【正文】 2 控機(jī)床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)、（ FMS）等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對機(jī)床夾具提出了 更 新的要求 。 從零件的結(jié)構(gòu)外型分析，它的外型復(fù)雜，且不易加工，因此該零件 材料為 鑄造件。綜合所給零件的形狀特點(diǎn)，可以初步確定所設(shè)計(jì)專用夾具的大體結(jié)構(gòu)。 夾具是制造系統(tǒng)的重要組成部分，不論是傳統(tǒng)制造，還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具 都顯現(xiàn)出了在機(jī)械加工中的重要地位 。當(dāng)今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求 ， 企業(yè)對夾具的設(shè)計(jì)及制造 同樣也 提出了更高的要求。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1 章 夾具設(shè)計(jì)要求 鉆 鏜 孔夾具 的 方案 設(shè)計(jì) 要求 方案設(shè)計(jì)是夾具設(shè)計(jì)的重要階段，它在分析各種原始資料的基礎(chǔ)上，要完成下列設(shè)計(jì)工作：研究殼體零件 原始資料，明確設(shè)計(jì)要求；擬訂鉆孔夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖； 繪制夾具總圖，標(biāo)注有關(guān)尺寸及技術(shù)要求；繪制零件圖。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)深人實(shí)際，進(jìn)行調(diào)查研究，吸取國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，制定出合理的設(shè)計(jì)方案，再進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。 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(zhǔn)面選擇的情況，可用機(jī)床設(shè)備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的夾具要求是大批量生產(chǎn)的夾具設(shè)計(jì)。工廠有無壓縮空氣站；制造和使用夾具的工人的技術(shù)狀況等。 夾具總體設(shè)計(jì)的要求 夾具應(yīng)滿足零件加工工序的精度要求。 夾具應(yīng)達(dá)到加工生產(chǎn)率的要求。 夾具的操作要方便、安全。 能保證夾具一定的使用壽命和較低的夾具制造成本。因此，定位元件以及主要元件宜采用力學(xué)性能較好的材料。為此，夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量相適應(yīng)。宜采用氣壓、液壓等高效夾緊裝置；而小批量生產(chǎn)，則宜采用較簡單的夾具結(jié)構(gòu)。選用標(biāo)準(zhǔn)化元件， 特別應(yīng)選用商品化的標(biāo)準(zhǔn)元件，以縮短夾具制造周期，從而降低夾具成本。 以上要求有時(shí)是互相矛盾的，故應(yīng)在全面考慮的基礎(chǔ)上，處理好主要矛盾，使之達(dá)到較好的效果。計(jì)劃期常為一年，所以生產(chǎn)綱領(lǐng)常稱為年產(chǎn)量。計(jì)劃期通常為 1 年，所以生產(chǎn)綱領(lǐng)也通常稱為年生產(chǎn)綱領(lǐng)。在計(jì)劃期內(nèi)，應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度計(jì)劃成為生產(chǎn)綱領(lǐng)。 生產(chǎn)批量是指一次投入或產(chǎn)出的同一產(chǎn)品或零件的數(shù)量。保證市場的供銷量，還應(yīng)該保證裝配和銷售有必要的庫存。保證多品種產(chǎn)品的均衡生產(chǎn)。對于大型產(chǎn)品，其制造工作量較大，批量可能應(yīng)該少些，而中小型產(chǎn)品的批量可大些。批量小些，次 數(shù)多些，投入的資金少，有利于資金的周轉(zhuǎn)。批量大些，可采用一些先進(jìn)的專用高效設(shè)備和工具，有利于提高生產(chǎn)率和降低成本。 工件的加工方法 工件的加工要求 本工序需要在組合機(jī)床上 在角支架上 鉆鏜 三面共六 個(gè) 通 孔 ， 分 別 為 左 面 ??? ，右面 ??? ， 上 面?? 