三面鉆床專用夾具設(shè)計(jì)

1、一、 零件的分析1.1  零件的作用 題目所給的是一個(gè)箱體類零件，主要作用是保證安裝軸的位置精度和箱體的移動(dòng)精度，并給軸傳動(dòng)齒輪提供安裝空間。1.2  零件的工藝分析該箱體的零件圖中規(guī)定了一系列技術(shù)要求1. 50（+0.025）孔兩端面和上頂面包括：尺寸為50（+0.025）孔兩端面，平行度公差為0.02/300，表面粗糙度為3.2，孔內(nèi)表面粗糙度為1.6。上頂面粗糙度為3.2?？字行木€對(duì)B面不垂直度公差為0.02。鏜孔兩端面與孔相交處倒角為1X45。2. 50（+0.025）階梯孔包括：尺寸為33與50（+0.025）同軸度為0.01, 50

2、（）表面粗糙度為1.6, 33表面粗糙度為6.3。鏜孔臺(tái)階面對(duì)中心線不垂直度公差為0.05。鏜孔臺(tái)階面與孔相交處圓角不大于：r0.53.其它未注表面的粗糙度要求為6.3,屬于非加工表面 1.3 尺寸和粗糙度的要求1.兩端面和上頂面的表面粗糙度均為3.2，需要通過(guò)粗銑，精銑兩步達(dá)到。2.50孔的內(nèi)表面粗糙度為1.6，要求很高，需要精鏜，同時(shí)，考慮到尺寸較大，所以采用鑄出孔，然后粗鏜，最后精鏜。3.兩50孔的位置公差為290±0.0015，位置要求很高，需要通過(guò)高定位精度的夾具實(shí)現(xiàn)。4. 40階梯孔中的40的內(nèi)表面粗糙度為1.6，33孔內(nèi)表面粗糙度要求為6.3，要求較高，因此，采用階梯鏜

3、，分粗鏜和精鏜，兩步完成。5. 40階梯孔之間的橫向位置精度分別為170±0.025,110±0.025，縱向位置精度為75±0.015，與精基準(zhǔn)的位置精度為90±0.015和60±0.0015，精度要求比較高，需要通過(guò)提高夾具的定位精度來(lái)保證。6.12XM8螺紋孔之間的位置精度要求不是很高，通過(guò)一定的夾具定位即可達(dá)到。二、 毛坯的設(shè)計(jì)2.1  毛坯的制造形式 零件材料為HT200，硬度為HBS190，考慮到零件材料的綜合性能及材料成本和加工成本,保證零件工作的可靠,采用鑄造。該零件為大量生產(chǎn)，考慮到生產(chǎn)效率，故采

4、用金屬型鑄造，以提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)進(jìn)行。2.2 確定機(jī)加工余量、毛坯尺寸和公差(1)確定最大輪廓尺寸根據(jù)零件圖計(jì)算零件的最大輪廓尺寸為：長(zhǎng)364mm，寬234mm，高100mm，毛坯質(zhì)量約為34kg。（2）選擇鍛件公差等級(jí)查鑄件機(jī)械加工余量手冊(cè)表，零件材料按灰鑄鐵，確定鑄件公差等級(jí)為79級(jí)取為8級(jí)。（3）求機(jī)械加工余量等級(jí)查鑄件機(jī)械加工余量手冊(cè)表，按金屬模鑄造成型的方法，確定鍛件材料為灰鑄鐵的機(jī)械加工余量等級(jí)F級(jí)。三、選擇加工方法，擬定工藝路線3.1  粗基準(zhǔn)的選擇選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，考慮的重點(diǎn)是如何保證各加工表面有足夠的余量，使不加工表面與加工表面間的尺寸、位子符合圖紙要求

5、。粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：（1） 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準(zhǔn)。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個(gè)不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。以求壁厚均勻、外形對(duì)稱、少裝夾等。（2） 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準(zhǔn)。例如：機(jī)床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時(shí)選擇導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)，加工床身的底面，再以底面作為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細(xì)致的組織，以增加耐磨性。（3） 應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。（4） 應(yīng)盡可

