方向机壳钻夹具设计.docx
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方向机壳钻夹具设计
方向机壳钻夹具设计
序言
随着我国机械工业技术的迅速发展，制造技术已成为当代科学技术发展最为重要的领域之一，它是产品更新，生产发展，市场竞争的重要的手段。
从一定意义上讲，机械制造技术的发展水平决定着其它产业的发展水平。
而夹具成为加工的重要基础。
所以夹具的发展将严重影响我国机械制造及加工水平。
我这次所设计的是一种方向机壳体的钻夹具。
它是专门为HFC方向机壳体的钻孔工序设计的专用夹具。
工件在夹具当中的定位和夹紧，夹具在机床上的定位，及机床的选择在设计说明书当中都有详细的说明。
本书在自己的努力和指导老师及同学的帮助下，通过查阅大量的相关资料。
使得这次课程设计得到圆满的成功。
在此对他们表示衷心的感谢。
由于我的水平有限，在设计当中难免有不足之处，还请各位老师多多的指导。
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一、设计目的,,,,,,,,,,,,,,,,,4二、机床的选择,,,,,,,,,,,,,,,,5三、钻床夹具的选择,,,,,,,,,,,,,,6四、钻模板的选择,,,,,,,,,,,,,,,7五、钻套的选择,,,,,,,,,,,,,,,,8六、钻套导引孔尺寸和公差的确定,,,,,,,,10七、钻套高度及钻套与工件距离,,,,,,,,,11八、工件在夹具中的定位,,,,,,,,,,,,12九、定位误差的分析与计算,,,,,,,,,,,18十、工件的夹紧,,,,,,,,,,,,,,,,20小节,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,22参考文献,,,,,,,,,,,,,,,,,,,23
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一、设计目的
为了安装需要，要在HFC方向机壳体侧面上钻四个Φ13的孔。
工件如下图。
因为没有现成的夹具可用，所以特为此道工序设计一个夹具。
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二、机床的选择
根据所须加工孔的孔径，其基本尺寸为φ13的四个孔。
适合该机床的主要有三种机床，数据如下:
型号最大钻削主轴端面至工作工作台主轴
直径台最大距离面积孔莫氏最大行转速
锥度号程
Z51818600350×2145330-3040
350
ZQ401515475250×2100480-4100
300
Z53535750450×422568-1100
500
考虑到工件的装卸，及工作台的面积，经各方面的比较，决定采用Z535立式钻床。
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三、钻床夹具的选择
钻床夹具的类型很多，根据被加工孔的分布情况可分为:
a固定式钻模:
这类钻模在使用过程当中，是固定在钻床的工作台面上的，但用于立式钻床时一般只能加工单孔。
b回转式钻模:
用于加工分布在同一圆周上的径向孔系，或加工工件上同一圆周上的平行孔系。
c翻转式钻模:
这类钻模没有转轴和分度装置。
在使用过程当中需要用手进行翻转。
主要加工小型工件上分布几个方向上的孔。
d盖板式钻模:
这类钻模没有夹具体，钻模板上除了钻套以外，还有定位元件和夹紧装置。
加工时，钻模板象盖子一样覆盖在工件上。
e滑柱式钻模:
这是一种带有升降钻模板的通用可调夹具。
根据工件的特殊构造，决定采用盖板式钻模。
它的特点是结构简单轻巧，清除切屑方便。
对于体积大而笨重工件的小孔的加工，采用盖板式钻模最为适宜。
对于中小批生产，凡钻铰后立即进行倒角，等工序时，采用盖板式钻模也极为方便。
但盖板式钻模每次需要从工件上装卸，比较费事，所以不宜用于大批大量生产。
