机械制造装备课程设计阀体零件钻4M12螺纹的夹具设计【全套图纸】.doc
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1、前言夹具结构设计在加深我们对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥着极其重要的作用。选择曲轴的夹具设计能很好的综合考查我们大学四年来所学的知识。本次所选设计内容主要包括:工艺路线的确定,夹具方案的优选,各种图纸的绘制,设计说明书的编写等。机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法,是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益,生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现,因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。全套图纸,加153893706利用更好的夹具可
2、以保证加工质量,机床夹具的首要任务是保证加工精度,特别是保证被加工工件是加工面与定位面以及被加工表面相互之间的位置精度。提高生产率,降低成本,使用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间,且易于实现多工位加工。扩大机床工艺范围,在机床上使用夹具可使加工变得方便,并可扩大机床工艺范围。减轻工人劳动强度,保证生产安全。为了让夹具有更好的发展,夹具行业应加强产、学、研协作的力度,加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐,创建夹具专业技术网站,充分利用现代信息和网络技术,与时局进地创新和发展夹具技术。 本次的设计任务是:制定一给定的零件(阀体)的机械加工工艺及就加工该零件的某一道工序(钻孔)的夹具设计。设
3、计内容包括:零件图1张;夹具装配图1张;夹具体零件图1张;论文1份;1.产前准备1.1年生产纲领工件的年生产量是确定机床夹具总体方案的重要依据之一。如工件的年生产量很大,可采用多工件加工、机动夹紧或自动化程度较高的设计方案,采用此方案时,机床夹具的结构较复杂,制造成本较高;如工件的年生产量不大,可采用单件加工,手动夹紧的设计方案,以减小机床夹具的结构复杂程度及夹具的制作成本。如5万件以上夹具复杂用全自动化的设备,5000件小批量生产用手动设备。生产纲领是指企业在计划期间应当生产的产品产量和进度计划。计划期常为一年,所以生产纲领常称为年产量。 生产纲领是指企业在计划期内应当生产产品的品种、规格及
4、产量和进度计划。计划期通常为1年,所以生产纲领也通常称为年生产纲领。 生产纲领的公式: 对于零件而言,产品的产量除了制造机器所需要的数量之外,还要包括一定的备品和废品,因此零件的生产纲领应按下式计算: NQn(1+a)(1+b)(1) 式中: N零件的年产量(件/年); Q产品的年产量(台/年); n每台产品中该零件的数量(件/台); a该零件的备品率(备品百分率); b该零件的废品率(废品百分率)。1.2生产条件直径从1毫米以下至120毫米的所有规格钻头都可以使用钻床加工。台式钻床的加工范围通常在15毫米以下。立式钻床的最大加工范围通常在1575毫米之间。摇臂钻的最大加工范围在25120毫米
5、之间。各种钻床主轴的锥孔型号和功率不同。最小的高速台钻的功率只有200W,最大的摇臂钻的功率可以达到25KW。 摇臂钻床,也可以称为摇臂钻。摇臂钻是一种孔加工设备,可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。按机床夹紧结构分类,摇臂钻可以分为液压摇臂钻床和机械摇臂钻床在各类钻床中,摇臂钻床操作方便、灵活,适用范围广,具有典型性,特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工,是一般机械加工车间常见的机床。摇臂钻床,也可以称为横臂钻。主轴箱可在摇臂上左右移动,并随摇臂绕立柱回转180º的钻床。摇臂还可沿外柱上下升降,以适应加工不同高度的工件。较小的工件可安装在工作台上,
