杠桿臂機械加工工藝及其夾具設計--鉆孔【夾具三維】

杠桿臂機械加工工藝及其夾具設計--鉆孔【夾具三維】,夾具三維,杠桿,機械,加工,工藝,及其,夾具,設計,鉆孔,三維 畢業(yè)設計（論文）中期報告 題目： 翻轉(zhuǎn)式鉆模設計與裝配工藝規(guī)劃 一、 畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容簡介 夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。 該論文的設計任務是加工零件（機殼）上的五個孔，端面四個，側(cè)壁上一個。由于該零件屬于大批量生產(chǎn)，鉆孔精度要求較高，所以設計一個專用的鉆床夾具，保證零件的加工質(zhì)量。由于夾具的利用率高，經(jīng)濟性好，使用元件的功能強并且數(shù)量少，配套費用低，降低了生產(chǎn)成本；采用夾緊裝置，縮短停機時間，提高生產(chǎn)效率。 設計鉆床夾具，首先要仔細分析加工零件的技術(shù)要求，運用夾具設計的基本原理和方法，擬定夾具設計方案；在滿足加工精度的條件下，合理的進行安裝、定位、夾緊；在完成夾具草圖后，進一步考慮零件間的連接關系和螺釘、螺母、定位銷等的固定方式，設計合理的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)各零部件間的相對運動；根據(jù)各零件的使用要求，選擇相應的材料。 完成鉆床夾具的所有設計后，用AutoCAD進行二維圖形的繪制，首先畫裝配圖，然后從裝配圖上拆畫零件圖，標注相關尺寸及技術(shù)要求，最后進行論文的撰寫、整理、修改完成該畢業(yè)設計。 二、設計（論文）進展狀況 （1）通過前期對工件的實體測繪，夾具3D實體的設計； 圖1夾具3D實體示意圖（一） 圖2夾具內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖（二） （2）完成了一篇與本設計課題有關的外文翻譯； 外文題目為:Development of micropin fabrication process using tool based micromachining（中文題目為基于微加工的微型軸加工工藝研究） （3）分析夾具的工作原理，進行結(jié)構(gòu)設計； 定位方案與定位元件：為了滿足杠桿臂的需要，使杠桿臂左右兩端底面定位固定，因不同零件存在一定的誤差，應使杠桿臂被加工兩孔軸線與鉆模板軸線的重合，所以將鉆模板固定，又因零件要求為垂直距離，如圖所示設計右端平面固定，左端設置螺旋輔助支撐2進行左右兩端垂直距離的調(diào)整定位。使其孔軸線與鉆模板軸線重合。夾緊機構(gòu)：防止鉆孔時零件晃動，應對杠桿臂的兩端底面以及前后移動進行定位固定，所以在右端設計定位銷7、開口墊圈6、夾緊螺母5對零件零件進行固定；定位銷7通過墊圈16和六角螺母15固定于夾具體上。其他輔助設備：考慮到零件加工存在誤差，所以設計螺旋輔助支撐2可以上下升降，使所有零件都能使左右兩端面同時得到固定，為防止誤差使加工時上下顛簸，設置鎖緊螺母1對螺旋輔助支撐進行鎖緊，防止鉆孔時輔助支撐受力太大而下降影響加工。 圖3零件定位圖 （4）用SolidWorks繪制了夾具的大部分零件圖 圖4墊圈 圖5輔助支撐 圖6夾緊螺栓 圖10套筒 圖7夾具體 圖8鉆模板1 圖9鉆模板2 圖11鉆套2 三、存在問題及解決措施 工件在夾具中定位的任務是：使同一工序中的一批工件都能在夾具中占據(jù)正確的位置，本次設計工件位置的正確與否，用加工要求來衡量，不能滿足加工要求的為不正確。一批工件逐個在夾具上定位時，各個工件在夾具中占據(jù)的位置不可能完全一致，也不必要求它們完全一致，但各個工件的位置變動量必須控制在加工誤差所允許的范圍之內(nèi)，這個問題必須要很好的解決。 該設計為了滿足鉆孔的需要，在定位過程中需要保證零件的上下表面與水平面平行，Ф22的中心線與水平面垂直，保證mm孔的位置度和mm的垂直度。由于定位基準為零件的上平面和Ф22H7的中心線，采用“T”字形定位，即蓋板和定位心軸為一體的定位方案，滿足了定位基準的要求。同時下面采用圓錐臺定位，圓錐臺的錐形面與零件的外圓面線接觸，定位心軸與錐形塊也是線接觸，使零件不會發(fā)生移動或左右偏轉(zhuǎn)的情況，滿足加工要求如圖所示 定位心軸，保證端面四個孔的位置度。 蓋板，與零件的上表面接觸。 圖15零件定位圖 四、 后期工作安排 第10周： 運用CAD,3D軟件輔助設計完成裝配圖和零件圖； 第11-14周： 完成夾具零件的選材、工藝規(guī)程的編制、裝配圖及零件圖的繪制等工作； 第15周： 對所有圖紙進行校核； 第16周： 整理編寫設計說明書，所有資料請指導教師檢查； 第17-18周： 準備畢業(yè)答辯 指導老師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目：翻轉(zhuǎn)式鉆模設計與裝配工藝規(guī)劃 1. 畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關研究情況） 1.1題目背景、研究意義 在機械制造成批的零件加工生產(chǎn)過成中除了需要機床、刀具、量具之外，機床夾具也是必不可少的部件。它是機床與工件之間必不可少的連接裝置。在機床加工工件時為了加工出符合工藝規(guī)程要求的表面。加工前首先要對工件在機床上的位置有個準確的位置稱為“定位”。在加工過程中由于工件受到切削力、重力、振動、離心力、慣性力等作用容易偏移、所以要使用一定的裝置使工件在加工過程中始終保持原來的位置這個稱為“夾緊”。在機械制造過程中它用來固定加工對象，使得工件相對與機床或刀具獲得準確的位置實現(xiàn)安裝任務的工藝裝備稱為“機床夾具”[1]. 機床夾具的按夾具的使用特點可分為：通用夾具、專用夾具、通用可調(diào)夾具和成組夾具、組合夾具、隨行夾具等[2]。按使用機床可分為：車床夾具、銑床夾具、鏜床夾具、齒輪機床夾具、數(shù)控機床夾具[3]。 在機電行業(yè)很多生產(chǎn)廠家中有許多盤類型小零件如蓋盤、端蓋、圓環(huán)、擋圈等需進行加工這些零件的品種較多，批量不大一次都要設計與此相應的專用鉆模進行鉆孔以保證零件的孔徑和空位要求[4]。這些孔的加工都需要到了鉆床夾具。 鉆床夾具主要用于加工孔及螺紋。它主要由鉆模板、快換鉆套、軸承座、軸等組成。主要類型有固定式鉆模、回轉(zhuǎn)式鉆模、翻轉(zhuǎn)式鉆模、蓋板式鉆模[5]。 鉆床夾具的特點： （1）保證工件的加工精度 專用夾具應有合理的定位方案，合適的尺寸，公差和技術(shù)要求，并進行必要的精度分析，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。 （2）提高生產(chǎn)效率 專業(yè)夾具的復雜程度要與工件的生產(chǎn)綱領相適應，應根據(jù)工件生產(chǎn)批量的大小選用不同復雜程度的高效夾緊裝置，以縮短輔助時間，以提高生產(chǎn)效率[6]。 （3）工藝性好 專用夾具的結(jié)構(gòu)簡單，合理，便于加工，裝配，檢驗和維修。專用夾具的生產(chǎn)屬于批量生產(chǎn) （4）使用性好 專用夾具的操作應簡單，省力，安全可靠，排屑應方便，必要時可設置排屑機構(gòu)。經(jīng)濟型好除考慮專用夾具本身結(jié)構(gòu)簡單，標準化程度高，成本低廉外，還應根據(jù)生產(chǎn)綱領對夾具方案進行必要的經(jīng)濟分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益[7]。 