6、能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準(zhǔn)，以保證定位準(zhǔn)確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準(zhǔn)，必要時(shí)需經(jīng)初加工。（5） 粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用，因?yàn)榇只鶞?zhǔn)的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。對(duì)于一般的箱體類零件，采用鑄造平面作為粗基準(zhǔn)，而且該毛坯采用金屬型鑄造，精度比較高，可選擇表面的鑄造槽作為粗基準(zhǔn)，同時(shí)也可以方便安裝定位。3.2  精基準(zhǔn)的選擇 （1） 基準(zhǔn)重合原則。即盡可能選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。這樣可以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的基準(zhǔn)不重合誤差。（2） 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)的統(tǒng)一有利于

7、保證各表面間的位置精度，避免基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換所帶來(lái)的誤差，并且各工序所采用的夾具比較統(tǒng)一，從而可減少夾具設(shè)計(jì)和制造工作。（3） 互為基準(zhǔn)的原則。選擇精基準(zhǔn)時(shí)，有時(shí)兩個(gè)被加工面，可以互為基準(zhǔn)反復(fù)加工。（4） 自為基準(zhǔn)原則。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均勻，可以選擇加工表面本身為基準(zhǔn)。對(duì)于本零件，采用箱體類零件常用的一面兩孔的定位方式，使用經(jīng)過(guò)銑削的底面和經(jīng)過(guò)精鏜的兩底孔作為精基準(zhǔn)。3.3 制定工藝路線3.3.1  工藝路線方案一工序   粗精銑底孔兩端面及上頂面。工序   粗精鏜50孔，并倒角。工序  &#

8、160;雙面粗精鏜33階梯孔。工序   鉆12-M8孔、4-M4孔。工序   攻12-M8螺紋孔、4-M4螺紋孔。工序   去毛刺工序   檢驗(yàn)3.3.2  工藝路線方案二工序   粗精銑底孔兩端面。工序   粗精鏜50孔，并倒角。工序   雙面粗精鏜33階梯孔。工序   粗精銑上頂面。工序 鉆12-M8孔、4-M4孔。工序  

9、 攻12-M8螺紋孔、4-M4螺紋孔。工序   去毛刺工序   檢驗(yàn)3.3.3  工藝方案的比較與分析上述兩個(gè)方案的特點(diǎn)在于：方案一采用一次銑削三個(gè)平面，節(jié)省了加工時(shí)間，但是會(huì)增加夾具設(shè)計(jì)的難度，同時(shí)也需要更加復(fù)雜的機(jī)床。但是，方案二中，雖然采用三個(gè)平面分開(kāi)加工的方式，但是，這樣大大增加了加工時(shí)間，浪費(fèi)了時(shí)間，因此，綜上考慮，應(yīng)當(dāng)采用一方案更加的合理。3.4  機(jī)械加工余量、工序尺寸的確定根據(jù)上述材料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：考慮到該零件有很

10、多孔結(jié)構(gòu)，而且尺寸都比較大，故為了減少切削材料，33階梯孔，50孔均鑄出，查機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)（一下簡(jiǎn)稱手冊(cè)）表，其雙邊余量值規(guī)定為1.5mm2.5mm，現(xiàn)取2.0mm。兩端面以及上頂面，查手冊(cè)，由于長(zhǎng)度為100mm，長(zhǎng)度方向的余量查表,其余量值規(guī)定為1.5mm2.5mm，現(xiàn)取2.0mm。切削用量的確定：工序 粗精銑底孔兩端面及上頂面。（1） 50兩端面加工查手冊(cè)表得，粗銑 雙邊余量為1.5mm精銑 雙邊余量為0.5mm（2） 加工上頂面粗銑 單邊余量為1.5mm精銑 雙邊余量為0.5mm工序 粗精鏜50孔50（+0.025）鑄出坯孔52，以一側(cè)端面和上頂面定位查手冊(cè)表得，粗鏜52 雙邊

