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南 京 工 程 學 院
畢業(yè)設計說明書(論文)
作 者： 學 號：
系 部：
專 業(yè)：
題 目：A型齒輪油泵泵體安裝板孔
4×φ10鉆夾具3D設計【三維SW】
指導者：
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評閱者：
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注：
20 年 月 南 京
II
南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文）
畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要
夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。
該論文的設計任務是加工零件（A型齒輪油泵泵體）上的四個孔，。由于該零件屬于大批量生產(chǎn)，鉆孔精度要求較高，所以設計一個專用的鉆床夾具，保證零件的加工質(zhì)量。由于夾具的利用率高，經(jīng)濟性好，使用元件的功能強并且數(shù)量少，配套費用低，降低了生產(chǎn)成本；采用夾緊裝置，縮短停機時間，提高生產(chǎn)效率。
設計鉆床夾具，首先要仔細分析加工零件的技術要求，運用夾具設計的基本原理和方法，擬定夾具設計方案；在滿足加工精度的條件下，合理的進行安裝、定位、夾緊；在完成夾具草圖后，進一步考慮零件間的連接關系和螺釘、螺母、定位銷等的固定方式，設計合理的結(jié)構實現(xiàn)各零部件間的相對運動；根據(jù)各零件的使用要求，選擇相應的材料。
關鍵詞 夾具；鉆床夾具；精度；CAD
南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文）
畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要
Title A type gear pump mounting plate hole 4 x Phi 10 fixture SolidWork 3D design
Abstract
Machining fixture is an indispensable component, the development of high speed, high efficiency, precision, complex, intelligent, environmentally friendly direction in machine technology driven, fixture technology is moving towards high precision, high efficiency, module, combination, general, economic development.
The design task of the thesis is to machining parts (A gear pump) four holes,. Because this is a part of mass production, high drilling precision, so the design of a special drilling jig, ensure the machining quality of parts. Because the fixture utilization rate is high, the economy is good, the use of functional components and a small number of supporting, low cost, reduce the production cost; the clamping device, reduce downtime, improve production efficiency.
The design of drilling jig, first to require careful analysis of parts of the processing technology, using the basic principle and method of fixture design, the proposed design scheme of fixture; in the condition of satisfying the processing precision, reasonable installation, positioning, clamping fixture; after the completion of a sketch, consider the fixed connection relations between parts and screws, nut, a positioning pin, the rational design of the structure to realize the relative motion between the parts; according to the requirements of use of parts, select the appropriate materials.
Keywords fixture; drilling jig; precision; CAD
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1機床夾具的現(xiàn)狀 1
1.2 夾具的特點 1
1.3 機床夾具的發(fā)展方向 2
第2章 鉆床夾具的總體設計 4
2.1 設計任務 4
2.2 夾具的設計步驟 5
2.3 鉆床夾具的設計 7
第3章 夾具的工作原理與結(jié)構設計 10
3.1 對定位元件的基本要求 10
3.2 定位方案與定位元件 10
3.3 夾緊 10
3.4 夾緊方案的選擇 11
3.4.1 鉆削切削力 12
3.4.2 實際所需夾緊力的計算 13
3.4.3夾緊方案 16
3.5 夾具的使用方法 18
第4章 鉆床夾具體及夾具零件的設計 19
4.1 夾具體的要求 19
4.2 夾具體毛坯的類型 19
