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18 3.3 定位誤差的計算與分析 18 3.4 計算切削力及實際所需的夾緊力 20 3.5 設計夾緊機構并驗算機構所能產生的夾緊力 21 3.7 對刀元件及夾具體 22 第4章 夾具圖的繪制 23 4.1 工序圖 23 4.2 夾具體零件圖 23 4.3 繪制夾具裝配總圖 23 4.4 標注總圖上的尺寸、公差與配合和技術條件 24 4.4.1 標注尺寸、公差與配合 24 4.4.2制訂技術條件 24 第5章 夾具工作精度分析 24 5.1 位置尺寸 25 5.2平面度允差 25 結論 25 致謝 27 參考文獻 28 IV 第1章 緒 論 1.1 夾具設計目的與意義 夾具是機械制造廠里的一種工藝裝備，機床夾具就是機床上用以裝夾工件的一種裝置，它使得工件相對于刀具或機床活動正確的位置，并在加工過程中不因外力的影響而變動。廣義的說夾具一種保證加工質量并能加速工藝過程的一種工藝裝備，而在機械制造領域中，機床夾具作為機床的一種輔助設備，用以對工件的定位和夾緊，其數量和種類很多，顯得相當重要。 機械制造離不開金屬切削機床，對于切削機床，機床夾具是保證機械加工質量、提高生產效率、降低生產成本、減輕勞動強度、降低對工人技術的過高要求、實現生產過程自動化不可或缺的重要工藝裝備之一。雖然各種數控機床和加工中心等，高度智能化的加工設備已經在我國各個生產單位已被廣泛使用，但是，在大部分情況下都還以普通專用機床為主要生產設備。因此，根據我國機械行業(yè)規(guī)?；魉a線生產的現狀，設計一款專用銑床夾具來滿足生產綱領高效、大批量的要求，是對機械設計從業(yè)人員的基本要求。我們必須掌握對銑床夾具的設計方法和設計思路，將其應用到實際生產中，從中不斷提高自己對所學理論知識的認識與運用能力。此次設計不僅可對整個大學專業(yè)課所學知識加以鞏固和彌補，更能鍛煉自身的自學能力，對于以后個人發(fā)展大有裨益。 隨著社會的發(fā)展，人類的進步，人們對于日常生活、工作中的物資需求呈現出了極大的多樣化與復雜化。傳統(tǒng)的簡單的產品已經難以再滿足人們的需求。而且在企業(yè)、工廠的運營過程中，需要的工具也不斷精細化與多樣化，給制造業(yè)帶來了新的難題。個性化的社會導致了制造產品大批量越來越少，更多的是需求多品種少批量，這種單件小值的生產模式是對傳統(tǒng)的機械加工產業(yè)模式的挑戰(zhàn)[1]。為此，制造技術的研究者提出了專用技術的科學理論及實現方法，從根本上解決了生產由于品種多、產量少帶來的矛盾。它是將多種零件按其工藝的相似性分類專用，以形成零件族，即把同一零件族中零件分散的小生產量匯聚成較大的專用生產量，從而使小批量生產能獲得接近于大批量生產的經濟效益，專用夾具便應運而生[2]。 專用夾具的應用可以擴大機床的使用范圍，提高生產效率和零件的加工質量，也能夠降低工人的勞動強度，縮短生產準備周期，提高勞動生產率[3]。而且隨著專用夾具的應用和發(fā)展，必將加速開拓專用技術新的應用領域。因此，專用夾具將是我國機械工業(yè)今后夾具發(fā)展的一個主要方面。 1.2 專用夾具設計的國內外現狀 1.2.1 國內專用技術應用及現狀 1.專用技術的應用 目前發(fā)展的專用技術是應用系統(tǒng)工程學的觀點，把中、小批生產中的設計制造和管理等方面作為一個生產系統(tǒng)整體，統(tǒng)一協(xié)調生產活動的各個方面，全面實施專用技術以提高綜合經濟效益。 （1）產品設計方面。由于用專用技術指導設計，賦予各類零件以更大的相似類，這就為在制造管理方面實施專用技術奠定了良好的基礎，使之取得更好的效果。以專用技術為指導的設計合理化和標準化工作將為實現計算機輔助設計(CAD)奠定良好的基礎；為設計信息最大程度地重復使用，加快設計速度，節(jié)約時間作出貢獻。據統(tǒng)計，當設計一種新產品時，往往有3/4以上的零件設計可參考借鑒或直接引用原有的產品圖紙，從而減少新設計的零件，這不僅可免除設計人員的重復性勞動，也可以減少工藝準備工作和降低制造費用。 （2）制造工藝方面。專用技術在制造工藝方面最先得到廣泛應用。開始是用于專用工序，即把加工方法、安裝方式和機床調整相近的零件歸結為零件組，設計出適用于全組零件加工的專用工序。專用工序允許采用同一設備和工藝裝置，以及相同或相近的機床調整加工全組零件，這樣，只要能按零件組安排生產調度計劃，就可以大大減少由于零件品種更換所需要的機床調整時間。此外，由于零件組內諸零件的安裝方式和尺寸相近，可設計出應用于專用工序的公用夾具，只要進行少量的調整或更換某些零件，公用夾具就可適用于全組零件的工序安裝。 （3）生產組織管理方面。專用加工要求將零件按工藝相似性分類形成加工族，加工同一加工族有其相應的一組機床設備。因此，很自然專用生產系統(tǒng)要求按模塊化原理組織生產，即采取專用生產單元的生產組織形式。專用技術是計算機輔助管理系統(tǒng)技術基礎之一。這是因為運用專用技術基本原理將大量信息分類專用，并使之規(guī)格化、標準化，這將有助于建立結構合理的生產系統(tǒng)公用數據庫，可大量壓縮信息的儲存量；由于不再是分別針對一個工程問題和任務設計程序，可使程序設計優(yōu)化[5]。 2. 發(fā)展現狀 專用技術從20世紀50年代提出到如今已經歷了近50年的發(fā)展和應用。專用技術作為一門綜合性的生產技術科學是計算機輔助設計、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助制造（CAM）和柔性制造系統(tǒng)等方面的技術基礎。我國早在20世紀60年代初就在紡織機械、飛機、機床及工程機械等機械制造業(yè)中推廣應用專用技術，并初見成效。因此，專用技術受到國家有關部、局和工廠企業(yè)，研究所及高等院校的重視。目前，正積極開展這一方面的科學研究、人材培訓和推廣應用等工作。原機械部設計研究院負責組織研制的全國機械零件分類編碼系統(tǒng)JLBM I，它將對我國推廣應用專用技術起到積極推進作用。我國不少高等工業(yè)院校結合教學和科研工作，在專用技術基本理論及其應用方面，如零件分類編碼系統(tǒng)、零件分類專用方法和計算機輔助編碼、分類、工藝設計、零件設計、生產管理的軟件系統(tǒng)等方面都開展了許多研究工作，并取得了不少成果?？梢韵嘈牛S著應用推廣和科研工作的持續(xù)開展，專用技術對提高我國機械工業(yè)的制造技術和生產管理水平將日益發(fā)揮其重要的作用[6]。 1.2.2 專用工藝在國外的發(fā)展狀況 專用工藝作為一種先進的工藝方法和生產準備方法，先后在蘇聯(lián)、民德、捷克、波蘭以及英國、法國、日本等國已經逐步得到了應用，并獲得了良好的經濟效果。由于它能縮短單件、小批生產的準備時間，擴大加工批量，提高生產效率，為適應多品種生產的發(fā)展創(chuàng)造了條件。機床工業(yè)具有多品種、小批量生產的特點，因而近年來在國外有不少機床制造廠家先后也采用了專用工藝技術。如日本三菱公司的機床制造部門也引進了專用工藝技術[7]。據介紹，該公司從引進專用工藝到過渡為新的管理系統(tǒng)只用了半年時間。他們引進專用工藝分為兩個階段進行。第一階段主要是進行零件的編碼和分類，確定機床布局，按類似零件設置專用生產線，以改進加工技術，縮短加工時間，并為在新的生產管理系統(tǒng)中采用電子數據處理系統(tǒng)創(chuàng)造條件。第二階段的任務著重在設計部門推廣和應用專用工藝。通過有效地利用現有圖紙及標準化以減少圖紙數量及設計工時。依靠反復使用質量穩(wěn)定而有效的零件圖紙，保證產品質量，擴大加工批量，從而降低成本，縮短生產周期，并為采用專用夾具、專用機床以及數控機床等高效率的設備創(chuàng)造條件。 英國赫伯特(Herbert) 公司的埃奇維克 (Edgwick)和馬肯當一萊恩(Mackadown Lane)工廠也成功地應用了專用工藝。現在埃奇維克廠有26個專用加工工段。在馬肯當一萊恩廠有18個專用加工工段。這些工段所加工的零件相當于赫伯特公司制造的機床零件的90%以上。其余零件則在非專用加工線上加工。該公司采用專用工藝后，使新產品的生產周期由原來的12~18個月減為平均6個月；其次是減少庫存和再制品數量。據該公司介紹，采用專用工藝后，生產效率可提高60%。另外該公司還特別從專用加工的觀點出發(fā)，發(fā)展了小批、中批及大批生產用的自動化車床[8]。 隨著生產的不斷發(fā)展，進一步提高勞動生產率，今后專用工藝的采用將會更加廣泛。 1.3 專用夾具設計的發(fā)展趨勢 專用夾具由于能夠利用加工零件工藝上的相似性，并且適應工件特征在一定范圍內的變化而得到推廣和應用，如何提高專用夾具設計效率成為需要重點解決的問題之一[9]。 組合夾具與專用夾具都適用于中小批生產和新產品試制，任何事物都不是十全十美的，組合夾具可多次重復使用，縮短生產準備周期，但制造成本高，組裝后笨重復雜，剛性差，積累誤差大，而專用夾具可克服組合夾具的不足，組裝調整時間短，生產和技術管理較方便。采用專用夾具是企業(yè)全面實行專用技術的需要，是實現專用加工的重要手段和工具，而專用加工是實施專用技術的重要領域和必要的環(huán)節(jié)[10]。夾具設計正朝著多功能、模塊化、高精度、高剛性、高強度、通用化、快速化和自動化的方向發(fā)展[11]。 1.