机械课程设计-端盖设计一个钻8-φ28孔的夹具.doc

目录概述  1机床夹具概述及其组成········································2. 机床夹具设计的目的··········································一. 零件的分析··············································· 1.1零件的作用················································· 1.2零件的工艺分析·············································二. 工艺规程设计············································ 2.1确定毛坯的制造形式········································· 2.2基面的选择················································· 2.3制订工艺路线··············································· 2.3.1工艺路线方案一········································ 2.3.2工艺路线方案二········································ 2.3.3工艺方案的分析与比较·································· 2.4机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸的确定······················ 2.5确定车削用量及基本工时····································三. 夹具设计················································· 3.1问题提出·················································· 3.2夹具设计·················································· 3.2.1定位基准的选择······································· 3.2.2钻套类型的选择······································· 3.2.3定位误差分析········································· 3.2.4夹具设计及操作的简要说明·····························四.结论·······················································五.参考文献··················································概述1. 机床夹具概述及其组成 机床夹具是在机床上装夹工件的一种装置， 其作用是使工件相对于机床和刀具有 一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。从广义上说，在工艺过程中的 任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、 检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具。 机床夹具的基本组成主要有： （1） 定位元件或装置 用以确定工件在夹具上的位置。 （2） 刀具导向元件或装置 用以引导刀具或调整刀具相对于夹具定位元件的 位置。 （3） 夹紧元件或装置 用以夹紧工件。 （4） 连接元件 用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。 （5） 夹具体 用以连接夹具各元件或装置，使之成为一个整体，并通过它将夹 具安装在机床上。 （6） 其他元件或装置 除上述元件或装置外的元件或者装置。2. 机床夹具设计的目的 （1）培养学生综合运用机械设计基础以及其他先修课程的理论知识和生产实际知识 去分析和解决工程实际问题的能力，通过课设训练可以巩固、加深有关机械课设方面 的理论知识。 （2）学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。培养独立设计能力，为以后的专 业课程及毕业设计打好基础，做好准备。 （3）使学生具有运用手册、图册和查询有关设计资料的能力。一. 零件的分析1.1 零件的作用： 1：阻止灰尘等异物侵入滚动体的滚道；2：保证润滑剂（润滑脂）仅对滚动体和滚道起作用而不溢出；3：一定程度上防止滚动体保持架等易损件受外力作用而损坏。 1.2 零件的工艺分析 零件的材料为45钢，具有较好的机械性能,加工性能和热处理性能,适合磨削，且价格比较便宜。 零件的主要技术要求分析如下：由零件图可知，零件的内孔、端面及 轴承座的顶面有粗糙度 要求，其余的表面精度要求并不高，也就是说 其余的表面不需要加工。内孔的精度要求为 Ra6.3。端面要求 Ra3.2。与轴连接的外圆要求精度较高为Ra1.6。 本次课程设计是要为此图 1 中的端盖设计一个钻8-28孔的夹具，最终实现将工件定位，更加精确和方便的完成钻孔工作，并保证能夹紧工件，夹紧力要适 中，不要使工件变形，又能保证工件所要求的加工精度。零件图标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求，它决定了 工件在机床夹具中的放置方法，是设计机床夹具总体结构的依据,本工件放置方 法应如图 1 所示。工序图给出了零件本工序的工序基准、已加工表面、待加 工表面，以及本工序的定位、夹紧原理方案。工件的工序基准、已加工表面决定 了机床夹具的方位方案，如选用平面定位、孔定位以及外圆面定位等；定位方案 的选择依据六点定位原理和采用的机床加工方法， 定位方案不一定要定六个自由度，但要完全定位。工件的待加工表面是选择机床、刀具的依据。确定夹紧机构 要依据零件的外型尺寸，选择合适的定位点，确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机 构不能与刀具的运动轨迹相冲突。 图1二. 工艺规程设计 2.1确定毛坯的制造形式毛坯的选择：由于毛坯的选择要考虑零件的力学性能要求，零件的结构形状和外轮廓的尺寸， 零件生产纲领和批量以及现场生产条件和发展等。考虑该设计零件的以上因素，该毛坯的制造方法为备料后直接进行气割下料， 材料选择 45钢。 2.2基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一.基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证,生产率得以提高。否则，加工工艺过程中问题百出,更有甚者，还会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。 粗基准的选择。 对于本零件而言，按照粗基准的选择原则，选择本零件的不加工表面即右端面作为加工的粗基准，用四爪卡盘装夹，可以限定四个自由度，再用一个垫块限定轴向运动可以实现工件的完全定位。 精基准的选择。主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，选择150的外轮廓作为精基准。 2.3制订工艺路线 2.3.1工艺路线方案一 工序1、备料 工序2、气割下料 工序3、正火 工序4、虎钳六次装夹，铣周边及厚度两平面 工序5、划十字中心线 工序6、四爪卡盘装夹右端，按平面校正0.05mm，按线或者四角找正中心，粗精车一端面、孔、止口、环形槽、倒角 工序7、翻个等高点上活，0.02塞尺不入，按已车孔校正0.02mm，粗精车台阶面、外圆、密封圈、止口、端面、倒角 工序8、划2NPT3/8螺孔 工序9、在右端面钻828孔 工序10、钻攻2NPT3/8 工序11、修棱倒角 工序12、逐工序检验 工序13、装配 2.3.2工艺路线方案二 工序1、备料 工序2、气割下料 工序3、正火 工序4、虎钳六次装夹，铣周边及厚度两平面 工序5、划十字中心线 工序6、四爪卡盘装夹右端，按平面校正0.05mm，按线或者四角找正中心，粗精车一端面、孔、止口、环形槽、倒角 工序7、翻个等高点上活，0.02塞尺不入，按已车孔校正0.02mm，粗精车台阶面、外圆、密封圈、止口、端面、倒角 工序8、划2NPT3/8螺孔 工序9、按孔校正中心，在右端面钻828窝孔深15mm 工序10、钻攻2NPT3/8，钻828孔 工序11、修棱倒角 工序12、逐工序检验 工序13、装配 2.3.3工艺方案的分析与比较 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是将深75mm的孔打出；而方案二则是先按孔校正中心，在右端面打出15mm的窝孔，然后再钻孔。两相比较可以看出，一次将孔钻出，位置精度较易保证，并且定位及操作都比较方便。