汽车前拖钩零件的机械加工工艺及夹具设计【钻φ17孔】
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汽车前拖钩零件的机械加工工艺及夹具设计【钻φ17孔】,汽车,前拖钩,零件,机械,加工,工艺,夹具,设计,17
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西安航空职业技术学院 毕业设计论文汽车前拖钩的加工工艺与工装设计【摘要】制造业中尤其是机械制造业，在产品生产过程中按照特定工艺，不论其生产规模如何，都需要种类繁多的工艺装备，而制造业产品的质量、生产率、成本无不与工艺装备有关。随着不规则形状零件在现代制造业中的广泛应用，如何保证这类零件的加工精度就显得尤为重要。本文通过分析机械零件的结构特点和加工要求，制定了一套较合理的夹具设计，从而为保证该零件的加工精度将提供一种经济实用的工艺装备，具有一定的实用价值。对于夹具设计来说，最重要的就是定位、夹紧方案的确定。针对机械这个零件加工要求的特点，确定了只能用定位、夹紧的办法来加工该零件。通过对各种定位夹紧装置的分析比较，选择并组合了一套既能够满足加工要求的，又比较简洁的装置。同时，通过对一系列定位误差和夹紧力的计算，验证了该零件的加工是可以保证其要求的精度的，它的加工误差在规定的范围内。通过夹紧力的计算，也验证了零件在被夹紧的前提下，它受到的夹紧力也并不大，满足夹具设计所要求的既要保证一定的夹紧力不使工件在加工过程中发生位移，但同时又不能过大致使工件发生变形。关键词：工艺装备，夹具设计，定位，夹紧Abstract: In the manufacturing industry especially for mechanical manufacturing industry, it is need the various-style craft in the course of production regardless of its production scale.Because it has close relation to the quality , productivity and cost in the whole production process. With the wide application of the irregular form part in the modern manufacturing industry, how to guarantee the machining accuracy of this kind of part seems particularly important. Through analysing the top cover part of hay mover and processing demanding of the top cover part of hay mover of the gearbox,a jig which has reasonable characteristic has been designed.It can not only guarantee the machining accuracy of this part for a kind of economical and practical craft equip and it also has certain practical value. To design of the jig , the most important thing is to make a scheme of reservation and clamp.As for the process demand of this part of top cover of the hay mover gearbox, through comparing of various kinds of reservations and clamps,a not only can satisfy with the demand of manufacturing and also very compactible device had been designed. Keywords: process equipment，fixture design，deposition,clamping目录【摘要】11 绪论42 零件的分析62.1 零件的作用62.2 零件的工艺分析63 工艺规程的分析73.1生产纲领和生产类型的确定73.2确定毛坯制造形式83.2.1 选择毛坯种类83.2.2 毛坯形状的确定83.3 毛坯尺寸与机械加工工艺尺寸确定93.4 基准面的选择93.4.1 粗基准的选择93.4.2 精基准的选择103.5工序的合理组合103.5.1 工序的合理组合103.5.2 工序的集中与分散113.5.3 加工阶段的划分113.7 工艺方案的制定123.8 切削用量及工时的计算134 夹具设计184.1 概论184.2 夹具204.2.1 工件预加工内容204.2.2 定位方案214.2.3 夹紧方案214.2.4 导向对刀和定位键元件设计234.2.5 切削力和夹紧力计算244.2.6 误差分析计算25结 束 语27谢 辞28文 献291 绪论机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。我们把多年来在夹具设计中遇到的一些小问题归纳如下：清根问题在设计端面和内孔定位的夹具时，会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题。端面和定位外圆分为体时无此问题,。夹具要不要清根，应根据工件的结构而定。如果零件定位内孔孔口倒角较小或无倒角,则必须清根,如果零件定位孔孔口倒角较大或孔口是空位，则不需要清根，而且交界处可以倒为圆角R。端面与外圆定位时，与上述相同。让刀问题在设计圆盘类刀具(如铣刀、砂轮等)加工的夹具时，会存在让刀问题。设计这类夹具时，应考虑铣刀或砂轮完成切削或磨削后，铣刀或砂轮的退刀位置，其位置大小应根据所使用的铣刀或砂轮的直径大小，留出超过刀具半径的尺寸位置即可。