拖拉机半轴壳端面钻孔夹具设计设计Word.docx
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拖拉机半轴壳端面钻孔夹具设计设计Word
摘要
v机床夹具是组成工艺系统的一个环节，是影响加工质量的重要因素，一般情况下，使用机床夹具能稳定地保证产品质量，而不必过高的要求工人的技术等级。
因而机床夹具设计被广泛应用于机械设计与制造当中．
v机床夹具包括结构设计和精度设计两个方面，二者相辅相成，有好的结构定位才能保证夹具的合理性，而保证了高的精度才能保证加工的零件符合生产要求。
v机床夹具设计要充分考虑加工的可行性.通用行.经济性和高效性．
Tractorforerunnerhalfaxlesleeveendsurface
drillholejigdesign
Theenginebedjigiscomposesthecraftsystemalink,isaffectstheprocessingqualitytheimportantattribute,intheordinarycircumstances,usestheenginebedjigtobeabletoguaranteetheproductqualitystably,butdoesnotneedthehighrequestworker'stechnicalrank.Thustheenginebedjigdesigniswidelyappliedmiddlethemachinedesignandthemanufacture.
Theenginebedjigdesignstwoaspectsincludingthestructuraldesignandtheprecision,thetwocomplementoneanother,hasthegoodstructurelocalizationtobeabletoguaranteethejigtherationality,buthadguaranteedthehighprecisioncanguaranteetheprocessingthecomponentsconformtotheproductionrequirement.
Theenginebedjigdesignmustconsidertheprocessingfullythefeasibility.Generalline.Efficiencyandhighlyeffective.
第一部分前言
机床夹具被广泛应用于机械设计制造业当中。
大量专用机床夹具的采用为大批量生产提供了必要的条件。
机床夹具是组成工艺系统的一个环节，是影响加工质量的重要因素。
一般情况下，使用机床夹具能稳定地保证产品质量，而不必过高的要求工人的技术等级。
先进高效的机床夹具不仅能减轻工人劳动强度，提高生产效率，甚至能使生产过程实现自动化。
机床夹具包括结构设计和精度设计两个方面，二者相辅相成，有好的结构定位才能保证夹具的合理性，而保证了高的精度才能保证加工的零件符合生产要求。
关于机床夹具的设计要参考大量的书籍，从不同的编者那里学到各种不同的方案，通过知识的累积才能得到不同的设计方案，然后从中选择最适合的设计方案，从而使夹具的制造更加的合理化。
机床夹具的设计也要充分的考虑到加工的可行性，这些都是在实践中所得到的，夹具的最终目的不是可观性良好，而是要制造出来能够辅助其他零件的加工，并且要考虑到制造出夹具的经济性。
由于初次承担这样一个设计，之前在实践当中又没有什么经验可言，因此在设计过程当中难免会走弯路，大费周章。
然而这期间多亏曾一凡老师的悉心指点，在指导我做设计时废寝忘食，不厌其烦，我也曾数次到实习工厂去观摩请教，工厂的工人师傅们也很热心的指点，在此谨对他们表示诚挚的感谢！
！
限于经验水平，在做这样的一份设计时难免会有一些错误和疏漏。
俗话说：
吃一堑，长一智。
贵在错误要能够及时的得到改正，因此，敬请各位领导老师能够对于我的不足多提出建议和批评，错误之处我也将大力改正。
朱敏芳
2009-5-10
第二部分课题任务说明
