【工装夹具类】飞轮专用回转钻模夹紧机构设计【CAD图纸+毕业论文】【答辩通过】
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- 1 - is of of It is he of in of 8th a of an to of of As a a of 847 in of by of an on to by of in in is of a of a of be of of he of in to by to of to of of an in of to of in to in of to of is in - 2 - of is is or in A of is a of of a of in to to of a of a of is a on a by a of of an of of to of of to of to 0th a in of a in in of of an of of of of of of is In in as as on in of - 3 - of he to by to in is to to of to in is a of of to or of of in as is in of of in or to be of of at s by to or by of on a of to of of in on to of of of of is so by no A is of of or of to be is of - 4 - of as in of of is of to to a of an to a to is of is to or of or is of in In of is a of of or an of of by of be to up in as a he of to as as of is a in at in is in of of of to of be - 5 - to s to a of a in n 980s, be to As it is to a in a is to is a to in in be in a is is no a to If ve a is as as if re in of a a of be in to a to is in is to or to if a or a is to to In of to of to of - 6 - be or to in a is up a t 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最成功的机械制造是其机器的机械设计能与控制系统紧密融合，不论这种控制系统从本质上是机械的还是电子的。现代化的汽车发动机生产传送线（传送带）就是一系列复杂的生产工艺机械化的很好例子。人们正在着手开发以使机械生效后进一步自动化，利用计算机来存储和处理大量数据，这些数据是少量多功能机床生产多种零件所必需的。其中一个目标就是使批量生产车间完全自动化，三班轮换，但每天只需一班人员来操作。 动力机械的发展 生产机械必须先有充足的动力供应。蒸汽机最先提供了用热能来产生动力的实际可行的方法，在旧有的人 力、风力和水力之外增加了动力源。新的机械工程业面临的最初挑战之一就是增加热效率和动力，这一点随着蒸汽涡轮机和大的联合蒸汽锅炉的发展而基本实现了。 20 世纪， - 9 - 涡轮机为发电机提供的动力得到了持续快速的增长，同时热效率也在稳定增长，而且大电站每千瓦的资本消耗也在下降。最后，机械工程师们获得了核能源。这种核能源的应用需要有特别高的可靠性和安全性，这就需要解决许多全新的问题。大型电厂和整个核电站的控制系统已变成高度复杂的电子、流体、电、水力和机械零件的网络，这一切都涉及到机械工程师的所有学术领域。 小型的内燃机，不论是 往复式（汽油机和柴油机）还是旋转式（燃气轮机和旺克尔机），以及它们在运输领域的广泛应用也都要归功于机械工程师们。在整个运输业，不论是在空中和太空，还是在陆地和海洋，机械工程师创造了各种设备和动力装置。他们越来越多地与电气工程师合作，尤其是在开发适合的控制系统方面。 军用武器的开发 机械工程师应用于战争的技术与民用中需要的类似，尽管其目的是增强毁坏力而不是提高生产率。喷气式飞机和核反应堆就是众所周知的例子。 生物工程 生物工程是机械工程中一个相对新的和与众不同的领域，它提供用来替换或增加人体功能的机器以及用来 进行医疗的设备。人造肢体已被开发出来，并且具有诸如有力的运动和触摸反应等人体功能。在人工器官移植手术方面的发展是迅速的，复杂的心肺机器和类似的设备使越来越复杂的手术得以进行，并使受重伤和重病病人的生命功能得以持续。 环境控制 机械工程师的一些最初的努力是要通过抽水来排涝或灌溉土地以及给矿井通风来控制人类的环境。现代的制冷和空调厂普遍采用反向的热引擎，在这些地方动力把热从冷的地方抽出送到更热的外部。 很多机械工程的产品以及其他领域的技术发展对环境有副作用，产生了噪音，引起了水和空气的污染，破坏了土地和风景。