更换问题在设计加工结构相同或相似，尺寸不同的系列产品零件夹具时，为了降低生产成本,提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具。随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。2 零件的分析2.1 零件的作用此机械零件属于精密机械上的零件。它主要起支撑和传动转矩的作用。其主要由面和孔元素等组成，是常用的机械零件。所以它的主要表面的精度和表面质量要求比较高，而且精度也要求稳定。此机械零件是机器中的附件，对一些机械零件用来支撑工件，防止其偏移或松动。它位于某机械的机构中，主要作用是配合装配其他零件.2.2 零件的工艺分析此机械零件共有几组主要的加工方面，它们相互间有一定的关联和要求。此工件结构较复杂、加工面较多、技术要求高、机械加工的劳动量大。因此机械结构工艺性对保证加工质量、提高生产效率、降低生产成本有重要意义。机械零件几个加工表面它们之间有一定的位置要求，现分述如下：.是面与面要保证一定的平面度要求公差为0.05mm。.底面与侧面都有一定的粗造度要求为12.5，6.3.孔与孔有一定的位置度要求公差为0.04mm；且有一定的位置要求，保证相互位置尺寸；与侧面也有一定的位置要求尺寸偏差。.由于加工孔时要以面为基准，必须了保证机械零件上下面的精度所以加工表面时必须先加工面为基准加工面，确保其精度。3 工艺规程的分析3.1生产纲领和生产类型的确定生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选用的工艺方法和工艺装备。零件生产纲领可按下式计算。N=Qn（1+a%）（1+b%） N零件的年产量Q产品年产量n每台产品中该零件的件数备品百分率废品百分率根据教材中生产纲领与生产类型及产品大小和复杂程度的关系，确定其生产类型。图2-1，为某产品上的一个零件。该产品年产量为5000台。设其备品率为25%，机械加工废品率为0.2%，每台产品中该零件的数量为1件，现制定该此零件零件的机械加工工艺规程。图2-1 零件工件N=Qn（1+a%）（1+b%）=5000*1*（1+25%）（1+0.2%）=6262.5 件/年此零件零件的年产量为6262.5件，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型与生产纲领的关系查阅参考文献 ，确定其生产类型为大量生产。3.2确定毛坯制造形式3.2.1 选择毛坯种类毛坯种类的选择主要依据的是以下几种因素：（1）设计图样规定的材料及机械性能；（2）零件的结构形状及外形尺寸；（3）零件制造经济性；（4）生产纲领；（5）现有的毛坯制造水平。由零件图可知零件材料为HT200，生产批量为大批大量，零件结构一般复杂，所以选择金属型浇铸，因为生产率很高，所以可以免去多次造型，工件尺寸较小，单边余量不大，需要结构细密，能承受较大的压力，所以选择铸件做毛坯。确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量3.2.2 毛坯形状的确定毛坯形状应力求接近成品形状，以减少机械加工余量。（1）铸件孔的最小尺寸，根据机械制造技术基础课程设计表2-7可查得，铸件孔的最小尺寸为1020mm。（2）铸件的最小壁厚。根据机械制造工艺设计简明手册表2.2-7查得，铸件的最小壁厚为4mm。（3）铸件的拔模斜度。铸件垂直于分型面上，需要铸造斜度，且各面的斜度数值应尽可能一致，以便于制造铸模。根据机械制造技术基础课程设计表2-8可得：斜度位置铸造方法金属性铸造外表面030内表面1（4）铸件圆角半径。铸件壁部连接处的转角应有铸造圆角。主要是为减少应力集中，防止冲砂、裂纹等缺陷。一般为邻壁厚度的1/31/5，中小铸件圆角半径为35mm。（5）铸件浇铸位置及分型面选择。铸件的重要加工面或主要工作面一般应处于底面或侧面，应避免气孔、砂眼、疏松、缩孔等缺陷出现在工作面上；大平面尽可能朝下或采用倾斜浇铸，避免夹砂或夹渣缺陷；铸件的薄壁部分放在下部或侧面，以免产生浇铸不足的情况。3.3 毛坯尺寸与机械加工工艺尺寸确定 依据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： (1)、由于工件较小，为方便加工节省材料将件铸在一起，同时加工。 (2)、铸件的圆角半径 按表2.2.1 选则金属型铸造 R=3-5mm，拔模斜度外表面=0O30。毛坯热处理方式为自然失效处理以消除铸造应力。 (3)、内孔,考虑其孔径较小铸造困难，为简化铸造毛坯外型，现直接将铸成实心的。 (4)、内孔精度要求IT7参照机械制造工艺设计简明手册（以下简称工艺手册）表2.3-8确定工序尺寸及余量为： 钻孔： 19 扩孔： 18 半精绞： 18.5 精绞： 17+0.02103.4 基准面的选择3.4.1 粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。3.4.2 精基准的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应当进行尺寸换算。3.5工序的合理组合对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。机械零件的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。3.5.1 工序的合理组合确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：工序分散原则工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。工序集中原则工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。3.5.2 工序的集中与分散制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。