分离器滑阀分度孔钻模设计毕业设计论文.docx

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分离器滑阀分度孔钻模设计毕业设计论文

上海交通大学本科毕业论文

分离器滑阀分度孔钻模设计

分离器滑阀分度孔钻模设计

摘　要

分度式钻模具备操作方便、能够改善复杂零件的装夹和加工、降低工人劳动强度、提高生产效率和提高加工质量等优点，同时也提高了工件互换性，方便了机械维修，在机械加工中得到了广泛的应用。

本文介绍了分离器滑阀在圆柱面上两组分度孔加工，该零件其分度精度要求为±10，定位精度为±0.2mm，中批量生产。

为能达到零件的加工要求和按时完作任务，在加工过程中，本设计考虑采用一套钻模解决了工件分度和两个尺寸定位的问题，同时提高生产效率和加工精度质量，从而零件的的精度、零件的互换性得到控制。

本分度模操作方便、有效进行了分度和定位，分度准确性和定位准确性高可以减少人为的操作的误差，也减轻劳动强度。

利用其加工能有效地提高了加工速度和加工质量。

关键词：

滑阀分度装置钻头钻模

Rotarydrillholeseparatorsindexingmoulddesign

ABSTRACT

Dividingtypedrillmouldforconvenientoperation,canimprovethecomplexpartsprocessing,clampingandreducelaborintensity,improvetheproductionefficiencyandimprovethemachiningqualityetc,butalsoimprovetheinterchangeability,convenientinmaintenance,mechanicalprocessingmachinerywidelyapplication.

IntroducedintworotaryseparatorYuanZhuMiancomponentparts,thedegreeofholemachiningaccuracyrequirementsforthedegreeof±10,positioningaccuracy±0.2mm,inbatchproduction.Forcanachievepartsprocessingrequirementsandfinishontimefortaskinthemachiningprocess,thisdesignusingasetofdiamondconsidersolvestwosizesandworkpieceindexing,andpositioningprecisionprocessingtoimproveproductionefficiencyandthequalityoftheprecisionofparts,andthereplacementparts.Dutydegreesofconvenientoperation,effectivemodeforthedegreeandpositioningaccuracy,thedegreeofhighaccuracyandorientationofoperationcanreducetheerror,reducelaborintensity.Itcaneffectivelyimprovetheprocessingspeedandquality.

KEYWORDS:

rotarydrillindexingdevice

分离器滑阀分度孔钻模设计

第一章引言

1．1背景

机械加工业发展不断在进步，不断改变了发展方向，现在柔性加工较好加工出各种产品，能够较快的把产品推向市场，加工准备时间为最短，先进制造技术和先进组织合理方式的全新的机械制造业。

数控加工的出现使工件的加工更快，更有效的解决了零件的互换性，在现代机械加工过程中，已经是一种很普通的加工方法。

在机械行业中为了方便易坏工件的更换，更好的提高了工件的互换性，在零件的加工过程中往往多采用的是批量生产，批量生产和单件生产是不同的，采用加工中心或都手工操作费用高而且不能较好保证工件的互换，所以在机械加工过程多数会加工专用的模具来对工件进行了加工。

随着机械制造业的快速发展，模具多数是单件产品专用产品，在加工过程要有严格加工工艺质量。

钻模的应用和种类越来越多，机床的钻模能较好的对工件进行了夹紧和方便快捷的保证了工件的加工精度，在加工过程中有确定位置和保证要加工产品的加工精度。

1．2课题目标与意义

在设计钻模的过程要保其能够信任工件的加工精度要求，同时也使钻模有夹紧误差等要达到工件的要求，也要使钻模寿命得到保证，从体现其计设的目的和质量。

本文讲述分离器滑阀加工，如图

（1）所示，在工序是在圆柱面上两组分度孔的加工，其分度精度要求为±10，中批量生产。

考虑到工件是批量生产以及其互换性的保证，在加工过程中，要对其进行解决的问，成本与数量都不适合于数控加上去加工。

利用分度头对工件进行分度加工，分度的精度难以控制，容易导致工件的互换性差；且在圆柱面上钻孔，钻头容易摆动，定位困难，孔的位置的精度难以保证，这样不但增加了加工对刀的辅助时间，而且增大了工人操作难度，生产效率低。

