毕业设计（论文）-医用X光片机图像防护罩夹具设计.doc

医用X光片机图像防护罩夹具设计摘要近20年来，信息技术的发展推动了制造技术的进步，现代先进制造技术正逐渐成为全世界发展的重点。而机械制造工艺和机床夹具设计作为机械设计制造行业中必不可少的组成部分，在机械制造装备行业中正发挥着举足轻重的作用。本论文是根据自己所学的专业知识和技能，结合实际工作生产实习所见所闻，以生活中必不可少的医疗设备X光片机为基础，对其所需零部件进行夹具设计。X光片机图像防护罩主要用于X光片机图像摄影连接部分，为X光片机提供防护、保护作用，防止灰尘、水或者外力人为破坏，进而为病人的健康提供更科学的保障，有较强的现实研究意义。本文所设计研究的内容主要包括防护罩零件的图纸分析、材料选用、刀具选用、加工工艺分析和夹具定位方案设计、对刀及导向装置设计、夹紧装置设计、夹具体设计、夹具总装配图绘制等，运用所学理论知识和实践技能设计出具有实用性的夹具，从而提高生产效率，降低劳动强度。关键词: 机械制造工艺 机械制造装备 机床夹具 X光片机IIAbstractIn the recent 20 years, the development of information technology promotes the progress of the manufacturing technology. Modern advanced manufacturing technology has gradually become the focus of development throughout the world. As an essential part of mechanical design and manufacturing industry, mechanical manufacturing process and fixture design have been playing a decisive role in the mechanical equipment manufacturing industry.Based on the professional knowledge and skills we have learned, combined with the actual production practice what I have seen and heard, on the basis of medical equipment-X ray machine which is essential in our daily life, this paper mainly design machine tool fixture for its components and parts. The image shield of X ray machine is mainly used in the image photography connection part of X ray machine, to provide protection for X ray machine, prevent dust, water or man-made damage, and provide the scientific support for the patients health, has the strong practical significance. The content of study design mainly includes the analysis of the drawings, the choice of materials and tools, the analysis of machining process and the plan design of fixed position, tool position accurately and guiding device design, clamping device design, the design of fixture body and draw the fixture assembly drawing. By using the theoretical knowledge and practical skills, the design of machine tool fixture practically, not only can improve the efficiency of product, but also can reduce