鉆床夾具的設計要點 1、鉆套 鉆套的作用是確定鉆頭，鉸刀等刀具的軸線位置，防止刀具在加工過程中發(fā)生偏斜。根據(jù)使用二點，鉆套可分為固定式，可換式，快換式等多種結(jié)構(gòu)形式[8] （1）固定鉆套:固定鉆套直接被壓在鉆模板上，其位置精度要求較高，但磨損后不易更換，鉆模板較薄時，為使鉆套具有足夠的引導長度，應采用有肩鉆套。 （2）可換鉆套:在成批生產(chǎn)、大量生產(chǎn)中，為便于更換鉆套，采用可換鉆套 （3）快換鉆套:在工件的一次裝夾中，若順序進行鉆孔、擴孔、鉸孔或攻絲等多個工步加工，需要不同孔徑的鉆套來引導刀具，此時應使用快換鉆套。更換鉆套時，只需逆時針轉(zhuǎn)動鉆套使削邊平面轉(zhuǎn)至螺釘位置，即可向上快速取出鉆套。 （4）專用鉆套:在一些特殊場合，可以根據(jù)具體要求自行設計鉆套 2、鉆模板 常見的鉆模板有固定式、鉸鏈式、可卸式、懸掛式等四種結(jié)構(gòu)形式[9] （1）固定式鉆模板:固定式鉆模板與夾具是固定連接的可以與夾具體做成一體，也可以用螺釘將它與夾具體相連接。采用這種鉆模板鉆孔，位置精確度較高[10]。 （2）鉸鏈式鉆模板:鉸鏈式鉆模板與夾具體通過鉸鏈連接。1.翻轉(zhuǎn)。裝卸工件時，將鉆模板往上翻；加工時將鉆模板往下翻，并用菱形夾緊螺釘[11]。2.固緊。采用鉸鏈式鉆模板，工件可以在夾具上方裝入，裝卸工件方便[12]；但翻轉(zhuǎn)鉆模板費工費時，效率較低，且鉆模板位置精度受鉸鏈間隙影響，鉆孔位置精度不高；它主要用于生產(chǎn)規(guī)模不大、鉆孔精度要求不高的場合[13]。 （3）懸掛式鉆模板:懸掛式鉆模板是與機床主軸箱連接的，懸掛式鉆模板通常用在多軸傳動頭加工平行孔系時采用，生產(chǎn)效率高，適于在大批量生產(chǎn)中應用[14]。 對于幾個方向鉆孔的小型工件加工可以使用翻轉(zhuǎn)式鉆模夾具。翻轉(zhuǎn)式鉆模是一種沒有固定回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)鉆模。在使用過程中需要手進行翻轉(zhuǎn)。因此，夾具連同工件的重量不能太重?？梢詧允匕惭b次數(shù)，提高各被加工空間的位置精度[15]。 因此翻轉(zhuǎn)式鉆模設計與裝配工藝規(guī)劃設計具有重要工程意義。 1.2 國內(nèi)外相關研究情況 夾具設計系統(tǒng)可分為三種不同類型：互動，半自動化和自動化系統(tǒng)。早期的研究工作主要集中在交互的計算機輔助夾具設計系統(tǒng)的開發(fā)，通常為夾具設計信息的用戶界面。隨后，許多研究已經(jīng)解決了自動化夾具設計任務使用不同的設計策略和方法問題。許多分析方法，如空間關系和運動學約束分析已被應用于方便的夾具設計。特別是，許多人工智能（AI）技術(shù)已在計算機輔助夾具設計廣泛的探討。由于夾具的設計往往嚴重依賴于夾具設計工程師的經(jīng)驗知識和一個新的夾具可以從精心設計的夾具的情況下產(chǎn)生的，一些研究者應用此方法快速夾具設計程序[16]。此外，CAD技術(shù)在設備幾何建模和渲染解決方案的設計起著至關重要的作用。對組合夾具方法以前的一些作品的裝夾點的自動配置。三輪定位點和一個翻譯合成多邊形零件的夾具組合夾具的完整算法，1998年擴大布羅斯特–戈德堡算法的三維對象的水平，垂直或圓柱面[17]。使用的方法，所有定位計劃人選的確定，對于一個給定的工件自動夾具規(guī)劃只能應用于小的高度的圓柱形物體。已作出許多努力夾具三維對象，但對象表面是分段平面或圓柱[18]。 隨著高新技術(shù)在加工方面的廣泛應用機床技術(shù)想高速高效精密符合只能環(huán)保方向發(fā)展。機床夾具的標準化設計可以使機械加工縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本而且可以迅速方便的裝備新產(chǎn)品的投入。夾具的標準化與通用化相輔相成的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148-T2259-91以及各類通用夾具、組合夾具標準等、標準化使得夾具可以更大限度的發(fā)揮高效能。 本任務主要是設計翻轉(zhuǎn)式鉆床杠桿臂的夾具，對杠桿臂進行相互垂直兩空的加工，要對杠桿臂進行固定定位，提高加工精度。杠桿臂專用夾具設計，方便加工以及裝卸，提高工作效率。 被加工工件零件圖 杠桿壁，杠桿臂左右兩端底面作為與夾具接觸定位固定的面在杠桿上鉆的兩個相互垂直的Φ10mm、Φ13mm的孔.如圖所示： 圖1杠桿臂三維圖 圖2杠桿臂二維圖 2. 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施題目. （1）翻轉(zhuǎn)式鉆模夾具的工藝分析；工件的定位分析（自由度）； （2）翻轉(zhuǎn)式鉆模零件夾具定位誤差計算、夾緊力的分析與計算； （3）翻轉(zhuǎn)式鉆模夾具的工作原理；設計中存在的問題； （4）翻轉(zhuǎn)式鉆模夾具裝配工藝設計與仿真。 夾具的工作原理與結(jié)構(gòu)設計 定位方案與定位元件：為了滿足杠桿臂的需要，使杠桿臂左右兩端底面定位固定，因不同零件存在一定的誤差，應使杠桿臂被加工兩孔軸線與鉆模板軸線的重合，所以將鉆模板固定，又因零件要求為垂直距離，如圖3所示設計右端平面固定，左端設置螺旋輔助支撐2進行左右兩端垂直距離的調(diào)整定位。使其孔軸線與鉆模板軸線重合。夾緊機構(gòu)：防止鉆孔時零件晃動，應對杠桿臂的兩端底面以及前后移動進行定位固定，所以在右端設計定位銷7、開口墊圈6、夾緊螺母5對零件零件進行固定；定位銷7通過墊圈16和六角螺母15固定于夾具體上。其他輔助設備：考慮到零件加工存在誤差，所以設計螺旋輔助支撐2可以上下升降，使所有零件都能使左右兩端面同時得到固定，為防止誤差使加工時上下顛簸，設置鎖緊螺母1對螺旋輔助支撐進行鎖緊，防止鉆孔時輔助支撐受力太大而下降影響加工。如圖4所示設計可調(diào)支撐釘11為防止鉆孔時零件前后移動，影響加工精度；設計鎖緊螺母10，方便了可調(diào)支撐釘11的前后移動，提高了定位固定的精度。設計定位體17為了使零件右端底面固定精度更高。 圖3零件定位圖 圖4零件定位圖 研究方案： 方案（1）螺旋槽式可調(diào)支承 螺旋槽式可調(diào)支承裝置，帶螺旋槽式的可調(diào)支座，由于螺旋角度較大，因此調(diào)節(jié)較快且具有自鎖作用。如圖所示： 圖5螺旋槽式可調(diào)節(jié)支承圖 方案（2） 螺旋式可調(diào)支承 螺旋式可調(diào)支承裝置，旋動上面的螺母后，圓柱支承銷可作軸向移動從而達到支承作用。 如圖所示： 圖6螺旋式可調(diào)支承裝置 表1方案對比表所示 支承 調(diào)節(jié)方式 成本 效率 生產(chǎn) 方案1 徑向調(diào)節(jié) 帶螺旋槽式的可調(diào)支座 高 高 小批量 方案2 軸向調(diào)節(jié) 旋動上面螺母 低 高 小批量 經(jīng)過方案對比方案1調(diào)節(jié)速度快有自鎖功能但支承是徑向的對于工件的支承調(diào)節(jié)比較麻煩，方案2操作方便快捷，螺旋輔助支撐可以上下升降，使所有零件都能使左右兩端面同時得到固定符合設計支承要求。所有選用方案2 3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 設計出針對變速箱的多孔固定式鉆模，并且分析和計算定位誤差、夾緊力等， 然后進行繪制CAD，Pro/ENGINEER等圖。 