2720 給定零件的車床與鉆床的夾具設計

2720 給定零件的車床與鉆床的夾具設計,給定,零件,車床,鉆床,夾具,設計 長春理工大學本科畢業(yè)設計I本科生畢業(yè)設計給定零件的車床與鉆床的夾具設計Given the lathe and drilling machine parts of fixture design學 生 姓 名 霍宇雷專 業(yè) 機械設計制造及其自動化學 號 070311215指 導 教 師 張學忱學 院 機電工程學院2011 年 6 月長春理工大學本科畢業(yè)設計I摘 要本文主要圍繞車床孔加工夾具和鉆床孔加工夾具設計為中心。根據(jù)被加工閥體零件的指定工序要求，在車床上一次性裝夾中鏜削出三個孔，而鉆床夾具的杠桿加工工序要求加工兩個孔，是位于互成 90°角的平面內(nèi)，并且它的孔徑不大。因此根據(jù)加工工序要求的不同夾具裝置分別采用了旋轉分度結構和翻轉式鉆模、最后逐步確定夾緊方式、定位方式、定位元件以及結構形式，并分析計算定位誤差等步驟完成夾具的總體設計。關鍵詞：車床 鉆床 夾具 定位 孔加工；長春理工大學本科畢業(yè)設計IIAbstractThis paper, focusing on lathe hole processing fixture and drilling hole processing fixture design as the center. According to the specified by processing body parts on a lathe process requirements, one-time clamping 1ta series in the three holes, and drilling fixture lever processing procedure request processing two holes, is located in a 90 ° Angle of each plane and its aperture in unlikely. Therefore according to the requirements of different processes are used for fixture device rotating indexing structure and tilting drill mold, finally gradually determine clamping mode, localization way, positioning components and structure form, and the positioning error analysis and calculation of the steps the overall design of complete jig.Key words: lathe； drilling ；fixture ；locating； hole processing; 長春理工大學本科畢業(yè)設計III目 錄摘 要 .............................................................IAbstract...........................................................II第 1 章 設計背景及趨勢 ...........................................- 1 -1.1 研究內(nèi)容，目的意義 .......................................- 1 -1.2 夾具的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ...............................- 1 -1.3 機床夾具的作用 ..........................................- 3 -1.4 機床夾具的功能 .........................................- 3 -1.41 夾具的主要類型 ......................................- 3 -1.42 車床夾具設計要點 ....................................- 3 -1.43 鉆床夾具設計特點 ....................................- 4 -第 2 章 車床夾具設計 ............................................- 6 -2.1 設計目標分析 ............................................- 6 -2.11 加工工件的零件圖（如圖 2-1） .........................- 6 -2.12 閥體工件的主要加工工藝過程（表 2-1） ................- 6 -2.13 設計任務書（表 2-2） ...............................- 6 -2.14 工序簡圖（圖 2-2） ................................- 7 -2.15 分析原始資料 ........................................- 7 -2.2 確定夾具的結構方案 .....................................- 8 -2.3 制定夾具總圖的尺寸、公差配合 ...........................- 12 -2.4 夾具精度分析計算 .......................................