labor intensity.Keywords : Mechanical manufacturing process Machinery manufacturing equipment Machine tool fixture X- ray machine 郑州华信学院毕业设计（论文） 医用X光片机图像防护罩夹具设计目录1绪论11.1 机床夹具概述11.2 课题研究设计的目的及意义11.3 国内外文献综述11.4 现代机床夹具的发展趋势21.5 论文研究内容31.6 创新点32机床夹具设计概述42.1 机床夹具的组成42.2 机床夹具的功能42.3 机床夹具的分类42.4 铣削机床常用通用夹具的结构52.5 加工中心机床夹具的特点52.6 夹具装夹工件的特点62.7 机床夹具的安装62.8 机床夹具的对刀73夹具结构方案设计83.1 零件分析83.2 工序1夹具83.2.1 工序1工艺方案分析83.2.2工序1定位方案83.2.3工序1夹紧方案123.2.4工序1对刀方案143.2.5工序1夹具体设计153.2.6工序1辅助元件153.3 工序2夹具163.4 工序3夹具173.5 本文所设计夹具的使用要求及改进方案18结论19致谢20参考文献21III1绪论1.1 机床夹具概述机床夹具主要用于金属切削加工中的批量生产，因此，其设计质量的高低直接影响到零部件的加工质量和工作生产效率。对零件进行金属切削加工，就要对其制定工艺规程，然后按工艺规程加工，加工中除需要机床、刀具和量具外，成批量生产时还要有机床夹具。机床夹具作为机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，进而保证机床工作台的正确运动轨迹，在加工过程中应用较为活跃 王先逵. 机械制造工艺学M. 北京：机械工业出版社，20072 邹青,呼咏. 机械制造技术基础课程设计指导教程M. 北京：机械工业出版社，20123 关慧贞,冯辛安. 机械制造装备设计M. 北京：机械工业出版社，2010。1.2 课题研究设计的目的及意义X光片机在医疗器械上应用较为广泛，其工作时性能的稳定性、图像分辨率显示的高低、拍摄和曝光时间的长短直接影响到诊断和治疗的效率。而防护罩的设计就能满足这些要求。它的设计制造对X光片机的实际工作性能影响较大，因此其制造精度要求要满足其装配精度要求，才能保证X光片机的使用性能要求，进而为诊断和治疗提供更科学的依据。而此过程中，在机床、刀具和量具不变的条件下，夹具设计就显得尤为重要4 朱耀祥,浦林祥. 夹具设计手册M. 北京：机械工业出版社，20105 陈宏钧. 机械加工工艺手册M. 北京：机械工业出版社，2009。近年来，在市场经济的推动下，企业之间的竞争较为激烈，因此，需要我们在最短的时间内设计并制造出高效的夹具。在大批量生产中，如果为防护罩设计的夹具不合理，或者设计、制造周期相对较长，这不仅会导致产品的生产周期长，而且还会使零件的制造成本大幅度提高，进而使生产出的零部件产品可能达不到制造精度要求。这就不符合防护罩的使用要求。因此，在目前的形势下，设计出一套高效且能保证加工精度要求的夹具显得尤为关键6 华楚生. 机械制造技术基础M. 第三版. 重庆：重庆大学出版社，20117 成大先. 机械设计手册M. 第五版. 北京：化学工业出版社，2008。随着科技的进步和现代机械制造业的发展，机床夹具在现代机械加工制造行业中正发挥着越来越重要的作用，已成为其必不可少的工艺装备之一。它的应用和广泛发展不仅能提高零部件的加工精度并保证它们的互换性，还能缩短工人的劳动强度，进而扩大机床的应用范围，缩短产品的试制周期8 李郁. 机床夹具设计教程M. 北京：电子工业出版社，20129 于骏一，邹青. 机械制造技术基础. 北京：机械工业出版社，200910 王启平. 机床夹具设计M. 第二版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，200511 王积伟，章宏甲，黄谊. 液压与气压传动M. 第二版. 北京：机械工业出版社，2005。1.3 国内外文献综述1.3.1 国内机床夹具的发展历史早在20世纪60年代，我国已将夹具看作是机械加工制造行业中的重要辅助装置，并建立了天津组合夹具厂和保定向阳机械厂，这些厂主要针对于机械行业和航空工业，以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。这些厂的生产能力在当时尤为惊人，全国年产组合夹具元件能达到800万件。到了20世纪80年代，两厂经过不断的产品研发和试制，适合NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统出现在了公众的视野，这不仅扩大了内需，还增加了出口量。