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蘇州職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
序 言
隨著我國機械工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，制造技術(shù)已成為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最為重要的領(lǐng)域之一，它是產(chǎn)品更新，生產(chǎn)發(fā)展，市場競爭的重要的手段。從一定意義上講，機械制造技術(shù)的發(fā)展水平?jīng)Q定著其它產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。而夾具成為加工的重要基礎(chǔ)。所以夾具的發(fā)展將嚴重影響我國機械制造及加工水平。
我這次所設(shè)計的是一種方向機殼體的鉆夾具。它是專門為HFC方向機殼體的鉆孔工序設(shè)計的專用夾具。工件在夾具當(dāng)中的定位和夾緊，夾具在機床上的定位，及機床的選擇在設(shè)計說明書當(dāng)中都有詳細的說明。
本書在自己的努力和指導(dǎo)老師及同學(xué)的幫助下，通過查閱大量的相關(guān)資料。使得這次課程設(shè)計得到圓滿的成功。在此對他們表示衷心的感謝。由于我的水平有限，在設(shè)計當(dāng)中難免有不足之處，還請各位老師多多的指導(dǎo)。
編者：施蕓
目 錄
一、設(shè)計目的﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍4
二、機床的選擇﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍5
三、鉆床夾具的選擇﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6
四、鉆模板的選擇﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍7
五、鉆套的選擇﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍8
六、鉆套導(dǎo)引孔尺寸和公差的確定﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍10
七、鉆套高度及鉆套與工件距離﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍11
八、工件在夾具中的定位﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍12
九、定位誤差的分析與計算﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍18
十、工件的夾緊﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20
小節(jié)﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍22
參考文獻﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍23
一、設(shè)計目的
為了安裝需要，要在HFC方向機殼體側(cè)面上鉆四個Φ13的孔。工件如下圖。因為沒有現(xiàn)成的夾具可用，所以特為此道工序設(shè)計一個夾具。
二、機床的選擇
