轴承盖的夹具设计

中国石油大学胜利学院机械专业综合设计PAGEPAGE20 引言学会运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在课程实习中学到的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量，学会能够获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效省力、经济合理而能保证加工质量的夹具，使所学的理论知识能密切结合实际。在设计过程中，需要综合运用以前学过的各类课程有关知识（如数学，工程力学，机械原理，机械设计，互换性测量技术，金属切削刀具，金属切削机床，机械制造工艺学等）来分析解决夹具设计问题。因而在培养综合运用所学知识来分析解决本专业实际问题。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。夹具的功能：1.保证加工质量使用机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件加工面与定位面之间以及被加工表面相互之间的位置精度。使用机床夹具后，这种精度主要靠夹具和机床来保证，不再依赖工人的技术水平。2.提高生产效率，降低生产成本使用夹具后可减少划线、找正的辅助时间，且易实现多件、多工位加工。在现代机床加工中，广泛采用气动、液动等机动加紧装置，可是辅助时间进一步减少。3.扩大机床工艺范围在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床的工艺范围。例如，在机床或钻床上使用镗模，可以代替镗床镗孔。又如，使用靠模夹具，可在车床或铣床上进行仿形加工。机床夹具通常是指装夹工件用的装置:至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅助工具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围,一般可分为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。第一章夹具设计的总体方案1.1工件分析通过对零件图的分析，知零件的总体尺寸不大，且精度要求较高。在工艺性方面使这种夹具的结构简单、合理、便于加工、装配、检验和维修。在使用性方面这种夹具的操作简便、省力、安全可靠，排屑也方便，必要时可设置排屑结构。轴承盖的作用一是为了固定轴承进行轴向定位，二是起密封保护作用，防止轴承进入尘土等进入轴承造成损坏。除它本身可以防尘和密封外，它常和密封件配合以达到密封的作用。本设计的工件如图1-1；图1-1轴承盖1.2确定夹具类型分析可知本工序所加工的孔位于轴承盖的外圆上，且工件的整体尺寸不大，根据设计要求可知本孔为简单孔，要求不高，只须满足其大小及定位要求即可，所以选用翻转式专用夹具，主要技术指标能保证工件的加工精度、提高生产效率、工艺性好和使用性好。 第二章夹具设计的要求及步骤2.1专用夹具的基本要求2.1.1.提高生产效率专业夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应。应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的快速高效夹紧装置，以缩短辅助时间，提高生产效率。2.1.2.保证加工精度专业夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。2.1.3.便于加工专用夹具的结构应简单、合理、便于加工、制造、装配、检验和维修。2.1.4.实用性专用夹具的操作应简便、省力、安全、可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑机构。2.1.5.经济性出考虑专用夹具本身疾结构简单、标准化程度高、成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。2.2专用夹具设计的一般步骤2.2.1.明确设计任务准备材料（1）了解加工零件的零件图、毛坯图及加工工艺过程，该工序的加工内容及工序图，了解该工序所使用的设备、刀具、量具等工艺装备，生产节拍等参数。（2）了解零件的生产类型，这是决定夹具采用简单疾结构或复杂结构的依据。若属大批量生产，则力求夹具结构完善、生产率高；若批量不大或是应付急用，夹具结构则应简单，以便迅速制造后交付使用情况，作为设计的参考。（3）收集该夹具所使用的机床的资料，注要指与夹具连接部分的安装尺寸。如铣床夹具要安装在工作台上，要收集工作台大小，工作台T形槽的尺寸，以及机床的技术参数等。（4）收集所使用的刀具的资料，如刀具的精度、安装方式、使用要求及技术条件。（5）了解夹具制造厂房的能力和使用条件。（6）收集有关夹具零部件的标准（包括国际、部标、企标、厂标），典型夹具结构图册等。2.2.2.