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夾具夾緊力的優(yōu)化及對(duì)工件定位精度的影響
B.Li 和 S.N.Mellkote
布什伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國(guó)研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會(huì)產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過(guò)最小化夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化，夾緊力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)變量，可以得到優(yōu)化，以減少工件的位移。本文提出了一種確定多夾緊夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工部位的最佳夾緊力的新方法。該方法采用彈性接觸力學(xué)模型代表夾具與工件接觸，并涉及制定和解決方案的多目標(biāo)優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對(duì)工件定位精度的影響通過(guò)3-2-1式銑夾具的例子進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：彈性 接觸 模型 夾具 夾緊力 優(yōu)化
前言
定位和夾緊的工件加工中的兩個(gè)關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個(gè)合適的基準(zhǔn)上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過(guò)度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會(huì)影響它的位置精度，并反過(guò)來(lái)影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來(lái)減小由于彈性變形對(duì)工件的定位誤差，同時(shí)滿(mǎn)足加工的要求。在夾具分析和綜合領(lǐng)域上的研究人員使用了有限元模型的方法或剛體模型的方法。大量的工作都以有限元方法為基礎(chǔ)被報(bào)道[參考文獻(xiàn)1-8]。隨著得墨忒耳[8]，這種方法的限制是需要較大的模型和計(jì)算成本。同時(shí)，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點(diǎn)關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒(méi)有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過(guò)對(duì)剛性模型[9-11]對(duì)夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個(gè)規(guī)則完整的形狀。得墨忒耳[12，13]用螺釘理論解決的最低夾緊力，總的問(wèn)題是制定一個(gè)線(xiàn)性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個(gè)定位點(diǎn)調(diào)整夾緊力強(qiáng)度的法線(xiàn)接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因?yàn)樗^法線(xiàn)接觸力相對(duì)較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨(dú)特的三維夾具可以處理超過(guò)6個(gè)自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過(guò)假設(shè)已知摩擦力的方向來(lái)推導(dǎo)計(jì)算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個(gè)以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無(wú)法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過(guò)計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來(lái)克服，對(duì)于一個(gè)相對(duì)嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會(huì)受夾具點(diǎn)的局部彈性變形的強(qiáng)烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗(yàn)的接觸力變形的關(guān)系（稱(chēng)為元功能），解決由于夾緊和準(zhǔn)靜態(tài)加工力工件剛體位移。同一作者還考察了加工工件夾具位移對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過(guò)工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對(duì)報(bào)告做了改善，然而，他們沒(méi)有處理計(jì)算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒(méi)有討論機(jī)械加工刀具路徑負(fù)載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學(xué)解決由于在加載夾具夾緊點(diǎn)彈性變形產(chǎn)生的接觸力和工件的位移，他們還使用此方法制定了優(yōu)化方法夾具布局[21]和夾緊力[22]。但是，關(guān)于multiclamp系統(tǒng)及其對(duì)工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒(méi)有在這些文件中提到 。
本文提出了一種新的算法，確定了multiclamp夾具工件系統(tǒng)受到準(zhǔn)靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎(chǔ)的彈性方法。該法旨在盡量減少影響由于工件夾緊位移和加工荷載通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學(xué)模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個(gè)問(wèn)題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題提出和解決。通過(guò)兩個(gè)例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對(duì)定位精度的影響，例子涉及的銑削夾具3-2-1布局。
1． 夾具——工件聯(lián)系模型
1．1 模型假設(shè)
該加工夾具由L定位器和帶有球形端的c形夾組成。工件和夾具接觸的地方是線(xiàn)性的彈性接觸，其他地方完全剛性。工件——夾具系統(tǒng)由于夾緊和加工受到準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)載。夾緊力可假定為在加工過(guò)程中保持不變，這個(gè)假設(shè)是有效的，在對(duì)液壓或氣動(dòng)夾具使用。在實(shí)際中，夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布，然而，這種模式的發(fā)展，假設(shè)總觸剛度（見(jiàn)圖1）第i夾具接觸力局部變形如下：
(1) 其中（j=x，y，z）表示，在當(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線(xiàn)和法線(xiàn)方向的接觸剛度
第 19 頁(yè) 共 15 頁(yè)
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個(gè)
接觸處的坐標(biāo)系
（j=x，y，z）是對(duì)應(yīng)沿著xyz方向的彈性變形，分別 （j= x，y，z）的代表和切向力接觸 ，法線(xiàn)力接觸。
1．2 工件——夾具的接觸剛度模型
集中遵守一個(gè)球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線(xiàn)性的，因?yàn)榻佑|半徑與隨法線(xiàn)力呈非線(xiàn)性變化 [23]。由于法線(xiàn)力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(jìn)一個(gè)球體彈性半空間的問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題， 是法線(xiàn)的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁(yè)]中給出如下：
（2）
其中式中 和是工件和夾具的彈性模量，、分別是工件和材料的泊松比。
切向變形沿著和切線(xiàn)方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻(xiàn)23第217頁(yè)]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
一個(gè)合理的接觸剛度的線(xiàn)性可以近似從最小二乘獲得適合式 （2），這就產(chǎn)生了以下線(xiàn)性化接觸剛度值：在計(jì)算上述的線(xiàn)性近似，
（4）
(5)
正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應(yīng)的R2值認(rèn)定是0.94。
2．夾緊力優(yōu)化
我們的目標(biāo)是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時(shí)保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過(guò)程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是通過(guò)制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題的問(wèn)題，如下描述。
2.1 目標(biāo)函數(shù)配方
工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊(duì)輪換往往是相當(dāng)小[17]的工件定位誤差假設(shè)為確定其剛體翻譯基本上，其中 、、和 是 沿，和三個(gè)正交組件（見(jiàn)圖2）。
圖2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn)
工件的定位誤差歸于裝夾力，然后可以在該剛體位移的范數(shù)計(jì)算如下：
（6）
其中表示一個(gè)向量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
但是作用在工件的夾緊力會(huì)影響定位誤差。當(dāng)多個(gè)夾緊力作用于工件，由此產(chǎn)生的夾緊力為,有如下形式：
（7）
其中夾緊力是矢量，夾緊力的方向矩陣，是夾緊力是矢量的方向余弦，、和 是第i個(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
在這個(gè)文件中，由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差，被假定為受的作用力是法線(xiàn)的，接觸的摩擦力相對(duì)較小，并在進(jìn)行分析時(shí)忽略了加緊力對(duì)工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過(guò)（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計(jì)算得出（見(jiàn)圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)現(xiàn)在可以寫(xiě)成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過(guò)盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以寫(xiě)為：
最小化 （9）
要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過(guò)使用最低總能量互補(bǔ)參考文獻(xiàn)[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問(wèn)題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應(yīng)的定位反應(yīng)是“真正的”解決方案，對(duì)接觸問(wèn)題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過(guò)夾緊力的隨時(shí)調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補(bǔ)充的夾緊力優(yōu)化的第二個(gè)目標(biāo)函數(shù)，并給出：
最小化 （10）
其中代表機(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ)，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對(duì)角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計(jì)算確定的基礎(chǔ)
內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯）
2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束
在（10）式優(yōu)化的目標(biāo)受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個(gè)接觸處的靜摩擦力約束。庫(kù)侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個(gè)非線(xiàn)性約束和線(xiàn)性化版本可以使用，并且[19]有：
（11）
假設(shè)準(zhǔn)靜態(tài)載荷，工件的靜力平衡由下列力和力矩平衡方程確保（向量形式）：
(12)
其中包括在法線(xiàn)和切線(xiàn)方向的力和力矩的機(jī)械加工力和工件重量。
2.3界接觸力
由于夾具——工件接觸是單側(cè)面的，法線(xiàn)的接觸力只能被壓縮。這通過(guò)以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
