鉸鏈式鉆模板鉆床夾具設計含CAD圖

鉸鏈式鉆模板鉆床夾具設計含CAD圖,鉸鏈,模板,鉆床,夾具,設計,CAD 鉸鏈式鉆模板鉆床夾具設計 摘 要 機床夾具作為機械加工制造領域中的重要部件，在機械加工制造中具有不可或缺的重要地位。 0 本次畢業(yè)設計的任務是設計鉸鏈式鉆模版鉆床夾具，用于加工汽車變速箱上蓋孔、锪沉孔、鉆螺紋底孔 锪平面等?？讖酱笮》謩e為φ10+ 0.24mm 和φ12mm 和φ8.4mm 并且锪平面需要保證尺寸 32.5±0.1mm。由于此類零件屬于加工精度要求高，需要大批量生產，所以設計的夾具必須保證孔的加工精度。另一方面，由于夾具的利用效率較高，成本低，在加工的過程中使用夾緊裝置，可以縮短停機時間，提高生產效率。 設計鉆床夾具，首先要認真分析被加工零件的尺寸參數(shù)和加工要求。在設計的過程中，運用夾具設計的基本原理和設計準則，在滿足加工要求的前提下，選擇了最為合理的夾具類型。在完成了方案的選擇之后，又對所設計的夾具的定位誤差，夾緊力，鉆削力等相關參數(shù)進行了計算和分析，選擇合理的定位元件和定位方式，夾緊裝置以及分度方式，繪制 AutoCAD 夾具裝配圖和相關零件圖，完成夾具設計。 關鍵詞：鉆床夾具；鉆模板；定位；夾緊；CAD IV ABSTRACT Fixture as an important part in the field of mechanical processing and manufacturing, has indispensable important status in mechanical processing and manufacturing. The graduation design task is to design hinge drill template drill jig, used in automobile gearbox cover the hole, economic sink hole, drill tap spot-facing and so on.The aperture size of phi respectively φ10+00.24 mm and φ12 mm andφ 8.4 mm phi phi and spot-facing need to make sure that size 32.5 ±0.1 mm.Because such parts are high machining accuracy requirements, the need to mass production, so the design of fixture must ensure that hole machining accuracy.On the other hand, because jig efficiency is higher, the cost is low, in the process of machining using the clamping device, can shorten the down time, improve production efficiency. Meter drill jig, the first to careful analysis the dimensional parameters of the processed parts and processing requirements.In the process of design, by using the basic principle and design of fixture design criterion, on the premise of meet the requirements of processing, chose the most reasonable type of fixture.Upon completion of the scheme, and for the design of the fixture positioning error, clamping force, cutting force and other related parameters for the calculation and analysis, choose the reasonable localization components and the way of positioning, clamping device and the way of dividing, map fixture assembly AutoCAD drawing and related parts, fixture design. Key words: Drilling jig Drill template Locate Clamping CAD 目錄 摘 要 I ABSTRACT IV 第 1 章 緒 