后盖零件钻床夹具 2.docx
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后盖零件钻床夹具2
说明书
论文题目：
后盖零件钻床夹具设计
专业年级：
10级机械设计制造及其自动化
学号：
100205074
姓 名：
何晓鹏
指导教师、职称：
林秀芳
2014年5月4日
摘 要
本毕业设计主要内容包括后盖的钻
孔的专用夹具设计，在毕业设计过程中完成了PROE零件图、夹具装配图及说明书的编写。
后盖零件结构较简单，而且为铸件，外表面为要求较高精度要求，铸造即可满足，与其它接触面处的端面精度要求较高，需要经过粗车、半精车加工，保证密封配合性。
本次设计针对
孔和
孔的加工难度设计了两套套专用夹具，采用一面两孔的定位方式来满足定位要求，又通过夹紧装置保证加工过程中不会产生较大误差。
其中间过程对夹紧装置进行了受力分析，保证了夹紧的可靠性。
综上所述为本次毕业设计的主要内容及设计过程。
关键字：
后盖零件夹具钻孔夹紧
Abstract
Thisgraduationdesignmaincontentincludesrearcoverofthedrillingspecialfixturedesign,completedthePROEpartsintheprocessofgraduationdesigndiagram,writefixtureassemblydrawingandspecification.
Backcoverpartsstructureisrelativelysimple,andforthecasting,outersurfaceforhighaccuracyrequirements,castingcanbesatisfied,andotherinterfaceofendsurfaceprecisiondemandishigher,needtogothroughthecoarsecar,halffineprocessing,ensuresealingwithsex.
Thedesignfortheholesandholemachiningdifficultyspecialfixturedesignfortwocondoms,atwoholepositioningmethodtosatisfytherequirementsoflocation,andthroughtheclampingdeviceensurewon'tproducelargeerrorintheprocessingcourse.Ofwhichtheprocessofthestressanalysiswascarriedoutontheclampingdevice,ensurethereliabilityofclamping.
Aboveallforthemaincontentofthisgraduationdesignandthedesignprocess。
Keywords:
backcoverpartsfixtureclampingdrilling
-
引言
1夹具定义
在机床行业，每个人都知道机床夹具就好比机床的双手，要起到确保夹紧工件的作用。
几乎每一台机床都配备各类夹具，从标准的卡盘，液压中心架，顶尖，台钳，刀柄等，到加工中心上的专用组合夹具，甚至加工特殊零件的巨型夹具。
在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受施工，检测的装置，都可统称为“夹具”。
在钻床上进行孔的钻，扩，铰，攻螺纹加工时所用的夹具称为钻床夹具，又成为钻模。
机床夹具为机床的一种附加装置，安装工件后使之获得相对于机床或刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。
2夹具的发展及其在生产中的作用
夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：
第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。
人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。
3夹具的组成
在加工时使用的夹具大多有五大部分组成:
定位元件及定位装置、夹紧装置、对刀及导引元件、夹具体、其他元件及装置。
⑴定位元件及定位装置
在夹具中确定工件位置的一些元件称为定位元件，他们的作用是使一些工件在夹具中占有一定位置，只有将工件的定位基面与夹具的定位元件相接触或相配合，就可以使工件定位。
有些夹具还采用由一些零件组成的定位装置对工件进行定位。
⑵夹紧装置
夹紧装置是在夹具中由动力装置中间传力机构和夹紧元件组成的装置，他们的作用是用以保持工件在夹具中已确定的位置，并承受在加工过程中各种力的作用而不发生任何变化。
