畢業(yè)設計論文4110發(fā)動機飛輪殼周邊孔鉆削夾具設計

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1、 邵 陽 學 院 畢業(yè)設計(論文) 課 題 名 稱4110發(fā)動機飛輪殼周邊孔鉆削夾具設計 學 生 姓 學 號 6 院(系)、專業(yè)機械與能源工程系機械設計制造及其自動化 指 導 教 師 職 稱 副 教 授 2006年 6月 內 容 提 要 本設計的是4110發(fā)動機飛輪殼周邊孔的鉆模設計。殼體周邊上的孔是按一定的角度和距離分布的，為了使工件在一個位置上加工后連同定位元件相對于

2、刀具轉動一定的角度在另一個位置上繼續(xù)進行加工，將鉆模設計成回轉式。工件采用“一面兩孔”的定位方式在回轉分度鉆盤上定位，用螺旋夾緊機構夾緊。由于鉆孔時切削條件差，常會影響孔的加工精度和生產效率的提高。因尤其是孔和孔系的位置精度，用畫線找正的辦法，難以達到較高的精度和生產效率。此本鉆模借助于其上的鉆套引導刀具，可以準確地確定刀具與工件之間的相對位置?？紤]到本鉆模所服務的加工中的孔直徑，安裝鉆套的鉆模板固定在分度盤上，提高定位剛性和加工精度。 在設計過程中還將對鉆模的定位，分度和調刀誤差進行分析，目的既希望本次設計合乎實際的生產需要，能在實際生產中使用。

3、 Summary This design is the 4110 engine fly wheel housing peripheral hole jig design. The shell peripheral on the hole away from the distribution according to certain angle, In order to cause the components to process after a position together with locates the part to be opposite in c

4、utting tool rotation certain angle continues in another position to carry on the processing, designs the jig the rotation type. Components use “at the same time two” the locate mode drills on the plate in the rotation indexing to locate, clamps the organization clamp with the screw. Because time dri

5、ll hole cuts the condition to be bad, often can affect the hole the processing precision and the production efficiency enhancement. In particular hole and the hole departments position precision, the means which adjusts with the linedraw, achieves the high precision and the production efficiency wit

6、h difficulty. This jig with the aid of drills the set of guidance cutting tool in above, may determine between the cutting tool and the work piece relative position accurately. Considered this jig serves in the processing hole diameter, the installment drills the set to drill the template to fix on

7、the graduated disc, enhances the localization rigidity and the processing precision. In the design process will be the positioning of drilling modules, sub-degree and transfer knife error analysis, the purpose of this meeting is to design a realistic production needs to be in actual production use

8、. 目 錄 前 言 …………………………………………………………………………………… 1 1 緒論 ………………………………………………………………………………… 2 1.1 研究的目的和意義 ………………………………………………………………2 1.2 機床夾具的概述 …………………………………………………………………2 1.3 機床夾具的現狀 …………………………………………………………………4 1.4 研究方法及內容 …………………………………………………………………5 2 總體方案的研究 …………………………………………………………

9、…………7 2.1 零件的分析 ………………………………………………………………………7 2.2 定位方案的確定 …………………………………………………………………7 2.3 總體結構及工作原理 ……………………………………………………………9 3 關鍵零部件的設計 ……………………………………………………………… 10 3.1 對刀裝置的選擇和設計 …………………………………………………………10 3.2 定位元件及裝置的設計 …………………………………………………………11 3.3 夾緊力的確定和夾緊裝置的設計 ………………………………………………13

10、 3.4 夾具體的設計 …………………………………………………………………15 3.5 分度心軸的設計 …………………………………………………………………18 4 誤差計算…………………………………………………………………………… 21 4.1 一面兩孔時的定位誤差 …………………………………………………………21 4.2 調刀誤差 ………………………………………………………………………21 4.3 分度誤差的計算 …………………………………………………………………23 總 結…………………………………………………………………………………… 25 參考文獻……

11、……………………………………………………………………………26 致 謝 ……………………………………………………………………………………27 附錄一 圖表 附錄二 外文原文和翻譯 前 言 人們在提到機械制造往往對于對機床夾具的關注程度都不太高，其實所謂的機械制造應該規(guī)范一些的說成工藝系統(tǒng)。這個工藝系統(tǒng)是由機床、輔具、刀具、工件和夾具等組成的一個封閉的系統(tǒng)。機床夾具是組成工藝系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，是影響加工質量的重要因素。工件和刀具是分別安裝在夾具和機床上的，要受到夾具和機床的約束。因此，工件的機械加工精度主要取決于工件和刀具在切削過程中的相互位置。 機床夾具設計一般

12、包括結構設計和精度設計兩個方面。而人們通常習慣側重于結構設計而忽視精度設計。關于機床夾具的結構設計，不僅有大量的資料可供參考，而且還不斷從其它學科吸收新的成果而向前發(fā)展。諸如液性塑料夾具；各種彈性膜片式夾具；真空夾緊夾具；感應分度夾具等等。關于機床夾具的精度設計，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，市場需求的變化多端及商品競爭的日益激烈，使機械產品更新換代的周期愈來愈短，多品種、小批量生產的比例和對零件加工精度要求的提高，也日益受到人們的重視。促使現代機床夾具朝著精密化、高效化、柔性化等方面發(fā)展，同時擴大了專門生產夾具的廠商隊伍。 由此可以證明在機械制造中，機床夾具的設計是應該引起我們高度重視的。 在

13、本次設計之前，本人進行過傳統(tǒng)系統(tǒng)和工藝方面的設計，惟獨在對夾具的理解方面是比較匱乏的。因此，本次設計在完成一定的實際工程問題的同時，將使本人對機械專業(yè)知識的理解和掌握更加的系統(tǒng)、全面和平衡，為今后從事機械行業(yè)做好更堅實的鋪墊。 本次設計的是4110發(fā)動機飛輪殼周邊孔鉆模設計，是在老師認真、耐心而又嚴格的指導下進行的。但是因水平受限以及沒有在生產第一線的設計經驗，影響了本次設計的水平，存在不合理之處，望個位老師多多批評指正。本論文是在劉玉梅老師的悉心指導和嚴格要求下完成的，劉老師那嚴謹求實的治學態(tài)度，和賦有愛心的指導讓我受益非淺。在此對劉老師表示忠心的感謝！ 設計者 胡 國 誼

