管接头加工夹具毕业设计论文

论文
管接头及夹具设计
设计者：陈鑫
专业：数控技术
班级：08-311
指导教师：戚克强
设计截止时间：2010年11月5日-----2011年6月20日
前言
在机械制造业中，数控加工技术已经越来越受到重视。

随着计算机技术为主流的现代科技技术发展和市场产品竞争的加剧，传统的机械制造技术很难满足现代产品多样化的发展和日新月异的换代速度。

面对多品种小批量生产比重的加大，产品交货质量和成本要求的提高，要求现代的制造技术具有很高的柔性。

如何能增强机械制造业对外界因素的适应能力以及产品适应市场的变化能力，就需要我们能利用现代数控技术的灵活性，最大限度的应用于机械制造行业。

将机械设备的功能、效率、可靠性和产品质量提高到一个新的水平，从而满足现代市场的竞争需求。

本次毕业设计课题来源于生产。

管接头加工及保证相应的位置精度。

在加工设计过程中，为了降低零件的制造成本，应尽可能减少装夹次数，使用专用夹具以缩短加工时间。

在对零件加工之前，需对被加工零件孔的分布情况及所要达到的要求进行分析，如零件各部位尺寸、材料、形状、硬度及加工精度和表面粗糙度等内容。

接下来是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件工序图，加工示意图，机床尺寸联系图，编制生产率计算卡。

最后，就是技术设计和工作设计。

技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡”，设计夹具等部件正式总图；工作设计即绘制各个专用部件的施工图样，编制各零部件明细表。

夹具设计是数控机床设计中的重要部分，夹具设计的合理与否，直接影响到被加工零件的加工精度等参数。

首先确定工件的定位方式，然后进行误差分析，确定夹紧方式，夹紧力的计算，对夹具的主要零件进行结构设计。

在夹具设计中，设计的主要思路是采用“一面两销”的定位方法，和液压夹紧机构，这样设计主要是为了钻、镗孔时的准确定位和高效率的生产要求。

液压夹紧方式解决了手动夹紧时夹紧力不一致、误差大、精度低、工人劳动强度大等缺点。

在老师的指导下，不断地对设计中的错误进行纠正，确定最好的定位夹紧方案；同时与同组同学进行探讨计算出准确的数据选择合理的通用部件。

在不断的探讨修改中历经3个月终于完成了这一课题的设计。

目录
前言......................................................................................................错误！未定义书签。

目录 (1)
摘要 (1)
一零件加工 ····························································································错误！未定义书签。

（一）零件加工工艺说明书[2] .......................................................... .错误！未定义书签。

（二）定位基准的选择 (2)
（三）毛胚的确定 (2)
（四）零件工艺卡和工艺简图 (2)
（五）零件图 (2)
（六）零件图工艺分析 (2)
（七）零件结构工艺性的分析 (2)
（八）切削加工顺序的安排原则 (2)
（九）确定零件的加工顺序及进给路线 (2)
（十）加工刀具的选择 (2)
（十一）切削用量的选择及计算 (2)
二夹具设计特点 ····················································································错误！未定义书签。

（一）确定夹具的类型[1] ................................................................... 错误！未定义书签。

（二）钻模的主要类型 ...................................................................... 错误！未定义书签。

（三）夹具特点[2] ............................................................................... 错误！未定义书签。

（四）夹具图 (5)
三工件的夹紧计算及其选择 ···································································错误！未定义书签。

（一）工件的夹紧 ................................................................................ 错误！未定义书签。

3.1.1 夹紧基本原理理论[1]·······················································错误！未定义书签。

3.1.2 夹紧座[2] [4] [6]··································································错误！未定义书签。

3.1.3 夹紧压板 ·········································································错误！未定义书签。

3.1.4夹紧螺钉[1] [4] ··································································错误！未定义书签。

（二）夹紧力的选择 .......................................................................... 错误！未定义书签。

3.2.1 夹紧力方向 ·····································································错误！未定义书签。

3.2.2 夹紧力的作用点································································错误！未定义书签。

3.2.3 夹紧力的计算 ·································································错误！未定义书签。

3.2.4 夹具精度计算与分析[3] ···················································错误！未定义书签。

四夹具结构分析与设计·········································································错误！未定义书签。