4.3 鉆模板以及鉆套的設計 20
第5章 夾具誤差的計算 25
5.1 角度尺寸公差 25
5.2 定位誤差 25
5.3 工件在夾具上加工的精度分析 26
5.4 夾具誤差的計算 27
5.5 夾具三維設計 31
結(jié)論 35
致謝 36
參考文獻 38
37
南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文）
第1章 緒 論
1.1機床夾具的現(xiàn)狀
夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期。隨著科學技術的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。
國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右。現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3～4年就要更新50％～80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10％～20％左右，為了適應科學技術的快速發(fā)展，我們在短短幾年內(nèi)需更新大量的專用夾具，這樣即提高了加工的成本，也造成了材料的浪費，為了減少這種情況，我們可以采用數(shù)控機床的柔性化制造技術。
1.2 夾具的特點
1）保證工件的加工精度
專用夾具應有合理的定位方案，合適的尺寸，公差和技術要求，并進行必要的精度分析，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。
2）提高生產(chǎn)效率
專業(yè)夾具的復雜程度要與工件的生產(chǎn)綱領相適應，應根據(jù)工件生產(chǎn)批量的大小選用不同復雜程度的高效夾緊裝置，以縮短輔助時間，以提高生產(chǎn)效率。
3）工藝性好
專用夾具的結(jié)構簡單，合理，便于加工，裝配，檢驗和維修。專用夾具的生產(chǎn)屬于小批量生產(chǎn)。
4）使用性好
專用夾具的操作應簡單，省力，安全可靠，排屑應方便，必要時可設置排屑機構。
5）經(jīng)濟型好
除考慮專用夾具本身結(jié)構簡單，標準化程度高，成本低廉外，還應根據(jù)生產(chǎn)綱領對夾具方案進行必要的經(jīng)濟分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益。
確定各表面加工方案，在選擇各表面孔的加工方法時，需綜合考慮以下因素：
（1）要考慮各表面的精度和質(zhì)量要求，根據(jù)各加工表面的技術要求，選擇加工方法及分幾次加工。
（2）根據(jù)生產(chǎn)類型來選擇，在大批量生產(chǎn)中可使用專用的高效率的設備；在單件小批量生產(chǎn)中則使用常用設備和一般加工方法。
（3）要考慮被加工材料的性質(zhì)。
（4）要考慮工廠或車間的實際情況，同時也應考慮不斷改進現(xiàn)有的加工方法和設備，推廣新技術，提高工藝水平。
（5）此外，還要考慮一些其他因素，如加工表面的物理機械性能的特殊要求，工件形狀和重量等。
1.3 機床夾具的發(fā)展方向
現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向：主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化、柔性化和模塊化等五個方面。
（1）標準化 機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148～T2259－91以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。
（2）精密化 隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達±0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm。
（3）高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。
（4）柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結(jié)構為可拆結(jié)構，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。
（5）模塊化 模塊化的設計省時、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具的系統(tǒng)中，為夾具的計算機輔助設計與組裝打下了堅實的基礎，應用CAD技術，可建立元件庫、典型夾具庫和用戶使用檔案庫，可進行夾具優(yōu)化設計，進行夾具的三維實體組裝。模擬仿真刀具的切削過程，為用戶提供正確、合理的配套方案，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。
第2章 鉆床夾具的總體設計
2.1 設計任務
本設計的主要任務是設計一個鉆床夾具，在零件端面上鉆四個大小相同，相互對稱的孔，另外在側(cè)壁上鉆一個孔，為了使鉆孔的位置精確，必須對零件進行固定定位，提高加工精度，使之滿足使用要求。專用夾具設計，方便加工及裝卸，節(jié)省時間，提高工作效率。被加工零件如下圖：
圖2-1 被加工零件及需要加工的孔
被加工零件安裝到夾具上應對上端面和下部面進行定位，因為在鉆端面上的四個孔時，可能發(fā)生零件的左右移動，所以采用芯軸定位，因此需要一個夾緊裝置將夾具連接起來，同時需要設置一個轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)夾具的旋轉(zhuǎn)，在加工過程中采用加長鉆套進行鉆孔，滿足設計要求。
2.2 夾具的設計步驟
1）明確設計任務書與收集設計材料
夾具設計的第一步是在已知生產(chǎn)綱領的前提下，研究被加工零件的零件圖、工序圖、工藝規(guī)程和設計任務書，對工件進行工藝分析。其內(nèi)容主要是了解工件的特點、材料；確定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基準和夾緊表面及所用的機床、刀具、量具等。
