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内容简介：

油缸后座专用回转钻模设计摘要本设计是为加工油缸后座上的两个M181.5的螺纹孔而设计的专用夹具回转钻模。由零件图可知，这两对孔是在同一个圆周上，并且是大小和深度一样的孔，也就是它们的加工工艺相同，为了获得更好的位置度，提高加工质量，降低工人劳动强度，提高生产效率，该夹具应具备在一次装夹中，完成多工步加工，由以上的特殊性，经过多方面的考虑，确定了回转钻模的方案。 为提高夹具装置的通用性、提高夹具的制作效率和降低制作成本，夹具设计成了模块结构，夹具的本体、回转装置、分度装置、定位装置、夹紧装置、引导装置都分开设计，对于同批次不同型号工件的加工，只需更换其中一些模块就可以实现。主要的设计任务放在工件的定位和夹紧部分，对各个定位和夹紧元件进行了具体的分析和设计，对于定位夹紧部分的特殊需求对通用部分进行了改装。最后，对关键零件进行了相关强度和误差计算和整体的结构分析和误差计算。关键词：钻床夹具，回转钻模，回转装置，油缸后座，工步THE DESIGN OF SPECIAL TURNING JIG FOR CYLINDER BACK SEATABSTRACTThis design is a special turning jig of drill which is used to process a couple of holes on cylinder back seat. The couple of holes on the same circle with the same size and depth, so they have the same processing craft. In order to get a good position performance, improve the quality of processing, reduce workers labor intensity, the special turning jig must have the ability to do several process in one assemble. Considering in many aspects, I confirmed the scheme of turning jig.In order to improve the commonablity , the produce efficiency of the jig and reduce the cost of manufacturing, this jig is designed to be module structure, jigs pedestal, turning device, dividing device, localization device, clamp device, leading device are designed separately. When process different types of workpieces, you only need to change some modules. The main work takes place on the localization and clamp device. Finally, I made some intensity and error calculate for the key part and analyze the structure of the whole.KEY WORDS：drilling jig, turning jig of drill, turning jig, cylinder back seat，working procedure目 录前 言1第1章工件图及设计任务书51.1 设计课题51.2设计任务及工件分析51.3加工方法6第2章零件加工工艺性分析及工艺方案的确定92.1定位方案确定及定位元件选择92.1.1定位方案选择92.1.2定位元件确定102.1.3定位装置设计112.2 夹紧方案确定及夹紧机构选择122.2.1夹紧方案确定122.2.2夹紧机构选择132.2.3加工顺序确定142.3分度装置设计142.3.1分度装置简介142.3.2分度装置工作原理142.4引导装置设计152.5蜗轮蜗杆设计162.6夹具体设计172.7轴的设计18第3章夹具装配总图的绘制193.1绘制总装图注意事项193.2总装图的绘制193.3查看图画213.4尺寸标注22第4章夹具的设计和计算254.1定位平面的设计254.2 定位芯轴的设计264.3 夹紧力的计算264.4 回转装置的轴的校核28第5章夹具的结构分析和误差分析30结 论31参考文献32致谢3331前 言制造业是一个国家经济发展的重要支柱，是一个国家经济的命脉，其整体能力和发展水平标志着一个国家的经济实力、国防实力、科技水平和生活水准，也决定着一个国家，特别是发展中国家实现现代化和民族复兴的进程。