1．3设计概述

钻模的误差首先会影响到零件的加工精度，影响到产品的加工质量和完成工期，为减少钻模的误差而造成的加工精度误差，要设计加工钻模的零件过程要保证其精比加工的误差小，对于一些零件尽量采用标准件，从而减小设计周期，提高效率。

在设计钻模时，选择较又方便的夹紧方案，同时也要考虑到要与选择的定位方案一致以免发不必要的误差值。

并且要让其得到正确的位置，夹紧力应适当和可靠。

保证工件在加工过程中工件不会产生松动或振动。

在夹紧力方面，夹紧工件的作用方向，不能不破坏工件定位的准确性和可靠性。

夹紧力的方向要朝向主要的定位基准。

钻模具体要结构紧凑，开状要简单，在加工过程中要考虑排屑问题。

同时在设计过程也要注意钻模体要有良好的结构性、工艺性，方便制造加工，在能保证加工精度的情况下，同时也要考虑到降低成本。

本人通过设计采用一套钻模解决了在工件圆柱表面上进行三个孔的均布分度和两组分度孔的两个尺寸定位的问题，本文将从工艺上时行分析，通进计算对工艺的方案进行了确定，并对钻模的精度进行了分析计算，从而使其达到了加工零件的加工要求。

1．4钻模的实施情况

设计加工过程中不但能提高生产效率和加工精度质量，而且提高了工件的互换性的，从而方便了维修方面的，缩短了维修时间，从而提高了企业的经济效益，为企业创造了更多的财富。

通过使用了钻模的加工零件，可以缩短了辅助时间，减少了批量生产时装夹工件的繁重事情，本分度模钻模具备操作方便、能够改善复杂零件的装夹和加工、降低工人劳动强度、提高生产效率和提高加工质量等优点，并使工件的生产工期缩短，从而提高了企业的生产效益，提高了工人的经济水平。

第二章工艺分析

2．1零件功能与需求分析

该零件为分离器分离器滑阀，最要是在工作中作一个分离作用，其工件是做批量生产，在加工方面采取传统的加工是不符合批量生产要求。

在零件的外圆柱表面上加工，往不好定位，很容易出现刀具的拆断等事项，对工件表面的粗糙度影响会更大的，造成毛刺等锐边情况，这样会增加工辅助时间。

在分度过程是孔的深度也不好控制，太深了会影响零件原来的性能和刚性，不够深度的会影响工件本身的性，导到在同一分度的三个孔不能相互相通。

这样会对工件的功能造成不能用到。

综上所述，可以分析出如果用传统的用是不能满足零件的要求，只能通过一个专用的模具来进行加工，在分度装置各个部件上做了精确的加工，在定位部件上也做了加工要求，这样既可以保证工件的精度，又可以提高加工速度。

2．2零件加工精度分析

分离器滑阀图纸如图1所示，工件材料为15Cr，硬度为HRC58～64，中批量生产。

本工序在圆柱表面进行分度加工两组φ5mm的孔，以Ｂ端面为基准，尺寸34±0.2mm和51±0.2mm处共加工二组分度孔，分二次定位,每次定位后再进行1200±10分度加工，其定位误差范围均为±0.2mm，分度误差范围为±10,孔直径的尺寸精度要求不高，没有有标出公差，两定位尺寸都是以B端面为基准，其分度加工孔的是同一方向，为才能保证其精度，通过设计分度钻模来完成工件加工要求。

2．3加工方案选择

该零件为中批量生产，如果用万能分度头加工不切合实际，在加工过程中，容易造成了人为的错误，而导致工件的报费度加工人劳动强度高，加工期长，不能按时完工。

如果利用加工中心加工，必须在四轴或多轴的加工中心来加工，虽然可以节省了加工时间并提高了生产效率，但是对设备运行和人员配备的计划而支付的较高费用，该产品又是批量生产不切合实际进行加工。