14、2006年6月于邵陽 1 緒論 1.1 研究的目的和意義 “紙上學來終覺淺，絕知此事要躬行。”為了更系統(tǒng)地訓練我們的綜合設計能力，進一步培養(yǎng)和提高我們科學的思維方式和正確的設計思想以及發(fā)現，分析，解決解決實際問題的能力，在老師的指導下解決一定的工程問題，完成本科教育中非常重要的實踐教學環(huán)節(jié)。我們畢業(yè)設計小組選用了邵陽神風動力公司的4110發(fā)動機飛輪殼做為畢業(yè)設計課題，對其加工工藝規(guī)程，每道工序的工裝夾具進行設計。 所謂“實踐出真知”。本次設計是要求解決實際的非虛擬的實際性的機械工程問題，前提要求是我們掌握相當的專業(yè)知識，而通過本次設計提高自己綜合運用所掌握知識，查閱相關設計資料的

15、能力，熟悉相關的國家標準和國際標準，進一步熟練操作繪圖軟件并繪制工程圖。鍛煉我們獨立解決一定的實際工程問題的能力，使我們的設計更具實用性。本次設計還能讓我們更多的接觸社會，了解社會的發(fā)展態(tài)勢和國內外的現狀，為將來走上工作崗位作一個鋪墊，增加自己的就業(yè)信心，明確今后的發(fā)展方向。就狹義的方面來講我課題的工程實際目的就是要將夾具的作用服務于實際生產上。 1.2 機床夾具的概述 1.2.1 夾具的定義 在機床上對工件進行切削加工，首先需要將工件夾緊。為了能加工出合乎精度要求的工件，僅將工件進行夾緊，以進行切削加工是不夠的。還需要使工件在機床上占有正確的位置。這種使工件占有正確的加工位置，并使

16、之夾緊的過程，稱為工件的安裝。用于安裝工件的裝置稱為機床夾具。有時候習慣上還將一些用于擴大機床工藝范圍的裝置，如靠模，仿型裝置也稱為夾具。 1.2.2 夾具的歷史背景及發(fā)展趨勢 夾具從產生到現在，大約可以分為三個階段：第一個階段主要表現在夾具與人的結合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，使加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們越來越認識到，夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現為夾具與機床的結合，夾具作為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。

17、 在夾具的發(fā)展過程中，為適應不同批量的生產，專用夾具和通用夾具都得到了很好的發(fā)展。專用夾具主要應用于要求定位精度高，保證加工質量，又便于采用各種快速夾緊機構，提高生產效率的固定的較大批量的生產，但生產成本較高。當生產效率要求不高時，使用專用夾具顯然是不劃算的，這為通用夾具提供了用武之地。通用夾具可以適用于不同工件的生產，降低生產費用，但是生產效率則較低。 隨著社會生產的發(fā)展，介乎于大批量和單件小批量之間的多品種中小批量生產日益增多，單有專用夾具和通用夾具已不能滿足生產要求。于是出現了介于通用夾具和專用夾具之間的一系列新的夾具形式。多見的形式為由通用件臨時組成專用夾具的專門化拼裝夾具和用于有限

18、通用目標的專用可調夾具。除此之外還發(fā)展了自動化生產用夾具。 因此，夾具可進行如下的分類： (1) 通用夾具 適用范圍較大，無須需調整或稍加調整就可以用于裝假不同的工件。這類夾具已經標準化，在機床上一般都裝配有，如車床上的三爪卡盤或四爪卡盤、頂尖和雞心夾頭；銑上的平口鉗、分度頭和回轉工作臺等。通用夾具主要應用于單件小批量的生產。 (2) 專門化拼裝夾具 這類夾具是有預先制好的標準元件和組件拼裝而成，是針對一定的工件和一定的工序的專用夾具。只要有足夠的種類和數量的標準件，就可以拼裝出各種各樣夾具。它具有專用夾具的優(yōu)點和很大的通用性。用完可以拆卸并保存入庫，不會存在專用夾具的“報

19、廢”問題。因此這類夾具很適合于新產品試制和多品種小批量生產。對于沒有夾具不能加工的單件生產，以及批量較大、但輪番周期較長的生產，用這類夾具是比較經濟的。因為它具有縮短生產準備周期，減少專用夾具品種、數量和存放面積等優(yōu)點。缺點是初期投資較大。 (3) 專用可調整夾具 此類夾具是用于裝夾和加工多品種、中小批量生產中的一組工件。可以針對具體工件形狀更換專用元件；或者是調節(jié)某些夾具元件的位置。這類夾具是在專用夾具基礎上少量更換或調解夾具元件，因此能達到有限目標的通用化，極大提高了專用夾具在多品種、中小批量生產中使用的經濟性。 (4) 專用夾具 專用夾具是針對某一工件的一定工序而專門設計，不需要

20、考慮通用性的問題，可以把夾具設計得結構緊湊，操作方便，并采用各種省力機構或動力裝置。因此使用專用夾具可以保證較高的加工效率和生產效率，是根據工件的加工要求自行設計與制造的，其設計和制造周期較長，制造費用也較高，適用于固定的較大批量的生產。 (5) 自動化生產用夾具 自動化生產用夾具主要是自動線夾具，分固定式夾具和隨行夾具兩類。固定式夾具和專用夾具類似；而隨行夾具除了一般夾具所擔負的裝夾工件的任務外，還擔負著沿自動線輸送工件的任務，即跟隨被加工工件沿著自動線從一個工位移動到下一個工位的任務。 1.2.3 夾具的作用 (1) 保證加工精度，穩(wěn)定加工質量 (2) 提高勞動生產率，降低加工

21、成本 (3) 擴大機床工作范圍，實現“一機多能”。 (4) 減輕勞動強度，保證安全生產。 (5) 在流水線生產中，便于平衡生產節(jié)拍。 1.2.4 夾具的組成 (1) 定位元件或定位裝置 (2) 夾緊元件或夾緊裝置 (3) 對刀、引導元件 (4) 連接元件 (5) 夾具體 (6) 其他元件或裝置 1.3 機床夾具的現狀 夾具是機械加工不可缺少的部件，國際生產研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中，小批多品種生產的工件品種以占工件種類總速的85%左右?，F代生產要求企業(yè)所制造的產品品種經常更新換代，以適應市場激烈的競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣與大量采用傳統(tǒng)的專用夾具。在一個具有中等生