然而，当前国内的大部分NC机床、加工中心仍需进口，但与其配套的夹具价格却非常昂贵，因此，在国内为机床设计出配套夹具，能节省大量外汇12 Sun H Current and future patterns of using advanced manufacturing technologies. Technovation 20:631-641 200013 薛东彬，刘有余，于雷. 数控加工工艺与编程. 武汉：华中科技大学出版社，2013。1.3.2 国外机床夹具发展历史近年来，从国际机械制造行业的发展形势看，俄罗斯、德国和美国等生产的组合夹具较多。国际上生产组合夹具的企业多以中小型为主，由于专用夹具、可调整夹具的专用性较强，故而其生产主要集中在本地区和国内，而通用性强的组合夹具由于能满足国际贸易对现代机床夹具的要求，正逐步成熟为一个新品种。据不完全统计，夹具和组合夹具在全球的产值和贸易额异常惊人，仅对于欧美市场，一套用于加工中心的夹具，通常就为机床价格的很多倍，更不用说组合夹具的大型基础件了。我国在加入WTO和制造业全球一体化后，凭借着在组合夹具技术上的历史积累和性价比的优势，加上国内电子商务的日益发展，对我国市场经济的发展是一个良好的机遇，为进一步扩大出口奠定了基础14 谭雪松，漆向军. 机械制造基础M. 北京：人民邮电出版社，200815 黄鹤订. 金属切削机床M. 第二版. 北京：机械工业出版社，2011。1.3.3 国内外机床夹具的发展现状国际生产研究协会的有关统计显示：目前，85%左右的工件种类产品多为中、小批多品种产品。为了适应市场需求和竞争，现代生产对企业又有了新的要求，即其生产制造出的产品要经常能更新换代。然而，对一些工艺基本较为成熟的一般企业来说，他们仍习惯于大量采用传统专用夹具。另一方面，由于多品种产品的生产，夹具的更新换代更快，而夹具的实际磨损量却不大，这就造成了大量浪费。近年来，新加工技术层出不穷，从数控机床到加工中心，然后到成组技术，最后到柔性制造系统（FMS）等的应用，迫使机床夹具的应用范围和性能特点不得不发生新的变化和提升，以适应机械制造装备业对它的新的要求16 张胜文. 计算机辅助工艺设计：CAPP系统设计M. 第二版. 北京：机械工业出版社，200517 Lynch M Managing computer numerical operations. Society of manufacturing Engineers, Michigan 199518 柴增田. 金属工艺学M. 北京：北京大学出版社，200919 濮良贵，纪名刚. 机械设计M. 第八版. 西安：高等教育出版社，2010：（1）能快速而简便的装配到新产品的试制中，从而缩短产品的生产准备时间，降低生产劳动的投入成本（2）能满足有相似性特征工件的装夹要求（3）能满足高精度机床对精密加工的使用要求（4）能配合应用于各种现代化制造技术（5）能适用于一些高效夹紧装置，如以液、气压等作为动力源的夹紧装置（6）能提高各组件或零部件的标准化程度1.4 现代机床夹具的发展趋势与传统机床夹具相比，现代机床夹具更加注重夹具向标准化、精密化、高效化和柔性化的方向发展等。（1）标准化机床夹具的标准化与通用化密切相关。随着我国机床夹具行业的崛起和迅猛发展，截至到目前，我国已建立了夹具零件和部件的国家标准：GB/T2148-T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。对机床夹具实现标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短产品的生产准备时间，从而降低生产劳动总成本。（2）精密化由于机械产品的设计制造精度在不断提高，因此，只有提高夹具的精度，才能满足日益增长的市场化需求。精密化夹具有很多结构类型，例如多齿盘，来实现精密分度。定心精度为5m的高精度三爪自定心卡盘，来实现精密车削。（3）高效化为了提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，就必须减少工件加工的基本时间和辅助时间，这样，高效化夹具就起到了举足轻重的作用。高效化夹具主要有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧装置的夹具等。例如，电动虎钳，能在数控机床或加工中心上迅速装夹工件，能提高5倍左右的生产效率。高速三爪自定心卡盘，在车床上即能实现快速定心定位，又能在实验转速为9000r/min的条件下，使卡爪仍能牢固的夹紧工件，进而大幅度提高切削速度，提高生产效率。