泵體蓋的鉆6φ2孔鉆削專(zhuān)機(jī)及夾具設(shè)計(jì)【帶圖紙】

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 QQ 36296518 原創(chuàng)通過(guò)答辯 目 錄 前言 2 1 泵體蓋6-φ2孔加工專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì) 4 1.1 鉆床的總體設(shè)計(jì) 4 1.2 鉆床刀具的選擇 4 1.3 鉆床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 1.3.1 切削參數(shù)的確定 5 1.3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 7 1.3.3 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)及計(jì)算 7 1.3.4 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 11 1.4 本章小結(jié) 17 2 專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì) 18 2.1 工件的加工工藝性分析 18 2.2 定位元件的選擇與設(shè)計(jì) 18 2.2.1 定位元件的選擇 18 2.2.2 定位誤差的分析 20 2.

2、2.3 定位誤差的計(jì)算 21 2.3 泵體蓋在夾具中的夾緊 23 2.3.1 夾緊裝置的組成 24 2.3.2 夾緊力的確定 24 2.3.3 夾緊機(jī)構(gòu)的選擇及設(shè)計(jì) 27 2.4 導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì) 29 2.4.1 鉆模板的類(lèi)型與選擇 30 2.4.2 鉆套的選擇與設(shè)計(jì) 30 2.5 夾具體的設(shè)計(jì) 35 2.6 夾具在機(jī)床上的定位 36 2.7 本章小結(jié) 38 3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 39 4 結(jié)論 39 致謝 41 參考文獻(xiàn) 42 前言 隨著現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，機(jī)床的種類(lèi)越來(lái)越繁多，機(jī)床的功能越來(lái)越多，為了適應(yīng)當(dāng)今機(jī)械生產(chǎn)中的特

3、殊要求，專(zhuān)用機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。之所以選擇泵體蓋鉆孔專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì)作為我的設(shè)計(jì)題目，是因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)以前的鉆床雖然功能不少，但是有很多不足之處，比如對(duì)工件大批量生產(chǎn)不能滿(mǎn)足，而且生產(chǎn)效率不高，對(duì)一些有特殊要求的工件也不能進(jìn)行批量生產(chǎn)?；谶@個(gè)前提，我選擇了鉆削類(lèi)的專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)泵體蓋6-φ2孔的鉆削進(jìn)行加工。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，可以生產(chǎn)出一種鉆床滿(mǎn)足泵體蓋6-φ2孔的鉆削標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)，這種鉆床既可以滿(mǎn)足特殊的加工要求又節(jié)省了時(shí)間、減少了勞動(dòng)力。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)出一種鉆削類(lèi)的專(zhuān)用機(jī)床，讓它只對(duì)泵體蓋6-φ2孔一類(lèi)工件進(jìn)行鉆削加工。本機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集中化程度高、針對(duì)性強(qiáng)、工作效率高、能夠適應(yīng)在生產(chǎn)

4、批量大的生產(chǎn)中的要求。它既提高了生產(chǎn)效率，又簡(jiǎn)化了操作程序，而且減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 機(jī)床、基礎(chǔ)理論研究、檢測(cè)等方面都有了較大的進(jìn)展。目前，孔加工技術(shù)已較為成熟。 同時(shí)隨著我國(guó)科學(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，其品種型號(hào)越來(lái)越多，質(zhì)量要求越來(lái)越高，更新?lián)Q代周期也越來(lái)越短。因而多品種、中小批量生產(chǎn)已日益成為機(jī)械制造業(yè)的主要生產(chǎn)類(lèi)型。 機(jī)床夾具是保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作中的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)形式必須與其生產(chǎn)類(lèi)型相適應(yīng)[2]。 當(dāng)然在鉆床中夾具的設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的，由于夾具設(shè)計(jì)過(guò)程的隨機(jī)因素較多，目前仍有許多企業(yè)沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法來(lái)完成，即由經(jīng)驗(yàn)豐富的

5、工藝人員人工設(shè)計(jì)(或借助二維CAD設(shè)計(jì))。很顯然，這種設(shè)計(jì)方法在很大程度土受夾具設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平的限制，且設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，已不適應(yīng)現(xiàn)代制造技術(shù)。因此，開(kāi)發(fā)出實(shí)用的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)是解決這一間題的重要方法和手段。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可以分為概念設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)階段。概念設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié),它影響著后續(xù)的技術(shù)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì),是決定夾具方案優(yōu)劣的重要階段。由于鉆銑削加工切削用量及切削力較大，加工時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)，因此設(shè)計(jì)鉆銑床夾具時(shí)應(yīng)注意：夾緊力要足夠且反行程自鎖；夾具的安裝要準(zhǔn)確可靠，即安裝及加工時(shí)要正確使用定向鍵、對(duì)刀裝置；夾具體要有足夠

6、的剛度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)要合理 在批量生產(chǎn)泵體蓋時(shí)，多采用流水線式操作，即按工序分配給不同生產(chǎn)車(chē)間來(lái)生產(chǎn)。泵體蓋孔加工專(zhuān)機(jī)及夾具設(shè)計(jì)，就是為加工泵體蓋6-φ2孔這一工序而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用機(jī)床及夾具。由于泵體蓋6-φ2為均勻分布，因此需要綜合應(yīng)用孔的加工及機(jī)床夾具等方面的知識(shí)。 本次設(shè)計(jì)主要包括兩大部分。 第一部分為泵體蓋6-φ2孔鉆削專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì)，其中包括機(jī)床的基本尺寸的選擇、電機(jī)的選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和鉆頭的選擇。 首先，機(jī)床的基本尺寸主要參考常用機(jī)床的外形尺寸，并根據(jù)6-φ2孔加工的需要來(lái)確定。其次，泵體蓋材料為鋁合金。因此可根據(jù)鋁合金的切削性能，及鉆削鋁合金時(shí)的切削用量和鉆削速度來(lái)估算出

7、鉆削力、鉆削扭矩和鉆削功率來(lái)，并根據(jù)鉆削功率選擇電動(dòng)機(jī)。然后，根據(jù)所選電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速和切削速度來(lái)確定傳動(dòng)比，并用齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)床只為加工6-φ2孔而設(shè)計(jì)，因此不需變速，一級(jí)傳動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)。最后，根據(jù)回油孔的特點(diǎn)，并考慮經(jīng)濟(jì)性來(lái)選擇合適的多孔加工刀具。 第二部分為專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)，其中包括定位方式的選擇、定位誤差的計(jì)算、夾緊方式的確定、夾緊力的確定及夾緊機(jī)構(gòu)的的選擇、導(dǎo)引裝置的確定、夾具體的設(shè)計(jì)和夾具體在機(jī)床上的定位方式。 根據(jù)六點(diǎn)定位原理、泵體蓋外形的特點(diǎn)及常用定位元件的種類(lèi)，來(lái)確定夾具體的定位方式。由于零件在加工時(shí)，總會(huì)產(chǎn)生誤差，因此應(yīng)考慮工件的定位誤差。進(jìn)行定位誤差的

