轴套钻孔夹具设计

机械制造工艺设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、大部分专业课以及参加了生产实习之后进行的。这是我们在毕业之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们大学生活中占有重要的地位。

通过本次毕业设计，应该得到下述各方面的锻炼：

能熟练运用机械制造工艺设计中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。

  提高结构设计的能力。通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而且能保证加工质量的夹具的能力。

学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。

就我个人而言，通过这次设计，基本上掌握了零件机械加工工艺规程的设计，机床专用夹具等工艺装备的设计等。并学会了使用和查阅各种设计资料、手册、和国家标准等。最重要的是综合运用所学理论知识，解决现代实际工艺设计问题，巩固和加深了所学到的东西。并在设计过程中，学到了很多课堂上没有学到的东西。

1． 机床夹具

1.1 夹具的定义：

夹具是机械制造厂里使用的一种工艺设备，分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检验夹具等。

各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺设备，称为机床夹具，如国床上使用权用的三爪自定心卡盘，铣床上使用使用的平口虎钳等。

相关机床夹具的基本概念： 

定位：工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必 须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为定位。 

夹紧：为克服切削过程中工件受外力的作用而破坏定位，必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。 

装夹：定位和加紧综合称为装夹。 

机床夹具：完成装夹的工艺设备称为机床夹具。

1.2. 夹具的组成：

(1)定位元件或装置 

(2)夹紧元件或装置 

(3)刀具导向元件或装置 

(4)夹具在机床上定位的元件 

(5)夹具体 

(6)其它元件或装置

1.3. 机床夹具的分类：

按应用范围分： 

（1）通用夹具 （三爪、四爪卡盘 虎钳、回转工作台。。） 

（2）专用夹具（用于批量生产）通用可调整夹具和成组夹具。（针对一组零件的某个工，由基础部分和可调整部分组成，元件可更换或调整） 

组合夹具（用于单件小批）由标准化的元件组合而成，具有以下特点： 

(1)灵活多变，万能性强； 

(2)可大大缩短生产准备周期； 

(3)可减少专用夹具设计、制造的工作量，并可减少材料消耗； 

(4)用于单件、小批量生产及新产品试制。 

组合夹具的类型：槽系组合夹具（靠键和槽定位）和孔系组合夹具（通过孔与销来实现元件间的定位）。

1.4 用夹具装夹工件的作用：

可以缩短辅助时间，提高劳动生产力； 

易于保证加工精度的稳定； 

可扩大机床的使用范围； 

可以减轻劳动强度，保证生产安全；

1.5 夹具的组成：

(1)定位元件或装置 

(2)夹紧元件或装置 

(3)刀具导向元件或装置 

(4)夹具在机床上定位的元件 

(5)夹具体 

(6)其它元件或装置

1.6 工件在夹具上的定位：

六点定位原理：

若使物体在某个方向有确定的位置，就必须该方向的自由度，所以要使工件在空间处于相对固定的位置，就必须对六个自由度加以。的方法就是用相当于六个支承点的定位元件与工件的定位基准面接触，这种用正确分布的六个支承点来工件的六个自由度，使工件在夹具中得到正确位置的规律，称为六点定位原理。

根据定位基准和六点定位原理，确定工件的定位方法并选择相应的定位元件； 

确定引导装置或对刀装置； 

确定工件的夹紧方法，设计夹紧机构； 

确定其它元件或装置的结构形式;

确定夹具体结构形式;

确定夹具总体轮廓。

1.7  几个重要问题 

1.7.1 夹具设计的经济性分析 

除了从保证加工质量的角度考虑外，还应作经济性分析，以确保所设计的夹具在经济上合理。

夹具总图上尺寸及技术条件的标注 

具体讲，夹具总图上应标注以下内容： 

夹具外形轮廓尺寸 

与夹具定位元件、导向元件及夹具安装基准面有关的配合尺寸、位置尺寸及公差 

夹具定位元件与工件的配合尺寸 

夹具导向元件与刀具的配合尺寸 

夹具与机床的联接尺寸及配合 

其他重要尺寸 

1.7.2  夹具结构工艺性分析 

在分析夹具工艺性时,应重点考虑以下问题: 

夹具零件的结构工艺性 

夹具最终精度保证方法 

夹具的测量与检验 

1.7.3  夹具的精度分析 

影响被加工零件位置精度的误差因素主要有三个方面: 

