机械制造技术课程设计-三轴连杆加工工艺及钻35孔夹具设计（全套图纸）

机机机机电电电电及及及及自自自自动动动动化化化化学学学学院院院院 机械制造工艺学基础课程设计机械制造工艺学基础课程设计 题目：题目：三轴连杆夹具设计 姓姓 名：名： 学学 号：号： 届届 别：别： 专专 业：业： 机械电子 1 班 指导教师指导教师： 2011 年年 1 月月 前言前言 机械制造加工工艺与机床夹具设计是在学完了大学的全部基础课、 技术基础 课以及全部专业课之后进行的一次理论联系实际的综合运用， 进而使对机械有了 进一步的认识，为以后的工作打下基础。它是主要是对零件的加工工艺和对零件 的某几个工序加工进行专用夹具的设计，从零件的工艺来说，它主要是分析零件 在进行加工时应注意什么问题， 采用什么方法和工艺路线加工才能更好的保证精 度，提高劳动生产率。就专用夹具而言，好的夹具设计可以提高产品生产率、精 度、降低成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下 提高效率、降低成本。通过这次设计，培养了编制机械加工工艺规程和机床夹具 设计的能力， 这也是在进行毕业之前对所学课程进行的最后一次深入的综合性复 习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学生活中占有十分重要 的地位。 就个人而言， 希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应 性训练，从中锻炼自己的分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化 建设打下一个良好的基础。 由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 目录 1问题的提出1 2定位基准的选择1 3夹具方案的确定1 夹具方案一2 夹具方案二2 方案比较2 4误差分析与计算3 5.切削力及夹紧力的计算5 6钻床夹具的分析7 7致谢8 8. 主要参考文献9 1 钻孔夹具设计 为了达到提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度的目的。在加工车 床拨叉零件时，需要设计专用夹具。 如前所述，应该注意提高生产率，虽然该夹具设计采用了手动夹紧方式，在 夹紧和松开工件时比较费时费力。但是由于该工件体积小，工件材料易切削，切 削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式。这类夹紧 机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1.问题的提出 利用本夹具主要用来钻加工孔35。加工时除了要满足粗糙度要求外，还应 满足35 孔的轴线与90 孔的轴线为 0.02 的平行度要求。为了保证技术要求， 最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 2.定位基准的选择 如图 1： 2 由零件图可知：35 孔的轴线与90 孔的轴线为 0.02 的平行度要求，在对 孔进行加工前，先对90 孔和其端面进行了粗、精加工。因此，选90 孔和其 端面为定位精基准（设计基准）来满足位置度公差要求。 3.夹具方案的确定 设计专用夹具的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等 的技术要求能够得到合理的保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，应 该使所设计的专用夹具在加工过程中装夹方便，有较高的生产效率。因此，我设 计了两个夹具方案以供选择，其方案如下： 具设计方案一 在加工本工序之前，工件的90 孔和其端面都均已经加工过。因此，我选 择90 孔用短心轴定位，以90 孔的下端面为定位面，以实现典型的短心轴大 平面组合定位，然后在靠近35 孔的连杆一端做一个定位销进行周向定位；再 在心轴上直接做出一段螺纹，并用螺母和开口垫片圈锁紧，实现夹紧；并选用固 定钻套作为刀具的导向装置。 夹具设计方案二 在加工本工序之前，工件的90 孔和其端面都均已经加工过。因此，我选 择90 孔用短心轴定位，以90 孔的下端面为定位面，以实现典型的短心轴大 平面组合定位，然后在35 孔的外圆柱面制作一个 V 型槽；再在心轴上直接做 出一段螺纹，并用螺母和开口垫片圈锁紧，实现夹紧，并选用固定钻套作为刀具 的导向装置。 