目前，高效、自动化夹具主要应用在生产流水线、自动线上，但随着夹具自动化的迅速发展，在数控机床上，尤其在加工中心上也配备了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，这样充分应用了数控机床的性能特点和优势。（4）柔性化与机床的柔性化相似，机床夹具的柔性化是指机床夹具通过调整、组合等方式以满足不同工件的加工。目前，很多新型夹具具有柔性化特征，例如，通用可调夹具、数控夹具、成组夹具、组合夹具、模块化夹具等。随着现代机械工业产品多品种、中小批量生产的发展趋势，现代机床夹具只有提高柔性化程度，将夹具的不可拆结构改为可拆结构，并使之发展成可调夹具结构，才能满足日益增长的现代化市场需求20 大连理工大学工程图学教研室. 机械制图M. 第六版. 北京: 高等教育出版社, 200721 孙桓，陈作模，葛文杰. 机械原理M. 第七版. 西安：高等教育出版社，201022 王伯平. 互换性与测量技术基础M. 第三版. 北京：机械工业出版社，200823 杨瑞成，丁旭. 机械工程材料M. 第三版. 重庆：重庆大学出版社，2009。1.5 论文研究内容本课题主要研究的内容是：（1）对机床夹具设计进行理论分析，了解其应用装置、结构特点等（2）通过分析确定夹具定位方案、夹紧方案等（3）通过所选方案进行定位装置、夹紧装置的设计（4）通过所设计的装置进行夹具结构相关参数的确定及验证1.6 创新点结合自己的实际生产实习和所学专业知识技能，选择与人们的身心健康息息相关的课题进行系统而科学的分析、设计、论证，达到学以致用的目的。 2机床夹具设计概述2.1 机床夹具的组成机床夹具是在机床上装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。机床夹具的基本组成部分主要有：（1）定位元件或装置 用于确定工件在夹具上的位置。（2）刀具导向元件或装置 用于引导刀具或调整刀具相对于夹具定位元件的位置。（3）夹紧元件或装置 用于夹紧工件。（4）联接元件 用于保证夹具在机床上的正确位置并与机床相联接。（5）夹具体 将夹具各元件或装置联接装配成一个整体，然后利用它将夹具安装在机床上。（6）其它元件或装置 除上述元件或装置以外的元件或装置。如某些夹具上的分度装置、防错（防止工件错误安装）装置、安全保护装置、为便于卸下工件而设置的顶出器等24 陈天富，冯贤桂. 工程力学M. 重庆：重庆大学出版社，201125 陈静，吴素珍. Autocad机械绘图M. 北京：机械工业出版社，2011。2.2 机床夹具的功能机床夹具的主要功能如下：（1）保证加工质量 机床夹具的主要使用性能和功能就是保证加工精度。被加工工件加工面与定位面之间或者被加工表面相互之间的位置精度，对产品的制造精度影响最大，而这些位置精度，主要靠机床夹具来保证，对工人的技术水平要求不大。（2）提高生产效率，降低生产成本 在产品机械加工的过程中，划线、找正等工作不但会占据工人的机床调试时间，而且在反复找正的情况下，产品的制造质量也无法保证。因此，机床夹具的使用，不但可减少大部分辅助时间，而且可在一次装夹的情况下，对产品实现多件、多工位加工。在现代机床夹具中，广泛采用气动、液动等机动夹紧装置，可使辅助时间进一步减少。（3）扩大机床工艺范围 在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床的工艺范围。例如，在车床或钻床上使用镗模，可以替代镗床镗孔。又如，使用靠模夹具，可在车床或铣床上进行仿形加工。（4）减轻工人劳动强度，保证安全生产26 27 张丽，何文德，陈玲. 中心支架镗孔夹具设计. 煤矿机械J. 2014（2）:101-10828 陈日曜. 金属切削原理M. 第二版. 北京：机械工业出版社，2005。2.3 机床夹具的分类机床夹具可以有很多分类方法。通常按机床夹具的使用范围，可划分为5种类型：（1）通用夹具 如车床上常用的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、顶尖、中心架、电磁吸盘、铣床上常用的平口钳、分度头、回转工作台等均属此类夹具。该类夹具由于具有较大的通用性，故得此名。通用夹具一般已标准化，并由专门的专业工厂（如机床附件厂）生产，常作为机床的标准附件提供给客户。（2）专用夹具 这类夹具是针对某一工件的某一工序而专门设计的，因其用途单一而得名。专用夹具广泛应用于批量生产中。（3）可调整夹具和成组夹具 这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件成组加工的夹具，通常被称为成组夹具。