曲轴钻床夹具设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流曲轴钻床夹具设计.精品文档.河南工业职业技术学院Henan Polytechnic Institute机床夹具课程设计说明书题目 曲轴臂螺栓孔的钻床夹具设计 系别 机 械 工 程 系 专业 机 械 设 计 制 造 班级 机 制 1 0 0 4 姓名 刘 计 学号 0101100401 指导教师 刘 吉 彪 日期 2012年11月11日 序 言& K4 J5 u5 l工装夹具就是用夹具将需要加工的零件准确定位和可靠夹紧，便于工序的快速顺利进行并且保证要加工零件的结构精度方面要求的工艺装备。工装夹具的对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速生产实

2、现机械化、自动化进程等方面起着非常重要的作用。 0 j W/ v1 1 G6 D& A% b0 : w7 G% q& j) 工装夹具的主要作用有以下几个方面：0 o: DM( + s: O（1）准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。9 A1 a$ + N1 |（2）有效的防止和减轻了零件变形。& A# L9 p$ e4 h7 c6 R* t/ w（3）使工件处于最佳的加工部位，工艺缺陷明显降低，加工速度得以提高。3 V- r4 c! c; N: g$ y) P2 V（4）以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁

3、重的工作，改善了工人的劳动条件。 W. u 夹具设计的基本要求: Y$ J/ O. X+ l（1）、工装夹具应具备足够的强度和刚度。夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。 w) y, H! s- e3 （2）、夹紧的可靠性。夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求。既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。 ( P; o9 E. V r/ H, K! ) b（3）、便于零件的装卸。0 t- n- k ( Y: W8 q6 d（4）、良好的工艺性。所设计的夹具应便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零

4、件。设计时还要考虑车间现有的夹紧动力源、吊装能力及安装场地等因素，降低夹具制造成本。目 录序言 2一、夹具设计务.51、连杆零件图.42、连杆的重点技术要求分析.5二、连杆零件小头孔加工工序夹具设计方案的确定.61、基准面的选择（夹具体方式的确定）.62、定位方式及元器件选择.63、夹紧方式及元器件选择.74、装配方案.75、夹具总装结构 7三、定位误差分析与计算 .8四、主要零件设计的说明.91、夹具体.92、定位元件93、压紧元件94、其它元件9五、工装夹具的装配要求 .10六、工装夹具的使用说明.111、夹具的操作步骤112、夹具使用注意事项、保养及维护11七、本次课程设计小结、体会及建

5、议.12八、参考资料.13一 工装夹具设计任务1、连杆零件图 该曲轴零件的材料为QT600-2，毛坯为铸造件，所用机床为立式钻床Z525 附曲轴零件图2、曲轴的重点技术要求分析 1、公差要求 （1）曲轴臂螺栓孔的中心线与大头孔内壁A的平行度要求 （2）曲轴两孔中心线的距离是1000.05 （3）曲轴臂螺栓孔采用的配合为基轴制 2、精度及批量分析 （1）本工序有一定位置精度要求，属于批量生产，使用夹具加工是适当的。 （2）考虑到生产批量不是很大，因而夹具结构应尽可能的简单，以减小夹具的制造成本。根据该工件的加工要求可知该工序必须限制工件四个自由度，即x移动、z移动、x转动、y转动，但为了方便的控

6、制刀具的走刀位置，还应限制y移动、z转动两个自由度，因而工件的六个自由度都被限制，由分析可知要使定位基准与设计基准重合。选主轴颈中心线和侧板平面为定位基准。（见工序图） 图2-1 工序图二 工装夹具设计方案的确定1、基准面的选择（夹具体方式的确定）夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。在设计夹具体时应满足以下基本要求。 、具有足够的强度和刚度。 、结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。 、安

7、装稳定牢靠。 、结构的工艺性好，便于制造、装配和检验 、尺寸要稳定且具有一定精度。 、清理方便。2、定位方式及元器件选择 定位器的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不便的位置，在保证加工要求的情况下，限制足够的自由度。 工件的定位原理自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位A 选择间隙配合的刚性心轴加小端面的定位方式；B 采用活动V形块来确定工件的角向位置

8、3、夹紧方式及元器件选择 夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。 对夹紧机构的基本要求如下： 、夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。 、夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量 、夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。 、结构力求简单，便于制造和维修。为简化结构，确定采用螺纹夹紧，即在心轴上直接做出一段螺纹，并用螺母和开口垫圈锁紧。4、装配方案 将曲轴臂螺栓孔与螺栓配合5、夹具总装结构 图2-3夹具总装草图 物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动

9、自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位 将螺栓的大头孔与轴配合三 定位误差分析与计算1.分析计算孔的深度尺寸7的定位误差： 用外圆表面定位，工件定位面是外圆表面，定位元件的定位工作面是V形块对称面，定位基准是外圆中心线，当工件外圆直径发生变化时其中心线在V形块对称面上上下移动。定位误差计算如下：jb=1/2T(d)=1/2x0.022=0.011 (2-2) db=0.707(Td)=0.707x0.022=0.016dw=db-jb=0.005分析

