機械制造技術課程設計撥叉鉆孔的專用夾具設計

課程設計 機械制造工藝學課程設計 撥叉鉆孔的專用夾具設計 班 級： 學 號： 姓 名： 指導老師： 機電及自動化學院 2015年 01 月 26 日 目 錄 前 言 1 設計任務 2 1零件的工藝分析 3 1.1設計題目 3 1.2零件的使用要求基本分析 3 1.3零件的工序特點 3 2.定位方案選擇 4 2.1定位方案分析 4 2.1.1定位方案a 4 2.1.2定位方案b 4 2.2定位方案確定 5 3.夾緊方案選擇 5 3.1夾緊方案a 6 3.2夾緊方案b 6 3.3夾緊方案確定 6 4夾具具體結構 6 4.1定位元件 6 4.2夾緊機構 7 4.3導向機構 7 4.3.1鉆模體機構 7 4.3.2.鉆套的選擇 8 4.3.3鉆套高度的選擇 8 4.3.4排屑間隙 9 5.定位誤差 9 5.1定位誤差分析 9 5.2定位誤差計算 9 6夾緊力計算 10 6.1切削力計算 10 6.2實際所需夾緊力計算 10 6.3夾緊力校核 11 7夾具精度分析與計算 12 8夾具總裝 12 總結 14 參考文獻 15 前 言 機械制造工藝學課程設計是在學完了機械制造工藝學（含機床夾具設計）和大部分專業(yè)課，并進行了實習的基礎上進行的一個教學環(huán)節(jié)。也是大學本科里的最后一次課程設計。這次設計為了使我們能綜合運用機械制造工藝學中的基本理論，并結合生產(chǎn)實習中學到的實踐知識，獨立的分析和解決工藝夾具問題。讓我們初步具備設計一個中等復雜程度零件的機械加工工藝所需的夾具設計的能力，也是熟悉和運用有關手冊、圖表等技術及編寫技術文件等技能的一次實踐機會，形成規(guī)范解決問題的理念。設計是一項復雜細致的工作，本次設計更主要是為了通過解決在設計過程中常遇到一些困難和問題，積累了一些經(jīng)驗和教訓，發(fā)揮自己的主觀能動性，為今后的畢業(yè)設計及未來從事的工作打下良好的基礎。 當然由于水平有限，說明書中難免出現(xiàn)一些錯誤和不妥指出，還希望老師不吝指出。 設計任務 本次課程設計的任務是設計撥叉鉆孔的專用夾具的設計，目的是通過課程設計，學會綜合運用過去所學過的相關課程的知識，經(jīng)受一次理論聯(lián)系實際的綜合訓練，熟悉專用夾具設計的原則、步驟和方法，具備夾具設計的基本能力。 設計要求： 1. 設計課題:撥叉鉆孔的專用夾具設計 2. 生產(chǎn)綱領：中批量生產(chǎn) 上交材料： 1. 課程設計說明書一份 2. 零件圖 一張 3.工序卡一張 4.夾具裝配圖 一張 5.非標件零件圖 兩份 1零件的工藝分析 1.1設計題目 根據(jù)工序6（對Ф15的孔進行鉆孔）設計一套專用夾具。 1.2零件的使用要求基本分析 本次設計的專用夾具相應的零件是中批量生產(chǎn)的撥叉。撥叉是一個很重要的零件，因為其零件尺寸比較小，結構形狀較復雜，但其加工孔和表面的精度要求較高，上下表面、圓弧表面都有粗糙度要求，零件精度要求較高，加工精度要求較高。其中，Ф15孔與底面的垂直度和上下端面的平行度要求較高，有精度要求，因為其尺寸精度、幾何形狀精度和相互位置精度，以及各表面的表面質(zhì)量均影響機器或部件的裝配質(zhì)量，進而影響其性能與工作壽命，因此它們的加工是非常關鍵和重要的。 1.3零件的工序特點 加工該工序使用的是鉆床Z535，加工工序6前，工件已經(jīng)加工了上下端面、前后端面、左右端面，即零件各面均可用于直接定位。