⑶对刀及导引元件
在夹具中，用来确定加工时所使用刀具位置的元件称为对刀及导引元件，他们的作用是用来确定夹具相对刀具的位置或导引刀具的方向。
在夹具中用来连接上诉各元件及装置使其成为一个整体的基础零件称为夹具体，它们的作用，除用于连接夹具上的各种元件和装置外，还用于夹具与机床有关部门进行连接。
⑷夹具体
在夹具中，除了上述定位元件、夹紧装置、对刀及导引元件以外的其它元件及装置，它们的作用是确定夹具在机窗有关部位的方向或实现工件在夹具同义词装夹中得分度转位。
⑸其他元件及装置
4夹具的种类
机床夹具的种类很多，可按夹具的应用范围分类，也可按所使用的动力源进行分类。
按夹具的应用范围分类可分为：
通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具等。
按夹具的动力源分类可以分为：
手动夹具，气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁动夹具、真空夹具，切削力、离心力夹具等。
5机械工业的发展对夹具的要求
随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。
它主要表现在以下几个方面：
⑴加强机床夹具的三化工作
为了加速新产品的投产，简化设计工作，加速工艺装备的准备工作，以获得良好的技术经济效果，必须重视机床夹具的标准化，系列化和通用化工作。
⑵大力研制推广实用新型机床夹具
在单件，小批生产或新产品试制中，应推广使用组合夹具和半组合夹具。
在多品种，中小批生产中，应大力推广使用可调夹具，尤其是成组夹具。
⑶提高夹具的机械化，自动化水平
近十几年来，高效，自动化夹具得到了迅速的发展。
主要原因是：
一方面是由于数控机床，组合机床及其它高效自动化机床的出现，要求夹具能适应机床的要求，才能更好的发挥机床的作用
6机床夹具的作用
机床夹具主要用于机床切削加工，起机床与工件，刀具之间的桥梁作用，是工艺系统中的一个重要环节。
按国家标准（GB4863-85）给出的定义：
“机床夹具是用以装夹工件（和引导刀具）的装置”。
1保证加工精度
采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床，刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。
2提高生产效率，降低成本
用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少辅助工时；用于装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件，工位装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。
另外采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降低了生产成本。
3扩大机床的工艺范围
使用专用夹具可以改变机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。
例如，通过专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用。
4减轻工人的劳动强度
用夹具装夹工件方便，快速，当采用气动，液压等夹紧装置时，可减轻工人劳动强度。
5缩短新产品试制周期
由于组合夹具，可调整夹具等多用途夹具，部件的标准化和通用化，从而在新产品试制中可以大大发挥其优势，充分利用组装，更换少数部件，组件和调整方法，来满足大部分工序的要求，使专用夹具的数量减少；从而减缩了夹具设计和制造的工作量，使试制的周期缩短，费用减少。
7夹具体在本设计中的作用
本设计主要介绍了机床夹具的发展背景和在机械加工中的作用，缸体加工工艺规程制订及夹具的设计过程。
夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。
用夹具装夹工件，操作方便安全。
作用如下：
⑴保证加工质量 如相对位置精度的保证、，精度的一致性等。
⑵减轻劳动强度 如可用气动、电动夹紧。
⑶提高生产率 避免了手工操作用划线等方法来定位工件，缩短了安装时间。
⑷扩大机床的工艺范围 在机床上安装一些夹具可以扩大其工艺范围。
设计过程主要包括定位方案的最优化选取，夹紧力的计算及孔直径的确定，定位精度的分析；夹具总图上尺寸，公差及技术要求的标注；工件的加工精度分析。
第一章零件的工艺性分析
1.1零件的用途
本次毕业设计的题目是后盖的加工以及
孔和
孔的夹具的设计。
题目所给定的零件是后盖，它的主要作用是传递扭矩。
有零件图所给出的精度要求可以看出，它也起到一定的密封作用。