- 13 -第 3 章 鉆床夾具設計 ...........................................- 14 -3.1 明確設計任務、收集分析原始資料 ..........................- 14 -3.11 加工工具的零件圖（圖 3-1） ..........................- 14 -3.12 杠桿工件主要加工工藝過程（表 3-1） ..................- 14 -3.13 設計任務書（表 3-2） ..............................- 14 -3.14 工序簡圖（圖 3-2） ...............................- 15 -3.15 分析原始資料 .....................................- 16 -3.2 確定夾具的結構方案 ....................................- 16 -3.21 根據(jù)六點定位規(guī)則確定工件的定位方式 ................- 16 -3.22 選擇定位元件，設計定位裝置 ........................- 17 -長春理工大學本科畢業(yè)設計IV3.23 分析定位誤差計算 ...................................- 18 -3.24 確定工件的夾緊裝置 .................................- 19 -3.25 確定引導元件 ......................................- 22 -3.26 確定其他結構 .......................................- 23 -3.27 制定夾具技術條件 ...................................- 23 -3.3 夾具精度分析 ............................................- 23 -總 結 ........................................................- 26 -參考文獻 .......................................................- 27 -致 謝 .......................................................- 28 -長春理工大學本科畢業(yè)設計1第 1 章 設計背景及趨勢1.1 研究內(nèi)容，目的意義隨著我國改革開放的不斷深入，市場經(jīng)濟體系的不斷完善，我國工業(yè)逐漸向成熟化發(fā)展。在整個機械工業(yè)中，設計在其中占有的地位日益顯現(xiàn)出來。工業(yè)設計主要包括三個方面的內(nèi)容。第一是產(chǎn)品設計,第二是與產(chǎn)品有關的視覺傳達設計，如產(chǎn)品的包裝、商業(yè)廣告等平面設計。第三是由產(chǎn)品設計擴展的環(huán)境設計．如產(chǎn)品的展示與陳列，商品櫥窗設計以及室內(nèi)設計等。 產(chǎn)品設計作為工業(yè)設計的核心，它涉及的面廣，從人們的衣食住行，到社會的各行各業(yè)，產(chǎn)品設計無時不有，無時不在。產(chǎn)品設計的對象既包括一般的日用生活制品，也包括工業(yè)生產(chǎn)的機床，加工工具；既包括家用小電器產(chǎn)品，也包括專業(yè)的儀器，儀表；既包括私有的自行車，摩托車，也包括大型的汽車，飛機等交通工具；“從口紅到宇宙飛船”都是屬于產(chǎn)品的設計的范疇，本論文主要針對加工工具設計，在一定范圍內(nèi)又稱“加工輔助設計”，即機床夾具體的設計。機床夾具設計是工藝裝備設計中的一個重要組成部分，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高勞動生產(chǎn)率的一項重要技術措施。在設計過程中應深人實際，進行調(diào)查研究，吸取國內(nèi)外的先進技術，制定出合理的設計方案，再進行具體的設計。而深入生產(chǎn)實際調(diào)查研究中 [1]，應當掌握下面的一些資料：(1)工件圖紙；詳細閱讀工件的圖紙，了解工件被加工表面是技術要求，該件在機器中的位置和作用，以及裝置中的特殊要求。(2)工藝文件：了解工件的工藝過程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面狀況，基準面選擇的情況，可用機床設備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。(3)生產(chǎn)綱領：夾具的結構形式應與工件的批量大小相適應，做到經(jīng)濟合理。(4)制造與使用夾具的情況，有無通用零部件可供選用。工廠有無壓縮空氣站；制造和使用夾具的工人的技術狀況等。夾具的出現(xiàn)可靠地保證加工精度，提高整體工作效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。1.2 夾具的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢夾具最早出現(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。1．機床夾具的現(xiàn)狀國際生產(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 [2]。 長春理工大學本科畢業(yè)設計2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。