如圖1.1所示： 圖1.1 撥叉零件圖 2.定位方案選擇 在夾具設計中，工件在夾具中定位的主要工作內(nèi)容包括：根據(jù)工件的表面結構特征和工序要求，確定工件需要限定的自由度；確定定位方式，即確定工作上的定位表面及其與之相對應的定位元件；分析工件各表面定位方式組合后限定自由度的情況，對欠定位的進行定位方案修改，對不必要的過程定位自由度采取消除措施。擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量?；鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應該根據(jù)零件圖的技術要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。 根據(jù)工序6特點，鉆Ф15的通孔，限制6個自由度。 2.1定位方案分析 2.1.1定位方案a 使用下底面限制3個自由度，再用V形塊和擋板限制另外的3個自由度。下底面限制了Z軸的移動、繞X軸的轉動和繞Y軸的轉動，V形塊和側面擋板限了制X軸的移動、Y軸的移動和Z軸的轉動。剛好限制的6個自由度沒有出現(xiàn)過定位或者欠定位。 分析可知，該定位方案滿足要求。 2.1.2定位方案b 使用一面一銷和V形塊進行定位，下底面限制了Z軸的移動、繞X軸的轉動和繞Y軸的轉動，定位銷限制了繞Z軸的轉動，V形塊限制X軸的移動、Y軸的移動。也是剛好限制了6個自由度沒出現(xiàn)過定位和欠定位。 分析可知，該定位方案滿足要求。 2.2定位方案確定 工序6為鉆15的孔，使用方案b的短定位銷不僅零件不好拆卸，而且設計基準與定位基準不重合，會增大定位誤差，很難保證左右端面與孔中心線的對稱要求，而方案a既簡單又容易拆卸，也能使設計基準與定位基準重合，減小定位誤差，故方案a更合理。 3.夾緊方案選擇 在夾緊機構設計時，一般根據(jù)工件的結構、尺寸、生產(chǎn)類型和工序內(nèi)容等選擇合適的夾緊機構，并盡可能采用標準的零部件，使夾具的制造周期短、成本低。夾緊力源通常根據(jù)批量生產(chǎn)類型確定，由于裝配支撐塊生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，且工件尺寸較小，切削力不大，所以夾緊力源可采用手動的夾緊裝置。在確定夾緊力的方向、作用點的同時，要確定相應的夾緊機構。 確定夾緊機構要注意以下幾方面的問題： ①安全性 夾緊機構應具備足夠的強度和夾緊力，以防止以外傷及夾具操作人員。 ②手動夾具夾緊機構的操作力不應過大，以減輕操作人員的勞動強度。 ③夾緊機構的行程不宜過長，以提高夾具的工作效率。 ④手動夾緊機構應操作靈活、方便。 （1）.夾緊力的方向：夾緊力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的剛性方向，不能使工件有脫離定位表面的趨勢，防止工件在夾緊力的作用下產(chǎn)生變形。 1).作用方向應垂直于工件的主要定位基準，以保證加工精度； 2).作用方向應與工件剛度最大的方向一致，以減少工件的夾緊變形； 3).作用方向應盡量與工件的切削力、重力等的作用方向一致，以減小夾緊力； 綜合上述，選擇夾緊力的作用點在Φ27孔的左端面。 （2）.夾緊力的作用點：夾緊力的作用點應選擇在定位元件支承點的作用范圍內(nèi)，以及工作剛度高的位置。確保工件定位準確、不變形。 夾緊力的作用點的設計原則 1).