方案二需要两次钻出28孔，操作较繁琐。由于28孔内圆粗糙度Ra为12.5，且精度要求较低，所以由钻头一次将孔钻出是可以满足要求的。因此方案一更为合理。 2.4机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸的确定 由于孔的公差未给出，内孔粗糙度Ra为12.5，可以采用麻花钻一次成型。使用Z3025摇臂钻床，钻头选择莫氏锥柄麻花钻。 毛坯工艺要求：1、厚度尺寸留余量0.60.8mm，两端面余量均分。 2、周边按图纸尺寸干好。 2.5确定车削用量及基本工时1. 钻两个D=14的孔确定进给量根据切削手册表2.7，当钢的<800MPa，=14mm时，=0.310.37（mm/r）。由于本零件在加工28mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则=（0.310.37）x0.75=0.230.28（ mm/r）根据Z3025机床说明书，现取=0.25 mm/r。 切削速度：根据切削手册表2.13及表2.14，查得切削速度v=17m/min。所以Ns=1000v/Dw=1000*17/3.14*14=387（r/min）根据机床说明书，取Nw=400（r/min）故实际切削速度为V=NwDw /1000=3.14*400*14/1000=17.6（m/min）切削工时 L=66 L1=7 L2=2 Tm1=(L+L1+L2)/Nwf =(66+7+2)/400*0.25=0.75（min）以上为钻一个孔时的机动时间。故本工序的机动工时为 Tm=Tm1*2=1.5（min）2. 攻两个NPT3/8锥螺纹因为两锥螺纹尺寸与钻14孔差距不大，可选=0.25 mm/r。切削速度：根据切削手册，查得切削速度v=4m/min。所以Ns=1000v/Dw=1000*4/3.14*17=74.9（r/min）根据机床说明书，取Nw=80（r/min）故实际切削速度为V=NwDw /1000=3.14*80*17/1000=4.3（m/min）切削工时 L=15 L1=4 L2=0 Tm1=(L+L1+L2)/Nwf =(15+4+0)/80*0.25=0.95（min）以上为攻一个锥螺纹时的机动时间。故本工序的机动工时为 Tm=Tm1*2=1.9（min）三. 夹具设计 3.1问题提出 本夹具主要用来钻14孔，但这个孔的技术要求不高。因此在设计该夹具时主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，精度则不是主要问题。为此，首先着眼于机动夹紧而不是手动夹紧，因为这是提高劳动生产率的重要途径。 3.2夹具设计 3.2.1定位基准的选择由零件图可知，14孔设计基准为整个零件两平面的中心线。为了减小定位误差，以已车削好的圆柱面的端面为定位面，用心轴限制四个自由度，在圆柱面外端加一个圆柱销限制一个自由度，方形端面用紧钉螺母和木板压。3.2.2 切削力、夹紧力、扭矩的计算1、钻14孔刀具：高速钢莫氏锥柄麻花钻，14切削力的计算 :由表2.32查得 Cf=600, Xf=0.3, Yf=0.7, Kmf=Kmm=1.0, Kxf=1.33, Kxm=1.0, Khf=0.9, Khm=0.87Kvf=Kmf*Kxf*Khf=1.0*1.33*0.9=1.197Kvm=Kmm*Kxm*Khm=1.0*1.0*0.87=0.87F1=Cf*D0*Xf*f*Yf*Kvf=600*14*0.3*0.25*0.7*1.197=527.9 N在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数K=K1*K2*K3*K4其中：K1为基本安全系数1.5 K2 为加工性质系数1.3 K3 为刀具钝化系数1.1 K4 为断续切削系数1.1F=K*F1=1.5*1.3*1.1*1.1*527.9=1245.6 N查切削手册Z3025机床进给机构所允许的轴向力为7848 N,满足条件。夹紧力计算：径向力：Fr=0.3F=0.3*1245.6=373.68 N切向力: Fv=0.7F=0.7*1245.6=871.92N则右端木板提供的压紧力应大于373.68 N，由两个紧订螺母提供，力为186.84 N,查切削手册，的两个紧订螺母能提供的最大压紧力为650 N,满足要求。夹紧力由两紧订螺母提供，大于200 N扭矩计算：查切削手册表2.20，扭矩Mc=22.07（N/m）,加工条件改变时扭矩的修正系数Kmm=1.0, Kwm=0.87则实际扭矩为 Mc=19.2（N/m）2、攻两个NPT3/8锥螺纹刀具：为锥柄莫氏2圆锥和公制4圆锥铰刀。 