密封圈定位套零件的机械加工夹具设计说明书

1、机电及自动化学院专业课程综合设计说明书设计题目：“密封圈定位套”钻孔夹具设计 姓 名： 刘玉强 学 号： 0911116030 班 级： 机械电子2班 级 别： 2009级 指导教师： 刘晓梅 2012 年 12月22日 机电2班 密封圈定位套夹具设计 刘玉强 0911116030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

2、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

3、设计是个很好的锻炼机会。 编者 2012-10-9目 录一设计课题及任务要求4二密封圈定位套的分析 41. 零件分析 4 1-1 零件的作用 4 1-2零件的工艺分析 5 1-3确定零件的生产类型 52. 确定毛坯类型和毛坯尺寸52-1 选择毛坯 52-2 确定毛坯的的尺寸公差和机械加工余量 53. 工艺规程设计6 3-1定位基准的选择6 3-2拟定工艺路线6 3-3加工设备及工艺装备的选用8 3-4加工余量、工序尺寸和公差的确定9 3-5切削用量的计算11 3-6时间定额的计算11三、夹具设计111.方案的选择112. 夹紧元件及动力装置确定123. 钻套、衬套及夹具体零件的选择124.夹具

4、体中夹紧零件的选择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 17一设计课题及任务要求：密封圈定位套钻孔313夹具设计图1定位套工序图二密封圈定位套的分析:1. 零件分析:1-1零件的作用：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。1-2零件的工艺分析：由零件图可知，其材料为HT200。该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

5、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180mm的外圆面形状较复杂呈凹凸结构，与直径为160mm的结果类似，它们都有同轴度要求，且都为0.025mm。该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130mm和90mm的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。1-3. 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： 2-1. 选择毛坯：根据零件材料HT2

6、00确定毛坯为铸件。毛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。 2-2. 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2.7（GB/T 6414-1999）查得铸件尺寸公差等级为CT10级，选用铸件错箱为1.0mm。2）铸件机械加工余量：加工余量由精到粗分为A.B.C.E.F.G.H.J和K共10级，对成批和大量生产的

7、铸件加工余量由资料表2.8查得为G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220G5直径260mm右断面20G3.5直径180mm右端面40H3.5直径165mm左端面40H3.5定位套右端面220G5直径260mm外圆周222G4直径180mm外圆周180G4直径160mm外圆周160G3直径165mm外圆周165G4直径90mm内孔表面90G2.5直径130mm内孔表面130G33. 工艺规程设计： 3-1 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

8、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。 3-2拟定工艺路线：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

9、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2.25平面加工方案的经济精度和表面粗糙度；查表2.24圆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IT12Ra12.5铣削定位套左端面IT12Ra12.5铣削260圆周

10、面IT13Ra12.5粗车3x13孔IT12Ra12.5钻孔180和165表面IT7Ra0.8粗车-精车-磨削130孔面IT8Ra1.6粗镗-精镗90孔面IT12Ra12.5粗镗136端面IT8Ra1.6粗车-精车3xM8孔IT12Ra12.5钻3xM8螺纹底孔，空口倒角C1，攻螺纹3xM8表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IT12Ra12.5粗车定位套左端面IT12Ra12.5粗车260圆周面IT13Ra12.5粗车3x13孔IT12Ra12.5钻180和165表面IT7Ra0.8粗车-精车-磨削130孔面IT8Ra1.6粗车-精车90孔

11、面IT12Ra12.5粗车136端面IT8Ra1.6粗车-精车3xM8孔IT12Ra12.5钻3xM8螺纹底孔，空口倒角C1，攻螺纹3xM8上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

12、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。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，3xM8 螺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

13、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C2左端面、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、4x174端面孔130、左端面先加工面6粗车4x159端面孔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3x13孔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

14、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3xM8螺纹底孔，空口倒角C1，攻螺纹3xM8孔130、左端面次要表面在后面加工16检验17入库3-3确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

15、择X52K型。选择C类可转位面铣刀，专用夹具和游标卡尺。b) 粗镗内孔面。采用卧式双面组合镗床，选择功率为1.5kW的1TA20镗削头。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CM6125卧式车床，选择硬质合金焊接车刀、专用夹具和游标卡尺。d) 钻孔3x13。所加工的最大钻孔直径为20mm，故选用Z3025型摇臂钻床。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1.5kW的1TA20M镗削头、精铣刀和专用夹具。f) 精车端面、外圆周面。仍采用CM6125卧式车床，选择精车刀、专用夹具。g) 钻3xM8螺纹底孔

16、，孔口倒角C1,攻螺纹3xM8。仍采用Z3025型摇臂钻床。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M1450A外圆磨床、专用夹具和游标卡尺。3-4加工余量、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Z均等于毛坯余量，

