1、 轴阶套钻孔夹具设计轴阶套钻孔夹具设计目录目录轴阶套钻孔夹具设计.11.1 轴阶套工艺分析.21.1 绘制、分析零件图.21.2 零件的作用.21.3 零件的结构要求.31.4 零件的技术要求.31.5 零件的工艺分析.31.2 定位基准与机床刀具的选择.71.3 定位元件的选择.71.3 切削力和卡紧力计算.81.4 定位误差分析与计算.91.5 钻套的设计.111.6 夹紧装置的设计.131.7 夹具操作的简要说明.131 轴阶套工艺分析轴阶套工艺分析本夹具主要用来钻轴阶套上端面的 6-M12 孔的钻孔夹具，对该 6-M12 孔进行专用夹具设计。以下是对该夹具的定位及夹紧方式进行分析。1.
2、1 绘制、分析零件图零件图的绘制如上图所示，此轴阶套是一个轴套零件，最外圆为直径 120mm，右阶面 72mm 和左阶面 70mm 上下极限尺寸偏差为+0.02 和-0.02。外径是78mm,内孔有52mm，62mm，42mm，最小为38mm，精度要求较高。两端需加工 6 个 M12 的内螺纹，在中心 96mm 处，下偏差为 0.要求轴线与内螺纹同轴度误差为0.15，与右端面垂直度误差为 0.15。1.2 零件的作用轴阶套，在运动部件中，因为长期的磨擦而造成零件的磨损，当轴和孔的间隙磨损到一定程度的时候必须要更换零件，因此设计者在设计的时候选用硬度较低、耐磨性较好的材料为轴套或衬套，这样可以减
3、少轴和座的磨损，当轴阶套或衬套磨损到一定程度进行更换，这样可以节约因更换轴成本。1.3 零件的结构要求设计的轴阶套零件要求互换性强、维修方便。所以零件结构应简单便于拆卸。由连接轴零件图可知，它的外表面上有多个平面需要进行加工，此外各表面上还需加工一系列阶梯轴和螺纹。因此可将其分为两组加工表面，它们之间有一定的位置要求，主要是：内孔52mm 与外圆78mm、外圆120mm 与外圆78mm 的同轴度公差为0.0.15；经过对以上加工表面的分析，我们可先选定粗基准，加工出精基准所在的加工表面，然后借助专用夹具对其他加工表面进行加工，保证它们的位置精度。1.4 零件的技术要求（1）连接轴在模锻时，要在
4、直径方向上留出工艺尺寸量；（2）为保证加工精度，对所有加工的部位均应采用粗、精加工分开的原则；（3）连接轴加工应充分考虑在切削时平衡装置；（4）对加工轴 52、120 时，应该考虑其与轴线的径向圆跳动要求；。1.5 零件的工艺分析轴阶套属于盘类零件，技术要求为锻火件退火，HBS200，材料：45 钢。轴阶套共有一下几组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：外圆的加工表面，这一组加工表面包括：外圆72mm、70mm、78mm、65mm、120mm 的加工。内部的加工表面，这一组加工表面包括：镗孔38mm、52mm、62mm、48mm、42mm、50mm、62mm。以右端面为基准粗车、半
5、精车62 与52 左端面、52 与38 左端面。以左端面为基准粗车、精车38 与42 右端面、42 与50 右端面、50 与62 右端面。以左端面为基准 钻孔 6-M12。对于未标注公差的尺寸，为自由公差，参照标准：GB/T 1804-2000 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差（2000 年 12 月 01 日实施），按中等精度 m 得其尺寸偏差及精度等级。表 1 零件加工表面分析表加工表面尺寸精度（mm）表面粗糙度（m）形位公差（mm）备注1.外圆72mmIT71.62.外圆70mmIT71.63.外圆78mmIT71.64.外圆65mmIT71.65.外圆120mmIT71.60.
