数控技术毕业设计（论文）飞轮回转专用钻磨

河南工业职业技术学院河南工业职业技术学院毕 业 设 计题目 飞轮回转专用钻模 系别 机械工程系 专业 数控技术 班级 姓名 学号 指导教师 日期 2008年3月 28 设计任务书设计题目：飞轮回转专用钻模设计要求：被加工零件有在同一圆周的六个均布的mm的孔待加工，它相对于47上偏差0.030下偏差0，位置精度要求为0.2mm。表面粗糙度为6.3，被加工件材料要有工件足够的刚度，画出装配图，内容要求：一、确定回转钻模的总体方案二、直接选用回转装置三、对各个定位和夹紧元件进行了具体的分析和设计四、对回转装置的轴进行了相关强度校核五、夹具结构误差分析设计进度：1.11月10日11月15日确定毕业设计题目2.11月16日11月23日对夹具总体进行初步的设计3.11月24日12月10日对设计定位元件进行设计4.12月11日12月20日对设计进行总体误差分析5.12月21日12月22日对设计格式进行规范化 指导教师（签名）： 目 录摘 要1前 言21 机床夹具的认识31.1夹具的发展31.2夹具的功用和组成31.3夹具的分类51.4夹具设计的基本要求62 夹具的总体设计72.1 夹具总体方案的制定72.2 夹具通用装置的选择83 定位结构的设计103.1 定位平面设计113.2 定位芯轴的设计113.3定位销的设计124 夹紧和导向机构的设计134.1 夹具设计的基本要求144.2 夹紧原理154.3 本夹具夹紧装置的设计154.4 夹紧力的计算和夹紧螺母的选择164.5回转和分度装置的设计175 回转装置的设计175.1 回转分度装置的设计175.2 回转装置的轴的校核185.3 回转装置的分度销的曲柄连杆机构的设计196 总图设计196.1 技术要求和主要尺寸207 夹具的结构分析和误差分析237.1 结构和误差分析的基本原理237.2 本夹具的结构分析和误差分析24结 论25致 谢26参考文献27摘 要本设计是对飞轮的径向六孔的加工而设计的回转钻模。各种发动机的飞轮，它们具有相同的功能，即使曲柄连杆机构通过死点和减少活塞运动而产生的冲击，所以它们在高速运转时应具有较大的惯性，但是如果飞轮的动平横较差，当发动机工作时，发动机将产生非常大的振动，这样对发动机的其它部件将产生严重的损害，所以对飞轮的设计和加工要特别注意飞轮的动平衡。由于这六个孔是在同一个圆周上，并且是大小和深度一样的孔，也就是它们的加工工艺相同，并且为了获得好的平衡，尽量能在一次装夹中，完成所有的加工，由以上的特殊性，经过多方面的考虑，确定了回转钻模的方案，它满足以上的特殊性，并且它有自己的特点，其中回转装置是通用的，可直接选用，使主要的时间放在工件的定位和夹紧部分，对各个定位和夹紧元件进行了具体的分析和设计，对于定位夹紧部分的特殊需求对通用部分进行了改装。最后，对特殊零件进行了相关强度和误差计算和整体的结构分析和误差计算。关键词：夹具 回转钻模 回转装置前 言本设计是对飞轮的径向六孔的加工而设计的回转钻模，随着制造业的发展，机械加工的机床种类繁多，性能更强，特别是数控机床和加工中心的出现和发展，使机械加工中加工的产品精度更高而且结构复杂，这使以现有机床为主要的加工设备的工厂带来了很大的挑战，为了实现新老机床的过度，并且实现最小的费用,夹具的应用就起到了重要的作用，好的夹具才能使落后的手动机床在效率和加工精度上与现代的数控机床采用相同的标准，现在夹具的发展虽然受到了挑战，但工件夹具的生产者正在开发动力系统以提高精度，研究新的材料并开发旧夹具的新处理方法，并发展了监控夹具性能的方法，动力夹具其性能大大超出传统的夹紧装置，但是，即使是手动型基于夹紧的系统也可以大大优化，从而进行更快的夹紧。与传统夹紧装置相比，这种设备使用起来更快更方便，能最佳符合人体工程学，对操作者更安全，而且能加工出具有高质量一次性成品零件。关键是将单个夹紧装置看作总体工具系统的一部分，并将标准化当作自己的标准，这有利于夹紧装置的通用和提高夹具的制作效率。 1 机床夹具的认识1.1夹具的发展在机械制造的各个加工工艺过程中，必须使工件在工艺系统中处于正确的位置，以保证加质量，并提高生产效率。把为了使工件处于正确位置所使用的各种工艺装备，称为夹具，如检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。夹具的种类很多。其中，使用范围最广泛的是通用夹具，如车床上用的二爪卡盘和铣床上用的平口虎钳等，这类夹具的规格尺寸已标准化，由专业厂进行生产。