根據(jù)所須加工孔的孔徑，其基本尺寸為φ13的四個孔。適合該機床的主要有三種機床，數(shù)據(jù)如下：
型 號
最大鉆削直徑
主軸端面至工作臺最大距離
工作臺面積
主 軸
孔莫氏錐度號
最大行 程
轉(zhuǎn) 速
Z518
18
600
350×350
2
145
330-3040
ZQ4015
15
475
250×300
2
100
480-4100
Z535
35
750
450×500
4
225
68-1100
考慮到工件的裝卸，及工作臺的面積，經(jīng)各方面的比較，決定采用Z535立式鉆床。
三、鉆床夾具的選擇
鉆床夾具的類型很多，根據(jù)被加工孔的分布情況可分為：
a 固定式鉆模：
這類鉆模在使用過程當(dāng)中，是固定在鉆床的工作臺面上的，但用于立式鉆床時一般只能加工單孔。
b 回轉(zhuǎn)式鉆模：
用于加工分布在同一圓周上的徑向孔系，或加工工件上同一圓周上的平行孔系。
c 翻轉(zhuǎn)式鉆模：
這類鉆模沒有轉(zhuǎn)軸和分度裝置。在使用過程當(dāng)中需要用手進行翻轉(zhuǎn)。主要加工小型工件上分布幾個方向上的孔。
d 蓋板式鉆模：
這類鉆模沒有夾具體，鉆模板上除了鉆套以外，還有定位元件和夾緊裝置。加工時，鉆模板象蓋子一樣覆蓋在工件上。
e 滑柱式鉆模：
這是一種帶有升降鉆模板的通用可調(diào)夾具。
根據(jù)工件的特殊構(gòu)造，決定采用蓋板式鉆模。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單輕巧，清除切屑方便。對于體積大而笨重工件的小孔的加工，采用蓋板式鉆模最為適宜。對于中小批生產(chǎn)，凡鉆鉸后立即進行倒角，等工序時，采用蓋板式鉆模也極為方便。但蓋板式鉆模每次需要從工件上裝卸，比較費事，所以不宜用于大批大量生產(chǎn)。
四、 選擇鉆模板
鉆模板是供安裝鉆套用的。要求具有一定的強度和剛度，以防止由于變形而影響鉆套的位置精度和導(dǎo)向精度。
常用的有以下幾種：
a固定式鉆模板：
直接固定在夾具體上，而不可移動的。因此所獲得的位置精度高，但裝卸工件不是很方便。
b鉸鏈式鉆模板：
鉆模板與夾具為鉸鏈連接。由于鉸鏈處必然有間隙，因而加工孔的位置精度比固定式鉆模低。
c可卸式鉆模板：
當(dāng)裝卸工件必須將鉆模板取下，則應(yīng)采取可卸式鉆模板。但由于裝卸鉆模板比較的費時費力，且鉆孔的位置精度較低，故一般在使用其他類型鉆模板不便于安裝工件時采用。
d懸掛式鉆模板：
該鉆模板適用于大批大量生產(chǎn)中鉆削同一方向上的平行孔系，可在立式鉆床上配合多軸傳動或在組合機床上使用。
由于該工件構(gòu)造獨特，所需要加工的孔的位置精度不是很高，且是小批量的生產(chǎn)。故決定采用可卸式鉆模板。
五、 鉆套的選擇
在鉆床夾具當(dāng)中，通常是用鉆套實現(xiàn)刀具的對準，加工中只需要將鉆頭對準鉆套，所鉆孔的位置精度就能達到工序要求。當(dāng)然鉆套還有增強刀具剛度的作用。
由于是加工同一平面上的不同位置的相同尺寸孔，故只需要選用一種鉆套。
鉆套的四種形式：
a固定式鉆套：
固定式鉆套分為A型無肩的，B型有肩的。帶肩的主要用于鉆模板較薄時，用以保持鉆套必要的導(dǎo)引長度。鉆套外圓以H7/r6或H7/n6配合直接壓入夾具體或鉆模板中這種鉆套的缺點是磨損后不易更換，因此主要用于中小批生產(chǎn)用的鉆床夾具上或用來加工孔距小和孔距精度要求較高的孔。為防止切屑進入鉆套孔內(nèi)，鉆套的上下端應(yīng)以稍突出鉆模板為宜，一般不能低于鉆模板。
b可換鉆套：
