雙孔鉆床夾具設計.doc

洛陽理工學院 洛陽理工學院課程設計說明書課程名稱：機械制造裝備設計設計課題：鉆模夾具設計專業(yè)：機械設計制造及其自動化班級：姓名：課程設計任務書機械工程 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè)學生姓名： 班級：學號： 課程名稱：機械制造裝備設計設計題目：鉆模鉆削夾具設計課程設計內(nèi)容與要求：內(nèi)容：見a4圖為所示加工彎板，設計一套鉆模夾具，便于搖臂鉆床的加工。設計要求：1. 在搖臂鉆床上加工2-12的通孔。2. 要求繪制a1夾具裝配圖一張，a3夾具中零件圖一張，a4加工零件圖一張，說明書一份。3.夾具設計要求合理，有利提高加工精度，保證加工質量，降低加工成本，提高勞動生產(chǎn)率和減輕工人的勞動強度，便于批量生產(chǎn)。 設計（論文）開始日期2012年 月 日 指導老師： 設計（論文）完成日期2012年 月 日 年 月 日課程設計評語機械工程 系機械設計制造及其自動化專業(yè)學生姓名：班級：學號：課程名稱：機械制造裝備設計設計題目：鉆模鉆削夾具設計指導老師： 課程設計篇幅：圖紙三張說明書18頁指導教師評語： 年 月 日 指導老師 洛陽理工學院目錄緒論1第一章 夾具的發(fā)展概況2第二章 專用夾具設計42.1設計前的工作準備42.1.1 明確工件的年生產(chǎn)綱領42.1.2 熟悉工件零件圖和工序圖42.1.3加工方法52.2總體方案的確定52.2.1 定位方案52.2.2 夾緊機構62.2.3 選擇導向裝置82.2.4 夾具體92.3繪制夾具裝配圖112.3.1 定位、夾緊、導向、夾具體112.4夾具精度的驗算132.4.1誤差分析132.4.2誤差計算14第三章 方案設計論證153.1設計思路153.2設計方法與結果15致謝16感想17參考文獻1819緒論機械制造裝備設計課程設計是機械設計中的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，也是機械類專業(yè)學生較為全面的機械設計訓練。其目的在于：1培養(yǎng)學生綜合運用機械設計基礎以及其他先修課程的理論知識和生產(chǎn)實際知識去分析和解決工程實際問題的能力，通過課設訓練可以鞏固、加深有關機械課設方面的理論知識。2學習和掌握一般機械設計的基本方法和步驟。培養(yǎng)獨立設計能力，為以后續(xù)的專業(yè)課程及畢業(yè)設計打好基礎，做好準備。3使學生具有運用標準、規(guī)范手冊、圖冊和查詢有關設計資料的能力。零件在工藝規(guī)程之后，就要按工藝規(guī)程順序進行加工。在加工中除了需要機床、刀具、量具之外，成批生產(chǎn)時還要用機床夾具。他們時機床和工件之間的連接裝置，使工件相對于機床獲得正確的位置。機床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度。通常把確定工件在機床上或夾具中占有正確位置的過程，稱為定位。當工件定位后，為了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而3破壞定位，還應該用一定的機構或裝置將工件加以固定。使工件在加工過程中保持定位位置不變的操作，稱為夾緊。將工件定位、夾緊的過程稱為裝夾。工件裝夾是否正確、迅速、方便和可靠，將直接影響工件的加工質量、生產(chǎn)效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生產(chǎn)中，工件的裝夾是通過機床夾具來實現(xiàn)的。機床夾具在生產(chǎn)中應用十分廣泛。就我個人而言，我希望能通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的“四化”建設打下一個良好的基礎。第一章 夾具的發(fā)展概況機床夾具實在金屬切削中用以準確地確定工件位置，并將其牢固地加緊，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量，提高加工效率，減輕勞動輕度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。因此，機床夾具在機械制造中占有重要的地位。夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期。