与成组夹具相比，可调整夹具的加工对象不很明确，适用范围更广一些。（4）组合夹具 这类夹具有一套标准化的夹具元件，根据零件的加工要求拼装而成，就像搭积木一样，不同元件的不同组合和联接可构成不同结构和用途的夹具。夹具用完后可拆卸重复使用。这类夹具特别适用于新产品试制和小批量生产。（5）随行夹具 这是一种在自动线或柔性制造系统中的一种夹具。工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还载着工件随输送装置送往个各机床，并在各机床上被定位和夹紧。机床夹具根据加工类型和机床的不同，广泛应用在车床、铣床、钻床、镗床、磨床、数控机床上等。机床夹具还可以按其夹紧装置的动力源来分类，可分为手工操作夹具、气动夹具、液动夹具、电磁夹具、真空夹具等29 张兆隆，张晓芳. 极限配合与测量技术M. 北京：北京理工大学出版社，201230 刘巽尔. 形状与位置公差-原理与应用M. 北京：机械工业出版社，1999。2.4 铣削机床常用通用夹具的结构在铣床上用来使工件定位并夹紧的工艺装置称为铣床夹具。铣床夹具安装在铣床工作台上随工作台一起进给。铣床、数控铣床和加工中心机床常用的通用夹具主要有平口虎钳，它主要用于装夹长方形工件，也可以用于装夹圆柱形工件。机用平口虎钳是通过虎钳体固定在机床上。固定钳口和钳口铁起垂直定位作用，虎钳体上的导轨平面起水平定位作用。活动座、螺母、丝杠（及方头）和紧固螺钉可作为夹紧元件。回转底座和定位键分别起角度分度和夹具定位作用31 童秉枢. 机械cad技术基础M. 第三版. 北京：清华大学出版社，2008。2.5 加工中心机床夹具的特点加工中心是一种带有刀库和自动换刀功能的数控镗铣床。加工中心机床夹具与一般铣床或镗床夹具相比，具有以下特点：（1）功能简化 一般铣床或镗床夹具具有四种功能，即定位、夹紧、导向和对刀。加工中心机床由于有数控系统的准确控制，加之机床本身的高精度和高刚性，刀具位置可以得到很好的保证。因此，加工中心机床使用的夹具只需具备“定位”和“夹紧”两种功能，就可以满足加工要求，使夹具结构得到简化。（2）完全定位 一般铣床或镗床夹具在机床上的安装只需要“定向”，常采用定向键或找正基面确定夹具在机床上的角向位置。而加工中心机床夹具在机床上不仅要确定其角向位置，还要确定其坐标位置，即要实现完全定位。这是因为加工中心机床夹具定位面与机床原点之间有严格的坐标尺寸要求，以保证刀位的准确（相对于夹具和工件）。（3）开敞结构 加工中心机床的加工工作属于典型的工序集中，工件一次装夹可完成多个表面的加工。为此，夹具通常采用开敞式结构，以免夹具各部分（特别是夹紧部分）与刀具或机床运动部件发生干涉和碰撞。有些定位元件可以在工件定位时参与，而当工件夹紧后被卸去，以满足多面加工的要求。（4）快速重调 为尽量减少机床加工对象转换的时间，加工中心机床使用的夹具通常要求能够快速更换和快速重调。为此，夹具安装时一般采用无校正定位方式。对于相似工件加工，则常常采用可调整夹具，通过快速调整（或快速更换元件），使一套夹具可以同时适应多种零件的加工。2.6 夹具装夹工件的特点夹具装夹方法是靠夹具将工件定位、夹紧，以保证工件相对于刀具、机床的正确位置。具有以下特点：（1）工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的。因此，不再需要找正便可将工件夹紧。（2）由于夹具在机床上已调整好位置（也有在加工过程中再进行找正的）。因此，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置。（3）通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。（4）装夹基本上不受工人技术水平的影响，能比较稳定和容易地保证加工精度。（5）装夹迅速、方便，能够减轻劳动强度，显著地减少辅助时间，提高劳动生产率。（6）能扩大机床的工艺范围。综上所述，夹具安装方法简单，不受技术水平影响，易操作。2.7 机床夹具的安装机床夹具在机床工作台上的安装位置，直接影响到被加工表面的位置精度，因而在设计时必须考虑其安装方法，一般在夹具底座下面装两个定位键，定位键的结构尺寸以标准化，应按机床工作台的T形槽尺寸选定，它和夹具底座以及工作台T形槽的配合为H7/h6，H8/h8.两定位键的距离应力求最大。如图2.7所示图2.7 夹具定向键定位键的安装是夹具通过两个定位键嵌入到机床工作台的同一T形槽中，再用T形螺栓、螺母将夹具体紧固在工作台上，所以在夹具体上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座。