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專業(yè)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：變速箱體的機(jī)械加工 鉆床夾具設(shè)計(jì) 系 別: 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè): 班 級: 姓 名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 完成時間: 變速箱體的機(jī)械加工鉆床夾具設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 前言 1 第二章 設(shè)計(jì)任務(wù) 1 第三章 定位方案設(shè)計(jì) 2 3.1對定位元件的基本要求 2 3.2 定位基準(zhǔn)的選擇 3 3.3 定位誤差的計(jì)算 3 第四章 夾緊方案設(shè)計(jì) 4 4.1 夾緊裝置的基本要求 4 4.2夾緊類型的確定 4 4.3 鉆擴(kuò)切削力和功率的計(jì)算 4 4.4 夾緊力的確定及驗(yàn)證 6 第五章 夾具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 5.1 夾具體結(jié)構(gòu)方案 7 5.2 夾具元件的選用和設(shè)計(jì) 7 參考文獻(xiàn) 10 第一章 前言 機(jī)床夾具是機(jī)械制造中一項(xiàng)非常重要的工藝裝備，也是機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是工藝裝備設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)之一，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高勞動生產(chǎn)率的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。 機(jī)床夾具的作用：1、保證加工精度的穩(wěn)定；2、縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率；3、擴(kuò)大機(jī)床的適用范圍；4、減輕勞動強(qiáng)度，保證生產(chǎn)安全[3]。 第二章 設(shè)計(jì)任務(wù) 本套夾具是在變速箱體生產(chǎn)過程中，針對第12道工序鉆擴(kuò)Φ16孔和Φ18孔，用來定位和夾緊零件的鉆床夾具。工序過程如下表所示。 表格 1 工序內(nèi)容 工步號 工步內(nèi)容 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 r/min m/min mm/r 1 以上表面、Φ62孔端面和孔軸線為基準(zhǔn)，鉆擴(kuò)Φ16孔，保證Φ16孔軸線與Φ62孔軸線距離和平行度要求，孔精度達(dá)到IT9。 530 26.63 0.2 2 以上表面、Φ62孔端面和空軸線為基準(zhǔn)，鉆擴(kuò)Φ18孔，保證Φ18孔軸線與Φ62孔軸線距離和平行度，孔精度達(dá)到IT9。 530 29.96 0.2 本道工序任務(wù)是鉆擴(kuò)Φ16和Φ18孔，需達(dá)到的技術(shù)要求為孔的尺寸精度達(dá)到IT9，同時保證兩孔公共軸線與Φ62和Φ95孔的公共軸線的距離為mm，以及兩公共軸線的平行度達(dá)到0.03mm。 (a) (b) 圖 1 工件三維圖和工序簡圖 第三章 定位方案設(shè)計(jì) 3.1對定位元件的基本要求 1) 足夠的精度 由于工件的定位是通過定位副的接觸（或配合）實(shí)現(xiàn)的，定位元件上限位基面的精度直接影響工件的定位精度，因此，限位基面應(yīng)有足夠的精度，以適應(yīng)加工的要求。 2) 足夠的強(qiáng)度和剛度 定位元件不僅限制工件的自由度，還有支撐元件、承受夾緊力和切削力的作用，因此，因有足夠的強(qiáng)度和剛度，以免使用中變形或損毀。 3) 耐磨性好 工件的裝卸會磨損定位元件的限位基面，導(dǎo)致定位精度下降。