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本；2）能裝夾一組具有相似性特征的工件；3）能適用于精密加工的高精度機床夾具；4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具；5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率；6）提高機床夾具的標準化程度。2．現(xiàn)代機床夾具的發(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、高效化和柔性化等四個方面。 （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 [14]。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長春理工大學本科畢業(yè)設計3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構為可拆結構，發(fā)展可調(diào)夾具結構，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。1.3 機床夾具的作用（1）、保證加工精度（2）、提高生產(chǎn)率（3）、擴大機床的使用范圍（4）、降低生產(chǎn)成本（5）、改善工人的勞動條件1.4 機床夾具的功能1.41 夾具的主要類型在車床上用來加工工件內(nèi)、外回轉面及端面的夾具稱為車床夾具。車床夾具多數(shù)安裝在主軸上;少數(shù)安裝在床鞍或床身上。后一類屬機床改裝范疇，應用較少，不做介紹。車床夾具按工件定位方式不同分為：定心式、角鐵式和花盤式等 [3]。1.定心式車床夾具在定心式車床夾具上，工件常以孔或外圓定位，夾具采用定心夾緊機構。2.角鐵式車床夾具在車床上加工殼體、支座、杠桿、接頭等零件的回轉端面時，由于零件形狀較復雜，難以裝夾在通用卡盤上，因而須設計專用夾具。這種夾具的夾具體呈角鐵狀，故稱其為角鐵式車床夾具。3.花盤式車床夾具這類夾具的夾具體稱花盤，上面開有若干個 T 形槽，安裝定位元件、夾緊元件和分度元件等輔助元件，可加工形狀復雜工件的外圓和內(nèi)孔。這類夾具不對稱，要注意平衡。1.42 車床夾具設計要點1.車床夾具與主軸的連接方式由于加工中車床夾具隨車床主軸一起回轉，夾具與主軸的連接精度直接影響夾具的回轉精度，故要求車床夾具與主軸二者軸線有較高的同軸度，且要連接可靠。通常連接方式有以下幾種：(1)夾具通過主軸錐孔與主軸連接(2)夾具通過過渡盤與機床主軸連接長春理工大學本科畢業(yè)設計42.對定位及夾緊裝置的要求(1)為保證車床夾具的安裝精度，安裝時應對夾具的限位表面進行仔細找正。(2)設置定位元件時應考慮使工件加工表面的軸線與主軸軸線重合。(3)車床夾具的平衡及結構要求。對角鐵式、花盤式等結構不對稱的車床夾具，設計時應采用平衡裝置以減少由離心力產(chǎn)生的振動及主軸軸承的磨損。車床夾具一般都是在懸臂狀態(tài)下工作的，為保證加工過程的穩(wěn)定性;夾具結構應力求簡單緊湊，輕便且安全，懸伸長度盡量小，使重心靠近主軸前支承。為保證安全，夾具體應制成圓形，加具體上的各元件不允許伸出夾具體直徑之外。此外，夾具的結構還應便于工件的安裝、測量和切屑的順利排出或清理。1.43 鉆床夾具設計特點一、鉆床夾具的主要類型鉆床夾具簡稱鉆模，主要用于加工孔及螺紋。它主要由鉆套、鉆模板、定位及夾緊裝置夾具體組成。其主要類型有以下幾種。(1)固定式鉆模 在使用中，這類鉆模在機床上的位置固定不動，而且加工精度較高，主要用于立式鉆床上加工直徑較大的單孔或搖臂鉆床加工平行孔系。(2)回轉式鉆模 這類鉆模上有分度裝置，因此可以在工件上加工出若干個繞軸線分布的軸向或徑向孔系。(3)翻轉式鉆模 主要用于加工小型工件不同表面上的孔，孔徑小于f8~f10mm。它可以減少安裝次數(shù)，提高被加工孔的位置精度。其結構較簡單，加工鉆模一般手工進行翻轉，所以夾具及工件應小于 10 kg 為宜。(4)蓋板式鉆模 這種鉆模無夾具體，其定位元件和夾緊裝置直接裝在鉆模板上。鉆模板在工件上裝夾，適合于體積大而笨重的工件上的小孔加工。夾具、結構簡單輕便，易清除切屑;但是每次夾具需從工件上裝卸，較費時，故此鉆模的質(zhì)量一般不宜超過 10 kg。5)滑柱式鉆模 滑柱式鉆模是帶有升降鉆模板的通用可調(diào)夾具。這種鉆模有結構簡單、操作方便、動作迅速、制造周期短的優(yōu)點，生產(chǎn)中應用較廣。二、鉆模的設計要點1.鉆套鉆套安裝在鉆模板或夾具體上，用來確定工件上加工孔的位置，引導刀具進行加工，提高加工過程中工藝系統(tǒng)的剛性并防振。鉆套可分為標準鉆套和特殊鉆套兩大類。(1)固定鉆套長春理工大學本科畢業(yè)設計5(2)可換鉆套(3)快換鉆套(4)特殊鉆套2.鉆模板鉆模板用于安裝鉆套，確保鉆套在鉆模上的正確位置，鉆模板多裝在夾具體或支架上，常見的鉆模板有：(1)固定式鉆模板(2)鉸鏈式鉆模板(3)可卸(分離)式鉆模板(4)懸掛式鉆模板長春理工大學本科畢業(yè)設計6第 2 章 車床夾具設計2.1 設計目標分析 2.11 加工工件的零件圖（如圖 2-1）圖 2-1 閥體零件簡圖2.12 閥體工件的主要加工工藝過程（表 2-1）表 2-1 閥體工件主要加工工藝過程序號 工序內(nèi)容 使用設備 序號 工序內(nèi)容 使用設備010 銑底平面 X5032 030 鉆、鉸銷孔 762H??Z5125020 銑兩端面 M、 N 組合銑床 040 鉆鏜 孔及830孔 CA61402.13 設計任務書（表 2-2）表 2-2 設計任務書工件名稱 閥體 機床型號 CA6140材 料 HT200 生產(chǎn)類型 中批生產(chǎn)夾具類型 車床夾具 同時裝夾工具數(shù) 1長春理工大學本科畢業(yè)設計7圖 2-2 閥體零件鏜孔工序簡圖2.14 工序簡圖（圖 2-2）本夾具設計第 4 道工序鉆 及 三個孔的夾具。要求在車床上830H?2一次裝夾中加工出來。