22、產能力工廠中，約擁有1300~1500套專用夾具。另一方面，在多品種生產的企業(yè)中，約隔4年就有要更新80%左右的專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為15%左右。在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟方向發(fā)展。 特別是近年來，數控機床（NC），加工中心（MC）,組成技術（GT）,柔性制造系統(tǒng)（FMS）,等新技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：(1)能迅速而方便地裝備新產品的投資，以縮短生產成本。(2)能裝夾一組具有相似性特征的工件。(3)適應于精密加工的高精度機床夾具。(4)適用于各種現代化制造技術的新型機床夾具。(

23、5)采用以液壓泵站等為動力源的高效加緊裝置，以進一步提高勞動生產率。(6)提高機床夾具的標準化程度。 1.4 研究方法及內容 發(fā)動機是工程機械產品和車輛成本構成的核心，也是工程機械產業(yè)鏈條中與整車制造并列的重要環(huán)節(jié)。作為其中一個重要部分的發(fā)動機飛輪殼，自然要求保證相當的精度和加工質量，才能很好的配合發(fā)動機的其它部分組裝成合格的產品。 本課題是要完成4110發(fā)動機飛輪殼鉆周邊孔的鉆模設計。因為該飛輪殼是固定的大批量生產，要保證加工質量和生產效率，因此選擇為生產設計專用鉆床夾具，即專用鉆模。殼體周邊上的孔是按一定的角度和距離分布的，為了使工件在一個位置上加工后連同定位元件相對于刀具轉動一定

24、的角度在另一個位置上繼續(xù)進行加工，將鉆模設計成回轉式。 由于鉆孔時切削條件差，常會影響孔的加工精度和生產效率的提高。尤其是孔和孔系的位置精度，用畫線找正的辦法，難以達到較高的精度和生產效率。因此本鉆模借助于其上的鉆套引導刀具，可以準確地確定刀具與工件之間的相對位置。 機床夾具是設計工藝準備工作的重要組成部分。夾具設計的質量，對生產率、加工成本以及安全生產等有直接的影響。為此，在對本鉆模進行設計，將遵從以下的基本原則和要求: (1)夾具要滿足零件設計圖紙及加工工序對加工精度的要求 (2)在滿足加工精度、效率等要求前提下，力求夾具結構簡單，以提高夾具制造工藝性。 (3)盡量降低夾具的制造

25、成本，在不降低性能的前提下，可采用廉價的代用材料。 (4)盡量采用標準元件，使夾具元件規(guī)格化、典型化，并使整個夾具組合化，以縮短夾具的制造周期，降低成本。 (5)夾具的操作要方便，安全。 2 零件的分析和夾具總體方案的確定 2.1 零件的分析 本課題所設計的鉆模要服務于4110發(fā)動機飛輪殼鉆周邊孔的工序。工序中將分多工步鉆各個周邊平面上螺紋孔，鉆通孔和锪孔加工。其中鉆一組4-M6、一個M18及兩組4-M12螺紋孔所選用的刀具為高速鋼麻花鉆，锪孔選用帶導柱錐柄平底锪鉆，鉆Ф18通孔選用硬質合金錐柄麻花鉆。于Z33-1搖臂鉆床上加工。對于兩組4-M12和4-M6的螺紋孔，孔的中線線必

26、須位于直徑公差值為0.4且理論尺寸所確定矩形分布。 2.2 定位方案的確定 2.2.1 自由度分析 夾具用于4110發(fā)動機飛輪殼鉆周邊孔的工序。殼體周邊上的孔或孔系是按一定的角度和距離分布的，為了使工件在一個位置上加工后連同定位元件相對于刀具轉動一定的角度在另一個位置上繼續(xù)進行加工，將鉆模設計成回轉式。因此工件裝夾在回轉分度盤上，通過分度轉位轉換各工步。為保證各組內的孔及各組孔之間的尺寸和位置精度達到要求，必須保證工件的可靠定位和裝夾，各工步加工時不使工件挪位或是移動，從而保證下一工步中工件的正確對定和刀具的正確找位，均不能使工件有沿各個軸的移動或是轉動，因此本工序中工件的六個自由度

27、都要進行限制。 (1) 定位方案的選擇 從分析圖紙可知，本工序中各工步的各組孔分布在各自的平面內，或是在飛輪殼的徑向上，因此，各組孔應與所在的周邊平面垂直或是保持分布在徑向上。各自周邊平面內的各個孔之間還應該保持平行。因為周邊上的各平面是與兩端面垂直的，自然的各個平面上的孔和徑向的孔都應該與平行。相對于本工序，兩個端面都是已加工表面，因此，兩面都有可能作為本工序的第一定位基準。通過第一定位端面的類消除饒X、Z軸轉動以及沿Y軸軸向移動的自由度。 若以后端面作為第一定位基準，定位支承分布范圍比較大，可以獲得較大的支撐面積，定位將更加穩(wěn)定而且并不影響4-M6組螺紋孔的位置尺寸基準。但是因為兩組

28、4-M12和M18螺紋孔及Ф18通空的位置尺寸基準不在該平面上，若將鉆模板安裝在分度盤上，鉆模板的安裝基準和各孔的尺寸基準不一致，將不符合基準重合的原則。另外，工件的兩個工藝孔并不在該面上，將無法把定位銷安裝在分度盤上?？梢钥紤]把鉆模板和兩定位銷裝配成一個定位和對刀整體，但會導致不符合定位基準重合原則，提高了鉆模的復雜程度，降低了鉆模操作的方便性，提高了對操作工人的技術要求。而且端面放在夾具體的支承板上，有后端面外輪廓與支承板接觸，中間部分懸空，從夾緊方面考慮，零件前端面壁厚為12mm，因中間部分懸空且與支承板接觸的有效面積僅有飛輪殼外輪廓，夾緊和加工過程中，會受到夾緊力和較大的切削力，工件易

