鉆床夾具設計說明書.doc

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專業(yè)課程設計 設計題目：變速箱體的機械加工 鉆床夾具設計 系 別: 機械工程學院 專 業(yè): 班 級: 姓 名: 學 號: 指導教師: 完成時間: 變速箱體的機械加工鉆床夾具設計 目 錄 第一章 前言 1 第二章 設計任務 1 第三章 定位方案設計 2 3.1對定位元件的基本要求 2 3.2 定位基準的選擇 3 3.3 定位誤差的計算 3 第四章 夾緊方案設計 4 4.1 夾緊裝置的基本要求 4 4.2夾緊類型的確定 4 4.3 鉆擴切削力和功率的計算 4 4.4 夾緊力的確定及驗證 6 第五章 夾具體結(jié)構(gòu)設計 7 5.1 夾具體結(jié)構(gòu)方案 7 5.2 夾具元件的選用和設計 7 參考文獻 10 第一章 前言 機床夾具是機械制造中一項非常重要的工藝裝備，也是機械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分。機床夾具設計是工藝裝備設計中的重點之一，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高勞動生產(chǎn)率的一項重要技術(shù)措施。 機床夾具的作用：1、保證加工精度的穩(wěn)定；2、縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率；3、擴大機床的適用范圍；4、減輕勞動強度，保證生產(chǎn)安全[3]。 第二章 設計任務 本套夾具是在變速箱體生產(chǎn)過程中，針對第12道工序鉆擴Φ16孔和Φ18孔，用來定位和夾緊零件的鉆床夾具。工序過程如下表所示。 表格 1 工序內(nèi)容 工步號 工步內(nèi)容 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進給量 r/min m/min mm/r 1 以上表面、Φ62孔端面和孔軸線為基準，鉆擴Φ16孔，保證Φ16孔軸線與Φ62孔軸線距離和平行度要求，孔精度達到IT9。 530 26.63 0.2 2 以上表面、Φ62孔端面和空軸線為基準，鉆擴Φ18孔，保證Φ18孔軸線與Φ62孔軸線距離和平行度，孔精度達到IT9。 530 29.96 0.2 本道工序任務是鉆擴Φ16和Φ18孔，需達到的技術(shù)要求為孔的尺寸精度達到IT9，同時保證兩孔公共軸線與Φ62和Φ95孔的公共軸線的距離為mm，以及兩公共軸線的平行度達到0.03mm。 (a) (b) 圖 1 工件三維圖和工序簡圖 第三章 定位方案設計 3.1對定位元件的基本要求 1) 足夠的精度 由于工件的定位是通過定位副的接觸（或配合）實現(xiàn)的，定位元件上限位基面的精度直接影響工件的定位精度，因此，限位基面應有足夠的精度，以適應加工的要求。 2) 足夠的強度和剛度 定位元件不僅限制工件的自由度，還有支撐元件、承受夾緊力和切削力的作用，因此，因有足夠的強度和剛度，以免使用中變形或損毀。 3) 耐磨性好 工件的裝卸會磨損定位元件的限位基面，導致定位精度下降。定位精度下降到一定程度時，定位元件必須更換，否則，夾具不能繼續(xù)使用。為了延長定位元件的更換周期，提高夾具的使用壽命，定位元件應有較好的耐磨性。 4) 工藝性好 定位元件的結(jié)構(gòu)應力求簡單、合理，便于加工、裝配和更換。 3.2 定位基準的選擇 在本工序中，最重要和要優(yōu)先保證的尺寸為孔的中心距mm以及兩公共軸線的平行度，而這兩個尺寸的設計基準都是Φ62孔的軸線，因此為使得定位誤差盡可能小，這里選擇主要的定位基準為Φ62孔軸線，并且由于在前面的工序中Φ62孔已經(jīng)經(jīng)過了粗鏜，因此可以將其作為主要基準，另外Φ62孔的端面也經(jīng)過了粗加工，可以作為定位基準限制自由度，而由于Φ62孔的長度比較小，自由度只能限制2個，因此確定定位方式為短圓柱銷和大平面的方式限制5個自由度，最后用一個調(diào)節(jié)v形塊限制一個自由度并起到一定的夾緊作用。 3.3 定位誤差的計算 定位誤差是由于工件在夾具上（或機床上）定位不準確而引起的加工誤差。