——拖拉机半轴壳端面孔加工夹具设计
设计任务说明拖拉机后桥半轴壳零件的示意图如下:
工件选用的材料是QT400-15为球墨铸铁，组织有铁素体、铁素体加珠光体和珠光体3种。
球墨铸铁突出特点是屈强比约为0.7—0.8。
主要用于汽车、矿山机械、冶金机械等方面。
可代替部分碳钢制造受力复杂，强度、韧性和耐磨性要求高的零件。
工件是一个铸造成型的轴套类零件，并且左右两个法兰面的大小不一样，工件的壳体部分大小也不一致，成一定的锥度。
两个内圆经铸造后有个键槽，但整个内孔是不加工的，可以作为粗基准定位。
壳体外围有许多的肋板起加强筋的作用，由于筋板的长度较高，这给工件的定位和夹紧带来了极大的不便.工件的两个端面上各长出了一个阶梯圆，小端面上的阶梯圆外圆直径Φ85mm，大端面上的阶梯圆外圆直径Φ118mm。
小端面的直径为Φ145mm，大端面的直径为Φ168mm。
工件对于端面有平面度和垂直度的要求，即平面度0.06mm和相对于阶梯外圆的中心线垂直度0.08mm。
两阶梯外圆的同轴度要求保证在0.1mm的范围内。
在工件的大端面附近有一突出的悬伸梁，悬梁的中心到大端面的距离为16.5mm。
垂直于悬梁中心面（悬梁的中心线与阶梯外圆的中心线所构成的面）的侧面上有一组孔并排，四个孔之间有位置度的要求，四个孔的中心线都不偏离理想位置为Φ0.5mm圆柱范围，四个孔还要攻螺纹。
悬梁的顶端需要铣一个斜面，斜面与悬梁中心面的垂直面形成100的角度。
工件的两个端面上还要加工两组孔，大端面上Φ144mm的圆周上均匀分布了一组数量为8的孔，8个孔关于悬梁的中心面对称，且其中的4个孔与悬梁的中心面成22.50的角。
小端面上Φ125mm的圆周上有一组个数为6的孔均匀分布，6个孔的其中两相对的孔在悬梁的中心面内。
两组孔的孔径大小无精度要求，但有位置度的要求，即以阶梯外圆的中心线为基准，孔的中心线的位置度要保证在偏离理想位置Φ0.5mm的圆柱范围内。
铸件要经热处理，硬度为HB160—210。
并要求铸件的法兰平面光滑平整，这样8-Φ18和6-Φ18刮深0.5就可以不加工。
那么整个工件的加工工艺路线大致为：
工序号
工序名称
工序内容
设备
1
粗车端面、外圆
粗车左端面、外圆
车床
2
粗车端面、外圆
粗车右端面、外圆
车床
3
精车端面外圆
精车左右端面、外圆
车床
4
铣端面
铣4个Φ28mmm的端面，铣Φ36mm的端面，铣10度倾角的端面
铣床
5
钻孔
钻左端面6个Φ10.5mm的均布通孔
钻床
6
钻孔
钻右端面8个Φ10.5mm的均布通孔
钻床
7
钻孔
钻4个Φ11深24的孔
钻床
8
攻丝
在Φ11的孔中攻M12-6H深20的螺纹
钳工台
关于工件的所有加工任务在上面已经作了大致的概述，本次设计的任务就是要做出夹具来保证这个工件的加工。
由于所有的设计任务并非一个人承担，我在此处所分配到的任务就是要做出工件大小两个端面的孔的加工工序的钻孔夹具设计，并负责刮深孔的工序夹具设计.。
第三部分工件的端面孔加工工艺性分析
根据图纸的要求，大小两个端面的孔的加工的工序基准为工件两个阶梯外圆的中心线，以及两个端面，因此本工序要排在工件的两个端面和阶梯外圆的加工之后.在对工件的两个端面和阶梯外圆加工之后，工件可以获得的精度要求有:
小阶梯外圆的直径为Φ85f8mm，大阶梯外圆的直径为Φ118g6mm。
两阶梯外圆的中心线同轴度保证在偏离理想位置Φ0.1mm的圆柱范围内。
两端面的平面度保证在偏离理想位置0.06mm的范围内，且垂直度保证在以阶梯外圆中心线为基准偏离理想位置0.08mm的范围内。
由于两个端面和阶梯外圆的加工工序采用心轴定位、一次装夹之后车削完成，那么图纸上所要求的平面度、垂直度、同轴度等要求很容易得到保证。
那么对于图样上所要求的孔的位置度的基准就有了，工件的其它部分是否加工过都对于本工序无直接的影响。
端面上的孔都要求孔径为Φ10.5mm，而无其它的精度要求，因此其大小可以由刀具来保证。
两组孔的位置度则由所设计的夹具来保证。
在前面的车削加工工序中已经保证了两个端面和阶梯外圆的精度，那么孔在Φ125mm和Φ144mm的圆周上的位置和孔的中心线的垂直则已经有了基准，外加一个悬梁的中心线，那么孔的位置就好保证了。