29、產生變形，對鉆削加工過程不利。 若以前端面作為第一定位基準，通過以上分析就知道，將更符合基準統(tǒng)一和大端面定位的原則。工件的兩個工藝孔在該端面上，不需要另外找第二和第三定位基準，免去了要增加設計其他輔助定位裝置的需要。而且可通過兩工藝孔和飛輪殼圓心的位置尺寸關系確定分度盤的分度圓心和兩定位銷之間的位置關系，使定位體系的更加的緊湊。提高了定位和分度精度，使產品加工在更高精度的定位精度和裝夾基礎之上進行。簡化了夾具結構，減少了夾具的設計工作量，縮短了設計周期，更符合高水準，經濟，高效的設計原則。且前端面緊靠在支承板上，有效接觸面積大，且夾緊時，工件與支承板能有效接觸，即使受到夾緊力和較大的切削力，

30、工件也不易變形，從承受切削力的角度看，此方案2較可靠。 通過以上分析，可以確定將以前端面作為第一定位基準。 第二和第三定位基準選用與兩定位銷配合的工藝孔中心線。為了保證工件的順利找正和定位，防止出現過定位現象，兩定位銷一個設計為短園銷，另一個設計為削邊銷。其中與短圓柱配合的孔中心線作為第二定位基準，通過第二定位基準的定位消除沿X和Z軸移動的自由度，與削邊銷配合定位的孔中心線作為第三定位基準，通過第三定位基準的定位來消除饒Y軸轉動的自由度。 (2) 對定方案的確定 由于鉆孔時切削條件差，常會影響孔的加工精度和生產效率的提高。尤其是孔和孔系的位置精度，用畫線找正的辦法，難以達到較高的精度和

31、生產效率。因此，鉆床夾具通常采用鉆套對刀和引導刀具，可增加加工時刀具的剛性和防止偏斜，以保證能迅速、準確的確定刀具與夾具的相對位置。本夾具上加工的的產品產量大，工序中分多工步加工不同工位上的孔。為實現刀具的準確與快速對定，提高加工質量和生產率，本夾具上用鉆模作為對刀元件 (3) 夾緊方案的選擇及夾緊機構的設計 本夾具上加工的產品大批量生產，為使工件在加工時不因為切削力、慣性力及重力等外力的作用而產生不允許的移動，以至破壞工件在定位時所得到的即定位置，影響加工質量，損壞機床、刀具，甚至于發(fā)生事故。在工件加工前都要將工件進行夾緊，因此夾緊裝置也是本夾具設計的重要組成部分，并滿足以下要求： ①

32、 在夾緊過程中應該能保持工作的即定位置或是更好地是工件得到定位。 ② 夾緊應可靠和適當，夾緊力要穩(wěn)定。 ③ 夾緊機構操作應安全、方便、省力。 ④ 夾緊機構的結構要便于制造、調整、使用和維修，盡可能使用標準零部件。 工件夾緊時，夾緊力的方向應作用在定位支撐上，夾緊力遵從方向朝向主要限位面和作用點應考慮工件的結構特點落在定位元件的支承范圍內的原則。在本工序的鉆削加工中鉆頭將對工件施加垂直向下的軸向切削力及切削扭矩。此外，垂直方向上還有工件自身的重力。因此，確定夾緊力在工件內部，以保證前端面與支承板可靠接觸，使工件對各定位支承都有一定的壓力。 本夾具中采用帶肩螺母壓緊壓板進行夾緊，螺桿通過

33、螺紋配合和帶肩螺母安裝在分度轉盤上。 2.3 總體結構及工作原理 本工序中加工孔所用的機床為立式搖臂鉆床，工件裝夾在分度轉盤上，所以鉆模也將設計成立式回轉分度式。分度盤通過回轉心軸和安裝在夾具體上軸承配合，易于實現回轉找位。當工件找到相應的工位以后，裝配于夾具體上的分度對定裝置的對定銷將插入到與之對應的裝配在分度盤上定位引導套內，實現對定。 3 夾具零件的設計計算 3.1 對刀裝置的選擇和設計 3.1.1 鉆套的選擇和設計 鉆套尺寸和公差要求如下： (1)鉆套內孔基本尺寸應等于所引導的刀具最大極限偏差尺寸。 (2)由于鉆頭都是標準定尺

34、寸刀具，故鉆套內徑按基軸制選用。 (3)鉆套孔與刀具應有一定的間隙，因此應合理制定引導孔的公差帶。 (4)鉆套高度對刀具在鉆套中的正確位置影響很大,高度越大則刀具與鉆套中心間可能產生的偏差就越小,精度就越高.但是鉆套的高度與所加工的孔直徑之比越大,則帶入鉆套的切屑易于使刀具和導套受到磨損.根據生產經驗鉆套的高度選用1.5至2倍待加工孔徑為宜,也可擴大到2.5倍或是更高。 根據以上提到的要求，查文獻[1]表16.2-13，確定鉆螺紋孔所用的鉆頭直徑。對于M181.5的螺紋孔，所選用的鉆頭直徑極其偏差為；鉆M12螺紋孔所選用的鉆頭直徑極其公差為 ；鉆M6螺紋孔選用的鉆頭直徑及公差為；而鉆φ1

35、8通孔選用的鉆頭直徑及其公差為；锪φ32孔選用的锪鉆直徑極其公差為。 因為在本工序中φ32孔和M18孔是通軸孔，考慮到操作的便捷，選用固定鉆套作為锪φ32孔的對刀元件，型號為A32.17445。而鉆M18螺紋孔的引導元件采用快換鉆套，在這里用φ32孔所用的固定鉆套作為快換鉆套的襯套，由于尺寸特殊快換鉆套無法選用標準元件，故要另行設計。 因為產品為常年大批量生產,除了锪φ32孔和鉆M18螺紋孔因特殊原因而不用可換鉆套外,本工序中其它孔的鉆削加工均采用可換鉆套作為刀具引導元件。 查文獻[5]表5.2-13,鉆M6螺紋孔所選用的鉆套類型為4.91012；鉆M12螺紋孔選用10.11828型號的