隨著科學技術的不斷進步，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、機床夾具的現(xiàn)狀國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，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，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(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，而夾具的實際磨損量僅為1020左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（fms）等新加工技術的應用，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(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，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床夾具；（4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具；（5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率；（6）提高機床夾具的標準化程度。2、現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。（1）標準化 機床夾具的標準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準：gb/t2148t225991以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。（2）精密化 隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達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，可保證卡爪在試驗轉速為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、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，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)控機床的效率。（4）柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調整、組合等方式，以適應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、通用可調夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結構為可拆結構，發(fā)展可調夾具結構，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。第二章 專用夾具設計2.1設計前的工作準備1）熟悉任務書，明確設計的內(nèi)容與要求。2）熟悉設計指導書、有關資料、圖紙等。3）觀看實物，了解夾具的工作過程。2.1.1 明確工件的年生產(chǎn)綱領它是夾具總體方案確定的依據(jù)之一，它決定了夾具的復雜程度和自動化程度。如大批量生產(chǎn)時，一般選擇機動、多工件，自動化程度高的方案，結構也隨之復雜，成本也提高較多。經(jīng)分析所加工工件屬于輕型零件。結合實際生產(chǎn)類型屬于大批生產(chǎn)。根據(jù)所加工工件可知，屬于中批生產(chǎn)，經(jīng)過經(jīng)濟性和實用性考慮,夾具設計成手動，即可滿足要求。2.1.2 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、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，這是夾具設計的直接依據(jù)。圖2-1 彎板零件圖已知待加工工件如上圖2-1所示，零件材料ht200，加工2-12孔（左邊兩個孔，前工序已將各部尺寸加工）。2.1.3加工方法了解工藝規(guī)程中本工序的加工內(nèi)容，機床、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，本道工序的內(nèi)容是鉆兩個12的孔，所選用的是搖臂鉆床，在手動的專用夾具中加工完成。2.2總體方案的確定2.2.1 定位方案工序圖只是給出了原理方案，此時應仔細分析本工序的工序內(nèi)容及加工精度要求，按照六點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，按有關標準正確選擇定位元件或定位的組合。在機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，選用標準定位元件增加了夾具零件的互換性，方便機床夾具的維修和維護。選用兩段短圓柱銷加上窄面上的一個菱形定位銷定位在夾具體上，用兩段短圓柱銷定工件的四個自由度，一窄面上菱形定位銷限制兩自由度，工件被完全定位。因此根據(jù)本次夾具設計的零件，我設計的定位方案為兩短圓柱銷和菱形銷組合定位，可以制6個自由度。所選用定位銷類型及對比分析：圖2-2短形定位銷 圖2-3菱形定位銷 圖2-4長形定位銷 如圖2-2短形圓柱銷能夠使所設計的夾具體占用的空間小且能夠滿足夾緊要求。