（一）夹具的夹紧装置和定位装置[1] [2] ........................................... 错误！未定义书签。

（二）夹具的导向[1] ........................................................................... 错误！未定义书签。

（三）总体分析夹具 .......................................................................... 错误！未定义书签。

总结····································································································错误！未定义书签。

参考文献····································································································错误！未定义书签。

致谢····································································································错误！未定义书签。

摘要
机械制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志，也是国际间科技竞争的重点。

我国正处于经济发展的关键时期，制造技术是我们的薄弱环节。

PC机进入数控领域，极大的促进了数控技术的发展，也为我国在数控生产领域赶超发达国家提供了机遇。

跟上发展先进数控制造技术的世界潮流，将其放在战略优先地位，并以足够的力度予以实施，尽快缩小与发达国家的差距，在激烈的市场竞争中立于不败之地。

同时，数控加工技术的发展孕育产生大量的数控专业技术人才，进而推动我国现代机械制造业进一步走向繁荣。

在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的，用以固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工的一种工艺装备，统称为夹具。

因此，无论是在机械加工，装配，检验，还是在焊接，热处理等冷，热工艺中，以及运输工作中都大量采用夹具。

但在机械加工中应用最为广泛的是金属切削机床上使用的夹具，我们称其为机床夹具。

它在保证产品优质，高产，低成本，充分发挥现有设备的潜力，以便工人掌握复杂或精密零件加工技术，以减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。

因此，机床夹具的设计和使用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。

本文主要围绕管接头及夹具设计为中心。

，首先通过加工管接头让我们对夹具设计及机械加工有了初步的了解，特别是数控加工及零件夹具设计的了解更为深刻。

然后，在导师的指导下，对零件加工设计及夹具设计方案进行分析和选择。

选定方案后，。

通过查阅相关零件加工及夹具设计书籍和相关图例在零件加工过程中，在查阅了相关文献后，参考相关资料完成零件的总体设计。

一管接头总体设计
管接头总体设计,就是依据产品的装配图样和零件图样,产品的生产纲领,
现有生产条件和资料以及国内外同类产品的有关工艺资料等,拟订管接头工艺方案和结构方案,并进行方案图样和有关技术文件的设计。

（一）管接头工艺方案的制定
制订工艺方案是设计组合机床最重要的步骤.为了使工艺方案制订得合理、先进，必须认真分析被加工零件图纸开始，深入现场全面了解被加工零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求及生产率要求等，总结设计、制造、使用单位和操作者丰富的实践经验，理论与生产实际紧密结合，从而确定零件在组合机床上完成的工艺内容及方法。

根据所提供ZH1105W柴油机齿轮室盖的工序图，分析被加工零件的精度，表面粗糙度，技术要求，加工部位尺寸，形状结构；特点材料硬度。

工件刚性及零件的批量的大小不同，设计的组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。

此次设计的被加工零件是柴油机齿轮室盖,其主要的加工工序如下:
a.粗车外圆￠43
b.精车外圆￠40
c.钻孔4x￠8
d.车端面，后度7
e.铣4x￠8H8孔至￠9,
f.热处理，将管压弯，距底面47，与圆心距100
被加工零件材料为HT250，结构为薄壁类件，是三面加工。

根据各种要求，分析其优缺点，确定设计的组合机床采用机械卧式组合机床。

根据所需加工孔的尺寸精度和表面粗糙度，可以确定这些孔的加工采用麻花钻，即可满足要，为了保证孔的加工刀具的直径与加工部位尺寸相适应，需要专门设计制造。

数控车工序卡
单位名称xxx 产品名称或代号零件名称零件图号
xxx 管接头xxx
工序号程序编号夹具名称使用设备车间
001 三爪卡盘和专用夹具xxx
工序号工序内容刀具号刀具规格主轴转速切削速度背吃刀量备注
1 平端面T01 25X25 500 2
2 粗车轮廓T01 25X25 800 100 0.2
3 精车轮廓T01 25X25 1100 80 0.2
编制审核批准年月日共页第页
（二）定位基准的选择
正确选择数控机床加工工件采用的基准定位，是确保加工精度的重要条件。