而用于批量生产、专门为上件的某个加工工序服务的专用夹具，则必须由各制造厂自行设计制造。由于专用夹具的设计制造在很大程度上影响加工质量、生产效率、劳动条件和生产成本，因此，它是各机械制造厂新产品投资、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作，也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识。1.2夹具的功用和组成1、功用夹具在机械加工中起着重要的作用，概括起来有以下几个方面：(1)、保证工件的加工精度，稳定产品质量夹具在机械加工中的基本作用就是保证工件的相对位置精度。由于采用了能直接定位的夹具，因此，可以准确地确定工件相对于刀具和机床切削成形运动中的相互位置关系，不受或少受各种主观因素的影响，可以稳定可靠地保证加工质量。 (2)、提高劳动生产率和降低加工成本提高劳动生产率，降低单件时间定额的主要技术措施是增大切削用量和压缩辅助时间。采用夹具装置，既可以提高工件加工时的刚度，有利于采用较大的切削用量，又可以省去划线找正等工作，使安装工作的辅助工时大大减小，因此能显著地提高劳动生产率和降低成本。例如，采用气压、液压等传动装置，只需几秒钟就可以完成夹紧动作，采用各种快速的联动夹紧装置，只操纵一个手柄即可同时夹紧多个工件，或者在几个方位上同时夹紧一个工件。这都可以大幅度缩短辅助时间。由于采用与生产规模相适应的夹具，使产品质量稳定，废品大大减少，劳动生产率提高，可使用技术等级低的工人等，皆可以大大降低加工成本。(3)、扩大机床工艺范围和改变机床用途在单件小批量生产的条件下，工件的种类、规格较多，而机床的数量品种却有限，为解决这种矛盾，可设计制造专用夹具，使机床“一机多用”。例如，在普通铣床上安装专用夹具，可以铣削成形表面。在车床上使用专用夹具，可将其回转运动改变为直线往复运动，使通常只输出扭矩的车床变为具有拉力功能的机床。如果在车床床鞍上安装锉模，又可进行箱体孔系加工等。(4)、改善工人劳动条件 采用夹具后，工件的装卸显然比不用夹具方便、省力、安全。使用专用夹具安装工件，定位方便、迅速，夹紧可采用增力、机动等装置，因此可以减轻工人的劳动强度。还可设计保护装置，确保操作者安全。(5)、在流水线生产中，便于平衡生产节拍工艺过程中，当某些工序所需工序时间特别长时，可以采用用多工位或高效夹具等，以提高生产效率，使生产节拍能够比较平衡。2、组成根据夹具的作用，其结构常由以下几部分组成；(1)、定位元件或定位装置它是用于确定工件在夹具中获得止确位置的元件或装置。(2)、夹紧元件或夹紧装置它是用于夹紧工件，使工件在受到外力作用后，仍能保持其既定位置的元件或装置。(3)、对刀元件和引导元件它是用于确定或引导刀具使其与夹具的定位元件保持某一正确的相互位置关系的元件。(4)、连接元件它是用于保证夹具与机床间相互安装位置的元件。(5)、夹具体它是用于连接夹具各组成部分，使之成为一个整体的基础件。(6)、其它元件及装置根据工件加工要求，有些夹具除上述组成部分外，还需设置其它元件或装置，如分度装置、某些夹具的靠模装置、工件抬起装置等。以上组成部分，并非所有机床夹具都缺一不可。但是，通常定位、夹紧和夹具体三部分是夹具的主要组成部分。1.3夹具的分类随着机械制造发展的需要，新型的夹具结构不断出现，夹具的形式愈来愈多。为了掌握各种夹具的工作特点和基本设计方法，也为了便于工厂的技术管理工作，有必要对夹具进行分类，可按夹具的应用范围分，也可按所使用的动力源进行分。下面对按夹具应用范围分类的各类夹具的特点作一个简要的介绍。1、通用夹具通用夹具是指在一般通用机床上所附有的一些使用性能较广泛的夹具，如车、磨床上的三爪和四爪一卡盘、顶针和鸡心夹头，铣、刨床上的平口钳、分度头和回转工作台等。它在使用上有很大的通用性，往往无需调整或稍加调整(包括配换个别零件)就可用于装夹不同的工件，这类夹具一般己标准化，并由专业工厂生产作为机床附件供用户使用。通用夹具主要用于单件和中、小批量生产，装夹形状比较简单和加工精度要求不太高的工件。在大批、大量生产中，对形状复杂或加工精度要求较高的工件，往往由于操作麻烦和装夹效率低而很少采用这类夹具。2、专用夹具专用夹具是指专门为某一类土件的某一工序设计的夹具。此类夹具一般不考虑通用性，以便使夹具设计结构简单、紧凑、操作迅速和维修方一便。专用夹具通常由使用厂根据工件的加工要求自行设计与制造，生产准备周期较长。