毕业设计论文—机床杠杆臂设计

1、青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） i 摘摘 要要 本文主要介绍杠杆臂、机械加工工艺规程设计、翻转式钻床夹具以及金属切削机 床等方面的知识。 臂加工工艺规程及其钻孔的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及 专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设 计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺机床设计的重点是选 定零件翻转式钻床夹具在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计 出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；然后对零件各个 工步的工序进行尺寸计算，确定各个工序的工艺装备及切削用量，然后进行专用

2、夹具 的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具 体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结 构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。本课题设计的是钻床加工工序的 夹具，就杠杆零件的工艺进行了具体的分析、并制定了工艺卡片。对钻床加工工序进 行了夹具的设计，制定了定位方案和定位基准，设计出了钻床加工工序的夹具体。并 对重要的钻削零件进行了数控程序设计，对标准化零部件的受力分析。对夹具体的结 构进行了干涉分析。 关键字：关键字： 杠杆臂，工艺，钻夹具 ，切削用量，夹紧，定位 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） ii

3、abstract this paper mainly introduces the technical regulations of the lever arm, mechanical design, tilting drilling fixture and metal cutting machine tools and other aspects of knowledge.focus on the design of machine tool is selected parts of tilting drilling fixture in the process design should

4、first of all parts for analysis, to understand the parts of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design a part of the process route; and then the parts of each step of process dimension calculation, is the key to decide process equipment and cutting of va

5、rious process amount, then design special fixture fixture design, selection of the various components, such as the connecting part positioning element, clamping elements, guiding elements, fixture and machine tools and other components; calculate fixture when generating.the positioning error analysi

6、s, rationality and shortcoming of the fixture structure, pay attention to improve and design in later. the issue is the design of the drilling processes fixture on the lever components, a method for the analysis of specific, and developed a process card. driller processes of the fixture design, deve

7、lopment programs and the positioning positioning benchmarks design of drilling processes in specific folders. drilling also important parts of nc programming for the analysis of standardized parts. use on specific folder structure of the interference analysis, software used on some parts of nc progr

8、amming. key words：lever arm, process,fixture, cutting dosage, clamping, position 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 目目 录录 摘摘 要要.i abstract.ii 1 绪绪 论论.1 1.1 机床夹具的概念与功能.1 1.2 机床夹具的组成.1 1.3 机床夹具的分类.2 1.4 机床夹具的设计特点.3 1.5 专用夹具的要求.3 1.6 夹具设计步骤.3 1.7 机床夹具发展前景.4 2 杠杆臂夹具的设计杠杆臂夹具的设计.7 2.1 零件的作用.7 2.2 零件的工艺分析.7 2.3 夹具设计.

9、8 2.4 钻床夹具零件的具体设计 .15 3 柴油机曲柄夹具的设计柴油机曲柄夹具的设计.21 3.1 专用夹具的主要作用.21 3.2 零件的工艺分析.21 3.3 机械加工工艺设计.22 3.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定.24 3.5 夹具设计.24 3.6 夹具零件的设计.28 3.7 机床夹具设计体会与展望.31 结结 论论.33 致致 谢谢.34 参考文献参考文献.35 附附 录录 i .36 附附 录录.44 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 1 1 绪绪 论论 1.1 机床夹具的概念与功能机床夹具的概念与功能 1.1.1 机床夹具机床夹具 机床夹具是机床上

10、用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定 位，以使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。 1.1.2 机床夹具的功能机床夹具的功能 （1）保证加工精度。 采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置 精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。 （2）提高生产率、降低成本。 用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工 时；用夹具装夹工件提高了工件的刚性，因此可加大切削用量；可以使用多件、多工 位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。另外， 采用夹具后，产品质量稳定

11、，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降 低了生产成本。 （3） 扩大机床的工艺范围。 使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。例 如，在车窗上或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；通过 专用夹具还可将车床改为拉床使用，以充分发挥通用机床的作用。 （4）减轻工人的劳动强度。 用夹具装夹工件方便、快速，当采用气动、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳 动强度。 1.2 机床夹具的组成机床夹具的组成 （1）定位元件 它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工 时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。 （2）夹

12、紧装置 用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。 （3）对刀、引导元件或装置 这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。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 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 2 件，称为导引元件。 （4）连接元件 使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。 （5）夹具体 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 关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。如图 6-1 中的夹具体 7。 （6）其它元件及装置 有些夹具根据工件的加工