商 品和动力的生产率提高太快，以致于自然力的再生跟不上步伐。对于机械工程师和他人来说，环境控制是一个快速发展的领域，它包括开发尽可能产生少量污染物的机器和生产工序，以及开发新的设备和技术来减少和消除已造成的污染。 机械工程的作用 机械工程师有四个通用于上述所有领域的作用。第 1 个作用是理解和研究机械科学的基础。它包括涉及力和运动的关系的动力学，比如在振动中的力和运动的关系；自动控制；研究各种形式的热、能量、动力之间关系的热 - 10 - 力学；流体流动；热传递；润滑；和材料特性。 第 2 个作用是依次地进行研究、设计和开发。该作用试 图进行必要的改变以满足当前和将来的需要。这一工作不仅要求对机械科学有一个合成和发明。 第 3 个作用是生产产品和动力，包括计划、运作和维护。其目的在于维护或提高企业或机构的较长期的和生存能力声誉的同时，以最少的投资和消耗生产出最大的价值。 第 4 个作用是机械工程师的协调作用，包括管理、咨询、以及在某些情况下进行市场营销。 在所有这些作用中，体现出一种长期不断地使用科学的方法，而不是传统的或直觉的方法的倾向，这是不断成长的机械工程专门技术的一个方面。这些新的合理化方法的典型名称有：运筹学、工程经济学、逻辑学 问题分析（简称 然而，创造性是无法合理化的。正如在其他领域一样，在机械工程中，能够采取重要的出人意料的并能开创出新方法的能力，仍然具有个人的、即兴的特点。 机械工程的未来 机械工程师的数量依旧快速增长，同时他们所受训练的时间也在延长并且质量也在提高。然而，工程师们和全体公众越来越意识到，人口和生活水平的指数增长正在造成可怕的环境污染和自然资源消耗问题。这更清楚地表明，所有的技术职业都有必要考虑开 发和发展的长期社会效益。人们越来越需要机械工程技术来满足人类的需求，同时也需要将稀有的原材料的消耗降到最低，保持一个令人满意的环境。 信息时代的机械工程 在 20 世纪 80 年代初期，工程师门曾经认为要加快产品的研制看法，必须进行大量的研究工作。结果是实际上只进行了较少的研究工作，这是因为产品开发周期的缩短，促使工程师们尽可能的利用现代技术。研制开发一种创新性的技术并且将其应用在新产品上，使有风险的，并且易于招致失败。在产品开发过程中采用较少的步骤是安全的和易于成功的方法。 对于资金和人力都处于全球性环境中 的工程界而言，缩短产品研制开发周期也是有益的。能够设计和制造各种产品和制造各种产品的人可以在世界各地找到。但是，具有创新思想的人则比较难找。对于已经进行 6 个月的研 - 11 - 制开发工作的人，地里上的距离已经不再是其他人发现他的障碍。如果你的研发周期较短，只要仍然保持领先，这种情况并不造成严重后果。如果正处于一个长达 6 年的研制开发过程中期，一个竞争对手了解到你的研究工作的一些信息，这个项目将面临比较大的麻烦。 工程师们在解决任何问题时都需要进行新的设计这种观念很快就过时了，在现在设计中的第一步是浏览因特网或者其他信 息系统，看其他人是否设计了一种类似于你所需要的产品，诸如船东装置或换热器等。通过这些信息系统，你可能发现有些人已经有了制造图纸，数控纸带和制造你的产品所需要的其他东西。这样，工程师们就可以把他们的职业技能集中在尚未解决的问题上。 在解决这些问题时，利用工作站和进入信息高速公路可以大大增强工程小组的能力和效率。这些信息时代的工具可使工程小组利用大规模的数据库。数据库中有材料性能 标准 技术和成功的设计方案等信息。这些经过验证的设计可以通过下载直接应用，或者对其进行快速 简单的改进来满足特定的要求。将产 品的技术要求通过网络送出去的远程制造也是可行的。你可以建立一个没有任何加工设备的虚拟公司，可以只是制造商，在产品加工完成后，将其直接送给你的客户。定期访问你的客户可以保证你设计的产品按照设计要求进行工作。尽管这些研制开发方式不可能对每个公司都完全适用，但是这种可能性是存在的。 过去客户设计的产品，通常是由小公司制造的。大公司不屑于制造这些产品 者是与客户设计的小批量大交道。“这就是我的产品，”一家大公司这样说，“这是我们能够制造出来的最好产品果 你不喜欢，顺这条街走有一家小公司，它会按你的要求做。” 今天，因为顾客们又较大的选择余地，几乎所有的市场都是瞄准机会的市场。如果你不能使产品满足某些特定客户的要求，你将失去市场份额中的一大部分，或者失去全部份额。由于这些瞄准机会的市场是经常变化的，你告诉应该对市场做出快速的反应。 瞄准机会的市场和根据客户要求进行设计这种现象的出现，改变了工程师们未能进行研究工作的方式。今天，研究工作通常是针对解决特定问题进行的。许多有政府资助或者由大公司出资开发的技术可以在非常低的成本下 - 12 - 辈自由使用尽管这种情况是暂时的，对这 些技术进行适当改进后，他们通常可以被直接用于产品开发，这使得许多公司可以节省昂贵的研究经费。在主要的技术障碍被克服后，研究工作应该主要致力于产品的商品化方面，而不失开发新的，有趣的，不确定的替换产品。 采用上述观点看问题，工程研究应该致力于消除将已知的技术快速商品化的障碍。