曲轴斜油孔回转式钻模夹具设计与分析.docx

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曲轴斜油孔回转式钻模夹具设计与分析

本科毕业设计论文

（小初号，宋体，加粗，居中）

题目：

曲轴斜油孔回转式钻模夹具设计与分析

院、系：

学科专业：

学生：

学号：

指导教师：

（三号，宋体、居中）

××××年××月

曲轴斜油孔回转式钻模夹具设计与分析

摘要

在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的，用以固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工的一种工艺装备，统称为夹具。

因此，无论是在机械加工，装配，检验，还是在焊接，热处理等冷，热工艺中，以及运输工作中都大量采用夹具。

但在机械加工中应用最为广泛的是金属切削机床上使用的夹具，我们称其为机床夹具。

它在保证产品优质，高产，低成本，充分发挥现有设备的潜力，以便工人掌握复杂或精密零件加工技术，以减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。

因此，机床夹具的设计和使用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。

为此，在本次毕业设计时，选择了机床夹具设计。

本文主要围绕机床钻孔夹具设计为中心。

用以钻曲轴零件，首先通过参观实习让我们对夹具设计有了初步的了解，特别是对钻模夹具设计的了解更为深刻。

然后，在导师的指导下，对夹具设计方案进行分析和选择。

选定方案后，。

通过查阅相关夹具设计书籍和相关图例在钻孔夹具设计过程中，。

在查阅了相关文献后完成外文翻译。

参考相关资料完成夹具的总体设计。

关键词：

机械；夹具；钻模；加工

Theanalysisanddesignofdrillingjigforrotarycrankshaftobliqueoilhole

Abstract

Machinerymanufacturingindustriesintheprocessofawidevarietyofapplicationsforprocessingafixedobject,sothatitoccupiesthecorrectpositioninordertoreceiveaconstructiontechnologyandequipment,collectivelyreferredtoasthefixture.Therefore,whetherinthemachineryprocessing,assembly,testing,orinwelding,heattreatment,suchascold,heatprocess,andtransportarealotofworkinafixture.Butinmachiningisthemostwidelyusedmetal-cuttingmachinetoolsforuseonthefixture,wecalledforthemachinetoolfixture.Itguaranteeshigh-qualityproducts,high-yield,low-cost,bringintofullplaythepotentialofexistingequipment,sothatworkershavecomplicatedorsophisticatedpartsprocessingtechnologies,toreducetheheavyphysicallabors,andotheraspectsplayahSOLIDWORKSerole.Therefore,thefixtureofthemachineisdesignedtopromotetheproductionanduseoftherapiddevelopmentofoneoftheimportantprocess.

Thisarticlemainlyrevolvestheenginebeddrillholejigdesignisacenter.WithdrillstheHBC6700azimuthtraininggearshell,firstletusthroSOLIDWORKShthevisitpracticehavethepreliminaryunderstandingtothejigdesign,wasspeciallymoreprofoundtothelaptypejigjigdesign'sunderstanding.Then,underteacher'sinstruction,carriesontheanalysisandthechoicetothejigdesignproposal.Afterdesignatingtheplan.ThroSOLIDWORKShconsultrelatedjigdesignbooksandrelatedchartofsymbolsindrillholejigdesignprocess.Afterhavingconsultedtherelatedliteraturecompletestheforeignlanguagetranslation.Referstothecorrelationdatatocompletejig'ssystemdesign.

KeyWords：

machinery；Fixture；Jig；processing

第1章绪论

1.1钻孔夹具方案设计

方案设计是夹具设计的重要阶段，它在分析各种原始资料的基础上，要完成下列设计工作：

[1]

1研究壳体零件原始资料，明确设计要求。

2拟订钻孔夹具结构方案，绘制夹具结构草图。

3绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求。

4绘制零件图。

从另外一方面来说，机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。

在设计过程中应深人实际，进行调查研究，吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。

而深入生产实际调查研究中，应当掌握下面的一些资料：

[1]

（1）工件图纸；详细阅读工件的图纸，了解工件被加工表面是技术要求，该零件在机器中的位置和作用，以及装置中的特殊要求。

（2）工艺文件：

了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面状况，基准面选择的情况，可用机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。