8、計(jì)算，以保證定位誤差在零件加工誤差允許的范圍之內(nèi)。若不合適，則應(yīng)選擇更合適的定位方式，以確保零件的加工精度。為了使零件在被加工時(shí)保持位置不變，應(yīng)對(duì)零件在被加工時(shí)所需的加緊力進(jìn)行估算。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮零件的定位方式和加工方式，來(lái)設(shè)計(jì)適合的夾緊機(jī)構(gòu)。為保證加工精度，選擇合適的對(duì)刀導(dǎo)引裝置，保證工件相對(duì)于刀具處于正確的位置。綜合以上各方面的設(shè)計(jì)和各個(gè)裝置的相對(duì)位置關(guān)系，可以設(shè)計(jì)出夾具體的結(jié)構(gòu)。并且還要確定夾具體在機(jī)床上的定位方法和定位精度。這樣就完成了夾具的設(shè)計(jì)。 由于此次設(shè)計(jì)是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)加工中的需要來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此還從經(jīng)濟(jì)性方面分析了此次設(shè)計(jì)的可行性。另外，分析了此次設(shè)計(jì)相對(duì)于一般生產(chǎn)加

9、工情況的優(yōu)點(diǎn)、此次設(shè)計(jì)的不足，和可能改進(jìn)的方法。 1 泵體蓋6-φ2孔加工專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì) 1.1 鉆床的總體設(shè)計(jì) 鉆床可用于加工簡(jiǎn)單零件上的孔，也可用于加工外型復(fù)雜、沒(méi)有對(duì)稱(chēng)回轉(zhuǎn)軸線工件上的單個(gè)或一系列圓柱孔，如蓋板、箱體、機(jī)架等零件上的各種用途的孔。鉆床一般用于完成加工尺寸較小、精度要求不太高的孔。通常，鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)[3]。 鉆床可分為臺(tái)式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床、銑鉆床、深孔鉆床、平端面中心孔鉆床和臥式鉆床。 在本次設(shè)計(jì)中，待加工孔為多孔且均勻分布，因此在選擇機(jī)床上有些困難。通常多孔鉆床具有特殊設(shè)計(jì)的主軸，臥式布局。一般為工件旋轉(zhuǎn)，用特

10、制的鉆頭鉆削孔，可完成孔工件鉆、擴(kuò)、鉸、套料等加工。但由于多孔鉆床的特殊性，其比較昂貴，對(duì)于非專(zhuān)業(yè)化深孔加工的廠家，成本過(guò)高，因此不能選用這種形式。所以，應(yīng)由其他鉆床改造成多孔鉆床，這樣可節(jié)省開(kāi)支，并且易于中、小型企業(yè)接受。綜合各種機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作方式，決定選用臥式鉆床的結(jié)構(gòu)布置。臥式鉆床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是主軸旋轉(zhuǎn)中心固定，移動(dòng)工件使加工點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)主軸中心。主軸箱安裝在立柱上，主軸水平布置。立柱有圓柱、方柱，這里選擇圓柱作為主軸。主軸可機(jī)動(dòng)進(jìn)給。 由于本次設(shè)計(jì)為鉆孔專(zhuān)機(jī)，只用于加工多孔的工序，簡(jiǎn)單的傳動(dòng)系統(tǒng)就能滿(mǎn)足，不需要變速，因此采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)即可，這樣可以直接達(dá)到鉆削所需要的速度。 泵體蓋

11、材料為鋁合金，根據(jù)其切削性能及各類(lèi)多孔鉆的尺寸參數(shù)，在相比較下選擇合適的刀具。從而確定進(jìn)給量來(lái)計(jì)算出切削參數(shù)，即加工時(shí)所需的鉆削力、鉆削率和鉆削轉(zhuǎn)矩。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，可選擇出適合的電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。同時(shí)，根據(jù)這些切削參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算出傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。 1.2 鉆床刀具的選擇 在多孔加工中，使用鉆頭、內(nèi)排屑深孔鉆雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于需要專(zhuān)用的機(jī)床（或改裝的普通車(chē)床）以及一套輔助設(shè)備，投資較大，多孔加工受到一定的條件限制。麻花鉆具有投資少、見(jiàn)效快、無(wú)需特殊多孔加工裝備等優(yōu)點(diǎn)，是一般多孔加工中行之有效的加工方法。 在本次設(shè)計(jì)中，則采用直柄麻花鉆來(lái)完成切削任務(wù)。其主要的尺寸參數(shù)可在表1-1中查

12、詢(xún)。 表1-1麻花鉆主要的尺寸參數(shù) Tab.1-1 Twist drill main size parameter d =125 =160 =200 =250 =315 h8 =80 =100 =150 =200 =250 2.0 × × 2.5 × × 3.0 × × 3.5 × × × 4.0 × × × × 4.5 × × × × 注：×——表示有規(guī)格；——麻花鉆全長(zhǎng)；——麻花鉆工作部分長(zhǎng)度； d——麻花鉆的直徑。 此次多孔加工的孔6-φ2孔，工作部分長(zhǎng)度

13、滿(mǎn)足此長(zhǎng)度即可，因此可選＝160的直柄麻花鉆。麻花鉆材料的選擇，參見(jiàn)表1-2。 表1-2 麻花鉆的性能級(jí)別[4] Tab.1-2 Twist drill performance rank 項(xiàng)目 普通型能級(jí)麻花鉆 高性能級(jí)麻花鉆 材料 工作部分用W6Mo5Gr4V2或同等性能的其他牌號(hào) 普通高速鋼（代號(hào)HHS）制造 工作部分用W2Mo9Gr4VCo8或同等性能的其他牌號(hào) 高性能高速鋼（代號(hào)HHS－E）制造 硬度 工作部分硬度780～900HV 工作部分硬度820～950HV 制造 工藝 一般為軋制或銑制 一般為全磨制 應(yīng)用 設(shè)備 一般用于普通機(jī)床 一般用

14、于數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)線 其他 高性能級(jí)的麻花鉆比普通性能級(jí)麻花鉆在表面粗糙度、切血人對(duì)工作部分軸向斜跳動(dòng)、鉆芯對(duì)稱(chēng)直徑、溝槽分度誤差、直柄直徑公差、錐柄圓錐公差、鉆芯對(duì)工作部分軸線的對(duì)稱(chēng)度、兩刃帶寬度差等方面都要求更高 根據(jù)本次加工情況及技術(shù)要求，選擇普通型能級(jí)的麻花鉆即可。 1.3 鉆床傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1.3.1 切削參數(shù)的確定 多孔鉆削的功率由最大鉆孔直徑?jīng)Q定（即鉆床的功率），因此應(yīng)根據(jù)深孔鉆削最大參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 切削功率的計(jì)算： 目前，還沒(méi)有成熟的計(jì)算深孔鉆削功率的經(jīng)驗(yàn)公式，一般可用麻花鉆的功率計(jì)算公式近似計(jì)算。 鉆削扭距