如果夹具宽度较大时，可在同侧设置两个耳座，两耳座的距离要和机床工作台两个T形槽的距离一致。2.8 机床夹具的对刀机床夹具在工作台上安装了以后，还需要调整铣刀对夹具的相对位置，以便于进行定距加工。对刀方法一般有三种：（1）试切对刀（2）应用样件对刀（3）采用对刀装置对刀对刀装置由对刀块和塞尺组成。采用对刀装置对刀时，为防止损坏刀刃或造成对刀块过早磨损，刀具与对刀面不应直接接触，而是将对刀面移近刀具，并且在对刀面和铣刀之间塞入塞尺，凭抽动的松紧感觉来判断对刀的准确程度。如图2.8所示图2.8 对刀装置3夹具结构方案设计3.1 零件分析由附录B可知，零件为铸件，且外形尺寸较大，毛坯材料为纯铝，硬度为35HB，小批量生产。图中，位置度要求较高，大部分为0.35mm,表面光洁度要求也较高，为3.2m或6.3m，还有两个的精度孔，另外，螺纹孔较多，其中这些螺纹孔大部分都是用来装螺纹套的，因此，在设计夹具和制造工艺时应考虑这些因素。由于零件为盘型零件，故选择数控铣床或加工中心来生产。选择在立式加工中心上加工此零件，机床主要参数为工作台纵向行程为500mm，横向行程为300mm,主轴转速在2008000r/min之内，定位精度为0.02mm。铣刀主要选用硬质合金面铣刀、高速钢立铣刀、高速钢钻头、硬质合金铰刀和高速钢丝锥等。3.2 工序1夹具3.2.1 工序1工艺方案分析由于材料为铸铝，生产工艺简单，铸造性能良好，材质较软，故可选择较高转速、较大进给速度和较大吃刀量。工序1工艺方案是在其定位和夹紧方案的前提下制定出的。在此道工序中主要完成的工艺有粗铣-精铣上表面和侧壁，铣出2x20mm和2x8mm半圆形槽并保证其位置度，钻-铰出2x6mm的8级精度孔，钻-攻螺纹出7个装M6x1螺纹套的螺纹孔。工序简图如图3.2.1所示图3.2.1工序1简图工艺路线如下：（1）粗-精铣左边的上表面（2）粗-精铣右边的上表面和直径为114的外圆柱侧壁表面（3）粗-精铣2x20mmU形槽和2x8mmU形槽（4）中心钻打上表面上所有孔的中心点（5) 钻直径为6的底孔（6）铰直径为6的精度孔至尺寸要求（7）钻直径为6.25的底孔（8）攻底孔直径为6.25，螺距为1mm的螺纹孔3.2.2工序1定位方案3.2.2.1自由度的概念一个自由刚体，在空间直角坐标系中，有六个方向活动的可能性，一般把某个方向活动的可能性称为一个自由度。 如图3.2.2-1所示图3.2.2-1 空间自由度3.2.2.2工件的定位基准及定位基面机械零件是有若干要素（点、线、面）组成的，各要素之间都有一定的尺寸和位置公差要求，用来确定生产要素对象上几何要素之间几何关系所依据的那些点、线、面，称为基准。在加工中用作确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的基准，称为定位基准。体现定位基准的表面称为定位基面。3.2.2.3 六点定位原理 一个物体在空间可以有六个独立的运动，即沿3个方向的直线移动和绕3个方向的转动。这3个方向就是X轴、Y轴和Z轴。通常把上述6个独立运动称为六个自由度。采用6个按一定规则布置的约束点来限制工件的6个自由度，实现完全定位，称之为六点定位原理。如图3.2.2-2所示图3.2.2-2 六点定位原理工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。工件定位时，工件定位基准和夹具上的定位元件接触并形成定位副，以实现工件的六点定位。定位元件的基本要求：（1）定位基面应有足够的精度以保证工件的定位精度。（2）定位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件定位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。（3）支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免在使用中变形和损坏。（4）定位元件应有较好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。（5）定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。工件的加工误差，是指工件加工后在尺寸、形状和位置三个方面偏离理想工件的大小。它是由三部分因素产生的：（1）工件在夹具中的定位、夹紧误差（2）夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差，也称对定误差。（3）加工过程中误差，如机床几何精度、工艺系统的受力与受热变形、切削振动等原因引起的误差。