钻床夹具设计-课程设计说明书.doc

机械工程学院

机械制造技术课程设计说明书

设计题目： 分离爪钻床夹具设计
姓 名： 南宫飞狐
学 号： 1314419999
班 级： 机械某班
指导教师： 周老师
日 期： 2016年9月9日

目录
概述 ………………………………………………………………… （2）
题目及其要求 ……………………………………………………… （3）
一、零件的要求加工工序分析 ………………………………………… （4）
二、零件结构的定位分析与夹具设计
2.1定位分析 …………………………………………………… （5）
2.2 导向方案及导向元件的选择和设计 ……………………… （6）
2.3夹紧装置的设计 ……………………………………………… （7）
2.4 设计夹具体、绘制夹具草图 ……………………………… （7）
2.5 夹具结构设计 ……………………………………………… （8）
2.6 绘制夹具装配图 …………………………………………… （8）

三、主要零件的技术条件分析 …………………………………… （10）

四、绘制夹具体零件图 及工艺编排
4.1芯轴 ………………………………………………………… （10）
4.2.夹具基体 …………………………………………………… （11）

五、设计心得 ………………………………………………………… （14）

参考文献 …………………………………………………………… （15）

概述
机床夹具是机械加工工艺系统的重要组成部分，是机械制造中的一项重要工艺装备。工件在机床上进行加工时，为保证加工精度和提高生产效率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，完成这一功能的辅助装置称为机床夹具。机床夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、生产率和生产成本以及工人的劳动强度等。因此机床夹具设计是机械加工工艺准备中的一项重要工作。
在机床上进行加工时，必须先把工件安装在准确的加工位置上，并将其可靠固定，以确保工件在加工过程中不发生位置变化，才能保证加工出的表面达到规定的加工要求（尺寸、形状和位置精度），这个过程叫做装夹。简言之，确定工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程叫定位；在工件定位后用外力将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作叫夹紧。装夹就是定位和夹紧的总和。
夹具工作原理的要点包括以下几点：1）使工件在夹具中占有正确的加工位置。这是通过工件各定位面与夹具的相对定位元件的定位工作面（定位元件上起定位作用的表面）接触、配合或对准来实现的；2）夹具对于机床应先保证有准确的相对位置，而夹具结构又保证定位元件的定位工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置精度要求；3）使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置，这就保证了刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸。
夹具可以起到下列作用：1）保证稳定可靠地达到各项加工精度要求；2）缩短加工工时，提高劳动生产率；3）降低生产成本；4）减轻工人劳动强度；5）可由较低技术等级的工人进行加工；6)能扩大机床的工艺范围。可见夹具在机械加工中不可缺少的一种工艺装备。

题目及其要求
本次课程设计题目是：分离爪钻床夹具设计。要求如下：材料为QT40-10，生产批量为大批大量生产，其他要求及零件参数见分离爪零件图，要求设计该分离爪加工工序的第9工序钻φ3孔的夹具及编写非标零件的工艺过程。
具体内容为：
（1）研究工艺过程，分析要求工序加工部位、加工要求、定位夹紧部分与前后工序的关系；
（2）根据工序对零件结构进行定位分析；
（3）拟定定位方案及夹紧方案；
（4）计算定位误差；
（5）夹具主要零件技术条件的分析；
（5）编写非标零件的工艺过程；
（6）撰写设计指导书。

图1 分离爪零件图

工序内容：
1 砂型铸造 
2  热处理  退火
3  车 粗车φ40外圆至尺寸φ42mm，粗车端面保证尺寸16mm 
4  车 粗车大端面 粗车φ36的孔  
5 车 精车φ36, φ36.5至尺寸要求 
6  车 精车φ40外圆至尺寸要求，倒角1×45度 
7   铣 铣φ8.3孔左端面，保证30mm尺寸至30±0.03，表面粗糙度要求为5um，铣φ8.3孔右端面，表面粗糙度要求为5um 
8 钻 钻、扩、铰φ8.3的孔至要求尺寸 
9   钻 钻φ3mm孔，孔口倒角1×45度 
10  铣 精铣螺旋面 
11 钳 去毛刺
12 检验