前期以開展的工作： （1）查閱相關資料，積累基礎知識； （2）初步了解常規(guī)夾具的設計及加工方法； （3）初步了解關于多孔固定式夾具的一些相關知識； （4）學會運用Pro/ENGINEER，CAD等作圖軟件。 本課題的重點和難點：研究數(shù)控臥式鏜銑床主軸部件的工作原理以及后期的裝配工藝規(guī)劃，完成主軸部件的設計內(nèi)容及其裝配圖。 前期已開展的工作：查閱各種學術(shù)文獻，期刊雜志，科技報紙等資料深入了解本課題內(nèi)容以及主軸部件的具體工作狀況，分析部件的工作原理。 4. 完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫) 第1周－第3周：查閱資料，完成基礎知識的積累和開題報告。 第4周-第6周：工件的分析；定位的分析（自由度的計算）。 第7周－第10周：翻轉(zhuǎn)式鉆模的工作原理；設計中存在的問題。 第11周－第13周：翻轉(zhuǎn)式鉆模裝配工藝設計與仿真。 第14周－第15周：完成畢業(yè)論文。 5 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 6 所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日 參考文獻 [1] 李雨田.淺談機床夾具的應用及發(fā)轉(zhuǎn)趨勢.電子制作[J]. 2013,(13):212-213. 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The task of the thesis is processing five holes on parts (cabinet) ,four face, a sidewall.As the parts are high-volume production,hole require high precision, so the design of a special drilling fixture.Assurance the quality of machining .Thanks to the high utilization rate of the fixture, the economy is good, with strong features and a small number of components, supporting low-cost, lower production costs,with clamping device, reduce downtime, improve production efficiency. Designed drilling fixture, the first careful analysis is the technical requirements for processing components, fixture design using the basic principles and methods.Prepared the fixture design scheme ;Meet the conditions of precision ,then reasonable installation, positioning, clamping;After the completion of draft fixture, and further consider the connection relation between parts and screws, nuts, pins and other fixed means,designing the reasonable structure to achieve relative motion between the various components;Requirements of the various components, select the appropriate materials. Completion of all drilling fixture design, using the AutoCAD drawing two-dimensional graphics,first draw assembly drawing, and then removed from the part drawing on the painting Parts,marking the related to size and technical requirements,finally, write a thesis, organize, edit, complete the graduation project. Key words: Fixture; drilling fixture; accuracy; CAD 主要符號表 鉆削力 安全系數(shù) 鉆頭直徑 σb 應力 K 安全系數(shù) F 摩擦系數(shù) Fx 鉆削力徑向分力 Fy 鉆削力軸向分力 Fn 支持力 a Fx對應的力臂 b Fy對應的力臂 實際所需夾緊力 理論夾緊力 基準不重合誤差 基準位移誤差 定位誤差 對刀誤差 安裝誤差 夾具誤差 加工方法誤差 總加工誤差 B 工件厚度 H 鉆套高度 h 排屑空間的高度 最大配合間隙 X 孔的偏移量X 加工尺寸 目 錄 1 緒論 1 1.1機床夾具的發(fā)展概括 1 1.2夾具的特點 2 1.3夾具的設計要點 3 2 鉆模夾具的總體設計 4 2.1設計任務 4 2.2夾具的設計步驟 5 2.3鉆模夾具的設計 6 2.4對定位元件的基本要求 7 2.5定位方案與定位元件 7 2.6夾緊 8 2.7夾緊方案的選擇 9 2.7.1鉆削切削力 9 2.7.2實際所需夾緊力的計算 11 2.7.3夾緊計算與原理 14 3 鉆模夾具體及夾具零件的設計 16 3.1夾具體的要求 16 3.2夾具體毛坯的類型 17 3.3鉆模板以及鉆套的設計 19 3.3.1鉆模板 19 3.3.2鉆套 20 3.3.3鉆模板和鉆套的具體設計 20 4 夾具誤差的計算 22 4.1角度尺寸公差 22 4.2定位誤差 22 4.3工件在夾具上加工的精度分析 23 4.4夾具誤差的計算 23 5 標準件的選用 27 5.1標準件 27 5.2定位銷、鉆模板 27 5.3輔助螺旋支撐、可換鉆套 29 6 裝配工藝設計 31 結(jié)論 33 致謝 34 參考文獻 35 1 緒論 1.1 機床夾具的發(fā)展概括 機床夾具的現(xiàn)狀：機床夾具是在機械制造過程中，用來固定加工對象，使之占有正確的空間位置，用來加工或檢測并保證加工要求的機床附加裝置，簡稱為夾具[1]。 夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期。隨著科學技術(shù)的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備[2]。 國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3～4年就要更新50％～80％左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10％～20％左右，為了適應科學技術(shù)的快速發(fā)展，我們在短短幾年內(nèi)需更新大量的專用夾具，這樣即提高了加工的成本，也造成了材料的浪費，為了減少這種情況，我們可以采用數(shù)控機床的柔性化制造技術(shù)[3]。 