通过以上的分析，通过一套专用的模具，利用方便快捷方案对其进定位和分度，使其更好快达到工件要求，并提高了工件的互换性，方便了维修工作，也提高工件生产效益。

图1拖拉机分离器滑阀

2．4加工要求

本钻模是回转来定位的，生产过程中存在的回转的误差，零件是轴类工件，工件也存轴向窜动，这个跳与回转盘之间是否在同轴公差范围内也有一定影响的。

在加工过程中必须要保证其公差范围。

零件件加工要求，在圆柱表面上1200±10分度加工，加工两组孔，其分度的分度误差为±10，定位34mm和51mm的尺寸误差为±0.20mm。

本工序加工的要求除了分度以外还有两处定到尺寸要保证的。

在设计钻模是要考虑的就是分度和定位问题，并保证其在一次装夹中完成分度和定位的要求，从而满足了工件的加工要求，保证工件的质量要求。

第三章分析计算确定工艺方案

3．1钻模定位方案

定位基准的正确选择是保证零件加工尺寸精度与位置精度的要求，对于定位基准选择一个很重要内容。

定位基准是用来确定钻模在机床中正确位置。

定位就是限制了工件的自由度，工件的六个自由度如果都加给予限制了，工件就完全给定位了。

轴类的工件要注意旋转自由度的限制，这样才能使工件得到较好的定位，以防工件在加工过程不会得到转动而影响工件的加工精度。

定位装置：

以分度盘φ25+0.10的孔为外圆面的定位基准、以定位挡块为长度方向的定位基准如图

（2）所示。

由分度盘1和定位挡块5限制工件的五个自由度（X、X、Y、Y、Z），在分度盘1上加上锁紧块2限制工件Z自由度,此方案由于设计定位基准与工件加工基准重合而使定位误差小。

3．2钻模夹紧方案

图2定位夹紧方案

1、分度盘2、锁紧块3、蝶形锁紧螺钉4、对定销5、定位挡块

夹紧过程中也要保证其定位基准不会受其影响，夹紧过程中要保工件在定位时保证的正确位置不会受到影响，并要使其装置简单、刚性好，尽量采用标准化的元件，以便于缩短设计加工的周期。

夹紧力要尽量够了就可以了，以免对工件产生了变形，而影响工件原来的精度。

夹紧方案：

为便于快速装卸工件，采用锁紧块夹紧工件，锁紧块2对工件进行夹紧，锁紧块与工件接触面形状是与工件外圆相配的圆弧形状，这样有效地防止夹伤工件，如图

（2）A-A所示。

加工工件时将工件插入钻模孔中，然后拧紧蝶形锁紧螺钉4对工件进行夹紧。

加工完工件的一组孔，拧开蝶形锁紧螺钉4，即可取出工件或对另一组孔进行加工

3．3钻模分度方案

图3分度方案

1、对定销2、卡环3、分度盘4、对定销5、圆锥套

分度装置是令工件在一次装夹中不必使工件松开而能连同定位元件相对机床或刀具转过一个角度，从而使其在另外一个角度上进行加工。

分度装置有机械分度、光学分度和电磁等类型的分度。

一般加工过程中用得最多的机械分度。

机械分度中结构有蜗轮式、分度盘式等数种。

分度装置的形式有两种：

回转式和直线式。

从该零件的加工情况来说，该零件适合用于回转式方法来对工件进行加工。

该零件是在圆柱表面上均分布三个孔，在分度方面，设计一个分度装置如图（3）所示，用分度盘3来实行分度，利用在分度盘上的径向分度，通过分度盘的转动面对行定位分度，并在分度盘的左端加上卡环2对分度盘进行定位并防止分度盘轴向方向的位移。