没有强大的制造业，一个国家将无法实现经济快速、健康、稳定的发展。随着科学技术的巨大进步，特别是近年来，数控机床、加工中心、柔性制造系统等新技术的应用，这使以现有机床为主要的加工设备的工厂带来了很大的挑战，为了实现新老机床的过度，机床夹具的应用也越来越广泛。一、机床夹具概述 在机床上加工工件时，为了使工件在该工序所加工的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面间的相互位置等技术要求，在开动机床进行加工前必须首先将工件夹牢。机械加工中，在机床上用以确定工件位置并将其夹紧的工艺装备称为机床夹具（简称为夹具）。二、机床夹具的功用一般情况下机床夹具的功用有以下几点： 保证被加工面的位置精度。采用夹具装夹工件，可以准确确定工件与刀具、机床之间的相对位置，因而能比较可靠、稳定地获得较高的位置精度。 提高劳动生产率。采用夹具后，可以省去对工件逐个找正和对刀，使辅助时间显著减少。另外，用夹具装夹工件，比较容易实现多件、多工位加工，以及使机动时间与辅助时间重合等。当采用机械化、自动化程度较高的夹具时，可进一步减少辅助时间，从而可以大大以高劳动生产率。 扩大机床的使用范围。在机床上配备专用夹具，可以使机床的使用范围扩大。如:在车床床鞍上或摇臂钻床工作台上安放镗模后，可以进行箱体孔系的镗削加工，使车床钻床具有镗床的功能。 降低对工人的技术要求和减轻工人的劳动强度。降低成本，提高产品质量等都具有十分重要的意义。三、夹具的组成根据夹具的作用，其结构常由以下几部分组成；(1)、定位元件或定位装置它是用于确定工件在夹具中获得止确位置的元件或装置。(2)、夹紧元件或夹紧装置它是用于夹紧工件，使工件在受到外力作用后，仍能保持其既定位置的元件或装置。(3)、对刀元件和引导元件它是用于确定或引导刀具使其与夹具的定位元件保持某一正确的相互位置关系的元件。(4)、连接元件它是用于保证夹具与机床间相互安装位置的元件。(5)、夹具体它是用于连接夹具各组成部分，使之成为一个整体的基础件。(6)、其它元件及装置根据工件加工要求，有些夹具除上述组成部分外，还需设置其它元件或装置，如分度装置、某些夹具的靠模装置、工件抬起装置等。以上组成部分，并非所有机床夹具都缺一不可。但是，通常定位、夹紧和夹具体三部分是夹具的主要组成部分。四、夹具的分类随着机械制造发展的需要，新型的夹具结构不断出现，夹具的形式愈来愈多。为了掌握各种夹具的工作特点和基本设计方法，也为了便于工厂的技术管理工作，有必要对夹具进行分类，可按夹具的应用范围分，也可按所使用的动力源进行分。下面对按夹具应用范围分类的各类夹具的特点作一个简要的介绍。1、通用夹具通用夹具是指在一般通用机床上所附有的一些使用性能较广泛的夹具，如车、磨床上的三爪和四爪卡盘、顶针和鸡心夹头，铣、刨床上的平口钳、分度头和回转工作台等。它在使用上有很大的通用性，往往无需调整或稍加调整(包括配换个别零件)就可用于装夹不同的工件，这类夹具一般己标准化，并由专业工厂生产作为机床附件供用户使用。通用夹具主要用于单件和中、小批量生产，装夹形状比较简单和加工精度要求不太高的工件。在大批、大量生产中，对形状复杂或加工精度要求较高的工件，往往由于操作麻烦和装夹效率低而很少采用这类夹具。2、专用夹具专用夹具是指专门为某一类工件的某一工序设计的夹具。此类夹具一般不考虑通用性，以便使夹具设计结构简单、紧凑、操作迅速和维修方便。专用夹具通常由使用厂根据工件的加工要求自行设计与制造，生产准备周期较长。当生产的产品或零件工艺过程变更时，往往无法继续使用，故此类夹具只适于在产品固定和工艺过程稳定的大批量生产中使用。3、成组夹具在生产中，有时由于加工批量较小，为每种零件都分别设计专用夹具很不经济，而使用通用夹具又往往不能满足加工精度和生产率的要求，故而采用成组加工工艺，并根据组内的典型代表零件设计成组夹具。这类夹具在使用时，只需对夹具上的部分定位、夹紧元件等进行调整或更换，就可用于组内不同工件的加工。4、组合夹具在长期的生产实践中，人们对可调整夹具、成组夹具进行了分析和总结从而产生了将所有夹具元件都变成可调换的标准件，按搭“积木”的方法组成各种夹具的设想。经过反复试验、修改和归纳，发展成为现在的组合夹具。5、自动线夹具五、夹具设计的基本要求夹具设计的原则是经济和通用，它可以概括为“好用、好造、好修”这6个字，其中好用是主要的，但好用也必须以不脱离生产现场的实际制造和维修水平为前提。具体要求为：1、夹具的构造应与其用途和生产规模相适应。正确处理好质量、效率、方便性与经济性四者的关系；2、保证工件精度；3、保证使用方便。要便于装卸、便于夹紧、便于调整、便于测量、便于观察、便于排屑排液、便于安装运输、保证安全第一；4、注意结构工艺性，对加工、装配、检验和维修等问题应通盘考虑，以降低制造成本。