方案的比较分析 3 上述两个夹具方案的特点在于：它们都选择90 孔用短心轴定位，以90 孔的下端面为定位面，以实现典型的短心轴大平面组合定位，并采用了在心轴上 直接做出一段螺纹，并用螺母和开口垫片圈锁紧，实现夹紧，并选用固定钻套作 为刀具的导向装置；通过对它们的比较方案二需要在夹具底座侧面要加工一个 V 型槽可以使铰孔时工件不会受切削力而发生震动，从而提高工件的加工精度。而 方案一只在夹具底座上加工一定位销，虽然简单，但加工精度无法保证。因此， 我选择方案一作为加工本工序的专用夹具。如图 2： 4钻床夹具的分析 用钻模铰孔时,工件的加工精度可以不受钻床精度的影响,而由钻模的精度 来保证。钻模的结构类型主要取决于导向的设置，导向的设置不仅是考虑加工孔 的位置精度，更重要的是考虑加工时钻杆的刚度。因此以加工情况设置导向使钻 杆获得高的支承刚度。 所钻的孔的位置精度主要取决于钻模架上钻套的位置精度， 因此两钻套的同 轴度要求很高。 钻模板一般用铸铁铸造。 钻模应设计成单独体不要设计与夹具底座设计成一 体，更不要与夹紧装置用支架相联接。这样便于制造，更重要的是有利于位置精 度的获得及避免其他因素对钻模板精度的影响。结构设计时，要特别注意刚度设 计。钻模板用螺钉和销钉固定在夹具底座上，并保证有足够的接触刚度，螺钉的 直径、数量、分布要合理。其钻模如下图 4： 4 图 4 钻模 钻套中导向孔的孔径及其偏差应根据所引导的刀具尺寸来确定。 通常取刀具 的最大极限尺寸为引导孔的基本尺寸，所以，引导孔的基本尺寸为35。引导孔 的孔径公差依加工精度来确定，因为35 孔采用粗铰，所以引导孔的孔径公差 取 G7。 钻套高度 H 直接影响钻套的导向性能，同时影响刀具与钻套之间的摩擦情 况，通常取 H=（12.5）d。所以取 H=1*35=35mm 钻套与工件之间一般应留有排屑间隙， 此间隙不宜过大， 以免影响导向作用。 一般可取 h=(0.31.2)d。所以取 h=15mm。 因为本道工序中35 孔的加工精度要求较高，所以钻模板采用固定式。 5.误差分析与计算 该夹具以心轴定位， 要求保证孔轴线与端面间的尺寸公差以及孔轴线与底孔 的位置度公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该 工序所规定的工序公差。如图 3： 5 由于本工序的加工是以心轴定位,工件孔和心轴的误差可分为以下两种:一 是工件以圆孔在过盈配合圆柱心轴上定位,所以定位副之间无径向间隙,也即这 时不存在径向基准位移误差(0= y Y,0= Z Y)。工件在轴线方向上的轴向定位 误差，则可利用夹紧力加以控制。由此可见，过盈配合圆柱心轴的定位精度是相 当的高。二是以圆孔在间隙配合圆柱心轴上定位，定位分析如下： 由机床夹具设计手册可得： 首先考虑工件两孔中心距（279-/+0.1）mm 要求，影响该项精度的与夹具有 关的误差因素主要有： （1）定位误差： minmaxDW d-D= （式 1） 式中 max D工件上定位孔的最大直径； min d夹具上定位心轴的最小直径； 由（式 1） 可知，mm06. 0962.89-022.90 dw = （2）夹具制造与安装误差 该项误差包括：a，钻模板衬套轴线与定位心轴 轴线距离误差，此值为 0.02mm；b，钻套与衬套的配合间隙，由配合尺寸 45F7/m6 可确定其最大间隙为 0.033mm；c，钻套孔与外圆的同轴度误差，按 标准钻套取值 0.012mm；d，刀具引偏角。采用钻套引导刀具时，刀具引偏角 为： H )Bh 2 H (e max += 式中 e刀具引偏角；H钻套高度;h排屑 间隙；B钻孔深度；max刀具与钻套之间的最大间隙。 因此，max=0.028mm，H=46mm,h=15mm,B=35mm,可得 e=0.042mm。 上述各项误差都是按最大值计算的。实际上各项误差不可能都出现最 大值，而且各项误差方向也不可能都一样。考虑到上述各项误差的随机性， 采用概率算法计算误差是恰当的： c+= 22222 042. 0012. 0033. 0.02006. 00.112mm 式中c 为与夹具有关的加工误差总和。该误差小于零件上孔距公差（0.2mm）的 2/3， 留给加工过程的误差大于 1/3，符合要求。 6 其次再来分析两孔平行度要求。影响该项精度的与夹具有关的误差主要有： （1）定位误差 本次设计中定位基准与设计基准重合，因此只有基准位置误差，其值为工件 大头孔轴线对夹具心轴轴线的最大偏转角： 00124. 0 50 06. 0 1 H 1max 1 = = 式中 1孔轴间隙配合时，轴线最大偏转角; 1max工件大头孔与夹具心轴的最大配合间隙； H1夹具心轴长度。 （2）夹具制造与安装误差 该项误差主要包括两项： 1) 钻套轴线对定位心轴轴线的平行度误差，由夹具标注的技术要求可知该 项误差为：2=0.02/66=0.003; 2) 刀具引偏角为 3=max/H=0.028/66=0.004 上述各项误差都是按最大值计算的。 