10、计算孔中心线与侧板中心线的重合度误差：jb=0db=0dw=02.分析计算孔的深度尺寸7的定位误差：用外圆表面定位，工件定位面是外圆表面，定位元件的定位工作面是V形块对称面，定位基准是外圆中心线，当工件外圆直径发生变化时其中心线在V形块对称面上上下移动。定位误差计算如下：jb=1/2T(d)=1/2x0.022=0.011 (2-2)db=0.707(Td)=0.707x0.022=0.016dw=db-jb=0.0053.分析计算孔中心线与侧板中心线的重合度误差：jb=0db=0dw=0四 主要零件设计的说明1、夹具体综合考虑了结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择

11、夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体定位元件确定2、选择定位元件：由于本工序的定位面是主轴颈中心线和侧板平面，所以夹具上相应的定位元件选为两个V形块和一个平面。（注：定位基准选择及受力分析见工序图）定位元件 限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位，使用钻模套定位确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差、定位元件尺寸：由图可知此工序的加工精度要求不高，所以两固定V形块的尺寸由机床夹具设计手册P284图2-1-26得：(如图)T=H+0.707D-0.5N=170+0.707X110-0.5X85=170+77.77-42.5=205.3mm (2-1) V形块的宽

12、度根据工件的实际情况可选为60mm。 图2-2 V形块根据工件的实际情况，底版的长度选为454mm，宽度为188mm，高度为50mm。3、夹紧元件（1）计算切削力及所需加紧力：工件在加工时所受的力有加紧力J、切削力F和工件重力G，三者作用方向一至，由机床夹具设计手册表1-2-7得切削力的计算公式：Fx=667DsKp=667x22x700x650/726=1265.486N (2-3)实际所需加紧力与计算加紧力之间的关系为：F=KFx(K由表1-2-2查得为1.15)=1.15Fx=1.15x1265.486=1455.309N（2）计算加紧机构并验算机构所能产生的加紧力：满足加紧力水平作用要

13、求的加紧装置结构方案可用螺纹加紧机构，这种加紧方案装卸工件及清理切削方便，所以这种结构较好。加紧机构所能产生的加紧力F=Q（L1+L2）其中：加紧机构效率取0.9Q：螺栓的许用加紧力选定L1=L2根据机床夹具设计手册表3.3查得当螺纹公称直径M=20时，Q=13000F=2Q=2X13000X0.9=23400N (2-4)FF 故加紧方案可行。4、设计钻套，连接元件及夹具体，钻模板：由于此工件是中批量生产，固选用GB2264-80可换钻套，选用固定式钻模板。根据钻床T型槽的宽度，决定选用GB2206-80宽度B=14，公差带为h6的A型两个定位键来确定夹具在机床上的位置。夹具选用灰铸铁的铸造

14、夹具体，其基本厚度选为22mm，并在夹具体底部两端设计出供T型槽用螺栓紧固夹具用的U型槽耳座。采用夹紧器，可以避免表面质量被损坏5、其它元件螺旋夹紧器用于夹紧活动手柄，便于夹紧与松开定位钻模套五 工装夹具的装配要求1、发动机曲轴夹具的设计思路 曲轴除了具有轴的一般加工规律外，也有它的工艺特点，主要包括形状复杂，刚性差及技术要求高，针对这些特点应采取相应的措施，分析如下： 3.2.1形状复杂 曲轴主轴颈与连杆轴颈不在同一轴上线，偏心距有一定的尺寸要求，并且两有较高的位置度要求，同时主轴颈与连杆轴颈间有较大的平衡块，因此在工艺设计中应解决以下几点问题：a.设计加工连杆轴颈的偏心夹具，即连杆轴颈与机

15、床主轴重合，并使夹具能回转180度，加工另一连杆轴颈。b.为消除加工时的不平衡力的产生，设计夹具时应精确设计平衡重。 2、刚性差 因本曲轴长径比较大，同时具有曲拐，因此刚性较差。曲轴在切削力及自重的作用下会产生严重的扭曲及弯曲变形，特别在单边传动的机床上加工更为严重，在工艺设计中应解决以下问题： （1）：粗加工时由于切削余量大，切削力也较大，可用中间托架来增强刚性，减小变形和振动，同时机床刀具及夹具都应有较高的刚度。 （2）：在加工时尽量使切削力的作用相互抵消，可用前后刀架同时横向进给。 （3）：合理安排工位次序以减少加工变形，按先粗后精的原则安排加工工序，逐步提高精度。 （4）：在有可能产生

16、变形的工序后面增设校直工序螺旋夹紧器用于夹紧活动手柄，限制六个自由度使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，将曲轴臂螺栓孔与轴配合3、技术要求高 曲轴技术要求较高，加工面多，需要保证的尺寸、形状、位置精度较多。因而总的工艺路线较长，精加工占有相当比例。 加工时应要解决以下问题： A：正确分配粗加工、半精加工及精加工余量。 B：粗基准选择用曲轴两端的中心孔。中心孔的加工以主轴颈外圆作为基准，这样能保证曲轴加工径向及轴向加工余量的均匀性。 C：精加工时仍用中心孔作为基准，但要重新修磨中心孔，避免精加工时因中心孔磨损引起加工误差。也可一端用主轴颈定位，另一端用中心孔定位以提高刚度。 D：曲轴轴向定