13、要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。 以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必 须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹 牢 1.3 机床夹具的分类机床夹具的分类 1.3.1 专门化分类专门化分类 （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， 车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹 具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率 低，主要适用于单件、小批量的生产中。 （2）专用夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序而

14、专门设计的夹具。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，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定 且批量较大的生产中。 （3）通用可调夹具和成组夹具 其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。 用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比， 加工对象不很明确，适用范围更广一些。 （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。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复 使用

15、，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。 （5）随行夹具 随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 3 与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。 1.3.2 按使用分类按使用分类 由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提 出了不同的要求。按所使用的机床不同，夹具又可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床 夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。 1.3.3 按夹紧分类按夹紧分类 根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、

16、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。 1.4 机床夹具的设计特点机床夹具的设计特点 机床夹具设计与其他装备设计比较，有较大的差别，主要表现在一下五个方面 （1）有较短的设计和制造周期。一般没有条件对夹具进行原理性实验和复杂的计算工 作。 （2）夹具的精度一般比工件高 2 至三倍。 （3）夹具和操作工人的关系特别密切，要求夹具和生产条件与操作习惯密切结合。 （4）夹具一般情况下是单件制造的，没有重复制造的机会，通常要求夹具在投产时一 次成功。 （5）夹具的社会协作制造条件较差，特别是商品化的原件较少。 显然，注意这些问题是很重要的，这将有利于夹具的设计以及制造质量。 1.5 专用夹具的要求

17、专用夹具的要求 夹具设计时，应满足一下使用要求： （1）保证工件的加工精度要求，即在加工工艺系统中，夹具满足以下三项要求; 夹具在机床上的正确位置；工件在夹具中的正确位置；刀具的正确位置。 （2）保证工人的操作方便安全，能减轻工人的劳动强度。 （3）夹具总体方案应与生产纲领相适应。在大批量生产时，应尽量采用快速高效的， 在小批量生产时，则要在尽可能满足夹具功能的前提下，尽可能使夹具结构简单，容 易制造，以降低生产成本。 （4）适当提高夹具元件的通用化和标准化程度。要选用标准化元件选用商品化的标准 元件，以缩短夹具制造周期，降低夹具成本。 （5）便于排屑。 （6）有良好的结构工艺性。设计夹具应便

18、于制造、检验、装配、调整、维修等。 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 4 1.6 夹具设计步骤夹具设计步骤 （1）确定夹具类型。 （2）定位设计，根据六点定位原则设计确定工件的定位方式，选择合适的定位原件。 （3）确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧装置。使加紧力与切削力静力平衡，并注 意缩短辅助时间。 （4）确定刀具的对刀导向方案，选择合适的对刀原件或导向原件。 （5）确定夹具与机床的连接方式。 （6）确定其他原件和装置的结构形式，如分度装置、靠模装置等。 （7）确定夹具总体布局和夹具的结构形式，并处理好定位原件在夹具体上的位置。 （8）绘制夹具方案设计图。 （9）进行工序精度分

19、析。 （10）对动力加紧装置进行加紧力实验。 1.7 机床夹具发展前景机床夹具发展前景 迄今为止，夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具，之一。夹具在国内外 也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。 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。 1.7.1 机床夹具的现状机床夹具的现状 国际生产研究协会的统计表明，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

20、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。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。 青岛理工大学琴岛学院

21、本科毕业设计说明书（论文） 5 1.7.2 现代机床夹具的发展方向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。我国已有夹具零件 及部件的国家标准：gb/t2148t2259-91 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

22、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，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

23、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。 1.7.3 我国机床夹具的发展方向我国机床夹具的发展方向 夹具发展史以及发展前景是大家最为关注的问题,本文将带大家全方面认识关于该 方面的知识,让更多人对机床夹具发展前景有全新的认识,通过本文相信越来越多的

24、人 对该方面信息有所认识. 夹具发展史以及发展前景是大家最为关注的问题,本文将带大家全方面认识关于该 方面的知识,让更多人对机床夹具发展前景有全新的认识,通过本文相信越来越多的人 对该方面信息有所认识. 机床夹具是机床上用作装夹工件的一种装置，被称为机床的“手” 。使用机床夹具 可以保证工件的加工精度，减少辅助工时，大幅提高生产效率，还能扩大机床使用范 围，实现“一机多能” 。它不仅用于金属切削加工，还可以应用在检验、装配、焊接零 件、生产线制造等过程中。机床夹具只是配套产业，而不是支柱产业，但在机械加工 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 6 过程中必须配套使用各种各样的夹具，夹