可換鉆套的實際功用和固定鉆套一樣，在批量較大時，磨損后可立即更換。為了避免鉆模板的磨損，鉆套不直接壓配在夾具體或鉆模板，而是以H7/g6或H6/g5的配合裝進襯套的內(nèi)孔中，并用防轉(zhuǎn)螺釘防止在加工過程中刀具、切屑與鉆套內(nèi)孔的摩擦力使鉆套產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，或退刀時隨刀具抬起，襯套外圓與夾具體或鉆模板的配合采用H7/n6或H7/r6。
c 快換鉆套：
快換鉆套是供同一個孔需經(jīng)多個加工工步所用的。由于在加工過程當(dāng)中，需要依次更換，取出鉆套，以適應(yīng)不同加工刀具的需要，宜采用快換鉆套。
d 特殊鉆套：
是根據(jù)具體情況自行設(shè)計的，以補充標準鉆套性能的不足。
經(jīng)過比較，結(jié)合工件的結(jié)構(gòu)，決定采用固定鉆套的A型無肩鉆套。（數(shù)量為四個）
六、鉆套導(dǎo)引孔尺寸和公差的確定
在選用標準結(jié)構(gòu)的鉆套時，鉆套導(dǎo)引孔的尺寸與公差需要由下面原則確定：
1） 鉆套導(dǎo)引孔直徑的基本尺寸，應(yīng)等于所導(dǎo)引刀具的最大極限尺寸，以防止卡住和咬死。
2） 鉆套導(dǎo)引孔與刀具的配合，應(yīng)按基軸制選用，這是因為這類刀具的結(jié)構(gòu)和尺寸均已標準化。
3） 鉆套導(dǎo)引孔與刀具之間應(yīng)保證有一定的配合間隙，以防卡死。導(dǎo)引孔的公差帶根據(jù)所導(dǎo)引刀具的種類和加工精度要求選定，鉆孔和擴孔選F7，F(xiàn)8；粗較時選G7；精較是選G6。
4） 標準鉆頭的最大尺寸就是所加工孔的基本尺寸，故鉆頭導(dǎo)引孔的基本尺寸與加工孔的基本尺寸相同，公差取F7。
5） 若刀具加工時不是用切削部分而是用導(dǎo)柱部分引導(dǎo)，則可按基孔制的相應(yīng)配合H7/f7，H7/g6，或H6/g5選取。
故鉆套導(dǎo)引孔的基本尺寸與所加工孔的基本尺寸相同，公差取F7。
七、鉆套高度選擇和鉆套與工件距離
1） 鉆套高度
鉆套高度由孔距精度、工件材料、孔加工精度、刀具耐用度、工件表面形狀等因素決定。鉆孔距精度在±0.25mm或是自由尺寸公差時，鉆套的高度取H=（1.5～2.5）d。鉆套內(nèi)徑采用基軸制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級精度，孔距在12mm以上的孔或加工工件孔距精度要求在±0.10～±0.15mm時，鉆套的高度取H=（2.5～3.5）d鉆套內(nèi)徑采用基軸制G7的公差。
H=（2.5～2）d=（2.5～3.5）×13=32.5～45.5mm
由于該零件加工孔精度不怎么高，故鉆套高度取27mm.
2） 鉆套與工件的距離
鉆套與工件間留有一定的距離h，如果h太大會增大鉆頭的傾斜量使鉆套不能很好的導(dǎo)向。h過小，切屑排出困難，不僅會增大工件加工表面的粗糙度，有時還可能將鉆頭折斷。
H值可按下面經(jīng)驗公式選?。?
加工鑄鐵、黃銅時，h=（0.3～0.7）d；
加工鋼件時，h=（0.7～1.5）d；
由于工件是鑄鐵，故取
h=（0.3～0.7）d=（0.3～0.7）×13=3.9～9.1mm取7.5mm。
八、工件在夾具中的定位
1 工件定位原理
目前一般習(xí)慣上把工件定位范疇內(nèi)的位置不確定性稱為自由度。由于工件在空間直角中，有六個方向的不定度，限制工件在某一方向的不定度，工件在夾具中某一方向的位置就可以確定。工件在夾具中定位的任務(wù)就是通過定位元件限制工件的不定度。以滿足工序的加工精度要求，工件在夾具中的定位通常有四種分別如下：
A 完全定位：工件在夾具中，六個不定度都被限制，稱為完全定位。
B 部分定位：六個不定度沒有被完全限制時稱為部分定位。
