底座钻孔夹具设计说明书

机机电电及及自自动动化化学学院院底座钻孔夹具设计说明书姓名：学号：0811112006专业：机械及自动化专业届别：2008课任老师：2011年12月13日至2012年1月12日底座钻孔夹具设计2目录一、前言————————————————————————————————3二、零件工艺分析————————————————————————————42.1、零件的作用——————————————————————————————42.2、零件的技术条件分析机加工面的选择———————————————————42.3、底座的机械加工工艺过程————————————————————————52.4、底座的机械加工工艺过程的分析—————————————————————5三、切削用量的确定———————————————————————————6四、定位方案设计————————————————————————————84.1、方案选择———————————————————————————————84.2、定位误差分析—————————————————————————————84.3、选取定位元件————————————————————————————104.4、导引元件的选择———————————————————————————10五、夹紧方案设计———————————————————————————115.1、夹紧机构设计————————————————————————————115.2、切削力计算—————————————————————————————125.3、夹紧力计算—————————————————————————————13六、夹具总体设计———————————————————————————14七、小结———————————————————————————————15八、参考文献—————————————————————————————16九、附录————————————————————————————————16底座钻孔夹具设计3前言夹具课程设计是一个非常重要的教学环节，它既要求我们通过设计能获得综合应用过去所学的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力，这也为以后做好毕业设计进行一次综合训练和准备。在我们学完过机械制造工艺学，工艺技术基础课以及专业课之后并参加了一些实践活动后，此次的设计是对大学期间所学各课程及相关的应用绘图软件的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。学习工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法；锻炼自己熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能。而实际机械加工是讲究经济性，高效性，以及美观合理，作为学生的设计肯定在设计过程中有很多与实际不合，再所难免，望老师指出并给予指导。希望自己通过这次夹具课程设计能够掌握和理解对知识的应用，找出自己的不足，在步入社会之前补充自己的能力，为以后的发展做好准备。底座钻孔夹具设计4二、零件的工艺分析夹具工序图2.1、零件的作用上枕座用于支销轴，起支撑，定位，保护等作用，是机器的重要组成部分之一。2.2、零件的技术条件分析机加工面的选择底座材料45#。根据工程材料知识可以知道：45号钢为优质碳素结构用钢,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理。经调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质+表面淬火提高零件表面硬度。再经过时效处理后可以消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸。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，可调夹具和钻模模板等；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，广底座钻孔夹具设计5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。2.3、上枕座的机械加工工艺过程根据零件图可得到:零件整体要求精度较高，其所有的表面均为加工面，其中水平面的平面度要求较高，销轴槽的侧边距离精度和相对于中心轴线A的对称度要求也较高，粗糙度整体要求也很高。上枕座的零件尺寸很大，但又是板状零件，整体装夹比较困难。因此机械加工工序应该:遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——外圆面A和底面B。遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。遵循“先面后孔”原则，孔和螺纹孔在各个面加工完后再加工。2.4、上枕座的机械加工工艺过程的分析2.4.1、定位基准的选择根据零件图的要求，对零件而言，尽可能选择不加工面为粗基准，而对有若干不加工表面的工件选用要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准；同时根据零件毛坯的形式。加工上枕座时，先以毛坯面C为粗基准车外圆面，而后以外圆面A为精基准作为而后工序的加工基准，具体的工序应根据其位置距离精度和公差来具体看待。2.4.2、工艺过程的分析根据零件的具体要求和各种加工方法所能够达到的经济度和粗糙度能力，查阅《机械制造工艺学》和《机械制造工艺手册》各加工面的加工方法（如表1）：表1、工序流程表工序号工序定位基准工序1车外圆面A平面C工序2铣平面C，D平面C，平面D工序3铣底面B中心轴线A工序4铣平面J，倒圆角R3，铣平面I平面B工序5铣上端面平面B底座钻孔夹具设计6工序6铣平面F,G，倒圆角R1.5平面B工序7铣平面K，L中心轴线A工序8铣销轴槽平面B工序9磨平面G中心轴线A工序10钻-铰孔Φ12中心轴线A工序11钻扩孔Φ18中间面工序12钻-攻螺纹孔M16，M10中间面工序13清洗、去毛刺、倒角三、切削用量的确定3.1切削用量的选择原则正确的选择切削用量对提高切削效率，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量具有重要的作用。