15、 （1-1） 式中 ——鉆削扭距，N·m； ——鉆孔直徑，mm； ——鉆孔進(jìn)給量，mm/r。 鉆削軸向力 （1-2） 式中 ——鉆削軸向力，N。 鉆削功率 （1-3） 式中 ——鉆削功率，kW； ——鉆孔轉(zhuǎn)速，r/s。 考慮到麻花鉆有橫刃和刀具材料為高速鋼等因素，取計(jì)算值的70％作為深孔鉆削功率的近似值。 式1-1、1-2、1-3中的和可從表1-3中查詢(xún)。 表1-3 在組合機(jī)床上用高速鋼刀具對(duì)鋁、銅件鉆孔時(shí)切削速度和進(jìn)

16、給量[5] Tab.1-3 In combination with high-speed machine tools, steel cutlery on aluminum、copper pieces bored into to the cutting speed and volume[3] 加工孔徑/mm 鋁 銅 鋁 鋁合金 （長(zhǎng)切削） 鋁合金 （短切削） 黃銅、青銅 硬青銅 /m/min /mm /r /m/min /mm /r /m/min /mm /r /m/min /mm /r /m/min /mm/r 3~8

17、 20~50 0.03 ~0.20 20~50 0.05~ 0.25 20~50 0.03 ~0.10 60~80 0.03~ 0.10 25~45 0.05~ 0.15 根據(jù)表1-3選擇切削速度為 =20 (m/min) 進(jìn)給量為 =0.10 (mm/r） 則主軸轉(zhuǎn)速： (r/min) 式中 ——主軸轉(zhuǎn)速； ——切削速度； ——工件（或刀具直徑），mm。 則根據(jù)式1-1、1-2、1-3得： N·m N

18、 kW 取計(jì)算結(jié)果的70％，可得鉆削的近似功率為1.022kW。 1.3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 一般用于驅(qū)動(dòng)金屬切削機(jī)床的電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)。其中，低壓電動(dòng)機(jī)中的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)尤為合適。 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)具有效率高，節(jié)能，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高，噪聲低，振動(dòng)小，運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn)，作為一般用途的電動(dòng)機(jī)，適用于驅(qū)動(dòng)無(wú)特殊性能要求的各種機(jī)械設(shè)備，如金屬切削機(jī)床、鼓風(fēng)機(jī)、水泵等[6]。 鉆削功率近似為1.022kW，則電動(dòng)機(jī)功率為： (1-4) 式中 ——機(jī)床總機(jī)械效率，對(duì)于主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，=0.7~0.85；

19、——鉆削功率，kW。 在進(jìn)行鉆削時(shí)，進(jìn)給功率及小，可忽略不計(jì)，因此可直接根據(jù)計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)的功率選擇電動(dòng)機(jī)。則可選擇機(jī)座號(hào)為90S，功率為1.5kW，同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。 1.3.3 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)及計(jì)算 根據(jù)切削速度和電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速可得傳動(dòng)比： 則齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算如下： 1) 選擇齒輪材料 齒輪最常用的材料是鍛鋼，其次是鑄鋼和鑄鐵，有時(shí)也采用非金屬材料。 2)齒輪尺寸確定及強(qiáng)度計(jì)算 a 選擇齒輪材料查表得：小齒輪選用調(diào)質(zhì) HBS=245~275HBS 大齒輪選用正火 HBS=210~240HBS b 按齒面接

20、觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)： 按 (1-5) 估取圓周速度，得：，參考表選?、蚬罱M8級(jí)。 小齒輪分度圓直徑 (1-6) 齒寬系數(shù)查表得按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)銷(xiāo)布置：取=0.8 小齒輪齒數(shù)在推薦值20~40中選 =26 大齒輪齒數(shù) 圓整取55; 齒數(shù)比 ; 傳動(dòng)比誤差

21、誤差在范圍內(nèi)合適。 小輪轉(zhuǎn)矩 N·mm; 載荷系數(shù)K (1-7) 使用系數(shù)查表得 =1 動(dòng)載荷系數(shù)查相關(guān)圖得初值 =1.1 齒向載荷分布系數(shù)查相關(guān)圖得 =1.07 齒間載荷分配系數(shù)由=0得 (1-8) 則載荷系數(shù)K的初值 彈性系數(shù)查表得 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)查相關(guān)圖及=0,查相關(guān)圖(=0, ==0)得 =2.5 重合度系數(shù)查相關(guān)圖（）得

22、 =0.88 許用接觸應(yīng)力[] []= (1-9)接觸疲勞極限應(yīng)力,查相關(guān)圖得 =570 N/mm2 =460 N/mm2 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、 =60nj= = 由查相關(guān)圖得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)、（不允許有點(diǎn)蝕） ==1 硬化系數(shù)查相關(guān)圖得 =1 接觸強(qiáng)度安全系數(shù)查表得，按一般可靠度查取=1.1 , 故根據(jù)式(2-6)的設(shè)計(jì)初值為 得： 37.52mm 齒輪模數(shù)m m===1.44mm查表得 m=1.5

23、mm； 小輪分度圓直徑的圓整值 mm； 圓周速度 m/s； 與估取 很相近,對(duì)取值影響不大,不必修正； ,； 小輪分度圓直徑 mm； 大輪分度圓直徑 mm； 中心距 mm； 齒寬 mm； 大輪齒寬 ； 小輪齒寬 ； 3) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 ； 齒形系數(shù)查相關(guān)圖得 小輪 =2.60 大輪 =2.

24、30； 應(yīng)力修正系數(shù)查相關(guān)圖得 小輪 =1.60 大輪 =1.72； 重合度系數(shù) ； 許用彎曲應(yīng)力 N/mm2； 彎曲疲勞極限查相關(guān)圖得 =460，=390； 彎曲壽命系數(shù)查相關(guān)圖得 ==1； 尺寸系數(shù)查相關(guān)圖得 =1； 安全系數(shù)查表得 =1.3； 則 N/mm2； N/mm2； 故 ； ； 可得結(jié)論:齒根彎曲強(qiáng)度足夠。 4) 齒輪其它尺寸計(jì)算 分度圓直徑

25、 ； =39,=82.5； 齒項(xiàng)高 ； ==1.5； 齒根高 ； ==1.875； 齒全高 ； ==4.875； 齒頂圓直徑 ； =42 , =85.5； 齒根圓直徑 ； =36, =79.5； 基圓直徑

26、 ； =36.65,=77.52； 齒距 ； ==4.71； 齒厚 ； ==2.355； 齒槽寬 ； ==2.355； 基圓齒距 ； ==4.426； 法向齒距

27、 ； ==4.426； 頂隙 ； ==0.375； 分度圓壓力角 [7]。 1.3.4 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 1) 軸的材料的選擇 軸的材料種類(lèi)很多，要根據(jù)強(qiáng)度、剛度核耐磨性等要求，選擇材料種類(lèi)及熱處理方式，軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼價(jià)格較低，對(duì)應(yīng)力集中敏感性小，通常使用中碳鋼，最常用的是45號(hào)鋼，不太重要或受力小的軸可以使用Q235等鋼材。 合金鋼比碳素鋼具有更高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的熱處理性能，但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，對(duì)