工作的重点是产品的质量和可靠性，这些在当今的顾客的头脑中是最重要的。很明显，一个质量差的声誉是一个不好的企业的同义词。企业应该尽最大的努力来保证客户得到合格的产品，这个努力包括在生产线的中断对产品进行严格的检验和自动更换有缺陷的产品。 研 究工作应该着重考虑诸如可靠性等因素对成本带来的益处，当可靠性提高时制造成本和系统的最终成本将会降低。如果在生产线的终端产生 30%的废品，这不仅会浪费金钱，也会给你的竞争对手创造一个利用你的想法制造产品，并且将其销售给你的客户良机。 提高可靠性和合降低成本这个过程的关键是深入广泛的利用设计软件。设计软件可以使工程师加快每个阶段的设计工作。然而，仅仅缩短每个阶段的设计时间，可能不会显著的缩短整个设计的时间。因而，必须致力于并行工程软件，这样可以使所有者，即组的成员都能使用共同的数据库。 随着人们步入信息时代，要 取得成功，工程师们在技术开发和技术管理方面都应该具有一些独特的知识和经验。成功的工程师们不但一个具有宽广的知识和技能，而且还应该是某些关键技术或学科的专家，他们还应该在社会因素和经济因素对市场的影响方面有敏锐的洞察力。将来，花在解决日常工程问题上的费用将会减少，工程师们将会在一些更富有挑战性，更亟待解决的问题上协同工作，大大缩短解决这些问题所需要的时间。我们已经开始了工程实践的新阶段。计算机和网络工程师们具有越来越强的解决问题的能力，这些也给我们的工作带来很大的希望和喜悦。为了确保成功，我们所使用工具的性能 和对更好的产品与系统的不断追求，应该与标志着在工程方面所有巨大努力的创新工作所带来的喜悦相适应。机械工程是一个伟大的行业，在我们尽可能多的利用了信息时代所提供的机遇后，他将变得更加伟大。 1 目录 摘要 2 绪论 4 第一章 机床夹具的概述 5 床夹具的发展 5 床夹具的简单介绍 6 第二章 夹具的总体设计 14 定夹具的总体加工方案 14 具通用装置的选择 17 第三章 夹具的机械设计 20 3 1 主要定位元件的设计 20 3 2 夹紧装置和钻模板的设计 22 3 3 回转装置的确定 26 第四章 总图的技术要求 31 术要求 31 要尺寸 32 第五章 夹具设计技术经济和结构分析 36 度设计 经济分析 36 构设计 经济分析 36 总结 37 谢辞 38 参考文献 39 2 摘要 飞轮的 功用是传递动力和改变输出轴运动方向 ，工作原理是让曲柄连杆机构顺利通过死 点 ，当 发动机工作时，发动机将高速运 转，将产生大的振动，如果飞轮的动平横较差将会发动机的其它部件将产生严重的损害，所以对飞点和减少活塞运动过程中产生的冲击轮的夹具设计和加工要特别注意飞轮的动平衡性。 当工件在一次装夹后，需要按一定角度或一定距离加工一组表面时，就要 采用分度装置。由于飞轮的六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，并且为了获得好的平衡，尽量能在一次装夹中，完成所有的加工，由于以上的特殊性，经过多方面的考虑，确定了回转钻模的方案。 关键词： 机床夹具，回转钻模，回转分度装置 3 s is of of is It a if a so we to s we to it to a or a in be s in is to as as in As a of as 4 绪论 本设计是对柴油机飞轮的径向六孔的加工而设计的 回转钻模，随着制造业的发展，机械加工的机床种类繁多，性能更强，特别是数控机床和加工中心的出现和发展，使机械加工中加工的产品精度更高而且结构复杂，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，并且实现最小的费用 ,夹具的应用就起到了重要的作用，好的夹具才能使落后的手动机床在效率和加工精度上与现代的数控机床采用相同的标准，现在夹具的发展虽然受到了挑战， 但工件夹具的生产者正在开发动力系统以提高精度，并发展了监控夹具性能的方法，动力夹具其性能大大超出传统的夹紧装置，但是，即使是手动型基于夹紧的系统也可以大大优化，从而进行更快的夹紧。与传统夹紧装置相比，这种设备使用起来更快更方便，能最佳符合人体的操作，对操作者更安全，而且能加工出具有高质量一次性成品零件。关键是将单个夹紧装置看作总体工具系统的一部分，并将标准化当作自己的标准，这有利于夹紧装置的通用和提高夹具的制作效率。 由于能力有限 ,动手实践机会少 ,设计尚有许多不足之处 ,恳请各位老师给予指教。 5 第一章 机床夹具的概述 床夹具的发展 夹具是机械制造厂里使用的一种工艺装备，为了使工件处于正确的位置所使用的各种各种工艺装备就称为夹具，在机械加工工艺过程中，工件安装并夹紧于夹具中的正确位置，以确保质量且可提高生产率。 机床夹具指各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺设备，它的使用范围最为广泛，如车床上用的三爪自定心卡盘，顶尖，铣床上使用的平口虎钳等，这类机床夹具的规定尺寸已标准化，由专业工厂进行生产。