其次是根據(jù)設計任務書收集有關材料，如機床的技術參數(shù)，夾具零部件的國家標準、部頒標準和裝訂標準，各類夾具圖冊、夾具設計手冊等，還可收集一些同類夾具的設計樣圖，并了解該廠的工裝制造水平，以供參考。
2）擬定夾具結(jié)構方案與繪制夾具草圖
A）確定工件的定位方案，設計定位裝置。
B）確定工件的夾緊方案，設計夾緊裝置。
C）確定對刀或?qū)蚍桨?，設計對刀或?qū)蜓b置。
D）確定夾具與機床的連接方式，設計連接元件及安裝基面。
E）確定和設計其它裝置及元件的結(jié)構型式，如分度裝置、定位裝置及吊裝元件等。
F）確定夾具體的結(jié)構型式及夾具在機床上的安裝方式。
G）繪制夾具草圖，并標注尺寸、公差及技術要求。
3） 進行必要的分析計算
工件的加工精度較高時，應進行工件加工精度分析。有動力裝置的夾具，需計算夾緊力。當有幾種夾具方案時，可進行經(jīng)濟分析，選用經(jīng)濟效益較好的方案。
4） 審查方案與改進設計
夾具草圖畫出后，應征求有關人員的意見，并送有關部門審查，然后根據(jù)他們的意見對夾具方案作進一步修改。
5） 繪制夾具裝配總圖
夾具的總裝配圖應按國家標準繪制。繪圖比例盡量采用1:1. 主視圖按夾具面對操作者的反向繪制。總圖應把夾具的工作原理、各種裝置的結(jié)構及其相互關系表達清楚。
夾具總圖的繪制次序如下：
A） 用雙點劃線將工件的外形輪廓、定位基面、夾緊表面及加工表面繪制在各個視圖的合適位置上。在總圖中，工件可看作透明體，不遮擋后面夾具的線條。
B） 依次繪出定位裝置、夾緊裝置、對刀或?qū)蜓b置、其它裝置、夾具體及連接元件和安裝基面。
C） 標注必要的尺寸、公差和技術要求。
D） 編制夾具明細表及標題欄
完整的夾具裝配總圖可參閱夾具圖冊。
6） 繪制夾具零件圖
夾具中的非標準零件均要畫零件圖，并按夾具總圖的要求，確定零件的尺寸、公差及技術要求。
2.3 鉆床夾具的設計
鉆床夾具裝配圖，如圖2-2a、2-2b、2-2c所示。
如圖2-2a，鉆床夾具裝配圖的主視圖，采用鑄造型的夾具體，蓋板15、中間板18、底板19 ，材料均為灰鑄鐵（HT200）；開槽圓柱頭螺釘六角螺母的作用，用來裝卸零件；長型固定鉆套固定在鉆模板上 ，用開槽圓柱頭螺釘和定位銷進行連接、固定、定位。
2-2a 鉆床夾具主視圖
在圖2-2b，鉆床夾具裝配圖的俯視圖中，可以清楚的看到，為了鉆零件端面上四個孔時設計的可換鉆套11與鉆套用螺釘10在蓋板上的位置；設計了一個裝配把手21，它與蓋板連接壓緊螺釘8、六角螺母9是壓板下面部分的剖視，可以看出與螺桿的連接情況；六角頭螺栓12的作用是連接壓板和支板
2-2b 鉆床夾具俯視圖
在圖2-2c，鉆床夾具裝配圖的左視圖中，可以清楚的看到整個夾緊裝置和它的連接情況，壓板支板、軸壓板和軸的連接處，采用螺紋，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，傳動效率高、定位準確、自鎖性等特點，夾緊后，鉆孔的過程中，即使有振動，也不會出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象；中間板剖視后可以清楚的看到軸的形狀，采用梯形軸，方便安裝，的軸起到一個定位的作用，使壓板左右對稱，在夾緊過程中，不會因為位置偏移，影響加工精度
2-2c 鉆床夾具左視圖
第3章 夾具的工作原理與結(jié)構設計
3.1 對定位元件的基本要求
1) 足夠的精度
由于工件的定位是通過定位副的接觸（或配合）實現(xiàn)的，定位元件上限位基面的精度直接影響工件的定位精度，因此，限位基面應有足夠的精度，以適應加工的要求。
2) 足夠的強度和剛度
定位元件不僅限制工件的自由度，還有支撐元件、承受夾緊力和切削力的作用，因此，因有足夠的強度和剛度，以免使用中變形或損毀。
3) 耐磨性好
工件的裝卸會磨損定位元件的限位基面，導致定位精度下降。定位精度下降到一定程度時，定位元件必須更換，否則，夾具不能繼續(xù)使用。為了延長定位元件的更換周期，提高夾具的使用壽命，定位元件應有較好的耐磨性。
4) 工藝性好
定位元件的結(jié)構應力求簡單、合理，便于加工、裝配和更換。
3.2 定位方案與定位元件
工件在夾具中定位的任務是：使同一工序中的一批工件都能在夾具中占據(jù)正確的位置，工件位置的正確與否，用加工要求來衡量，能滿足加工要求的為正確，不能滿足加工要求的為不正確。一批工件逐個在夾具上定位時，各個工件在夾具中占據(jù)的位置不可能完全一致，也不必要求它們完全一致，但各個工件的位置變動量必須控制在加工誤差所允許的范圍之內(nèi)。
3.3 夾緊
對夾緊裝置的基本要求：
1） 夾緊過程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。
2） 夾緊力的大小適當，一批工件的夾緊力要穩(wěn)定不變。既要保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，振動小，又要是工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形。夾緊力穩(wěn)定可減小夾緊誤差。
3） 夾緊裝置的復雜程度應與工件的生產(chǎn)綱領相適應。工件生產(chǎn)批量越大，允許設計越復雜、效率越高的夾緊裝置。
工藝性好，使用性好。其結(jié)構力求簡單，便于制造和維修。夾緊裝置的操作應當方便、安全、省力。
在夾緊工件的過程中，夾緊作用的效果會直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)效率。因此，設計夾緊裝置應遵循以下原則：
（1） 工件不移動原則
夾緊過程中，應不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。
（2） 工件不變形原則
夾緊力的大小要適當，既要保證夾緊可靠，又應使工件在夾緊力的作用下不致產(chǎn)生加工精度所不允許的變形。
（3） 工件不振動原則
對剛性較差的工件，或者進行斷續(xù)切削，以及不宜采用氣缸直接壓緊的情況，應提高支承元件和夾緊元件的剛性，并使夾緊部位靠近加工表面，以避免工件和夾緊系統(tǒng)的振動。
（4） 安全可靠原則
夾緊傳力機構應有足夠的夾緊行程，手動夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。
（5） 經(jīng)濟實用原則
