转向梯形拉杆左接头钻孔夹具设计说明书 12.docx

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转向梯形拉杆左接头钻孔夹具设计说明书12

机电及自动化学院

机械制造加工工艺

课程设计

设计题目：

转向梯形拉杆左接头钻孔夹具设计

专业：

08机械电子工程

学号：

0811111022

2012年1月11日

前言

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动法强度，需做一种专用夹具，省去加工中繁琐的工序。

我们已经学习了机械制造工艺和夹具，对夹具设计有了初步的了解。

对于一种批量较大的产品可设计制造一种专业夹具，操作迅速方便，减少了工人的劳动量，可获得较高的加工精度和生产率，对工人的技术水平要求也相对较低。

但专用夹具设计制造周期长、夹具制造费用较高。

专用夹具的针对性极强、没有通用性，很明显只能适用于产品相对稳定的大批量生产中。

机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、专业基础课以及大部分专业课之后进行的，特别是对于机械制造工艺学和工程材料这两门学科的运用，同时也有对刀具和切屑的部分知识的综合，因此这是我们对之前所学各课程的一次深入的综合性的总复习,同时还有对相关课外知识的查阅和学习，也是一次我们实际运用知识解决问题的练习。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，能够更深入理解课本知识，并能够很好的应用理论知识，为以后更好地胜任我的工作岗位打好基础。

这是首次接触夹具设计，对知识掌握和熟悉程度欠缺，因此在设计中难免会有考虑不周全的地方，请老师指正和帮助。

目录

一、零件的介绍分析3

二、夹具设计方案确定4

三、定位误差分析与计算8

四、切削力及夹紧力的计算10

五、夹具的主要零件结构设计15

六、设计小结17

七、参考文献18

八、附件18

一、零件的介绍分析

1.1、转向梯形拉杆左接头的作用是将转向摇臂的力和运动传递给梯形壁。

实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置，主要应用与汽车转向系统。

它所受的力既有拉力也有压力因此都采用优质特种钢材制造，以保证工作可靠。

1.2、加工零件的工艺路线

1.3钻孔工序详细分析

此工序是弧形块零件加工的第6个工序，需要钻孔，扩孔，铰孔。

保证孔的精度满足图纸中要求。

二、夹具设计方案确定

2.1.基准面的选择（夹具体方式的确定）

夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。

因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。

在设计夹具体时应满足以下基本要求:

◆具有足够的强度和刚度。

◆结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。

◆安装稳定牢靠。

◆结构的工艺性好，便于制造、装配和检验

◆尺寸要稳定且具有一定精度。

◆清理方便。

◆达到零件所须的技术要求

故本方案的基准面以钻床平台面为基准面。

2.2定位原理及定位方案的选择及实现

2.2.1工件的定位原理

自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。

要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。

工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。

根据零件的技术要求：

定位方案确定为一面，一短销，一细圆柱销定位，实现完全定位。

2.2.2定位方案的选择及实现

现由分析知，零件的定位方案有如下三种：

A：

采用底部大端面、底部内孔和凸台定位

B：

采用上侧圆柱端面、上侧内孔和凸台定位

C：

采用右侧圆柱端面、右侧外圆和凸台定位

比较三种定位方案：

方案Ａ的可以用芯轴实现5个自由度的限制，再用圆柱销利用凸台限制转动。

定位方便，设计简单，同时可以利用螺母实现夹紧，方便快捷。

方案Ｂ和方案C虽然也可以实现定位，达到与方案A同样的效果，但是结构复杂，同时定位精度相对低。

故选用方案A更合理。

内孔加端面限制5个自由度，外侧凸台利用圆柱销限制一个自由度，达到定位要求。

2.3夹紧方式及元器件的选择

夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。

对夹紧机构的基本要求如下：

Ø夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。

Ø夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量

Ø夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。

Ø结构力求简单，便于制造和维修。

本方案零件较小，钻孔时受力不大，故选用手动夹紧装置。

用螺母锁紧工件。

2.4、夹具总装结构图

三、定位误差分析与计算

一批工件依次在夹具中进行定位时，由于工序基准的变动对加工表面尺寸所造成的极限值之差称为定位误差。

产生定位误差的原因是工序基准与定位基准不相重合或工序基准自身在位置上发生偏移或位移所引起的。

用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹具有关的因素有：

定位误差ΔP、对刀误差ΔT、夹具在机床上的安装误差ΔA和夹具误差ΔE，在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差ΔG。

上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差∑Δ。

a.定位误差ΔD

第一类误差

第一类误差是指工件在夹具上定位时所产生的那部分定位误差。

基准不重合误差是由于定位基准和工序基准不重合而产生的那部分定位误差。

在本设计中，由于定位基准和工序基准是重合的，所以基准不重合误差为0。

第二类误差

第二类误差是定位元件对夹具基准面的尺寸误差及位置度所产生的那一部分定位误差。

当定位销垂直安置时

将上述数值代入定位误差计算公式，则得：

b.夹具在机床上的安装误差ΔA

因为夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。

一般取：

Δ水A=0.2mm

Δ垂A=0mm

c.夹具误差ΔE

因夹具上定位元件，对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。

一般取ΔE=0.02mm

d.加工方法误差ΔG

因机床精度，刀具精度，刀具与机床的位置精度，工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差，因该项误差影响因素很多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的

