阀盖钻孔分度式钻床专用夹具课程设计说明书讲解.docx
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阀盖钻孔分度式钻床专用夹具课程设计说明书讲解
洛阳理工学院
课程设计说明书
课程名称机械制造技术课程设计
设计课题阀盖的钻孔夹具设计
专业机械设计制造及其自动化
班级B110202
姓名卢天然
学号B11020515
2015年3月13日
课程设计任务书
机械工程系机械设计制造及其自动化专业
学生姓名卢天然班级B110202学号B11020515
课程名称：
机械制造技术课程设计
设计题目：
阀盖的钻孔夹具设计
设计内容：
为阀盖设计一套分度式钻模夹具，便于摇臂钻床上对工件孔的加工。
设计要求：
1.在摇臂钻床上加工四个均布Φ14的通孔。
2.夹具设计要求合理，有利提高加工精度，保证加工质量，降低加工成本，提高劳动生产率和减轻工人的劳动强度，便于小批量生产。
3.绘制夹具装配图A1一张，夹具零件图A3～A1一张，工件图一张，课程设计说明书一份。
设计（论文）开始日期2015年3月02日指导老师：
设计（论文）完成日期2015年3月13日
2015年3月13日
课程设计评语
机械工程系机械设计制造及其自动化专业
学生姓名卢天然班级B110202学号B11020515
课程名称：
机械制造技术课程设计
设计题目：
阀盖的钻孔夹具设计
课程设计片篇幅：
图纸共3张
说明书共16页
指导老师评语：
年月日指导老师
前言……………………………………………………………………………………………………………………………………1
4.2确定分度形式9
4.3锁紧分度装置10
第五章对刀装置的确定……………………………………………11
前言
进入新世纪以来，随着科学技术的高速发展，各种新工艺和新技术的不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。
各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。
机械制造技术课程设计是机械制造技术基础课程中的一个重要的实践性教学环节，也是机械设计制造及自动化专业学生应该经历的一门主要专业课程实践。
其目的在于：
（1〕学习和掌握一般机械制造夹具设计的基本方法和步骤。
培养独立设计能力，为以后续的毕业设计打好基础，做好准备。
〔2〕为了提高学生综合运用机械制造技术及其他先修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，通过课程设计训练可以巩固、加深有关机械课设方面的理论知识。
〔3〕使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。
在各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺设备为机床夹具，如车床上使用的三爪自定心卡盘、四爪卡盘，铣床上使用的平口虎钳等。
现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件的加工精度、劳动生产率和产品的制造成本等。
因此，无论是在传统制造还是现代制造工艺系统中，夹具都是重要的工艺装备
零件在工艺规程之后，就要按工艺规程顺序进行加工。
在加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。
它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床获得正确的位置。
机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度。
通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。
当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而使工件的既有位置遭到破坏，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。
使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。
将工件定位、夹紧的过程称为装夹。
工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。
在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。
机床夹具在生产中应用十分广泛
第一章工件的分析
1.1明确工件的年生产纲领
机床夹具是在机床上装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持不变。
