离合大轴承座钻孔夹具设计

离合大轴承座钻孔夹具设计

夹具设计说明书

目 录

序言

一、夹具设计任务

二、夹具设计方案的确定

三、主要零件设计的说明

1、夹具体

2、压板

3、插销机构主体

4、夹紧器件

四、夹具的装配要求

六、本次课程设计小结、体会及建议

七、参考资料

序言

注意事项：

1、汽缸与图纸比例应一样

2、汽缸不用剖开，只画与夹具体的连接，及柱塞与连接件的连接即可；

汽缸与夹具体的连接方式（1、定位销、螺栓；2、止口、螺栓；3、其它方式查手册）。

3、图纸上的夹具体在哪里？机床工作台不能代替夹具体，夹具上的所有零件都应该安装在 夹具体上，并且用螺栓夹紧，销钉定位；夹具体再安装在工作台上。

4、夹具体不能直接接触工件，需要增加定位元件（定位条、定位钉、定位板等）。

5、夹具体上装定位元件的地方凸起3～5mm ，以减小加工面。

6、查夹具手册，专门有定位元件一节，按手册给定的标准、样式、尺寸绘图。

7、夹具体与本工序所用的机床如何连接？画出连接、定位结构，夹具体与机床接触面要尽 量减小，以减小加工面。

8、教材或手册、图册都有典型夹具，拜托看看书，看看是如何表达各部位具体结构的！！！

9、工件是假想透明体用双点划线画出，不能遮挡夹具上的任何结构的投影图形。

10、夹紧结构的运动采用气动或液动方式，典型夹紧结构在教材、手册、图册上全有！！！

11、镗模、钻模、导向键、定向键、对刀块、转轴等、以及各个连接部位、配合部位均应剖 开，并标注配合尺寸、公差符号。

12、装配图标注长宽高三个总体尺寸、所有配合处的配合尺寸、公差符号；需要的形位公差。

13、填写明细表，包括：序号、名称、非标件的图号、标准件的国标号、材料（标准件不填）、 数量、标准件规格（写在标准件名称后面）。

14、标题栏一定要按设计手册规定的尺寸、样式画出（绘图软件直接调出即可，但应适当改

动，参照我发给你们的零件图标题栏），不能用制图书上的非标准标题栏。

15、检查定位原理（六点定则，某些工件可欠定位，某些工件可以过定位。）。

16、检查夹紧机构，运动能否实现？（支点、夹紧点、转轴、），一般不能用手动

一、镗孔，刀具的确定，安装于方法

1、镗孔

镗孔是对锻出，铸出或钻出孔的进一步加工，镗孔可扩大孔径，提高精度，减小表面粗糙度，还可以较好地纠正原来孔轴线的偏斜。镗孔可以分为粗镗、半精镗和精镗。精镗孔的尺寸精度可达IT8～IT7，表面精糙度Ra 值1.6～0.8μm。

2、常用镗刀

（1）. 通孔镗刀 镗通孔用的普通镗刀，为减小径向切削分力，以减小刀杆弯曲变形，一般主偏角为45°～75°，常取60°～70°.

（2）. 不通孔镗刀 镗台阶孔和不通孔用的镗刀，其主偏角大于90°，一般取95°。

3、镗刀的安装

（1）. 刀杆伸出刀架处的长度应尽可能短，以增加刚性，避免因刀杆弯曲变形，而使孔产生锥形误差。

（2）. 刀尖应略高于工件旋转中心，以减小振动和扎刀现象，防止镗刀下部碰坏孔壁，影响加工精度。

（3）. 刀杆要装正，不能歪斜，以防止刀杆碰坏已加工表面。

4、工件的安装

（1）. 铸孔或锻孔毛坯工件，装夹时一定要根据内外圆校正，既要保证内孔有加工余时，又要保证与非加工表面的相互位置要求。

（2）. 装夹薄壁孔件，不能夹得太紧，否则，加工后的工件会产生变形，影响镗孔精度。对于精度要求较高的薄壁孔类零件，在粗加工之后，精加工之前，稍将卡爪放松，但夹紧力要大于切削力，再进行精加工。