近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應用，對機床夾具提出了如下新的要求： 1）能迅速方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本； 2）能裝夾一組具有相似性特征的工件； 3）能適用于精密加工的高精度機床夾具； 4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具； 5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率； 6）提高機床夾具的標準化程度[4]。 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向：主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化、柔性化和模塊化等五個方面。 （1）標準化 機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148～T2259－91以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。 （2）精密化 隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達±0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm[5]。 （3）高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率[6]。 （4）柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等[7]。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結(jié)構(gòu)為可拆結(jié)構(gòu)，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。 （5）模塊化 模塊化的設計省時、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具的系統(tǒng)中，為夾具的計算機輔助設計與組裝打下了堅實的基礎，應用CAD技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫和用戶使用檔案庫，可進行夾具優(yōu)化設計，進行夾具的三維實體組裝。模擬仿真刀具的切削過程，為用戶提供正確、合理的配套方案，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)[8]。 1.2夾具的特點 1）保證工件的加工精度 專用夾具應有合理的定位方案，合適的尺寸，公差和技術(shù)要求，并進行必要的精度分析，確保夾具能滿足工件的加工精度要求[9]。 2）提高生產(chǎn)效率 專業(yè)夾具的復雜程度要與工件的生產(chǎn)綱領相適應，應根據(jù)工件生產(chǎn)批量的大小選用不同復雜程度的高效夾緊裝置，以縮短輔助時間，以提高生產(chǎn)效率。 3）工藝性好 專用夾具的結(jié)構(gòu)簡單，合理，便于加工，裝配，檢驗和維修。專用夾具的生產(chǎn)屬于小批量生產(chǎn)。 4）使用性好 專用夾具的操作應簡單，省力，安全可靠，排屑應方便，必要時可設置排屑機構(gòu)。 5）經(jīng)濟型好 除考慮專用夾具本身結(jié)構(gòu)簡單，標準化程度高，成本低廉外，還應根據(jù)生產(chǎn)綱領對夾具方案進行必要的經(jīng)濟分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益。 1.3夾具的設計要點 確定各表面加工方案，在選擇各表面孔的加工方法時，需綜合考慮以下因素： （1）要考慮各表面的精度和質(zhì)量要求，根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求，選擇加工方法及分幾次加工。 （2）根據(jù)生產(chǎn)類型來選擇，在大批量生產(chǎn)中可使用專用的高效率的設備；在單件小批量生產(chǎn)中則使用常用設備和一般加工方法。 （3）要考慮被加工材料的性質(zhì)。 （4）要考慮工廠或車間的實際情況，同時也應考慮不斷改進現(xiàn)有的加工方法和設備，推廣新技術(shù)，提高工藝水平。 （5）此外，還要考慮一些其他因素，如加工表面的物理機械性能的特殊要求，工件形狀和重量等[10]。 2 鉆模夾具的總體設計 2.1設計任務 本設計的主要任務是設計一個鉆模夾具，在零件端面上鉆，相互對稱的孔，另外在側(cè)壁上鉆一個孔，為了使鉆孔的位置精確，必須對零件進行固定定位，提高加工精度，使之滿足使用要求。專用夾具設計，方便加工及裝卸，節(jié)省時間，提高工作效率。被加工零件如下圖： 垂直孔Ф10mm 水平孔Ф22mm 、 圖2.1 被加工零件及需要加工的孔 如2.1所示，被加工零件材料為10#，厚度為42mm，總長為105mm，在零件端面上鉆孔的直徑為10mm。 被加工零件安裝到夾具上應對上端面和下部的端面進行定位，采用芯軸定位，因為設計的是蓋板式鉆床夾具，所以定位芯軸與蓋板為一個整體；在鉆零件側(cè)壁上水平孔時，夾具需要旋轉(zhuǎn)90度，因此需要一個夾緊裝置將夾具連接起來，同時需要設置一個轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)夾具的旋轉(zhuǎn)，在加工過程中采用加長鉆套進行鉆孔，滿足設計要求。 2.2夾具的設計步驟 1）明確設計任務書與收集設計材料 夾具設計的第一步是在已知生產(chǎn)綱領的前提下，研究被加工零件的零件圖、工序圖、工藝規(guī)程和設計任務書，對工件進行工藝分析。其內(nèi)容主要是了解工件的特點、材料；確定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基準和夾緊表面及所用的機床、刀具、量具等[11]。 其次是根據(jù)設計任務書收集有關材料，如機床的技術(shù)參數(shù)，夾具零部件的國家標準、部頒標準和裝訂標準，各類夾具圖冊、夾具設計手冊等，還可收集一些同類夾具的設計樣圖，并了解該廠的工裝制造水平，以供參考。 2）擬定夾具結(jié)構(gòu)方案與繪制夾具草圖 A）確定工件的定位方案，設計定位裝置。 B）確定工件的夾緊方案，設計夾緊裝置。 C）確定對刀或?qū)蚍桨?，設計對刀或?qū)蜓b置。 D）確定夾具與機床的連接方式，設計連接元件及安裝基面。 E）確定和設計其它裝置及元件的結(jié)構(gòu)型式，如分度裝置、定位裝置及吊裝元件等。 F）確定夾具體的結(jié)構(gòu)型式及夾具在機床上的安裝方式。 G）繪制夾具草圖，并標注尺寸、公差及技術(shù)要求。 3） 進行必要的分析計算 工件的加工精度較高時，應進行工件加工精度分析。有動力裝置的夾具，需計算夾緊力。當有幾種夾具方案時，可進行經(jīng)濟分析，選用經(jīng)濟效益較好的方案。 4） 審查方案與改進設計 夾具草圖畫出后，應征求有關人員的意見，并送有關部門審查，然后根據(jù)他們的意見對夾具方案作進一步修改。 