C 欠定位：工件實際限制的自由度少于工序加工要求應(yīng)予以限制的不定度的個數(shù)，產(chǎn)生定位不足現(xiàn)象稱欠定位。
D 重復(fù)定位：工件在夾具中定位，若幾個定位支承點重復(fù)限制同一個或幾個不定度時，稱重復(fù)定位。一般來說：對工件上形狀精度和位置精度很底的毛坯表面作為定位表面時，是不允許出現(xiàn)重復(fù)定位的。對于用已加工過的工件表面或精度較高的毛坯表面作為定位表面時，為提高工件定位的穩(wěn)定性和剛度，在一定的條件下是允許采用重復(fù)定位的。
2 確定定位方案
根據(jù)零件的特殊結(jié)構(gòu)及已加工的的各個表面。具體的方案如下：
1） 工件應(yīng)限制的自由度： X ，Y 方向的移動自由度，X， Y ，Z方向的轉(zhuǎn)動自由度。
2） a以已加工的底面為基準面，限制 X ，Y方向的轉(zhuǎn)動自由度，Z方向的移動自由度。
b 以中間孔套入一根長芯軸，限制X， Y方向的轉(zhuǎn)動和移動自由度。
c 以后面的已加工的孔為基準套入一定位軸，限制Z 方向的自由度。
所以出現(xiàn)了重復(fù)定位的情況。但由于是采用已加工面為基準，所以對該定位方案是合理的。
3 定位元件的選擇與設(shè)計
工件在夾具中位置的確定，主要是通過各種類型的定位元件實現(xiàn)的。一般的定位元件有：
1） 平面定位元件：固定支承、可調(diào)支承、自位支承、輔助支承
固定支承：支承點的位置固定不變的定位元件。如各種固定支承釘。
可調(diào)支承：支承點的位置可調(diào)節(jié)的定位元件。如可擰動的螺釘。
自位支承：支承點的位置在工件定位過程當(dāng)中，隨工件定位基準面位置變化而自動與之相適應(yīng)的定位元件（如球面三點式自位支承），這類支承在結(jié)構(gòu)上均需設(shè)計成活動或浮動的。
輔助支承：這類支承只起提高工件支承剛性或起輔助作用的定位元件而不起定位作用。
2） 圓孔表面定位元件
這類定位元件常用于圓孔表面。一般定位元件有：定位銷、剛性心軸、錐度心軸等。
3） 外圓表面定位元件
這類定位元件常用于外圓表面定位。一般有：定位套、支承板、V型塊等。
定位套對工件外圓表面主要實現(xiàn)定心定位；支承板實現(xiàn)對外圓表面的支承定位；V型塊則實現(xiàn)對外圓表面的定心對中定位。
4 ）錐面定位元件
主要用于加工軸類零件或某些要求精度定心的零件時，以工件上的錐孔作為定位基準?？商岣吖ぜS向的定位精度。
根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)的特殊性，在工件所加工的孔的平面上，該部分類似懸臂梁，受到鉆刀向下的力，及鉆削工件時所引起的扭轉(zhuǎn)力距和重力的合力的作用。工件受到重力的作用會下垂，而使工件定位基準脫離定位元件。同時還會引起工件的振動，導(dǎo)致刀具的損壞，最終影響加工質(zhì)量。根據(jù)這一特點，決定采用輔助支承?？梢栽诠ぜ杓庸た椎南虏吭O(shè)置輔助支承。先預(yù)定位，然后在夾緊力的作用下再實現(xiàn)與主要定位元件全部接觸的準確定位。該支承部件為球面支柱。考慮要加工四個孔，且孔的位置不是對稱的，分布較大，故采用兩個
這樣的支柱，具體如上圖。
對于工件的后部，由于采用了一個定位軸，所以要保證定位軸的定位。決定一端用定位螺釘，一端用壓緊螺釘。
4 導(dǎo)向元件的選擇
導(dǎo)向元件的作用是用來確定刀具與工件的相對位置，起到正確導(dǎo)引刀具的作用。另外還可以當(dāng)定位元件使用。這類元件包括各種鉆模板、鉆套、鉸套和導(dǎo)向支承等。
1）鉆模板