两组孔的位置度要求如下：
1.加工小端面孔时，6个孔在Φ125mm的圆周上均匀分布，孔的中心线相对于基准D和H偏离理想尺寸Φ0.5mm的圆柱范围内，其中两个相对的孔的中心线在悬梁的中心面内。
2.加工大端面孔时，8个孔在Φ144mm的圆周上均匀分布，孔的中心线相对于基准D和H偏离理想尺寸Φ0.5mm的圆柱范围内，其中与悬梁中心面相邻的孔与悬梁中心面的夹角为22.50。
第四部分确定夹具的结构方案
4.1确定定位方案,设计定位机构
工件在加工时根据要求要限制一定的自由度以保证加工精度，夹具完全定位，并力求遵循基准重合原则，可以减少定位误差的影响。
完全定位一个工件需要限制6个自由度，其中包括3个移动自由度和3个旋转自由度。
有些工序可以要求不满6个自由度进行定位，诸如在钻孔夹具设计中沿刀具方向的自由度可以不限制。
本工序所要求的基准在前面的车削加工中已经很好的得到了保证,在钻床上加工该工件,那么首要就是工件要将其中的一个端面放置在一个基准面上,这样就使得工件的一个移动自由度、两个转动自由度得到了限制。
那么所要求加工的孔的垂直方向的位置就保证了。
那么还有其它3个自由度，其中包括一个绕z轴的旋转、绕y的移动和绕x的移动。
由于工件的两个端面上的两组孔在两个圆周上均布，那么加工时就可以有两种方式来加工，一是刀具位置固定不动，只上下移动，工件绕一个基准中心旋转进行加工；二是工件位置固定不动，使用摇臂钻床进行加工，需要对刀；刀具位置只上下移动，工件和夹具一起移动，并使用对刀装置进行加工。
那么在这里就考虑了两种方案进行分析比较：
方案一选用一标准工作台，标准工作台上有分度装置。
将工件的一端面放置在基准面上，限制工件的3个自由度（两个旋转和一个移动）；采用一弹簧活动锥销限制工件的两个自由度（两个移动）；使用v块与工件的悬梁定位，来确定第一个孔的位置。
加工完第一个孔之后则旋转工件接着加工以后的孔。
示意图如下：
方案二分别针对大小两个端面的尺寸加工两块盖板式钻模。
工件的其中一个端面放置在基准平面上，由此限制了工件的3个自由度（2个旋转和1个移动自由度），另外一个端面上放上相匹配的可卸式钻模板，钻模板的中心有一个与被加工端面上阶梯圆相互配合的圆，与圆同心的Φ125mm或Φ144mm的圆周上有一组6个或8个均布的孔。
钻模板与工件的加工表面贴牢，钻模板的内圆限制工件的2个自由度（2个移动），通过钻套来对刀后进行加工。
其示意图如下：
方案比较：
方案一通过分析这种定位方案可知道，这种方案在加工时的效率更高，第一个孔加工完之后可以依靠分度装置来找准其它孔的位置。
但是这中方案的旋转中心是工件的内孔，而工件阶梯圆的内孔又是不被加工的部位，因而这里采用的基准是粗基准，造成基准与设计的基准不重合。
方案二这种方案很好的遵循了基准重合原则，工件的定位误差较小。
但是这种方案当中需要加工两块钻模板，工件在加工时要求加工完一个端面以后，将工件反转过来加工另外一个端面时钻模板要换，搬上搬下比较费力，而且经常拆卸钻模板，造成加工的效率不高。
结合工件的生产，工件如果属于大批量生产的话，考虑到以生产效率为主，先对工件的阶梯内圆进行加工，然后采用方案一以提高生产。
如果工件中小批量生产的话，采用方案二，就可以很好的保证工件的加工了。
因为工件为中小批量生产，所以定位方案选择方案二。
4.2确定夹紧方案，设计夹紧机构
4.2.1钻削力的计算由已知工件的材料为球墨铸铁，刀具材料为高速钢可得到计算公式：
钻削力
——其中CFf=420,d=10.5mm，zFf=1,yFf=0.8,f=0.2mm，KFf=1
那么Ff=1217.16N
钻削力矩
——其中CMc=0.206,d=10.5mm，zMC=2,f=0.2mmyMC=0.8,KFf=1
那么M=6.27N·m
可见刀具钻削产生的钻削力和钻削力矩都不是很大。
4.2.2夹紧力的计算
查阅工具书,m16的螺母所能达到的夹紧力是4020N,由于工件端面所加工的孔所在的圆周比两个端面直径要小，即钻削力作用在工件的支撑端面范围内,沿垂直方向是没有力矩作用的.