如圖2-3菱形定位銷，本夾具定位方式為兩短圓柱銷和菱形銷組合定位，選用一個菱形銷，這樣可以避免過定位，有利于很好的定位，所以選用菱形定位銷。如圖2-4長型定位銷，不能夠滿足定位方式同時其所占用的空間太大，不利于節(jié)省材料，不經(jīng)濟，也不利于夾具的設計，所以不選用長型的定位銷。圖2-5兩短圓柱銷定位銷綜上所述所選用的定位方式為如圖2-5兩短圓柱銷和短型菱形銷組合定位。2.2.2 夾緊機構(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。(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。(3)選擇夾緊機構：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：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。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。夾緊機構的行程不宜過長，以提高夾具的工作效率。手動夾緊機構應操作靈活、方便。選用m12的螺栓、斜鍥夾緊機構組合來夾緊工件。確定夾緊力的方向、作用點，以及夾緊元件或夾緊機構，估算夾緊力大小，要選擇和設計動力源。夾緊方案也需反復分析比較，確定后，正式設計時也可能在具體結構上作一些修改。 方案一 使用氣動斜鍥夾緊機構 方案二 使用螺栓手動斜鍥夾緊機構方案三 使用偏心夾緊機構由于工件批量小，宜用簡單的手動裝置。氣缸成本比較高，且要求密封性良好，同時加工零件時必須保證鉆頭豎直向下，因此有30度角度要求，因此夾緊力應垂直指向30度斜面。采用螺栓手動斜鍥夾緊機構，使工件裝卸迅速、方便。同時斜鍥夾緊機構，夾緊力較小，滿足自鎖條件。同時采用螺栓控制前進距離，效果較好，而且結構簡單，操作方便。偏心夾緊機構夾緊力和夾緊行程都較小，同時對于加工零件此種夾緊方式操作不適合，操作不便，安裝不易，因此選擇方案二螺栓手動斜鍥夾緊機構夾緊方式。2.2.3 選擇導向裝置導向裝置是夾具保證加工精度的重要裝置，如鉆孔導向套、鏜套、對刀裝置、對定裝置等，這些裝置均已標準化，可按標準選擇，常用的幾種鉆套如下圖所示圖2-6可換鉆套 圖2-7快換鉆套 圖2-8固定鉆套（a、b型）根據(jù)本設計夾具類型，工件大批大量生產(chǎn)，為提高加工效率，所選快換鉆套，如下圖2-9所示：圖2-9 快換鉆套2.2.4 夾具體用來安裝和固定定位元件，夾緊機構和鉆模板的實體。具體大小根據(jù)整個機構的大小而調整，要保證機構的穩(wěn)定，水平，所以形位公差會有較嚴格的要求。夾具體是夾具的基礎體，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床上。它的結構形狀及尺寸大小，取決于加工工件的特點、尺寸大小，各種元件的結構和布局，夾具于機床的連接方式，切削力、重力等大小的影響。夾具體應滿足以下幾點計算要求：1、應有足夠的強度和剛度；2、力求結構簡單及裝卸工件方便 ；3、結構工藝形好；4、排屑切屑要方便；5、在機床上安裝穩(wěn)定可靠；6、具有適當?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，然后對夾具體毛皮加工成如下圖2-10所示：圖2-10 夾具體零件圖2.3繪制夾具裝配圖2.3.1 定位、夾緊、導向、夾具體畫出定位元件和導向元件，按夾緊狀態(tài)畫出夾緊元件或機構，必要時可用雙點劃線畫出松開位置時的夾緊元件的輪廓，畫出夾具體，其他元件或機構，以及上述各元件與夾具體的聯(lián)結，使夾具形成一體，標注必要的尺寸，配合和技術條件。對零件編號，填寫標題欄和零件明細表。其中還要在定位，導向完成后進行定位精度驗算，在夾緊機構完成后進行夾緊力的驗算，以及重要的受力元件或機構的強度、剛度驗算。如下圖所示：圖2-11 夾具體總裝圖（1）總裝配圖應按國家標準盡可能1：1地繪制，這樣圖樣有良好的直觀性。主視圖應按操作實際位置布置，三視圖要能完整清楚表示出夾具的工作原理和結 構。（2）視工件為透明體，用雙點畫線畫出主要部分（如輪廓，定位面夾緊面和加工表面）。畫出定位元件、夾緊機構、導向裝置的位置。（3）按照夾緊狀態(tài)畫出夾緊元件和夾緊機構。（4）畫出夾具體及其他聯(lián)接用的元件（聯(lián)接體、螺釘?shù)龋?，將夾具各組成元件聯(lián)成一體。（5）標注必要的尺寸、配合、公差等夾具的外形尺寸，所設計夾具的最大長、寬、高尺寸。如本次設計中的長420mm，寬220mm，高205mm。夾具與機床的聯(lián)系尺寸，即夾具在機床上的定位、國定尺寸。如車床夾具的莫氏硬度、銑床夾具的對定裝置等。夾具與刀具的聯(lián)系尺寸，如用對刀塊對刀時塞尺的尺寸、對刀塊表面到定位表面的尺寸即公差。如快換鉆套與襯套之間采用間隙配合，其尺寸公差為，襯套與鉆模板之間采用過盈配合，其尺寸公差為。夾具中所有有配合關系的元件間應標注尺寸和配合種類。如定位螺桿14與夾具體孔的配合。