36、可換鉆套；鉆Ф18通孔選用182636型號的可換鉆套。 鉆套用襯套的選擇是根據可換鉆套的規(guī)格選用的，查文獻[5]表5.2—15，鉆M6螺紋孔組選用A1012型鉆套襯套；鉆M12螺紋孔組選用 A2628型鉆套襯套；鉆Ф18孔選用A3536型鉆套襯套。鉆套與襯套的配合為 本夾具中所選用的鉆模板為固定式鉆模板，鉆模板通過圓柱銷釘在夾具體上進行定位，并用內六角圓柱頭螺釘緊故。鉆套通過與襯套的配合固定在鉆模板上，襯套外徑與鉆模板的配合為。 鉆套下端與工件表面要有一定的距離，使的大部分的切削容易從四周排出，而不至于被刀具同時帶入導套中，使刀具被卡死或者是切削刃在導套中被磨損。本鉆模用與加工的工件的材

37、料為鑄鐵，在工件形狀允許的情況下應取0.3~0.7倍所加工孔徑。因為鉆套是裝配在鉆模板上面的，要考慮鉆套下端到加工表面的距離實際就是考慮鉆模板到加工表面的距離。 锪φ32孔所用鉆模板到加工表面的距離為15mm；鉆M12螺紋孔的鉆模板到加工表面的距離為5mm；鉆φ18通孔鉆模板到加工面的垂直距離為10mm。因為受到工件兩邊吊耳的限制，鉆M6螺紋孔時鉆模板到加工表面的距離為10mm。 3.2 定位元件及裝置的設計 端面定位用的定位元件為支撐板，因為支撐板是通過內六角圓柱頭螺釘安裝在立式回轉鉆模的分度盤上的，不用擔心有積屑的問題。查文獻[4]表3-21可以選用A型支撐板。本夾具中選用四塊A3

38、012020和一塊A3018020支撐板. 內六角圓柱頭螺釘的型號為M1025。 兩個工藝孔的定位通過兩個定位銷來完成，若采用兩個圓柱定位銷（各限制兩個自由度）作定位元件，則產生過定位。為避免過定位，使工件在極端情況下能裝到定位銷 ，可把碰到工件孔壁的部分削去，這樣，在連心線方向上，仍有減小第二銷的作用，但在垂直于連心線的方向上，定位銷的直徑并未關減小，故工件的轉角誤差沒有增大，有利于保證加工精度。削邊削限制一個自由度。為保證削邊銷的強度，一般多采用菱形結構，故又稱菱形銷。在安裝菱形銷時，應注意使其削邊方向垂直于連心線上。但要注意短圓柱銷作為第二定位基準，菱形銷作為第三定位基準。 若選用與

39、夾具體直接配合的固定式定位銷，結構雖簡單，但因為工件裝卸頻繁，定位銷容易磨損，采用下圖所示齒條式手動伸縮式定位銷，能保護安全銷的定位表面，同時便于更換。操作時，先將飛輪殼平放在支撐板上，再通過兩個手柄轉動手柄軸（齒輪軸），使嚙合的圓柱定位銷和菱形定位銷，插入兩個定位孔中，實現定位。查文獻{8}表3-2-13定位銷襯套外徑與夾具體的配合采用H7/n6，而內徑與定位銷的配合H7/g6。手動伸縮式定位銷如圖3.1。 圖3.1 手動伸縮式定位銷 1—定位銷；2—定位銷襯套；3—定位螺釘；4—手柄；5—銷 圓柱銷直徑的基本尺寸取工件工藝孔下限尺寸，公差取g6或f7

40、，要求定位精度高時取g6。本定位銷取g6的公差。兩定位孔的尺寸為，銷子與孔的配合按H7/g6，所以圓柱定位銷的的直徑及其公差為 菱形銷寬度查b及B可按表3.1進行查取。 表3.1 菱形銷寬度查 銷子直徑d2(mm) 4～6 6～10 10～18 18～30 30～50 50 b(mm) 2 3 5 8 12 14 B(mm) －1 －2 －4 －6 －10 －12 查表得b=5， =/= d2 —=12.738—0.188=12.55。公差取g6，所以可以確定菱形銷圓弧直徑及其公差為d2，。 兩定位銷中心距的基本尺寸取工件兩孔中心距的基

41、本尺寸，而銷子中心距偏差取工件中心孔中心距偏差的1/5~1/3，本夾具上取1/5工件中心孔中心距偏差。所以所以兩銷中心距及公差為L= ——兩工藝孔中心距基本尺寸的公差 ——兩銷中心距基本尺寸的公差 ——裝卸工件所需要菱形銷和工藝的間隙 為實現工件在定位時能夠快速靈活地使兩工藝孔找正兩定位銷，利用工件中本工序前兩個C向面已經過加工的有利條件，在該方向上兩邊各設計一塊擋塊作為輔助找準裝置，兩擋塊在輔助找準時與工件的配合公差為H7。 3.3 夾緊力的確定和夾緊裝置的設計 工件的夾緊力過大，會引起工件的變形，達不到加工精度要求，而且使夾緊裝置結構尺寸過大，造成結構不緊湊；夾緊力過

42、小，會造成工件夾緊不牢，加工時易破壞定位，同樣也保證不了加工精度要求，甚至會引起安全事故。由此可見，必須對工件施加大小適當的夾緊力。在本夾具上進行鉆孔加工時，工件受到垂直向下的軸向切削力以及饒縱向軸的轉矩。另外在垂直方向上還受工件自身重力的作用。 計算夾緊力時，通常將工件和夾具看成一個剛性系統(tǒng)以簡化計算（但有寫些情況下，按剛性系統(tǒng)計算，會有較大誤差）。然后根據工件受切削力、夾緊力（大工件還應考慮重力，運動工件還應該考慮慣性力等）后處于靜力平衡條件，計算出理論夾緊力，再乘以安全系數K作為實際所需夾緊力。查文獻[9]表3.3-15安全系數K按下式計算：

43、 （3.1） ———安全系數； ———基本安全系數，通常取=1.5； ———加工狀態(tài)系數，考慮工件材料性質及余量不均等因素。為粗加工取=1.2，精加工取=1，這里取=1.2； ———刀具鈍化系數，考慮刀具磨損后切削力增大，取=1.1； ———切削特點系數，連續(xù)切削時=1.0，斷續(xù)切削時=1.2，這里取=1.2； ———考慮夾緊動力穩(wěn)定性系數，手動夾緊時=1.3，動力夾緊時=1.0，本計算中取=1.3； ———考慮手動夾緊時手柄位置系數，操作方便時=1.0，操作不方便時=1.5，本夾具中夾緊操作方便=1.0； ———當有力矩企圖

