mm；钻M12螺纹孔的钻模板到加工表面的距离为5mm；钻18通孔钻模板到加工面的垂直距离为10mm。因为受到工件两边吊耳的限制，钻M6螺纹孔时钻模板到加工表面的距离为10mm。3.2 定位元件及装置的设计端面定位用的定位元件为支撑板，因为支撑板是通过内六角圆柱头螺钉安装在立式回转钻模的分度盘上的，不用担心有积屑的问题。查文献4表3-21可以选用A型支撑板。本夹具中选用四块A3012020和一块A3018020支撑板. 内六角圆柱头螺钉的型号为M1025。两个工艺孔的定位通过两个定位销来完成，若采用两个圆柱定位销（各限制两个自由度）作定位元件，则产生过定位。为避免过定位，使工件在极端情况下能装到定位销 ，可把碰到工件孔壁的部分削去，这样，在连心线方向上，仍有减小第二销的作用，但在垂直于连心线的方向上，定位销的直径并未关减小，故工件的转角误差没有增大，有利于保证加工精度。削边削限制一个自由度。为保证削边销的强度，一般多采用菱形结构，故又称菱形销。在安装菱形销时，应注意使其削边方向垂直于连心线上。但要注意短圆柱销作为第二定位基准，菱形销作为第三定位基准。若选用与夹具体直接配合的固定式定位销，结构虽简单，但因为工件装卸频繁，定位销容易磨损，采用下图所示齿条式手动伸缩式定位销，能保护安全销的定位表面，同时便于更换。操作时，先将飞轮壳平放在支撑板上，再通过两个手柄转动手柄轴（齿轮轴），使啮合的圆柱定位销和菱形定位销，插入两个定位孔中，实现定位。查文献8表3-2-13定位销衬套外径与夹具体的配合采用H7/n6，而内径与定位销的配合H7/g6。手动伸缩式定位销如图3.1。图3.1 手动伸缩式定位销1定位销；2定位销衬套；3定位螺钉；4手柄；5销圆柱销直径的基本尺寸取工件工艺孔下限尺寸，公差取g6或f7，要求定位精度高时取g6。本定位销取g6的公差。两定位孔的尺寸为，销子与孔的配合按H7/g6，所以圆柱定位销的的直径及其公差为菱形销宽度查b及B可按表3.1进行查取。表3.1 菱形销宽度查销子直径d2(mm)4661010181830305050b(mm)23581214B(mm)12461012查表得b=5， =/=d2 =12.7380.188=12.55。公差取g6，所以可以确定菱形销圆弧直径及其公差为d2，。两定位销中心距的基本尺寸取工件两孔中心距的基本尺寸，而销子中心距偏差取工件中心孔中心距偏差的1/51/3，本夹具上取1/5工件中心孔中心距偏差。所以所以两销中心距及公差为L=两工艺孔中心距基本尺寸的公差两销中心距基本尺寸的公差装卸工件所需要菱形销和工艺的间隙 为实现工件在定位时能够快速灵活地使两工艺孔找正两定位销，利用工件中本工序前两个C向面已经过加工的有利条件，在该方向上两边各设计一块挡块作为辅助找准装置，两挡块在辅助找准时与工件的配合公差为H7。3.3 夹紧力的确定和夹紧装置的设计工件的夹紧力过大，会引起工件的变形，达不到加工精度要求，而且使夹紧装置结构尺寸过大，造成结构不紧凑；夹紧力过小，会造成工件夹紧不牢，加工时易破坏定位，同样也保证不了加工精度要求，甚至会引起安全事故。由此可见，必须对工件施加大小适当的夹紧力。在本夹具上进行钻孔加工时，工件受到垂直向下的轴向切削力以及饶纵向轴的转矩。另外在垂直方向上还受工件自身重力的作用。计算夹紧力时，通常将工件和夹具看成一个刚性系统以简化计算（但有写些情况下，按刚性系统计算，会有较大误差）。然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，运动工件还应该考虑惯性力等）后处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力，再乘以安全系数K作为实际所需夹紧力。查文献9表3.3-15安全系数K按下式计算： （3.1）安全系数；基本安全系数，通常取=1.5；加工状态系数，考虑工件材料性质及余量不均等因素。