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1、河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢 業(yè) 設 計 題目 飛輪回轉(zhuǎn)專用鉆模 系別 機械工程系 專業(yè) 　　　　 數(shù)控技術(shù) 　　　　　　　　 班級 姓名 學號 指導教師 日期

2、 2008年3月 28 設計任務書 設計題目： 飛輪回轉(zhuǎn)專用鉆模 設計要求： 被加工零件有在同一圓周的六個均布的φmm的孔待加工，它相對于φ47上偏差0.030下偏差0，位置精度要求為0.2mm。表面粗糙度為6.3，被加工件材料要有工件足夠的剛度，畫出裝配圖，內(nèi)容要求： 一、確定回轉(zhuǎn)鉆模的總體方案 二、直接選用回轉(zhuǎn)裝置 三、對各個定位和夾緊元件進行了具體的分析和設計 四、對回轉(zhuǎn)裝置的軸進行了相關強度校核 五、夾具結(jié)構(gòu)誤差分析 設計進度： 1.11月10日～11月1

3、5日確定畢業(yè)設計題目 2.11月16日～11月23日對夾具總體進行初步的設計 3.11月24日～12月10日對設計定位元件進行設計 4.12月11日～12月20日對設計進行總體誤差分析 5.12月21日～12月22日對設計格式進行規(guī)范化 指導教師（簽名）： 目 錄 摘 要 1 前 言 2 1 機床夾具的認識 3 1.1夾具的發(fā)展 3 1.2夾具的功用和組成 3 1.3夾具的分類 5 1.4夾具設計的基本要求 6 2 夾具的總體設計 7 2.1 夾具總體方案的制定 7 2.2 夾具通用裝置的選擇 8 3 定位結(jié)構(gòu)的設計

4、10 3.1 定位平面設計 11 3.2 定位芯軸的設計 11 3.3定位銷的設計 12 4 夾緊和導向機構(gòu)的設計 13 4.1 夾具設計的基本要求 14 4.2 夾緊原理 15 4.3 本夾具夾緊裝置的設計 15 4.4 夾緊力的計算和夾緊螺母的選擇 16 4.5回轉(zhuǎn)和分度裝置的設計 17 5 回轉(zhuǎn)裝置的設計 17 5.1 回轉(zhuǎn)分度裝置的設計 17 5.2 回轉(zhuǎn)裝置的軸的校核 18 5.3 回轉(zhuǎn)裝置的分度銷的曲柄連桿機構(gòu)的設計 19 6 總圖設計 19 6.1 技術(shù)要求和主要尺寸 20 7 夾具的結(jié)構(gòu)分析和誤差分析 23 7.1 結(jié)構(gòu)和誤差分析的基本原理 2

5、3 7.2 本夾具的結(jié)構(gòu)分析和誤差分析 24 結(jié) 論 25 致 謝 26 參考文獻 27 摘 要 本設計是對飛輪的徑向六孔的加工而設計的回轉(zhuǎn)鉆模。各種發(fā)動機的飛輪，它們具有相同的功能，即使曲柄連桿機構(gòu)通過死點和減少活塞運動而產(chǎn)生的沖擊，所以它們在高速運轉(zhuǎn)時應具有較大的慣性，但是如果飛輪的動平橫較差，當發(fā)動機工作時，發(fā)動機將產(chǎn)生非常大的振動，這樣對發(fā)動機的其它部件將產(chǎn)生嚴重的損害，所以對飛輪的設計和加工要特別注意飛輪的動平衡。 由于這六個孔是在同一個圓周上，并且是大小和深度一樣的孔，也就是它們的加工工藝相同，并且為了獲得好的平衡，盡量能在一次裝夾中，完成所有的加工

6、，由以上的特殊性，經(jīng)過多方面的考慮，確定了回轉(zhuǎn)鉆模的方案，它滿足以上的特殊性，并且它有自己的特點，其中回轉(zhuǎn)裝置是通用的，可直接選用，使主要的時間放在工件的定位和夾緊部分，對各個定位和夾緊元件進行了具體的分析和設計，對于定位夾緊部分的特殊需求對通用部分進行了改裝。最后，對特殊零件進行了相關強度和誤差計算和整體的結(jié)構(gòu)分析和誤差計算。 關鍵詞：夾具 回轉(zhuǎn)鉆模 回轉(zhuǎn)裝置 前 言 本設計是對飛輪的徑向六孔的加工而設計的回轉(zhuǎn)鉆模，隨著制造業(yè)的發(fā)展，機械加工的機床種類繁多，性能更強，特別是數(shù)控機床和加工中心的出現(xiàn)和發(fā)展，使機械加工中加工的產(chǎn)品精度更高而且結(jié)構(gòu)復雜，這使以現(xiàn)有機床為主要的加工設

7、備的工廠帶來了很大的挑戰(zhàn)，為了實現(xiàn)新老機床的過度，并且實現(xiàn)最小的費用,夾具的應用就起到了重要的作用，好的夾具才能使落后的手動機床在效率和加工精度上與現(xiàn)代的數(shù)控機床采用相同的標準，現(xiàn)在夾具的發(fā)展雖然受到了挑戰(zhàn)，但工件夾具的生產(chǎn)者正在開發(fā)動力系統(tǒng)以提高精度，研究新的材料并開發(fā)舊夾具的新處理方法，并發(fā)展了監(jiān)控夾具性能的方法，動力夾具其性能大大超出傳統(tǒng)的夾緊裝置，但是，即使是手動型基于夾緊的系統(tǒng)也可以大大優(yōu)化，從而進行更快的夾緊。與傳統(tǒng)夾緊裝置相比，這種設備使用起來更快更方便，能最佳符合人體工程學，對操作者更安全，而且能加工出具有高質(zhì)量一次性成品零件。關鍵是將單個夾緊裝置看作總體工具系統(tǒng)的一部分，并將