（3）生产纲领：

夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应，做到经济合理。

在本次毕业设计的夹具要求是中小批量生产的夹具设计。

（4）制造与使用夹具的情况，有无通用零部件可供选用。

工厂有无压缩空气站；制造和使用夹具的工人的技术状况等。

夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。

1.2了解夹具总体设计的要求

1）夹具应满足零件加工工序的精度要求。

特别对于精加工工序，

应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。

2）夹具应达到加工生产率的要求。

特别对于大批量生产中使用的

夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。

3）夹具的操作要方便、安全。

按不同的加工方法，可设置必要的

防护装置、挡屑板以及各种安全器具。

4）能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。

夹具元件

的材料选用将直接影响夹具的使用寿命。

因此，定位元件以及主要元件宜采用力学性能较好的材料。

夹具的低成本设计在世界各国都以相当重视。

为此，夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应。

在大批量生产中。

宜采用气压、液压等高效夹紧装置；而小批量生产，则宜采用较简单的夹具结构。

5）要适当提高夹具元件的通用化和标准程度。

选用标准化元件，

特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具制造周期，从而降低夹具成本。

6）必须具有良好的结构工艺性，以便夹具的制造、使用和维修。

以上要求有时是互相矛盾的，故应在全面考虑的基础上，处理好主要矛盾，使之达到较好的效果。

例如钻模设计中，通常侧重于生产率的要求。

1.3钻床的发展趋势

钻床系指主要用钻头在工件上加工孔的机床。

通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。

钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换非凡刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。

钻床可分为下列类型：

（1）台式钻床：

可安放在作业台上，主轴垂直布置的小型钻床。

（2）立式钻床：

主轴箱和工作台安置在立柱上，主轴垂直布置的钻床。

（3）摇臂钻床：

摇臂可绕立柱回转、升降，通常主轴箱可在摇臂上作水平移动的钻床。

它适用于大件和不同方位孔的加工。

（4）铣钻床：

工作台可纵横向移动，钻轴垂直布置，能进行铣削的钻床。

（5）深孔钻床：

使用特制深孔钻头，工件旋转，钻削深孔的钻床。

（6）平端面中心孔钻床：

切削轴类端面和用中心钻加工的中心孔钻床。

（7）卧式钻床：

主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床

钻床相关标准与其他金属切削机床相关标准大体相同，其专用标准有：

GB6477.4-86《金属切削机床术语钻床》，GB2815-89、JB/T5763-91《钻床联接尺寸标准》，GB9461-88、JB/Z108-89《摇臂钻床参数及系列型谱标准》等，出口产品不得低于一等品。

主要生产厂家有：

中捷友谊厂、沙市第一机床厂、宁夏大河机床厂、鲁南机床厂、保定钻床厂等。

钻床主要出口日本、东南亚、欧、美、非洲及港、澳等30余个国家及地区。

1.4钻床夹具的概述

钻床夹具：

用干各种钻床（镗床组合机床）上的夹具，又称钻模，镗模。

主要目的保证孔的精度（位置）。

要想对钻床夹具有深刻的了解，就要先知道钻床夹具的特点。

1.4.1钻床夹具的特点

在一般钻床对工件进行空加工，多具一下特点:

首先是刀具本身的刚性比较差。

钻床上所加工的空多为小尺寸的孔，其工序内容不外乎钻、扩、铰、锪或攻螺纹等加工，所以，刀具直径往往比较小，而轴向尺寸比较啊，刀具的刚性均较差。

其次是多刃刀的不对称，易造成空的形位公差。

钻、扩、铰等孔加工刀具，多为多刃刀具，当刀刃分布不对称，或刀刃分布不对称，或刀刃长度不等，会造成被加工孔的制造误差，尤其是采用普通麻花钻钻孔，手工刃磨钻头所造成的两侧不对称，极易造成被加工孔的孔位偏移、孔径增大及孔轴线的弯曲和歪斜，严重影响孔的形状、位置精度。