夾緊裝置的自動化和復雜程度應與生產(chǎn)綱領相適應，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構應力求簡單，便于制造、維修，工藝性能好；操作方便、省力，使用性能好。
夾緊機構---傳遞夾緊力，它是直接與工件接觸完成夾緊作用的最終執(zhí)行元件。要使動力裝置所產(chǎn)生的力或人力正確地作用到工件上，需有適當?shù)膫鬟f機構。在工件夾緊過程中起力的傳遞作用的機構，稱為夾緊機構。
夾緊機構在傳遞力的過程中，能根據(jù)需要改變力的大小、方向和作用點。手動夾具的夾緊機構還應具有良好的自鎖性能，以保證人力的作用停止后，仍能可靠地夾緊工件。
3.4 夾緊方案的選擇
本設計是一個鉆床夾具，加工4個孔，由于鉆孔精度要求較高，必須保證在鉆孔過程零件保持不動，所以必須設計夾緊裝置。根據(jù)題目所需，在畢業(yè)設計過程中，設計過兩種夾緊方案，現(xiàn)在分析兩種方案的優(yōu)劣，選擇更適合的一種。
首先計算鉆孔的切削力，然后計算實際夾緊力。
3.4.1 鉆削切削力
需要鉆孔零件的材料為10號鋼，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構鋼，鋼材的平均含碳量為0.1%。
10號鋼力學性能：抗拉強度 ；屈服強度 ；伸長率 δ≥25%；斷面收縮率 ψ ≥5%；硬度：未熱處理≤156HB。
鉆削切削力的計算公式如表3-3：
表3-3 鉆削切削力的計算公式
工件
材料
加工
方法
刀具
材料
切削扭矩
計算公式
切削力
計算公式
結(jié)構鋼和鑄鋼
=736MPa
鉆
高速鋼
擴鉆
耐熱鋼
（HB141）
鉆
灰鑄鐵
（HB190）
硬質(zhì)合金
擴鉆
高速鋼
可鍛鑄鐵（HB120）
鉆
硬質(zhì)合金
銅合金
高速鋼
鉆削時的進給量
f：0.15~0.32mm/轉(zhuǎn)，取f=0.2mm/轉(zhuǎn)
由表3-3可知，切削扭矩的計算公式
（式3-1）
為修正參數(shù)，它的計算公式
因為10號鋼的抗拉強度 ，取
（3-2）
（式3-3）
孔，帶入式3-1得：
（3-4）
由表3-3可知，切削力的計算計算公式如下，其中f=0.2mm/轉(zhuǎn)
（式3-5）
計算孔的切削力，帶入式3-3得：
（3-7）
3.4.2 實際所需夾緊力的計算
計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件受切削力、夾緊力（大型工件還應考慮工件重力，運動的工件還應考慮慣性力等）的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值，即：
（式3-8）
式中 —實際所需夾緊力（N）；
—在一定條件下，由靜力平衡計算出的理論夾緊力（N）；
—安全系數(shù)。
安全系數(shù)K可按下試計算：
（式3-9）
式中，為各種因素的安全系數(shù)，如表3-1。
表3-1 安全系數(shù)的數(shù)值
符號
考慮的因素
系數(shù)值
考慮工件材料及加工余量均勻性的安全系數(shù)
1.2~1.5
加工性質(zhì)
粗加工
1.2
精加工
1.0
刀具鈍化程度（詳見表3）
1.0~1.9
切削特點
連續(xù)切削
1.0
斷續(xù)切削
1.2
夾緊力的穩(wěn)定性
手動夾緊
1.3
機動夾緊
1.0
手動夾緊的手柄位置
操作方便
1.0
操作不方便
1.2
僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時，工件與支撐面接觸的情況
接觸點穩(wěn)定
1.0
接觸點不穩(wěn)定
1.5
若安全系數(shù)K的計算結(jié)果小于2.3時，取K=2.5。
鉆孔時，根據(jù)表3-1、表3-2，帶入式3-6，計算相應的安全系數(shù)得：
（式3-10）
表3-2 安全系數(shù)
加工方法
切削力分力情況
K
鉆削
鑄鐵
鋼
1.15
1.15
粗擴（毛坯）
1.0
1.0
1.3
1.3
精擴
1.2
1.2
1.2
1.2
粗車或粗鏜
1.0
1.0
1.2
1.4
1.25
1.6
精車或精鏜
1.05
1.0
1.4
1.05
1.3
1.0
圓周銑削
（粗、精）
1.2~1.4
1.6~1.8(含碳量小于0.3%)
1.2~1.4(含碳量大于0.3%)
端面銑削
（粗、精）
1.2~1.4
1.6~1.8(含碳量小于0.3%)
1.2~1.4(含碳量大于0.3%)
磨削
1.15~1.2
拉削
F
1.5
3.4.3夾緊方案
圖3-2 夾緊機構
夾緊力和夾緊扭矩的計算公式如下：
（式3-10）
（式3-11）
式中 —夾緊力（N）；
—夾緊扭矩（N*m）；
—作用力（N）；
—摩擦系數(shù)（表面光滑f=0.16）；
—螺紋或端面凸輪升角（此處）
計算夾緊扭矩，代入式3-8得：
（式3-12）
計算理論夾緊力，代入式3-11、3-12得：
（3-13）
計算實際夾緊力，代入式3-5得：
（3-14）
計算摩擦力
（3-15）
因為 ，所以鉆孔過程中不會發(fā)生滑動，夾緊力合適，夾緊機構滿足設計要求。
3.5 夾具的使用方法
夾具的大體結(jié)構（從下到上）：凸臺和底板為一體，錐形塊和中間板、轉(zhuǎn)動部分為一體，靠凸臺和轉(zhuǎn)動部分保證夾具上部的水平，零件的外圓柱面和圓錐臺的圓錐面接觸找正定心，蓋板和心軸為一體，零件靠蓋板、心軸和錐形塊定位。
當壓板處于放松狀態(tài)時，可提起裝配壓緊蓋板，鉆頭可一次鉆零件端面上的四個大小相同、沿中心陣列的孔；加工好端面上的四個孔后，抓緊裝配把手，使夾具旋轉(zhuǎn)90度，用于鉆側(cè)壁上的孔，由于孔的加工精度要求高，需要用相關儀器檢測夾具是否旋轉(zhuǎn)90度，如果旋轉(zhuǎn)度數(shù)不夠，可在B面用墊片調(diào)整高度，直至滿足要求；加工完成后，旋轉(zhuǎn)回原來的位置，沿反方向旋轉(zhuǎn)螺紋頭凸肚手柄，使壓板放松，提起裝配把手，卸下零件，至此完成一個零件的加工。
第4章 鉆床夾具體及夾具零件的設計
4.1 夾具體的要求
1）有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性
夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀或?qū)蛟谋砻嬉约皧A具體的安裝基面（與機床相連接的表面）等，應有適當?shù)某叽绾托螤罹龋鼈冎g應有適當?shù)奈恢镁取?