3.1.1粗加工时切削用量的选择原则粗加工时加工精度于表面粗糙度要求不太高，毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。金属切除率可以用下式计算：Z≈Vfa1000式中：Z单位时间内的金属切除量（mm³/s）V切削速度（m/s）F进给量（mm/r）a切削深度（mm）提高切削速度、增加进给量和切削深度，都能提高金属切除率。但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能的大的吃刀深度a，其次选择一个较大的进给量f，最后确定一个合适的切削速度V。选用较大的a和f以后，刀具耐用度t显然也会下降，但要比V对t的影响小得多，只要稍微降低一下V便可以是t回升到规定的合理的数值，因此，能够使V、f、a的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大a可使走刀次数减少，增大f又有利于断屑。因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降底座钻孔夹具设计7低加工成本是比较有利的。（1）切削深度的选择：粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和有机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精度加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量即将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。（2）进给量的选择：粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量是应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚度和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减少进给量。（3）切削速度的选择：粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑机床的许用功率。如超过了机床的许用功率，适当减低切削速度。3.1.2精加工时切削用量的选择原则精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。因此，选择加工的切削用量是应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。（1）切削深度的选择：精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较为显著，影响加工质量。（2）进给量的选择：精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，单残留面积高度才、增大，切削力上升，表面质量下降。（3）切削速度的选择：切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤个鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。由此可见，精加工时选用较小的吃刀深度a和进给量f，并在保证合理刀具耐用度底座钻孔夹具设计8的前提下，选取尽可能高的切削速度V，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。四、夹具设计4.1、方案选择：方案一：以中心轴线A为基准，用圆形装置夹紧工件进行加工，加工时外圆面A定位3个自由度，再以底面为定位面定位2个自由度。由于前面的加工工序的原因，所装夹外圆面工件的壁厚太小，夹紧力不能太大，且夹紧装置不易制造，要求过高，虽然可以满足侧面的对称度要求，但是方案过于理想，实际生产中不易实现。方案二：以平面J为基准，以底面定位3个自由度，J定位2个自由度，夹紧力作用于Z和X两个方向，在垂直于铣削方向的两侧面的其中一面，设计两个辅助支承，用以提高夹紧刚度和稳定性。这种方案的缺点是由于选用J为基准，会有基准不重合误差，但是这种方案易于实现，夹紧可靠，相对于方案一更为合理。4.2、定位误差分析定位误差是由于工件在夹具体（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。定位误差主要的来源有两方面：（1）由于工件的定位表面或夹具上的定位元件制作不准确引起的定位误差，称为基准位置误差。（2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差。对于方案二铣槽侧面定位误差的原因有两个：基准基准与设计基准不重合的误差和基准位移误差，由设计图和加工工艺可知基准位移误差为零，而基准不重合误差包括了定位支承板的安装面相对于放置工件底面的支承面得垂直度误差和支撑板的厚度误差。4.2.1、定位误差:（1）基准不重合误差由于设计基准为中心轴线，定位基准是侧面，二者是不重合的，心轴的基准不重合误差为支承板的厚度误差与支承板安装面与放置工件底面的垂直度误差之和：28.0008.002.0bj底座钻孔夹具设计9（2）基准位移误差0wj综上所述，夹具的总定位误差小于零件形位公差，故该设计可行。4.3、选取定位元件由于定位是以工件侧面J为主定位，在工件侧面加一支承板，进而设计专用夹具。故主定位元件是用紧固螺钉固定于夹具体上的标准支承板。五、夹紧方案设计底座钻孔夹具设计105.1、夹紧机构设计方案一：将夹紧力施加于朝底面的方向，在夹具体中间设计一带有可换垫片的压板，用两个螺栓固定紧固，侧面用压紧螺钉和压板的配合夹紧。方案分析：用可换垫片可提高生产效率，但夹紧力作用点距离工件加工面太长，容易在加工中出现震动和弹性形变使工件不合格。方案二：在工件两端分别使用通用压板装置进行夹紧，与刀具进给方向相对的一侧面使用辅助支承进行辅助，加工侧面的夹紧方案与方案一一致。方案分析：通用压板装置简单经济，拆装方便，夹紧力距离加工面较近，加上辅助支承的作用，可以使夹紧刚度大大提高，在加工中有效减小弹性变形和震动。两方案相比，方案二更经济，加工精度和稳定性都较好，所以选用方案二夹紧方案二5.2、切削力计算刀具材料：高速钢刀具选用高速钢立铣刀，d0/z=40/8，走刀六次，ap=0.5mm,f=0.64mm/r,Vc=41m/min,n=355r/mi