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第3章 CA6140車床撥叉銑寬20上下兩側面夾具設計
3.1 夾具的設計原理
下面具體闡述一下夾具的設計原理:
（1）六點定位原理
當工件在不受任何條件約束時，其位置是任意的不確定的。設工件為一理想的鋼體，并以一個空間直角坐標作為參照來觀察鋼體的位置變動。由理論力學可知，在空間處于自由狀態(tài)的鋼體，具有六個自由度，即沿著X、Y、Z三個坐標軸的移動和繞著這三個坐標軸的轉動，如圖所示。用X、Y、Z和X、Y、Z分別表示沿三個坐標軸的移動和繞著這三個坐標軸轉動的自由度。
六個自由度是工件在空間位置不確定的最高程度。定位的任務，就是要限制工件的自由度。在夾具中，用分別適當?shù)呐c工件接觸的六個支撐點，來限制工件六個自由度的原理，稱為六點定位原理。
（2）、應用定位原理幾種情況
完全定位
工件的六個自由度全部被限制，它在夾具中只有唯一的位置，稱為完全定位。
部分定位
工件定位時，并非所有情況下都必須使工件完全定位。在滿足加工要求的條件下，少于六個支撐點的定位稱為部分定位。
在滿足加工要求的前提下，采用部分定位可簡化定位裝置，在生產中應用很多。如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平面只需限制三個自由度。
過定位（重復定位）
幾個定位支撐點重復限制一個自由度，稱為過定位。
A、一般情況下，應該避免使用過定位。
通常，過定位的結果將使工件的定位精度受到影響，定位不確定可使工件（或定位件）產生變形，所以在一般情況下，過定位是應該避免的。
B、過定位亦可合理應用
雖然工件在夾具中定位，通常要避免產生“過定位”，但是在某些條件下，合理地采用“過定位”，反而可以獲得良好的效果。這對剛性弱而精度高的航空、儀表類工件更為顯著。
工件本身剛性和支承剛性的加強，是提高加工質量和生產率的有效措施，生產中常有應用。大家都熟知車削長軸時的安裝情況，長軸工件的一端裝入三爪卡盤中，另一端用尾架尖支撐。這就是個“過定位”的定位方式。只要事先能對工件上諸定位基準和機床（夾具）有關的形位誤差從嚴控制，過定位的弊端就可以免除。由于工件的支撐剛性得以加強，扶持有助于實現(xiàn)穩(wěn)定，可靠的定位，所以工件安裝方便，加工質量和效率也大為提高。
3.2 定位基準的選擇
為了提高加工效率及方便加工，決定材料使用高速鋼，用于對進行加工，準備采用手動夾緊。
由零件圖可知：定位、夾緊方案有：
采用一面2銷定位,采用氣缸夾緊
為了使定位誤差達到要求的范圍之內，這種定位在結構上簡單易操作。
3.3確定夾具結構，確定夾緊機構（氣壓夾緊）方案
1．夾緊裝置的組成
工件在夾具中正確定位后，由夾緊裝置將工件夾緊。夾緊裝置的組成有：
?1）動力裝置：產生夾緊動力的裝置。
?2）夾緊元件：直接用于夾緊工件的元件。
?3）中間傳力機構：將原動力以一定的大小和方向傳遞給夾緊元件的機構。
2．對夾緊裝置的要求
1）夾緊過程不得破壞工件在夾具中占有的定位位置。
2）夾緊力要適當，既要保證工件在加工過程中定位的穩(wěn)定性，又要防止因夾緊力過大損傷工件表面或使工件產生過大的夾緊變形。
3）操作安全、省力。
4）結構應盡量簡單，便于制造，便于維修。
典型夾緊機構
1．斜楔夾緊機構
斜楔是夾緊機構中最為基本的一種形式，它是利用斜面移動時所產生的力來夾緊工件的，常用于氣動和氣壓夾具中。在手動夾緊中，斜楔往往和其他機構聯(lián)合使用。
斜楔夾緊機構的缺點是夾緊行程小，手動操作不方便。斜楔夾緊機構常用在氣動、氣壓夾緊裝置中，此時斜楔夾緊機構不需要自鎖。
2．螺旋夾緊機構
采用螺旋裝置直接夾緊或與其他元件組合實現(xiàn)夾緊的機構，統(tǒng)稱螺旋夾緊機構。螺旋夾緊機構結構簡單，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夾緊機構的自鎖性能好，夾緊力和夾緊行程都較大，在手動夾具上應用較多。螺旋夾緊機構可以看作是繞在圓柱表面上的斜面，將它展開就相當于一個斜楔。
3．偏心夾緊機構
偏心夾緊機構是斜楔夾緊機構的一種變型，它是通過偏心輪直接夾緊工件或與其他元件組合夾緊工件的。常用的偏心件有圓偏心和曲線偏心，圓偏心夾緊機構具有結構簡單，夾緊迅速等優(yōu)點；但它的夾緊行程小，增力倍數(shù)小，自鎖性能差，故一般只在被夾緊表面尺寸變動不大和切削過程振動較小的場合應用。
4．定心夾緊機構
定心夾緊機構能夠在實現(xiàn)定心作用的同時，又起著將工件夾緊的作用。定心夾緊機構中與工件定位基面相接觸的元件，既是定位元件，又是夾緊元件。
5．鉸鏈夾緊機構
鉸鏈夾緊機構是一種增力裝置，它具有增力倍數(shù)較大、摩擦損失較小的優(yōu)點，廣泛應用于氣動夾具中。
6．聯(lián)動夾緊機構
圖2－3雙向作用固定式活塞氣缸圖
1－前蓋?2－氣缸體?3－活塞桿?4－活塞?5－密封圈?6－后蓋
聯(lián)動夾緊機構是一種高效夾緊機構，它可通過一個操作手柄或一個動力裝置，對一個工件的多個夾緊點實施夾緊，或同時夾緊若干個工件。
夾緊的動力裝置
在大批大量生產中，為提高生產率、降低工人勞動強度，大多數(shù)夾具都采用機動夾緊裝置。驅動方式有氣動、液動、氣液聯(lián)合驅動，電（磁）驅動，真空吸附等多種形式。
