K033-星轮加工工艺和钻3-φ4孔夹具设计【版本3】【三维SW模型、CAD图纸】.zip

产品型号零（部）件图号共 13 页 机电及自动化学院机械加工工序卡片 产品名称星轮减速器零（部）件名称星轮第 9 页 车间工序号工序名称材料牌号 备料车间10钻孔、攻丝40Cr 毛坯种类毛坯外形尺寸每坯件数每台件数 锻件11 设备名称设备型号设备编号同时加工件数 钻床Z30401 夹具编号夹具名称切削液 工序工时 准终单件 专用夹具 工时定额 工步号工步内容工艺装备 主轴转速 r/min 切削速度 m/min 进给量 mm/r 切削深 度 mm 进给 次数 机动辅助 1钻孔 2中心钻 游标卡尺 400400.123.41449 2攻丝 4 普通螺纹丝锥 游标卡尺200180.511182 3旋转工件 重复以上工步圆分度卡盘 编制（日期）审核（日期）会签（日期） 标记处记更改文件 号 签字日期标记处记更改文件 号 签字日期 1 机电及自动化学院机电及自动化学院机电及自动化学院机电及自动化学院 专业课程综合设计说明书专业课程综合设计说明书 设计题目：设计题目：星轮夹具设计星轮夹具设计 姓 名： 崔 檬 学 号： 0811113007 班 级： 机电 1 班 指导老师： 刘晓梅 2 目录目录 一、设计题目.3 任务.3 二、零件及加工工艺分析.3 1、零件分析.3 2、工艺分析.4 三、夹具设计.5 1、基本要求.5 2、设计方案.6 2.1 定位面及定位元件的选择.6 2.2 夹紧面及夹紧元件的选择.7 2.3 钻套的选择.7 2.4 钻模板的确定.7 2.5 夹具体的确定.8 2.6 其他零件的选择.9 3、钻削力的计算.10 4、夹紧力的计算.10 5、定位误差分析.12 小结.15 参考文献.16 附件.17 3 1、设计题目：星轮（孔设计题目：星轮（孔3 4）专用夹具设计）专用夹具设计 设计任务： 夹具总装图 1 张 夹具零件图 3 张 课程设计说明书 1 份 工序图 1 张 二、零件及加工工艺分析二、零件及加工工艺分析 星轮零件图 1、零件分析：星轮多应用于星轮减速器，该种类型的减速器具 有传动效率高、承载能力高、结构紧凑、传动平稳、噪声低、速比 范围大、传动比密宽等特点。星轮材料为 45 钢，价格适中，加工容 易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。零件 图如图所示。 4 2、工序分析： 本次夹具设计所对应的工序如下所示，要求先用 2 的钻头钻通 孔，再用 4 的钻头加工 4 孔。 加工工序图 该孔的加工工序是工件加工工艺过程最后加工表面。所以其它可以选作定位基准 的表面基本均已加工完成。本工序需保证的尺寸包括孔距端面的尺寸和孔轴线对已加 工斜面的垂直度以及孔轴线对工件内孔的垂直度。 （1）方案一 定位方法如图所示 5 通过心轴与星轮 28 内孔的过盈配合可以限制 4 个自由度，分别为 X、Y 的移动 和转动，通过定位销对星轮 64 端面的定位可以限制 Z 方向的移动。由于 64 端面 为已加工端面，形位精度可以达到要求，因此采用对称布置的两个定位销，而不会造 成过定位。再通过一根定位销来定位绕 Z 轴的转动。 （2）方案二 定位方法如图所示 通过心轴与星轮28内孔的过盈配合可以限制4个自由度，分别为X、Y的移动和 转动，通过星轮45端面与夹具的配合可以限制住Z方向的移动，再通过一根定位销来 定位绕Z轴的转动。 由于45端面为该轴段轴向长度的定位端面，以此端面为定位基准可以更好地保 证所钻的孔居于铣削平面的中间位置。综上分析，决定选用方案1的定位方法。 三、夹具设计三、夹具设计 1 1、基本要求、基本要求 (1)选择合适的定位元件、夹紧元件、导向元件以及对刀元件； 6 (2)掌握夹具设计的基本方法和步骤； (3)根据工序卡对夹具体进行设计，并将各部件进行装配以获得专用 夹具的装配图； (4)掌握各部件的设计原则，尽量采用标准件，提高夹具的通用性和 经济性； (5)掌握尺寸链、夹紧力和切削力的计算。 2 2、设计方案、设计方案 由工序图可知，星轮 2、 4 孔应选用选用立式钻床加工，由 于加工要求主轴转速 400r/min，所以选用 Z535 进行加工，为保证 设计要求，并根据星轮的加工批量要求而知，应选用专用夹具。 2.12.1 定位面及定位元件的选择定位面及定位元件的选择 心轴 由于所要加工的孔对星轮主轴线有垂直度要求，所以选择孔 7 28 作为定位面，选择心轴作为定位元件。另外，为保证钻孔的位 置，在绕 X 轴的转动方向上加定位销辅助定位。心轴如图三所示。 2.22.2 夹紧面及夹紧元件的选择夹紧面及夹紧元件的选择 由于加工过程中工件要限制六个自由度，所以选择孔 28 两端 的平面作为夹紧面。因为加工过程中需要转动被加工零件，所以心 轴一端与夹具体以过盈配合形式连接，另一端用螺母锁紧。 2.32.3 钻套的选择钻套的选择 钻套的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在 加工过程中发生偏斜。根据使用二点，钻套可分为固定式，可换式， 快换式等多种结构形式。由于加工过程中需要使用直径不同的刀具， 为节省时间，选择快换钻套。 2.42.4 钻模板的确定钻模板的确定 8 根据加工需要，选择固定式钻模板。如图所示 2.52.5 夹具体的确定夹具体的确定 星轮的结构特点是比较小，设计时应注意夹具体结构尺寸的大 小。夹具体的作用是将定位及夹具装置连接成一体，并能正确安装 在机床上，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 聚过多将影响工件可靠的定位和夹紧，因此设计夹具体时，必须考 虑其结构应便于排屑。由于铸造夹具体能够铸出各种复杂形状，工 艺性好，并且具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，所以夹具体的 材料一般采用铸铁，这里选择 HT200。