随着科学技术的巨大进步，特别是近年来，数控机床、加工中心、柔性制造系统等新技术的应用，传统的夹具设计方式不能满足现代制造系统灵活、快速的要求。对夹具提出了新要求，也促使夹具向着精密化、高效化、柔性化、标准化和模块化等方向发展。第1章 工件图及设计任务1.1 设计课题课题名称：左油缸后座零件专用夹具设计生产批量：大批量设计零件如图1-1所示图1-1 左油缸后座零件图1.2 设计任务及工件分析要求加工图1-1所示两个M181.5的螺纹孔以及内部两个孔4和6。分析工件（图1-1），依据油缸后座的结构形式，以及两个孔位置分布，由于两孔分布在同一圆周上，可以考虑用翻到式钻模或回转式钻模，对于此工件，质量大约18kg，如采用翻转式钻模的结构，会使机床工作台的磨损加剧，且操作繁重，故不宜采用翻转式钻模。如采用回转式钻模，需考虑夹具的回转部件对回转中心轴线的 平衡问题，由于此工件是近似对称结构，只要装在平衡的夹具回转中心线上就能解决平衡问题。因此采用回转式钻模，回转轴线为图1-1所示水平方向轴线。因为工件为大批量生产，故其要求夹具装夹工件应方便、省力省时、易于操作且自动化程度高。根据图示尺寸、位置精度要求以及对夹具所应具有的特点，查阅机械设计、夹具设计手册，分析选用最适合该工件的定位元件和夹紧元件，确定其它装置及元件的结构形式，如对刀、导向装置、分度装置等。进行油缸后座零件专用夹具的定位机构设计、夹紧机构设计、分度装置设计以及精度分析。确定夹具在机床上的安装形式，在保证加工要求、精度要求的前提下，尽可能的减小误差，使夹具结构简单化。进行各结构装置的数值计算，掌握工程设计一般的设计流程、方法和技巧，根据设计方案夹具的结构形式，初步画出结构草图。在定位、夹紧、分度等其它引导装置分析确定后，绘制夹具总装图，以及各零部件图，把所设计夹具清晰明确的表达出来。最后完成不少于12000字的设计说明书，及不低于三张A0图纸的画图量。1.3 加工方法本设计是对油缸后座几个孔的加工，使用的机床是Z3040-10摇臂钻床，各项技术参数如表1-1所示：表1-1 Z3040钻床主要技术参数主要技术参数Z304010最大钻孔直径（在抗拉强度为0-60公斤/毫米的钢材上）40mm主轴中心至立柱母线距离215-965mm主轴下端面至底座工作面距离300-1000mm摇臂回转角度700mm摇臂回转角度180主轴孔锥度Morse No.4主轴转速范围及级数50-2350r/min12classes进给量范围及级数0.04-3.2mm/r4classes主轴行程250mm主电机功率3Kw机床重量1600Kg底座的工作面积1050650mm工作台的工作面450450mm机床最大轮廓尺寸18058002320mm由分析，钻削与其他加工方法相比，切削条件较差，因钻孔刀具的结构较复杂、轴向抗力大，切削过程中工艺系统刚度差，且难可靠地传送切削液和顺利排屑，使钻孔质量难以稳定。钻床夹具主要任务是保证刀具旋转轴线对工件定位表面有正确的位置关系，根据工件的形状结构和几何尺寸及工艺特性，选择相应的钻模可以保证产品精度和生产率。设计钻床夹具时就满足以下要求： 正确地将工件对刀具定位。 加工时可靠地夹紧和牢固支承工件。 给予刀具导向。 夹具在机床上找正并固定。 刀具折断最少，寿命最长。 人为误差的可能性最少。 便于技术等级不高的工人操作，减少作业时间。五、本文的主要研究目的和内容安排将对具体的工件设计一个夹具，这个夹具将是通用装置和专用夹具的结合，设计的布件较少，可以提高设计的效率，给生产带来众多的方便和效益。本文主要包括以下几部分内容： 定位结构的设计； 夹紧和导向机构的设计； 回转装置的设计； 夹具的总体设计； 总图设计； 夹具的结构分析和误差分析；第2章 零件加工工艺性分析及工艺方案确定2.1 定位方案确定及定位元件选择2.1.1 定位方案的选择工件在夹具中定位的任务是使同一工序所有工件都能在夹具中占据正确的位置。应用“六点定位规则”来分析判断工件的定位，其实质是限制工件的自由度。一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具中的位置不可能完全一致，但各个工件的位置变动量必须控制在加工要求所允许的范围之内。因此，定位方案是否合理，将直接影响加工质量，同时，它还是夹具上其他装置的设计依据。工件定位的任务就是根据加工要求限制工件的部分或全部自由度。工件的六点定位原理是指用合理分布的六个支撑点去限制工件的六个自由度，使工件在空间得到唯一确定的位置的方法。工件的定位分为完全定位（即工件的六个自由度完全被限制的定位）、不完全定位（根据加工要求，并不需要限制工件的全部自由度的定位）、欠定位（根据加工要求，工件应该限制的自由度未被限制）和过定位（同一自由度被两个或两个以上的支撑点重复限制的定位方式）四种。