拟定夹具结构方案，绘制夹具草图（1）根据工件的加工要求和结构形状，确定工件的定位方式，选择或设计定位装置，必要时，计算定位误差。（2）确定工件夹紧方案，设计夹紧装置。（3）确定其它装置及元件的结构形式如：定向、导向、分度、对刀装置等。（4）确定夹具体的结构形式和夹具在机床上的安装方式。（5）绘制夹具草图，最好考虑几种方案经过分析比较，从中选出合理的方案。2.2.3.进行必要的分析计算工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行技术经济分析，选用比较合理的方案。2.2.4.审查和改进夹具草图画完后，应征求有关人员的意见，然后根据他们的意见对夹具方案做进一步的修改。2.2.5.绘制夹具草图按国家制图标准绘制，尽可能采用比例1:1，主视图按夹具面对操作者的方向绘制。被加工零件用双点划线表示。夹紧机构应处于“夹紧”位置上，总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。绘制装配图的顺序：用双点划线江工件的外轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图合适的位置上，并显示出加工余量，在总图上工件可看作透明体。依次按工件的位置绘制出定位、夹紧及其它装置或元件的具体结构，然后画出夹具体，形成以个夹具整体。标注必要的尺寸，公差和技术要求。绘制夹具明细表及标题栏。本设计夹具装配图如图2-2：图2-2夹具装配图第三章夹具零部件的选择3.1钻模板选择钻模板用于安装钻套。钻模板与夹具的连接方式有固定式、铰链式、分离式、悬挂式等几种。本设计的钻模板如图3-1示：图3-1夹具模板3.2钻套选择①固定钻套（GB2262－80）（1）材料：T10A按GB1298-77《碳素钢技术条件》；20按GB699-65《优质碳素结构钢钢号和一般技术条件》。（2）热处理：T10AHRC58～64；20渗碳深度0.8～1.2mmHRC58～64；（3）其它技术条件按GB2259-80《机床夹具零件及部件技术条件》；本设计中使用固定式钻套。可换钻套（GB2264－80）（1）材料：T10A按GB1298-77《碳素工具钢技术条件》；20按GB699-65《优质碳素结构钢钢号和一般技术条件》。（2）热处理：T10AHRC58～64；20渗碳深度0.8～1.2mmHRC58～64；（3）其它技术条件按GB2259-80《机床夹具零件及部件技术条件》；③快换钻套（GB2265-80）（1）材料：T10A按GB1298-77《碳素工具钢技术条件》；20按GB699-65《优质碳素结构钢钢号和一般技术条件》。（2）热处理：T10AHRC58～64；20渗碳深度0.8～1.2mmHRC58～64；（3）其它技术条件按GB2259-80《机床夹具零件及部件技术条件》；④特殊钻套长形固定钻套和长形可换钻套材料：T10A20热处理：T10AHRC58～64；20渗碳深度0.8～1.2mmHRC58～64；本设计所选用的是固定钻套，型号为JB/T8045.1-1999固定钻套B型。如图3-3：图3-3固定钻套3.3压板选择本设计所用钢板如图3-4：图3-4钢板3.4垫板选择本设计所用垫板如图3-5：如图3-5垫板3.5垫圈选择本设计所选垫圈型号为GB/T93-1987标准型弹簧垫圈如图3-6。图3-6弹簧垫圈3.6夹具支撑选择本设计所用夹具支撑如图3-7：图3-7夹具支撑3.7螺栓选择本设计所选用的螺栓型号为GB/T5780-2000六角螺栓-C级如图3-8：图3-8螺栓3.8螺母选择夹具支撑和螺栓所用螺母的型号均为：GB/T41-2000六角螺母-C级。螺栓螺母如图3-9：图3-9夹紧螺母夹具支撑螺母如图3-10：图3-10夹具支撑螺母第四章机床夹具设计的过程及方案4.1.精度的分析夹具的主要功能是用来保证零件加工的位置精度。使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差因素主要有三个方面：1、定位误差2、夹具制造与装夹误差3、加工过程误差在加工过程中由于工艺系统(除夹具外)的几何误差、受力变形、热变形、磨损以及各种随机因素所造成的加工误差，用⊿GC表示。上述各项误差中，第一项与第二项与夹具有关，第三项与夹具无关。显然，为了保证零件的加工精度，应使：式中,T为零件有关的位置公差。上式即为确定和检验夹具精度的基本公式。通常要求给⊿GC留三分之一的零件公差，即应使夹具有关误差限制在零件公差2/3的范围内。当零件生产批零较大时，为了保证夹具的使用寿命，在制定夹具公差时，还应考虑留有一定的夹具磨损公差。4.2.确定夹具结构方案，选择定位元件①基准的方案设定本工序加工要求保证的位置精度主要是直径115的外圆与内端面的垂直度以及它与直径100的外圆的同轴度误差，故选择轴承盖的基准A端面为定位基准。②确定导向装置本工序小头孔的精度要求较高，使用固定钻套为导向装置加工轴承盖上的孔。③确定夹紧机构理想的夹紧方式应该使夹紧力作用在主要定位面上，本例中上半部分采用铰制孔用螺栓连接，下半部分采用一般的螺栓连接，并用螺母和垫圈锁紧即可。