而用于专门为某种工件的某个加工工序应用的专用夹具必须由各制造工厂自行设计制造，由于专用夹具的设计制造直接影响着加工的精度，劳动生产率和产品的制造成本，所以机床夹具在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。 6 图 1 1 具 的立体图 床夹具的简单介绍 床夹具的功用 机床夹具装夹工件的优点，概述有以下几个方面： （ 1）、能稳定地保证工件加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及车床的位置精度有夹具保证， 不受人工技术水平的影响。使一批工件的加工精度趋于一致。 7 可以准确地确定工件相对于刀具和机床切削成形运动中的互相位置关系。并且减少对其它生产条件的依赖性确保工件 的加工质量。 （ 2）、 减少辅助工时， 提高劳动生产率 使用夹具装夹工件无需划线找正，可显著地减少辅助工时，方便快捷；可提高工件刚性，使用较大切削用量；可实现多件、多工位同时装夹 ，可采用高效夹紧机构，提高劳动生产率。 （ 3） 、 能扩大机床的工艺范围 ，实现一机多能 根据加工机床的形成运动，附以不同类型的夹具，可扩大机床的工艺范围。 例如，在普通铣床上安装专用夹具，可以铣削成形表面。 （ 4）、能降低成本。 由于采用与生产规模相适应的夹具使产品质量稳定，使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显降低了生产成本。夹具 制造成本分摊在一批工件上，每个工件增加的成本是极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低成本，且工件批量越大使用夹具所取得的经济效益就越显著。 （ 5）、改善工人的劳动条件。 用夹具 装夹工件方便，省力，安全。当采用气动，液东等夹紧装置，可减轻工人的劳动强度，保证安全生产，延长工人的操作寿命，提高企业整体的技术水平 . 床夹具的分类 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 8 了便于工厂的技术管理工作，有必要对夹具进行分类，可按 专门化程度、使用的机床和夹紧动力 源进行分 类 。 一 、 按夹具的 通用性可分为：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 已 经标准 化 的 ， 在一 定范围内可用于加工不同工件的夹具 。 例 如 ，车床上 三爪自定心卡盘 和四爪单动卡盘、顶针和鸡心夹头，虎台钳、万能分度头和回转工作台等 都是通用夹具 。 它们适应性广 ，往往无需调整或稍加调整就可用于装夹不同的工件，采用这类夹具可缩短生产准备周期。 这类夹具一般由专业工厂生产，作为机床附件提供给用户， 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 为某一 工件的某道 工序 而专门设计的夹具。此类夹具的针对性很强，其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当 产品 变更时，往往无法继续使用，所以只适于 产品固定 且批量较大的 生产中。 （ 3）、可调夹具 和成组夹具 夹具的 部分元件 可 以 换， 部分装置可以调整，以 适应多种工件的 加工 。 成组夹具适用于相似 零件的成组加工，与通用可调夹具相比，加工 9 对象的针对性明确。 （ 4）、组合夹具 组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具，其特点是灵活多变、通用性强、制造周期短、元件可反复使用，特别使用于新产品的试制和单件小批生产是一种轻经济的夹具。 （ 5）、自动线夹具 一般分为两种，一种为固定式夹具。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 二 按夹具使用的机床分类 这是专用夹具设计所用的分类方法。按使用的机床分类，可把夹具分为车床夹具、铣 床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具等。 三 按夹具动力源来分类 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。 床夹具的组成 根据夹具的作用，其结构常由以下几部分组成； （ 1）、定位装置 定位元件与工件的定位基面相接触， 用于确定工件在夹具中获 10 得正确位置的元件或装置。 （ 2）、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）、夹具体 夹具体是用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行 联接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。 （ 4）、 对刀与导引元件 用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件称为引导元件。 （ 5）、 其他元件及装置 有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。 以上组成部分，并不是对每种机床夹具都 是缺一不可的。 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。 床夹具的现状及发展方向 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。 一 机床夹具的现状 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 11 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 34 年就要更 新 5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（ 新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求： 1）能迅速而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。 二 现代机床夹 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、高效化和柔性化等四个方面。 （ 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： 214891 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 12 爪自定心卡盘，其定心精度为 5 m。 （ 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/条件下仍能牢固地夹紧工件，从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。 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、好造而且好修，但好用必须以不脱离生 产现场的实际制造和维修水平为前提。 具体要求为： 13 （ 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、检验和维修等问题都应考虑，以降低制造成本。 14 第二章 夹具的总体设计 定夹具的总 体加工方案 设计夹具最重要的是总体方案制定。正确的制定方案可以使夹具达到好用、好造和好修的要求。为了该总体方案制定的合理，在方案设计时，密切联系实际，全面了解被加工零件的加工情况和影响方案制定的各种因素。 主要考虑以下因素 : 艺过程和加工精度的要求 图 2 1 汽车飞轮 零件图 待加工孔均布均布 15 被加工零件有在同一圆周的六个均布的 孔待加工，如图 六孔集中在一次装夹中，多个工步可确保位置精度，对大量生产及顺利装配创造了条件。 钻孔工序大多是扩孔 工序前加工底孔，在铸件上钻孔精度一般可达 6 级，表面粗糙度为 臂钻床与夹具的结合可使钻孔位置精度达 被加工零件的表面粗糙度和位置精度要求均在此范围内。故摇臂钻床和设计的夹具能满足被加工零件的要求。 工零件的特点 被加工件材料为 件刚度足够。由于被加工件为柴油机的飞轮，飞轮作为发动机的一个高速运转的零件，它通过自己的惯性，可以使连杆在运动中顺利通过死点，也可以减少因活塞连杆机构产生的脉冲，所以对于飞轮，它应该具有较好的动平衡。 紧装置 大小、方向和作用点是 力的三要素。因此，夹紧立的大小、方向、作用点的确定至关重要，它直接影响加紧装置工作的各个方面。但作为夹紧力，由于其作用的目的不同，所以夹紧力是有区别的。在确定夹紧力时，首先要考虑夹具的整体布局问题，其次要考虑加工方法、加工精度、工件结构、切削力等方面对夹紧力的不同需要。 根据夹紧装置设计的原则，即结构紧凑简单，制造维修方便装卸工件简易，夹紧力小，尽量减少工件和夹具体在受夹紧力时的变形，所以应该合理选择夹紧力的大小，方向和作用点，保证工件夹紧可靠性，即工件在加工过程中不能移动，振动或变形， 保证工件的加工精度和 位置精度。 16 根 据本工件的定位方案即以 C 面 、芯轴和销钉定位，夹紧力方向应垂直于 C 面，根据工件的结构、形状和夹紧装置设计的原则，夹紧力采取图 示的方向和位置较合适。这样可使加压合力落在 定位平面之内，且接近定位平面的中心，使工件加压后定位稳定。 图 2 2 定位和夹紧示意 具通用装置的选择 17 床的选择 所采用的摇臂钻为 参数如表 1 所示 度 装置 由于本工件的本工序的特殊性，所以可采取分度装置，这样即可以在一次装夹下完成六个工步，又可以提高孔的位 置精度和形状项目 单位 3/6 主轴转速级数 - 16 主轴转速范围 r/5轴行程 15 最大钻孔直径 50 主轴中心线至立柱母线最大距离 5050轴端面至底座工作面最大距离 50220 主电机功率 主轴 降 机床重量 450/3500 机床外形尺寸（长 宽 高） 6007502400/250010602655 18 精度。