当生产的产品或零件工艺过程变更时，往往无法继续使用，故具只适于在产品固定和工艺过程稳定的大批量生产中使用。3、可调夹具可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。 对不同类型和尺寸的工件，只需要调整或更换原来夹具上的 个别定位元件和 夹紧元件便可使用。它一般又分为通用可调夹具和成组夹具两种。前者的通用范围比通用夹具更大；后者则是一种专用可调夹具， 它按成组原理设计并能加工一组相似的工件，故在多品种，中、小批量生产中使用有较好的经济效果。在长期的生产实践中，人们对可调整夹具、成组夹具进行了分析和总结4、组合夹具在长期的生产实践中，人们对可调整夹具、成组夹具进行了分析和总结从而产生了将所有夹具元件都变成可调换的标准件，按搭“积木”的方法组成各种夹具的设想。经过反复试验、修改和归纳，发展成为现在的组合夹具。1.4夹具设计的基本要求夹具设计的原则是经济和通用，它可以概括为“好用、好造、好修”这6个字，其中好用是主要的，但好用也必须以不脱离生 产现场的实际制造和维修水平为前提。具体要求为：1、夹具的构造应与其用途和生产规模相适应。正确处理好质量、效率、方便性与经济性四者的关系；2、保证工件精度；3、保证使用方便。要便于装卸、便于夹紧、便于调整、便于测量、便于观察、便于排屑排液、便于安装运输、保证安全第一；4、注意结构工艺性，对加工、装配、检验和维修等问题应通盘考虑，以降低制造成本。2 夹具的总体设计2.1 夹具总体方案的制定制定总体方案是设计夹具最重要的内容之一。总体方案制定的正确与否，将决定夹具能否达到“好用、好造、好修”的要求。为了该总体方案制定的合理，在方案设计时，密切联系实际，全面了解被加工零件的加工情况和影响方案制定的各种因素。主要考虑以下因素:一、工艺过程和加工精度的要求被加工零件有在同一圆周的六个均布的mm孔待加工，且他们相相对于位置精度要求为0.15mm。将六孔集中在一次装夹中，多个工步可确保位置精度，对大量生产及顺利装配创造了条件。钻孔工序大多是扩孔工序前加工底孔，在铸件上钻孔精度一般可达6级，表面粗糙度为6.3，摇臂钻床与夹具的结合可使钻孔位置精度达0.1mm。而被加工零件的表面粗糙度和位置精度要求均在此范围内。故摇臂钻床和设计的夹具能满足被加工零件的要求。二、加工零件的特点被加工件材料为HT200，工件刚度足够。由于被加工件为汽车的飞轮，飞轮作为发动机的一个高速运转的零件，它通过自己的惯性，可以使连杆在运动中顺利通过死点，也可以减少因活塞连杆机构产生的脉冲，所以对于飞轮，它应该具有较好的动平衡。三、定位基准及加压部位的选择被加工件的孔以C面为设计平面，选用设计基面为主定位基准，这样减少了累积误差，使加工精度得到有利保证，同时，此平面最大，用它定位能使夹紧力均落在定位平面之内，不至于使工件变形。由于这六个孔对于47孔的轴线有位置精度要求，选此轴定位基准，这样基准重合，可以减少位置精度的累积误差。选用由于加工的是圆周曲面上的孔，所以要用一销钉限制工件的转动，所以以基准面B上的10孔插入销钉进行定位，这样就实现了完全定位。根据夹紧装置设计的原则，即结构紧凑简单，制造维修方便装卸工件简易，夹紧力小，尽量减少工件和夹具体在受夹紧力时的变形，所以应该合理选择夹紧力的大小，方向和作用点，保证工件夹紧可靠性，即工件在加工过程中不能移动，振动或变形，保证工件的加工精度和位置精度。根据本工件的定位方案即以C 面 、芯轴和销钉定位，夹紧力方向应垂直于C面，根据工件的结构、形状和夹紧装置设计的原则，夹紧力采取图2-1所示的方向和位置较合适。这样可使加压合力落在定位平面之内，且接近定位平面的中心，使工件加压后定位稳定。图2-1定位和夹紧示意图2.2 夹具通用装置的选择2.2.1 钻床的选择所采用的摇臂钻为Z3040-16:2.2.2 回转装置由于本工件的本工序的特殊性，所以可采取分度装置，这样即可以在一次装夹下完成六个工步，又可以提高孔的位置精度和形状精度，对于回转分度装置，经过设计者的多年的改进已经有了较好的结构并且种类也较多，其中回转钻模就有多种如单支承回转式钻模、双支承回转式钻模。单柱带配重回转装置特点是由于它具有配重，所以可装上较重的工件，有配重可使夹具保持平衡，从而保证加工的精度，配重可按实际工件的大小来特意制作。并且有分度销可进行任意的离散性分度，分度销有连杆机构控制，有脚踏提供动力，夹紧元件和旋转装置在同一侧，这样可以保证工人在装夹和加工时，始终在同一侧，从而减少工人的劳动强度。