钻泵体盖6-φ2孔机床与夹具的设计

本次设计的目的是设计出能够加工泵体盖加工6-φ2孔的钻孔专机。在孔加工时，一般都采用多级变速的，适用于多种孔加工的钻床或镗床。若用于生产品种单一的、批量生产的产品时有些浪费。泵体盖孔钻削专机及夹具设计是为分工序、批量生产该泵时设计的专机及专用夹具。总结本文所做的工作，有以下几点结论：
1) 本次设计中，机床采用一级变速，使主轴直接达到钻削速度。
2) 选用深孔加工刀具加工，提高加工质量。
3) 使用传送带输送工件，使加工时减少搬运工件的时间，并降低工人的劳动强度。
4) 夹具采用一面两孔定位，螺旋及铰链综合夹紧机构手动夹紧。由于钻削力较小，不需要太大的夹紧力就能实现夹紧，因此采用手动夹紧也不会加大工人的劳动强度。
综上所述，本次设计的设计周期短，相对于一般钻床价格低，从而大大减少了在机床方面投入的资金。由于采用输送带传送工件，降低了工人的劳动强度，节省了加工时间，提高了生产效率。由此，齿轮泵生产的成本也降低了。
生产加工便捷化是一个需要不断的探索和改进课题，因此还有许多方面可以改进。

前言
随着现代机械工业的发展，机床的种类越来越繁多，机床的功能越来越多，为了适应当今机械生产中的特殊要求，专用机床的应用越来越广泛。之所以选择泵体盖钻孔专机设计作为我的设计题目，是因为我发现以前的钻床虽然功能不少，但是有很多不足之处，比如对工件大批量生产不能满足，而且生产效率不高，对一些有特殊要求的工件也不能进行批量生产。基于这个前提，我选择了钻削类的专机设计，主要是针对泵体盖6-φ2孔的钻削进行加工。通过本次设计，可以生产出一种钻床满足泵体盖6-φ2孔的钻削标准化批量生产，这种钻床既可以满足特殊的加工要求又节省了时间、减少了劳动力。本毕业设计的目的是设计出一种钻削类的专用机床，让它只对泵体盖6-φ2孔一类工件进行钻削加工。本机床结构简单、集中化程度高、针对性强、工作效率高、能够适应在生产批量大的生产中的要求。它既提高了生产效率，又简化了操作程序，而且减轻了工人的劳动强度。

机床、基础理论研究、检测等方面都有了较大的进展。目前，孔加工技术已较为成熟。
同时随着我国科学和技术的不断发展，机械产品不断更新换代，其品种型号越来越多，质量要求越来越高，更新换代周期也越来越短。因而多品种、中小批量生产已日益成为机械制造业的主要生产类型。
机床夹具是保证产品质量，提高劳动生产率等生产技术准备工作中的重要组成部分，其结构形式必须与其生产类型相适应[2]。
当然在钻床中夹具的设计也是至关重要的，由于夹具设计过程的随机因素较多，目前仍有许多企业沿用传统的设计方法来完成，即由经验丰富的工艺人员人工设计(或借助二维CAD设计)。很显然，这种设计方法在很大程度土受夹具设计者的经验和知识水平的限制，且设计周期长，设计效率低，劳动强度大，已不适应现代制造技术。因此，开发出实用的计算机辅助夹具设计系统是解决这一间题的重要方法和手段。计算机辅助设计可以分为概念设计、技术设计和详细设计三个阶段。概念设计是计算机辅助夹具设计中最关键的一个环节,它影响着后续的技术设计和详细设计,是决定夹具方案优劣的重要阶段。由于钻铣削加工切削用量及切削力较大，加工时易产生振动，因此设计钻铣床夹具时应注意：夹紧力要足够且反行程自锁；夹具的安装要准确可靠，即安装及加工时要正确使用定向键、对刀装置；夹具体要有足够的刚度和稳定性，结构要合理

