齿飞面双卧多轴夹具设计

目 录

序言------------------------------------------------------1 第一章： 课题简介-------------------------------------------2 第二章： 加工对象及分析-------------------------------------4

1 零件示意图-----------------------------------------4

2 问题的提出-----------------------------------------5

3 定位和夹紧方案-------------------------------------6

4 方案对比-------------------------------------------6

5 方案确定-------------------------------------------8

6 设计钻模------------------------------------------16

7 定位误差分析与计算--------------------------------20 第四章：小结---------------------------------------------25 参考文献-------------------------------------------------27

序 言

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、 技 术基础课以及大部分专业课程后进行的。 这是我们在进行毕业之前对 所学各课程的一次深入的综合性的总复习， 也是一次理论联系实际的 训练，因此，它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。

就我而言， 我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作 进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，从 而更好的以积极向上的态度来对待工作能溶入到实践中去。 我们做毕 业设计目的是：

1、学生综合分析和解决本专业的一般工艺技术问题的独立工作 能力，拓宽和深化学生的知识。

2、学生树立正确的设计思路，设计构思和创新思维，掌握工艺 设计的一般程序.规范和方法。

3、学生正确使用技术资料.国家标准，有关手册.图册等工具书。 进行设计计算.数据处理.编写技术文件等方面的工作能力。

4、学生今昔功能调查研究。面向实际。面向生产。向工人和工 程技术人员学习的基本工作态度.工作作风和工作方法。

第一章 课题简介

本课题的来源：扬州柴油机厂为机体齿飞面双卧多轴夹具设计。 柴油机多轴箱体为柴油机主要组成部分之一， 其作用是用于支撑多个 轴以及辅助零件能够使他们很好配合， 使机器能够在这一配合下正常 运转。 其夹具是通过液压系统装置将力传到压板上以固定箱体并且用 到活动定位销与定位基面定位的定位销来限制被加工零件的自由度， 以便于对工件进行加工。

此夹具所需要加工的齿面及飞面，由于在一个箱体上，箱体的宽 度 526.75 mm，高度为 ：长冲程机体高度为 388.3，短冲程机体高度 为 364.8。因为需要用到钻孔.镗孔所以要考虑到齿面及飞面的钻套， 又因为箱体表面并不是平整均匀的所以需要钻模板， 考虑到柴油机是 批量生产的，所以最好多利用可换钻套，同时要设计导向以用于提供 钻套导向进行钻加工。并且考虑到机床刀架与夹具间不互相碰撞。所 以根据上面的要求设计夹具，要做到：良好的定位，夹紧，自锁能力 要强，精度合理便于拆装。

两活动定位销距离在 140-270 之间为宜， 固定的基面定位销之间 的距离为 372 左右为好 。

夹具导向板与孔轴线对导轨平行度为 0.0.15/150

主轴回转轴线和夹具导向孔轴线成等距度 0.03

机床所有通用件及专用件均在 102Vx02~Z03-20 夹具上下 导向精度要求不低于 0.25±0.005

第二章 加工对象分析

一 零件示意图

柴油机箱体结构比较复杂，零件上有多处需要钻孔，镗孔。材料 为铸铁，毛坯为铸造件，从结构上看，有多处筋板侧面凹凸不平，因 此给定位带来困难

柴油机齿飞面箱体的简单视图如下

图 1 飞面箱体造型

柴油机齿面和飞面需要加工的孔有 7-ф35HT,6-ф22HT,ф30HT 的

孔。这些孔的极限偏差±0.01mm。

因为钻孔所达到的精度为 6 级精度即可以

二问题的提出

柴油机齿面飞面多以孔为主，而这些孔有一定的精度要求但加工 本工序时因为表面并不平滑而是有一定的弯曲度则给钻孔带来一定 的难度，所以用通用的夹具是不容易加工的，设计夹具的目的是在于 提高劳动生产率，降低劳动强度同时要保证精度，单孔钻加工不太适 合这里的情况，所以用钻模板可以提高效率。以为是齿面和飞面所以 要设计 2 块钻模板，即齿面钻模钣和飞面钻模板。同时要考虑钻模板 的钻套，如何定位等等。不仅仅要符合要求还要达到更好的性价比。