单柱蜗轮回转装置： 单柱蜗轮回转装置的特点是结构紧凑，分度销是有蜗轮机构驱动的，可实现离散性分度，由于它的转动手柄是竖直的，所以此装置应放置低一些，由于没有配重，它多用于零件较轻的场合。回转装置，综合以上回转装置的特点和此工件的需要和精度要求，选用单柱带配重3 定位结构的设计3.1 定位平面设计3.1.1 定位平面选择的原理工件以平面定位，是指工件的定位基准为平面的情况。作为定位基准的平面不可能是理想的几何平面。一个平面对正确几何平面的误差，可以分为平面度和粗糙度两方面。虽然表面的平面度和粗糙度之间，并无绝对的数值关系，单一般情况下，粗糙度越高，平面度也越好，因此可以根据粗糙度来判断表面的好坏。根据基准表面的好坏不同，定位方法和定位件的设计原则也将不同。一般可将平面定位基准分成未经机械加工的和已经机械加工的两类。当工件以经过机械加工后的基准平面定位时，定位误差比较小，可以直接放在平面上定位。但是为了提高定位的稳定性和定位精度，对于刚度较好，而基准面的粗糙度及平面度不很高，轮廓尺寸又较大的工件，应将定位平面的中间部分挖低一些，对于刚度较差的工件，或基准平面的粗糙度和平面度都很高时，它们之间的接触面积可以大些，单为了便于排除切屑，定位平面上往往开有若干窄槽。工件以平面在夹具中定位时，定位件可以是夹具本体、支承销或支承板。夹具定位表面为本体上的一个平面的结构，用于中小型零件上已经机加工过的基准来实现定位。本体材料可以是20号钢渗碳淬火。当定位的元件是支承销时，其形状一般都已标准化了。通常是把它直接装在夹具体中，采用组合加工的办法来保证定位平面在同一平面上。当定位的元件是支承板时，它常装于铸铁制造的或者其他不耐磨损的夹具体上。3.1.2 本夹具定位平面的设计由于定位平面为一个环形平面，夹具的平面至少要加工成360mm的平面，并且要求较高的平面度，这加大夹具的机加工的成本，所以在此夹具中，采用铸铁材料作为夹具体的材料，用六块支承板来定位，其尺寸长宽高为603025。3.2 定位芯轴的设计3.2.1芯轴的定位原理和误差工件以孔作定位基准，以芯轴的外圆柱表面来实现定位，这种定位方法与工件以外圆柱表面作定位基准，以孔来实现定位的基本原理完全相似，在工件以芯轴的外圆柱表面来实现定位时，如果芯轴较长，可以限制工件的四个自由，但绕它本身轴线的转动和沿轴线移动则未限制。如果芯轴较短，可以限制x和y两个方向的移动自由度。对于定位误差的分析，为了使工件装卸容易，工件的基准表面与孔之间必须满足轴的最大尺寸要小于孔的最小尺寸这一条件，因此定位误差 为孔的最大尺寸，为轴的最小尺寸时的偏差的绝对值，为轴的最大尺寸与孔的最小尺寸之间的间隙。用芯轴定位的情况与一般机械中轴与孔的配合完全相似，所以在确定芯轴的极限尺寸时，可以根据工件的名义尺寸，按公差的基孔制的规定，选择g6、f6或f7。如果由选择的和所产生的定位误差不能满足工序的要求时，可首先缩小和差值，即改变配合。因为提高精度等级会给加工带来困难，而缩小值只不过是给接近于最大尺寸的少数工件的装卸带来一些困难。3.2.2 本夹具定位芯轴的设计根据以上原则确定芯轴与孔的的间隙为0.010mm，由于孔的尺寸为，可计算出芯轴的上偏差为-0.015，由于要加工孔的轴心线对定位芯轴的位置度0.15，在不考虑其它误差的情况下，为了使各个误差在误差分析时满足加工要求，定位误差小于.0.15的1/2倍比较好，在这里先把定位误差定为，所以芯轴的下偏差为，而的值可有下列计算式得：=p=0.069-0.029-0.010=0.030所以芯轴的尺寸为。3.3定位销的设计3.3.1定位销的设计由于大面和短轴已经限制五个自由度，而圆柱销限制两个自由度，所以把它们用在一起将引起工件径向上的过定位，所以在此夹具中用菱形销，因为菱形销是易损件需要经常更换，而且夹具本体为HT200，所以应在本体上压入一个套筒，定位销用或配合用三个螺钉固定，在此夹具中采用了后着，结构如图3-1，定位销的尺寸设计与芯轴的设计相似，也应该满足轴的最大尺寸要小于孔的最小尺寸这一条件，根据以上分析，确定菱形销的尺寸为。 4 夹紧和导向机构的设计4.1 夹具设计的基本要求工件夹紧设计是夹具规划的重要任务。生产实际中，夹具设计受到一系列因素的限制，包括：一、工件设计，主要包含几何形状和公差的信息；二、安装设计，决定每次安装中的加工特征、所使用的刀具和机床；三、每次安装中工件最初和最终形式；四、能使用的夹具组件；为了确保能使工件固定在正确的位置，制造过程能按设计技术要求进行。