28、于受力較大又要減小軸的尺寸和重量，或者需要提高軸頸的耐磨性，或者在高溫、腐蝕等條件下工作的軸，可以采用合金鋼。在低于200℃的工作溫度下，合金鋼和碳素鋼的彈性模量相差不大，因此，使用合金鋼代替碳素鋼并不能提高軸的剛度。 球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵適合于制造形狀復(fù)雜的軸（如曲軸、凸輪軸等），它具有良好的吸振性和耐磨性，對(duì)應(yīng)力集中不敏感，但是鑄造質(zhì)量不易控制。 小直徑的軸可以使用軋制圓鋼，大直徑或直徑變化較大的階梯軸需要使用鍛件，形狀復(fù)雜的軸通常采用鑄造方式制造。 根據(jù)軸的常用材料及主要機(jī)械性能，選擇45＃正火為軸的材料。 2) 軸的設(shè)計(jì)及計(jì)算 對(duì)于僅傳遞扭矩或主要裝的扭矩的傳動(dòng)軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)

29、度計(jì)算 。對(duì)于既受彎矩又受扭矩的轉(zhuǎn)軸，可以通過(guò)降低許用剪應(yīng)力的方法考慮彎矩的影響，用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算轉(zhuǎn)軸的最小直徑，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)計(jì)算公式為 (1-10) 式中 ——軸的直徑，mm； ——考慮了彎矩影響的設(shè)計(jì)系數(shù)； ——軸傳遞的功率，kW； ——軸的轉(zhuǎn)速，r/min。 本節(jié)設(shè)計(jì)機(jī)床的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，下面對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中的高速軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。 a 求輸出軸上的轉(zhuǎn)矩 N·mm b 求作用在齒輪上的力 輸出軸上的小齒輪的分度圓直徑為 mm 圓周力、徑向力、和軸向力的大

30、小如下，方向如圖1-1所示。 圖1-1 軸的受力分析圖 Fig.1-1 Axis stress analysis chart 由此可得： N N N 式中 ——壓力角； ——螺旋角，因是直齒圓柱齒輪，因此＝0。 c 確定軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，正火處理。按式1-10初估軸的最小直徑，查表取A＝115，可得： mm 圖1-2 軸的結(jié)構(gòu)圖 Fig.1-2 Structure drawing of axis 由于主軸內(nèi)部為中空，所以軸段①（見(jiàn)圖1-2）用于安裝聯(lián)軸器，其直徑應(yīng)該與聯(lián)軸器的孔徑相配合，

31、因此要先選用聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，根據(jù)工作情況選?。?.5，則＝1.5×10120.6＝15180.9。根據(jù)工作要求選用十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器，型號(hào)為WSD2，許用轉(zhuǎn)矩[T]＝22400。 與輸出軸聯(lián)接的半聯(lián)軸器孔徑＝34mm，因此取軸段①的直徑＝34mm。聯(lián)軸器輪轂總寬度L＝74mm（J1形軸孔），與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L＝62mm。 d 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1) 擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案見(jiàn)鉆床的裝配總圖。 2) 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度 具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)頭架主軸圖， 3）軸上零件的周向定位 半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用A型普通平鍵聯(lián)接，按d1=34mm，從手冊(cè)中查得平鍵截

32、面尺寸b×h=6×6,根據(jù)輪轂寬度，由鍵長(zhǎng)系列中選取鍵長(zhǎng)L=38mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。 齒輪與軸的周向定位采用A型普通平鍵聯(lián)接，平鍵的尺寸為b×h×L=8×8×38.為了保證齒輪與軸具有良好的對(duì)中性，取齒輪與軸的配合為H7/r6。 滾動(dòng)軸承與軸的周向定位采用過(guò)渡配合保證的，因此軸段直徑尺寸公差取為m6。 4）確定軸上圓角和倒角尺寸 各軸肩處的圓角半徑見(jiàn)圖2-1，軸端倒角取1×45°。 5) 軸的強(qiáng)度校核 a 求軸的載荷 在進(jìn)行軸校核時(shí)按軸是實(shí)心進(jìn)行校核，因此軸的尺寸相應(yīng)減少．首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖1-3）。在確定軸承的支撐點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)中查取a

33、值。對(duì)于61803型深溝球軸承，因此軸的支承跨距L=65+65=130mm。 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作為軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出，C截面的當(dāng)量彎矩最大，是軸的危險(xiǎn)截面。C截面處的、、、及的數(shù)值如下。 支反力 水平面 =209 ，=209 N 垂直面 =197 , =-76 N 彎矩和 水平面 =5538.5 N·mm 垂直面 =3206.5 N·mm 圖1-3 軸的計(jì)

34、算簡(jiǎn)圖 Fig.1-3 Computation diagram of axis 合成彎矩 ==6399.7 N·mm 扭矩 =10120.6 當(dāng)量彎矩 ==10119.9 N·mm b 校核軸的強(qiáng)度 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查得=650，則[]=0.09～0.1，即58～65,取[]=60，軸的計(jì)算應(yīng)力為 ==17.3<[]=60 N/mm2 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 6) 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 對(duì)于重要的軸，必須按安全系數(shù)精確校核軸的疲勞強(qiáng)度。一般用途的軸，該步工作可以省略。 a 判斷危險(xiǎn)

35、截面 危險(xiǎn)截面應(yīng)該是應(yīng)力較大，同時(shí)應(yīng)力集中較嚴(yán)重。從受載情況觀察，截面C上最大，但應(yīng)力集中不大（過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸直徑最大，故截面C不必校核。從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度削弱程度觀察，截面Ⅳ和Ⅴ處過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重。截面Ⅴ的應(yīng)力集中與截面Ⅳ相近，但截面Ⅴ不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大。分析可知，危險(xiǎn)截面為Ⅳ截面（左側(cè)）。 b 計(jì)算危險(xiǎn)截面應(yīng)力 截面右側(cè)彎矩為 =10119.9×=3436.9 N/mm； 截面上的扭矩為 =10120.6 N/mm； 抗彎截面系數(shù) =

36、0.1==583.2 mm3； 抗扭截面系數(shù) =0.2==1166.4 mm3； 截面上的彎曲應(yīng)力 =5.9 N/mm2； 截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 == 8.7 N/mm2； 彎曲應(yīng)力幅度 == 5.9 N/mm2； 彎曲平均應(yīng)力 =0； 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等，即 = =4.4 N/mm2； c 確定影響系數(shù) 軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查得=600 N/mm2，=275 N/mm2，=140 N/mm2。

37、 軸肩圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù)、。根據(jù)=1/18＝0.056，=20/18＝1.1，由表經(jīng)插值后可得=1.65，=1.19。 尺寸系數(shù)、根據(jù)軸截面為圓截面查圖得=1.0 ，=0.98 。 表面質(zhì)量系數(shù)、 根據(jù)=600和表面加工方法為精車(chē)，查圖得==0.88 材料彎曲、扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù)、取=0.1，=0.5＝0.05 由上面結(jié)果可得 ＝40.63 ＝8.62 ＝9.40 查表中的許用安全系數(shù)[]=1.5，可知該軸安全。 1.4 本章小結(jié) 本章首先選擇了機(jī)床的形式和基本外形尺寸，再根據(jù)加工條件選擇了適合加工深孔的刀具。通過(guò)對(duì)被加工零件的材料的切削性能的了解，并聯(lián)

