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【正文】 華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 夾具設(shè)計(jì)方案的確定 夾具體是夾具的基本件，它既要把夾具的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置連接成一個(gè)整體，而且還要考慮工件裝卸的方便。因此，夾具體的形狀和尺寸主要取決于夾具各組成件的分布位置、工件的外形輪廓尺寸以及加工的條件等。在設(shè)計(jì)夾具體時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求 : ? 具有足夠的強(qiáng)度和剛度。 ? 結(jié)構(gòu)簡單、輕便，在保證強(qiáng)度和剛度前提下結(jié)構(gòu)盡可能簡單緊湊，體積小、質(zhì)量輕和便于 工件裝卸。 ? 安裝穩(wěn)定牢靠。 ? 結(jié)構(gòu)的工藝性好，便于制造、裝配和檢驗(yàn) ? 尺寸要穩(wěn)定且具有一定精度。 ? 清理方便。 ? 達(dá)到零件所須的技術(shù)要求 故本方案的基準(zhǔn)面以鉆床的工作臺平面為基準(zhǔn)面。 定位原理及定位方案的選擇與實(shí)現(xiàn) 自由物體在空間直角坐標(biāo)系中有六個(gè)自由度，即沿 OX,OY,OZ 三個(gè)軸向的平動(dòng)自由度和三個(gè)繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。要使工件在夾具體中具有準(zhǔn)確和確定不變的位置，則必須限制六個(gè)自由度。工件的六個(gè)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個(gè)，但仍然能保證加工要求的定位叫不完 全定位。 由于Φ 23 的孔軸線要求位置度誤差以Φ 100 的中心軸線、Φ 137 的端面和右端Φ 110的孔作為基準(zhǔn)，誤差控制在Φ 以內(nèi)，且滿足最大實(shí)體要求。 根據(jù)零件的技術(shù)要求：定位方案確定為一端面，一孔和一點(diǎn)定位。 零件的定位方案有如下： 采用Φ 110 內(nèi)孔及其右端面和小槽實(shí)現(xiàn)定位方案用一個(gè)端面實(shí)現(xiàn) 3 個(gè)自由度的限制，同時(shí)較短的內(nèi)孔接觸相當(dāng)于短銷，可實(shí)現(xiàn) 2 個(gè)自由度的限制，最后用開在小槽上的點(diǎn)接觸限制一個(gè) 轉(zhuǎn)動(dòng) 自由度，從而實(shí)現(xiàn)定位，同時(shí)也可以保證孔的位置度公差。其他方案也可以實(shí)現(xiàn)定位，但是其定 位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，誤差較大。因此選該方案更合理。 華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 25 定位誤差與夾緊的分析及計(jì)算 影響加工精度的因素 一批工件依次在夾具中進(jìn)行定位時(shí)，由于工序基準(zhǔn)的變動(dòng)對加工表面尺寸所造成的極限值之差稱為定位誤差。產(chǎn)生定位誤差的原因是工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不相重合或工序基準(zhǔn)自身在位置上發(fā)生偏移或位移所引起的。 用夾具裝夾工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度的因素很多，與夾具有關(guān)的因素有：定位誤差Δ D、對刀誤差Δ T、夾具在機(jī)床上的安裝誤差Δ A和夾具誤差Δ E，在機(jī)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Δ G。上述各項(xiàng)誤差均導(dǎo)致刀具相對工件的位置不精確而形成總的加工誤差∑Δ。 D ① 第一類誤差 第一類誤差是指工件在夾具上定位時(shí)所產(chǎn)生的那部分定位誤差。 基準(zhǔn)不重合誤差是由于定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合而產(chǎn)生的那部分定位誤差。