【正文】 抖動(dòng)，同時(shí)又不會(huì)因夾 緊力過大而使工件表面受到損傷； （ 3） 夾緊裝置結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，容易制造。只有在生產(chǎn)批量較大的工件時(shí)，才考慮相應(yīng)增加夾具夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度； （ 4） 夾緊機(jī)構(gòu)的操作應(yīng)該安全、迅速、方便、省力。 設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，首先要合理選擇夾緊力的方向，再確定其著力點(diǎn)的大小，并確定夾緊力的傳遞方式和相應(yīng)的機(jī)構(gòu)。最后選用或自行設(shè)計(jì)夾緊裝置的具體結(jié)構(gòu)。 夾緊力方向的選擇 夾緊力方向選擇應(yīng)考慮的問題有： 何中明 ：萬向節(jié)滑動(dòng)叉機(jī)械加工 中的專用機(jī)床 夾具設(shè)計(jì) 8 （ 1） 主要夾緊力應(yīng)該朝向主要限位基面； 夾緊力應(yīng)盡可能與工件重力、切削力同向，這樣既有利于簡小夾緊力，又能簡 化夾緊機(jī)構(gòu)，也便于操作。 夾緊力著力點(diǎn)的確定原則： （ 1） 著力點(diǎn)必須使夾緊力作用在定位元件所形成的限位支承面上； （ 2） 為防止工件變形，著力點(diǎn)應(yīng)位于工件剛度較大處或變集中分布的載荷為均勻分布的載荷； （ 3） 著力點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)接近加工部位。 常見的夾緊機(jī)構(gòu)： （ 1）、斜楔夾緊機(jī)構(gòu) 斜楔夾緊是最基本的一種夾緊形式。其結(jié)構(gòu)簡單，具有一定的擴(kuò)力作用，夾緊行程與斜 楔升角有關(guān)，具有一定的自鎖能力，但其自鎖能力隨著斜楔升角的變大而變差。用斜楔直接夾緊工件的夾緊力有限，且操作費(fèi)時(shí)。在實(shí)際生產(chǎn)中，單獨(dú)應(yīng)用很少，往往是與其它機(jī)構(gòu)組合應(yīng)用。 （ 2）、螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 螺旋實(shí)際上相 當(dāng)于把斜楔繞在圓柱上的變形，故其作用原理與斜楔相同。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)通常由螺釘（或螺柱）、螺母、墊圈、壓板等元件組成。由于其結(jié)構(gòu)簡單，夾緊可靠，通用性大，故在夾具中得到廣泛的應(yīng)用。它的主要缺點(diǎn)是夾緊和松開工件時(shí)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。 （ 3）、偏心夾緊機(jī)構(gòu) 偏心夾緊機(jī)構(gòu)用偏心元件直接夾緊或與其它元件組合而實(shí)現(xiàn)工件的夾緊。常用的偏心元件是偏心輪和偏心偏心軸。圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，夾緊迅速，操作方便，缺點(diǎn)是夾緊力和行程都較小。一般用于被壓表面尺寸公差要求較小的工件，以及切削過程振動(dòng)不大的場合。 （ 4）、定心夾緊機(jī)構(gòu) 定心夾 緊機(jī)構(gòu)能在實(shí)現(xiàn)定心作用的同時(shí)，又起著 將工件夾緊的作用。可以簡化夾具的結(jié) 構(gòu)，減少夾具零件數(shù)量。在定心夾緊機(jī)構(gòu)中，與工件接觸的元件既是定位元件，又是夾緊元件。這種機(jī)構(gòu)能使定位夾緊元件等速趨近或退離工件。所以能將定位基面的誤差沿徑向或?qū)ΨQ面對稱分布，從而使工件的軸線、對稱中心不產(chǎn)生位移，實(shí)現(xiàn)定心夾緊。 定心夾緊機(jī)構(gòu)，根據(jù)其傳動(dòng)方式的不同，可分為兩類。一類是利用斜楔、螺旋、偏心、齒輪、齒條等剛性傳動(dòng)件，使定位夾緊元件作等速位移，實(shí)現(xiàn)定心夾緊作用。