38、系加工環(huán)境和條件，對(duì)鉆削深孔的進(jìn)給量、背吃刀量及切削速度進(jìn)行了選擇。根據(jù)切削速度和進(jìn)給量，進(jìn)行了切削力、切削扭矩及切削功率的估算。通過(guò)得到的數(shù)據(jù)選擇了適合本次設(shè)計(jì)的機(jī)床的電動(dòng)機(jī)。此后進(jìn)行了齒輪和軸的設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行了強(qiáng)度校核，使設(shè)計(jì)的齒輪和軸都能夠滿(mǎn)足實(shí)際的需要。 2 專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì) 2.1 工件的加工工藝性分析 因采用立式鉆床，待加工孔處于水平位置。若設(shè)平行于待加工孔的面分別為頂面和底面，則使多孔那面為底面，即定位基準(zhǔn)面。以基準(zhǔn)面上的直徑為φ5的兩孔以及基準(zhǔn)面定位。 鉆模板應(yīng)垂直與定位基準(zhǔn)面，鉆套中心線與待加工孔中心線同軸。夾緊件由工件頂面向定位基準(zhǔn)面夾緊。采用螺旋夾緊

39、機(jī)構(gòu)。 2.2 定位元件的選擇與設(shè)計(jì) 2.2.1 定位元件的選擇 工件在夾具中位置的確定，主要是通過(guò)各種類(lèi)型的定位元件實(shí)現(xiàn)的。在機(jī)械加工中，雖然被加工工件的種類(lèi)繁多和形狀各異，但從它們的基本結(jié)構(gòu)來(lái)看，不外乎是由平面、圓柱面、圓錐面及各種成形面所組成。工件在夾具中定位時(shí)，可根據(jù)各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工序加工精度要求，選擇其上的平面、圓柱面，圓錐面或它們之間的組合表面作為定位基準(zhǔn)。為此，在夾具設(shè)計(jì)中可根據(jù)需要選用各類(lèi)型的定位元件。 在夾具設(shè)計(jì)中常用于圓孔表面的定位元件有定位銷(xiāo)、剛性心軸和錐度心軸等。工件以圓孔表面定位時(shí)使用定位銷(xiāo)定位；套類(lèi)零件，為了簡(jiǎn)化定心裝置，常常采用剛性心軸作為定位元件；

40、為消除工件與心軸的配合間隙，提高定心定位精度，在夾具設(shè)計(jì)中還可選用小錐度心軸。在此次設(shè)計(jì)中，根據(jù)泵體蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用一面兩孔定位。如圖2-1為工件在夾具中的定位方式簡(jiǎn)圖． 在夾具中，工件以圓孔表面定位時(shí)使用的定位銷(xiāo)一般有固定式和可換式兩種。在大批量生產(chǎn)中，由于定位銷(xiāo)磨損較快，為保證工序加工精度需定期維修更換，此時(shí)常采用便于更換的可換式定位銷(xiāo)。 圖2-1 所示為常用的固定式定位銷(xiāo)的典型結(jié)構(gòu)[9]。當(dāng)被定位工件的圓孔尺寸較小時(shí)，可選圖中(a)所示的定位銷(xiāo)結(jié)構(gòu)。這種帶有小凸肩的定位銷(xiāo)結(jié)構(gòu)，與夾具體連接時(shí)穩(wěn)定牢靠。當(dāng)被定位工件的圓孔尺寸較大時(shí)，選用圖中(b)所示的結(jié)構(gòu)即可。若被定位工件同時(shí)以其上的

41、圓柱孔和端面組合定位時(shí)，還可選用帶有支撐墊圈的定位銷(xiāo)結(jié)構(gòu)。支撐墊圈與定位銷(xiāo)可做成整體式的，也可做成組合式的。為保證定位銷(xiāo)在夾具上的位置精度，一般與夾具的連接采用過(guò)盈配合。 可換式定位銷(xiāo)如圖2-2所示，為了便于定期更換，在定位銷(xiāo)與夾具體之間裝有襯套，定位銷(xiāo)與襯套內(nèi)徑的的配合采用間隙配合，而襯套與夾具體則采用過(guò)度配合。由于這種定位銷(xiāo)與襯套之間存在裝配間隙，故其位置精度較固定式定位銷(xiāo)低。 為了便于工件的順利裝入，上述定位銷(xiāo)的定位端頭部均加工成的大倒角。各種類(lèi)型定位銷(xiāo)對(duì)工件圓孔定位時(shí)限制的自由度，應(yīng)視其與工件定位孔的接觸長(zhǎng)度而定，一般選用長(zhǎng)定位銷(xiāo)時(shí)限制四個(gè)自由度，短定位銷(xiāo)時(shí)則限制兩個(gè)自由度

42、。若采用削邊銷(xiāo)，則分別限制兩個(gè)或一個(gè)自由度。當(dāng)采用圖 所示的錐面定位銷(xiāo)定位時(shí)，則相當(dāng)于三個(gè)支撐點(diǎn)，限制三個(gè)自由度。 圖2-1 固定式定位銷(xiāo) Fig.2-2 Stationary positioning pin 圖2-3 可換式定位銷(xiāo)及錐面定位銷(xiāo) Fig.2-2 The replacing positioning pin and the conical surface positioning pin 在固定式和可換式中，為適應(yīng)以工件上的兩孔一起定位的需要，應(yīng)在兩個(gè)定位銷(xiāo)中采用一個(gè)削邊定位銷(xiāo)。直徑為3~50mm的削邊定位銷(xiāo)都做成菱形。

43、2.2.2 定位誤差的分析 夾具的作用首先是要保證工序加工精度，在設(shè)計(jì)夾具選擇和確定工件的定位方案時(shí)，根據(jù)工件定位原理選用相應(yīng)的定位元件外，還必須對(duì)選定的工件定位方案能否滿(mǎn)足工序加工精度要求作出判斷。為此，就需對(duì)可能產(chǎn)生的定位誤差進(jìn)行分析和計(jì)算。 定位誤差是指由于定位不準(zhǔn)而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面對(duì)工序基準(zhǔn)的距離尺寸）或位置要求方面的加工誤差。對(duì)某一定位方案，經(jīng)分析計(jì)算其可能產(chǎn)生的定位誤差，只要小于工件有關(guān)尺寸或位置公差的~，一般即認(rèn)為此定位方案能滿(mǎn)足該工序的加工精度要求。 工件在夾具中的位置是由定位元件確定的，當(dāng)工件上的定位表面一旦與夾具上的定位元件相接觸或相配合，作為