25、具是必不可少的工艺装备，市场潜力巨大。 目前我国机床夹具行业存在的问题主要有三个方面，一是行业整体规模弱小，而 且布局分散，没有形成产业实体；二是夹具行业多是中小企业，夹具单件的多样性只 能采取小批量生产模式，经济效益十分有限，行业总体实力较差；三是机床夹具的社 会认知度低，行业标准化、专业化程度低，制约着夹具产品朝专业化、市场化方向发 展，夹具产品标准的制定工作亟待加强。 机床夹具未来的发展方向表现在以下四个方面：一是标准化，夹具的标准化有利 于其通用化发展，有利于实现商品化生产，有利于降低生产成本和缩短生产准备周期； 二是精密化，机械产品的精度越来越高，对机床夹具的精度要求也越来越高；三是

26、高 效化，高效化夹具可以减少工件加工的时间，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度； 四是柔性化，机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，通过调整、组合等方式，提高 工艺可变因素的适应能力，更好的满足现代机械工业多品种、中小批量生产的需要。 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 7 2 杠杆臂夹具的设计杠杆臂夹具的设计 2.1 零件的作用零件的作用 课题给出的零件是机床的杠杆臂。它的主要的作用是实现机床工作部件启起、停 止、变速、变向、操纵机构中的传动装置。要求该零件有足够的强度和刚度，尺寸精 度，形状精度，是机床操纵机构中重要零件，影响机床操纵动作及控制机构装置运动 的准确性。 2.2 零件

27、的工艺分析零件的工艺分析 对零件进行工艺分析就是研究、审查零件的结构工艺性。零件设计是否满足加工 的工艺性和经济性要求。 图 2-1 杠杆臂零件产品图 该零件的材料为 qt500，球墨铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，强度刚度好、以 下是杠杆臂零件需要加工表面以及加工表面的位置要求。 该零件是机床操纵结构中一个重要零件，根据产品零件图 1.1 分析，有一个通孔 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 8 需钻铰加工（即 12） 。根据产品图尺寸及公差和形状公差要求，用普通钻床即能保 证该零件的加工。 2.3 夹具设计夹具设计 2.3.1 夹具的工作原理与结构设计夹具的工作原理与结构设计

28、夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。为保证工件某工序的加工要求必 须使工件在机床上相对道具的切削或成型运动处于准确的相对位置。当用夹具装夹加 工一批工件时，是通过夹具来实现这一要求的，而要实现这一要求，又必须满足三个 条件：（1）一批工件在夹具中占有正确的位置； （2）夹具装夹在机床上的准确位置 （3）刀具相对夹具的准确位置 图 2-2 零件三维图 2.3.2 定位方案与定位元件定位方案与定位元件 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 9 满足杠杆臂的需要，使杠杆臂左右两端底面定位固定，因不同零件存在一定的误 差，应使杠杆臂被加工两孔轴线与钻模板轴线的重合，所以将钻模板固定，又

29、因零件 要求为垂直距离，所以设计右端心轴固定，左端设置菱形销定位支撑。进行左右两端 垂直距离的调整定位。使其孔轴线与钻模板轴线重合。 2.3.3 夹紧机构夹紧机构 钻孔时零件晃动，应对杠杆臂的两端底面以及前后移动进行定位固定，所以在右 端设计非标准定位销、开口垫圈、夹紧弹簧对零件零件进行固定；定位心轴通过弹簧 和六角螺母固定于夹具体上。 2.3.4 夹具的使用方法夹具的使用方法 被加工零件放在夹具体上时以右端底面与夹具体接触面重合为基准，将被加工零 件右端底面放在平面上，调整心轴使零件左右底面同时接触夹具，拧紧锁紧螺母；使 被加工零件的垂直孔轴线与钻套轴线重合，拧紧定位销使零件固定于夹具体上。