。

计算时可设ΔG=

。

——工件位置公差取0.008

ΔG=

3.2.保证加工精度

工件在夹具中加工时，总加工误差∑Δ为上述各项误差之和。

由于上述误差均为独立随机误差，应用概率法加，因此，保证工件加工精度条件是：

即工件总加工误差∑Δ应不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夹具完全可以保证加工精度。

四、切削力及夹紧力的计算

3.1夹紧力的数值计算

选择夹紧力的作用点和方向应注意：

a）夹紧力应朝向主要限位面；

b）夹紧力的作用点应落在定位元件支承范围内；

c）夹紧力的作用点，应落在工件刚性较好的方向和部位；

d）夹紧力作用点应靠近工件的加工表面；

夹紧力大小主要取决于切削力和重力的大小和方向。

夹紧力作用点和方向的选择，通常应与工件定位基准的选择同时考虑，因此这两个参数在制定机床工艺方案时已确定，这里仅作重点叙述的是确定夹紧力的大小的问题。

3.2确定夹紧力时应考虑的计算系数

a.摩擦系数ƒ

在许多情况下，并不是由夹具的定位支承机构或夹紧机构本身直接承受工件所受切削力，而是由工件在紧急状态下，工件与定位支承机构及夹紧机构之间所产生的摩擦力来防止工件产生平移或转动，因此在确定夹紧力时，需要考虑各种接触表面之间的摩擦系数。

摩擦系数主要取决于工件和支承件，压板之间的接触形式：

ƒ1——工件和支承件之间的摩擦系数；

ƒ2——工件和压板之间的摩擦系数；

查表得

ƒ1=0.2，ƒ2=0.7

b.安全系数

在加工过程中，由于工艺的不同，工件材质和加工余量的不同以及刀具钝化等因素的影响，欲准确地确定所需夹紧力是很困难的。

因此，为了夹紧可靠，必须将计算所得的切削力乘以安全系数作为实际所需的夹紧力。

K=K0×K1×K2×K3×K4×K5×K6

式中，K0——考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数

K1——加工性质

K2——加工钝化系数

K3——切削特点

K4——夹紧力的稳定性

K5——手动夹紧时的手柄位置

K6——仅有力矩使工件回转时工件与支承面接触的情况

根据参考文献[3]（注：

若安全系数K的计算结果小于2.5时，取K=2.5。

）选取：

K0=1.3（1.2~1.5）

K1=1.0（精加工）

K3=1.0（连续切削）

K4=1.3（手动夹紧）

K5=1.0（操作方便）

K6=1.0（接触点确定）

零件是灰铸铁，由参考文献[3]表1-2-2得K2取值：

K2Fc=1.05K2Fp=1.4K2Ff=1.3

则：

KFc=K0×K1×K2Fc×K3×K4×K5×K6=1.3×1.0×1.05×1.0×1.3×1.0×1.0=1.77

KFp=K0×K1×K2Fp×K3×K4×K5×K6=1.3×1.0×1.4×1.0×1.3×1.0×1.0=2.37

KFf=K0×K1×K2Ff×K3×K4×K5×K6=1.3×1.0×1.3×1.0×1.3×1.0×1.0=2.20

由表1-2-1的注得，

KFp=KFf=KFc=2.5

3.3确定夹紧力

夹紧力大小的计算是个很复杂的问题，一般只能作粗略的估算。

为了简化计算起见，在设计夹紧装置时，可只找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理求出夹紧力的大小。