分度装置可分为两类。一类为直线分度装置；另一类为回转分度装置。回转分度装置有又根据回转轴相对于夹具体安装基面的位置分为立式分度、卧式分度及斜式分度三种 分度装置一般有四部分组成：转动部分、固定部分、分度对定机构、锁紧机构。分度对定机构是分度装置的关键部分。按照分度盘与对定销相互位置来分，一般分为轴向分度与径向分度两种。对定销轴线平行于分度盘轴线的称为轴向分度；径向分度时，对定销的运动是沿着分度盘的径向方向。由于轴向分度结构紧凑，因此轴向分度在生产中应用较多。齿轮齿条式对定器属于常用手动操纵 对定机构的一种，其结构如图 示。 19 图 2 3 齿轮齿条式对定器 由于它的转动手柄是竖直的，夹紧元件和旋转装置在同一侧，这样可以保证工人在装夹和加工时，始终在同一侧，从而减少工人的劳动强 。 20 第三章 夹具 的机械设计 要定位元件的设计 位平面的选择 一 、 定位平面选择的原理 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。 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。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。 当定位的元件是 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。 当定位的元件是支承板时，它常装于铸铁制造的或者其他不耐 21 磨损的夹具体上。 二 、 定位 块定位 平面的设计 由于定位平面为一个环形平面， 定位块 的平面至少要加工成360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 定位块 的材料，用六个内六角螺钉固定到分度盘上。 位芯轴的选择 工件以孔作定位基准，以芯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，在工件以芯轴的外圆柱表面来实现定位时，如果芯轴较长，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。如果芯轴较短，可以限制 x 和 y 两个方向的移动自由度。 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 22 3. 2 夹紧装置与钻模板的设计 具设计的基本要求 夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、工人的劳 动强度、生产率和加工成本。因此设计夹具的要求包括： 1、 稳定可靠地保证工件的加工技术要求。若工件达不到加工技术要求，成为废品，则夹具是失败的，该夹具不能用于生产。 2、 作简单，便于工件安装（即定位和夹紧），减轻工人的劳动强度 ，节省工件安装时间，将低辅助工时，保证高的生产效率。 3、 有良好的工艺性，便于制造，降低夹具的制造成本，从而降低分摊在工件上的加工成本。 生产实际中，夹具设计受到一系列因素的限制，包括： 1、工件设计，主要包含几何形状和公差的信息； 2、安装设计，决定每次安装中的加工特征、所使用的刀具和机床； 3、每次安装中工件最初和最终形式； 4、能使用的夹具组件； 为了确保能使工件固定在正确的位置，制造过程能按设计技术要求进行。对一个可行的夹具规划，应该满足以下条件： 1、工件定位时限制所有的自由度； 2、必须保证当前安装的加工精度要求； 3、夹具设计必须能够稳定抵御外力或力矩的影响； 4、用现有的夹具组件必须容易到达装夹表面和点； 23 5、工件和夹具以及刀具之间必须没有干涉。 紧原理 在机械加工过程中，切削力、重力、支承反力和惯性力均作用在工件上，使工件产生运动，为了使工件保持定位时的正确位置必须将工件夹紧，使夹紧力与上述各力平衡。夹具中将工件夹紧的机构称为夹紧装置。 紧设计的基本要求 对夹具中夹紧机构的基本要求是： 1、在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。 2、夹紧应可靠和适应。夹紧机构一般要有自锁作用，保证在加工过程中不会产生松动或振动。夹紧工件时，不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。 3、夹紧装置应操作方便、省力、安全。 4、夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。结构设计应力求简单 、紧凑，并尽可能采用标准化元件。 紧力方向的选择 夹紧力方向选择的基本要求是： 1、夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。为此一般要求主要夹紧力应垂直指向主要定位面。 