气门摇臂轴支座专用夹具设计.docx
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气门摇臂轴支座专用夹具设计
机电及自动化学院
机械制造夹具
课程设计
设计题目：
气门摇臂轴支座专用夹具设计
专业：
08机械电子工程1班
学号：
0811113047
姓名：
指导老师：
前言
夹具课程设计是一个非常重要的教学环节，它既要求我们通过设计能获得综合应用过去所学的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力，这也为以后做好毕业设计进行一次综合训练和准备。
在我们学完过机械制造工艺学，工艺技术基础课以及专业课之后并参加了一些实践活动后，此次的设计是对大学期间所学各课程及相关的应用绘图软件的一次深入的综合性的总复习。
学习工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法；锻炼自己熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能。
而实际机械加工是讲究经济性，高效性，以及美观合理，作为学生的设计肯定在设计过程中有很多与实际不合，再所难免，望老师指出并给予指导。
一、零件的介绍分析…………………………………1
二、夹具设计任务…………………………………2
三、夹具设计方案确定…………………………………3
四、切削力及夹紧力的计算…………………………………6
五、定位误差分析与计算…………………………………8
六、公差配合的选用…………………………………10
七、钻模板的结构设计…………………………………10
八、致谢…………………………………11
九、参考文献…………………………………12
一、零件的介绍分析
1.1、本设计所设计的零件是6120柴油机中摇臂结合部的气门摇臂轴支座，它是柴油机上气门控制系统的一个重要零件。
直径为22mm的孔用来装配摇臂轴，轴的两端各安装一进、排气气门摇臂。
此孔要求的表面粗糙度和位置精度较高，工作时会和轴相配合工作，起到支撑的作用，直径15mm的孔用M14的螺杆与汽缸盖相连。
1.2、加工零件的工艺路线
K
图1定位面,加工面代号指示图
工序Ⅰ：
铸造；
工序Ⅱ：
清砂，检验；
工序Ⅲ：
时效处理HBS187-220;
工序Ⅳ：
以40mm下底面C定位，粗铣
30上端面A；
工序Ⅴ：
以粗铣后的
30上端面A定位，粗铣40mm下底面C；半精铣40mm下底面C；
工序Ⅵ：
以加工后的40mm下底面和∅30的圆柱外圆弧面定位，钻
15通孔，保证与底面0.005的垂直度要求并倒角；
工序Ⅶ：
以加工后的
15内孔表面H、加工后的40mm下端面C和R7圆弧后端面J定位，粗铣
34前端面F，半精铣
34前端面F；
工序Ⅷ：
以加工后的
15内孔表面H、加工后的40mm下端面C和
34外圆前端面F定位，粗铣
34后端面G，半精铣
34后端面G；
工序Ⅸ：
以加工后的
15内孔表面H、加工后的40mm下端面C和
34外圆前端面F定位，钻→扩→粗铰→精铰
22通孔，并倒角；
工序Ⅹ：
钳工去毛刺，清洗；
工序Ⅺ：
终检。
二、夹具设计任务
本设计是针对钻直径为15mm孔这一工序设计气门摇臂轴支座的专用夹具，在加工通孔时，孔的尺寸精度和表面粗糙度要求不是很高，由摇臂钻直接加工就可以达到要求，其中孔的直径由刀具的尺寸保证，孔的位置精度由设计的夹具来保证。
定位方案如图下所示：
图
（1）钻孔工序图
三、夹具设计方案确定
3.1、夹具体方式的确定
夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。
因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。
在设计夹具体时应满足以下基本要求。
1具有足够的强度和刚度。
2结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。
3安装稳定牢靠。
4结构的工艺性好，便于制造、装配和检验
5尺寸要稳定且具有一定精度。
6清理方便。
3.2、定位方案选择：
自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。
要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。
工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但是仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。
由于图形比较简单明了，加工的孔要用V形块来确定工件的角向位置，明显零件以加工后的40mm下底面和∅30的圆柱外圆弧面定位，下底面限制了3个自由度，为了防止过定位零件只能以一个短的V型块限制其两个自由度，由于绕OZ轴转动的自由度不影响圆孔的加工，所以采用不完全定位可以满足加工要求。
因此在设计夹具时我设计了两套方案：
方案一：
把V型短块做成卧式型的，来对
的外圆弧面定位，并且有一个侧平面对40mm下底面定位，夹紧方式为对R7的圆弧面进行垂直夹紧，对∅30的端面进行水平夹紧。
方案二：
把V型短块做成竖直形式，来对
的外圆弧面定位，并且有一个侧平面对40mm下底面定位，夹紧方式为对R7的圆弧面进行水平的夹紧。
比较两种方案，方案一需要两个夹紧机构，虽然竖立夹紧力一方面可以用重力抵消一部分，但是此方案加大了夹具体的设计难度，还有可能导致夹紧不当产生的附加误差，并且所用到的立式钻床不适用于钻卧式的孔。
而方案二只用到一个夹紧机构，进行钻孔加工时还对对定位大底面的夹紧力的作用。
综上所述，选择方案二较为合适。
3.3、夹紧方式及元器件的选择
夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。
对夹紧机构的基本要求如下：
1夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。
2夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量
3夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。
4结构力求简单，便于制造和维修。
为简化结构，确定采用螺栓连接活动V型块夹紧。
3.4、夹具总装结构图
图
（2）气门摇臂轴支座专用夹具装配图的主视图和俯视图
四、切削力及夹紧力的计算
钻削轴向力F
F=
因为做钻孔为深孔，所以取f=0.14mm/r,已知：
=15mm
查表得
＝588.60，
＝1，
＝0.8，
＝1
F＝1829.66N
钻削扭矩M
M=
其中f=0.14mm/r,已知：
=15mm
查表得
225.63,
=1.9.
