后盖径向孔钻模钻床夹具设计

任务书设计课题方向：钻床夹具设计题目：后盖径向孔钻模钻床设计完成日期：2015 年 6 月 10 日一、题目来源：后盖径向孔钻模设计图 2-21 所示，工件材料为 HT200，需设计钻削 10mm 和 6mm 孔的固定钻模，其它加工表面均已加工，中批生产。二、设计要求：（包括原始数据、技术要求、工作要求、作品要求）按照零件图的设计要求，在调查研究、消化资料的基础上，设计用于钻削 10mm 和 6mm孔的固定钻模。要求完成：1.工件零件图（CAD） A42.钻床夹具二维装配图 （CAD） 1 张 A3 以上3. 钻床夹具三维零件图和装配图（PROE） 电子文档打包上交4.设计说明书 1 份 A4 纸打印装订三、个人重点： 固定钻模的设计2摘要随着不规则形状零件在现代制造业中的广泛应用，如何保证这类零件的加工精度就显得尤为重要。本文通过分析机械零件的结构特点和加工要求，制定了一套较合理的夹具设计，从而为保证该零件的加工精度将提供一种经济实用的工艺装备，具有一定的实用价值。对于夹具设计来说，最重要的就是定位、夹紧方案的确定。针对机械这个零件加工要求的特点，确定了只能用定位、夹紧的办法来加工该零件。通过对各种定位夹紧装置的分析比较，选择并组合了一套既能够满足加工要求的，又比较简洁的装置。同时，通过对一系列定位误差和夹紧力的计算，验证了该零件的加工是可以保证其要求的精度的，它的加工误差在规定的范围内。通过夹紧力的计算，也验证了零件在被夹紧的前提下，它受到的夹紧力也并不大，满足夹具设计所要求的既要保证一定的夹紧力不使工件在加工过程中发生位移，但同时又不能过大致使工件发生变形。关键词：工艺装备，夹具设计，定位，夹紧3目录第 1 章绪论 .1第 2 章零件的分析 .22.1 零件的作用 .22.2 零件的工艺分析 .22.3 零件的技术要求 .3第 3 章 基准面的选择 .43.1 粗基准的选择 .43.2 精基准选择的原则 .4第 4 章夹具设计64.1 定位机构设计64.2 定位误差分析64.3 夹紧机构设计74.4 导向对刀元件的设计104.5 夹具体的设计114.6 设计夹具体和绘制家具图124.7 夹具的装配要求134.8 夹紧设计的论证14结论语 .15参考文献 .16致谢 .174第 1 章 绪论本设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及专业课之后进行的.这是我们对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们几年的大学生活中占有重要的地位。机械零件的工艺设计及其夹具的设计是在学完了机械制造工艺学，进行设计之后的下一个教学环节。它一方面要求学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力。另一方面能让我们熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。5第 2 章 零件的分析2.1 零件的作用题目给出的后盖零件是来自某机器里的零部件。此机械零件的主要作用是载重后，使某零部件得到延伸，伸展，能有正常的缓冲作用。因此此工件的加工质量会影响机械的工作精度、使用性能和寿命。此机械零件的主要作用是支撑,装配等。2.2 零件的工艺分析机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度，加工操作，安全生产，技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种，上质量，上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证 2。在实际生产中，由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求等不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上，用某一种加工方法就能完成的，而是要经过一定的工艺过程才能完成其加工。因此，不仅要根据零件的具体要求，结合现场的具体条件，对零件的各组成表面选择合适的加工方法，还要合理地安排加工顺序，逐步地把零件加工出来。对于某个具体零件，可采用几种不同的工艺方案进行加工。虽然这些方案都可以加工出来合格的零件，但从生产效率和经济效益来看，可能其中有种方案比较合理且切实可行。因此，必须根据零件的具体要求和可能的加工条件等，拟订较为合理的工艺过程 3。从整体形状来看根据要求主要是加工孔和平面。具体特点和技术要求如下：加工孔要求达到的精度等级为 。