和 ?? 六孔 ，三面 各自孔距為 ? ，左右面兩組孔同軸度為 ，上面一組孔對下底面垂直度要求為 ，左右兩組孔對下底面尺寸要求 ? 。 工序基準(zhǔn)的選擇 根據(jù)以上要求，選擇工序基準(zhǔn)為 角支架下底面，采用一面兩銷定位， 這樣即滿足了基準(zhǔn)重合， 又滿足了基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。 組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。在金屬切削機(jī)床 上使用的夾具統(tǒng)稱為機(jī)床夾具。機(jī)床夾具的種類繁多，可以從不同的角度對機(jī)床夾具進(jìn)行分類。根據(jù)夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，機(jī)床夾具可分為通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具和拼裝夾具五大類： 通用夾具 已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的可加工一定范圍內(nèi)不同工件的夾具，稱為通用夾具，其結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化，而且具有一定通用性，如三爪自定心卡盤、機(jī)床用平口虎鉗、四爪單動(dòng)卡盤、臺(tái) 虎鉗、萬能分度頭、頂尖、中心架和磁力工作臺(tái)等。這些夾具已作為機(jī)床附件由專門工廠制造供應(yīng)，只需選購即可。 專用夾具 專為某一工件的某道工序設(shè)計(jì)制造的夾具，稱為專用夾具。專用夾具的設(shè)計(jì)周期較長、投資較大。除大批大量生產(chǎn)之外，中小批量生產(chǎn)中也需要采用一些專用夾具，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行具體的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析?？烧{(diào)夾具是針對通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。它一般又可分為通用可調(diào)夾具和成組洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 夾具兩種。 組合夾具 采用標(biāo)準(zhǔn)的組合元件、部件， 專為某一工件的某道工序組裝的夾具，稱為組合夾具。標(biāo)準(zhǔn)的模塊元件具有較高精度和耐磨性，可組裝成各種夾具。由于使用組合夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，元件能重復(fù)多次使用，并具有減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點(diǎn)，因此組合夾具在單件，中、小批量多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工中，是一種較經(jīng)濟(jì)的夾具。它具有組合夾具的優(yōu)點(diǎn)，但比組合夾具精度高、效能高、結(jié)構(gòu)緊湊。此 類夾具更適合在數(shù)控機(jī)床上使用。夾具按使用機(jī)床不同，可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、齒輪機(jī)床夾具、數(shù)控機(jī)床夾具、自動(dòng)機(jī)床夾具、自動(dòng)線隨行夾具以及其他機(jī)床夾具等。夾具按夾緊的動(dòng)力源可分為手動(dòng)夾具、氣動(dòng)夾具、液壓夾具、氣液增力夾具、電磁夾具以及真空夾具等。 夾具的基本組成與設(shè)計(jì)特點(diǎn) 一個(gè)完整的鏜 床夾具，應(yīng)該由夾具體、定位裝置、夾緊裝置、帶有引導(dǎo)元件的導(dǎo)向支架及套筒、鏜桿等主要部分組成。 單支承時(shí)，鏜桿與機(jī)床主軸采用剛性連接，主軸回轉(zhuǎn)精度影響鏜孔精度，故適于小孔和短孔的加工。所鏜孔的位置精度取決于鏜模兩導(dǎo)向孔的位置精度，而與機(jī)床主軸精度無關(guān)。因要求其有足夠的剛性及穩(wěn)定性，故在結(jié)構(gòu)上一般應(yīng)有較大的安裝基面和必要的加強(qiáng)筋；而且支架上不允許安裝夾緊機(jī)構(gòu)來承受夾緊反力，以 免支架變形而破壞精度。