连接壳体夹具设计.docx
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连接壳体夹具设计
专业课程综合设计
题目
连接壳体夹具设计
院（系）别
机电及自动化学院
专业
机械工程及自动化
级别
2011级
学号
1111111002
姓名
指导老师
2015年01月
第一章夹具设计任务
1.1零件结构分析及零件图
连接壳体的零件图如图1.1所示
图1.1连接壳体零件图
连接壳体的三维效果图如图1.2所示
图1.2连接壳体三维图
1.1.1零件的作用
零件为连接壳体，在机器中起连接作用，保护轴类零件；零件通过Φ70圆盘上的三个Φ12的孔和连杆上Φ6的孔来连接两个不同零件，而其壳体起到保护在内的轴不受损伤的作用，以及减少其振动，使工作时机器运转平稳。
1.1.2零件的工艺分析
生产批量为大批量生产，由生产批量可得到相关信息为：
毛坯精度中等，加工余量中等；加工机床部分采用通用机床，部分采用专用机床，按零件分类，部分布置成流水线，部分布置成机群式；广泛采用专用夹具，可调夹具；按零件产量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用专用刀具和量具；部分采用划线找正装夹，广泛采用通用或专用夹具装夹；有较详细的工艺规程，用工艺卡管理生产。
由零件图可知，其材料为HT200，该材料为灰铸铁，具有较高强度、耐磨性、耐热性及减震性，适用于承受较大应力和要求耐磨的零件。
1.2钻
孔工序的重点技术要求分析
1.2.1工序分析
本次夹具设计所对应的工序为加工
孔，要求先用
的钻头钻通孔，在用
的钻头加工出
孔。
该孔的加工工序处于工件处于工件加工工艺过程的后期阶段，其它可以选作定位基准的表面基本上均已加工完成。
本工序需保证的尺寸为孔轴线到
内孔轴线的尺寸。
1.2.2基本要求
（1）选择合适的定位元件、夹紧元件、导向元件以及对刀元件；
（2）掌握夹具设计的基本方法和步骤；
（3）根据工序卡对夹具体进行设计，并将各部件进行装配以获得专用夹具的装配图；
（4）掌握各部件的设计原则，尽量采用标准件，提高夹具的通用性和经济性；
（5）掌握尺寸链、夹紧力和切削力的计算。
第二章
孔夹具设计方案的确定
连接壳体
、
孔选用立式钻床加工，由于加工要求主轴转速为545r/min，所以选用Z525钻床进行加工，为保证设计要求，并根据连接壳体的加工批量要求而知应选用专用夹具。
2.1设计方案
定位方法如图2.1所示。
通过心轴与连接壳体
内孔的过盈配合可以限制4个自由度，分别为Y和Z的移动和转动,通过平面对
端面的定位可以限制X的移动，由于
端面为已加工表面，形位精度可以达到要求，再通过削边销对
孔的定位来限制绕X的转动。
图2.1定位方法
2.2定位面及定位元件的选择
图2.2心轴
由于所要加工的孔对连接壳体主轴线有尺寸要求，所以选择孔
作为定位面，选择心轴作为定位元件。
另外，为保证钻孔的位置，在绕X轴的转动方向上加定位销辅助定位。
心轴如图2.2所示。
2.3夹紧面及夹紧元件的选择
由于加工过程中工件要限制六个自由度，所以选择孔
和孔
两端面作为夹紧面，心轴一端与夹具体以过盈配合形式连接，另一端用带肩螺母锁紧。
2.4钻套的选择
钻套的作用是确定钻头、铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜。
根据使用的不同，钻套可以分为固定式、可换式、快换式等多种结构形式。
由于加工过程中需要使用不同直径的刀具，故选择可换钻套。
2.5钻模板的确定
根据加工需要，选择固定式钻模板，如图2.3所示。
图2.3钻模板
2.6夹具体的确定
夹具体的作用是将定位及夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，而且在零件的加工过程中，，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动，因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。
切削过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上，切屑积聚过多将影响工件可靠的定位和夹紧，因此设计夹具体时，必须考虑其结构应便于排屑。
由于铸造夹具体能够铸出各种复杂形状，工艺性好，并且具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，所以夹具体的材料一般采用铸铁，这里选择HT200，夹具体如图2.4所示。
图2.4夹具体
2.7其他零件的选择
为了节省零件的加工时间，减少夹具的成本，在同样的情况下采用国标零件，减少因为专用零件的开发要花费很多时间以及成本：
螺母、垫圈、螺钉、螺栓、定位销等零件采用国标零件。
综上所诉，设计夹具总装配图如图2.5所示。
其中：
定位销与夹具体连接部分之间的配合为过盈配合；
套筒与夹具体连接部分之间的配合为过盈配合；
心轴与工件之间的配合为间隙配合。
综上所述，夹具装配图可设计成如下图2.5所示。
图2.5夹具装配图
第三章主要计算说明
3.1钻削力的计算
刀具：
选用不易磨损的硬质合金麻花钻YG8。
根据《金属切削机床夹具设计手册》可知
以及
式中，C——切削系数
K——修正系数
d——孔径
f——进给量
钻
孔：
钻削进给力为
转矩为
钻
孔：
钻削进给力为
转矩为
则钻削力对零件的力矩为FfL=641.26
