課程設計（論文）軸承端蓋的夾具設計

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1、中國石油大學勝利學院本科專業(yè)綜合設計 概述 機床夾具是在機床上裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床和刀具有一個正確的位置，并在加工過程中保持這個位置不變。 在現(xiàn)代制造技術迅猛發(fā)展的今天，機床夾具無論在傳統(tǒng)機床還是數(shù)控機床、加工中心上，仍是必不可少的重要工藝裝備。通過機床夾具設計，不僅可以培養(yǎng)綜合運用已學知識的能力，而且可以得到工程設計的初步訓練。 夾具的主要作用有以下幾個方面： 1、準確、可靠的定位和夾緊，減小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可換性。 2、提高生產效率，降低生產成本 使用夾具后可減少劃線、找正的輔助時間，且易實現(xiàn)多件、多工位加工。 3、以機械裝

2、置代替了手工裝配零件部位時的定位、夾緊及工件翻轉等繁重的工作，改善了工人的勞動條件。 4可以擴大先進的工藝方法的使用范圍，促進工件的生產機械化和自動化的綜合發(fā)展。 夾具設計的基本要求 1、工裝夾具應具備足夠的強度和剛度。夾具在生產中投入使用時要承受多種力度的作用，所以工裝夾具應具備足夠的強度和剛度。 2、夾緊的可靠性。夾緊時不能破壞工件的定位位置和保證產品形狀、尺寸符合圖樣要求。既不能允許工件松動滑移，又不使工件的拘束度過大而產生較大的拘束應力。 3、夾緊操作的靈活性。使用夾具生產應保證足夠的裝夾空間，使操作人員有良好的視野和操作環(huán)境，使生產的全過程處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。 4、便

3、于工件的裝卸。操作時應考慮制品在裝配定位加工前后能順利的從夾具中取出，還要制品在翻轉或吊運使不受損害。 5、良好的工藝性。所設計的夾具應便于制造、安裝和操作，便于檢驗、維修和更換易損零件。設計時還要考慮車間現(xiàn)有的夾緊動力源、吊裝能力及安裝場地等因素，降低夾具制造成本。 機床夾具通按照它的應用范圍,一般可分為通用夾具,專用夾具和可調整式夾具等。本文設計研究了翻轉式夾具，對翻轉式夾具的工作原理做了闡述，翻轉式夾具的各零部件做了詳細的設計計算，并進行了強度校核，對一些標準件進行了選型。 第一章 夾具的總體方案設計 1.1對工件進行分析 軸承蓋的作用：一是為了固

4、定軸承進行軸向定位； 二是起密封保護作用，防止軸承進入塵土等進入軸承造成損壞。除它本身可以防塵和密封外，它常和密封件配合以達到密封的作用； 三是保證潤滑劑（潤滑脂）僅對滾動體和滾道起作用而不溢出； 四是一定程度上防止?jié)L動體保持架等易損件受外力作用而損壞 零件圖1-1如下： 圖1-1軸承蓋 通過對零件圖的分析，因零件的尺寸不大，且精度要求較高，所以選用翻轉式夾具。 1.2綜合設計的內容及步驟 1、專用夾具的基本要求 2、具設計的一般步驟--專用夾具的一般步驟 3、夾具設計中的幾個重要問題 4 夾具的結構工藝性分析 5、夾具精度分析 第二章 專用夾具的基本要求

5、 2.1保證工件的加工精度 專業(yè)夾具應有合理的定位方案，合適的尺寸、公差和技術要求，并進行必要的精度分析，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。 2.2提高生產效率 專業(yè)夾具的復雜程度要與工件的生產綱領相適應。應根據(jù)工件生產批量的大小選用不同復雜程度的快速高效夾緊裝置，以縮短輔助時間，提高生產效率。 2.3工藝性好 專用夾具的結構應簡單、合理、便于加工、制造、裝配、檢驗和維修。 2.4使用性好 專用夾具的操作應簡便、省力、安全、可靠，排屑應方便，必要時可設置排屑機構。 2.5經濟性好 出考慮專用夾具本身疾結構簡單、標準化程度高、成本低廉外，還應根據(jù)生產綱領對夾具方案進行必要的