切削力：基本与钻14孔一致，为F=1250 N。夹紧力：比与钻14孔稍大一点，F=250 N,选取与钻14孔一致的紧订螺母。3.2.3钻套类型的选择  钻套类型的选择 钻套有固定钻套 （GB226280） 可换钻套 、 （GB226480） 快换钻套 、 （GB2265-80） 、 特殊钻套四种。查标准可知， 固定钻套（GB226280） ： a、材料：d<=26mmT10A 按 GB1298-77碳素工具钢技术条件 ；d>26mm 20 按 GB699-65优质炭素结构钢钢号和一般技术条件 。 b、热处理：T10AHRC5864: 20 渗碳深度 0.81.2mmHRC5864。 c、其他技术条件按 GB2259-80机床夹具零件及部件技术条件 。 可换钻套（GB226480）a、材料：d=26mmT10A 按 GB1298-77碳素工具钢技术条件 ； d>26mm 20 按 GB699-65优质碳素结构钢钢号和一般技术条件 。 b、热处理：T10AHRC5864; 20 渗碳深度为 0.81.2mmHRC5864。 c、其他技术条件按 GB2259-80机床夹具零件及部件技术条件 。 快换钻套（GB2265-80） a、材料：d=26mmT10A 按 GB1298-77碳素工具钢技术条件 ； d>26mm 20 按 GB699-65优质碳素结构钢钢号和一般技术条件 。b、热处理：T10AHRC5864; 20 渗碳深度为 0.81.2mmHRC5864。 c、其他技术条件按 GB2259-80机床夹具零件及部件技术条件 。 特殊钻套经过以上分析，应选择可换钻套（GB226280） 。由于钻孔直径为：d=26mm 按 GB1298-77碳素工具钢技术条件 , 材料：T10A， 其他技术条件按 GB2259-80机床夹具零件及部件技术条件 。 4.1.2 钻套基本尺寸的确定 在本设计项目中，钻套选用可换钻套（GB226480） ，因此钻套的基本尺寸可通过标准查取。 3.2.4定位误差分析 工件定位误差 1)基准不符:=定位基准到设计基准的尺寸公差， 2）基准位移:一般由夹具与工件配合间隙产生的。 3）=+此公式为向量和。 加工过程误差：由于磨损，热变形，加工过程的振动等可能引起误差。 判断依据：若以上各项误差之和小于等于工件上相应公差，则该夹具合格。一般取工件上的加工过程误差为工件上相应误差的三分之一，即只有其余几项的公差之和小于等于工件上相应公差的三分之二，夹具合格。 3.2.5夹具设计及操作的简要说明在夹具中设定分度盘，每转动90度就有分度盘上一圆孔和突台上一小圆拄啮合卡住。在钻两孔时，一个一个分别钻，因为两孔相差角度正好为90度，钻完一孔，旋转分度盘扳手90度，再钻另一孔。在钻14两孔时，用一与之相配钻套定位。设计钻套为可换钻套，用螺钉紧固。在板上打一较大孔，钻14孔时钻套壁设计时加厚一点，使内孔与14钻刀相配，钻18孔时，钻套壁设计时减薄一点，使之与18钻刀相配。为了给工件一向左压紧力，我们分别从突台和钻模套板焊接两丝杠，再使压紧板与丝杠间隙配合，用两个紧订螺母压紧，给工件一向左压紧力。钻完一孔后，旋转90度，钻另一孔。用于与分度盘圆孔卡住的小圆柱与里面安装了弹簧的大圆柱相连，整体随着弹簧上下移动。大圆柱外面用套筒与突台相连。工作时，先钻完两14孔，再换刀具和钻套攻丝。夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（预赛吃配合使用）夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。钻床夹具的装配图如下所示： 四.结论五.参考文献1 徐灏.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，2000.2 陈宏钧.实用机械加工工艺手册M.北京：机械工业出版社， 2004.3 数字化编委会.机床夹具设计手册M.北京：机械工业出版社，2004. 4 上海市金属切削技术协会M.上海：上海科学金属出版社，1984.5 陈贵英.机械制图与计算机绘图M.北京. 机械工业出版社，2000.6 赵振起.机械制图手册M.北京：国防工业出版社.1986.7 张以平.紧固件国家标准汇编M.中国标准出版社.1989. 8 王恺.机械设计标准应用手册M.北京：机械工业出版社，1997.9 机械设计手册M.北京：机械工业出版社.10机床夹具设计手册上海科学技术出版社出版 11机械零件设计手册国防工业出版社出版12机械设计手册化学工业出版社出版 上册第一分册 、中册第二分册17