0.06=38.48Nm，而HT200的抗弯刚度为1-3，经计算可知该钻削力不会使零件产生变形。
3.2夹紧力的计算
计算夹紧力是一个很复杂的问题，一般只能粗略地估算。
因为在加工过程中，工件受到切削力、重力、冲击力、离心力和惯性力等的作用，从理论上讲，夹紧力的作用效果必须与上述作用力（矩）相平衡。
但是在不同条件下，上述作用力在平衡系中对工件所起的作用是各不相同的。
为了简化夹紧力的计算，通常假设工艺系统是刚性的，切削过程是稳定的。
在这些假设条件下根据切削力实验计算公式求出切削力，然后找出加工过程中最不利的瞬时状态，按静力学原理求出夹紧力的大小。
夹紧力计算公式为
式中
——在最不利条件下由静力平衡计算出的夹紧力
——实际需要的夹紧力
K——安全系数，一般取K=1.5-3
所以钻削过程中，在最不利条件下由静力平衡计算出的夹紧力
=2×641.26N=1282.52N
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：
——工件和支承件之间的摩擦系数；
——工件和压板之间的摩擦系数；
查表得
=0.2，
=0.7
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。
安全系数：
K=
×
×
×
式中，
——基本安全系数
——加工状态系数
——刀具钝化系数
——切削特点系数
查得
=1.2，
=1.2，
=1.2，
=1
K=1.2×1.2×1.2×1=1.728
夹紧机构所能提供的夹紧力为
>
=1282.52N
切削力小于夹紧力，所以该夹紧装置可用。
第四章夹具定位误差计算
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。
4.1定位误差ΔP
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，且定位心轴和工件内孔都有制造误差，而且为了便于工件套在心轴上，还应留有配合间隙，故安装后孔和轴的中心必然不重合，会产生基准位移误差。
由于心轴垂直放置，则工件孔与心轴可能在任意边接触，此时
ΔP=Δjw=ΔD+Δd+Δ=0.015+0.013=0.028mm
式中，ΔD——孔的尺寸公差
Δd——轴的尺寸公差
Δ——最小间隙
4.2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。
本工序中麻花钻是采用模板进行导向，钻孔时导向误差计算公式为：
即得导向误差
mm
4.3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=0.02mmΔ垂A=0mm
4.4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=0.04mm。
4.5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1/3。
计算时可设ΔG=
。
——工件位置公差取0.20
ΔG=
=1/3×0.20=0.067mm
因此工件总加工误差
=0.110
由于该工序要求的加工精度不高，所以此套夹具满足精度要求。
小结
课程设计是我们专业课程知识综合运用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程。
“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深地体会到这句千古名言的含义。
通过整个完整的设计过程，我首先对已学过的专业知识进行了一个全面的复习，对于加工工艺的过程也有一个更深的了解。
然后就是懂得了如何根据所给的零件去设计一个完整的夹具。
夹具的设计是一次将各科目的知识进行综合运用的实践，通过本次设计，在专业知识方面有了一定的进步，在如何利用各种资源查询各类标准，参考同类夹具的设计理念和设计方法，提高所设计专用夹具的可行性、经济性等方面有了长足的进步；综合考虑上次工艺课程设计，通过夹具设计对上次工艺进行了一定的修改，使得工件的加工工艺编排更加合理。
本次夹具设计是一次难得的实践机会，不仅巩固了已学知识，并且在如何做好设计，如何利用资源，如何修改设计方案等方面有了一定的提高。
感觉颇深的是机械加工工艺的严谨性，每一个数据都比较严格和有相应的规范与出处，以及每一个步骤都不是孤立的，要有全局意识才能做好设计。
但是由于自己相关专业知识知贫乏，当中可能会出现一些问题，希望老师谅解，并多多批评和指正。
参考文献
[1]《机床夹具设计手册[M]》杨黎明主编国防工业出版社.1996.
[2]《现代机床夹具设计[M]》吴拓编著化学工业出版社.2009.
[3]《机床夹具设计指导书》机械工业出版社
[4]《互换性与测量技术基础[M]》李军编著华中科技大学出版社.2008.
[5]《机械制造工艺学》王先逵主编机械工业出版社
[6]《机床夹具设计手册[M]》王光斗，王春福上海科学技术出版社，
[7]《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》吴拓主编机械工业出版社
[8]《机械加工工艺设计手册》张耀宸主编航空工业出版社
[9]《金属切削机床夹具设计手册》上海柴油机厂工艺设备研究所编机械工业出版社
附录
1、工序卡
2、夹具装配图
3、夹具零件图（钻模板）
4、夹具零件图（夹具体）
5、夹具零件图（心轴）
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