在批量生产泵体盖时，多采用流水线式操作，即按工序分配给不同生产车间来生产。泵体盖孔加工专机及夹具设计，就是为加工泵体盖6-φ2孔这一工序而设计的专用机床及夹具。由于泵体盖6-φ2为均匀分布，因此需要综合应用孔的加工及机床夹具等方面的知识。
本次设计主要包括两大部分。
第一部分为泵体盖6-φ2孔钻削专机的设计，其中包括机床的基本尺寸的选择、电机的选择、传动系统的设计和钻头的选择。
首先，机床的基本尺寸主要参考常用机床的外形尺寸，并根据6-φ2孔加工的需要来确定。其次，泵体盖材料为铝合金。因此可根据铝合金的切削性能，及钻削铝合金时的切削用量和钻削速度来估算出钻削力、钻削扭矩和钻削功率来，并根据钻削功率选择电动机。然后，根据所选电机的同步转速和切削速度来确定传动比，并用齿轮传动系统来实现。由于本次设计的机床只为加工6-φ2孔而设计，因此不需变速，一级传动就能实现。最后，根据回油孔的特点，并考虑经济性来选择合适的多孔加工刀具。
第二部分为专用夹具的设计，其中包括定位方式的选择、定位误差的计算、夹紧方式的确定、夹紧力的确定及夹紧机构的的选择、导引装置的确定、夹具体的设计和夹具体在机床上的定位方式。
根据六点定位原理、泵体盖外形的特点及常用定位元件的种类，来确定夹具体的定位方式。由于零件在加工时，总会产生误差，因此应考虑工件的定位误差。进行定位误差的计算，以保证定位误差在零件加工误差允许的范围之内。若不合适，则应选择更合适的定位方式，以确保零件的加工精度。为了使零件在被加工时保持位置不变，应对零件在被加工时所需的加紧力进行估算。在此基础上，综合考虑零件的定位方式和加工方式，来设计适合的夹紧机构。为保证加工精度，选择合适的对刀导引装置，保证工件相对于刀具处于正确的位置。综合以上各方面的设计和各个装置的相对位置关系，可以设计出夹具体的结构。并且还要确定夹具体在机床上的定位方法和定位精度。这样就完成了夹具的设计。
由于此次设计是根据实际生产加工中的需要来进行设计的，因此还从经济性方面分析了此次设计的可行性。另外，分析了此次设计相对于一般生产加工情况的优点、此次设计的不足，和可能改进的方法。

1  泵体盖6-φ2孔加工专机的设计
1.1  钻床的总体设计
钻床可用于加工简单零件上的孔，也可用于加工外型复杂、没有对称回转轴线工件上的单个或一系列圆柱孔，如盖板、箱体、机架等零件上的各种用途的孔。钻床一般用于完成加工尺寸较小、精度要求不太高的孔。通常，钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动[3]。
钻床可分为台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、铣钻床、深孔钻床、平端面中心孔钻床和卧式钻床。
在本次设计中，待加工孔为多孔且均匀分布，因此在选择机床上有些困难。通常多孔钻床具有特殊设计的主轴，卧式布局。一般为工件旋转，用特制的钻头钻削孔，可完成孔工件钻、扩、铰、套料等加工。但由于多孔钻床的特殊性，其比较昂贵，对于非专业化深孔加工的厂家，成本过高，因此不能选用这种形式。所以，应由其他钻床改造成多孔钻床，这样可节省开支，并且易于中、小型企业接受。综合各种机床的结构特点和工作方式，决定选用卧式钻床的结构布置。卧式钻床的结构特点是主轴旋转中心固定，移动工件使加工点对准主轴中心。主轴箱安装在立柱上，主轴水平布置。立柱有圆柱、方柱，这里选择圆柱作为主轴。主轴可机动进给。
由于本次设计为钻孔专机，只用于加工多孔的工序，简单的传动系统就能满足，不需要变速，因此采用一级齿轮传动即可，这样可以直接达到钻削所需要的速度。
泵体盖材料为铝合金，根据其切削性能及各类多孔钻的尺寸参数，在相比较下选择合适的刀具。从而确定进给量来计算出切削参数，即加工时所需的钻削力、钻削率和钻削转矩。通过这些数据，可选择出适合的电动机作为动力源。同时，根据这些切削参数设计计算出传动系统的参数。
1.2  钻床刀具的选择
在多孔加工中，使用钻头、内排屑深孔钻虽然具有很多优点，但由于需要专用的机床（或改装的普通车床）以及一套辅助设备，投资较大，多孔加工受到一定的条件限制。麻花钻具有投资少、见效快、无需特殊多孔加工装备等优点，是一般多孔加工中行之有效的加工方法。
在本次设计中，则采用直柄麻花钻来完成切削任务。其主要的尺寸参数可在表1-1中查询。
表1-1麻花钻主要的尺寸参数
Tab.1-1 Twist drill main size parameter
d  =125
 =160
 =200
 =250
 =315