工序集中的特点工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。工序分散的特点工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。3.5.3 加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11IT12。粗糙度为Ra80100m。半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9IT10。表面粗糙度为Ra101.25m。精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为IT6IT7，表面粗糙度为Ra101.25m。光整加工阶段对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为IT5IT6,表面粗糙度为Ra1.250.32m。此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。3.7 工艺方案的制定铸铸造出毛坯138x112x34热处理毛坯退火处理铣粗铣汽车前托钩主视图底平面铣粗铣汽车前托钩主视图顶平面铣精铣汽车前托钩主视图底平面铣精铣汽车前托钩主视图顶平面钻钻，扩，铰13孔钻钻，扩，铰17孔终检入库3.8 切削用量及工时的计算1. 加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=200241。加工要求：铸造工序二 热处理。工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=200241。加工要求：退火处理（释放应力，增加材料延展性和韧性）。工序三粗 粗铣汽车前托钩主视图底平面。1. 加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=200241。加工要求：粗铣汽车前托钩主视图底平面机床：X52k。刀具：硬质合金端铣刀。根据切削用量简明手册（后简称切削手册）。选择刀具前角o18后角o10,主偏角Kr=60,副偏角Kr=82. 切削用量1）切削深度因为切削量较小，故可以选择ap=1.1mm，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10kw。查切削手册f=0.080.8mm/z。选较小量f=0.7mm。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T=180min计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得Vf80m/min(，n=230r/min工序四 粗铣汽车前托钩主视图顶平面。1. 加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=200241。加工要求：粗铣汽车前托钩主视图顶平面机床：X52k。刀具：硬质合金端铣刀。根据切削用量简明手册（后简称切削手册）。选择刀具前角o18后角o10,主偏角Kr=60,副偏角Kr=82. 切削用量1）切削深度因为切削量较小，故可以选择ap=1.1mm，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10kw。查切削手册f=0.080.8mm/z。选较小量f=0.7mm。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T=180min计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得Vf80m/min(，n=230r/min工序五 精铣汽车前托钩主视图底平面。1. 加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=200241。加工要求：精铣汽车前托钩主视图底平面机床：X52k。刀具：硬质合金端铣刀。根据切削用量简明手册（后简称切削手册）。选择刀具前角o18后角o10,主偏角Kr=60,副偏角Kr=82. 切削用量1）切削深度因为切削量较小，故可以选择ap=0.2mm，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10kw。查切削手册f=0.080.8mm/z。选较小量f=0.2mm。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T=180min计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得Vf140m/min(，n=480r/min工序六 精铣汽车前托钩主视图顶平面。1. 加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=200241。加工要求：精铣汽车前托钩主视图顶平面机床：X52k。刀具：硬质合金端铣刀。根据切削用量简明手册（后简称切削手册）。选择刀具前角o18后角o10,主偏角Kr=60,副偏角Kr=82. 切削用量1）切削深度因为切削量较小，故可以选择ap=0.2mm，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10kw。查切削手册f=0.080.8mm/z。选较小量f=0.2mm。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T=180min计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得Vf140m/min(，n=480r/min工序七 钻，扩，铰13孔。1. 加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=200241。加工要求：钻，扩，铰13孔机床：Z525。刀具：麻花钻，扩孔刀，铰刀2. 