國內外研究現狀 目前發(fā)展的專用技術是應用系統(tǒng)工程學的觀點，把中、小批生產中的設計制造和管理等方面作為一個生產系統(tǒng)整體，統(tǒng)一協(xié)調生產活動的各個方面，全面實施專用技術以提高綜合經濟效益。 專用技術從20世紀50年代提出到如今已經歷了近50年的發(fā)展和應用。專用技術作為一門綜合性的生產技術科學是計算機輔助設計、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助制造和柔性制造系統(tǒng)等方面的技術基礎。我國早在20世紀60年代初就在紡織機械、飛機、機床及工程機械等機械制造業(yè)中推廣應用專用技術，并初見成效。因此，專用技術受到國家有關部、局和工廠企業(yè)，研究所及高等院校的重視。目前，正積極開展這一方面的科學研究、人材培訓和推廣應用等工作?？梢韵嘈?，隨著應用推廣和科研工作的持續(xù)開展，專用技術對提高我國機械工業(yè)的制造技術和生產管理水平將日益發(fā)揮其重要的作用[4]。 專用工藝作為一種先進的工藝方法和生產準備方法，先后在蘇聯(lián)、民德、捷克、波蘭以及英國、法國、日本等國已經逐步得到了應用，并獲得了良好的經濟效果。由于它能縮短單件、小批生產的準備時間，擴大加工批量，提高生產效率，為適應多品種生產的發(fā)展創(chuàng)造了條件。機床工業(yè)具有多品種、小批量生產的特點，因而近年來在國外有不少機床制造廠家先后也采用了專用工藝技術[5]。 2.發(fā)展趨勢 專用夾具由于能夠利用加工零件工藝上的相似性，并且適應工件特征在一定范圍內的變化而得到推廣和應用，如何提高專用夾具設計效率成為需要重點解決的問題之一[6]。 組合夾具與專用夾具都適用于中小批生產和新產品試制，任何事物都不是十全十美的，組合夾具可多次重復使用，縮短生產準備周期，但制造成本高，組裝后笨重復雜，剛性差，積累誤差大，而專用夾具可克服組合夾具的不足，組裝調整時間短，生產和技術管理較方便。采用專用夾具是企業(yè)全面實行專用技術的需要，是實現專用加工的重要手段和工具，而專用加工是實施專用技術的重要領域和必要的環(huán)節(jié)[7]。夾具設計正朝著多功能、模塊化、高精度、高剛性、高強度、通用化、快速化和自動化的方向發(fā)展[8]。 3.本課題主要討論的問題 本次設計主要介紹了銑床夾具的的一般設計思想和方法。所給零件為一矩形工件，有形狀和位置公差的要求，所以對夾具的精度有較高的要求。并且夾具的設計要符合銑床夾具的特性。明確設計的要求和意圖；然后對原始資料(零件圖、技術要求等)進行分析，然后提出具體的定位、夾緊、對刀方案，并進行精度分析；最后繪制出夾具的零件圖及裝備圖，運用SOLIDWORKS三維軟件對整個夾具進行建模和裝配,完成設計論文的撰寫。 26 第2章 專用夾具的設計 2.1 銑床專用夾具的主要類型 （一）直線送進的專用銑床夾具 這類夾具安裝在銑床工作臺上，加工中工作臺是按直線進給方式運動的， 在洗削工序中，為了提高夾具的工作效率，對于這類銑床夾具，可采用連動加緊機構和氣動，和液壓傳動裝置，也可采用多件多工位夾具使加工的機構時間和裝卸工件時間重合等項措施。 （二）圓周送進的專用銑床夾具 圓周銑削法的送進運動時連續(xù)的，能在不停車的情況下裝卸工件，因此是一種高效率的加工方法，適用于大批量生產。 設計圓周送進銑床夾具時應注意使沿圓周排列的工件盡量緊湊，以減少銑刀的空程和夾具的尺寸和質量；手柄沿轉臺的四周分布以便于操作，盡可能采用氣動液壓等機械化夾緊方式以減輕工人勞動強度。 （三）機械仿形送進的靠模夾具 靠模夾具時用來加工各種直線曲面或空間曲面，靠模夾具的作用是使主送進運動和由靠模獲得的輔助運動合成加工所需要的仿形運動。因此按照送進運動的方式，把用于加工直線曲面的仿形夾具分成直線送進和圓周送進的兩種。采用靠模夾具可在一般萬能銑床上加工出所需要的成形面以代替價格昂貴的靠模銑床加工，這對于中小廠來說，通過采用夾具來擴大機床工藝用途，以解決缺少特殊設備問題，具有較大的技術經濟意義。 2.2 銑床專用夾具的設計要點 （一）由于銑削過程不是連續(xù)切削，且加工余量較大，切削力較大而方向隨時多可能在改變。所以夾具應具有足夠的剛性和強度，夾具的重心應盡量低，夾具的高度于寬度之比應為1：1.25，并應有足夠排屑空間。 （二）夾緊裝置要有足夠的強度和剛度，保證必需的夾緊力，并有良好的自鎖性能，一般在銑床夾具上特別是粗銑，不宜采用偏心夾緊。 （三）夾緊力應作用在工件剛度較大的部位上。工件與主要定位元件的定位表面接觸剛度要大。當從側面壓緊工件時，壓板在側面的著力點應低于工件側面支承點。 （四）為了調整和確定夾具與銑刀的相對位置，應正確選用對刀裝置，對到裝置在使用塞尺方便和易于觀察的位置，并應在銑刀開始切入工件的一端。 （五）切削和切削液應能順利地排除，必要時應開排屑孔。 （六）為了調整和確定夾具與機床工作臺軸線的相對位置，在夾具的底面應具有兩個定向建，定向健與工作臺T形槽宜用單面貼合。當工作臺T形槽表面平整時可采用圓柱銷，精度高的或重型夾具宜采用夾具體上的找正基面。 2.3 夾緊裝置 在機械加工中，加工件將受到切削力，離心力，慣性力等外力的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持有定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生震動或位移，一般在夾具結構中都必須設置一定的夾緊裝置，將工件可靠的夾緊。 1.夾緊裝置的組成 典型的夾緊裝置是由幾部分組成 （1）力源裝置。力源裝置是產生夾緊作用力的裝置。通常是指機動夾緊時所用的氣動，液壓，電動等動力裝置。 （2）中間遞力機構，。中間遞力機構是介于力源和夾緊作用力傳遞給夾緊元件，然后由夾緊元件，然后由夾緊元件最終完成對工件的夾緊。一般遞力機構可以在傳遞加緊作用力過程中，改變夾緊作用力的方向和大小，并根據需要亦可具有一定的自鎖性能。 （3）夾緊元件與夾緊機構。夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。通過它和工件受壓面的直接接觸而完成夾緊動作。 以上就是夾緊裝置的基本設計內容。 2.夾緊裝置的基本要求 (1)在夾緊過程中，工件應能保持在既定位置，即在夾緊力的作用下，工件不應離開定位置支承。 （2）夾緊力的大小要適當，可靠。既要是工件在加工過程中不產生移動和振動，又不使工件產生不允許的變形和損傷。 （3）夾緊裝置應操作安全，方便，省力。 （4）夾緊裝置的自動化程度和復雜程度應與工件的產量和批量相適應。 2.4 專用夾具的基準選擇 本夾具采用側面定位限制一個方向的自由度；由壓板軸定位，這樣六個自由度全部都被限制住了?？烧{部分安裝在夾具體上，即通過滑塊來限制住支座X軸方向上的轉動。并通過滑塊上的可換定位銷來實現限制作用。 定位基礎可以通過夾具體上的面來定位或由底板來定位，因為夾具上的面上的定位誤差比起底板所產生的定位誤差相比較大，因此為了減少定位誤差，在此我選擇了以底板作為定位基準。 2.5 機床夾具的概述 機床夾具是在機械制造過程中，用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受加工或檢測并保證加工要求的機床附加裝置，簡稱為夾具。 在機床上加工工件的時候，必須用夾具裝好夾牢所要加工工件。工件在機床上加工時，為保證加工精度和提高生產率，必須使工件在機床上相對刀具占有正確的位置，這一過程稱為定位。將工件夾緊，就是對工件施加作用力，使之在已經定好的位置上將工件可靠地夾緊，這一過程稱為夾緊。從定位到夾緊的全過程，稱為裝夾。機床夾具的主要功能就是完成工件的裝夾工作。工件的裝夾方法有找正裝夾法和夾具裝夾法兩種。 2.5.1 機床夾具的種類 機床夾具按其適用范圍可分為通用夾具、專業(yè)夾具、組合夾具、可調夾具及隨行夾具五種基本類型。如按所使用的機床來分類，則機床夾具可分為車床夾具、銑床夾具、躺床夾具、鉆床夾具、磨床夾具、自動機床夾具及數控機床夾具等。 通用夾具是指已經標準化的、可用于加工一定范圍內的不同工件的夾具，如三爪卡盤、平口虎鉗、萬能分度頭等。這些夾具已作為機床附件由專門工廠制造供應。 專業(yè)夾具是指專為某一工件的某道工序而設計制造的夾具。專業(yè)夾具在批量生產中使用，這也是本次夾具設計的主要研究對象。 2.5.2 機床夾具的組成 1.定位元件及定位裝置 用于確定工件在夾具中的正確位置，定位支承元件的定位精度直接影響工件加工的精度。定位元件有支承釘，支承板等。 2.夾緊元件及夾緊裝置 用于夾緊工件，保持工件定位后的位置在加工過程中不變。 3.夾具體 夾具體是機床夾具的基礎件，通過它將夾具的所有元件連接成一個整體，并通過它將整個夾具安裝在機床上。 4.其他裝置或元件 各種夾具還應根據需要設置一些其它裝置或元件，有分度裝置，導向或對刀元件，夾具與機床之間的連接元件等。如銑削加工一般多采用定距切削，為便于調整刀具相對于工件被加工表面的位置，夾具上常設置對刀裝置，其中對刀裝置包括對刀塊和塞尺。 2.6 銑床夾具的分類 銑床夾具主要用于加工零件上的平面精加工工序、花鍵及各種成型面等，是最常見的夾具之一。按銑削的進給方式，可將銑床夾具分為直線進給式、圓周進給式和靠模進給式三類。其中，直線進給式夾具用得最多。 另外，銑床夾具按使用范圍可分為通用銑夾具、專用銑夾具和組合銑夾具三類；還可按自動化程度和夾緊動力源的不同以及裝夾工件數量的多少等進行分類。 