再有就是普通麻花钻头起钻时，孔的精度极差。

普通麻花钻轴向尺寸大，结构刚性差，加上钻心结构所形成的横刃，破坏定心，使钻尖运动布稳定，往往在起钻过程造成较大的孔位误差。

在单件、小批量生产种中，往往要考操作工在起钻过程中不断地进行人工矫正控制孔位精度，而在大批生产中，则需依靠刀刃结构的改进和夹具对刀具的严格引导解决。

综合以上孔加工特点，钻床夹具的主要任务是解决好工件相对刀具的正确加工位置的严格控制问题。

在大批量生产中，为有自傲解决钻头钻孔的精度不稳定的问题，多直接设置带有刀具引导的钻模板，对钻头进行正确引导和对孔位进行强制性限制。

尤其是对箱体、盖板类工件的钻孔，往往要同时有多支钻头一次性钻出众多的孔，为保证加工孔隙的位置精度，一定要通过一块精确的模版，把多个孔位由引导限制好。

这种用来正确引导钻头控制孔位精度的模版。

专业化、高效生产中的钻床夹具，通常具有较精确的钻模版，以正确、快速地引导钻头控制孔位精度，这是钻床夹具的最主要的特点。

所以，习惯上又把钻床夹具称为钻模。

为防止钻刃破坏钻模板上引导孔的孔壁，多在引导孔中设置高硬度的钻套，以维持钻模板的孔系精度。

对钻床夹具的类型要有一定的认知。

1.4.2钻床夹具的主要类型

钻床加工中对不同的加工工件所选着的夹具体液是不同的。

因此根据经验人们总结了以下不同工件加工的主要夹具。

它们主要是：

1.固定式：

夹具与机床上位置固定不变，用于立钻，摇臂钻加工大件等

2.回转式：

用于同一圆周上的孔系加工。

它包括立轴、卧轴和斜轴回转三种基本型式。

3.移动式：

钻模移动，用于加工同一表面上的多个孔中小型工件

4、翻转式：

钻模板转动一定角度，用于加工不同表面上的孔，翻转点力，

5、盖板式：

没有夹具体，模板盖在工件上加工

6、滑柱式：

升降钻模板的通用可调夹具

根据不同工件的加工，因此我们也要对钻模由工件的形状和加工要求进行选择。

1.4.3钻模类型选择

钻模类型多，在设计时，要根据工件的形状、重量、加工要求和批量来选型：

被钻孔径>10mm，或加工精度较高时，宜用固定钻模。

不同表面上的孔，总G<100N，中、小型工件，宜用翻转钻模。

当分布在不同心圆周上的孔系，总G<150N，宜用回转式钻模。

当G>150N,宜用固定钻模，在摇臂钻加工，量大时用立钻多轴加工。

垂直度与孔间距要求不高时，用滑柱式钻模。

若加工大件上的小孔时，宜用盖式钻模。

为了提高钻孔的精度，可以通过钻套来来引导刀具的位置，保证孔加工的精度。

但由于加工工件的量大小和孔位置特殊，所以钻套也分为以下几种。

1.4.4钻套的选择

钻套和钻模板是钻床夹具的特殊元件。

钻套的作用是确定被加工孔的位置和引导刀具加工，钻套装配在模板上，用钻套比不用钻套可减少50%以上的误差。

其结构尺寸已标准化：

1）固定钻套：

配合H7/n6,H7/r6,结构简单，精度高，适用于单孔或小批生产。

2）可换钻套：

H7/g5,H7/g6，间隙配合装入衬套内，用螺钉固定

3）快换钻套：

配合H7/g5,H7/g6,结构与上述不同，不用固定螺钉便可更换。

适用于加工多，更换不同孔经的钻套。

上述钻套标准化。

还有一种特殊故钻套。

4）特殊钻套：

适用于工件结构形状和被加工孔的位置特殊性，标准钻套不满足时用的钻套。

钻套的安装也是非常重要的，因此钻模板可以通过合理的设计将钻套定位安装，从而保证孔的加工位置。

钻模板通常装配在夹具体或支架上，或与夹具上的其它元件相连接。

常见的有如下几种类型：

1.4.5钻模板类型

A固定式钻模板：

钻模板和夹具体或支架是用固定方法相连接，一般采用两个圆锥销和螺钉装配连接；对于简单的结构也可采用整体的铸造或焊接结构。

B铰链式钻模板：

当钻模板妨碍工件装卸等工作时，可用活动铰链把钻模板与夹具体相连接。

C可卸式钻模板

D悬挂式钻模板：

在立式钻床上采用多轴传动头进行平行孔系加工时，所用的钻模板就连接在传动箱上，并随机床主轴往复移动。

这种钻模板简称为悬挂式钻模板

第2章钻床夹具设计特点

2.1确定夹具的类型

按使用范围，夹具可分为通用夹具和专用夹具两类。

通用夹具适用于各种不同尺寸的零件加工，如导尺、分度盘等。

这类夹具是作为附件与机床一起配套供应的。

专用夹具是专门为某一工件在某一工序进行加工而设计的夹具，如在铣床上加工弯曲零件必须采用相应的夹具，在压刨上加工斜面、曲面也要采用专用夹具。

2.2钻模的主要类型

钻床专用夹具一般通称为“钻模”。

可按钻模有无夹具体，以及夹具体是否可动，而分为下面几类：

[1]