由图1-1所示，加工其上的两个螺纹孔以及内部4、6两孔，确定用Z3040摇臂钻床加工，显然，工件需要完全定位，即工件的六个自由度应被完全限制。分析零件图1-1，初步确定以下两种定位方案：方案一：用一短圆柱销插入62的孔中，限制两个自由度，即X、Y方向的移动，再在88的柱形端面用一平面做一面定位限制三个自由度，即Z轴的移动、Y轴、Z轴的转动，最后用一支撑钉定位限制X轴的转动，如图2-1（a）所示：方案二：因为30孔轴线和M18轴线有尺寸要求，故考虑用30孔中插芯轴来定位，细长轴只限制4个自由度（2移动2转动），剩下用两个小平面限制一个移动一个转动。如图2-1（b）所示：图2-1 定位方案简图当工件以经过机械加工后的基准平面定位时，定位误差比较小，可以直接放在平面上定位。比较以上两种定位方案，方案二夹具结构复杂，且62H8圆柱面表面光洁度要好于51且有公差要求故用62H8，定位精度高，故选用第方案(a)。2.1.2 定位元件的确定1) 62短圆柱销由零件图1-1知，62孔的深度为11，短圆柱销的长度应为2l3，即（2113），故取短柱销的长度为7，查标准62的短圆柱销，无标准件，又考虑其总体结构，88圆柱端面与62孔相邻，故将其定位销轴与定位面做为一体，又为方便其定位装置与图2-2 定位销轴简图分度盘的安装，其结构如图2-2所示： 2) 支撑块的选择由图1-1所示零件图分析，该支撑钉既可起定图位，又能做辅助支撑，抵削部分鉆削力，根据其作用及定位支撑方面的作用，结构设计如图2-3(a)、(b)所示：图2-3 支撑块简图因为支撑点所在面为一平面，且零件已经经过精加工，表面精度也比较高，考虑到切削力的影响，故用方头支撑钉效果会更好，因此选用方案(a)。2.1.3 定位装置的设计图2-4 定位装置简图1定位销轴 2-连接螺钉 3支撑块 4-螺钉图2-4中3为支承块，用螺钉4安装在分度盘上，用两个销钉来定位。支承块左侧有螺纹孔，装连接螺钉2，螺钉前面装定位元件1，用平限制工件绕回转轴线方向转动的自由度。支承板通过螺钉的定位销连接在分度盘上，右边的平面的圆台组成短销大平面结构，限制了5个自由度。这样就实现了工件的定位，接下来要考虑的就是工件的夹紧了。2.2 夹紧方案确定及夹紧机构选择2.2.1 夹紧方案的确定工件在夹具中定位后，由夹紧装置将工件夹紧。夹紧装置由动力装置、夹紧元件和中间传力机构组成。1）夹具对夹紧机构的基本要求： 夹紧装置在夹紧过程中，不破坏工件定位后所占据的正确位置。 夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面或使工件产生过大的夹紧变形。 操作安全省力。 结构应尽量简单，便于制造、维修。2）夹紧力的作用点的选择： 夹紧力的作用点应正对定位元件或定位元件所形成的支撑面内。 夹紧力的作用点应位于工件刚度较好的部位。 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，使夹紧稳固可靠。3）夹紧力方向的选择： 夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基面。 夹紧力的作用方向尽可能与切削力、工件重力、及工件刚度最大的方向一致，以减少所需夹紧力及工件的变形。根据以上定位方案以及夹具对夹紧机构的要求，工件的夹紧只能在回转中心方向上用压板压紧，工件此部分为两圆柱面和一凹槽，在圆柱面上夹紧只能在径向夹紧，不然会出现夹紧不可靠，而且，由于圆柱面太窄，且分面于两侧，没必要用两个压板或设计一个较大的压板，故在凹槽（图2-1中A面）处夹紧。这样，又有新的问题出现：用一般的压板，在凹槽中间使用时，不能左右移动，不方便使用，设计成可以抽取的压板是非常必要的，压板结构如图2-5所示，螺钉穿在中间孔中，装工件时先稍松螺钉，放上工件后，将压板拉到工件的位置拧紧螺钉。螺钉在孔中移动，相应的在压板的后边部分也要设计出一个长凹槽，使调节支承也能在其中移动。图2-5 压板简图2.2.2 夹紧机构的选择夹紧机构的种类很多，但其结构大部分都以斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础，这三种机构称为基本夹紧机构，初步选用偏心夹紧机构和螺旋夹紧机构，如图2-6(a)、(b)所示。图2-6夹紧机构简图1螺母 2压板 3调节支撑上述两种夹紧机构都是应用斜面原理以增大夹紧力。但扩力比各不相同，最大的是螺旋压板夹紧机构。在使用性能方面，螺旋压板夹紧机构的工作行程不受限制，夹紧可靠，机构设计较为简单，但夹紧费时；圆偏心夹紧机构虽夹紧迅速，但工作行程小，自锁性能较差比较以上两种夹紧机构，螺旋夹紧机构因其结构简单且工作行程大的优点而被选用。1）螺旋压板夹紧机构简介用螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构称为螺旋夹紧机构。它结构简单，容易制造。