它假設(shè)在工件上的法線(xiàn)力是確定的，此外，在一個(gè)法線(xiàn)的接觸壓力不能超過(guò)壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫(xiě)為：
（i=1，2，…,L+C） (14)
如果是在第i個(gè)工件——夾具的接觸處的接觸面積，完整的夾緊力優(yōu)化模型，可以寫(xiě)成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題可以通過(guò)求解約束[24]。這種方法將確定的目標(biāo)作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)約束對(duì)。該補(bǔ)充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權(quán)范數(shù)最小化。對(duì)為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨(dú)特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)（即最低能量狀態(tài)），此狀態(tài)也表示有最小的夾緊力下的加權(quán)范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個(gè)指定的加權(quán)范數(shù)小于或等于，其中是 的約束，假設(shè)最初所有夾緊力不明確，要確定一個(gè)合適的。在定位和夾緊點(diǎn)的接觸力的計(jì)算只考慮第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產(chǎn)生最低的夾緊力，這是一個(gè)“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問(wèn)題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過(guò)計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問(wèn)題可改寫(xiě)為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類(lèi)似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來(lái)確定最低的上的約束, 通過(guò)盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測(cè)精度和，有參考文獻(xiàn)[15]：
（17）
其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。
圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用
4． 加工過(guò)程中的夾緊力的優(yōu)化及測(cè)定
上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負(fù)載作用于工件的載體的最佳夾緊力，然而，刀具路徑隨磨削量和切割點(diǎn)的不斷變化而變化。因此，相應(yīng)的夾緊力和最佳的加工負(fù)荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計(jì)算負(fù)擔(dān)，并要求為選擇的夾緊力提供標(biāo)準(zhǔn)， 將獲得滿(mǎn)意和適宜的整個(gè)刀具軌跡 ，用保守的辦法來(lái)解決下面將被討論的問(wèn)題，考慮一個(gè)有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個(gè)最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個(gè)采樣點(diǎn)，考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量：
(18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對(duì)應(yīng)的和另外兩個(gè)正交切削分力，而且有：
雖然4個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會(huì)在工件加工的同一時(shí)刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進(jìn)給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負(fù)載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項(xiàng)工作中，四個(gè)載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時(shí)）對(duì)工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對(duì)應(yīng)于每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算最佳的夾緊力。夾緊力的最佳形式有：
(i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19)
其中是最佳夾緊力的四個(gè)情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個(gè)相應(yīng)的夾具在第i個(gè)樣本點(diǎn)和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計(jì)算每個(gè)負(fù)載點(diǎn)之后的結(jié)果，一套簡(jiǎn)單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點(diǎn)和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過(guò)在所有負(fù)載情況和采樣點(diǎn)排序，并選擇夾緊點(diǎn)的最高值的最佳的夾緊力，見(jiàn)于式 （20）：
（k=1，2，…，C） （20）
只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗(yàn)證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會(huì)出現(xiàn)更多采樣點(diǎn)和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個(gè)刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請(qǐng)注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個(gè)確定的夾緊力，最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法。
5．影響工件的定位精度
它的興趣在于最早提出了評(píng)價(jià)夾緊力的算法對(duì)工件的定位精度的影響。工件首先放在與夾具接觸的基板上，然后夾緊力使工件接觸到夾具，因此，局部變形發(fā)生在每個(gè)工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準(zhǔn)靜態(tài)加工負(fù)荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運(yùn)動(dòng)的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個(gè)夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對(duì)于工件的質(zhì)量中心的第i個(gè)位置矢量定位點(diǎn)，坐標(biāo)變換定理可以用來(lái)表達(dá)在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21)
其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對(duì)于全球的坐標(biāo)系的定位坐標(biāo)系。假設(shè)夾具夾緊工件旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)很小，故也可近似為：
（22）
方程（21）現(xiàn)在可以改寫(xiě)為： （23）
其中是經(jīng)方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動(dòng)矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒(méi)有拉力的可能。因此，在第i裝夾點(diǎn)接觸力可能與的關(guān)系如下：
（24）
其中是在第i個(gè)接觸點(diǎn)由于夾緊和加工負(fù)荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標(biāo)系第i個(gè)接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項(xiàng)研究中假定液壓/氣動(dòng)夾具，根據(jù)對(duì)外加工負(fù)荷，故在法線(xiàn)方向的夾緊力的強(qiáng)度保持不變，因此，必須對(duì)方程（24）的夾緊點(diǎn)進(jìn)行修改為：
（25）
其中是在第i個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力，讓表示一個(gè)對(duì)外加工力量和載體的6×1矢量。并結(jié)合方程（23）—（25）與靜態(tài)平衡方程，得到下面的方程組：
（26）
其中，其中表示相乘。由于夾緊和加工工件剛體移動(dòng)，q可通過(guò)求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見(jiàn)圖6），
現(xiàn)在可以計(jì)算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來(lái)確定最佳夾緊力及其對(duì)兩例工件精度的影響例如：
1．適用于工件單點(diǎn)力。
2．應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)靜態(tài)銑削序列
如左圖7 工件夾具配置中使用的模擬研究 工件夾具定位聯(lián)系; 、和全球坐標(biāo)系。
3-2-1夾具圖7所示，是用來(lái)定位并控制7075 - T6鋁合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱狀塊。假定為球形布局傾斜硬鋼定位器/夾具在表1中給出。工件——夾具材料的摩擦靜電對(duì)系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開(kāi)發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對(duì)加工瞬時(shí)銑削力條件進(jìn)行了計(jì)算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點(diǎn)（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時(shí)加工力，圖4中表3和表4列出了初級(jí)夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個(gè)25.4毫米銑槽使用EMSIM進(jìn)行了數(shù)值模擬，以減少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和結(jié)束時(shí)（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體，
（見(jiàn)圖8）。模擬計(jì)算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。
圖8最終銑削過(guò)程模擬例如2。
表6中5個(gè)坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點(diǎn)。最佳夾緊力是用前面討論過(guò)的排序算法計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)和負(fù)載載體最后的夾緊力和負(fù)載。
7．結(jié)果與討論
例如算法1的繪制最佳夾緊力收斂圖9，
圖9
對(duì)于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見(jiàn)圖7），由此得到的夾緊力加權(quán)范數(shù)有如下形式：.結(jié)果表明，最佳夾緊力所述加工條件下有比初步夾緊力強(qiáng)度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過(guò)減少工件的夾具系統(tǒng)補(bǔ)充能量算法獲得。由于夾緊力和負(fù)載造成的工件的定位誤差，如表7。結(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)小，加工點(diǎn)減少錯(cuò)誤從13.1％到14.6％不等。在這種情況下，所有加工條件改善不是很大，因?yàn)閺淖畛跬ㄟ^(guò)互補(bǔ)勢(shì)能確定的最小化的夾緊力值已接近最佳夾緊力。圖5算法是用第二例在一個(gè)序列應(yīng)用于銑削負(fù)載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負(fù)載一個(gè)序列。最佳的夾緊力，，對(duì)應(yīng)列表6每個(gè)樣本點(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
結(jié)果表明，由于每個(gè)組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個(gè)夾緊點(diǎn)最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置，有比相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個(gè)完整的刀具路徑改進(jìn)方案。上述模擬結(jié)果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對(duì)于初始夾緊力的強(qiáng)度，這種做法將減少所造成的夾緊力的加權(quán)范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。
圖10
8．結(jié)論