为粗加工取=1.2，精加工取=1，这里取=1.2；刀具钝化系数，考虑刀具磨损后切削力增大，取=1.1；切削特点系数，连续切削时=1.0，断续切削时=1.2，这里取=1.2；考虑夹紧动力稳定性系数，手动夹紧时=1.3，动力夹紧时=1.0，本计算中取=1.3；考虑手动夹紧时手柄位置系数，操作方便时=1.0，操作不方便时=1.5，本夹具中夹紧操作方便=1.0；当有力矩企图使工件回转时，考虑支承面接触情况系数，若接触点稳定=1.0，若接触点不稳定=1.5，本夹具中接触点稳定=1.0；根据以上参数计算：=1.51.21.11.21.31.01.0=3.08本工序中锪32孔和钻18通孔所用的刀具材料为硬质合金钢，钻螺纹孔多用刀具材料均为高速钢。查文献2表3-54刀具材料为硬质合金钢的钻头钻削所产生的转矩和轴向力计算公式分别为： ；刀具材料为高速钢的钻头钻削所产生的转矩和轴向力计算公式分别为： (3.2) (3.3)式中： D钻头直径； M切削转矩；轴向切削力；休正系数；S每转进给量；通过以上公式的显示夹紧力的参考仅用钻M18螺纹孔及锪32孔所产生的扭矩和轴向切削力作为依据即可。而本夹具中加工的工件材料为灰铸铁。查文献4表2.4-38钻M18螺纹孔的进给量为0.65mm/r，锪32孔的进给量为0.5mm/r。锪32所产生的转矩和轴向切削力分别为：=12660.9Nmm=1244.84N钻M18螺纹孔所产生的转矩和轴向切削力分别为：=4121.68 Nmm=533.51N通过计算可以看到无论是最大转矩还是最大轴向切削力，都是发生在锪32时。故到此我们可以确定夹紧力的确定只要满足锪32孔的加工要求即可。本工件加工时除了受切削力的作用外还受到自身重力的作用，因此最终确定夹紧力时还要考虑重力因素（G=25Kg10N/Kg=250N）。工件轴向总受力为=+G=1244.84+250=1494.84N。紧工件所的夹紧力为：=6944.51N上式中为工件表面与支撑件间的摩擦因数，因为工件为加工过的表面，=0.2；为工件表面与夹紧元件间的摩擦因数,因为工件与夹紧元件的接触面为毛坯表面 ，取=5。查文献3表2.38，一个M20的带肩螺母和螺杆配合夹紧所能承受的许用夹紧力为16080N；一个M16的带肩螺母和螺杆配合夹紧所能承受的许用夹紧力为12064N，均大于W。夹紧机构通常由三个部分组成：夹紧动力部分，中间传动机构和夹紧元件。本夹具夹紧动力部分为带肩螺母,用于产生力源并将作用力传给中间传动机构，中间传动机构为螺杆用于改变作用力的大小和方向，并能产生自锁。夹紧元件压板则承受由中间传动机构传递的夹紧力并与工件直接接触而执行夹紧动作。为保证夹紧稳定,本夹具设计了三块压板用于组成夹紧机构.对于跨度较长的压板(长为200mm),为了保证夹紧刚度,其宽度较其他两块压板大为50mm,并与M20的带肩螺母和螺杆配合组成独立的夹紧机构.而另两块压板则设计长度为160mm宽度为45mm,M16的带肩螺母和螺杆做为其动力源和中间机构.为了保证夹紧机构的灵活操作,而不用卸下压板就可以实现工件的装卸,在压板中间设计了一条通槽可使压板在螺杆行做较大范围的径向移动.3.4 夹具体的设计3.4.1 夹具设计的基本要求夹具体是夹具的基础件，它既要把夹具的各个元件、机构、装置连接成一个整体，而且还需考虑工件装卸方便以及夹具与机床的连接方式。因此，夹具体的形状与尺寸，主要取决于夹具各组成件的分布位置，工件的外行轮廓尺寸以及加工的条件等。在设计夹具体时应满足以下一些基本要求：(1) 应有足够的刚度与强度加工工件时，为了防止在切削力、夹紧力等外力的作用下，夹具产生不允许的变形和振动，夹具体应具有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。今年来许多工厂采用框形薄壁结构的夹具体，不仅减轻了重量，而且可以进一步提高其刚度与强度。