密封圈定位套零件的机械加工夹具设计论文

前言 夹具设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、大部分专业课以及参加了生产实习之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 1. 运用已学过的机床夹具设计及有关课程的理论知识以及生产实习中所获得的实际只是，根据被加工零件的要求，设计既经济合理又能保证加工质量的夹具。 2. 培养结构设计能力，掌握结构设计的方法和步骤 3. 学会使用各种手册、图册、设计表格，规范等各种标准技术资料，能够做到熟练运用 机械制造技术课程中的基本理论，正确的解决一个零件在加工中的加工基准的选择、定位、夹紧、加工方法选择以及合理安排工艺路线，保证零件的加工质量。 4. 进一步培养机械制图、分析计算、结构设计、编写技术文件等基本技能。 对我而言，此次课程设计是一次难得的实践性环节，是对所学理论知识的又一次更系统更全面的应用、巩固与深化。从中锻炼着我们的分析问题，解决问题的能力。尤其对于机械制造方向的学生，为了更好的接触真正的生产加工，步入社会，这次设计是个很好的锻炼机会。 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 目 录 一 设计课题及任务要求 4 二密封圈定位套的分析 4 1. 零件分析 4 1件的作用 4 1 5 1 5 2. 确定毛坯类型 和 毛坯 尺寸 5 2择毛坯 5 2定毛坯的的尺寸公差和机械加工余量 5 3. 工艺规程设计 6 3 6 3 6 3 8 3序尺寸和公差的确定 9 3 11 3 11 三、 夹具设计 11 11 2. 夹紧元件及动力装置确定 12 3. 钻套、衬套及夹具体零件的选择 12 14 四、 定位误差分析 14 五、公差配合的选用 16 六、切削力的计算与夹紧力分析 16 七、设计小结 17 四 参考文献 17 五 . 附件 17 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 一 设计课题及任务要求 ： 密封圈定位套 钻孔 3 13 夹具设计 图 1定位套工序图 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 二密封圈定位套的 分析 : 1. 零件分析 : 1零件的作用： 密封圈定位套是机械密封装置中的一个重要零件 ，它的外圈有凹凸结构，内圈端面凸出一部分保证轴向定位要求。两者都可以作为密封圈的辅助元件达到定位密封圈，保证 密封工作稳定的要求。 1件的工艺分析： 由零件图可知，其材料为 材料具有一定的强度、耐磨性、耐热性及减震性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。 该零件的主要加工面为内孔和外圆周面。同时与其他零件有配合 要求。因此价格精度较高。 直径为 180直径为 160们都有同轴度要求，且都为 处直接影响零件的密封性能。因此加工时，凹凸部分同时加工。 直径为 130 90孔因为与其它零件也有配合要求，同时表面粗糙度要求也较高，因此需要精度较高的机床加工。其余表明加工精度要求均较低，不需要高精度机床加工，通过车或铣削 ，钻床的粗加工就可以达到要求。 1确定零件的的生产类型： 根据所给已知条件，零件按中等批量到大批量生产的情况设计工艺过程。 2. 确定毛坯类型 和 毛坯 尺寸 ： 2选择毛坯： 根据零件材料 坯的铸造方法选用砂型机器造型。又由于箱体零件 的内孔需铸出，故还应该安放型芯。此外根据要求材料不能有疏松、夹渣等缺陷。为了消除残余应力，铸造后应安排人工时效。 2确定毛坯尺寸和加工余量。 在工艺过程设计时，确定加工总余量（毛坯余量）的方法有两种。一种是根据表面各工序加工总余量确定；另一种是直接根据毛坯的类型和加工方法确定。这里用第二种方法。 1） 铸件尺寸公差等级 ： 有手册表 6414查得铸件尺寸公差等级为 ，选用铸件错箱为 2）铸件机械加工余量： 加工余量由精到粗分为 K 共 10 级，对成批和大量生产的铸件加工余量由资料表 级。 查资料 各表面的总余量见下表 1。 表 1 各加工表面总余量 加工表面 基本尺寸 加工余量等级 加工余量数值 定位套 左端面 220 G 5 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 直径 26020 G 径 18040 H 径 165端面 40 H 位套右端面 220 G 5 直径 260222 G 4 直径 180180 G 4 直径 160160 G 3 直径 165165 G 4 直径 9090 G 径 130孔表面 130 G 3 3. 工艺规程设计： 3 定位基准的选择： 定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。 1）精基准的选择： 密封圈定位套 130 的轴线是凹凸部分的设计基准，左端面是左边凹凸部分及内孔退刀槽的设计基准。选用定位套 130 的轴线及左端面 作为左半部分加工面的精基准。