四、选择钻模板
钻模板是供安装钻套用的。
要求具有一定的强度和刚度，以防止由于变形而影响钻套的位置精度和导向精度。
常用的有以下几种:
a固定式钻模板:
直接固定在夹具体上，而不可移动的。
因此所获得的位置精度高，但装卸工件不是很方便。
b铰链式钻模板:
钻模板与夹具为铰链连接。
由于铰链处必然有间隙，因而加工孔的位置精度比固定式钻模低。
c可卸式钻模板:
当装卸工件必须将钻模板取下，则应采取可卸式钻模板。
但由于装卸钻模板比较的费时费力，且钻孔的位置精度较低，故一般在使用其他类型钻模板不便于安装工件时采用。
d悬挂式钻模板:
该钻模板适用于大批大量生产中钻削同一方向上的平行孔系，可在立式钻床上配合多轴传动或在组合机床上使用。
由于该工件构造独特，所需要加工的孔的位置精度不是很高，且是小批量的
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生产。
故决定采用可卸式钻模板。
五、钻套的选择
在钻床夹具当中，通常是用钻套实现刀具的对准，加工中只需要将钻头对准钻套，所钻孔的位置精度就能达到工序要求。
当然钻套还有增强刀具刚度的作用。
由于是加工同一平面上的不同位置的相同尺寸孔，故只需要选用一种钻套。
钻套的四种形式:
a固定式钻套:
固定式钻套分为A型无肩的，B型有肩的。
带肩的主要用于钻模板较薄时，用以保持钻套必要的导引长度。
钻套外圆以H7/r6或H7/n6配合直接压入夹具体或钻模板中这种钻套的缺点是磨损后不易更换，因此主要用于中小批生产用的钻床夹具上或用来加工孔距小和孔距精度要求较高的孔。
为防止切屑进入钻套孔内，钻套的上下端应以稍突出钻模板为宜，一般不能低于钻模板。
b可换钻套:
可换钻套的实际功用和固定钻套一样，在批量较大时，磨损后可立即更换。
为了避免钻模板的磨损，钻套不直接压配在夹具体或钻模板，而是以H7/g6或H6/g5的配合装进衬套的内孔中，并用防转螺钉防止在加工过程中刀具、切屑与钻套内孔的摩擦力使钻套产生转动，或退刀时随刀具抬起，衬套外圆与夹具体或钻模板的配合采用H7/n6或H7/r6。
c快换钻套:
快换钻套是供同一个孔需经多个加工工步所用的。
由于在加工过程当中，需要依次更换，取出钻套，以适应不同加工刀具的需要，宜采用快换钻套。
d特殊钻套:
是根据具体情况自行设计的，以补充标准钻套性能的不足。
经过比较，结合工件的结构，决定采用固定钻套的A型无肩钻套。
（数量为四个）
六、钻套导引孔尺寸和公差的确定
在选用标准结构的钻套时，钻套导引孔的尺寸与公差需要由下面原则确定:
1）钻套导引孔直径的基本尺寸，应等于所导引刀具的最大极限尺寸，以防止卡住和咬死。
2）钻套导引孔与刀具的配合，应按基轴制选用，这是因为这类刀具的结构和尺寸均已标准化。
3）钻套导引孔与刀具之间应保证有一定的配合间隙，以防卡死。
导引孔的公差带根据所导引刀具的种类和加工精度要求选定，钻孔和扩孔选F7，F8;粗较时选G7;精较是选G6。
4）标准钻头的最大尺寸就是所加工孔的基本尺寸，故钻头导引孔的基本尺寸与加工孔的基本尺寸相同，公差取F7。
5）若刀具加工时不是用切削部分而是用导柱部分引导，则可按基孔制的相
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应配合H7/f7，H7/g6，或H6/g5选取。
故钻套导引孔的基本尺寸与所加工孔的基本尺寸相同，公差取F7。
七、钻套高度选择和钻套与工件距离
1）钻套高度
钻套高度由孔距精度、工件材料、孔加工精度、刀具耐用度、工件表
面形状等因素决定。
钻孔距精度在?
0.25mm或是自由尺寸公差时，钻套的
高度取H=（1.5,2.5）d。
钻套内径采用基轴制F8的公差。
所以H=（1.5,
2.5）d=（1.5,2.5）×13=19.5,32.5mm
加工IT6,IT7级精度，孔距在12mm以上的孔或加工工件孔距精度要求在?
0.10,?