(2) 力求结构简单、重量轻夹具体的外形一般尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，应特别注意其他结构工艺性。同时，在满足刚度及强度的条件下，尽可能减轻重量、缩小体积，特别是对于手动翻转式夹具，要求重量一般不超过10，以便于操作。(3) 应便于排除切屑加工过程中为了防止切屑聚积，影响工件的正确定位和夹具的正常操作，因此在设计夹具体时应考虑切屑排除问题。若加工中产生的切屑不多，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离，以增加容屑空间；对加工中产生切屑量较大时，一般应在夹具体上设置排屑沟，以利于将切屑自动排至夹具体外。(4) 在机床上安装应稳定可靠对于固定在机床上的夹具应使其中心尽量低；对于不固定在机床上的夹具，则其中心和切削力作用点，应落在夹具体的支承范围以内，中心越高夹具支承面积应越大。为了使夹具安装稳定可靠，夹具体底面中部通常应挖空。对于翻转或移动式夹具体，应在夹具体上设置手柄或手扶部位，以便操作。对于大型夹具，在夹具体上应设置吊环螺栓或起重孔，以方便吊运。(5) 应具有良好的结构工艺性与经济性夹具体上有三个重要表面，直接影响到夹具的装配精度，即夹具体底面、安装定位元件和引导装置的表面以及夹具安装时的校正基面。在加工这些表面时，通常是以夹具体底面作为定位基准，因此在考虑夹具体结构时，应便于达到这些表面的加工要求。在夹具体上供安装各种元件的表面，一般应铸出35mm的凸台，以便于减少加工面积3.4.2 夹具体毛坯的选择在选择夹具体毛坯制造方法时，通常是根据夹具体的具体要求和工厂的具体条件来决定的，实际生产中常用的夹具体毛坯按制造方法分有以下几种：(1) 铸造夹具体铸造夹具体是最常用的一种制造方法，其优点是可以制造出各种复杂的外形，且抗压强度、刚度和耐振性都较好，。但铸造生产周期长，且需经时效处理，故成本较高。(2) 焊接夹具体焊接结构与铸造结构相比，优点在于制造容易，生产周期短，成本低（一般比铸造夹具体低3050%），由于采用钢板、型材的焊接而成，故重量较轻。缺点是焊接后需经退火处理，且难以获得复杂的外形。如果精度要求高，结构比较复杂，加工时振动较大，宜选用铸造结构；否则，应充分采用焊接结构。(3) 装配式夹具体为了克服铸件制造周期长，单间生产成本高的缺点，发展了选用标准毛坯件和标准零件部件组装成所需要的夹具体结构，即选用板材、圆棒、角铁、糟钢等标准型材，按尺寸系列截取成所需要的坯料，再利用螺钉、销钉、底座筋板等标准零部件惊醒组合。这种制造方法不仅可以大为缩短夹具体的制造周期，而且可以组织专门工厂进行专业化生产，有利于降低成本、提高效益，这是很有发展前途的一种制造方法。但目前尚未对夹具体的结构、尺寸实现标准化和系列化，这种方法有待今后逐步推广应用。3.4.3 夹具体的外形尺寸夹具制造属于单件生产性质，在做夹具设计时，一般无须复杂的计算，通常是参照类似结构，采用类比法估算确定。实际上，在绘制夹具总图时，根据夹具的各组成元件，装置与机构所在的位置，夹具体的外形尺寸已大体确定。以下数据可供确定夹具体结构尺寸时参考：(1) 铸件结构夹具体，壁厚一般取830，过厚处应挖空。(2)用板材、型材焊接的夹具体，一般壁厚以610为宜，若刚性不足可增设加强筋。(3)为了工件顺利装卸，与夹具体不发生干涉，夹具体非工作表面应留有一定的间隙。当夹具体和工件都是毛面时，可取810mm；当夹具体与工件都是光面时，可取410mm。3.4.4 本夹具体的设计思路本夹具上所加工的工件为中型重量为25Kg零件,工件有相当的重量.工件首先要在分度盘上进行定位，而分度盘的直径为625mm，厚度为30mm,重量为67Kg，再加上其他零件的重量和切削力。因此，作为整个夹具体的支座的夹具体，所受的力总计有近2000牛以上。