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1、“挡环”零件的钻床夹具设计1 1 引言设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要因素。由于各产业对机械的性能要求不同而有许多专业性的机械设计，如纺织机械设计、矿山机械设计、农业机械设计、船舶设计、汽车设计、机床设计、压缩机设计、内燃机设计、汽轮机设计等专业性的机械设计分支学科。在机械制造厂的生产过程中,用来安装工件使之固定在正确位置上 ,完成其切削加工、检验、装配、焊接等工作,所使用的工艺装备统称为夹具。如机床夹具、检验机械夹具、焊接夹具、装配夹具等。钻床夹具的概述：钻床夹具：用干各种钻床（镗床组合机床）上的夹具，又称钻模，镗模。主要目的保证孔的精度（位置）。要想对钻床夹具有深刻的了
2、解，就要先知道钻床夹具的特点。在一般钻床对工件进行空加工，多具有以下特点: 首先是刀具本身的刚性比较差。钻床上所加工的空多为小尺寸的孔，其工序内容不外乎钻、扩、铰、锪或攻螺纹等加工，所以，刀具直径往往比较小，而轴向尺寸比较啊，刀具的刚性均较差。其次是多刃刀的不对称，易造成空的形位公差。钻、扩、铰等孔加工刀具，多为多刃刀具，当刀刃分布不对称，或刀刃分布不对称，或刀刃长度不等，会造成被加工孔的制造误差，尤其是采用普通麻花钻钻孔，手工刃磨钻头所造成的两侧不对称，极易造成被加工孔的孔位偏移、 孔径增大及孔轴线的弯曲和歪斜， 严重影响孔的形状、 位置精度。再有就是普通麻花钻头起钻时，孔的精度极差。普通麻
3、花钻轴向尺寸大，结构刚性差，加上钻心结构所形成的横刃，破坏定心，使钻尖运动布稳定，往往在起钻过程造成较大的孔位误差。在单件、小批量生产种中，往往要考操作工在起钻过程中不断地进行人工矫正控制孔位精度，而在大批生产中，则需依靠刀刃结构的改进和夹具对刀具的严格引导解决。综合以上孔加工特点，钻床夹具的主要任务是解决好工件相对刀具的正确加工位置的严格控制问题。 在大批量生产中， 为有解决钻头钻孔的精度不稳定的问题，多直接设置带有刀具引导的钻模板，对钻头进行正确引导和对孔位进行强制性限制。尤其是对箱体、盖板类工件的钻孔，往往要同时有多支钻头一次性钻出众多的孔，为保证加工孔隙的位置精度，一定要通过一块精确的
4、模版，把多个孔位由引导限制好。这种用来正确引导钻头控制孔位精度的模版。专业化、高效生产中的钻床夹具，通常具有较精确的钻模版，以正确、快速地引导钻头控制孔位精度，这是钻床夹具的最主要的特点。所以，习惯上又把钻床夹具称为钻模。为防止钻刃破坏钻模板上引导孔的孔壁，多在引导孔中设置高硬度的钻套，以维持钻模板的孔系精度。陕西航空技师学院毕业设计2 2 设计思想2.1主要技术指标1）保证工件的加工精度专用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）提高生产效率专用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
5、程度的快速高效夹紧装置，以缩短辅助时间，提高生产效率。3）工艺性好专用夹具的结构简单、合理、便于加工、装配、检验和维修。专用夹具的生产属于中批量生产。4）使用性好专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。5）经济性好除考虑专用夹具本身结构简单、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 设计方案、设计方法、设计手段。研究原始资料 ,在明确夹具设计任务后，应对以下几方面的原始资料进行研究。2.2研究加工工件图样。了解该工件的结构形状、尺寸、材料、热处理要求，主要表面的加工精度、表面粗糙度及其它技术要求