2、夹 紧力作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。 3、夹紧力 的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致， 24 一减小所需夹紧力。 紧位置的选择 为满足夹紧设计的基本要求，在夹紧力方向己明确的情况下，决定工件上夹紧位置时应注意以下两点： 1、夹紧力的作用点应不破坏工件的定位； 2、工件 受切削力产生的变形和振动。 模板的选择 钻模的结构形式有很多 ，可分为固定式、分度式、翻转式、盖板式和滑柱式等。 1、 固定式钻模 它在机床上的位置一般固定不动，加工精度 较高 ，主要用于在立式钻床上加工直径较大的单孔及同轴线上的孔或在摇臂钻床上加工轴线平行的孔系。 2、分度式钻模 带有分度装置的钻模称为分度式钻模。其分度方式有两种：回转式分度和直线式分度。回转式钻模应用较多，主要用于加工平面上成圆周分布、轴线互相平行的孔系，或分部在圆柱面上的径向孔系。 3、翻转式回转钻模 主要用于加工小型工件 同一表面或不同表面上的孔，结构上比回转钻模简单，适用于中小批量工件的加工。加工时，整个钻模（含工件）一般用手进行翻转；对于稍大工件，必须设计专门的托架，以便翻转夹具。 4、盖板式钻模 它木夹具体，其定位元件与夹紧装置直接安装在钻模板上。钻模板在工件上定位，夹具结构简单轻便，常用于床身、箱体等大型工件上的小孔加工，也可以用于中小批量生产中的 25 中小工件孔加工。加工小孔时，可以不设夹紧装置。 5、滑柱式钻模 它带有升降钻模板，属通用可调钻夹具，一般由夹具体、滑柱、升降模板和锁紧机构组成。常见的钻模板上下移动方式有手 动和气动两种。特点：夹具可调，操作方便，夹紧迅速；钻孔的垂直度和孔距精度不太高，适用与中高精度的孔和孔系加工。 钻套形式的选择和设计 钻套用来引导刀具，以保证被加工孔的位置精度和提高工艺系统的刚度。钻套可分为标准钻套和特殊钻套。 1、 标准钻套分为： （ 1）固定钻套 钻套直接压入钻模板或夹具体的孔中，位置精度高，但磨损后不易更换，在小批生产中使用。 （ 2）可换钻模 可迅速更换，多用于大批量生产。 （ 3）快换钻模 适用在同一道工序中，需要一次对同一孔进行钻、扩、铰或攻螺纹时，能快速更换不同孔径的钻套。 2、特殊钻套 由于工件的形状特殊，或者被加工孔位置的特殊性，不适合采用标准钻套，就需要自行设计结构特殊的钻套。 钻模板用于 安装钻套，并确保钻套在钻模上的位置。常见的有： 1、 固定式钻模板 它与夹具体铸成一体，或用销钉和螺钉与夹具联接在一起，结构简单，制造方便，位置精度哦，但我时装配不便。 2、 铰链式钻模板 工件的加工精度不高 3、可卸式钻模板 它与夹具体做成可拆卸的，工件每装卸一 26 次，钻模板也要装卸一次，故适用于中小批生产。钻孔后继续进行倒角、攻螺纹等加工或其他类型钻模板不便于装卸工件的情况。 转装置的确定 当工件 在一次装夹后，需要按一定角度或一定距离加工一组表面时，就要采用分度装置。分度装置常用于钻床夹具、铣床夹具和车床夹具上。 度装置的简单介绍 常见的分度装置有两类： 不必松开工件，而通过回转分度装置一定角度，就可以完成多工位加工。它主要加工有一定 回转角度要求的孔系、槽或多面体。 回转分度装置又 根据回转轴相对于夹具体安装基面的位置分为：立式分度、卧式分度及斜式分度三种。 不必松开工件，而能带着工件沿直线移动一定距离，从而完成多工 位加工。它主要加工有一定距离要求的平行空系和槽等。 分度装置一般由固定部分、 (转动或移动 )部分、分度对定机构和锁紧机构等几部分组成。 一些分度回转装置已设计成通用独立部件，称为回转台。在回转台工作表面上设有中心圆孔和 T 形槽供安装夹具用。 分度回转台由以下几部分组成： 1转动部分 实现工件的转位。 27 2固定部分 是分度装置的基体，常与夹具体连成一体。 3对定机构 保证工件正确的分度位置，对定机构的结构形式如 绍。 4锁紧机构 将转动部分与固定部分紧固在一起，以防止加工中因受力而影响分度精度。 锁紧机构除通常的螺杆、螺母外，常见的锁紧机构还有：偏心轮锁紧机构；楔式锁紧机构；切向锁紧机构；压板锁紧机构； 度对定机构的选择与设计 分度对定机构是保证夹具分度精度的关键元件。根据分度盘与对定销的相互位置关系，一般分为： 分度盘沿轴向开孔（圆孔或圆锥孔），对定销的工作平行于分度盘的回转轴线方向。 分度盘沿径向开槽（直槽、斜槽或型面），对定销沿着分度盘的径向进行工作 。当分度盘的直径一定时，径向分度的转角误差较轴向分度的小，因此在分度精度要求高时，常采用径向分度。 分度对定机构的结构形式很多，常见的有： 此对定机构结构简单，不需拔销，但分度精度不高，对定也不可靠，常用于精度不高的场合，或作预定位。 圆柱销）对定机构，这类机构 操纵方便，但由于无法补偿配合间隙，因此分度精度不高；用等条件下菱形销比圆柱销对定机构的分度精度高；对定销插入分度时，能将灰尘和污物推出，不需要严格的防尘措施。这两种结构在中等精度的分度装置中 28 应用较广泛。 