1.固定式钻模

这种钻模在使用时，是被固定在钻床工作台。

用于在立轴式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。

如果要在立式钻床上使用固定式钻模加工平行空系，则需要在机床主轴上安装钻模时，一般先将装在主轴上的定尺刀具伸入钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固。

这种加工方式的钻孔精度比较高。

2.回转式钻模

回转式钻模主要用于加工同一圆周面上的平行孔系，或分布在圆周上的径向孔。

有立轴、卧轴和斜轴回转等三种基本形式。

由于回转台已标准化，并作为机床附件由专门厂生产供应，固回转式钻模的设计，大多数情况是设计专用的工作夹具和标准回转台联合使用。

3.翻转式钻模

主要用于加工小型工件不同表面上的孔。

使用翻转式钻模可减少工件装夹的次数，提高工件上各孔之间的位置精度。

4.盖板式钻模

这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上。

钻模板在工件上装夹，适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。

夹具、结构简单轻便，易清除切屑；但是每次夹具需从工件上装卸，较费时，故此钻模的质量一般不宜超过10kg。

5.滑柱式钻模

滑柱式钻模的结构已经标准化了和规格化了，具有不同的系列。

使用时，只要根据工件的形状、尺寸和加工要求等具体情况，专门设计制造相应的定位、夹紧装置和钻套等，装在夹具体的平台或钻模板上的适当位置，就可用于加工。

2.3明确设计任务，了解零件加工工艺过程

图2.3加工零件图

2.4确定定位方案

根据工件的加工要求，该工序必须限制工件的五个自由度。

建立坐标系如图2.2所示。

为保证通孔底面至工件B面的垂直度，应选B面为定位基面，限制

；为保证工序尺寸，须限制

、

，所以选取A面为定位基面；为保证对孔轴线的对称度要求，还必须在加工时限制自由度

。

另外，为了方便控制刀具的走刀位置，还需要限制

。

综上所述，工件的六个自由度均被限制，为使定位基准与设计基准重合，选取的定位基准是外圆和A面。

第3章工件的夹紧计算及其选择

3.1工件的夹紧

3.1.1夹紧基本原理理论

夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位，不致因工时受切削力，重力或伴生离心力，惯性力，热应力等的作用产生移动或振动。

夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分，除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置，才可以设有夹紧装置。

夹紧装置设计的优劣，对于提高夹紧的精度和加工作效率，减轻劳动强度都有很大的影响。

图3.1夹紧功能原理方案设计组成结构

分析各类夹具的基本功能要求可以将夹紧装置概括为两类：

第一类是性能要求，主要指定位唯一性、定位稳定性，夹紧稳定性及总体约束；第二类要求是夹具的结构刚性、成本及易操作性、易于维修等要求。

本设计目录中功能项包括夹紧对象特征项、加工信息特征及夹紧要求特征。

夹紧对象特征项目：

包括夹紧对象类型、材料、形状、体积、数量、物理特性、磁性、导电性、刚性等信息。

加工信息特征项：

加工类型、机加工、装配、检测、焊接等、加工参数、切削参数、运动参数、几何参数等。

夹紧要求特征项：

主要指性能要求，包括定位要求、定位基准选择，如特征点、特征面。

夹紧力大小、夹紧方向、夹紧行程、夹紧松开速率，自锁性等。

元件功能分析：

夹紧功能主要包括四种元功能。

它们是：

定位功能、传动功能、执行功能和分度功能等辅助功能。

定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分为平面定位元件、圆孔定位元件、外圆定位元件。

传动功能由中间递力机构完成，该机构一般有三个作用；改变作用力的力一向、大小和自锁作用。

目前常用的有以下机构：

斜楔机构、螺旋机构、圆偏心机构、杠杆铰链机构、连杆机构、联动机构、对中机构、定心机构等。

设计夹紧装置时，应满足下述主要要求：

[2]