6、經濟分析，以提高夾具在生產中的經濟效益。 2.6通用性好 滿足通用化、標準化、系列化的“三化”要求，便于管理應用，減少庫存量。 第三章 專用夾具的一般步驟 3.1明確設計任務與收集設計原始材料 （1）了解加工零件的零件圖、毛坯圖及加工工藝過程，該工序的加工內容及工序圖，了解該工序所使用的設備、刀具、量具等工藝裝備，生產節(jié)拍等參數(shù)。 （2）了解零件的生產類型，這是決定夾具采用簡單疾結構或復雜結構的依據(jù)。 （3）收集該夾具所使用的機床的資料，注要指與夾具連接部分的安裝尺寸。 （4）收集所使用的刀具的資料，如刀具的精度、安裝方式、使用要求及技術條件。 （5）了解夾具制造廠

7、房的能力和使用條件。 （6）收集有關夾具零部件的標準（包括國際、部標、企標、廠標），典型夾具結構圖冊等。 3.2擬定夾具結構方案，繪制夾具草圖 （1）根據(jù)工件的加工要求和結構形狀，確定工件的定位方式，選擇或設計定位 裝置，必要時，計算定位誤差。 （2）確定工件夾緊方案，設計夾緊裝置。 （3）確定其它裝置及元件的結構形式如：定向、導向、分度、對刀裝置等。 （4）確定夾具體的結構形式和夾具在機床上的安裝方式。 （5）繪制夾具草圖，最好考慮幾種方案經過分析比較，從中選出合理的方案。 3.3進行必要的分析計算 工件的加工精度較高時，應進行工件加工精度分析。有動力裝置的夾具

8、，需計算夾緊力。當有幾種夾具方案時，可進行技術經濟分析，選用比較合理的方案。 3.4審查方案和改進設計 3.5繪制夾具草圖 按國家制圖標準繪制，盡可能采用比例1:1，主視圖按夾具面對操作者的方向繪制。 被加工零件用雙點劃線表示。 3.6繪制夾具零件圖 第四章 夾具零部件的結構選擇 4.1鉆模板 1、夾具板類型的選擇 鉆模板用于安裝鉆套。鉆模板與夾具的連接方式有固定式、鉸鏈式、分離式、 懸掛式等幾種。 ① 固定式鉆模板 ② 鉸鏈式鉆模板 ③ 分離式鉆模板 ④ 懸掛式鉆模板

9、 本設計的鉆模板如圖4-1示： 圖4-1鉆模板 2）夾具板的主要尺寸的確定 夾具板的厚度，可根據(jù)經驗公式：a=8—25（mm）進行確定。夾具板的外尺寸確定，可根據(jù)加工工序的要求及尺寸確定 4.2鉆套 1）鉆套類型的選擇 查標準可知，鉆套有以下四種。 ① 固定鉆套（GB2262－80）： ② 可換鉆套（GB2264－80） ③ 快換鉆套（GB2265-80） ④ 特殊鉆套 經過分析，應選擇可換鉆套（GB2264－80）。由于鉆孔直徑為10按GB1298-77《碳素工具鋼技術條件》；熱處理：T10AHRC58-64;滲碳深度為0.8-1.2mm，HRC58-

10、64。 其他技術條件按GB2259-80《機床夾具零件及部件技術條件》。 本設計的鉆套如圖4-2所示： 圖4-2鉆套 2) 鉆套基本尺寸的確定 在本設計項目中，鉆套選用可換鉆套（GB2264－80），因此鉆套的基本尺寸可通過標準查取。其中d=Φ10，D=Φ,15，D1=Φ26，h=10mm，H=28mm。 4.3夾具支撐 本設計夾具支撐如圖4-3所示 圖4-3夾具支撐 4.4銷 本設計銷如圖4-4所示： 圖4-4銷 4.5開口墊板 本設計開口墊板如圖4-5所示： 圖4-5開口墊板 4.6螺栓 從標準庫中直接提取圖符，采用GB/T 5780

11、-2000 六角螺栓-C級。 圖如4-6所示： 圖4-6螺栓 4.7螺母1 從標準庫中直接提取圖符，采用GB/T 41-2000六角螺母-C級。圖如4-7所示： 圖4-7螺母1 4.8螺母2 從標準庫中直接提取圖符，采用GB/T 41-2000六角螺母-C級。圖如4-8所示： 圖4-8螺母2 第五章 夾具精度的分析計算及校核 5.1機床夾具設計的過程及方案 5.1.1精度的分析 夾具的主要功能是用來保證零件加工的位置精度。使用夾具加工時，影響被加工零件位置精度的誤差因素主要有三個方面： 1、定位誤差 2、夾具制造與裝夾誤差 3