5） 繪制夾具裝配總圖 夾具的總裝配圖應按國家標準繪制。繪圖比例盡量采用1:1. 主視圖按夾具面對操作者的反向繪制?？倛D應把夾具的工作原理、各種裝置的結(jié)構(gòu)及其相互關系表達清楚。 夾具總圖的繪制次序如下： A） 用雙點劃線將工件的外形輪廓、定位基面、夾緊表面及加工表面繪制在各個視圖的合適位置上。在總圖中，工件可看作透明體，不遮擋后面夾具的線條。 B） 依次繪出定位裝置、夾緊裝置、對刀或?qū)蜓b置、其它裝置、夾具體及連接元件和安裝基面。 C） 標注必要的尺寸、公差和技術(shù)要求。 D） 編制夾具明細表及標題欄 完整的夾具裝配總圖可參閱夾具圖冊。 6） 繪制夾具零件圖 夾具中的非標準零件均要畫零件圖，并按夾具總圖的要求，確定零件的尺寸、公差及技術(shù)要求。 2.3鉆模夾具的設計 鉆模夾具裝配圖，如圖2.2所示。 如圖2.2，鉆床夾具裝配圖的主視圖，采用鑄造型的夾具體材料為灰鑄鐵（HT200）；開槽圓柱頭螺釘1、輔助支撐2、開口墊圈6、定位銷7的作用是，實現(xiàn)蓋板的翻轉(zhuǎn)，用來裝卸零件；固定鉆套固定在鉆模板上 ，用螺釘和定位銷進行連接、固定、定位。 a 鉆模夾具主視圖 b 鉆模夾具俯視圖 圖2.2 夾具體圖 在圖2.2鉆模夾具裝配圖的俯視圖中，可以清楚的看到，為了鉆零件端面上可換鉆套與鉆套用螺釘在蓋板上的位置。 2.4對定位元件的基本要求 1) 足夠的精度 由于工件的定位是通過定位副的接觸（或配合）實現(xiàn)的，定位元件上限位基面的精度直接影響工件的定位精度，因此，限位基面應有足夠的精度，以適應加工的要求[12]。 2) 足夠的強度和剛度 定位元件不僅限制工件的自由度，還有支撐元件、承受夾緊力和切削力的作用，因此，因有足夠的強度和剛度，以免使用中變形或損毀。 3) 耐磨性好 工件的裝卸會磨損定位元件的限位基面，導致定位精度下降。定位精度下降到一定程度時，定位元件必須更換，否則，夾具不能繼續(xù)使用。為了延長定位元件的更換周期，提高夾具的使用壽命，定位元件應有較好的耐磨性[13]。 4) 工藝性好 定位元件的結(jié)構(gòu)應力求簡單、合理，便于加工、裝配和更換。 2.5定位方案與定位元件 工件在夾具中定位的任務是：使同一工序中的一批工件都能在夾具中占據(jù)正確的位置，工件位置的正確與否，用加工要求來衡量，能滿足加工要求的為正確，不能滿足加工要求的為不正確。一批工件逐個在夾具上定位時，各個工件在夾具中占據(jù)的位置不可能完全一致，也不必要求它們完全一致，但各個工件的位置變動量必須控制在加工誤差所允許的范圍之內(nèi)。 該設計為了滿足鉆孔的需要，在定位過程中需要保證零件的上下表面與水平面平行，Ф22孔的中心線與水平面垂直，保證mm孔的位置度和mm的垂直度。由于定位基準為零件的上平面和Ф22e8的中心線，采用“T”字形定位，即蓋板和定位心軸為一體的定位方案，滿足了定位基準的要求。同時下面采用圓 臺定位，圓錐臺的錐形面與零件的外圓面線接觸，定位心軸與錐形塊也是線接觸 使零件不會發(fā)生移動或左右偏轉(zhuǎn)的情況，滿足加工要求（如圖2.2示）。 定位心軸，保證端面的位置度。 圖2.3 零件的定位 2.6夾緊 對夾緊裝置的基本要求： 1） 夾緊過程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。 2） 夾緊力的大小適當，一批工件的夾緊力要穩(wěn)定不變。既要保證工件在整 個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，振動小，又要是工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形。夾緊力穩(wěn)定可減小夾緊誤差。 3） 夾緊裝置的復雜程度應與工件的生產(chǎn)綱領相適應。工件生產(chǎn)批量越大，允許設計越復雜、效率越高的夾緊裝置。 工藝性好，使用性好。其結(jié)構(gòu)力求簡單，便于制造和維修。夾緊裝置的操作應當方便、安全、省力。 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(chǎn)效率。因此，設計夾緊裝置應遵循以下原則： （1）工件不移動原則 夾緊過程中，應不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置[14]。 （2）工件不變形原則 夾緊力的大小要適當，既要保證夾緊可靠，又應使工件在夾緊力的作用下不致產(chǎn)生加工精度所不允許的變形。 （3）工件不振動原則 對剛性較差的工件，或者進行斷續(xù)切削，以及不宜采用氣缸直接壓緊的情況，應提高支承元件和夾緊元件的剛性，并使夾緊部位靠近加工表面，以避免工件和夾緊系統(tǒng)的振動[15]。 （4）安全可靠原則 夾緊傳力機構(gòu)應有足夠的夾緊行程，手動夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。 （5）經(jīng)濟實用原則 夾緊裝置的自動化和復雜程度應與生產(chǎn)綱領相適應，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構(gòu)應力求簡單，便于制造、維修，工藝性能好；操作方便、省力，使用性能好。 夾緊機構(gòu)傳遞夾緊力，它是直接與工件接觸完成夾緊作用的最終執(zhí)行元件。要使動力裝置所產(chǎn)生的力或人力正確地作用到工件上，需有適當?shù)膫鬟f機構(gòu)。在工件夾緊過程中起力的傳遞作用的機構(gòu)，稱為夾緊機構(gòu)[16]。 夾緊機構(gòu)在傳遞力的過程中，能根據(jù)需要改變力的大小、方向和作用點。手動夾具的夾緊機構(gòu)還應具有良好的自鎖性能，以保證人力的作用停止后，仍能可靠地夾緊工件。 2.7夾緊方案的選擇 本設計是一個鉆床夾具，加工五個孔，由于鉆孔精度要求較高，必須保證在鉆孔過程零件保持不動，所以必須設計夾緊裝置。根據(jù)題目所需，在畢業(yè)設計過程中，設計過兩種夾緊方案，現(xiàn)在分析兩種方案的優(yōu)劣，選擇更適合的一種。首先計算鉆孔的切削力，然后計算實際夾緊力。 2.7.1鉆削切削力 需要鉆孔零件的材料為10號鋼，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，鋼材的平均含碳量為0.1%。 10號鋼力學性能：抗拉強度 ；屈服強度 ；伸長率 δ≥25%；斷面收縮率 ψ ≥5%；硬度：未熱處理≤156HB。 鉆削切削力的計算公式如表 2.1： 表2.1 鉆削切削力的計算公式 工件 材料 加工 方法 刀具 材料 切削扭矩 計算公式 切削力 計算公式 結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼 =736MPa 鉆 高速鋼 擴鉆 耐熱鋼 （HB141） 鉆 灰鑄鐵 （HB190） 硬質(zhì)合金 擴鉆 高速鋼 可鍛鑄鐵（HB120） 鉆 硬質(zhì)合金 銅合金 高速鋼 鉆削時的進給量 f：0.15~0.32mm/轉(zhuǎn)，取f=0.2mm/轉(zhuǎn) 由表2.1可知，切削扭矩的計算公式 （2.1） 為修正參數(shù)，它的計算公式 因為10號鋼的抗拉強度 ，取 （2.2） 孔，帶入式2.1得： （2.3） 孔，帶入式2.1得： （3-4） 由表2.1可知，切削力的計算計算公式如下，其中f=0.2mm/轉(zhuǎn) （2.4） 計算孔的切削力，帶入式3-3得： （2.5） 計算孔的切削力，帶入式3-3得： （2.6） 2.7.2實際所需夾緊力的計算 計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件受切削力、夾緊力（大型工件還應考慮工件重力，運動的工件還應考慮慣性力等）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： （2.7） 式中 —實際所需夾緊力（N）； —在一定條件下，由靜力平衡計算出的理論夾緊力（N）； —安全系數(shù)。 