在本設(shè)計(jì)中，由于定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)是重合的，所以基準(zhǔn)不重合誤 差為 △ B=0 ② 第二類誤差 第二類誤差是定位元件對夾具基準(zhǔn)面的尺寸誤差及位置度所產(chǎn)生的那一部分定位誤差。夾具的主要定位元件定位銷及夾具體前 端面，孔與銷過度配合。工件的工序基準(zhǔn)為孔心，當(dāng)工件孔徑為最大，定位銷的孔徑為最小時(shí)，孔心在任意方向上的最大變動(dòng)量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來在立式鉆床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時(shí)可求出孔心在接觸點(diǎn)與銷中心連線方向上的最大變動(dòng)量為孔徑公差多一半。工件的定位基準(zhǔn)為已加工好Φ 110 的孔。則其定位誤差為： m a x m i n1 / 2 1 / 2 ( ) 0 . 0 1 6Yd T D D m m? ? ? ? ? 0 .0 1 6YBD m m? ? ? ? ? ? T? 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(huì)引起鉆頭的位移或傾斜，造成加工誤差。由于鋼套壁厚較薄，可只計(jì)算鉆頭位移引起的誤差。鉆套導(dǎo)向孔尺寸為 Φ 18G7( mm??? )，鉆頭尺寸為 Φ18h6( mm?? )。 對刀誤差為 m a x (0 .0 2 4 0 .0 1 3 )TX? ? ? ? = 華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 A 因?yàn)閵A具在機(jī)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。Δ A=0 E 因夾具上定位元件，對刀或?qū)蛟鞍惭b基面三者之間（包括導(dǎo)向元件與導(dǎo)向元件之間）的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差，夾具誤差大小取決于夾具零件的加工精度的夾具裝配時(shí)的調(diào)整和修配精度。一般取Δ E= G 因機(jī)床精度，刀具精度，刀具與機(jī)床的位置精度，工藝系統(tǒng)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(xiàng)誤差影響因素很多，又不便于計(jì)算，所以常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為它留出工件公差的 1/3。計(jì)算時(shí)可設(shè) 3KG ??? k? —— 工件位置公差取 1G 0. 1 0. 03 333k mm?? ? ? ? ? . 保證加工精度 工件在夾具中加工時(shí)，總加工誤差∑Δ為上述各項(xiàng)誤差之和。由于上述誤差均為獨(dú)立隨機(jī)誤差，應(yīng)用概率法加，因此，保證工件加工精度條件是： 2 2 2 2 2D T A J G? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 2 2 2 20 . 0 1 6 0 . 0 3 7 0 0 . 0 2 0 . 0 3 3 0 . 0 5 5 0 . 1Km m m m?? ? ? ? ? ? ? ? 即工件總加 工誤差∑Δ應(yīng)不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夾具完全可以保證加工精度。 夾緊 方式及夾緊力的計(jì)算 夾緊方式及元器件的選擇 夾緊機(jī)構(gòu)的三要素是夾緊力方向的確定、夾緊力作用點(diǎn)的確定、夾緊力大小的確定。 對夾緊機(jī)構(gòu)的基本要求如下： ，處于夾緊狀態(tài)時(shí)應(yīng)能保持自鎖，保證夾緊定位的安全可靠。 ，操作方便省力，夾緊時(shí)不應(yīng)損害零件表面質(zhì)量。 ，夾緊作用力應(yīng)是可調(diào)節(jié)的。 ，便于制造和維修。 夾緊裝置中產(chǎn)生源動(dòng)力的部分叫做力源 裝置，常用的力源裝置有手動(dòng)、氣動(dòng)、液壓、華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 27 電動(dòng)等。夾緊裝置中直接與工件的被夾壓面接觸并完成壓夾作用的元件稱為夾緊元件。 本設(shè)計(jì)采用了氣動(dòng)夾緊。