各定位元件之間，定位元件與導向元件之間，各導向元件之間應標注裝配后的位置尺寸和形位公差。如設計中菱形定位銷7相對于已加工好兩孔中心線位置要求mm；上述聯(lián)系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相應公差的1/31/10,最常用的是1/3。（6）標注技術條件和要求。定位元件的定位面間相互位置精度。定位元件的定位表面與夾具安裝基面的位置精度。如定位螺桿14與夾具體底面的平行度不得大于0.01；菱形定位銷7和加工工件孔配做，定位銷1與鉆模板2和夾具體30上的孔配做，定位銷1還與斜面體6和夾具體30上的孔配做，圓錐銷21和固定板22和夾具體30上的孔配做。定位表面與導向元件間的位置精度?？鞊Q鉆套2孔中心線對于夾具體28底面的垂直度誤差不得大于0.01/100。導向元件工作面間的位置精度。兩個快換鉆套中心線之間滿足。 夾具上有檢測基準面的話，還應標注定位表面，導向工作面與該基準面間的位置精度。夾具裝配圖上應標注必要的尺寸和技術要求，主要目的是為了檢驗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到，為了設計夾具零件圖，也為了夾具裝配和裝配精度的檢測。（7）對零件編號，填寫標題欄和零件明細表。 每一個零件都必須有自己的編號，此編號是唯一的。在工廠的生產(chǎn)活動中，生產(chǎn)部件按零件編號生產(chǎn)、查找工作。 完整填寫標題欄，如裝配圖號、名稱、單位、設計者、比例等。完整填寫明細表，一般來說，加工工件填寫在明細表的下方，標準件、裝配件填寫在明細表的上方。注意，不能遺漏加工工件和標準件、配套件。2.4夾具精度的驗算2.4.1誤差分析1、位置精度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）夾具在機床上對定誤差，指夾具相對于刀具或相對于機床成形運動的位置誤差。 3）加工過程中出現(xiàn)的誤差，包括機床的幾何精度、運動精度，機床、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，調整、測量中的誤差，以及加工成形原理上的誤差等。 第三項一般不易估算，夾具精度驗算是指前兩項，其和不大于工件允差的2/3為算合格。2.4.2誤差計算1、驗算中心距500.2mm 影響此項精度的因素有： 1）定位誤差，此項主要是定位孔32h8與定位軸32h7的間隙產(chǎn)生，最大間隙為0.05mm; 2）鉆套與襯套的配合間隙，由可知最大間隙為0.025mm； 3）鉆套內(nèi)孔與外圓的同軸度誤差，對于標準鉆套，精度較高，此項可以忽略； 4）鉆頭與鉆套間的間隙會引偏刀具，產(chǎn)生中心距誤差e=0.034mm。 由于上述各項都是按最大誤差計算，實際上各項誤差也不可能同時出現(xiàn)最大值，各誤差方向也可能不一致，因此，其綜合誤差可按概率法求和=0.07mm。 該項誤差略大于中心距允差0.13mm的2/3，勉強可用。應減小定位和導向的配合間隙。 第三章 方案設計論證3.1設計思路（1）首先根據(jù)已知工件需要，選擇加工機床，應選用立式鉆床加工比較合理。（2）然后工件主要定位部分為直徑為32h8的圓孔，這樣我設想用兩短圓柱銷和菱形銷組合定位，正好滿足六點定位原理，因此本次設計采用此種定位方案有其優(yōu)點。（3）最后將兩短圓柱銷先固定在夾具體上，利用螺桿和斜鍥組合機構夾緊，用兩短圓柱銷和菱形銷組合把工件定位后，可利用螺紋前進來對工件進行夾緊，工件的夾緊力的方向應該垂直與工件的軸線方向，作用點為軸的切點。3.2設計方法與結果（1）首先對工件的加工要進行分析，在工件上鉆2-12的孔，根據(jù)工件的形狀和加工要求，我認為采用鉆床比較合理。（2）然后，根據(jù)六點定位原理，選用兩短圓柱銷和菱形銷組合，正好滿足六點定位原理，由于限制了六方自由度，所以只需要將工件夾緊就可以進行加工了，在垂直方向上進行夾緊，可以利用螺紋前進來推動斜鍥，進行夾緊，因為螺桿的運動控制簡單，而且不影響加工過程，所以最總選擇螺桿和斜鍥組合機構進行夾緊。（3）最后，對整個夾緊方案分析得出，定位約合六點定位原理，夾緊工件穩(wěn)定，所以此夾具設計可行。致謝 在老師和同學的共同努力下，我們在三周的時間內(nèi)完成了夾具課程設計。我們花費的時間很長，因為這是同學第一次進行這樣的課程設計。雖然過程中我們遇到了遇到困難，但是在張老師的指點下，同學們都的十分的努力。我們這次終于把我們所學的知識運用到現(xiàn)實中來了，這對同學們加深對課本知識的理解很有好處。同學學會了對于不同的待工件設計不同的夾具，對于夾具的各種標準件都學會了如何查標準件手冊、如何使用它們。這些都是因為老師的幫助下，我們才能完成的。在這里真心感謝張老師。經(jīng)過前段時間的辛辛苦苦，我受益匪淺。這次課程設計把我們所學的專業(yè)知識有機的結合在了一起，并在現(xiàn)實生活現(xiàn)實得以應用。這讓我們加深對課本知識的理解的同時，又讓我們學會并掌握夾具，專用夾具設計的一般基本方法和步驟。培養(yǎng)獨立設計和思考能力