机械工程毕业设计1吨矿车轴承架钻孔胎具设计.docx
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机械工程毕业设计1吨矿车轴承架钻孔胎具设计
目录
摘要
第一章．概述……………………………………………………………………………4
第二章．工件分析………………………………………………………………………6
2.1工件的功能及生产性质………………………………………………………………6
2.2工件加工工艺……………………………………………………………………6
2.3机床的选择………………………………………………………………………7
2.4钻模种类的选择……………………………………………………………………8
第三章．夹具设计……………………………………………………………………10
3.1定位基准选择………………………………………………………………………10
3.2自由度的限制……………………………………………………………………10
3.3对定位元件的要求………………………………………………………………10
3.4定位精度…………………………………………………………………………11
3.5夹紧机构与夹紧力的计算……………………………………………………12
3.6夹具体的设计…………………………………………………………………12
3.7钻套的设计…………………………………………………………………………14
3.7.1钻套选择……………………………………………………………………14
3.7.2钻套参数计算………………………………………………………………15
3.7.3钻套加工工艺………………………………………………………………16
3.8钻模板选择………………………………………………………………………17
3.9钻模的精度计算…………………………………………………………………17
3.9.1钻模的钻孔精度计算………………………………………………………17
3.9.2钻模对刀误差的计算………………………………………………………18
3.10定位销高度计算…………………………………………………………19
设计体会………………………………………………………………………………21
参考资料………………………………………………………………………………22
致谢…………………………………………………………………………………23
摘要
本工序是为一轴承架零件加工5个φ18的孔和2个φ25的孔,所设计的一套钻床专用夹具。
主要技术指标能保证工件的加工精度、提高生产效率、工艺性好和使用性好。
我们在设计专用夹具时为了能满足工件的加工精度要求，考虑了合理的定位方案、合适的尺寸、公差和技术要求，并进行了必要的精度分析。
我设计的夹具是用于批量生产，采用了固定式钻床夹具，提高了生产精度。
在工艺性方面使这种夹具的结构简单、合理、便于加工、装配、检验和维修。
在使用性方面这种夹具的操作简便、省力、安全可靠，排屑也方便，必要时可设置排屑结构。
通过本次课程设计，应该掌握以下方面的内容：
1能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。
2提高结构设计的能力。
通过夹具的设计，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而且能保证加工质量的夹具的能力。
3应用手册及图表资料。
掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。
就我个人而言，我希望通过本次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加生产实践打下一个良好的基础。
由于能力所限，设计尚存在许多不足之处，恳请各位老师予以指教。
关键词：
轴承架夹具钻套钻模板
ABSTRACT
ThisprocessispartofabearingframeprocessingfiveΦ18holeandtwoΦ25hole,adrilldesignedspecialfixtures.Themaintechnicalindicatorscanensurethemachiningprecisionparts,increaseproductivity,andusegoodtechniqueanduseful.Wedesignspecialfixturesinordertomeettheworkpiecewhenmachiningaccuracy,toconsiderareasonableorientationprogram,theappropriatesize,tolerancesandtechnicalrequirements,andmakethenecessaryaccuracy.Becauseitisinmassproduction,usingrotarydrillingfixture,increaseproductionefficiency.Intheprocessintermsofthestructuretomakethisfixtureissimple,reasonable,easyprocessing,assembly,testingandmaintenance.Theuseofsuchafixtureintermsofsimple,labor-saving,safe,reliable,andeasierchipremovalmaybenecessarytosetupchipconveyorstructure.
Throughthiscurriculum,allaspectsshouldbethefollowingexercise:
The
firstweshouldskillfullyuseMachineryManufacturingtechnologycoursesinthebasictheoryandpracticeintheproductionoflearnedthepracticeofZhiShi,correctlysolveapartintheprocessingofthepositioning,clampingandtheprocessroutearrangement,sizeQueDingdengtechnologyissuesassurespartprocessingquality.
Thesecondweshouldimprovethestructuraldesigncapabilities.Throughthedesignoffixturestrainingshouldbeprocessedaccordingtomachiningrequirements,designefficient,laborsaving,economicalandcanguaranteethequalityofthefixtureprocessingcapacity.
