氣門搖桿軸支座夾具設(shè)計(jì)
氣門搖桿軸支座鉆夾具設(shè)計(jì)
摘要
此次我們?cè)O(shè)計(jì)的鉆床夾具有著很好的加工精度，主要用于氣門搖桿軸支座中的通孔加工。我們?cè)谏厦嬖O(shè)計(jì)了有效的夾緊機(jī)構(gòu)，此夾緊機(jī)構(gòu)有著加工簡(jiǎn)單易于操作的優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)行大量的生產(chǎn)，此夾具完全可以達(dá)到要求所說的高效化和精密化的，它大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)的效率，減輕了工人加工時(shí)的強(qiáng)度增加了勞動(dòng)效率。所以我們認(rèn)為此夾具設(shè)計(jì)是成功的。
在設(shè)計(jì)過程中，我們首先選擇了我們夾具的定位平面，并進(jìn)行了定位誤差的分析以及計(jì)算，然后我們又經(jīng)過討論確定了夾具各個(gè)部分的尺寸設(shè)計(jì)，并用UG進(jìn)行建模，通過UG的建模我們又調(diào)整了夾具零件的尺寸，做到了各零件不相互影響，并驗(yàn)證了所涉及的零件是不是可以達(dá)到相互配合。在完成了UG建模后我們又用軟件導(dǎo)出了工程圖，并轉(zhuǎn)入CAD中，最后在CAD中完成了圖紙的最后設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：UG建模 CAD制圖 鉆夾具
目錄
摘要 1
第一章 設(shè)計(jì)任務(wù) 3
1.1設(shè)計(jì)任務(wù)書 3
第二章 定位方案及定位誤差的計(jì)算 4
2.1定位誤差產(chǎn)生的原因 4
2.2零件的工藝和精度分析 4
2.3定位設(shè)計(jì) 5
2.4定位誤差計(jì)算6
第三章 夾具裝置的設(shè)計(jì)及夾緊力的計(jì)算 7
3.1夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7
3.2夾緊力的計(jì)算 10
第四章 夾具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
4.1夾具體設(shè)計(jì) 11
4.2鉆模板的選擇 12
4.3刀具導(dǎo)向鉆套的選擇 13
第五章 總裝圖 14
致謝15
參考文獻(xiàn)16
第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)
機(jī)床夾具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完機(jī)床夾具設(shè)計(jì)學(xué)和大部分專業(yè)課，并進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。這次設(shè)計(jì)使我們能綜合應(yīng)用機(jī)床夾具的基本理論，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，獨(dú)立分析和解決工藝問題。初步具備了設(shè)計(jì)一個(gè)中等復(fù)雜程度的零件（氣門搖桿軸支座）運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，擬定夾具設(shè)計(jì)方案，完成夾具結(jié)構(gòu)的能力，也是熟悉和運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)，圖表等技術(shù)資料及編寫技術(shù)文件技能的一次實(shí)踐機(jī)會(huì)，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及未來從事的工作打下良好的基礎(chǔ)。
由于能力有限，經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中還有許多不足之處，希望老師多加指導(dǎo)。
1.1設(shè)計(jì)任務(wù)書
一、加工條件
a、加工尺寸為?20的通孔；
b、采用臥式鉆床。
二、提交任務(wù)要求
a、夾具體零件圖（2D電子版&紙質(zhì)版）。
b、夾具裝配圖（2D電子版&紙質(zhì)版）。
c、夾具裝配3D。
d、零件3D。
e、夾具設(shè)計(jì)說明書及零件圖、裝配圖裝訂成冊(cè)。
三、要求內(nèi)容
a、零件圖。
b、夾具裝配圖。
c、夾具定位基準(zhǔn)誤差分析。
d、 夾具零件3D 截圖展示，及設(shè)計(jì)說明。
第二章 定位方案及定位誤差的計(jì)算