該文件提出了關(guān)于確定多鉗夾具，工件受準(zhǔn)靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力的新方法。夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù)，得出工件的定位誤差。該整體模型，制定一個(gè)雙目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題，使用-約束的方法解決。該算法通過(guò)兩個(gè)模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動(dòng)態(tài)負(fù)載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(開(kāi)題報(bào)告)
課題名稱(chēng)
撥叉鉆F18孔夾具設(shè)計(jì)
系 部
機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
任務(wù)起止日期
2014
年
12
月
26
日至
2015
年
5
月
27
日共
17
周
指導(dǎo)教師簽名（校內(nèi)）
莫文輝
指導(dǎo)教師簽名（校外）
教學(xué)主任簽名
年
月
日
1 前言
撥叉的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)為本課題的研究?jī)?nèi)容，對(duì)此研究查閱大量的資料，首先明白機(jī)械加工工藝過(guò)程就是用切削的方法改變毛坯的形狀、尺寸和材料的物理機(jī)械性質(zhì)成為具有所需要的一定形狀尺寸精度、粗糙度等的零件。
為了十分具體確切的說(shuō)明過(guò)程，盡可能使工件能按照零件圖的技術(shù)要求加工出來(lái)，就得制定嚴(yán)謹(jǐn)合理的機(jī)械加工工藝規(guī)程來(lái)作為生產(chǎn)的指導(dǎo)性技術(shù)文件，學(xué)習(xí)理解，深入研究制定機(jī)械加工工藝規(guī)程的意義與作用就是本課題研究目的。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們將學(xué)習(xí)到更多的知識(shí)。
（1）我們必須仔細(xì)了解零件結(jié)構(gòu)，首先通過(guò)對(duì)零件圖進(jìn)行認(rèn)真的分析,培養(yǎng)我們獨(dú)立識(shí)圖能力,進(jìn)一步增強(qiáng)我們對(duì)零件圖的認(rèn)識(shí)和了解,其次通過(guò)對(duì)零件圖的繪制,能增強(qiáng)我們的繪圖能力和運(yùn)用制圖軟件的能力。
（2）制訂工藝規(guī)程、確定加工余量、工藝尺寸計(jì)算、工時(shí)定額計(jì)算、定位誤差分析等工藝設(shè)計(jì)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中也是非常重要的,通過(guò)這些設(shè)計(jì),不僅讓我們更為全面地了解零件的加工過(guò)程、加工尺寸的確定,而且讓我們知道工藝路線(xiàn)和加工余量的確定,必須與工廠(chǎng)的實(shí)際狀況相結(jié)合相適應(yīng)。這是對(duì)以前學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)理論的復(fù)習(xí),也是對(duì)以后參加工作進(jìn)行實(shí)踐的一個(gè)很好的鋪墊。
（3）在這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們還必須考慮工件的安裝和夾緊.安裝的正確與否直接影響工件加工精度,安裝是否方便和迅速,又會(huì)影響輔助時(shí)間的長(zhǎng)短,從而影響生產(chǎn)率,夾具是加工工件時(shí),為完成某道工序,用來(lái)正確迅速安裝工件的裝置.它對(duì)保證加工精度、提高生產(chǎn)率和減輕工人勞動(dòng)量有很大作用。這是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn),也是一個(gè)難點(diǎn)
?近年來(lái)，機(jī)械制造工藝有著飛速的發(fā)展。比如，應(yīng)用人工智能選擇零件的工藝規(guī)程。因?yàn)樘胤N加工的微觀物理過(guò)程非常復(fù)雜，往往涉及電磁場(chǎng)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電化學(xué)等諸多領(lǐng)域，其加工機(jī)理的理論研究極其困難,通常很難用簡(jiǎn)單的解析式來(lái)表達(dá)。近年來(lái)，雖然各國(guó)學(xué)者采用各種理論對(duì)不同的特種加工技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，并取得了卓越的理論成就，但離定量的實(shí)際應(yīng)用尚有一定的距離。然而采用每一種特種加工方法所獲得的加工精度和表面質(zhì)量與加工條件參數(shù)間都有其規(guī)律。因此，目前常采用研究傳統(tǒng)切削加工機(jī)理的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方 法來(lái)了解特種加工的工藝規(guī)律，以便實(shí)際應(yīng)用，但還缺乏系統(tǒng)性。受其限制，目前特種加工的工藝參數(shù)只能憑經(jīng)驗(yàn)選取，還難以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和自動(dòng)化，例如，電火花成形電極的沉入式 加工工藝，它在占電火花成形機(jī)床總數(shù)95%以上的非數(shù)控電火花成形加工機(jī)床和較大尺寸的模具型腔加工中得到廣泛應(yīng)用。雖然已有學(xué)者對(duì)其CAD、CAPP和CAM原理開(kāi)展了一些研究，并取得了一些成果，但由于工藝數(shù)據(jù)的缺乏，仍未有成熟的商品化的CAD/CAM系統(tǒng)問(wèn)世。通常只能采用手工的方法或部分借助于CAD造型、部分生成復(fù)雜電極的三維型面數(shù)據(jù)。隨著模糊 數(shù)學(xué)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及專(zhuān)家系統(tǒng)等多種人工智能技術(shù)的成熟發(fā)展，人們開(kāi)始嘗試?yán)眠@一技術(shù)來(lái)建立加工效果和加工條件之間的定量化的精度、效率、經(jīng)濟(jì)性等實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并得到了初?的成果。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建模，將典型加工實(shí)例和加工經(jīng)驗(yàn)作為知識(shí)存儲(chǔ)起來(lái)，建立描述特種加工工藝規(guī)律的可擴(kuò)展性開(kāi)放系統(tǒng)的條件已經(jīng)成熟。并為進(jìn)一步開(kāi)展特種加工加工工藝過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬，應(yīng)用人工智能選擇零件的工藝規(guī)程和虛擬加工奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，在機(jī)械加工過(guò)程中，夾具占有非常重要的地位，它可靠地保證了工件的加工精度，提高了加工效率，減輕了勞動(dòng)的強(qiáng)度，夾具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)深入生產(chǎn)實(shí)際，（對(duì)工件的圖紙，工藝文件，生產(chǎn)綱領(lǐng)等分析），精心調(diào)查研究，吸取國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，制訂出合理的設(shè)計(jì)方案。
我們都知道減少停工檢修期是提高生產(chǎn)力、使生產(chǎn)能力利用系數(shù)最大化的一項(xiàng)重要因素。然而零件加工過(guò)程中的精確定位和裝夾的重復(fù)精度也是改進(jìn)效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。譬如柔性加工中心的產(chǎn)生就是為了減少產(chǎn)品循環(huán)周期。
2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)
目前中國(guó)制造業(yè)發(fā)展迅猛，以前的我國(guó)制造業(yè)普遍使用剛性專(zhuān)機(jī)加工各種各樣的零部件，導(dǎo)致改型和生產(chǎn)個(gè)零部件周期較長(zhǎng)。隨著我國(guó)制造業(yè)發(fā)展和各種各種零件的需求與日俱增，加工設(shè)備和工藝也向著柔性化的方向轉(zhuǎn)變。加工裝備的柔性概念和需求主要體現(xiàn)在對(duì)設(shè)備快速性和適應(yīng)性的需求上，因此制造商不得不尋求柔性和產(chǎn)量之間的最佳組合。當(dāng)然，在滿(mǎn)足了柔性的條件下、也有著不同的解決方案，如：模塊化、可變換化、可重新配置化、在線(xiàn)兼容性等。不論采用哪種方案，使用高性能的液壓夾具都顯得尤為重要，現(xiàn)在，柔性專(zhuān)機(jī)、可重新配置的機(jī)床及專(zhuān)用加工中心的組合應(yīng)用，使得發(fā)動(dòng)機(jī)零件的加工變得越來(lái)越柔性化，具體情況取決于每個(gè)加工項(xiàng)目的產(chǎn)量配額
使用液壓夾具的主要優(yōu)勢(shì)是能節(jié)省夾緊和松卸工件時(shí)所花的大量的時(shí)間。有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明液壓夾緊相比機(jī)械夾緊節(jié)省90%~95%的時(shí)間，縮小了生產(chǎn)循環(huán)周期，從而增加了產(chǎn)量也就意味著降低了成本。
當(dāng)加工一長(zhǎng)型鋁合金零件時(shí)，刀具通過(guò)時(shí)旋轉(zhuǎn)油缸可快速讓開(kāi)，刀具通過(guò)后可快速?gòu)?fù)位。液壓夾具系統(tǒng)的第二項(xiàng)重要特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)非常高的定位精度。關(guān)鍵在于夾緊力在定位和夾緊過(guò)程中保持恒定不變。從而確保了同一道工序下的加工質(zhì)量一致性。由于變形造成的廢品率將會(huì)微乎其微
夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展
3 本課題的基本內(nèi)容，預(yù)計(jì)可能遇到的困難，提出解決問(wèn)題的方法和措施
本課題的基本內(nèi)容：撥叉加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
1 撥叉加工工藝
（1) 制訂規(guī)程，關(guān)鍵是工序的劃分和定位基準(zhǔn)的選擇。在設(shè)計(jì)開(kāi)始的過(guò)程中，我們必須要認(rèn)真分析零件圖，了解其箱體零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相關(guān)的技術(shù)要求，對(duì)箱體零件的每一個(gè)細(xì)節(jié)，都應(yīng)仔細(xì)的分析，如箱體加工表面的平行度、粗糙度、垂直度，特別是要注意箱體零件各孔系自身精度（同軸度、圓度、粗糙度等）和它們的相互位置精度（軸線(xiàn)之間的平行度、垂直度以及軸線(xiàn)與平面之間的平行度、垂直度等要求），箱體零件的尺寸是整個(gè)零件加工的關(guān)鍵，必須弄清箱體零件的每一個(gè)尺寸。繪制零件圖是一個(gè)重點(diǎn)，同時(shí)因?yàn)橄潴w零件比較復(fù)雜,所以也是一個(gè)難點(diǎn)。我們采用solidworks軟件繪制零件圖，一方面增加我們對(duì)零件各部分構(gòu)造的認(rèn)識(shí)，另一方面增加我們對(duì)solidworks軟件的熟悉。
(2) 工序的劃分 ，確定加工順序和工序內(nèi)容，安排工序的集中和分散程度，劃分工序階段，這項(xiàng)工作與生產(chǎn)綱領(lǐng)有密切關(guān)系，具體可以根據(jù)生產(chǎn)類(lèi)型、零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求和機(jī)床設(shè)備等。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件確定工藝過(guò)程的工序次數(shù)；如批量小時(shí)可采用在通用機(jī)床上工序集中原則，批量大時(shí)即可按工序分散原則，組織流水線(xiàn)生產(chǎn)，也可利用高生產(chǎn)率的通用設(shè)備，按工序集中原則組織生產(chǎn)。
(3) 定位基準(zhǔn)的選擇，根據(jù)粗基準(zhǔn)，精基準(zhǔn)的選擇原則；遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一、基準(zhǔn)重合。由零件圖具體分析可得：撥叉首先以一側(cè)面和一個(gè)為粗基準(zhǔn)，對(duì)底平面A進(jìn)行粗加工，再以底平面A為精基準(zhǔn)加工孔。
2 夾具設(shè)計(jì)可能遇到的問(wèn)題：
工件定位是否正確，定位精度是否滿(mǎn)足要求，工件夾緊牢固是否可靠等等。工件在夾具中的定位精度，主要與定位基準(zhǔn)是否與工序基準(zhǔn)重合、定位基準(zhǔn)與定位元件的配合狀況等諸多因素有關(guān)，可提高夾具的制造精度，減少配合間隙，就能提高夾具在機(jī)床上的定位精度，夾具中出現(xiàn)過(guò)定位時(shí)，可通過(guò)撤消多余定位元件，使多余定位元件失去限制重復(fù)自由度的能力，增加過(guò)定位元件與定位基準(zhǔn)的配合間隙等辦法來(lái)解決。
夾緊必須可靠，但夾緊力不可過(guò)大，以免工件或夾具產(chǎn)生過(guò)大變形?？刹捎枚帱c(diǎn)夾緊或在工件鋼性薄弱部位安放適當(dāng)?shù)妮o助支撐。夾具的設(shè)計(jì)必須要保證夾具的定位準(zhǔn)確和機(jī)構(gòu)合理,考慮夾具的定位誤差和安裝誤差。我們將通過(guò)對(duì)工件與夾具的認(rèn)真分析,結(jié)合一些夾具的具體設(shè)計(jì)事例,查閱相關(guān)的夾具設(shè)計(jì)資料,聯(lián)系在實(shí)習(xí)工廠(chǎng)看到的一些箱體零件加工的夾具來(lái)解決這些問(wèn)題.
上述即為可能遇到問(wèn)題以及初步考慮的解決措施
4 本論文課題擬采用的研究手段（途徑）和可行性分析
根據(jù)不同的研究對(duì)象擬采用不同的研究手段（途徑），本課題包括兩方面內(nèi)容：