Thethirdweshouldinstituteofmanualsandchartsinformation.Masterwiththedesignofavarietyofinformationaboutthename,origin,canbeproficient.
Formypersonally,IhopethatthroughthedesignoftheirfuturecoursewillbeconductedintheconductYiCiShiYingxingtraining,fromtrainingitsownanalysisoftheproblem,problem-solvingability,toparticipateintheproductionpracticefortheJinHoulayaLianghaooffoundation.
Asthecapacityconstraints,thedesign,therearestillmanyshortcomings,urgeteacherstoteach.
Thekeywords：
bearingframefixturesdrilltechnique
第一章概述
本次课程设计的内容是为轴承架上的孔设计一套钻模，在成批大量生产该轴承架时，装卸方便，能满足装卸需要，定位进度好，夹紧力适中。
我采用的是可换钻套，因为在大量生产该轴承架，因装卸次数频繁，导致钻套磨损，选用可换钻套，即经济又能满足生产需要，如果使用固定钻套，钻模钻套在磨损后，只能从新投入，这样不但费时费力，而且延误生产，事实上，机械产品的设计是一种创造性的劳动，是基于一定理论基础和大龄实践经验相结合的技术劳动。
一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3-4年就要更新50-80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10-20％左右。
特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下的要求：
1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本
2）能装夹一组具有相似性特征的工件；
3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；
4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；
5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；
6）提高机床夹具的标准化程度。
2．现代机床夹具的发展方向
现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。
（1）标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。
目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：
GB/T2148-T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。
机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。
（2）精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。
（3）高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。
常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。
目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。
（4）柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。
工艺的可变因素主要有：
工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。
具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：
组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。
为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。
第二章零件分析
2.1工件功能及生产性质
滚动轴承一般有带保持架和不带保持架的两种结构。
大型轴承一般要求承受较大的负荷，所以常不带保持架，而是在内外滚道间装满滚动体；大多数中小型滚动轴承大都带有保持架，保持架的主要作用如下：
1.保持架把滚动体等距离隔开，均匀分布在滚道的圆周之上，从而防止工作时滚动体间互相碰撞与摩擦；
2.引导并带动滚动体在正确的滚道上滚动，防止出现偏差；
3.在分离型轴承里，将滚动体与一个套圈相互组合在一起，来防止出现滚动体脱落的现象。
零件材料是ZG270-500。
零件是批量生产,而且零件加工的轮廓尺寸不大,在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型。
零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。
毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。
