毕业设计（论文）-变速左支架镗削夹具设计（全套图纸）.pdf

I 变速左支架镗削夹具 摘 要 机床夹具是在机床上加工零件时所使用的一种工艺装备，其主要作用是实现 工件的定位和夹紧，它直接影响加工的质量、生产效率、生产成本和工人的劳动 强度。所以，机械加工工艺准备中的一项重要工作就是机床夹具的设计。 本文首先介绍了夹具所处的历史研究背景，通过查阅、整理和分析资料，了 解了机床夹具的功能及其相关内容；通过对夹具的切实设计，学会了夹具设计的 一般准则和具体的设计过程。此次设计以镗床夹具为例，首先对工件的加工工艺 进行分析，确定多种定位方案和夹紧方案；然后通过定位误差和夹紧力的计算， 从多种方案中选取最优方案；最后绘制夹具装配图及夹具中非标准零件图。 本次设计是我们在毕业前对所学课程的一次深入、全面的总复习，为今后的 设计工作提供一个历练的平台。 关键词：镗床，夹具，设计，定位，夹紧 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II Shift left bracket boring clamp ABSTRACT Machine tool fixture is a kind of process equipment used to machine parts on the machine tool, its main function is to position and clamp the workpiece, it directly affects the machining quality, production efficiency, production cost and labor intensy of workers. Therefore, an important work in mechanical processing technology is to design a reasonable set of machine tool fixture. Firstly, this paper introduces the historical background of the fixture. Through consulting, collating and analysising date, I understood the function of machine tool fixture and its related content; through the practical design of fixture, I learned the general principles and specific design process of the design of fixture. The design sets boring machine fixture as an example, first analysis of machining process of workpiece to define a plurality of positioning and clamping scheme; and then through the calculation of location error and the clamping force, choose the best scheme from many schemes; finally draw fixture assembly and fixture in non- standard parts diagram. This design is a general review in- depth, comprehensive course of study before our graduation and provides a training platform for future design work. KEY WORDS: boring machine，fixture，design，fix position，clamp III 目 录 前 言 . 1 第 1 章 机床夹具概述及设计准则与要求 . 4 1.1 机床夹具概述. 4 1.1.1 机床夹具的分类 . 4 1.1.2 机床夹具的作用及组成 . 5 1.2 夹具设计准则与要求 . 