8、標準化當作自己的標準，這有利于夾緊裝置的通用和提高夾具的制作效率。 1 機床夾具的認識 1.1夾具的發(fā)展 在機械制造的各個加工工藝過程中，必須使工件在工藝系統(tǒng)中處于正確的位置，以保證加質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率。把為了使工件處于正確位置所使用的各種工藝裝備，稱為夾具，如檢驗夾具、焊接夾具、裝配夾具等。 夾具的種類很多。其中，使用范圍最廣泛的是通用夾具，如車床上用的二爪卡盤和銑床上用的平口虎鉗等，這類夾具的規(guī)格尺寸已標準化，由專業(yè)廠進行生產(chǎn)。而用于批量生產(chǎn)、專門為上件的某個加工工序服務的專用夾具，則必須由各制造廠自行設計制造。由于專用夾具的設計制造在很大程度上影

9、響加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、勞動條件和生產(chǎn)成本，因此，它是各機械制造廠新產(chǎn)品投資、老產(chǎn)品改進和工藝更新中的一項重要生產(chǎn)技術(shù)準備工作，也是每一個從事機械加工工藝的技術(shù)人員必須掌握的基礎知識。 1.2夾具的功用和組成 1、功用 夾具在機械加工中起著重要的作用，概括起來有以下幾個方面： (1)、保證工件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量 夾具在機械加工中的基本作用就是保證工件的相對位置精度。由于采用了能直接定位的夾具，因此，可以準確地確定工件相對于刀具和機床切削成形運動中的相互位置關系，不受或少受各種主觀因素的影響，可以穩(wěn)定可靠地保證加工質(zhì)量。 (2)、提高勞動生產(chǎn)率和降低加工成本 提高勞動生產(chǎn)率

10、，降低單件時間定額的主要技術(shù)措施是增大切削用量和壓縮輔助時間。采用夾具裝置，既可以提高工件加工時的剛度，有利于采用較大的切削用量，又可以省去劃線找正等工作，使安裝工作的輔助工時大大減小，因此能顯著地提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。例如，采用氣壓、液壓等傳動裝置，只需幾秒鐘就可以完成夾緊動作，采用各種快速的聯(lián)動夾緊裝置，只操縱一個手柄即可同時夾緊多個工件，或者在幾個方位上同時夾緊一個工件。這都可以大幅度縮短輔助時間。由于采用與生產(chǎn)規(guī)模相適應的夾具，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，廢品大大減少，勞動生產(chǎn)率提高，可使用技術(shù)等級低的工人等，皆可以大大降低加工成本。 (3)、擴大機床工藝范圍和改變機床用途 在單件小批量生

11、產(chǎn)的條件下，工件的種類、規(guī)格較多，而機床的數(shù)量品種卻有限，為解決這種矛盾，可設計制造專用夾具，使機床“一機多用”。例如，在普通銑床上安裝專用夾具，可以銑削成形表面。在車床上使用專用夾具，可將其回轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€往復運動，使通常只輸出扭矩的車床變?yōu)榫哂欣δ艿臋C床。如果在車床床鞍上安裝銼模，又可進行箱體孔系加工等。 (4)、改善工人勞動條件 采用夾具后，工件的裝卸顯然比不用夾具方便、省力、安全。使用專用夾具安裝工件，定位方便、迅速，夾緊可采用增力、機動等裝置，因此可以減輕工人的勞動強度。還可設計保護裝置，確保操作者安全。 (5)、在流水線生產(chǎn)中，便于平衡生產(chǎn)節(jié)拍 工藝過程中，當

12、某些工序所需工序時間特別長時，可以采用用多工位或高效夾具等，以提高生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)節(jié)拍能夠比較平衡。 2、組成 根據(jù)夾具的作用，其結(jié)構(gòu)常由以下幾部分組成； (1)、定位元件或定位裝置 它是用于確定工件在夾具中獲得止確位置的元件或裝置。 (2)、夾緊元件或夾緊裝置 它是用于夾緊工件，使工件在受到外力作用后，仍能保持其既定位置的元件或裝置。 (3)、對刀元件和引導元件 它是用于確定或引導刀具使其與夾具的定位元件保持某一正確的相互位置關系的元件。 (4)、連接元件 它是用于保證夾具與機床間相互安裝位置的元件。 (5)、夾具體 它是用于連接夾具各組成部分，使之成為一個整體的基礎

13、件。 (6)、其它元件及裝置 根據(jù)工件加工要求，有些夾具除上述組成部分外，還需設置其它元件或裝置，如分度裝置、某些夾具的靠模裝置、工件抬起裝置等。 以上組成部分，并非所有機床夾具都缺一不可。但是，通常定位、夾緊和夾具體三部分是夾具的主要組成部分。 1.3夾具的分類 隨著機械制造發(fā)展的需要，新型的夾具結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，夾具的形式愈來愈多。為了掌握各種夾具的工作特點和基本設計方法，也為了便于工廠的技術(shù)管理工作，有必要對夾具進行分類，可按夾具的應用范圍分，也可按所使用的動力源進行分。 下面對按夾具應用范圍分類的各類夾具的特點作一個簡要的介紹。 1、通用夾具 通用夾具是指在一般通用機床上所

14、附有的一些使用性能較廣泛的夾具，如車、磨床上的三爪和四爪一卡盤、頂針和雞心夾頭，銑、刨床上的平口鉗、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺等。它在使用上有很大的通用性，往往無需調(diào)整或稍加調(diào)整(包括配換個別零件)就可用于裝夾不同的工件，這類夾具一般己標準化，并由專業(yè)工廠生產(chǎn)作為機床附件供用戶使用。 通用夾具主要用于單件和中、小批量生產(chǎn)，裝夾形狀比較簡單和加工精度要求不太高的工件。在大批、大量生產(chǎn)中，對形狀復雜或加工精度要求較高的工件，往往由于操作麻煩和裝夾效率低而很少采用這類夾具。 2、專用夾具 專用夾具是指專門為某一類土件的某一工序設計的夾具。此類夾具一般不考慮通用性，以便使夾具設計結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、操作迅速