其中，定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差。可见，定位误差只是加工误差的一部分。设计夹具定位方案时，要充分考虑此定位方案的定位误差的大小是否在允许的范围内。一般定位误差应控制在工件允差的1/51/3之内。防护罩在铸造时铸有5个与底平面重合的耳块，并以此作为基准A,且毛坯在铸造时各表面较平整，光洁度较好，可以以底面基准A作为定位基准，并采用固定支承支承钉来定位底平面。由于底平面上面又有高于底平面的凸台，所以将夹具体上销钉的长度大于凸台的高度，来实现底平面的定位，来限制工件沿Z轴的移动和绕X、Y轴的转动。选择5个耳块之中的3个，下面用直径为13的销钉来定位。支承钉规格，如图3.2.2-3所示图3.2.2-3支承钉同时在后侧面用两个固定支承挡块来实现侧面的定位，防止工件绕Z轴转动和Y轴移动。挡块的高度应小于工件上表面的高度。还有，在工件右侧面用一挡块来定位，以防止其沿X轴的移动。从而，实现工件的完全定位。如图3.2.2-4所示图3.2.2-4 定位挡块由于工件尺寸较大，质量较重，而支承圆销的直径又不太大，所以在底平面增加一圆销来支承工件。这样虽然属于过定位，但考虑到定位面的尺寸、形状和位置精度高，且定位元件的制造质量较好，所以对加工影响不大。由于夹具定位基准与工序基准不重合，两基准之间的位置误差会反映到被加工表面的位置上去，因此会产生定位误差，这种误差被称之为基准转换误差。 在本工序中是以平面定位，因此定位误差的计算如图3.2.2-5所示图3.2.2-5 基准转换误差如图3.2-5所示的工件，加工面C的设计基准是A面，要求尺寸是N。所设计夹具的定位基面是B面，尺寸N是通过控制A2来保证的，是间接获得的。因此，N是由A1、A2和N组成的工艺尺寸链的封闭环。由此可见： (3-1)式中，A2本工序的加工误差；A1基准转换带来的加工误差。代入式（3-1）得由于工件允许误差为0.5mm，因此经计算在允许误差的1/51/3之内，符合定位要求。3.2.3工序1夹紧方案零部件产品的机械制造加工，由于存在工件相对于旋转刀具或刀具相对于旋转工件的接触情况，势必会产生切削力、离心力和惯性力等。这样，工件在夹具中所占据的正确位置可能就不能保证。因此，在夹具结构中就要设置一定的夹紧装置，来排除这些外力作用的干扰，使工件已由定位元件所确定的加工位置，在加工过程中不会发生振动和位移，进而保证加工质量。工件在夹紧的过程中，夹紧装置的设计应能满足工件对加工精度、表面粗糙度以及生产效率方面的要求。因此，对夹紧装置的设计有以下要求：（1） 工件不发生移动 工件在夹紧过程中，其定位后所占据的正确位置不能改变。（2） 工件不发生变形 工件在夹紧过程中，夹紧力的大小既要满足夹紧的可靠性，又要防止因夹紧力过大而引起的加工精度所不允许的变形。（3）工件不发生振动 支承件和夹紧件应有足够的的刚度和强度，以保证工件在夹紧系统的作用下不会发生振动。（4）安全可靠 夹紧行程必须足够，且手动夹紧必须保证自锁性能，以实现夹紧的可靠性。（5）经济实用 夹紧装置的设计应满足生产纲领和企业生产条件方面的要求，其自动化和复杂程度应比较高，以保证生产的高效性。同时，在结构设计方面，尽量简单，且制造、维修方便，工艺性能好；在操作方面，应力求方便、省力，且有较好的使用性能。夹紧机构是指能实现以一定的夹紧力夹紧工件选定夹紧点的功能的完整结构。它主要包括与工件接触的压板、支承件和施力机构。对夹紧机构通常有如下要求:（1）可浮动 由于工件上各夹紧点之间总是存在位置误差，为了使压板可靠地夹紧工件或使用一块压板实现多点夹紧，一般要求夹紧机构和支承件等要有浮动自位的功能。要使压板及支承件等产生浮动，可用球面垫圈、球面支承及间隙联接销不实现。（2）可联动 为了实现几个方向的夹紧力同时作用或顺序作用，并使操作简便，设计中广泛采用各种联动机构。（3）可增力 为了减小动力源的作用力，在夹紧机构中常采用增力机构。最常用的增力机构有：螺旋、杠杆、斜面、铰链及其组合。铰链增力机构常和杠杆机构组合使用，称为铰链杠杆机构。它是气动夹具中常用的一种增力机构。其优点是增力比较大，而摩擦损失较小。（4）可自锁 当去掉动力源的作用力之后，仍能保持对工件的夹紧状态，称为夹紧机构的自锁。自锁是夹紧机构的一种十分重要并且十分必要的特性。常用的自锁机构有螺旋、斜面及偏心机构。工件在定位方案完成后，进而要将其固定在夹具体上，从而固定在机床上，这就需要夹紧装置。最常用的夹紧方法是用螺栓将压板压紧在工件表面上。该工件在在夹具体上攻出M8x1.25螺纹孔和直径为8的销孔，将支承钉和螺栓及压板安装在夹具体上，压板的下表面要压在耳块的上表面上。