定位误差 

夹具制造与装夹误差 

加工过程误差 

2.零件的分析

2.1 零件的作用

题目所给的零件是轴承套，它主要的作用是加上紧定螺钉，以达到内圈周向，轴向固定的目的。但因为内圈内孔是间隙配合，一般只用于轻载、无冲击的场合

2.2  零件的分析

轴承套共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求，现分析如下：

以mm孔为的中心的加工表面。这一组加工表面包括：的端面外圆及倒角，mm的孔，其中主要加工表面为 mm 的孔。

以mm为中心的加工两个5mm的孔。

这一组加工表面主要是加工5mm的孔。

这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：

5mm的孔与mm的孔的垂直度公差为0.1mm。

5mm孔的对称度公差为0.1mm。

由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工第一组的表面，然后借助专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。

2.3.基准位置误差计算

2.3.1.工件的定位基准面误差 

2.3.2.定位元件工作面误差 放在一起考虑 

工件以平面定位的基准面误差主要是基准不重合误差，对于精基准， 一般不考虑基准位置误差. 

工件以内孔定位（过盈配合） Δjw=0 

工件以内孔定位（弹性芯轴、自定心心轴等）Δjw=0 

3．工艺规程设计

3.1 确定毛坯的制造形式

由于零件的最大直径为40mm，故直接取现成棒料，零件材料为35钢。

3.2 基面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

3.2.1  粗基准的选择

对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的，故本设计选取40mm的外圆作为粗基准，用三爪卡盘支撑夹紧40mm的外轮廓作主要定位面，上下窜动前后旋转四个自由度，然后夹紧进行铣削加工。

3.2.2.精基准的选择

精基准主要应考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸的换算。

3.3.制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产钢领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

工艺路线方案如下：

工序Ⅰ  车两端面，保证尺寸40mm，表面粗糙度，选用CA6140卧式车床。

工序Ⅱ  车外圆40mm，表面粗糙度，选取用CA6140卧式车床。

工序Ⅲ  钻，扩，铰 mm的孔，表面粗糙度达，选用Z535立式钻床。

工序Ⅳ  钻5mm的两小孔，并保证尺寸15±0.1mm及10±0.1mm的孔定位，选用Z535立式钻床及专用钻模。

工序Ⅴ  检查入库

3.4.机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定

轴承套零件材料为35钢，故直接取现成棒料给予加工。根据上述分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：

外圆表面40mm，其外圆直径为40mm，故直接取棒料为45mm×45mm。40mm外圆表面为自由尺寸公差，表面粗糙度值为，只要求粗加工，此时直径余量2Z=5mm，已能满足加工要求。

内孔  mm

因为毛坯为实心，孔精度要求为IT7，查《机械制造工艺设计简明手册》确定工序尺寸及余量为：

钻孔：20mm

钻孔：28mm                 2Z＝8mm      

钻孔: 29.8mm               2Z＝1.8mm       

钻孔： mm             2Z＝0.2mm       

 两个5mm的孔表面粗糙为，故直接采用钻模直接钻孔5mm

3.5.确定切削用量

工序Ⅰ  车40mm两端面，保证尺寸40mm，选用CA6140卧式车床。

3.5.1.加工条件

工件材料：35钢

加工要求：粗车40mm两端面，半精车40mm两端面达要求。

机床：CA6140卧式车床

3.5.2.计算切削用量

已知毛坯长度方向的加工余量为2Z＝5mm，故每个端面的加工余量为Z＝2.5mm

进给量f

根据《切削用量简明手册》，取f＝0.5mm/r

计算切削速度

查《切削手册》，切削速度的计算公式为

    (m/min)

其中 Cv=242   Xv=0.15   yv=0.35   m=0.2  T=60min   ap=2mm kv=0.94

所以：      

            =162.9 m/min

确定机床主轴转速

按机床说明书与1152.87r/min相近的机床转速为960r/min，故选取

工序Ⅱ  车外圆40mm，表面粗糙度，选用CA6140卧式车床

切削深度   单边余量Z＝2.5mm，故一次切除

进给量   根据《切削用量简明手册》取f＝0.5mm/r

计算切削速度   见《切削手册》

(m/min)