常用的鏜套有：固定式鏜套 ： 固定式鏜套外形尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，導(dǎo)向精度高，但鏜桿在鏜套內(nèi)一邊回轉(zhuǎn)，一邊作軸向移動(dòng)，鏜套易磨損，故只適用于低速鏜孔 ； 回轉(zhuǎn)式鏜套 ： 隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，與鏜桿之間只有相對移動(dòng)而無相對轉(zhuǎn)動(dòng)的鏜套。因此，它適合于高速鏜孔 ； 鏜桿和浮動(dòng)接頭 ： 鏜桿是鏜模中一個(gè)重要部分。鏜桿直徑 d 應(yīng)盡可能大，其雙導(dǎo)引部分的 L/d≤10 為宜；而懸伸部分的 L/d≤4～ 5，以使其有足夠的剛度來保證加工精度。 當(dāng)雙支承鏜模鏜孔時(shí)，鏜桿與機(jī)床主軸通過浮動(dòng)接頭而浮動(dòng)連接。 鏜孔工具設(shè)計(jì) 一般在設(shè)計(jì)鏜模的結(jié)構(gòu)前，需先確定鏜孔工具。支架供安裝鏜套和承受切削力用。 在設(shè)計(jì)支架和底座時(shí)要注意 支架和底座宜分離，以便于制造。支架裝配基面寬度沿孔軸線方向不小于高度的 1/2； 支架的厚度應(yīng)根據(jù)高度的大小確定，一般 取 15mm~25mm； 支架應(yīng)避免承受夾緊力 ； 底座應(yīng)有很好的剛性，底座厚度尺寸與長度尺寸之間比為 1/5~1/7； 為增強(qiáng)剛性，底座應(yīng)采用十字形肋條，筋條間距一般為 100mm100mm； 底座的壁厚一般取 20~25mm； 底座上 應(yīng)有找正基面，以便于夾具的制造和轉(zhuǎn)配，找正基面的平面度為 ； 底座上應(yīng)設(shè)置供起吊用的吊環(huán)螺釘或起重螺栓。 從加工要求考慮需限制 X、 Y、 Z 軸位置自由度 ZY、X 和繞 X、 Y、 Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度 ZY ??? 、X 。 方案二：見下圖 —— 圖 32 圖 32 方案二定位示意圖 該方案利用支撐板通過下底面限制了工件 ZY、 ??X 三個(gè)自由度，利用圓柱銷限制了 Y、X 兩個(gè)自由度，另外一圓錐銷與圓柱銷配合限制了 Z? 一個(gè)自由度。另方案 二利用兩銷定位符合了基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，在制造工藝加工過程中較方案一更具有可行性。因?yàn)閷σ慌ぜ碚f，刀具經(jīng)調(diào)整后位置是不動(dòng)的，即被加工表面的位置相對于定位基準(zhǔn)是不變的，所以定位誤差就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。 ?????定 ， 其中， ? 除定位誤差外，其他因素引起的誤差總和，可按加工經(jīng)濟(jì)精度查表確定。 因?yàn)槎ㄎ桓敝睆接凶钚￠g隙配合，再加上定位副的制造誤差，所以存在基準(zhǔn)位移誤差。一批工件的定位基準(zhǔn)變動(dòng)的兩個(gè)極端位置時(shí)圓孔直徑最大，而定位銷（或心軸）直徑最小。其偏移量為最大配合間隙。 夾緊方式及夾緊裝置的確定 夾具中夾緊方式的設(shè)計(jì) 本裝置在設(shè)計(jì)中考慮到在精確定位后，工件不能任意的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。因此，夾緊和夾緊裝置的主要任務(wù)是保持工件的精確定位位置，在自身重力、切削力、慣性力和離心力等外力作用下，發(fā)生位移偏轉(zhuǎn)，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。因此， 當(dāng)加工件正確定位后， 還需要獲得良好的夾緊狀態(tài)。工件的正確夾緊原則： 在夾緊過程中，如何克服重力的影響 , 把加工件壓回正確位置，是正確夾緊原則之一。 在夾緊過程中， 如何使已獲得正確定位的加工件不脫離正確位置， 是正確夾緊原則之二。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 在夾緊過程中，如何使加工件不產(chǎn)生超出允許范圍的變形，是正確夾緊原則之三。 在切削過程中，如何避免加工件發(fā)生不能允許的振動(dòng)，是正確夾緊原則之四。 如何使平衡切削力所需要的夾緊力最小，是正確夾緊原則之五。 夾緊設(shè)計(jì)的基本要求 工件加工過程中受到切削力、慣性力、離心力等各種力的作用，為了保證工件能可靠的固定在工作平臺(tái) 上，除對工件定位外，還必須將其夾緊。因此，對夾具中夾緊機(jī)構(gòu)的基本要求 ： 夾緊必須保證加工質(zhì)量，夾緊后不能破壞工件在夾具中的正確定位。 