1．氣動夾緊裝置
氣動夾緊裝置以壓縮空氣作為動力源推動夾緊機構夾緊工件。常用的氣缸結構有活塞式和薄膜式兩種。
活塞式氣缸按照氣缸裝夾方式分類有固定式、擺動式和回轉式三種，按工作方式分類有單向作用和雙向作用兩種，應用最廣泛的是雙作用固定式氣缸。
2．氣壓夾緊裝置
氣壓夾緊裝置的結構和工作原理基本與氣動夾緊裝置相同，所不同的是它所用的工作介質是壓力氣壓。與氣壓夾緊裝置相比，氣壓夾緊具有以下優(yōu)點：
①?傳動力大，夾具結構相對比較??；
② 氣壓液不可壓縮，夾緊可靠，工作平穩(wěn)；
③ 噪聲小。它的不足之處是須設置專門的氣壓系統(tǒng)，應用范圍受限制。
3.4設計夾具裝配圖
由零件圖可知：利用底面等為粗定位基準來設計夾具，從而保證其尺寸公差要求。
據(jù)《夾具手冊》知定位基準應盡可能與工序基準重合，在同一工件的各道工序中，應盡量采用同一定位基準進行加工。因此我們應該根據(jù)零件圖的技術要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。圓臺外圓及兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的端面作為定位精基準，來設計本道工序的夾具，以已加工好的端面作為定位夾具。
氣壓缸左腔進氣壓時，活塞和缸筒分別向兩側移動，各鉸鏈和連桿運動，使壓板頭向下壓緊工件；氣壓缸右腔進氣壓時，活塞和缸筒都向內移動，壓板頭抬起松開工件。
3.5切削力及夾緊力的計算
刀具：錯齒三面刃銑刀（硬質合金）
刀具有關幾何參數(shù)：
由參考文獻[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式：
有：
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以
用氣動元件作為夾緊元件，活塞桿是氣缸傳遞力的主要零件，它主要承受拉力、壓力、彎曲力及振動沖擊等多種作用，必須有足夠的強度和剛度。其材料取Q235鋼。
在這取負載約為10000N，初選氣缸的設計壓力P1=3MPa，為了滿足工作這里的氣缸課選用單桿式的，并在快進時差動連接，則氣缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應滿足A1=2A2（即氣缸內徑D和活塞桿直徑d應滿足：d=0.707D。為防止切削后工件突然前沖，氣缸需保持一定的背壓，暫取背壓為0.5MPa，并取氣缸機械效率。則氣缸上的平衡方程
故氣缸無桿腔的有效面積：
氣缸直徑
氣缸內徑：
按GB/T2348-1980，取標準值D=32mm則氣缸有效面積為：
現(xiàn)設計一種機構，設夾緊機構所能產生的夾緊力為,鉸鏈壓板的受力分析如下圖2.10所示：
圖2.10受力分析
由受力分析計算得：
= (選定=)【6】
式中，—夾緊機構效率，取值為0.9；
—螺栓的許用夾緊力，單位：。
當螺桿的螺紋公稱直徑為M12時，可查表得：=5620N。
所以，==2=2×5620×0.9=10116N
因>=9015N,故夾緊機構選擇氣缸MB32-50滿足設計要求。
3.6 誤差分析與計算
為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
⑴定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.7 定向鍵與對刀裝置設計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產生的扭轉力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據(jù)GB2207—80定向鍵結構如圖所示：
圖6.1 夾具體槽形與螺釘
根據(jù)T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結構尺寸如表5.4：
表5.4 定向鍵
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱尺寸
允差d
允差
公稱尺寸
允差D
18
～0.012
～0.035
25
12
4
12
4.5
18
+0.019
5
對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。
塞尺選用平塞尺，其結構如圖6.3所示：
圖5.3 平塞尺
塞尺尺寸參數(shù)如表5.5：
表5.5 塞尺
公稱尺寸H
允差d
C
3
～0.006
0.25
3.8 確定夾具體結構和總體結構
對夾具體的設計的基本要求
（1）應該保持精度和穩(wěn)定性
在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。
（2）應具有足夠的強度和剛度
保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。
（3）結構的方法和使用應該不錯
夾較大的工件的外觀，更復雜的結構，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結構的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結構應該簡單。