為使夾具體尺寸穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造夾具體要進行退火處理。
2） 有足夠的強度和剛度
加工過程中，夾具體要承受較大的切削力和夾緊力。為保證夾具體不產(chǎn)生變形和振動，夾具體應有足夠的強度和剛度。因此夾具體需要有一定的壁厚，鑄造和焊接夾具體常設置加強筋，或在不影響工件裝卸的情況下采用框架式夾具體。
3） 結(jié)構工藝性好
夾具體應便于制造、裝配和檢驗。鑄造夾具體上安裝各種元件的表面應鑄出凸臺，以減少加工面積。夾具體毛面與工件之間應留有足夠的間隙，一般為4~15mm。夾具體結(jié)構型式應便于工件的裝卸，分為開式結(jié)構、半開式結(jié)構、框架式結(jié)構等。
4） 排屑方便
切屑多時，夾具體上應考慮排屑結(jié)構?？梢栽趭A具體開排屑槽、在夾具體下部設置排屑斜面。
5） 在機床上安裝穩(wěn)定可靠
夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上相應表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應盡量低，重心越高則支承面應越大；夾具底面四邊應凸出，使夾具體的安裝基面與機床的工作臺面接觸良好。接觸邊或支腳的寬度應大于機床工作臺梯形槽的寬度，應一次加工出來，并保證一定的平面精度；當夾具在機床主軸上安裝時，夾具安裝基面與主軸相應表面應有較高的配合精度，并保證夾具體安裝穩(wěn)定可靠。
4.2 夾具體毛坯的類型
1） 鑄造夾具體
鑄造夾具體的優(yōu)點是工藝性好，可鑄出各種復雜形狀，具有較好的抗壓強度、剛度和抗振性，但生產(chǎn)周期長，需進行時效處理，以消除內(nèi)應力。常用材料為灰鑄鐵（如HT200），要求強度高時用鑄鋼（如ZG270-500），要求重量輕時鑄鋁（如ZL104）。目前鑄造夾具體應用較多。
2） 焊接夾具體
焊接夾具體，它由鋼板、型材焊接而成，這種夾具體制造方便、生產(chǎn)周期短、成本低、重量輕（壁厚比鑄造夾具體?。?。但焊接夾具體的熱應力較大，易變形，需經(jīng)退火處理，以保證夾具體尺寸的穩(wěn)定性。
3） 鍛造夾具體
鍛造夾具體，它適用于形狀簡單、尺寸不大、要求強度和剛度大的場合。鍛造后也需經(jīng)退火處理。此類夾具體應用較少。
4） 型材夾具體
小型夾具體可以直接用板料、棒料、管料等型材加工裝配而成。這類夾具體取材方便、生產(chǎn)周期短、成本低、重量輕，如各種心軸類夾具的夾具體及鋼套鉆模夾具體。
在該畢業(yè)設計中采用鑄造夾具體，蓋板、中間板、底板的材料均采用灰鑄鐵（HT200）。HT200指的是最低抗拉強度為200MPa的灰鑄鐵，是較高強度鑄鐵，基體為珠光體，強度、耐磨性、耐熱性、減振性均較好，鑄造性能也較好，使用前需要進行人工時效處理，主要用來鑄造汽車發(fā)動機汽缸、汽缸套、車床床身等承受壓力及振動部件。
工作條件:
1.承受較大應力的零件（彎曲應力<29.40MPa）；
2. 摩擦面間的單位面積壓力>0.49MPa（大于10t在磨損下工作的大型鑄件壓力>1.47MPa）；
3.要求一定的氣密性或耐弱腐蝕性介質(zhì)。
4.3 鉆模板以及鉆套的設計
1、鉆模板
鉆模板結(jié)構形式的選擇：在設計鉆模板的結(jié)構時，主要要根據(jù)工件的外形大小、加工部位、結(jié)構特點和生產(chǎn)規(guī)模以及機床類型等條件而定。要求所設計的鉆模板結(jié)構簡單、使用方便、制造容易。
鉆模板用于安裝鉆套，并確保鉆套在鉆模板上的正確位置。常見的鉆模板有固定式、鉸鏈式、可卸式、懸掛式等四種結(jié)構形式
（1）固定式鉆模板
固定式鉆模板與夾具是固定連接的可以與夾具體做成一體，也可以用螺釘將它與夾具體相連接。采用這種鉆模板鉆孔，位置精確度較高。
（2）鉸鏈式鉆模板