30、 2.3.5 定位误差分析定位误差分析 本夹具选用的定位元件为一面两孔定位。其定位误差主要为： 销与孔的配合 0.05mm，铣/钻模与销的误差 0.02mm，铣/钻套与衬套 0.029mm 由公式 e=(h/2+h+b)max/h max=(0.052+0.022+0.0292)1/2 =0.06mm e=0.0630/32=0.05625 可见这种定位方案是可行的。 2.3.6 夹紧力计算夹紧力计算 本夹具是在钻床上使用的，用于定位螺钉的不但起到定位用，还用于夹紧，为了 保证工件在加工工程中不产生振动，必须对“17”六角螺母和”11”螺母螺钉施加一 定的夹紧力。由计算公式 fj=fsl/(d

31、0tg(+1)/2+rtg2) （2-1） fj沿螺旋轴线作用的夹紧力 fs作用在六角螺母 l作用力的力臂(mm) d0螺纹中径(mm) 螺纹升角() 1螺纹副的当量摩擦() 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 10 2螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角() r螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径() 根据参考文献6其回归方程为 fjktts 其中 fj螺栓夹紧力(n)； kt力矩系数(cm1) ts作用在螺母上的力矩(n.cm)； fj =52000=10000n 2.3.7 夹具类型的确定夹具类型的确定 由于设计任务及条件可知，工件的外形轮廓尺寸小，重量轻，

32、加工要求不高，生 产批量不大。因此，设计的夹具不宜复杂，在保证质量和提高生产率的前提下，尽量 简化结构，做到经济合理。根据被加工部位的分布情况，拟采用翻转式钻夹具（可换 钻套） 。 2.3.8 确定定位方案确定定位方案 (1)定位原理 在机床上加工工件时，要使工件的各个被加工面的尺寸及位置精度满足工件图或 者工艺文件所规定的要求，就必须在切削加工前使工件在机床夹具中占有一个确定的 位置，使其相对于刀具的切削运动具有正确的位置，这个确定工件位置的过程我们称 为定位。这是定位方案设计的主要任务。 (2)定位基准 为了保证工件上各个加工表面之间或者对其它加工表面的位置精度，工件在机械 加工时，必须安

33、放在机床板的一个固定位置上。任何一个零件都是由若干几何表面所 组成，这些表面之间根据零件设计的技术要求，广泛存在距离尺寸和角度位置的要求。 工艺文件中所谓的基准，就是指零件图上某些点、线、面的位置，可以用它们来确定 某些点、线、面的位置。根据这些基准的作用和性质，可以分为设计基准和工艺基准 两类。设计基准通常指零件图样上标注尺寸的起点。工艺基准又分为工序基准、定位 基准、测量基准等。通常希望将设计基准和工艺基准统一，但是实际上，由于制造上 的困难而难以实现，这就引起误差。定位基准的选择是否合理，将直接影响到夹具结 果的复杂程度以及工件的加工精度。因此，在选择定位基准时应进行多种方案的分析 比较

34、。选择定位基准时，应重点考虑如何减少误差，提高精度，也要考虑安装的方便 性、准确性和可靠性。定位基准的选择分为粗基准和精基准的选择两种，下面分别介 绍。 a)粗基准的选择。粗基准是用没有加工的表面作为定位基准，选择粗基准时应考 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 11 虑以下原则: 1) 保证加工表面与不加工表面之间的相对要求，应选择不加工表面作为粗基准， 特别是选择与加工表面有紧密联系的表面作为粗基准; 2) 若加工表面较多，选择粗基准时，应合理分配各加工表面的加工余量； 3) 选择作为粗加工基准的表面，应平整、光洁，以便定位准确，夹紧可靠； 4) 因为粗基准的定位误差较大，一般

35、粗基准只能使用一次。 b)精基准的选择。精基准是己经加工过的表面作为定位基准。一般应遵循下列原 则: 1) 选择零件的设计基准作为精基准，也就是“基准重合”原则，这样可以避免因 基准不重合而引起的基准不重合误差; 2) 能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各个表面对基准的位置精度，这 就是“基准统一”原则; 3) 获得均匀的加工余量或使加工表面间有较高的位置精度，有时可以采取互为基 准反复加工的原则; 4) 有的精加工工序要求加工余量小，或垂直度要求高，为了保证加工质量和提高 生产率，应选择加工面本身作为定位基准。 以上的选择原则，有时是互相矛盾的，在选择的时候要综合考虑。在保证工件加 工