依靠端面和钻模板与工件端面之间的摩擦力要保证工件旋转的限制,而由摩擦力产生的力矩是M=μFnL=4020*0.18*0.0625=45N*m,可见夹紧是没有问题.
4.2.3夹紧方案选择和设计
工件在夹具中的装夹是由定位和夹紧这两个过程紧密联系在一起的，定位的目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。
仅仅定好位，在大多数的场合下还是无法进行加工的，因而还需要在夹具上设置相应的夹紧装置对工件实行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。
对于夹紧方案的选择，若生产批量较小时采用螺钉夹紧比较合适，不管是从经济上还是操作上来比较；若生产批量较大时，则采用联动夹紧机构或气动、液动夹紧机构较为合适。
本设计中前面的定位方案已经选择了中小批量生产，因此这里也选择和前者相符合的，采用螺钉夹紧。
另外，因为工件和体积大而笨重，又是小孔加工，采用盖板式最为适宜。
夹紧力作用点的选择：
（1）、夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移和偏转。
（2）、夹紧力的作用点，应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。
（3）、夹紧力的作用点应尽可能靠近工件加工表面，以提高定位稳定性和夹紧可靠性。
由于工件的高度达到了300多毫米，工件的夹紧最好采用中间夹紧，这样就可以使得夹紧力的作用点能更好的保持工件的稳定，切削力矩能更好的限制。
那么，这里所设计的夹紧方案如示意图：
由于工件的加工表面要放置钻模板，那么压板只能压在钻模板表面，通过螺母对压板的压紧，进而对工件进行压紧。
由于防止工件绕z轴的旋转只能靠压板与加工表面和基准面与另外一个端面的摩擦力来限制，只要保证工件与钻模板在夹紧的情况下没有相对的移动或旋转就可以了。
工件钻削产生的钻削力矩为M=6.27N·m，由此可见采用螺母压紧压板就可以保证旋转方向的夹紧了。
而竖直方向的钻削力本身就处在支承面的范围以内，那么由工件的支撑端面就可以承受钻削力的作用了。
夹紧件:
夹紧件包括夹紧杆、螺母、垫圈、压板和夹具体底座等。
具体的思路是：
在夹具体底座的一端加工一个槽与v型块配合，将夹紧杆垂直安装在夹具体的中心位置，夹紧杆上并排铣两个槽，通过导向键与大、小钻模板的中心键槽配合。
螺母施加的预紧力压紧压板。
刀具加工产生的力矩主要由钻模板和夹具体与工件两个端面的摩擦力来克服。
4.2.4各定位元件、夹紧件的设计
（1）夹具体底座：
材料HT250
夹具体底座的上表面为一个基准面，基准面上加工了一个Φ125mm深8mm的阶梯内圆，其作用是为了错开工件的端面上的阶梯圆，使工件的端面能放置在基准面上。
夹具体底座中心还有一个Φ24mm的通孔是为了安装夹紧杆的。
底部的加强筋可以防止底座由于刚性不足导致变形。
夹具替的一侧还有一个阶梯，阶梯上铣一个槽，可以和v型块配合导向。
夹紧杆：
材料45
夹紧杆的一头通过螺母固定在夹具体上，并且保证键槽的导向，然后焊接使其牢固。
另一头的键槽内也焊接一个导向键，使其与小钻模板配合。
如下：
V型块：
材料45，调质HRC50--60
V型块在这里的作用就是起定好钻套与悬梁的中心面的位置关系，V块可以用于粗基准也可以用于精基准，采取v块是最好的定心元件。
由于悬梁是未被加工过的粗基准，因此v块的位置不能固定，而应该是活动的，所以采用活动式v块定位。
V块的两个侧面与夹具体上所开的槽配合导向，实现上下移动而又不倾斜。
V块通过螺栓安装弹簧来固定。