11、余量為1.9mm精鏜50.1 雙邊余量為0.1mm工序   雙面粗精鏜33階梯孔。33鑄出坯孔35，以50孔作為定位基準(zhǔn)查手冊(cè)表得，粗鏜52 雙邊余量為1.9mm精鏜50.1 雙邊余量為0.1mm工序   鉆12-M8孔、4-M4孔。三面鉆12-M8孔、4-M4孔此道工序?yàn)樵趯?shí)體上鉆孔，考慮到下一道工序?yàn)楣8螺紋孔，故此道工序鉆孔為寸為6.8；M4螺紋孔，的鉆孔尺寸為3.3。工序 鉆12-M8孔、4-M4孔。鉆頭尺寸分別為6.8和3.3。工序   攻12-M8螺紋孔、4-M4螺紋孔。攻M8和M4螺紋孔四

12、、相關(guān)計(jì)算4.1.1 鉆3.3孔1.加工條件（1） 刀具選擇：選用高速直柄麻花鉆d0=3.3mm鉆頭幾何形狀為雙錐修磨橫刃標(biāo)準(zhǔn)，主要參數(shù)為=18°,=28°,=50°,2=115°（2） 工件材料：HT200，硬度HBS190（3） 選取加工機(jī)床：使用專用三面鉆機(jī)床2.選擇切削用量（1） 確定進(jìn)給量1) 根據(jù)加工要求決定進(jìn)給量查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表，由d02) 根據(jù)鉆頭強(qiáng)度決定進(jìn)給量查切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)表，由d0=3.3mm，加工材料為HT200，HBS190查得，鉆頭允許的進(jìn)給量為f=0.50mm/r從以上兩個(gè)個(gè)進(jìn)給量的比較可以看出，受限制的進(jìn)給量是工藝要

13、求，其值為f=0.180.22mm/r，選取f=0.20mm/（2） 決定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命查切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)，根據(jù)鉆頭材料為高速鋼，尺寸為d0=3.3mm，加工材料為HT200，查得后刀面最大磨損限度為0.5mm-0.8mm，選取0.7mm。單刀加工時(shí)，刀具壽命T=20min。多刀加工時(shí)，刀具壽命T=90min-220min。（3） 決定切削速度由切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)表2.15，鑄鐵HBS190，進(jìn)給量f=0.2mm/r，雙錐修磨橫刃鉆頭直徑<20mm，查得切削速度v0=18m/min。n=1000v/D=1737r/min，取n=1750r/min。3.確定機(jī)床扭矩和功率由切削用量簡(jiǎn)明手

14、冊(cè)表2.20和表2.22，查得加工時(shí)的扭矩M0=4N·m，消耗功率P=1KW4.工時(shí)定額的計(jì)算工時(shí)定額是指完成零件加工的就一個(gè)工序的時(shí)間定額。Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N其中：Td是指單件時(shí)間定額Tj是指基本時(shí)間（機(jī)動(dòng)時(shí)間），通過(guò)計(jì)算求得Tf是指輔助時(shí)間，一般取（15-20）%Tj(Tj與Tf和稱為作業(yè)時(shí)間)Tb是指布置工作時(shí)間，一般按作業(yè)時(shí)間的（2-7）%估算Tx是指休息及生理需要時(shí)間，一般按作業(yè)時(shí)間的（2-4）%估算Tz是指準(zhǔn)備與終結(jié)時(shí)間，大量生產(chǎn)時(shí)，準(zhǔn)備與終結(jié)時(shí)間忽略不計(jì)N是指一批零件的個(gè)數(shù)計(jì)算基本工時(shí):Tj=L/nf 式中L=l+y+ 查切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)表2.29，

15、y+=0L=14mm，n=1750r/min故Tj=0.04minTf=（15-20）%Tj=0.008min Tb=（2-7）%（Tj+Tf）=0.001min Tx=（2-4）%（Tj+Tf）=0.001min Tz=0 Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N=0.05min4.1.2 鉆6.8孔1.加工條件（1） 刀具選擇：選用高速直柄麻花鉆d0=6.8mm鉆頭幾何形狀為標(biāo)準(zhǔn)，主要參數(shù)為=16°,=29°,=50°,2=115°（2） 工件材料：HT200，硬度HBS190（3） 選取加工機(jī)床：使用專用三面鉆機(jī)床2.選擇切削用量（1） 確定進(jìn)給量3