36、要求的前提下，尽量使夹具结构简单，工件稳定性好。 (3)工件在空中的自由度 忽略工件的微小变形，工件可以看成一个理想的刚体。将其放在一个空间直角坐 标系中，以此坐标作为参照系来观察刚体位置和方位的变化，由刚体力学可知，在空 间中处于自由状态的刚体，共有 6 种可能的运动，即沿 x 轴、y 轴、z 轴移动，或者绕 x 轴、y 轴、z 轴的转动，这种移动和转动的可能性就称为自由度。这 6 种移动或者转 动的变化形式是基本的变化形式，工件在空间的运动状态都可以由这 6 种基本变化合 成得到。限制了工件的某个自由度，该工件在这个方向上的位置也就确定了。因此， 可以根据工件的加工要求，通过限制工件自由度

37、的方法，达到工件在夹具上定位的目 的。当工件的 6 个自由度被全部限制后，工件的位置和方位也就会被唯一的确定下来。 (4)六点定位原理 基于运动原理，要限制工件的 6 个自由度，典型的方法就是在夹具设计中设置的 6 个支承点。图中的矩形工件每次都安放到与 6 个支承相接触，从而使一批工件中每个 工件得到确定的位置，其中底面 a 放在 3 个支承上，限制了 3 个自由度(沿着 z 轴的移 动和沿着 x, y 轴的转动)，侧面 b 限制了 2 个自由度(沿 y 轴的移动和沿 z 轴的转动)， 另一个侧面 c 限制了一个自由度(沿 x 轴的移动)。用分布在 3 个互相垂直的平面上的 6 个支承点来限

38、制六个自由度，使得工件在夹具中的位置完全确定，这就是著名的 3- 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 12 2-1 六点定位原理6。六点定位原理适合任何形状的工件。如图 5 所示的轴类工件的六 点定位原理示意图。其中轴的圆柱表面放在 4 个支承点上，消除了工件的 4 个自由度 (沿 y, z 轴的移动和绕 z 轴的转动)，轴端部靠在一个支承点上，消除了一个自由度 (沿 x 轴的移动)，轴上一端的槽正放在一个支承点上，消除了工件绕 x 轴转动的自由 度。根据工件形状的不同，所用的定位基准也不同，定位点的分布情况也不同。运用 六点定位原理可以分析和判断夹具中的定位结构是否正确，将工件的

39、六个自由度完全 约束或受限制的定位称为完全定位。但是在很多情况下，无需将工件的 6 个自由度完 全约束，只需要限制那些对加工后位置精度有影响的自由度即可，无需限制 6 个自由 度的定位称为不完全定位。在保证工件位置精度的前提下，不完全定位可以减少夹具 元件，简化夹具结构。如果一个夹具的定位结构所限制的自由度少于位置精度必须要 限制的自由度数量，就会产生定位不足，这种定位方式称为欠定位。如果一个夹具的 定位结构中，不同支承点重复的约束工件上同一个自由度，就会产生定位不稳定，这 种定位方式称为过定位。欠定位情况下，工件的位置精度不能保证，因此是不允许的。 过定位要视具体的情况而定是否允许。如图 5

40、 中，如果 b 平面的两个支承点在一条垂 直线上，这样绕 z 轴转动的自由度就没有被限制，这种情况属于欠定位;而沿 y 轴移动 的自由度就被限制了两次，这种情况属于过定位。 图 2-3 六点定位原理 图 2-4 轴类工件的六点定位原理 (5)根据工件结构特点，其定位方案（如图 2.5 所示） ，以 25h7mm 孔大端面为定位面， 以限制五个自由度（， ， ， ， ） ，以 16h9mm 孔端内圆毛坯一侧为防转定位面， x y z x y 以限制工件自由度。该方案为完全定位，定位稳定，定位误差较小。 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 13 图 2-5 定位方案 选择定位原件 （1

41、）选用带台阶面的定位销，作为 25h7mm 孔及其端面定位的定位元件.其结构 和尺寸按要求确定。 （2）以 16h9mm 孔外缘定位，采用的定位元件有两种形式（如图 2-6 所示）： 形块移动方向 钻头旋转方向 (a)(b) 图 2-6 定位件的选择 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 14 a)选用可调支承钉作为以 16h9mm 外缘定位的定位元件，它可限制 z 自由度.该方 案可克服毛坯精度对定位精度的影响，在使用过程中根据每批毛坯的精度进行调整， 结构如图 2.6（a）所示。 b)采用移动 v 形块作为定位元件，如图 2-6（b）所示。限制了 z 自由度，其定位 精度不受毛坯