15、和維修方一便。專用夾具通常由使用廠根據(jù)工件的加工要求自行設計與制造，生產(chǎn)準備周期較長。當生產(chǎn)的產(chǎn)品或零件工藝過程變更時，往往無法繼續(xù)使用，故具只適于在產(chǎn)品固定和工藝過程穩(wěn)定的大批量生產(chǎn)中使用。 3、可調(diào)夾具 可調(diào)夾具是針對通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。 對不同類型和尺寸的工件，只需要調(diào)整或更換原來夾具上的 個別定位元件和 夾緊元件便可使用。它一般又分為通用可調(diào)夾具和成組夾具兩種。前者的通用 范圍比通用夾具更大；后者則是一種專用可調(diào)夾具， 它按成組原理設計并能 加工一組相似的工件，故在多品種，中、小批量生產(chǎn)中使用有較好的經(jīng)濟效果。 在長期的生產(chǎn)實踐中，人們對可調(diào)整

16、夾具、成組夾具進行了分析和總結(jié) 4、組合夾具 在長期的生產(chǎn)實踐中，人們對可調(diào)整夾具、成組夾具進行了分析和總結(jié)從而產(chǎn)生了將所有夾具元件都變成可調(diào)換的標準件，按搭“積木”的方法組成各種夾具的設想。經(jīng)過反復試驗、修改和歸納，發(fā)展成為現(xiàn)在的組合夾具。 1.4夾具設計的基本要求 夾具設計的原則是經(jīng)濟和通用，它可以概括為“好用、好造、好修”這6個字，其中好用是主要的，但好用也必須以不脫離生 產(chǎn)現(xiàn)場的實際制造和維修水平為前提。 具體要求為： 1、夾具的構(gòu)造應與其用途和生產(chǎn)規(guī)模相適應。正確處理好質(zhì)量、效率、方便性與經(jīng)濟性四者的關系； 2、保證工件精度； 3、保證使用方便。要便于裝卸、便于夾緊、

17、便于調(diào)整、便于測量、便于觀察、便于排屑排液、便于安裝運輸、保證安全第一； 4、注意結(jié)構(gòu)工藝性，對加工、裝配、檢驗和維修等問題應通盤考慮，以降低制造成本。 2 夾具的總體設計 2.1 夾具總體方案的制定 制定總體方案是設計夾具最重要的內(nèi)容之一?？傮w方案制定的正確與否，將決定夾具能否達到“好用、好造、好修”的要求。為了該總體方案制定的合理，在方案設計時，密切聯(lián)系實際，全面了解被加工零件的加工情況和影響方案制定的各種因素。 主要考慮以下因素: 一、工藝過程和加工精度的要求 被加工零件有在同一圓周的六個均布的φmm孔待加工，且他們相相對于位置精度要求為0.15mm。將六孔集中

18、在一次裝夾中，多個工步可確保位置精度，對大量生產(chǎn)及順利裝配創(chuàng)造了條件。 鉆孔工序大多是擴孔工序前加工底孔，在鑄件上鉆孔精度一般可達6級，表面粗糙度為6.3，搖臂鉆床與夾具的結(jié)合可使鉆孔位置精度達0.1mm。而被加工零件的表面粗糙度和位置精度要求均在此范圍內(nèi)。故搖臂鉆床和設計的夾具能滿足被加工零件的要求。 二、加工零件的特點 被加工件材料為HT200，工件剛度足夠。由于被加工件為汽車的飛輪，飛輪作為發(fā)動機的一個高速運轉(zhuǎn)的零件，它通過自己的慣性，可以使連桿在運動中順利通過死點，也可以減少因活塞連桿機構(gòu)產(chǎn)生的脈沖，所以對于飛輪，它應該具有較好的動平衡。 三、定位基準及加壓部位的選擇 被加工

19、件的孔以C面為設計平面，選用設計基面為主定位基準，這樣減少了累積誤差，使加工精度得到有利保證，同時，此平面最大，用它定位能使夾緊力均落在定位平面之內(nèi)，不至于使工件變形。由于這六個孔對于φ47孔的軸線有位置精度要求，選此軸定位基準，這樣基準重合，可以減少位置精度的累積誤差。選用由于加工的是圓周曲面上的孔，所以要用一銷釘限制工件的轉(zhuǎn)動，所以以基準面B上的φ10孔插入銷釘進行定位，這樣就實現(xiàn)了完全定位。 根據(jù)夾緊裝置設計的原則，即結(jié)構(gòu)緊湊簡單，制造維修方便裝卸工件簡易，夾緊力小，盡量減少工件和夾具體在受夾緊力時的變形，所以應該合理選擇夾緊力的大小，方向和作用點，保證工件夾緊可靠性，即工件在加工過程

20、中不能移動，振動或變形，保證工件的加工精度和位置精度。 根據(jù)本工件的定位方案即以C 面 、芯軸和銷釘定位，夾緊力方向應垂直于C面，根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)、形狀和夾緊裝置設計的原則，夾緊力采取圖2-1所示的方向和位置較合適。這樣可使加壓合力落在定位平面之內(nèi)，且接近定位平面的中心，使工件加壓后定位穩(wěn)定。 圖2-1定位和夾緊示意圖 2.2 夾具通用裝置的選擇 2.2.1 鉆床的選擇 所采用的搖臂鉆為Z3040-16: 2.2.2 回轉(zhuǎn)裝置 由于本工件的本工序的特殊性，所以可采取分度裝置，這樣即可以在一次裝夾下完成六個工步，又可以提高孔的位置精度和形狀精度，對于回轉(zhuǎn)分度裝置，經(jīng)過

21、設計者的多年的改進已經(jīng)有了較好的結(jié)構(gòu)并且種類也較多，其中回轉(zhuǎn)鉆模就有多種如單支承回轉(zhuǎn)式鉆模、雙支承回轉(zhuǎn)式鉆模。 單柱帶配重回轉(zhuǎn)裝置特點是由于它具有配重，所以可裝上較重的工件，有配重可使夾具保持平衡，從而保證加工的精度，配重可按實際工件的大小來特意制作。并且有分度銷可進行任意的離散性分度，分度銷有連桿機構(gòu)控制，有腳踏提供動力，夾緊元件和旋轉(zhuǎn)裝置在同一側(cè)，這樣可以保證工人在裝夾和加工時，始終在同一側(cè)，從而減少工人的勞動強度。 單柱蝸輪回轉(zhuǎn)裝置： 單柱蝸輪回轉(zhuǎn)裝置的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，分度銷是有蝸輪機構(gòu)驅(qū)動的，可實現(xiàn)離散性分度，由于它的轉(zhuǎn)動手柄是豎直的，所以此裝置應放置低一些，由于沒有配重，它多

