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河南理工大學本科畢業(yè)設計說明書（2006屆）
前 言
四年的大學生活馬上就要結束了，我們也進入了大學生活的最后一個階段——畢業(yè)設計。畢業(yè)設計是對我們四年來所學知識的大總結和測驗我們對所學知識的掌握，也是向我們今后即將從事的工作的正常過渡。設計的正確程度也標志著我們四年來對所學知識的掌握和熟練運用程度。
四年來，在我院老師及領導的精心關懷和指導下，我學習了機械設計制造與設備專業(yè)的有關知識，同時也了解了一些相關學科的基本情況，為畢業(yè)設計打下了堅實的基礎。
我們這次設計的題目是《電機座液壓夾緊夾具》。我所設計的部分主要是夾具部分主要是夾具方面，對液壓涉及的比較少，只是在典型零件介紹中簡要提了 一下。圖書館中對這一方面的資料還是又不少相關資料，但是重復很多而且計算很少。通過整個設計過程，讓我懂得了只有閱讀大量的有關知識，觸類旁通，精密構思與計算，僅僅靠所學的知識是遠遠不能解決設計過程中所遇到的難題，通過實習和在院先進制造研究所的觀察和分析，對電機座的加工工藝有了一個初步了解。綜合以上各種材料，得出了現(xiàn)在比較滿意的結果。在姜無疾老師的辛勤指導下和同組同學的幫助下，我的這次設計取得了基本成功。
本次設計可以說是對所學知識的綜合運用，也是第一次單獨面對這樣龐大的設計工作。鑒于本人水平有限，經驗不足，設計中難免有不足之處，請各位老師同學批評指正。
第 1 章 畢業(yè)設計的目的和任務
1 畢業(yè)設計的目的
通過本次畢業(yè)設計，我們能夠達到以下目的：
1.1 培養(yǎng)我們綜合運用和鞏固擴展所學知識，提高理論聯(lián)系實際的能力；
1.2 培養(yǎng)我們收集、閱讀、分析和運用各種資料，手冊等科技文獻的能力；
1.3 使我們更加熟練的運用AUTOCAD、Word 等計算機辦公軟件，提高計算機輔助設計的能力；
1.4 訓練和提高機械設計的基本理論和技能
1.5 培養(yǎng)獨立思考，獨立工作的能力；
1.6 培養(yǎng)我們的團隊合作意識。
2 畢業(yè)設計的任務
在姜無疾老師的帶領下，我們進行了一段畢業(yè)設計前的準備，比如查詢資料，進行必要的畢業(yè)實習，然后結合自己所掌握的資料提出設計任務并進行設計。夾具作用就是在機械制造的機械加工、檢驗、裝配、焊接和熱處理等冷熱工藝過程中，用以安裝加工對象，使之占有正確的位置，以保證零件和產品的質量，并提高生產效率。
2.1 設計條件
1、準確定位所加工的工件，完全限定工件所應被限制的自由度。
2、正確夾緊工件，確定工件的位置，保證零件和產品的質量。
3、能夠順利加工出工序所要求的工件。
4、所設計的夾具要結構簡單，便于裝卸，檢修。
5、能夠提高加工效率，減輕勞動強度。
6、達到充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。
2.2 設計內容
1、設計方案的選擇與計算
2、總體結構的設計，成套圖紙及說明書。
2.3 設計關鍵
1、仔細分析工件的加工工藝過程
2、設計與工件工序相對應的夾具
3、保證成品工件符合工序的要求
2.4 設計要求
1.能保證工件的加工要求
保證加工質量是必須首先滿足的要求。保證加工質量的關鍵，就在于正確選定定位基準、定位方法和定位元件。必要時需進行誤差分析計算。也要注意夾具中其他影響加工質量的部件結構。
2.能提高生產效率，降低成本
應盡量采用各種快速高效的結構，縮短輔助時間，提高生產率。同時盡可能采用標準元件與標準結構，力求結構簡單、制造容易，以降低夾具制造成本。
3.操作方便、省力和安全
在客觀條件許可且又經濟的前提下，盡可能的采用氣動、液壓和氣液等機械化夾具裝置，以減輕操作者的勞動強度。
4.便于排屑
排屑問題是夾具設計中的一個重要問題。因為切屑積聚在夾具中，會破壞工件正確可靠地定位;切屑帶來的大量熱量會引起熱變形，影響加工質量；清掃切屑又要花費一部分輔助時間。切屑積聚嚴重時，還會損壞刀具或造成工傷事故。
5.有良好的工藝性
所設計的夾具應便于制造、檢驗、調整、維修等。
第2章 夾具方案設計