由于螺旋升脚小，其自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都比较大，广泛的应用在手动夹具中。其结构简图如图2-6甲所示。2）螺旋压板夹紧机构工作原理拧动螺母1通过压板4压紧工件表面，采用螺旋压板组合夹紧时，由于被压紧表面的高度尺寸有误差，压板位置不可能一直保持水平，在螺母端面和压板之间设置球面垫圈2和锥面垫圈3，可防止在压板倾斜时，螺栓不至受弯矩作用而破坏。2.2.3 加工顺序如先加工图1-1所示甲处孔，则会引定位元件与夹紧元件相互干涉，影响其定位，故加工乙处孔。2.3 分度装置设计2.3.1 分度装置简介在机械加工中，往往会遇到一些工件要求在夹具的一次安装中加工一组表面（孔系、槽系或多面体等），并且此组表面是按照一定的角度或距离分布的。这样便要求该夹具在加工过程中具有分度功能。即当工件在加工好一个表面后，应使夹具的某些部分连同工件转过一定的角度或移动一定距离。使工件在一次装夹中，每加工完一个表面之后，通过夹具上的可移动部分连同工件一起转动一定的角度或移动一定的距离，以改变工件加工位置的装置，称为分度装置。分度装置能使工件加工工序集中，减少安装次数，从而减轻劳动强度和提高生产率，广泛的用于钻、铣、车、镗等加工中。分度装置可以分为两类：回转分度装置和卧式分度装置。回转分度装置按其回转轴的位置，可分为立轴式、卧轴式和斜轴式三种。根据零件加工要求选用Z3040摇臂钻床，卧式轴向分度钻模。2.3.2 工作原理通过转动手柄，带动蜗杆转动，经过蜗杆、蜗轮的啮合传动及蜗轮和齿条的啮合传动，将转动转换为直线运动。工件分度时：拔出拨销，转动分度装置带动工件一起转过90，此时拨销应对准下一个定位套，将拨销插入，实现分度定位，然后拧紧手柄，锁紧分度盘，即可加工工件上另外一个孔。 因为工件需加工的位置分布在夹角为90度的圆弧上，因此分度装置只需留出两个定位孔实现分度即可。夹具本体上也设计了装定位销的地方，定位销的位置应和定位孔的位置相适应。分度盘如图2-7所示：图2-7 分度盘简图图2-7中距中心X-80,Y-105的孔即为定位孔。分度盘上左边和上边的孔分别为M10螺纹孔和6销孔，用来装钻模板；下边的M10螺纹孔和6销孔，用来装支承块（支承块将在下文详细说明）；右侧两个M12的螺纹孔用来装夹紧机构。2.4 引导装置设计2.4.1 钻套的选用在钻、镗等孔加工夹具中，常用引导元件来保证孔加工的正确位置，常用的引导元件主要有钻床夹具中的钻套、镗床夹具中的镗套等。该零件在加工其上M18X1.5的螺纹孔中，为确定钻头、铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工中发生偏斜，故应使用引导元件钻套。钻套又分为固定钻套、可换钻套、快换钻套以及专用钻套等。固定钻套直接被压装在钻模板上，其位置精度高，但磨损后不易更换。可换钻套常用在成批生产、大量生产中，为便于更换钻套，采用可换钻套，钻套装在衬套中，衬套压装在钻模板中。在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或螺纹等多工步加工中，需使用不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套。该钻孔、攻螺纹加工，需要不同孔径的刀具，依次进行钻、扩、铰及攻螺纹多个工步，因此，选用快换钻套。查表可知：加工M181.5的螺纹孔，钻孔最终尺寸为16.5，故初选麻花钻直径为16，扩孔刀具直径为16.4，铰刀直径为16.5，再用丝锥攻丝。钻扩F7，粗铰G7，精铰G6.根据d=16,依据GB/T2268-91，由于钻套的导向部分高度尺寸H越大，刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦也会随着H的增大而增大，一般取H =（1-2.5）D孔径小，精度高时，H取较大值，故取H=45，又为方便排屑，钻套下端与被加工工件间应留有适当的距离s，称为排屑间隙。H太大会影响钻套对钻头的导向作用，影响加工精度，加工钢件时s =（0.7-1.5）D;加工铸铁时s =（0.3-0.4）D，故取s=20，初选D=26， =39, = 35,H=45,h=12,=5.6,r=26,m=14.5,=55，t=0.012，配用钻套螺钉为M8。2.5 蜗杆蜗轮设计蜗杆：根据传动效率要求以及加工难易程度取蜗杆的头数=2。蜗轮：为防止蜗轮滚刀切制蜗轮时产生根切与干涉，理论上应使Z17，但当Z26时，啮合区明显减小，影响传动的平稳性，而在Z30时，则可始终保持有两对以上的齿啮合，所以常规定Z大于28，对于动力传动，Z一般不大于80，这是由于当蜗杆直径不变时，Z越大模数越小，将使轮齿的弯曲强度变弱；当模数不变时，蜗轮尺寸将增大，使相啮合的蜗杆支撑间距加长，将降低蜗杆的弯曲强度，易产生扰曲而影响正常啮合，参照机械设计P245表11-1，选用蜗轮齿数Z=29，m=2的蜗轮，其主要技术参数如下表2-2所示：表2-2 蜗轮、蜗杆主要技术参数2.6 夹具体设计夹具体的结构简图如2-8所示，这是一个单柱回转钻模，靠螺钉安装在钻床工作台上，没有配重装置，只可以加工一些重量比较轻零件和使用较轻的分度和定位装置，如果要加工重量大的零件，则需用长的回转轴，在后部加配重，以防止重心过分偏离底座中心而导致夹具倾覆或受力过大而损坏。