2.2工件加工工艺
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
本轴承架是安装在矿车上与轴相配合的，所以我们在制作钻模时，要全面考虑，钻孔位置度要求高，定位基准面选得要合适，在本次设计中，钻A面3孔，我选轴承架对称中心线为基准线，B面为基准面。
钻B面2孔时，我选择轴承架对称中心线为基准线，A面为基准面。
钻Φ25孔，我选A、B面为基准面。
1.按毛坯尺寸铸出轴承架
2.将轴承架平放于工作台上，找正压紧，粗铣A面
3.粗铣底平面
4.精铣A面
5.精铣底平面，保证尺寸15mm
6.100％全检
7.粗铣轴承座半圆弧面
8.精铣半圆弧面，保证23尺寸
9.100％全检
10.将轴承架竖放于工作台上，找正压紧，粗铣B表面
11.精铣B表面，保证20尺寸
12.100％全检
13.将轴承架平放于工作台上，找正压紧，钻A平面3×Φ18孔
14.100％全检
15.将轴承架竖放于工作台上，找正压紧，钻B平面2×Φ18孔
16.100％全检
17.将轴承架侧放于工作台上，找正压紧，钻62尺寸2侧2×Φ25孔
18.100％全检
19.铣Ф25孔内倒角2×45゜
20.100％全检
21.按《质量检验细则》全数逐件检验轴承架各部几何尺寸及比表面粗糙度，做好检验记录
2.3机床的选择
本次设计所需加工孔为工件A面3×Φ18孔，B面2×Φ18孔，还有一组2×Φ25孔。
钻床的主要参数：
产品名称
型号
最大钻孔直径
主轴至端面距离
主轴中心线至立柱表面距离
主轴转速
主轴行程
电机功率
重量
级数
范围
主电机
总容量
毛重
净重
摇臂钻床
Z3025A
25
1066
900
8
80-2000
250
1.5
2.3
1.9
1.4
Z3040
40
1250
1600
16
25-200
315
3
6.10
5
3.5
Z35A
50
1370
1620
16
25-2000
350
4
7.10
6
5
切削力的计算：
因工件材料：
铸钢；加工方式：
钻；刀具材料：
高速钢：
故切削力的计算如下；（机床设计手册）
式中各参数：
M----------切削扭矩（kgf.mm）；
D----------钻头直径；
s----------每钻进给量，取s=0.3mm；
P----------切削力；
Kp---------修正系数，取Kp=
b--------许用挤压应力，取бb=75kgf/mm²。
经过比较，本次设计选用Z35A钻床，选择此钻床可以满足本次加工要求，也可以用于今后的加工使用。
2.4钻模种类选择
在机床上的安装方式，钻模可分为固定式和非固定式两种。
1.非固定式钻模
在立式铣床上加工直径小于10mm的小孔或孔系、钻模重量小于15kg时，由于钻削扭矩较小，因此钻模不需要固定在钻床上，这类可以自由移动的钻模，称为非固定式钻模。
这类钻模应用最广。
2.固定式钻模
在立式铣床上加工直径大于10mm的单孔或在摇臂钻床上加工较大的平行孔系，或钻模重量超过15kg时，因钻削扭矩较大，故钻模需固定在钻床上。
这种加工一批工件时位置固定不动的钻模，称为固定式钻模。
由于此次工件需加工孔直径均大于10mm，且重量较重，因此选用固定式钻模。
第三章夹具设计
3.1定位基准选择：
1.定位基准必须与工艺基准重合，并尽量与设计基准重合，以减小定位误差，获得最大加工允差，降低夹具制造精度，当定位基准与工艺基准或设计基准不重合时，需进行必要的加工尺寸极其允差的换算。
2.选择工件上最大的平面。
最长的圆柱面或圆柱轴线为定位基准，以提高定位精度，并使定位稳定、可靠。
3.选择定位元件时，要防止出现超定位现象。
a）工件各加工工序中，力求采用同一基准，以避免因基准更换面降低工件各表面相互位置的准确度。
b）选择已加工面为基准面。
在本次设计中，钻A面3孔，我选轴承架对称中心线为基准线，B面为基准面。
钻B面2孔时，我选择轴承架对称中心线为基准线，A面为基准面。
钻Φ25孔，我选A、B面为基准面
3.2自由度的限制：
1.工件在夹具上进行定位时，为保证加工面位置尺寸或位置精度，以及承受切削力和夹紧力等的需要，必须限制住工件的六个自由度，即沿x、y、z轴的移动和绕x、y、z轴的转动。
实际工作中更具活件的形状及基准要求，自由度的限制可按实际活件而顶，本钻模限制自由度主要运用夹紧螺钉、定位销，完全限制该活件在加工过程中的移动和转动：
即：
沿x方向的移动和绕x轴的转动和沿y方向的移动和绕y轴的转动和绕z轴的转动。
3.3对定位元件的要求：
1.工件定位基准与定位元件接触或配合后，能限制柱必须由限制的工件自由度；
2.由其生产的定位误差最小；
3.定位表面应具有较高的尺寸精度、配合精度、表面光洁度和硬度；
4.定位元件结构应尽量简单，便于装卸工件；
5.具有足够的强度和刚度；
6.无产生超差定位的可能性；
7．对尺寸大的定位件表面，从结构上采取措施，在不影响定位精度的前提下，尽量减少与工件表面的接触面积；
3.4定位精度：
1.定位误差分析和计算：
一面二孔定位误差分析和计算：
（1）两定位销中心距离：
Lx=Lg=100mm；（Lg—工件两定位孔的中心距）；
（2）两定位销中心距公差：
±δLx=±（1/5-1/3）δLg=±（1/5-1/3）×0.6=±（0.12-0.2）
（3）圆柱销直径的名义值：
d1=D1=
18mm；
（4）菱形销宽度：
b=5；B=D2-3=18-3=15mm
（5）补偿距离：
ε=δLx+δLg-1/2∆1min=0.15+0.6-1/2×0.02=0.76mm
（6）菱形销圆弧部分与其相配合的工件定位孔间的最小间隙：