44、使工件回轉時，考慮支承面接觸情況系數，若接觸點穩(wěn)定=1.0，若接觸點不穩(wěn)定=1.5，本夾具中接觸點穩(wěn)定=1.0； 根據以上參數計算： =1.51.21.11.21.31.01.0=3.08 本工序中锪φ32孔和鉆φ18通孔所用的刀具材料為硬質合金鋼，鉆螺紋孔多用刀具材料均為高速鋼。查文獻[2]表3-54刀具材料為硬質合金鋼的鉆頭鉆削所產生的轉矩和軸向力計算公式分別為： ； 刀具材料為高速鋼的鉆頭鉆削所產生的轉矩和軸向力計算公式分別為： (3.2) (3.3)式中：

45、 D———鉆頭直徑； M———切削轉矩； ———軸向切削力； ———休正系數； S———每轉進給量； 通過以上公式的顯示夾緊力的參考僅用鉆M18螺紋孔及锪φ32孔所產生的扭矩和軸向切削力作為依據即可。而本夾具中加工的工件材料為灰鑄鐵。查文獻[4]表2.4-38鉆M18螺紋孔的進給量為0.65mm/r，锪φ32孔的進給量為0.5mm/r。 锪φ32所產生的轉矩和軸向切削力分別為： ==12660.9Nmm ==1244.84N 鉆M18螺紋孔所產生的轉矩和軸向切削力分別為： ==4121.68 Nmm ==533.51N 通過計算可以看到無論是最大轉矩還是最大軸向切

46、削力，都是發(fā)生在锪φ32時。故到此我們可以確定夾緊力的確定只要滿足锪φ32孔的加工要求即可。本工件加工時除了受切削力的作用外還受到自身重力的作用，因此最終確定夾緊力時還要考慮重力因素（G=25Kg10N/Kg=250N）。 工件軸向總受力為=+G=1244.84+250=1494.84N。 緊工件所的夾緊力為： =6944.51N 上式中為工件表面與支撐件間的摩擦因數，因為工件為加工過的表面，=0.2；為工件表面與夾緊元件間的摩擦因數,因為工件與夾緊元件的接觸面為毛坯表面 ，取=5。 查文獻[3]表2.38，一個M20的帶肩螺母和螺桿配合夾緊所能承受的許用夾緊力為16080N；一個M

47、16的帶肩螺母和螺桿配合夾緊所能承受的許用夾緊力為12064N，均大于W。夾緊機構通常由三個部分組成：夾緊動力部分，中間傳動機構和夾緊元件。本夾具夾緊動力部分為帶肩螺母,用于產生力源并將作用力傳給中間傳動機構，中間傳動機構為螺桿用于改變作用力的大小和方向，并能產生自鎖。夾緊元件壓板則承受由中間傳動機構傳遞的夾緊力并與工件直接接觸而執(zhí)行夾緊動作。為保證夾緊穩(wěn)定,本夾具設計了三塊壓板用于組成夾緊機構.對于跨度較長的壓板(長為200mm),為了保證夾緊剛度,其寬度較其他兩塊壓板大為50mm,并與M20的帶肩螺母和螺桿配合組成獨立的夾緊機構.而另兩塊壓板則設計長度為160mm寬度為45mm,M16的帶

48、肩螺母和螺桿做為其動力源和中間機構.為了保證夾緊機構的靈活操作,而不用卸下壓板就可以實現工件的裝卸,在壓板中間設計了一條通槽可使壓板在螺桿行做較大范圍的徑向移動. 3.4 夾具體的設計 3.4.1 夾具設計的基本要求 夾具體是夾具的基礎件，它既要把夾具的各個元件、機構、裝置連接成一個整體，而且還需考慮工件裝卸方便以及夾具與機床的連接方式。因此，夾具體的形狀與尺寸，主要取決于夾具各組成件的分布位置，工件的外行輪廓尺寸以及加工的條件等。在設計夾具體時應滿足以下一些基本要求： (1) 應有足夠的剛度與強度 加工工件時，為了防止在切削力、夾緊力等外力的作用下，夾具產生不允許的變形和振動，

49、夾具體應具有足夠的壁厚，剛性不足處可適當增設加強筋。今年來許多工廠采用框形薄壁結構的夾具體，不僅減輕了重量，而且可以進一步提高其剛度與強度。 (2) 力求結構簡單、重量輕 夾具體的外形一般尺寸較大，結構比較復雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，應特別注意其他結構工藝性。同時，在滿足剛度及強度的條件下，盡可能減輕重量、縮小體積，特別是對于手動翻轉式夾具，要求重量一般不超過10㎏，以便于操作。 (3) 應便于排除切屑 加工過程中為了防止切屑聚積，影響工件的正確定位和夾具的正常操作，因此在設計夾具體時應考慮切屑排除問題。若加工中產生的切屑不多，可適當加大定位元件工作表面與夾具體之間的距離，

50、以增加容屑空間；對加工中產生切屑量較大時，一般應在夾具體上設置排屑溝，以利于將切屑自動排至夾具體外。 (4) 在機床上安裝應穩(wěn)定可靠 對于固定在機床上的夾具應使其中心盡量低；對于不固定在機床上的夾具，則其中心和切削力作用點，應落在夾具體的支承范圍以內，中心越高夾具支承面積應越大。為了使夾具安裝穩(wěn)定可靠，夾具體底面中部通常應挖空。對于翻轉或移動式夾具體，應在夾具體上設置手柄或手扶部位，以便操作。對于大型夾具，在夾具體上應設置吊環(huán)螺栓或起重孔，以方便吊運。 (5) 應具有良好的結構工藝性與經濟性 夾具體上有三個重要表面，直接影響到夾具的裝配精度，即夾具體底面、安裝定位元件和引導裝置的表面以