16、) 根據(jù)加工要求決定進(jìn)給量查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表，由d04) 根據(jù)鉆頭強(qiáng)度決定進(jìn)給量查機(jī)械加工工藝手冊(cè)表，由d0=6.8mm，加工材料為HT200，HBS190查得，鉆頭允許的進(jìn)給量為f=0.50mm/r從以上兩個(gè)個(gè)進(jìn)給量的比較可以看出，受限制的進(jìn)給量是工藝要求，其值為f=0.360.44mm/r，選取f=0.40mm/（2） 決定鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及壽命查機(jī)械加工工藝手冊(cè)，根據(jù)鉆頭材料為高速鋼，尺寸為d0=6.8mm，加工材料為HT200，查得后刀面最大磨損限度為0.5mm-0.8mm，選取0.7mm。單刀加工時(shí)，刀具壽命T=35min。多刀加工時(shí)，刀具壽命T=90min-220min。（3） 決定

17、切削速度由機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.15，鑄鐵HBS190，進(jìn)給量f=0.2mm/r，雙錐修磨橫刃鉆頭直徑<20mm，查得切削速度v0=13.5m/min。n=1000v/D=632r/min，取n=650r/min。3.確定機(jī)床扭矩和功率由機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.20和表2.22，查得加工時(shí)的扭矩M0=4N·m，消耗功率P=1KW4.工時(shí)定額的計(jì)算計(jì)算基本工時(shí):Tj=L/nf 式中L=l+y+ 查切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)表2.29，y+=5mml=20mm，L=25mm，n=650r/min故Tj=0.096minTf=（15-20）%Tj=0.02min Tb=（2-7）%（Tj+Tf）

18、=0.005min Tx=（2-4）%（Tj+Tf）=0.005min Tz=0 Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N=0.126min由于采用組合三面鉆機(jī)床，所以額定工時(shí)應(yīng)取兩者的最大值，因而基本工時(shí)Tj=0.126min五、夾具設(shè)計(jì)在機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行切削加工，首先要將工件夾緊。為了能加工出合乎精度要求的工件，僅將工件夾緊，以進(jìn)行切削加工是不夠的，還必須使工件在機(jī)床上占有正確的位置。這種使工件占有正確的加工位置，并使工件夾緊的過(guò)程，稱為工件的安裝。若單純從解決工件的安裝出發(fā)，最好是針對(duì)每一種工件，設(shè)計(jì)和制造一種夾具，即所謂專用夾具。這樣既實(shí)現(xiàn)工件的準(zhǔn)確定位，保證加工質(zhì)量，又便于采用各種快速

19、夾緊機(jī)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率。但是，夾具本身的設(shè)計(jì)和制造多為單件和小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)費(fèi)用較高。因此若被加工工件的批量較小，專用夾具的生產(chǎn)費(fèi)用分?jǐn)偟矫總€(gè)工件就很高，在經(jīng)濟(jì)上不合算。專用夾具是針對(duì)某一種工件的一定工序而專門設(shè)計(jì)的。因?yàn)椴恍枰紤]通用性，所以?shī)A具可以設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便。還可以采用各種省力機(jī)構(gòu)或動(dòng)力裝置。因此用專用夾具可以保證較高的加工精度和生產(chǎn)效率。專用夾具通常是根據(jù)工件的加工要求自行設(shè)計(jì)和制造的。他的設(shè)計(jì)與制造的周期較長(zhǎng)，制造費(fèi)用也較高，當(dāng)產(chǎn)品變更時(shí)，往往因無(wú)法再使用而“報(bào)廢”。因此這類夾具適用于產(chǎn)品固定的批量較大的生產(chǎn)中。夾具設(shè)計(jì)的基本要求：1能穩(wěn)定保證工件的加工精度；2能提高機(jī)械