一 撥叉加工工藝的設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)
二 制定工藝規(guī)程的研究途徑和可行性分析
毛坯的選擇：
?根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和零件結(jié)構(gòu)選擇毛坯，毛坯的種類(lèi)一般在零件圖上已有規(guī)定。對(duì)于鑄件和鍛件應(yīng)了解其分模面、澆口、冒口位置和拔模率，以便在選擇定位基準(zhǔn)和計(jì)算加工余量時(shí)有所考慮。如果毛坯是棒料或型材，則按其標(biāo)準(zhǔn)確定尺寸規(guī)格，并決定每批加工件數(shù)。
毛坯的種類(lèi)和其質(zhì)量對(duì)機(jī)械加工的質(zhì)量有密切的關(guān)系。同時(shí)對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率、材料消耗、成本高低有很大的影響。撥叉毛坯材料為灰鑄鐵（HT150），硬度范圍在150～200HBS，需要承受中等載荷。采用砂型鑄造方法，由于大批量生產(chǎn)故宜采用實(shí)體金屬模進(jìn)行兩箱造型，這不僅簡(jiǎn)化了造型和合箱操作，還因型砂緊實(shí)度較為均勻，提高鑄件的表面質(zhì)量。在切削加工前進(jìn)行石墨化退火處理，消除鑄件表層和壁厚較薄的部位可能出現(xiàn)的白口組織（大量滲碳體出現(xiàn)）以便進(jìn)行切削加工。
擬訂工藝路線(xiàn)：
表示零件的加工順序及加工方法，分出工序，安裝或工位及工步等。并選擇各工序所使用的機(jī)床型號(hào)、刀具、夾具及量具等。擬訂工藝路線(xiàn)從實(shí)際出發(fā)，理論和實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。常常需要提出幾個(gè)方案，進(jìn)行分析比較后再確定。
計(jì)算切削用量、加工余量及工時(shí)定額：
?查閱《切削用量手冊(cè)》等資料并進(jìn)行計(jì)算確定。根據(jù)相關(guān)的規(guī)律，對(duì)單件小批量生產(chǎn)不規(guī)定切削用量，而是由工人根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的情況自行選定，但對(duì)于自動(dòng)線(xiàn)和流水線(xiàn)，為保證生產(chǎn)的節(jié)拍，必須規(guī)定切削用量，這些內(nèi)容并不能隨意確定和蓋面。計(jì)算加工余量、工序尺寸及公差是要控制各工序的加工質(zhì)量以保證最終加工質(zhì)量。工時(shí)定額一般按各工廠(chǎng)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)積累起來(lái)的統(tǒng)計(jì)資料來(lái)估算。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，工藝的改進(jìn)，新工藝，新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，工時(shí)定額應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的修改。
?對(duì)機(jī)械加工工藝規(guī)程基本要求可歸結(jié)為質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性。雖然有時(shí)互相矛盾，但只要把它們處理好，就會(huì)成為一個(gè)統(tǒng)一體。在三個(gè)要求中，質(zhì)量是生產(chǎn)的核心。質(zhì)量表現(xiàn)在機(jī)械產(chǎn)品的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)，質(zhì)量不能保證，根本談不上數(shù)量；質(zhì)量和生產(chǎn)率之間是密切聯(lián)系的，在確保高質(zhì)量的前提下，應(yīng)該不斷地最大限度地提高生產(chǎn)率，滿(mǎn)足生產(chǎn)量的要求。如果兩者矛盾，則生產(chǎn)率要服從于質(zhì)量，應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下解決生產(chǎn)率問(wèn)題。在保證質(zhì)量和上產(chǎn)率的前提下，應(yīng)盡可能的節(jié)約耗費(fèi)，減少投資，降低制造成本，這就是經(jīng)濟(jì)性。
因此，撥叉的工藝規(guī)程研究途徑應(yīng)該體現(xiàn)質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的平衡統(tǒng)一，達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理及可行的最優(yōu)方案。
5 夾具設(shè)計(jì)的研究途徑和可行性分析
?撥叉鏜、銑、鉆等工序使用的專(zhuān)用夾具，此類(lèi)夾具的特點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)、加工質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)率高。
夾具設(shè)計(jì)最關(guān)鍵是工件精確定位和可靠的夾緊。為了解決此問(wèn)題，首先得了解影響定位精度的因素。然后采取措施解決具體的問(wèn)題。如定位基準(zhǔn)與定位元件的配合狀況和影響定位精度，那么可以提高夾具的制造精度，減小配合間隙就能提高夾具在機(jī)床上的定位精度。
除此之外，選擇夾具的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)型式必須與零件生產(chǎn)批量大小相適應(yīng)，夾具結(jié)構(gòu)與零部件應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度，從而保證夾具操作方便、夾緊可靠、使用安全、并有合理的裝卸空間。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
課題名稱(chēng)
撥叉鉆F18孔夾具設(shè)計(jì)
系 部
機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
任務(wù)起止日期
2014
年
12
月
26
日至
2015
年
5
月
27
日共
17
周
指導(dǎo)教師簽名（校內(nèi)）
莫文輝
指導(dǎo)教師簽名（校外）
教學(xué)主任簽名
年
月
日
2011屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
獨(dú)創(chuàng)性聲明
本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到，本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
學(xué)位論文作者簽名：
? 日期：??? 年 月 日
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)
本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)學(xué)?？梢詫⒈緦W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
√
本論文屬于
保密□ ，在____年解密后適用本授權(quán)書(shū)。
不保密□。
（請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√”）
學(xué)位論文作者簽名： ?????????????????? 指導(dǎo)教師簽名：
日期： 年 月 日????????????? 日期： 年 月 日
2011屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
在機(jī)械制造各行業(yè)的工藝過(guò)程中廣泛應(yīng)用著各種不同的，用以固定加工對(duì)象，使之占有正確位置，以便接受施工的一種工藝裝備，統(tǒng)稱(chēng)為夾具。因此，無(wú)論是在機(jī)械加工，裝配，檢驗(yàn)，還是在焊接，熱處理等冷，熱工藝中，以及運(yùn)輸工作中都大量采用夾具。但在機(jī)械加工中應(yīng)用最為廣泛的是金屬切削機(jī)床上使用的夾具，我們稱(chēng)其為機(jī)床夾具。它在保證產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)，低成本，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的潛力，以便工人掌握復(fù)雜或精密零件加工技術(shù)，以減輕繁重的體力勞動(dòng)等諸方面起著巨大的作用。因此，機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)和使用是促進(jìn)生產(chǎn)迅速發(fā)展的重要工藝措施之一。為此，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇了機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。
本文主要圍繞機(jī)床鉆孔夾具設(shè)計(jì)為中心。用以鉆撥叉零件，首先通過(guò)參觀實(shí)習(xí)讓我們對(duì)夾具設(shè)計(jì)有了初步的了解，特別是對(duì)鉆模夾具設(shè)計(jì)的了解更為深刻。然后，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，對(duì)夾具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和選擇。選定方案后，。通過(guò)查閱相關(guān)夾具設(shè)計(jì)書(shū)籍和相關(guān)圖例在鉆孔夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，。在查閱了相關(guān)文獻(xiàn)后完成外文翻譯。參考相關(guān)資料完成夾具的總體設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞： 機(jī)械；夾具；鉆模；加工
Abstract
Machinery manufacturing industries in the process of a wide variety of applications for processing a fixed object, so that it occupies the correct position in order to receive a construction technology and equipment, collectively referred to as the fixture. Therefore, whether in the machinery processing, assembly, testing, or in welding, heat treatment, such as cold, heat process, and transport are a lot of work in a fixture. But in machining is the most widely used metal-cutting machine tools for use on the fixture, we called for the machine tool fixture. It guarantees high-quality products, high-yield, low-cost, bring into full play the potential of existing equipment, so that workers have complicated or sophisticated parts processing technologies, to reduce the heavy physical labors, and other aspects play a hSOLIDWORKSe role. Therefore, the fixture of the machine is designed to promote the production and use of the rapid development of one of the important process.
This article mainly revolves the engine bed drill hole jig design is a center. With drills the HBC6700 azimuth training gear shell, first let us throSOLIDWORKSh the visit practice have the preliminary understanding to the jig design, was specially more profound to the lap type jig jig design's understanding. Then, under teacher's instruction, carries on the analysis and the choice to the jig design proposal. After designating the plan. ThroSOLIDWORKSh consult related jig design books and related chart of symbols in drill hole jig design process. After having consulted the related literature completes the foreign language translation. Refers to the correlation data to complete jig's system design.
Keywords: machinery；Fixture；Jig；processing
2011屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 鉆孔夾具方案設(shè)計(jì) 1
1.2 了解夾具總體設(shè)計(jì)的要求 1
1.3 鉆床的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.4鉆床夾具的概述 3
1.4.1鉆床夾具的特點(diǎn) 3
1.4.2鉆床夾具的主要類(lèi)型 4
1.4.3鉆模類(lèi)型選擇 4
1.4.4鉆套的選擇 4
1.4.5鉆模板類(lèi)型 5
第2章 鉆床夾具設(shè)計(jì)特點(diǎn) 6
2.1 確定夾具的類(lèi)型 6
2.2 鉆模的主要類(lèi)型 6
2.3 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，了解零件加工工藝過(guò)程 7