1.2零件的工艺分析
机油泵后盖材料为HT200，即灰铸铁。
根据《机械工程材料》等相关资料可以知道：
HT200铸造性能好，工艺简单，铸造应力小，易加工，需人工时效；有一定的机械强度及良好的减振性，流动性能好、体收缩和线收缩小；综合力学性能低，抗压强度比抗拉强度高约3-4倍；耐热性较好；可承受较大的弯曲应力；主要用于强度、耐磨性要求较高的重要零件和要求气密性的铸件。
例如：
汽缸、机体、齿条、铸有导轨的床身、中等压力（800N/cm
）的液压缸、泵阀体。
因此机油泵后盖毛坯可选用铸件。
生产批量为大批量生产，故毛坯精度加工余量均很高；加工机床部分采用通用机床，部分采用专用机床；按零件分类，部分布置成流水线，部分布置成机群式；广泛采用专用夹具，可调夹具；按零件产量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用专用刀具和量具；部分采用划线找正装夹，广泛采用通用或专用夹具装夹；有较详细的工艺规程，用工艺卡管理生产。
从齿轮泵后盖这个零件所给零件图可以看出，其主要有三组加工表面，且它们之间有一定的位置要求。
现将这三组表面分述如下：
1、以小端面为加工表面
这一组加工表面包括：
3个直径为Φ5.8mm沉孔Φ10mm深3mm，1个直径22的凸台，M8的螺纹通孔，M6的螺纹孔Φ50mm的台阶面和倒角。
2、以大端面侧面为加工表面
这一组的加工表面包括：
Φ10mm的深孔及Φ3mm的通孔
3、以大端面为加工表面
Φ68mm的台阶面和Φ60mm深7mm及Φ32.5mm深18mm的孔
这三组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：
（1）大端面相对于大端面的直线度为0.02，凸台对大端面的平面度为0.015；
第二章零件毛坯的确定
2.1零件的生产类型
零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。
生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型有着完全不同的工艺特性。
零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。
生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。
年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品的年产量。
零件的年生产纲领N可按下式计算
其中
——是零件的生产纲领（件/年）；
——产品的年产量（台、辆/年）；
——每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）；
——备品率，一般取2%~4%；
——废品率，一般取0.3%~0.7%；
根据上式结合题目给定数据，即可算出后盖的生产纲领，进而确定出其生产类型。
=8000台/年，
=1件/台，取
=
，取
=0.6%，由公式（1-1）有：
.查表1-3可知，后盖为轻型零件，由此再查表1-4可知，该后盖的生产类型为大批生产。
2.2毛坯的种类和制造方法
后盖的材料在产品设计时已经确定，在制定零件机械加工工艺规程时，毛坯的选择主要是选定毛坯的制造方法。
由于后盖选用H68作为材料，为了减少加工余量，提高劳动生产率，采用机器造型，机器造型生产率较高、铸件尺寸精度高、表面光洁，劳动条件好，尽管机器造型需要专用设备和工艺装备，投资较大，生产准备时间长，但在大批大量生产的情况下铸件成本仍能显著降低，该后盖的生产类型为大批生产，所以在铸件造型上采用机器造型。
第三章夹具的设计
3.1钻床夹具的主要类型
钻床夹具简称钻模，主要用于加工孔及螺纹。
它主要由钻套、钻模板、定位及夹紧装置夹具体组成。
其主要类型有以下几种。
（1）固定式钻模在使用中，这类钻模在机床上的位置固定不动，而且加工精度较高，主要用于立式钻床上加工直径较大的单孔或摇臂钻床加工平行孔系。
（2）回转式钻模这类钻模上有分度装置，因此可以在工件上加工出若干个绕轴线分布的轴向或径向孔系。
（3）翻转式钻模主要用于加工小型工件不同表面上的孔，孔径小于φ8~φ10mm。
它可以减少安装次数，提高被加工孔的位置精度。
其结构较简单，加工钻模一般手工进行翻转，所以夹具及工件应小于10kg为宜。
（4）盖板式钻模这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上。
钻模板在工件上装夹，适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。
夹具、结构简单轻便，易清除切屑；但是每次夹具需从工件上装卸，较费时，故此钻模的量一般不宜超过10kg。