6、。熟悉工艺文件，明确以下内容1）毛坯的种类、形状、加工余量及其精度。2）工件的加工工艺过程、工序图、 本工序所处的地位，本工序前已加工表面的精度及表面粗糙度，基准面的状况。3）本工序所使用的机床、刀具及其它辅具的规格。4）本工序所采用的切削量。2.3拟订夹具的结构方案拟订夹具的结构方案包括以下几个内容. 1）确定夹具的类型各类机床夹具均有多种不同的类型、钻床夹具有固定式、翻转式、盖板式和滑板式等，应根据工件的型状、尺寸、加工要求及重量确定为回转式。“挡环”零件的钻床夹具设计3 2）确定工件的定位方案，设计定位装置根据六点定位原则，通过分析工序图确定工件以椎孔定位，定位元件为心轴。3）确定工件的
7、夹紧方式，设计夹紧装置常用的夹紧机构有斜楔夹紧、螺旋夹紧、偏心夹紧、铰链夹紧等。根据工件的结构，加工方法其因素确定为螺旋夹紧。4）确定引导元件（钻套的类型及结构尺寸）钻套的类型有固定式钻套、可换式钻套、快换式钻套、特殊式钻套，根据工件加工量确定为可换式钻套。5）夹具精度分析与计算6）绘制夹具总图2.4主要工作程序1）零件本工序的加工要求分析2）确定夹具类型3）拟定定位方案和选择定位元件4）确定夹紧方案5）确定引导元件 (钻套的类型及结构尺寸 ) 6）夹具精度分析与计算7）绘制夹具总图8）绘制夹具零件图样9）编写设计说明书2.5总结我们在设计专用夹具时为了能满足工件的加工精度要求，考虑了合理的定
8、位方案、合适的尺寸、公差和技术要求，并进行了必要的精度分析。由于是中批量生产，采用了固定式钻床夹具，提高了生产效率。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。通过对钻床夹具设计的制作，进一步巩固和所学基本知识并使所学知识得到综合运用。学会查阅和收集技术资料，提高运用计算机辅助设计的能力，树立正确的设计思想和严谨的工作作风。设计思想：以定位轴为主定位，以固定式套筒为辅助定位。此次设计需要完成的题目如下：如图 2-1 所示，设计加工挡环上 10H7 小孔的钻床夹具。 图中其他各表面均已加工完
9、毕，并且中等批量生产。 本工序是为一挡环零件加工1 个10H7 的小孔 ,所设计的一陕西航空技师学院毕业设计4 套钻床专用夹具。主要技术指标能保证工件的加工精度、提高生产效率、工艺性和使用性好。（图 2-1 ）零件图“挡环”零件的钻床夹具设计5 3 钻床夹具设计过程如图 3-1 所示为挡环工件造型图：（图 3-1）零件造型图3.1零件本工序的加工要求分析本工序使用机床为Z5125 立钻。刀具为通用标准工具，钻10H7 孔。本工序前已加工的表面有：50 孔、24H7 孔及其端面；外径 80、64两端面。3.2 确定夹具类型本工序所加工一个孔(10H7)，位于工件外径 80 的圆周上，孔径较小，工
10、件重量轻、轮廓尺寸以及生产量为中批量生产等原因，采用固定式钻模。陕西航空技师学院毕业设计6 3.3 拟定定位方案和选择定位元件1）定位方案根据工件结构特点，其定位方案有两种：以 24H7 孔及其左端面为定位面， 限制 5 个自由度。 这一定位方案， 存在基准不重合误差，会引起较大的定位误差。以 24H7 孔定位，以 50 孔左端面为定位面，限制5 个自由度。这一定为方案设计基准与定位基准重合，所以B=0 比较上述两种定位方案，初步确定选用第二种方案。2）选择定位元件选择带台阶面的定位心轴，作为以10H7 孔及其端面的定位元件。定位配合取10H7/f6。3）定位误差计算加工10H7 孔时孔距尺寸
11、180.1mm 的定位误差计算由于基准重合，故 B=0；不存在基准位移误差，故 D=0 。由此可知此定位方案能满足尺寸180.1mm 的定位要求。3.4确定夹紧方案参考夹具资料，以定位轴为主定位，以固定式套筒为辅助定位，采用M18 螺母、端盖、垫圈和定位轴在 24H7 孔右端面夹紧工件。3.5确定引导元件由于生产量为中批量生产故选用可换钻套。主要尺寸由机床夹具零、部件国家标准 GB/T2263 80 、 GB/T2265 80 选取。钻孔时钻套内径为 10mm。外径为 16mm 。中间衬套内径为 16mm。中间衬套外径为 22mm。钻套端面至加工面的距离取8mm。麻花钻选用 10mm 。引导元