鉸鏈式鉆模板與夾具體通過鉸鏈連接。翻轉(zhuǎn)：裝卸工件時，將鉆模板往上翻；加工時將鉆模板往下翻，并用菱形銷定位。夾緊：采用鉸鏈式鉆模板，工件可以在夾具上方裝入，裝卸工件方便；但翻轉(zhuǎn)鉆模板費工費時，效率較低，且鉆模板位置精度受鉸鏈間隙影響，鉆孔位置精度不高；它主要用于生產(chǎn)規(guī)模不大、鉆孔精度要求不高的場合。
（3）懸掛式鉆模板
懸掛式鉆模板是與機床主軸箱連接的，懸掛式鉆模板通常用在多軸傳動頭加工平行孔系時采用，生產(chǎn)效率高，適于在大批量生產(chǎn)中應用。
2、鉆套
鉆套是鉆模上特有的元件，它的作用是確定鉆頭，鉸刀等刀具的軸線位置，防止刀具在加工過程中發(fā)生偏斜，保證被加工孔的位置精度和提高工藝系統(tǒng)的剛度。
根據(jù)使用特點，鉆套可分為固定式，可換式，快換式等多種結(jié)構形式。
（1） 固定鉆套 固定鉆套（如圖4-1）直接被壓在鉆模板上，其位置精度要求較高，但磨損后不易更換，鉆模板較薄時，為使鉆套具有足夠的引導長度，應采用有肩鉆套。
圖4-1 固定鉆套
（2）可換鉆套 可換鉆套（如圖4-2）用于零件單一、大批量生產(chǎn)中，方便更換磨損的鉆套。鉆套和襯套之間采用F7/m6或F7/k6配合，襯套和鉆模板之間采用H7/n6配合。當鉆套磨損后，可卸下螺釘，更換新的鉆套。螺釘能防止鉆套加工時轉(zhuǎn)動及退刀時脫出。
圖4-2 可換鉆套
（3） 快換鉆套 在工件的一次裝夾中，若順序進行鉆孔、擴孔、鉸孔或攻絲等多個加工工步，需要不同孔徑的鉆套來引導刀具，此時應使用快換鉆套（如圖4-3）。更換鉆套時，只需逆時針轉(zhuǎn)動鉆套使削邊平面轉(zhuǎn)至螺釘位置，即可向上快速取出鉆套。
削邊的方向應考慮刀具的旋向，以免鉆套自動脫出。
圖4-3 快換鉆套
（4） 特殊鉆套 因工件的形狀或被加工孔的位置需要而不能使用標準鉆套時，需自行設計的鉆套稱為特殊鉆套。圖4-4加長鉆套為常見的特殊鉆套，在加工凹面上的孔時使用，為減少刀具與鉆套的摩擦，可將鉆套引導高度H以上的孔徑放大，鉆套的高度H增大，則導向性能好，刀具剛度提高，加工精度高，但鉆套與刀具的磨損加劇，一般取H=1～2.5d。
圖4-4 加長鉆套
3、 鉆模板和鉆套的具體設計
該夾具用于零件的大批量生產(chǎn)，在鉆孔的過程中，鉆套經(jīng)常發(fā)生磨損，如果設計成固定鉆套，在使用一段時間后，磨損的鉆套會影響零件的加工精度。當單一鉆孔、大批量生產(chǎn)時，為便于更換磨損的鉆套，選用可換鉆套。在保證鉆模板有足夠剛度的前提下，要盡量減輕其重量。在生產(chǎn)中，鉆模板的厚度往往按鉆套的高度來確定，一般在10~30mm之間。如果鉆套較長，可將鉆模板局部加厚。此外，鉆模板一般不宜承受夾緊力。此處，鉆模板的厚度設計為25mm，滿足加工要求。鉆套和襯套之間采用配合，襯套和鉆模板之間采用配合，因為加工四個孔的位置精度為，精度要求高，所以鉆套的孔采用五級精度（）。當鉆套磨損后，可卸下鉆套用的螺釘，更換新的鉆套。
鉆零件側(cè)面上直徑為8mm的孔：
鉆模板的厚度設計為15mm，由于鉆模板和零件的鉆孔表面距離相對較遠，為保證鉆孔精度，采用加長鉆套；排屑空間h指鉆套底部與工件表面之間的空間。增大h值，排屑方便，但刀具的剛度和孔的加工精度都會降低。鉆削易排屑的鋼件時，常取h=(0.3~0.7)d；鉆削較難排屑的鋼件時，常取h=（0.7~1.5）d。此處，因為零件精度要求較高，排屑空間取零，使切屑全部從鉆套中排出。襯套和鉆模板之間采用配合，因為加工孔的垂直度為，精度要求高，所以鉆套的孔采用五級精度（）。
鉆模板與夾具的連接固定：鉆模板支撐鉆套，對鉆套進行固定。因為螺釘固定有空隙會產(chǎn)生誤差，影響加工精度，所以將螺釘用在連接固定上，再加上圓錐銷進行固定，使鉆模板與夾具體緊密結(jié)合，避免加工時螺釘松動產(chǎn)生誤差，影響加工。
第5章 夾具誤差的計算
5.1 角度尺寸公差
規(guī)定了未注出公差的角度尺寸的極限偏差數(shù)值；適用于金屬切削加工的尺寸，也適用于一般的沖壓加工的尺寸，非金屬材料和其他工藝方法加工的尺寸可參照采用。
一般公差分精密、中等、粗糙、最粗共4個公差等級，按未注公差的線性尺寸和角度尺寸分別給出了各公差等級的極限偏差數(shù)值。