加工第一组孔时，利用对定机构对工件进定位，为了更好消除定位配合的间隙，并且防止对定销1在加工过程中磨损带来的误差，分度盘定位销采用带锥度销，可对对定销在分度过程中出现的定位误差进行有效的补偿，所以采取了锥度的定位销进行定位；对定销的操件机构采用了直拉式操件机构，在操作过程中，可以交手柄转成900槽内，这样对定销不致给弹簧推回，这就可使分度盘进行转动。

对定销1插入分度盘相应的圆锥套5中，加工好一个孔后，只需拔出对定销1，然后将分盘转动1200，再插入对定销1，即可分别对另外两个孔进行钻削。

加工好第一组孔后，将工件向左移17mm，然后通过对定销4插入第一组加工好的孔来进行分度，并对第二组孔进行分度钻削。

图4导向方案

3．4钻模导向方案

钻模在加工的时候，圆柱面上加工孔的位置精度受定位误差与导向误差影响。

钻模上导致刀具位置发生变化，这样会产加工上定位不准确，因此会产的导向误差而影响工件的精度。

钻套是安装在钻模上的来引导钻头在加工过程的正确方向，是在钻模上特有的元件用来引导钻头对孔的加工，加强了刀具的刚性，同时由于本钻模加工的孔在圆柱面上，钻头不容易定位，所以需要用钻套进行导向。

用钻套来加工孔可以减少一半的孔的加工误差，所以钻套是一件很得要的事情，它不仅影响加工质量，而且影生产水平。

本次批量生产为中批量生产，采用固定钻套，它摩损后可以进行更换，方便快捷。

选取钻套材料为T10A，钻套高度H=2d，排屑空间取h=0.6d。

导向方案如（图4）所示。

3．5钻模装配

钻模是由各个零件和部件组成的，钻模的装配要按规定的技术要求和精度，这样才达到设计的原始要求。

在装配之前要把零部件进行清洗，尺寸位置公差等进行检测，看是否能满足要求。

装配工作是很重要的工作，合理安排装配工作，它是一个重要环节，不但决定产品加工过程中的质量，而且也可以通过装配过程中可以发现产品的设计，零件加工存在的问题，也可以在加工过程更好提高了产品的质量。

装配的工作大部分是通过手工劳动完成，装配的工往往会占用了很多时间，本产品为中批量生产，在设计过程中要注意钻套的更换设计。

灵活应用互换法，使其灵活得到运用，更好提高生产周期。

在装配钻模时，要注意钻模的长、宽、高尺寸。

对各个回转尺寸和回转半径等尺寸都要加以验证，以防钻模对机床、刀具有相对位置在加工过程中发生干涉。

同时也要考虑到钻模的底座是否在安装在机床上加工是否稳定等等问题。

图（5）是拖拉机分离器滑阀体在其圆柱面上加工两组分度孔钻模的装配图。

加工过程是将工件放在钻模分度盘φ25的孔中通过定位挡块11、分度盘3进行定位和分度。

调节好分度盘，将对定销2插入分度盘相应角度的锥套中，再通过定位挡块11定好51±0.2mm的尺寸，然后拧紧蝶形锁紧螺钉8使锁紧块7对工件进行夹紧。

图5装配图

1、钻模板2、对定销3、分度盘4、工件5、卡环6、钻模板7、锁紧块

8、蝶形锁紧螺钉9、对定销10、钻套11、定位挡块12、加强肋13、支撑V形块

工件定位夹紧完毕就可以加工第一组孔，钻削好一个孔后，只需拔出对定销2，然后转动分度盘3到要到相应的角度，再插入对定销2分别钻削第二、三个孔。

第一组孔钻削完毕，拧松蝶形锁紧螺钉8，将工件再向左移17mm，然后将对定销9插入第一组加工好的孔中，加工好一个孔后，拔出对定销9，将工件旋转1200，再插入对定销9相应的孔中，分别加工另外两个孔，在加工过程中要注意钻头的排屑情况。

