毕业设计(论文)--法兰零件钻孔夹具的设计.doc

毕业设计

钻孔夹具的设计

学 院： 机械工程学院
专 业： 机械制造与自动化
班 级： 机制3113班
学生姓名：
指导老师：
完成日期： 2013.12.26

摘要

夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。
该论文的设计任务是加工零件四个孔，端面四个。由于该零件属于大批量生产，钻孔精度要求较高，所以设计一个专用的钻床夹具，保证零件的加工质量。由于夹具的利用率高，经济性好，使用元件的功能强并且数量少，配套费用低，降低了生产成本；采用夹紧装置，缩短停机时间，提高生产效率。
设计钻床夹具，首先要仔细分析加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案；在满足加工精度的条件下，合理的进行安装、定位、夹紧；在完成夹具草图后，进一步考虑零件间的连接关系和螺钉、螺母、定位销等的固定方式，设计合理的结构实现各零部件间的相对运动；根据各零件的使用要求，选择相应的材料。
完成钻床夹具的所有设计后，用AutoCAD进行二维图形的绘制，首先画装配图，然后从装配图上拆画零件图，标注相关尺寸及技术要求，最后进行论文的撰写、整理、修改完成该毕业设计。

关键词： 夹具；钻床夹具；精度；CAD

目录

摘要 2
第1章 绪论 5
1.1　夹具论述 5
1.2　现代化夹具的发展方向 5
1.3　夹具工艺的重要性 6
第2章 加工工艺分析及工艺 8
2.1　加工件的分析 8
2.2　加工工艺过程 8
2.3　加工工艺工序卡 9
2.4　主要加工工序的计算 10
第3章 夹具设计分析 13
3.1　问题的提出 13
3.2　定位基准的选择 13
3.3 定位误差分析 13
3.4　夹具设计的操作及简要说明 13
3.5　夹紧总装图 14
3.6　刀具设计参数确定 14
3.7　夹具体的要求 14
第4章 结束语 15
参考文献 16
致　谢 17

第1章 绪论
1.1夹具论述
夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。
国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3～4年就要更新50％～80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10％～20％左右，为了适应科学技术的快速发展，我们在短短几年内需更新大量的专用夹具，这样即提高了加工的成本，也造成了材料的浪费，为了减少这种情况，我们可以采用数控机床的柔性化制造技术。
近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：
1）能迅速方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；
2）能装夹一组具有相似性特征的工件；
3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；
4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；
5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；
6）提高机床夹具的标准化程度。
1.2现代机床夹具的发展方向
主要表现为标准化、精密化、高效化、柔性化和模块化等五个方面。
（1）标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148～T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。
（2）精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。
（3）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。
（4）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。
（5）模块化 模块化的设计省时、节能，体现在各种先进夹具的系统中，为夹具的计算机辅助设计与组装打下了坚实的基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库和用户使用档案库，可进行夹具优化设计，进行夹具的三维实体组装。模拟仿真刀具的切削过程，为用户提供正确、合理的配套方案，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。
1.3机械加工工艺的重要性

工艺规程是指导施工的技术文件。一般包括以下内容：零件加工的工艺路线，各工序的具体加工内容，切削用量、工时定额以及所采用的设备和工艺装备等。
工艺规程的主要内容
1．产品特征，质量标准。
2．原材料、辅助原料特征及用于生产应符合的质量标准。
3．生产工艺流程。
4．主要工艺技术条件、半成品质量标准。
5．生产工艺主要工作要点。
6．主要技术经济指标和成品质量指标的检查项目及次数。
7．工艺技术指标的检查项目及次数。
8．专用器材特征及质量标准。
在车间生产过程包括直接改变工件形状、尺寸、位置和性质等主要过程，还包括运输、保管、磨刀、设备维修等辅助过程。生产过程中，按一定顺序逐渐改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质使其成为预期产品的这部分主要过程称之为工艺过程。零件依次通过的全部加工过程称为工艺路线或工艺流程。技术人员根据工件产量、设备条件和工人技术情况等，确定并且用工艺文件规定的机械加工工艺过程，称为机械加工工艺规程。机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。
因此，机械加工工艺规程在机械加工中起着重要的作用，主要包括以下的几个方面：
1） 工艺规程是指导生产的主要技术文件 机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。如处理质量事故，应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。
2） 工艺规程是生产准备工作的主要依据 车间要生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工工艺规程，再根据工艺规程进行生产准备。如：新零件加工工艺中的关键工序的分析研究；准备所需的刀、夹、量具（外购或自行制造）；原材料及毛坯的采购或制造；新设备的购置或旧设备改装等，均必须根据工艺来进行。
3） 工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件

第2章 加工件的分析及工艺卡
2.1加工工件分析
.