采用夾具裝夾法加工時(shí)，為了保證零件在某一工序的加工精度（即工件加工表面相對(duì)其工序基準(zhǔn)的尺寸和位置精度）要求，在加工前就必須使工件相對(duì)刀具及切削成形運(yùn)動(dòng)（通常由機(jī)床提供）處于準(zhǔn)確位置。在加工過程中，被加工工件正是通過夾具使其相對(duì)刀具及切削成形運(yùn)動(dòng)保持準(zhǔn)確位置，并實(shí)現(xiàn)該工序的加工精度要求的。
工件在夾具中定位的作用和意義，對(duì)干單個(gè)工件來說就是使工件準(zhǔn)確占據(jù)定位元件所規(guī)定的位置；而對(duì)一批逐次放入夾具的工件來說，則是使它們都占有一致的位置。
2.1定位誤差產(chǎn)生的原因
定位誤差是指由于定位不準(zhǔn)而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面對(duì)工序基準(zhǔn)的距離尺寸）或位置要求方面的加工誤差。對(duì)某一定位方案，經(jīng)分析計(jì)算其可能產(chǎn)生的定位誤差，只要小于工件有關(guān)尺寸或位置工差的1/3-1/5,一般即認(rèn)為此定位方案能滿足該工序的加工精度要求。
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相接觸或相配合，作為一個(gè)整體工件的位置也就確定了。但對(duì)于一批工件來說，由于在各個(gè)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，夾具定位元件本身和各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(gè)被定位工件的某些具體表面都會(huì)有自己的位置變動(dòng)量，從而造成在工序尺寸和位置要求方面的加工誤差。
2.2零件的工藝和精度分析
（1）零件的工藝分析：制定工藝路線，應(yīng)當(dāng)保證零件的幾何形狀、尺寸精度和位置精度。在確定為大批量生產(chǎn)的條件下，可以采用萬能機(jī)床配以專用夾具，從而提高生產(chǎn)率。
工藝路線：
工序1：銑削：銑上表面A面;
工序2：銑削：銑下表面B面；
工序3：鉆削：鉆、擴(kuò)、鉸Φ20孔;
工藝4：鉆削：鉆Φ13孔；
工序5：銑削：粗削、半精削33.9mm通槽;
工序6：檢查；
（2）零件的精度分析：孔尺寸Φ13H7，公差等級(jí)為7級(jí)。
2.3定位設(shè)計(jì)
由上圖可知：
底座為基準(zhǔn)面：限定了零件：X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)
Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)
Z軸的移動(dòng)
左邊套筒：限定了零件：X軸的移動(dòng)
Z軸的移動(dòng)
底座上V型塊：限定了零件：X軸的移動(dòng)
Y軸的移動(dòng)
2.4定位誤差計(jì)算
定位誤差是指工件加工某工序中加工精度參數(shù)的定位誤差。 造成定位誤差的原因有兩個(gè)：
1.定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)）不重合，由此產(chǎn)生的基準(zhǔn)不重合誤差ΔB；
2.定位副制造誤差造成定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合，由此產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差ΔY；
因?yàn)橐粤慵牡酌孀鳛槎ㄎ换鶞?zhǔn)平面、所以
ΔY=0。
保證孔Φ13到底座的距離60，所以就看到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)平面和定位基準(zhǔn)平面相重合，那么
ΔB=0。
所以定位誤差為：
ΔD=ΔY+ΔB=0
第三章 夾具裝置的設(shè)計(jì)及夾緊力的計(jì)算
3.1夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
斜楔夾緊機(jī)構(gòu)
一、作用原理
斜楔夾緊機(jī)構(gòu)是夾緊機(jī)構(gòu)中最基本的形式之一，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、偏心夾緊機(jī)構(gòu)及定心對(duì)夾緊機(jī)構(gòu)等都是斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的變型。
利用斜楔夾緊工件的示例：
二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1、斜楔的自鎖性