它是夹具总体方案确定的依据之一，它决定了夹具的复杂程度和自动化程度。
如大批量生产时，一般选择机动、多工件同时加工，自动化程度高的方案，结构也随之复杂，成本也提高较多。
1.2熟悉工件零件图
零件图给出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等精度的总体要求，分析得出夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案，这是夹具设计的直接依据。
已知待加工的工件如图1所示，工件图给出了工件的尺寸和形状，对工件的分析得出，需要对工件表面钻出四个均布Φ14的通孔。
图1工件零件图
1.3加工方法
经过分析工件零件图，初步确定本工序的加工内容、机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工零件数。
这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的,根据零件图可知，本道工序的内容是钻4XΦ14的通孔。
可以采用摇臂式钻床加工，并采用分度式钻床专用夹具。
第二章工件的定位
2.1定位及定位原理
要使工件在夹具体中具有准确和确定不变得位置，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，但是任然能保证加工要求的定位叫不完全定位。
根据“六点定位原则”和所加工零件的要求，故要采取完全定位的方法限制六个方向的自由度。
图2物体的六个自由度
2.2定位方式和定位元件的选择
a）分析自由度
该工件的加工为4个Φ14的通孔，理论限制的自由度为X轴移动和转动，Y轴的移动和转动，Z轴的转动，但是也可以采用完全定位的方法限制它的六个自由度，在用分度盘分度旋转定位。
b）定位元件的选择
根据“六点定位原理”和定位元件所能限制的自由度，结合待加工零件的设计要求，本工序使用中心心轴定位，心轴为长圆柱，限制了X轴、Y轴的转动和移动四个自由度，用分度盘旋转定位限制Z轴转动，并采用可调V型块辅助定位Z轴转动；选取一个平面来限制在Z轴方向的移动，定位示意图如图3所示：
图3工件定位示意图
第三章工件的夹紧
为保证工件加工过程中不产生位移或者振动，影响加工质量，甚至使加工无法顺利进行，所以，工件定位之后，在切削加工之前必
须用夹紧装置将其夹紧。
3.1夹紧装置的基本要求
（1）在加紧过程中应保持工件定位时说获得的正确位置。
（2）加紧力大小合适。
（3）加紧装置应操作方便，省力，安全。
（4）夹紧装置的复杂程度和制动化程度应与生产批量和生产方式相适应。
3.2夹紧力三要素的确定
图4夹紧力方向示意图
a）夹紧力方向的确定
（1）夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性。
即夹紧力的方向应朝向主要定位基准，把工件压向主要定位表面。
（2）夹紧力的方向应使工件变形尽可能小。
（3）夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小。
根据夹紧力方向的确定原则，分析工件的受力情况，其夹紧力的方向如图4所示：
b）夹紧力作用点的确定
（1）夹紧力应落在支撑元件或几个支撑元件所形成的支撑面内。
（2）夹紧力作用点应落在工件刚度较好的部位上。
（3）夹紧力作用点应靠近工件的加工方向轴线上。
由夹紧力作用点确定原则，该工件的夹紧力作用点如图4所示：
（P1、P2表示夹紧力的作用点，F1、F2表示切削力）
图5夹紧力作用点示意图
c）夹紧力的大小
该工件是在钻床上加工的，根据我们选择的定位方式图5可知它的夹紧力、切削力F1、F2和重力G方向重合，此时所需要的夹紧力为最小，所以该工件采用手动夹紧即可。
3.3夹紧装置的选择
在生产实际中，加紧机构多种多样，根据需要的不同设计不同的形式。
根据此次的设计要求和夹紧装置的基本要求，该工件的加工是钻孔，且需要的夹紧力较小，所以选择螺旋加紧机构中的单螺旋加紧机构，即直接用螺母和垫圈夹紧。
由于用螺母直接夹紧工件，在生产中拧上拧下，费时费力，为了方便装卸工件，所以在螺母下加上一个快换垫圈。
其夹紧装置如图6所示：
图6夹紧结构示意图
第四章分度机构的确定
分度装置是工件在一次装夹中，不必使其松开而能连同定位元件，相对刀具转过一定角度或移动一定距离，从而占有一个新的加工位置的装置。
根据所要加工工件的加工工艺是加工圆周Φ70上均匀分布的4个Φ14的孔，为了能够使工件在一次装夹中完成这些孔的加工，因此在夹具设计中使用分度装置。
4.1选择分度装置
采用机械式分度装置，分度装置的主要元件是分度盘和定位销，并采用径向分度装置。
4.2确定分度形式