零件為大批量 為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)專用夾具。本夾具是專用夾具，因此不需要考慮其通用性，所以夾具設(shè)計(jì)要結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便迅速。要求 設(shè)計(jì)中力源裝置為氣缸。 夾緊力的數(shù)值計(jì)算 選擇夾緊力的作用點(diǎn)和方向應(yīng)注意： a) 夾緊力應(yīng)朝向主要限位面； b) 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件支承范圍內(nèi)； c) 夾緊力的作用點(diǎn)，應(yīng)落在工件剛性較 好的方向和部位； d) 夾緊力作用點(diǎn)應(yīng)靠近工件的加工表面； 夾緊力大小主要取決于切削力和重力的大小和方向。 夾緊力作用點(diǎn)和方向的選擇，通常應(yīng)與工件定位基準(zhǔn)的選擇同時(shí)考慮，因此這兩個(gè)參數(shù)在制定機(jī)床工藝方案時(shí)已確定，這里僅作重點(diǎn)敘述的是確定夾緊力的大小的問題。 由于鉆工步切削力最大，所以只要驗(yàn)算鉆削即可。 Φ 18 孔的切削力及扭矩的計(jì)算： 刀具為高速鋼鉆頭，直徑 d=18mm， f=， 鉆孔的軸向力計(jì)算公式： . PF 425d f Kc ? 其中條件變換時(shí)可鍛鑄鐵： =(HB/150) F 3 3 0 3 .0 5( )c N? 鉆孔的扭矩計(jì)算公式： 2 f KM ? 其中條件變換時(shí)可鍛鑄鐵 0 .8pK = (H B /1 5 0 ) M=() 6個(gè)孔一起鉆的扭矩為 M=() ： 分析工件夾具中的受力情況： 因?yàn)楣ぜ@孔時(shí)，主要要防止工件繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所以要保證螺母產(chǎn)生的摩擦力扭矩大于切削產(chǎn)生的扭矩。切削力方向?yàn)榭椎妮S線方向，夾緊力與切削力同向，因此切削力可以輔助夾緊，定位墊 圈材料為 45鋼，工件材料為鑄鐵，摩擦系數(shù)為 。摩擦力產(chǎn)生扭矩，MS= 式中 FS為摩擦力， D 為螺母支 撐表面摩擦力矩的計(jì)算力臂 MS=MD， 取 D=； 則FS=， FS= 其中 fs= 華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 FN= 在加工過程中，由于工藝的不同，工件材質(zhì)和加工余量的不同以及刀具鈍化等因素的影響，欲準(zhǔn)確地確定所需夾緊力是很困難的。因此，為了夾緊可靠，必須將計(jì)算所得的理論夾緊力乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需的夾緊力。 安全系數(shù) K=K0 K1 K2 K3 K4 K5 K6 式中， K0— 基本安全系數(shù) ,K1— 加工性質(zhì) ,K2— 刀具鈍化系數(shù)， K3— 切削特點(diǎn)， K4— 夾緊力的穩(wěn)定性， K5 手動(dòng)夾緊時(shí)手柄的位置， K6— 僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)式工件于支撐面的接觸情況 根據(jù)參考文獻(xiàn)選取 ： K0=, K1=, K2=， K3=， K4=， K5=， K6= K=K0 K1 K2 K3 K4 K5 K6=,查表如果安全系數(shù)小于 取 實(shí)際夾緊力 ： F=K FN F=179。 = 因此，螺母所需具有的預(yù)緊力為 FFc= 通過杠桿由 F1179。 L1=F2179。 L2 179。 250=P179。 220 計(jì)算出在氣缸端的活塞桿的推力 P應(yīng)該為 根據(jù)活塞桿推力 P= 選取一個(gè)法蘭式氣缸，活塞的 D=100mm, 行程 75，這種氣缸能提供個(gè)推力 P=3100N,滿足條件，也不會(huì)浪費(fèi)。 夾緊點(diǎn)的數(shù) 目及位置 在確定夾緊力作用點(diǎn)的數(shù)目時(shí)，應(yīng)遵從的原則是：對剛性較差的工件，夾緊力的數(shù)目應(yīng)增多，力求避免單點(diǎn)集中夾緊，以圖減小工件的夾緊變形；但夾緊點(diǎn)愈多，夾緊機(jī)構(gòu)愈復(fù)雜，夾緊的可靠性愈差。所以采用多點(diǎn)夾緊時(shí)，應(yīng)力求夾緊點(diǎn)的數(shù)目為最小。 