安全系數(shù)K可按下試計算： （2.8） 式中，為各種因素的安全系數(shù)，如表2.2。 表2.2 安全系數(shù)的數(shù)值 符號 考慮的因素 系數(shù)值 考慮工件材料及加工余量均勻性的安全系數(shù) 1.2~1.5 加工性質(zhì) 粗加工 1.2 精加工 1.0 刀具鈍化程度（詳見表3） 1.0~1.9 切削特點 連續(xù)切削 1.0 斷續(xù)切削 1.2 夾緊力的穩(wěn)定性 手動夾緊 1.3 機動夾緊 1.0 手動夾緊的手柄位置 操作方便 1.0 操作不方便 1.2 僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時，工件與支撐面接觸的情況 接觸點穩(wěn)定 1.0 接觸點不穩(wěn)定 1.5 若安全系數(shù)K的計算結(jié)果小于2.3時，取K=2.5。 鉆孔時，根據(jù)表2.1、表2.2，帶入式2.7，計算相應的安全系數(shù)得： （2.9） 表2.3 安全系數(shù) 加工方法 切削力分力情況 K 鉆削 鑄鐵 鋼 1.15 1.15 粗擴（毛坯） 1.0 1.0 1.3 1.3 精擴 1.2 1.2 1.2 1.2 粗車或粗鏜 1.0 1.0 1.2 1.4 1.25 1.6 精車或精鏜 1.05 1.0 1.4 1.05 1.3 1.0 圓周銑削 （粗、精） 1.2~1.4 1.6~1.8(含碳量小于0.3%) 1.2~1.4(含碳量大于0.3%) 端面銑削 （粗、精） 1.2~1.4 1.6~1.8(含碳量小于0.3%) 1.2~1.4(含碳量大于0.3%) 磨削 1.15~1.2 拉削 F 1.5 2.7.3 夾緊計算與原理 支板 夾緊螺母 圖2.4 壓板壓緊 用壓板夾緊鉆模板的表面，夾緊力的計算公式如下： （2.10） 式中 —夾緊力（N）； —鉆孔時的切削扭矩（）； —安全系數(shù)，粗加工，精加工； —壓板的作用點到鉆孔的中心線距離（mm）； —摩擦系數(shù)（表面光滑f=0.16）； 由式2.3得，鉆10孔時的切削扭矩 （2.11） 由式2.9得，安全系數(shù) 根據(jù)測量得，壓板的作用點到鉆孔的中心線距離 （2.12） 將式2.3，式2.9和式2.11代入式2.10，計算所需夾緊力 （2.13） 計算摩擦力 （2.14） 因為 ，所以鉆孔過程中不會發(fā)生滑動，夾緊力合適，夾緊機構(gòu)滿足設計要求。 圖2.4采用壓板壓緊的方式加工零件，工作原理如下：防止鉆孔時零件晃動，應對杠桿臂的兩端底面以及前后移動進行定位固定，所以在右端設計定位銷7、開口墊圈6、夾緊螺母5對零件零件進行固定；定位銷7通過墊圈16和六角螺母15固定于夾具體上。其他輔助設備：考慮到零件加工存在誤差，所以設計螺旋輔助支撐2可以上下升降，使所有零件都能使左右兩端面同時得到固定，為防止誤差使加工時上下顛簸，設置鎖緊螺母1對螺旋輔助支撐進行鎖緊，防止鉆孔時輔助支撐受力太大而下降影響加工。如圖4所示設計可調(diào)支撐釘11為防止鉆孔時零件前后移動，影響加工精度；設計鎖緊螺母10，方便了可調(diào)支撐釘11的前后移動，提高了定位固定的精度。設計定位體17為了使零件右端底面固定精度更高。 圖2.5 夾緊原理圖 3 鉆模夾具體及夾具零件的設計 3.1夾具體的要求 1）有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性 夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀或?qū)蛟谋砻嬉约皧A具體的安裝基面（與機床相連接的表面）等，應有適當?shù)某叽绾托螤罹?，它們之間應有適當?shù)奈恢镁萚18]。 為使夾具體尺寸穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造夾具體要進行退火處理。 2） 有足夠的強度和剛度 加工過程中，夾具體要承受較大的切削力和夾緊力。為保證夾具體不產(chǎn)生變形和振動，夾具體應有足夠的強度和剛度。因此夾具體需要有一定的壁厚，鑄造和焊接夾具體常設置加強筋，或在不影響工件裝卸的情況下采用框架式夾具體。 3） 結(jié)構(gòu)工藝性好 夾具體應便于制造、裝配和檢驗。鑄造夾具體上安裝各種元件的表面應鑄出凸臺，以減少加工面積[19]。夾具體毛面與工件之間應留有足夠的間隙，一般為4~15mm。夾具體結(jié)構(gòu)型式應便于工件的裝卸，分為開式結(jié)構(gòu)、半開式結(jié)構(gòu)、框架式結(jié)構(gòu)等。 4） 排屑方便 切屑多時，夾具體上應考慮排屑結(jié)構(gòu)。可以在夾具體開排屑槽、在夾具體下部設置排屑斜面[20]。 5） 在機床上安裝穩(wěn)定可靠 夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上相應表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應盡量低，重心越高則支承面應越大；夾具底面四邊應凸出，使夾具體的安裝基面與機床的工作臺面接觸良好。接觸邊或支腳的寬度應大于機床工作臺梯形槽的寬度，應一次加工出來，并保證一定的平面精度；當夾具在機床主軸上安裝時，夾具安裝基面與主軸相應表面應有較高的配合精度，并保證夾具體安裝穩(wěn)定可靠[21]。 3.2夾具體毛坯的類型 1） 鑄造夾具體 鑄造夾具體的優(yōu)點是工藝性好，可鑄出各種復雜形狀，具有較好的抗壓強度、剛度和抗振性，但生產(chǎn)周期長，需進行時效處理，以消除內(nèi)應力。常用材料為灰鑄鐵（如HT200），要求強度高時用鑄鋼（如ZG270-500），要求重量輕時鑄鋁（如ZL104）。目前鑄造夾具體應用較多。 2） 焊接夾具體 焊接夾具體，它由鋼板、型材焊接而成，這種夾具體制造方便、生產(chǎn)周期短、成本低、重量輕（壁厚比鑄造夾具體?。５附訆A具體的熱應力較大，易變形，需經(jīng)退火處理，以保證夾具體尺寸的穩(wěn)定性[22]。 3） 鍛造夾具體 鍛造夾具體，它適用于形狀簡單、尺寸不大、要求強度和剛度大的場合。鍛造后也需經(jīng)退火處理。此類夾具體應用較少。 4） 型材夾具體 小型夾具體可以直接用板料、棒料、管料等型材加工裝配而成。這類夾具體取材方便、生產(chǎn)周期短、成本低、重量輕，如各種心軸類夾具的夾具體及鋼套鉆模夾具體[23]。 在該畢業(yè)設計中采用鑄造夾具體，蓋板、中間板、底板的材料均采用灰鑄鐵（HT200）。HT200指的是最低抗拉強度為200MPa的灰鑄鐵，是較高強度鑄鐵，基體為珠光體，強度、耐磨性、耐熱性、減振性均較好，鑄造性能也較好，使用前需要進行人工時效處理，主要用來鑄造汽車發(fā)動機汽缸、汽缸套、車床床身等承受壓力及振動部件。 工作條件: 1.承受較大應力的零件（彎曲應力<29.40MPa）； 　　 2. 摩擦面間的單位面積壓力>0.49MPa（大于10t在磨損下工作的大型鑄件壓力>1.47MPa）； 3.要求一定的氣密性或耐弱腐蝕性介質(zhì)。 