應落在支承元件上或幾個支承元件所形成的支承平面內(nèi)，以避免破壞定位或造成 較大的夾緊變形； 2).應落在工件剛性較好的部位上； 3).應盡可能靠近加工面，以提高工件加工部位的剛度和抗振性。 3.1夾緊方案a 使用螺旋壓板夾緊機構對撥叉的左端面進行夾緊。 螺旋壓板夾緊機構實現(xiàn)對工件的夾緊，采用標準的夾緊螺釘，螺旋升角很小，自鎖性能好，壓板又是標準件有利于實現(xiàn)夾緊工件，減少夾具的減少制造周期。能夠達到對工件的夾緊要求。 3.2夾緊方案b 使用單螺旋夾緊機構對撥叉的前端面進行夾緊。 單螺旋夾緊機構采用螺紋自鎖原理實現(xiàn)對工件的夾緊，能夠達到對工件的夾緊要求。 3.3夾緊方案確定 比較方案a和方案b，使用方案b缺點：夾緊動作慢、工件裝卸費時，且機構相對復雜，對于定位比較麻煩，而方案a不僅操作簡單，機構也更加簡單，零件的拆卸快，誤差小，所以選擇方案a更加合理。如圖3.1所示： 圖3.1 夾緊機構示意圖 壓緊機構由壓板和自鎖螺栓組成，既能實現(xiàn)自鎖又能有較大的夾緊力，便于拆卸和裝夾。 4夾具具體結構 4.1定位元件 工件以平面定位的定位元件有底板、側面擋板、和V形塊。其中V形塊可自動對心。底板與工件配合要求地面平面度要好和與下底面的平行度和粗糙度要求高，側面擋板限制其繞Z軸轉動也是與工件接觸要有一定的粗糙度要求。 4.2夾緊機構 單螺旋夾緊機構：采用方案a進行夾緊如圖4.1所示： 圖4.1 單螺旋夾緊機構圖 由螺釘和壓板組成，自鎖性好，承受的壓力大。 4.3導向機構 4.3.1鉆模體機構 用來裝配鉆套和與夾具體的配合，鉆模體與鉆套的配合是鉆模體下底面與夾具體基體配合所以平面度要求比較高，上表面又要與孔保持垂直度要求一般保持在Ф0.02左右，對于撥叉零件去Ф0.02保證其精度，鉆模體與底板的配合連接靠螺栓鎖緊和定位銷定位保證其上平面與底板平行。如圖4.2所示： 圖4.2 鉆模體示意圖 用于與鉆套的配合，有特定的公差配合保證其加工精度。 4.3.2.鉆套的選擇 鉆床夾具的導向元件為固定鉆套,它的作用是確定刀具相對夾具定位元件的位置,并在加工中對鉆頭等加工刀具進行引導,保證被加工孔的位置精度和防止刀具在加工中發(fā)生偏斜。 固定鉆套適用范圍： 1中批量生產(chǎn)用的鉆模應采用外徑直接壓入鉆模的固定鉆套。 2對于下列情況應采用帶肩固定鉆套 （1）利用鉆套端面左基面 （2）鉆模板較薄 （3）要防止細碎切屑進入孔內(nèi) 可換鉆套的適用范圍： 1鉆套磨損后更換方便，適用大批量生產(chǎn) 2適用在鉆套外徑很大，以致不容易壓入鉆?；蛞蜚@模壁較薄壓入鉆套容易產(chǎn)生變形時采用。 對于本次夾具設計是屬于中批量生產(chǎn)，且鉆套的外徑才Ф22mm，適用固定鉆套，鉆套選擇外徑Ф22mm，內(nèi)徑Ф14mm，高度16mm,帶肩的固定鉆套，與鉆模體采用配合。如圖4.3所示： 圖4.3 鉆套示意圖 4.3.3鉆套高度的選擇 鉆套高度與所鉆孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具剛度、工件表面形狀等因素有關。鉆套高度H越大,刀具的導向性越好，但刀具與鉆套的摩擦越大,一般取H=(1～2.5)D，孔徑小、精度要求高時，H取較大值，所以H=(123～2.525)mm=(23～62.5)mm。查文獻《機械制造技術基礎課程設計指南》表5-181可取固定鉆套的高度H=16mm。 