考慮到工件較小，剛性較好，鉆削力又不大，因而采用一點(diǎn)夾緊。用螺母將工件鎖緊在連接軸上面。 夾緊力的作用點(diǎn)的位置應(yīng)能保證工件的定位穩(wěn)定，而不會(huì)引起工件在夾緊過程中產(chǎn)生位移或偏轉(zhuǎn)。夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)處在夾具定位支承所在的位置上。由于工件的結(jié)構(gòu)和形狀較為復(fù)雜，故工件的剛度在不同的部位和不同方向上是不相同的。由工件的結(jié)構(gòu)圖可分析出：工件的中心圓柱剛性最好，因此，夾緊力著力點(diǎn)應(yīng)該在中心圓柱的端面上。 華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 29 夾具的主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 確定導(dǎo)向裝置 為能迅速、準(zhǔn)確地確定刀具與夾具的相對位置，鉆夾具上都應(yīng)設(shè)置引導(dǎo)刀具 的元件 —— 鉆套。鉆套一般安裝在鉆模板上，鉆模板與夾具體連接，鉆套與工件之間留有排屑空間 由于本工序的Φ 20 孔加工精度較高 ， 需 采用鉆 ，擴(kuò)，鉸加工達(dá)到 尺寸精度和表面粗糙的要求， 加工 孔時(shí)需要鉆套來保證加工時(shí)鉆頭的位置，從而保證Φ 20 孔的位置精度。 由于該零件為大批生產(chǎn)， 且該工序一個(gè)孔需要經(jīng)多個(gè)工部加工， 鉆套有可能會(huì)磨損 和為了換鉆套的方便 。故可以采用 快換 鉆套 ，當(dāng)要取出鉆套時(shí)，只要逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)使螺釘頭部剛好對準(zhǔn)鉆套上的削邊平面即可取出鉆套。 夾具體的設(shè)計(jì) 夾具體的設(shè)計(jì)應(yīng)通盤考慮，使上述各部分通過夾具體能夠有機(jī)的聯(lián)系起來，形成一個(gè)整體。 夾具要保證加工出的產(chǎn)品有較高的精度，就必須要求其自身有較高的精度，定位元件擁有高精度的同時(shí)還需要有一定的剛度和強(qiáng)度，以保證在加工過程中自身不會(huì)變形和一定的壽命。夾緊機(jī)構(gòu)要求有一定的剛度和強(qiáng)度，以確保在一定的力的作 用下夾緊元件不會(huì)先于工件發(fā)生變形、損壞。夾具體是夾具的主體部分，是與機(jī)床相接的部位、也是支撐夾緊元件、工件的主要部分：要求其有一定的強(qiáng)度和剛度、穩(wěn)定性，又考慮到經(jīng)濟(jì)性一般都采用 HT200 作為夾具體。 考慮夾具與機(jī)床的連接，因?yàn)槭窃?組合 鉆床床上使用，故不需要定向鍵，只需利用螺栓、螺母通過工作臺上的 T 型槽與夾具體上的 U型槽將夾具體夾緊即可；考慮到杠桿和氣缸的位置用于夾緊，將杠桿的鉸鏈點(diǎn)設(shè)置離夾緊工件的活塞桿的左端 250mm,，在鉸鏈的右端220mm 處安裝法蘭式氣壓缸的活塞桿，這樣既不會(huì)太費(fèi)力也不會(huì)太費(fèi)距離占空間 。 經(jīng)綜合考慮，夾具體機(jī)構(gòu)如圖 所示： 圖 夾具體機(jī)構(gòu)圖 華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 30 鉆模板的設(shè)計(jì) a、 鉆模板的類型 鉆模板通常是裝配在夾具體或支架上，或與夾具體上的其它元件相連接，常見的有以下幾種類型：固定式鉆模板 、 分離式鉆模板 、 鉸鏈?zhǔn)姐@模板 、 懸掛式鉆模板 。 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。 經(jīng)綜合考慮，本夾具采用分離式鉆模板。該模板除了安裝鉆套用于鉆孔外， 還用于定位。一端為圓套形式，用于Φ 100 內(nèi)孔 面定位，同時(shí)其端面Φ 137 用于 端面定位；用 開口墊 與端面的接觸，以減少加工面。同時(shí)鉆模板與夾具體的連接以及位置的保證需要通過連接軸，因此需在中心加工一孔，以滿足要求。考慮具體尺寸，根據(jù)夾具體和工件來確定，最終形式如 圖 所示： 圖 鉆模板 連接軸的設(shè)計(jì) 該連接軸用于夾具體與鉆模板的連接， 還有夾緊， 需要保證二者的位置精度，防止二者發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，從而