如圖3.1所示為所設計的夾具體 a 主視圖 b 左視圖 c 俯視圖 d 三維示意圖 圖3.1 夾具體圖 本設計中對零件鉆孔，需要夾具體有良好的抗壓強度、剛度和抗震性，所以選用鑄造夾具體，常見的材料為灰鑄鐵，如HT200。. HT200指的是最低抗拉強度為200MPa的灰鑄鐵，是具有較高強度鑄鐵，基體為珠光體，強度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性也良好；鑄造性能較好，需要進行人工時效處理（時效處理：消除零件在長期使用中尺寸、形狀發(fā)生變化，常在低溫回火后，精加工前，把工件重新加熱到100-150℃，保持5-20小時。對在低溫或動載荷條件下的鋼材構(gòu)件進行時效處理，以消除殘余應力，穩(wěn)定鋼材組織和尺寸，尤為重要）。 灰鑄鐵的工作條件： 1.能承受較大應力的零件（彎曲應力<29.40MPa）。 2.摩擦面間的單位面積壓力>0.49MPa（大于10t在磨損下工作的大型鑄件壓力>1.47MPa）。 3.要求一定的耐弱腐蝕性介質(zhì)。　　 灰鑄鐵的運用場合：一般運用于蓋、油盤、手輪、手把、支架、座板、重錘等形狀簡單、不甚重要的零件。這些鑄件通常不經(jīng)試驗即被采用，一般不須加工，或者只須經(jīng)過簡單的機械加工[24]。 3.3鉆模板以及鉆套的設計 3.3.1鉆模板 鉆模板結(jié)構(gòu)形式的選擇：在設計鉆模板的結(jié)構(gòu)時，主要要根據(jù)工件的外形大小、加工部位、結(jié)構(gòu)特點和生產(chǎn)規(guī)模以及機床類型等條件而定。要求所設計的鉆模板結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、制造容易[25]。 鉆模板用于安裝鉆套，并確保鉆套在鉆模板上的正確位置。常見的鉆模板有固定式、鉸鏈式、懸掛式等結(jié)構(gòu)形式 （1）固定式鉆模板 固定式鉆模板與夾具是固定連接的可以與夾具體做成一體，也可以用螺釘將它與夾具體相連接。采用這種鉆模板鉆孔，位置精確度較高[24]。 （2）鉸鏈式鉆模板 鉸鏈式鉆模板與夾具體通過鉸鏈連接。翻轉(zhuǎn)：裝卸工件時，將鉆模板往上翻；加工時將鉆模板往下翻，并用菱形銷定位[26]。夾緊：采用鉸鏈式鉆模板，工件可以在夾具上方裝入，裝卸工件方便；但翻轉(zhuǎn)鉆模板費工費時，效率較低，且鉆模板位置精度受鉸鏈間隙影響，鉆孔位置精度不高；它主要用于生產(chǎn)規(guī)模不大、鉆孔精度要求不高的場合。 （3）懸掛式鉆模板 懸掛式鉆模板是與機床主軸箱連接的，懸掛式鉆模板通常用在多軸傳動頭加工平行孔系時采用，生產(chǎn)效率高，適于在大批量生產(chǎn)中應用[27]。 本設計中為了滿足杠桿臂的需要，使杠桿臂左右兩端底面定位固定，因不同零件存在一定的誤差，應使杠桿臂被加工兩孔軸線與鉆模板軸線的重合，所以將鉆模板固定選用固定式鉆模板如圖3.2,3,4所示 圖3.2 鉆模板圖 圖3.3 鉆模板三維示意圖 圖3.3 鉆模板圖 圖3.4 鉆模板三維示意圖 3.3.2鉆套 鉆套是鉆模上特有的元件，它的作用是確定鉆頭，鉸刀等刀具的軸線位置，防止刀具在加工過程中發(fā)生偏斜，保證被加工孔的位置精度和提高工藝系統(tǒng)的剛度。根據(jù)使用特點，鉆套可分為固定式，可換式，快換式等多種結(jié)構(gòu)形式?？蓳Q鉆套用于零件單一、大批量生產(chǎn)中，方便更換磨損的鉆套。鉆套和襯套之間采用F7/m6或F7/k6配合，襯套和鉆模板之間采用H7/n6配合。當鉆套磨損后，可卸下螺釘，更換新的鉆套。螺釘能防止鉆套加工時轉(zhuǎn)動及退刀時脫出。 如圖3.5所示 圖3.5 可換鉆套 可換鉆套 3.3.3鉆模板和鉆套的具體設計 鉆模板 圖3.6 鉆模板和套筒的設計 孔鉆模板 圖3.7 鉆模板和鉆套的設計 鉆零件端面上的直徑為10mm的孔：該夾具用于零件的大批量生產(chǎn)，在鉆孔的過程中，鉆套經(jīng)常發(fā)生磨損，如果設計成固定鉆套，在使用一段時間后，磨損的鉆套會影響零件的加工精度。當單一鉆孔、大批量生產(chǎn)時，為便于更換磨損的鉆套，選用可換鉆套。在保證鉆模板有足夠剛度的前提下，要盡量減輕其重量。在生產(chǎn)中，鉆模板的厚度往往按鉆套的高度來確定，一般在10~30mm之間。如果鉆套較長，可將鉆模板局部加厚。此外，鉆模板一般不宜承受夾緊力。此處，鉆模板的厚度設計為25mm，滿足加工要求。鉆套和襯套之間采用Ф10G7配合，襯套和鉆模板之間采用Ф18H7/h6配合，因為加工四個孔的位置精度為，精度要求高，所以鉆套的孔采用五級精度（）。當鉆套磨損后，可卸下鉆套用的螺釘，更換新的鉆套。鉆零件側(cè)面上直徑為22mm的孔： 鉆模板的厚度設計為15mm，由于鉆模板和零件的鉆孔表面距離相對較遠，為保證鉆孔精度，采用加長鉆套；排屑空間h指鉆套底部與工件表面之間的空間。增大h值，排屑方便，但刀具的剛度和孔的加工精度都會降低。鉆削易排屑的鋼件時，常取h=(0.3~0.7)d；鉆削較難排屑的鋼件時，常取h=（0.7~1.5）d。此處，因為零件精度要求較高，排屑空間取零，使切屑全部從鉆套中排出。襯套和鉆模板之間采用Ф12H7/h6配合，因為加工孔的垂直度為，精度要求高，所以鉆套的孔采用五級精度（）。 鉆模板與夾具的連接固定：鉆模板支撐鉆套，對鉆套進行固定。因為螺釘固定有空隙會產(chǎn)生誤差，影響加工精度，所以將螺釘用在連接固定上，再加上圓錐銷進行固定，使鉆模板與夾具體緊密結(jié)合，避免加工時螺釘松動產(chǎn)生誤差，影響加工。 4 夾具誤差的計算 4.1角度尺寸公差 規(guī)定了未注出公差的角度尺寸的極限偏差數(shù)值；適用于金屬切削加工的尺寸，也適用于一般的沖壓加工的尺寸，非金屬材料和其他工藝方法加工的尺寸可參照采用[28]。 一般公差分精密、中等、粗糙、最粗共4個公差等級，按未注公差的線性尺寸和角度尺寸分別給出了各公差等級的極限偏差數(shù)值。 表4.1 角度尺寸的極限偏差數(shù)值 公差等級 長度分段mm ~10 >10~50 >50~120 >120~400 >400 精密f 中等m 粗糙c 最粗v 4.2定位誤差 一批工件逐個在夾具上定位時，由于工件及定位元件存在加工誤差，使各個工件所占據(jù)的位置不完全一致，加工后加工尺寸不一致，形成定位誤差，用表示。 造成定位誤差的原因有兩個：一是定位基準與工序基準不重合，由此產(chǎn)生基準不重合誤差；二是定位基準與限位基準不重合，由此產(chǎn)生基準位移誤差。 由于定位基準與工序基準不重合以及定位基準與限位基準不重合是造成定位誤差的原因，因此，定位誤差是基準不重合誤差與基準位移誤差的合成。計算時，和計算出和，然后將兩者合成而得。 合成時，若工序基準不在定位基面上（工序基準與定位基面為兩個獨立的表面），即與無相關公共變量，則=+。 若工序基準在定位基面上，即與有相關公共變量，則=。 在定位基面尺寸變動方向一定（由大到小，由小到大）的條件下，（或定位基準）與（或工序基準）的變動方向相同，取“+”號；變動方向相反，取“-”號。 4.3工件在夾具上加工的精度分析 用夾具裝夾工件進行機械加工時，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度有關的因素，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。在機械加工工藝系統(tǒng)中，影響加工精度的其它因素綜合稱為加工方法誤差。上述各項誤差均導致刀具相對工件的位置不精確，從而形成總的加工誤差。 