6 1.2.1 工装夹具设计的准则 . 7 1.2.2 夹具设计的基本知识 . 7 1.3 夹具的结构工艺性 . 8 1.3.1 夹具良好工艺性的基本要求 . 8 1.3.2 装配基准的选择 . 8 第 2 章 工件的定位 . 10 2.1 工件的定位方案 . 10 2.1.1 定位原理 . 10 2.1.2 定位的类型 . 10 2.1.3 工件的装夹方式 . 11 2.1.4 定位方案的选取 . 12 2.2 工件的定位误差 . 17 2.2.1 定位误差的分析 . 17 2.2.2 定位误差产生的原因 . 18 2.2.3 定位误差的计算 . 19 第 3 章 工件的夹紧及夹紧计算 . 20 3.1 工件的夹紧 . 20 3.1.1 夹紧的基本理论 . 20 3.1.2 夹紧力的确定 . 21 3.2 夹具误差分析. 26 3.2.1 夹具误差分析与计算 . 26 IV 第 4 章 夹具结构分析与设计 . 27 4.1 夹紧装置的总体设计 . 27 4.1.1 夹紧机构的类型 . 27 4.1.2 夹紧机构的设计 . 30 4.2 导向装置的总体设计 . 31 4.2.1 导向装置 . 32 4.2.2 镗床夹具的主要类型 . 33 4.2.3 导向装置设计 . 35 4.3 夹具体的总体结构设计 . 36 4.3.1 夹具体的功能 . 37 4.3.2 对夹具体的要求 . 37 4.3.3 夹具体的结构设计 . 38 结 论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 谢 辞 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 外文资料翻译 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1 前 言 1. 机床夹具的发展趋势 机床夹具是在机床上加工零件时所使用的一种工艺装备，是机械加工 工艺系统中不可缺少的一要素。当机床技术被带向高速、精密、高效、复 合、智能和环保的方向下时，夹具技术也正向着高效、精密、模块、组合、 通用和经济的方向发展。 （1） 高效是为了提高机床的生产效率，双面、三面、四面和多件装 夹工件的夹具产品越来越多。为了缩短工件的安装时间，各种精密平口钳、 自动定心夹紧、杠杆夹紧、气动或液压夹紧等装置不断的推陈出新。新型 的电磁夹紧装置，其夹紧和松开工件的时间更短，而且使得夹具的结构更 加简化，同时大大的减轻了工人的劳动强度。 （2） 随着零件加工精度的不断提高，对机床的精度也有了更高的要 求。为了降低定位误差，提高加工精度，可以制造精度要求更高的夹具。 高精度夹具的定位孔距精度可以达到5 ，夹具支承面的垂直度可达到 0.01 300 ，平行度达到 0.01 500 。机床夹具的精度已经可以提 高到微米级，与此同时，为了适应不同行业的需求和满足经济性，夹具可 分为不同的型号，以及具有不同级别精度标准的夹具供选择。 （3） 夹具元件的模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系 列化、标准化夹具元件，能够快速组装成各种夹具，这已经成为夹具技术 开发的基点。模块化设计为计算机辅助设计与组装奠定了基础，cad 技术 的得以应用，可以方便的建立元件库和典型的夹具库。对夹具进行优化设 计，可以为用户提供三维的实体组装夹具。 （4） 夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块化、组合式的夹具， 一次性资金投入比较大，夹具经济性能的好坏，是受夹具系统的可重构性、 可重组性以及可扩展性，应用范围，通用性和夹具的利用率等因素影响。 2. 本课题国内外的研究动态 就目前而言，中国的制造业突飞迅猛，以前的中国制造业大多使用刚 性机床加工零部件，这样就导致零件改型或者生产单个零部件的周期比较 2 长。伴随着科学技术的进步和生产力的发展，为了满足我国制造业的发展 和各种不同产品的需求， 这就要求机械工业能够不断提供先进的技术装备， 研发新的产品品种。这样一来，就促使机械工业的生产形式发生了明显的 变化，多品种、中小批量的生产渐渐的占据了优势。为了适应这一生产形 式的变化，加工工艺和加工设备朝着柔性化的方向转变。随着国外柔性制 造系统的提出，它的出现标志了机械制造业步入了一个新的发展阶段。