22、用于零件較輕的場合。 回轉(zhuǎn)裝置，綜合以上回轉(zhuǎn)裝置的特點和此工件的需要和精度要求，選用單柱帶配重 3 定位結(jié)構(gòu)的設計 3.1 定位平面設計 3.1.1 定位平面選擇的原理 工件以平面定位，是指工件的定位基準為平面的情況。 作為定位基準的平面不可能是理想的幾何平面。一個平面對正確幾何平面的誤差，可以分為平面度和粗糙度兩方面。雖然表面的平面度和粗糙度之間，并無絕對的數(shù)值關系，單一般情況下，粗糙度越高，平面度也越好，因此可以根據(jù)粗糙度來判斷表面的好壞。 根據(jù)基準表面的好壞不同，定位方法和定位件的設計原則也將不同。一般可將平面定位基準分成未經(jīng)機械加工的和已經(jīng)機械加工的兩類。

23、 當工件以經(jīng)過機械加工后的基準平面定位時，定位誤差比較小，可以直接放在平面上定位。但是為了提高定位的穩(wěn)定性和定位精度，對于剛度較好，而基準面的粗糙度及平面度不很高，輪廓尺寸又較大的工件，應將定位平面的中間部分挖低一些，對于剛度較差的工件，或基準平面的粗糙度和平面度都很高時，它們之間的接觸面積可以大些，單為了便于排除切屑，定位平面上往往開有若干窄槽。 工件以平面在夾具中定位時，定位件可以是夾具本體、支承銷或支承板。 夾具定位表面為本體上的一個平面的結(jié)構(gòu)，用于中小型零件上已經(jīng)機加工過的基準來實現(xiàn)定位。本體材料可以是20號鋼滲碳淬火。 當定位的元件是支承銷時，其形狀一般都已標準化了。通常是把

24、它直接裝在夾具體中，采用組合加工的辦法來保證定位平面在同一平面上。 當定位的元件是支承板時，它常裝于鑄鐵制造的或者其他不耐磨損的夾具體上。 3.1.2 本夾具定位平面的設計 由于定位平面為一個環(huán)形平面，夾具的平面至少要加工成φ360mm的平面，并且要求較高的平面度，這加大夾具的機加工的成本，所以在此夾具中，采用鑄鐵材料作為夾具體的材料，用六塊支承板來定位，其尺寸長×寬×高為60×30×25。 3.2 定位芯軸的設計 3.2.1芯軸的定位原理和誤差 工件以孔作定位基準，以芯軸的外圓柱表面來實現(xiàn)定位，這種定位方法與工件以外圓柱表面作定位基準，以孔來實現(xiàn)定位的基本原理完全相似，在工件以芯

25、軸的外圓柱表面來實現(xiàn)定位時，如果芯軸較長，可以限制工件的四個自由，但繞它本身軸線的轉(zhuǎn)動和沿軸線移動則未限制。如果芯軸較短，可以限制x和y兩個方向的移動自由度。 對于定位誤差的分析，為了使工件裝卸容易，工件的基準表面與孔之間必須滿足軸的最大尺寸要小于孔的最小尺寸這一條件，因此定位誤差 為孔的最大尺寸，為軸的最小尺寸時的偏差的絕對值，為軸的最大尺寸與孔的最小尺寸之間的間隙。 用芯軸定位的情況與一般機械中軸與孔的配合完全相似，所以在確定芯軸的極限尺寸時，可以根據(jù)工件的名義尺寸，按公差的基孔制的規(guī)定，選擇g6、f6或f7。如果由選擇的和所產(chǎn)生的定位誤差不能滿足工序的要求時，可首先縮小和差值

26、，即改變配合。因為提高精度等級會給加工帶來困難，而縮小值只不過是給接近于最大尺寸的少數(shù)工件的裝卸帶來一些困難。 3.2.2 本夾具定位芯軸的設計 根據(jù)以上原則確定芯軸與孔的的間隙為0.010mm，由于孔的尺寸為，可計算出芯軸的上偏差為-0.015，由于要加工孔的軸心線對定位芯軸的位置度0.15，在不考慮其它誤差的情況下，為了使各個誤差在誤差分析時滿足加工要求，定位誤差小于.0.15的1/2倍比較好，在這里先把定位誤差定為，所以芯軸的下偏差為，而的值可有下列計算式得： =δp－α－△=0.069-0.029-0.010=0.030 所以芯軸的尺寸為。 3.3定位銷的設計 3.3.1定

27、位銷的設計 由于大面和短軸已經(jīng)限制五個自由度，而圓柱銷限制兩個自由度，所以把它們用在一起將引起工件徑向上的過定位，所以在此夾具中用菱形銷，因為菱形銷是易損件需要經(jīng)常更換，而且夾具本體為HT200，所以應在本體上壓入一個套筒，定位銷用或配合用三個螺釘固定，在此夾具中采用了后著，結(jié)構(gòu)如圖3-1，定位銷的尺寸設計與芯軸的設計相似，也應該滿足軸的最大尺寸要小于孔的最小尺寸這一條件，根據(jù)以上分析，確定菱形銷的尺寸為。 4 夾緊和導向機構(gòu)的設計 4.1 夾具設計的基本要求 工件夾緊設計是夾具規(guī)劃的重要任務。生產(chǎn)實際中，夾具設計受