12、、加工過程誤差 在加工過程中由于工藝系統(tǒng)(除夾具外)的幾何誤差、受力變形、熱變形、磨損以及各種隨機因素所造成的加工誤差，用⊿GC表示。 上述各項誤差中，第一項與第二項與夾具有關，第三項與夾具無關。顯然，為了保證零件的加工精度，應使： 式中,T 為零件有關的位置公差。上式即為確定和檢驗夾具精度的基本公式。通常要求給⊿GC留三分之一的零件公差，即應使夾具有關誤差限制在零件公差2/3的范圍內。當零件生產批零較大時，為了保證夾具的使用壽命，在制定夾具公差時，還應考慮留有一定的夾具磨損公差。 5.1.2確定夾具結構方案，選擇定位元件 ① 基準的

13、方案設定 ② 確定導向裝置 ③ 確定夾緊機構 5.1.3主要零件、部件及總體尺寸的尺寸確定 ① 主要零件及部件尺寸的確定 1 鉆套主要尺寸的確定 1）鉆套類型的選擇 2) 鉆套底面到加工面上面高度H 根據(jù)經驗公式： 鑄鐵： H=（0.3—0.6）d鉆或H=5+0.15d鉆； 鋼 ： H=（0.7—1.5）d鉆 或 H=5+0.6d鉆； 因為在加工的過程中H在滿足排屑的要求下，越小越好（防止鉆頭偏斜）， ② 夾具板的主要尺寸的確定 1）夾具板的厚度 可根據(jù)經驗公式：a=8-25（mm） 2）夾具板的外尺寸確定 根據(jù)加工工序

14、的要求及尺寸可確定夾具板的外形尺寸。 5.2加工精度分析計算與審核 5.2.1加工精度分析 1）鉆套中心線與定位面距離偏差取工件上相應偏差的1∕5左右，還應滿足兩個原則：①偏差盡量?。虎跈C床能夠加工出來。 2）定位面與基準面（機床）的平行度應為0.03∕1000（平面磨床可達到）。 3）鉆模板孔中心線與基面垂直度應為0.02∕500。 對刀誤差 1）鉆頭中心與鉆套中心不重合（鉆頭與鉆套內孔配合間隙） 2）鉆頭偏斜與鉆頭與鉆套間隙、導套高度、工件位置及夾具制造垂直度，平行度等有關。 工件定位誤差 1） 基準不符: =定位基準到設計基準的尺寸公差 2） 基準位移: 一般由夾具

15、與工件配合間隙產生的。 3）=+此公式為向量和。 加工過程誤差：由于磨損，熱變形，加工過程的振動等可能引起誤差。 判斷依據(jù)：若以上各項誤差之和小于等于工件上相應公差 則該夾具合格。一般取工件上的加工過程誤差為工件上相應公差的三分之一，即只有其余幾項的公差之和小于等于工件上相應公差的三分之二時，夾具合格。 5.2.2加工精度計算及評審 一、 1.定位誤差 DW 該工件的設計基準與定位基準一致，都是內圓Φ115的中心線，故JB=0.夾具內圓為Φ115H7（）的最大配合間隙 X=+0.035-（-0.090）=0.125mm. JW=X=0.125mm 則 DW=J

16、B+JW=0.125mm. 2.制造誤差ZZ （1）鉆套中心線對定位件中心線位置精度 =0.03～0.05mm. 取=0.04mm. （2）鉆套內外圓同軸度誤差（查表P297） =0.008mm. (3) 鉆頭不傾斜時與鉆套內孔中心線不重合位置精度誤差為ΦX，鉆頭選用Φ10h9(),鉆套孔Φ10（查表P297） 則最大間隙X=0.023mm. 位置度誤差=0.023mm. (4) 鉆套中心線與定位面不垂直度為Φ0.01.則不垂直的角度誤差為。 =.鉆頭鉆孔斜= ·H. H為鉆套高度中點到鉆孔底面距離h=5+0.16d=6.6 鉆套總長H=+6

17、.6=20.6mm = ·H.=x20.6=0.0094mm 綜上可得： = =0.1338 工件上小孔中心線與軸承蓋中心線誤差δ=0.8mm 因0.1338＜×δ=×0.8=0.5333 故此方案可行。 假若鉆頭純斜： == =0.00082 則=±·H=±0.00082×20.6=±0.0169mm 位置公差為=0.0338mm. 綜上可得 = =0.1360﹤=0.5333 故此方案可行. 二、鉆孔的切削力及力矩 1、切削用量 f 、v、d. (1)鉆頭直徑d=10.