定位精度下降到一定程度時，定位元件必須更換，否則，夾具不能繼續(xù)使用。為了延長定位元件的更換周期，提高夾具的使用壽命，定位元件應(yīng)有較好的耐磨性。 4) 工藝性好 定位元件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、合理，便于加工、裝配和更換。 3.2 定位基準(zhǔn)的選擇 在本工序中，最重要和要優(yōu)先保證的尺寸為孔的中心距mm以及兩公共軸線的平行度，而這兩個尺寸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)都是Φ62孔的軸線，因此為使得定位誤差盡可能小，這里選擇主要的定位基準(zhǔn)為Φ62孔軸線，并且由于在前面的工序中Φ62孔已經(jīng)經(jīng)過了粗鏜，因此可以將其作為主要基準(zhǔn)，另外Φ62孔的端面也經(jīng)過了粗加工，可以作為定位基準(zhǔn)限制自由度，而由于Φ62孔的長度比較小，自由度只能限制2個，因此確定定位方式為短圓柱銷和大平面的方式限制5個自由度，最后用一個調(diào)節(jié)v形塊限制一個自由度并起到一定的夾緊作用。 3.3 定位誤差的計(jì)算 定位誤差是由于工件在夾具上（或機(jī)床上）定位不準(zhǔn)確而引起的加工誤差。定位誤差的來源主要有兩個方面： （1）由于工件的定位表面或夾具上的定位元件制作不準(zhǔn)確而引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)位置誤差ΔJW （2）由于工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差ΔJB 定位誤差[3] (1) 其中β、γ為誤差與工序尺寸方向的夾角 本夾具設(shè)計(jì)的定位誤差分析如下： 1） 基準(zhǔn)位置誤差 在粗鏜Φ62孔的工序中，Φ62孔經(jīng)過加工可以達(dá)到IT8的精度，定位軸的尺寸公差選擇IT6，由于定位后用調(diào)整v形塊起到一定的夾緊作用，因此使得軸和孔始終處于單邊接觸的狀態(tài)，因此基準(zhǔn)位置誤差為孔的最大尺寸與軸的最小尺寸的差值的一半，即[6] 基準(zhǔn)位置誤差與工序尺寸方向的角度β=0 2） 基準(zhǔn)不重合誤差 本工序的定位基準(zhǔn)為Φ62孔的軸線，工序尺寸（兩孔的中心距）的工序基準(zhǔn)也是Φ62孔的軸線，因此定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)是重合的，即基準(zhǔn)不重合誤差ΔJB=0。 因此定位誤差ΔD=0.03mm，小于工序尺寸的公差0.08mm，定位精度符合要求，故所選定位方案合理。 第四章 夾緊方案設(shè)計(jì) 4.1 夾緊裝置的基本要求[3] (1) 夾緊時不破壞工件在夾具中占有的正確位置； (2) 夾緊力要適當(dāng)，既要保證工件在加工過程中定位的穩(wěn)定性，又要防止因夾緊力過大損傷工件表面及產(chǎn)生加緊變形； (3) 夾緊機(jī)構(gòu)操作安全、省力，加緊迅速； (4) 夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度、工作效率應(yīng)與生產(chǎn)類型相適應(yīng)。結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，便于制造與維修； (5) 具有良好的自鎖性能。 4.2夾緊類型的確定 常用的夾緊機(jī)構(gòu)包括斜楔夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、偏心夾緊機(jī)構(gòu)、鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)、定心夾緊機(jī)構(gòu)和聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)[3]。 根據(jù)此定位形式，夾緊機(jī)構(gòu)選擇螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，同時為了能夠快速方便的裝卸工件，選擇快撤螺旋夾緊裝置，即加入開口墊圈，如圖所示。 