选用 130 的轴线及定位套右端面作为右 半部分加工面的精基准，实现了设计基准和工艺基准的重合。保证了被加工面的同轴度要求。 2）粗基准的选择： 选择定位套的 260的外圆面和右端面作粗基准。采用 260的外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀，采用定位套右端面作粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。 3定工艺路线： 工艺路线的的拟定是制订工艺规程的总体布局，包括确定加工方法、划分加工阶段、决定工序的集中与分散、加工顺序的安排以及热处理、检验及其 他辅助工序（去毛刺、倒角等）。它不但影响加工的质量和效率，而且影响工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。 因此，拟订工艺路线是制订工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。 1）表面加工方法的确定 ： 根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查资料表 面加工方案的经济精度和表面粗糙度；查表 周加工方案的经济精度和表面粗糙度，确定各 表面的加工方法，如表 2和表 3所示： 表 2 密封圈定位套各表面加工方案 1 加工 表面 尺寸精度等级 表面粗糙度 加工方案 备注 定位套右端面 削 定位套左端面 削 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 260 圆周面 车 3 孔 180 和 165表面 车 磨削 130 孔面 镗 90 孔面 镗 136 端面 车 3 3空口倒角 螺纹3 3 密封圈定位套各表面加工方案 2 加工表面 尺寸精度等级 表面粗糙度 加工方案 备注 定位套右端面 车 定位套左端面 车 260 圆周面 车 3 180 和 165表面 车 磨削 130 孔面 车 90 孔面 车 136 端面 车 3 3口倒角 螺纹3述两种方案都遵循了工艺路线拟定的一般原则，但方案 2中的某些问题还值得进一步讨论。如粗车定位套左右端面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，他们的惯性较大，平衡较困难；又由于左右端面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削， 容易引起工艺系统的振动，故改用铣削加工，因而采用方案1。 2）加工阶段的划分： 密封圈定位套的加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。在 粗加工阶段，首先将精基准（左端面、 130 打孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求，然后粗铣右端面、外圆周面。在 半精加工和精加工阶段完成外圆周面、内孔面的车削、镗削和磨削。 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 3）工序的集中与分散： 选用工序集中原则安排密封圈定位套的加工工序。该定位套的生产类型为大批生产同时 180和 160的外圆周面有较高的同轴度要求。故它们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来，以保证其位置精度 。 4）加工顺序的安排： 根据“先面后孔”、“先主要 表面后次要表面”和“先粗加工、后精加工”的原则，将左右端面及孔的粗加工放在前面，精加工放在后面， 3纹孔等次要表面放在最后加工。 5）拟定加工路线如下表 4 表 4 密封圈定位套机加工工艺路线 序号 工序内容 定位基准 简要说明 铸造 时效 消除内应力 涂底漆 防止生锈 1 粗铣左端面 右端面、 260外圆面 先加工基准面 2 粗铣右端面 左端面、 260外圆面 工序集中 3 粗镗 130内孔 ，孔口倒角端面、 260外圆面 加工基准面 4 粗镗 90 内孔面 孔 130、右端面 工序集中 5 粗车 260右端面、 4孔 130、左端面 先加工面 6 粗车 4面 孔 130、右端面 工序集中 7 粗车 180外圆周面、 160外圆周面 、 136槽 孔 130、左端面 工序集中 8 粗车 165外圆周面 孔 130、右端面 工序集中 9 钻孔 3 130、 右 端面 后加工孔粗加工结束 10 精镗 130孔面 孔 130、左端面 精加工开始提高工艺基准精度 11 精车 180外圆周面 、 136右端面 孔 130、左端面 为后续加 工作准备 12 精车 165外圆周面 孔 130、 右 端面 提高表面粗糙度 13 磨削 180外圆周面 孔 130、左端面 提高表面粗糙度 14 磨削 165外圆周面 孔 130、右端面 提高表面粗糙度 15 钻 3口倒角 螺纹 3 130、左端面 次要表面在后面加工 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 16 检验 17 入库 3定加工设备及工艺装备： 由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生 产 线。