1.夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位，为此，必须正确选择夹紧力的方向及着力点。

2.夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。

3.夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操作方便省力，安全。

4.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。

3.1.2夹紧座

在不考虑重力和其它的伴生力的情况下，夹紧力的大小既与切削力的大小有关，也与切削力对支承的作用有关。

W=KM（f1Rf1+f2Rf2）N（其中K=K1K2K3K4，K1=1.5~2，K2=1.2，K3=1.1~1.3，K4=1.2）

M为切削扭矩

W=1.8×1.2×1.2×1.2×85×（0.2×7+0.2×7）=740.28（N）

Q需=KP/（f1+f2）=1.8×1.2×1.2×1.2×100/（0.2+0.2）=777.4N

Q需为切削力

为简化夹具的成本及考虑工厂实际情况，拟用螺钉夹紧装置。

计算螺钉的夹紧力：

W=2QL/D中/tg（α+φ1）。

此公式采用中的数据以M16标准螺纹计算。

α为螺纹升角;t“gα=S/лD中;φ1螺纹摩擦角；D中螺纹中径；Q人工作用力；其中有f=0.1（螺母端面与工件间的摩擦系数），φ1=6。

34，；计算W=836.8（N）。

很明显，可以使用螺钉夹紧机构。

夹紧座加工要求：

1.表面发蓝或其它的防锈处理；2.热处理:

T10A，淬火HRC60~64；渗碳深度0.2~0.6mm；3.锐边无毛刺；4.螺纹孔以国家标准的M16配做。

3.1.3夹紧压板

夹紧支板和夹紧座的目的相同，都是夹紧工件的，保证在加工过程中工件不移动，限制它的自由度，夹紧支板的工件接触装置拟用夹紧螺钉，支板在其中是辅助支承的，最终起决定作用的还是人的操作，不同人操作同样的夹具或者是在夹紧的过程中用力和速度的不同，都对工件的加工精度有影响。

由于取用的夹紧螺钉是一样的，前面已经计算过了，在此不重复了。

[5]具体的结构见零件图。

螺旋夹紧机构是指螺旋副与其他元件（压板、垫片、螺钉等）相结合，对工件实施夹紧的机构。

螺旋夹紧机构在生产中使用极为普遍。

螺旋夹紧机构结构简单，夹紧行程大，且自锁性能好，增力比大，是手动夹紧中用的最多的一种夹紧机构。

常用的夹紧形式有：

单个螺旋夹紧机构、螺旋压板夹紧机构。

图3.2压板

夹紧压板加工要求：

1.表面发蓝或其它的防锈处理；2.热处理:

T10A，淬火HRC38~45；渗碳深度0.2~0.6mm；3.锐边无毛刺；4.螺纹孔以国家标准的M27配做。

[1][6]

3.1.4夹紧螺钉

根据公司的实际情况选用夹紧螺钉，人工操作。

节省成本，制造夹具的时间缩短并以国家标准的规格生产。

夹紧功能的原理方案设计目录是设计目录应用的具体体现，由于夹具种类繁多，如何对其进行抽象化整理，以利于运用设计目录的结构形式，还需要更深入的研究。

建立原理方案设计目录涉及的知识面较广，难度较大，目录本身的构造规律也很复杂。

这里仅作最基本的原理方案设计研究。

为使工件在定位件上所占有的规定位置在加工过程中保持不变，就要用夹紧装置将工件夹紧.保证工件的定位基准与夹具上的定位表面可靠的接触，防止在加工过程中移动、振动、或变形。

因为此套夹具加工的工件刚度较好，防止了切削力作用是所引起的振动，侧面在加上移动压板的定位，免除夹紧力对加工表面几何形状精度的不利影响夹具的夹紧选用加工表面的松态夹紧，夹紧力的作用线不通过加工表面的周围，使加工表面的材料处在自由状态下。

3.2夹紧力的选择

3.2.1夹紧力方向

在保证安装的真确可靠，减少工件的变形，定位方便和在可以减少所需夹紧力的大小的前提下，此套夹具的夹紧方向和工件重力方向和切削方向相同。

工件的定位工作面为垂直方向上，则工件的夹紧通过工件的一个定位销与水平方向的移动压块完成。

夹紧力的方向为平行重力方向垂直夹紧。

[2]

在本次夹具设计中，夹紧力是由中心螺杆和一边压板提供的。

3.2.2夹紧力的作用点

夹紧力的作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。

现在夹紧力的方案已定。

考虑夹具的结构尺寸特征可以确定夹紧力的作用点个数为2个。

考虑夹紧力作用点的一般要求：

[1]

1夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，而不至引起工件发生位移和偏转；

2夹紧力的作用点，应使被夹紧的夹紧变形尽可能的小些；

3夹紧力的作用点应尽可能靠近加工表面，以提高定位稳定性。

3.2.3夹紧力的计算

夹紧力的大小重要取决于切削P和重力G，重力是可认为不变的，而切削力在切削的过程中是变化的。

影响切削力的大小因素很多，如工件质量的不均匀，加工质量的不均匀，刀具磨损以及切削用量的变化等等。

同时夹紧力也和其他因素有关，