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铰链式钻模板夹具设计与装配工艺,铰链,模板,夹具,设计,装配,工艺
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毕业设计 (论文 )中期 报告 题目： 铰链式钻模板夹具设计与装配工艺 规划 文）进展状况 本设计已经完成以下内容： （ 1）对于在开题答辩中，老师针对我的设计草图和开题报告所提出的相关问题，我在这段时期内完成了对夹具装配平面草图的详细研究，并通过了指导老师的检查；进一步完善了开题报告的内容和格式。 （ 2）根据设计原理的要求完成了对夹具各部分零件的三维建模。 （ 3）根据要求布置的相关规定和设计原则，完成了对铰链式钻模板夹具设 计的三维建模，完成了夹具的三维总装配图和二维草图。 （ 4）根据要求完成了对本设计相关外文文献 3000 字的翻译，并通过了老师的检查。 （ 5）完成情况（如下所示） 如图 1 所示，先建立一个草图，此草图的尺寸应该和设计的零件相吻合。 图 1 建草图 创建好草图后，对草图进行拉伸操作，如图 2 所示。 图 2 拉伸草图 接着，在以拉伸出来的零件上进行继续操作，接着创建草图进行操作。最后形成铰链座的基本特征。如图 3 所示： 图 3 铰链座基本特征 创建好基本特 征后，需要在上面进行切除操作，从而形成需要的孔和凹槽。如图 4 所示： 图 4 铰链座 成型 图 根据所设计的零件，对不同的零件进行建模，就可以创建出一个完整的铰链钻模板的三维模型。将不同的零件装配，就可以形成完整的铰链钻模板。如图 5所示： 图 5 铰链钻模板三维模型 二维图如下所示 : a) 主视图 b) 左视图 c) 俯视图 图 6 二维装配简图 存在的问题： 前接触过，但在综合考虑结构和可操作等方面还有所欠缺。认真地参考资料，积极和同学讨论，向老师请教。 件绘图的能力有缺陷。 现真正的投入使用。整体设计是否合理，要进行优化完善，能够达到设计预想的理想要求。 解决措施：继续完善设计，从图中改进，优化设计，以求更加准确。在设计过程中存在 很多问题，经过一段时间的优化与调整后，设计有了明显改进。 优化调整（具体如下）： （ 1）加强底座左侧靠板在定位时的承受夹紧力的强度，在后方增加两个加强筋，同时底座上下板分离，采用螺栓将两者连接在在一起，并焊接这两部分，已达到两者之间垂直度的要求。如图 7 a ）筋 b）底座 图 7 筋和底座 （ 2）在翻转铰链转板 1 时会有干涉，调整其中的间隙，消除这一现象。如图8 图 8 铰链转板 （ 3）加工变速箱上盖的孔时会产生钻屑，因此需要增加一个流屑槽。如图 9 图 9 流屑槽 （ 4）夹具夹紧装置采用的是气源动力，为了控制夹紧时气缸提供的气压，以保证加工时的夹紧力，所以需要增加一个控制气压的减压 阀。如图 10 图 10 减压阀 （ 5）为了保证工件底座与靠板之间的平行度，保证在夹紧时的加工精确度，所以采用可调支承。如图 11 图 11 可调支承 优化完善后的三维建模（如图 12） 图 12 夹具三维装配图 继续对铰链式钻模板夹具设计进行优化改进，改进中期设计中存 在的缺点，例如防止工件在夹紧时有过大变形，确保夹紧定位中达到设计的精确要求，并进行定位误差分析，对夹具进行夹紧力和自由度分析等问题。 成中期检查报告，并进行中期答辩； 成二维装配图及零件图；并撰写毕业论文，准备答辩。 （ 1） 第 10 周 第 11 周 ：工件的分析；定位分析（自由度）。 （ 2） 第 12 周：铰链式钻模的工作原理；设计中存在的问题。 （ 3） 第 13 周：铰链式钻模装配工艺设计。 （ 4） 第 14 周第 15 周：完成 毕业论文。 指导老师签字 : 年 月 日 毕业设计 (论文 )开题报告 题目： 铰链式钻模板夹具设计与装配工艺 规划 文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 目背景 、研究意义 夹具作为传统机械制造业中最重要的工艺装备之一已有了一百余年的历史，在机械业的发展过程中发挥了巨大的作用。我国社会发展第十二个五年规划指出，振兴装备制造业是推进国民经济和工业结构优化升级的主要内容 1。所谓“装备制造业”就是传统机械制造业中的主体。因为装备制造业的发展水平是国家工业化、现代化水平和综合 国力的重要标志，这意味着我国的工业将在不太长的时间内逐步赶上并达到当今世界上发达国家的先进水平 2。随着装备制造业的发展，作为装备制造业的必不可少组成部分的工艺装备 (夹具 )也必然会得到相应的重视 3。近年来我国国民经济的飞速发展推动了机床和工具行业从低谷中走出，我国已连续 8 年保持世界上机床最大消费市场和世界机床第一大进口国，而对于与机床配套的夹具设计更是不可或缺 4。 夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置，它主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。 机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以应用十分广泛 5。归纳起来有以下几个方面的作用：保证工件的加工精度，稳定产品质量；提高劳动生产率和降低加工成本；改善工人劳动条件；在流水线生产中，便于平衡生产节拍 6。对于不同种类的机床，其对应的夹具有不同的分类。包括：车床类夹具、铣床类夹具、钻镗床夹具、组合夹具、数控机床夹具、自动线夹具及其他机床夹具 7。