42、的影响，但受夹具结构限制，并且结构复杂，布局困难。v 形块除定位作 用外，还有夹紧作用，根据本工件的结构特点，易引起工件变形。 比较上述两种形式，确定采用第一种形式。 3）定位误差的分析计算 a）加工 10h9mm，要求保证中心距尺寸（80 0.20）mm 及两孔轴线平行度 0.30mm.计算中心距（800.20）mm 定位误差为： d ； ybd 由图 4 可知，0b mm。 041 . 0 max x yd )(mm 其中：；mm g 4 . 0 。)(13 . 0 3/1mm gd 允 则 。 允dd 该定位方案满足要求。 b)计算 16h9mm 与 25h7mm 两孔轴线的平行度误差

43、同理 mm，0, bybd 由于基准位移误差定义可知。 21 y 是定位销圆柱部分与台阶面的垂直度误差。由于此两表面是在一次安装中加工 1 出的，其误差很小，可忽略不计=0mm。 1 是工件定位孔 28h7mm 与定位面 k 间的垂直度误差，而 28h7mm 孔与定位面 k 2 也是在一次安装中加工出的，其误差很小，也可以忽略不计=0mm。 2 因此 mm。0 ybd 定位误差的允许值；)(10 . 0 3 . 03/13/1mm gd 允 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 15 显然 。 允dd 因此该定位方案也能满足两孔轴线平行度 0.30mm 的加工要求。 2）加工 11m

44、m 孔，要求保证孔距尺寸（150.25）mm 的定位精度 同理 ；0, bybd 而与加工 10h9mm 孔时相同，只是方向沿加工尺寸 15mm 方向。 y 其中mm g 5 . 0 ；)(167. 05 . 03/13/1mm gd 允 显然， 允dd 该方案满足要求。 由以上分析可知，该定位方案与定位装置是可行的。 2.4 钻床夹具零件的具体设计钻床夹具零件的具体设计 2.4.1 钻床夹具的概括钻床夹具的概括 2.4.1.1 钻床夹具的特点 （1）保证工件的加工精度 专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸，公差和技术要求，并进行必要的精 度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。 （2）提

45、高生产效率 专业夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应，应根据工件生产批量的大小选 用不同复杂程度的高效夹紧装置，以缩短辅助时间，以提高生产效率。 （3）工艺性好 专用夹具的结构简单，合理，便于加工，装配，检验和维修。专用夹具的生产属 于批量生产 （4）使用性好 专用夹具的操作应简单，省力，安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑机构。 （5）经济型好 除考虑专用夹具本身结构简单，标准化程度高，成本低廉外，还应根据生产纲领 对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 16 2.4.2 钻套钻套 钻套的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴

46、线位置，防止刀具在加工过程中发生偏 斜。根据使用二点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式 （1）固定钻套 固定钻套直接被压在钻模板上，其位置精度要求较高，但磨损后不易更换，钻模 板较薄时，为使钻套具有足够的引导长度，赢采用有肩钻套。 （2）可换钻套 成批生产、大量生产中，为便于更换钻套，采用可换钻套 （3）快换钻套 在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个工步加工，需 要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套。更换钻套时，只需逆时针转动 钻套使削边平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。 （4）专用钻套 在一些特殊场合，可以根据具体要求自行设计钻套 钻套的选

47、择： 由于钻套属于国标规定零件，按照杠杆臂钻孔的大小要求，选择国标内的钻套： 无肩钻套和有肩钻套。跟据钻套的选择原则，杠杆臂的加工属于小批量生产，所以选 择固定钻套。又因为右端垂直孔孔径大，钻模板薄，应采用有肩钻套（如图 2.7 所示） 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 17 图 2-7 钻套装配图 2.4.3 钻模板钻模板 钻模板结构形式的选择：在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、 加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构 右端钻垂直孔的 钻模板 13 左端钻垂直孔的钻 模板 4 无肩钻套 3 右端钻垂直孔的 钻模板 13 有肩钻套

48、 12 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 18 简单、使用方便、制造容易。 图 2.8 钻模板 常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式 （1）固定式钻模板 固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体，也可 以用螺钉将它与夹具体相连接。采用这种钻模板钻孔，位置精确度较高。 （2）铰链式钻模板 铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。1.翻转。装卸工件时， 将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形夹紧螺钉。2.固紧。采用铰链式 钻模板，工件可以在夹具上方装入，装卸工件方便；但翻转钻模板费工费时，效率较 低，且钻模板位置精度受铰链间隙影响，钻孔位置精度不高；