粗糙度为 ，且以平面为基87ITumRa2.3准，要求平行度公差为 ，主要满足加工孔的位置精度。07.其他各个孔和面的加工都要以平面为定位基准。所以，平面的形位公差要达到6设计要求。粗糙度为 为孔，且粗糙度为 。50Rz umRa6.1其余未注要求的加工表面为不去除材料加工2.3 零件的技术要求其加工有三组加工。底面、侧面、孔。以底面为主要加工的表面，有底面的铣加工，其底面的粗糙度要求是 ，平面度2.3Ra公差要求是 0.03。另一组加工是侧面，其表面粗糙度要求 要求的精度等级分别是 。2.3Ra8IT一组加工是孔加工,这孔的表面粗糙度要求是 ， ，此孔是装配孔的表面粗50z3.6糙度的要求是 。2.3Ra7第 3 章 基准面的选择3.1 粗基准的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求 5。粗基准选择应当满足以下要求：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。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。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。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。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。3.2 精基准选择的原则基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。8自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证次机械零件在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从机械零件图分析可知，它的面而且占有的面积较大，适于作精基准使用。选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。9第 4 章 夹具设计4.1 定位机构设计工件定位就是工件在工艺系统中的正确位置。其目的是为了保证工件与加工面的设计基准之间的位置公差和距离尺寸精度。其要求一是为了保证加工面与设计基准间的位置公差（同轴度、平行度、垂直度等） ，工件定位应使工件加工面的设计基准与机床保持一正确的位时应使工件加工面的设计基准与刀具保持一正确的位置。在空间直角坐标系中，刚体具有六个自由度，即沿 X、Y 、Z 轴移动的三个自由度和绕此三轴旋转的三个自由度。用六个合理分布的支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中占据正确的位置，称为六点定位原理。现在我们就来分别限制他的自由度。4.2 定位误差分析两定位销所产生的最大转角定位误差 Ltg2maxax1：圆柱销与其相配合的基准孔之间最大的间隙max1：菱形销与其相配合的基准孔之间的最大间隙2L： 两定位销的中心距=0.018+0.014=0.032max1=0.018+0.011=0.0292L=40 mm则=9.53 =0.33tg510移动误差 x= =0.032mmxma1cos10由以上的计算可以看出，夹具的定位误差小于零件的位置度公差值，误差可以控图：定位机构4.3 夹紧机构设计4.3.1 切削力等参数计算（一）钻攻 2-M4 孔夹具切削力计算（6）确定机床型号并修正切削用量 初选取机床为 Z525B,机床功率 2.2Kw，查阅机械加工工艺手册Z525B 钻床的性能参数，并根据机床实际参数修正切削速度与主轴转速。理论选取的进给量为 f=0.23mm/s,与 Z525B 钻床匹配进给量为,f=0.32mm/s 。上述计算得主轴转速理论计算值为 n=467.21r/min,与 Z525B 钻床匹配的主轴转速n=475 r/min。那么切削速度 vc=v/1000=11.94m/min 。（7）计算切削力并校验机床功率A.切削时产生的钻孔切削力计算:式中计算所需的参数，查阅机械加工工艺手册钻削时切削速度计算公式表格中选取：C F=612、d=8mm、Z F=0.9、T=60、f=0.32mm/s、y F=0.64、k F=0.33,带入数据进行11计算得：B.切削时产生的切削扭矩值计算：式中计算所需的参数，查阅机械加工工艺手册钻削时切削速度计算公式表格中选取：C M=0.33、d=8mm、Z M=1.82、f=0.32mm/s、y M=0.64、k M=0.88 带入数据进行计算得：C.