4.3主要零件、部件及总体尺寸的尺寸确定①主要零件及部件尺寸的确定1钻套主要尺寸的确定1）钻套类型的选择本设计根据工件的参数应选用固定钻套.2)钻套底面到加工面上面高度H根据经验公式：铸铁：或；钢：或；因为在加工的过程中H在满足排屑的要求下，越小越好（防止钻头偏斜），本设计中工件材料为铸铁，所选钻头的直径，所以钻套底面到加工面上面高度。②夹具板的主要尺寸的确定1）夹具板的厚度可根据经验公式：,本设计中取夹具板的厚度2）夹具板的外尺寸确定根据加工工序的要求及尺寸可确定夹具板的外形尺寸。工件孔所在圆直径为，最大外形尺寸为。选取夹具的最大外形尺寸为。③配合尺寸的确定（1）钻套与模板的配合由于选择的是固定钻模板，所以采用过盈配合其配合为（2）钻头与钻套内孔的配合采用间隙配合，钻套中心线到定位面的距离偏差：取工件上相应偏差的1/5左右，在机床满足精度的条件下应尽量的小.钻头选用,钻套孔，查《机械制图手册》可知： 则最大间隙. 位置度误差.（3）定位面与基准面（机床）有“平行度”要求；钻具模板中心线与基准面（机床）有“垂直度”要求;第五章加工精度分析、计算与评审5.1加工精度分析夹具制造误差1）钻套中心线与定位面距离偏差取工件上相应偏差的左右，还应满足两个原则：=1\*GB3①偏差尽量小；=2\*GB3②机床能够加工出来。2）定位面与基准面（机床）的平行度应为（平面磨床可达到）。3）钻模板孔中心线与基面垂直度应为。对刀误差1）钻头中心与钻套中心不重合（钻头与钻套内孔配合间隙）2）钻头偏斜与钻头与钻套间隙、导套高度、工件位置及夹具制造垂直度，平行度等有关。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公差的三分之一，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时，夹具合格。5.2加工精度计算及评审一、1.定位误差DW该工件的设计基准与定位基准一致，都是外圆的中心线，故.夹具内圆为（）的最大配合间隙则2.制造误差ZZ（1）钻套中心线对定位件中心线位置精度查《机械制图手册》可知：，取 （2）钻套内外圆同轴度误差，查《机械制图手册》可知： ； (3)钻头不倾斜时与钻套内孔中心线不重合位置精度误差为，钻头选用,钻套孔，查《机械制图手册》可知： 则最大间隙. 位置度误差. (4)钻套中心线与定位面不垂直度为.则不垂直的角度误差为。 则=.钻头钻孔斜=·H. H为钻套高度中点到钻孔底面距离,根据经验公式可得：钻套总长 =·综上可得：= 工件上小孔中心线与轴承盖中心线误差 因 故此方案可行。假若钻头纯斜：==则=±·位置公差为.综上可得=故此方案可行.二、钻孔的切削力及力矩1、切削用量、、.(1)钻头直径.工件材料为HT200硬度为241HB查《机械制图手册》可知：当，所钻铸铁硬度大于200HB时.以Z3050钻床为例，应选用.(2)钻铸铁是的切削速度.2、钻孔轴向力及力矩3、夹紧力：作用：防止由于切削力总用使工件翻转防止由于切削力矩 使工件转动。夹紧力求法：.使工件不翻到，安全系数为..查《机械制造工艺学》P276表6-2不同表面的摩擦系数表6-2不同表面的摩擦系数接触表面特征摩擦因数光滑表面0.15-0.25直沟槽，方向与切削方向一致0.25-0.35直沟槽，方向与切削方向垂直0.4-0.5交错网状沟槽0.6-0.8可知：.取为钢板与工件接触的平均直径L.取安全系数为2.则选用螺栓，其最大夹紧力为故此方案可行.结论通过本次夹具设计，让我巩固了专用夹具的相关知识：1.机床夹具是由定位元件、夹紧装置、对刀元件、夹具体等部分组成的,机床夹具设计也就是针对夹具组成的各个部分进行设计,其中定位与夹紧量个环节是夹具设计的重点；2.定位就是确定工件在夹具中的正确位置,是通过在夹具上设置正确的定位元件与工件定位面的接触来实现的。作为大学最后一学期的一次课程综合设计，需要我们综合前阶段所学习的机械制图、金属工艺学、金属材料与刀具、机械设计基础、互换性与测量技术、机械制造工艺学等多门课程的知识，同时还要运用数学、力学等基础学科知识以及设计手册的标准。所以此次课程设计是我们本阶段学习的知识的巩固，也是一个总结。这次专业设计使我对机床夹具设计有了更深刻的理解，特别是其中的技术要求，比如：夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，夹具体一般设计成盖板式，保证具有足有的刚性，还有设计的装配图，应能完整清楚的表示出夹具的主要结构及夹具的工作原理，并视所有工件为透明体，用双点划线画出主要部分，并画出定位元件，夹紧机构和导向装置的位置。本次设计是我更深一步的了解了设计专业对一个人能力的锻炼，它不仅需要我们按部就班的按照同样的思路走，而且还需要调动个人的创新能力，从不同的角度去考虑和研发。这次专业综合设计是我今后在机械行业的铺垫！感谢信在此衷心感谢我们的指导老师潘继华老师对我们设计的大力支持，作为一个已经在公司实习的学生，只能抽出晚上休息及星期天为数不多的时间作此次课程设计，谢