夾緊機(jī)構(gòu)要操作方便，節(jié)省操作工人的勞動(dòng)力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 夾緊結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度應(yīng)與工件的產(chǎn)量和批量相適應(yīng)。為了正確的確定夾緊力的方向、大小和作用點(diǎn)，就需要根據(jù)工件的定位方法、工件的幾何形狀以及工件的剛度等，具體的分析各種力 (切削力、重力、支承力、摩擦力和夾緊力 )共同作用在工件上時(shí)，對受力平衡最為有利、對工件變形影響最小等來確定夾緊力的方向、大小和作洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 用點(diǎn) (夾緊位置 )。 夾緊力的方向 。為保證安裝的正確可靠，保證工件定位的準(zhǔn)確性和可靠性，夾緊力的方向應(yīng)該朝向?qū)ぜ扔绊懽畲蟮亩ㄎ幻?主定位面 )， 即工件的下底板上端面， 以保證定位的可靠。 圖 33 夾緊力的方向 示意圖 夾緊力的位置 。選擇夾緊位置的問題是在夾緊力方向已確定的情況下，再確定夾緊位置和數(shù)目。 夾緊方向正確，但夾緊位置剛度差，或者夾緊方向正 確，但夾緊位置厚度太薄，都會(huì)造成工件的夾緊變形量很大，這樣的夾緊位置選擇并不合適。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 34 夾緊力的位置示意圖 夾緊裝置的確定 在加工過程中，為減少因切削力、慣性力等形成的力矩而產(chǎn)生的形變、振動(dòng)或翻轉(zhuǎn)，夾緊 裝置 應(yīng)盡可能地靠近被加工表面。 圖 35 夾緊裝置示意圖 根據(jù) 所設(shè)計(jì) 工件的特點(diǎn)和要求， 基于以上原則和要求， 為了減少工件裝夾時(shí)間，提高生產(chǎn)率，簡化結(jié)構(gòu)， 本次設(shè)計(jì) 采用聯(lián)動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu) ，如上圖圖 35 夾緊裝置示意圖 。 此機(jī)構(gòu)克服了重力的影響，考慮了支撐裝置的位置，使之避免了與重力形成力偶，使工件中心位于支撐范 圍內(nèi)，其次，夾緊力的集中工件的中心使工件脫離正確位置的可能降到了最低。最后，基于支撐板的位置考慮，本設(shè)計(jì)盡可能的避免了夾緊力及由夾緊力產(chǎn)生的摩擦力平衡。刀具有關(guān)參數(shù)如下： 000 15~10?? ， 000 12~8?? ，00 8~5??n ， 00 25~15?? ， mmD 451 ? ， mmD 302 ? ， mmaf 2? ， mmaP 2? 。 計(jì)算時(shí)取 mmD 451 ? 時(shí)； NKBDfaCF PZPpC 2 5 4 816045221 2 0 0 ???????? ??； NFF CCN 2 2 9 32 5 4 ???? ； 。根據(jù)工件所受的切削力、夾 緊力（大型工件應(yīng)考慮工件重力、慣性力等）的作用情況，找出在加工中對夾緊最不利的情況，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力，即 KWWk ?? （ 35） 式 （ 35） 中， kW —— 實(shí)際所需夾緊力（ N ）； W —— 理論所需夾緊力（ N ）； K —— 安全系數(shù)； 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 其中安全系數(shù) K 可按下式計(jì)算； 6543210 KKKKKKKK ? （ 36） 式 （ 36） 中： 60 ~KK 為各種因素的安全系數(shù)，見《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》表 121 ?? 可得： 式中： 60 ~KK 為各種因素的安全系數(shù)，見《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》表 121 ?? 可得： ????????K ， 所以； NKFW Ck 5 7 3 32 5 4 ???? NKFW CNk 5 1 6 02 2 9 ???? NK F PW k 3 1 5 01 4 0 ???? 取最大值為 NWk 5733? 。 根據(jù) 《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》 作用力的計(jì)算公式為： ? ? ? ?? ?01c oss i n ????? ???? ???? l lLLerRWQ K （ 37） 圖 36 夾緊 作用 力的計(jì)算示意圖 式中 KW —— 夾緊