2.3.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求 7
2.3.2 熟悉零件加工工藝過(guò)程 8
2.4 確定定位方案 8
第3章 工件的夾緊計(jì)算及其選擇 10
3.1 工件的夾緊 10
3.1.1 夾緊基本原理理論 10
3.1.2 夾緊座 11
3.1.3 夾緊壓板 12
3.1.4 夾緊螺釘 13
3.2 夾緊力的選擇 13
3.2.1 夾緊力方向 13
3.2.2 夾緊力的作用點(diǎn) 13
3.2.3 夾緊力的計(jì)算 14
3.2.4 夾具精度計(jì)算與分析 18
第4章 夾具結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 20
4.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置 20
4.2 夾具的導(dǎo)向 21
4.3 鉆孔與工件之間的切屑間隙 24
4.4 鉆模板 25
4.5定位誤差的分析 25
4.6 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)與選用 26
4.7 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 28
4.9 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 29
結(jié) 論 31
致 謝 31
參考文獻(xiàn) 33
29
第1章 緒論
1.1 鉆孔夾具方案設(shè)計(jì)
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：[1]
① 研究殼體零件原始資料，明確設(shè)計(jì)要求。
② 擬訂鉆孔夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制夾具結(jié)構(gòu)草圖。
③ 繪制夾具總圖，標(biāo)注有關(guān)尺寸及技術(shù)要求。
④ 繪制零件圖。
從另外一方面來(lái)說(shuō)，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是工藝裝備設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)深人實(shí)際，進(jìn)行調(diào)查研究，吸取國(guó)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)。而深入生產(chǎn)實(shí)際調(diào)查研究中，應(yīng)當(dāng)掌握下面的一些資料：[1]
(1)工件圖紙；詳細(xì)閱讀工件的圖紙，了解工件被加工表面是技術(shù)要求，該零件在機(jī)器中的位置和作用，以及裝置中的特殊要求。
(2)工藝文件：了解工件的工藝過(guò)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。
(3)生產(chǎn)綱領(lǐng)：夾具的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)與工件的批量大小相適應(yīng)，做到經(jīng)濟(jì)合理。
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的夾具要求是中小批量生產(chǎn)的夾具設(shè)計(jì)。
(4)制造與使用夾具的情況，有無(wú)通用零部件可供選用。工廠(chǎng)有無(wú)壓縮空氣站；制造和使用夾具的工人的技術(shù)狀況等。
夾具的出現(xiàn)可靠地保證加工精度，提高整體工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能。
1.2 了解夾具總體設(shè)計(jì)的要求
1）夾具應(yīng)滿(mǎn)足零件加工工序的精度要求。特別對(duì)于精加工工序，
應(yīng)適當(dāng)提高夾具的精度，以保證工件的尺寸公差和形狀位置公差等。
2）夾具應(yīng)達(dá)到加工生產(chǎn)率的要求。特別對(duì)于大批量生產(chǎn)中使用的
夾具，應(yīng)設(shè)法縮短加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間。
3）夾具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可設(shè)置必要的
防護(hù)裝置、擋屑板以及各種安全器具。
4）能保證夾具一定的使用壽命和較低的夾具制造成本。夾具元件
的材料選用將直接影響夾具的使用壽命。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。夾具的低成本設(shè)計(jì)在世界各國(guó)都以相當(dāng)重視。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)。在大批量生產(chǎn)中。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(jiǎn)單的夾具結(jié)構(gòu)。
5）要適當(dāng)提高夾具元件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)程度。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。
6）必須具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，以便夾具的制造、使用和維修。
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。例如鉆模設(shè)計(jì)中，通常側(cè)重于生產(chǎn)率的要求。
1.3 鉆床的發(fā)展趨勢(shì)
鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。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)。鉆床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度相對(duì)較低，可鉆通孔、盲孔，更換非凡刀具，可擴(kuò)、锪孔，鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工。鉆床可分為下列類(lèi)型：
(1)臺(tái)式鉆床：可安放在作業(yè)臺(tái)上，主軸垂直布置的小型鉆床。
(2)立式鉆床：主軸箱和工作臺(tái)安置在立柱上，主軸垂直布置的鉆床。
(3)搖臂鉆床：搖臂可繞立柱回轉(zhuǎn)、升降，通常主軸箱可在搖臂上作水平移動(dòng)的鉆床。它適用于大件和不同方位孔的加工。
(4)銑鉆床：工作臺(tái)可縱橫向移動(dòng)，鉆軸垂直布置，能進(jìn)行銑削的鉆床。
(5)深孔鉆床：使用特制深孔鉆頭，工件旋轉(zhuǎn)，鉆削深孔的鉆床。
(6)平端面中心孔鉆床：切削軸類(lèi)端面和用中心鉆加工的中心孔鉆床。
(7)臥式鉆床：主軸水平布置，主軸箱可垂直移動(dòng)的鉆床
鉆床相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與其他金屬切削機(jī)床相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)大體相同，其專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)有：GB6477.4-86《金屬切削機(jī)床術(shù)語(yǔ)鉆床》，GB2815-89、JB/T5763-91《鉆床聯(lián)接尺寸標(biāo)準(zhǔn)》，GB9461-88、JB/Z108-89《搖臂鉆床參數(shù)及系列型譜標(biāo)準(zhǔn)》等，出口產(chǎn)品不得低于一等品。
主要生產(chǎn)廠(chǎng)家有：中捷友誼廠(chǎng)、沙市第一機(jī)床廠(chǎng)、寧夏大河機(jī)床廠(chǎng)、魯南機(jī)床廠(chǎng)、保定鉆床廠(chǎng)等。鉆床主要出口日本、東南亞、歐、美、非洲及港、澳等30余個(gè)國(guó)家及地區(qū)。
1.4 鉆床夾具的概述
鉆床夾具：用干各種鉆床（鏜床組合機(jī)床）上的夾具，又稱(chēng)鉆模，鏜模。主要目的保證孔的精度（位置）。要想對(duì)鉆床夾具有深刻的了解，就要先知道鉆床夾具的特點(diǎn)。
1.4.1 鉆床夾具的特點(diǎn)
在一般鉆床對(duì)工件進(jìn)行空加工，多具一下特點(diǎn):
首先是刀具本身的剛性比較差。鉆床上所加工的空多為小尺寸的孔，其工序內(nèi)容不外乎鉆、擴(kuò)、鉸、锪或攻螺紋等加工，所以，刀具直徑往往比較小，而軸向尺寸比較啊，刀具的剛性均較差。
其次是多刃刀的不對(duì)稱(chēng)，易造成空的形位公差。鉆、擴(kuò)、鉸等孔加工刀具，多為多刃刀具，當(dāng)?shù)度蟹植疾粚?duì)稱(chēng)，或刀刃分布不對(duì)稱(chēng)，或刀刃長(zhǎng)度不等，會(huì)造成被加工孔的制造誤差，尤其是采用普通麻花鉆鉆孔，手工刃磨鉆頭所造成的兩側(cè)不對(duì)稱(chēng)，極易造成被加工孔的孔位偏移、孔徑增大及孔軸線(xiàn)的彎曲和歪斜，嚴(yán)重影響孔的形狀、位置精度。
再有就是普通麻花鉆頭起鉆時(shí)，孔的精度極差。普通麻花鉆軸向尺寸大，結(jié)構(gòu)剛性差，加上鉆心結(jié)構(gòu)所形成的橫刃，破壞定心，使鉆尖運(yùn)動(dòng)布穩(wěn)定，往往在起鉆過(guò)程造成較大的孔位誤差。在單件、小批量生產(chǎn)種中，往往要考操作工在起鉆過(guò)程中不斷地進(jìn)行人工矯正控制孔位精度，而在大批生產(chǎn)中，則需依靠刀刃結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和夾具對(duì)刀具的嚴(yán)格引導(dǎo)解決。
綜合以上孔加工特點(diǎn)，鉆床夾具的主要任務(wù)是解決好工件相對(duì)刀具的正確加工位置的嚴(yán)格控制問(wèn)題。在大批量生產(chǎn)中，為有自傲解決鉆頭鉆孔的精度不穩(wěn)定的問(wèn)題，多直接設(shè)置帶有刀具引導(dǎo)的鉆模板，對(duì)鉆頭進(jìn)行正確引導(dǎo)和對(duì)孔位進(jìn)行強(qiáng)制性限制。尤其是對(duì)箱體、蓋板類(lèi)工件的鉆孔，往往要同時(shí)有多支鉆頭一次性鉆出眾多的孔，為保證加工孔隙的位置精度，一定要通過(guò)一塊精確的模版，把多個(gè)孔位由引導(dǎo)限制好。這種用來(lái)正確引導(dǎo)鉆頭控制孔位精度的模版。專(zhuān)業(yè)化、高效生產(chǎn)中的鉆床夾具，通常具有較精確的鉆模版，以正確、快速地引導(dǎo)鉆頭控制孔位精度，這是鉆床夾具的最主要的特點(diǎn)。所以，習(xí)慣上又把鉆床夾具稱(chēng)為鉆模。為防止鉆刃破壞鉆模板上引導(dǎo)孔的孔壁，多在引導(dǎo)孔中設(shè)置高硬度的鉆套，以維持鉆模板的孔系精度。
對(duì)鉆床夾具的類(lèi)型要有一定的認(rèn)知。
1.4.2 鉆床夾具的主要類(lèi)型
鉆床加工中對(duì)不同的加工工件所選著的夾具體液是不同的。因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)人們總結(jié)了以下不同工件加工的主要夾具。它們主要是：
1.固定式：夾具與機(jī)床上位置固定不變，用于立鉆，搖臂鉆加工大件等
2.回轉(zhuǎn)式：用于同一圓周上的孔系加工。它包括立軸、臥軸和斜軸回轉(zhuǎn)三種基本型式。
3.移動(dòng)式：鉆模移動(dòng)，用于加工同一表面上的多個(gè)孔中小型工件
4、翻轉(zhuǎn)式：鉆模板轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，用于加工不同表面上的孔，翻轉(zhuǎn)點(diǎn)力，
5、蓋板式：沒(méi)有夾具體，模板蓋在工件上加工
6、滑柱式：升降鉆模板的通用可調(diào)夾具
根據(jù)不同工件的加工，因此我們也要對(duì)鉆模由工件的形狀和加工要求進(jìn)行選擇。
1.4.3 鉆模類(lèi)型選擇
鉆模類(lèi)型多，在設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)工件的形狀、重量、加工要求和批量來(lái)選型：被鉆孔徑>10mm，或加工精度較高時(shí)，宜用固定鉆模。不同表面上的孔，總G<100N，中、小型工件，宜用翻轉(zhuǎn)鉆模。當(dāng)分布在不同心圓周上的孔系，總G<150N，宜用回轉(zhuǎn)式鉆模。當(dāng)G>150N,宜用固定鉆模，在搖臂鉆加工，量大時(shí)用立鉆多軸加工。垂直度與孔間距要求不高時(shí)，用滑柱式鉆模。若加工大件上的小孔時(shí)，宜用蓋式鉆模。
為了提高鉆孔的精度，可以通過(guò)鉆套來(lái)來(lái)引導(dǎo)刀具的位置，保證孔加工的精度。但由于加工工件的量大小和孔位置特殊，所以鉆套也分為以下幾種。
1.4.4 鉆套的選擇
鉆套和鉆模板是鉆床夾具的特殊元件。鉆套的作用是確定被加工孔的位置和引導(dǎo)刀具加工，鉆套裝配在模板上，用鉆套比不用鉆套可減少50%以上的誤 差。其結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化：
1）固定鉆套：配合H7/n6,H7/r6,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，適用于單孔或小批生產(chǎn)。
2）可換鉆套：H7/g5,H7/g6，間隙配合裝入襯套內(nèi)，用螺釘固定
3）快換鉆套：配合H7/g5,H7/g6,結(jié)構(gòu)與上述不同，不用固定螺釘便可更換。適用于加工多，更換不同孔經(jīng)的鉆套。
上述鉆套標(biāo)準(zhǔn)化。還有一種特殊故鉆套。
4）特殊鉆套：適用于工件結(jié)構(gòu)形狀和被加工孔的位置特殊 性，標(biāo)準(zhǔn)鉆套不滿(mǎn)足時(shí)用的鉆套。
鉆套的安裝也是非常重要的，因此鉆模板可以通過(guò)合理的設(shè)計(jì)將鉆套定位安裝，從而保證孔的加工位置。鉆模板通常裝配在夾具體或支架上，或與夾具上的其它元件相連接。常見(jiàn)的有如下幾種類(lèi)型：
1.4.5 鉆模板類(lèi)型
A固定式鉆模板：鉆模板和夾具體或支架是用固定方法相連接，一般采用兩個(gè)圓錐銷(xiāo)和螺釘裝配連接；對(duì)于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)也可采用整體的鑄造或焊接結(jié)構(gòu)。
B鉸鏈?zhǔn)姐@模板： 當(dāng)鉆模板妨礙工件裝卸等工作時(shí)，可用活動(dòng)鉸鏈把鉆模板與夾具體相連接。
C可卸式鉆模板
D懸掛式鉆模板： 在立式鉆床上采用多軸傳動(dòng)頭進(jìn)行平行孔系加工時(shí)，所用的鉆模板就連接在傳動(dòng)箱上，并隨機(jī)床主軸往復(fù)移動(dòng)。這種鉆模板簡(jiǎn)稱(chēng)為懸掛式鉆模板