实际上各项误差不可能都出现最大值， 而且各项误 差方向也不可能都一样。考虑到上述各项误差的随机性，采用概率算法计算误差是恰当的： 005. 0004. 0003. 00012. 0 2222 3 2 2 2 1c +=+= 该项误差小于零件相应公差（0.02/36）的 2/3,夹具设计没有问题。 6.切削力及夹紧力的计算 刀具的几何参数： o 60= 粗 K o 90= 精 K o o 10= o 0= s o o 80= 由参考文献机床夹具设计手册查表321可得： 圆周切削分力公式： PpC KfaF 75. 0 902= （式 4） 式中 c F 圆周切削分力； p a背吃刀量； p K修正系数； f每转进给量。 式中 2.2 p amm= mm/r05. 0=f rpspoppkmpp KKKKKK = （式 5） 式中 mp K考虑工件材料机械性能的系数； rpspoppk KKKK 考虑刀具几何参数的系数。 7 查参考文献10表421得： n mp HB K) 150 (= 取175=HB 4 . 0=n 由参考文献10表621可得参数：94 . 0 = pk K 0 . 1= op K 0 . 1= sp K 0 . 1= rp K 即：N8 .209= C F 同理：径向切削分力公式 ： PpP KfaF 75 . 0 9 . 0 530= （式 6） 式中 p F径向切削分力； p a背吃刀量； p K修正系数； f每转进给量。 式中参数： 77 . 0 = pk K 0 . 1= op K 0 . 1= sp K 0 . 1= rp K 即：N 6 . 93= P F 轴向切削分力公式 ： Ppf KfaF 4 . 0 451= （式 7） 式中 f F轴向切削分力； p a背吃刀量； p K修正系数； f每转进给量。 式中参数： 11. 1= pk K 0 . 1= op K 0 . 1= sp K 0 . 1= rp K 即：N2 .353= f F 根据工件受切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的 瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安 全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： FKWK= （式 8） 式中 K W实际所需夹紧力； K在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力； F安全系数。 6543210 KKKKKKKK = （式 9） 式中 1 K加工性质； 2 K刀具钝化程度； 3 K 切削特点； 4 K夹紧力的稳定性； 5 K 手动夹紧时的手柄位置； 6 K 仅有力矩使工件回转时工件与支承面接触的情况。 代入（式 9）得 1.2 1.2 1.05 1.2 1.3 1.0 1.02.36 C K = 8 1.2 1.2 1.4 1.2 1.3 1.0 1.03.15 P K = 1.2 1.2 1.3 1.2 1.3 1.0 1.02.92 f K= 所以，有：N12.495 cc =FKWK N84.294 pp =FKWK N344.1031 ff =FKWK 铰孔产生的圆周切削分力由定位块和夹紧力所产生的摩擦力平衡。 查表可得：0.3 = 所以， / 4668 0.3 c W FN= （式 10） 因此，所需的夹紧力为 4668N，由于螺母产生的夹紧力5380FN=，所以， / FF，且还有定位块可以作为支承，因此，满足要求。 铰孔产生的径向切削分力为833.9 p WN= 由于有定位块、心轴和由夹紧力所产生的摩擦力远远大于 F。 铰孔产生的轴向切削分力为1795.8 f WN= 由于有辅助支承和定位环作为轴向分力的支承， 它所产生的支承力 / FF?。 由上面的计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作 方便，决定选用手动螺旋夹紧机构，满足设计要求。 致谢 通过本工序专用夹具的设计，使我对钻夹具有了较大的认识，对钻床夹具的 特点及主要类型有了深刻的了解。 首先要感谢老师在本次课程设计中给予的指导 和帮助， 同时也要感谢我的舍友给予的宝贵意见， 在此， 谨向他们表示衷心感谢。 9 参 考 文 献 1 陈宏钧实用金属切削手册 北京：机械工业出版社，20051 2 强 毅设计制图实用标准手册 北京：科学出版社，20001 3 李 洪机械加工工艺手册 北京出版社，19961 4 陈宏钧实用机械加工工艺手册 北京：机械工业出版社，20031 5 杨叔子机械加工工艺师手册 北京：机械工业出版社，20018 6 马贤智机械加工余量与公差手册 中国标准出版社