柔 性制造系统能够根据制造任务或生产的变化而迅速进行调整，适合于多品 种，小批量的生产，这样一来就克服了原先机械生产线只适用于大批量生 产的刚性特征。柔性生产方式将手工操作减少到最低，拥有很高的自动化 特点，从而生产效率也显著提高。 3. 研究的目的及意义 夹具和机床的结合，成为机械加工中不可或缺的工艺装备。夹具的主 要作用是实现工件的定位和夹紧，使得工件加工时能够相对于机床、刀具 具有正确位置，它直接影响机械加工的质量、生产成本和生产效率以及工 人的劳动强度。所以，机械加工工艺准备中的一项重要工作就是机床夹具 的设计。机床夹具对机械制造具有重要意义： （1） 能稳定的保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，是由夹具 保证工件相对于刀具和机床的位置精度，不受工人技术水平的影响，可使 一批工件的加工精度保持一致性。 （2） 提高生产效率 使用夹具装夹工件迅速，方便，安全，可靠， 可显著的减少辅助时间，进一步提高生产效率。 （3） 扩大机床的工艺范围 使用夹具实质上是对机床进行了部分改 造，扩大了机床的工艺范围。 （4） 减轻了工人的劳动强度，保证了实际的生产安全。 为了更好的服务制造业的发展，因此对机床夹具的设计和研究具有十 分重要的意义。 4. 研究的基本内容，拟解决的主要问题 （1） 合理运用大学期间所学过的专业课知识、理论以及在毕业生产 实习中学到的实践理论知识， 正确的解决镗床专用夹具设计中的工艺分析、 工艺方案优化、工艺计算和夹具实际结构设计等一系列问题。 3 （2） 提高自我设计的能力。通过对所给工件进行夹具设计，设计出 一套满足该零件加工要求，具有经济高效，结构合理，操作简单，安全可 靠的夹具，这是对自我设计能力的提升。 （3） 根据零件的加工要求，对所要设计的夹具进行技术方面和经济 方面的工艺分析。 （4） 确定多种夹具设计方案，进行优化设计，从中选取最佳的夹具 结构设计工艺方案。 （5） 进行毛坯尺寸、夹具结构尺寸和公差的计算。 （6） 学会如何查阅工程手册和相关设计资料。充分利用与本次夹具 设计有关的各种资料，做到科学合理的运用。 4 第 1 章 机床夹具概述及设计准则与要求 1.1 机床夹具概述 1.1.1 机床夹具的分类 夹具的分类有着不同的分类方法，常用的分类方法有以下几种。 1. 按夹具的使用范围分类 （1） 通用夹具 结构、尺寸已经标准化的，可加工一定范围内的不 同工件的夹具。如车床、磨床上的三爪和四爪卡盘，铣床、刨床上的平口 钳。此类夹具适应性强，可用来装夹一定形状和尺寸范围的工件。它的缺 点是夹具的加工精度不高，较难加工形状复杂的工件，并且生产率较低， 一般适用于单件小批量的工件加工。 （2） 专用夹具 专门为某一工件的某一道工序设计制造的夹具。这 类夹具常用于产品相对稳定，批量较大的生产中，可以获得很高的生产率 和加工精度。其缺点是设计周期长，一次性投资较大。 （3） 可调夹具 这类夹具的某些元件可以调整或更换，以适应多品 种的工件加工。它还可以分为通用可调夹具和成组夹具两种。前者的通用 范围比通用夹具更广，一般适用于同类产品不同品种的加工；后者就是一 种专用的可调夹具，在多品种，中小批量的生产中有着广泛的应用。 （4） 组合夹具 这一类夹具是采用标准的组合夹具元件、部件，特 地为某一工件的某一道工序组装的夹具。它适用于位置精度要求较高的单 件小批生产。 （5） 随行夹具 这类夹具是能够在自动线和柔性制造系统中使用的 夹具。它不仅要完成工件的定位和夹紧，还要作为运载工具将工件在机床 间输送。 2. 按使用机床分类 按使用机床，夹具可以分为车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗床夹 具磨床夹具等等。 3. 按夹紧的动力源分类 5 按夹紧的动力源，夹具可以分为手动夹具、液压夹具、气动夹具、气- 液增力夹具及电磁夹具等等。 1.1.2 机床夹具的作用及组成 1. 机床夹具的作用 （1） 能稳定的保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，是由夹具 保证工件相对于刀具和机床的位置精度，不受工人技术水平的影响，可使 一批工件的加工精度保持一致性。 （2） 提高生产效率 使用夹具装夹工件迅速，方便，安全，可靠， 工件不需要划线、找正，可显著的减少辅助时间；工件在夹具中装夹后提 高了自身的刚度，可以加大切削用量。 （3） 扩大机床的工艺范围 使用夹具实质上是对机床进行了部分改 造，扩大了机床的工艺范围。 （4） 减轻了工人的劳动强度，保证了实际的生产安全。 2. 机床夹具的组成 尽管机床夹具的种类繁多，但是它们的工作原理大致是相通的。在各 类夹具中，将作用相同的结构或元件加以概括，可以得出夹具一般共有的 几个组成部分，这些组成部分不仅相互独立，而且相互联系。 通过对夹具的介绍，可以把夹具主要归纳为以下几个部分： （1） 定位元件与定位装置 用于确定工件正确位置的元件或装置， 例如定位销轴、支承钉等。 （2） 夹紧元件与夹紧装置 用于固定工件已经获得的正确位置的元 件与装置，例如压板、螺母等。 （3） 对刀或导向装置 用于确定工件与刀具相互位置的元件，例如 镗模套如图 1- 1 所示，钻套 1- 2 所示。 6 图 1-1 镗模套 图 1-2 钻套 （4） 连接元件 用于确定夹具在机床上正确位置的元件，例如夹具 体的工作台安装基面，可以保证镗套的轴线与镗床工作台平行。 （5） 夹具体 用于将各种元件、装置连接在一块，并且由它将整个 夹具安装在机床上。 （6） 其他装置或元件 根据加工需要而设置的装置或元件，例如分 度装置。 1.2 夹具设计准则与要求 7 1.2.1 工装夹具设计的准则 1. 能够满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性。 2. 具有足够的承载或夹持力，以保证工件在夹具上进行安全加工。 3. 满足装夹过程中操作简单，方便，迅速，安全的要求。 4. 需要保证易损零件是能够快速更换的。 5. 尽可能避免结构过于复杂，从而造成成本昂贵。 6. 满足夹具在更换或调整过程中重复定位的可靠性。 7. 尽可能选用市场上质量有保证的标准品组成零件。 8. 设计方案要遵循手动、气动、液压、私服的依次选用原则。 9. 尽可能形成本公司内部产品的标准化和系列化。 1.2.2 夹具设计的基本知识 1. 夹具设计的基本要求： （1） 机床夹具应具有足够的强度和刚度。 （2） 工件在夹具上的夹紧应该安全可靠。 （3） 夹具应满足工件加工的要求。 （4） 易于操作，便于工人安装，拆卸工件。 （5） 夹具的结构不应过于复杂，要便于机械加工。 （6） 应具有较高的生产效率。 2. 夹具设计的基本方法与步骤： （1） 设计前的准备 1） 明确工件的年生产纲领 2） 熟悉工件图样及分析技术条件 3） 了解工艺规程中本工序的加工内容 4） 查阅夹具的标准化和规格化资料 5） 规划工件的装配工艺规程 6） 确定夹具设计的技术条件 （2） 设计的基本步骤 1） 确定镗床夹具的结构方案 a. 定位方案 首先应仔细分析本道工序的加工内容和加工精度要求， 8 然后按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定合理的定位方案和 定位元件。 b. 夹紧方案 确定夹紧力的方向、 作用点， 以及夹紧元件或夹紧机构， 估算夹紧力的大小，要选择和设计动力源。 c.夹具的总体形式 如镗床夹具中镗模套的形式。 2） 镗床夹具装配图的绘制 总装配图尽可能按 1:1 的比例绘制，把 工件视为透明体，用双点划线画出轮廓，画出定位面、夹紧面和加工表面。 3） 夹具零件图的绘制 对装配图中的非标准零件均应绘制成零件图。 4） 撰写夹具设计说明书 3. 夹具制造的精度要求 （1） 为了保证工件的加工精度，应使夹具的定位、制造和调整误差 的总和不超过工序公差的三分之一。 （2） 为了延长夹具的寿命增加其可靠性，应考虑夹具使用过程中的 磨损问题，在不增加制造难度的前提下，应尽可能把夹具的公差定的小一 些。 （3） 夹具中的尺寸公差和技术要求，应该分别表示清楚。 （4） 当装配夹具时采用调整法或修配法时，则可以适当的放大夹具 零件的制造公差。 1.3 夹具的结构工艺性 1.3.1 夹具良好工艺性的基本要求 1. 夹具整体结构的组成应该尽可能选用各种标准件或通用件， 专用件 占有的比例应尽量少。 2. 各类专用零件或部件的结构形状应易于制造、测量和装配。 3. 机床夹具应易于维护和修理。 1.3.2 装配基准的选择 1. 装配基准应选取夹具上的一个独立基准表面或线， 其他元件的位置 只对此表面或线进行调整或修配。 9 2. 装配基准一旦加工完毕，其他位置和尺寸就不应该再有变动。而那 些在装配过程中，自身的位置和尺寸如还需调整或修配的表面或线则不能 作为装配基准。 