2011屆湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第2章 鉆床夾具設(shè)計(jì)特點(diǎn)
2.1 確定夾具的類(lèi)型
按使用范圍，夾具可分為通用夾具和專(zhuān)用夾具兩類(lèi)。通用夾具適用于各種不同尺寸的零件加工，如導(dǎo)尺、分度盤(pán)等。這類(lèi)夾具是作為附件與機(jī)床一起配套供應(yīng)的。專(zhuān)用夾具是專(zhuān)門(mén)為某一工件在某一工序進(jìn)行加工而設(shè)計(jì)的夾具，如在銑床上加工彎曲零件必須采用相應(yīng)的夾具，在壓刨上加工斜面、曲面也要采用專(zhuān)用夾具。
2.2 鉆模的主要類(lèi)型
鉆床專(zhuān)用夾具一般通稱(chēng)為“鉆?！薄？砂淬@模有無(wú)夾具體，以及夾具體是否可動(dòng)，而分為下面幾類(lèi)：[1]
1.固定式鉆模
這種鉆模在使用時(shí)，是被固定在鉆床工作臺(tái)。用于在立軸式鉆床上加工較大的單孔或在搖臂鉆床上加工平行孔系。如果要在立式鉆床上使用固定式鉆模加工平行空系，則需要在機(jī)床主軸上安裝鉆模時(shí)，一般先將裝在主軸上的定尺刀具伸入鉆套中，以確定鉆模的位置，然后將其緊固。這種加工方式的鉆孔精度比較高。
2.回轉(zhuǎn)式鉆模
回轉(zhuǎn)式鉆模主要用于加工同一圓周面上的平行孔系，或分布在圓周上的徑向孔。有立軸、臥軸和斜軸回轉(zhuǎn)等三種基本形式。由于回轉(zhuǎn)臺(tái)已標(biāo)準(zhǔn)化，并作為機(jī)床附件由專(zhuān)門(mén)廠(chǎng)生產(chǎn)供應(yīng)，固回轉(zhuǎn)式鉆模的設(shè)計(jì)，大多數(shù)情況是設(shè)計(jì)專(zhuān)用的工作夾具和標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)合使用。
3.翻轉(zhuǎn)式鉆模
主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻轉(zhuǎn)式鉆模可減少工件裝夾的次數(shù)，提高工件上各孔之間的位置精度。
4.蓋板式鉆模
這種鉆模無(wú)夾具體，其定位元件和夾緊裝置直接裝在鉆模板上。鉆模板在工件上裝夾，適合于體積大而笨重的工件上的小孔加工。夾具、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，易清除切屑；但是每次夾具需從工件上裝卸，較費(fèi)時(shí)，故此鉆模的質(zhì)量一般不宜超過(guò)10 kg。
5.滑柱式鉆模
滑柱式鉆模的結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了和規(guī)格化了，具有不同的系列。使用時(shí)，只要根據(jù)工件的形狀、尺寸和加工要求等具體情況，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造相應(yīng)的定位、夾緊裝置和鉆套等，裝在夾具體的平臺(tái)或鉆模板上的適當(dāng)位置，就可用于加工。
2.3 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，了解零件加工工藝過(guò)程
2.3.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求
圖2.3 加工零件圖
該零件為HT200鋼；零件圖如上圖2.3，中批量生產(chǎn)；該工序在立式鉆床上用鉆頭工。
2.3.2 熟悉零件加工工藝過(guò)程
1.粗銑上下兩端面 2.精銑上下兩端面
3. 鉆鉸孔φ40H7
4.鉆鉸孔φ20H7
5. 鉆鉸孔φ18
銑削1、2、3、4工序均在X52K銑床上加工，工序Z525立式鉆床上加工。
2.4 確定定位方案
根據(jù)工件的加工要求，該工序必須限制工件的五個(gè)自由度。建立坐標(biāo)系如圖2.2所示。為保證通孔底面至工件B面的垂直度，應(yīng)選B面為定位基面，限制；為保證工序尺寸44mm，須限制、，所以選取A面為定位基面；為保證對(duì)孔軸線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)度要求，還必須在加工時(shí)限制自由度。另外，為了方便控制刀具的走刀位置，還需要限制。
綜上所述，工件的六個(gè)自由度均被限制，為使定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，選取的定位基準(zhǔn)是φ40H7孔、φ20H7孔和上端面。
第3章 工件的夾緊計(jì)算及其選擇
3.1 工件的夾緊
3.1.1 夾緊基本原理理論
夾緊的目的是保證工件在夾具中的定位，不致因工時(shí)受切削力，重力或伴生離心力，慣性力，熱應(yīng)力等的作用產(chǎn)生移動(dòng)或振動(dòng)。夾緊裝置是夾具完成夾緊作用的一個(gè)重要的而不可以缺少的組成部分，除非工件在加工過(guò)程中所受到的各種力不會(huì)使它離開(kāi)定位時(shí)所需確定的位置，才可以設(shè)有夾緊裝置。夾緊裝置設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，對(duì)于提高夾緊的精度和加工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度都有很大的影響。
夾緊對(duì)象特征
加工信息特征
夾緊要求特征
動(dòng)力源項(xiàng)
元功能解項(xiàng)
技術(shù)性
經(jīng)濟(jì)性
社會(huì)性
應(yīng)用實(shí)例
技術(shù)參數(shù)
夾緊功能原理方案設(shè)計(jì)
功能項(xiàng)
原理解項(xiàng)
評(píng)價(jià)項(xiàng)
備注項(xiàng)
圖3.1 夾緊功能原理方案設(shè)計(jì)組成結(jié)構(gòu)
分析各類(lèi)夾具的基本功能要求可以將夾緊裝置概括為兩類(lèi)：第一類(lèi)是性能要求，主要指定位唯一性、定位穩(wěn)定性，夾緊穩(wěn)定性及總體約束；第二類(lèi)要求是夾具的結(jié)構(gòu)剛性、成本及易操作性、易于維修等要求。本設(shè)計(jì)目錄中功能項(xiàng)包括夾緊對(duì)象特征項(xiàng)、加工信息特征及夾緊要求特征。
夾緊對(duì)象特征項(xiàng)目：包括夾緊對(duì)象類(lèi)型、材料、形狀、體積、數(shù)量、物理特性、磁性、導(dǎo)電性、剛性等信息。
加工信息特征項(xiàng)：加工類(lèi)型、機(jī)加工、裝配、檢測(cè)、焊接等、加工參數(shù)、切削參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、幾何參數(shù)等。
夾緊要求特征項(xiàng)：主要指性能要求，包括定位要求、定位基準(zhǔn)選擇，如特征點(diǎn)、特征面。夾緊力大小、夾緊方向、夾緊行程、夾緊松開(kāi)速率，自鎖性等。
元件功能分析：夾緊功能主要包括四種元功能。它們是：定位功能、傳動(dòng)功能、執(zhí)行功能和分度功能等輔助功能。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分為平面定位元件、圓孔定位元件、外圓定位元件。傳動(dòng)功能由中間遞力機(jī)構(gòu)完成，該機(jī)構(gòu)一般有三個(gè)作用；改變作用力的力一向、大小和自鎖作用。目前常用的有以下機(jī)構(gòu)：斜楔機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、圓偏心機(jī)構(gòu)、杠桿鉸鏈機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、對(duì)中機(jī)構(gòu)、定心機(jī)構(gòu)等。
設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足下述主要要求：[2]
1.夾緊裝置在對(duì)工件夾緊時(shí)，不應(yīng)破壞工件的定位，為此，必須正確選擇夾緊力的方向及著力點(diǎn)。
2.夾緊力的大小應(yīng)該可靠，適當(dāng)，要保證工件在夾緊后的變形和受壓表面的損傷不致超出允許的范圍。
3.夾緊裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，夾緊動(dòng)作要迅速，操作方便省力，安全。
4.夾緊力或夾緊行程在一定范圍內(nèi)可進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償。
3.1.2 夾緊座
在不考慮重力和其它的伴生力的情況下，夾緊力的大小既與切削力的大小有 關(guān)，也與切削力對(duì)支承的作用有關(guān)。
W=KM(f1Rf1+f2Rf2)N(其中K=K1K2K3K4，K1=1.5~2，K2=1.2，K3=1.1~1.3，K4=1.2)
M為切削扭矩
W=1.8×1.2×1.2×1.2×85×(0.2×7+0.2×7)=740.28(N)
Q 需=KP/(f1+f2)=1.8×1.2×1.2×1.2×100/(0.2+0.2)=777.4N
Q 需為切削力
為簡(jiǎn)化夾具的成本及考慮工廠(chǎng)實(shí)際情況，擬用螺釘夾緊裝置。計(jì)算螺釘?shù)膴A緊力：W=2QL/ D中/tg(α+φ1)。此公式采用中的數(shù)據(jù)以M16標(biāo)準(zhǔn)螺紋計(jì)算。
α為螺紋升角;t“gα=S/лD中;φ1螺紋摩擦角；D中螺紋中徑；Q人工作用力；其中有f=0.1(螺母端面與工件間的摩擦系數(shù))，φ1=6。34，；計(jì)算W=836.8（N）。
很明顯，可以使用螺釘夾緊機(jī)構(gòu)。
夾緊座加工要求：1.表面發(fā)藍(lán)或其它的防銹處理；2.熱處理:T10A，淬火HRC60~64；滲碳深度0.2~0.6mm；3.銳邊無(wú)毛刺；4.螺紋孔以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的M16配做。
3.1.3 夾緊壓板
夾緊支板和夾緊座的目的相同，都是夾緊工件的，保證在加工過(guò)程中工件不移動(dòng)，限制它的自由度，夾緊支板的工件接觸裝置擬用夾緊螺釘，支板在其中是輔助支承的，最終起決定作用的還是人的操作，不同人操作同樣的夾具或者是在夾緊的過(guò)程中用力和速度的不同，都對(duì)工件的加工精度有影響。由于取用的夾緊螺釘是一樣的，前面已經(jīng)計(jì)算過(guò)了，在此不重復(fù)了。[5]具體的結(jié)構(gòu)見(jiàn)零件圖。
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是指螺旋副與其他元件（壓板、墊片、螺釘?shù)龋┫嘟Y(jié)合，對(duì)工件實(shí)施夾緊的機(jī)構(gòu)。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)中使用極為普遍。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾緊行程大，且自鎖性能好，增力比大，是手動(dòng)夾緊中用的最多的一種夾緊機(jī)構(gòu)。常用的夾緊形式有：?jiǎn)蝹€(gè)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。
圖3.2 壓板
夾緊壓板加工要求：1.表面發(fā)藍(lán)或其它的防銹處理；2.熱處理:T10A，淬火HRC38~45；滲碳深度0.2~0.6mm；3.銳邊無(wú)毛刺；4.螺紋孔以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的M27配做。[1] [6]
3.1.4 夾緊螺釘
根據(jù)公司的實(shí)際情況選用夾緊螺釘，人工操作。節(jié)省成本，制造夾具的時(shí)間縮短并以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格生產(chǎn)。
夾緊功能的原理方案設(shè)計(jì)目錄是設(shè)計(jì)目錄應(yīng)用的具體體現(xiàn)，由于夾具種類(lèi)繁多，如何對(duì)其進(jìn)行抽象化整理，以利于運(yùn)用設(shè)計(jì)目錄的結(jié)構(gòu)形式，還需要更深入的研究。建立原理方案設(shè)計(jì)目錄涉及的知識(shí)面較廣，難度較大，目錄本身的構(gòu)造規(guī)律也很復(fù)雜。這里僅作最基本的原理方案設(shè)計(jì)研究。
為使工件在定位件上所占有的規(guī)定位置在加工過(guò)程中保持不變，就要用夾緊裝置將工件夾緊.保證工件的定位基準(zhǔn)與夾具上的定位表面可靠的接觸，防止在加工過(guò)程中移動(dòng)、振動(dòng)、或變形。
因?yàn)榇颂讑A具加工的工件剛度較好，防止了切削力作用是所引起的振動(dòng)，側(cè)面在加上移動(dòng)壓板的定位，免除夾緊力對(duì)加工表面幾何形狀精度的不利影響夾具的夾緊選用加工表面的松態(tài)夾緊，夾緊力的作用線(xiàn)不通過(guò)加工表面的周?chē)?，使加工表面的材料處在自由狀態(tài)下。
3.2 夾緊力的選擇
3.2.1 夾緊力方向
在保證安裝的真確可靠，減少工件的變形，定位方便和在可以減少所需夾緊力的大小的前提下，此套夾具的夾緊方向和工件重力方向和切削方向相同。工件的定位工作面為垂直方向上，則工件的夾緊通過(guò)工件的一個(gè)定位銷(xiāo)與水平方向的移動(dòng)壓塊完成。夾緊力的方向?yàn)槠叫兄亓Ψ较虼怪眾A緊。[2]
在本次夾具設(shè)計(jì)中，夾緊力是由中心螺桿和一邊壓板提供的。
3.2.2 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?，F(xiàn)在夾緊力的方案已定。考慮夾具的結(jié)構(gòu)尺寸特征可以確定夾緊力的作用點(diǎn)個(gè)數(shù)為2個(gè)。
考慮夾緊力作用點(diǎn)的一般要求：[1]
① 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)能保持工件定位穩(wěn)定，而不至引起工件發(fā)生位移和偏轉(zhuǎn)；
② 夾緊力的作用點(diǎn)，應(yīng)使被夾緊的夾緊變形盡可能的小些；
③ 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近加工表面，以提高定位穩(wěn)定性。
3.2.3 夾緊力的計(jì)算
夾緊力的大小重要取決于切削P和重力G，重力是可認(rèn)為不變的，而切削力在切削的過(guò)程中是變化的。影響切削力的大小因素很多，如工件質(zhì)量的不均勻，加工質(zhì)量的不均勻，刀具磨損以及切削用量的變化等等。同時(shí)夾緊力也和其他因素有關(guān)，如夾緊件和工件及工件與定位件間接觸表面的光潔度，工藝系統(tǒng)的剛性等等，因此夾具夾緊力的設(shè)計(jì)只能對(duì)其作初略的估算。
W:實(shí)際夾緊力 Wi:理論夾緊力 K:安全系數(shù)
