立臂鉆床夾具創(chuàng)新設(shè)計(jì)說明書.doc

洛陽理工學(xué)院創(chuàng)新設(shè)計(jì)說明書課 程 名 稱 先進(jìn)制造技術(shù) 設(shè) 計(jì) 課 題 立臂鉆床夾具創(chuàng)新設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級 姓 名 學(xué) 號 2017年 03月08日第1章 夾具的發(fā)展概況機(jī)床夾具實(shí)在金屬切削中用以準(zhǔn)確地確定工件位置，并將其牢固地夾緊，以接受加工的工藝裝備。它的主要作用是：可靠的保證工件的加工質(zhì)量，提高加工效率，減輕勞動強(qiáng)度，充分發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能。因此，機(jī)床夾具在機(jī)械制造中占有重要的地位。夾具最早出現(xiàn)在18世紀(jì)后期。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。1、機(jī)床夾具的現(xiàn)狀國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計(jì)表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85左右。現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔34年就要更新5080左右專用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量僅為1020左右。特別是近年來，數(shù)控機(jī)床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對機(jī)床夾具提出了如下新的要求：(1) 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本；(2) 能裝夾一組具有相似性特征的工件；(3) 能適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具；(4) 能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具；(5) 采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步減輕勞動強(qiáng)度和提高勞動生產(chǎn)率；(6) 提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。2、現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。(1) 標(biāo)準(zhǔn)化 機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T2148T225991以及各類通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)總成本。(2) 精密化 隨著機(jī)械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應(yīng)提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達(dá)0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5m。(3) 高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強(qiáng)度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應(yīng)的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機(jī)床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機(jī)床的效率。(4) 柔性化 機(jī)床夾具的柔性化與機(jī)床的柔性化相似，它是指機(jī)床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應(yīng)工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴(kuò)大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結(jié)構(gòu)為可拆結(jié)構(gòu)，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當(dāng)前夾具發(fā)展的主要方向。第2章 夾具設(shè)計(jì)2.1 夾具的功用機(jī)床夾具是在機(jī)床上用以準(zhǔn)確，迅速地安裝工件或刀具，從而保證工件與刀具間正確相對位置的一種工藝裝備。使用夾具可以有效地保證工件的加工質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍和減輕勞動強(qiáng)度；因此，夾具在機(jī)械制造中占有重要的地位。2.2 夾具的設(shè)計(jì)2.2.1. 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作1、 明確工件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)機(jī)床夾具是在機(jī)床上裝加工件的一種裝置，其作用是使工件相對機(jī)床和刀具有一個正確的位置，并在加工過程中保持不變。它是夾具總體方案確定的依據(jù)之一，它決定了夾具的復(fù)雜程度和自動化程度。