对一个可行的夹具规划，应该满足以下条件：一、工件定位时限制所有的自由度；二、必须保证当前安装的加工精度要求；三、夹具设计必须能够稳定抵御外力或力矩的影响；四、用现有的夹具组件必须容易到达装夹表面和点；五、工件和夹具以及刀具之间必须没有干涉。4.2 夹紧原理4.2.1 夹紧的概念具中将工件夹紧的机构称为夹紧装置。4.2.2夹紧设计的基本要求对夹具中夹紧机构的基本要求是：在机械加工过程中，切削力、重力、支承反力和惯性力均作用在工件上，使工件产生运动，为了使工件保持定位时的正确位置必须将工件夹紧，使夹紧力与上述各力平衡。一、夹紧后不能破坏工件在夹具中的正确定位，应使原有的定位状态更加稳定、可靠；二、夹紧后工件、组合夹具元件的变形要小，变形量应控制在加工精度允许的范围内；三、夹紧力的大小要适当。既要防止因夹紧力不足工件在加工过程中产生位移和引起振动，又要避免因夹紧力过大压伤工件或破坏夹具元件；四、夹紧机构要操作方便，节省操作工人劳力，保证安全，即夹紧操 作时不应碰到工件、刀具或保证装卸方便；五、夹紧机构的复杂程度和自动化程度应与工件的产量和批量相适应。4.2.3 夹紧力方向的选择。夹紧力方向选择的基本要求是：一、为了保证安装的正确可靠，夹紧力方向应该朝向对工件精度影响最大的定位面(主要定位面)，并保证定位的可靠；二、减少工件变形，夹紧方向应当垂直于夹具主要定位元件上与工件接触较大的那个表面。因为在夹紧力一定时，接触面积愈大，单位夹紧力就愈小，因而变形也愈小。在加工薄壁工件时，为了避免工件变形，要特别注意在工件刚度较大的方向上夹紧；三、夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小，从而减少夹紧力就可能减少劳动强度，简化夹紧机构。4.2.4 夹紧位置的选择为满足夹紧设计的基本要求，在夹紧力方向己明确的情况下，决定工件上夹紧位置时应注意以下两点：一、夹紧力的作用点应不破坏工件的定位；二、工件受切削力产生的变形和振动。4.3 本夹具夹紧装置的设计 夹紧力方向见第二章图2-1，对于夹紧力F1应是螺母加开口垫圈施加的，对于夹紧力F2和F3应采用压板夹紧，用螺母施加力，为了符合工件易装卸的原则，压板采用可旋转的压板如图4-1所示，当松开螺母时，压板可旋一定的角度，使它错开工件，这样就可方便地装卸工件了。4.3.1旋转压板的设计为了工件的装卸方便，固采用旋转压板，而且为了紧凑结构，并且增加压板的刚性，采用一个特殊的套筒，其形状如图4-2，这样不但可以方便装卸工件，而且可以提高压板的刚性和稳定性。4.4 夹紧力的计算和夹紧螺母的选择4.4.1 夹紧力的计算一、进给量的确定 钻头选m标准高速钢钻头，考虑到钻模的高度和强度，查立式钻床Z3040-16的说明书，选取进给量mm/r。二、根据进给量，查表4-1得，理论切削力mm/r，根据工件的材料，切削力及扭矩的修正系数可查出：，故N，所以切削力N。表4-1 高速钢钻头在灰铸铁上钻孔的切削速度、轴向力、扭矩及功率f(mm/r)d=16mmd=20mmd=24mmvFMPvFMPvFMP0.2024188514.810.73-0.2521225517.750.7722281527.661.0122337239.921.190.3019261020.500.8020325532.071.0720392546.201.25由理论夹紧力的计算公式得为切削力，为定位销或芯轴可承受的一部分切削力，为定位销直径，为定位销接触长度，为许用挤压应力，取定位销和工件中较小者，分别为与工件接触的摩擦系数而在这个夹具中，定位销不能承受力的作用，所以得 N取，所以理论夹紧力为 N考虑到加工状态、刀具钝化程度、加工切削特点、夹紧动力的稳定性和手动夹紧时手柄的位置得到的安全系数为所以实际夹紧力为N4.4.2 夹紧螺母的选择由M162的六角螺母的夹紧力为5230N，而M202.5的六角螺母的夹紧力为5260N，由于此夹具采用三个夹紧力，经分析，在两个压板上用M16的，而芯轴上用M20的，其合力，所以较合适。4.5回转和分度装置的设计4.5.1钻模板的设计因为设计方案为回转式钻模，回转装置是通用的单柱带配重回转装置，为了不破坏这种装置的通用性，也避免了因钻套不随工件旋转而带来的误差，从而提高加工精度，所以用六个钻套和钻模板，均布在夹具体上，使每一个钻套与工件的一个要加工的孔相对。钻套用可换钻套GB2264-80 20F7k645。