論 1 1.1 機床夾具的作用 1 1.2 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 1 1.3 機床夾具設計的基本要求 1 1.4 機床夾具的設計要點 2 1.5 機床夾具的組成 3 第 2 章 鉆床夾具的總體設計 3 2.1 設計任務 10 2.2 夾具的設計步驟 6 第 3 章 夾具的結構設計 8 3.1 對定位元件的基本要求 8 3.1.1 定位方案的選擇 8 3.1.2 定位誤差 8 3.2 夾緊 9 3.2.1 夾緊目的 9 3.2.2 夾緊裝置的組成 9 3.2.3 夾緊裝置的基本要求 9 3.2.4 典型夾緊機構 10 3.3 夾具體 10 3.3.1 目的 10 3.3.2 夾具體毛坯的類型 11 3.4 鉆削切削力計算 11 3.4.1 鉆削切削力 11 3.4.2 實際所需夾緊力的計算 13 第 4 章 鉆床夾具體及夾具零件的設計 16 4.1 夾具體的要求 17 4.2 夾具體毛坯的類型 18 4.3 鉆模板以及鉆套的設計 18 第 5 章 夾具誤差的計算 23 5.1 角度尺寸公差 23 5.2 定位誤差 23 5.3 工件在夾具上加工的精度分析 24 5.4 夾具誤差的計算 24 總結 29 致謝 30 參考文獻 32 河海大學文天學院本1科畢業(yè)設計（論文） 1.1 機床夾具的作用  第 1 章 緒 論 1 機械夾具是機械制造業(yè)中的重要工藝設備，用來保證機械加工質量、降低生產成本、減輕勞動強度、實現(xiàn)生產過程自動化。專用夾具可以改變原機床的用途和擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)一機多用。機床夾具在機械加工中發(fā)揮著重要的作用，大量專用機床夾具的采用為大批量生產提供了必要的條件。 1.2 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 現(xiàn)代機場夾具的發(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。 ⑴ 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。我國已有夾具零件及部件的國家標準。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產，有利于縮短生產準備周期，降低生產總成本。 ⑵ 精密化 隨著機械產品精度的日益提高，相應的也提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結構類型眾多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度已達到± 0.1；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度更為精準為 5μm。 ⑶ 高效化 高效化的夾具主要是用來減少工件加工過程中的基本用時和輔助用時，以提高勞動生產效率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化機床夾具夾具有自動化機床夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。 ⑷柔性化 它是指機床夾具在通過調整、組合等方式，可以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素有：工序特征、生產批量、工件的尺寸等。柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。當前為了適應現(xiàn)代化機械工業(yè)品種多、批量繁雜生產的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結構，大力設計制作可調夾具，是當前機械夾具發(fā)展的方向。 1.3 機床夾具設計的基本要求 夾具設計一般在加工過程中按照一定的特定需求，我們在設計夾具的同時約定要想清楚我們設計的夾具有沒有實現(xiàn)的可能性,設計夾具,我們可以因為莫一 河海大學文天學院本2科畢業(yè)設計（論文） 種設計經濟、安全，我們可以修改方案。設計夾具的品質程度應能保證工件的加工質量穩(wěn)定,生產效率高、成本低、易于加工、操作安全、易于維護等措施。 一個好的夾具必須滿足以下基本要求: （1） 保證工件加工精度,確保加工精度的關鍵,首先是選擇正確的定位基準、定位方法和定位裝置,如果需要定位誤差分析,我們不能只注意到鉆模板等一些地方的精度誤差，也要考慮到夾具時一個系統(tǒng)化的整體的影響精度的可能是別的組件，所以我們設計夾具一定要滿足工件的加工精度要求。 （2） 復雜性,提高生產率和生產特殊的夾具程序應該適應,試著用各種各樣的快速和高效夾緊機制,確保操作簡便,縮短輔助時間,提高生產效率。 （3） 性能好的夾具結構應簡單、合理,易于制造、組裝、調整、檢查和維護。特殊夾具制造是單件生產,當最后的調整，應當確保夾具擁有修理、調整和修理夾具的結構和設置。 （4） 我們設計的夾具應當簡便、安全、經濟。安全第一但是在客觀條件允許的前提下應該考慮經濟性,應該盡可能的使用氣動、液壓等機械化夾緊方式降低操作者的勞動強度。特殊的夾具應該很排屑。如果有必要,應當設置排屑機構, 以防止廢屑帶來大量的熱量的積累造成的變形。 （5） 經濟性 好的夾具應當設計成標準組件和標準結構,結構簡單,容易制造,降低制造成本的夾具。因此,在設計夾具時需要對夾具方案進行技術和經濟分析。 1.4 機床夾具的設計要點 我們在確定需要加工件的加工工藝方案時，需要考慮全面一點尤其是以下幾個方面尤其需要注意： （1） 要考慮到工廠車間的實際加工情況，同時也要逐步的改進現(xiàn)有的加工方法還有機器，提高勞動生產率。要考慮每個待加工件需要加工地方的的精度和質量要求，根據(jù)各加工表面的技術要求，選擇合適經濟的加工方法。 （2） 要考慮被加工材料的物理性質。不同的材料就有不同的加工方法和加工工藝，所以我們在加工工件時要考慮到工件的材料以及受力等等。所以我們也就是要仔細的分析工件的物理性質然后來確定加工方法，以及使用什么設備和加工方法。 （3） 根據(jù)生產類型來選擇，在大批量生產中可使用專用的高效率的設備； 2 河海大學文天學院本3科畢業(yè)設計（論文） 在單件小批量生產中則使用常用設備和一般加工方法。 （4） 要考慮到各表面的精度還有質量要求，根據(jù)各加工件的技術要求，選擇加工方法還有到底是分幾次加工。 （5） 除此之外，還要考慮一些其他因素，例如加工表面有無物理性質的特殊要求等等。 1.5 機床夾具的組成 通常夾具的組成部分如下： （1） 定位裝置； （2） 夾緊裝置； （3） 其他元件及裝置； （4） 夾具體。 3 河海大學文天學院本4科畢業(yè)設計（論文） 第 2 章 鉆床夾具的總體設計 2.1 設計任務 本畢業(yè)設計是設計一個搖臂式鉆床夾具，用于加工汽車變速箱上蓋上的孔， 在零件的端面上有兩個孔。為了保證鉆孔的加工精度，必須對工件進行固定定位， 為了提高加工的精度，用來滿足加工和工件的使用要求，夾具的設計要求是便于工件加工，便于裝卸，節(jié)省時間，提高加工效率，加工零件的草圖如圖所示。 圖 2.1.1 加工工件 4 河海大學文天學院本5科畢業(yè)設計（論文） 圖 2.1.2 加工平面 如圖所示，被加工零件的材料是 HT200，在零件的端面上鉆孔，孔的直徑為10mm，锪F12 mm 沉孔深 2.5mm 鉆 M10mm 螺紋底孔直徑為 8.4mm 锪平面保證尺寸 35 ± 0.1mm 。 5 河海大學文天學院本6科畢業(yè)設計（論文） 圖 2.1.3 夾具裝配草圖 被加工的零件安裝到夾具上左端平面進行定位。在加工端面上的孔時，有可能會發(fā)生零件的移動，所以用定位銷定位設計采用固定式鉆模鉆床夾具，在加工的過程中采用固定快換鉆套進行鉆孔，用以滿足設計和加工。 2.2 夾具的設計步驟 1） 明確設計任務書與收集設計材料 夾具設計第一步是在生產綱領的要求下，學習研究被加工零件的零件圖、工藝規(guī)程書和設計要求任務書，對工件進行工藝分析。主要工作內容是了解工件所用材料和特性；確定工件加工表面、要求、余量、定位的基準和夾緊表面以及所用到的機械機床、切削刀具、量具等。 第二是根據(jù)任務書收集查閱書籍材料，悉知機床的技術參數(shù)，零部件的標準、裝配標準和裝訂標準等，收集一些同類夾具的設計樣圖。 2） 擬定夾具結構方案與繪制夾具草圖 A）分析確定工件的定位方案，設計制定出定位裝置。B）分析確定工件的夾緊方案，設計選擇夾緊裝置。 6 河海大學文天學院本7科畢業(yè)設計（論文） C） 分析確定對刀和導向方案，設計確定對刀和導向裝置。 D） 分析確定夾具與機床的連接方式，設計連接元件及安裝基面。 E） 分析確定和設計其它裝置及元件的結構型式，如分度裝置、定位裝置等。 F）分析確定夾具體的結構型式及夾具在機床上的安裝方式。G）繪制夾具草圖，并應標注出尺寸、公差和技術要求等。 3） 進行必要的分析計算 工件的機械加工精度要求較高時，應進行工件的加工精度分析。含動力裝置的夾具，需要計算夾緊力。當有較多種夾具方案時，應進行經濟分析，選用經濟效益更好的設計方案。 4） 審查方案與改進設計 夾具草圖畫出后，應問詢有關人員的意見，讓有關部門審查，最后根據(jù)他們的意見建議對夾具方案作進一步修改完善。 5） 繪制夾具裝配總圖 夾具的總裝配圖按國家標準繪制。比例盡量采用 1:1. 主視圖按夾具面對操作者的反向繪制?？倛D應把夾具的工作原理、各種裝置的結構及其相互關系等表達出來。 夾具總圖的繪制次序應如下： 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準確合適的位置上。在總圖中，工件看作透明體，不應遮擋后面夾具的線條。 