图2-8 夹具体结构图2.7 轴的设计根据夹具体结构，初步设计轴的结构形式如图2-9所示：图2-9 轴结构简图第3章 夹具装配总图的绘制3.1 绘制总装图注意事项当选定了结构，绘出草图后，经审定即可正式绘制夹具总装图。绘制夹具总装图时应注意几个问题。绘制总装图时除，除应遵循机械制图所规定的一切外，还应注意到夹具设计中的一些习惯与规定如下： 比例应尽可能采用1:1，以求直观而不产生错觉。 被加工工件，应用双点画线表示，在图中做透明体处理，它不影响夹具元件的投影。工件在图中只需表示其轮廓及主要表面（如定位面、夹紧表面、本工序的加工表面等）。加工表面的加工余量可以用虚线表示。 视图的选择，其多少应以能完整、清晰地表示出整个结构为原则。为直观起见，一般常以操作者在加工时所对的视图为主视图。 工件在夹具中处于夹紧状态。 对某些在使用中位置可能变化，且范围较大的元件，如夹紧手柄或其他移动或转动元件，必要时应以双点画线局部的表示出其极限位置，以便于检查是否会与其他元件、部件或机床、刀具等发生干涉。 对于铣夹具，应将刀具与刀杆用双点画线局部表示出，以检查运行时，刀具、刀杆与夹具是否发生干涉。3.2 总装图的绘制 1) 按工件所处的加工位置，绘出工件轮廓图画出定位基准，即绘制出88的圆周再画工件外轮廓及加工部位。2) 绘制定位装置，即绘制定位平面、芯轴和销钉定位平面为六块支承板均布在65mm的圆周上，用于定位工件的基准面，芯轴用于定位62的孔，销钉限制在10孔，这样就实现了完全定位。3) 按所考虑的夹紧方案，画出夹紧装置所采用的方案是有三个夹紧装置首先画出芯轴上的快换垫圈和夹紧螺母，再画出两个对称的移动压板夹紧装置。4) 画出钻削的引导装置因为设计方案为回转式钻模，回转装置是通用的单柱带配重回转装置，为了不破坏这种装置的通用性，也避免了因钻套不随工件旋转而带来的误差，从而提高加工精度，所以用两个钻套和钻模板，分布在夹具体上，使每一个钻套与工件的一个要加工的孔相对。钻套用快换钻套GB2264-80 20F7k645，为了提高钻模板的安装刚度，所以把钻模板设计成如图3-1所示的结构。图3-1 钻模板简图5) 画出夹具分度装置及其他零件夹具分度装置为370mm铸铁圆盘，其形状如图2-7所示，把钻模板安装在左边和上边。6) 分度销孔的设计 为了实现一次装夹，两个孔全部加工，夹具中采取了回转机构，并带有分度销，为实现分度，就必须在夹具体上相应地有两个销孔，由于夹具体是铸铁，而分度销钉又经常插入和拔出，如果分度销钉直接与夹具体接触，长时间使用就会磨损销孔，而使分度不准，为了修复就必须更换夹具体，这将增加以后的修复难度，且浪费材料，加大成本，所以在此销孔中，装入一个衬套，为了以后的修复，并在衬套的低部装入一个拆卸垫，在拆卸垫上加工一个螺纹孔，当要拆卸衬套时，在拆卸垫上的螺纹孔中，拧入一个螺钉，用专用的工具就可以把衬套拔出来。其结构如图3-2所示：图3-2 衬套的安装3.3 查看图面查看图面是否以把结构全部表明，即夹具上的每种零件都能在夹具图上看得清楚，与其他零件的装配情况也表示明白。对于标准件或成套的借用件，可以只画出轮廓，内部零件不必全部画出。回转分度装置的设计 回转分度装置的结构已经通用，见图2-7，但尺寸需要各设计者设计，对于整个夹具装置（回转装置和定位夹紧装置）的高度，根据人-机工程学中的设计原则： 设计产品必须考虑如何适应和满足人的生理和心理的各种要求。 产品的设计应使操作简便、省力与准确、可靠。 使工作环境舒适和安全。 提高工作效率。而此夹具的高度就应符合这些原则，从而使人机环境有一个完美的搭配，使操作者能在最佳的环境内高效、可靠、安全地进行工作。而我国中部的男性平均身高为169mm,臂长730mm。把夹具装置的高度定位470mm，加上工作台，工件与人体的相对高度，可见当高度为920mm时，人在操作时，不需要弯腰就可完成操作，这样就可以减少工人的劳动强度，而且操作也在工人视力较佳的范围内，所以工人可以高效、可靠、安全地进行工作。回转装置的底座的宽度为380 mm，长度为280mm，这样较符合Z304010底座的面积1050650mm。对于轴的设计把轴的结构设计如图2-10中的所示，装轴承处的直径先定为90mm，因为轴在工作过程中既承受轴向力也承受径向力，故选用圆锥滚子轴承（7309E）。根据以上已知，绘制出其他的零件。3.4 尺寸标注夹具总图的主要尺寸是指决定夹具精度和影响使用的那些尺寸，而技术条件通常是指夹具上某些表面的形状公差要求以及其它特殊的一些技术说明。