本工件为法兰零件，材料为HT200，是铸造件，工件机构清晰，其实从尺寸和形状仔细分析，工件并不复杂。按照工件的特点，本工件首先要加工一个底面，然后在以底面为基准进行加工，同时加工中以中心轴为基准进行加工，加工按照尺寸的详细标注加工即可。本工件同时也具有对称性，是一个复杂的铸造加工件。

2.2加工工艺过程
1. 铸造毛坯零件，加工面需要留有5mm加工余量
2.铣底端面，先粗铣后精铣，铣去加工余量约5mm,铣后粗糙度为3.2
3、铣顶端面，先粗铣后精铣，铣去加工余量约5mm,铣后粗糙度为3.2，同时保证铣后与底面的距离为103
4、车底板端面，先粗车后精车，车后达到线性公差要求，同时保证底板厚度10及粗糙度3.2，并倒圆角R7
5、车直径45，长度55，先粗车后半精车，保证自由公差和粗糙度12.5即可
6、车直径30，长度30，先粗车后半精车，保证自由公差和粗糙度12.5即可
7、车直径90，长度8，先粗车后半精车，保证自由公差和粗糙度12.5即可
8、车直径47，先粗车后半精车，车后达到图纸要求的线性公差，精车后粗车度为1.6，同时做抛光处理即可
9、钻直径20孔，先采用18钻头钻通孔，然后在采用铰刀进行加工，直接采用粗铰刀加工即可，加工后粗糙度为3.2，同时达到线性公差要求即可。
10、钻孔直径8，自由公差，距离底面14即可
11、钻孔4-直径8，自由公差，距离底面14即可
12、镗两端斜面，按照尺寸加工即可，先粗镗后精镗，镗后粗糙度为3.2
13、对各个加工工序要进行检查
2.3加工件的主要工序卡
考虑到工序为13道，设计中没有完全写出每道工序的工步，这里主要论述了以下4道工序，作为本设计的重点，其中设计了工序09的夹具设计。
工序03、工序04、工序08、工序12，具体见附表中的工序图。

2.4加工件的主要工序加工计算

工序3：
粗铣底板上平面
1、 机床：X6132A
刀具：YG6硬质合金刀片
由《切削手册》表3.1，铣削深度a=3≤4，端铣刀直径d为80，a为60。但已知铣削宽度a为50mm，故应根据铣削宽度a≤120，选择d为200。由表3·16，齿数Z=16。
由表3·2 后角α=8 K=60 K=30 K`=5
过渡刃宽度 b= α`=10
铣刀前角 r=5
刀齿斜角 =-10

2、选择切削用量
（1）决定切削深度a
a=3mm。
（2）决定每齿进给量
由文献《切削手册》表3·5，当使用YG6，铣床功率为7.5kw时，f=0.14~0.24，但由于采取对称铣，故取f=0.18mm/z。
（3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命
由《切削手册》表3·7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0mm
由《切削手册》表3·8，d=200，故刀具寿命T=240min
（4）决定切削速度v和每分钟进给量v
由《切削手册》表3·16，v`=89m/min v`=358mm/min n`=142r/min
k=k=k=1.0
故v= v`·k=89 m/min
v= v`·k=358mm/min
n= n`·k=142r/min
由《切削手册》表3·30，X6132A说明书，则
n=150r/min v=375mm/min
因此，实际切削速度和每齿进给量为==94.2m/min
==0.16mm/z
（5）计算基本工时
= L=l+y+Δ L`=112mm L=120mm
由《切削手册》P106 表3.26，y+Δ`= 33mm
故
=0.39min
y+Δ=24mm
== 0.4min

工序09
钻孔φ20mm
选择钻头：标准高速钢麻花钻头，其直径do=φ20mm
确定进给量f：查《切削手册》表2.7得f=0.47~0.57mm/r
根据Z525立式钻床说明书，现取f=0.5mm/r
切削速度：根据《切削手册》表2.13及2.14，查得切削速度v=14m/min
所以 === 174.8r/min
根据机床说明书，取
nw=152r/min
故实际切削速度为
===12.2m/min
2.切削工时：t=
式中，L=+y+，=50mm，根据《切削手册》表2.29，入切量级超切量y+=5mm，则
L= 50+5=55mm
故
t==0.72 min