本工序加工要求如下：（1）三孔中心須保持圖上所標注的坐標尺寸。（2）三孔軸心線的平行度公差為 ，并且盡量使其與兩端面 M、N 垂m1.直。（3）三孔的表面粗糙度 Ra≤1.6um 。2.15 分析原始資料 (1) 從加工工件的零件圖可以看出，工件的結構形狀比較復雜，且壁較薄，所以受力后容易發(fā)生變形，設計時要注意夾緊力作用點、方向與大小的合理確定。(2) 本道工序是最終加工，所以在此三孔加工時二件上其他需要加工的表面均已加工，圓柱定位銷的基本尺寸是該基準定位孔 I 的最小極限尺寸，I 孔,所以其基本尺寸為 ?？紤]取小間隙配合及定位銷的012.67???Hmm6?制造經(jīng)濟精度，取圓柱定位銷定位部分的直徑為 。04.126???gm圓柱定位銷的結構尺寸可參考國際 GB/T2203——91 中 D＞3~10 A 型來確定 [15]。兩定位銷的銷心距基本尺寸應等于空心距的平均尺寸 155 ，取其公差為相應空心距公差的 1/4，即為±0.012 。長春理工大學本科畢業(yè)設計8削邊定位銷的結構參數(shù)可參照國際 GB/T2203—91 中 D＞3~10 B 型來m確定。由書中查得削邊定位銷的 b=2 ，代入下式m（式 2-1）dDTLX??in式中 D 2——和削邊定位銷相配的定位孔直徑的最小極限尺寸（ ）mX2min——定位孔與削邊定位的最小配合間隙（ ）TLD——兩定位孔中心距公差（ ）mTLd——兩定位銷中心距公差（ ）得 2in2)(DTLbXd??604.1?≈0.041 m所以削邊定位銷圓柱部分的直徑基本尺寸d2=D2-X2min=（6-0.041） =5.959m公差按 h6 選取，即 d2= = =695.h?06.9?041.7??至此得到了定位裝置見圖 2-3。（3）分析計算定位誤差 通過對定位誤差的分析計算，判別所設計的定位裝置是否合理可行。1） 孔和 孔本身直徑尺寸的定位誤差 該三個孔本身的直80H?820??徑尺寸精度均直接由鏜孔方法保證，不存在定位誤差。長春理工大學本科畢業(yè)設計9圖 2-3 閥體零件定位裝置2.2 確定夾具的結構方案1 、孔 A 至孔 I 的尺寸 30±0.2 的定位誤差，由于定位基準與設計基準m重合，因此△ B=0,△ Y=X1min=D1min-d1min=（6.012-5.988） =0.024 。m由式 2-1，定位誤差△ D 為△ D=△ Y+△ B 將△ B=0，△ Y=0.024 代如上式得△ D=0.024 + 0=0.024m由資料又知△ D 允 = mTC13.04.31???而△ D=0.024＜△ D 允 =0.133 ，所以此定位方案能滿足尺寸 30±0.2 的加工要求。2、孔 B 至孔 I 的尺寸 102±0.5 的定位誤差m同理 △ D=△ Y+△ B=0.024+0=0.024△ D 允 = mTC3.0.13???△ D=0.024＜△ D 允 =0.333因而也能滿足尺寸 102±0.5 的加工要求。m同理，孔 C 至 孔 I 的尺寸 125±0.5 的定位誤差也在誤差允許值內(nèi)，能保證此項加工精度要求。長春理工大學本科畢業(yè)設計103、孔 B 至孔 I 與孔 II 連線的距離 30±0.2 的定位誤差m由上式 △ D=△ Y+△ B △ B=0, 而△ Y 可由下式確定△Y= )(in1i2in1XLaX???式中 a—— 孔 B 的 x 坐標基本尺寸( )L——兩定位銷孔的中心距( )mX1max——定位孔 I 與定位圓柱銷間的最大配合間隙( )mX2max——定位孔 II 與削邊定位銷圓柱部分配合時的最大間隙( )所以 △ Y=0.024+ X〔（6.012-5.953）-0.024〕1502=0.044m代入△ D=△ Y+△ B=0.044+0=0.044，△ D 允 mTC13.04.31???△ D＜△ D 允 ，故能保證 30±0.2 的尺寸精度要求。4、三孔軸心線平行度公差 0.1 的定位誤差 由于三個孔在一次安裝中加工，所以此項定位誤差為 0.由上述分析計算可知，本定位裝置能保證工件加工的精度要求，因此所設計的定位裝置是合理的。5、確定工件的夾緊裝置 夾緊裝置對整個夾具影響很大，設計時一定要慎重考慮。1）車夾具對夾緊裝置的要求 設計車夾具上的夾緊裝置時，除了要考慮一般夾具設計應滿足的要求外，還需注意車削加工的特點。車削加工時，工件旋轉速度一般較高，所以二件除受切削力之外，由于有質(zhì)量偏心而產(chǎn)生較大的離心力，故為了防止工件脫離定位元件甚至飛出來造成事故，必須使夾緊絕對可靠，應采取夾緊力較大且自鎖性能好的夾緊裝置 [4]。 2）選擇夾緊力的方向和作用點，夾緊力的方向，應指定定位支承面 M，使定位可靠。夾緊力的作用點不宜施加在頂面 N 上，否則夾緊裝置容易碰刀，既限制鏜刀刀的活動空間，又妨礙視線。此外還會使夾具的懸伸長度增大，影響加工的穩(wěn)定性。所以夾緊力的作用點應選擇在工件上距定位面 M 較近的周向凹槽內(nèi)的 E 面上和周邊 F 面上。這樣，既可避免上述缺點，又能防止工件飛出，保證安全生產(chǎn)。工件的夾緊方式見圖 2-2.3)夾緊裝置型式的選擇 為了使工件能快速套上或御脫定位銷，可選用三個移動式螺旋壓板，此結構夾緊可靠，操作方便。初步確定選用 M12 螺桿。 4）車床夾具裝置的擬定 設計車床夾具時要盡量使結構簡單，輪廓尺寸小，重量輕，夾具的重心要靠近車床主軸中心，以減小離心力的影響。夾具外長春理工大學本科畢業(yè)設計11形一般要圓整，所有元件不應超出夾具邊緣之外，以免造成生產(chǎn)事故。如必要有不規(guī)則的凸出部分時，應加裝防護罩，確保安全生產(chǎn)。閥體零件需求在一次裝夾中 削三個孔，則此車夾具必須采用旋轉分度結構。