表5-1 角度尺寸的極限偏差數(shù)值
公差等級
長度分段mm
~10
>10~50
>50~120
>120~400
>400
精密f
中等m
粗糙c
最粗v
5.2 定位誤差
一批工件逐個在夾具上定位時，由于工件及定位元件存在加工誤差，使各個工件所占據(jù)的位置不完全一致，加工后加工尺寸不一致，形成定位誤差，用表示。
造成定位誤差的原因有兩個：一是定位基準與工序基準不重合，由此產(chǎn)生基準不重合誤差；二是定位基準與限位基準不重合，由此產(chǎn)生基準位移誤差。
由于定位基準與工序基準不重合以及定位基準與限位基準不重合是造成定位誤差的原因，因此，定位誤差是基準不重合誤差與基準位移誤差的合成。計算時，和計算出和，然后將兩者合成而得。
合成時，若工序基準不在定位基面上（工序基準與定位基面為兩個獨立的表面），即與無相關公共變量，則=+。
若工序基準在定位基面上，即與有相關公共變量，則=。
在定位基面尺寸變動方向一定（由大到小，由小到大）的條件下，（或定位基準）與（或工序基準）的變動方向相同，取“+”號；變動方向相反，取“-”號。
5.3 工件在夾具上加工的精度分析
1. 影響加工精度的因素
圖5-1 工件在夾具上加工時影響加工精度的主要因素
如圖5-1所示，用夾具裝夾工件進行機械加工時，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度有關的因素，有定位誤差、對刀誤差、夾具在機床上的安裝誤差和夾具誤差。在機械加工工藝系統(tǒng)中，影響加工精度的其它因素綜合稱為加工方法誤差。上述各項誤差均導致刀具相對工件的位置不精確，從而形成總的加工誤差。
5.4 夾具誤差的計算
1) 定位誤差
機床夾具的主要功能：在機床上加工工件時，先將工件裝好，然后用夾具夾緊工件。將工件裝好，就是在機床上確定工件相對于刀具的正確位置，這一過程稱為定位。將工件夾緊，就是對工件施加作用力，使之在已經(jīng)定好的位置上將工件可靠地夾緊，這一過程稱為夾緊。從定位到夾緊的全過程，稱為裝夾。機床夾具的主要功能就是完成工件的裝夾工作。工件裝夾情況的好壞，將直接影響工件的加工精度，因此，準確定位就是很重要的一個環(huán)節(jié)，現(xiàn)在需計算定位誤差。
根據(jù)圖4-1和圖5-2可知，第一基準中心線，第二基準B面。
鉆孔
定位基準中心線；限位基準中心線；工序基準中心線。
鉆孔
定位基準中心線、B面；限位基準中心線。
孔的鉆模板長度為40mm，公差等級按中等m設計，根據(jù)表5-1（角度尺寸的極限偏差數(shù)值）中得，鉆孔的定位誤差為鉆孔時的角度公差為。
2) 對刀誤差
因刀具相對于對刀或?qū)蛟奈恢貌痪_而造成的加工誤差，稱為對刀誤差。鉆頭與鉆套間的間隙，會引起鉆頭的位移或傾斜，造成加工誤差。
圖5-3 鉆模對刀誤差
鉆模對刀誤差的計算如圖5-3所示，刀具與鉆套的最大配合間隙的存在會引起刀具的偏斜，將導致加工孔的偏移量
式中 B—工件厚度；
H—鉆套高度；
H—排屑空間的高度。
工件厚度大時，按計算對刀誤差：；
工件薄時，按計算對刀誤差：。
鉆孔
鉆套導向尺寸為，鉆頭尺寸為。
3) 夾具安裝誤差
因夾具在機床上的安裝不精確而造成的加工誤差，稱為夾具的安裝誤差。
圖5-2中夾具的安裝基面為平面，因而沒有安裝誤差，=0.
4) 夾具誤差
因夾具上定位元件、對刀或?qū)蛟?、分度裝置及安裝基準之間的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差。夾具誤差主要包括定位元件相對于安裝基準的尺寸或位置誤差；定位元件相對于對刀或?qū)蛟ò瑢蛟g）的尺寸或位置誤差；導向元件相對于安裝基準的尺寸或位置誤差；若有分度裝置時，還存在分度誤差。以上幾項共同組成夾具誤差。
圖5-2中，鉆端面4個孔時，保證位置精度。按IT3級，影響尺寸的夾具誤差的定位面到導向孔軸線的尺寸誤差=0.008，及導向孔對安裝基面B的垂直度=0.004.
鉆的孔時，保證垂直度。按IT4級，影響尺寸的夾具誤差的定位面到導向孔軸線的尺寸誤差=0.010，及導向孔對安裝基面B的垂直度=0.005.