（4）應便于鐵屑去除
在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產生更多的，一般應在夾具體上面。
（5）安裝應牢固、可靠
夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或實現(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結構，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。
加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便于鐵屑。此外，夾點技術，經濟的具體結構和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便排出鐵屑。
3.9 夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，該工件為提高生產率，經過方案的認真分析和比較，選用了氣動夾緊方式。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
該夾具方案符合生產要求，效率高，做了可活動銷，滿足保持正確的加工位置
總 結
經過差不多一個學期的緊張的設計，在指導老師及其他老師的幫助下，通過查閱大量的資料，參觀工廠的設備，認真地進行了這次設計。通過這次設計，使我對工藝路線的制定和工藝規(guī)程的安排以及工裝的選擇和設計有了更深刻的了解和掌握。也使我對于一個工藝員所從事的工作有了深層次體會，培養(yǎng)了實際工作能力，特別是分析問題和解決問題的能力，可以說這次設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊，由于經驗不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導老師XX老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了設計。
參考文獻
參考文獻
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8、機械設計手冊（上冊），《機械設計手冊》聯(lián)合編寫組編，化學工業(yè)出版社
致 謝
經過了的很長時間，終于比較圓滿完成了設計任務?；仡欉@日日夜夜，感覺經過了一場磨練，通過圖書、網(wǎng)絡、老師、同學等各種可以利用的方法，鞏固了自己的專業(yè)知識。對所學知識的了解和使用都有了更加深刻的理解。
此時此刻，我要特別感謝我的導師的精心指導，不僅指導我們解決了關鍵性技術難題，更重要的是為我們指引了設計的思路并給我們講解了設計中用到的實際工程設計經驗，從而使我們設計中始終保持著清晰的思維也少走了很多彎路，也使我學會綜合應用所學知識，提高分析和解決實際問題的能力。不僅如此，老師的敬業(yè)精神更是深深的感染了我，鞭策著我在以后的工作中愛崗敬業(yè)，導師是真真正正作到了傳道、授業(yè)、解惑。
大學的艱苦跋涉，幾個月的精心準備，畢業(yè)論文終于到了劃句號的時候，心頭照例該如釋重負，但寫作過程中常常出現(xiàn)的輾轉反側和力不從心之感卻揮之不去。論文寫作的過程并不輕松，工作的壓力時時襲擾，知識的積累尚欠火候，于是，我只能一次次埋頭于圖書館中，一次次在深夜奮筆疾書。第一次花費如此長的時間和如此多的精力，完成一篇具有一定學術價值的論文，其中的艱辛與困難難以訴說，但曲終幕落后留下的滋味，值得我一生慢慢品嘗。
敲完最后一個字符，重新從頭細細閱讀早已不陌生的文字，我感觸頗多。雖然其中沒有什么值得特別炫耀的成果，但對我而言，是寶貴的。它是無數(shù)教誨、關愛和幫助的結果。
我要感謝我的指導教師XX老師。老師雖身負教學、科研重任，仍抽出時間，不時召集我和同門以督責課業(yè)，從初稿到定稿，不厭其煩，一審再審，大到篇章布局的偏頗，小到語句格式的瑕疵，都一一予以指出。是他傳授給我方方面面的知識，拓寬了我的知識面，培養(yǎng)了我的功底，對論文的完成不無裨益。我還要感謝學院所有教過我的老師，是你們讓我成熟成長；感謝學院的各位工作人員，他細致的工作使我和同學們的學習和生活井然有序。
謹向我的父母和家人表示誠摯的謝意。他們是我生命中永遠的依靠和支持，他們無微不至的關懷，是我前進的動力；他們的殷殷希望，激發(fā)我不斷前行。沒有他們就沒有我，我的點滴成就都來自他們。
讓我依依不舍的還有各位學友、同門和室友。在我需要幫助的時候他們伸出溫暖的雙手，鼎立襄助。能和他們相遇、相交、相知是人生的一大幸事。
本論文的完成遠非終點，文中的不足和淺顯之處則是我新的征程上一個個新的起點。
我將繼續(xù)前行！
同時也要感謝其他同學、老師和同事的熱心幫助，感謝院系領導對我們課程設計的重視和關心，為我們提供了作圖工具和場所，使我們能夠全身心的投入到設計中去，為更好、更快的完成課程設計提供了重要保障。
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