4.3 鉆擴(kuò)切削力和功率的計(jì)算 （1）鉆削切削力和功率 查參考文獻(xiàn)可知，鉆削時的切削力由軸向力和扭矩組成，扭矩T、軸向力F和鉆削功率P的公式為[5] (2) 由表1可知，鉆削的進(jìn)給量為f=0.2mm/r，d0=10mm 由手冊查得CF=42.7，XF=1.0，YF=0.8，CM=0.021，XM=2.0，YM=0.8 由機(jī)械手冊查得灰鑄鐵的硬度如下表2[8] 表格 2 鑄鐵硬度 鑄件壁厚/mm 硬度 2.5~10 137~205 10~20 119~179 20~30 110~166 30~50 141~157 該工件加工孔所在的面壁厚為10mm，因此可以取其硬度為190HB。則切削條件變化后的修正系數(shù) 由公式可求的切削力為 扭矩為 功率為 （2）擴(kuò)孔切削力和功率 查參考文獻(xiàn)可知，擴(kuò)孔時的切削力由軸向力和扭矩組成，扭矩T、軸向力F的公式為[9] (3) 顯然可知擴(kuò)Φ18的孔比擴(kuò)Φ16的孔的切削力要大，所以只計(jì)算擴(kuò)Φ18的孔的切削力。 由表1可知，鉆削的進(jìn)給量為f=0.2mm/r， 代入上式可得切削力為 扭矩為 4.4 夾緊力的確定及驗(yàn)證 鉆削的軸向力方向向下，因此所需要的夾緊力并不大，夾緊力主要用來克服扭矩對工件的影響。 由文獻(xiàn)查得螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的實(shí)際所需夾緊力可以按下面的公式計(jì)算[2] (3) 其中T為鉆削扭矩，K為安全系數(shù)，D1為墊圈直徑，d為定位孔直徑，D2為端面直徑。 在本工序中， T=11.94，K取2.5，D1=70mm，d=60mm，D2=92mm，=0.2，=0.16 帶入上面的公式得到實(shí)際所需夾緊力為Q=2353.6N 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)可以產(chǎn)生的夾緊力為[2] (4) 通過手冊查得公式中的各個量為[2]： 原始作用力P=150N，作用力臂L=310mm，當(dāng)量摩擦半徑 當(dāng)量摩擦角=0.15[4]，螺紋中距的一半=11.03mm，螺紋升角=，螺旋副的當(dāng)量摩擦角=950 則帶入上式可得產(chǎn)生的夾緊力為Q=6319N，大于實(shí)際所需的夾緊力，因此這種夾緊方式夾緊可靠。 第五章 夾具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1 夾具體結(jié)構(gòu)方案 鉆床夾具因大多具有刀具導(dǎo)向裝置，習(xí)慣上又稱為鉆模。鉆模根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為固定式鉆模、回轉(zhuǎn)式鉆模、翻轉(zhuǎn)式鉆模、蓋板式鉆模和滑柱式鉆模[3]。 本工序需要加工在相對面上的孔，因此需要將工件的加工面進(jìn)行變換，因此有以下幾種方案： （1） 采用固定式鉆模。通過兩次裝卸工件來完成工序。此方案的不足之處在于工件需要進(jìn)行兩次裝夾，并且還需要兩次更換鉆套，比較浪費(fèi)時間，同時由于定位用的Φ62的孔在豎直方向上有變化，因此定位產(chǎn)生了問題，因此這種方案并不實(shí)際，故舍棄。 （2） 采用翻轉(zhuǎn)式鉆模。翻轉(zhuǎn)式鉆模對需要在多個方向上鉆孔的工件十分方便?？刹捎冒敕忾]式鉆模，夾具體的上下兩個底板都安裝鉆模板，這樣可以不需要經(jīng)常更換鉆套，也不需要多次裝卸工件，因此效率有所提高，但工件的質(zhì)量為7.9kg，如果加上鉆模的質(zhì)量，則總質(zhì)量大約在15kg以上，質(zhì)量比較大，因此翻轉(zhuǎn)起來會比較吃力，因此也不宜采用。 （3） 采用回轉(zhuǎn)式鉆模。在翻轉(zhuǎn)式鉆模的基礎(chǔ)上，增加回轉(zhuǎn)裝置，將人工翻轉(zhuǎn) 改為回轉(zhuǎn)，可大大節(jié)省工人體力。因此最終確定鉆模的類型為回轉(zhuǎn)式鉆模。 5.2 夾具元件的選用和設(shè)計(jì) （1） 定位元件或裝置 定位采用銷軸定位，為提高精度銷軸和定位孔之間要有較高的配合關(guān)系，故將銷軸配合部位的精度定位IT6，采用間隙配合，銷軸的公差定為h6。