一般對(duì)夾具的夾緊機(jī)構(gòu)都要求具有自鎖性能，所謂自鎖就是當(dāng)外加的作用力Q一旦消失或撤除后，夾緊機(jī)構(gòu)在純摩擦力的作用下，仍應(yīng)保持其處于夾緊狀態(tài)而不松開。對(duì)于斜楔夾緊機(jī)構(gòu)而言，這時(shí)摩擦力的方向應(yīng)與斜楔企圖松開和退出的方向相反。
2、斜楔能改變夾緊作用力的方向
當(dāng)外加一個(gè)夾緊作用力Q，則斜楔產(chǎn)生一個(gè)與Q力方向垂直的夾緊力W。
3、斜楔具有擴(kuò)力作用
外加一個(gè)較小的夾緊作用力Q，卻可獲得一個(gè)比Q大幾倍的夾緊力W。因此，在以氣動(dòng)或液壓作為力源的高效率機(jī)械化夾緊裝置中，常用斜楔作為擴(kuò)力機(jī)構(gòu)。
4、斜楔的夾緊行程很小
一般斜楔的夾緊行程很小，而且夾緊行程直接與斜楔的斜角楔有關(guān)。
5、斜楔夾緊效率低
因斜楔與夾具體及工件間是滑動(dòng)摩擦，故效率較低。
三、適用范圍
1、毛坯質(zhì)量較高時(shí)；
2、主要用于機(jī)動(dòng)夾緊裝置中；
3、手動(dòng)的夾緊機(jī)構(gòu)，因費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率較低，故實(shí)際上較少采用
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)
利用螺旋直接夾緊工件，或者與其他元件或機(jī)構(gòu)組成復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)來夾緊工件，是應(yīng)用最廣的一種夾緊機(jī)構(gòu)。
一、作用原理
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋，實(shí)際上相當(dāng)于把斜 繞在圓柱體上，因此它的夾緊作用原理與斜楔是一樣的。不過這里是通過轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋，使繞在圓柱體上的斜楔高度發(fā)生變化來夾緊工件。
二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
圖是最簡(jiǎn)單的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，直接用螺桿來押金工件表面。圖是典型的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
三、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)有以下特點(diǎn)
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
2、擴(kuò)力比大；
3、自鎖性能好；
4、行程不受限制；
5、夾緊動(dòng)作慢。
四、適用范圍
由于螺旋夾緊機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造簡(jiǎn)單、夾緊可靠、擴(kuò)力比大、夾緊行程不受限制等特點(diǎn)，所以在手動(dòng)夾緊裝置中被廣泛使用。
為了克服羅秀安夾緊動(dòng)作慢效率低的缺點(diǎn)，出現(xiàn)了各種快捷你的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)
偏心夾緊機(jī)構(gòu)是一種快速動(dòng)作的夾緊機(jī)構(gòu)，它的工作效率較高，在夾具設(shè)計(jì)中應(yīng)用得也比較廣泛。常用的偏心輪有兩種類型，即圓偏心和曲線偏心。曲線偏心采用阿基米德螺旋線或?qū)?shù)螺旋線作為輪廓曲線。曲線偏心雖有升角變化均勻等優(yōu)點(diǎn)，但因制造復(fù)雜，故而用的較少；而圓偏心則因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造容易，所以早生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1、偏心圓上各店的升角是變化的
2、偏心元的自鎖條件
3、圓偏心的夾緊行程
4、原片性的有效工作區(qū)域
二、適用范圍
1、由于圓偏心的夾緊力小，自鎖性能又不是很好，所以只適用于切削負(fù)荷不大，又無很大振動(dòng)的場(chǎng)合。
2、為滿足自鎖條件，其夾緊行程也相應(yīng)受到限制，一般用于夾緊行程較小的情況。
3、一般很少直接用于夾緊工作，大多是與其他夾緊機(jī)構(gòu)聯(lián)合使用。
鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)