夹具总图的主要尺寸和技术条件也可简称为夹具总图的技术要求。确定夹具总图的主要尺寸和技术条件是夹具设计方法中的重要工作之一。它关系到夹具的使用、维修、装配、检验，对产品零件的质量有着直接的关系，因此，应给予充分的重视。 在夹具总图上需要标注技术要求的表面类别一般就有下列几种： 对保证零件加工精度起主导作用的各种表面，如要与工件、机床、刀具以及与可卸式定位件相接触的表面，即所谓定位面、支承面、找正面、夹具安装面、刀具引导面、过渡基准面以及与保证工件精度有关的其它表面，在这些表面中最基本、最重要的就是定位面、找正面、夹具安装面及刀具引导面。 夹具内部的某些表面，如果对夹具的制造、检验和装配的质量发生主要影响时，或者这些表面对夹具的转动、移动、分度、到向等的精度起重要作用时，也必须对这些表面的精度和配合特性以及它们之间的相对位置精度标注必要的技术要求。 夹具上有时还需对某些无严格精度要求的使用表面标注必要的使用尺寸，以便于读图；或者，为了避免因零件自由尺寸误差的积累，造成较大的偏差而有碍于夹具的使用要求。例如，在夹具总图上标注出某些夹具的最大外轮廓尺寸或中心高度尺寸，以便检查夹具能否在机床允许范围内安装。 夹具上有时还需对某些表面标注在使用、调正、制造时应注意的特殊说明。夹具总图上主要尺寸公差的确立，确定夹具总图上主要尺寸和技术条件公差的理论根据是满足计算不等式，即：+p+j+为定基误差，p为定位误差，j为夹具安装误差，为加工误差在一般情况下，可利用下面所述的规定来初步确定夹具有关表面的主要尺寸公差数值，然后再与行为公差综合进行分析，并且可以用计算不等式进行验算，由此来确定夹具总图上的主要尺寸和技术条件。现将常见工作表面的主要尺寸公差定法分述于下： 圆柱形定位表面的公差，通常对孔可选用G7或F7，对轴可选用g6或f6； 平面定位表面，通常可采用按总图组合后进行磨平的加工方法。按照它与夹具安装面之间的位置关系，可以标注平行度或角度等要求，其公差值可按照工件原始尺寸公差的大小，用式(3-1)初步确定。 式（3-1）当夹具采用两销一平面作为定位表面时，其中圆柱销定位面的公差一般可选用g6或f6，菱形销定位面的公差可选用f6或f7。这里需要指出，当标注其它表面与定位表面之间的位置尺寸时，这种尺寸应从圆柱销出发来标注，另外还应注意，圆柱销应设在标注原始尺寸的那个定位基准孔中，而在另一定位基准孔中采用菱形销实现定位。4、钻具上钻头引导孔的公差的选用G7或F7，绞刀引导孔的公差可选用H7或H6。5、钻具中刀具引导孔至定位表面的位置尺寸，以及各个引导孔之间的位置尺寸，其公差的定法一般也可初步按式（3-2）确定： 式（3-2）式中为工件原始尺寸的公差。在确定公差时，如果需要相应减少钻套与衬套之间的配合间隙，可采用互相照配的方法来加以控制。夹具上标注主要尺寸和技术条件时，一般应遵守国家标准形状和位置公差中的有关规定。这里结合夹具设计的情况还需指出以下几点： 在确定有关表面的设计条件的公差数值时，应考虑夹具上基准面的大小和被测量面的大小。当基准面较大而被测量面较小时，公差可定得小些，反之，则应定得大些。 由于有关表面的主要尺寸公差与技术条件可以互相转化和互相制约，因此在标注时应注意两者不要发生矛盾或重复，必要时可以用误差分析的方法来验算。 夹具总图上的技术要求应尽量采用综合注法，即总图上所标注的技术要求能综合控制此处各零件之间多重配合表面的制造精度，而不是把技术要求分散在各个有关零件上一一进行控制。 标注主要尺寸和技术条件时应注意基准面的选择，一般应尽量采用夹具上较大的使用表面作为基准面来标注技术要求。只有当这些表面不便于作为加工或测量基准时，才另选基准面，但此时应考虑另选基准面以后所引起的误差，注意保证夹具的精度。 夹具上对保证工件原始尺寸公差有直接关系的表面，其技术要求应标注得较严，对无直接关系的表面，则可标注得较松。 工厂的夹具制造车间有精密坐标镗床及其它高精度机床可用于制造夹具时，夹具上有关表面的技术要求可以标注得较严。 夹具本身结构复杂，制造成本较高者，为了使夹具有较多的“精度储备”，有关表面的技术要求可以定得较严；但此时还需注意经济性，以免因缩小夹具的制造公差而使成本增加较多。而作为钻床夹具其总装图上一般需要标注的主要尺寸和技术条件，分别归纳如下：主要尺寸为钻套的内径尺寸，各钻套的中心位置尺寸，有特殊要求的钻套或可换定位件与衬套之间的配合间隙；定位件上定位表面的尺寸，各定位件的位置尺寸，夹具上的测量基准面对定位面的位置尺寸，斜孔钻具中的斜孔钻套轴心线与定位面的位置尺寸以及与夹具安装面之间的角度等。技术要求如： 钻套轴心线对本体底面的垂直度； 钻套轴心线对定位件的同轴度或位置度； 处于同一圆周上的钻套所在圆周的圆心对定位件轴线的同轴度或位置度； 定位表面对本体底面的平行度或垂直度； 活动定位件的轴心线对定位件或钻套轴线的位置度； 定位销的定位表面对支承面的垂直度； 翻转式钻具中各个底面之间的相互位置精度； 盖板式钻具中的定位面对支承面之间的相互位置精度。