本次加工的工件需大批量生產(chǎn)，此時，一般選擇機(jī)動、多工件同時加工，自動化程度高的方案，結(jié)構(gòu)也隨之復(fù)雜，成本也提高較多。2、 熟悉工件零件圖和工序圖零件圖給出了工件的尺寸、形狀和位置、表面粗糙度等精度的總體要求，工序圖則給出了夾具所在工序的零件的工序基準(zhǔn)、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、夾緊原理方案，這是夾具設(shè)計(jì)的直接依據(jù)。已知待加工工件如圖2-1所示，加工C向26的通孔（前工序已將各部尺寸加工完成）。2.2.2. 加工方法了解工藝規(guī)程中本工序的加工內(nèi)容，機(jī)床、刀具、切削用量、工步安排、工時定額，同時加工零件數(shù)。這些是在考慮夾具總體方案、操作、估算夾緊力等方面必不可少的，根據(jù)零件圖可知，本夾具主要用來鉆直徑為6的通孔，這個孔的技術(shù)要求一般，考慮提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本及勞動強(qiáng)度，需設(shè)計(jì)專用夾具。而精度則不是本道工序主要考慮的重點(diǎn)問題。2.3. 總體方案的確定2.3.1. 定位方案和定位元件的擬定和選擇 工件在機(jī)床上的定位實(shí)際上包括工件在夾具上的定位和夾具在機(jī)床上的定位兩個方面。工序圖只是給出了原理方案，此時應(yīng)仔細(xì)分析本工序的工序內(nèi)容 圖2-1 工件視圖及加工精度要求，按照六點(diǎn)定位原理和本工序的加工精度要求，確定具體的定位方案和定位元件。要擬定幾種具體方案進(jìn)行比較，選擇或組合最佳方案。根據(jù)工序圖給出的定位元件方案，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正確選擇定位元件或定位的組合。在機(jī)床夾具的使用過程中，工件的批量越大，定位元件的磨損越快，選用標(biāo)準(zhǔn)定位元件增加了夾具零件的互換性，方便機(jī)床夾具的維修和維護(hù)。常有定位方法有：(1) 工件以平面定位。(2) 工件以圓柱孔定位。(3) 工件以外圓表面定位。(4) 工件以其他表面定位。根據(jù)加工零件的形狀，工藝要求，加工精度和批量我采用一個平面、一個支撐板和一個菱形銷組合定位，限制工件6個自由度，同時保證了加工方向上的剛性，保證零件的加工精度以及便于保證加工部位之間位置要求，如圖2-2所示。 由零件圖可知：直徑為6的孔對底面的技術(shù)要求一般，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為底面，所以為了使定位基準(zhǔn)為零，應(yīng)選擇以與孔垂直的基準(zhǔn)底面定位。另外，選擇8定位螺釘作為定位零件。圖2-2 定位方案示意圖2.3.2. 定位精度的分析與計(jì)算 夾具的主要功能是用來保證工件加工表面的位置精度。影響位置精度的主要因素有三個方面：（1）工件在夾具中的安裝誤差，它包括定位誤差和夾緊誤差。（2）夾具在機(jī)床上對定誤差，指夾具相對于刀具或相對于機(jī)床成形運(yùn)動的位置誤差。（3）加工過程中出現(xiàn)的誤差，包括機(jī)床的幾何精度、運(yùn)動精度，機(jī)床、刀具、工件和夾具組成的工藝系統(tǒng)加工時的受力變形，受熱變形，磨損，調(diào)整、測量中的誤差，以及加工成形原理上的誤差等。第三項(xiàng)一般不易估算，夾具精度驗(yàn)算是指前兩項(xiàng)，其和不大于工件允差的2/3為算合格。2.3.3. 夾緊方案的設(shè)計(jì)和壓緊元件的選擇(1) 對工件夾緊裝置的要求 在夾緊過程中應(yīng)保持工件定位時所獲得的正確位置 。 在切削過程中，切削力不應(yīng)破壞工件的正確位置，并使平衡切削力所需的夾緊力最小。 在切削過程中，應(yīng)避免工件產(chǎn)生不能允許的振動。 夾緊裝置應(yīng)操作方便、省力、安全。 夾緊裝置的復(fù)雜程度和制動化程度應(yīng)與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應(yīng)。(2) 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。(3) 夾緊力的作用點(diǎn) 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)選擇在定位元件支承點(diǎn)的作用范圍內(nèi)，以及工作剛度高的位置，確保工件定位準(zhǔn)確、不變形。(4) 選擇夾緊機(jī)構(gòu)在確定夾緊力的方向、作用點(diǎn)的同時，要確定相應(yīng)的夾緊機(jī)構(gòu)。確定夾緊機(jī)構(gòu)要注意以下幾方面的問題： 安全性。夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和夾緊力，以防止以外傷及夾具操作人員。 手動夾具夾緊機(jī)構(gòu)的操作力不應(yīng)過大，以減輕操作人員的勞動強(qiáng)度。 夾緊機(jī)構(gòu)的行程不宜過長，以提高夾具的工作效率。 確定夾緊力的方向、作用點(diǎn)，以及夾緊元件或夾緊機(jī)構(gòu)，估算夾緊力大小，要選擇和設(shè)計(jì)動力源。夾緊方案也需反復(fù)分析比較，確定后，正式設(shè)計(jì)時也可能在具體結(jié)構(gòu)上作一些修改。方案一 使用快速螺旋夾緊機(jī)構(gòu)方案二 使用偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)因定位方案選擇的是一面一銷一支撐板定位，偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)更合適于本方案，所以采用方案二。根據(jù)以上對夾緊機(jī)構(gòu)的要求和鉆床夾具的主要技術(shù)要求，本設(shè)計(jì)采用的夾緊機(jī)構(gòu)比較簡單，如圖2-3所示。 