本设计的管接头是薄壁类零件，薄壁类零件一般都有较高精度的孔和面需要加工，又常常要在几次安装下进行。

因此，定位基准选择“一面双孔”是最常用的方法，其特点是：（a）可以简单地消除工件的6个自由度，使工件获得稳定可靠的定位。

（b）有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。

（c）“一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过
程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件加工精度。

（d）易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切屑落于定位基面上。

具体定位图形见工序图采用的是“一面两销”的定位方案，以工件的右侧面为定位基准面，约束了z向的转动；x向的移动；y向的转动3个自由度。

短定位销约束了z向的移动；y向的移动2个自由度。

长定位销约束了x向的转动1个自由度。

这样工件的6个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。

（三）毛胚的确定
由于零件的形状特殊，如果直接加工会增加成本，最后所产生的经济效益不明显，说以建议选择毛胚时应选择铸造件
（四）零件图
（五）刀具的选择
考虑到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生产率要求等因素，所以加工4
个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花钻,粗车及平端面用90度硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉，副偏角不宜太小。

为减少刀具数量和换刀次数，精车用硬质合金60度外螺纹刀，需要短柄镗刀
数控加工刀具卡片
产品名称和代号xxxxx 零件名称管接头零件图号xxx
序号刀具号刀具规格名称数量加工表面道具半径备注
1 车端面及粗车轮廓
1 T01 硬质合金90外圆
车刀
2
T02
硬质合金45端面车刀
1
车端面及倒圆角
3 T03 钻头 1 钻孔
4 编程
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第 页
1右侧面钻4-￠9
A. 切削用量的选择
根据参考文献[1]查表6-11高速钢钻头切削用量。

加工材料为铸铁，硬度200～241HBS,可知切削速度为10～18m/min,孔径6～12mm 。

进给量f mm/r 0.1～0.18mm/r 。

钻孔的切削用量还与钻孔的深度有关，当加工铸铁件孔深为钻头直径的6-8倍时，在组合机床上通常都是和其他浅孔一样采取一次走刀的办法加工出来的，不过加工这种较深孔的切削用量要适当降低些。

切削速度()min /13min /m m v c = 进给量()min /13.0/m r mm f = 转速min /014.4609
14.313
100010000r d v n =⨯⨯==
π （2-1） 可由参考文献[12]表2.17可知圆整为470r/min 。

实际切削速度min /282.131000470
914.31000m Dn v c =⨯⨯==
π （2-2） 工进速度min /1.6147013.0*mm n f v f =⨯== （2-3） 工进时间min 28.11
.6178===
f f v h t 其中h 为3-￠9的深度。

（2-4） （六）零件工艺图分析
通过对零件图的分析可以确定零件的工艺： 1用去除材料的方法将毛胚的底面加工到厚度为7MM 2在底面上钻孔4-￠8 3在镗床上将孔精加工4-￠9 4以底面为定位面加工凸台
（八）切削加工顺序的安排原则
为了提高切削加工质量，切削加工顺序的安排尤其重要，在切削加工顺序安排上有以下几个原则：如
1．基面先行原则 用作基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。

2先粗后精 切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。

3先近后远 尽可能采用最少的
装夹次数和最少的刀具数量，以减少重新定位或换刀所引起的误差。

4．先内后外，内外交叉对既有内表面(内腔)，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内、外表面的粗加工，后进行内、外表面的精加工。

（九）确定零件的加工顺序及进给路线
为了保证零件的加工质量，在零件的加工顺序及进给路线上的安排也应该做到精益求精，所以通过对此零件零件图的分析，可以确定该零件的加工顺序应是先加工底面及底面上的四个销孔，然后以底面及销孔定位在加工外圆
（十）加工刀具的选择
刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。

应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。

刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。

在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。

生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

二夹具设计特点
（一）确定夹具的类型及特点
夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。

在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。

在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。

机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。

常用的分类方法有以下几种
１按夹具的使用特点分类
根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类
（1）通用夹具
已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，其结构、尺寸已规格化，而且具有一定通用性，如三爪自定心卡盘、机床用平口虎钳、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架和磁力工作台等。