本课题主要研究的是针对钻镗床设计的夹具，钻模的结构形式繁多，归类方法各异。按照钻模有夹具体，结合使用方面的特点，通常可分为以下五种形式 8： （ 1） 固定式钻模 这种钻模在使用时被固定在钻床工作台上，钻模的位置固定不动。它可用于立式钻床、摇臂钻床和多轴钻床上 9。 （ 2） 翻转式钻模 夹具整体在钻床工作台上翻转，顺序钻削各孔。主要用于加工中、小型工件分布在不同表面上的孔 10。 （ 3） 回转式钻模 其一般用于加工同一圆周上的平行孔系，或分布在圆周上的径向孔。一般为专用的工作夹具与标准回转台联合使用 11。 （ 4） 盖板式钻模 盖板式钻模是由钳工的划线样板演变来的，它没有夹具体。定位元件、导引元件和夹紧装置全部安装在钻模板上，使用时象盖子一样盖在工件加工部位 上，是最简单的一 种钻模 12。 （ 5） 滑柱式钻模 滑柱式钻模由标准通用底座为主体组成的钻模。该标准通用底座由升降钻模板、升降机机构和夹具体组成。它的结构已标准化，规格尺寸也系列化、可由制造部门预先批量生产备用 13。 孔加工中，需要加工中、小型零件分布在不同表面上的孔，同时在钻模设计中，常常遇到工件钻孔后需要孔口倒角或攻螺纹、或铰孔 :有的被加工孔为阶梯孔，有的工件孔组内孔距很小，小到不足以放置两个钻套 13。有的工件相当大，在同一表面上或几个平面上有位置要求的两个或多个孔组，孔组间的距离又很大。一般的钻模结构是很难或不能满 足其要求的 14。为加工上述类型的工件孔，我们采用钻模板可以翻转的结构形式，解决了上述难加工问题、使钻孔夹具结构变得简单、紧凑，既能保证质量，使用又方便，还提高了效率 15。这也就是本课题所设计的铰链式钻模。 内外相关研究情况 从文献上可见，从 80 年代中期开始，计算机辅助夹具设计（ 自动夹具设计（ 国际上普遍受到重视 18。其中随着 统在工业中的建立， 自然地应用到了夹具设计当中，而且由于夹具对制造成本和制造周期的影响非常大，研究人员才开始注意到 重要作用，并把缩短加工准备周期作为 一个重要目标 19。九十年代后发展起来的 向了以产品夹具结构为目的，实际生产应用为导向的夹具软件设计上。目前 发展大大降低了制造研制周期，优化了制造加工过程，验证了制造工艺流程，在 年来组合夹具系统的设计受到了夹具行业的普遍关注，并且在一些文献中对该领域的最新发展成果进行了回顾 20。 随着我国机床技术的发展，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用经济的方向发展 16。目前发展的成组技 术是应用系统工程学的观点，把中、小批生产中的设计制造和管理等方面作为一个生产系统整体，统一协调生产活动的各个方面，全面实施成组技术以提高综合经济效益，我国不少高等工业院校结合教学和科研工作，在成组技术基本理论及其应用方面、软件系统方面都开展了许多研究工作，并取得了不少成果 17。 究方法或措施 课题研究的主要内容 （ 1）以轴承盖为对象，对铰链式钻模板零件的工艺分析；铰链式钻模板工件的定位分析（自由度）； （ 2）铰链式钻模板零件工件定位误差计算；铰链式 钻模板工件夹紧力的分析 与计算； （ 3）铰链式钻模板零件夹具的工作原理；铰链式钻模板设计中存在的问题； （ 4）铰链式钻模板夹具装配工艺设计与仿真。 研究方案： 由于工作零件是轴承盖（如下图 1 所示）。 图 1 轴承盖 轴承盖孔如使用数控钻床加工，则结构复杂，定位困难，成本较高；而划线钻孔则效率较低，不能满足批量生产要求。为此，专门设计一种适用于大批量加工轴承盖孔的专用模具。设计两种对比方案进行对比 ： 究方案 及方法 （ 1）轴承盖钻模 见图 2，工件孔以定位销 1 定位。旋转手柄 6 使压板 5 绕支点 4 回转，而将工件的下部压紧在定位钉 7 上。当钻完孔再攻螺纹时应松开锁紧螺钉 3，翻起铰链钻模板 2。 1 定位销 2 铰链钻模板 3 锁紧螺钉 4 支点 5 压板 6 手柄 7 定位钉图 2 普通铰链式钻 （ 2）专用铰链式钻模 专用铰链式钻模如图 3 所示，可将轴承盖板固定在钻模当中，翻转两个铰链式钻模压紧之后，可以同时对多个钻孔进行加工。加工过程中不用多次移位，安装、拆卸 方便，有利于大批量进行加工。本夹具使用在摇臂钻床上，加工汽车变速箱上盖 、锪 12孔深 平面保证尺寸 工件放在两个圆柱销 2 上，前后移动工件使定位孔对准并滑进两个定位销。转动配气阀 手柄 10，压缩空气进入气缸右侧，推动活塞杆 7 向左移动，将工件以底面 及 22027.0，分别在五个支撑钉 3、圆柱销 1、削边销 4 上定位并夹紧。 装卸工件时，松开锁紧螺母 5 和 9，翻转铰链钻模板 6 和 8。 5 图 3 专用铰链式钻模 方案对比如下： 定位 夹紧 成本 效率 周期 生产 方案 1 加工时盖在工件上定位 结构简单，夹紧力不大 低 低 生产周期长 小 批量 方案 2 典型的一面两销定位 为了工件便于夹紧采用气动夹紧 高 高 生产周期短 大批量 方案对比表 1 综上所述，本次设计选用第二套方案。 期已开展工作 重点及难点： 设计出针对轴承盖为对象的铰链式钻模，并且分析和计算定位误差、夹紧力等，然后进行绘制 图，并对三维模型进行干涉及仿真检验。 前期已开展的工作： （ 1）查阅相关资料，阅读文献，对夹具设计背景初步了解； （ 2）初步了解常规夹具的设计及加工方法； （ 3）初步了解关于铰链式钻模 的一些相关知识； （ 4）学会运用 作图软件。 周次填写 ） 第 1 周第 3 周：查阅资料，完成文献综述和开题报告。 第 4 周第 7 周：工件的分析；定位分析（自由度）。 