44、一個(gè)整體的工件的位置也就確定了。但對(duì)于一批工件來(lái)說(shuō)，由于在各個(gè)工件的有關(guān)表面之間，彼此在尺寸及位置上均有著在公差范圍內(nèi)的差異，夾具定位元件本身和各定位元件之間也具有一定的尺寸和位置公差。這樣一來(lái)，工件雖已定位，但每個(gè)被定位工件的某些具體表面都會(huì)有自己的位置變動(dòng)量，從而造成在工序尺寸和位置要求方面的加工誤差。 由此可知，定位誤差是指工件在用調(diào)整法加工時(shí)，僅僅由于定位不準(zhǔn)而引起工序尺寸或位置要求的最大可能變動(dòng)范圍。即定位誤差主要是由基準(zhǔn)位置誤差和基準(zhǔn)不重合誤差兩項(xiàng)組成。 根據(jù)定位誤差的上述定義，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，對(duì)任何一個(gè)定位方案，可通過(guò)一批工件定位時(shí)的兩個(gè)極端位置，直接計(jì)算出工序基準(zhǔn)的最大變動(dòng)范

45、圍，即為該定位方案的定位誤差。 在機(jī)械加工中，有很多工件是以多個(gè)表面作為定位基準(zhǔn)，在夾具中實(shí)現(xiàn)表面組合定位的。 采用表面組合定位時(shí)，由于各個(gè)定位基準(zhǔn)面之間存在著位置偏差，故在定位誤差的分析和計(jì)算時(shí)也必須加以考慮。為了便于分析和計(jì)算，通常把限制不定度最多的主要定位表面成為第一定位基準(zhǔn)，然后再依次劃分為第二、第三定位基準(zhǔn)。一般來(lái)說(shuō)，采用多個(gè)表面組合定位的工件，其第一定位基準(zhǔn)的位置誤差最小，第二定位基準(zhǔn)次之，而第三定位基準(zhǔn)的位置誤差最大。 2.2.3 定位誤差的計(jì)算 在本次設(shè)計(jì)中采用一面兩孔組合定位。 采用工件上一面兩孔組合定位時(shí)，根據(jù)工序加工要求可能采用平面為第一定位基準(zhǔn)，也可能采用其

46、中某一個(gè)內(nèi)孔為第一定位基準(zhǔn)。圖2-3所示為一長(zhǎng)方體工件及其在一面兩銷(xiāo)上的定位情況，因系采用短定位銷(xiāo)，故工件底面1為第一定位基準(zhǔn)，工件上的內(nèi)孔及分別為第二和第三定位基準(zhǔn)。 一批工件在夾具中定位時(shí)，工件上作為第一基準(zhǔn)的底面1沒(méi)有基準(zhǔn)位置誤差。由于定位孔較淺，其內(nèi)孔中心線由于內(nèi)孔與地面垂直度誤差而引起的基準(zhǔn)位置誤差也可忽略不計(jì)。但作為第二、第三定位基準(zhǔn)的、，由于與定位銷(xiāo)的配合間隙及兩孔、兩銷(xiāo)中心距誤差引起的基準(zhǔn)位置誤差必須考慮。 圖2-4長(zhǎng)方體工件在夾具中一面兩銷(xiāo)上的定位 Fig.2-3 The cubic work piece located in the jig with one pl

47、ant and two positioning pin 根據(jù)上述，確定本次夾具設(shè)計(jì)采用底面為第一基準(zhǔn)面，兩孔分別為第二和第三基準(zhǔn)面。兩定位銷(xiāo)的尺寸及定位誤差的計(jì)算如下： 圖2-5 一面兩孔式，第二、第三定位基準(zhǔn)的位置和角度誤差[10] Fig.2-4 At the same time two types, second, third localization datum position and angle error 根據(jù)圖2-4有： 1) 兩定位銷(xiāo)中心距 ==14.5 式中 ——工件兩定位孔的中心距 2) 兩定位銷(xiāo)中心距的公差

48、 (2-1) 式中 ——工件兩定位孔的中心距公差 中心距公差 則兩定位銷(xiāo)中心 3) 圓柱銷(xiāo)直徑的公稱(chēng)值　 =5 式中 ——與圓柱銷(xiāo)相配合的工件定位孔的最小直徑(mm) 　　公差選?。? 4) 菱形銷(xiāo)寬度　　 表2-1 及的推薦值(mm) Tab.2-1 b and B recommended value(mm) 定位孔直徑 3~6 >6~8 >8~20 2 3 4 -0.5 -1 -2 =5，因此得：=2, =0.5 5) 補(bǔ)償距離　　 (mm)

49、 (2-2) 式中 ——夾具圓柱銷(xiāo)與其相配合的工件定位孔間的最小間隙(mm) 圓柱銷(xiāo)的尺寸為，根據(jù)GB1801——79知該即尺寸為φ5-0.006 -0.0017。 由此可得 (mm) 則 (mm) 6) 菱形銷(xiāo)圓弧部分與其相配合的工件定位孔間的最小間隙　　 (mm) 式中 ——與菱形銷(xiāo)相配合的工件定位孔的最小直徑(mm) 7) 菱形銷(xiāo)最大直徑　　 (mm) 公差選取h5 8) 兩定位銷(xiāo)所產(chǎn)生的最大角度定位誤差　　 式中 ——夾具圓柱銷(xiāo)與其配合的工件定位孔間的最大間隙；

50、 　　　——夾具菱形削與其配合的工件定位孔間的最大間隙應(yīng)保證； 則　　 由于待加工孔未對(duì)其形位公差，因此允許些許偏差。 2.3 泵體蓋在夾具中的夾緊 工件在夾具中的裝夾是由定位和夾緊這兩個(gè)過(guò)程緊密聯(lián)系在一起的。僅僅定位好，在大多數(shù)場(chǎng)合下，還無(wú)法進(jìn)行加工。只有進(jìn)而在夾具上設(shè)置相應(yīng)的夾緊裝置對(duì)工件實(shí)行夾緊，才能完成工件在夾具中裝夾的全部任務(wù)。 夾緊裝置的基本任務(wù)就是保持工件在定位中所獲得的既定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動(dòng)和振動(dòng)，確保加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全。有時(shí)工件的定位是在夾緊過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的，正確的夾緊

51、還能糾正工件定位的不正確位置。 2.3.1 夾緊裝置的組成 一般夾緊裝置由下面兩個(gè)基本部分組成。 1) 動(dòng)力源 即產(chǎn)生原始作用力的部分。如果用人的體力對(duì)工件進(jìn)行夾緊，稱(chēng)為手動(dòng)夾緊；如果用氣動(dòng)、液壓、氣液聯(lián)合、電動(dòng)以及機(jī)床的運(yùn)動(dòng)等動(dòng)力裝置來(lái)代替人力進(jìn)行夾緊，則稱(chēng)為機(jī)動(dòng)夾緊。 2) 夾緊機(jī)構(gòu) 即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)行夾緊任務(wù)的部分。它包括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件。中間遞力機(jī)構(gòu)把來(lái)自人力或動(dòng)力裝置的力傳遞給夾緊元件，再由夾緊元件直接與工件接觸，最終完成夾緊任務(wù)。 根據(jù)動(dòng)力源的不同和工件夾緊的實(shí)際需要，一般中間遞力機(jī)構(gòu)在傳遞夾緊力的過(guò)程中，可以起到以下