10 第 2 章 工件的定位 2.1 工件的定位方案 2.1.1 定位原理 在设计夹具时，原则上应该选取工艺基准作为定位基准，但无论是工 艺基准还是定位基准，都应该符合六点定位的原理。 所谓六点定位原理就是采用六个按一定规则布置的约束点，以此限制 工件的六个自由度，使工件在夹具中具有完全确定的位置。需要强调的是 每个约束点只起到限制一个自由度的作用，而不能用一个以上的约束点来 限制同一个自由度。所以，这六个自由点不是随意布置的。如图 2- 1 所示 图 2-1 工件的六点定位 2.1.2 定位的类型 1. 完全定位 根据工件加工表面位置的要求，有时需要将工件的六 个自由度完全限制，这种定位方式称为完全定位。 2. 不完全定位 有时需要限制的自由度少于六个， 这种情况仍能满足 零件的加工要求，这种定位方式称为不完全定位。 3. 欠定位 根据加工表面的位置尺寸要求， 需要限制的自由度却没有 被完全限制，这种定位方式不能保证位置精度。 11 4. 过定位 根据加工表面的位置尺寸要求， 某自由度被两个或两个以 上的约束重复限制，这种定位方式称为过定位。在设计夹具时，是否允许 过定位，应该根据工件的不同定位情况进行分析。如果工件定位时出现过 定位，将会产生以下不良后果： （1） 定位不稳定，增加了同一批工件在夹具中的位置不一致性。 （2） 使工件和夹具定位元件产生夹紧变形。 （3） 造成一些工件不能顺利与定位元件配合，发生干涉。 在实际应用中，应根据具体的情况，采取以下措施，减少或避免过定 位产生的不良后果： （1） 提高工件定位基准之间及定位元件工作表面之间的位置精度， 减小过定位对加工精度的影响。 （2） 改变定位方案，避免过定位。撤销重复限制自由度的支承或者 将某一个支承改为辅助支承，再或者改变定位元件的结构，例如圆柱销改 为菱形销，长销改为短销。 （3） 在一些情况下，过定位又是允许的，而且是必要的，有时是不 可避免的。对于那些刚性差的薄壁件、细长轴作为工件的定位基准时，为 了减小切削力对工件和夹具定位元件的变形， 保证加工过程中的定位稳定， 又常常采用过定位的方式。如车床上车削细长轴时，就采用前后顶尖和中 心架定位。 2.1.3 工件的装夹方式 所谓定位就是工件在机床加工时，按照定位基准的要求，将工件放在 工作台上或者夹具里，确保它和刀具之间保持正确的相对位置。在加工过 程中，还要保证工件的加工位置不变，这就需要夹紧，防止切削力或其他 外力造成工件的加工位置发生变化。 工件在机床上的装夹具有三种方式： （1） 直接找正装夹 工件安装到机床上，使用百分表或者划线盘上 的划针目测找正工件的位置，以确保工件加工表面的位置精度，之后进行 夹紧。缺点是每加工一个工件都要重复以上过程。 （2） 划线找正装夹 有些笨重、粗大以及复杂的工件，首先在待要 12 加工处划线，最后装夹到机床上，按照划线找正定位。 （3） 夹具装夹 夹具可以使工件在机床上迅速、准确的装夹，通过 事先调整好刀具与夹具之间的相对位置， 这样可以保证一批工件在加工时， 不需要逐个找正定位，而且保证了一批工件加工时的加工精度一致性。 2.1.4 定位方案的选取 工件在夹具中的定位，主要是依靠各种类型的定位元件来实现的。在 机械加工中，尽管被加工的工件种类奇多、形状怪异，但是从基本结构来 看，无外乎是由平面、圆柱面、圆锥面而组成。因此，在夹具设计中可以 根据需要，选用下列各类型的定位元件。 1. 平面定位元件 选用平面作为定位基准所使用的定位元件主要是 基本支承，其包括固定支承、可调支承、自位支承及辅助支承。 图 2-2 固定支承 图 2-3 可调支承 13 图 2-4 自位支承 图 2-5 辅助支承 2. 圆孔表面定位元件 在机械加工中， 以孔作为定位基准所选用的定 位元件有定位销和定位心轴等。 图 2-6 圆孔表面定位元件 14 3. 外圆表面定位元件 经常使用外圆表面定位的定位元件有 V 形块 和定位套。 图 2-7 工件以 V 形块定位 4. 组合表面定位元件 在实际生产中往往遇到的不是单一表面的定 位，而是几个定位表面的组合。常见的组合定位有平面与平面的组合，平 面与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合，平面与其他表面的组合，锥面 与锥面的组合等等。 在加工箱体类零件时，通常采用一面两孔（一个大平面及与该平面相 互垂直的两个圆孔组合）定位，在定位时，夹具上相应的定位元件是一面 两孔。