一、零件的要求加工工序分析
本次设计要求设计工序9的加工夹具。
工序9为钻，要求钻φ3mm孔，孔口倒角1×45度 
本工序的加工条件为：Z525钻床，YG6硬质合金直柄麻花钻头。工件上Φ36孔及端面，Ф8.3孔及端面，均已加工，达设计图样要求。
为淬硬钢实心毛坯上钻孔的经济精度为IT12～13，表面粗糙度为Ra=20µm，在钻夹具上加工时适当控制切削用量，可以保证孔的尺寸精度要求和表面粗糙度要求。

由零件图可知Φ3mm孔粗糙度要求较低，所以钻削加工便可满足条件孔口倒角可采用90度锪孔刀进行加工，且孔的形位公差要求不高。

二、零件结构的定位分析
2.1定位分析
① 定位方案的选择
以“一面两销”定位，其中一面为与Ф36（）孔左端面贴合的定位面，限制3个自由度；一销为定位心轴，置于Ф36（）孔中，限制2个自由度；另一销为削边销，置于Ф8.3孔中，限制1个自由度。 夹紧是利用心轴另一端的螺纹与夹紧螺母旋合拧紧，使快换垫圈紧靠在Ф36孔右端面上，另外削边销可限制工件绕心轴的转动的自由度，这样工件定位和夹紧过程完成。
该定位方案有很多优点如下：
夹紧元件单一而且结构简单，夹紧可靠，使夹具体的结构也很简单，制造简便，经济合理。
所选用的定位基准都是已加工过的表面，而且选用的定位基准与设计基准重合，基准不重合误差为0，定位精度高。
当一个工件的此工序完成后，只需将夹紧螺母拧松，将快换垫圈拿出，即可安装加工下一个零件，操作简单，拆卸方便，消耗的工时少，减少了工人的劳动量，大大提高了生产效率，适用于大批生产。

② 定位元件设计 根据定位方案，设计定位元件的结构如图3所示，Ф36孔采用圆柱心轴定位，Ф8.3孔采用削边销定位。圆柱心轴的直径及公差为Ф36n7（）㎜。

③ 定位误差计算 圆柱心轴与工件Ф36H7孔的配合为Ф36，影响位置度的定位误差为：

定位方案能够满足加工要求。

2.2 导向方案及导向元件的选择和设计

① 导向方案选择 导向方案如图所示。由于零件工序尺寸要求不高故采取固定钻套。根据《夹具手册》表2.5-7，钻套至工件表面的距离按（1～1.5）d=4㎜选取，考虑本工序加工时钻头较细，防止切削将钻头憋断，应有足够的排屑空间，钻套至工件表面的距离取5㎜。

② 导向元件设计 根据《机械制造技术课程设计》表3-56，钻套与钻模板的配合选H7/n6。根据《机械制造技术课程设计》表3-56确定钻套为：A4×16 JB/T8045.1-1999（d=Ф4F7（），D=Ф8d6（）㎜，H=16㎜）。
③ 导向误差计算 根据《夹具手册》表1.7-8，导向误差为

式中： d——可换钻套内孔最大直径，d=Ф4㎜；
——钻头最小直径，=3.982㎜；
——钻套外径的最小直径，=Ф8.006㎜；
——固定衬套内孔的最大直径，=Ф10㎜；
e——可换钻套内外径轴线的偏心量，e=0.004㎜（按同轴度公差Ф0.008㎜算得）；
l——可换钻套的导向长度，l=15㎜；
h——钻套与工件之间的距离，h =5㎜;
b——钻孔深度，b=7㎜；
K——配合间隙的概率系数，K=0.5；
m——可换钻套安装偏心的概率系数，m=0.4；
p——钻头偏斜的概率系数，p=0.35。
将各参数代入上式得：，可以保证位置度要求。
2.3 夹紧装置的设计

夹紧装置为螺纹夹紧结构简单，操作方便。

2.4 设计夹具体、绘制夹具草图

绘出夹具草图(采用一面两销定位)

2.5 夹具结构设计
整个夹具主要由基体座、钻模板、芯轴构成，芯轴上两端为细轴并攻丝方便芯轴在基体上的固定，及零件的夹紧，芯轴背部采取双螺母防松固定，前端夹紧采用快换垫圈，锁紧螺母采用带肩厚螺母。钻模板与基体座采用双圆柱销定位，双螺钉紧定的方式连接为一体