52、作用： a 改變作用力的方向； b 改變作用力的大?。? c 具有一定的自鎖性能，以保證夾緊可靠，在手動(dòng)夾緊時(shí)尤為重要。 本次設(shè)計(jì)采用手動(dòng)夾緊方式。 2.3.2 夾緊力的確定 1) 夾緊力的方向 夾緊力應(yīng)垂直于主要定位基準(zhǔn)面[11]。為使夾緊力有助于定位，則工件應(yīng)緊靠支撐點(diǎn)，并保證各個(gè)定位基準(zhǔn)與定位元件接觸可靠。一般地講，工件的主要定位基準(zhǔn)面其面積較大、精度較高，限制的不定度多，夾緊力垂直作用于此面上，有利于保證工件的加工質(zhì)量。 夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。圖2-4所示為工件安裝時(shí)的重力、切削力和夾緊力之間的相互關(guān)系。其中圖(a)最好，圖(d)最差。 圖2-4 夾緊力

53、與切削力、重力的關(guān)系 Fig.2-4 Clamps the strength and the cutting force、the gravity relations 圖（a） 圖（b） 圖（c） 圖（d） 圖（e） 下面分析三力互相垂直的情況下，切削力與夾緊力間的比例關(guān)系。圖2-5為在臥式銑床上銑一用臺(tái)鉗夾緊的工件。 圖2-5 銑削時(shí)Fr、W、G間的關(guān)系 Fig.2-5 The relations of Fr、W、G When milling 當(dāng)重量G很小而可以忽略不計(jì)時(shí)，只考慮夾緊力W與切

54、削力的平衡，按靜力平衡條件 =W+W (2-3) (2-4) 式中 ——工件的定位基準(zhǔn)與夾具定位元件工作表面間的摩擦系數(shù)，＝0.15～0.25; ——工件的夾壓表面與夾緊元件間的摩擦系數(shù)，＝0.15～0.25; 因此 (2-5) 可見(jiàn)在依靠摩擦力克服切削力的情況下，所需要的夾緊力是很大的。 在夾緊力工件時(shí)各種不同接觸面之間的摩擦系數(shù)可見(jiàn)表。 表3-2 各種不同接觸表面之間的摩擦系數(shù) Ta

55、b.3-2 Between each kind of different faying surface friction coefficient 接觸表面的形式 摩擦系數(shù) 接觸表面均為加工過(guò)的光滑表面 0.15～0.25 工件表面為毛坯，夾具的支承面為球面 0.2~0.3 夾具定位或夾緊元件的淬硬表面在沿主切削力方向有齒紋 0.3 夾具定位或夾緊元件的淬硬表面在垂直于主切削力的方向有齒紋 0.4 夾具定位或夾緊元件的淬硬表面有相互垂直齒紋 0.4~0.5 夾具定位或夾緊元件的淬硬表面有網(wǎng)狀齒紋 0.7~0.8 為了減小夾緊力，可以在正對(duì)切削力F的作用方向，設(shè)置一

56、支承元件（圖2-6中之T）。這種支承不用作定位，而是用來(lái)防止工件在加工中移動(dòng)。 圖2-6 承受切削力支承 Tab.2-6 Bear cutting force supports 如圖2-5所示，當(dāng)圓柱銑刀切入全深時(shí)，作用于工件上的切削分力、的合力有使工件平移抬起的趨勢(shì)。為此可用圖2-6所示之壓塊，使夾緊力一力兩用。 在鉆床上對(duì)工件鉆孔時(shí)，為了減小夾緊力，應(yīng)力求使主要定位基準(zhǔn)面處于水平位置，使夾緊力、重力和切削力同向，都垂直作用在主要定位基準(zhǔn)面上。見(jiàn)圖2-7(a)所示。 反之，當(dāng)夾緊力與切削力及工件重力方向相反時(shí)，所需的夾緊力很大，W=F+G。例如在殼體凸緣上鉆孔時(shí)，由于殼體較高，

57、工件只能倒裝。這種安裝方式在圖2-7(b)中的F和G均有使夾緊機(jī)構(gòu)脫開(kāi)的趨勢(shì)，因此需要施加較大的夾緊力W。 圖2-7 鉆削時(shí)W、F、G間的關(guān)系 Fig.2-7 The relations of W, F, G when Drills truncates 2) 夾緊力的作用點(diǎn) 夾緊力的作用點(diǎn)是指夾緊元件與工件相接觸的一小塊面積。選擇作用點(diǎn)的問(wèn)題是在夾緊力方向已定的情況下才提出來(lái)的。選擇夾緊力作用點(diǎn)位置和數(shù)目時(shí)，應(yīng)考慮工件定位可靠，防止夾緊變形，確保工序的加工精度。 a 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)能保持工件定位穩(wěn)定，而不致引起工件發(fā)生位移和偏轉(zhuǎn)。 當(dāng)夾緊力雖然朝向主要定位基面，但作用點(diǎn)卻在

58、支承范圍以外時(shí)，夾緊力與支反力構(gòu)成力矩，夾緊時(shí)工件將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使定位基面與支承元件脫離，以至破壞原有定位。應(yīng)使夾緊力作用在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。 b 夾緊力的作用點(diǎn)，應(yīng)使被夾緊工件的夾緊變形盡可能小。 對(duì)于箱體、殼體、桿叉類(lèi)工件，要特別注意選擇力的作用點(diǎn)問(wèn)題。 在使用夾具時(shí)，為盡量減少工件的夾緊變形，可采用增大工件受力面積的措施。采用具有較大弧面的夾爪來(lái)防止薄壁套筒變形；可在壓板下增加墊圈，使夾緊力均勻地作用在薄壁 夾緊力的大小必須適當(dāng)。當(dāng)夾緊力過(guò)小，工件可能在加工過(guò)程中移動(dòng)而破壞定位，不僅影響質(zhì)量，還能造成事故；夾緊力過(guò)大，不但會(huì)使工件和夾具產(chǎn)生變形，對(duì)加工質(zhì)量不利，而且造成人力、物力的浪費(fèi)。

59、 計(jì)算夾緊力，通常將夾具和工件看成一個(gè)剛性系統(tǒng)以簡(jiǎn)化計(jì)算。然后根據(jù)工件受切削力、夾緊力（大工件還應(yīng)考慮重力，高速運(yùn)動(dòng)的工件還應(yīng)考慮慣性力等）后處于靜力平衡條件，計(jì)算出理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)，作為實(shí)際所需的夾緊力，即 (2-6) 式中 ——實(shí)際所需要的夾緊力 (N)； ——按力平衡條件計(jì)算之夾緊力 (N)； ——安全系數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一般?。?.5～3。 用于粗加工時(shí)，?。?.5～3；用于精加工時(shí)，取＝1.5～2。 夾緊工件所需夾緊力的大小，除