第三章 定位和夹紧方案

一方案

1 定位基准方案一

由零件图可知 7-ф35HT,6-ф22HT,ф30HT 的孔的端面在齿飞面 上不是均匀分布。定位基准选择底面则可以限制 x 方向旋转，y 方向 旋转，z 方向移动三个自由度.因为底部有几个孔，如果采用短销定 位就可以约束 x 方向旋转，y 方向旋转两个自由度，而往往夹紧

部分与短销平行就可以完全定位， 在其侧面利用一导向板起导向作用 则可以调

整它的方向， 另一侧采用双联联动板可以调整箱体与下支撑板的平行 度。

夹紧方案

箱体定位元件是两个定位销，两个活动定位销，两联动导向板。下 底面，往往夹紧机构与定位销平行夹紧则选择商标面用压板夹紧。查 《夹具设计手册》（表 10-32）中选用螺纹夹紧机构，但考虑到柴油 机箱体的尺寸和重量， 螺纹机构最大的缺陷是需要人工手动不适合加 工大的工件，和大量的加工。所以为了减小劳动强度提高效率，采用 液压夹紧。 将液压系统的力作用于上面的压板来固定箱体从而起到夹 紧作用

2 定位基准方案二

柴油机齿面定位也是以底面定位，可以约束 x 方向旋转，y 方向旋转，z 方向移动三个自由度，以另一面为基准定位，可以 定位于则可以定位。 如果采用底面完全定位就要使底面加工精度 过高给加工带来难度。况且不可以调整底面的尺寸。如果采用双 联传动板，侧面用一导向板作为引导侧面与齿飞面密切贴合。而 双联传动板以两部分组成，以一根引导棒来连接两悬挂的传动 板。当齿飞面放置在夹具中，会出现齿面飞面钻模板与地面出现 间隙调整一头的杆子则可以使另一端杆移动直到需要的面能够 紧密贴合为止， 而一面贴合时虽然夹紧但另一面则可能会产生间 隙，则可以调整导向板使柴油机箱体侧面与夹具侧面贴合，则可 以定位，而第一种定位方案为一定位销，虽然可以保证不移动而一 个销强度不一定够且可能会损坏箱体，则选择这种方法比较合理。

图 2 导向板

所以经过对比，选取方案内容如下：

柴油机齿面定位也是以底面定位，可以约束 x 方向旋转，y 方向旋 转，z 方向移动三个自由度，以另一面为基准定位，可以定位于则可 以定位。 如果采用底面完全定位就要使底面加工精度过高给加工带来 难度。况且不可以调整底面的尺寸。如果采用双联传动板，侧面用一 导向板作为引导侧面与齿飞面密切贴合。而双联传动板以两部分组 成，以一根引导棒来连接两悬挂的传动板。当齿飞面放置在夹具中， 会出现齿面飞面钻模板与地面出现间隙调整一头的杆子则可以使另 一端杆移动直到需要的面能够紧密贴合为止， 而一面贴合时虽然夹紧 但另一面则可能会产生间隙， 则可以调整导向板使柴油机箱体侧面与 夹具侧面贴合，则可以定位，而第一种定位方案为一定位销，虽然可 以保证不移动而一个销强度不一定够且可能会损坏箱体， 则选择这种 方法比较合理。

支撑板设计：

柴油机箱体与夹具下面相贴合为了能够很好的贴合， 由于想体底部面 积较大， 要选取适当的垫块， 以保证见效接触面积， 达到较好的平衡， 但同时考虑到柴油机箱体质量较大， 用一般的垫块不足以满足其支撑 强度要求， 所以设计四块支撑板。 同时用螺栓将其固定在机床夹具上， 并且在制造支撑板时需注意的是支撑板在同一夹具上， 需要同时磨出

以保证等高。

图 3 支撑板图

在支撑板上童谣要考虑接触面积所以将其表面制造成有一段段沟槽， 无要求只要平均分布凸处宽度在 40mm 左右即可。总长度在 345mm。 二设计钻模

由于箱体上孔比较多，且不是均匀分布，为了使加工简便，所以利 用钻模板来加工，为了可以长期的使用钻模（即使用寿命），设计决 定使用可换钻套， 这样才能防止钻套在使用过度的情况下影响加工精 度甚至报废加工产品。