一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
2、擴(kuò)力比大；
3、摩擦損失小。
二、適用范圍
鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)適用于多點(diǎn)、多件夾緊并在氣動(dòng)夾緊中廣泛應(yīng)用。
我們使用的是螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，因?yàn)楦鶕?jù)我們夾具的設(shè)計(jì)是需要夾具上方有一個(gè)較大的夾緊力的。同時(shí)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，它的自鎖能力也較好，不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象。同時(shí)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的行程不少限制，這樣我們的夾具就會(huì)有很好的適應(yīng)性。
3.2夾緊力的計(jì)算
由上圖分析可得
工件垂直方向上：受到向下的壓緊力和自身的重力
工件水平方向上：受到向右推力并且產(chǎn)生一個(gè)扭矩
所以工件底部受到的摩擦力必須來抵消這個(gè)扭矩。
經(jīng)計(jì)算?15的標(biāo)準(zhǔn)扭矩是48.825
零件的底盤全寬是33.9，那么為了抵消扭矩、相應(yīng)由夾緊力的力臂就是底盤寬度的一半，近似于17mm。所以有：
夾緊力：Wμ×17=48.825 N·m
其中μ=0.3
所以 W=9573.5N 即夾緊力為9573.5N
第四章 夾具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1夾具體設(shè)計(jì)
采用鑄造夾具體，其工藝性好，可鑄造出各種復(fù)雜形狀，具有較好的抗壓強(qiáng)度、鋼度和抗震性。夾具底面四邊應(yīng)凸起，使夾具的安裝基面與機(jī)床的工作面接觸良好。夾具在機(jī)床工作臺(tái)安裝，夾具的重心盡量低，重心越高則支撐面應(yīng)越大。
夾具精度
夾具上與工件加工尺寸直接有關(guān)的且精度較高的部位，在夾具制造時(shí)常用調(diào)法來保證夾具精度。夾具的調(diào)裝包括夾具各組件、元件相對(duì)于夾具體的調(diào)整裝配和夾具相對(duì)于機(jī)床的調(diào)裝兩方面內(nèi)容，其調(diào)裝精度程度決定夾具最終安裝誤差的大小。
4.2鉆模板的選擇
1、固定式鉆模板
這種足鉆模板是直接固定在夾具體上而不可移動(dòng)的，因此利用固定式鉆模板加工孔時(shí)所獲得的位置精度叫噶破，但有時(shí)對(duì)于裝卸工件不甚方便。這種結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單、制造容易，可根據(jù)具體情況選用。
2、鉸鏈?zhǔn)姐@模板
適用鉸鏈?zhǔn)姐@模板，裝卸工件方便，對(duì)于同一工序上鉆孔夠接著锪面、攻絲的情況尤為適宜（锪面、攻絲不需要使用鉆套，只需將鉆模板翻開寄即可）。但鉸鏈處必然有間隙，因而加工孔的位置精度比固定式鉆模板低。
3、可卸式鉆模板
當(dāng)裝卸工件必須將鉆模板取下時(shí)，則應(yīng)采用可卸式鉆模板。使用這種鉆模板時(shí)，裝卸鉆模板費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且鉆孔的位置精度較低，故一般多在使用其他類型鉆模板不便于安裝工件時(shí)采用。
4、懸掛式鉆模板
懸掛式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，可在立式鉆長(zhǎng)上配合多軸轉(zhuǎn)動(dòng)頭或在組合機(jī)床上使用。
綜上所述我們選用固定式鉆模板，固定式鉆模板的精度很高，而且加工方便和符合我們這套夾具的設(shè)計(jì)要求。
4.3刀具導(dǎo)向鉆套的選擇
1、固定鉆套：固定鉆套主要用于小批量生產(chǎn)條件下單純用鉆頭鉆孔的工序。固定鉆套是直接裝在鉆模板的相應(yīng)孔中，因此固定鉆套磨損后一般不能更換。固定鉆套有無肩和帶肩兩種結(jié)構(gòu)。帶肩的主要用于鉆模板較薄時(shí)，用以保持鉆套必需的導(dǎo)引長(zhǎng)度。有了肩部，還可以防止鉆模板上的切削和冷卻液落入鉆套孔中。固定鉆套的下端應(yīng)超出鉆模板，以防止帶狀切削卷入鉆套中而加劇鉆套的磨損。