由于工件材料为铝，故压板的材料也选择铝，防止将工件压伤。转动压板规格，如图3.2.3所示图3.2.3转动压板设计夹紧机构完夹紧机构后，还要考虑夹紧力的大小。因此夹紧力的计算必不可少。适当的夹紧力，既能保证定位的稳定性、夹紧的可靠性，又能确定夹紧装置的结构尺寸。因此，选择夹紧力的大小时要合理选取。在加工过程中，如果夹紧力过小，就会导致夹紧不牢固，从而使工件位置发生移动来破坏定位，这样，工件的加工质量就不能保证，有时可能会发生安全事故。如果夹紧力过大，则工件会发生变形。根据工程力学的有关知识和理论，在计算夹紧力的大小时，应遵循夹紧力和工件上所受的其它力或力矩相平衡的原则。但事实上，由于考虑到工艺系统的刚度和夹紧机构的传递效率等因素的存在，在计算夹紧力的大小时，往往很复杂。因此，在实际设计中，可通过估算、类比和试验等方法来确定夹紧力的大小。 估算法是通过将夹具和工件看成一个刚性系统，来对夹紧力的大小进行一个简化计算。工件在机械加工的过程中受切削力、夹紧力（大型工件应考虑重力、惯性力等）的作用，在工件处于夹紧最不利的状态时，先对其应用静力平衡原理来求出理论夹紧力，然后再乘以安全系数计算出实际所需夹紧力的大小，即 (3-2) (3-3)式中 实际所需夹紧力，单位为N； 在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，单位为N； 安全系数，粗略计算时，粗加工取K2.53，精加工取K1.52； 摩擦因数； 铣削力； 、压紧点至中心点的距离。其中 (3-4) 铣削力，单位为；在用高速钢（W18Cr4V）铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型的系数，其值查有关手册；背吃刀量，单位为；每齿进给量，单位为；铣刀直径，单位为；铣削宽度，单位为；铣刀齿数；在用高速钢（W18Cr4V）铣刀铣削时，考虑工件材料力学性能不同的修正系数；由于工件为铝件，故取，代入式(3-4)得取，代入公式（3-2），（3-3）得每个压板提供的夹紧力F为5000N，则3F=3x5000N=15000N13272.65N，因此，符合设计要求。3.2.4工序1对刀方案 由于工件上表面铸造质量良好，因此采用对刀块对刀，以保证工件表面粗糙度和位置度要求。选择工件上表面中心点作为坐标原点，建立工件坐标系。将刀具主轴向下移到离工件20mm处，在机床刀具补偿里将刀长减少20mm。采用对刀装置对刀，对刀块规格如图3.2.4所示图3.2.4圆形对刀块3.2.5工序1夹具体设计根据工件尺寸及支承板厚度选择夹具体外形尺寸。选择夹具体外形为长方体，尺寸为长500mm、宽350mm、高35mm。在夹具体上钻出孔径为8孔4个和攻出M8x1.25螺纹孔9个。如图3.2.5所示图3.2.5 夹具体3.2.6工序1辅助元件M8x1.25内六角螺钉（GB/T 70.12008），压板，支承钉，对刀挡块，六角螺母（GB/T 6172.12000），平垫圈等3.3 工序2夹具3.3.1工序2工艺方案分析 工序2工艺方案是在其定位和夹紧方案的前提下制定出的。在此道工序中主要完成的工艺有粗铣-精铣上表面和侧壁，将5个铸造出的耳块铣去并将毛坯侧壁加工余量铣至尺寸要求，还有铣出上表面上所有外圆凸台侧壁轮廓。工艺路线主要是粗-精铣上表面及其侧壁、耳块及其侧壁和外圆凸台侧壁。工序简图如图3.3.1所示图3.3.1工序2简图3.3.2工序2定位方案工序2底平面的定位是以工序1加工出的上平面的定位基准面D定位，将其贴在夹具体上平面上。由于工序1又有一圆形凸台，且又以其中心线为基准G，故在夹具体上铣出与凸台外圆面呈间隙配合的孔，来以基准G定位。这样，就限制了工件在X、Y、Z轴方向的移动和绕X、Y轴的转动。又由于在工序2底平面上有铸造有长方体耳块，而要在此工序中将其铣去，可在夹具体配合孔中攻出2个M12x1.75螺纹孔并以工序1加工出来的精度孔在夹具体上的定位销配合，来限制其绕Z轴方向的移动。其中，定位销规格，如图3.3.2所示图3.3.2定位销综上所述，就限制了6个方向的自由度，符合六点定位原理。3.3.3工序2夹紧方案由于此工序要完成大部分加工作业，且将5个耳块铣去，故圆形压板不能放在工序2工件的上平面上，可放在工件铸造出的两个通孔上，且在压板上攻出1个M12x1.75螺纹孔，用长螺栓与夹具体上连接，进而将工件压紧在夹具体上。这样，既可以铣去上平面上的加工作业，又可以铣去2个耳块。圆形压板规格如图3.3.3所示图3.3.3 圆形压板 3.3.4工序2对刀方案 同工序1对刀方案，用对刀块对刀。3.3.5工序2夹具体设计 根据工件尺寸及支承板厚度选择夹具体外形尺寸。选择夹具体外