从以上确定主要尺寸和技术条件的原则、要求和注意事项，可预先确定出各个主要尺寸和技术条件，其具体如总装图所标注的。第4章 夹具的设计和计算4.1定位平面的设计工件以平面定位，是指工件的定位基准为平面的情况。作为定位基准的平面不可能是理想的几何平面。一个平面对正确几何平面的误差，可以分为平面度和粗糙度两方面。虽然表面的平面度和粗糙度之间，并无绝对的数值关系，单一般情况下，粗糙度越高，平面度也越好，因此可以根据粗糙度来判断表面的好坏。根据基准表面的好坏不同，定位方法和定位件的设计原则也将不同。一般可将平面定位基准分成未经机械加工的和已经机械加工的两类。当工件以经过机械加工后基准平面的误差比较小，可以直接放在平面上定位。但是为了提高定位的稳定性和定位精度，对于刚度较好，而基准面的粗糙度及平面度不很高，轮廓尺寸又较大的工件，应将定位平面的中间部分挖低一些，对于刚度较差的工件，或基准平面的粗糙度和平面度都很高时，它们之间的接触面积可以大些，单为了便于排除切屑，定位平面上往往开有若干窄槽。工件以平面在夹具中定位时，定位件可以是夹具的本体、支承销或支承板。夹具定位表面为本体上的一个平结构面的用于中小型零件上已经机加工过的基准来实现定位。本体材料可以是20号钢渗碳淬火。当定位的是支承销时，其形状一般都已标准化了。通常是把它直接装在夹具体中，采用组合加工的办法来保证定位平面在同一平面上。当定位的是支承板时，它常装于铸铁制造的或其他不耐磨损的夹具上。由于的定位平面为一个环形平面，夹具的平面至少要加工成360mm的平面，并且要求较高的平面度，这加大夹具的机加工的成本，所以在此夹具中，采用铸铁材料作为夹具体的材料，用六块支承板来定位，其尺寸长宽高为603025，如图1-5，把所有的支承板均布在夹具体上再进行统一铣削，保证定位平面在同一平面，这样不但可以减少加工量，也可以保证定位精度。4.2 定位销轴的设计工件以孔作定位基准，以销轴的外圆柱表面来实现定位，这种定位方法与工件以外圆柱表面作定位基准，以孔来实现定位的基本原理完全相似，在工件以销轴的外圆柱表面来实现定位时，如果销轴较长，可以限制工件的四个自由，但绕它本身轴线的转动和沿轴线移动则未限制。如果销轴较短，可以限制两个自由度。对于定位误差的分析，为了使工件装卸容易，工件的基准表面与孔之间必须满足轴的最大尺寸要小于孔的最小尺寸这一条件，因此定位误差 ，为孔的最大尺寸，为轴的最小尺寸时的偏差的绝对值，为轴的最大尺寸与孔的最小尺寸之间的间隙。确定销轴的极限尺寸，用销轴定位的情况与一般机械中轴与孔的配合完全相似，所以在确定芯轴的极限尺寸时，可以根据工件的名义尺寸，按公差的基孔制的规定，选择g6、f6或f7。如果由选择的和所产生的定位误差不能满足工序的要求时，可首先缩小之值，即改变配合。因为提高精度等级会给加工带来困难，而缩小值只不过是给接近于最大尺寸的少数工件的装卸带来一些困难。根据以上原则设计销轴与孔的mm，由于孔的尺寸为，可计算出销轴的上偏差为-0.015，由于要加工孔的轴心线对定位芯轴的位置度，在不考虑其它误差的情况下，为了使各个误差在误差分析时满足加工要求，定位误差小于0.015的1/2倍比较好，在这里先把定位误差定为，所以芯轴的下偏差为，而的值可有下列计算式求得： ，所以销轴的尺寸为。4.3 夹紧力的计算 由参考文献【13】知：进给量的确定钻头选mm标准高速钢钻头，考虑到钻模的高度和强度，查立式钻床Z304010的说明书，选取进给量mm/r，根据进给量，查表10.417得，切削力mm/r，根据工件的材料，切削力及扭矩的修正系数可由表10.412查出：，故N，所以切削力N。由参考文献【11】知：由表31常见夹紧形式中理论夹紧力的计算公式得，为切削力，为定位销或销轴可承受的一部分切削力，为定位销直径，为定位销接触长度，为许用挤压应力，取定位销和工件中较小者，而在这个夹具中，定位销不能承受力的作用，所以，得N，分别为与工件接触的摩擦系数，在这里取，所以理论夹紧力为 N考虑到加工状态、刀具钝化程度、加工切削特点、夹紧动力的稳定性和手动夹紧时手柄的位置得到的安全系数为，所以实际夹紧力为N查参考文献【13】知：M122的六角螺母的夹紧力为5230N，由于此夹具采用三个夹紧力，经分析，在两个压板上用M12的螺母，销轴上也用M12的螺钉，其合力，所以较合适。4.4 回转装置的轴的校核（a）（b）（c）(d)图4-1 轴的受力简图由回转轴在工作时，轴承的支撑和钻头的切削力，可简化如图(a)所示，受的切线力，AB段的直径为80mm，有图(a)可图(b)上的弯矩M和简图3上的力F，在图(b)中，轴的直径为80mm，由轴的弹性模量E=210Gpa，由计算转角的公式，在图(c)中，轴的直径为60mm，由轴的弹性模量E=210Gpa，由计算转角的公式和计算挠度公式，由图(d)，由于a角和b角较小，在简图4中，由于c角较小，所以回转轴在切削力的作用下轴向移动的距离为。第5章 夹具的结构