① 旋轉中心坐標的確定 取孔 C 的中心為坐標原點，作 x、y 坐標軸，經(jīng)換算得孔 A 的坐標尺寸為 x A =35 y B =95孔 B 的坐標尺寸為 x B =60 y A =23設 O（x，y）為旋轉中心，其中心坐標可按下述方法求得因為 OC 2=OB2=OA2所以 （x-0） 2+(y-0) 2=(x- x A)2+(y- y B)2（x-0） 2+(y-0)2=(x- x A)2+(y- y A)2整理得 2x B x+2yBy= xB2+ yB22xA x+2yAy= xA2+ yA2今將 x A =35 y B =95 x B =60 y A =23 代入后得x=16.37 y=47.07換算得旋轉中心 O 距孔 A 的坐標尺寸為x1=13.63 y1=47.93②估算夾緊的可靠性 工件受力分析，見圖 2-4 工件在加工時，受到自身的重力和鏜削切削力作用，重力有使工件翻轉的趨勢，但由于工件的重量不大，夾具懸伸部分比較短，只要夾緊力適當，完全可以避免翻轉，所以重力使工件翻轉可以不進行驗算。鏜孔時，以粗鏜 A 孔時切削力為最大，此時，在主切削力 F z 的作用下所產(chǎn)生的切削扭力矩有使工件轉動的趨勢，徑向分力 F y 將使工件產(chǎn)生徑向移動的趨勢；軸向分力 F x 則使工件緊壓在定位元件的工作面上，有助于工件定位可靠，減小夾緊力。夾緊力 F 垂直于工件的定位面 M，使工件與定位元件的工作面接觸壓緊。從工件受力情況和夾緊方式的分析可知，保證工件可靠夾緊的主要條件是：在夾緊力作用下所產(chǎn)生的摩擦阻力距應大于在主切削力 F z 作用所產(chǎn)生的切削扭長春理工大學本科畢業(yè)設計12力矩。圖 2-4 工件受力分析若忽略壓板與工件夾緊表面之間的壓緊摩擦阻力矩，則所需夾緊力可用下式估算： LRkFZ?2?式中 k—安全系數(shù)，取為 2.5；R—圓周切削力 F z 作用點至工件旋轉中心的最大距離( ),R 為 R=m+15 64.83 ；2293.476.1?m?mu—摩擦系數(shù)，取為 0.15；L—摩擦圓半徑（ ），取夾緊力作用點至工件中心的距離，近似地取為(155/2) =77.5 ；--主切削力（N）Fz根據(jù)金屬切削原理的知識，用硬質(zhì)合金鏜刀鏜削鑄鐵工件孔時的主切削力可按下式計算 75.0faFZpZC?現(xiàn)取 =1.0 ，f=0.16 /r，根據(jù)金屬切削用量手冊查知:當主偏角pam時， =848 所以 =214.53N?KZFCNFZ75.016.84?將上面確定的值代入公式 LRkFZ?2?得 F=1495.5N長春理工大學本科畢業(yè)設計13下面計算夾緊裝置所能輸出的夾緊力 及每個螺旋壓板所能輸出的夾緊力kF。根據(jù)簡單螺旋夾緊力計算資料，當扳手長為 190 、作用力為 15N 時，kF mM12 的螺母產(chǎn)生的力約為 1200N，則=600NNK210???總的輸出夾緊力 =3 =3×600=1800＞ =1495.5.可見，夾緊裝置輸出的ZFkF總夾緊力 大于本道工序鏜孔時所需的夾緊力 ，說明夾緊力是足夠的k6、確定其他裝置結構 工件裝在分度盤端面的一個定位圓柱銷和一個定位削邊銷上。若先鏜 A 孔，其中心位于車夾具中心（即車床主軸回轉中心），則圓柱定位銷 位于孔 A 上方 30mm 處。按坐標尺寸 x=13.63、y=47.93 定出分度盤旋轉中心 O。為防止磨損，心軸外面裝有襯套。考慮切削有可能進入轉軸、分度盤及夾具體之間而影響旋轉精度，所以在心軸端面加裝蓋板。分度裝置的結構形式可參考機床夾具設計手冊來選取。由于三個孔的位置精度要求較低，所以可以采用手拉式彈簧圓柱銷的軸向對定機構。在圓盤夾具具體端面開有三個軸向分度定位孔，內(nèi)鑲有村套，以防止磨損。在分度盤上裝有手拉式彈簧圓柱銷，鏜孔時依次插入三個定位孔以進行分度。夾具體上還開有一個孔，內(nèi)裝有鋼珠，壓 簧 和 螺 釘，在分度盤上另加工三個錐坑，分度盤回轉時，由于彈簧作用將鋼珠壓人錐坑，可起到預 定位作用，使得圓柱銷容易對準定位孔。為了能固定 分度盤，在夾具體端面開有環(huán)形 T 型槽，在分度盤上鉆出三個螺栓孔，這就可以通過三個 T 型螺栓，將分度盤鎖緊在夾具體的 T 型槽中。在考慮夾具體圓盤直徑時，必須包含分度盤在內(nèi)，因而直徑尺寸較大。本工序在 CA6140 型車床上完成，夾具通過法蘭盤與車床主軸相連。平衡方式的選擇:由于車夾具上各元件離旋轉中心距離不等，質(zhì)量分布不均，所以高速旋轉時將產(chǎn)生很大的離心力和沖擊振動，使刀具加速磨損，影響工件加工表面質(zhì)量和機床壽命，所以設計車夾具時必須考慮平衡問題。由于平衡計算的準確度不夠高，生產(chǎn)中常采用配重法來達到夾具的靜平衡。常用的平衡方式有下面幾種 [5]：1）塊式和片式配重 按靜平衡估算的平衡鐵，用螺釘緊固在夾具體適當?shù)钠胶馕恢蒙?，在平衡鐵上開有長孔，以便作適當?shù)恼{(diào)節(jié)。2）鐵配重 翻砂時直接出，重量不夠時可加片式鐵塊以便調(diào)整。如重量過重，則可在平衡鐵上鉆減輕孔。3）灌鉛配重 鉛的密度很大，可以減小配重體積。4）微調(diào)配重 在夾具體圓周上開有 T 形槽，T 形槽中嵌有頂絲鎖緊的配重，可以沿圓周移動來尋找平衡位置，直至找到平衡位置后鎖緊。長春理工大學本科畢業(yè)設計14本設計采用塊式配重，在配重上開有弧形槽，以便調(diào)整至最佳平衡位置時用螺釘固定。2.3 制定夾具總圖的尺寸、公差配合（1）最大外形輪廓尺寸 夾具的最大輪廓尺寸為 。m2037??（2）保證工件定位精度的有關尺寸 主要有：1）定位表面間的尺寸公差和形位公差 工件上兩定位銷的中心距及公差為，根據(jù)有關資料取夾具上兩定位銷之中心距及公差 。m05.? 1.5?2）定位銷的配合公差 圓柱定位銷與工件定位孔的配合取為 ；削邊67gH?定位銷與工件銷孔 II 的配合，經(jīng)過計算，取削邊定位銷的圓柱部分的尺寸及公差為 。m041.76??（3）保證車床夾具安裝精度的有關尺寸和公差 主要有：1）分度盤的旋轉中心離夾具體中心的坐標尺寸為x =13.63，y=47.93由于三孔的距離精度要求較低，所以 x，y 的公差可取為 ，足以m01.?