汽车制造工艺学课程设计

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课程设计

连杆盖16012的工艺规程及钻Φ题目

8.5两孔的工装夹具设计

学院汽车工程学院

专业车辆工程

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姓名

指导教师

2017 年 6 月13 日

目录

1、连杆盖的工艺路线

2、钻孔工序的工序简图

3、所设计夹具需要满足的加工要求

4、定位夹紧方案的选取与分析

5、夹具的结构介绍

6、分析计算

7、本设计的主要优点缺点分析

8、参考文献

3.所设计夹具应满足的加工要求

本道工序为在连杆盖两侧钻模钻2xM8.5的孔，并满足一定的精度要求，由于生产类型为成批，大批生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需设计专用夹具。

由于对加工精度要求不是很高，所以在本道工序加工时，主要考虑如何降低生产成本和降低劳动强度。

夹具体：夹具的定位、引导、夹紧装置装在夹具体上，使其成为一体，并能正确的安装在机床上。夹具体是将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体的最大最复杂的基础件。夹具体的形状和尺寸取决于夹具上各种装置的布置以及夹具与机床的连接，而且在零件的加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动，因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。切削加工过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上，切屑积聚过多将影响工件的可靠的定位和夹紧，因此设计夹具体时，必须考虑结构应便于排屑。此外，夹具体结构的工艺性、经济性以及操作和装拆的便捷性等，在设计时也应加以考虑。

夹具体设计的基本要求

（1）应有适当的精度和尺寸稳定性

夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面，应有适当的尺寸精度和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。

为使夹具体的尺寸保持稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。

（2）应有足够的强度和刚度

为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。

（3）应有良好的结构工艺性和使用性

夹具体一般外形尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，因此应特别注意其结构工艺性，应做到装卸工件方便，夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下，应尽量能减轻重量，缩小体积，力求简单。

（4）应便于排除切屑

在机械加工过程中，切屑会不断地积聚在夹具体周围，如不及时排除，切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度，切屑的抛甩可能缠绕定位元件，也会破坏定位精度，甚至发生安全事故。因此，对于加工过程中切屑产生不多的情况，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间：对于加工过程中切削产生较多的情况，一般应在夹具体上设置排屑槽。

（5）在机床上的安装应稳定可靠

夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，支承面积应足够大，安装基面应有较高的配合精度，保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空，大型夹具还应设置吊环或起重孔。

工件装夹方案确定以后，根据定位元件及夹紧机构所需要的空间范围及机床工作台的尺寸，确定夹具体的结构尺寸，然后绘制夹具总图。

4、定位夹紧方案的选取与分析

4.1定位基准的选择

该工序要求中心线与端面（有位置要求，因此可以得出该孔在两个侧面的正中心上，并且还要求其孔为通孔，由于端面经过精铣，精度比较高，因而工序基准为端面A，为了便于加工，选取适当的定位基准，保证其加工要求。夹具设计应首先满足这些要求，在保证较高的生产效率的前提下，还应考虑夹具体制造工艺性和生产经济性。加工过程中夹具的操作应方便，定位夹紧稳定可靠，并且夹具体应具有较好的刚性。

据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是

使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。圆台外圆及两侧面都已加工好，为.了使定位误差减小，选择已加工好的端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具。

4.2夹具方案的设计

如图所示，为了加工通孔，必须使其完全定位。因此初步的设计方案如下, 方案：

首先必须明确其加工时应如图所示，这样水平放置，便于钻床加工。那么要使其完全定位，可以采用:一面加固定V型块和滑动V型块定位，这样既简单又方便。如上图所示，一底面限制的自由度有3个，一个固定V型块限制两个自由度，一个滑动V型块限制限制一个自由度，为使定位可靠，加工稳定，我所设计的定位方案，总共限制了工件的全部6个自由度，属于完全定位。

在该定位方案中，一个支撑面顶住，限制了z轴的移动，x轴的旋转，y轴的旋转三个移动自由度。一个固定V型块限制了y轴的移动，x轴的移动，一个滑动V型块限制了z轴的旋转，这样6个自由度全部被限制