2.7 銑削專用夾具的設計要點 1.為了調整和確定夾具與機床工作臺軸線的相對位置，在夾具體與地面之間應具有兩個定位鍵。 2.為了調整和確定夾具與銑刀的相對位置，應正確選用對刀裝置，對刀裝置應在使用塞尺方便和易于觀察的位置，并應在銑刀開始切入工件的一端。 3.考慮加工余量大和切削力方向隨時可能變化的因素，夾具應有足夠的剛性和強度，夾具的重心應盡量低。 4.夾具裝置要有足夠的強度和剛度，保證必需的夾緊力，并有良好的自鎖性能。 5.夾緊力應作用在工件剛度較大的部位上。工件與主要定位元件的定位表面接觸剛度要大。當從側面壓緊工件時，壓板在側面的著力點應低于工件側面支承點。 6.切屑和冷卻液應能順利排出，必要時應開排泄孔【2】 2.8 銑床夾具的安裝 夾具在銑床工作臺上的定位,由裝在夾具體底部的兩個定位鍵實現。銑床夾具在銑床工作臺上的安裝位置，直接影響被加工表面的位置精度，因而在設計時必須考慮其安裝方法，一般是在夾具底座下面裝兩個定位鍵。定位鍵的結構尺寸已標準化，應按銑床工作臺的T形精加工工序尺寸選定，它和夾具底座以及工作臺T形精加工工序的配合為H7/h6、H8/h8。兩定位鍵的距離應力求最大，以利提高安裝精度。 定位鍵安裝在夾具體底面的縱向精加工工序中,一個夾具一般要配置兩個定位鍵。銑床夾具底座定位鍵與銑床工作臺T型精加工工序的配合連接，再用T 形螺栓和墊圈、螺母將夾具體緊固在工作臺上，所以在夾具體上還需要提供兩個穿T形螺栓的耳座。如果夾具寬度較大時，可在同側設置兩個耳座，兩耳座的距離要和銑床工作臺兩個T形精加工工序間的距離一致。T形精加工工序導軌如下圖1.1： 圖1.1 銑床加工工序導軌 2.9 工件的定位與誤差分析 2.9.1 工件定位的基本原理 六點定位原理：如果要使一個自由剛體在空間有一個確定的位置，就必須設置相應的六個約束以限制六個運動自由度。如果工件的六個自由度都加以限制了，工件在空間的位置也就完全被確定下來了。因此定位實質上就是限制自由度。 關于六點定位原則的幾個主要問題： 1.在夾具的結構中，定位支承點是通過具體的定位元件體現的，即支承點不一定用點或銷的頂端，而常用面或線來代替。兩個點決定一條直線，三個點決定一個平面，即一條直線可以代替兩個支承點，一個平面可代替三個支承點。在具體應用時，還可用窄長的平面代替直線，用較小的平面來替代點。 2.定位支承點與工件定位基準面始終保持接觸，方起到限制自由度的作用。 3.分析定位支承點的定位作用時，不考慮力的影響。工件的某一自由度被限制是指工件在某個坐標方向有了確定位置，并不是指工件在受到使其脫離定位支承點的外力時不能運動。使工件在外力作用下不能運動，要靠夾緊裝置來完成。 2.9.2 定位方法與定位元件 定位方法和定位元件的選擇，主要決定于工件的加工要求、工件的定位基準和外力的作用情況等。定位方法有平面定位，圓柱孔定位，圓柱面定位，特殊表面定位，組合表面定位等。據定位方法及各定位元件的特點合理選擇定位元件 1.對定位元件的基本要求 (1) 限位基面應有足夠的精度。足夠的精度才能保證工件的定位精度。 (2) 限位基面應有較好的耐磨性。由于定位元件的工作表面經常與工件接觸和磨擦，為此定位元件限位表面的耐磨性要好，以保證夾具的壽命和精度。 (3) 支承元件應有足夠的強度和剛度。定位元件在加工過程中受工件重力、夾緊力和切削力的作用，因此要求定位元件應有足夠的剛度和強度。 (4) 應有較好的工藝性。定位元件應簡單、合理，便于制造、裝配和更換。 (5) 定位元件應便于清除切屑。定位元件的結構和工作表面形狀應有利于清除切屑，以防切屑嵌入夾具內影響加工和定位精度。 2.常用定位元件的選用 定位元件選用時，應按工件定位基準面和定位元件的結構特點進行選擇。 1.以面積較小的已經加工的基準平面定位時，選用平頭支承釘，以基準面粗糙不平或毛坯面定位時，選用圓頭支承釘，側面定位時，可選用網狀支承釘。 2.以面積較大、平面度精度較高的基準平面定位時，選用支承板，用于側面定位時，可選用不帶斜精加工工序的支承板，盡可能用帶斜精加工工序的支承板，以利清除切屑。 3.以毛坯面和環(huán)形平面作基準平面定位時，選用自位支承作定位元件。 4.定位基準面需提高定位剛度、穩(wěn)定性和可靠性時，可選用輔助定位元件，輔助支承不限制自由度，且每次加工均需重新調整支承點高度，支承位置應選在有利工件承受夾緊力和切削力的地方。常見的支承板和支承釘如下圖1.2和圖1.3： 圖1.2 支承釘 圖1.3 支承板 2.9.3 工件的誤差分析 由于一批工件逐個在夾具中定位時，各個工件所占據的位置不完全一致，即出現工件位置定得“準與不準”的問題。如果工件在夾具中所占據的位置不準確，加工后各工件的尺寸必然有誤差。