12、件至定位元件间的位置尺寸为500.03mm。钻套轴线对基面的垂直度允差为0.02mm。3.6 夹具精度分析与计算所设计夹具需保证的加工要求有：尺寸18 0.1mm；孔 10 轴线对 24 轴线间垂直度公差 0.1 mm 等二项，精度分别验算如下：1.尺寸 18 0.1mm 的精度校核A、定位误差 D，有前计算，已知 D=0；B、钻套与中间衬套间的最大配合间隙T1= 0.027mm；“挡环”零件的钻床夹具设计7 C、定位轴的定位端面至衬套中心距离（50mm）其尺寸公差按工件相应尺寸公差的三分之一取为 J1=0.03 mm；D、麻花钻与钻套内孔的间隙X 2= 0.04mm；E、钻套外径与中间衬套内
13、径间的最大配合间隙I= 0.027mm；F、钻头在钻套孔中的倾斜误差：X1=（B+S+H/2）X2 H 由于 B=5 mm，S=8 mm，H=15 mm。所以 X1=（5+8+9）0.0418=0.059 G、钻套中间衬套内外表面轴度公差e1=e2=0.02 mm ；按概率法相加T=（2J1）2+ e12+ e22+ 12+ X12=0.124 mm D+T=0.124 mm0.2 mm 因而该夹具能保证尺寸18 0.1 mm 的加工要求。2.孔，10 轴线对 24轴线间垂直度公差0.1 mm精度校核钻套孔轴线对夹具底座间垂直度误差T=0.02 mm 因此夹具能保证两孔轴线的垂直度要求。3.7
14、夹紧机构设计与夹紧计算夹紧机构设计根据设计思想，则此钻床夹具采用固定式钻床夹具，如图3-2 所示：陕西航空技师学院毕业设计8 （图 3-2 ）夹具图夹紧计算09.81Z fYf FFFC dfK查表可得FC=42.7、xf=1.0、yf=0.7、.ZFK=.0.9 因此 Fz=.595N 09.81ZMYM MMMC dfK查表可得MC=0.021、xM=2.0、yM=0.8、.MK=.0.87 因此 扭矩M=1.6Nm 由夹紧力机构产生的实际夹紧力应满足下式P=KF其中：其余系数 K=K1 K2K3K4 K1基本安全系数1.3 K2加工性质系数 1.1 K3刀具钝化系数 1.15 K4断续刀
15、削系数 1.2 所以K=1.31.11.151.2.=1.98 “挡环”零件的钻床夹具设计9 考虑实际夹紧力较小， 以及所加工零件的结构特征， 决定选用滑动压板夹紧结构而且不需要进行强度 .校核.。3.8操作过程说明扭松螺母取下端盖将工件装到定位轴上，装上端盖扭紧螺母，则工件被固定。扭松螺母，拆下端盖，则可取下工件。陕西航空技师学院毕业设计10 4.绘制夹具总图绘制的夹具零件如图4-1 所示。根据已完成的夹具结构草图， 进一步修改结构， 完善视图后， 绘制正式夹具总装图。如图 4-1 所示; 图 4-1 夹具总图“挡环”零件的钻床夹具设计11 5.夹具零件图绘制的夹具零件如图5-1 所示。图
16、5-1 夹具零件定位轴陕西航空技师学院毕业设计12 6.课程设计心得体会课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们从事职业工作的一个必不可少的过程 .为期二年的高级技工培训工作接近尾声，回顾整个过程，我们在老师的指导下，取得了可喜的成绩，课程设计作为机械制造工艺学课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产中的感性认识。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。总体来说，通过这次设计我受益匪浅。在摸索该如何画出夹具零件图时的过程中，也特别有趣，培养了我的设计思维，增加了理论知识。对一些先进的生产技术和工艺，先进材料有一定的了解和认识。对未来的生产技术有很大的想象空间。在让我体会到了搞设计艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。本次课题设计主要为专用夹具设计。我们运用了基准选