安全系數(shù):K= K1×K2×K3×K4
式中: K1-基本安裝系數(shù) K2-加工安裝系數(shù)
K3-刀具鈍化系數(shù) K4-切削特點(diǎn)系數(shù)
其加工直徑全部為18
刀具：鉆頭 D=18。
則軸向力：見(jiàn)《工藝師手冊(cè)》表28.4
F=Cdfk……………………………………3.1
式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35
k=(
F=420
轉(zhuǎn)矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=0.206
功率 P=
在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
K=KKKK
式中 K—基本安全系數(shù)，1.5;
K—加工性質(zhì)系數(shù)，1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=1.5
鉆削時(shí) T=17.34 N
切向方向所受力:
F=
取
F=4416
F> F
所以,時(shí)工件不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),故本夾具可安全工作。
根據(jù)切削力，夾緊力的影響因素，在夾緊不利狀態(tài)過(guò)程，該夾緊力的計(jì)算應(yīng)該根據(jù)機(jī)械平衡原理來(lái)設(shè)計(jì)。最后，為了確?？煽繆A緊，數(shù)值乘以安全系數(shù)實(shí)際所需夾緊力。
初步確定液壓缸參數(shù)
表5-1 按負(fù)載選擇工作壓力[1]
負(fù)載/ KN
<5
5~10
10~20
20~30
30~50
>50
工作壓力/MPa
< 0.8~1
1.5~2
2.5~3
3~4
4~5
≥5
表5-2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力[1]
機(jī)械類(lèi)型
機(jī) 床
農(nóng)業(yè)機(jī)械
小型工程機(jī)械
建筑機(jī)械
液壓鑿巖機(jī)
液壓機(jī)
大中型挖掘機(jī)
重型機(jī)械
起重運(yùn)輸機(jī)械
磨床
組合
機(jī)床
龍門(mén)
刨床
拉床
工作壓力/MPa
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
由于鉆削力為4239N，往往要取大一些，在這取負(fù)載約為10000N，初選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力P1=3MPa，為了滿(mǎn)足工作這里的液壓缸課選用單桿式的，并在快進(jìn)時(shí)差動(dòng)連接，則液壓缸無(wú)桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應(yīng)滿(mǎn)足A1=2A2（即液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d應(yīng)滿(mǎn)足：d=0.707D。為防止切削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的背壓，暫取背壓為0.5MPa，并取液壓缸機(jī)械效率。則液壓缸上的平衡方程
故液壓缸無(wú)桿腔的有效面積：
液壓缸直徑
液壓缸內(nèi)徑：
按GB/T2348-1980，取標(biāo)準(zhǔn)值D=80mm；因A1=2A，故活塞桿直徑d=0.707D=56mm（標(biāo)準(zhǔn)直徑）
則液壓缸有效面積為：
2.缸體壁厚的校核
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取壁厚為10mm。則
根據(jù)時(shí)； （4-2）
可算出缸體壁厚為：
<10mm
則液壓缸的外徑
式中 ————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即缸體的強(qiáng)度適中），P-缸筒試驗(yàn)壓力。
3.缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
缸筒兩端分別與缸蓋和缸底鏈接，構(gòu)成密封的壓力腔，因而它的結(jié)構(gòu)形式往往和缸蓋及缸底密切相關(guān)[6]。因此，在設(shè)計(jì)缸筒結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選用結(jié)構(gòu)便于裝配、拆卸和維修的鏈接形式，缸筒內(nèi)外徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。
活塞桿是液壓缸傳遞力的主要零件，它主要承受拉力、壓力、彎曲力及振動(dòng)沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。其材料取Q235鋼。
1.活塞桿直徑的計(jì)算[1]
由=2 可知活塞桿直徑：
按GB/T2348—1993將所計(jì)算的d值圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得：
d=56mm
按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度v=0.4m/min為最小速度，則由式
（4-3）
本例=78.5>1.25，滿(mǎn)足最低速度的要求。
2.活塞桿強(qiáng)度計(jì)算：
<56mm （4-4）
式中 ————許用應(yīng)力；（Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為375-500MPa，取400MPa，為位安全系數(shù)取5，即活塞桿的強(qiáng)度適中）
3．活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
活塞桿的外端頭部與負(fù)載的拖動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作生產(chǎn)中偏心負(fù)載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)幕钊麠U端部結(jié)構(gòu)。
4.活塞桿的密封與防塵
活塞桿的密封形式有Y形密封圈、U形夾織物密封圈、O形密封圈、V形密封圈等[6]。采用薄鋼片組合防塵圈時(shí)，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。為方便設(shè)計(jì)和維護(hù)，本方案選擇O型密封圈。
由上述計(jì)算易得：
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用液壓缸夾緊機(jī)構(gòu)。
3.2.4 夾具精度計(jì)算與分析
精度等級(jí)的選擇：首先根據(jù)所要加工的零件進(jìn)行分析，看其在各方面的精度及表面粗糙度等的要求。然后，根據(jù)設(shè)計(jì)好的夾具（即零件在夾具上的配合和裝配來(lái)確定。
表3 標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值表（節(jié)錄）
基本尺寸
IT5
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
>50~80
13
19
30
46
74
120
190
300
>80~120
15
22
35
54
87
140
220
350
>120~180
18
25
40
563
100
160
250
400
由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦的各公差等級(jí)的應(yīng)用范圍可知：
IT5～I(xiàn)T12級(jí)用于配合尺寸公差。其中
（1）IT5（孔到IT6）級(jí)用于高精度和重要的配合處；
（2）IT6（孔到IT7）級(jí)用于要求精密配合的情況；
（3）IT7（孔到IT8）級(jí)用于一般精度要求的配合。
選用公差等級(jí)時(shí)，除上述有關(guān)原則和因素外，還應(yīng)考慮以下問(wèn)題。
ａ.相關(guān)件配合的精度；
ｂ.加工成本。
在本次設(shè)計(jì)的夾具中可得知零件與夾具體的配合要求較高精度配合，所以選擇(1），而用于定位零件中間的孔和軸，在鉆孔只能夠要求這個(gè)孔和軸要有較高的位置度，所以選擇（2），鉆模板和零件上用來(lái)定位的插銷(xiāo)，因?yàn)樗怯脕?lái)對(duì)零件鉆孔裝夾定位的，所以同樣選（2）。
第4章 夾具結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)
4.1 夾具的夾緊裝置和定位裝置
夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個(gè)過(guò)程緊密聯(lián)系在一起的。定位問(wèn)題已在前面研究過(guò)，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。
僅僅定好位在大多數(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)工件進(jìn)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)是保持工件在定位中所獲得的即定位置，以便在切削力、重力、慣性力等外力作用下，不發(fā)生移動(dòng)和震動(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，正確的夾緊還能糾正工件定位的不正確。
一般夾緊裝置由動(dòng)源即產(chǎn)生原始作用力的部分。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。他包括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件。
考慮到機(jī)床的性能、生產(chǎn)批量以及加工時(shí)的具體切削量決定采用手動(dòng)夾緊。
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)是斜契夾緊的另一種形式，利用螺旋桿直接夾緊元件，或者與其他元件或機(jī)構(gòu)組成復(fù)合夾緊機(jī)構(gòu)來(lái)夾緊工件。是應(yīng)用最廣泛的一種夾緊機(jī)構(gòu)。
螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋，實(shí)際上相當(dāng)于把契繞在圓柱體上，因此他的作用原理與斜契是一樣的。也利用其斜面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來(lái)夾緊工件的。不過(guò)這里上是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋，使繞在圓柱體是的斜契高度發(fā)生變化來(lái)夾緊的。
典型的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：
（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
（2）擴(kuò)力比大；
（3）自瑣性能好；
（4）行程不受限制；
（5）夾緊動(dòng)作慢。
夾緊裝置可以分為力源裝置、中間傳動(dòng)裝置和夾緊裝置，在此套夾具中，中間傳動(dòng)裝置和夾緊元件合二為一。力源為機(jī)動(dòng)夾緊，通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板。達(dá)到夾緊和定心作用。
工件通過(guò)定位銷(xiāo)的定位限制了繞Z軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊。并且移動(dòng)壓板的定心裝置是與工件外圓弧面相吻合的移動(dòng)壓板，通過(guò)精確的圓弧定位，實(shí)現(xiàn)定心。此套移動(dòng)壓板制作簡(jiǎn)單，便于手動(dòng)調(diào)整。通過(guò)松緊螺栓實(shí)現(xiàn)壓板的前后移動(dòng)，以達(dá)到壓緊的目的。壓緊的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)工件的定心，使其定位基準(zhǔn)的對(duì)稱(chēng)中心在規(guī)定位置上。
圖4.1 CAD裝配圖
如圖4.1所示在這次夾具設(shè)計(jì)中，定位是采用一面2孔來(lái)定位水平方向的。在垂直方向。當(dāng)被加工零件放到夾具體同心圓環(huán)上后，用定位插銷(xiāo)把夾具上的鉆模板和零件通過(guò)先加工的孔進(jìn)行定位，把壓板壓緊，之后取出定位插銷(xiāo)。
4.2 夾具的導(dǎo)向
在鉆床上加工孔時(shí)，大都采用導(dǎo)向元件或?qū)蜓b置，用以引導(dǎo)刀具進(jìn)入正確的加工位置，并在加工過(guò)程中防止或減少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的剛性，從而保證零件上孔的精度，在鉆床上加工的過(guò)程中，導(dǎo)向裝置保證同軸各孔的同軸度、各孔孔距精度、各軸線(xiàn)間的平行度等，因此，導(dǎo)向裝置如同定位元件一樣，對(duì)于保證工件的加工精度有這十分重要的作用。
確定引導(dǎo)元件 (鉆套的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)尺寸 )
為能迅速、準(zhǔn)確的確定刀具與夾具的相對(duì)位置，鉆夾具上都應(yīng)該設(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，如圖3.2-1所示。因工件批量小又是單一鉆孔工序，所以此處選用固定鉆套。
圖3.2-1 固定鉆套
主要尺寸有《機(jī)床夾具零、部件》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2262-91選取鉆孔時(shí)如表3.2-1
表3.2-1 固定鉆套標(biāo)準(zhǔn)尺寸
1.鉆套的尺寸、公差配合的選擇
鉆套內(nèi)徑基本尺寸=引導(dǎo)刀具的最大極限尺寸
1） 鉆套內(nèi)徑基本尺寸：鉆頭、擴(kuò)孔鉆，鉸刀是標(biāo)準(zhǔn)化定尺寸刀具，所以?xún)?nèi)徑刀與刀具按基軸制選。鉆套與刀具之間按一定的間隙配合，以防刀具使用時(shí)咬孔或長(zhǎng)使一般根據(jù)刀具精度選套孔的公差：鉆（擴(kuò)孔）選F7，粗鉸 G7，精鉸G6。若引導(dǎo)的是刀具導(dǎo)柱部分不是切削部分，可按孔制選?。篐7/f7，,H7/g6，,H6/g5等。
2）鉆套高度H：
H=（1~3）D 斜孔 H=（4~6）D
H過(guò)長(zhǎng)，磨損嚴(yán)重由
表1.5-1可查得： 鉆套高度H取20mm
3）排屑空間：h措鉆套底部與工件表面之間的空間。h過(guò)大要引偏，過(guò)小不能排屑.