夹具体如图四所示。 夹具体 9 2.62.6 其他零件的选择其他零件的选择 为了节省零件的加工时间，减少夹具的成本，在同样的情况下 采用国标零件，减少因为专用零件的开发要花费很多时间以及成本： 螺母、垫圈、螺钉、螺栓、定位销等零件采用国标零件。 综上所述，设计夹具总装配图如图五所示。其中： 定位销与夹具体连接部分之间的配合为过盈配合； 套筒与夹具体之间的配合为过盈配合； 心轴与工件之间的配合为间隙配合。 综上所述，夹具装配图可设计如图五所示： 夹具装配图 10 3 3、钻削力的计算、钻削力的计算 刀具：选用不易磨损的硬质合金麻花钻 YG8。 钻 2 孔：钻削进给力为 f f F f F f F yz Ff KfdCF =4101.03 2 . 1 2 75 . 0 1 . 0 =172.53N 转矩为 c c M c M M yz c KfdM120 =1201.03 2 . 2 2 8 . 0 1 . 0 =90.01N 钻 4 孔：钻削进给力为 f f F f F f F yz Ff KfdCF =4101.03 2 . 1 4 75 . 0 5 . 0 =1325.32N 转矩为 c c M c M M yz c KfdM120 =1201.03 2 . 2 4 8 . 0 5 . 0 =1498.74N 4 4、夹紧力的计算、夹紧力的计算 计算夹紧力是一个很复杂的问题，一般只能粗略地估算。因为 在加工过程中，工件受到切削力、重力、冲击力、离心力和惯性力 等的作用，从理论上讲，夹紧力的作用效果必须与上述作用力（矩） 相平衡。但是在不同条件下，上述作用力在平衡系中对工件所起的 11 作用是各不相同的。为了简化夹紧力的计算，通常假设工艺系统是 刚性的，切削过程是稳定的。在这些假设条件下根据切削力实验计 算公式求出切削力，然后找出加工过程中最不利的瞬时状态，按静 力学原理求出夹紧力的大小。夹紧力计算公式为 计 KFFj 式中 在最不利条件下由静力平衡计算出的夹紧力 j F 实际需要的夹紧力 计 F K安全系数，一般取 K=1.5-3 所以钻削过程中，在最不利条件下由静力平衡计算出的夹紧力 =21325.32N j F =2650.64N 在许多情况下，并不是由夹具的定位支承机构或夹紧机构本身 直接承受工件所受切削力，而是由工件在紧急状态下，工件与定位 支承机构及夹紧机构之间所产生的摩擦力来防止工件产生平移或转 动，因此在确定夹紧力时，需要考虑各种接触表面之间的摩擦系数。 摩擦系数主要取决于工件和支承件，压板之间的接触形式： 工件和支承件之间的摩擦系数； 1 f 工件和压板之间的摩擦系数； 2 f 查表得 =0.2，=0.7 1 f 2 f 在加工过程中，由于工艺的不同，工件材质和加工余量的不同 12 以及刀具钝化等因素的影响，欲准确地确定所需夹紧力是很困难的。 因此，为了夹紧可靠，必须将计算所得的切削力乘以安全系数作为 实际所需的夹紧力。 安全系数：K= 1 K 2 K 3 K 4 K 式中， 基本安全系数 1 K 加工状态系数 2 K 刀具钝化系数 3 K 切削特点系数 4 K 查得 =1.2，=1.2，=1.2，=1 1 K 2 K 3 K 4 K K=1.21.21.21=1.728 夹紧机构所能提供的夹紧力为 = 2650.64N N ff FK W J K 23.5089 7 . 02 . 0 64.2650728 . 1 21 j F 切削力小于夹紧力，所以该夹紧装置可用。 5 5、定位误差分析、定位误差分析 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。 13 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 P、对刀误差 T、夹具在机床上的安装误差 A 和夹具误差 E，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 G。 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。 （1）定位误差 P 在本设计中，由于定位基准和工序基准是重合的，所以基准不 重合误差为 0。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 LL 1 J LL 22 J LL 33 转动误差： HL1 HL2 HL3 故定位误差为 HLLLL JDW1111） （ HLLLL JDW2222） （ HLLLL JDW3333） （ 按标注的测量尺寸： 14 14 . 0 07 . 0 321 JJJ LLL 10005 . 0 将上述数值代入定位误差计算公式，则得： mm19 . 0 10005 . 0 10014 . 0 1 ）（L DW mm19 . 0 10005. 010014 . 0 2 ）（L DW mm19 . 0 10005. 010014 . 0 3 ）（L DW （2）对刀误差 T 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 bh ddpme dd K dd KL )( 22 1 123 即得导向误差mm 04 . 0 202 . 0 T （3）夹具在机床上的安装误差 A 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： 水 A=0.02mm 垂 A=0mm （4）夹具误差 E 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 E=0.04mm。 （5）加工方法误差 G 15 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