另 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 一類是利用薄壁彈性元件受力后的彈性變形，使工件定心并夾緊。其定心精度 比第一類要高，適用于精加工或半精加工。 根據(jù)以上分析，綜合考慮成本、 效率、生產(chǎn)條件、工藝裝備等因素，本次專用夾具設(shè)計(jì)的夾緊裝置選用氣動(dòng)滾子斜楔夾緊機(jī)構(gòu)。該夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，夾緊行程與斜楔升角有關(guān)，具有擴(kuò)力作用，其擴(kuò)力比約為 3 左右。該夾緊機(jī)構(gòu)還具有一定的自鎖能力。同時(shí)采用氣動(dòng)裝置提供夾緊力，縮短了輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，還改善了工人 的勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)作業(yè)條件。 氣動(dòng)滾子斜楔夾緊裝置結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 3。 3—— 3 氣動(dòng)滾子斜楔夾緊裝置 、夾具體設(shè)計(jì) 夾具體是夾具上 最大和最復(fù)雜的基礎(chǔ)元件。在夾具體上要安裝各種元件、機(jī)構(gòu)和裝置，以組成該夾具，并通過它將夾具安裝在機(jī)床上。因此，其形狀結(jié)構(gòu)，在很大程度上取決于其上各種元件或裝置的結(jié)構(gòu)形式，總體布置的情況以及夾具與機(jī)床的連接方式。在加工過程中夾具體必須承受作用于夾具上的一切作用力以及所產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)。還要解決切屑積聚等問題。對夾具體設(shè)計(jì)有以下基本要求： （ 1） 應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。夾具體應(yīng)具有足夠的壁厚 h,剛度不足處可設(shè)筋。其厚度一般取 (~ )h 。 加強(qiáng)筋的高度不大于 5h ，以 何中明 ：萬向節(jié)滑動(dòng)叉機(jī)械加工 中的專用機(jī)床 夾具設(shè)計(jì) 10 保證受 承力、切削力、沖擊和振動(dòng)，不至于產(chǎn)生不允許的變 形； （ 2） 力求結(jié)構(gòu)簡單，裝卸工件方便，體積小，重量輕。特別對手動(dòng)、移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)夾具，其總重量不超過 10kg，以便于操作； （ 3） 要有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和使用性能。對于夾具體上安裝各元件的表面，一般應(yīng)鑄出 3~5mm 的凸臺(tái)，以簡小精加工的面積。不加工表面與工件表面之間應(yīng)保證有如下空隙：工件是毛面時(shí)取8~15mm ；工件是光 面時(shí)取 4~10mm 。以免安裝時(shí)發(fā)生干涉； （ 4） 結(jié)構(gòu)尺寸大小適當(dāng)且穩(wěn)定。鑄造夾具體要進(jìn)行時(shí)效處理；焊接夾具體要進(jìn)行退火處理，以防止加工后日久變形。夾具體的壁厚和轉(zhuǎn)角處變化要緩和、均勻，以免產(chǎn)生過大內(nèi)應(yīng)力； （ 5） 排除切屑問題要解決。當(dāng)切屑不多時(shí)，可適當(dāng)加大定位元件工作表面與夾具體之間的空隙，或增設(shè)容屑溝槽；當(dāng)加工中產(chǎn)生大量的切屑時(shí)，應(yīng)在夾具體上設(shè)置專門的排屑用斜面（傾斜角 ? 取30~50 ）或 排屑槽，以便于切屑落入腔內(nèi)自動(dòng)排出夾具體外； 如下圖所示： 排屑槽 圖 — 4 夾具體自動(dòng)排屑結(jié)構(gòu)（ 1） 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 排屑斜面 圖 — 5 夾具體自動(dòng)排屑結(jié)構(gòu)（ 2） （ 6） 夾具在機(jī)床上安裝要穩(wěn)定、安全、可靠。