切削所消耗的功率值计算：D.机床功率校核计算得产生的功率 P=0.25KwZ525B 机床铭牌额定功率 P 额 =2.2Kw,并有一定的富裕量，富裕系数 S=5.64。故上述计算的切削用量全部可用:ap=4mm、n=475r/min 、V c=11.94m/min、f=0.32mm/s 。4.3.2 夹紧机构设计与计算在设计夹具时，选择工件的夹紧方法一般与选择定位方法同时考虑，有时工件的12定位也是在夹紧过程中实现的。在设计夹紧装置时，必须满足下列基本要求：(1) 在夹紧过程中应能保证工件在定位时以获得的正确位置。(2) 夹紧应适当和可靠。夹紧机构一般要有自锁作用，保证在加工过程中工件不会产生松动或振动。在夹压工件时，不许工件产生不适当的变形和表面损伤。(3) 夹紧机构应操作方便、安全省力，以便减轻劳动强度，缩短辅助时间，提高生产效率。(4) 夹紧机构的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。(5) 结构设计应具有良好的工艺性。结构力求简单、紧凑和刚性好。尽量采用标准化夹具装置和标准化元件，以便缩短夹具的设计和制造周期。在设计夹具装置时，首先要确定的就是夹紧力的三要素，然后就进一步选择适当的传动方式，并具体设计合理的夹紧机构。(1) 夹紧力方向的确定在实际生产中，尽管工件的安装方式各式各样，但对夹紧力作用方向的选择必须考虑下面几点：1) 夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性。要做到这条要求，夹紧力的方向应朝向主要定位基准，把工件压向定位元件的主要定位面上。2) 夹紧力方向应使工件变形尽可能小。由于工件在不同方向上刚度是不等的，不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。3) 夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小。在保证夹紧可靠的情况下，减少夹紧力可以减轻工人的劳动强度，提高生产效率，同时可以使机构轻便、紧凑以及减少工件变形(2) 夹紧力作用点的选择合理选择夹紧力作用点必须注意一下几点：1) 夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内。2) 夹紧力作用点应落在工件刚度较好的部位上。3) 夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面以减小切削力对工件造成的翻转力矩。(3) 夹紧力大小的确定查机床夹具设计手册表 1-2-9 可得出切削力公式为：P=C Pt0.83Sz0.65D-0.83BzKp其中:工件材料和麻花钻类型系数：C =294 p13钻削深度：t=1mm 每齿进给量：S z=0.2mm/z 麻花钻直径;D=150mm钻削宽度：B=100mm修正系数：K P= = =1.145.019HB5.0241切削力：P=5494.88N夹紧力的确定：wk=kwk其中 k=k0k1k2k3k4基本安全系数：k 0=1.5加工表面光洁度系数：k 1=1.0刀具磨钝系数：k 2=1.0断续切削系数：k 3=1.2疲劳系数：k 4=1.3工件与夹具支撑间的摩擦系数 f1=0.3夹紧元件与工件间的摩擦系数 f2=0.3理想夹紧力：w k= =3158.13N21fp实际夹紧力：w k=7390NV 型块提供的夹紧力完全可以胜任，可以满足要求。4.4 导向对刀元件的设计钻套的选择在机床夹具设计过程中，特别是钻床夹具设计中，常要设置刀具的导向元件钻套。钻套按其结构型式可分为四类：固定钻套，可换钻套，快换钻套及特殊钻套。在实际生产中可根据被加工件的具体结构和被加工孔系的精度要求，选择不同的结构型式的钻套并确定相应的参数值。钻套又称钻套筒，钻套的作用主要是用来确定钻头、扩孔钻、饺刀等定尺寸刀具14的轴线位置。当加工一组平行的孔系，一面这些孔间的距离又有一定的要求时，则利用分布位置按加工要求的钻套来保正上述孔心距离的精度，简便可靠。当工件批量很小，或孔间距离很小或孔径很小，或钻模板上地位受限而无法采用钻套时一也允许在钻模板上直接加工出导引刀具的导向孔。本设计采用的是固定钻套 B 型，钻套结构如下图所示：图：固定钻套结构固定钻套该类钻套外圆以 H7/n6 或 H7/r6 配合，直接压入钻模板上的钻套底孔内。在使用过程中若不需要更换钻套（据经验统计，钻套一般可使用 100012000 次） ，则用固定钻套较为经济，钻孔的位置精度也较高。可换钻套当生产批量较大，需要更换磨损的钻套时，则用可换钻套较为方便。