17、位以主轴颈轴肩定位，工艺设计时定位基准应尽量与设计基准一致。 综上分析，鉴于磨削连杆轴颈夹具的典型性和特殊性，决定设计六个连杆轴颈的粗磨夹具，本夹具将用于MQ1350B外圆磨床。4、本夹具可同时粗磨位于同一轴心线上的连杆轴颈、两侧面及过度圆角。其中，各连杆轴心线的相位差要求控制在30之内对夹具的分度装置精度要求较高，同连杆轴颈有较高的尺寸和位置精度，对夹具的定位夹紧机构精度要求较高。连杆轴颈侧面有较高的端面跳动要求，并同时满足和磨削表面的粗糙度要求，这就要求夹具有较好的定位和夹紧装置，尽量减少定位和夹紧误差。由于只能同时磨削在同一轴心线上的连杆轴颈，所以在每一组磨削完两道轴颈之后都要将工件进行

18、0120角度调整使待磨削的连杆轴颈和机床中心线能够在同一条轴心线上，这就可以考虑在夹具上设计出专用的0120分度盘进行分度来提高生产效率，不过 分度装置的精度等级要高出连杆轴颈精度等级1级以上。综合分析以上问题，本夹具的设计存在特殊之处，对各部分的要求都相对较高，在设计时必须认真思考和全面地衡量，尽可能地减少夹具导致的加工误差和降低精度的因素。在保证加工质量的前提下，还要考虑提高生产率和降低成本，减轻工人的劳动强度六 工装夹具的使用说明1、夹具的操作步骤 物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位

19、置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位 螺旋夹紧器用于夹紧活动手柄，限制六个自由度使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，将连杆的大头孔与轴配合将曲轴臂螺栓孔与轴配合2、夹具使用注意事项、保养及维护a.使用前对限位尺寸检查是否还保持正确位置；b.如果挡销磨损超差，可以进行打磨修复；如果挡板.插销、定位锥头销磨损超差，可以重新组装，错开磨损部位后继续使用。 c.使用后需要涂防锈油。七 本次课程设计小结、体会及建议专用夹具是为零件的某一道工序加工而设计制造的，它广泛用于大量生产中；它不但提高了生产率

20、而且也提高加工精度，改善劳动条件。通过这次课程设计，我个人对夹具有了更进一步的了解：夹具要保加工出的产品有较高的精度，就必须要求其自身有较高的精度，定位元件拥有高精度的同时换要有一定的刚度和强度，以保证在加工过程中自身不会变形和一定的寿命。夹紧机构要求有一定的刚度和强度，以确保在一定的力的作用下夹紧元件不会先于工件发生变形、损坏。夹具体是夹具的主体部分，是与机床相接的部位、也是支撑夹紧元件、工件的主要部分；要求其有一定的强度和刚度、稳定性，又考虑到经济性一般都采用普通材料作为夹具体。本次课程设计经历了夹具设计阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。课程设计是知识综合应用的实践训

21、练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程，通过此次作业提高了我们思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。而且对夹具的维护保养，及夹具在设计中应该注意的问题有了更进一步的了解，自己的能力在这次课程设计中也得到了提升。在设计的过程中又一次把所学的知识做了一次综合式的复习，为接下来要做的毕业设计做了很好的准备工作；同时在设计中也发现自己的很多不足之处：缺乏实际的经验，有些实物没有见过很难想象，只能通过找相应的参考资料，然后再通过想象把他们综合到一起，再通过实例对比，进行设计。因此在夹具设计中存在有许多的不足之处，还恳请老师您予以指导和指正。八 参考文献1 杨叔子

22、，机械加工工艺师手册M，北京：机械工业出版社，2004。2 上海金属切削技术协会，金属切削手册M，上海：上海科学技术出版社，2004。3 李洪，机械加工工艺手册M，北京：机械工业出版社，1990。4 方昆凡，公差与配合手册M，北京：机械工业出版社，1999。5王光斗，王春福，机床夹具设计手册M，上海科学技术出版社，2000。6 东北重型机械学院等，机床夹具设计手册M，上海：上海科学技术出版社，1979。7 吴宗泽，机械设计实用手册M，北京：化学工业出版社，2000。8 刘文剑，曹天河，赵维，夹具工程师手册M，哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1987。9 上海金属切削技术协会，金属切削手册M，上海：上海科学技术出版社，1984。10 周永强，高等学校毕业设计指导M，北京：中国建材工业出版社，2002。11黄如林，切削加工简明实用手册M，北京：化学工业出版社，2004。12 余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计M，重庆：重庆大学出版社，1995。13 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学，机床夹具设计手册M，上海：上海科学技术出版社，1980。14 李庆寿，机械制造工艺装备设计适用手册M，银州：宁夏人民出版社，1991。15 廖念钊，莫雨松，李硕根，互换性与技术测量M，中国计量出版社，2000。16 乐兑谦，金属切削刀具，机械工业出版社，2005。