49、它主要用于生产规模不 大、钻孔精度要求不高的场合。 （3）悬挂式钻模板 悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的，悬挂式钻模板通常用在多 轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批量生产中应用。 确定各表面加工方案 在选择各表面的及孔的加工方法时，需综合考虑以下因素 （1）要考虑各表面的精度和质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及 分几次加工 （2）根据生产类型来选择，在大批量生产中可使用专用的高效率的设备；在单件小批 量生产中则使用常用设备和一般加工方法。 （3）要考虑被加工材料的性质 （4）要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有的加工方法和设备， 青岛理工大学琴岛

50、学院本科毕业设计说明书（论文） 19 推广新技术，提高工艺水平。 （5）此外，考虑一些其他因素，如加工表面的物理机械性能的特殊要求，工件形状和 重量等还要 2.4.4 夹具零件的设计夹具零件的设计 为了节省零件的加工时间，减少家具的成本，在同样的情况下采用了国标零件， 减少因为专用零件的开发要花费很多时间以及成本，螺母、垫圈、螺钉、锁紧螺母等 零件采用国标零件 2.4.5 夹具体的设计夹具体的设计 夹具体是整个夹具的结构基础，它与翻转钻床连接，支撑整个夹具，所以夹具体 的设计应符合与钻床连接要求也要符合支撑整个夹具体以及加工时承受的力的机械性 能要求。 2.4.6 定位销的设计定位销的设计 定

51、位销的作用是固定被加工零件的右端，时期在被加工时能够固定不动，提高加 工精度。定位销应先让自己固定于夹具体上，然后将零件放在夹具体上进行定位固定， 因而定位销属于一个细长轴，所以定位销要具有足够的强度和韧性，一面在加工时承 受不了冲击力而折断，影响加工。所以定位销的材料选择为 20 号钢，并进行渗碳处理， 渗碳深度为 0.81.2mm，达到 hrc 为 5560。 2.4.7 钻模板与夹具的连接固定钻模板与夹具的连接固定 钻模板支撑钻套，对钻套进行定位固定，所以在加工时钻模板将承受力而产生运 动，影响加工，所以应对其进行固定。因为螺钉固定会有空隙产生误差，影响加工精 度，所以在应用螺钉的固定的

52、基础上，再加上圆锥销进行定位固定，是钻模板与夹具 体紧密结合，以免加工时螺钉松动产生误差，影响加工。 2.4.8 在设计夹具体时就满足以下一些基本要求：在设计夹具体时就满足以下一些基本要求： (1) 应有足够的刚度与强度。加工工件时，为了防止在切削力、夹紧力的作用下， 夹具产生不允许的变形和振动，夹具体应具有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加 强筋。 (2) 力求结构简单、重量轻。夹具体的外形一般尺寸较大，结构比较复杂，而且各 表面的相互位置精度要求高，应特别注意其结构工艺性。同时，在满足刚度及强度的 前提下，尽可能减轻重量、缩小体积，特别是对手动翻转式夹具（含工件） ，重量一般 不超过 10

53、kg，以便于操作。 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 20 （3）应便于排屑。加工过程中为了防止切屑的排除问题。若加工中产生的切屑不 多。可适当加大定位元件表面与夹具体之间的距离，以增加容屑空间；对加工中产生 的切屑量较大时，一般应在夹具体上设置排屑沟，以利于将切屑自动排至夹具体外。 （4）在机床上安装应稳定可靠。对于固定在机床上的夹具应使其重心尽量低；对 于不固定在机床上的夹具，则其重心和切削力作用点，应落在夹具体的支承范围内， 重心越高夹具支承面积越大。为了使夹具安装稳定可靠，夹具体底面中部通常挖空。 对于翻转或移动式夹具体，应在夹具体上设置手柄或手扶部位，以便于操作。对于大

54、 型夹具，在夹具体上应设置吊环螺栓或起重孔，以便于吊运。 （5）应具有良好的结构工艺性和经济性。夹具体上的三个重要的表面，直接影响 到夹具的装配精度，即夹具体底面、安装定位元件和引导装置表面以及夹具安装时的 校正基面。在加工这些表面时，通常是以夹具体底面作为定位基准，因此在考虑夹具 体结构时，应便于达到这些表面的加工要求。在夹具体上供安装各种元件的表面，一 般应铸出 35mm 的凸台，以便于减少加工面积。 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 21 3 柴油机曲柄夹具的设计柴油机曲柄夹具的设计 3.1 专用夹具的主要作用专用夹具的主要作用 1.准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消