h8  =80
 =100
 =150
 =200
 =250

2.0 × ×   
2.5 × ×   
3.0  × ×  
3.5  × × × 
4.0  × × × ×
4.5  × × × ×
注：×——表示有规格； ——麻花钻全长； ——麻花钻工作部分长度；
d——麻花钻的直径。
此次多孔加工的孔6-φ2孔，工作部分长度满足此长度即可，因此可选 ＝160的直柄麻花钻。麻花钻材料的选择，参见表1-2。
表1-2 麻花钻的性能级别[4]
Tab.1-2 Twist drill performance rank
项目 普通型能级麻花钻 高性能级麻花钻
材料 工作部分用W6Mo5Gr4V2或同等性能的其他牌号  普通高速钢（代号HHS）制造 工作部分用W2Mo9Gr4VCo8或同等性能的其他牌号  高性能高速钢（代号HHS－E）制造
硬度 工作部分硬度780～900HV 工作部分硬度820～950HV
制造
工艺 一般为轧制或铣制 一般为全磨制
应用
设备 一般用于普通机床 一般用于数控机床、自动线
其他 高性能级的麻花钻比普通性能级麻花钻在表面粗糙度、切血人对工作部分轴向斜跳动、钻芯对称直径、沟槽分度误差、直柄直径公差、锥柄圆锥公差、钻芯对工作部分轴线的对称度、两刃带宽度差等方面都要求更高
根据本次加工情况及技术要求，选择普通型能级的麻花钻即可。









目  录

前言•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 4

1  泵体盖6-φ2孔加工专机的设计•••••••••••••••••••6
1.1  钻床的总体设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6

1.2  钻床刀具的选择••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6

1.3  钻床传动系统的设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••7

1.3.1  切削参数的确定••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••7
1.3.2  电动机的选择••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.3.3  齿轮传动设计及计算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1.3.4  轴的设计及强度校核•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••13
1.4  本章小结•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19
2  专用夹具设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20

2.1 工件的加工工艺性分析•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20
2.2  定位元件的选择与设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20
2.2.1  定位元件的选择••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20
2.2.2  定位误差的分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20
2.2.3  定位误差的计算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 23
2.3  泵体盖在夹具中的夹紧••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 25
2.3.1  夹紧装置的组成••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 26
2.3.2  夹紧力的确定••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 26
2.3.3  夹紧机构的选择及设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 29
2.4  导向元件的设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31
2.4.1  钻模板的类型与选择••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32
2.4.2  钻套的选择与设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32
2.5  夹具体的设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 37
2.6  夹具在机床上的定位••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 38

2.7  本章小结•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 40
3  技术经济性分析•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 41
4  结论•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 41

致谢••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 43

文献参考••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 44
附录1中文（译文）••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••   45
附录2英文（原文）•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••  49

机械(42)