为了避免过定位时引起的工件安装干涉，两销中的一个应该采用菱 形销，只限制一个自由度。 对所要加工的工件变速左支架图 2- 8 进行分析，由图可知要完成镗削 至孔径尺寸 27，该工件具有一个较大的平面和与该面相互垂直的两个 孔，属于典型的一面两孔组合定位的方式。故该工件的定位方案是以孔径 12 菱形销定位，孔径 20 圆柱销定位，大平面 166120 两块支承板定 位。图 2- 9 给出了两块支承板的位置布置形式，以及菱形销的长轴方向应 与两孔 12 和 20 的中心线连线垂直，避免产生过定位的现象。基准面 采用大平面 166120 来定位，由于定位基面大，故定位安全可靠。同时， 15 定位基面容易加工，可以获得较高的精度，这样就能易于保证 1000.1 孔 27 的位置精度。 图 2-8 工件定位 由于工件呈现弯形，为防止工件在定位过程中产生翻转，所以又采用 螺旋式辅助支承来提高其定位的稳定性，并且提高了工件的刚性和加工的 精度。 16 图 2-9 工件定位 图 2-10 菱形销和圆柱销 图 2-11 支承板 1 17 图 2-12 支承板 2 采用一个大平面，一个短圆柱销和一个短菱形销的定位方式，限制了 工件六个方向上的自由度，满足六点定位的原理，属于以上定位方式中的 完全定位，可以满足工件加工表面的位置要求。 2.2 工件的定位误差 2.2.1 定位误差的分析 工件在夹具上加工时的加工误差是由工艺系统各环节的静态、动态误 差同时影响的结果。如果夹具设计合理，就可以减小甚至消除机床、刀具 等对工件加工精度的影响。工件在夹具中安装，产生工件加工误差的主要 因素可以归纳以下三个方面，如图 2- 13 所示。 图 2-13 工件加工误差的组成 18 1. 安装误差 所谓安装误差是指工件在夹具中安装有关的加工误差， 以AZ 表示。它包含工件在夹具中定位不准确时所造成的定位误差D 和工件在夹具中夹紧时工件和夹具变形引起的夹紧误差J。 2. 对定误差 所谓对定误差指夹具相对于刀具及切削成形运动的位 置有关的加工误差，以DD 表示。 3. 加工过程误差 工件在加工过程中与一些因素有关的加工误差称 为加工过程误差，用GC 表示。它包含工艺系统的受力变形、受热变形， 加工方法的误差，由磨损等造成的加工误差。 为了生产制造出合格的产品，应使各项加工误差之总和小于或等于规 定的工件的相应公差，即为 AZDDGC 在设计夹具时，需要仔细分析计算AZ 和DD。通常，初步估算时 可粗略的按三项误差给予平均分配，各项不超过公差的 1/3 考虑，也就 AZ1/3，DD1/3 有时这种单向分配不能满足不等式要求时，也可以综合考虑，即 AZDD2/3 2.2.2 定位误差产生的原因 所谓定位误差是指一批工件在夹具中定位时，工件的工序基准在工序 尺寸方向或加工要求方向上的最大变化量。然而，引起定位误差的原因有 两项，即为基准不重合误差和基准位移误差。 由图 2- 8 所示可知，所镗孔的加工尺寸 27 的定位误差和孔的中心线 与定位基面的尺寸公差有关。 1. 基准不重合误差B 所谓基准不重合误差是指在定位方案中，因为工件的工序基准和定位 基准不重合所造成的加工误差。 基准不重合误差的大小也就等于因为定位基准与工序基准不重合时所 造成的 加工尺寸的变动范围。其可表示为： BAmaxAminSmaxSminTs 19 S 是定位基准与工序基准间的距离尺寸，叫做定位尺寸。值得注意的 是，如果工序基准的变动方向与加工尺寸的方向有夹角时，基准不重合误 差也就等于定位尺寸的公差在加工方向上的投影。 2. 基准位移误差Y 工件在夹具中定位时， 由于定位副的制造公差与最小配合间隙的影响， 使得定位基准在加工尺寸方向上出现位移，造成各个工件的位置不一致， 产生的这个误差叫做基准位移误差。 基准位移误差的 大小等于因定位基准与调刀基准不重合所造成的工 序尺寸的最大变动范围。其可表示为： YAmxAminimaximini 2.2.3 定位误差的计算 本道工序是要镗削孔径至尺寸 27+0.021/ 0，现计算其定位误差： （1） 在定位方案中，工件的工序基准与定位基准重合，故没有基准 不重合误差，即基准不重合误差B0； （2） 在定位方案中，工件的调刀基准与定位基准重合，故没有基准 位移误差，即基准位移误差Y0； （3） 工件的定位误差D 等于基准不重合误差B 与基准位移误差 Y 的总和，即DBY0 经计算发现在此定位方案下，工件的定位误差D0，所以此定位方 案为工件加工的最佳定位方案。 