滿足要求。2）圓柱定位銷的中心至工件孔 A 中心的尺寸為 ，所以圓柱定2.3位銷與夾具體中心(車床主軸中心)之距離公差參考有關設計資料取 1/3 的工件尺寸公差，即為 。m065.3?3）回轉心軸與襯套的配合，應保持小的間隙，按資料 [6]取為 ，心軸與67gH夾具體的配合應該牢固，取為 ，襯套與分度盤的配合取 。67rHr4）手拉式對定器與分度盤上襯套的配合，取為 ，襯套與夾具體的配合67g取為 。67rH5）分度盤兩端平面應垂直于夾具體與車床主軸的連接孔的軸心線，允差應小于工作要求公差的 1/3，取為 0.33 。m（4）其它各組成元件之間的配合性質(zhì) 其它各組成元件之間的配合性質(zhì)，可參考有關設計資料確定。如圓柱定位銷、削邊定位銷與襯套之間的配合取為，襯套與夾具體之間的的配合可取為 ，夾具體與主軸的配合取為 。67kH67rH67jsH長春理工大學本科畢業(yè)設計152.4 夾具精度分析計算由于本工序要求的孔距離精度要求及孔與孔之間的平行度要求均較低，所以不必進行夾具精度分析計算。長春理工大學本科畢業(yè)設計16第 3 章 鉆床夾具設計3.1 設計目標分析3.11 加工工具的零件圖（圖 3-1）圖 3-1 杠桿零件簡圖3.12 杠桿工件主要加工工藝過程（表 3-1）表 3-1 杠桿加工工藝過程序 號 工 序 內(nèi) 容 使 用 設 備010 銑 孔的兩端面728H? X5032020 鉆、擴、鉸 孔并刮端面 K Z5135030 銑 孔的兩端面109Z6132A040 鉆、擴、鉸 孔和鉆 孔?m1?Z5125050 銑 孔的兩端臺階面 X6132A060 銑 槽5.09? X6132A長春理工大學本科畢業(yè)設計173.13 設計任務書（表 3-2）表 3-2 設計任務書工具名稱 杠桿 夾具類型 鉆床夾具材料 45 生產(chǎn)類型 中批生產(chǎn)機床型號 Z5125 同時裝夾工件數(shù) 13.14 工序簡圖（圖 3-2）本夾具設計第四道工序鉆、擴、鉸 和 孔的鉆床夾具。本工序910H?m加工要求如下：1） 孔和 孔的孔距為 ，平行度公差為 0.3 ；90H?7282.8?m2） 孔與 孔的孔距為 。m5圖 3-2 杠桿工件鉆孔工序簡圖3.15 分析原始資料 主要從以下幾方面分析：長春理工大學本科畢業(yè)設計181）工件毛坯為模鍛件，精度較高，這可以使工件粗加工時定位可靠些。2）工件的輪廓尺寸較小，重量輕，但剛性差，結構較復雜。這就要求夾緊力應確定得合理，以防止工件變形。3）本工序前已加工的表面有：① 孔及兩端面。② 孔的兩端728H?910H?面4）本工序所使用的機床為 Z5125 立鉆，刀具為通用標準刀具。5）生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)。3.2 確定夾具的結構方案 3.21 根據(jù)六點定位規(guī)則確定工件的定位方式 本工序所加工兩孔( 和 )，位于互成 90°的兩平面內(nèi)，孔徑不10H9?m大，工件質(zhì)量較小、輪廓尺寸以及生產(chǎn)量不是很大，因此采用翻轉式鉆模。(1)定位方案 [7]。根據(jù)工件結構特點，其定位方案如下。①以 孔及一組合面(端面 K 和 孔的一個端面組合而成 )為定位728?109?面，以 孔外緣毛坯面一側為防轉定位面，限制六個自由度。這一定位方910案，由于尺寸 的公差大，定位不可靠，會引起較大的定位誤差（見圖5.0?m3-3 左）。 ② 以 孔及端面 K 定位，以 孔外緣定位，限制工件的728H?910H?轉動自由度。為增加剛性，在 孔的端面，增設 1 輔助支承（見圖 3-3z右）。由于定位精度不受尺寸 的影響，定位誤差較（圖 3-3 左）方案5.08?m要小，定位也較穩(wěn)定。長春理工大學本科畢業(yè)設計19圖 3-3 杠桿工件鉆孔定位——夾緊方案3.22 選擇定位元件，設計定位裝置 根據(jù)已確定的定位基面結構形狀，確定定位元件的類型和結構尺寸1）選擇定位元件 選用帶臺階面的定位銷，作為以 孔及端面定位728H?的定位元件，定位配合取為 。6728gH?2）選擇可調(diào)支承釘為 孔外緣毛坯一側反轉定位面的定位元件也可910選擇可移動 V 形塊。由于 孔對外緣的對稱度要求較低，而所確定的毛坯為模鍛件，精度比較高，同時，又采用了可調(diào)支承定位等原因，確定選用可移動 V 形塊方案為最終方案。可調(diào)支承的結構與尺寸按夾具設計手冊中國家標準,選用 M10[8].912/?TGB3.23 分析定位誤差計算①加工 孔時孔距尺寸(80±0.2) 的定位誤差計算。由于基準重合，0H?m故 Δ B＝0?；鶞饰灰普`差△ y 等于定位銷與定位孔的最大間隙值 。銷孔的配合為maxX。而 為 ， 為 。于是得6728g?28021.??68g?07.2?△ y = =（0.021-（-0.020）） =0.041maxX因而 △ D=△ Y+△ B =0+0.041 ≈0.041定位誤差的允許值 △ D 允 = mTC13.04.31???△ D=0.041 ＜△ D 允 =0.133因而此定位方案能滿足尺寸 的加工要求。2.08?②加工 孔時軸線平行度 0.3 的定位誤差計算。由于基準重合，故10H9?mΔB＝ 0?；鶞饰灰普`差是定位孔 與定位面 K 間的垂直度誤差。故7H?ΔD＝0. 03 。m定位誤差允許值為△ D 允 為△ D 允 = TC1.03.1???由于 △ D=0.03＜△ D 允 =0.1m因而該定位方案也能滿足兩孔軸線平行度 0.3 的加工要求。③加工 孔時孔距尺寸(15±0.25) 。加工 孔時與加工m1? 1?孔時相同。0H9定位誤差允許值△ D 允 為長春理工大學本科畢業(yè)設計20△ D 允 = mTC167.05.31???