6、较大的工件可直接放在机床底座或地面上。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中,加工体积和重量较大的工件的孔。摇臂钻床加工范围广,可用来钻削大型工件的各种螺钉孔、螺纹底孔和油孔等。摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成,滑座可沿床身导轨移动,以扩大加工范围,适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船,机械加工,等行业。万向摇臂钻床的摇臂除可作垂直和回转运动外,并可作水平移动,主轴箱可在摇臂上作倾斜调整,以适应工件各部位的加工。此外,还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。 Z304012/1型号摇臂钻床,最大钻孔直径40mm,主轴端面至底座工作面距离最大1250
7、mm,最小mm,主轴锥孔(莫氏)4号,主轴转速范围25-2000转每分钟,主轴行程315mm,外形尺寸5006301250。1.3零件工艺分析本次课设是要为此图1-3-1中的阀体设计一个钻、攻4-M12螺纹的夹具,最终实现将工件定位,更加精确和方便的完成钻孔工作,并保证能夹紧工件,夹紧力要适中,不要使工件变形,又能保证工件所要求的加工精度。图1-3-1零件图标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求,它决定了工件在机床夹具中的放置方法,是设计机床夹具总体结构的依据,本工件放置方法应如图1-3-1所示。工序图给出了零件本工序的工序基准、已加工表面、待加工表面,以及本工序的定位、夹紧原理方
8、案。工件的工序基准、已加工表面决定了机床夹具的方位方案,如选用平面定位、孔定位以及外圆面定位等;定位方案的选择依据六点定位原理和采用的机床加工方法,定位方案不一定要定六个自由度,但要完全定位。工件的待加工表面是选择机床、刀具的依据。确定夹紧机构要依据零件的外型尺寸,选择合适的定位点,确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具的运动轨迹相冲突。2.夹具结构设计2.1定位机构 图2-1-1定位机构 从上可心看出,本套设计定位机构共有:套筒、削边销、心轴等三部分组成。在夹具设计中,定位方案不合理,工件的加工精度就无法保证。工作定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题。根据工序图给出的定位元件方案,
9、按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。在机床夹具的使用过程中,工件的批量越大,定位元件的磨损越快,选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性,方便机床夹具的维修和维护。设计夹具是原则上应选该工艺基准为定位基准。无论是工艺基准还是定为基准,均应符合六点定位原理。基准分为粗基准和精基准。粗基准是指用毛坯上未经加工的表面作定位基准,这种定位基准称为粗基准。精基准含义是用加工过的表面作定位基准,这种定位基准称为精基准。粗基准的选择,尽可能选择不加工表面为粗基准,面对有若干个不加工表面的工件,则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准,对于阀体这类类似于回转体的零件,应该选择外圆面作为粗基
10、准。在制定零件加工工艺规程时,基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理是加工质量得到保证的基础,生产率得以提高的重要因素。否则,加工工艺过程中的问题百出,更有甚者,还会造成零件的大批报废,使生产无法进行。由于该零件的加工是钻、攻4-M12螺纹孔,在这里定位零件有套筒、心轴、削边销,套筒的上表面与工件底面相配合限制三个自由度(即X轴转动、Y轴转动、Z轴移动);心轴的外圆面与工件内孔相配合限制二个自由度(即X轴移动、Y轴移动),削边销外圆面与工件小孔相配合限制一个自由度(即Z轴转动)。这样工件被完全定位。2.2夹紧机构本工序是加工孔的尺寸,加工完成应达到的图纸的技术要求。夹紧结
11、构主要由力源装置,夹紧元件,中间传力机构组成。夹紧结构的基本要求有夹紧过程中,应有利于定位,而不应破坏定位;夹紧力的作用应合适、可靠、安全;夹紧装置应操作方便;结构简单;具有良好的自锁性。在夹紧时主要考虑限制工件在平面上的转动,由于本零件中外圆面基本上不用加工,所以在加工的时候采用不加工的面作为夹紧。夹紧力方向的确定:主要夹紧力应指向主要定位基准和导向基准;夹紧力的方向应指向工件刚度大的方向;夹紧力的方向应尽量与切削力、工件重力的方向一致。夹紧力作用点的确定:夹紧力作用点的位置应保持工件稳定;夹紧力作用点应设置在工件刚性较好的部位;夹紧力作用点应尽可能靠近工件被加工表面。本次阀体零件的夹具,根