第3章 夹具设计分析

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
设计工序09：钻Φ20孔的钻床夹具。
3.1问题的提出
本夹具主要用于工序09：钻Φ20孔，精度要求高，和其他面没有任何位置精度要求，为此，考虑如何提高生产效率的同时，考虑精度。
3.2定位基准的选择
本设计主要考虑到定位，定位以底面和中心线为基准，本钻加工只是要求光洁度，所以设计中在钻的同时要进行铰孔，铰孔这里和钻孔一样，都是同一个夹角即可完成。所以本设计定位基准为底板，保证钻孔的中心线与其垂直即可。
3.3定位误差分析
本工序选用的工件以圆孔在心轴上定位，心轴为垂直放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差，定位孔和定位销任意边接触，按任意边接触误差计算。
基准位移误差=(++а)/2=(0.04+0.02+0.02)/2=0.04
基准不重合误差=0
式中а——定位副间的最小配合间隙（mm）；
——工件圆孔直径公差（mm）；
——心轴外圆直径公差（mm）。
3.4夹具设计及操作的简要说明
夹具设计主要是根据工件的特点，采取固定底脚的方法，首先以中心定位，然后固定2个底脚，3个固定点来完成本夹具的设计。两个才有杠杆原理的压紧方式定位，即完成了本设计。

3.5装配图附图如下

3.6铣刀具设计参数确定
铣上端面，先粗铣后精铣，铣后粗糙度为3.2，同时保证距离为53
此加工精度要求不高，因此可用高速钢镶齿套式面铣刀
面铣刀：高速钢镶齿套式面铣刀,刀片材料硬质合金,刀杆材料高速钢,刀盘直径D=35mm，刀齿数Z=8，主偏角kr=75°；前刀面有沿切刃方向的斜坡台阶式分屑槽

3.7夹具体的要求
有适当的精度和尺寸稳定性
夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面（与机床相连接的表面）等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。
为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。
有足够的强度和刚度
加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹具体不产生变形和振动，夹具体应有足够的强度和刚度。因此夹具体需要有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强筋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体。
结构工艺性好
夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为4~15mm。夹具体结构型式应便于工件的装卸，分为开式结构、半开式结构、框架式结构等。

第4章 结束语

历时近两个月的毕业设计已接近尾声，通过这次毕业设计，不仅提高了我对四年来所学的各种知识的综合运用能力，还使我学到了书本所不能获取的知识，在看待问题核处理问题方面有了新的认识与方法，让我学会了用不同的立场去思考问题。在自己的刻苦努力和老师的精心辅导下，终于完成了对焊接件夹具体的结构设计。
在选题时，我经过慎重考虑选择了对焊接件夹具体的结构设计。作为机械设计专业的毕业生，我希望通过此次的毕业设计，对机械设计有个更清晰的设计概念和思路，同时也是对所学专业知识的一个综合实践与巩固。
回顾整个毕业设计过程，收获颇多，感触颇多，也得到了一些有价值的结论：
　　１）设计时必须搜集并参阅大量的文献资料，善于选择与借鉴。文献资料是前人的知识与经验的总结，对我们的设计有着举足轻重的作用。通过对现有机械的分析、对比、市场反馈的信息，我们可以“取其精华，舍其糟驳”，使所设计的机械更便于应用。
　２）对于设计专业的学生必须养成严谨的态度，对于机械结构的设计、材料的选择都应该有理有据，严格执行《机械设计手册》的相关规定。
3）通过此次的设计，我顿然明白了“纸上得来总觉浅，觉知此事要躬行”的道理。理论知识的学习，只有运用到设计实践中，才能更牢固的掌握，才能在以后的工作中发挥出它应有的作用！同时，我也感触到了知识系统潜在的联系。
4）在设计的过程中感触到团队的凝聚力。一个人的思考难免片面、甚至偏激、无从着手，通过和同学之间的讨论，可以开发自己的视野和创新思路，并及时发现设计过程中所存在的错误。如设计时由于自己的疏忽，在选定动颚下部摆动行程时，未注意到所选行程大于许用摆动行程，在同学的提醒下，才得以修正。
这次毕业设计使我建立了正确的设计思想，初步掌握了解决本专业工程技术问题的方法和手段，从而，让我受到了一次工程师般的训练，相信在以后的学习、工作中一定会大有用处的。

参考文献

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致谢
经过这段时间的学习，不仅拓宽了知识面，而且巩固了大学里学到的机械专业的知识，最重要的是锻炼了自己的设计能力，可谓收获颇丰。使我明白了它不仅仅是一个设计，更是一个检验我们学习态度的试金石，它也进一步的提高我们的独立思考能力。
在此，我要感谢我的指导老师谢谢老师，他严谨的工作态度、实事求是的思想以及积极向上奋进的性格，都是我学习的榜样。这次的毕业设计使我体会到“天道酬勤”，更加懂得成功是属于那些有准备、孜孜不倦的人的。
最后，向所有在本次设计中给我提供帮助的老师，同学和工人师傅致以最衷心的谢意！ 正是他们的无私帮助和耐心的教诲，才使我的毕业设计得以顺利完成。
再次向他们说一声：谢谢！

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