4.5.2 分度销孔的设计 为了实现一次装夹，六个孔全部加工，夹具中采取了回转机构，并带有分度销，为实现分度，就必须在夹具体上相应地有六个销孔，由于夹具体是铸铁，而分度销钉又经常插入和拔出，如果分度销钉直接与夹具体接触，长时间使用就会磨损销孔，而使分度不准，为了修复就必须更换夹具体，这将增加以后的修复难度，所以在此销孔中，装入一个衬套，为了以后的修复，并在衬套的低部装入一个拆卸垫，在拆卸垫上加工一个螺纹孔，当要拆卸衬套时，在拆卸垫上的螺纹孔中，拧入一个螺钉，用专用的工具就可以把衬套拔出来。其结构如图4-45 回转装置的设计5.1 回转分度装置的设计5.1.1 人机工程学的原则回转分度装置的结构已经通用，见第二章图2-2，但尺寸需要各设计者设计，对于整个夹具装置（回转装置和定位夹紧装置）的高度，根据人-机工程学中的设计原则：一、设计产品必须考虑如何适应和满足人的生理和心理的各种要求；二、产品的设计应使操作简便、省力与准确、可靠；三、使工作环境舒适和安全；四、提高工作效率。5.1.2 本夹具回转装置的高度设计而此夹具的高度就应符合这些原则，从而使人机环境有一个完美的搭配，使操作者能在最佳的环境内高效、可靠、安全地进行工作。而我国中部的男性平均身高为169mm,臂长730mm。把夹具装置的高度定位930mm，工件与人体的相对高度见图5-1可见当高度为930mm时，人在操作时，不需要弯腰就可完成操作，这样就可以减少工人的劳动强度，而且操作也在工人视力较佳的范围内，所以工人可以高效、可靠、安全地进行工作。5.1.3 本夹具回转装置的底座设计回转装置的底座的宽度为620 mm，长度为700mm，底座两固定螺孔的距离为400mm，这样较符合Z3040-16底座的面积1050650mm和底座T形槽之间的距离为200mm。5.2 回转装置的轴的校核5.2.1 回转装置的轴的受力简图的绘制由于回转轴在工作时，轴承的支撑和钻头的切削力，可简化为图5-2中的图 1所示，受的切线力，AB段的直径为80mm，有图 1可简化为图 2上的弯矩M和图 3上的力F，在图 2中，轴的直径为80mm。图5-2 轴的受力5.2.2 回转装置的轴的校核在图5-2的图 2中，弯矩为由轴的弹性模量E=210Gpa，由计算转角的公式：在图5-2的图 3中，轴的直径为60mm，由轴的弹性模量E=210Gpa，由计算转角的公式：由计算挠度公式：由图5-2的图4，由于a角和b角较小，在图4中由于c角较大，可得：所以回转轴在切削力的作用下轴向移动的距离为。5.3 回转装置的分度销的曲柄连杆机构的设计在图5-3中，AC为踏板简化为曲柄，长度为775mm，BD为耳环简化为连杆，长度为296mm，DE为杠杆，长度为80mm，EF为卡爪，长度为64.5mm。卡爪与分度销的连接可简化为滑块机构。有几何作图的方法得，当处于分度状态时，C点也就是踏板，离地高度为184mm，由人机工程学中，人站姿操作状况时，下肢要支承全身的重量并保持人体在各种状态下的平衡及稳定，一般下肢的操作活动范围为不高于地面200mm，图中高度符合标准，并且当拔出分度销时，移动的距离为11mm，这时踏板的活动范围也较小。所以各杆的选择较合适。6 总图设计6.1 技术要求和主要尺寸夹具总图的主要尺寸是指决定夹具精度和影响使用的那些尺寸，而技术条件通常是指夹具上某些表面的形状公差要求以及其它特殊的一些技术说明。夹具总图的主要尺寸和技术条件也可简称为夹具总图的技术要求。确定夹具总图的主要尺寸和技术条件是夹具设计方法中的重要工作之一。它关系到夹具的使用、维修、装配、检验，对产品零件的质量有着直接的关系，因此，应给予充分的重视。6.1.1 技术要求 在夹具总图上需要标注技术要求的表面类别一般就有下列几种：一、对保证零件加工精度起主导作用的各种表面，如要与工件、机床、刀具以及与可卸式定位件相接触的表面，即所谓定位面、支承面、找正面、夹具安装面、刀具引导面、过渡基准面以及与保证工件精度有关的其它表面，在这些表面中最基本、最重要的就是定位面、找正面、夹具安装面及刀具引导面；二、夹具内部的某些表面，如果对夹具的制造、检验和装配的质量发生主要影响时，或者这些表面对夹具的转动、移动、分度、到向等的精度起重要作用时，也必须对这些表面的精度和配合特性以及它们之间的相对位置精度标注必要的技术要求；三、夹具上有时还需对某些无严格精度要求的使用表面标注必要的使用尺寸，以便于读图；或着，为了避免因零件自由尺寸误差的积累，造成较大的偏差而有碍于夹具的使用要求。