0.15mm时，钻套的高度取H=（2.5,3.5）d钻套内径采用基轴制G7的公差。
H=（2.5,2）d=（2.5,3.5）×13=32.5,45.5mm
由于该零件加工孔精度不怎么高，故钻套高度取27mm.
2）钻套与工件的距离
钻套与工件间留有一定的距离h，如果h太大会增大钻头的倾斜量使钻套不能很好的导向。
h过小，切屑排出困难，不仅会增大工件加工表面的粗糙度，有时还可能将钻头折断。
H值可按下面经验公式选取:
加工铸铁、黄铜时，h=（0.3,0.7）d;
加工钢件时，h=（0.7,1.5）d;
由于工件是铸铁，故取
h=（0.3,0.7）d=（0.3,0.7）×13=3.9,9.1mm取7.5mm。
八、工件在夹具中的定位
1工件定位原理
目前一般习惯上把工件定位范畴内的位置不确定性称为自由度。
由于工件在空间直角中，有六个方向的不定度，限制工件在某一方向的不定度，工件在夹具中某一方向的位置就可以确定。
工件在夹具中定位的任务就是通过定位元件限制工件的不定度。
以满足工序的加工精度要求，工件在夹具中的定位通常有四种分别如下:
A完全定位:
工件在夹具中，六个不定度都被限制，称为完全定位。
B部分定位:
六个不定度没有被完全限制时称为部分定位。
C欠定位:
工件实际限制的自由度少于工序加工要求应予以限制的不定度的个数，产生定位不足现象称欠定位。
D重复定位:
工件在夹具中定位，若几个定位支承点重复限制同一个或几个不定度时，称重复定位。
一般来说:
对工件上形状精度和位置精度很底的毛坯表面作为定位表面时，是不允许出现重复定位的。
对于用已加工过的工件表面或精度较高的毛坯表面作为定位表面时，为提高工件定位的稳定性和刚度，在一定的条件下是允许采用重复定位的。
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2确定定位方案
根据零件的特殊结构及已加工的的各个表面。
具体的方案如下:
1）工件应限制的自由度:
X，Y方向的移动自由度，X，Y，Z方向
的转动自由度。
2）a以已加工的底面为基准面，限制X，Y方向的转动自由度，Z方向的移动自由度。
b以中间孔套入一根长芯轴，限制X，Y方向的转动和移动自由度。
c以后面的已加工的孔为基准套入一定位轴，限制Z方向的自由度。
所以出现了重复定位的情况。
但由于是采用已加工面为基准，所以对该定位方案是合理的。
3定位元件的选择与设计
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。
一般的定位元件有:
1）平面定位元件:
固定支承、可调支承、自位支承、辅助支承
固定支承:
支承点的位置固定不变的定位元件。
如各种固定支承钉。
可调支承:
支承点的位置可调节的定位元件。
如可拧动的螺钉。
自位支承:
支承点的位置在工件定位过程当中，随工件定位基准面位置变化而自动与之相适应的定位元件（如球面三点式自位支承），这类支承在结构上均需设计成活动或浮动的。
辅助支承:
这类支承只起提高工件支承刚性或起辅助作用的定位元件而不起定位作用。
2）圆孔表面定位元件
这类定位元件常用于圆孔表面。
一般定位元件有:
定位销、刚性心轴、锥度心轴等。
3）外圆表面定位元件
这类定位元件常用于外圆表面定位。
一般有:
定位套、支承板、V型块等。
定位套对工件外圆表面主要实现定心定位;支承板实现对外圆表面的支承定位;V型块则实现对外圆表面的定心对中定位。
4）锥面定位元件
主要用于加工轴类零件或某些要求精度定心的零件时，以工件上的锥孔作为定位基准。
可提高工件轴向的定位精度。
根据工件的结构的特殊性，在工件所加工的孔的平面上，该部分类似悬臂梁，受到钻刀向下的力，及钻削工件时所引起的扭转力距和重力的合力的作用。
工件受到重力的作用会下垂，而使工件定位基准脱离定位元件。
同时还会引起工件的振动，导致刀具的损坏，最终影响加工质量。
根据这一特点，决定采用辅助支承。
可以在工件所需加工孔的下部设置辅助支承。
先预定位，然后在夹紧力的作用下再实现与主要定位元件全部接触的准确定位。
该支承部件为球面支柱。
考虑要加工四个孔，且孔的位置不是对称的，分布较大，故采用两个
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这样的支柱，具体如上图。
对于工件的后部，由于采用了一个定位轴，所以要保证定位轴的定位。
决定一端用定位螺钉，一端用压紧螺钉。
4导向元件的选择
导向元件的作用是用来确定刀具与工件的相对位置，起到正确导引刀具的作用。
另外还可以当定位元件使用。
这类元件包括各种钻模板、钻套、铰套和导向支承等。
1）钻模板
前面我们已经选用了可卸式钻模板。
但普通的可卸式钻模板还不能满足我们所加工孔的要求，所以要另外设计。
由于所加工的孔是不对称的两组平行孔。
通过分析发现它们之间的连线的垂线与中间的孔成164?