因鉆模為半封閉式鉆模，鉆模的上下方向都有底板，故工件只能從側(cè)面放入鉆模中，因此為了不使定位軸干涉，需要將定位軸與夾具體分開，采用先放入工件再放入定位軸的方式。為了實(shí)現(xiàn)夾緊，定位軸的兩端都要有一段螺紋。 （2） 刀具導(dǎo)向元件或裝置 圖 Error! Main Document Only. 可換鉆套 這里主要指鉆套的選用。鉆套分為固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套、特殊鉆套。固定鉆套用于小批量生產(chǎn)，而快換鉆套用于鉆套需要經(jīng)常更換的場合。因鉆套不需要經(jīng)常性的更換，因此這里的鉆套可以選擇可換鉆套，鉆套都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，可以從手冊上查到相應(yīng)的尺寸[3]。 鉆套不能直接放在夾具體上，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的鉆模板，鉆模板分為固定式、鉸鏈?zhǔn)?、分離式、懸掛式。這里直接選用固定式鉆模板，結(jié)構(gòu)簡單，精度較高，鉆模板通過內(nèi)六角螺栓與夾具體連接。 （3） 夾緊元件或裝置 圖 Error! Main Document Only. 夾緊機(jī)構(gòu)簡圖 前面已經(jīng)提到，夾緊采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，用螺母進(jìn)行鎖緊。另外為了方便快速地裝卸工件，螺母鎖緊裝置采用快撤墊圈，提高效率?？梢酝ㄟ^對墊圈的選擇來確定定位軸上的螺紋直徑。通過手冊查得[2]，墊圈選擇外徑為Φ70的墊圈，通過查表可知其對應(yīng)的桿徑有Φ12、Φ16、Φ20、Φ24和Φ30五種，對應(yīng)的墊圈重量不同，這里我們可以選擇最輕的墊圈，因此確定桿件的直徑為Φ24，即定位軸上的螺紋直徑為M24。再根據(jù)手冊選擇相應(yīng)的鎖緊螺母。因?yàn)楣ぜ?nèi)表面沒有加工，粗糙度較高，因此考慮在開口墊圈下面加一個橡膠墊圈。 圖 4 快撤墊圈 （4） 連接元件 回轉(zhuǎn)支架的底座上設(shè)置U形槽，用來與鉆床上的T形槽相連接。 （5） 夾具體 夾具體需要承受鉆削力等，因此需要足夠的剛度和強(qiáng)度，這里選擇夾具體的材料為鋼，同時夾具體上需要有接觸和配合關(guān)系的平面（如和定位軸接觸的平面等）需要有一定的表面粗糙度和平面度。同時為了增加工件的剛度，在夾具體上增加幾個可調(diào)節(jié)的支承釘。 （6） 其他元件或裝置 回轉(zhuǎn)式鉆模需要增加分度裝置，這里采用手拉式定位器[2]，同時在夾具體側(cè)面相差180的位置設(shè)置兩個定位孔，用來起到定位和分度的作用。 圖 5 手拉式定位器 利用短銷和平面定位只限制了五個自由度，因此還需要一個活動的短v形塊，來限制一個自由度，具體尺寸可通過手冊查得[2]。 參考文獻(xiàn) [1] 李凱嶺，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社，2010.4 [2] 王光斗 王春福，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000.11 [3] 王先逵，機(jī)械制造工藝學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，2013.1 [4] 邱宣懷，機(jī)械設(shè)計(jì)，高等教育出版社，2011.7 [5] 樂兌謙，金屬切削刀具，機(jī)械工業(yè)出版社，2001.6 [6] 甘永立，幾何量公差與檢測，上海科學(xué)技術(shù)出版社，2010.1 [7] 王小華，機(jī)床夾具圖，機(jī)械工業(yè)出版社，1992.5 [8] 陳宏鈞，實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊，機(jī)械工業(yè)出版社，2003.1 [9] 浦林祥，金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊，機(jī)械工業(yè)出版社，1995.12 10