机械工艺夹具毕业设计155盘类轴向多孔成组钻模设计文档格式.docx
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产品更新换代后，只要属于同一类型的零件就仍能在此夹具上加工。
由于可调夹具具有较强的适应性和良好的继承性，所以使用可调夹具可大量减少专用夹具的数量，缩短生产准备周期，降低成本。
（一）通用可调夹具
通用可调夹具的加工对象较广，有时加工对象不确切。
如滑柱式钻模只要更换不同的定位、夹紧、导向元件，便可用于不同类型工件的钻孔。
（二）成组夹具
成组夹具是成组工艺中为一组零件的某一工序而专门设计的夹具。
成组夹具加工的零件组都应符合成组工艺的相似原则，相似原则主要包括以下内容：
工艺相似；
装夹表面相似；
形状相似；
尺寸相似；
材料相似；
精度相似。
图10-7所示为加工拨叉叉部圆弧面及其一端面的成组工艺零件组，它符合成组工艺的相似性原则。
10-8所示为加工该零件组的成组车床夹具，两件同时加工。
夹具体1上有四对定位套2（定位孔为φ16H7），可用来安装四种可换定位轴KHl，用来加工四种中心距L不同的零件。
若将可换定位轴安装在C一C剖面的T形槽内，则可加工中心距L在一定范围内变化的各种零件。
可换垫套KH2及可换压板KH3按零件叉部的高度H选用更换，并固定在两定位轴连线垂直的T形槽内，防转定位及辅助夹紧用。
成组夹具的设计方法与专用夹具相似，首先确定一个“复合零件”，该零件能代表组内零件的主要特征，然后针对“复合零件”设计夹具，并根据组内零件加工范围，设计可调整件和可更换件。
应使调整方便、更换迅速、结构简单。
由于成组夹具能形成批量生产因此可以采用高效夹紧装置，如各种气动和液压装置。
二、组合夹具
（一）概述
组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备。
我国从60年代初开始推广使用，目前已基本普及，各城市及各大工厂均有自己的组合夹具站。
组合夹具由一套预先制造好的不同形状、不同规格、不同尺寸的标准元件及合件组装而成。
组合夹具一般是为某一工件的某一工序组装的专用夹具，也可以组装成通用可调夹具或成组夹具。
组合夹具适用于各类机床。
组合夹具把专用夹具的设计、制造、使用、报废的单向过程变为组装、扩散、清洗入库、再组装的循环过程。
可用几小时的组装代替几个月的设计制造周期，从而缩短了生产周期；
节省了工时和材料，降低了生产成本；
还可减少夹具库房面积，有利管理。
组合夹具的元件精度高、耐磨，并且实现了完全互换，元件精度一般为IT6～IT7级。
用组合夹具加工的工件，位置精度一般可达IT8～IT9级，若精心调整可达IT7级。
组合夹具的主要缺点是体积大、刚度较差、一次性投资大、成本高。
这使组合夹具的推广应用受到一定限制。
三、数控机床夹具
在现代自动化生产中，数控机床的应用已愈来愈广泛。
数控机床加工时，刀具或工作台的运动是由程序控制，按一定坐标位置进行的。
数控机床夹具设计时应注意以下几点：
1．数控机床夹具上应设置原点（对刀点）。
2．数控机床夹具无需设置刀具导向装置。
这是因为数控机床加工时，机床、夹具、刀具和工件始终保持严格的坐标关系，刀具与工件间无需导向元件来确定位置。
3．数控机床上常需在几个方向上对工件进行加工，因此数控机床夹具应是敞开式的。
4．数控机床上应尽量选用可调夹具、拼装夹具和组合夹具。
因为数控机床上加工的工件，常是单件小批生产，必须采用柔性好、准备时间短的夹具。
5．数控机床夹具的夹紧应牢固可靠、操作方便。
夹紧元件的位置应固定不变造车网，防止在自动加工过程中，元件与刀具相碰。
夹具设计中的特点：