4.3.4排屑間隙 排屑間隙h值應適當選取，h值太小時，切屑難以自由排出，使加工表面被損壞；h值太大時，會降低鉆套對鉆頭的導向作用，影響加工精度。加工鑄鐵時，h=(0.3～0.4)D 即h=(0.3～0.4)D=（0.323～0.425）mm=（6.9～10）mm。查文獻【2】《機械制造技術基礎課程設計指南》表5-181，可取排屑間隙h=10mm。 5.定位誤差 定位誤差包括兩個部分，一是由于工件的定位基準與工序基準或設計基準不重合而引起的定位基準變動量，稱為基準不重合誤差；二是由于工件上的定位基準和定位元件上的定位工作表面的制造不準確（包括配合間隙）而引起的定位基準位置的變動量，稱為基準位移誤差。 5.1定位誤差分析 由于該夾具使用下底面作為基準限制3個自由度、V形塊右限制2個自由度、側面擋板限制一個自由度，從而完全定位，所以設計基準與定位基準重合，即該定位方式下，各定位基準的基準不重合誤差為零，所以主要計算基準的位移誤差。 5.2定位誤差計算 一般情況下，定位誤差應滿足： △dw≤(1/3~1/5) 該工序6是鉆15孔，主要是V形塊定位的誤差計算。 根據(jù)參考文獻[5]第8頁，表1-6可知： 定位誤差計算公式（90度V形塊）： =0.00923mm =0.00273mm =0.015mm 經(jīng)分析可知其誤差都小于0.1。 即：該定位方案所以滿足要求。 6夾緊力計算 6.1切削力計算 鉆15孔時選用：鉆床Z535，刀具用高速鋼。由參考文獻[2]第34頁公式（2-1）可知:切削力公式為： 其中： ， 灰鐵硬度取190HBW 即： 6.2實際所需夾緊力計算 根據(jù)參考資料[1]第299頁，表6.22可知： 式中，根據(jù)參考資料[4]第478頁表3-19，取 總的安全系數(shù)K可按下式?jīng)Q定： 式中：——基本安全系數(shù)，一般取1.0； ——加工狀態(tài)系數(shù)，粗加工取1.2，精加工取1.0； ——刀具鈍化系數(shù)，一般取1.0-1.9；可參考參考資料[4]表3-20選?。? ——切削特點系數(shù)，連續(xù)取1.0，斷續(xù)取1.2； ——夾緊動力穩(wěn)定性系數(shù)，手動夾緊取1.3，機動夾緊取1.0； ——手動加緊手柄位置系數(shù)，若手柄位置操作方便，手柄偏轉角度范圍小，取1.0；若手柄位置操作不方便，手柄偏轉角度范圍大，取1.2。 ——僅在有力矩企圖使工件回轉時，才應考慮支撐面接觸情況系數(shù)。 K的值約為： 所以： 由計算可知所需實際夾緊力適中，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用單螺旋夾緊機構。 6.3夾緊力校核 根據(jù)參考文獻[4]第488頁表3-26可得： 帶手柄螺釘M16可用夾緊力為：Q=7900N 由Q>可知，該單螺旋夾緊機構滿足夾緊要求，即該機構工作是可靠的。 7夾具精度分析與計算 為保證夾具設計的正確性，首先要在設計圖樣上對夾具的精度進行分析。用夾具裝夾工件進行加工時，其工序誤差可用誤差不等式： 式中：△D———定位誤差，mm； △A———安裝誤差，mm； △T———調(diào)整誤差，mm； δK———工件工序尺寸公差，mm 定位誤差 （設計定位元件已計算） 安裝誤差 定位心軸與夾具底面的垂直度公差為0.01mm，即安裝誤差 調(diào)整誤差 鉆套與鉆模體之間的尺寸公差為0.024mm，即調(diào)整誤差。 （） 因而該夾具能保證Ф15的基本尺寸公差和位置度0.15mm的加工要求。 8夾具總裝 專用夾具包含了：（1）夾具體（2）夾緊機構（3)撥叉 (4)M5螺栓 (5)定位銷 (6)鉆模體(7)鉆套 (8)V形塊 (9)沉頭螺釘 (10）圓柱螺釘組成；由V形塊、底面和擋板進行定位，V形塊利用螺栓與夾具體連接鎖緊，可自動對心。鉆模板利用2根定位銷進行定位，再利用一對螺釘鎖緊連接，可拆卸，定位好，鉆套采用固定鉆套與鉆模版直接固定保證其垂直度，夾緊機構采用手動式螺栓鎖緊，便于拆卸和裝夾。對于夾具體與鉆床T形臺的連接采用一對螺栓鎖緊。操作時只需擰松夾緊機構進行裝夾，拆卸也是靠夾緊機構進行松開。從而取出工件。如圖8.1所示： 圖8.1 總裝示意圖 夾具裝配圖標注尺寸、配合及技術要求 1） 確定定位元件間的尺寸，兩定位銷距離72mm。 2） 根據(jù)加工孔的加工要求，位置度公差為零件相應尺寸0.1的公差值的1/3。 3） 鉆套中心線與夾具底面的垂直度公差為Ф0.02mm。 4） 定位銷軸線與底面的垂直度公差為Ф0.02mm。 5） 定位平面與夾具體地面平行度公差為0.01mm。 6） 標注關鍵件的配合尺寸如圖，，。 總結 此次設計是對撥叉零件的加工工序6的專用夾具設計，即：對于φ15孔鉆，選用全約束的定位方式，并以操作簡單的手動夾緊方式夾緊，其機構設計簡單，方便且能滿足要求。通過這次課程設計，使我對零件制造中的加工工藝和夾具設計都有了更進一步的認識，也加深了對大學所學基礎知識的學習和理解。課程設計是理論聯(lián)系實際的最有效方法。在具體設計過程中，必須考慮到方方面面的問題，在理論上正確無誤的設計，在實際中往往存在各種問題。這樣，在設計時就必須考慮所設計的機構是否合理，在實際運用中能否正常工作，而不僅僅考慮理論上的可行性，課程設計使我學會了從實際出發(fā)設計加工零件的工藝規(guī)程。在本次設計中，經(jīng)濟因素也是非常重要的，應以最經(jīng)濟的加工方式，達到最符合要求的工藝技術要求，從而實現(xiàn)以最低的成本完成最合理的加工。 總的來說，這次的課程設計使我獲益良多，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過這次課程設計，我才真正領略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我想說：設計確實有些辛苦，但苦中也有樂；設計確實很累，但當我們研究出數(shù)據(jù)制成成果時，心中也不免產(chǎn)生興奮…… 本次夾具設計是一次難得的實踐機會，不僅鞏固了已學知識，并且在如何做好設計，如何利用資源，如何修改設計方案等方面有了一定的提高。但是由于自己相關專業(yè)知識知貧乏，當中可能會出現(xiàn)一些問題，希望老師諒解，并多多批評和指正。 參考文獻 [1]尹成湖，李保章，杜金萍主編.機械制造技術基礎課程設計.高等教育出版社，2009.3 [2]盧秉恒主編.機械制造技術基礎. 機械工業(yè)出版社，2007.12 [3]王大康，盧頌峰主編.機械設計課程設計.北京工業(yè)大學出版社，2010.3 [4]浦林祥主編.金屬切削機床夾具設計手冊.機械工業(yè)出版社，1995 [5]曹巖主編.機床夾具手冊與三維圖庫.化學工業(yè)出版社，2010.3 [6]李柱主編.互換性與測量技術.高等教育出版社，2004.12 [7]沈蓮主編.機械工程材料.機械工業(yè)出版社，2007.8 14