为了能够很好的支撑住整个夹具机构，保证机构的刚度，家具体首先要保证有很好的稳定性和刚性。要保证夹具体的稳定,夹具体的底座要达到一定的宽度，参照机床联系尺寸，夹具体底座厚度为30mm，纵向尺寸为540mm，横向尺寸为746mm。高度为746mm,与分度心轴配合的孔中心高度为420mm, 孔的壁为30mm,在孔的下方设计有垂直相交的四处加强筋骨加强来加强夹具体的刚性。另外在夹具体的底座设计四处合乎机床联系尺寸的内凹沿,便于用螺栓将夹具体固定在机床工作台上。夹具体的制造方法为铸造。3.5 分度心轴的设计3.5.1 分度心轴的设计夹具中所应用的分度心轴为压入配合光滑心轴,轴与工件有过赢配合,定心精度高。但其配合的最大过盈量不应大于的最大过赢利量.前面提到在加工工件时,工件所受轴向切削力为1244.84N,再加上工件、分度盘和其他零件的的重力，心轴将受到较大的弯矩。分度盘和夹具体的距离为20mm，心轴应力敏感位置为前轴承的径向对称面的位置上，粗略估算，此处距离转盘重心有40mm的距离。因此，心轴所受弯矩大致为M=F*L=250040=100000N*mm。由文献11附表7和式2-45，查到两个公式：和。本心轴所选用的材料为45钢，=65，所以有=30.5mm。 因为工件在加工过程中可能会受到一些额外的冲击，考虑到要保证夹具可以长期使用，确定d=80mm，此直径与6016深沟球轴承配合定位心轴。图3.2 分度心轴与分度盘配合的轴头分为导向部分和配合定位部分。导向部分的直径尺寸对应图形中的即=d=80mm。由公式=（0.030.07）的公式确定其他轴段的直径，。=76mm，=87mm，87mm，=145mm，=75，=65，=70。其中直径与60146016深沟球轴承定位。，的长度，分别为：=18，=5，=155，=18，=3，=8，=15，=15，=3。段与分度盘配合定位作为工作部分，其尺寸为=+=80+0.037+0.025=870.62，公差取h5故=工件定位孔的最大直径工件定位孔的最大直径配合的最小过盈量IT6的标准公差数值为其导向部分的直径，取e8的公差，=4 误差的分析与计算4.1 一面两孔时的定位误差工件以一面两孔定位时，其基准不重合误差应分为两项来计算：4.1.1 纵向误差 指的是工件工件在两孔连心线方向上工序基准的极限位置误差。双孔定位时，夹具上销的几何中心应为元件基准，工件上与圆柱销配合定位的孔的几何中心为其工序基准，由于配合间隙的存在，二者不相重合，故属基准不重合。此外，此孔与销间的配合间隙小于与销边销的销边量，又因为工件是一个整体件，工件在两孔连心线方向上的基准极限位置误差，只能受到圆柱销与工艺孔配合间隙的影响。故纵向误差为=g+x+=0.26+0.012+0.044=0.082（1/51/3）Lgx (4.1)式中： 纵向定位误差 g工件定位孔的直径公差 工件装卸是所要求的圆销与工艺孔的配合间隙 Lgx两工艺孔的位置尺寸公差，为0.5 4.1.2 转角误差双孔定位时除了纵向误差外，工件上两孔中心连线还可以饶X轴发生偏转，故使工序基准（两孔连心线）与元件基准（两销中心连线）不相重合，将致使工件发生转角误=2=2=（1/51/3）故，定位误差满足要求4.2 调刀误差夹具在机床上安装后，需要调整夹具相对于刀具的相对位置，以便于保证工件的加工技术要求。但是，由于制造夹具是，对刀块或导向装置对定位元件的位置不准确，导致加工表面位置尺寸变化，有此产生的加工尺寸误差，称为调刀误差。本夹具上用钻套作为刀具引导元件，各影响因素均为随机性的独立变量，不可能同时均为最大值。因此，调刀误差应该按概率法叠加，即调刀误差的计算公式如下：= (4.2)其中:=刀具与引导套的最大间隙衬套与引导套的最大间隙由引起的钻头末端的单边偏斜量引导套内外圆柱面径向跳动衬套内外柱面径向跳动H引导套长度B工件加工孔长度S引导套与工件表面间的距离锪32孔的刀具直径及其偏差为，固定钻套引导直径及其公差为，=0.050。