55、下料和划线工作。减小制品的尺寸 偏差，提高了零件的精度和可换性 2.减少了加工时繁琐的操作，获得较高的生产率和加工精度 夹具设计的基本要求： 1.工装夹具应具备足够的强度和刚度。夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的 作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。 2.夹紧的可靠性。夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样 要求。既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。 3.夹具体应具有良好的加工精度和尺寸稳定性。对于夹具体上用来安装定位元件、 对刀（或导向元件）的工作表面，应提出相应的尺寸、几何公差以及粗糙度的具体 要求，并作相应的热处理或时效处理。

56、4.有良好的结构工艺性和使用性。 5.力求结构简单，装卸方便。在保证强度和刚度的前提下，极可能体积小、重量轻、 以便于操作。 6.排屑方便。 夹具在机床上安装要稳定、可靠 。 3.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 该设计是零件曲柄面和孔的加工，现分析如下： 32mm、22mm 孔左端表面 32mm、22mm 孔右端面 孔 32mm、22mm 及倒角，锥销孔 5mm m6-6h 的内螺纹，孔 5mm。 这孔有着一定的位置要求，主要是： 132mm 孔内与 22 中心线平行度公差为 0.02； 32mm 孔与 22 中心线的距离为 50mm。 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 22

57、图 3-1 零件的三维图 3.3 机械加工工艺设计机械加工工艺设计 3.3.1 毛坯的制造形式毛坯的制造形式 零件材料为 ht200，考虑到零件材料的综合性能及材料成本和加工成本,保证零件 工作的可靠,采用铸造。由于年产量为 50000 件，属于大批生产的水平，而且零件轮廓 尺寸不大，故可以采用铸造成型。 3.3.2 基面的选择基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要的设计之一，基面的选择正确与合理，可以使 加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者， 还会造成零件大批量的报废，使生产无法进行。 3.3.2.1 粗基面的选择 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、

58、毛刺或其他表面缺欠。该工件选择 22 圆 面和左端面作为粗基准。采用 22 圆面定位加工内孔可保证的壁厚均匀，采用左端面 作粗基准加工右端面可以为后续工序准备好精基准。 3.3.2.2 精基面的选择 青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文） 23 12 轴线是设计基准选择 12 轴线作为定位基准加工 16 孔，实现设计基准 和工艺基准重合，保证被加工孔轴线平行度的要求。选择右端面为加工内螺纹 m6、锥 销孔 5 的工序精基准，孔 16 轴线为加工孔 5 的精基准，设计基准和工序基准重 合，保证尺寸要求。 3.3.3 制订机械加工工艺路线制订机械加工工艺路线 生产过程是指将原材料转变为成品

59、的全过程。它包括原材料的准备、运输和保存， 生产的准备，毛胚的制造，毛胚经过加工热处理而成为零件，零件、部件经装配成为 产品，机械的质量检查及其运行试验、调试、机械的油漆与包装等。 工艺过程是指在生产过程中，通过改变生产对象的形状、相互位置和性质等，使 其成为成品或半成品的过程。机械产品的工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、 机械加工、热处理、装配、涂装等工艺过程。其中与原材料变为成品直接有关的过程， 称为直接生产过程，是生产过程的主要部分。而与原材料变为产品间接有关的过程， 如生 产准备、运输、保管、机床与工艺装备的维修等，称为辅助生产过程。由于零件加工 表面的多样性、生产设备和加工手段

60、的加工范围的局限性、零件精度要求及产量的不 同，通常零件的加工过程是由若干个顺次排列的工序组成的。 工序是加工过程的基本组成单元。每一个工序又可分为一个或若干个安装、工位、 工步或走刀。毛坯依次通过这些工序而变成零件。 工序是一个或一组工人，在相同的工作地对同一个或同时对几个工件连续完成的 那一部分工艺过程。工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划、成本核算的基 本单元。一个零件的加工过程需要包括哪些工序，由被加工零件的复杂程度、加工精 度要求及其产量等因素决定。 3.3.3.1 表面加工方法的确定 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到 的经济精度，在生产纲