28、到一系列因素的限制，包括： 一、工件設計，主要包含幾何形狀和公差的信息； 二、安裝設計，決定每次安裝中的加工特征、所使用的刀具和機床； 三、每次安裝中工件最初和最終形式； 四、能使用的夾具組件； 為了確保能使工件固定在正確的位置，制造過程能按設計技術(shù)要求進行。對一個可行的夾具規(guī)劃，應該滿足以下條件： 一、工件定位時限制所有的自由度； 二、必須保證當前安裝的加工精度要求； 三、夾具設計必須能夠穩(wěn)定抵御外力或力矩的影響； 四、用現(xiàn)有的夾具組件必須容易到達裝夾表面和點； 五、工件和夾具以及刀具之間必須沒有干涉。 4.2 夾緊原理 4.2.1 夾緊的概念 具中將工件夾緊的機構(gòu)

29、稱為夾緊裝置。 4.2.2夾緊設計的基本要求 對夾具中夾緊機構(gòu)的基本要求是：在機械加工過程中，切削力、重力、支承反力和慣性力均作用在工件上，使工件產(chǎn)生運動，為了使工件保持定位時的正確位置必須將工件夾緊，使夾緊力與上述各力平衡。 一、夾緊后不能破壞工件在夾具中的正確定位，應使原有的定位狀態(tài)更加穩(wěn)定、可靠； 二、夾緊后工件、組合夾具元件的變形要小，變形量應控制在加工精度允許的范圍內(nèi)； 三、夾緊力的大小要適當。既要防止因夾緊力不足工件在加工過程中產(chǎn)生位移和引起振動，又要避免因夾緊力過大壓傷工件或破壞夾具元件； 四、夾緊機構(gòu)要操作方便，節(jié)省操作工人勞力，保證安全，即夾緊操 作時不應碰到工

30、件、刀具或保證裝卸方便； 五、夾緊機構(gòu)的復雜程度和自動化程度應與工件的產(chǎn)量和批量相適應。 4.2.3 夾緊力方向的選擇。 夾緊力方向選擇的基本要求是： 一、為了保證安裝的正確可靠，夾緊力方向應該朝向?qū)ぜ扔绊懽畲蟮亩ㄎ幻?主要定位面)，并保證定位的可靠； 二、減少工件變形，夾緊方向應當垂直于夾具主要定位元件上與工件接觸較大的那個表面。因為在夾緊力一定時，接觸面積愈大，單位夾緊力就愈小，因而變形也愈小。在加工薄壁工件時，為了避免工件變形，要特別注意在工件剛度較大的方向上夾緊； 三、夾緊力方向應使所需夾緊力盡可能小，從而減少夾緊力就可能減少勞動強度，簡化夾緊機構(gòu)。 4.2.4 夾

31、緊位置的選擇 為滿足夾緊設計的基本要求，在夾緊力方向己明確的情況下，決定工件上夾緊位置時應注意以下兩點： 一、夾緊力的作用點應不破壞工件的定位； 二、工件受切削力產(chǎn)生的變形和振動。 4.3 本夾具夾緊裝置的設計 夾緊力方向見第二章圖2-1，對于夾緊力F1應是螺母加開口墊圈施加的，對于夾緊力F2和F3應采用壓板夾緊，用螺母施加力，為了符合工件易裝卸的原則，壓板采用可旋轉(zhuǎn)的壓板如圖4-1所示，當松開螺母時，壓板可旋 一定的角度，使它錯開工件，這樣就可方便地裝卸工件了。 4.3.1旋轉(zhuǎn)壓板的設計 為了工件的裝卸方便，固采用旋轉(zhuǎn)壓板，而且為了緊湊結(jié)構(gòu)，并且增加壓板的剛性，

32、采用一個特殊的套筒，其形狀如圖4-2，這樣不但可以方便裝卸工件，而且可以提高壓板的剛性和穩(wěn)定性。 4.4 夾緊力的計算和夾緊螺母的選擇 4.4.1 夾緊力的計算 一、進給量的確定 鉆頭選m標準高速鋼鉆頭，考慮到鉆模的高度和強度，查立式鉆床Z3040-16的說明書，選取進給量mm/r。 二、根據(jù)進給量，查表4-1得，理論切削力mm/r，根據(jù)工件的材料，切削力及扭矩的修正系數(shù)可查出：，故N，所以切削力N。 表4-1 高速鋼鉆頭在灰鑄鐵上鉆孔的切削速度、軸向力、扭矩及功率 f (mm/r) d=16mm d=20mm d=24mm v F M P v F M P

33、 v F M P 0.20 24 1885 14.81 0.73 - - - - - - - - 0.25 21 2255 17.75 0.77 22 2815 27.66 1.01 22 3372 39.92 1.19 0.30 19 2610 20.50 0.80 20 3255 32.07 1.07 20 3925 46.20 1.25 由理論夾緊力的計算公式得 為切削力，為定位銷或芯軸可承受的一部分切削力， 為定位銷直徑，為定位銷接觸長度，為許用擠壓應力，取定位銷和工件中較小者，分別為與工件接

34、觸的摩擦系數(shù) 而在這個夾具中，定位銷不能承受力的作用，所以 得 N 取， 所以理論夾緊力為 N 考慮到加工狀態(tài)、刀具鈍化程度、加工切削特點、夾緊動力的穩(wěn)定性和手動夾緊時手柄的位置得到的安全系數(shù)為 所以實際夾緊力為 N 4.4.2 夾緊螺母的選擇 由M16×2的六角螺母的夾緊力為5230N，而M20×2.5的六角螺母的夾緊力為5260N，由于此夾具采用三個夾緊力，經(jīng)分析，在兩個壓板上用M16的，而芯軸上用M20的，其合力 ， 所以較合適。 4.5回轉(zhuǎn)和分度裝置的設計 4.5.1鉆模板的設計 因為設計方案為回轉(zhuǎn)式鉆模，回轉(zhuǎn)裝置