51、及夾具安裝時的校正基面。在加工這些表面時，通常是以夾具體底面作為定位基準，因此在考慮夾具體結構時，應便于達到這些表面的加工要求。在夾具體上供安裝各種元件的表面，一般應鑄出3~5mm的凸臺，以便于減少加工面積 3.4.2 夾具體毛坯的選擇 在選擇夾具體毛坯制造方法時，通常是根據夾具體的具體要求和工廠的具體條件來決定的，實際生產中常用的夾具體毛坯按制造方法分有以下幾種： (1) 鑄造夾具體 鑄造夾具體是最常用的一種制造方法，其優(yōu)點是可以制造出各種復雜的外形，且抗壓強度、剛度和耐振性都較好，。但鑄造生產周期長，且需經時效處理，故成本較高。 (2) 焊接夾具體 焊接結構與鑄造結構相比，優(yōu)

52、點在于制造容易，生產周期短，成本低（一般比鑄造夾具體低30~50%），由于采用鋼板、型材的焊接而成，故重量較輕。缺點是焊接后需經退火處理，且難以獲得復雜的外形。 如果精度要求高，結構比較復雜，加工時振動較大，宜選用鑄造結構；否則，應充分采用焊接結構。 (3) 裝配式夾具體 為了克服鑄件制造周期長，單間生產成本高的缺點，發(fā)展了選用標準毛坯件和標準零件部件組裝成所需要的夾具體結構，即選用板材、圓棒、角鐵、糟鋼等標準型材，按尺寸系列截取成所需要的坯料，再利用螺釘、銷釘、底座筋板等標準零部件驚醒組合。這種制造方法不僅可以大為縮短夾具體的制造周期，而且可以組織專門工廠進行專業(yè)化生產，有利于降低成本

53、、提高效益，這是很有發(fā)展前途的一種制造方法。但目前尚未對夾具體的結構、尺寸實現標準化和系列化，這種方法有待今后逐步推廣應用。 3.4.3 夾具體的外形尺寸 夾具制造屬于單件生產性質，在做夾具設計時，一般無須復雜的計算，通常是參照類似結構，采用類比法估算確定。實際上，在繪制夾具總圖時，根據夾具的各組成元件，裝置與機構所在的位置，夾具體的外形尺寸已大體確定。以下數據可供確定夾具體結構尺寸時參考： (1) 鑄件結構夾具體，壁厚一般取8～30㎜，過厚處應挖空。 (2)用板材、型材焊接的夾具體，一般壁厚以6～10㎜為宜，若剛性不足可增設加強筋。 (3)為了工件順利裝卸，與夾具體不發(fā)生干涉，夾

54、具體非工作表面應留有一定的間隙。 當夾具體和工件都是毛面時，可取8~10mm；當夾具體與工件都是光面時，可取4~10mm。 3.4.4 本夾具體的設計思路 本夾具上所加工的工件為中型重量為25Kg零件,工件有相當的重量.工件首先要在分度盤上進行定位，而分度盤的直徑為625mm，厚度為30mm,重量為67Kg，再加上其他零件的重量和切削力。因此，作為整個夾具體的支座的夾具體，所受的力總計有近2000牛以上。為了能夠很好的支撐住整個夾具機構，保證機構的剛度，家具體首先要保證有很好的穩(wěn)定性和剛性。要保證夾具體的穩(wěn)定,夾具體的底座要達到一定的寬度，參照機床聯系尺寸，夾具體底座厚度為30mm，縱

55、向尺寸為540mm，橫向尺寸為746mm。高度為746mm,與分度心軸配合的孔中心高度為420mm, 孔的壁為30mm,在孔的下方設計有垂直相交的四處加強筋骨加強來加強夾具體的剛性。另外在夾具體的底座設計四處合乎機床聯系尺寸的內凹沿,便于用螺栓將夾具體固定在機床工作臺上。夾具體的制造方法為鑄造。 3.5 分度心軸的設計 3.5.1 分度心軸的設計 夾具中所應用的分度心軸為壓入配合光滑心軸,軸與工件有過贏配合,定心精度高。但其配合的最大過盈量不應大于的最大過贏利量.前面提到在加工工件時,工件所受軸向切削力為1244.84N,再加上工件、分度盤和其他零件的的重力，心軸將受到較大的彎矩。分

56、度盤和夾具體的距離為20mm，心軸應力敏感位置為前軸承的徑向對稱面的位置上，粗略估算，此處距離轉盤重心有40mm的距離。因此，心軸所受彎矩大致為M=F*L=250040=100000N*mm。由文獻[11]附表7和式2-45，查到兩個公式：和。 本心軸所選用的材料為45鋼，=65，所以有==30.5mm。 因為工件在加工過程中可能會受到一些額外的沖擊，考慮到要保證夾具可以長期使用，確定d=80mm，此直徑與6016深溝球軸承配合定位心軸。 圖3.2 分度心軸 與分度盤配合的軸頭分為導向部分和配合定位部分。導向部分的直徑尺寸對應圖形中的即=d=80m

57、m。 由公式=（0.03~~0.07）的公式確定其他軸段的直徑，，，，，，，，，。=76mm，=87mm，87mm，=145mm，=75，=65，=70。其中直徑與60146016深溝球軸承定位。，，，，，，，，，的長度，，，，，，，，分別為：=18，=5，=155，=18，=3，=8，=15，=15，=3。 段與分度盤配合定位作為工作部分，其尺寸為=++=80+0.037+0.025=870.62，公差取h5故= ———工件定位孔的最大直徑 ———工件定位孔的最大直徑 ———配合的最小過盈量 ———IT6的標準公差數值 為其導向部分的直徑，取e8的公差，==

58、 4 誤差的分析與計算 4.1 一面兩孔時的定位誤差 工件以一面兩孔定位時，其基準不重合誤差應分為兩項來計算： 4.1.1 縱向誤差 指的是工件工件在兩孔連心線方向上工序基準的極限位置誤差。雙孔定位時，夾具上銷的幾何中心應為元件基準，工件上與圓柱銷配合定位的孔的幾何中心為其工序基準，由于配合間隙的存在，二者不相重合，故屬基準不重合。此外，此孔與銷間的配合間隙小于與銷邊銷的銷邊量，又因為工件是一個整體件，工件在兩孔連心線方向上的基準極限位置誤差，只能受到圓柱銷與工藝孔配合間隙的影響。故縱向誤差為