B） 繪出定位裝置、夾緊裝置、對刀或導向裝置、其它裝置、夾具體及連接元件和安裝基面等。 C） 標注出必要的尺寸、公差和技術要求。D）編制出夾具明細表及標題欄 完整準確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需要畫出零件圖。并按總圖的要求，確定零件的尺寸、公差及技術要求。 7 河海大學文天學院本8科畢業(yè)設計（論文） 第 3 章 夾具的結構設計 3.1 對定位元件的基本要求 1) 足夠的精度 工件的定位通過定位副的接觸（或配合）實現(xiàn)，定位元件上限位基面的精度直接影響工件的定位，因此，限位基面需足夠的精度，來適應加工的要求。 2) 足夠的強度和剛度 定位元件不僅限制工件的自由度，還起到支撐元件、承受夾緊力和切削力的作用，因此，需足夠的強度和剛度，以免使用時變形或損毀。 3) 耐磨性好 為了延長定位元件的使用周期，提高夾具使用壽命，定位元件應有較好的耐磨性。 4) 工藝性好 結構應力求簡單、合理，便于加工、裝配和更換。 3.1.1 定位方案的選擇 工件用夾具定位的任務：使同一加工工序中的一批工件都能在夾具中有正確的位置，工件位置的正確與否，用加工要求來衡量，滿足加工要求的為正確，不滿足加工要求的不正確。一批工件逐個在夾具上定位時，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。 3.1.2 定位誤差 定位誤差實質上就是工序基準在加工尺寸方向上的位置最大變動量。 定位誤差的原因主要有兩個方面：① 由定位基準與工序基準不同引起的定位誤差，稱基準不重合誤差，以Db 表示。 ② 由定位副制造誤差及其配合間隙引起的定位誤差，以D j 表示。 合成時，若Δb 和Δj 同一誤差造成的，這是Δb 和Δj 關聯(lián)，此時如果它們的方向相同，合成時取“+”，方向相反，合成時取“-”，當兩者不關聯(lián)時，直接兩者相加。 8 Dd = Db ± Dt （3-1） 機床夾具的主要功能：在機床上加工工件，將工件定位裝好用夾具夾緊工件。一批工件逐個在夾具上定位時，由于工件及定位元件有加工誤差，各個工件 河海大學文天學院本9科畢業(yè)設計（論文） 所占據(jù)的位置不完全一致，造成加工后加工尺寸不完全一致，形成定位誤差，用Δd 表示。 將工件裝好，就是在機床上確定工件相對刀具的正確位置，這為定位。將工件夾緊是對工件施加作用力，使之在定好的位置上將工件夾緊，此過程稱為夾緊。從定位到夾緊的過程，稱為裝夾。機床夾具的功能就是完成工件的裝夾工作。工件裝夾的好壞，直接影響工件加工精度，因此，準確定位是很重要的環(huán)節(jié)，必須計算定位誤差。 3.2 夾緊 3.2.1 夾緊目的 夾緊的目的是保持工件在定位中獲得的正確位置上，即使在外力（夾緊力、切削力、離心力等外力）作用下也不發(fā)生移動和振動。 3.2.2 夾緊裝置的組成 夾緊裝置分為手動夾緊和機動夾緊兩大類型。根據(jù)加緊結構特點和功用，夾緊裝置一般有三部分組成： ⑴ 動力源裝置 用于生產夾緊力，是機動夾緊的必備裝置，如氣壓裝置、液壓裝置、電動裝置、磁力裝置等。 ⑵ 傳力機構 它是介于動力源和夾緊元件之間的機構。由它將動力源產生的夾緊力傳給夾緊部件，然后由夾緊元件最后完成工件的夾緊。中間傳力機構可以在傳遞夾緊力的過程中可以改變夾緊力的方向和大小，并可以有自鎖性能。 ⑶ 是實現(xiàn)夾緊的最終執(zhí)行元件。由它和工件直接接觸完成夾緊工件。 3.2.3 夾緊裝置的基本要求 夾緊裝置是夾具的重要組成部分。科學合理地設計和選擇夾緊裝置，可以保證工件的加工質量、提高生產率和減輕工人的勞動強度。對夾緊裝置提出以下要求： ⑴ 工件在夾緊過程中，不能破壞工件在定位時所獲得的正確位置。 ⑵ 夾緊力的大小應可靠、適當。 ⑶ 夾緊動作要準確迅速，以便提高生產效率。 ⑷ 加工操作時方便、省力、安全，以改善工人的勞動條件，減輕勞動強度。 ⑸ 結構簡單，易于制造。 9 河海大學文天學院本1科0 畢業(yè)設計（論文） 3.2.4 典型夾緊機構 斜楔夾緊機構 斜楔夾緊主要用于增大夾緊力或改變夾緊力方向。 螺旋夾緊機構 螺旋夾緊機構是從斜楔夾緊機構轉化而來的，類似于將斜楔斜面繞在圓柱體上，轉動螺旋可夾緊工件。 偏心夾緊機構 偏心夾緊機構利用偏心輪回轉時其半徑逐漸增大而產生夾緊力來夾緊工件，偏心夾緊機構常與壓板聯(lián)合使用。 3.3 夾具體 3.3.1 目的 夾具體在夾具中的作用是連接夾緊機構，還有固定工件等裝置讓整個機構成為一個整體。然后夾具再與機床上有關部件連接，定位，讓夾具在機床上位置相對固定。 夾具體的要求 1） 應有足夠的強度和剛度 保證在加工過程中，夾具體在夾緊力和切削力等外力的作用下，不致產生不允許的變形和振動 2） 結構一般簡單，具有較良好的工藝性 保證強度和剛度的條件時，力求做到結構簡單，體積小，質量輕，特別是對于移動和反轉夾具。 質量不應太大（一般不超過 10kg,便于操作。） 