35、是通用的單柱帶配重回轉(zhuǎn)裝置，為了不破壞這種裝置的通用性，也避免了因鉆套不隨工件旋轉(zhuǎn)而帶來的誤差，從而提高加工精度，所以用六個鉆套和鉆模板，均布在夾具體上，使每一個鉆套與工件的一個要加工的孔相對。鉆套用可換鉆套GB2264-80 20F7×k6×45。 4.5.2 分度銷孔的設計 為了實現(xiàn)一次裝夾，六個孔全部加工，夾具中采取了回轉(zhuǎn)機構(gòu)，并帶有分度銷，為實現(xiàn)分度，就必須在夾具體上相應地有六個銷孔，由于夾具體是鑄鐵，而分度銷釘又經(jīng)常插入和拔出，如果分度銷釘直接與夾具體接觸，長時間使用就會磨損銷孔，而使分度不準，為了修復就必須更換夾具體，這將增加以后的修復難度，所以在此銷孔中，裝入一個襯套，為了

36、以后的修復，并在襯套的低部裝入一個拆卸墊，在拆卸墊上加工一個螺紋孔，當要拆卸襯套時，在拆卸墊上的螺紋孔中，擰入一個螺釘，用專用的工具就可以把襯套拔出來。其結(jié)構(gòu)如圖4-4 5 回轉(zhuǎn)裝置的設計 5.1 回轉(zhuǎn)分度裝置的設計 5.1.1 人機工程學的原則 回轉(zhuǎn)分度裝置的結(jié)構(gòu)已經(jīng)通用，見第二章圖2-2，但尺寸需要各設計者設計，對于整個夾具裝置（回轉(zhuǎn)裝置和定位夾緊裝置）的高度，根據(jù)人-機工程學中的設計原則： 一、設計產(chǎn)品必須考慮如何適應和滿足人的生理和心理的各種要求； 二、產(chǎn)品的設計應使操作簡便、省力與準確、可靠； 三、使工作環(huán)境舒適和安全； 四、提高工作效率。 5.1.2 本夾具回

37、轉(zhuǎn)裝置的高度設計 而此夾具的高度就應符合這些原則，從而使人—機—環(huán)境有一個完美的搭配，使操作者能在最佳的環(huán)境內(nèi)高效、可靠、安全地進行工作。而我國中部的男性平均身高為169mm,臂長730mm。把夾具裝置的高度定位930mm，工件與人體的相對高度見圖5-1 可見當高度為930mm時，人在操作時，不需要彎腰就可完成操作，這樣就可以減少工人的勞動強度，而且操作也在工人視力較佳的范圍內(nèi)，所以工人可以高效、可靠、安全地進行工作。 5.1.3 本夾具回轉(zhuǎn)裝置的底座設計 回轉(zhuǎn)裝置的底座的寬度為620 mm，長度為700mm，底座兩固定螺孔的距離為400mm，這樣較符合Z3040-16底座的面積105

38、0×650mm和底座T形槽之間的距離為200mm。 5.2 回轉(zhuǎn)裝置的軸的校核 5.2.1 回轉(zhuǎn)裝置的軸的受力簡圖的繪制 由于回轉(zhuǎn)軸在工作時，軸承的支撐和鉆頭的切削力，可簡化為圖5-2中的圖 1所示，受的切線力，AB段的直徑為80mm，有圖 1可簡化為圖 2上的彎矩M和圖 3上的力F，在圖 2中，軸的直徑為80mm。 圖5-2 軸的受力 5.2.2 回轉(zhuǎn)裝置的軸的校核 在圖5-2的圖 2中，彎矩為 由軸的彈性模量E=210Gpa， 由計算轉(zhuǎn)角的公式： 在圖5-2的圖 3中，軸的直徑為60mm，，由軸的彈性模量E=210Gpa， 由計算轉(zhuǎn)角的公式： 由計算撓

39、度公式： 由圖5-2的圖4，由于a角和b角較小，在圖4中 由于c角較大，可得： 所以回轉(zhuǎn)軸在切削力的作用下軸向移動的距離為。 5.3 回轉(zhuǎn)裝置的分度銷的曲柄連桿機構(gòu)的設計 在圖5-3中，AC為踏板簡化為曲柄，長度為775mm，BD為耳環(huán)簡化為連桿，長度為296mm，DE為杠桿，長度為80mm，EF為卡爪，長度為64.5mm。卡爪與分度銷的連接可簡化為滑塊機構(gòu)。有幾何作圖的方法得，當處于分度狀態(tài)時，C點也就是踏板，離地高度為184mm，由人機工程學中，人站姿操作狀況時，下肢要支承全身的重量并保持人體在各種狀態(tài)下的平衡及穩(wěn)定，一般下肢的操作活動范圍為不高于地面200mm，圖中

40、高度符合標準，并且當拔出分度銷時，移動的距離為11mm，這時踏板的活動范圍也較小。所以各桿的選擇較合適。 6 總圖設計 6.1 技術(shù)要求和主要尺寸 夾具總圖的主要尺寸是指決定夾具精度和影響使用的那些尺寸，而技術(shù)條件通常是指夾具上某些表面的形狀公差要求以及其它特殊的一些技術(shù)說明。夾具總圖的主要尺寸和技術(shù)條件也可簡稱為夾具總圖的技術(shù)要求。 確定夾具總圖的主要尺寸和技術(shù)條件是夾具設計方法中的重要工作之一。它關系到夾具的使用、維修、裝配、檢驗，對產(chǎn)品零件的質(zhì)量有著直接的關系，因此，應給予充分的重視。 6.1.1 技術(shù)要求

41、 在夾具總圖上需要標注技術(shù)要求的表面類別一般就有下列幾種： 一、對保證零件加工精度起主導作用的各種表面，如要與工件、機床、刀具以及與可卸式定位件相接觸的表面，即所謂定位面、支承面、找正面、夾具安裝面、刀具引導面、過渡基準面以及與保證工件精度有關的其它表面，在這些表面中最基本、最重要的就是定位面、找正面、夾具安裝面及刀具引導面； 二、夾具內(nèi)部的某些表面，如果對夾具的制造、檢驗和裝配的質(zhì)量發(fā)生主要影響時，或者這些表面對夾具的轉(zhuǎn)動、移動、分度、到向等的精度起重要作用時，也必須對這些表面的精度和配合特性以及它們之間的相對位置精度標注必要的技術(shù)要求； 三、夾具上有時還需對某些無