最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需要的夹紧力数值。

A．根据静平衡理论计算钻头切削力

由参考文献[3]表1-2-3得，

Fc=902apf0.75Kp

Fp=530ap0.9f0.75Kp

Ff=451apf0.4Kp

Fc——圆周切削分力（N）；

Fp——径向切削分力（N）；

Ff——轴向切削分力（N）；

Fc，Fp，Ff——由参考文献[4]表3-15取；

ap——背吃刀量（mm）；

f——每转进给量（mm）；

Kp——修正系数。

Kp=KmpKkrpKγ0pKλspKrp

Kmp——考虑工件材料机械性能的系数，由表1-2-4取；

Kkrp、Kγ0p、Kλsp、Krp——由表1-2-6取；

由表3-15得：

ap=2mm，f=（0.10～0.20）mm，取ｆ＝０.10mm。

由表1-2-4得：

Kmp=（HB/150）n，n的取值由表1-2-5得：

nFc=0.4nFp=1.0nFf=0.8

则Kmp（Fc）=（190/150）0.4=1.10

Kmp（Fp）=（190/150）1.0=1.27

Kmp（Ff）=（190/150）0.8=1.21

由表1-2-6取：

刀具主偏角选45°，Kkrp（Fc）=1.0Kkrp（Fp）=1.0Kkrp（Ff）=1.0

刀具前角选10°，Kγ0p（Fc）=1.0Kγ0p（Fp）=1.0Kγ0p（Ff）=1.0

刀具刃倾角选0°，Kλsp（Fc）=1.0Kλsp（Fp）=1.0Kλsp（Ff）=1.0

刀尖圆弧半径去2.0mm，Krp（Fc）=1.0Krp（Fp）=1.0Krp（Ff）=1.0

Kp（Fc）=Kmp（Fc）Kkrp（Fc）Kγ0p（Fc）Kλsp（Fc）Krp（Fc）=1.10×1.0×1.0×1.0×1.0=1.10

Kp（Fp）=Kmp（Fp）Kkrp（Fp）Kγ0p（Fp）Kλsp（Fp）Krp（Fp）=1.27×1.0×1.0×1.0×1.0=1.27

Kp（Ff）=Kmp（Ff）Kkrp（Ff）Kγ0p（Ff）Kλsp（Ff）Krp（Ff）=1.21×1.0×1.0×1.0×1.0=1.21

Fc=902apf0.75Kp=902×2×0.10.75×1.10=352.88（N）

Fp=530ap0.9f0.75Kp=530×20.9×0.10.75×1.27=223.36（N）

Ff=451apf0.4Kp=451×2×0.10.4×1.21=434.50（N）

B．实际所需夹紧力

Fc’=KFcFc==172.2（N）

Fp’=KFpFp==228.4（N）

Ff’=KFfFf==106.2（N）

五、夹具的主要零件结构设计

5.1芯轴的设计

芯轴在本夹具中有重要作用，用它实现5个自由度的限制和工件的夹紧。

其设计应该满足强度和精度要求。

如下图：

5.2钻模板的设计

安装固定钻套的零件称为钻模板，它是保证钻模精度的重要零件。

按钻模板在夹具体上的联接方式可分为固定式钻模板和活动式钻模板两种。

固定式钻模板靠螺钉和销钉固定联接于夹具体上，保证了钻套底孔的位置精度要求。

活动式钻模板不如固定式钻模板精度高。

所以选用固定式钻模板。

由于固定式钻模板的尺寸较大，应选用铸件材料，时效处理，以保证其稳定性。

本夹具采用固定式钻模板，具体尺寸根据夹具体和工件来确定，最终形式如下

5.3夹具体的设计

夹具体设计时要满足夹具零件装夹的需要，同时要保证夹具体本身的刚度和精度：

5.4其他零件的设计

定位销，紧定螺钉，螺母等为标准件，采用国标选用即可。

六、设计小结

专用夹具是为零件的某一道工序加工而设计制造的，它广泛用于大量生产中，它不但提高了生产率而且也提高加工精度，改善劳动条件。

通过这次课程设计，我个人对夹具有了更进一步的了解，夹具要保证加工出的产品有较高的精度，就必须要求其自身有较高的精度，定位元件拥有高精度的同时还需要有一定的刚度和强度，以保证在加工过程中自身不会变形和一定的寿命。

夹紧机构要求有一定的刚度和强度，以确保在一定的力的作用下夹紧元件不会先于工件发生变形、损坏。

夹具体是夹具的主体部分，是与机床相接的部位、也是支撑夹紧元件、工件的主要部分：

要求其有一定的强度和刚度、稳定性，又考虑到经济性一般都采用HT200作为夹具体。

对夹具的维护保养，及夹具在设计中应该注意的问题有了更进一步的了解，自己的能力在这次课程设计中也得到了提升。

在设计的过程中又一次把所学的知识做了一次综合式的复习，为接下来要做的毕业设计做好了很好的准备工作；同时在设计中也发现自己的很多不足之处：

缺乏实际的经验，有些实物没有见过很难想像，只能通过找相应的参考资料，然后再通过想象把他们综合到一起，再通过实例对比，进行设计。

因此在夹具设计中存在有很多的不足之处，还恳请老师您予以指导和指正。

七、参考文献

[1]《机械制图》第五版，大连理工大学工程画教研室编。

[2]《机械设计》第八版，西北工业大学机械原理及机械零件教研室编。

[3]张耀宸.机械加工工艺设计手册[M].航空工业出版社，1987.12

[4]《机床夹具设计手册》第三版，王光斗，王春福主编。

[5]《机械制造工艺设计手册》，哈尔滨工业大学机械知道工艺及自动化教研室王绍俊主编。

八、附件

附件1转向梯形拉杆左接头钻孔夹具装配图（CAD）

附件2转向梯形拉杆左接头夹具体零件图

钻模板零件图

芯轴零件图（CAD）