20 第 3 章 工件的夹紧及夹紧计算 3.1 工件的夹紧 3.1.1 夹紧的基本理论 在机械加工中，工件的定位和夹紧是紧密相连的两个过程，两者缺一 不可。工件在定位后，必须要用一定的装置把工件稳定可靠地压紧夹牢在 定位元件上。从而保证工件在后续的加工过程中，不至于因为切削力、工 件的重力或者惯性力等的作用使工件的正确加工位置发生变化或者产生振 动等不利因素，能够确保工件的加工精度，避免机床、刀具的损坏和发生 危险的人身事故。 1. 夹紧装置的组成 图 3-1 液压夹紧的铣床夹具 夹紧装置由两个部分组成： （1） 动力装置 夹紧力来源于人力或者其他动力装置，用人力对工 件进行夹紧的称为手动夹紧，用各种动力装置产生的夹紧称为机动夹紧。 常用的动力装置有液压、气压、电磁等装置。 （2） 夹紧机构 一般把夹紧元件和中间传递机构称为夹紧机构。夹 紧元件是执行件，它直接与工件接触。中间机构的主要作用是改变作用力 的大小和方向，夹紧工件后能实现自锁，保证夹紧的可靠性。 图 3- 1 所示是液压夹紧的铣床夹具，其中，液压缸 4、活塞杆 3、活塞 21 5 组成了液压动力装置，铰链臂 2 和压板 1 组成了铰链压板夹紧机构，压 板 1 是夹紧元件。 2. 夹紧机构设计的优劣，直接影响着夹紧的精度和加工的工作效率， 对减轻工人的劳动强度也有很大的作用。因此，在设计夹紧机构时应满足 以下的基本要求。 （1） 夹紧装置在对工件夹紧时，不应该破坏原有的定位。所以，必 须正确的选择夹紧力的方向及受力作用点。 （2） 夹紧力的大小要可靠，适当，不应过大，也不应过小。过大， 使工件夹紧变形，增大加工误差或工件表面损坏；过小，工件在加工过程 中不稳定，易振动，也影响加工误差。 （3） 夹紧装置的结构应简单合理，工艺性好，便于制造和维修，夹 紧动作迅速、可靠，操作安全、方便。 （4） 夹紧力或夹紧行程在一定范围内应该可以进行调整和补偿。 （5） 夹紧装置应该具有良好的自锁性能，用以确保在源动力波动或 消失后，仍然可以保持夹紧状态。 3.1.2 夹紧力的确定 夹紧力的确定包括确定夹紧力的方向、作用点和大小三要素。此时， 必须结合定位装置的结构形式，并分析工件的结构特点、加工要求、切削 力及作用在工件上的其他外力，以此基础来确定夹紧力的方向、作用点和 大小。 1. 夹紧力的方向确定 夹紧力的方向确定应考虑以下三个方面： （1） 夹紧力的方向要有助于定位的稳定，而且主要夹紧力应该垂直 主要的定位基面。如图 3- 2 所示 22 图 3-2 夹紧力的方向垂直主要定位基面 （2） 夹紧力的方向应该与工件刚度高的方向一致，有利于减少工件 的变形。 （3） 夹紧力的方向要尽可能与切削力及重力的方向一致，利于减小 夹紧力。 图 3-3 夹紧力与切削力、重力的关系 a 夹紧力 W 与重力 G、切削力 F 方向一致，可以不夹紧或用很小的夹 紧力。 b 夹紧力 W 与切削力垂直，夹紧力较小，WF/fG c 夹紧力 W 与切削力 F 成夹角，夹紧力较大 d 夹紧力 W 与切削力 F、重力 G 垂直，夹紧力最大，W（） f e 夹紧力 W 与切削力 F、重力 G 反向，夹紧力较大，WFG 由上述分析可知，a、b 优先选用。 2. 夹紧力的作用点 夹紧力的作用点选取是否适当，对工件定位可靠程度、工件夹紧变形 23 的大小、夹紧装置的复杂程度和使用可靠性等有着较大的影响。所以，夹 紧力作用点的确定应遵循以下原则： （1） 夹紧力的作用点应该正对定位元件或位于定位元件所组成的支 承面内。 （2） 夹紧力的作用点应该位于工件刚度较高的的位置，避免工件的 夹紧变形较大。 （3） 夹紧力的作用点应该靠近工件的加工表面，以提高定位的稳定 性。 本次夹具设计所采用的夹紧装置如图 3- 4、3- 5 所示，图 3- 4 是工件夹 紧时的俯视图，图 3- 5 是为了更好表达夹紧装置的左剖视图。 图 3-4 工件夹紧俯视图 24 图 3-5 工件夹紧左剖视图 由图 3- 4 可知 ，工件由前后各两块压板实现压紧，采用如图 3- 6 所示 的动力装置。在图 3- 5 中工件前后各有一个气缸，作为夹紧动力源，一个 气缸的活塞杆通过托架将力分支，带动两块压板实现同时夹紧。顶柱、双 头螺柱及其他附件是中间机构，具有传递力和改变力方向的作用。