3）尺寸要穩(wěn)定 對于鑄造夾具體，進行時效熱處理操作；對于焊接夾具體，進行退火處理， 以消除內應力，保證夾具體加工尺寸的穩(wěn)定。 4） 便于排屑 為防止加工中切屑聚集在定位元件工作表面或其他裝置中，而影響工件的正確定位和夾具的正確工作。在設計夾具體時，要考慮切屑的排除問題 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 10 河海大學文天學院本11科畢業(yè)設計（論文） 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。 但總之我們設計夾具應當保證我們的夾具有相應的精度，足夠安全，，有著足夠的使用壽命，并且穩(wěn)定可靠，這才是一個成功的夾具。 3.3.2 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，但生產周期長，需進行時效處理，以消除內應力。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、生產周期短、成本低、重量輕（壁厚比鑄造夾具體?。５附訆A具體的熱應力較大，易變形， 需經退火處理，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。 我的畢業(yè)設計中夾具體采用鑄造夾具體，鉆模板、圓弧板、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?；诣T鐵可以完美的實現(xiàn)我的夾具所需要的一切條件。 3.4 鉆削切削力計算 3.4.1 鉆削切削力 11 河海大學文天學院本1科2 畢業(yè)設計（論文） 需要鉆孔零件的材料為 HT200。 指 的 是 最 低 抗 拉 強 度 為 200MPa 的 灰 鑄 鐵 。 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。 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 結構鋼和鑄鋼 sb =736MPa 鉆 高速鋼 M = 0.34D2 f 0.8 K p Ff = 667DF K 0.7 P 擴鉆 M = 0.88Da0.9 f 0.8 K p p F = 371a1.3 f 0.7 K f P p 耐熱鋼 （HB141） 鉆 M = 0.40D2 f 0.7 K p Ff = 1402Df K 0.7 P 灰鑄鐵 （HB190） M = 0.21D2 f 0.8 K p Ff = 419Df K 0.8 P 硬質合金 M = 0.12D2 f 0.8 K p F = 412D1.2 f 0.75 K f P 擴鉆 高速鋼 M = 0.83D2a0.75 f 0.8 K p P F = 231a1.2 f 0.4 K f p P 可鍛鑄鐵 （HB120） 鉆 M = 0.21D2 f 0.8 K P F = 425Df 0.8 K f P 硬質合金 M = 0.098D2.2 f 0.8 K P F = 319D1.2 f 0.75 K f P 銅合金 高速鋼 M = 0.12D2 f 0.8 K p Ff = 309Df K 0.8 P 12 鉆削時的進給量  f：0.15~0.32mm/轉，取 f=0.2mm/轉 由表 3-3 可知，切削扭矩的計算公式 p M = 0.34D2 f 0.8 K  （3-1） KP 為修正參數(shù)，它的計算公式 因為 HT200 的抗拉強度 sb 3 200MPa ，取sb = 736MPa 河海大學文天學院本1科3 畢業(yè)設計（論文） 13 P ? K = ? sb ?0.75 ÷ è 736 ? ? 736  ?0.75 = ? è 736 = 104.5 ′106 ÷ ? （3-2） f12 孔，帶入式 3-1 得： M = 0.34 ′ (12 ′10-3 )2 ′ 0.20.8 ′104.5 = 1.84 ′10-1.5 N × m  （3-3） f10 孔，帶入式 3-1 得： M = 0.34 ′ (10 ′10-3 )2 ′ 0.20.8 ′104.5 = 3.3′10-1.5 N × m  （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 P f F = 667DF 0.7 K （3-5） 計算孔的切削力，帶入式 3-3 得： f F = 667 ′12 ′10-3 ′ (0.2 ′10-3 )0.7 ′104.5 f12 ? 60N （3-6） 計算f12 孔的切削力，帶入式 3-3 得： f F = 667 ′12 ′10-3 ′ (0.2 ′10-3 )0.7 ′104.5 ? 