角。
为保证加工时的精度，可以把钻模板设计成三角形花键连接的形式，设计的一个宽键齿中心线刚好与这一垂线成164?
角。
花键用拉床或插床加工，热处理后用磨削的方法提高定心面的精度。
外三角花键齿用铣床加工，热处理后也可用磨削的方法提高定心面和齿侧面的精度。
具体设计如下:
三角花键
根据Dg=32查表6-74内花键弧齿槽宽和外花键弧齿厚偏差取m=2齿数:
z=14模数:
m=2
内花键齿顶圆直径:
Dg=df+2×（0.6+ξ）m=29.2+2（0.6+0.1）×2=
32
2=6.28分度圆周节:
t=πm=3.14×
内外表面光洁度的粗糙度必须在3.2,1.6之间。
而芯轴也就设计成相应的情况。
具体如下图:
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九、定位误差的分析与计算
1定位误差
定位误差是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
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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1/3,1/5。
一般即认为此定位方案能满足该工序的加工精度的要求。
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接触或配合，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。
夹具本身和各个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，但每个被定位元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。
2定位误差的组成及计算方法
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设计小结
“不积跬步，无以至千里;不积小流，无以成江河”。
这次的设计使我认识到基础知识积累及实践的重要。
设计中遇到了很多问题，使设计进度举步维艰，其根本原因还是在于对基础知识的模糊的理解。
现在我认识到低年级时对基础课的怠慢是多么愚蠢的事。
“纸上得来终觉浅，绝之此事需躬行”以前认为很简单的事情，做起来发现并不是那样。
实践出真知，这次的设计使我认识到了实践动手的重要性，坚定了我投身制造一线的想法。
然而亡羊补牢未为晚。
通过系统复习以前的课程，查阅各种资料，以及向老师和同学寻求帮助，我的毕业设计终于完稿了。
在此我要特别感谢吴彦红老师，樊十全老师，文建萍老师的悉心指导;感谢方向机厂赵书记和陈师傅的鼎力相助;感谢同学的热情帮助。
当然，由于自身水平有限，不足之处在所难免，敬请各位老师批评指正。
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参考文献
1.机床夹具零部件第一机械工业部机床研究所1965.吴克坚主编机械原理高等教育出版社19892
3.刘鸿文主编材料力学高等教育出版社19914.吴宗泽主编机械设计高等教育出版社19905、成大先主编，机械设计手册[M]1994年4月第三版第五卷，化学工业出版社。
6.林文焕主编机床夹具设计中国铁道出版局19877.王秀伦主编机床夹具设计国防工业出版社19838.编辑委员会编机械工程手册机械工业出版社19799.李家宝编夹具设计机械工业出版社196410.唐用中编组合夹具组装技术国防工业出版社197911.长春第一汽车制造厂工装设计室编机床夹具设计原理197612.湖南大学机制教研室编机床夹具湖南人民出版社197613东北重型机械学院机床夹具设计手册上海科学技术出版社199014齐民机械工程材料大连理工大学出版社200315机械工程师手册第二版编辑委员会机械工程师手册机械工业出版社
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