例如，在夹具总图上标注出某些夹具的最大外轮廓尺寸或中心高度尺寸，以便检查夹具能否在机床允许范围内安装；四、夹具上有时还需对某些表面标注在使用、调正、制造时应注意的特殊说明。6.1.2 主要尺寸夹具总图上主要尺寸公差的确立，确定夹具总图上主要尺寸和技术条件公差的理论根据是满足计算不等式，即：+p+j+为定基误差，p为定位误差，j为夹具安装误差，为加工误差在一般情况下，可利用下面所述的规定来初步确定夹具有关表面的主要尺寸公差数值，然后再与行为公差综合进行分析，并且可以用计算不等式进行验算，由此来确定夹具总图上的主要尺寸和技术条件。现将常见工作表面的主要尺寸公差定法分述于下：一、圆柱形定位表面的公差，通常对孔可选用G7或F7，对轴可选用g6或f6；二2、平面定位表面，通常可采用按总图组合后进行磨平的加工方法。按照它与夹具安装面之间的位置关系，可以标注平行度或角度等要求，其公差值可按照工件原始尺寸公差的大小，用下式：初步确定；三、当夹具采用两销一平面作为定位表面时，其中圆柱销定位面的公差一般可选用g6或f6，菱形销定位面的公差可选用f6或f7。这里需要指出，当标注其它表面与定位表面之间的位置尺寸时，这种尺寸应从圆柱销出发来标注，另外还应注意，圆柱销应设在标注原始尺寸的那个定位基准孔中，而在另一定位基准孔中采用菱形销实现定位；四、钻具上钻头引导孔的公差的选用G7或F7，绞刀引导孔的公差可选用H7或H6；五、钻具中刀具引导孔至定位表面的位置尺寸，以及各个引导孔之间的位置尺寸，其公差的定法一般也可初步按下列式确定：式中为工件原始尺寸的公差。 在确定公差时，如果需要相应减少钻套与衬套之间的配合间隙，可采用互相照配的方法来加以控制。夹具上标注主要尺寸和技术条件时，一般应遵守国家标准形状和位置公差中的有关规定。这里结合夹具设计的情况还需指出以下几点：一、在确定有关表面的设计条件的公差数值时，应考虑夹具上基准面的大小和被测量面的大小。当基准面较大而被测量面较小时，公差可定得小些，反之，则应定得大些；二、由于有关表面的主要尺寸公差与技术条件可以互相转化和互相制约，因此在标注时应注意两者不要发生矛盾或重复，必要时可以用误差分析的方法来验算；三、夹具总图上的技术要求应尽量采用综合注法，即总图上所标注的技术要求能综合控制此处各零件之间多重配合表面的制造精度，而不是把技术要求分散在各个有关零件上一一进行控制；四、标注主要尺寸和技术条件时应注意基准面的选择，一般应尽量采用夹具上较大的使用表面作为基准面来标注技术要求。只有当这些表面不便于作为加工或测量基准时，才另选基准面，但此时应考虑另选基准面以后所引起的误差，注意保证夹具的精度；五、夹具上对保证工件原始尺寸公差有直接关系的表面，其技术要求应标注得较严，对无直接关系的表面，则可标注得较松；六、工厂的夹具制造车间有精密坐标镗床及其它高精度机床可用于制造夹具时，夹具上有关表面的技术要求可以标注得较严；七、夹具本身结构复杂，制造成本较高者，为了使夹具有较多的“精度储备”，有关表面的技术要求可以定得较严；但此时还需注意经济性，以免因缩小夹具的制造公差而使成本增加较多。而作为钻床夹具其总装图上一般需要标注的主要尺寸和技术条件，分别归纳如下：一、主要尺寸为钻套的内径尺寸，各钻套的中心位置尺寸，有特殊要求的钻套或可换定位件与衬套之间的配合间隙；二、定位件上定位表面的尺寸，各定位件的位置尺寸，夹具上的测量基准面对定位面的位置尺寸，斜孔钻具中的斜孔钻套轴心线与定位面的位置尺寸以及与夹具安装面之间的角度等。技术要求如：一、钻套轴心线对本体底面的垂直度；二、钻套轴心线对定位件的同轴度或位置度；三、处于同一圆周上的钻套所在圆周的圆心对定位件轴线的同轴度或位置度；四、定位表面对本体底面的平行度或垂直度；五、活动定位件的轴心线对定位件或钻套轴线的位置度；六、定位销的定位表面对支承面的垂直度；七、翻转式钻具中各个底面之间的相互位置精度；八、盖板式钻具中的定位面对支承面之间的相互位置精度。从以上确定主要尺寸和技术条件的原则、要求和注意事项，可预先确定出各个主要尺寸和技术条件，其具体如总装图所标注的。7夹具的结构分析和误差分析7.1 结构和误差分析的基本原理 在零件中，由于某些表面的几何形状精度、粗糙度以及相互位置精度要求较高，因此在设计这些零件所用的夹具时，除了考虑它的结构合理性外，对于位置精度往往需要应用计算不等式进行误差分析。在具体条件下应用计算不等式时，对于其中某些误差往往可以忽略不计。