由于 △ D=0.041＜△ D 允 =0.167因而該定位方案能滿足尺寸 的加工要求。25.01?由以上分析與計算可知，該定位方案是可行的。3.24 確定工件的夾緊裝置 可按下述步驟進行1）確定夾具類型 由工序簡圖可知，本工序所加工的兩孔，是位于互成直角的平面內(nèi)，孔徑不大，工件重量輕，輪廓尺寸小及生產(chǎn)批量不大等原因，采用翻轉式鉆模。2）確定夾緊方式 參考已有類似夾具資料 [9]，初步選用 M12 螺桿，在孔的上端面夾緊工件圖（3-3）。這樣在加工 孔時，切削力方向78H? 910H?與夾緊力方向一致，可減小夾緊力，同時，夾緊力方向指向定位面，使定位可靠。切削力還可通過輔助支撐由夾具來承受，也有助于減小所需的夾緊力。在加工 孔時，鉆削軸向力 有使工件轉動的趨勢，因而僅采用 孔上m1zF728?方一處夾緊，能否滿足要求，有待于進一步分析。為使夾具結構簡單，操作方便，暫以此夾緊方式作為初步設計方案，待進行夾緊力核算后，在最終確定此方案是否可行。3）夾緊機構 由于生產(chǎn)批量不大，加工精度要求較低，此夾具的夾緊機構，不宜太復雜，所以可采用螺旋夾緊方式。螺栓直徑暫采用 M12.為操作方便，縮短裝卸工件的時間，墊圈采用開口的。4）估算夾緊的可靠性 加工 孔時，由圖 3-4 可知，工件受到的鉆削910H?軸向力 與夾緊力 F 同向，作用于定位支撐面上；而工件受到的鉆削力偶矩xT，有使工件緊靠于可調(diào)支撐上之勢，所采用鉆頭直徑不大，且小于加工另一孔的鉆頭直徑，因此，對加工此孔來說，夾緊是可靠的，不必進行夾緊m1?力驗算。加工 孔時，由圖 3-5 可知，工件受到的鉆削軸向力 ，有使工1? xF件繞 O 軸旋轉的趨勢，而工件受到的力偶矩 T，又有使工件翻轉的趨勢。為防止上述兩種情況的發(fā)生，夾具夾緊機構應具有足夠的夾緊力及摩擦力矩。為此需要對夾緊力進行計算。長春理工大學本科畢業(yè)設計21圖 3-4 加工 孔時工件受力圖910H?圖 3-5 加工 孔時工件受力圖m1?1)鉆削軸向力 由金屬切削用量手冊查知xFFYZFXKfdCX08.9?式中 ——鉆頭直徑（ ）0d長春理工大學本科畢業(yè)設計22——進給量（ /r）fm、 ——系數(shù)FZY——切削力系數(shù)xC——修正系數(shù)。FK已知 ，取 f=0.25 /r，其余各參數(shù)值可由切削用量手冊查出，md10?代入上式的 NX 86.025.1.68.97???N527鉆削力矩 T 同理T= TYZTKfdC0.式中 ——力偶矩系數(shù)TC、 —系數(shù)；ZY—修正系數(shù)；TK—鉆削力偶矩（N · m）。將已知數(shù)值及由切削用量手冊查得各參數(shù)代入上式得 mN.86025.103.89???使工件轉動的轉矩 和使工件翻轉的力矩 M0 可知：T?=?LFx10?式中 —使工件轉動的轉矩（N · ）；? m—使工件翻轉的力矩（N · ）；0M—翻轉力（N），F(xiàn)0dTF?L— 至旋轉中心的力臂（ ）；x—鉆削軸向力（N)；— 至翻轉中心力臂（ ）；10Fm。 =0.015 ；d 0=0.011 ；201DdL???LD1—支承直徑（ ），D 1=0.040 。代入各數(shù)值后，得 mNFTX ?????? 15.3205.26710LM長春理工大學本科畢業(yè)設計23)2(1010DdLT???mN???)04..5..46=0.48 mN?4)為阻止工件轉動所需的夾緊力 和阻止工件翻轉所需的夾緊力 1F? 1F?根據(jù)力矩平衡原理，為使工件不發(fā)生轉動或翻轉，夾緊力必須滿足下列不等式 TKrN?????210MD式中 —防止工件轉動所需的夾緊力（N)；1F—防止工件翻轉所需的夾緊力（N)；?r—摩擦圓半徑（ )；mDr31??—支承反力（N），2 = FNF1K—安全系數(shù)，取 K=1.5；—轉矩（ )；T?m?—翻轉力矩（ ）；0Mμ—摩擦系數(shù)，取 μ=0.15；D—定位孔直徑（ ）將已知數(shù)據(jù)代入上式可得防止工件轉動所需的夾緊力 NrKTF56.9031.08.253''1 ?????防止工件翻轉所需的夾緊力 DM4..01'由于 ＞ ，現(xiàn)以 為驗算加緊機構夾緊力的依據(jù)。F1?15）夾緊機構產(chǎn)生的夾緊力 根據(jù)初步選用螺栓的直徑為 M12，由資料查2F得，用 M12 螺栓。當端面為環(huán)形面時的許用夾緊力 的值為 5800N。由于2F=5800N＜ =9030.56N，因而初選的螺栓 M12 不能滿足夾緊要求，為此重新21選用 M16 的螺栓。經(jīng)查資料知其許用夾緊力 的值為 10500N，這時，2長春理工大學本科畢業(yè)設計24＞ ，因而 M16 的螺栓可以滿足夾緊要求。同時，M16 的螺栓最大外徑也2F1小于定位孔 的尺寸，不妨礙工件裝卸。78H?3.25 確定引導元件 主要是鉆套的結構類型和主要尺寸。1）對 孔為適應鉆、擴，較選用快換式的鉆套。90?鉆套結構，由《夾具零、部件》國家標準 GB/T2263—91、GB/T2265 —91來選取 [10]。主要尺寸，按下面方法確定。鉆頭直徑為 ，為擴孔鉆直徑為 ，鉸刀直徑為 。m0.9?m8.9?m10?鉆套內(nèi)徑為 ，即 ；擴孔鉆套內(nèi)徑為 ，即 ；8F. 8.9F.鉸套內(nèi)徑為 ，即 7)3.1(C???024.63105436.1?外徑均為 02.5?襯套內(nèi)徑為 ，外徑為341.?m028.16??m鉆套端面至加工面間的距離，一般?。?.3~1)d(d 為鉆頭直徑)，取為8 。m2）對 孔鉆套類型本應選用固定式鉆套，但為維修方便，也采用可?換鉆套。其機構仍由《夾具零、部件》國家標準 GB/T2263—91，GB/T2265 —91 來選取 [11]。其主要尺寸如下：鉆頭直徑為 ，鉆套內(nèi)徑為 ，即 ，鉆套外徑為m027.1? 81F?m043.16?。