80N  （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： WK = WK （3-8） 河海大學文天學院本1科4 畢業(yè)設計（論文） 式中 WK —實際所需夾緊力（N）； W —在一定條件下，由靜力平衡計算出的理論夾緊力（N）； K —安全系數(shù)。 14 安全系數(shù) K 可按下試計算：  K = K0 K1K2 K3 K4 K5 K6  （3-9） 式中， K0 ~ K6 為各種因素的安全系數(shù)，如表 3-1。 表 3-1 安全系數(shù) K0 ~ K6 的數(shù)值 符號 考慮的因素 系數(shù)值 K0 考慮工件材料及加工余量均勻性的安全系數(shù) 1.2~1.5 K1 加工性質 粗加工 1.2 K2 精加工 1.0 K3 刀具鈍化程度（詳見表 3） 1.0~1.9 K4 切削特點 連續(xù)切削 1.0 斷續(xù)切削 1.2 K5 夾緊力的穩(wěn)定性 手動夾緊 1.3 機動夾緊 1.0 K6 手動夾緊的手柄位置 操作方便 1.0 操作不方便 1.2 K7 僅有力矩使工件回轉時，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： 河海大學文天學院本1科5 畢業(yè)設計（論文） K = K0 K1K2 K3 K4 K5 K6 15 = 1.3′1.0 ′1.5′1.0 ′1.3′1.0 （3-10） ? 2.5 表 3-2 安全系數(shù) K2 加工方法 切削力分力情況 K 鉆削 MK 鑄鐵 鋼 FC 1.15 1.15 粗擴（毛坯） MK 1.0 1.0 FC 1.3 1.3 精擴 MK 1.2 1.2 FC 1.2 1.2 粗車或粗鏜 FC 1.0 1.0 FP 1.2 1.4 Ff 1.25 1.6 精車或精鏜 FC 1.05 1.0 FP 1.4 1.05 Ff 1.3 1.0 圓周銑削 （粗、精） FC 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） FC 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%) 河海大學文天學院本1科6 畢業(yè)設計（論文） 磨削 FC 1.15~1.2 拉削 F 1.5 16 河海大學文天學院本1科7 畢業(yè)設計（論文） 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、安裝對刀或導向元件的表面以及夾具體的安裝基面（與機床相連接的表面）等，應有適當?shù)某叽绾托螤罹龋?它們之間應有適當?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。夾具體結構型式應便于工件的裝卸，分為開式結構、半開式結構、框架式結構等。 4） 排屑方便 切屑多時，夾具體上應考慮排屑結構?？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。 17 河海大學文天學院本1科8 畢業(yè)設計（論文） 4.2 夾具體毛坯的類型 5） 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，但生產周期長，需進行時效處理，以消除內應力。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）。目前鑄造夾具體的應用較多。6）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， 需經退火處理，以保證夾具體尺寸的穩(wěn)定性。 7） 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。鍛造后也需經退火處理。此類夾具體應用較少。 8） 型材夾具體 小型的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。 4.3 鉆模板以及鉆套的設計 1、鉆模板 18 河海大學文天學院本1科9 畢業(yè)設計（論文） 鉆模板結構形式的選擇：在設計鉆模板的結構時，主要要根據(jù)工件的外形大小、加工部位、結構特點和生產規(guī)模以及機床類型等條件而定。要求所設計的鉆模板結構簡單、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：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，生產效率高，適于在大批量生產中應用。 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。 19 河海大學文天學院本2科0 畢業(yè)設計（論文） 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動及退刀時脫出。 