这类机构对定时可消除配合间隙，提高分度精度；但灰尘或污物进入分度套后，会影响分度精度，因此 应有防尘措施。 它用直边对定，斜边消除间隙，直边插入时可推除污物不影响对定精度。防尘要求不高，分度精度较高，应用较多。 只要受柄往复转动一次，便能完成拔销和分度对定几个动作，操作方便、迅速。 定回转分度装置 根据人 1. 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； 2. 产品的设计应使操作简便、省力与准确、可靠； 3. 使工作环境舒适和安全； 4. 提高工作效率。 夹具回转装置的高度设计 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、安全地工作，我国中部的男性平均身高为 166长 726夹具装置的高度定位 912件与人体的相对高度见图 5 29 图 3 1 人机高度示意图 可见当高度为 930，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。 夹具回转装置的底座设计 回转装置 的底座的宽度为 460 度为 700座两固定螺孔的距离为 630样较符合 座的面积 1600750底座 T 形槽之间的距离为 210 分度盘形状如 ：图 5、 2 30 图 3 2 分度盘 31 第四章 总图技术要求 和主要尺寸 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。 术要求 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： 1、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； 2、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； 3、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；或着，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 32 查夹具能否在机床允许范围内安装； 4、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。 要尺寸 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： 1、圆柱形定位表面的公差 ，通常对孔可选用 轴可选用 2、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，用下式： 5131 初步确定； 3、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 形销定位面的公差可选用 33 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 刀引导孔的公差可选用 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下列式确定： 5131H 式中为工件原始尺寸的公差。 在确定公差 H 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： 1、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； 2、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； 3、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 34 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； 4、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； 5、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； 6、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配图上一般需要标注的主要尺寸和技术条件，分别归纳如下： 1、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； 2、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： 1、钻套轴心线对本 体底面的垂直度； 2、钻套轴心线对定位件的同轴度或位置度； 3、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； 4、定位表面对本体底面的平行度或垂直度； 5、活
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