根据上面叙述选择方案。

5、夹具结构介绍

该夹具采用了一个固定V型块和一个活动V型块以及下面的一个平面实现了对工件的完全定位。固定的V型块用两个定位销实现了定位，同时用两个螺栓进行夹紧定位，而活动的V型块利用两侧的限位板实现了对其的引导和定位，在其右侧有一个人工夹紧装置，靠这个实现对工件的夹紧。夹具上部带有钻模板，上面有钻套，它的定位依靠两个定位销实现，并用两个螺栓夹紧，将其设计为可拆卸式的，是为了节省夹具体的空间，降低成本，方便工件的装夹。本道工序的目的是给工件钻孔，所以夹具体的下部选择为中空的，对孔的加工处还额外留了尺寸比预加工孔的直径更大的通孔，以免未夹装好工件而出现误差，导致钻头破坏了夹具体。具体夹具结构详见夹具装配总图。

6、分析与计算

6.1 刀具的切削力计算

（1）刀具：刀具用高速钢刀具钻头

机床： Z525机床

切削力公式： 1.20.7667f P F D f K =

式中 D=8.5mm 0.22/f mm r =

查表821--得：0.75()736b

p K σ=

其中：0.6b σ=,0.0048p K =

即：955.08()f F N =

实际所需夹紧力：由参考文献[5]表1212--得：

12

K F K W μμ?=+ 有：120.7,0.16μμ==

安全系数K 可按下式计算有：

6543210K K K K K K K K =

式中：60~K K 为各种因素的安全系数，查表可得：

1.2 1.0 1.0 1.0 1.3 1.0 1.0 1.56K =??????=

所以 955.08 1.561489.92()K f W K F N =?=?=

6.2 夹紧力的计算

选用夹紧螺钉夹紧机 由()F K f f N '=+21

其中f 为夹紧面上的摩擦系数，取25.021==f f

F=z P +G G 为工件自重

N f f F N 4.35512

1=+'=∴ 夹紧螺钉： 公称直径d=6mm ，材料铝合金钢

MPa B 1006?=σ MPa B s 48010

8=?=σσ 螺钉疲劳极限：MPa B 19260032.032.01=?==-σσ

极限应力幅：MPa k k k m a 76.511lim ==-σεσσμ

许用应力幅：[][]

MPa S a a a 3.17lim ==σσ 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 [][]s s στ=

[s]=2.5~4 取[s]=4

得 []MPa 120=τ

[]τπ≤=?8.2242c H

d F 满足要求

[]σπ≤=??MPa d N c

1543.12 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，

使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力

6.3 定位误差分析

（1）定位元件尺寸及公差确定。

夹具的主要定位元件为一平面和V 型块间隙配合。

（2） 工件的工序基准为大圆轴线，本夹具是用来在卧式镗床上加工，所以

工件两侧面与夹具上的V 型块保持固定接触。工件的定位基准为工件两侧面。

该夹具以一面两V 型块定位，两V 型块尺寸公差为80。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。

g w j δ≤?+?

与机床夹具有关的加工误差j ?，一般可用下式表示：

M j j j W D A D Z W j ??????+?+?+?+?=?

由参考文献[5]可得：

⑴ V 型块的定位误差 ：

111min D W D d δδ??=++?

其中

10.052D mm δ=

10.011d mm δ=

1min 0mm ?=

得：

0.063D W mm ??=

⑵ 夹紧误差 ：αcos )(min max y y j j -=?? 其中接触变形位移值：

1()()19.62n HB Z y RaZ aZ k N k R c HB l

?=++ 查[5]表1～2～15有10.004,0.0016,0.412,0.7Raz HB K K C n ==-==。

cos 0.0028j j y mm α??=?=

⑶ 磨损造成的加工误差：M j ??通常不超过mm 005.0

⑷ 夹具相对刀具位置误差：A D ??取mm 01.0

误差总和：0.0850.3j w mm mm ?+?=<

从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。

7、本设计的主要优缺点分析

优点：本设计结构简单，制造方便，成本较低，能达到较高的精度要求，且工件的装夹方便，适合小批量的工件生产。

缺点：工序基准和定位基准不重合，会造成误差，不易实现自动化生产，所以不能大批量生产工件。

8、参考文献

1、徐洪本 ．机床夹具设计手册．辽宁科技大学出版社．2004.3

2、付风岚等．公差与检测技术．科学出版社．2006.9

3、王先逵等．机械加工工艺手册．机械工业出版社．2007.9

4、陈宏钧．金属切削速算手册．机械工业出版社．2007.9