（5）滑柱式钻模滑柱式钻模是带有升降钻模板的通用可调夹具。
这种钻模有结构简单、操作方便、动作迅速、制造周期短的优点，生产中应用较广。
3.2钻模的设计要点
3.2.1．钻套
钻套安装在钻模板或夹具体上，用来确定工件上加工孔的位置，引导刀具进行加工，提高加工过程中工艺系统的刚性并防振。
钻套可分为标准钻套和特殊钻套两大类。
（1）固定钻套
（2）可换钻套
（3）快换钻套
（4）特殊钻套
3.2.2．钻模板
钻模板用于安装钻套，确保钻套在钻模上的正确位置，钻模板多装在夹具体或支架上，
常见的钻模板有：
（1）固定式钻模板
（2）铰链式钻模板
（3）可卸（分离）式钻模板
（4）悬挂式钻模板
3.3常用定位元件及选用
工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。
工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。
1．对定位元件的基本要求
1）限位基面应有足够的精度。
定位元件具有足够的精度，才能保证工件的定位精度。
2）限位基面应有较好的耐磨性。
由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。
3）支承元件应有足够的强度和刚度。
定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中变形和损坏。
4）定位元件应有较好的工艺性。
定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。
5）定位元件应便于清除切屑。
定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。
3.4定位的选择
图3.1
1—圆柱销；2—短心轴；3—支承板
图3.2
根据零件图，选用这种一面一孔的定位方式，夹具的定位元件如上图组成。
1圆柱销限制一个自由度（Z轴的转动）2短心轴限制了零件的两个自由度（X，Y方向的移动），3支承板限制了零件的3个自由度（X，Y轴的转动，Z轴的移动）
3.5定位误差分析
六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。
但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。
如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。
这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用ΔD表示。
在工件的加工过程中，产生误差的因素很多，定位误差仅是加工误差的一部分，为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/5~1/3，即
ΔD≤（1/5～1/3）T（式3.1）
式中ΔD──定位误差，单位为mm；
T──工件的加工误差，单位为mm。
3.5.1定位误差产生的原因
工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：
一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。
1．基准位移误差ΔY
由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用ΔY表示。
不同的定位方式，基准位移误差的计算方式也不同。
如果工件内孔直径与心轴外圆直径做成完全一致，作无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。
但实际上，如图所示，心轴和工件内孔都有制造误差。
于是工件套在心轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸H中附加了工件定位基准变动误差，其变动量即为最大配合间隙。
可按下式计算：
ΔY=amax-amin=1/2（Dmax-dmin）=1/2（δD+δd）（式3.2）
式中ΔY──基准位移误差单位为mm；
Dmax──孔的最大直径单位为mm；
dmin──轴的最小直径单位为mm。
δD──工件孔的最大直径公差，单位为mm；
δd──圆柱心轴和圆柱定位销的直径公差，单位为mm。
基准位移误差的方向是任意的。
减小定位配合间隙，即可减小基准位移误差ΔY值，以提高定位精度。
2．基准不重合误差ΔB
加工尺寸的基准是外圆柱面的母线，但定位基准是工件圆柱孔中心线。
这种由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差，用ΔB表示。
此时除定位基准位移误差外，还有基准不重合误差。