因为没有用衬套=0，=0，H=45，S=20，B=3，=0.012。代入得：=0.0505；因此调刀误差为：=0.101（1/51/3），式中=0.5钻M18螺纹孔用的快换钻套内径为，外径为，=0.012，钻头尺寸及偏差为，所以=0.034+0.027=0.061，=0.050-0.001=0.049，B=11，S=20，=0.012，H=45。代入得：=0.053，因此调刀误差为：=0.118（1/51/3）；式中=0.5。钻M6螺纹孔所选用的可换钻套内径尺寸为，外径尺寸为，所用衬套内径尺寸为，钻头直径尺寸为，=0.008，=0.008。=0.018+0.022=0.04，=0.028-0.001=0.027，B=7，H=12，S=10。代入运算得=0.07；=0.143（1/51/3），式中=0.5。钻M12螺纹孔的钻套尺寸规格如下：钻头尺寸直径，可换钻套内径尺寸为，外径为，=0.008，衬套内径尺寸为，=0.008。=0.027+0.034=0.061，=0.034-0.001=0.033，B=27，H=28，S=5，=0.061，=0.127（1/51/3），式中=0.5。钻18通孔的刀具直径为，可换钻套内径尺寸为，外径为=0.012，衬套内径尺寸为，=0.012。=0.027+0.034=0.061=0.041-0.008=0.033，B=7，H=36，S=10。=0.059，=0.113（1/51/3）；式中=0.5。4.3 分度误差的计算 由于存在对定销与分度盘衬套孔以及与固定部分衬套孔的配合间隙，分度盘衬套的内外圆的同轴度误差，分度盘两相临孔距离偏差等因素，故在一次分度的两个极端下会造成位置误差，此误差称为位置误差。其计算公式为： (4.3)式中：转角误差一次分度造成的分度误差对定销与分度盘衬套孔的最大间隙对定销与固定部分衬套孔的最大间隙配合e分度盘衬套内外圆同轴度误差两相临孔距离公差之一般对定销的对定部分直径尺寸公差为，分度盘衬套孔和固定部分衬套孔的内径均为，所以=0.017+0.018=0.035，所选用的衬套中e=0.008，=0.15。 =0.158=，式中=。通过以上的分析计算可是，误差均在允许的范围之内。设计合格！总 结这一次的设计除了专业知识的收获外，对于即将参加工作的我们来说，我想心态上的收获同样重要。以前做过机械系统和加工工艺的设计，惟独对夹具这一块没有做过相关训练。通过这次设计，更深刻地了解了夹具方面的知识。这次毕业设计给我提供了一个学习夹具设计相关知识的机会，通过在设计过程中对旧知识的温习以及对新知识的吸收，使自己对机械专业知识的掌握更加的全面和系统。此外，因为这一次的设计是毕业设计，比以前的设计更接近于实际生产问题，在设计中强化了我们的专业态度，对今后从事机械行业受益非浅。我本次设计的夹具为钻4110飞轮壳周边孔的钻模设计，设计的过程从最初的学习夹具设计，到零件的工艺分析，在到定位、夹紧、对定、方案的确定和工作原理的确定，零件的设计再到校核，最后确定夹具设计合理。设计过程中遵循夹具设计的原则和步骤，查阅了大量相关的资料，并有老师的细心指导，因此本设计是可以应用于实际工程问题的。这是第一次接触夹具设计，实践经验不足，对所学知识的系统运用能力仍然欠缺，设计中有不合理的地方，敬请各位领导，老师，同学赐教，将不胜感激。参 考 文 献1 薄林祥主编.金属切削机床夹具设计手册.北京：机械工业出版社，1995.122 唐金松主编.简明机械设计手册.上海：上海科学技术出版舍，2002.63 机械加工工艺装备设计手册编写组编.机械加工工艺装备设计手册.北京：机械工业出版社，1998.14 李洪主编.机械加工工艺手册.北京：北京出版社出版，1990.125 王光斗、王春福主编.机床夹具设计手册. 上海：上海科学技术出版社，1990.26 邹青主编. 机械制造技术基础课程设计指导课程北京：机械工业出版社，