切削用量工步11）切削深度因为切削量较小，故可以选择ap=1.1mm，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10kw。查切削手册f=0.080.8mm/z。选较小量f=0.7mm。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T=180min计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得Vf1.4m/min(，n=10r/min工步21）切削深度因为切削量较小，故可以选择ap=0.6mm，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10kw。查切削手册f=0.080.8mm/z。选较小量f=0.4mm。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T=180min计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得Vf1.5m/min(，n=12r/min工步31）切削深度因为切削量较小，故可以选择ap=0.2mm，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10kw。查切削手册f=0.080.8mm/z。选较小量f=0.1mm。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T=180min计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得Vf1.6m/min(，n=15r/min工序七 钻，扩，铰17孔。1. 加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPa HB=200241。加工要求：钻，扩，铰17孔机床：Z525。刀具：麻花钻，扩孔刀，铰刀2. 切削用量工步11）切削深度因为切削量较小，故可以选择ap=1.1mm，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10kw。查切削手册f=0.080.8mm/z。选较小量f=0.7mm。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T=180min计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得Vf1.4m/min(，n=10r/min工步21）切削深度因为切削量较小，故可以选择ap=0.6mm，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10kw。查切削手册f=0.080.8mm/z。选较小量f=0.4mm。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T=180min计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得Vf1.5m/min(，n=12r/min工步31）切削深度因为切削量较小，故可以选择ap=0.2mm，一次走刀即可完成所需长度。2）进给量机床功率为10kw。查切削手册f=0.080.8mm/z。选较小量f=0.1mm。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表8，寿命T=180min计算切削速度和主轴转速计算切削速度按切削手册表14，查得Vf1.6m/min(，n=15r/min4 夹具设计4.1 概论夹具最早出现在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。有关统计表明，目前的中、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（FMS）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。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个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991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0.1；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/min的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。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。在机床上加工工件的时候，必须用夹具装好夹牢所要加工工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹紧，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。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。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。按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具大类。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。4.2 夹具4.2.1 工件预加工内容1.该工件其他部位都已经加工完毕，工件所待加工的部位为钻孔；零件的形状、尺寸及其位置如零件图2-1所示。2.零件生产批量50000件，属中小批量生产。4.2.2 定位方案在进行前后端面加工工序时，底面已经精铣，工艺孔已经加工出。