工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。 a) 粗铣左右端面。 考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择 选择 用夹具和游标卡尺。 b) 粗 镗 内孔面。采用卧式双面组合镗床，选择功率为 1 削头。选择专用夹具，游标卡尺。粗镗时倒角。 c) 粗车端面、 外圆周面。采用 式车床，选择硬质合金焊接车刀、专用夹具和游标卡尺。 d) 钻孔 3加工的最大钻孔直径为 20选用 摇臂钻床。选用锥柄麻花钻、专用夹具、快速夹头、游标卡尺及 塞规。 e) 精镗 130 孔。采用卧式双面组合镗床，选择功率为 1削头、精铣刀和专用夹具。 f) 精车端面、外圆周面。仍采用 式车床，选择精 车 刀、专用夹具。 g) 钻 3口倒角 螺纹 3采用 摇臂钻床。螺纹底孔用锥柄阶梯麻花钻，攻螺纹采用 机用丝锥及丝锥夹头。采用专用夹具，孔径用游标卡尺测量，螺纹用螺孔塞规检验。 h) 磨削加工。根据加工表面粗糙度要求及磨削直径，选择 圆磨床、专用夹具和游标卡尺。 3工余量、工序尺寸及公差的确定： 确定工序 尺寸的一般方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸（或工步）的加工余量有关。有基准转换时，工序尺寸应用尺寸链计算。 1）工序 10和工序 20 粗铣左右端面： 由于加工余量是经粗铣一次切除的，故余量 都为 5于根据平面的加工精度和表面粗糙度，粗铣工序的 经济加工精度等级都为公差值为 上所述，按入体原则确定各工步的工序尺寸及公差， 毛坯： 230 2；粗 铣左端面： ；粗铣右端面： 。 2）工序 30和工序 100 粗镗和精镗 130 内孔面： 先用查表法确定加工余量，由工艺手册查得：粗镗余量为 4镗余量为2定各表面的加工经济精度和表面粗糙度， 先用查表法确定加工余量，由工艺手册查得：粗镗余量为 4镗余量为 2镗后为 镗后为 表 坯公差为 据上述经济加工精度查公差表，将查得 的公差之按“入体原则”标注在工序基本尺寸上。为清楚起见，把上述计算和查表结果汇总于表 5： 表 5 工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 工序名称 工序间余量 寸精度等级 表面粗糙度 注工序尺寸公差 镗 2 粗 镗 4 毛坯 124 )工序名称 粗车 136端面 ： 先用查表法确定加工余量，由工艺手册查得：粗车余量为 3车余量为1资料表 粗车后精度为 车后为 表 坯公差为 4。根据上述经济加工精度查公差表，将查得的公差之按“入体原则”标注在工序基本尺寸上。为清楚起见，把上述计算和查表结果汇总于表 6： 表 6 工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定 工序名称 工序间余量 寸精度等级 表面粗糙度 注工序尺寸公差 车 1 95 粗 车 3 94 毛坯 191 2 4)工序名称 粗车 磨削 180外圆周面和 165外圆表面。 类似前面的方法查表，确定各工步加工余量和加工精度等级，按“入体原则”。将结果整理如下表 7和表 8： 表 7 工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定 工序名称 工序间余量 寸精度等级 表面粗糙度 注工序尺寸公差 削 精车 粗车 6 毛坯 188 2 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 表 8 工序尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定 工序名称 工序间余量 寸精度等级 表面粗糙度 注工序尺寸公差 削 精车 粗车 6 毛坯 173 2 5)其他工序由于加工余量是一次切除，且表面粗糙度都为 故余量 Z 均等于毛坯余量 ,其工序尺寸及公差的确定和上述类似。 3削用量的计算： 钻孔 3 13 工步 查表 钻孔 3 13的进给量 f=r,切削速度4m/ 取背吃刀量转速 1000 1 0 0 0 2 4 5 8 8 / m i 1 4 1 3 ，按摇臂钻床实际转速取 n=400r/则实际切削速度 1 3 4 0 0 1 3 . 9 / m i 0 0 1 0 0 0 。 其它工序切削用量算法与上述相似。这里就不再详细展开。 3间定额的计算： 这里只计算 钻孔 3 13 工步 的时间定额。 削工时，按工艺手册表 tm=;其中 l=81l =20 2l =13tm=0041=由于有 3个孔所以切削工时为 3 、夹具设计 1、方案选择： 方案一： 以 160内孔与圆盘底面 B 为定位面，采用内孔定位，设计专用夹具。 方案分析 ： 这种机床夹具设计方案可行，但是考虑到定位面 B 的粗糙度较大，用来做定位基准会加大加工孔的误差。 