可换钻套装在衬套中，衬套是以 H7/n6 或 H7/r6 的配合直接压入钻模板的底孔内，钻套外圆与衬套内孔之间常采用 F7/m6 或 F7/k6 配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉还能防止加工时钻套转动或退刀时钻套随刀具拔出。快换钻套当被加工孔需依次进行钻、扩、铰时，由于刀具直径逐渐增大，应使用外径相同而内径不同的钻套来引导刀具，这时使用快换钻套可减少更换钻套的时间。快换钻套的有关配合与可换钻套的相同。更换钻套时，将钻套的削边处转至螺钉处，即可取出钻套。钻套的削边方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。根据本设计的实际情况选择固定钻套154.5 夹具体的设计夹具体是整个夹具的基座骨架，通过它将夹具的各组成装置和元件连接为一个整体，并且通过它将夹具安装在机床上。因此夹具体的形成和尺寸由夹具上各组成元件的分布情况及工件的形状尺寸所决定，所以应提出如下要求。夹具体必须具有足够的强度和刚度，以保证加工过程中，在切削力、夹紧力等作用下，不会产生不允许的变形和振动，为此夹具体要有足够的壁厚。如铸造夹具体的壁厚一般取 825mm。 在保证所需结构形状和强度、刚度的前提下，应尽量使夹具体结构简单、紧凑，尽量使夹具体重量轻、体积小。 夹具体要有良好的结构工艺性和实用性，便于制造和装配。 要变于切屑的清除。 夹具体在机床上的安装要正确、稳定、可靠。图：夹具体结构4.6 设计夹具体和绘制夹具图（1）总装配图应按国家标准尽可能 1：1 地绘制，这样图样有良好的直观性。主视图应按操作实际位置布置，三视图要能完整清楚表示出夹具的工作原理和结 构。（2）视工件为透明体，用双点画线画出主要部分（如轮廓，定位面夹紧面和加16工表面） 。画出定位元件、夹紧机构、导向装置的位置。（3）按照夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构。（4）画出夹具体及其他联接用的元件（联接体、螺钉等） ，将夹具各组成元件联成一体。（5）标注必要的尺寸、配合、公差等夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。如本次设计中的长420mm，宽 220mm，高 205mm。夹具与机床的联系尺寸，即夹具在机床上的定位、国定尺寸。如车床夹具的莫氏硬度、铣床夹具的对定装置等。夹具与刀具的联系尺寸，如用对刀块对刀时塞尺的尺寸、对刀块表面到定位表面的尺寸即公差。如快换钻套与衬套之间采用间隙配合，其尺寸公差为 ，衬套与钻模板之间采用过盈配合，其尺寸公差为 。夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。如定位螺杆 14 与夹具体孔的配合 。各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差。如设计中菱形定位销 7 相对于已加工好两孔中心线位置要求 mm；上述联系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相应公差的 1/31/10,最常用的是1/3。（6）标注技术条件和要求。夹具装配图上应标注必要的尺寸和技术要求，主要目的是为了检验本工序零件加工表面的形状，位置和尺寸精度在夹具中是否可以达到，为了设计夹具零件图，也为了夹具装配和装配精度的检测。（7）对零件编号，填写标题栏和零件明细表。每一个零件都必须有自己的编号，此编号是唯一的。在工厂的生产活动中，生产部件按零件编号生产、查找工作。完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。完整填写明细表，一般来说，加工工件填写在明细表的下方，标准件、装配件填写在明细表的上方。注意，不能遗漏加工工件和标准件、配套件。17在上述定位，夹紧方案的基础上，设计夹具体将各个部分连接成整体，并绘制成夹具图，并按照夹具装配图绘制出部分非标准零件的零件图。图：夹具装配图4.7 夹具的装配要求本装置的装配主要存在以下几个方面：（1）夹具体在工作台的装夹，工作台是镗床的一部分，它的平面度是有保证的，在装夹中主要以它为参考基准，夹具体是铸造件，它的底面是要和工作台相接触的，它的底面的加工误差就是它和工作台的装夹误差 ，在装配主要调整这方面的误差。（2）工件在夹具体上的装夹，工件和夹具体都是铸造件，并且采用销钉定位，保证工件被加工孔的轴线和夹具体的装夹表面的平行度，销钉定位的距离精度要求和配合精度要求。销钉的定位不能出现工件和夹具体的相对移动，还要保证工件侧面和夹具体表面的垂直度，最好使用调节法进行调整。