那么v块的尺寸结构设计如下：
小端面钻模总体思路是：
将加工了中心孔的钻模板套在工件的小端面上的阶梯圆上，由此可以限定2个自由度（2个移动）；工件放置在底座的基准面上，可以限制3个自由度（2个旋转和一个移动）；钻模板的中心圆上加工了一个键槽与夹紧杆的上的导向键相配合，可以限制旋转自由度。
V型块安装在底座上，而且v型块所定的中心线与导向键导向垂直。
材料35热处理淬硬52-54HRC
钻模板中心的孔与工件的Φ85f8的外圆配合，配合的精度为H8/f8。
距离钻模板中心Φ125的圆周上嵌入6个钻套，钻套与钻模板的配合精度为H7/n6。
钻模板的中心还有一个Φ24的孔是与夹紧杆配合的，配合的精度为H8/h7，而且Φ24的孔还开了一个键槽B8×25mm，主要是起导向作用。
键槽导向沿着悬梁的中心面。
大端面钻模大端面钻模板所包括的元件有钻模板、v型块、钻套、螺栓、螺母、弹簧等。
其思路是，在钻模板的中心加工一个孔与大端面上的阶梯外圆相配合，在距离孔的中心Φ144mm的圆周上有一组个数为8的均匀分布的孔，孔与钻套相配合。
在钻模板的一端长出一部分把柄，把柄上加工一个与v块相配合的槽。
V块在方孔中上下移动实现定位作用，以保证悬梁的中心面与钻套的位置关系。
材料35淬硬52—54HRC
钻模板中心加工一个与工件大端面阶梯外圆相配合的孔，配合精度为h7/g6。
距离中心孔Φ144mm的圆周上有一组个数为8的均匀分布的孔，孔与钻套采取过盈配合，配合的精度为h7/n6。
钻模板长出一部分把柄，把柄上加工了一个与v块相配合的槽，配合精度为H8/g7。
那么钻模板的尺寸结构就如下所示：
螺栓：
选用GB/T5781-1986M8×1L=80mm2个
螺母：
选用GB/T6173-2000M8×12个
选用GB/T6173-2000M24×21个
选用GB/T6173-2000M16×1.51个
弹簧：
选用GB/T1358-1993M10×3L=15mm2个
垫圈：
选用GB/T97.1-2002M86个
选用GB/T96.2-2002M161个
选用GB/T96.2-2002M241个
此处省略 NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：
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该论文已经通过答辩
第五部分确定夹具的尺寸、公差和技术要求
有关夹具各定位的元件和夹紧件的尺寸结构已经在上面做了说明，那么在夹具上还需要标注的尺寸，公差及技术要求：
1、夹具的最大轮廓尺寸：
250mm×250mm×423mm
2、夹紧杆和底座的配合公差H7/g6，夹紧杆和小钻模板的配合公差也是H7/g6。
3、定向键与夹紧杆的配合公差为H7/n6，与钻模板或底座的配合为H9/g8。
4、钻套与钻模板的配合公差H7/n6。
5、V型块与钻模板或底座槽的配合精度为H8/g7。
夹具总图上还应标注的技术条件有：
1、钻套Φ10.5f8的中心与基准A的垂直度为0.02mm。
2、6-Φ10.5mm和8-Φ10.5mm相对于基准B的位置度为Φ0.015mm。
3、V型块与钻模板或底座槽的对称度为0.05mm。
由于钻模板和底座上不容易加工出和v型块相配合的方孔，那么只好铣出一个槽出来与v型块配合。
装配时要注意的是不要对v型块沿悬梁的中心线方向施加过大的力，弹簧的安装要有一定的预紧，否则不能起到定位的作用。
第六部分误差分析
工件装夹定位方案已经如上所确定，钻削力在上面已经计算出来，分析出来的夹紧是合理的。
与本工序设计中采用的工件的加工表面需要符合以下的精度要求：