1.夹具的设计周期较短，一般不用进行强度和刚度的计算。
2.专用夹具的设计对产品零件有很强的针对性。
3.“确保产品加工质量，提高劳动生产率”是夹具设计工作的主要任务，加工质量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夹具来保证。
4.夹紧装置的设计对整个夹具的结局有具定性的影响。
设计一个好的夹具可以减少废品率。
因此，夹具设计要保证以下几个条件：
1.夹具的结构应与其用途及生产规模相适应。
2.保证工件的精度。
3.保证使用方便与安全。
4.正确处理作用力的平衡问题。
5.注意结构的工艺性，便于制造和维修。
注意夹具与机床、辅助工具、刀具、量具之间的联系。
在机械制造中，为了适应新产品的不断发展要求。
因此,夹具设计过程中有朝着下列方向发展的趋势：
1.发展通用夹具的新品种
a、由于机械产品的加工精度日益提高，因此需要发展高精度通用夹具。
b、广泛的采用高效率夹具，可以压缩辅助时间，提高生产效率。
2.推广和发展组合夹具及拼拆夹具。
3.加强专用夹具的标准化和规范化。
4.大力推广和使用机械化及自动化夹具。
采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具。
本设计属于工艺夹具设计范围，机械加工工艺设计在零件的加工制造过程中有着重要的作用。
工艺性的好坏，直接影响着零件的加工质量及生产成本，在设计中为了适应中批批量的生产情况，以提高产品的生产效率，在设计中所采用的零件尽量采用标准件，以降低产品的生产费用。
1摘要·
·
1
2前言·
3
3盘类轴向多孔成组钻模的设计·
6
3.1盘类轴向多孔零件结克特点·
9
3.1盘类轴向多孔成组钻模的设计·
10
3.3定位元件的选择与设计·
11
3.3.1定位元件的选择·
3.3.2定位误差的分析·
3.3.2定位误差的计算·
12
3.4零件在夹具中夹紧·
3.5夹紧装置的组成·
13
3.6钻套、衬套、钻模板及夹具体设计·
19
3.7夹紧力的计算及夹紧元件的强度校核·
28
3.8夹紧机构的选择及设计·
29
设计总结·
30
参考文献·
32
3盘类轴向多孔成组钻模的设计
针对我所设计的零件加工特点,零件的结构零件较为适合应用成组技术设计夹具。
希望通过总结成组夹具的设计经验,在这方面做出一些探讨,与同行们互相切磋、交流。
本夹具适合于小型盘类零件（如法兰）的钻孔加工.通常工件是以加工端面和中心孔定位,限制五个自由度.对于不对称结构（见工序图）则以侧面用挡销再限制一个回转自由度,该侧面可以是精基准,也可以是粗基准.夹具上采用螺母通过开口垫圈夹紧工件.翻板连同钻模板由焊接夹具体上的两个支角T托住后（见图中假想线位置）,可以装卸工件,当把它们翻转到工件位置时由锁扣通弹簧力锁住后,可以进行钻孔加工.
钻模板和定位销都是可换件,可以根据不现工件的需要进行更换.插销是在钻好一个孔后,插进该孔,以增强加工的稳定性,确保各孔间的位置精度.若也径不大时,也可以不用.本夹具由于采用翻板结构代替翻转式钻模,降低了劳动强度,同时避免了钻床工件台的磕碰现象
我所设计夹具为盘类轴向多孔夹具,它是以中孔作为定位基准限制二个自由度,端面限制三个自由度,有的侧面需要限制一个自由度,一共限制六个自由度,符合六点定则原理.
3.1盘类多孔轴向零件结构特点:
盘类多孔轴向零件结构示意图如下,它们的结构特点:
中间有一个中心孔,在中心孔的同周围布置一些要的孔,这些孔相对于中心孔都有同轴度的要求,两端面相对于孔有垂直度要求,这就给我们设计夹具提供了条件,我们可以用中孔与端面作为定位基准,实现设计基准与加工定位基准重合,符合基准重合原则.