6、15A6.左端面3.27.右端面3.28.78 左端面3.29.62 左端面3.210.78 右端面3.211.62 右端面3.212.内孔62IT71.613.内孔52IT71.60.15A14.内孔62IT71.615.内孔48IT71.616.内孔50IT71.617.内孔42IT71.618.内孔38IT71.619.38 右端面3.220.50 右端面3.221.右端面3.222.38 左端面3.223.52 左端面3.2该零件主要是端面的 6-M12 孔，轴阶套的材料在产品设计时已经确定，在制订零件机械加工工艺规程时，毛坯的选择主要是选定毛坯的制造方法。锻造是一种利用锻压机械对金属
7、坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压(锻造与冲压)的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻。轴阶套选用 45 钢作为材料，硬度 HBS200.加之零件形态以外圆内孔为主，为了减少加工余量，提高劳动生产率，轴阶套毛坯采用锻件中的模锻。锻件精度高、表面质量与机械性能均好。该轴阶套
8、的生产类型为小批生产，在件造型上采用模锻。主要加工工艺分析如下：零件可以采用锻打料制成，主要加工工艺流程如：工 序 号 工序 名称 工 序 内 容10锻造锻造出毛坯20热处理毛坯热处理，时效处理30粗车粗车左端面，粗车外圆78，粗车外圆70，粗车外圆台阶，注意各外圆留 1mm 的半精车余量40粗车掉头，粗车右端面，粗车外圆120，粗车外圆72，粗车外圆台阶，注意各外圆留 1mm 的半精车余量50半精车半精车右端面，半精车外圆120，半精车外圆72，半精车外圆台阶60半精车掉头，半精车左端面，半精车外圆78，半精车外圆70，半精车各外圆台阶70精车精车右端面，半精车外圆120，精车外圆72，精车
9、外圆台阶80精车掉头，精车左端面，精车外圆78，精车外圆70，精车各外圆台阶90车车槽 14X65100粗镗粗镗42 内孔，粗车螺纹 M48X2 底孔，粗镗62 内孔，注意留 1mm 的半精镗余量70粗镗粗镗62 内孔，粗镗52 内孔，粗镗 5 度斜内孔，注意留 1mm 的半精镗余量120半精镗半精镗42 内孔，半精镗螺纹 M48X2 底孔，半精镗62内孔130半精镗半精镗62 内孔，半精镗52 内孔，半精镗 5 度斜内孔140精镗精镗62 内孔，精镗52 内孔，精镗 5 度斜内孔150精镗精镗42 内孔，精镗螺纹 M48X2 底孔，精镗62 内孔160车退刀槽车退刀槽 2X50，达到规定尺寸
10、精度170车螺纹车内螺纹 M48X2180钻孔钻圆周钻孔 6XM12 螺纹底孔10190攻丝攻丝 6XM12200钳去毛刺，清洗210终检终检入库1.6 定位基准与机床刀具的选择定位基准与机床刀具的选择根据需要加工本次的轴阶套端面上的 6-M12 孔的方式，本次采用摇臂钻床上加工。摇臂钻床的型号为 Z525，钻头采用10 的麻花钻。本次钻 6-M12 孔孔的定位基准按照工件的特征，选择工件的78 外圆为主要定位基准，70 端面下方采用辅助定位基准。工件以78 外圆定位用 V 型块作为主要定位元件，其限制工件的 X 方向和 Z 方向的四个自由度，另外外圆70 外圆面选用限制销钉限制其另外 Y 方
11、向的两个自由度，这样工件便被限制了六个自由度。1.7 定位元件的选择定位元件的选择本次选择的定位元件均为机床夹具的标准元件，定位 V 型块为标准件，标准号为 JB/T8018.1-1999，限制 Z 方向的支撑钉的标准号为 JB/T8029.1-1999。此定位元件图形分别如下：图 1-1 V 型块的标准件1.8 切削力和卡紧力计算切削力和卡紧力计算本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。修正系数查机械加工工艺手册 KF=Mk=(6.0)190210=1.062轴向力 NkfdCFFyMMfFi259.5062.122.0007.06.5888.00.10扭矩 mNkfdCMM