012.8??襯套內(nèi)徑為 ，外徑為 。034.168??028.156?鉆套端面至加工面間的距離選取原則同上。因加工精度要求低，為排削方便，取 12 。以上各直徑尺寸的偏差也可從本篇第十九章的有關資料查取。各導引元件至定位元件間的位置尺寸，按有關夾具設計資料確定。分別取為 15±0.03 和 18±0.05 ；各鉆套軸線對基面的垂直度為 0.02 。m m3.26 確定其他結構為便于排削輔助支承采用螺旋套筒式。為便于夾具的制造、調(diào)試與維修，鉆模板與夾具的連接采用裝配式。夾具體采用開式，是加工、觀察，清理切削均較方便。長春理工大學本科畢業(yè)設計253.27 制定夾具技術條件夾具技術條件的制訂原則與方法，可參照文獻 [12]。本夾具的技術條件如下：1） 定位元件與夾具底面（C）的垂直度允許值在全長上為 0.03 。m2）導向元件與夾具底面（C）的垂直度允許值在全長上為 0.05 。3) 導向元件與夾具底面（C）的平行的度允許值為 0.023.3 夾具精度分析由圖 3-2 工序簡圖可知，設計的夾具需保證的加工要求：尺寸15±0.25 ；尺寸 80±0.2 ；尺寸 14 及 孔和 孔軸線間平行mm10H9?728度公差 0.3 等四項。除尺寸 14 ，因其屬“未注公差”，且加工 11?孔時，基準重合，定位誤差為零，不必進行驗算外，其余各項精度要求均需驗算。（1）尺寸 80±0.2 其定位誤差△ D 由前計算已得△ D=0.041 。夾具調(diào)m整安裝誤差△ T-A 由以下誤差組成：定位元件對底面的垂直度誤差 ;AT03.1???鉆套與襯套間的最大配合間隙 ；52襯套孔的距離公差 ；mAT.03?襯套軸線對底面（C）垂直度公差 （由于所加工的孔的深度AT0.4??較淺，此項垂直度公差對尺寸 80±0.2 的影響不必進行折算，實際上此項誤差大于 0.05 ）。m刀具在鉆套中間因間隙而引起的偏移或者偏斜（實際上是刀具與鉆套之間的最大間隙引mAT 037.)1.054.(5 ?????起偏移，由于鉆套較短，間隙引起的偏斜可忽略不計）。鉆套與襯套的內(nèi)、外徑同軸度公差，在夾具轉配時，通過調(diào)整法使其互相補償，可不計入夾具誤差中。由資料知 [13] AnTATATDJ ?????????232221 ?得本夾具的誤差為 524232221 ATATATDJ ???037..105.03.4. ??? m=0.133m長春理工大學本科畢業(yè)設計26夾具誤差的允許值△ J 允 為△ J 允 = mTC26.04.32???可見△ J=0.133 ＜△ J 允 =0.26mm因而夾具能保證尺寸 80±0.2 這項加工要求。（2）尺寸 15±0.25 同理△ P=0.041AT03.1???m52襯套孔與定位元件的距離誤差 。AT6.3?襯套孔對底面（ ）的平行度公差 。F04?則 4232221 ATATDJ ????????0.6.05.3.04. m= 0.09mTCJ 3..2???可見 △ J＜△ J 允因而尺寸 15±0.25 能夠保證。（3） 孔軸線對 孔軸線的平行度公差 0.3 同理910H?728?m，D03.??AT1?襯套對底面（ ）的垂直度公差F5.221ATDj ???m20.3.0.= 0.066TCJ ..3????允可見 △ J＜△ J 允因而所設計夾具也能滿足 和 兩孔軸線平行度公差的要求。910H?728由上述夾具精度分析計算可知，所設計的夾具精度是可以滿足工序加工要求的。長春理工大學本科畢業(yè)設計27總 結經(jīng)過了三個月畢業(yè)設計，在指導老師和自己的努力下，本次畢業(yè)設計終于完成了。通過這次完整的畢業(yè)設計，我們系統(tǒng)的回顧和復習了大學四年所學的相關專業(yè)知識，同時也社科體會到學習的重要性并領會到設計也是一種學習方式，在設計的過程中，我們綜合運用了系統(tǒng)的設計方法和相關設計軟件（如 Auto CAD）且應用熟悉相關設計資料（如手冊、標準和規(guī)范等）以及進行經(jīng)驗估算等方面有了一定程度的提高，深刻感受到計算機和工具書及手冊在設計中帶來的便利和幫助。也更加系統(tǒng)的了解機械制造工藝的一般過程，并且學會了對工藝設計的整體把握，也有了較為嚴謹?shù)目茖W設計方法。在本次課程設計中，能運用所學基本理論知識，正確解決工件在加工時的定位和夾緊問題，選擇合理的設計方案，進行必要的計算，根據(jù)課題設計出符合要求、優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的夾具。所以，這次畢業(yè)設計對我來說收獲很大，同時也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，感觸有：1、僅僅了解書本上的東西是遠遠不夠的，只有在結合自己的實際情況，運用于實踐，這樣才能更深地了解和學習好知識。2、工藝是一個很細致的工作，我們要在工作中不斷積累經(jīng)驗，學會用自己的知識解決實際問題。3、覺得自己學到的知識太有限，知識面太窄，以后還有待加強訓練和實踐。4、同時我們要不斷的向別人學習，尤其要多向老師請教，他們可以讓我們少走很多彎路，同時也讓我們知道很多優(yōu)秀的設計方法和與眾不同的設計理念5、創(chuàng)新設計是我們未來生存的法寶，所以從現(xiàn)在開始一定要有意識的鍛煉和培養(yǎng)自己在這方面的能力。長春理工大學本科畢業(yè)設計28本次課程設計由于時間比較緊迫，同時本人的知識水平有限，錯誤之處在所難免，希望老師給予批評指導。長春理工大學本科畢業(yè)設計29參考文獻[1] 王先逵編著．機械制造工藝學（上下冊）[M]．北京：清華大學出版社，1989 ．[2] 關慧貞、馮辛安主編．機械制造裝備設計第三版[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2009.11 ．[3]