圖2-3 夾緊機(jī)構(gòu)2.3.4 導(dǎo)正裝置的選擇刀具的導(dǎo)向是為了保證孔的位置精度，增加鉆頭的支撐以提高其剛度，減少刀具的變形，保證孔加工的位置精度，常用的幾種鉆套如下圖所示。圖2-4可換鉆套 圖2-5快換鉆套 圖2-6固定鉆套（A、B型）圖示鉆套均已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時可以查夾具設(shè)計(jì)手冊。本次設(shè)計(jì)由于加工方式只有鉆一道工序，故選用可換鉆套，如圖2-7所示。圖2-7可換鉆套2.3.5. 夾具體的設(shè)計(jì)用來安裝和固定定位元件，夾緊機(jī)構(gòu)和鉆模板的實(shí)體。具體大小根據(jù)整個機(jī)構(gòu)的大小而調(diào)整，要保證機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定，水平，所以形位公差會有較嚴(yán)格的要求。夾具體是夾具的基礎(chǔ)體，它將夾具上的各種裝置和元件連接成一個整體，并通過它將夾具安裝到機(jī)床上。它的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大小，取決于加工工件的特點(diǎn)、尺寸大小，各種元件的結(jié)構(gòu)和布局，夾具于機(jī)床的連接方式，切削力、重力等大小的影響。夾具體應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)計(jì)算要求：1、應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度；2、力求結(jié)構(gòu)簡單及裝卸工件方便 ；3、結(jié)構(gòu)工藝形好；4、排屑切屑要方便；5、在機(jī)床上安裝穩(wěn)定可靠；6、具有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性根據(jù)要求夾具體選用鑄件，這樣既滿足要求而且工藝性較鍛造好，然后對夾具體毛胚進(jìn)行加工。 2.4. 繪制夾具裝配圖根據(jù)以上夾具設(shè)計(jì)要求和相應(yīng)分析，本次夾具設(shè)計(jì)選擇制圖比例為1:1，繪圖時把工件視為透明體，用雙點(diǎn)劃線畫出輪廓，同時畫出定位面、夾緊面和加工表面，具體裝配圖見圖2-8。圖2-8 夾具裝配圖 第3章 夾具裝配圖上的尺寸和技術(shù)條件 夾具裝配圖上應(yīng)標(biāo)注必要的尺寸和技術(shù)要求，主要目的是為了檢驗(yàn)本工序零件加工表面的形狀，位置和尺寸精度在夾具中是否可以達(dá)到，為了設(shè)計(jì)夾具零件圖，也為了夾具裝配和裝配精度的檢測。3.1. 夾具裝配圖上標(biāo)注的尺寸 1、夾具總體外形輪廓尺寸，總長310mm，總寬262mm，總高105mm。 2、夾具與鉆模套導(dǎo)向的配合關(guān)系，如襯套與鉆模套所需的配合為18H7/n6。 3、各定位元件之間，定位元件與工件之間，與夾具體之間裝配后的位置尺寸及公差，如圓柱銷與孔配合為6H7/g6。上述聯(lián)系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相應(yīng)公差的1/31/5,最常用的是1/3。3.2. 夾具裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求 應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求包括：相關(guān)元件表面間的位置精度，主要表面形狀精度，保證裝配精度和檢測的特殊要求，以及調(diào)整、操作等必要的說明。通常有以下幾方面： (1) 定位元件的定位表面間相互位置精度。 (2) 定位元件的定位表面與夾具安裝基面、定向基面間的相互位置精度。 (3) 導(dǎo)向元件工作面與安裝基面間的相互位置精度。 (4) 寫明需要鉗工配作的元件。對于不同的機(jī)床夾具，對于夾具的具體結(jié)構(gòu)和使用要求，應(yīng)進(jìn)行具體分析，訂出該夾具的具體的技術(shù)要求。設(shè)計(jì)中可以參考機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊以及同類夾具的圖樣資料。第4章 夾具零件圖上的尺寸和技術(shù)條件零件圖上應(yīng)標(biāo)注必要的尺寸和技術(shù)要求，標(biāo)注的主要目的是保證夾具體各個零件之間的尺寸要求和安裝配合后的精度要求，也是為了各夾具零件加工后進(jìn)行安裝配合能滿足制造工件的要求，本設(shè)計(jì)所畫夾具零件圖為夾具體。4.1 夾具零件圖上標(biāo)注的尺寸 (1) 夾具體底座的外形尺寸，總長為310mm，總寬262mm，總高33mm。(2) 夾具體底座上各螺紋孔之間的位置尺寸要求，定位銷的配做精度要求。4.2 夾具零件圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求(1) 零件圖中必須用規(guī)定的代號、數(shù)字和文字簡明地表示出在制造和檢驗(yàn)時所應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求。(2) 夾具體零件圖需要標(biāo)注必要的表面粗糙度、形位公差、極限配合等技術(shù)要求，以滿足加工精度。夾具體零件示意圖如圖4 -1所示圖4-1 夾具體零件示意圖第5章 設(shè)計(jì)論證5.1 設(shè)計(jì)方案論證 (1) 根據(jù)所給工件的需要，選擇加工機(jī)床，選用搖臂鉆床加工比較合理。 (2) 然后工件主要定位部分為基準(zhǔn)底面平面、后面和一個10的孔，分析所要加工26的孔必須完全定位，而本次設(shè)計(jì)所選用的定位方案正好滿足六點(diǎn)定位原理且結(jié)構(gòu)簡單。 (3) 最后將定位銷固定在大平面上，以平面、支撐板和菱形銷進(jìn)行定位。把工件定位后，可利用偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)來對工件進(jìn)行夾緊，工件的夾緊力的方向應(yīng)該與工件重心線平行，保證夾緊時點(diǎn)的穩(wěn)定可靠。 5.2 設(shè)計(jì)方法與結(jié)果 (1) 對工件的加工要進(jìn)行分析，已知工件上待加工26的孔，根據(jù)工件的形狀和加工要求和批量，采用立式搖臂鉆床比較合理。 (2) 根據(jù)六點(diǎn)定位原理，選用一面、一支撐板和一菱形銷定位，由于限制了六個自由度，所以只需要將工件夾緊就可以進(jìn)行加工了，在工件加工方向上進(jìn)行夾緊，可以用偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗麄兛梢詫ぜ焖賷A緊，且夾緊力的方向要有利于工件的定位。(3) 最后，對整個夾緊方案分析得出，定位符合六點(diǎn)定位原理，夾緊工件穩(wěn)定，所以此夾具設(shè)計(jì)可行。課程設(shè)計(jì)心得通過這次課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)，使我對機(jī)械裝備課程有了更進(jìn)一步的了解。裝備在現(xiàn)在工業(yè)中有著重要的作用，當(dāng)然，我們現(xiàn)在對機(jī)械設(shè)計(jì)只不過時一個初步的了解，這門課程還有更多的知識等著我們?nèi)W(xué)習(xí)，在這兩周短暫的課程設(shè)計(jì)里，我學(xué)會了一些機(jī)械設(shè)計(jì)的最基本的理論，同時也對機(jī)械裝備產(chǎn)生了濃厚的興趣。在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我發(fā)現(xiàn)自己還有很多不足之處，在設(shè)計(jì)和計(jì)算過程中也出現(xiàn)了各種各樣的錯誤，在同學(xué)和張老師的幫助下也都盡量改正了，雖然還存在或多或少的問題，這也是我今后努力的方向，我會繼續(xù)努力學(xué)習(xí)，來豐富自己的知識。在這段時間的不懈努力下，我了解了在課程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題：(1) 注意與工藝規(guī)程的銜接，夾具設(shè)計(jì)應(yīng)和工序設(shè)計(jì)統(tǒng)一所需設(shè)計(jì)的夾具絕大多數(shù)用于零件加工的某一特定工序。在工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，對該工序的設(shè)計(jì)已要求設(shè)計(jì)其定位與夾緊方案，因此夾具設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容應(yīng)與工序設(shè)計(jì)保持一致，不能相互沖突。(2) 設(shè)計(jì)時要有整體觀念夾具設(shè)計(jì)有其自身的特點(diǎn)：定位、夾緊等各種裝置在設(shè)計(jì)前是分開考慮的，設(shè)計(jì)后期通過夾具體的設(shè)計(jì)將各種元件聯(lián)系為一個整體。(3) 設(shè)計(jì)中應(yīng)學(xué)習(xí)正確運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范對于國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要嚴(yán)格要求和執(zhí)行。夾具設(shè)計(jì)過程中選擇各種功能元件時應(yīng)注意盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)件，減少非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)制造工作量，降低夾具成本。另外，在寫說明書的過程中學(xué)習(xí)到好多關(guān)于Word應(yīng)用方面的知識，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的書寫打下了良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 趙雪松 任小中 于華 編著 華中科技大學(xué)出版社 2 現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊 朱耀祥 蒲林祥 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 3 現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 吳 拓 編著 化學(xué)工業(yè)出版社 4 機(jī)床制圖 何銘新 錢可強(qiáng) 徐祖茂 主編 高等教育出版社5 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 陳立德 主編 高等教育出版社6 機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具 劉守勇 主編 機(jī)械工業(yè)出版社7 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊 孟憲棟 劉彤安 編著 機(jī)械工業(yè)出版社8 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊 徐弘本 編著 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社