5) 加工方法誤差
因機床精度、刀具精度、刀具與機床的位置精度、工藝系統(tǒng)的受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差，統(tǒng)稱為加工方法誤差。因該項誤差影響因素多，又不便于計算，所以常根據(jù)經(jīng)驗為它留出工件公差的1/3.計算時可設
。
2. 保證加工精度的條件
工件在夾具中加工時，總加工誤差為上述各項誤差之和。由于上述誤差均為獨立隨機變量，應用概率法疊加。因此保證工件加工精度的條件是
即工件的總加工誤差應不大于工件的加工尺寸。
為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因磨損而過早報廢，在分析計算工件加工精度時，需留出一定的精度儲備量。因此將上式改寫為
或
當時，夾具能滿足工件的加工要求。值的大小還表示了夾具使用壽命的長短和夾具總圖上各項公差值確定得是否合理。
3.鉆孔的加工精度計算
在圖5-2所示鉆模上鉆A型齒輪油泵泵體的孔時，加工精度的計算列于表5-2中。
表5-2 用鉆模鉆孔的加工精度計算
誤差名稱
誤 差計算
加工要求
位置度 mm
垂直度 mm
0
0.0087 mm
0.011 mm
0.0185 mm
0
0
0.008+0.004 （mm）
0.010+0.005 (mm)
0.0067 mm
0.013 mm
0.0157 mm
0.0267 mm
0.0043 mm
0.0133 mm
由表5-2可知，該鉆模能滿足工件的各項精度要求，且有一定的精度儲備。
5.5 夾具三維設計
結(jié)論
該畢業(yè)設計對鉆床夾具進行了一定的研究，在設計過程中定位方案和夾緊裝置是兩個重點也是兩個難點。該論文的主要任務是設計一個鉆床夾具，在零件端面上鉆四個孔，另外在側(cè)壁上鉆一個孔，為了使鉆孔的位置精確，必須對零件進行安裝、定位、夾緊。
在鉆頭鉆孔的過程中，切削力和切削扭矩可能會是零件發(fā)生相對運動，影響加工精度，因此需要用夾緊裝置將零件夾緊。常用的夾緊裝置有：偏心夾緊機構、斜鍥夾緊機構、螺旋夾緊機構、彈性夾頭、彈性薄壁夾盤、壓板夾緊機構等等。在鉆孔過程中，振動可能會是偏心夾緊機構出現(xiàn)松動的情況，所以根據(jù)題目所需采用壓板夾緊機構，運用杠桿的原理進行夾緊和放松。
在設計過程中采用了大量的標準件，這樣可以降低夾具的生產(chǎn)成本，使該鉆床夾具更經(jīng)濟；由于使用專用的夾具，大批量生產(chǎn)單一的零件，即保證了零件的加工精度又提高了零件的生產(chǎn)效率；達到了經(jīng)濟、高效的目的。
致謝
經(jīng)過了兩個多月的學習和努力，在老師的悉心指導和嚴格要求下，我終于完成了《鉆床夾具設計》的論文。從課題選擇、方案論證到具體設計，每一步對我來說無疑是巨大的嘗試和挑戰(zhàn)，也成就了我在大學期間獨立完成的最大的項目。記得在剛接到這個課題時，由于夾具設計以及相關知識不是很了解，我都有些茫然不知所措，不知從何入手，于是我給自己提出了一系列問題：如何做畢業(yè)設計、做畢業(yè)設計的要求、我要設計一個怎樣的夾具、要達到什么樣的效果、實現(xiàn)什么樣的功能、與那些專業(yè)知識有關聯(lián)等。后來，在老師的引導下，我清楚要做好畢業(yè)設計，必須了解相關的專業(yè)知識，去圖書館查閱相關資料、上網(wǎng)去了解鉆床夾具的最新動向。
在具體設計的過程中，我遇到了很多問題，比如：加工零件時，我應該如何定位，才能滿足要求，又能使工人師傅加工方便、快捷、高效。于是我不斷地給自己提出新的想法，然后去論證這種想法的使用性，在這個循環(huán)往復的過程中，我學到了很多東西，同時畢業(yè)設計也在一天天的完成中。雖然我的設計作品不是很成熟，參考了很多資料仍然還有很多不足之處，但我心里有一種莫大的幸福感，因為我實實在在地走過了一個完整的設計所應該走的每一個過程，并且享受了每一個過程，更重要的是這個設計中我加入了自己鮮活的思想。
在整個畢業(yè)設計的過程中，我學到的不僅僅是畢業(yè)設計本身，還有很多畢業(yè)設計之外的東西，一種態(tài)度，既是對學術的態(tài)度，也是對人生的態(tài)度，盡自己所能，認真做好手邊的事情。有些東西，最開始接觸的時候，我們會覺得很陌生、很難，不知從何入手，這時，我們需要靜下心來，仔細分析，將問題一點一點的解決，這是一個漫長的過程，也是一個學習的過程，期間會覺得茫然、困惑、不知所措，但是當我們堅持到最后，完成它的那一刻，我們會覺得很有成就感，那是一種對自己能力的肯定，對自己的認可。
四年間，每次走進教研室都會讓我感受到一種親切熱情的氛圍。無論是學習、工作生活上的問題，恩師們都會悉心給以指導解答，讓我獲益匪淺。也就是在這里，開始了我的畢業(yè)設計點。從某種意義上可以說，今日的畢業(yè)論文其實從大一時已經(jīng)開始了。機械系的老師們，為我四年的學習、成長創(chuàng)造了一個良好的環(huán)境，不斷的充實自我。在此，我真誠的向你們道一聲：“謝謝！”。
在這里我要特別感謝我的指導老師老師。他為人隨和熱情，治學嚴謹細心。在閑聊中他總是能像知心朋友一樣鼓勵我，在論文的寫作和措辭等方面他也總會以“專業(yè)標準”嚴格要求我，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復修改、潤色，老師始終認真負責地給予我深刻而細致地指導，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。正是老師的無私幫助與熱忱鼓勵，我的畢業(yè)論文才能夠得以順利完成，謝謝老師。
在此祝愿全天下所有老師身體健康，全家幸福！
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