=0.8,
M=8033N
在V型块上定位夹紧是夹紧力的计算：
零件受到的力矩为：
+2G
+2N
为底面定位所产生的力矩，由于底面尺寸不是规矩的，计算比较复杂，所以只要保证
2G
+2N
=M必定能满足夹紧要求。
其中G为在夹紧活动V块对
7mm外圆弧面的夹紧力，N则为V型块定位面对工件
15mm的外圆弧面的反作用力，设F为总的理论夹紧力。
又V型块的角度为90°，所以N=
G=
.。
夹紧活动V块的摩擦系数为
，取值为0.7，而
为定位V型块的摩擦系数，取值为0.16。
综上算得：
F=778.1N。
在加工过程中，由于工艺的不同，工件材质和加工余量的不同以及刀具钝化等因素的影响，欲准确地确定所需夹紧力是很困难的。
因此，为了夹紧可靠，必须将计算所得的理论夹紧力乘以安全系数作为实际所需的夹紧力。
式中，
——基本安全系数，
——加工状态系数，
——刀具钝化系数，
——切削特点系数
根据参考文献选取
=1.2
=1.0
=1.2
=1.3
K=
=1.872
因为
=K
F,所以实际夹紧力为：
=1.872
778.1=1456.6N
五、定位误差分析与计算
5.1影响加工精度的因素
一批工件依次在夹具中进行定位时，由于工序基准的变动对加工表面尺寸所造成的极限值之差称为定位误差。
产生定位误差的原因是工序基准与定位基准不相重合或工序基准自身在位置上发生偏移或位移所引起的。
用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹具有关的因素有：
定位误差ΔP、对刀误差ΔT、夹具在机床上的安装误差ΔA和夹具误差ΔE，在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差ΔG。
上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差∑Δ。
所加工零件中对所钻孔的轴线所需要达到精度要求为X轴方向0.3mm,Y轴方向误差由加工两端面所决定，所以取值为0。
a.外圆定位误差
由于V型块定位的外圆没有公差范围要求，为了保证所钻孔的定位轴线的定位误差不至于过大，所以
（O）取值为0.01mm
b.对刀误差ΔT
因为刀具相对于对刀或导向装置不精确造成的加工误差，称为对刀误差。
本工序中麻花钻是采用固定钻模套进行导向，钻孔时导向误差计算公式为：
即得导向误差
mm
c.夹具在机床上的安装误差ΔA
因为夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。
一般取：
Δ水A=0.02mmΔ垂A=0mm
d.夹具误差ΔE
因夹具上定位元件，对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度和夹具装配时的调整和修配精度。
一般取ΔE=0.04mm
e.加工方法误差ΔG
因机床精度，刀具精度，刀具与机床的位置精度，工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差，因该项误差影响因素很多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的
。
计算时可设ΔG=
。
——工件位置公差取0.20
ΔG=
（3-5）
5.2.保证加工精度
工件在夹具中加工时，总加工误差∑Δ为上述各项误差之和。
因此，保证工件加工精度条件是：
∑Δ=
（O）+ΔT+ΔA+ΔE+ΔG=0.01+0.04+0.02+0.04+0.067=0.177mm
综上所述，工件总加工误差∑Δ应不大于工件的加工尺寸公差，本夹具完全可以保证加工精度。
为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时需留出一定精度储备量
，因此将上式改为：
≤
－
→
=
－
（3-7）
当
≥0时夹具能满足加工要求，根据以上
=
－
=0.20-0.177=0.023≥0
所以夹具完全可以满足加工要求。
六、公差配合的选用
钻模板外径与固定钻模套的配合选取了H7/n6。
七、钻模板的结构设计
安装固定钻套的零件称为钻模板，它是保证钻模精度的重要零件。
按钻模板在夹具体上的联接方式可分为固定式钻模板和活动式钻模板两种。
固定式钻模板靠螺钉和销钉固定联接于夹具体上，保证了钻套底孔的位置精度要求。
活动式钻模板不如固定式钻模板精度高。
所以选用固定式钻模板。
由于固定式钻模板的尺寸较大，应选用铸件材料，时效处理，以保证其稳定性。
八、致谢
本课程设计主要培养学生综合运用所学的知识来分析处理生产工艺问题的能力，使学生进一步巩固有关实际知识，把握机械加工工艺规程设计的方法，提高独立工作的能力，为将来从事专业技术工作打好基础。
经过这次专业课程综合设计，使我从中学到了以前在课内学不到的东西，受益匪浅。
首先，能把以前所学的各种知识，综合地运用于这次设计中，巩固了以前所学的知识；其次学会了参阅各种资料及查各种余量、切削用量等手册；最后，掌握分析问题，解决问题的方法。
希望自己通过这次夹具课程设计能够掌握和理解对知识的应用，找出自己的不足，在步入社会之前补充自己的能力，为以后的发展做好准备。
九、参考文献
【1】机床夹具设计手册.上海科学技术出版社
【2】胡拓.现代机床夹具设计.化学工业出版社
【3】李军.互换性与测量技术基础.华中科技大学出版社
【4】机械工业部农机工业局.钻工工艺学（初、中级）.机械工业出版社
【5】大连理工大学工程画教研室.机械制图（第五版）.高等教育出版社
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