42、嚴格精度要求的使用表面標注必要的使用尺寸，以便于讀圖；或著，為了避免因零件自由尺寸誤差的積累，造成較大的偏差而有礙于夾具的使用要求。例如，在夾具總圖上標注出某些夾具的最大外輪廓尺寸或中心高度尺寸，以便檢查夾具能否在機床允許范圍內(nèi)安裝； 四、夾具上有時還需對某些表面標注在使用、調(diào)正、制造時應注意的特殊說明。 6.1.2 主要尺寸 夾具總圖上主要尺寸公差的確立，確定夾具總圖上主要尺寸和技術(shù)條件公差的理論根據(jù)是滿足計算不等式，即： λ+δp+δj+τ≤α λ為定基誤差，δp為定位誤差，δj為夾具安裝誤差，τ為加工誤差 在一般情況下，可利用下面所述的規(guī)定來初步確定夾具有關表面的主要尺寸公差

43、數(shù)值，然后再與行為公差綜合進行分析，并且可以用計算不等式進行驗算，由此來確定夾具總圖上的主要尺寸和技術(shù)條件。 現(xiàn)將常見工作表面的主要尺寸公差定法分述于下： 一、圓柱形定位表面的公差，通常對孔可選用G7或F7，對軸可選用g6或f6； 二2、平面定位表面，通常可采用按總圖組合后進行磨平的加工方法。按照它與夾具安裝面之間的位置關系，可以標注平行度或角度等要求，其公差δ值可按照工件原始尺寸公差α的大小，用下式： 初步確定； 三、當夾具采用兩銷一平面作為定位表面時，其中圓柱銷定位面的公差一般可選用g6或f6，菱形銷定位面的公差可選用f6或f7。這里需要指出，當標注其它表面與定位表面之間的位

44、置尺寸時，這種尺寸應從圓柱銷出發(fā)來標注，另外還應注意，圓柱銷應設在標注原始尺寸的那個定位基準孔中，而在另一定位基準孔中采用菱形銷實現(xiàn)定位； 四、鉆具上鉆頭引導孔的公差的選用G7或F7，絞刀引導孔的公差可選用H7或H6； 五、鉆具中刀具引導孔至定位表面的位置尺寸，以及各個引導孔之間的位置尺寸，其公差δ的定法一般也可初步按下列式確定： 式中α為工件原始尺寸的公差。 在確定公差時，如果需要相應減少鉆套與襯套之間的配合間隙，可采用互相照配的方法來加以控制。 夾具上標注主要尺寸和技術(shù)條件時，一般應遵守國家標準《形狀和位置公差》中的有關規(guī)定。這里結(jié)合夾具設計的情況還需指出以下幾點：

45、一、在確定有關表面的設計條件的公差數(shù)值時，應考慮夾具上基準面的大小和被測量面的大小。當基準面較大而被測量面較小時，公差可定得小些，反之，則應定得大些； 二、由于有關表面的主要尺寸公差與技術(shù)條件可以互相轉(zhuǎn)化和互相制約，因此在標注時應注意兩者不要發(fā)生矛盾或重復，必要時可以用誤差分析的方法來驗算； 三、夾具總圖上的技術(shù)要求應盡量采用綜合注法，即總圖上所標注的技術(shù)要求能綜合控制此處各零件之間多重配合表面的制造精度，而不是把技術(shù)要求分散在各個有關零件上一一進行控制； 四、標注主要尺寸和技術(shù)條件時應注意基準面的選擇，一般應盡量采用夾具上較大的使用表面作為基準面來標注技術(shù)要求。只有當這些表面不便于作為

46、加工或測量基準時，才另選基準面，但此時應考慮另選基準面以后所引起的誤差，注意保證夾具的精度； 五、夾具上對保證工件原始尺寸公差有直接關系的表面，其技術(shù)要求應標注得較嚴，對無直接關系的表面，則可標注得較松； 六、工廠的夾具制造車間有精密坐標鏜床及其它高精度機床可用于制造夾具時，夾具上有關表面的技術(shù)要求可以標注得較嚴； 七、夾具本身結(jié)構(gòu)復雜，制造成本較高者，為了使夾具有較多的“精度儲備”，有關表面的技術(shù)要求可以定得較嚴；但此時還需注意經(jīng)濟性，以免因縮小夾具的制造公差而使成本增加較多。 而作為鉆床夾具其總裝圖上一般需要標注的主要尺寸和技術(shù)條件，分別歸納如下： 一、主要尺寸為鉆套的內(nèi)徑尺寸，

47、各鉆套的中心位置尺寸，有特殊要求的鉆套或可換定位件與襯套之間的配合間隙； 二、定位件上定位表面的尺寸，各定位件的位置尺寸，夾具上的測量基準面對定位面的位置尺寸，斜孔鉆具中的斜孔鉆套軸心線與定位面的位置尺寸以及與夾具安裝面之間的角度等。 技術(shù)要求如： 一、鉆套軸心線對本體底面的垂直度； 二、鉆套軸心線對定位件的同軸度或位置度； 三、處于同一圓周上的鉆套所在圓周的圓心對定位件軸線的同軸度或位置度； 四、定位表面對本體底面的平行度或垂直度； 五、活動定位件的軸心線對定位件或鉆套軸線的位置度； 六、定位銷的定位表面對支承面的垂直度； 七、翻轉(zhuǎn)式鉆具中各個底面之間的相互位置精度； 八

48、、蓋板式鉆具中的定位面對支承面之間的相互位置精度。 從以上確定主要尺寸和技術(shù)條件的原則、要求和注意事項，可預先確定出各個主要尺寸和技術(shù)條件，其具體如總裝圖所標注的。7夾具的結(jié)構(gòu)分析和誤差分析 7.1 結(jié)構(gòu)和誤差分析的基本原理 在零件中，由于某些表面的幾何形狀精度、粗糙度以及相互位置精度要求較高，因此在設計這些零件所用的夾具時，除了考慮它的結(jié)構(gòu)合理性外，對于位置精度往往需要應用計算不等式進行誤差分析。 在具體條件下應用計算不等式時，對于其中某些誤差往往可以忽略不計。例如在一般情況下，對于變形誤差可以忽略不計；在鉆具中由于有了鉆套引導裝置，機床誤差可以不予考慮；在車床、磨床、鏜床及