20 河海大學文天學院本2科1 畢業(yè)設計（論文） 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，只需逆時針轉動鉆套使削邊平面轉至螺釘位置，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 21 河海大學文天學院本2科2 畢業(yè)設計（論文） 鉆套與刀具的磨損加劇，一般取 H=1～2.5d。 22 河海大學文天學院本2科3 畢業(yè)設計（論文） 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 ±10 ± 30' ± 20' ±10' ± 5' 中等 m 粗糙 c ±1030' ±10 ± 30' ±15' ±10' 最粗 v ± 30 ± 20 ±10 ± 30' ± 20' 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DD 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，由此產生基 準不重合誤差DB ；二是定位基準與限位基準不重合，由此產生基準位移誤差DY 。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DB 和DY ，然后將兩者合成而得DD 。 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DB 與DY 無相關公共變量，則DD = DB + DY 。 若工序基準在定位基面上，即DB 與DY 有相關公共變量，則DD = DB ± DY 。 23 河海大學文天學院本2科4 畢業(yè)設計（論文） 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， DY （或定位基準）與DB （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 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DD 、對刀誤差DT 、夾具在機床上的安裝誤差D A 和夾具誤差D J 。 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DG 。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?D 。 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。 f12 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f12 孔的定位誤差為鉆孔時的角度公差為± 30' 。 24 D D = ±30' = ±0.50 = ±0.5′ 1 57.3  ? ±0.0087 2) 對刀誤差DT 因刀具相對于對刀或導向元件的位置不精確而造成的加工誤差，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。 河海大學文天學院本2科5 畢業(yè)設計（論文） 圖 5-3 鉆模對刀誤差 鉆模對刀誤差DT 的計算如圖 5-3 所示，刀具與鉆套的最大配合間隙 X max 的 存在會引起刀具的偏斜，將導致加工孔的偏移量 X 2 B + h + H 25 X = ?2 X 2 H  max 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 X 2 計算對刀誤差： DT = X 2 ； 工件薄時，按 X max 計算對刀誤差： DT = X max 。 鉆f10和f12 孔時，工件為薄壁件，所以DT = X max 。鉆f10 孔 鉆套導向尺寸為f10（G9）+0.008 ，鉆頭尺寸為f10（j9）+0.003 。 +0.004 -0.002 DT = X max = 0.009 - (-0.002) = 0.011 鉆f12 孔 河海大學文天學院本2科6 畢業(yè)設計（論文） 鉆套導向尺寸為f12（G10）+0.014 ，鉆頭尺寸為f12（js8）+0.0045 。 +0.005 -0.0045 DT = X max = 0.014 - (-0.0045) = 0.0185 3) 夾具安裝誤差D A 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， D A =0. 4) 夾具誤差D J 因夾具上定位元件、對刀或導向元件、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D J 主要包括定位元件相對于安 裝基準的尺寸或位置誤差D J 1 ；定位元件相對于對刀或導向元件（包含導向元件之間）的尺寸或位置誤差D J 2 ；導向元件相對于安裝基準的尺寸或位置誤差D J 3 ； 若有分度裝置時，還存在分度誤差DF 。