前面我們已經(jīng)選用了可卸式鉆模板。但普通的可卸式鉆模板還不能滿足我們所加工孔的要求，所以要另外設(shè)計。由于所加工的孔是不對稱的兩組平行孔。通過分析發(fā)現(xiàn)它們之間的連線的垂線與中間的孔成164°角。為保證加工時的精度，可以把鉆模板設(shè)計成三角形花鍵連接的形式，設(shè)計的一個寬鍵齒中心線剛好與這一垂線成164°角?；ㄦI用拉床或插床加工，熱處理后用磨削的方法提高定心面的精度。外三角花鍵齒用銑床加工，熱處理后也可用磨削的方法提高定心面和齒側(cè)面的精度。具體設(shè)計如下：
三角花鍵
根據(jù)Dg=32 查表6-74內(nèi)花鍵弧齒槽寬和外花鍵弧齒厚偏差取m=2 齒數(shù)：z=14 模數(shù)：m=2
分度圓：df=dg-2(0.6+ξ)m=32-2(0.6+0.1)×2=29.2mm
齒頂圓直徑：dd= df+2(0.4+ξ)m=29.2+2(0.4+0.1)m=31.2mm
齒根圓直徑: dg=df -2(0.6-ξ)m=29.2-2(0.6-0.1)×2=26.6mm
公稱圓：D=df +2×(0.4+ξ)m=29.2+2×（0.4+0.1）×2=31.2mm
內(nèi)花鍵齒根圓弧起始點直徑：dq=(z+1.1)m=(14+1.1)2=30.2mm
內(nèi)花鍵齒槽寬：s=(π/2+2ξtanα)=(3.14/2+tan45°×2×0.1)=3.54
內(nèi)花鍵齒槽角：β=90°-203°/z=90°-203°/14=76.5°
外花鍵基圓:dj=df+2×(0.4+ξ)m=29.2+2×(0.4+0.1)×2=31.2mm
內(nèi)花鍵齒根高：h"1=(0.6+ξ)× m=(0.6+0.1)×2=1.4
內(nèi)花鍵齒頂高：h′1=(0.4-ξ)×m=(0.4-0.1)×2=0.6
外花鍵齒根高：h"=(0.4+ξ)m=(0.4+0.1)×2=1
外花鍵齒頂高：h′=(0.6-ξ)m=(0.6-0.1)×2=1
內(nèi)花鍵齒頂圓直徑：Dg=df+2×(0.6+ξ)m=29.2+2(0.6+0.1)×2=
32
分度圓周節(jié)：t=πm=3.14×2=6.28
內(nèi)外表面光潔度的粗糙度必須在3.2～1.6之間。
而芯軸也就設(shè)計成相應(yīng)的情況。具體如下圖：
九、定位誤差的分析與計算
1 定位誤差
定位誤差是由于定位不準而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面對工序基準的距離尺寸）或位置要求方面的加工誤差。對某一定位方案，經(jīng)分析計算其可能產(chǎn)生的定位誤差，只要小于工件有關(guān)尺寸或位置公差的1/3～1/5。一般即認為此定位方案能滿足該工序的加工精度的要求。
工件在夾具中的位置是由定位元件確定的，當(dāng)工件上的定位表面一旦與夾具上的定位元件接觸或配合，作為一個整體的工件的位置也就確定了。但對于一批工件來說，由于在各個工件的有關(guān)表面之間，彼此在尺寸及位置上均有著在公差范圍內(nèi)的差異。夾具本身和各個定位元件之間也具有一定的尺寸和位置公差。這樣一來，工件雖已定位，但每個被定位元件的某些具體表面都會有自己的位置變動量，從而造成在工序尺寸和位置要求方面的加工誤差。
2 定位誤差的組成及計算方法
定位誤差是指一批工件在用調(diào)整法加工時，僅僅由于定位不準而引起工序尺寸或位置要求的最大可能變動范圍。即定位誤差主要是由基準誤差和基準不重合誤差兩項組成。所以在設(shè)計夾具時，對任何一個定位方案，可通過一批工件定位時的兩個極端位置，直接計算出工序基準的最大變動范圍，既為該定位方案的定位誤差。