1、外圆Φ85mm和Φ118mm的同轴度为Φ0.1。
2、端面Φ145mm和Φ168mm的平面度为0.06mm，相对与基准D和H的垂直度为0.08mm。
3、6-Φ10.5mm和8-Φ10.5mm相对于基准D和H的位置度为Φ0.5mm。
那么，夹具中与零件工序图各项要求相对应的标注公差即控制精度所需测量的尺寸及公差，具体定制如下：
1、小端面钻模板的中心Φ85+0.0540mm与钻套所在的圆周Φ125mm的同轴度取为0.03mm，钻套与钻模板底面的垂直度取0.02mm。
Φ24mm的孔相对于Φ85的中心线同轴度取0.03mm，槽的对称度取0.05mm。
2、大端面钻模板的中心Φ1180-0.04mm与Φ144mm的圆周同轴度取0.03mm。
钻套中心与钻模板底面的垂直度取0.02mm，Φ24mm的孔相对于Φ118的中心线同轴度取0.03mm，钻模板底面的平面度取0.02mm。
3、夹具体底座的中心Φ24+0.0210mm所开的槽对称度0.015mm，夹具体底座阶梯上铣的槽45+0.025-0.025的对称度取0.015mm。
夹具体底座基准面的平面度为0.02mm。
4、钻套直径取Φ10.5n6。
误差分析：
误差的产生有两部分组成，其一是机床本身的精度造成的，称为系统误差，系统误差也是不可避免的。
另外就是定位误差，是由所设计的夹具所能保证的精度。
大、小两个端面孔系的误差有周向误差和径向误差。
对于孔系的周向误差：
1、同一端面上孔周向精度由钻模板保证。
对于小端面：
均布6个Φ10.5的孔。
那么小端面钻模板同样要均布6个Φ18的孔，相邻两孔的夹角60º±0.5º。
钻套与钻模板配合公差H7/n6。
另外钻模板与夹紧杆的配合公差H9/g8。
对于大端面：
均布8个Φ10.5的孔。
那么大端面钻模板同样要均布8个Φ18的孔，相邻两孔的夹角45º±0.5º。
钻套与钻模板配合公差H7/n6。
另外钻模板与夹紧杆的配合公差H9/g8。
V型块的定位。
因为大、小端面的孔系在周向的公差是未注公差。
这里就不计算。
2、大、小端面孔系周向位置精度。
小端面上第一个孔的中心线与悬臂的中心线垂直。
大端面的第一个孔中心线与悬臂中心线的夹角22.5º。
它们的公差也是未注的，所以只要保证上述加工方法就好。
对于孔系的径向误差：
δ定位=δ不重合+δ位置
小端面钻模的误差：
由于夹紧杆和底座焊接成一体的，所以需要累加分析的误差有底座和v型块之间的误差δ=0.007，钻模板Φ85H8与工件Φ85f8之间的误差（δ=TD/2=0.054mm）和Φ125mm的圆周和Φ85mm的同轴度误差（δ=0.015），即总的误差δ=0.007mm+0.054mm+0.015mm=0.076mm，可见是满足要求的。
大端面钻模的误差：
其来源于v块的定位和钻模Φ118mm和工件外圆的定位，还有钻套所在的圆周和Φ118mm同轴度误差。
所以总的误差δ=0.08mm+0.054mm+0.015mm=0.077mm。
可见也是符合要求的。
第七部分编后语
经过一个月的准备工作，在5月6号开始对本稿进行整理工作。
这其中我查阅了很多的参考书，也不时的向老师们请教问题。
有时遇到加工的问题还经常跑到校办工厂去观摩和实践。
这其中使我悟出了一些道理：
事不目见耳闻，而臆断其有无，不可！
我设计过好几种方案，但有好多的方案都是主观的意愿，在实际中很难加工出来。
例如我在设计中选择v型块与钻模板导向采用方孔配合，而实际加工方孔时冲裁可以达到要求，但是材料不能太厚，铣削也是可以加工出来，但是必需圆弧过度等。
这些都是靠实践和观察所得的
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