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 方案二： 以 160内孔与圆盘底面 A 为定位面，采用内孔定位，设计专用夹具。 方案分析： 这种机床夹具设计方案合理，因为地面 A 已经进行了加工，且粗糙度较小。 综合上述分析，采用方案二。 2. 夹紧元件及动力装置确定 由于该密封圈定位套的生产量很大，采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应 用也比较广泛。因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。采用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。 同时为了克服螺旋夹紧动作慢、效率底，本道工序夹具的夹紧元件选用快速螺旋夹紧机构来解决这一问题提高装夹效率。快速螺旋夹紧机构的的结构如图4所示。 图 4 其工作原理及使用说明是 :带有开口垫圈的螺母夹紧，螺母外径小于工件孔径。稍微松开螺母，取下开口垫圈，工件即可穿过螺母取出。 3. 钻套、衬套及夹具体零件的选择 本道工序主要加工任务是加工面孔 3 13。并满足尺寸要求加工的 3 13平均分布在 的圆周上。 对于加工面孔 3 13其加工孔加工要求不高，故选用快速钻套，以减少更换钻套的辅助时间。根据机床夹具设计手册可以查得钻套孔径结构尺寸如图 5及表 1所示。 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 图 5 快换钻套 表 1 工艺孔 313 钻套结构参数如下表： d H D 1D 2D h 1h r 公称尺寸 公差 13 26 22 4 32 12 7 13 0 而衬套则选用固定衬套其结构如下图 6所示： 图 6 固定衬套 衬套选用固定衬套其结构参数如表 2所示： 表 2 工 艺孔 313 固定衬套的结构尺寸 d H D C 1C 公称尺寸 允差 公称尺寸 允差 22 +6 30 + 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 本道工序夹具的夹紧元件选用快速螺旋夹紧机构，其中螺母选择带肩六角螺母来实现旋紧，其根据机床夹具设计手册可以查得带肩六角螺母的结构尺寸如图 9及表 5所示 图 9 带肩六角螺母 表 4 带肩六角螺母的结构尺寸 d D 1D 2D H 5 4 45 其他零件都于夹具图上表示。 四、 定位误差分析 ： 1. 基准位移误差 w、夹具的制造误差 基准不重合误差 B 已知工序的尺寸公差 g= 222准位移误差 糙度所引起的误差，可略去不计，故可认为基准位移误差 y=0，所以 w=0. 图 2 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 工序尺寸的工序基准为 A，定位基准的为零件内孔轴线 在 B。定位轴与工件内孔的配合为 H7/ B=+=+= B 应小于 1/31/5185， 因为尺寸 222 没有标注误差，所以以自由公差，查表得尺寸 222的自由公差为 ， =以定位轴与工件内孔的配合为 H7/ 夹具的制造误差 夹具总装图中的技术要求规定，钻套轴线对端齿分度台定位面的垂直度为 知工件钻孔出口处至钻 套上端面的距离为 36 00 36定位面对端齿分度台定位面的平行度在 100知工件的高度尺寸为 220 00 220工序尺寸相应的夹具尺寸公差为 + 机床误差 轴对机床工作台的垂直度误差，这里主要是靠钻套引导刀具，且钻套较长，故可略去不计，即 . 刀具误差 导向误差 为加工的孔是钻加工，钻套孔径为 13 +合 一般钻头允许磨损到尺寸 13 以最大配合间隙 1=换钻套与固定衬套的配合采用 22F7/得其最大配合间隙 2=套及衬套的内外圆柱同轴度为 2=又知工件孔深为 20套高度 H 为 36套下端面与工件的间隙 w 得刀具切出工件的位置偏差为： 1 /2H S + 2+ 2=36/2 10 236+具在机床上的定位误差由于夹具的位置是通过刀具引入钻套而校正的，所以等于 0. 变形误差可略去不计。所以 Q= 综上，夹具的定位误差 总 = B+ Q= 机电 2 班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030 五、 公差配合的选用 （ 1） 夹具以内孔定位，因为是钻孔，且精度要求不高，所以按照一般精度选取内孔与分度圆盘的配合公差为 76 （ 2) 外径与衬套的配合按照快换钻套钻孔选取了 77 （ 3) 钻套与衬套的配合按照刀具切削部分导向选取了 76 （ 4) 定位栓与角铁支承选取配合公差 77 六 、 切削力的计算与夹紧力分析 由于本道工序主要完成工艺孔的钻加工，而钻削孔时在 13孔产生的钻削力和钻削力矩都比钻削 以只需计算钻削孔 13的切削力。 钻削力 0 f H B 钻削力矩 1 . 9 0 . 8 0 . 610T D f H B 式中： 30D m a x m a x m i 1 7 1 1 7 1 0 4 1 1 333H B H B H B H B 10 f m m r 则 0 . 8 0 . 62 6 3 0 0 . 1 5 1 1 3 2 9 1