基准位移误差应为ΔY=1/2（δD+δd0），基准不重合误差则为
ΔB=1/2δd（式3.3）
式中ΔB──基准不重合误差单位为mm；
δd──工件的最大外圆面积直径公差，单位为mm。
因此，尺寸h的定位误差为
ΔD=ΔY+ΔB=1/2（δD+δd0）+1/2δd
计算基准不重合误差时，应注意判别定位基准和工序基准。
当基准不重合误差由多个尺寸影响时，应将其在工序尺寸方向上合成。
基准不重合误差的一般计算式为
ΔB=Σδicosβ
式中δi──定位基准与工序基准间的尺寸链组成环的公差，单位为mm；
β──δi的方向与加工尺寸方向间的夹角，单位为（°）。
3.5.2定位误差的计算
定位元件尺寸及公差的确定。
本夹具的主要定位元件是短心轴，加工时它于零件
圆弧面配合，与零件的尺寸公差相同：
即
当零件安装在夹具中时，心轴处的最大间隙为：
（式3.4）
零件的4个孔均允偏差为
及公差T=0.5mm
所以
（式3.5）
即最大间隙能满足零件的精度要求。
3.5.3夹紧力的计算
查《机械加工工艺手册》表得，钻孔麻花钻的刀具材料为高速刚时。
夹紧力F为：
（式3.6）
取
所以
此次设计选用螺纹夹紧机构，查《机械设计夹具手册》第二卷表1-2-25可知：
当选螺栓直径为16mm，螺距为2mm时，只需要用力臂为240mm的扳手用100N的力就可以使螺纹产生7950N的夹紧力，远远大于切削力。
所以本夹具安全可靠。
3.5.4夹具设计及操作的简要说明
如前所说，在设计夹具时，为了提高劳动生产率，应首先着眼于如何减少生产辅助时间。
本工序是钻孔Φ5.8mm，属于粗加工，钻孔。
精度要求不算很高，只需选取心轴定为就可以达到它所要求的位置要求。
第四章工艺规程设计
4.1、确定机油泵后盖毛坯的制造形式
根据机油泵后盖材料（HT200）具有铸造性能好，工艺简单，铸造应力小，易加工，需人工时效；有一定的机械强度及良好的减振性，流动性能好、体收缩和线收缩小；综合力学性能低，抗压强度比抗拉强度高约3-4倍；耐热性较好；可承受较大的弯曲应力；同时工件作用为连接，不承受外部应力，且没有动载荷之类的影响。
为提高加工效率，尽量使毛坯和零件图接近，因此选择毛坯的制造形式为铸件形式。
4.2基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。
否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
粗基准的选择：
粗基准的选择对保证加工余量的均匀分配和加工表面与非加工面（作为粗基准的非加工面）的位置关系具有重要影响。
B
C
A
如图1所示，零件的毛坯铸造时其两端面难免有平行度的误差。
加工时若以小端面A作为粗基准定位，则加工后大端面C能够与小端面平行，可以保证零件壁厚均匀，但却保证不了A、B两面的厚度及B、C两面的厚度；若以大端面C作为粗基准定位，A面作为非配合表面的要求不高，这样以配合表面作为基准可以提高零件的精度，满足要求。
由上面的分析可知，我们要加工的零件必须保证壁厚均匀，对加工余量没有特殊要求，所以可以选择以大端面做为粗基准。
精基准的选择：
选择精基准时，应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。
有任务书中给定的零件图上可以看出零件的设计基准是大端面，如果我们选择大端面做为精基准，符合基准重合的原则，同时又可以保证凸台上端面和小端面的精度要求，符合基准统一的原则，而且装夹也很便。
故选择大端面作为精基准。
4.3制定工艺路线
拟订工艺路线是工艺规程设计的关键步骤。
工艺路线的优略，对零件的加工质量、生产率、生产成本以及工人的劳动强度，都有很大影响。
通常情况下，制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外，还应当考虑经济效果，以便生产成本尽量下降。
根据零件的具体要求和各种加工方法所能够达到的精度和粗糙度能力，以及各种机床的加工特点，查阅和参考《机械制造工艺学》和《机械制造技术基础课程设计指南》等资料，可得
到各加工面的加工方法表1和加工工艺工序安排：
表1机油泵后盖各加工面的加工方法
加工面
尺寸及偏差
精度
粗糙度
加工方案
Φ90
Φ90
无
Ra12.5
铣
Φ50
Φ50
无
Ra12.5
铣
Φ32.5
Φ32.5
无
Ra6.3
镗
倒角
无
Ra12.5
粗车
车外端面20
20
0.2
8级
Ra1.6
粗铣-半精车-精车
车Φ68外圆
Φ68
8级
Ra3.2
粗车-半精车
钻Φ5.8均布通孔
Φ5.8
无
Ra6.3
钻-粗镗
忽Φ10深3均布沉孔
无
Ra6.3
忽
，铣22搭子
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