59、=δg+δx+△=0.26+0.012+0.044=0.082（1/5—1/3）δLgx (4.1) 式中： ——縱向定位誤差 Δg——工件定位孔的直徑公差 △——工件裝卸是所要求的圓銷與工藝孔的配合間隙 δLgx——兩工藝孔的位置尺寸公差，為0.5 4.1.2 轉角誤差 雙孔定位時除了縱向誤差外，工件上兩孔中心連線還可以饒X軸發(fā)生偏轉，故使工序基準（兩孔連心線）與元件基準（兩銷中心連線）不相重合，將致使工件發(fā)生轉角誤△α=2=2=（1/5—1/3）δα 故，定位誤差滿足要求 4.2 調刀誤差

60、 夾具在機床上安裝后，需要調整夾具相對于刀具的相對位置，以便于保證工件的加工技術要求。但是，由于制造夾具是，對刀塊或導向裝置對定位元件的位置不準確，導致加工表面位置尺寸變化，有此產生的加工尺寸誤差，稱為調刀誤差。 本夾具上用鉆套作為刀具引導元件，各影響因素均為隨機性的獨立變量，不可能同時均為最大值。因此，調刀誤差應該按概率法疊加，即調刀誤差的計算公式如下： = (4.2) 其中: = ——刀具與引導套的最大間隙 ——襯套與引導套的最大間隙 ——由引起的鉆頭末端的單邊偏斜量 ——引導套內外圓柱面徑向跳動 ——襯套內外柱面徑向跳動 H—

61、—引導套長度 B——工件加工孔長度 S——引導套與工件表面間的距離 锪φ32孔的刀具直徑及其偏差為，固定鉆套引導直徑及其公差為，=0.050。因為沒有用襯套=0，=0，H=45，S=20，B=3，=0.012。 代入得：===0.0505；因此調刀誤差為： ===0.101（1/5—1/3）， 式中=0.5 鉆M18螺紋孔用的快換鉆套內徑為，外徑為，=0.012，鉆頭尺寸及偏差為，所以=0.034+0.027=0.061，=0.050-0.001=0.049，B=11，S=20，=0.012，H=45。代入得：===0.053，因此調刀誤差為： ===0.118（1/5—1/3

62、）；式中=0.5。 鉆M6螺紋孔所選用的可換鉆套內徑尺寸為，外徑尺寸為，所用襯套內徑尺寸為，鉆頭直徑尺寸為，=0.008，=0.008。=0.018+0.022=0.04，=0.028-0.001=0.027，B=7，H=12，S=10。代入運算得===0.07； ===0.143（1/5—1/3），式中=0.5。 鉆M12螺紋孔的鉆套尺寸規(guī)格如下：鉆頭尺寸直徑，可換鉆套內徑尺寸為，外徑為，=0.008，襯套內徑尺寸為，=0.008。=0.027+0.034=0.061，=0.034-0.001=0.033，B=27，H=28，S=5，===0.061，===0.127（1/5—1/3）

63、，式中=0.5。 鉆φ18通孔的刀具直徑為，可換鉆套內徑尺寸為，外徑為=0.012，襯套內徑尺寸為，=0.012。=0.027+0.034=0.061 =0.041-0.008=0.033，B=7，H=36，S=10。===0.059，===0.113（1/5—1/3）；式中=0.5。 4.3 分度誤差的計算 由于存在對定銷與分度盤襯套孔以及與固定部分襯套孔的配合間隙，分度盤襯套的內外圓的同軸度誤差，分度盤兩相臨孔距離偏差等因素，故在一次分度的兩個極端下會造成位置誤差，此誤差稱為位置誤差。其計算公式為：

64、 (4.3) 式中：——轉角誤差 ——一次分度造成的分度誤差 ——對定銷與分度盤襯套孔的最大間隙 ——對定銷與固定部分襯套孔的最大間隙配合 e——分度盤襯套內外圓同軸度誤差 ——兩相臨孔距離公差之一般 對定銷的對定部分直徑尺寸公差為，分度盤襯套孔和固定部分襯套孔的內徑均為，所以==0.017+0.018=0.035，所選用的襯套中e=0.008，=0.15。 ==0.158 ==，式中=。 通過以上的分析計算可是，誤差均在允許的范圍之內。 設計合格！ 總 結 這一次的設計除了專業(yè)知識的收

65、獲外，對于即將參加工作的我們來說，我想心態(tài)上的收獲同樣重要。 以前做過機械系統(tǒng)和加工工藝的設計，惟獨對夾具這一塊沒有做過相關訓練。通過這次設計，更深刻地了解了夾具方面的知識。這次畢業(yè)設計給我提供了一個學習夾具設計相關知識的機會，通過在設計過程中對舊知識的溫習以及對新知識的吸收，使自己對機械專業(yè)知識的掌握更加的全面和系統(tǒng)。此外，因為這一次的設計是畢業(yè)設計，比以前的設計更接近于實際生產問題，在設計中強化了我們的專業(yè)態(tài)度，對今后從事機械行業(yè)受益非淺。 我本次設計的夾具為鉆4110飛輪殼周邊孔的鉆模設計，設計的過程從最初的學習夾具設計，到零件的工藝分析，在到定位、夾緊、對定、方案的確定和工作原理的

66、確定，零件的設計再到校核，最后確定夾具設計合理。設計過程中遵循夾具設計的原則和步驟，查閱了大量相關的資料，并有老師的細心指導，因此本設計是可以應用于實際工程問題的。 這是第一次接觸夾具設計，實踐經驗不足，對所學知識的系統(tǒng)運用能力仍然欠缺，設計中有不合理的地方，敬請各位領導，老師，同學賜教，將不勝感激。 參 考 文 獻 [1] 薄林祥主編.《金屬切削機床夾具設計手冊》.北京：機械工業(yè)出版社，1995.12 [2] 唐金松主編.《簡明機械設計手冊》.上海：上?？茖W技術出版舍，2002.6 [3] 《機械加工工藝裝備設計手冊》編寫組編.《機械加工工藝裝備設計手冊》.北京：機械工業(yè)出版社，1998.1 [4] 李洪主編.《機械加工工藝手冊》.北京：北京出版社出版，1990.12 [5] 王光斗、王春福主編.《機床夾具設計手冊》. 上海：上?？茖W技術出版社，1990.2 [6] 鄒青主編. 《機械制造技術基礎課程設計指導課程》北京：機械工業(yè)出版社，2005.8 [7] 李慶壽主