1 分工序、定工位

生产类型分析

此次设计的立式轴承座钻孔组合机床，其所加工的零件在汽车中应用十分

广泛，应该属于大批量生产项目，所以在设计时应注意到尽量使加工简单，但又不影响加工质量。 加工方案的制定

划分工序要考虑到生产的规模、加工的精度、所用机床的特点、机床负荷

情况等。 划分工序可以有两种趋向：工序集中和工序分散。 工序的集中

分散各有其长处，一般说来，在大批量生产中以提高生产率为主，需广泛

采用多刀、单轴与多轴自动或半自动机床，多轴龙门铣床、组合机床等，

故采取工序集中可以获得突出的效果。

此次设计的轴承座钻孔组合机床很大程度上使各工序尽量集中，发挥组合

机床的优点，同时使各种误差减小到最低限度。

由于此设计中所加工的零件10 个孔中部分孔距离太近，不便于加工，所

以分开为两个工位完成，然后进行零件位置转换。

主要工位经分析选取以下方案：1) 装卸、夹紧；2) 钻7个孔φ13.5；3) 钻3

个孔一个为φ14，钻2个螺纹底孔φ14，孔号为8、9；4) 钻横向孔φ14；5)

扩铰7个孔φ14.5；6) 攻丝。

2 复合刀具的切削用量的计算

切削用量的特点

组合机床的正常工作与合理地选用切削用量，即确定合理的切削速度和工

作进给量有很大的关系。 切削用量选的恰当，能使组合机床减少停车损失，提高生产效率，延长刀

具寿命，提高加工质量。 导套设计 被加工7个孔直径为14.5 ，加工孔的直径与导套长度，导套内径尺寸，上下偏差以及孔轴线理想位置的偏移的关系，如表1 所示。 由表1可知1～7号孔，以及8～10号孔和底孔

的直径为14.5 mm ，它所需要的导套长度为(32～40)mm ，内径尺寸偏差

为 0.016～ 0.034 ，孔轴线理想位置偏移为(0.15～0.20)mm 。 孔加工切

削用量计算

用高速钢钻头加工此铸件 HB=204(钻1～7号孔，Ⅱ工位；钻8～10

号孔，Ⅲ工位) ；钻头直径：14.5mm ；切削用量：v=(10～18)m/min，

s=0.2mm/r，转速350r/min。 用高速钢钻头钻横向孔φ16(Ⅳ工位)

加工直径：16mm ；切削用量v=(10～18)m/min；s=(0.18～0.25)mm/r；

转速350r/min。 用硬质合金扩孔钻扩铰孔1～7号孔(Ⅴ工位) 在

Ⅴ工位上，扩铰7个孔时，采用扩铰复合刀具，进给量按扩孔钻选

择，切削速度按铰刀选择，而且进给量应按复合刀具最小直径选用

允许值的上限，切削速度则按复合刀具最大直径选用允许值的上限。

加工直径：14.5mm ；切削用量：v=(8～10)m/min，s=0.25mm/r，转速

280r/min；扩孔钻刀杆及导向部分的公称直径d 0.08；扩孔钻公差：-0.036；刀杆导向部分公差：-0.006～-0.0017；导套内径公差： 0.024～0.006。 孔