第 7 周第 9 周：铰链式钻模的工作原理；设计中存在的问题。 第 10 周第 13 周：铰链式钻模装配工艺设计与仿真。 第 14 周第 15 周：完成毕业论文。 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日 参考文献 1 吴拓 M2 朱大品 J3 蔡瑾，段国林，李翠玉；李德红 J2002， （ 10） :134 隋聚艳 势分析 J2009，（ 19） :85 朱耀祥，浦林祥 . 现代夹具设计手册 M2010，（ 2） :456 薛源顺 第二版 )M 7 刘友才 M348 法琴琴，杜继国，梁泉 J2011，（ 14） :2 9 张升殿，王昊奎 J1990，（ 05） :410 黎自芳 J1987，（ 11） :311 王艳红 J2009，（ 02） :112 田培棠；石晓辉；米林 M2011,1:413 袁晓斌 J1999，（ 12） :214 张约美 J2011,（ 9） :415 孙已德 M16 朱耀祥，融亦鸣 J 2000 ，（ 8）： 517 王后红 的翻转式钻模设计 J2011，（ 4） :1018 of J 0 16. 19 Y J 计与制造科学会议论文集（第一卷 ),2002. 20 of of J. (2010,(11): 4 - 5. 本科 毕业设计 (论文 ) 题目：铰链式钻模板夹具设计与装配工艺 规划 I 铰链式钻模板夹具设计与装配工艺规划 摘要 夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置，它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。本文以汽车变速箱上盖为工件，为其设计部分孔加工的铰链式钻模板。在设计过程中，对铰链式钻模板夹具进行了工艺分析，工件的定位分析，零件夹具定位误差计算，夹紧力的分析与计算，同时还对所设计的铰链式钻模板进行了维建模，并进行了虚拟装配与仿真。通过设计此汽车变速箱上盖铰链式钻模板，达到了设计要求，能够很好地结合摇臂钻床进行汽车变速箱上盖的部分孔的加工， 具备现代机床夹具所要求的高效化和精密化的特点，可以有效的减少工件加工的基本时间和辅助时间，大大提高了劳动生产力，从而可以有效地减轻工人的劳动强度和增加劳动效率。 关键词 ： 铰链钻模板； 模；工艺分析；误差计算 of he is to be to to it is to of on of In of of of d of of of of by It is so to as 要符号表 钻削力 安全系数 0d 钻头直径 b 应力 K 安全系数 F 摩擦系数 钻削力 径向分力 钻削力 轴向分力 支持力 a 应的力臂 b 应的力臂 实际所需夹紧力 W 理论夹紧力 B 基准不重合误差 Y 基准位移误差 D 定位误差 T 对刀误差 A 安装误差 J 夹具误差 G 加工方法误差 总 加工误差 B 工件厚度 H 钻套高度 h 排屑空间的高度 最大配合间隙 X 孔的偏移量 X K 加工尺寸 精度储备量 录 1 绪论 . 1 床夹具的发展概括 . 1 具的分类 . 1 按夹具的通用特性分类 . 2 按夹具的动力源分类 . 2 具的组成 . 3 具的特点 . 3 床夹具的发展方向 . 4 具的设计要点 . 5 2 钻床夹具的总体设计 . 6 具的 设计任务 . 6 具的设计步骤 . 6 床夹具的设计 . 8 定位元件的基本要求 . 9 位方案与定位元件 . 9 件的夹紧 . 9 紧方案的选择 . 10 夹具 钻削力 的计算 . 10 夹具 实际所需夹紧力的计算 . 12 夹具的夹紧装置与机构设计 . 15 3 钻床夹具体及夹具零件的设计 . 18 具体的要求 . 18 具体毛坯的类型 . 18 具钻模板以及钻套的设计 . 19 夹具钻模板设计 . 19 夹具 钻套设计 . 错误 !未定义书签。 夹具 钻模板和钻套的具体设计 . 22 座的尺寸确定及机构设计 . 23 紧气缸及其相应支撑零件的设计 . 26 链钻模的设计 . 27 4 夹具误差的计算 . 28 度尺寸公差 . 28 V 位误差的分析 . 28 件在夹具上加工的精度分析 . 29 链式夹具误差的计算 . 30 夹具误差的计算 . 30 保证加工精度的条件 . 32 5 铰链钻模板的虚拟装配与仿真 . 34 拟样机技术简介 . 34 维实体建模与虚拟装配 . 34 6 结论 . 38 参考文献 . 39 致谢 . 41 毕业设计（论文）知识产权声明 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文）独创性声明 . 错误 !未定义书签。 附录 1 . 42 1 1 绪论 床夹具的发展概括 夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。在我们实际生产中夹具的作用是将工件定位，以使加工工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧 1。 夹具最早出现在 18 世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔 3 4 年就要更新 50 80 左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 10 20 左右，为了适应科学技术的 快速发展，我们在短短几年内需更新大量的专用夹具，这样即提高了加工的成本，也造成了材料的浪费，为了减少这种情况，我们可以采用数控机床的柔性化制造技术 2。 