3.2盘类轴向多孔成组钻模设计
针对盘类多孔轴向零件结构零件结构尺寸特点,设计了一套成组钻模工装,主要包括以下几个零件。
1，夹具体2，锁扣3，钻模板（可换）4，翻板
5，定位心轴（可换）6，插销7，开口垫圈8手柄
盘类多孔轴向零件钻削加工工装示意图:
夹具体为工装夹具的基准,要求各面的垂直度小于0.02mm,以保证各面翻转加工时定位精度不受影响;
钻模板零件为夹具的核心,通过紧固螺钉联接在翻板上,钻模板中孔能过与心轴配合,实现对轴向多孔零件的轴向定位,并通过插销钉保证位置精度。
盘类多孔轴向零件通过锁扣,配合定位心轴及翻盘与夹具体零件连成一体,螺钉紧固。
钻削加工时采用压板夹持夹具体,钻削零件,加工一个零件结束后;
随后松销扣及插销,通过手柄使得翻板零件旋转180°
撤换零件,加工另一个零件。
使用该工装,将盘类多孔轴向零件的钻孔加工工序简化到了两个工步即可完成,实现了两种零件的互换加工,大大降低了劳动强度,提高生产效率近4倍。
而且由于定位方式简单可靠,精度较高,因此,很好地保证了零件的加工质量,在该产品的生产中起到了关键的作用。
3.3定位元件的选择与设计
3.3.1定位元件的选择
工件在夹具中位置的确定，主要是通过各种类型的定位元件实现的。
在机械加工中，虽然被加工工件的种类繁多和形状各异，但从它们的基本结构来看，不外乎是由平面、圆柱面、圆锥面及各种成形面所组成。
工件在夹具中定位时，可根据各自的结构特点和工序加工精度要求，选择其上的平面、圆柱面，圆锥面或它们之间的组合表面作为定位基准。
为此，在夹具设计中可根据需要选用各类型的定位元件。
在夹具设计中常用于平面定位的定位元件有定位板与定位柱，我此次工序设计所用定位元件为定位柱与定位板
3.3.2定位误差的分析
夹具的作用首先是要保证工序加工精度，在设计夹具选择和确定工件的定位方案时，根据工件定位原理选用相应的定位元件外，还必须对选定的工件定位方案能否满足工序加工精度要求作出判断。
为此，就需对可能产生的定位误差进行分析和计算。
定位误差是指由于定位不准而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。
对某一定位方案，经分析计算其可能产生的定位误差，只要小于工件有关尺寸或位置公差的
~
，一般即认为此定位方案能满足该工序的加工精度要求。
工件在夹具中的位置是由定位元件确定的，当工件上的定位表面一旦与夹具上的定位元件相接触或相配合，作为一个整体的工件的位置也就确定了。
但对于一批工件来说，由于在各个工件的有关表面之间，彼此在尺寸及位置上均有着在公差范围内的差异，夹具定位元件本身和各定位元件之间也具有一定的尺寸和位置公差。
这样一来，工件虽已定位，但每个被定位工件的某些具体表面都会有自己的位置变动量，从而造成在工序尺寸和位置要求方面的加工误差。
由此可知，定位误差是指工件在用调整法加工时，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。
即定位误差主要是由基准位置误差和基准不重合误差两项组成。
根据定位误差的上述定义，在设计夹具时，对任何一个定位方案，可通过一批工件定位时的两个极端位置，直接计算出工序基准的最大变动范围，即为该定位方案的定位误差。
在机械加工中，有很多工件是以多个表面作为定位基准，在夹具中实现表面组合定位的。
采用表面组合定位时，由于各个定位基准面之间存在着位置偏差，故在定位误差的分析和计算时也必须加以考虑。
为了便于分析和计算，通常把限制不定度最多的主要定位表面成为第一定位基准，然后再依次划分为第二、第三定位基准。
一般来说，采用多个表面组合定位的工件，其第一定位基准的位置误差最小，第二定位基准次之，而第三定位基准的位置误差最大。
3.3.3定位误差的计算
定位元件尺寸及公差的确定。
根据定位方案，设计定位元件的结构如附图（夹具装配图）所示。
该设计中的定位销为主要的定位元件，其公差根据文献【5】表2.9-6得0.02mm，所以影响位置度的定位误差为：
，即小于相位位置度公差的
，所以定位方案能够满足加工要求。
3.4零件在夹具中的夹紧
工件在夹具中的装夹是由定位和夹紧这两个过程紧密联系在一起的。
仅仅定位好，在大多数场合下，还无法进行加工。
只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件实行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。
夹紧装置的基本任务就是保持工件在定位中所获得的既定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和振动，确保加工质量和生产安全。
有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确位置。
3.5夹紧装置的组成
一般夹紧装置由下面两个基本部分组成。
1）动力源
即产生原始作用力的部分。
如果用人的体力对工件进行夹紧，称为手动夹紧；
如果用气动、液压、气液联合、电动以及机床的运动等动力装置来代替人力进行夹紧，则称为机动夹紧。
2）夹紧机构
即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。
它包括中间递力机构和夹紧元件。
中间递力机构把来自人力或动力装置的力传递给夹紧元件，再由夹紧元件直接与工件接触，最终完成夹紧任务。
根据动力源的不同和工件夹紧的实际需要，一般中间递力机构在传递夹紧力的过程中，可以起到以下作用：
a改变作用力的方向；
b改变作用力的大小；
c具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠，在手动夹紧时尤为重要。
3.6钻套、衬套、钻模板及夹具体设计
孔的加工需钻切削才能满足加工要求。
故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。
根据工艺要求：
根据参考文献[11]表2-1-47可查得钻套孔径结构如图3.14所示。
图3.14快换钻套
钻孔钻套结构参数如表3.9所示。
表3.9
d
H
D
公称尺寸
允差
7
20
+0.018
+0.007
22
18
4
16
50°
根据参考文献[11]表2-1-58可得衬套选用固定衬套其结构如图3.15所示。
图3.15固定衬套
其结构参数如表3.10所示。
表3.10
C
+0.034
+0.016
+0.023
+0.012
0.5
2
夹具体先用焊接件,采用45钢,焊接后进行时效处理,硬度达到HRC40-45.下图为夹具体结构图
钻模板采用中碳钢正常用45钢,热处理硬度为HRC35-40,它为该夹具中的可换配件,当改变加工工件时,只要更换钻模板便可.