这类夹具适应性强，可用于装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。

这些夹具已作为机床附件由专门工厂制造供应，只需选购即可。

其缺点是夹具的精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故一般适用于单件小批量生产中
（2）专用夹具
专为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。

在产品相对稳定、批量较大的生产中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。

专用夹具的设计周期较长、投资较大。

专用夹具一般在批量生产中使用。

除大批大量生产之外，中小批量生产中也需要采用一些专用夹具，
但在结构设计时要进行具体的技术经济分析。

（3）可调夹具
某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调夹具。

可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。

对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。

它一般又可分为通用可调夹具和成组夹具两种。

前者的通用范围比通用夹具更大；后者则是一种专用可调夹具，它按成组原理设计并能加工一族相似的工件，故在多品种，中、小批量生产中使用有较好的经济效果。

（4）组合夹具
采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。

组合夹具是一种模块化的夹具。

标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具。

夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新的夹具。

由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有减少专用夹具数量等优点，因此组合夹具在单件，中、小批量多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。

（5）拼装夹具
用专门的标准化、系列化的拼装零部件拼装而成的夹具，称为拼装夹具。

它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。

它的基础板和夹紧部件中常带有小型液压缸。

有以上原则以及通过对零件图的分析可以确定该零件加工过程中需要的是专用夹具，所以需要专门设计一款夹具以便于加工，使得加工效率提高，同时使成本降低，从而提高经济效益。

（二）钻模的主要类型1固定式钻模固定式钻模特点是加工中，钻模固定不动，用于立式钻床上加工单孔或摇壁钻床上加工位于同一方向上平行孔素。

如图1所示，钻模板3用若干个螺钉2和两个圆柱定位销1固连夹具体4上，钻模板可装配时调整位置。

除用上述螺钉、销连接外、还可以采用焊接结构或直接铸造成一体。

固定式钻模板结构简单，制造方便，定位精度高，但装卸工件不便。

2回转式钻模回转式钻模用于加工工件上围绕某一轴线公布轴向或径向孔系。

图2为加工套筒上三圈径向孔回转式钻木木模。

工件以内孔和一个端面定位轴3和公度盘2端面A上定位，用螺母4夹紧工件。

钻完一排孔后，将分度销5拉出，松开螺母1，即可转动分度盘2另一位置，再插入公度销，拧紧螺母1和4后，即查行另一排孔加工。

3移动式钻模移动式钻模用立式钻床上，先后钻削工件同一表面上多个孔，属于小型夹具。

移动方式有两种：一种是自由移动，另一种是定向移动，用专门设计导轨和定程机构来控制移动方向和距离。

4翻转式钻模加工中，翻转式钻模一般用手进行翻转。

夹具和工件一起总重量不能太重，一般不超过100N为宜，翻转式钻模主要用于加工小型工件分布不同表面上孔。

它可以减少安装次数，提高各被加工孔间位置精度。

其加工批量不宜过大。

5盖板式钻模盖板式钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接安装钻模板上。

它主要特点是钻模工件上定位，夹具结构简单，轻便，易清除切屑。

盖板式钻模适合体积大而笨重工件上小孔加工。

中小批量生产，凡需钻铰后立即进行倒角、锪孔、攻螺纹等工序时，采用盖板工钻模也极为方便。

，盖板式钻模每次需从工件上装卸，比较费时，故钻模重量一般不宜超过100N。

（四）夹具图
三 夹具设计
夹具是组合机床的重要组成部分，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。

它是用于实现被加工零件的准确定位、夹压、刀具的导向以及装卸工件时的限位等作用。

（一） 定位原理及其实现
根据被加工零件的结构特征，选择定位基准，实现六点定位原理,即以工件的右侧面为定位基准面，约束了z 向的转动；x 向的移动；y 向的转动3个自由度。

短定位销约束了z 向的移动；y 向的移动2个自由度。

长定位销约束了x 向的转动1个自由度。

这样工件的6个自由度被完全被消除也就得到了完全的定位。

（二） 误差分析
一批工件依次在夹具中进行定位时，由于工序基准的变动对加工表面尺寸所造成的极限
值之差称为定位误差。

产生定位误差的原因是工序基准与定位基准不相重合或工序基准自身在位置上发生偏移或位移所引起的。

1 影响加工精度的因素
用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹具有关的因素有：定位误差ΔP 、对刀误差ΔT 、夹具在机床上的安装误差ΔA 和夹具误差ΔE ，在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差ΔG 。