20、加工的勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工件的制造成本；3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，安全和省力；4便于排屑；5有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，便于夾具的制造、裝配、檢驗(yàn)、調(diào)整和維修。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在保證加工精度的前提下，綜合考慮生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性和勞動(dòng)條件等項(xiàng)因素。當(dāng)生產(chǎn)批量較大時(shí)，可采用較先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力傳動(dòng)裝置，以提高生產(chǎn)率。當(dāng)生產(chǎn)批量較小時(shí)，則不能使夾具的成本太高。經(jīng)過(guò)與指導(dǎo)老師協(xié)商，確定設(shè)計(jì)鉆3.3和6.8孔專用機(jī)床夾具。本夾具將用于專用的三面鉆床，刀具為麻花鉆。5.1 問(wèn)題提出本夾具主要用來(lái)鉆3.3和6.8孔，由于工藝要求不高，因此，在本道工序加工時(shí)，主要應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。5.2 夾具設(shè)計(jì)5.2.1 確定定

21、位方案（1） 初選定位方案在加工3.3和6.8孔時(shí)，工件一側(cè)面采用四個(gè)支撐塊定位（兩個(gè)圓形，兩個(gè)矩形），在其中一個(gè)50孔內(nèi)用一短銷，在另一個(gè)50孔內(nèi)用削邊銷，經(jīng)過(guò)分析，此種定位方案下，工件被完全定位。在設(shè)計(jì)夾具裝置時(shí)，因?yàn)榭紤]到工件需要經(jīng)常裝卸，而且工件材料為HT200，硬度為HBS190，銷釘可能會(huì)因?yàn)槟p而影響定位精度，故將兩銷釘設(shè)計(jì)為可換定位銷。（2） 定位方案改進(jìn)夾具設(shè)計(jì)要求除能完成既定的定位夾緊任務(wù)以外還要考慮到操作者的操作方便否，因此夾具也要求人性化設(shè)計(jì)。第一，該到工序需要三面同時(shí)鉆，而且使用的是剛性機(jī)床，沒(méi)有鉆模板，而為了防止使用過(guò)長(zhǎng)的鉆頭，因此夾具體厚度不應(yīng)過(guò)大；第二，由于采用

22、專用三面鉆機(jī)床，考慮到為了不增加機(jī)床設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，因而采用工件豎直裝夾的方式，從而使機(jī)床從兩側(cè)以及上方加工工件，從而降低了專用機(jī)床的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度。5.2.2 確定加緊方案 工件定位后必須采用一定裝置將工件夾緊在定位元件上，從而使工件在加工過(guò)程中不會(huì)由于切削力，工件重力，離心力或慣性力而發(fā)生位置變化或產(chǎn)生振動(dòng)，以保證加工精度避免機(jī)床刀具的損壞或發(fā)生人身安全事故。 為了提高生產(chǎn)效率，減少加緊工件時(shí)所耗費(fèi)的輔助時(shí)間，同時(shí)為了防止能提供足夠的加緊力，防止工件在加工過(guò)程中位置發(fā)生變化而影響加工質(zhì)量，根據(jù)工件自身的特點(diǎn)分析后，決定采用自動(dòng)加緊裝置，通過(guò)液壓設(shè)備實(shí)現(xiàn)。5.2.3 切削力及夾緊力計(jì)算1. 鉆3

23、.3孔刀具：高速鋼麻花鉆 直徑：3.3（1） 軸向力F=Cdfk式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35k=(F=420轉(zhuǎn)矩T=Cdfk式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8T=0.206功率 P=在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù) K=KKKK式中 K基本安全系數(shù)，1.5 K加工性質(zhì)系數(shù)，1.1K刀具鈍化系數(shù), 1.1K斷續(xù)切削系數(shù), 1.1則 F=KF=1.52. 鉆6.8孔刀具：高速鋼麻花鉆 直徑：6.8（2） 軸向力F=Cdfk式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35k=(F=420轉(zhuǎn)矩T=Cdfk式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8T=0.206功率 P=在計(jì)算切削力時(shí)