例如在一般情况下，对于变形误差可以忽略不计；在钻具中由于有了钻套引导装置，机床误差可以不予考虑；在车床、磨床、镗床及其它机床中刀具误差对位置的影响也可不计。因此，当组成误差的相数较少时，可以用求它们算术和的方法来计算其合成误差。设此时代入计算不等式所求得的误差之和为这时一般可以出现下述三种情况：1、，计算不等式明显地不能满足要求。这时需要把其中某些组成误差进行修正，然后再用算术和的方法重新代入计算不等式求出合成误差，使为止。2、当但与比较接近。这时虽然尚能满足计算不等式，但夹具的精度储存较少，因此为了保险起见，可把其中个别的组成误差按工具车间实际可能达到的水平加以缩小。但如发现这些组成公差压缩太小将使加工发生困难时，则不宜过分压缩。这时对于计算不等式的处理，可以采用下列做法：即将其中各个偶然性误差提出来，按概率理论用“均方根法”求其合成误差，然后再代入计算不等式进行验算，使为止。3、，即与有合适的差数。这时可以认为夹具能满足工件加工的要求。7.2 本夹具的结构分析和误差分析一、通过夹具本体在总图上除了标注出图示的各个主要尺寸外，还规定了以下的技术条件：1、钻套轴心线对于回转本体的垂直度偏差不大于0.05；2、钻套轴心线关于定位芯轴的对称度偏差不大于0.05；二、钻具误差的分析这里工件所要保证的原始公差是孔的形状公差为0.1，其轴线对于C面的位置度为，现在就对此技术条件进行误差分析如下。先列出计算不等式的一般形式：此处原始公差应换算到各孔的轴心线上来计算，由于该工序中的技术条件公差为位置公差，用正方形内的公差带近似代替圆形差带，位置公差带分为轴向公差和径向公差各为0.15mm，由由概率知当得到的轴向公差和径向公差值小于0.15mm的0.785倍时，其值就比较合适。1、径向误差的计算因已知工件上这些孔的直径公差为0.1mm。 此处基准不重合误差=0。 计算定位误差，可用下式求出此处因为定位芯轴为与定位孔的最大间隙即为定位误差可用下式求出：所以 mm 计算安装误差，此处由于钻套轴心线与本体底座之间的垂直度为故可有下式计算出：所以 mm 机床误差：此处因已有要求较严的钻套来控制刀具的位置精度，而且被加工的孔不深，因此可看作。把以上各项误差数值代入计算不等式，并求其算术和：所以径向误差较合适。2、轴向误差的计算如径向误差计算的方法相同得到的误差为0.1065此值也是较合适的。故可知总装图上的主要尺寸及技术条件都符合要求。结 论 夹具作为机床加工的辅助工具，它可以提高机床的加工精度和加工效率，作为夹具的一类回转钻模也是如此，当前处于手动机床和数控机床的交替时期，由于手动机床要与数控机床采用相同的标准，手动机床就应具有较好的夹具，此夹具的分析、设计和相关的计算都遵守了夹具设计的基本原则简单、实用和易造，并且根据误差和强度的分析，对具体的结构进行了合理的设计，所以此回转钻模的设计比较合理。 在此设计中，我采取了首先采用OUTCAD设计的三维结构，由于此软件是参数化设计的软件，在装配和结构和干涉分析中，如果有问题可查阅机械设计的相关书籍，选用结构的其它参数，在修改三维模型中的参数，经过多次的修改得到一个结构合理的夹具。最后把三维模型转化为二维CAD图，这样不但直观而且节省了设计时间，在二维图中，进行了具体的结构和误差分析。 经过这两个月的设计，我充分应用了三年来所学的专业知识，而且还学会了运用各种相关工具书，对CAD的操作也进一步加强，也是使我更深地体会了这个设计的意义，它不但是对我三年知识的检测也是为几个月后踏入工作岗位作了一个预先培训。致 谢 感谢曹龙斌老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。 感谢同学们对我的支持，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽，是你们给我了信心和力量！ 从接受课题到完成课题设计，得到了曹老师精心的指导和热情的帮助，尤其在课题设计的前期准备和课题过程中，老师提出了许多的宝贵设计意见，使的我们的毕业设计能够顺利的完成，在最后的论证修改中王老师在百忙之中抽出时间为我们提供必要的帮助，使的我们能顺利的完成这次的设计任务。通过这次设计使我受益终身，在此向老师们表示忠心的感谢和崇高的敬意。参考文献1 徐灏机械设计手册.北京:机械工业出版社，1998：3-1183-1282 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