這種由工件定位引起的誤差即定位誤差（ΔD）。 為保證精度，限定定位誤差不超過工件加工公差T的1/5～1/2?！?】　　　　　　　 即， ΔD≤(1/5～1/2)T 式中：ΔD──定位誤差，單位為mm； T ──工件的加工誤差，單位為mm 2.9.4 定位誤差產生的原因 工件逐個在夾具中定位時，各個工件的位置不一致的原因主要是基準不重合，而基準不重合又分為兩種情況：一是定位基準與限位基準不重合，產生的基準位移誤差ΔY；二是定位基準與設計基準不重合，產生的基準不重合誤差ΔB。 1.基準不重合誤差ΔB 加工尺寸的設計基準是外圓柱面的母線時，定位基準是圓柱孔的中心線，這種由設計基準與定位基準不重合所致的工序基準在加工尺寸方向上的最大位置變動量，稱基準不重合誤差，此時除定位基準位移誤差外，還有基準不重合誤差。 當定位基準與設計基準不重合時產生基準不重合誤差。因此選擇定位基準時應盡量與設計基準相重合。當被加工工件的工藝過程確定以后，各工序的工序尺寸也就隨之而定，此時在工藝文件上，設計基準便轉化為工序基準。 2.基準位移誤差ΔY 由于定位副的制造誤差或定位副配合間所導致的定位基準在加工尺寸方向上最大位置變動量，稱為基準位移誤差（ΔY）。 如果工件內孔直徑與心軸外圓直徑做成完全一致，作無間隙配合，即孔的中心線與軸的中心線位置重合，則不存在因定位引起的誤差。但實際上，心軸和工件內孔都有制造誤差?；鶞饰灰普`差的方向是任意的，減小定位配合間隙，即可減小基準位移誤差ΔY值，以提高定位精度。 2.10 夾緊裝置 工件在夾具定位之后，在機械加工過程中，工件會受到切削力、離心力、慣性力等的作用，故必須設計夾緊裝置對工件夾緊，它對工件加工有較大影響。 2.10.1夾緊裝置的組成 夾緊裝置的組成由以下三部分組成： 1.動力源裝置 產生夾緊作用力的裝置。分手動和機動夾緊兩種，為了改善勞動條件和提高生產率，目前在大批量生產中均采用機動夾緊。機動夾緊的力源來自氣動、液壓、氣液聯(lián)動、電磁、真空等動力夾緊裝置。 2.傳力機構 介于動力源和夾緊元件之間傳遞動力的機構。作用是，改變作用力的方向、大小；具有一定的自鎖性能，以便在夾緊力一旦消失后，仍能保證整個夾緊系統(tǒng)處于可靠的夾緊狀態(tài)，這一點在手動夾緊時尤為重。 3.夾緊元件 它是直接與工件接觸完成夾緊作用的最終執(zhí)行元件。 2.10.2 對夾緊裝置的基本要求 在夾緊工件的過程中，夾緊作用的效果會直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產效率。因此，設計夾緊裝置應遵循以下原則： 1.夾緊過程中，不能破壞工件定位時占據的正確位置。 2.夾緊力的大小應適當可靠。既要保證加工過程中工件不發(fā)生送的或振動，又不允許工件產生不適當的變形和表面損傷。 3.夾緊裝置工藝性好。 4.使用性好。操作方便、安全、省力。 2.10.3 夾緊力的確定 夾緊力的確定包括夾緊力的方向、作用點和大小三個要素。 1.夾緊力的方向 夾緊力的方向與工件定位的基本配置情況，以及工件所受外力的作用方向等有關。選擇時必須遵守以下準則： （1）夾緊力的方向應有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應朝向主要定位基面。 （2）夾緊力的方向應有利于減小夾緊力，以減小工件的變形、減輕勞動強度。 （3）夾緊力的方向應是工件剛性較好的方向。 2.夾緊力的作用點 合理選擇夾緊力作用點必須遵守以下準則： （1）夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內，應盡可能使夾緊點與支承點對應，使夾緊力作用在支承上。如夾緊力作用在支承面范圍之外，會使工件傾斜或移動，夾緊時將破壞工件的定位。 （2）夾緊力的作用點應選在工件剛性較好的部位。這對剛度較差的工件尤其重要，如將作用點由中間的單點改成兩旁的兩點夾緊，可使變形大為減小，并且夾緊更加可靠。 （3）夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面，以防止工件產生振動和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。 3.夾緊力的大小 夾緊力的大小，對于保證定位穩(wěn)定、夾緊可靠，確定夾緊裝置的結構尺寸，都有著密切的關系。 2.10.4 夾緊力大小計算 計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)。根據工件受切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后保證夾緊可靠，再乘以安全系數作為實際所需的夾緊力數值。