近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统 （ 等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： （ 1） 能迅速方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； （ 2） 能装夹一组具有相似性特征的工件； （ 3） 能适用于精密加工的高精度机床夹具； （ 4） 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； （ 5） 采用以液压站等为动力源的高效夹紧装 置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率； （ 6） 提高机床夹具的标准化程度 3。 具的分类 夹具的种类很多，形状千差万别。为了设计、制造和管理的方便，往往按某一属性进行分类 4。 2 夹具的通用特性分类 目前中国常用夹具有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。 1） 通用夹具 通用夹具是指结构、尺寸已规格化，且具有一定通用性的夹具。其优点是适应性强、不需要调整或稍加调整即可装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。这类夹具已商品化。如三爪自定心卡盘、四爪单动卡 盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架、电磁吸盘等。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而减低生产成本。其缺点是夹具的加工精度不高，生产力较低且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。 2） 专用夹具 专用夹具是针对某一工件的某一道工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。特点是针对性强。适用与产品相对稳定、批量较大的生产中，可获得较高的生产率和加工精度。 3） 可调夹具 夹具的某些元件可调整或可更换，已适应多中工件的夹具，称为可调夹具。它还分通用可调夹具和成组夹具两类。 4） 组合夹具 组合夹 具是由可循环使用的标准夹具零部件（或专用零部件）组装成易于连接和拆卸的夹具。根据被加工零件的工艺要求可以很快地组装成专用夹具，夹具使用完毕，可以方便地拆开。夹具主要应用在单件，中、小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。 5） 自动线夹具 自动线夹具一般分为两种，一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工 5。 夹具的动力源分类 按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。为减轻劳动强度和确保安全生产，手动夹具应有扩力机构与自锁性能。常用的机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹具等。 上述各分类中：最常用的分类方法是，按通用，专用和组合进行分类 6。 3 具的组成 虽然夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。 a. 定位支承元件 定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主要功能元件之 一。定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。 b. 夹紧装置 夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不变。 c. 连接定向元件 这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。 d 对刀元件或导向元件 这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工正确位置的元件称为对刀元件，用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件。 e其它装置或元件 根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机 构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。 f 夹具体 夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。常用的夹具体为铸件结构、锻造结构、焊接结构和装配结构，形状有回转体形和底座形等形状。 上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分 7。 具的特点 （ 1） 保证工件的加工精度 专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸，公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。 （ 2） 提高生产效率 专业夹具的复杂程度要与工件的生产 纲领相适应，应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的高效夹紧装置，以缩短辅助时间，以提高生产效率。 4 （ 3） 工艺性好 专用夹具的结构简单，合理，便于加工，装配，检验和维修。专用夹具的生产属于小批量生产。 （ 4） 使用性好 专用夹具的操作应简单，省力，安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑机构。 （ 5） 经济型好 除考虑专用夹具本身结构简单，标准化程度高，成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益 8。 床夹具的发展方向 现代机床夹具的发展方向：主要表现为标 准化、精密化、高效化、柔性化和模块化等五个方面。 (1) 标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准： 2148 91 以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 (2) 精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达 用于精密车削的高 精度三爪自定心卡盘，其定心精度为 5m。 (3) 高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高 5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为 9000r/而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了 各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。 (4) 柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批 5 量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向 。 (5) 模块化 模块化的设计省时、节能，体现在各种先进夹具的系统中，为夹具的计算机辅助设计与组装打下了坚实的基础，应用 术，可建立元件库、典型夹具库和用户使用档案库，可进行夹具优化设计，进行夹具的三维实体组装。模拟仿真刀具的切削过程，为用户提供正确、合理的配套方案，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统 9。 具的设计要点 确定各表面加工方案，在选择各表面孔的加工方法时，需综合考虑以下因素： （ 1） 要考虑各表面的精度和质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。 （ 2）根据生产类型来选择，在大批量生产中可使用专用的高效率的设备；在单件小批量生产中则使用常用设备和一般加工方法。 （ 3）要考虑被加工材料的性质。 （ 4）要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有的加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。 （ 5）此外，还要考虑一些其他因素，如加工表面的物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等 10。 6 2 钻床夹具的总体设计 具的 设计任务 本设计的主要任务是设计一个 铰链式钻模板夹具 ， 主要包括： 加工汽车变速箱 上盖 10 、锪 12孔深 纹底孔 平面保证尺寸 了使钻孔的位置精确，必须对零件进行固定定位，提高加工精度，使之满足使用要求。专用夹具设计，方便加工及装卸，节省时间，提高工作效率。被加工零件图 示： 图 被加工零件及需要加工的孔 考虑到变速箱上盖的生产类型是大批量生产，结构形状较为复杂， 制造精度不高，几何尺寸也比较大，以及考虑到生产经济性。 所以其毛坯的材料选用容易成型，吸震性好，加工工艺性好和成本低的灰口铸铁 如图 示，根据设计要求，可知钻孔应为此零件最后的加工工序，之前已经对次毛坯进行了一定的粗加工与精加工。在设计夹具时，应该选在好基准，在保证孔的形状公差时，还行保准其位置公差。 具的设计步骤 7 （ 1） 明确设计任务书与收集设计材料 夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内 容主要是了解工件的特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。 其次是根据设计任务书收集有关材料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和装订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计样图，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。 （ 2） 拟定夹具结构方案与绘制夹具草图 确定工件的定位方案，设计定位装置。 确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。 