技术要求：

1、工件必须夹紧；

2、工件钻完一组孔后必须再次对定位；

3、工件在定位夹紧，拧紧力应适当；

4、钻模的非工作表面喷灰色漆。

第四章钻模精度分析

4．1钻模基本尺寸要求分析

在机械设计和制造过程中，影响精度的往往存在的在尺寸链问题。

把各个零件组装钻模钻模的过程中，由于零件尺寸存在制造误差，各个钻模零件上尺寸的所有误差将会积累和累加在一起，而影响到钻模的加工零件的精度和性能。

零件就将形成了的尺寸误差和钻模配合在一起的误差之间的较大影响关系。

本钻模的设计、加工、装配钻模等也不能例外，要确定尺寸公差合理性和工件的形位公差是非常重要的。

影响钻模的精度有标准零、部件的制造误差和钻模的装配误差，有些尺寸是在设计时允许的误差，制造误差有些是由于在加工过程中刀具，机床造成的误差，在加工钻模过程一些工艺性误差，如热处理、切削力和夹紧力面使钻模发生误差等原因。

在加工过程要考虑工人在操作过程技术不熟练，等问题也引起来零件的误差产生。

4．2钻模基本尺寸分析

钻模在加工过程中，有一些零件、部件会发生一定的磨损也会产生一定的误差，所以在加工和选用时要多尽量选用一些能自定找正的零件或部件。

钻模的定位误差会影响工件的加工精度，工序基准和定位基准不重合时会引起定位置不一致而产生误差，在钻模的分析过程中，要充分分析各基本尺寸的要素。

其尺寸加工精度会影响到加工时刚性，钻模是否能稳固，如图（3）和图（5）所示，主要尺寸和技术要求：

1、最大轮廓尺寸：

230㎜、120㎜、130㎜。

2、影响工件定位精度的尺寸公差为34±0.05mm、51±0.05mm和1200±20＇。

3、钻模轴向定位挡块与基准面垂直度为0.05mm，钻套轴线与基准面的垂直度为0.05mm。

回转分度盘与钻模板上孔的配合尺寸Φ30H7/g6；圆锥对定销与钻模体上固定圆锥套采用了1：

20锥度配合，圆锥套与分度盘安装孔的配合尺寸Φ8H7/n6。

4、17±0.05mm处的对定销与第一组加工好孔的配合尺寸Φ5H7/g6。

5、需标注的技术要求：

工件必须夹紧；工件钻完同一组孔后必须再次对定位；工件在定位夹紧，拧紧力应适当；钻模的非工作表面喷灰色漆。

4．3加工精度分析

本工序主要的加工要求是：

尺寸51±0.20mm和34±0.20mm和角度1200±10；加工孔轴心线与工件轴心线的垂直度要求不高，可不进行精度分析。

定位误差：

工件加工的定位基准是以挡块为基准，其定位尺寸51±0.05mm的最大基准位移误差为：

ΔD=0.05-（-0.05）=0.10㎜；

17±0.05mm的定位尺寸是以对定销与第一组加工好孔的配合间隙，孔尺寸Φ5H7（Φ5+0.0120），对定销尺寸Φ5g6（Φ5-0.004-0.012）；对定销的最大间隙是：

max=ES-ei=0.012-（-0.012）=0.024㎜；相对于51±0.05mm尺寸的最大位移误差是：

0.05-（-0.05）=0.10㎜；其加工定位基准是以挡块为基准，所以51±0.05mm的最大基准位移误差也是这个尺寸的定位误差，因此它的最大基准位移误差为：

△D=0.024+0.10+0.10=0.224mm

尺寸51±0.05mm处孔处的分度精度是1200±20＇，因此其定位误差：

△D=20＇-（-20＇）=40＇。

尺寸34±0.05mm处孔的分度基准是以尺寸51±0.05mm处加工好的孔为基准，所以其定位误差就是尺寸51±0.05mm积累的分度误差。

对刀误差:

加工孔的深度较浅，可不考虑钻头的偏斜。

钻套导向孔尺寸为Φ5F7（Φ5+0.022+0.010）mm；钻头尺寸为Φ5h7（Φ50-0.012）㎜，尺寸51±0.05mm和尺寸17mm±0.05mm对刀误差均为钻头与导向孔的最大间隙为：