49、其它機床中刀具誤差對位置的影響也可不計。因此，當組成誤差的相數(shù)較少時，可以用求它們算術(shù)和的方法來計算其合成誤差。設此時代入計算不等式所求得的誤差之和為這時一般可以出現(xiàn)下述三種情況：1、，計算不等式明顯地不能滿足要求。這時需要把其中某些組成誤差進行修正，然后再用算術(shù)和的方法重新代入計算不等式求出合成誤差，使為止。2、當?shù)c比較接近。這時雖然尚能滿足計算不等式，但夾具的精度儲存較少，因此為了保險起見，可把其中個別的組成誤差按工具車間實際可能達到的水平加以縮小。但如發(fā)現(xiàn)這些組成公差壓縮太小將使加工發(fā)生困難時，則不宜過分壓縮。這時對于計算不等式的處理，可以采用下列做法：即將其中各個偶然性誤差提出來，按

50、概率理論用“均方根法”求其合成誤差，然后再代入計算不等式進行驗算，使為止。3、，即α與有合適的差數(shù)。這時可以認為夾具能滿足工件加工的要求。 7.2 本夾具的結(jié)構(gòu)分析和誤差分析 一、通過夾具本體 在總圖上除了標注出圖示的各個主要尺寸外，還規(guī)定了以下的技術(shù)條件：1、鉆套軸心線對于回轉(zhuǎn)本體的垂直度偏差不大于0.05； 2、鉆套軸心線關于定位芯軸的對稱度偏差不大于0.05； 二、鉆具誤差的分析 這里工件所要保證的原始公差是孔的形狀公差為0.1，其軸線對于C面的位置度為，現(xiàn)在就對此技術(shù)條件進行誤差分析如下。 先列出計算不等式的一般形式： 此處原始公差α應換算到各孔的軸心線上來計算，由

51、于該工序中的技術(shù)條件公差為位置公差，用正方形內(nèi)的公差帶近似代替圓形差帶，位置公差帶分為軸向公差和徑向公差各為0.15mm，由由概率知當?shù)玫降妮S向公差和徑向公差值小于0.15mm的0.785倍時，其值就比較合適。 1、徑向誤差的計算因已知工件上這些孔的直徑公差為0.1mm。 此處基準不重合誤差λ=0。 計算定位誤差，可用下式求出此處因為定位芯軸為與定位孔的最大間隙即為定位誤差可用下式求出： 所以 mm 計算安裝誤差，此處由于鉆套軸心線與本體底座之間的垂直度為故可有下式計算出

52、： 所以 mm 機床誤差：此處因已有要求較嚴的鉆套來控制刀具的位置精度，而且被加工的孔不深，因此可看作。 把以上各項誤差數(shù)值代入計算不等式，并求其算術(shù)和： 所以徑向誤差較合適。 2、軸向誤差的計算如徑向誤差計算的方法相同得到的誤差為0.1065此值也是較合適的。 故可知總裝圖上的主要尺寸及技術(shù)條件都符合要求。 結(jié) 論 夾具作為機床加工的輔助工具，它可以提高機床的加工精度和加工效率，作為夾具的一類回轉(zhuǎn)鉆模也是如此，當前處于手動機床和數(shù)控機床的交替時期，由于手動機床要與數(shù)控機床采用相同的標準，手動機床就應

53、具有較好的夾具，此夾具的分析、設計和相關的計算都遵守了夾具設計的基本原則簡單、實用和易造，并且根據(jù)誤差和強度的分析，對具體的結(jié)構(gòu)進行了合理的設計，所以此回轉(zhuǎn)鉆模的設計比較合理。 在此設計中，我采取了首先采用OUTCAD設計的三維結(jié)構(gòu)，由于此軟件是參數(shù)化設計的軟件，在裝配和結(jié)構(gòu)和干涉分析中，如果有問題可查閱機械設計的相關書籍，選用結(jié)構(gòu)的其它參數(shù)，在修改三維模型中的參數(shù)，經(jīng)過多次的修改得到一個結(jié)構(gòu)合理的夾具。最后把三維模型轉(zhuǎn)化為二維CAD圖，這樣不但直觀而且節(jié)省了設計時間，在二維圖中，進行了具體的結(jié)構(gòu)和誤差分析。 經(jīng)過這兩個月的設計，我充分應用了三年來所學的專業(yè)知識，而且還學會

54、了運用各種相關工具書，對CAD的操作也進一步加強，也是使我更深地體會了這個設計的意義，它不但是對我三年知識的檢測也是為幾個月后踏入工作崗位作了一個預先培訓。 致 謝 感謝曹龍斌老師，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 感謝同學們對我的支持，從遙遠的家來到這個陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽，是你們給我了信心和力量！ 從接受課題到完成課題設計，得到了曹老師精心的指導和熱情的幫助，尤其在課題設計的前期準備和課題過程中，老師提出了許多的寶貴設計意見，使的

55、我們的畢業(yè)設計能夠順利的完成，在最后的論證修改中王老師在百忙之中抽出時間為我們提供必要的幫助，使的我們能順利的完成這次的設計任務。通過這次設計使我受益終身，在此向老師們表示忠心的感謝和崇高的敬意。 參考文獻 [1] 徐灝．機械設計手冊.北京:機械工業(yè)出版社，1998：3-118～3-128 [2] 成大先.機械設計圖冊.北京:化學工業(yè)出版社，2000：571～620 [3] 馮涓,王介民.工業(yè)產(chǎn)品藝術(shù)造型設計第2版.北京： 清華大學出版社，2004：153～209 [4] 孫 桓,陳作模.機械原理第6版.北京：高

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