分度定位销有多种，但常用的有圆柱形、圆锥形和斜楔形三种结构形式，圆柱销加工方便，应用广泛，这里选用圆柱销，这种定位销能消除定位销与分度槽的配合间隙，从而有较高的定位精度，分度盘选取与圆柱定位销的配合形式，即在分度盘上开圆形槽。
其分度盘与定位销的配合形式如图7所示：
图7分度盘与定位销的配合形式
4.3锁紧分度装置
由于分度装置的定位销只起分度定位作用，工件在加工过程中有可能会产生较大的切削力，从而使分度装置在切削力的作用下发生位置的窜动或者变形。
所以，为了保证分度精度的稳定性，故设置了分度盘锁紧机构。
如图8所示：
图8分度盘的锁紧装置
工作原理：
手动左搬插拔销，分度盘便可以转动到指定位置，手放开，则分度盘转动被限制。
插拔销的位置用固定块和固定块上的定位销保证。
中心定位锁紧装置：
用心轴定位，心轴下端攻螺纹，用垫圈和螺母锁紧，心轴装在定位衬套上，保证旋转精度，螺母不能上太紧，否则分度盘旋转会有困难。
第五章对刀装置的确定
工件在夹具中的正确位置是由工件的定位保证的，即由与工件接触的定位元件的定位表面所确定的。
为了保证工件与刀具及切削成形运动的正确位置，则应该使夹具的定位表面与机床的工作台、导轨级主轴轴线之间有正确的位置。
所以要求夹具定位元件的定位表面相对于机床加工运动处于正确的位置，要求夹具定位元件的定位表面相对于刀具处于正确的位置。
5.1确定导向元件
为了确定工件上被加工孔的位置，引导刀具进行加工，并提高刀具在加工过程中的刚性和防止加工中的振动，在钻模板上安装起导向作用的钻套。
这里选用钻床上广泛应用的快换钻套，如图9所示：
图9快换钻套的结构
第六章主要零件的设计说明
结合工件的定位分析、夹紧装置、分度机构和对刀部分的综合考虑，同时为了满足加工要求，设计了有利于对刀和提高刀的刚度的钻模板；起定位和夹紧所用的定位心轴；实现分度和旋转作用的分度盘，起支撑和安装作用的夹具体。
6.1夹具体的设计
夹具体是整套夹具的母体，是夹具装置最重要的部分，也是必不可少的部分，承载了夹具上其他夹具零件的安装定位配合等各种装配。
综合考虑个零件的配合，以及经济性和易加工性，设计如下夹具体，如图10所示：
图10夹具体结构示意图
6.2钻模板的设计
钻模板的主要作用是安装钻套，引导对刀。
根据钻模板与夹具体的连接方式不同，大致可分为固定式钻模板、铰链式钻模板和分离式钻模板等。
固定式钻模板的结构简单、钻孔精度高，但是它装卸工件不方便，工件在夹具中每装卸一次，钻模板也要装卸一次，根据加工特点不能选择此种钻模板。
当钻模板妨碍工件装卸时，采用铰链式钻模板，虽然其加工精度不如固定式钻模板，但是对于本工件的螺钉孔加工，还是可以满足要求的。
在钻模板上还要安装铰链轴，故也要在钻模板上加工一个铰链孔，铰链轴选用销，根据GB/T119.1-2000选择铰链销的公称直径d=10，故需要在钻模板上加工一个铰链孔，其直径为Φ10.综上所述，钻模板的结构如图11：
图11钻模板的结构
6.3分度盘的设计
此夹具分度装置采用的是径向分度，定位销为圆柱销，故在分度盘上加工了一个与圆柱销配合的圆形槽，这样可以消除分度盘与定位销之间的配合间隙，提高分度精度。
因为所加工的工件是需要钻4个Φ14通孔，工件在加工过程中是固定的，实现4个孔的加工主要依靠分度盘的分度旋转，所以每加工一个孔旋转90度，这样在分度盘的相应位置设置了4个分度槽。
在总装配图中设计了分度盘的夹紧装置，即在分度盘中安装一个心轴，所以在分度盘上加工一个Φ12的孔，以供安装分度盘使用，同时我们设计了四个分度盘与工件定位心轴的螺钉连接孔，所以在分度盘上加工4个螺钉孔。
分度盘的大致结构如图12所示：
图12分度盘的结构示意图
设计心得
为期两周的夹具课程设计结束了，这次课程设计是我们专业非常重要的课程实践环节，也是我在大学期间的最后一次课程设计，因此我十分珍惜这次课程设计的机会，从始至终，我认真学习，自己亲手计算，自己设计，绘图，不懂的地方我积极查阅相关资料文献，积极向老师同学请教，锻炼了自己将所学知识系统综合联系起来的能力，提高了自己的专业素养，为自己接下来的毕业设计，以至于以后的设计工作打下了良好的基础，可以说受益匪浅。
此次夹具课程设计是我们机械设计制造及其自动化专业的整个专业学习过程中，最为考验应用之前所学专业知识的一次实践环节，从分析零件加工工艺，机床结构，到夹具体的尺寸确定，以及夹具上各零部件的装配，每一部每一个细节，我都认真完成，不敢忽视，这次课程设计全程采用AUTOCAD绘图，全程我独立完成，使自己运用CAD的能力得到了进步，同时我也积极向身边同学求教，学到了很多知识，使我明白了任何事情只要认真做重要付出就一定会有好的回报。
这次课程设计的完成使自己的专业能力专业素养的到了提升
参考文献
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机械工业出版社，1995.12
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