12、据任务说明书,采用钻床加工,本夹具主要是钻孔。因此,在本道工序加工时,主要考虑如何提高劳动生产率,降低生产强度,同时也要考虑精度问题。在钻孔时夹紧力产生的力矩,必须满足机床夹具设计手册中所规定的要求,由计算公式:Fj=FsL/(d0tg(+1)/2+rtg2)其中:Fj沿螺旋轴线作用的夹紧力 Fs作用在六角螺母L作用力的力臂(mm) d0螺纹中径(mm)螺纹升角()1螺纹副的当量摩擦()2螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角()r螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径()根据工艺手册其回归方程为 FjktTs其中Fj螺栓夹紧力(N); kt力矩系数(cm1) Ts作用在螺母上的
13、力矩(N.cm); Fj =202000=40000N这样确定的方案,符合定位夹紧的选择原则,能够实现对工件孔的加工。本套设计的夹紧由心轴、螺母、快换垫圈等组成,松动螺母即可取下快换垫圈,及而可以取出工件,反之则可以夹紧工件,这样操作简单、快捷。该夹具对工件的定位考虑合理,且夹具结构简单,可适合于中批量生产。零件的加工误差实际上是机械加工系统综合误差的反映,它不仅包括夹具的制造误差,还包括机床误差、刀具误差、工件的定位误差,就其误差的组成和误差的可控性来说,夹具的误差就显得较为重要。为了保证产品的加工质量,使零件的误差控制在合理的范围内,夹具磨损到什么程度必须进行修复和报废,亦即研究夹具磨损的
14、极限偏差问题及其误差的分配就显得十分有意义。影响安装误差的技术要求有:夹紧压板与安装基面F的垂直度。影响导向误差的技术要求有:快换钻套与钻模板的同心度。另外,圆锥销与钻模板的配合精度也影响导向误差。该夹具的主要定位元件为定位杆,定位杆的尺寸与公差规定为被加工零件在工作时与其相配的定位杆的尺寸与公差相同。本夹具的夹紧采用弹簧夹头夹紧机构,其特点是定心精度高、结构紧凑、工作平稳。夹紧是工件装夹过程的重要组成部分。工件定位只有必须通过夹具上的夹紧装置将其可靠地固定在正确的加工位置上,使其在承受工艺力和惯性力的作用而发生位置的变化或引起振动,原有的正确定位遭到破坏,就不能保证加工要求。选用螺栓螺母夹紧
15、机构来对被加工工件进行夹紧。螺栓螺母夹紧机构的特点:结构简单,制造方便加紧可靠施力范围大;自锁性能好操;扩力比80以上,行程S不受限制;加紧工作慢,效力低。2.3 导向装置的选择本套设计为钻床的夹具,钻床的导向为钻模,钻模的结构形式很多,有固定式、分度式、盖板式、翻转式和滑柱式等主要类型。该设计采用的盖板式钻模。盖板式钻模是最简单的一种钻模。它没有夹具体,只有一块钻模板。在一般情况下,钻模板除了钻套外,还装有定位元件和夹紧装置,加工时,只要将它盖在工件上定位,夹紧即可。钻套的作用,主要是用来确定钻头、扩孔钻、铰刀等定尺寸刀具的轴线位置。当加工一组平行的孔系,而这些孔间的距离又有一定的要求时,则
16、利用分布位置按加工要求的钻套来保证上述孔心距离的精度,简便可靠。当工件批量很小、孔间距离很小、孔径很小或者钻模板上位置受限制而无法采用钻套时,也允许在钻模板上直接加工出导引刀具的导孔。钻套的结构和尺寸已标准化。根据使用特点,钻套有下列四种型式。第一种:固定钻套,主要用于小批生产条件下单纯用钻头钻孔的工序。固定钻套是直接装在钻模板的相应孔中,因此固定钻套磨损后不能更换。固定钻套有两种结构,(无肩的、带肩的)。带肩的主要用于钻模板较薄时,用以保持钻套必须的导引长度。有了肩部,还可以防止钻模板上的切屑和冷却液落入钻套孔中。固定钻套的下端应超出钻模板,以防止带状切屑卷入钻套中而加剧钻套的磨损。图2-3
17、-1 固定钻套第二种:可换钻套,为了克服固定钻套磨损后无法更换的缺点,因此便生产了可换钻套,它的凸缘上铣有台肩,钻套螺钉的台阶形头部压紧在此台肩上而防止可换钻套转动。拧去螺钉,便可取出可换钻套。采用可换钻套的钻模板,在安装可换钻套处应专门配装一全衬套,可换钻套就装在衬套中。这样便可避免更换钻套时损坏钻模板,钻套用衬套的结构和尺寸也已标准化,可参阅JB/T8045.31999)。 图2-3-2 可换钻套第三种:快换钻套,供同一个孔须经多种加工工步(如钻、扩、铰、锪面、攻丝等)所用的。由于加工过程中须依次更换或去(如锪面或攻丝时)钻套以适应不同加工刀具的需要,所以需用这种快换钻套。如图2-3-3所
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