△T=ES-ei=0.022-（-0.012）㎜=0.034㎜。

钻模安装基准面为平面，因此没有安装误差△A=0。

钻模误差△J：

（1）回转的误差：

回转分度盘Φ30H7（Φ30+0.0210）与钻模体回转套Φ30g6（Φ30-0.007-0.020）的配合间隙给尺寸51±0.05mm和尺寸17mm±0.05m孔距造成的误差：

△J1=Xmax=ES-ei=（0.021+0.020）=0.041㎜。

图5回转分度误差

（2）回转分度误差△a影响1200±10,该钻模体用了圆锥定位分度销，圆锥定位销具有自定位优点，且在加工过程，磨损后具有自动补偿的效果，不影响以后的加工精度，其加工分度误差较少,不作计算；可是分度的圆锥套在分度盘上的安装存在安装误差，对定销与加工好的孔之间也存在误差。

圆锥套的安装误差：

分度的圆锥套在分度盘上的安装存在安装误差（配合尺寸Φ８H7/n6；分度盘安装孔Φ８+0.0150和圆锥套Φ８+0.019+0.010）。

其误差：

回转分度误差：

△a＝4arctg

因为：

F＝0.015–0.010＝0.005mm

2X3＝2×（0.020+0.021）＝0.082mm

4R＝4×34＝144㎜

所以求得：

△a＝4×0.035°≈8＇

式中：

△a——回转分度误差；

△F——圆锥分度销分度套在分度盘上的安装误差；

X3——分度盘回转轴与轴套间的最大间隙；

R——回转中心到分度套的外缘中心距离

2）对定销分度误差：

圆柱对定销与第一组加工好孔的配合存在误差，配合尺寸Φ5H7/g6；孔尺寸Φ5+0.0120，对定销Φ5-0.004-0.012；（钻模板孔Φ25+0.100mm与工件Φ25+0.06-0.02mm的配合尺寸也影响到分度精度）。

其误差：

回转分度误差：

△a＝4arctg

因为：

F＝0.012-（-0.012）＝0.024mm

2X3＝2×（0.10-（-0.02））＝0.24mm

4R＝4×25＝100㎜

所以求得：

△a＝4×0.151°≈36＇

式中：

△a——工件回转分度误差；

△F——对定销安装误差；

X3——工件回转与分盘套的最大间隙；

R——工件的半径

4．4钻模精度要求

钻模在设计过程中，对其加工方法精度进行了分析，利用钻模在机床上进行加工工件时，钻模、刀具、工件等形成了一个封闭的加工系统，任何一个都会影响工件的加工精度，如工件在钻模中的定位不一致，定位元件与机床上安装钻模面不一致，都会直接影响生产。

误差计算在钻模中加工很有用的，不仅反映到钻模的加工精度的条件，通过计算可以得知那些尺寸对工件的影响较大，在设计和安装过程加工改进从而得到高质量的产品。

具体计算列于表1-1中。

表1-1拖拉机分离器滑阀分度孔钻模加工精度分析

误差计算

误差名称

加工要求

分度盘1200±10

对定销1200±10

孔距51±0.20mm

孔距34±0.20mm

定位误差

△D=40＇

△D=48＇

△D=0.1

△D=0.224

对刀误差

0

△T=0.034

安装误差△A

0

△A=0

钻模误差

△a=8＇

△a=36＇

J1=0.041

积累误差

40＇+8＇=48＇

48＇+36＇=1°24＇

0.1+0.034+0.041=0.175mm

0.224+0.034+0.041=0.299mm

钻模精度储备

2°-48＇

=1°12＇>0

2°-1°24＇

=36＇>0

0.40-0.175=0.225㎜>0

0.4-0.299

=0.101㎜>0

经计算，该钻模具有一定的精度储备，能满足加工尺寸的精度要求。

4．5夹紧力的确定与分析

夹紧力的大小，也是影响到工件加工的精度。

确定好夹紧力的方向也是一件重要