在工件內(nèi)孔直徑最大而定位銷直徑最小的條件下，當(dāng)工件相對于定位銷O1O2向上處于最高位置O1且工件外圓尺寸最小時，工序尺寸為最小值Hmin ，當(dāng)工件相對于定位銷沿OO2 向下處于最底位置O2是工件外圓尺寸最大時，工序尺寸為最大值Hmax,此時工序尺寸H的定位誤差可知：
δ定位 =A1A2=Hmax–Hmin=O1O2+1/2d-1/2(d-Td)=O1O2 +1/2Td
根據(jù)定位誤差產(chǎn)生的原因也可按定位誤差的組成進行計算：
δ定位=δ位置+δ不重=O1O2 +1/2Td
在工件的裝夾配合當(dāng)中，由于芯軸與工件采用的是H7/k6過渡配合，故認為O1O2基本為0。所以：
δ定位=0.5Td
即為芯軸公差的一半。
十、工件的夾緊
夾緊裝置是保持工件在定位中所獲得的既定位置，以便在切削力，重力，慣性力等外力作用下不發(fā)生移動和振動確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。
1 夾緊裝置的組成
分析該工件的夾緊由于采用蓋板式鉆模板，工件裝卸都必須手動實現(xiàn)且工件的體積和重量不是很大。故在這里采用手動即可實現(xiàn)工件的夾緊。
2 夾緊力的計算
1）夾緊力的方向
由于在整個加工過程是以工件底面為準，鉆模板壓在上面，所以上面可以用螺母直接夾緊。
根據(jù)所加工材料及孔的尺寸查表8-37鉆頭的磨鈍標準及耐用度得
后刀面最大磨損極限：0.5～0.8mm，T=3600
刀具切削速度：
V=27.91/51.62=0.52 m/s
查表10-3鉆孔時切削速度計算公式得：
Cv=14.7 Zv=0.25 Yv=0.55 m=0.125 f=0.3mm/r
查表10-4 鉆削時軸向力，扭距及功率的計算公式
F=9.81×42.7×13×0.3×1=3471.57N
M=9.81×0.021×13×0.3×1 =13.29N·m
Pm=2Mv/d=2×13.29/13 =2.04k N
令F =Fw，將Fw向中心簡化,芯軸有軸向力Fw和旋轉(zhuǎn)力矩T ,當(dāng)鉆削在如圖的孔時,所受力矩最大,故計算這一個便可:
T =FwL=3471.5×157=545000N·mm
預(yù)緊力: Fp= kuF/uc=1.2×3471.57/0.15=27800N
根據(jù)芯軸許用應(yīng)力公式對芯軸來進行校驗:
查表11-6螺栓,螺釘,螺柱和螺母的力學(xué)性能等級 =
[σ]=σs/s=480/1.5=320 MP
D=4×1.3×2.78×10000/3.14×320=12mm
考慮到安全性取M14的螺母。由于橫向載荷較小，在這里不作計算。
設(shè)計小結(jié)
“不積跬步，無以至千里；不積小流，無以成江河”。這次的設(shè)計使我認識到基礎(chǔ)知識積累及實踐的重要。設(shè)計中遇到了很多問題，使設(shè)計進度舉步維艱，其根本原因還是在于對基礎(chǔ)知識的模糊的理解?，F(xiàn)在我認識到低年級時對基礎(chǔ)課的怠慢是多么愚蠢的事?！凹埳系脕斫K覺淺，絕之此事需躬行”以前認為很簡單的事情，做起來發(fā)現(xiàn)并不是那樣。實踐出真知，這次的設(shè)計使我認識到了實踐動手的重要性，堅定了我投身制造一線的想法。
然而亡羊補牢未為晚。通過系統(tǒng)復(fù)習(xí)以前的課程，查閱各種資料，以及向老師和同學(xué)尋求幫助，我的畢業(yè)設(shè)計終于完稿了。在此我要特別感謝吳彥紅老師，樊十全老師，文建萍老師的悉心指導(dǎo)；感謝方向機廠趙書記和陳師傅的鼎力相助；感謝同學(xué)的熱情幫助。當(dāng)然，由于自身水平有限，不足之處在所難免，敬請各位老師批評指正。
參考文獻
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