12、yMzMMc.10694.5062.122.0007.063.22568.00.20由 于 扭 矩很小，计算时可忽略。验算螺栓强度：MPadFncs94.1793.1245 钢的强度为 450MPa 强度满足 使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。1.9 定位误差分析与计算定位误差分析与计算根据本次的轴阶套的钻 6-M12 孔孔得出的：（1）工序基准 在工序图上用来确定加工表面的位置所依据的基准。工序基准可简单地理解为工序图上的设计基准。分析计算定位误差时所提到的设计基准，是指零件图上的设计基准或工序图上的工序基准。（2）定位基准 在加工过程中使工件占据正
13、确加工位置所依据的基准，即为工件与夹具定位元件定位工作面接触或配合的表面。为提高工件的加工精度，应尽量选设计基准作定位基准。本次的定位基准为外圆78 面。如定位分析图，对刀基准是工件的 A 面，定位基准为工件的78 外圆，则基准位置误差jw为图中 O1点到 O2点的距离。在O1CO2中，22212OCOTCOd，根据勾股定理求得注：V 型块夹角=90。基准位移误差：工件以外圆柱面在 V 型块定位，由于工件定位面外圆直径有公差D，因此对一批工件来说，当直径由最小 DD 变大到 D 时，工件中心（即定位基准）将在 V型块的对称中心平面内上下偏移，左右不发生偏移，即工件由1O变大到2O,其变化量1O
14、2O（即基准位移误差）从图（a）中的几何关系退出：Y=1O2O=22DSIn基准不重合误差：从图（b）中设计基准与定位基准不重合，假设定位基准1O不动，当工件直径由最小 DD 变到最大 D 时，设计基准的变化量为2D，即基准不重合误差B=2D。从图(c)中可知，设计基准为工件的下母线。即，上述方向由 a 到 a与定位基准1O变到2O的方向相反，故其定位误差D 是Y 与B 之差.D=YB=22DSIn2D=0.207D=0.2070.01=0.00207D=0.0020731T 即满足要求需要说明的是2L尺寸定位误差dw的合成问题。由于jb和jw中都含有dT，即外圆直径的变化同时引起jb和jw的
15、变化，因而要判别二者合成时的符号。当外圆直径由大变小时，设计基准相对定位基准向上偏移，而当此圆放入 V 形块中定位时，因外圆直径的变小，定位基准相对调刀基准是向下偏移的，二者变动方向相反。故设计基准相对对刀基准的位移是二者之差，即1sin12)(2)(2dTLdw将 68mm 和 90代入，运用 V 型块定位，取=90，这时的定位误差，定位误差=Td/（2sin1/）-Td/2=0.0230.02330.0690.08满足要求。1.10 钻套的设计钻套的设计夹具在机床上安装完毕，在进行加工的时候，由于本次是钻孔，需要用导向件使得钻套下钻可以增强同轴度的特性。本次选用的钻套采用可换钻套，连同钻套
16、并选用钻套螺钉将钻套固定，选用的可换钻套和钻套螺钉均为机床夹具的标准件，本次设计采用可换钻套，国标号为 JB/T8045.2-1999，钻套螺钉的国标号为 JB/T8045.5-1999。本次设计采用的钻套和钻套螺钉的图形如下：图 1-4 钻套螺钉的标准件图 1-5 可换钻套的标准件1.11 夹紧装置的设计夹紧装置的设计本次的夹紧采用外圆的夹紧方式，原因是以工件的外圆78 外圆为定位，采用的是 V 型块，即另一边采用活动 V 型块对工件进行夹紧，此夹紧的效果同三爪卡盘的夹紧方式相同。夹紧的装置如下图所示：图 1-5 夹紧装置设计1.12 夹具操作的简要说明夹具操作的简要说明本次夹具的操作较为简单，只需转动侧边的固定手柄压紧螺钉上的转动手柄即可。2 夹具三维图设计夹具三维图设计 参考文献参考文献 1 王先逵编著机械制造工艺学（上下册）M北京：清华大学出版社，1989 2 李德庆，吴锡英编著计算机辅助制造M北京：清华大学出版社，1992 3 赵志修主著机械制造工艺学M北京：机械工业出版社，1985 4 孙大涌主编先进制造技术M北京：机械工业出版社，2000