夾具體的重心要盡量低，支承面積要足夠大。夾具體底面中部一般應(yīng)挖空。大型夾具體要設(shè)置其吊環(huán)，較大的夾具體要設(shè)置座耳。 夾具體的結(jié)構(gòu)形式一般有 3 類，即開式結(jié)構(gòu)、半開式結(jié)構(gòu)、框架式結(jié)構(gòu)。 夾具體毛坯常用以下四種： （ 1）鑄造夾具體（如圖 — 6） 可鑄出各種復(fù)雜形狀，工藝性好，具有較好的抗壓強(qiáng)度、剛度和抗振性。但生產(chǎn)周期長，需要進(jìn)行時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。常用 HT150， HT200 鑄造。要求強(qiáng)度較高時(shí)，用鑄鋼 ZG270500 鑄造；要求質(zhì)量較輕時(shí)用鑄鋁 ZL1040 鑄造。鑄造夾具體應(yīng)用比較廣泛。 何中明 ：萬向節(jié)滑動(dòng)叉機(jī)械加工 中的專用機(jī)床 夾具設(shè)計(jì) 12 圖 — 6 鑄造夾具體 （ 2）焊接夾具體（如圖 — 7） 它由鋼板、型材焊接而成。取材方便，生產(chǎn)周期短，成本低，重量輕（壁厚較鑄造夾具體?。５附訆A具體焊接 后熱應(yīng)力較大，易變形，需要進(jìn)行退火處理，以保證加工后尺寸的穩(wěn)定性。 圖 — 7 焊接夾具體毛坯 （ 3） 鍛造夾具體（如圖 — 8） 它適用于形狀簡單、尺寸不大，要求強(qiáng)度和剛度較大的夾具體。鍛造毛坯也需要進(jìn)行退火處理。 圖 — 8 鍛造夾具體毛坯 （ 4）裝配夾具體（如圖 — 9） 此類夾具體具有制造成本低、周期短、精度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，有利于夾具標(biāo)準(zhǔn)化、系列 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 化，也便于夾具的計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì)。它往往由標(biāo)準(zhǔn)的毛坯件、零件及個(gè)別非標(biāo)準(zhǔn)件通過螺釘、銷釘?shù)冗B接組裝而成。 由以上分析，本次夾具設(shè)計(jì)的夾具體選用開式鑄造夾具體其結(jié)構(gòu)簡圖如下所示： 圖 — 9 裝配夾具體毛坯 、切削力及夾緊力的計(jì)算 （ 1）、切削力計(jì)算 切削刀具：高速鋼鑲齒三面刃銑刀， 184 , 18mm z? ? 。 所以有：0F F FFFx y nF p z eqwc a f a zF dn? 式中： 650Fc ? ， mm? ， ? ， ? ， ? ， 40ea mm? （在加工面上測量所得的近似值）， ? ， 0 184d mm? ， ? ， 0Fw? ， 18z? 。 所以有 0 . 7 2 0 . 8 60 . 8 66 5 0 3 . 1 0 . 0 8 4 0 1 8 1584184FN? ? ? ??? 式 3. 1 當(dāng)用兩把銑刀同時(shí)銑削的時(shí)候： 實(shí)際切削力： 2 3168F F N??實(shí) ； 式 水平分力： 1 .1 3 4 8 5HF F N??實(shí) ； 式 垂直分力： 950VF F N??實(shí) 式 3. 4 在計(jì)算切削力時(shí)，必須考慮安全系數(shù)。安全系數(shù) 1 2 3 4k kk kk? ，式中： 1k 為基本安全系數(shù)，取 1 ? ； 何中明 ：萬向節(jié)滑動(dòng)叉機(jī)械加工 中的專用機(jī)床 夾具設(shè)計(jì) 14 2k 為加工性質(zhì)系數(shù)，取 2 ? ； 3k 為刀具鈍化系數(shù)，取 3 ? ； 4k 為斷續(xù)切削系數(shù)，取 4 ? 。 所以有： 39。 3 4 8 5 1 .5 1 .1 1 .1 1 .1 6 9 5 8HF F k N? ? ? ? ? ? ? 式 （ 2）、夾緊力計(jì)算 夾具夾緊裝置為氣動(dòng)滾子斜楔夾緊，斜楔升角 10?? ，其擴(kuò)力比 ? 。 為克服水平切削力，實(shí)際夾緊李 N 應(yīng)為： 12() HN f f kF?? ，所以12HkFN ff? ? 