定位誤差的來源主要有兩個方面： （1）由于工件的定位表面或夾具上的定位元件制作不準確而引起的定位誤差，稱為基準位置誤差ΔJW （2）由于工件的工序基準與定位基準不重合而引起的定位誤差，稱為基準不重合誤差ΔJB 定位誤差[3] (1) 其中β、γ為誤差與工序尺寸方向的夾角 本夾具設計的定位誤差分析如下： 1） 基準位置誤差 在粗鏜Φ62孔的工序中，Φ62孔經(jīng)過加工可以達到IT8的精度，定位軸的尺寸公差選擇IT6，由于定位后用調(diào)整v形塊起到一定的夾緊作用，因此使得軸和孔始終處于單邊接觸的狀態(tài)，因此基準位置誤差為孔的最大尺寸與軸的最小尺寸的差值的一半，即[6] 基準位置誤差與工序尺寸方向的角度β=0 2） 基準不重合誤差 本工序的定位基準為Φ62孔的軸線，工序尺寸（兩孔的中心距）的工序基準也是Φ62孔的軸線，因此定位基準和工序基準是重合的，即基準不重合誤差ΔJB=0。 因此定位誤差ΔD=0.03mm，小于工序尺寸的公差0.08mm，定位精度符合要求，故所選定位方案合理。 第四章 夾緊方案設計 4.1 夾緊裝置的基本要求[3] (1) 夾緊時不破壞工件在夾具中占有的正確位置； (2) 夾緊力要適當，既要保證工件在加工過程中定位的穩(wěn)定性，又要防止因夾緊力過大損傷工件表面及產(chǎn)生加緊變形； (3) 夾緊機構(gòu)操作安全、省力，加緊迅速； (4) 夾緊機構(gòu)的復雜程度、工作效率應與生產(chǎn)類型相適應。結(jié)構(gòu)應盡量簡單，便于制造與維修； (5) 具有良好的自鎖性能。 4.2夾緊類型的確定 常用的夾緊機構(gòu)包括斜楔夾緊機構(gòu)、螺旋夾緊機構(gòu)、偏心夾緊機構(gòu)、鉸鏈夾緊機構(gòu)、定心夾緊機構(gòu)和聯(lián)動夾緊機構(gòu)[3]。 根據(jù)此定位形式，夾緊機構(gòu)選擇螺旋夾緊機構(gòu)，同時為了能夠快速方便的裝卸工件，選擇快撤螺旋夾緊裝置，即加入開口墊圈，如圖所示。 4.3 鉆擴切削力和功率的計算 （1）鉆削切削力和功率 查參考文獻可知，鉆削時的切削力由軸向力和扭矩組成，扭矩T、軸向力F和鉆削功率P的公式為[5] (2) 由表1可知，鉆削的進給量為f=0.2mm/r，d0=10mm 由手冊查得CF=42.7，XF=1.0，YF=0.8，CM=0.021，XM=2.0，YM=0.8 由機械手冊查得灰鑄鐵的硬度如下表2[8] 表格 2 鑄鐵硬度 鑄件壁厚/mm 硬度 2.5~10 137~205 10~20 119~179 20~30 110~166 30~50 141~157 該工件加工孔所在的面壁厚為10mm，因此可以取其硬度為190HB。則切削條件變化后的修正系數(shù) 由公式可求的切削力為 扭矩為 功率為 （2）擴孔切削力和功率 查參考文獻可知，擴孔時的切削力由軸向力和扭矩組成，扭矩T、軸向力F的公式為[9] (3) 顯然可知擴Φ18的孔比擴Φ16的孔的切削力要大，所以只計算擴Φ18的孔的切削力。 由表1可知，鉆削的進給量為f=0.2mm/r， 代入上式可得切削力為 扭矩為 4.4 夾緊力的確定及驗證 鉆削的軸向力方向向下，因此所需要的夾緊力并不大，夾緊力主要用來克服扭矩對工件的影響。 由文獻查得螺旋夾緊機構(gòu)的實際所需夾緊力可以按下面的公式計算[2] (3) 其中T為鉆削扭矩，K為安全系數(shù)，D1為墊圈直徑，d為定位孔直徑，D2為端面直徑。 在本工序中， T=11.94，K取2.5，D1=70mm，d=60mm，D2=92mm，=0.2，=0.16 帶入上面的公式得到實際所需夾緊力為Q=2353.6N 螺旋夾緊機構(gòu)可以產(chǎn)生的夾緊力為[2] (4) 通過手冊查得公式中的各個量為[2]： 原始作用力P=150N，作用力臂L=310mm，當量摩擦半徑 當量摩擦角=0.15[4]，螺紋中距的一半=11.03mm，螺紋升角=，螺旋副的當量摩擦角=950 則帶入上式可得產(chǎn)生的夾緊力為Q=6319N，大于實際所需的夾緊力，因此這種夾緊方式夾緊可靠。 第五章 夾具體結(jié)構(gòu)設計 5.1 夾具體結(jié)構(gòu)方案 鉆床夾具因大多具有刀具導向裝置，習慣上又稱為鉆模。鉆模根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為固定式鉆模、回轉(zhuǎn)式鉆模、翻轉(zhuǎn)式鉆模、蓋板式鉆模和滑柱式鉆模[3]。 本工序需要加工在相對面上的孔，因此需要將工件的加工面進行變換，因此有以下幾種方案： （1） 采用固定式鉆模。通過兩次裝卸工件來完成工序。此方案的不足之處在于工件需要進行兩次裝夾，并且還需要兩次更換鉆套，比較浪費時間，同時由于定位用的Φ62的孔在豎直方向上有變化，因此定位產(chǎn)生了問題，因此這種方案并不實際，故舍棄。 （2） 采用翻轉(zhuǎn)式鉆模。翻轉(zhuǎn)式鉆模對需要在多個方向上鉆孔的工件十分方便?？刹捎冒敕忾]式鉆模，夾具體的上下兩個底板都安裝鉆模板，這樣可以不需要經(jīng)常更換鉆套，也不需要多次裝卸工件，因此效率有所提高，但工件的質(zhì)量為7.9kg，如果加上鉆模的質(zhì)量，則總質(zhì)量大約在15kg以上，質(zhì)量比較大，因此翻轉(zhuǎn)起來會比較吃力，因此也不宜采用。 （3） 采用回轉(zhuǎn)式鉆模。在翻轉(zhuǎn)式鉆模的基礎(chǔ)上，增加回轉(zhuǎn)裝置，將人工翻轉(zhuǎn) 改為回轉(zhuǎn)，可大大節(jié)省工人體力。因此最終確定鉆模的類型為回轉(zhuǎn)式鉆模。 5.2 夾具元件的選用和設計 （1） 定位元件或裝置 定位采用銷軸定位，為提高精度銷軸和定位孔之間要有較高的配合關(guān)系，故將銷軸配合部位的精度定位IT6，采用間隙配合，銷軸的公差定為h6。因鉆模為半封閉式鉆模，鉆模的上下方向都有底板，故工件只能從側(cè)面放入鉆模中，因此為了不使定位軸干涉，需要將定位軸與夾具體分開，采用先放入工件再放入定位軸的方式。為了實現(xiàn)夾緊，定位軸的兩端都要有一段螺紋。 （2） 刀具導向元件或裝置 圖 Error! Main Document Only. 可換鉆套 這里主要指鉆套的選用。鉆套分為固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套、特殊鉆套。固定鉆套用于小批量生產(chǎn)，而快換鉆套用于鉆套需要經(jīng)常更換的場合。因鉆套不需要經(jīng)常性的更換，因此這里的鉆套可以選擇可換鉆套，鉆套都已經(jīng)標準化，可以從手冊上查到相應的尺寸[3]。 鉆套不能直接放在夾具體上，因此需要設計相應的鉆模板，鉆模板分為固定式、鉸鏈式、分離式、懸掛式。這里直接選用固定式鉆模板，結(jié)構(gòu)簡單，精度較高，鉆模板通過內(nèi)六角螺栓與夾具體連接。 （3） 夾緊元件或裝置 圖 Error! Main Document Only. 夾緊機構(gòu)簡圖 前面已經(jīng)提到，夾緊采用螺旋夾緊機構(gòu)，用螺母進行鎖緊。另外為了方便快速地裝卸工件，螺母鎖緊裝置采用快撤墊圈，提高效率?？梢酝ㄟ^對墊圈的選擇來確定定位軸上的螺紋直徑。通過手冊查得[2]，墊圈選擇外徑為Φ70的墊圈，通過查表可知其對應的桿徑有Φ12、Φ16、Φ20、Φ24和Φ30五種，對應的墊圈重量不同，這里我們可以選擇最輕的墊圈，因此確定桿件的直徑為Φ24，即定位軸上的螺紋直徑為M24。再根據(jù)手冊選擇相應的鎖緊螺母。因為工件內(nèi)表面沒有加工，粗糙度較高，因此考慮在開口墊圈下面加一個橡膠墊圈。 圖 4 快撤墊圈 （4） 連接元件 回轉(zhuǎn)支架的底座上設置U形槽，用來與鉆床上的T形槽相連接。 （5） 夾具體 夾具體需要承受鉆削力等，因此需要足夠的剛度和強度，這里選擇夾具體的材料為鋼，同時夾具體上需要有接觸和配合關(guān)系的平面（如和定位軸接觸的平面等）需要有一定的表面粗糙度和平面度。同時為了增加工件的剛度，在夾具體上增加幾個可調(diào)節(jié)的支承釘。 （6） 其他元件或裝置 回轉(zhuǎn)式鉆模需要增加分度裝置，這里采用手拉式定位器[2]，同時在夾具體側(cè)面相差180的位置設置兩個定位孔，用來起到定位和分度的作用。 圖 5 手拉式定位器 利用短銷和平面定位只限制了五個自由度，因此還需要一個活動的短v形塊，來限制一個自由度，具體尺寸可通過手冊查得[2]。 參考文獻 [1] 李凱嶺，機械制造技術(shù)基礎(chǔ)，清華大學出版社，2010.4 [2] 王光斗 王春福，機床夾具設計手冊，上?？茖W技術(shù)出版社，2000.11 [3] 王先逵，機械制造工藝學，機械工業(yè)出版社，2013.1 [4] 邱宣懷，機械設計，高等教育出版社，2011.7 [5] 樂兌謙，金屬切削刀具，機械工業(yè)出版社，2001.6 [6] 甘永立，幾何量公差與檢測，上?？茖W技術(shù)出版社，2010.1 [7] 王小華，機床夾具圖，機械工業(yè)出版社，1992.5 [8] 陳宏鈞，實用機械加工工藝手冊，機械工業(yè)出版社，2003.1 [9] 浦林祥，金屬切削機床夾具設計手冊，機械工業(yè)出版社，1995.12 10