精镗C6150机床尾座体Φ75+00300孔夹具课程设计说明书.docx
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精镗C6150机床尾座体Φ75+00300孔夹具课程设计说明书
机电及自动化学院
《制造工艺学》夹具设计课程设计
精镗C6150机床尾座体Φ75+0.0300孔
姓名：
学号：
0811114011
专业：
机械电子
届别：
2008级
2011年12月23日—2012年01月13日
前言
尾座体的用途
尾座体有以下作用：
1.对工件进行正确定位；2.增强加工时工件的强度；3.可以利用尾座进行钻铰内孔以及攻丝套牙。
尾座的组成主要有尾座体、尾座套筒、丝杆、压块等。
机床配件尾座的作用是用于钻孔、铰孔加工中的辅助支撑。
为了保证尾座顶尖套伸缩精度，应保证尾座顶尖套与尾座体之间的配合间隙在合理的范围内．保证顶尖套在尾座体孔内伸缩灵活且不松动。
此外，还要保证顶尖套在伸缩行程范围内其中心线对于床身导轨的平行度要求。
为了保证整个部件的精度，主要零件的性能要求较高。
零件为中批量生产，设计的夹具应适应批量生产。
目录
摘要…………………………………………………………………1
一、夹具设计任务及要求
1.1机床尾座体的重要技术要求……………………………1
1.2精度及批量分析…………………………………………1
二、夹具设计方案的确定…………………………………………2
2.1基准面的选择……………………………………………2
2.2定位原理及定位方案的选择及实现……………………2
2.3夹紧方式及元器件的选择………………………………3
2.4夹具总装结构……………………………………………4
三、定位误差及夹紧分析与计算…………………………………4
3.1影响加工精度的因素……………………………………4
3.2保证加工精度……………………………………………7
3.3夹紧方式…………………………………………………8
3.4夹紧力的数值计算………………………………………8
3.5确定夹紧力时应考虑的计算系数………………………8
3.6确定夹紧力………………………………………………10
3.7夹紧点的数目及位置……………………………………12
四、夹具的主要零件结构设计……………………………………13
4.1立柱的螺纹设计…………………………………………13
4.2定位板定位销校核………………………………………14
五、结束语…………………………………………………………14
参考文献……………………………………………………………15
摘要
本设计的内容是设计精镗Φ75+0.0300mm孔的夹具，零件材料为HT200。
选用的镗刀为方形镗刀，镗刀材料为硬质合金，镗杆的直径为Φ60mm，所用镗刀尺寸为12mm×12mm。
一、夹具设计任务及要求
1.机床尾座体的重要技术要求：
Φ75+0.0300mm孔与底面的平行度公差为0.02mm;
Φ75+0.0300mm孔与导轨槽的垂直度公差为0.08mm;
Φ75+0.0300mm孔的圆柱度公差为0.012mm；
Φ75+0.0300mm孔的位置度公差为0.008mm。
2.精度及批量分析
（1）本工序有一定位置精度要求，属于批量生产，使用夹具加工是适当的。
（2）考虑到生产批量不是很大，因而夹具结构应尽可能的简单，以减少夹具的制造成本。
尾座体的用途及说明:
尾座体有以下作用：
1.对工件进行正确定位；2.增强加工时工件的强度；3.可以利用尾座进行钻铰内孔以及攻丝套牙。
尾座的组成主要有尾座体、尾座套筒、丝杆、压块等。
机床配件尾座的作用是用于钻孔、铰孔加工中的辅助支撑。
为了保证尾座顶尖套伸缩精度，应保证尾座顶尖套与尾座体之间的配合间隙在合理的范围内．保证顶尖套在尾座体孔内伸缩灵活且不松动。
此外，还要保证顶尖套在伸缩行程范围内其中心线对于床身导轨的平行度要求。
为了保证整个部件的精度，主要零件的性能要求较高。
二、夹具设计方案的确定
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导轨槽的左侧面及尾座体底面做为基准面
2.2定位原理及定位方案的选择及实现
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：
定位方案确定为两面一孔定位。
2.定位方案的选择及实现
由分析知，零件的定位方案有如下两种：
方案一：
采用尾座体底面，导轨槽侧面及Φ22mm孔定位
方案二：
采用尾座体底座，导轨槽侧面及Φ20H7+0.0210孔定位
比较两种定位方案：
方案Ａ的夹紧需要用压板夹紧，批量生产时，需频繁的拆卸夹紧装置，增加工时和工人的工作量；方案Ｂ的夹紧可用启动装置在Φ22mm孔内部夹紧，实现自动化夹紧，适应批量生产和减少工人的工作量。
故选用方案Ｂ更合理。
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、夹紧力大笑的确定。
对夹紧机构的基本要求如下：
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。
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
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。
结构力求简单，便于制造和维修。
故本方案采用液压夹紧装置。
2.4.夹具总装结构
根据被加工零件的结构特征，选择六点定位原理。
夹具体底座的支承块限制3个自由度，导轨槽的定位块限制2个自由度，Φ22mm孔的菱形销限制1个自由度。
总装图参见附件。
三、定位误差与夹紧分析及计算
3.1影响加工精度的因素