以上幾項共同組成夾具誤差D J 。 圖 5-2 中，鉆端面f10 的孔時，保證位置精度f0.01。按 IT3 級，影響尺寸28 ± 0.004 的夾具誤差的定位面到導向孔軸線的尺寸誤差fJ 2 =0.008，及導向孔對安裝基面 B 的垂直度fJ3 =0.004. 鉆f12 的孔時，保證垂直度f0.02 。按 IT4 級，影響尺寸31.9 ± 0.005 的夾具誤差的定位面到導向孔軸線的尺寸誤差fJ 2 =0.010，及導向孔對安裝基面B 的垂直度fJ3 =0.005. 5) 加工方法誤差DG 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)經驗為它留出工件公差dK 的 1/3.計算時可設 D = dK G 3 鉆f10 孔 26 河海大學文天學院本2科7 畢業(yè)設計（論文） D = dK G 3 = 0.02 = 0.0067 3 27 鉆f10 孔 D = dK G 3 = 0.04 = 0.013 。3 2. 保證加工精度的條件 工件在加工時，總加工誤差?D 為上述各項誤差之和。由于上述誤差均為獨立的隨機變量，應用概率法疊加。因此保證工件加工精度的條件是 ?D = ￡ dK 即工件的總加工誤差?D 應不大于工件的加工尺寸dK 。 為保證夾具的使用壽命，防止夾具因磨損而過早報廢，因此在分析計算工件的加工精度時，需要留出一定的精度儲備量 JC 。因此將上式改寫為 ?D = dK - JC 或 JC = dK - ?D 3 0 當 JC 3 0 時，夾具能滿足工件的加工要求。 JC 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dJ 確定得是否合理。 3. 鉆孔的加工精度計算 在圖 5-2 所示鉆模上鉆機殼的f10和f12 孔時，加工精度的計算列于表 5-2 中。 表 5-2 用鉆模鉆f12和f10 孔的加工精度計算 誤差名稱誤 差計算 加工要求 位置度f0.01 mm 垂直度f0.02 mm DD 0 0.0087 mm DT 0.011 mm 0.0185 mm 河海大學文天學院本2科8 畢業(yè)設計（論文） D A 0 0 D J 0.008+0.004 （mm） 0.010+0.005 (mm) DG 0.0067 mm 0.013 mm ?D 0.0157 mm 0.0267 mm JC 0.0043 mm 0.0133 mm 由表 5-2 可知，該鉆模滿足加工工件的各項精度要求，且有一定的精度儲備。 28 河海大學文天學院本2科9 畢業(yè)設計（論文） 總結 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，在零件的端面上鉆兩個孔，另外在側壁上锪孔。為了使鉆孔的位置精確，必須對零件進行定位、安裝、夾緊。 在設計的過程中采用大量的標準件，可以降低夾具的生產成本，使該鉆床夾具更經濟；由于使用專用的夾具，大批量生產單一的零件，既保證了零件的加工精度又提高了零件的生產效率，達到了經濟、高效的目的。 通過本次論文的設計，我的繪圖能力和解決問題的能力得到了很大提高，掌握了零件設計的基本方法和步驟。同時，我還學會了許多 Word 的操作知識，重新學習和復習自己的 AutoCAD 制圖。 29 河海大學文天學院本3科0 畢業(yè)設計（論文） 致謝 經過了將近 6 個月的學習和努力，在張興權老師的悉心指導和嚴格要求下， 我終于基本完成了《鉆床夾具設計》的畢業(yè)論文。從論文課題選擇、方案論證到具體設計，每一步對我來說無疑都是巨大的挑戰(zhàn)，但是也成就了我在大學期間最重要的學習。記得在剛看到這個課題時，由于夾具設計以及相關知識都不是很了解，我有些不知所措，不知道該從何入手。之后，在張老師的悉心指導下，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)去了解有關鉆床夾具各種資料。 在具體設計的過程中，我遇到了很多問題，例如：加工零件時，我應該如何定位，才能滿足要求，又能使加工方便、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—張興權老師。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 30 河海大學文天學院本3科1 畢業(yè)設計（論文） 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，張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。正是張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，謝謝張老師。 在此祝愿全天下所有老師身體健康，全家幸福！ 31 河海大學文天學院本3科2 畢業(yè)設計（