即： 式中，—實際所需的夾緊力； —在一定條件下，由靜力平衡計算出的理論夾緊力； —安全系數。 其中，【2】 第3章 銑18X30加工工序專用夾具的設計 3.1 明確設計任務，了解零件加工工藝過程 3.1.1 熟悉工件零件圖、本工序加工要求 圖2.1 加工零件圖 該零件為45#鋼；零件圖如上圖2.1，中批量生產；該工序在立式銑床上用三面刃銑刀加工。 3.1.2 熟悉零件加工工藝過程 3.2 確定定位方案 3.2.1 基準的選擇 根據工件的加工要求，該工序必須限制工件的五個自由度。須限制、，所以選取A面為定位基面；為保證兩側面對軸線的對稱度要求，還必須在加工時限制自由度。另外，為了方便控制刀具的走刀位置，還需要限制。 綜上所述，工件的六個自由度均被限制，為使定位基準與設計基準重合，選取的定位基準是夾緊螺桿端面、側面。 3.2.2 確定定位夾緊方案 根據零件特點，按照工藝過程要求，確定工件定位夾緊方案【4】，采用機械夾緊方式對工件進行夾緊。 綜上對工件定位、夾緊方案的分析，確定定位、夾緊方案。其定位夾緊圖如 圖2.3 定位夾緊方案圖 3.2.3 定位元件的選擇及設計 1.定位元件的選擇 由上知，工件的定位面是、底平面，據此在夾具上的定位元件選為支承板、支承釘、和菱形定位銷。 2.定位板設計 定位平面B面所用的定位支承板參照參考文獻【3】第272頁設計。 標記為：支承板 A6×45# GB 2236-80 材料：T8。 （其中，b的值可查手冊得值為3【3】） 3.3 定位誤差的計算與分析 必須要滿足誤差的總和應該小于或等于該工序公差。 與夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示： 由參考文獻可得： 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、所設計的夾具滿足零件加工精度要求。 3.4 計算切削力及實際所需的夾緊力 圖2.9作用于工件上的切削力 工件在加工時的受力情況如圖2.9所示。加工時，工件受到切削合力F的作用，F可分解為水平和垂直方向的切削分力和，由經驗公式，和可通過切向銑削力分別乘以一個系數來得到。在對稱銑削情況下，=(1~1.2),=(0.2~0.3)。 參照《機床夾具設計手冊》【3】表1-2-9得銑削力的計算公式： 參數的選?。? 切向銑削力 （N） 銑刀系數 =669 銑削深度 =3mm 每齒進給量 =0.15mm 銑刀直徑 d=100mm 銑削寬度 B=12mm 銑刀齒數 z=12 修正系數 （工件屈服應力） 綜上，計算得： 銑削力 。 故水平分力=1.1=1279N，垂直分力=0.3=349N。 工件的主定位面是B面，故選擇夾緊力的作用方向為水平方向作用于B面。當夾緊力水平作用于工件上時，所需要的理論夾緊力=+=1279+=3606N 由公式 = 可計算出實際所需夾緊力。 現在計算安全系數K的值。 安全系數K的計算公式為： 由《機床夾具設計手冊》表1-2-0得各安全系數K的取值如下： 基本安全系數 加工性質 刀具鈍化程度 切削特點 穩(wěn)定性 手柄位置 工件與支撐面接觸情況 將各安全系數值代入上面公式計算得,K=1.95<2.5（注：若安全系數的計算值小于2.5，則取=2.5），則取K的值為2.5。 所以實際所需夾緊力為： = =9015N。 實際所需的夾緊力計算是一個很復雜的問題，一般只能作粗略的估算。為簡化計算，在設計夾緊裝置時，可只考慮切削力對夾緊的影響，并假定工藝系統(tǒng)是剛性的切削過程穩(wěn)定不變?！?】 3.5 設計夾緊機構并驗算機構所能產生的夾緊力 采用氣動元件作為夾緊元件，活塞桿是液壓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。 3.7 對刀元件及夾具體 根據工件加工表面形狀，對刀件可選用夾具零件及部件中的標準直角對刀塊。它的直角對刀面和工件被加工安裝板底面精加工工序形相對應，其間距等于塞尺厚度，設計塞尺厚度為3，并把對刀件安裝于夾具體的豎直板上。 根據銑床T行安裝板底面精加工工序的寬度，選用寬度B=14mm,公差為h6的A型定位鍵來確定夾具在機床上的位置?！?】 夾具體選用灰鑄鐵的鑄造夾具體【7】。其基本厚度選為22mm,并設計出供T形安裝板底面精加工工序用螺栓緊固夾具用得U形安裝板底面精加工工序耳座。根據所設計的各種元件、機構、裝置，設計出夾具的形狀、結構。如下圖2.15 第4章 夾具圖的繪制 4.1 工序圖 依據零件的加工要求，制訂銑安裝板底面精加工工序工序圖。見附圖01 4.2 夾具體零件圖 參照工序圖的定位夾緊方案，合理設計銑安裝板底面精加工工序的夾具，繪制夾具體零件圖。