式中： 12,ff為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數(shù)，取 ?? 。 所以有： 6958 139160 .2 5 0 .2 5NN??? 式 夾緊機(jī)構(gòu)的汽缸選用 100mm? 。當(dāng)壓縮空氣單位壓力為 aMp 時(shí)，汽缸推力6 3 20 0 . 6 1 0 ( 5 0 1 0 ) 4 7 1 0N P S N? ?? ? ? ? ? ? ?。已知斜楔機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比為 ? ，所以汽缸產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力為： 4 7 1 0 3 .4 2 1 6 1 0 8NN? ? ?氣 式 由計(jì)算結(jié)果可知，汽缸產(chǎn)生的實(shí)際夾緊力大于實(shí)際所需的夾緊力，所以夾具可以安全工作。 、定位誤差分析 （ 1）定位元件尺寸及公差的確定 本夾具主要定位元件為定位心軸，該定位 心軸的尺寸及公差現(xiàn)規(guī)定為與本零件在工作時(shí)與其相配合的花鍵軸孔的尺寸于公差相同，即為 43 11mmH 。 （ 2） 計(jì)算最大轉(zhuǎn)角 零件圖樣規(guī)定 mm? ? 花鍵孔鍵槽寬中心線與 mm? ?? 兩孔中心線轉(zhuǎn)角公差為 2 。由于 mm? ?? 兩孔中心線應(yīng)與其外端面垂直，故要求 mm? ?? 二 孔端面的垂線應(yīng)與 mm? ? 花鍵孔鍵槽寬中心線轉(zhuǎn)角公差為 2 。此項(xiàng)技術(shù)要求主要應(yīng)由花鍵孔鍵槽寬配合中的側(cè)向間隙保證。 已知花鍵孔鍵槽寬為 mm? ， 夾具中定位花鍵軸鍵寬為 mm?? ，因此當(dāng)零件安裝在夾具中時(shí)，鍵槽處的最大側(cè)向間隙為： m a x 0 . 0 4 8 ( 0 . 0 6 5 ) 0 . 1 1 3b m m? ? ? ? ?，因此而引起的零件最大轉(zhuǎn)角 ? 為： 25?? ，所以有： 0 .1 1 3a r c ta n a r c ta n 0 .2 5 825? ? ? 式 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 由計(jì)算結(jié)果可知，最大側(cè)向間隙能夠滿足零件的精度要求。 （ 3）計(jì)算 mm? ?? 二孔外端面銑加工后與花鍵孔軸線的最大平行度誤差 零件花鍵孔與定位心軸外徑的最大間隙為： m a x 0 . 0 4 8 ( 0 . 0 8 3 ) 0 . 1 3 1 mm? ? ? ? ? 式 當(dāng)定 位花鍵軸的長度取為 100mm 時(shí)，則由上述間隙引起的最大傾角為 ： 100。此即為由于定位誤差引起的 mm? ?? 二孔外端面對花鍵孔軸線的最大平行度誤差。由于 mm? ?? 二孔外端面以后還要進(jìn)行磨削加工，故上述平行度誤差在允許范圍內(nèi)。 、夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 在進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)時(shí)，為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，應(yīng)首先著眼于機(jī)動(dòng)夾緊。本道工序的銑床夾具就選擇了氣動(dòng)夾緊方式。本工序由于是粗加工，切削力較大，為了夾緊工件，勢必要增大汽 缸直徑，而這將使整個(gè)夾具過于龐大。因此，應(yīng)設(shè)法降低切削力。目前采取的措施主要有：一是提高毛坯的制造精度，使最大背吃刀量降低，以降低切削力；二是選擇一種比較理想的斜楔夾緊機(jī)構(gòu) ，盡量增加夾緊機(jī)構(gòu)的擴(kuò)力比；三是在可能的情況下，適當(dāng)?shù)奶岣邏嚎s空氣的工作壓力，以增加汽缸的推力。 夾具上裝有對刀塊，可使夾具在一批零件加工之前與塞尺配合使用很好的對刀。同時(shí)，夾具體底面上的一對定位鍵可以使整個(gè)夾具在機(jī)床上占有一個(gè)正確的安裝位置，以利于銑削加工并保證零件的加工質(zhì)量。 、繪制夾具裝配圖和主要零件圖 完成必要的