∆2min=2εb/D2=2×0.76×5/18=0.42
（7）菱形销最大直径：
d2=D2-∆2min=18-0.42=17.5
（8）两定位销所产生的最大角度定位误差：
α=±arctg（∆1max+∆2max）/2L=arctd（0.062+0.062）/2×100=0.035°
（9）工件与水平面的最大角度误差：
α=±arctgδ/L=±arctg（0.15/100）=0.086°
式中：
D1-----------------与圆柱销相配合的工件定位孔的最小直径；
∆1min-----------------夹具圆柱销与其相配合的工件定位孔间的最小间隙
D2-----------------与菱形销相配合的工件定位孔的最小直径
∆1max-----------------夹具圆柱销与其相配合的工件定位孔间的最大间隙
∆2max-----------------夹具菱形销与其相配合的工件定位孔间的最大间隙
3.5夹紧机构与夹紧力的计算
夹紧力应朝向主要限位面。
对工件只施加一个夹紧力，或施加几个方向相同的夹紧力，夹紧力的方向应尽可能朝向主要限位面。
夹紧力的作用点应落在定位元件的支撑范围内。
夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的方向和部位。
夹紧力的作用点应靠近工件的加工表面。
夹紧力大小的估算
钻18孔时夹紧力为
钻25孔时夹紧力为
式中
--------------最大切削力
-------------压板的夹紧力
f--------------工件与定位元件间的摩擦因素（《机械设计》表7-9）
k--------------安全系数（《机床夹具设计》表1-8）
3.6夹具体的设计
夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体。
因此，夹具体的形状和尺寸取决于夹具上各种装置的布置及夹具与机床的连接。
3.61对夹具体的要求
1.有适当的精度和尺寸稳定性
夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面等，应有适当的尺寸和形状精度，他们之间应有适当的位置精度。
为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。
2.有足够的强度和刚度
加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。
为保证夹具体不产生不允许的变形和震动，夹具体应有足够的强度和刚度。
因此夹具体须有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强肋，或在不影响装卸的情况下采用框架式夹具体
3.结构工艺性好
夹具体应便于制造、装配和检验。
铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。
夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为4~15mm。
夹具体结构形式应便于工件的装卸。
4.排屑方便
切屑东多时，夹具体上应考虑排屑结构，如在夹具体上开排屑槽；或在夹具体下面设置排屑斜面，斜角可取30°~50°。
5.在机床上安装稳定可靠
夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。
当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支撑面越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。
夹具体安装基面的形式为周边接触，两端接触，四个支脚接触。
接触边支脚的宽度应大于机床工作台梯形槽的宽度，应一次加工出来，并保证一定的平面精度；当夹具在机床主轴上安装时，夹具安装基面与主轴相应表面应有较高的配合精度，并保证夹具体安装稳定可靠。
3.62夹具体毛坯的类型
1.铸造夹具体
铸造夹具体的优点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗震性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。
长用材料为灰铸铁，要求强度高时可以铸钢，要求重量轻时用铸铝。
目前铸造夹具体应用较多。
2.焊接夹具体
他由钢板、型材焊接而成，这种夹具制造方便、生产周期短、成本低、重量轻。
但焊接夹具体的热应力较大，易变形，须经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。
3.锻造夹具体
他适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。
锻造后也许经退火处理。
此类夹具体应用较少。
4.型材夹具体
小型夹具体可以直接用板料、棒料、管料等型材加工装配而成。
这类夹具体取材方便、生产周期短、成本低、重量轻，如各种心轴类夹具的夹具体。
5.装配夹具体
他由标准的毛坯件、零件及个别非标准件通过螺钉、销钉连接，组装而成。
标准件由专业厂生产。
此类夹具体具有制造成本低、周期短、精度稳定等优点，有利于夹具标准化、系列化，也便于夹具的计算机辅助设计。
夹具体加工工艺过程:
1．下料：
HT250，灰铸铁具有良好的稳定性，尺寸变形小，故选用该材质长期使用能保证配合精度；
2．时效处理：
采用退火处理；
3．刨：
按图纸尺寸刨成；
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