60、與切削力的大小有關(guān)外，還與切削力對(duì)定位支撐的作用方向有關(guān)。 2.3.3 夾緊機(jī)構(gòu)的選擇及設(shè)計(jì) 從前面提到的夾緊裝置組成中可以看出，不論采用何種力源（手動(dòng)或機(jī)動(dòng)）形式，一切外加的作用力要轉(zhuǎn)化為夾緊力均需通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)。因此，夾緊機(jī)構(gòu)是夾緊裝置中的一個(gè)很重要的組成部分。 夾緊機(jī)構(gòu)可分為斜楔夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、偏心夾緊機(jī)構(gòu)、定心對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)等。斜楔夾緊機(jī)構(gòu)中最基本的形式之一，螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 、偏心夾緊機(jī)構(gòu)及定心對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)等都是斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的變型。 斜楔夾緊機(jī)構(gòu)主要是利用其斜楔面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來(lái)夾緊工件的，亦即一般所謂的楔緊作用。斜楔的斜度一般為1:10，其斜度的大小主要是根據(jù)滿(mǎn)足斜楔

61、的自鎖條件來(lái)確定。 一般對(duì)夾具的夾緊機(jī)構(gòu)，都要求具有自鎖性能。所謂自鎖，也就是當(dāng)外加的作用力Q一旦消失或撤除后，夾緊機(jī)構(gòu)在純摩擦力的作用下，仍應(yīng)保持其處于夾緊狀態(tài)而不松開(kāi)。 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋，實(shí)際上相當(dāng)于把斜楔繞在圓柱體上因它的夾緊作用原理與斜楔時(shí)一樣的。不過(guò)這里是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋，使繞在圓柱體上的斜楔高度發(fā)生變化來(lái)夾緊工件的。本次工件夾緊便采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)． 1) 夾緊形式所需夾緊力的計(jì)算 圖2-8 工件的受力分析 Fig.2-8 Work piece stress analysis (2-7) 式中 ——夾緊元

62、件與工件間的摩擦因數(shù) ——工件與夾具支撐面間的摩擦因數(shù) 根據(jù)式(2-1)可得： N 再由表(2-2)及式(2-5)可得： N 2) 螺旋夾緊機(jī)構(gòu)所需作用力的計(jì)算 圖2-9 夾緊力作用簡(jiǎn)圖 Fig.2-9 Clamps the action of force diagram 根據(jù)圖3-9可計(jì)算所需作用力 (N·m) (2-8) 式中 ——應(yīng)在螺旋夾緊機(jī)構(gòu)上的夾緊轉(zhuǎn)矩 (N·m)； ——單個(gè)螺旋夾緊產(chǎn)生的夾緊力 (N)； ——螺桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦半徑（mm），其值視螺桿端部的結(jié)構(gòu)形

63、式而定； ——作用力臂； ——螺桿端部與工件間摩擦角（°）； ——螺紋升角，(°)； ——螺紋中徑之半（mm）； ——螺旋副的當(dāng)量摩擦角(°)，，式中為螺旋副的摩擦角(°)，為螺紋牙型半角(°)。 為計(jì)算方便，令，則 當(dāng)采用公制螺紋夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，各種不同夾緊情況的K值可在K的數(shù)值表中查詢(xún)。 2.4 導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向元件主要使用來(lái)確定刀具與工件的相對(duì)位置，加工時(shí)起刀正確引導(dǎo)刀具的作用。另外，它還可作定位元件使用。這類(lèi)元件包括各種鉆模板、鉆套、鉸套和導(dǎo)向支承等。 2.4.1 鉆模板的類(lèi)型與選擇 鉆模板是組裝鉆床夾具不可缺少的重要元件，鉆床夾具在組合夾具中所占數(shù)量最多

64、，因此鉆模板的結(jié)構(gòu)形式有22類(lèi)，尺寸規(guī)格有92種之多。在組裝鉆床夾具時(shí)，要根據(jù)孔的直徑和位置來(lái)選擇相應(yīng)孔徑和外形尺寸的鉆模板。鉆模板孔徑大小要與標(biāo)準(zhǔn)的鉆套外徑一致，因此鉆模板孔徑大小與被加工孔徑大小有關(guān)。選用時(shí)可參見(jiàn)表2-3。 表2-3 鉆模板孔徑選擇表 Tab.2-3 Drills the template aperture choice table 被加工孔直徑 鉆模板孔徑 3～4.5 3～8 8～14 14～20 20~28 28~38 38~48 8 12 18 26 35 45 58 按鉆模板底面分，有帶定位槽和不帶定位槽的兩種。前者可利用定位鍵

65、直接在支承元件導(dǎo)向，以調(diào)整其適宜位置，而后者則需與專(zhuān)用的導(dǎo)向支承元件相配合使用。 大多數(shù)鉆模板的鉆套定位孔偏于一端，組裝成懸臂式鉆模。這種鉆模多用于較小孔徑的加工。對(duì)于定位孔在中間的叫中孔鉆模板，它適用于鉆削大孔用，或用支撐元件組裝成橋式鉆模夾具以增加其剛性。 立式鉆模板適用于加工孔間距小的工件，由于鉆模厚度加大，使其剛度增強(qiáng)，可使鉆模板增大其懸伸長(zhǎng)度，或使相鄰鉆模板之間相互靠近。 2.4.2 鉆套的選擇與設(shè)計(jì) 夾具在機(jī)床上安裝完畢，在進(jìn)行加工之前，尚需進(jìn)行夾具的對(duì)刀，使刀具相對(duì)夾具定位元件處于正確位置[12]。 在鉆床夾具中，通常用鉆套實(shí)現(xiàn)刀具的對(duì)準(zhǔn)，如圖3-9所示，加工中只要鉆

66、頭對(duì)準(zhǔn)鉆套，所鉆孔的位置就能達(dá)到工序要求。當(dāng)然，鉆套和鏜套還有增強(qiáng)刀具剛度的作用。 圖2-10鉆套對(duì)刀 Fig.2-10 Drills the set to the knife 1-定位元件；2-工件；3-鉆模板；4-固定鉆套；5-快換鉆套 1) 鉆套的四種形式 a 固定鉆套 圖3-11(a)為固定鉆套的兩種結(jié)構(gòu)，A型為無(wú)肩的，B型為帶肩的。帶肩的主要用于鉆模板較薄時(shí)，用以保持鉆套必要的導(dǎo)引長(zhǎng)度。鉆套外圓以或配合直接壓入夾具體或鉆模板孔中。這種鉆套的缺點(diǎn)是磨損后不易更換，因此主要用于中小批生產(chǎn)用的鉆床夾具上或用來(lái)加工孔距小和孔距精度要求較高的孔。為防止切屑進(jìn)入鉆套內(nèi)，鉆套的上下端應(yīng)以突出鉆模板為宜，一般不能低于鉆模板。 b可換鉆套 可換鉆套的實(shí)際功用仍和固定鉆套一樣，可供鉆、擴(kuò)、鉸孔工序使用，在批量較大時(shí)，磨損后可迅速更換?？蓳Q鉆套的結(jié)構(gòu)如圖3-11(b)所示，它的凸緣銑有臺(tái)肩，防轉(zhuǎn)螺釘?shù)念^部與此臺(tái)肩有一定間隙以防止可換鉆套轉(zhuǎn)動(dòng)。擰去螺釘便可取出可換鉆套。為了避免鉆模板的磨損，鉆套不直接壓配在夾具體或鉆模板上，而是以或的配合裝進(jìn)襯套的內(nèi)孔中，并用防轉(zhuǎn)螺釘防止在加工過(guò)