钻套的长度会影响导向性能。

一般是：

可换钻套 H=（1.5～3）d，其中 d 为钻套直径

一般加工低于工厂 8 级公差孔或粗镗时，镗杆选用工厂 6 级公差，由 于此孔加工精度为 此加工用可换钻套与钻模间隙配合达到 ≦0.01mm。可换钻套材料用 45 钢制造另外，外形尺寸与箱体所加工 的面大小一致最好，这样便于装夹定位，所以设计为下面形状

飞面钻模板同样齿面也是不规则， 孔也是没有一定规律的童谣需 要钻模板，且齿面的孔与非面的孔不一至，所以用同一块模板是不行 的，根据柴油机齿面的孔系设计方法类似于上面的飞面钻模板图形

零件放置为两个定位销，两个活动定位销，两联动导向板定位。 误差产生是由于销在圆心上的跳动和联动导向板的平面精度是其主 要原因。箱体在固定或压紧时，由于联动板表面精度为公差±0.012 则两联动板平衡度不超过 0.01mm。欲保证工作加工要求则可以选夹 紧再调整。

2 定位误差的计算

由于箱体放置在水平面上，基准是下底面，那么下底面保证尺寸

公差 0.012 而箱体本身需要加工到的尺寸公差为 0.0.12 则误差计算 定位误差

△ =0.012-（-0.012）=0.024mm 同理双联导向板上的误差计算 △=0.01-（0.01）=0.02mm 由于 0.02 大于零件加工尺寸所需要公差

则可以选用此方法价紧定位。

柴油机箱体定位元件改为双联传动板与两活动定位销和两固定销 还有导向板， 夹紧机构会适当调整由于靠材料为铸铁结构比较复杂而 铣端面力比较大，则需要使夹紧机构在册面和上面旋紧，而上面提过 为了提高效率，可以选用液压夹紧，这样可以节省时间且效率提高并 且降低劳动强度。计算刀具铣削时，切削力及夹紧力，铣刀选用：高 速钢，镶齿三面刃铣刀

则：F=CFap xf

f z y a e F Z /do a Fn w F （见《切削手册》表 3。28） 其中查表得

q=560,ap=3.0,Xf=2.0,fz=0.2,y=0.5,ae=20

F=560x3.0x0.2 0.72 x20 0.06 x20/2250.86

=2363(N)

水平力 FH=1.1x2363=2599.3

垂直分力 FN=0.3x2363=708.9

安全系数安全系数 K=K1K2K3K4

其中 K1 为基本安全系数 1.5

K2 为加工性质系数 1.1

K3 为刀具钝化系数 1.1

K4 为断续切削系数 1.1

所以 F`=F·FH=1.5x1.1x1.1x1.1x1.1x2363

=5189.5(N)

选用液压缸：

由于工件在钻孔之前要先进行铣削，则计算机床的切削力及夹紧 力

刀具：高速钢镶齿三面铣刀，ф225mm Z=20

F= c Fa x pFf2 y Fae u Fz

d o q Fn w F （见《切削手册》表 3.28）

其中查得 C F=650，ap=3.1,xF=1.0 ,fz=0.08,y1=0.72,a e=40 则 F=1456（N）

水平分力：FH=1.1F 实=1.1x1456=1601.6(N)

垂直分力：Fv=0.3F 实=0.7x1456=1019.2（N）

安全系数 K=K1K2K3K4

其中 K1 为基本安全系数 1.5

K2 为加工性质系数 1.1

K3 为刀具钝化系数 1.1

K4 为断续切削系数 1.1

所以 F`=FxFH=1.5x1.1x1.1x1.1xFH=3197.6(N)

选用液压夹紧 扩力比 i=3.42 为克服水平切削力，实际 夹紧力应该为 N（f1+f2）=KFH

N=KFH/(f1+f2)

其中 f1 f2 为夹具定位面和夹紧面上摩擦系数

取：f1=f2=0.25 则

N=F`/0.25=12790.4（N）

液压缸选用ф80（节约用材，制造成本低，轻便）

液压压强 P=0.5MPa

推力为 3900N 则得液压缸压力 N

N=3900i=13338N

夹具与工件位置图

图 4 夹具与工件位置图

夹具与机床总装配图：

因原文档太大，此文档%￥有部 分删除， 需完整的含 CAD 图的设计可 问原著要。