17、即都为5mm。由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IT12，其公差值为0.46mm.查工艺手册可得毛坯公差值为4mm。综上所述，按入体原则确定各工步的工序尺寸及公差，毛坯：2302；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4mm，精镗余量为2mm。确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4mm，精镗余量为2mm;粗镗后为IT10,Ra12.5,精镗后为IT8,Ra1.6。查表2.7，毛坯公差为3.6。根据上述经济加工精度查公差表，

18、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工序名称工序间余量mm尺寸精度等级表面粗糙度um标注工序尺寸公差mm精镗2IT8Ra1.6粗镗4IT10Ra12.5毛坯CT101241.83)工序名称粗车-精车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3mm，精车余量为1mm。查资料表2.25平面的加工精度和表面粗糙度得：粗车后精度为IT10,Ra12.5,精车后为IT8,Ra1.6。查表2.7，毛坯公差为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

19、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mm尺寸精度等级表面粗糙度um标注工序尺寸公差mm精车1IT8Ra1.6粗车3IT10Ra12.5毛坯CT1019124)工序名称粗车-精车-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mm尺寸精度等级表面粗糙度um标注工序尺寸公差mm磨削0.7IT7Ra0.8精车1.3IT8Ra1.6粗车6IT10Ra12.5毛坯CT10

20、1882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mm尺寸精度等级表面粗糙度um标注工序尺寸公差mm磨削0.7IT7Ra0.8精车1.3IT8Ra1.6粗车6IT10Ra12.5毛坯CT1017325)其他工序由于加工余量是一次切除，且表面粗糙度都为Ra12.5, 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。3-5切削用量的计算：钻孔313工步 查表5.19，取钻孔313的进给量f=0.4mm/r,切削速度=24m/min， 取背吃刀量 =6.5mm，则转速 ，按摇臂钻床实际转速取n=400r/min ,则实际切削速度。其它工序切削用量算法与上述相似。这里

21、就不再详细展开。3-6时间定额的计算： 这里只计算钻孔313工步的时间定额。削工时，按工艺手册表6.2-1t= ;其中l=8mm; =20mm; =13mm; t= =0.256(min)由于有3个孔所以切削工时为3t=0.768. min三、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。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

22、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313。并满足尺寸要求加工的313平均分布在的圆周上。

23、对于加工面孔313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。图5 快换钻套表1 工艺孔313钻套结构参数如下表：dHD公称尺寸公差132622-0.008-0.02234321271313.522.550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dHDC 公称尺寸允差公称尺寸允差22+0.023+0.0132630+0.039+0.0251.514.夹具体中夹紧零件的选择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

24、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M305553.14445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ZH及基准不重合误差B已知工序的尺寸公差g=0mm.影响工序尺寸222mm的误差因素：基准位移误差w是由定位基准和定位面的几何形状和表面粗糙度所引起的误差，可略去不计，故可认为基准位移误差y=0，所以w=0.图2工序尺寸的工序基准为A，定位基准的为零件内孔轴线O.故基准不重合，存在B。定位轴与工件内孔的配合为H7/m6.所以B=TD/2+Td/2=0.3

25、/2+0.018/2=0.15+0.009=0.159，B应小于1/31/5T222或者T185，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0.5 ，0.1590.5/3=0.167所以定位轴与工件内孔的配合为H7/m6符合条件。夹具的制造误差ZH由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0.05mm。已知工件钻孔出口处至钻套上端面的距离为36mm,故ZH1=0.05/10036mm=0.018mm.定位面对端齿分度台定位面的平行度在100mm内公差为0.02.又知工件的高度尺寸为220mm,故ZH2=0.02/100220mm=0.044

26、mm与工序尺寸相应的夹具尺寸公差为ZH3=1/2g=0mm所以ZH=ZH1+ZH2+ZH3=0.018+0.044=0.062mm.2.其他误差Q机床误差q1：主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q1=0.刀具误差q2和导向误差q3-1：因为加工的孔是钻加工，钻套孔径为13mm(配合F7)，一般钻头允许磨损到尺寸13 mm,所以最大配合间隙1=0.034+0.009=0.043mm快换钻套与固定衬套的配合采用22F7/h6，查得其最大配合间隙2=0.034+0.013=0.047mm钻套及衬套的内外圆柱同轴度为0.008，贼T1=T2=0.008mm.又知工件孔深为20mm;钻套高度H为36mm；导套下端面与工件的间隙w为4.36mm,可得刀具切出工件的位置偏差为：q2+q3-1=1 +2+ T1+T2=0.043* +0.047+0.008+0.008=0.098mm夹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=0.098mm。综上，夹具的定位误差总=B+ZH+Q=0.159+0.062+0.098=0.319mm.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