見附圖02 4.3 繪制夾具裝配總圖 見附圖03 如下圖3.1： 圖3.1 銑精加工工序夾具總圖 4.4 標注總圖上的尺寸、公差與配合和技術條件 4.4.1 標注尺寸、公差與配合 1.夾具外形輪廓尺寸 2.工件與定位元件的聯(lián)系尺寸 3.夾具與刀具的聯(lián)系尺寸 即調刀尺寸，分為水平和垂直兩個方向的尺寸。 （1）水平方向的調刀尺寸為為銷中心至對刀元件尺面的距離。 查手冊的所用銑刀的寬度尺寸及其極限偏差為，其平均尺寸為12.09mm。定位銷中心至工件上安裝板底面精加工工序，再加上塞尺厚度2mm，故水平方向調刀尺寸的基本尺寸 （2）垂直方向的調刀尺寸為定位元件(兩支承釘)工作面至對刀面之間的位置尺寸。 4.夾具與機床連接部分的聯(lián)系尺寸 定位鍵與工作臺T形安裝板底面精加工工序配合尺寸為14H7/h6。 4.4.2制訂技術條件 1.由于工件上有安裝板底面精加工工序底至工件面的垂直度要求0.10mm，夾具上應標注定位表面Q(兩個支承板限定的表面)對底面的垂直度允差100:0.2 (mm)。 第5章 夾具工作精度分析 在完成夾具結構設計的全部工作后，還需對夾具工作精度進行分析，即分析計算各項加工要求的夾具部分誤差，并將它與加工允差比較，從而判斷夾具能否可靠地保證各項加工要求，以證明所設計夾具方案的合理性。 與夾具有關的誤差有定位誤差、對刀誤差、夾具在機床上的安裝誤差和夾具誤差等。各項誤差均導致刀具相對于工件的位置不準確，而形成夾具總的加工誤差。 5.1 位置尺寸 定位基準與設計基準重合，=0，平面定位時=0；工件夾緊力的作用面是B面，其對底面的垂直度允差造成的對尺寸30mm會有影響，此值較??；調刀尺寸的公差也會引起0.04mm的調刀誤差。此三值相加遠小于工件的加工允差0.2mm，故夾具可滿足尺寸70。 5.2平面度允差 定位基準與設計基準重合，工件以平面定位，故=0。夾具由兩個支承板表面決定的限位基面對夾具體底面的垂直度允差100:0.2，將引起工件安裝板底面精加工工序底面對B面的垂直度誤差。其中=(0.02/100)×50=0.01mm. 故夾具部分誤差=+=0.01mm，此值僅占加工允差的很少部分，夾具滿足垂直度允差0.2mm. 綜上，通過對夾具結構的選擇、設計和夾具工作精度的分析計算，證明該夾具能穩(wěn)定可靠地保證工件的加工技術要求，且結構簡單、操作方便。從而說明所設計的夾具結構是可行的。 結論 本次設計是我們進入社會之前，也是我學生生涯的最后一次設計。此次設計對我受益匪淺，讓我基本上又把所學的知識復習了一遍，使我能夠對書本的知識做進一步的了解與學習，對資料的查詢與合理的應用做了更深入的了解。 首先，尋找有關資料和課題并且研究方案，進行設計的總體規(guī)劃，理清設計思路，但是將這些具體的方案落實到每一個設計環(huán)節(jié)和步驟中，難免會出現一些錯誤，這就需要在具體的設計過程中利用所掌握的知識認真排查錯誤原因，多方面的思考問題，不斷的改正自己的設計不足之處和錯誤。 其次，運用所學的知識對設計零件優(yōu)化設計，最后進行合理的裝配。 從一開始的無從下手，到資料的整理，逐步清晰設計內容，無疑在是考驗我們查閱資料的能力，書寫的能力，電腦繪圖能力，這使我的個人能力進一步提高。如學會了運用標準、規(guī)范、手冊和查閱相關資料的本領，對自己的能力有了進一步的提高，為以后的學習和工作加強。在設計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。為以后的工作積累了經驗，增強了信心。 致謝 大學讀書生活隨著本次課程設計的落幕，在這個春暖花開的季節(jié)劃上一個句號。從最開始對本次設計任務的懵懵懂懂到現在的很熟悉，其中過程對我來說不是那么容易，在設計的過程中也是遇到了很多的困難與障礙。其中令我最尷尬的是當我將要完成設計的時候，卻發(fā)現自己的作業(yè)結果與指導老師的預想相差千里，而我并不是那么的了解。在這里，我首先要感謝的是段維峰指導老師。段老師對我課程設計的指導與修進令我受益匪淺，段老師嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深的感染和激勵著我。還有我身邊一起做課程設計的同學，有幸與他們一起工作，彼此資源分享，很感謝他們對我課程論文格式和內容的檢查和建議，我的課程論文離不開他們的幫助。 當然，由于投入的時間與精力不足夠和自己知識缺乏的原因，本次設計卻又不足之處，也誠懇希望老師和學友的批評與指正。 參考文獻 [1]馬霄，武良臣 互換性與測量技術基礎.北京：北京理工大學出版社，2008.1 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