4.4夾具誤差的計算 1) 定位誤差 機床夾具的主要功能：在機床上加工工件時，先將工件裝好，然后用夾具夾緊工件。將工件裝好，就是在機床上確定工件相對于刀具的正確位置，這一過程稱為定位[29]。將工件夾緊，就是對工件施加作用力，使之在已經(jīng)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。工件裝夾情況的好壞，將直接影響工件的加工精度，因此，準確定位就是很重要的一個環(huán)節(jié)，現(xiàn)在需計算定位誤差。 根據(jù)圖2.3圖4.1可知，第一基準Ф22e8中心線，第二基準B面。 鉆孔 定位基準中心線；限位基準中心線；工序基準中心線。 鉆孔 定位基準中心線、B面；限位基準中心線。 孔的鉆模板長度為40mm，公差等級按中等m設計，根據(jù)表5-1（角度尺寸的極限偏差數(shù)值）中得，鉆孔的定位誤差為鉆孔時的角度公差為。 2) 對刀誤差 因刀具相對于對刀或?qū)蛟奈恢貌痪_而造成的加工誤差，稱為對刀誤差。鉆頭與鉆套間的間隙，會引起鉆頭的位移或傾斜，造成加工誤差。鉆模對刀誤差的計算所示，刀具與鉆套的最大配合間隙的存在會引起刀具的偏斜，將導致加工孔的偏移量 式中 B—工件厚度； H—鉆套高度； H—排屑空間的高度。 工件厚度大時，按計算對刀誤差：； 工件薄時，按計算對刀誤差：。 鉆孔時，工件為薄壁件，所以。 鉆孔 鉆套導向尺寸為，鉆頭尺寸為。 鉆孔 鉆套導向尺寸為，鉆頭尺寸為。 3) 夾具安裝誤差 因夾具在機床上的安裝不精確而造成的加工誤差，稱為夾具的安裝誤差。 夾具的安裝基面為平面，因而沒有安裝誤差，=0. 4) 夾具誤差 因夾具上定位元件、對刀或?qū)蛟?、分度裝置及安裝基準之間的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差。夾具誤差主要包括定位元件相對于安裝基準的尺寸或位置誤差；定位元件相對于對刀或?qū)蛟ò瑢蛟g）的尺寸或位置誤差；導向元件相對于安裝基準的尺寸或位置誤差；若有分度裝置時，還存在分度誤差。以上幾項共同組成夾具誤差。 鉆端面4個的孔時，保證位置精度。按IT3級，影響尺寸的夾具誤差的定位面到導向孔軸線的尺寸誤差=0.008，及導向孔對安裝基面B的垂直度=0.004. 鉆的孔時，保證垂直度。按IT4級，影響尺寸的夾具誤差的定位面到導向孔軸線的尺寸誤差=0.010，及導向孔對安裝基面B的垂直度=0.005. 5) 加工方法誤差 因機床精度、刀具精度、刀具與機床的位置精度、工藝系統(tǒng)的受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差，統(tǒng)稱為加工方法誤差。因該項誤差影響因素多，又不便于計算，所以常根據(jù)經(jīng)驗為它留出工件公差的1/3.計算時可設 鉆孔 鉆孔 。 1.保證加工精度的條件 工件在夾具中加工時，總加工誤差為上述各項誤差之和。由于上述誤差均為獨立隨機變量，應用概率法疊加。因此保證工件加工精度的條件是 即工件的總加工誤差應不大于工件的加工尺寸。 為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因磨損而過早報廢，在分析計算工件加工精度時，需留出一定的精度儲備量。因此將上式改寫為 或 當時，夾具能滿足工件的加工要求。值的大小還表示了夾具使用壽命的長短和夾具總圖上各項公差值確定得是否合理。 2.鉆孔的加工精度計算 鉆模上鉆機殼的孔時，加工精度的計算列于表5-2中。 表5.2 用鉆模鉆孔的加工精度計算 誤差名稱 誤 差計算 加工要求 位置度 mm 垂直度 mm 0 0.0087 mm 0.011 mm 0.0185 mm 0 0 0.008+0.004 （mm） 0.010+0.005 (mm) 0.0067 mm 0.013 mm 0.0157 mm 0.0267 mm 0.0043 mm 0.0133 mm 由表5.2可知，該鉆模能滿足工件的各項精度要求，且有一定的精度儲備。 5 標準件的選用 5.1標準件 本設計中的標準件，如螺釘、螺母、螺栓等零件，常用于元件間的連接、定位、固定，要求有一定的工藝性能和良好的塑性，在使用過程中可能要承受力的作用，所以需要有適當?shù)膹姸萚28]。 根據(jù)對金屬材料的認識和了解，35號鋼滿足使用要求。 35號鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，有良好的塑性和適當?shù)膹姸?，工藝性能較好，焊接性能也可以，大多在正火狀態(tài)和調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用（正火：指將鋼材或鋼件加熱到鋼的上臨界點溫度以上，30～50℃保持適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝；正火的目的：提高低碳鋼的 力學性能，改善切削加工性，細化晶粒，消除組織缺陷。調(diào)質(zhì)：指將鋼材或鋼件進行淬火及高溫回火的復合熱處理工藝）。 35號鋼廣泛用于制造各種鍛件、熱壓件、冷拉和頂鍛鋼材，機械制造中的零件，如曲軸、轉(zhuǎn)軸、杠桿、連桿、套筒、輪圈、墊圈以及螺釘、螺母等。 35號鋼的力學性能如下： 抗拉強度： 屈服強度： 伸長率： 斷面收縮率： 未熱處理硬度： 5.2定位銷、鉆模板 圖5.1定位銷 圖5.2 鉆模板 圖5.3 鉆模板三維示意圖 圖5.4 鉆模板 圖5.5 三維示意圖 定位銷是為使工件在定位銷所占有的規(guī)格位置在加工過程中保持不變，就用夾緊裝置將工件夾緊才能保證工件的定位基準與夾具上的定位表面可靠地接觸，防止在加工過程中移動，振動或變形，滿足使用要求。 夾緊裝置有很多類型，比如偏心夾緊機構(gòu)、斜鍥夾緊機構(gòu)、螺旋夾緊機構(gòu)、彈性夾頭、彈性薄壁夾盤、壓板夾緊機構(gòu)等等[29]。在鉆孔過程中，振動可能會使偏心夾緊機構(gòu)出現(xiàn)松動的情況，所以根據(jù)設計需要采用壓板夾緊機構(gòu)，運用杠桿的原理進行夾緊和放松。直徑為25的孔與梯形絲杠連接，長度表示為Tr25H7，梯形絲杠傳力性能好，有自鎖性，在加工過程中不易打滑。 定位銷（圖5.1.）、鉆模板（圖5.2,3,4,5,6）需要有良好的綜合機械性能，選用20號鋼，45號鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼，硬度不高，可用調(diào)質(zhì)+表面淬火提高零件表面硬度（淬火：指將鋼件加熱到 Ac3 或 Ac1（鋼的下臨界點溫度）以上某一溫度，保持一 定的時間，然后以適當?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝；淬火的目 的：提高工件的硬度，強度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準備等）。 45號鋼淬火后沒有回火之前，硬度大于HRC55（最高可達HRC62）為合格，實際應用的最高硬度為HRC55（高頻淬火HRC58）；調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機械性能，廣泛應用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等；但表面硬度較低，不耐磨，可用調(diào)質(zhì)+表面淬火提高零件表面硬度。；推薦熱處理溫度：正火，淬火，回火 。 5.3輔助螺旋支撐、可換鉆套 圖5.6 輔助螺旋支撐 圖5.