18、 工件材料為HT200硬度為241HB 當d=10～13mm，所鉆鑄鐵硬度大于200HB時f=0.31～0.39mm/r. 以Z3050鉆床為例，應選用f=0.32mm/r. (2)鉆鑄鐵是的切削速度v=0.35mm/r. 2、鉆孔軸向力p及力矩 =2.6·d·f·(HB)=2.6×10×0.32×241 =280.735kg. =d·f·(HB)= 10×0.32×241 =855.7kg. 3、夾緊力： 作用：防止由于切削力總用使工件翻轉 防止由于切削力矩 使工件轉動。

19、 夾緊力求法：≥(1.5～2.5). 使工件不翻到，安全系數(shù)為1.5～2.5. =f·L·/2 查《機械制造工藝學》P276表6-2 不同表面的摩擦系數(shù) 表6-2 不同表面的摩擦系數(shù) 接觸表面特征 摩擦因數(shù) 光滑表面 0.15-0.25 直溝槽，方向與切削方向一致 0.25-0.35 直溝槽，方向與切削方向垂直 0.4-0.5 交錯網狀溝槽 0.6-0.8 知f=0.15～0.25. 取f=0.2 L為鋼板與工件接觸的平均直徑L=91mm. 取安全系數(shù)為2. 則=4/ (fL)=4×855.7/(0.2×91)=

20、188.06kg. 選用12螺栓，其最大夾緊力為460kg＞=188.06kg 故此方案可行. 結論 通過這次專業(yè)綜合設計，我學會了綜合設計的一般步驟，和如何書寫論文。 通過學習撰寫論文，我大體掌握調查研究和搜集資料的方法和手段，熟悉了學術論文的基本規(guī)范和寫作方法。通過這次設計，我感觸最深的就是：設計過程中一定要以嚴謹、科學的態(tài)度去對待，不論是在查資料還是在學軟件的過程中，都應該抱著仔細的態(tài)度去核實每一個細小的環(huán)節(jié)。 通過本次夾具設計，讓我鞏固了專用夾具的相關知識：1.機床夾具是由定位元件、夾緊裝置、對刀元件、夾具體等部分組成的,機床夾具設計也就是針對夾具組成的各

21、個部分進行設計,其中定位與夾緊量個環(huán)節(jié)是夾具設計的重點；2.定位就是確定工件在夾具中的正確位置,是通過在夾具上設置正確的定位元件與工件定位面的接觸來實現(xiàn)的。工件的定位有完全定位和不完全定位,要根據(jù)其具體加工要求而定,欠定位在夾具設計種是不容許的,而過定位則有條件地采用；3.通常，由于定位副制造不準確或采用了基準不重合定位等原因,定位過程中會引入定位誤差,定位誤差的計算要根據(jù)具體情況分析計算；4.夾緊是為了克服切削力等外力干擾而使工件在空間中保持正確的定位位置的一種手段，夾緊一般在定位步驟之后,有時定位與夾緊是同時進行的。5.車、銑、鉆、磨等不同的機床其夾具設計具有各自典型特點,應根據(jù)具體設計任

22、務,遵循夾具設計的基本要求和步驟進行設計。加深了對機械夾具設計的理解。 通過這三周的專業(yè)綜合設計，我重新復習了以前學過的機械加工工藝學、互換性測量等專業(yè)課知識，讓我對以前學過的相關專業(yè)知識有了進一步的理解和認識，懂得了如何去應用它們，同時讓我我感覺到了自己對以前所學的知識不足之處，我以后一定要更加努力。 致謝 首先，感謝學校給予我們這次機會，讓我們對設計有所了解和掌握，更加的接近步入社會后的工作。 其次，感謝本次設計的指導老師潘老師和牟老師。本次專業(yè)綜合設計論文是在潘老師和牟老師的親切關懷和悉心指導下完成的。牟老師嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精

23、的工作作風，深深地感染和激勵著我。潘老師在論文的書寫，資料的搜集給予了我們極大地幫助。 再次，感謝我的同學們，是你們在我平時設計中和我一起探討問題，并指出我設計上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把設計順利的進行下去，沒有你們的幫助我不可能這樣順利地結稿，在此表示深深的謝意。 最后，再次對關心、幫助我的老師們和同學們表示衷心地感謝！ 參考文獻 [1] 濮良貴. 紀名剛主編. 機械設計 .北京:高等教育出版社，2006. [2] 孫恒，陳作模，葛文杰主編. 機械原理 .北京:高等教育出版社，2006. [3] 王

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