加工常用工序间余量 扩孔直径为10～20，直径上的工序余量为(1.5～

2.0)mm ；铰孔直径为10～20，直径上的工序量为(0.10～0.20)mm(以上切

削用量的选择由东风汽车公司设备制造厂设计科提供资料) 。

3 部件选用

功率选择标准

动力部件用以实现切削刀具的旋转和进给运动或只用于进给运动，此机床

实现了切削刀具旋转和进给运动两项内容。

每一种规格的动力头都有一定的功率范围，根据所计算出的切削功率及进

给功率之需要，并适当提高切削用量的可能性，选用相应规格的动力头，

公式如下：

N 动>(N切 N进)/ηkW 。

式中：N 动为动力头电机功率；N 切为切削功率，按各刀具选用的切削用量，

由“组合机床的切削力及功率计算公式”中已求出；N 进为进给功率，对于

液压动力头就是进给油泵所消耗的功率，一般为(0.8～2)kW ；η为传动效

率，当主轴箱少于15根时，η=0.7，多于15根时，η=0.65。 机床实际功

率

此立式组合机床左右分两个电机带动两个多轴箱进行加工。对于左半部分

多轴箱刀具，在加工1～7号孔以及Ⅲ工位加工10号孔时其功率总和：

N/kW=0.29×7 0.283=2.313

因为左主轴箱少于15跟钻头，所以

η=0.7，N/kW=2.313/0.7=3.3

对于右半部分多轴箱刀具，在Ⅴ工位扩铰1～7号孔以及攻丝，钻头的实际

功率：

N/kW=0.1427×7=1.0

因为右主轴箱少于15根钻头，所以

η=0.7，N/kW=1÷0.7=1.43

选用电机

由于此机床在驱动方面没有特殊的要求，选用普通也是最可靠的Y 系列电

机，它是封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，取代J02系列的更新换代

产品。

左半部分所需功率为3.3kW ，查Y 系列三相异步电动机表，选用Y 123S24

型号的电机，额定功率为5.5kW ，选用此型号电机比较合适。

右半部分所需功率为1.43kW ，查Y 系列三相异步电动机表，选用Y 112M26

型号的电机，额定功率为2.2kW ，选用此型号电机比较合适。

4 夹具设计

零件加工工序

离合大轴承座的加工步骤

1、铸造

2、回火 (消除应力）

3、粗铣底面A （面长120，宽50，此面加工完后具体尺寸为：长346、 宽213； 厚度12；表面粗糙度均为 12.5）

4、精铣底面A （至厚度11；表面粗糙度3.2）

5、粗铣B 面，厚度10粗糙度12.5

6、钻4- Φ9孔，铰任意对角线上的两个孔至φ9.1+0.015，Ra1.6；

7、粗镗 Φ48孔（至φ47，Ra6.3）；平右端面至长度24，Ra6.3；

8、半精镗Φ48孔（至φ48+0.039，Ra3.2）；平右端面至长度23，Ra3.2；

9、粗镗 Φ55孔 （至φ53，Ra6.3；距右端6， Ra6.3；平右端面至长度22，Ra6.3；）

10、半精镗Φ55孔（至φ54.5，Ra3.2；距右端5， Ra3.2；）；平右端面至长度21，Ra3.2；

11、精镗Φ55孔（至图纸标注的最终尺寸φ55±?? ，Ra1.6；）；

12、外表面打磨 （砂轮）

13、检验

设计“钻4- Φ9孔，铰任意对角线上的两个孔至φ9.1+0.015，Ra1.6；”工序的钻床夹具

定位方式：采用孔定位 定位销Φ45 并用垫圈定位端面 采用气缸夹紧

轴承座钻孔组合机床夹具分析

根据工件不同的生产条件，可以有各种不同的安装方法：a) 找正安装法；b) 夹具安装法。 基本定位原理分析 这里讨论6点定位中，6个自由度的消除，以便找出较合适的定位夹紧方案。一个物体在空间可以有6个独立的运动，即沿X 、Y 、Z 轴的平移运动，分别记为X 1、Y 1、Z 1；绕X 、Y 、Z 轴的转动，记为X 2、Y 2、Z 2，习惯上，把上述6个独立运动称作6个自由度。如果采用一定的约束措施，消除物体的6个自由度，则物体被完全定位。例如讨论长方体工件时，可以在底面布置3个不共线的约束点，在侧面布置2个约束点，在端面布置一个约束点，则底面约束点可以限制X 2、Y 2、Z 23个自由度，侧面约束点限制X 1、Z 12个自由度，端

面约束点限制Y 1这个自由度，就完全限制了长方体工件6个自由度。 夹紧力“两

要素”，方向与作用点 夹紧力方向应朝向定位元件，并使所需的夹紧力最小。 确定夹紧力作用点的位置时应不破坏定位。夹紧力作用点的位置应尽可能靠近加工部位，以减小切削力绕夹紧力作用点的力矩，防止工件在加工过程中产生转动