（3）对刀块在夹具体上的装夹，钻套的装配是十分重要的，它的装配精度直接影响工件的加工精度，按照对刀快零件图的要求公差进行装配，保证平行度要和垂直度要求。18（4）对刀块和工件的相对位置的调整，它们之间的距离精度在安装中按照装配要求安装。（5）最终的安装误差要符合工件加工的最小误差，才能进行加工。4.8 夹紧设计的论证（1）首先根据已知工件需要，选择加工机床，应选用立式钻床加工比较合理。（2）然后工件主要定位部分为采用心轴进行定位，正好满足六点定位原理，由于限制了六方自由度，所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在垂直方向上进行夹紧，因此本次设计采用此种定位方案有其优点。（3）最后利用芯轴螺栓进行夹紧，工件的夹紧力的方向应该垂直与工件的轴线方向，作用点为轴的切点。（4）最后，对整个夹紧方案分析得出，定位约合六点定位原理，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行。19结论语毕业设计是在大学全部基础课、技术基础课以及专业课完成以后进行的。这是我们对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们大学几年的的学习中占有重要地位。就我个人而言,希望能通过这次设计对自己即将从事的工作进行一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题,解决问题的能力.通过本次的机械制造工艺学设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解，本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析、专用夹具的设计与分析，对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。20参考文献1机床夹具设计手册（第二版）M.北京：机械工业出版社，2000-82机械工艺人员手册M. 北京：机械工业出版社，1986-83成大仙.机械设计手册（第四版 第 4 卷）.北京：化学工业出版社 2002-14沈鸿.机械工程手册（第 5 卷）M.北京：机械工业出版社，1982-35刘震北.液压元件制造工艺学M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1992-126大连机床研究所.组合机床设计M.北京：机械工业出版社，1966-17 杨培元，朱福元 .液压系统设计简明手册M.北京：机械工业出版社，1999.128 徐灏.机械设计手册（第二版 第 3 卷）M.北京：机械工业出版社，2000-6，9 吴宗泽.机械设计课程设计手册（第二版）M.北京：高等教育出版社，199910 王先逵. 机械制造工艺学M.北京：机械工业出版社，2004-511 周冀平, 林岗,等. 机械制造自动化技术M. 北京：机械工业出版社, 2007.21致 谢首先感谢母校，是她给我一个难得的学习机会，让我在学到了很多知识，经过这几个月的紧张的设计，使我在理论和动手能力上都有了进一步的提高。我的设计主要在老师指导下,让我对所学的知识进行系统性的复习,并根据写作要求查阅有关资料。在设计过程中受到老师无微不至的关心与耐心指导，使我的设计得以顺利的进展。在老师帮助下我解决了很多以前解决不了的问题,在此我向您表示衷心的感谢！同时也要感谢各位老师和同学，是你们让我的学习和生活充满乐趣，感谢你们！谢谢!作为一名即将完成学业，离开学校生活的我，我要感谢母校，是她给我创造了一个学习的机会，创造了美好的学习生活环境，让我在这里学到了很多知识；感谢各位老师，是他（她）们传授给我的知识；感谢各位同学和朋友，是他们让我的学习和生活充满乐趣，感谢你们！首先感谢老师给我的指导。在设计和设计写作过程中，我始终得到老师的悉心教导和认真指点，使得我的理论知识和动手操作能力都有了提高。在他身上，时刻体现着作为科研工作者所特有的严谨求实的教学风范，勇于探索的工作态度和求同思变、不断创新的治学理念。他们不知疲倦的敬业精神和精益求精的治学要求，端正了我的学习态度，使我受益匪浅。另外，还要感谢同学，他们在寻找资料，解答疑惑，设计修改等方面，都给了我很大的帮助。经过这次设计，提高了我很多的能力，比如实验水平、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等。在这期间凝结了很多人的心血，在此表示衷心的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。