2、可換鉆套：為了克服固定鉆套磨損后無法更換的缺點(diǎn)，便有了可換鉆套。標(biāo)準(zhǔn)的可換鉆套凸緣上銑有臺(tái)肩，鉆套螺釘?shù)呐_(tái)階形頭部壓緊在臺(tái)肩上從而防止可換鉆套轉(zhuǎn)動(dòng)。擰去螺釘，便可取出可換鉆套。采用可換鉆套的鉆模板，在安裝可換鉆套處應(yīng)專門配裝一個(gè)襯套，可換鉆套就裝在襯套中，這樣便可避免更換鉆套時(shí)損壞鉆模板?？蓳Q鉆套的實(shí)際功用和固定鉆套一樣，僅供單純鉆孔的工序使用?？蓳Q鉆套是用在批量較大時(shí)，便于鉆套磨損后，可以迅速更換。
3 、快換鉆套：快換鉆套是供同一個(gè)孔須多個(gè)加工工步（如鉆、擴(kuò)、絞、攻絲等）所用的。
由于在加工過程中，需一次更換取出鉆套，以適應(yīng)不同加工刀具的需要，所以采用快換鉆套。由于氣門搖桿軸在加工過程中，需要依次取出鉆套，以適應(yīng)不同刀具的需要，所以我們選擇快換鉆套。在這個(gè)設(shè)計(jì)中我們用到了一個(gè)快換型的鉆套，由于在加工過程中，需依次更換去除鉆套，以適應(yīng)不同加工刀具的需要，所以我們采用快換鉆套。這個(gè)鉆套我們采用的是內(nèi)徑為?15外徑?21的尺寸來設(shè)計(jì)的，這個(gè)鉆套與工件的距離為15mm
第五章 總裝圖
這個(gè)鉆床夾具我們使用了L型的鑄鐵底座，將工件放在鉆床夾具底面時(shí)我們用兩個(gè)V型塊限制了工件的4個(gè)自由度，又用左側(cè)一塊定位套限制了工件的1個(gè)自由度，最后用上端面的一個(gè)壓板限制了工件最后一個(gè)自由度。在壓板上我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，這個(gè)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)可以相當(dāng)程度的夾緊工件，螺旋夾緊機(jī)構(gòu)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單擴(kuò)力比大的優(yōu)點(diǎn)，所有我們選擇這個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)作為我們的夾緊裝置，左側(cè)我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)鉆模在鉆模上我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)快換鉆套，這個(gè)鉆套可以實(shí)現(xiàn)快速的更換，在加工不同工件時(shí)我們可以用很快的速度換上我們需要的鉆套。
參考文獻(xiàn)
孟兆新，馬惠萍.機(jī)械精度設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(第二版)[M].北京：科學(xué)出版社出版，2004
陶崇德，葛鴻翰.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)(第二版)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1989
吳拓.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009
龔定安，,蔡建國(guó).機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1980
職工大學(xué)機(jī)制專業(yè)教學(xué)研究會(huì)編.機(jī)床夾具[M].北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1985
王光斗，王春福.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1980
李益民主編.機(jī)械制造工藝學(xué)習(xí)題集[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986
王秀倫，邊文義,張運(yùn)祥.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)鐵路出版社，1984
魏廣升，褚祥志.工程材料學(xué)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)出版社,1996
王啟平主編.機(jī)械制造工藝學(xué)(第五版)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999
盧秉恒等主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004
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