拖拉机半轴壳端面钻孔夹具设计.docx
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拖拉机半轴壳端面钻孔夹具设计
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.
目录
第一部分前言3
第二部分课题任务说明4
第三部分工件的端面孔加工工艺性分析6
第四部分确定夹具的结构方案7
4.1确定定位方案,设计定位机构7
4.2确定夹紧方案，设计夹紧机构10
4.2.1钻削力的计算10
4.2.2夹紧力的计算10
4.2.3夹紧方案选择和设计10
4.2.4各定位元件、夹紧件的设计12
4.2.5加工设备、刀具的选择18
第五部分确定夹具的尺寸、公差和技术要求19
第六部分误差分析19
第七部分编后语21
第八部分参考文献22
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。
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经验，主观的意愿有时确是有违背设计原则。
经过这次设计，使我在综合能力上有了一个飞跃。
可以说这次的设计是一个重要的学习过程，将实践和理论的综合学习过程。
实践是学习，而且是更重要的学习。
那么在不断的实践与纠正错误当中能得到提升，就是很好的锻炼。
在设计之中，不断的查阅资料、工艺分析和方案设计，还有计算机辅助软件的使用对我的夹具设计有很大的帮助。
我所有的这些成绩都离不开曾一凡老师们的悉心指导，没有他们的帮助我很难完成不了这次的设计任务。
在设计的过程当中，曾一凡老师利用很多自己的休息时间来帮助我们分析和解决问题，还有其他的老师也非常细心的给我指点错误和帮我分析问题，在此深表感谢！
第八部分参考文献
1、王启平主编.机床夹具设计.哈尔滨工业大学出版社.1996年2月第二版
2、白成轩编著.机床夹具设计新原理.机械工业出版社.1997年7月第一版
3、电子版.机床夹具设计手册
4、林文焕、陈本通编著.机床夹具设计.国防工业出版社.1987年8月第一版
5、方昆凡主编.公差与配合技术手册.北京出版社.1999年5月
6、东北重型机械学院、洛阳工学院、第一汽车制造厂职工大学编.机床夹具设计手册（第二版）.上海科学技术出版社
7、上海是金属切削技术协会编.金属切削手册.上海科学技术出版社。
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