=110.5m/min

确定主轴转速

按机床选取n＝960r/min

所以实际切削速度

3.6.工序Ⅲ  钻、扩、铰 mm的孔。选用Z535立式钻床

3.6.1.钻孔20mm         f＝0.41mm/r   （见《切削手册》）

                       V＝18m/min     （见《切削手册》，按加工性考虑）

按机床说明选取  nw=195r/min  ，故实际切削速度为：

3.6.2.钻孔28mm

根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为：

              f＝(1.2～1.8)f钻

              v＝(1/2～1/3)v钻

式中f钻，v钻——加工实心孔时的切削用量

现已知    f钻＝0.56mm/r     （《切削手册》）

              v钻＝19.25m/min    （《切削手册》）

              f＝1.35f钻＝0.76mm/r         

              v＝0.4v钻＝7.7m/min

按机床选取nw=68r/min

所以实际切削速度为

3.6.3.扩孔29.8mm

根据《切削手册》，查得扩孔钻扩29.8mm孔时的进给量，并根据机床规格选

f＝1.72mm/r

               V＝0.4v钻＝0.4×19.25＝7.7(m/min)

故

按机床选取nw=68r/min

3.6.4.铰孔mm

根据《切削手册》查得进给量f＝0.34mm/r

                           V＝0.4V钻＝0.4×19.25＝7.7m/min

故

按要机床选取nw=68r/min

工序Ⅳ  钻5mm的两小孔，选用Z535立式钻床及专用钻模。

查《切削手册》得    f＝0.47mm/r          v＝18m/min

按机床选取nw=1200r/min

所以实际切削速度

4 . 夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要高计专用夹具。

经过与指导教师协商，决定设计第Ⅳ道工序——钻5mm的两小孔的钻夹具，本夹具将用于Z535立式钻床。

4.1.问题的提出

本夹具主要用来钻5mm二孔，这两个孔对轴承套都有一定的技术要求，因此故采用专用夹具加工。

4.2.夹具设计

4.2.1.定位基准的选择

由零件图可知5mm二孔对轴承套中心线有对称度和垂直度要求，其设计基准为轴承套中心线，为了使定位误差减到最低，故采用定位心轴五点定位来加工5mm二孔。

4.2.2.夹具设计及操作的简要说明

本夹具设计主要是设计用定位心轴来定位。把定位心轴和盘用锁紧螺母锁住，用螺钉把盘和套锁紧，调整垫圈保证尺寸15±0.1mm，最后用夹紧螺母把轴承套夹紧，其装配图及夹具体零件图见附图。

结束语

本设计在刘兵老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着刘老师的心血和汗水，在三年的大学学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向刘兵老师表示深深的感谢和崇高的敬意。 

     这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。

不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向闽南理工学院，光电与机电工程系的全体老师表示由衷的谢意。感谢他们三年来的辛勤栽培。

致  谢

 在本次毕业设计中，我又学到了以前学习中没学到的许多东西。在论文完成之际，回顾紧张而又充实的大学生活，本人在此向所有关心我的及帮助我的老师和同学们致以最真诚的感谢。在这次毕业设计中，我知道了做事得认真，要学会完成事情，并且要有坚持不懈的精神。这些对我以后出去工作是非常有帮助的，使我更能适应社会发展的节奏。

这次毕业论文能够得以顺利完成，并非我一人之功劳，是所有指导过我的老师，帮助过我的同学和一直关心支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。我要在这里对他们表示深深的谢意！衷心感谢刘兵教授在论文完成过程中给予的指导与帮助！ 

参考文献

[1]. 田金和主编，《机床夹具设计原理》，哈尔滨工业大学出版社，1997.9。

[2]. 肖继生主编，《机床夹具设计》，机械工业出版社，1999.10。

[3]. 刘力主编，《机械制图》第二版，高等教育出版社，2004.7。

[4]. 薛源顺主编，《机床夹具设计》，机械工业出版社，1998.6。

[5]. 胡家秀主编，《简明机械零件设计实用手册》，机械工业出版社，   1999.10。

[6]. 屠国栋主编，《机床夹具设计》，中国劳动社会保障出版社，2002.6。

[7]. 徐鸿本主编，《机床夹具设计手册》，辽宁科技出版社，2004.8。

[8]. 李昌年主编，《机床夹具设计与制造》，机械工业出版社，2000.1。

[9]. 艾兴主编，《切削用量简明手册》，机械工业出版社，1996.8。

[10].秦国华主编，《机床夹具现代设计方案》，哈尔滨工业大学出版社，  2005.7。