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。
当支承面与工件底面对夹具的安装基准（底面）有平行度误差及支承面对夹具的对刀基准（镗套轴线）有位置误差，菱形销与定位块安装有误差，被加工孔的定位误差为
移动误差：
（3-1）
故定位误差为
（3-3）
按标注的测量尺寸：
将上述数值代入定位误差计算公式，则得：
b.对刀误差ΔT
因为刀具相对于对刀或导向装置不精确造成的加工误差，称为对刀误差。
本工序中镗刀是采用镗套进行导向，镗床镗孔时导向误差计算公式为：
（3-4）
即得导向误差
mm
c.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
d.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
e.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=
（3-5）
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：
（3-6）
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。
为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时需留出一定精度储备量
，因此将上式改为：
≤
－
→
=
－
（3-7）
当
≥0时夹具能满足加工要求，根据以上
=
－
=0.30-0.202=0.098≥0
所以夹具完全可以满足加工要求。
3.3夹紧方式
夹紧装置中产生源动力的部分叫做力源装置，常用的力源装置有气动、液压、电动等夹紧装置中直接与工件的被夹压面接触并完成压夹作用的元件称为夹紧元件，本设计采用了液压夹紧，解决了手动夹紧是夹紧力不一致，误差大，精度低，工人劳动强度大等缺点。
由于油液的不可压缩性，能传递较大的压力，一般工作压力可达
pa,比气压大10多倍，因此，在产生同样作用力的情况下，油缸直径可以小许多倍，使夹具结构更为紧凑。
3.4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。
3.5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
3.6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镗削力
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=2.5×352.88=882.2（N）
Fp’=KFpFp=2.5×223.36=558.4（N）
Ff’=KFfFf=2.5×434.50=1086.2（N）
3.7夹紧点的数目及位置
3.7.1夹紧点的数目
在确定夹紧力作用点的数目时，应遵从的原则是：
对刚性较差的工件，夹紧力的数目应增多，力求避免单点集中夹紧，以图减小工件的夹紧变形；但夹紧点愈多，夹紧机构愈复杂，夹紧的可靠性愈差。
所以采用多点夹紧时，应力求夹紧点的数目为最小。
考虑到C6150机床尾座体是铸铁件，使夹紧力分散，应采用多点夹紧。
所以本设计采用压板进行压紧，二个压板可将压紧力分为二个。
3.7.2夹紧点的位置
夹紧力的作用点的位置应能保证工件的定位稳定，而不会引起工件在夹紧过程中产生位移或偏转。
夹紧力的作用点应处在夹具定位支承所在的位置上。
由于工件的结构和形状较为复杂，故工件的刚度在不同的部位和不同方向上是不相同的。
由C6150机床尾座体的结构图可分析出：
工件的两个支撑面的刚性最好。
因此，夹紧力着力点应分别在左右支撑面上。
四、夹具的主要零件结构设计
4.1立柱的螺纹设计
经分析，在加工过程中，对立柱来说，最危险的位置时是Fc，则距力矩平衡得：
F×271=Fc×175
F=882.2×175/271N
=569.7N
由得
载荷不稳定，F1=（0.6~1.0）F’，则F1=0.8F’=0.8×569.7=455.7N
无垫片，则Cb/（cb+cm）取（0.2~0.3），取0.3，
F2=F1+F=455.7+569.7=1025.4N
根据参考文献[2],选择螺栓材料为Q235、性能系数为4.8的螺栓，由表5-8查得材料的屈服极限σs=320Mpa，由表5-10查得安全系数S=1.5，故螺栓材料的许用应力[σ]=σs/S=320/1.5MPa=213MPa。
根据式（5-34）求得螺栓危险截面的直径（螺纹小径d1）为
D1≥
=
=7.96mm
根据粗牙普通螺纹标准（GB/T196-2003），选用螺纹公称直径d=10mm，（螺纹小径d1=8.376>7.96mm）。
4.2定位板定位销孔校核
45钢的许用剪切应力[τ]=95MPa,定位销孔直接为8mm，Ff=1086.2N，设计两个定位销，则
τ=Ff×4/（2
2）=10.8MPa<[τ],符合要求。
五、结束语
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。
而且对夹具的维护保养，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。
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.《机床夹具设计手册》第三版，王光斗，王春福主编。
4.《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。
5.《简明机床夹具设计手册》，化学工业出版社，吴拓编著。
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