2.6 绘制夹具装配图

夹具装配图如附图所示。

三、主要零件的技术条件分析
1.基体座
由于零件大批量生产基体座采用铸造的方式形成毛坯，再通过热处理，再经过机械加工的方式达到要求尺寸，对于现在加工技术并不存在十分困难，与模板配合的定位圆柱销的孔精度要求较高，需要精密划线定孔位置，以保证配合精度。
2.芯轴
芯轴的直线度，及个别的表面粗糙度形位公差要求较高，需要精车才能达到要求
3.钻模板
一般精度的铣削就能达到要求精度
四、绘制夹具体零件图 及工艺编排

按照夹具装配图，绘制非标准零件的零件图。
4.1、芯轴

机械加工工序过程
1  车 粗车φ45外圆至尺寸φ47mm，粗车φ45mm端面与φ36mm保证尺寸22mm 
2  车 粗车φ10js6外圆至尺寸φ11并保证尺寸42mm至41mm,粗车φ10mm至φ11

3 车 粗车φ30至要求尺寸
4 车 精车φ10mm、φ10js6至要求尺寸
5 车 精车φ45两端面至尺寸要求及形位公差要求 
6 车 精车φ36f7外圆至尺寸要求，倒角0.5×45度 
7 钳 攻丝至要求螺纹长度并去毛刺
8 检验

4.2.夹具基体

机械加工工艺过程
1  铣 以底座下表面为粗基准粗铣底座上表面并保证尺寸15mm至15.5mm
2  铣 以底座上表面为基准精铣底座下表面至形位公差要求尺寸
3 铣 精铣25mm×60mm保证表面粗糙度及形位公差要求，同时精铣30mm×60mm上表面保证尺寸35mm
4  铣 精铣φ10mm所在面的前端面及后端面，及φ5H7的端面并保证形位公差要求
5 钻 钻、扩、铰φ10mm及φ5H7的孔至要求尺寸并保证形位公差要求
6 钻 钻、扩、铰φ5的孔至要求尺寸，并保证其定位精度
7 钳 为两螺纹孔攻丝并去毛刺
8 检验

五、设计心得
为期两周的机械制造技术课程设计马上就要结束了。在这短短的两周里，我从刚开始对制造工艺只有一点感性认识到现在已熟悉制造工艺的国内外现状及趋势，能对工件确定合理的工艺方案，对零件的设计制造，机床设备的选用，机械零件的选用及零件加工工艺过程的说明有了较为深刻的领会，同时对根据加工工艺设计相应的夹具体也较清楚。
在本次设计中，虽然是一道简单工序的夹具设计，但是在设计中要用到许多基础理论，这就要求我们能只学习工艺学的知识，必须把所学过的专业知识融会贯通，学以致用。由于有些知识已经遗忘，这使我们要温习所学的专业知识，因此设计之前就把学过的相关专业课程认真的复习了一遍，开始对本课题的设计任务有了大致的了解，并也有了设计的感觉。同时，由于设计的需要，要查阅并收集大量关于机械制造方面的文献，进而对这些文献进行分析和总结，这些都提高了我们对于专业知识的综合运用能力和分析解决实际问题的能力。
虽然本次设计我很努力去做，但还是存在一些不足：
（1）我对机械工艺规程设计理论方面的知识还没有十分扎实，对并没有投入生产，在实际生产中的产品，还要根据生产部门的设备，要求等，考虑零件的结构，精度和余量，难免会有我们现在没有考虑周全的内容。
（2）在对工艺路线的设计上还是不十分熟练，在很多情况下都会出现难以取舍的情形。
在这次设计中我走了不少弯路，但是在老师的悉心指导和自身的努力下还是圆满的完成了设计。在以后的学习工作中，我要从以下方面来提高自己，解决设计中存在的问题。多学习相关的知识，关注前沿的科学技术，拓宽知识面，尽量在实践中掌握所学知识。

参考文献

1. 冯鹤敏 主编.机械制造技术基础课程设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2013
2. 卢秉桓 主编, 机械制造技术基础[M].3版.北京：机械工业出版社，2007
3. 王先逵 主编.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2006
4. 杨叔子 主编.机械加工工艺师手册[M].北京：机械工业出版社，2002
5. 李益民 主编.机械制造工艺设计简明手册[M].北京：机械工业出版社，1994
6. 沈莲 主编.机械工程材料[M].北京：机械工业出版社，2007
7. 邹青 主编.机械制造技术基础课程设计指导教程[M].北京：机械工业出版社，2004
8. 甘永立 主编.几何量公差与检测[M].9版.上海：上海科学技术出版社，2010

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