鑄鐵：S=（0.3~0.7）D 小孔取小值
鋼： S=(0.7~1.5) D 大孔取大值
斜孔：S=（0~0.2）D
所以排屑空間h為 30mm
4）材料：
性能要求：高硬度，耐磨
常用材料：T10A T12A CrMn 或20滲碳淬火
D≤10mm CrMn
D<25mm T10A T12A HRC58~64
D≥25mm 20滲碳淬火 HRC58~64
因此，本處采用材料T10A,熱處理:T10A HRC58~64。
因鉆孔φ18H9；由表1.5-1可查得：
鉆套軸線(xiàn)對(duì)基面的垂直度允差為0.02mm
導(dǎo)向元件包括刀桿的導(dǎo)向部分和導(dǎo)向套。
在這套鉆床夾具上用的導(dǎo)向套是鉆套。
鉆套按其結(jié)構(gòu)可分為固定鉆套，可換鉆套，快換鉆套及特殊鉆套。
因此套鉆夾具加工量不大，磨損較小，孔距離精度要求較高，則選用固定鉆套。如圖4.2。直接壓入鉆模板或夾具體的孔中。
圖4.2 鉆套
鉆模板與固定鉆套外圓一般采用H7/h6的配合。且必須有很高的耐磨性，材料選擇20Mn2。淬火HRC60。我選擇的鉆套:12.5F7*22K6*35 GB2264-1980。
相同的，為了防止定位銷(xiāo)與模板之間的磨損，在模板定位孔之間套上兩個(gè)固定襯套。選取的標(biāo)準(zhǔn)件代號(hào)為12*18 GB2263-1980。材料仍選取T10A， 淬火HRC60。公差采用H7/p6的配合。
4.3 鉆孔與工件之間的切屑間隙
鉆套的類(lèi)型和特點(diǎn):
1、固定鉆套：鉆套直接壓入鉆模板或夾具體的孔中，鉆模板或夾具體的孔與鉆套外圓一般采用H7/n6配合，主要用于加工量不大，磨損教小的中小批生產(chǎn)或加工孔徑甚小，孔距離精度要求較高的小孔。
2、可換鉆套：主要用在大批量生產(chǎn)中，由于鉆套磨損大，因此在可換鉆套和鉆模板之間加一個(gè)襯套，襯套直接壓入鉆模板的孔內(nèi)，鉆套以F7/m6或F7/k6配合裝入襯套中。
3、快換鉆套：當(dāng)對(duì)孔進(jìn)行鉆鉸等加工時(shí)，由于刀徑不斷增大，需要不同的導(dǎo)套引導(dǎo)刀具，為便于快速更換采用快換鉆套。
4、特殊鉆套：尺寸或形狀與標(biāo)準(zhǔn)鉆套不同的鉆套統(tǒng)稱(chēng)特殊鉆套。
鉆套下端面與工件表面之間應(yīng)留一定的空隙C，使開(kāi)始鉆孔時(shí)，鉆頭切屑刃不位于鉆套的孔中，以免刮傷鉆套內(nèi)孔，如圖4.3。
圖4.3
切屑間隙 C=(0.3～1.2)d。
在本次夾具鉆模設(shè)計(jì)中考慮了多方面的因素，確定了設(shè)計(jì)方案后，選擇了C=8。因?yàn)榇算@的材料是鑄件，所以C可以取較小的值。
4.4 鉆模板
在導(dǎo)向裝置中，導(dǎo)套通常是安裝在鉆模板上，因此鉆模板必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度，以防變形而影響鉆孔精度。鉆模板按其與夾具體連接的方式，可分為固定式鉆模板、鉸鏈?zhǔn)姐@模板、可卸式鉆模板、滑柱式鉆模板和活動(dòng)鉆模板等。
在此套鉆模夾具中選用的是可卸式鉆模板，在裝卸工件時(shí)需從夾具體上裝上或卸下，鉆模板在夾具體上采用定位銷(xiāo)一面雙孔定位，螺栓緊固，鉆模精度較高。[4]
4.5 定位誤差的分析
該夾具以一個(gè)平面和和2個(gè)定位銷(xiāo)定位，要求保證孔軸線(xiàn)間的尺寸公差。為了滿(mǎn)足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
由[5]和[6]可得：
1 定位誤差：
當(dāng)短圓柱銷(xiāo)以任意邊接觸時(shí)
當(dāng)短圓柱銷(xiāo)以固定邊接觸時(shí)
式中為定位孔與定位銷(xiāo)間的最小間隙
通過(guò)分析可得：
因此：當(dāng)短圓柱銷(xiāo)以任意邊接觸時(shí)
2 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過(guò)
⑷ 夾具相對(duì)刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見(jiàn)，所設(shè)計(jì)的夾具能滿(mǎn)足零件的加工精度要求。
4.6 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)與選用
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿(mǎn)足加工要求。故選用可換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時(shí)間。
為了減少輔助時(shí)間采用可換鉆套，以來(lái)滿(mǎn)足達(dá)到孔的加工的要求。
表
d
D
D1
H
t
基本
極限
偏差F7
基本
極限
偏差D6
＞0～1
+0.016
+0.006
3
+0.010
+0.004
6
6
9
--
0.008
＞1～1.8
4
+0.016
+0.008
7
＞1.8～2.6
5
8
＞2.6～3
6
9
8
12
16
＞3～3.3
+0.022
+0.010
＞3.3～4
7
+0.019
+0.010
10
＞4～5
8
11
＞5～6
10
13
10
16
20
＞6～8
+0.028
+0.013
12
+0.023
+0.012
15
＞8～10
15
18
12
20
25
＞10～12
+0.034
+0.016
18
22
＞12～15
22
+0.028
+0.015
26
16
28
36
＞15～18
26
30
0.012
＞18～22
+0.041
+0.020
30
34
20
36
HT200
＞22～26
35
+0.033
+0.017
39
＞26～30
42
46
25
HT200
56
＞30～35
+0.050
+0.025
48
52
＞35～42
55
+0.039
+0.020
59
30
56
67
＞42～48
62
66
＞48～50
70
74
0.040
鉆模板選用翻轉(zhuǎn)鉆模板，用沉頭螺釘錐銷(xiāo)定位于夾具體上。
4.7 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)
對(duì)夾具體的設(shè)計(jì)的基本要求
（1）應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性
在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應(yīng)該采用鑄造，時(shí)效處理，退火等處理方式。
（2）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度
保證在加工過(guò)程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動(dòng)是不允許的，夾具應(yīng)有足夠的厚度，剛度可以適當(dāng)加固。
（3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯(cuò)
夾較大的工件的外觀，更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，之間的相互位置精度與每個(gè)表面的要求高，所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，應(yīng)處理的工件，夾具，維修方便。再滿(mǎn)足功能性要求（剛度和強(qiáng)度）前提下，應(yīng)能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單。
（4）應(yīng)便于鐵屑去除
在加工過(guò)程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時(shí)清除，切削熱的積累會(huì)破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會(huì)破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個(gè)過(guò)程中的鐵屑不多，可適當(dāng)增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對(duì)切削過(guò)程中產(chǎn)生更多的，一般應(yīng)在夾具體上面。
（5）安裝應(yīng)牢固、可靠
夾具安裝在所有通過(guò)夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當(dāng)夾安裝在重力的中心，夾具應(yīng)盡可能低，支撐面積應(yīng)足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識(shí)別特定的文件夾結(jié)構(gòu)，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。
加工過(guò)程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。在加工過(guò)程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具，積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠，所以?shī)A具設(shè)計(jì)，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑。此外，夾點(diǎn)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮。在加工過(guò)程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具，切割積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠，所以?shī)A具設(shè)計(jì)，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵屑。
4.8 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
由于是大批大量生產(chǎn)，主要考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此設(shè)計(jì)時(shí)，需要更換零件加工時(shí)速度要求快。
結(jié) 論
在此設(shè)計(jì)中，一個(gè)工件的加工線(xiàn)相當(dāng)正確定位夾具夾緊機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)定位和夾緊的目的，以確保工件的精度。遇到了很多的設(shè)計(jì)問(wèn)題，如工藝路線(xiàn)的出現(xiàn)不合理，或者甚至不能保證的準(zhǔn)確度，所要求的處理。在夾具設(shè)計(jì)，由于定位基準(zhǔn)的選擇是不合理的，有具有針對(duì)性或更少的定位精密加工的零件造成無(wú)法保證。當(dāng)選擇所述夾持機(jī)構(gòu)的大小，由于該機(jī)制，大小等不合理，不實(shí)現(xiàn)夾緊的目的，也可能是由于夾緊力施加點(diǎn)或作用面反轉(zhuǎn)不合理離開(kāi)工件的位置。然而，老師的精心指導(dǎo)下的精心指導(dǎo)下，對(duì)自身的不斷努力三個(gè)月后，這些問(wèn)題都解決了。得到了進(jìn)一步的專(zhuān)業(yè)技術(shù)工作，提高對(duì)未來(lái)奠定了基礎(chǔ)。
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致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)知識(shí)，相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用，是知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)得到鞏固和提高在原來(lái)的基礎(chǔ)上，就離不開(kāi)老師和同學(xué)的幫助。設(shè)計(jì)的分析是在老師的指導(dǎo)下完成的，在分析過(guò)程中，老師給了我很大的鼓勵(lì)，在設(shè)計(jì)和分析使我覺(jué)得更多的設(shè)計(jì)思路，提高的學(xué)習(xí)能力，和討論的問(wèn)題的分析，有一個(gè)更清楚的了解，使我受益不淺。
說(shuō)實(shí)話(huà)，畢業(yè)設(shè)計(jì)真是有點(diǎn)累了。然而，明確其自身的設(shè)計(jì)結(jié)果，畢業(yè)設(shè)計(jì)仔細(xì)回味的旅程，一個(gè)罕見(jiàn)的成功立刻讓我