2）夹紧力的作用点
夹紧力的作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。
选择作用点的问题是在夹紧力方向已定的情况下才提出来的。
选择夹紧力作用点位置和数目时，应考虑工件定位可靠，防止夹紧变形，确保工序的加工精度。
a夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移和偏转。
当夹紧力虽然朝向主要定位基面，但作用点却在支承范围以外时，夹紧力与支反力构成力矩，夹紧时工件将发生偏转，使定位基面与支承元件脱离，以至破坏原有定位。
应使夹紧力作用在稳定区域内。
b夹紧力的作用点，应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。
对于箱体、壳体、杆叉类工件，要特别注意选择力的作用点问题。
在使用夹具时，为尽量减少工件的夹紧变形，可采用增大工件受力面积的措施。
采用具有较大弧面的夹爪来防止薄壁套筒变形；
可在压板下增加垫圈，使夹紧力均匀地作用在薄壁
夹紧力的大小必须适当。
当夹紧力过小，工件可能在加工过程中移动而破坏定位，不仅影响质量，还能造成事故；
夹紧力过大，不但会使工件和夹具产生变形，对加工质量不利，而且造成人力、物力的浪费。
计算夹紧力，通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算。
然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，高速运动的工件还应考虑惯性力等）后处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力
，再乘以安全系数
，作为实际所需的夹紧力
，即
（2-6）
式中
——实际所需要的夹紧力（N）；
——按力平衡条件计算之夹紧力（N）；
——安全系数，根据生产经验，一般取
＝1.5～3。
用于粗加工时，取
＝2.5～3；
用于精加工时，取
＝1.5～2。
夹紧工件所需夹紧力的大小，除与切削力的大小有关外，还与切削力对定位支撑的作用方向有关。
3.7夹紧力的计算及夹紧元件的强度校核
夹紧装置如夹具装配图，根据零件的形状，以及夹紧机构在夹具中安装，可确定夹紧力的位置。
切削力及夹紧力的计算
刀具：
直径麻花钻，由文献【5】表3-24得：
其中：
所以：
水平分力：
垂直分力：
在计算切削力时必须把安全系数考虑在内。
安全系数
—基本安全系数，1.5；
—加工性质系数，1.1；
—刀具钝化系数，1.1；
—断续切削系数，1.1；
F’=K
为克服水平切削力，实际夹紧力N应为
其中
和
为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，取
。
则
夹具设计合格可靠。
3.8夹紧机构的选择及设计
从前面提到的夹紧装置组成中可以看出，不论采用何种力源（手动或机动）形式，一切外加的作用力要转化为夹紧力均需通过夹紧机构。
因此，夹紧机构是夹紧装置中的一个很重要的组成部分。
夹紧机构可分为斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、定心对中夹紧机构等。
斜楔夹紧机构中最基本的形式之一，螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构及定心对中夹紧机构等都是斜楔夹紧机构的变型。
斜楔夹紧机构主要是利用其斜楔面移动时所产生的压力来夹紧工件的，亦即一般所谓的楔紧作用。
斜楔的斜度一般为1:
10，其斜度的大小主要是根据满足斜楔的自锁条件来确定。
一般对夹具的夹紧机构，都要求具有自锁性能。
所谓自锁，也就是当外加的作用力Q一旦消失或撤除后，夹紧机构在纯摩擦力的作用下，仍应保持其处于夹紧状态而不松开。
3.9夹具在机床上的定位
1）夹具在机床上定位的目的
为了保证工件的尺寸精度和位置精度，工艺系统各个环节之间必须具有正确的几何关系[13]。
一批工件通过其定位基准面和夹具定位表面的接触或配合，占有一致的、确定的位置，这是满足上述要求的一个方面。
夹具的定位表面相对于机床工作台和导轨或主轴轴线具有正确的位置关系，是满足上述要求另一个极为重要的方面。
只有满足这两方面的要求，才能使夹具定
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