上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差∑Δ。

a.定位误差ΔD
（1）第一类误差
第一类误差是指工件在夹具上定位时所产生的那部分定位误差
基准不重合误差是由于定位基准和工序基准不重合而产生的那部分定位误差。

在本设计中，由于定位误差和工序基准是重合的，所以基准不重合误差为0。

（2）第二类误差
第二类误差是定位元件对夹具三基准面的尺寸误差及位置度所产生的那一部分定位误差。

当支承面即工件底面对夹具的安装基准（底面）有平行度误差及支承面对夹具的对刀基准（钻套轴线）有位置误差，被加工孔的定位误差为
移动误差： J L L 1'
1δ=∆ （3-1）
J L L 2'
2δ=∆ J L L 3'
3δ=∆
转动误差： φ∆=∆H L '
'1 （3-2）
ϕ∆=∆H L '
'2
γ∆=∆H L '
'3
故定位误差为
φδ∆+=∆+∆=∆H L L L L J D W 1'
'1'11)( （3-3）
ϕδ∆+=∆+∆=∆H L L L L J D W 2''2'
22)( γδ∆+=∆+∆=∆H L L L L J D W 3''3'33)(
按标注的测量尺寸：
14.007.0321=±===J J J L L L δδδ 100/05.0=∆=∆=∆γϕφ 将上述数值代入定位误差计算公式，则得：
mm L D W 19.0100/05.010014.0)(1=⨯+=∆ mm L D W 19.0100/05.010014.0)(2=⨯+=∆ mm L D W 19.0100/05.010014.0)(3=⨯+=∆ b.对刀误差ΔT
因为刀具相对于对刀或导向装置不精确造成的加工误差，称为对刀误差。

本工序中麻花钻是采用模板进行导向，钻孔时导向误差计算公式为： l
b
h d d p me d d K d d K
L +-±±-±-±∂±)(221123' （3-4） 即得导向误差04.0202.0=⨯=∆T mm
c.夹具在机床上的安装误差ΔA
因为夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。

一般取： Δ水A =0.02mm Δ
垂A
=0mm
d.夹具误差ΔE
因夹具上定位元件，对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。

一般取ΔE=0.04mm
e.加工方法误差ΔG
因机床精度，刀具精度，刀具与机床的位置精度，工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差，因该项误差影响因素很多，又不便于计算，所以常根据
经验为它留出工件公差的31。

计算时可设ΔG=3
k δ。

k δ——工件位置公差取0.20
ΔG=
m m k
067.020.03
1
3=⨯=δ （3-5） 2保证加工精度
工件在夹具中加工时，总加工误差∑Δ为上述各项误差之和。

由于上述误差均为独立随机误差，应用概率法加，因此，保证工件加工精度条件是：
2
2
2
2
2
g e a t p ∆+∆+∆+∆+∆=∆∑ （3-6）
176.0067.004.002.007.014.022222=++++= 即工件总加工误差∑Δ应不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夹具完全可以保证加工精度。

为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时需留出一定精度储备量c J ，因此将上式改为：
∆∑
≤k δ－c J → c J =k δ－∆∑ （3-7）
当c J ≥0时夹具能满足加工要求，根据以上
c J =k δ－∆∑=0.20-0.176=0.024≥0 所以夹具完全可以满足加工要求。

3 夹紧方式
夹紧装置中产生源动力的部分叫做力源装置，常用的力源装置有气动、液压、电动等夹紧
装置中直接与工件的被夹压面接触并完成压夹作用的元件称为夹紧元件，本设计采用了液压夹紧，解决了手动夹紧是夹紧力不一致，误差大，精度低，工人劳动强度大等缺点。

由于油液的不可压缩性，能传递较大的压力，一般工作压力可达551065~1050⨯⨯pa,比气压大10多倍，因此，在产生同样作用力的情况下，油缸直径可以小许多倍，使夹具结构更为紧凑。

.4 夹紧力的数值计算
选择夹紧力的作用点和方向应注意： a) 夹紧力应朝向主要限位面；。