或震动。应保证夹紧变形不影响加工精度。夹紧力作用点数目应使工件在整个接触面上受力均匀，接触变形小。

2. 定位夹紧方案的确定

图1 被加工零件图

如图1所示，此零件属于空心圆形铸件，一般的定位元件有V 形块、定位套筒作半圆形定位，如果选用V 形块定位的话，在Z 轴方向移动以及绕X 、Y 轴旋转的自由度已经消除，在钻头进行加工时，绕Z 轴转动的自由度却无法消除，所以用V 形块定位的方案是行不通的。如果利用半圆形定位，其结果和用V 形块是一样的，都无法使工件在绕Z 轴的方向上稳定，最后决定利用定位套筒定位。

1. 定位套筒 2.底座

图2 夹具图1

如图2环形套筒以H7/K6或H7/js6的过度配合装入夹具，零件放入套筒后，在X 、Y 方向的自由度消除，同时采用压板的方法; 利用球头螺栓使压板紧压住工件体。

1. 双头螺栓 2.压板

图3 夹具图2

如图3所示，在此压板的作用下，沿X 轴旋转X 2，以及沿Z 轴旋转Z 2和沿

Z 轴方向Z 1自由度都被限制。所以在此套夹具的作用下，X 1、Y 1、Z 1、X 1、

Y 1等自由度完全被消除，而在压板的压力作用下，零件和刀具之间强大的

摩擦力，以及在加工过程中轴向力的相互抵消，在Z 的自由度也被消除。当进行到Ⅳ工位，加工横向孔时，X 1、Y 1、Z 1的自由度已被消除，X 2、Y 2方

向自由度也已被消除，在Z 2方向上，由于压板的作用使工件在Z 2方向的自

由度也消除了。

5 攻丝装置

在组合机床上攻制螺纹时，根据被加工零件加工部位的分布情况和工艺要求等，常用的攻丝方法有3种：采用攻丝动力头攻丝，采用攻丝装置攻丝和采用活动攻丝模板攻丝。

在此设计中，右半部分完成Ⅴ、Ⅵ工位的加工。电机只有5.5kW 的功率，故综合考虑选用攻丝装置攻丝。当整台机床或机床的某一面全部用于完成攻丝工序时，广泛地采用了攻丝装置。

攻丝装置由攻丝主轴箱和攻丝靠模头组成，由于靠模螺母和靠模杆是经磨削并配研的，其螺距要求与所需加工螺孔的螺距保持一定关系，并设有螺距误差补偿机构。因此利用

攻丝装置进行攻丝可以达到较高的精度。 6 组合机床冷却装置机床冷却液除对刀具和工件起冷却作用外，还能在金属表面形成润滑薄膜，起到润滑作用。一些冷却液中含有

碳酸钠，亚硝酸钠等防锈剂，

它们在金属表面形成胶状吸

附膜或氧化物薄膜，又能使

金属免受腐蚀的作用。因而

选择冷却液时，应根据组合机床完成工艺、加工方法、刀具材料以及被加工零件的材料来决定。

在加工铸铁件时，由于铸铁本身含有石墨能自身润滑，一般都不加冷却液。在大量生产中有时为了减少加工中的铁粉飞扬，也增加冷却系统，以改善操作条件。有时可采用苏打水，5%的乳化液，其乳化剂的主要成分可以是氧化油膏或硫化切削油。其配方为：油膏2%～5%，粗加工取低值，精加工取高值; 亚硝酸钠0.2%～0.25%;无水碳酸钠0.2%～0.3%。在铸铁工件上攻丝时，则都采用润滑液，以提高表面光滑度，减少功率的消耗。通常采用煤油，亦可采用硫化切削液及混合油等。

冷却液的流量应根据刀具的形式、直径的大小、加工方法、切削用量等具体条件确定，组合机床的设计使用经验表明，对镗刀、钻头以及铣刀一类刀具，每根刀具冷却液的平均流量约为(2～6)L/min。国外资料推荐按加工直径选择，每把刀具的冷却液流量，值见表2。