压板是 夹紧元件，夹紧力的方向与重力方向一致，垂直于定位基面；夹紧力的作 用点位于定位元件支承板的定位面内，故夹紧力的方向和作用点均选取合 适，有利于机械加工。 图 3-6 工件夹紧动力装置 25 3. 夹紧力大小的估算 在夹紧力的方向和作用点的位置确定后，还需要合理的确定夹紧力的 大小，夹紧力的大小应该选取适当，不易过大也不易过小。夹紧力的计算 是个很复杂的过程，一般只能粗略的估算，因为在切削加工过程中，工件 受到切削力、重力、离心力等一系列力的作用。从理论上而言，夹紧力的 作用效果应与上述力或力矩相平衡。为简化夹紧力的计算，通常认为工艺 系统是刚性的，但为了保证夹紧可靠，需要再乘以安全系数，就可粗略的 得到实际需要的夹紧力。 根据常见的典型夹紧形式所需夹紧力的计算公式，工件以一面两孔进 行定位且夹紧力与切削力相互垂直，相应的计算公式为： 0 1 2 12 () () () K PlP l QN P ff = + 式中 0 P 为圆柱销上承受的部分切削力 b为圆柱销的宽度 h为圆柱销的长度 挤 为许用挤压应力 1 f 为夹紧元件与工件的摩擦系数 2 f 为工件与夹具支承面间的摩擦系数 本次设计的是精镗孔的夹具，用于精加工取 0 0P =； 取 1 0.16f =； 2 0.15f =； 由设计知道：l15 ； 安全系数 K 的选取， 0123456 KK K K K K K K= 0 K 为基本安全系数，一般取 1.5； 1 K 为加工状态系数，精加工 1 1.0K =； 2 K 为刀具钝化系数，一般 2 1.0 1.9K =； 3 K 为切削特点系数，连续加工 3 1.0K =； 4 K 为考虑夹紧动力稳定性系数，机动加紧： 4 1.0K =； 5 K 为考虑手动夹紧时手柄位置系数， 5 1.0K =； 6 K为有力矩作用在工件时，才应考虑支承面接触情况的系 数，工件在支承板上定位 6 1.5K =； 26 为保证工件的夹紧可靠，K 值不应小于 2.5。本次设计中 K 值为： 0123456 KK K K K K K K=1.51.01.51.01.01.01.53.375 为保证可靠度取 K3.5； 所以， 0 1 2 12 () () () K PlP l QN P ff = + 409.85N 本次设计采用的是四块压板压在工件上实现夹紧，总的夹紧力 Q 409.8541639.4N 3.2 夹具误差分析 3.2.1 夹具误差分析与计算 由之前计算得定位误差D0； 由机床夹具设计手册可得夹紧误差JYmaxYmincos 其中接触变形位移值：Y0.018 则JY cos0.013 加工过程中造成的加工误差GC 通常不超过 0.02 夹具对刀误差DD 选取 0.03 误差总和：AZDDGC0.0630.2 经过上述分析可知，所设计的夹具可以满足工件的加工要求。 27 第 4 章 夹具结构分析与设计 4.1 夹紧装置的总体设计 4.1.1 夹紧机构的类型 （1） 斜楔夹紧机构 斜楔夹紧机构是最基本的夹紧结构形式之一， 螺旋夹紧机构、圆偏心夹紧机构、定心对中夹紧机构均由斜楔夹紧机构演 变而成。因为手动的斜楔夹紧机构在夹紧时费时、费力，效率也很低，所 以实际上往往是与其他元件组成复合夹紧机构。图 4- 1 所示为斜楔夹紧机 构实例 图 4-1 斜楔夹紧机构实例 （2） 螺旋夹紧机构 螺旋夹紧机构是一种应用广泛的夹紧机构，它 28 利用螺杆来夹紧工件或与其他元件组合形成复合夹紧机构。由于螺旋夹紧 机构结构简单，容易制造，夹紧可靠，且扩大比大和夹紧行程不受限制等 优势，因而在手动夹紧装置中得到广泛应用。图 4- 2 为螺旋夹紧机构 图 4-2 螺旋夹紧机构 （3） 圆偏心夹紧机构 圆偏心夹紧机构用于切削力不大且振动很小 的场合，因为偏心圆的夹紧力小，自锁性能也不是很好。为了满足自锁条 件，其夹紧行程受到限制，用于夹紧行程较小的场合。图 4- 3 为圆偏心夹 紧机构实例 图 4-3 圆偏心夹紧机构实例 （4） 铰链夹紧机构 因铰链夹紧机构的结构简单，扩大比大，适用 29 于多点或多件夹紧，在气动或液动夹具中得到广泛运用。 （5） 联动夹紧机构 为了提高效率，工件在夹具中有时需要几个点 对工件进行夹紧，而有时需要同时夹紧几个工件，这样就可以采用联动夹 紧机构。 图 4-3 单件联动夹紧机构 图 4-4 多件联动夹紧机构 30 4.1.2 夹紧机构的设计 图 3- 4、3- 5、3- 6 给出了本夹具设计的夹紧装置类型，采用气动作为 夹紧装置的动力源， 气动夹紧装置使用的是压缩空气， 压力