在加工工件时，往往采用一平面及与该平面垂直的孔为定位基准。因此工件选用底面与工艺孔作为定位基面。选择底面作为定位基面限制了工件的三个自由度，而工艺孔作为定位基面，分别限制了工件的一个和个自由度。即个工艺孔作为定位基面共限制了工件的三个自由度。即一面孔定位。工件以一面孔定位时，夹具上的定位元件是：一面销。其中一面为板，销为一短圆柱销和一削边销。4.2.3 夹紧方案夹紧力确定的基本原则夹紧力是由夹紧元件(装置)产生的，夹紧力是根据工序图或夹具设计任务书中所提供的资料进行计算。夹紧装置所产生的夹紧力一般是按下述条件和顺序进行的： 1)按静力学的平衡条件，根据工件受外力的情况计算所需理论夹紧力。2)确定夹紧方式和夹紧装置。3)确定夹紧装置所能产生的实际夹紧力。实际夹紧力比理论夹紧力要大一些，这样才能安全可靠，确定夹紧力的基本原则是正确选择夹紧力的方向、着力点和夹紧力的大小。夹紧力方向确定的基本原则夹紧力方向主要与定位基准及工件所受外力的方向有关，确定的原则是：1)夹紧力方向应保证工件定位的准确性与可靠性2）夹紧力方向应使工件变形最小因为一方面当承载表面不同时，接触变形不同；另一方面工件在不同方向上的刚性不同。因此，要使工件夹紧变形小，在选择夹紧力方向时，最好使承载力表面是定位件与工件定位基准接触面积较大的那个面，并在工件刚性较好的方向上将工件夹紧，以减小变形。加工薄壁套类、盘类工件时因为工件轴向比径向刚性好，所以常采用均布载荷，而不用集中载荷。3）夹紧力方向所需夹紧力尽可能小夹紧力作用点的选择1）夹紧力作用点应落在支承面中心或支承面内使定位稳定。2）夹紧力作用点尽可能靠近被加工表面，以使切削力作用点的力矩小，从而减轻振动，防止翻转。3）夹紧力作用点应选在工件刚性较好的部位，以防工件产生夹紧变形。4）夹紧力作用点的数目应尽量使工件在整个接触面上夹的均匀，减小夹紧变形。综上所述，夹紧力作用点选择是否合理，对工件是夹紧变形影响极大。因此，在实际设计时，应根据各种因素进行分析，确定合理方案。工件受力分析夹紧力的大小，对工件安装的可靠性，工件与夹具的变形，夹紧机构的复杂程度和传动装置的选用等都有很大关系。因此，在夹紧力方向、作用点确定后，尚需确定夹紧力的大小。工件在加工过程中受到切削力、离心力、惯性力和工件自身的重力的作用，为保证工件安装稳定可靠，夹紧力必须与上述外力平衡。但在不同条件下，上述各种外力在平衡力系中所起的作用并不相同。如在一般的中小型工件加工起决定作用的是切削力，而重型工件起决定作用的则是工件的重力。此外，切削力在加工过程中是变化的，工艺系统的刚性和夹紧机构的传动效率又不同。因此，夹紧力大小的计算是一个很复杂的问题，一般只作粗略估算。为简便起见，在计算夹紧力大小时，假定工艺系统是刚性的，切削过程稳定不变，只考虑切削力（矩）对夹紧的影响，按静力平衡原理求出夹紧力的大小。为保证安全再乘以安全系数。图41 一端受力1）工件一端某点受刀具的力 受到径向切削分力、轴向切削分力、切向切削分力三个力如图41。图42 端同时受力2）当端同时加工时，受力如图42，夹紧力必须平衡它们，工件才能正常加工，端大小相等方向相反，已平衡；由于用短V形块分别夹紧端，分别平衡端的；而端则分别会产生力矩使工件扭转，这个扭转力矩也需要夹紧力平衡。4.2.4 导向对刀和定位键元件设计钻套的选择在机床夹具设计过程中，特别是钻床夹具设计中，常要设置刀具的导向元件钻套。钻套按其结构型式可分为四类：固定钻套，可换钻套，快换钻套及特殊钻套。在实际生产中可根据被加工件的具体结构和被加工孔系的精度要求，选择不同的结构型式的钻套并确定相应的参数值。钻套又称钻套筒，钻套的作用主要是用来确定钻头、扩孔钻、饺刀等定尺寸刀具的轴线位置。当加工一组平行的孔系，一面这些孔间的距离又有一定的要求时，则利用分布位置按加工要求的钻套来保正上述孔心距离的精度，简便可靠。当工件批量很小，或孔间距离很小或孔径很小，或钻模板上地位受限而无法采用钻套时一也允许在钻模板上直接加工出导引刀具的导向孔。本设计采用的是固定钻套B型，钻套结构如下图所示：图：固定钻套结构钻套类型选择固定钻套该类钻套外圆以H7/n6或H7/r6配合，直接压入钻模板上的钻套底孔内。在使用过程中若不需要更换钻套（据经验统计，钻套一般可使用100012000次），则用固定钻套较为经济，钻孔的位置精度也较高。可换钻套当生产批量较大，需要更换磨损的钻套时，则用可换钻套较为方便。可换钻套装在衬套中，衬套是以H7/n6或H7/r6的配合直接压入钻模板的底孔内，钻套外圆与衬套内孔之间常采用F7/m6或F7/k6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉还能防止加工时钻套转动或退刀时钻套随刀具拔出。快换钻套当被加工孔需依次进行钻、扩、铰时，由于刀具直径逐渐增大，应使用外径相同而内径不同的钻套来引导刀具，这时使用快换钻套可减少更换钻套的时间。快换钻套的有关配合与可换钻套的相同。更换钻套时，将钻套的削边处转至螺钉处，即可取出钻套。钻套的削边方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。根据本设计的实际情况选择固定钻套。4.2.5 切削力和夹紧力计算刀具：麻花钻查机床夹具设计手册表1-2-9可得出切削力公式为：P=CPt0.83Sz0.65D-0.83BzKp其中:工件材料和麻花钻类型系数：C=294 钻削深度：t=1mm 每齿进给量：Sz=0.2mm/z 麻花钻直径;D=150mm 钻削宽度：B=100mm 修正系数：KP=1.14切削力：P=5494.88N夹紧力的确定：wk=kwk其中k=k0k1k2k3k4基本安全系数：k0=1.5加工表面光洁度系数：k1=1.0刀具磨钝系数：k2=1.0断续切削系数：k3=1.2疲劳系数：k4=1.3工件与夹具支撑间的摩擦系数f1=0.3夹紧元件与工件间的摩擦系数f2=0.3理想夹紧力：wk=3158.13N实际夹紧力：wk=7390N弯头压板提供的夹紧力完全可以胜任，可以满足要求。4.2.6 误差分析计算一批工件定位时，各个工件所占据的位置
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