7 工作循环说明

一台组合机床，其工作循环常常是比较复杂的，不仅有好几个动力头按不同的循环进行工作，而且这些循环还需其他部件，如移动工作台，回转工作台以及鼓轮等配合动作。各动力部件借助程序控制挡铁，按规定顺序进行工作。工作循环应当尽可能的简单而且控制元件应该少，否则机床的制造成本加大，安全性能也会降低。

本组合机床适合在大批量生产中使用，生产效率大大提高。为了降低成本，应多选用复合刀具，尽量做到一次成形，减少装夹次数。选择合适的电机和动力头，选择恰当的切削用量和切削速度。

一、夹具设计任务

1、焊接产品（复合件）“撑杆焊接组合”的产品图

撑杆焊接组合由撑杆、喇叭支座、螺母M6和发动机衬管构成；撑杆的材料是20钢，喇叭支座的材料是10钢，发动机衬管的材料是35钢，螺母M6??GB121－86；撑杆焊接组合的总体尺寸是300×60×45；附“撑杆焊接组合”产品图

2、焊接产品“撑杆焊接组合”的重点技术要求分析

1、公差要求

（1）序4发动机衬管两件的中心线之间平行度要求

（2）序4发动机衬管两件的中心线距离和右边反动机衬管中心线与序1撑杆右端面距离为25±0.5

（3）序3螺母M6和序2喇叭支座的组件的中心线与序1撑杆右端面距离为200±1.0

2、焊接要求

（1）序4发动机衬管两件与序1撑杆之间有四处周围角焊缝；

（2）序3螺母M6和序2喇叭支座的组件与序1撑杆之间有两处三面角焊缝；

（3）序3螺母M6和序2喇叭支座之间有周围焊缝。

二、“撑杆焊接组合”装焊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。

①、具有足够的强度和刚度。

②、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。

③、安装稳定牢靠。

④、结构的工艺性好，便于制造、装配和检验

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⑤、尺寸要稳定且具有一定精度。

⑥、清理方便。

夹具体毛坯制造方法的选择?? 综合考虑结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体；

夹具体的外形尺寸?? 在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置及其辅助机构在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。然后进行造型设计，再根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁厚尺寸。夹具体的壁厚20mm ，长度326mm ，宽度128mm ；根据设计要求，夹具体上设计有螺孔、销孔，并且要求定位定位器和夹紧器的销孔在装配时配作。

2、定位方式及元器件选择

1）、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。在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。在焊接夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有被限制的欠定位是不允许的；而选用两个或更多的支撑点限制一个自由度的方法称为过定位，过定位容易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件的变形，影响工件的定位精度，过定位也属于不合理设计。

①、以工件的平面为基准进行定位时，常采用挡铁、支撑钉进行定位

②、工件以圆孔内表面为基准进行定位时常采用销定位器

③、工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采用V 形铁定位器

④、利用以定位工件的轮廓对被定位工件进行定位可采用样板定位器主焊件“撑杆”用挡板和挡销定位。挡销限制了X 方向的平动自由度，挡板限制了Y 方向的平动自由度，夹具体限制了Z 方向的平动自由度，挡铁螺旋夹紧器件限制了Z 方向的转动自由度，螺旋夹紧机构限制了X 、Y 方向的转动自由度，共限制了6个自由度。件“发动机衬管”两件用插销机构定位。插销机构限制了X 、Y 、Z 方向的平动自由度，快撤式螺旋夹紧器件限制了Y 、Z 方向的转动自由度，共限制了5个自由度。

螺母M6和喇叭支座的组件用锥头销钉和螺旋夹紧机构的压板上的开的凹槽来定位“撑杆”限制了Z 方向的平动自由度，螺旋夹紧机构的压板上的开的凹槽限制了Z 方向的平转动自由度，锥头销钉限制了X 、Y 方向的平动自由度，螺旋夹紧机构限制了X 、Y 方向的转动自由度，共限制了5个自由度。

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：