确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。 确定夹具与机床的连接方 式，设计连接元件及安装基面。 确定和设计其它装置及元件的结构型式，如分度装置、定位装置及吊装元件等。 确定夹具体的结构型式及夹具在机床上的安装方式。 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。 （ 3） 进行必要的分析计算 工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较好的方案。 （ 4） 审查方案与改进设计 夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。 （ 5）绘制 夹具装配总图 夹具的总装配图应按国家标准绘制。绘图比例尽量采用 1:1. 主视图按夹具面对操作者的反向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。 夹具总图的绘制次序如下： 用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具的线条。 依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。 标注必要的尺寸、公差和技术要求。 8 编制夹具明细表及标题栏 。 完整的夹具装配总图可参阅夹 具图册。 （ 6） 绘制夹具零件图 夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求 11。 床夹具的设计 初步设计 铰链式钻模板夹具 如图 示。 图 铰链式夹具钻模板 在使用时 工件放到两个圆柱销 1 上，前后移动工件使定位孔对准并滑进定位销。转动配气阀手柄 26，压缩空气进入气缸右侧，推动活塞杆 24 向左移动，将工件以地面及 2，分别在五个支承钉 3、圆柱销 1、 削边销 12 上定位并夹紧。 装卸工件时，松开锁紧螺母 10，翻转铰链钻摸板 9 和 17。 重复以上动作即可实现一整套工序。 9 定位元件的基本要求 （ 1） 足够的精度 由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的，定位元件上限位基面的精度直接影响工件的定位精度，因此，限位基面应有足够的精度，以适应加工的要求。 （ 2） 足够的强度和刚度 定位元件不仅限制工件的自由度，还 能起到 支撑元件、承受夹紧力和切削力的作用，因此，因有足够的强度和刚度，以免使用中变形或损毁。 （ 3） 耐磨性好 工件 的装卸会磨损定位元件的限位基面，导致定位精度下降。定位精度下降到一定程度时，定位元件必须更换，否则，夹具不能继续使用。为了延长定位元件的更换周期，提高夹具的使用寿命，定位元件应有较好的耐磨性。 （ 4） 工艺性好 定位元件的结构应力求简单、合理，便于加工、装配和更换 12。 位方案与定位元件 工件在夹具中定位的任务是：使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置，工件位置的正确与否，用加工要求来衡量，能满足加工要求的为正确，不能满足加工要求的为不正确。一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在 夹具中占据的位置不可能完全一致，也不必要求它们完全一致，但各个工件的位置变动量必须控制在加工误差所允许的范围之内 13。 该设计为了满足钻孔的需要，在定位过程中需要保证零件的上下表面与水平面垂直， 10、 中心线与水平面垂直，保证这两个孔的垂直度。由于定位基准为夹具的下平面，这就要保证夹具侧壁与地面的垂直度，进而保证零件地面与夹具侧板的平行度。 件的 夹紧 对夹紧装置的基本要求： （ 1） 夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。 （ 2） 夹紧力的大小适当，一批工件的夹紧力要稳定 不变。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要是工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。 （ 3） 夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。工件生产批量越大，允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。 10 （ 4） 工艺性好，使用性好。其结构力求简单，便于制造和维修。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力 14。 在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则 15： （ 1） 工件不移动原则 夹紧过程 中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。 （ 2） 工件不变形原则 夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。 （ 3） 工件不振动原则 对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。 （ 4） 安全可靠原则 夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。 （ 5） 经济实用原则 夹 紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。 夹紧机构 ： 传递夹紧力，它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。要使动力装置所产生的力或人力正确地作用到工件上，需有适当的传递机构。在工件夹紧过程中起力的传递作用的机构，称为夹紧机构 16。 夹紧机构在传递力的过程中，能根据需要改变力的大小、方向和作用点。手动夹具的夹紧机构还应具有良好的自锁性能，以保证人力的作用停止后，仍能可靠地夹紧工件 17。 紧方案的选择 本设计是一个钻床夹具，加工五个孔，由于钻孔精度要求较高，必须保证在钻孔过程零件保持不动，所以必须设计夹紧装置。根据题目所需，在毕业设计过程中，设计过两种夹紧方案，现在分析两种方案的优劣，选择更适合的一种。 首先计算钻孔的切削力，然后计算实际夹紧力。 具 钻削力 的计算 需要钻孔零件的材料为 性能 130b M P a 。 11 采用的是高速钢钻头 进行钻孔。查 设计手册 可以 得 到钻削力 计算公式 18： （ 式中 ：钻削力（ N）； 安全系数； 0d 钻头直径（ ； 、系数，由被加工的材料性质和钻削条件决定 19。 （ 1） 对于钻 ，由文献查表得安全系数 20为： , kk 90( p （ 所以 ： 90170( (5 9 029 0( a x ( ： 1.1所以钻削力为： (同理，查其它 参数得： 4 2 0 , 0 . 8 , 18 . 4 , 0 . 3F f F f F 所以 ： 0 . 8 18 . 4 4 2 0 8 . 4 0 . 3 1 . 2 1 . 2 1 . 1 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 1 1 2 5 9 同理对于 钻 10孔 计算过程与计算 钻 相同 ， 因此 计算钻削力 为： 0 . 8 110 4 2 0 1 0 0 . 3 1 . 2 1 . 2 1 . 1 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 1 1 4 4 8f 同理 对于锪 12孔，计算钻削力为： 0 . 8 112 4 2 0 1 2 0 . 3 1 . 2 1 . 2 1 . 1 5 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 1 1 6 7 5 12 具 实际所需夹紧力的计算 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。根据工件受切削力、夹紧力（大型工件还应考虑工件重力，运动的工件还应考虑惯性力等）的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力 21。最后为保证夹紧可靠，再乘以 安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： (式中 ： 实际所需夹紧力（ N）； W 在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力（ N）； K 安全系数 22。 安 全系数 K 可按下试计算： 6543210 （ 式中，60 23，如表 示： 表 安全系数60 符号 考虑的因素 系数值 0K 考虑工件材料及加工余量均匀性的安全系数 K 加工性质 粗加工 K 精加工 K 刀具钝化程度（详见表 3） K 切削特点 连续切削 续切削 K 夹紧力的稳定性 手动夹紧 动夹紧 K 手动夹紧的手柄位置 操作方便 作不方便 K 仅有力矩使工件回转时，工件与支撑面接触的情况 接触点稳定 触点不稳定 安全系数 2K 加工方法 切削力分力情况 K 钻削 铸铁 钢 13 粗扩（毛坯） F 扩 F 车或粗镗 F .4 车或精镗 F 周铣削 （粗、精） 端面铣削 （粗、精） 磨削 削 F 据所设计钻模板，对工件受力进行分析，同时 做工件的受力分析图，示。 14 图 零件受力分析图 在进行钻孔时， 由于摇臂钻床 每次只能钻一个孔， 因此 图所示的 实只能同时存在一对。对于 大小和方向不变 ，方向均为竖直向下。 对于大小不变，方向圆周变化 。由受力分析图可知， 当 W 方向相反时，钻削力的分量会与夹紧力相反，此时应 最为危险，因此对图 力的平衡关系式： 2 2 2 FF a F b 钻 孔（ 中： f摩擦系数； a应的力臂； b应的力臂。 计算， 时需要的夹紧力。此时 1259 孔， a=b=166 支承板对工件的 摩擦系数： 0 . 1 0 . 4 , 0 . 2取 将所得数据带入方程组，得： W=15 同理，因为在加工 10孔时与在加工 12时在同一个位置，因此只需要的计算在加工 12紧力即可。此时 1675 孔， a=97mm，b=18 将数据带入方程组，得： W=为加工 12紧力大于加工 时的夹紧力。因此，以加工12所需的夹紧力作为最 终的夹紧力。 根据表 以 得出 ： 1 7 8 6 . 4 1 . 2 1 . 0 1 . 0 1 . 1 1 . 0 1 . 0 1 . 0 2 3 5 8 . 0 4 K N 因此，实际所需夹紧力为 具的夹紧装
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