夾具設計是工藝準備工作的重要工作之一。夾具設計的質量，直接影響工件的質量、生產率和加工成本。有時甚至決定了所設計的夾具是否有使用價值。在生產實踐中，由于某些因素考慮不周到，設計和制造出來的夾具就不能使用的例子并不少見。因而應充分應用夾具設計的基本原理和知識，正確掌握夾具設計的基本方法，才能設計出先進合理和實用的夾具。
1 夾具的概述及作用
1.1 夾具的概念
在機械制造各行業(yè)的工藝過程中廣泛應用著各種不同的，用以固定加工對象，使之占有正確的位置，以便接受施工的一種工藝裝備，通稱夾具。因此，無論是在機械加工、裝配、檢驗，還是在焊接、熱處理等冷、熱工藝中，以及運輸工作中都大量采用夾具。但在機械加工中應用最為廣泛的是金屬切削機床上使用的夾具。我們通稱為夾具。
夾具在機床上用以準確、迅速地安裝工件活刀具，從而保證工件與刀具間的正確位置的一種工藝裝備。由此可知，機床夾具總的看來可以分為兩大類。一類是用以安裝工件的，一般通稱為夾具。另一類是用以安裝刀具的，一般通稱輔具。如車床上的卡盤和鏜床上的鏜模等屬于前一類；即快換鉆夾頭，刀桿托架及靠模裝置等屬于后一類。
夾具是由各種不同作用的元件組成。根據這些元件再夾具中所起的作用大體上分以下幾類：
1.定位元件——起定位作用的元件，夾具中定位元件組合稱為定位裝置。
2.夾緊元件——起夾緊作用的元件，夾具中夾緊作用的組合稱之為夾緊裝置。
3.自動定心元件或裝置——可同時起定位與夾緊作用的元件或元件的組合。
4.引導元件——引導刀具并確定刀具對夾具的相對位置的元件。
5.夾具體——用以連接夾具上所有元件和裝置，使其成為一個夾具整體的零件。
6.分度元件或裝置——用于改變工件與刀具的相對位置以獲得多個工位的元件或元件組合。
7.靠模元件或裝置——用來加工型面的元件或元件的組合。
8.動力元件或裝置——在非手動夾具中用來產生動力部分的裝置。
9.其它元件——包括與機床連接用的零件、各種連接件、特殊元件以及其它輔助元件等。
并非所有夾具都包括上述各類元件，但定位件、夾緊件和夾具體卻是各類夾具中不可缺少的組成部分。在我們這個夾具設計中出現(xiàn)的就是這種情況，只有定位件、夾緊元件和夾具體，而沒有引導元件等裝置，采用的是自動定心元件裝置。這樣可同時起定位與夾緊元件或元件組合。
1.2 夾具的作用
機床夾具在保證產品優(yōu)質、高產、低成本，充分發(fā)揮現(xiàn)有設備的潛力，便于工人掌握復雜或精密零件加工技術，減輕繁重的體力勞動等諸方面起著巨大的作用。機床夾具的設計和使用是促進生產迅速反展的重要工藝之一。因此，一切機械制造行業(yè)的廣大工人和工程技術人員，歷來都把機床夾具的改進、研制和開發(fā)，作為革新中的主要課題之一。機床夾具的作用可以歸納為如下幾個方面：
1. 夾具是保證和穩(wěn)定產品質量，實行全面質量管理的重要手段。
2. 可以提高生產成本，降低產品成本。
3. 夾具可擴大機床的工藝范圍，做到一機多能。
4. 夾具在特種零件的加工中起著特殊的作用。
5. 機床夾具在新產品的試制過程中，對縮短試制周期起著重要的作用。
6. 平衡各工序時間，以便組織流水生產。
7. 使操作方便、安全，減輕工人的勞動強度。
2 夾具設計的一般步驟
一般來說，夾具設計的過程，可分為四個階段：設計前的準備工作;擬定夾具結構方案和繪制夾具結構方案草圖；繪制夾具總裝配圖；繪制夾具零件圖。
2.1 設計前的準備工作
在設計夾具之前，一般要搜集和分析下述資料：
1. 產品零件圖；了解零件的作用、形狀、結構特點、材料及毛坯的制造的方法和余量，分析尺寸精度、加工表面光潔度、形狀和位置精度等技術要求。
2. 詳細分析加工工藝過程及本工序在整個工藝過程中的順序、加工方法和要求；了解本工序的加工余量和切削用量。對于工件的定位基準面、夾緊力的方向和作用點，如果在工藝設計中已初步確定，在設計夾具時，還應該從設計夾具的角度出發(fā)，進一步分析定位夾緊的可能性、可靠性、夾具結構的復雜性、工件安裝的方便性和操作的安全性等因素。如果由于工藝分析時所給的條件，使夾具設計發(fā)生困難，可與工藝人員協(xié)調解決，尋求合理的定位和裝夾等方案。
3. 了解使用該夾具的機床的主要規(guī)格、性能特點，機床運動情況，功率和剛度，以及在機床上安裝夾具部分的結構和配合尺寸。
4. 了解所用切削工具的結構、尺寸、運動和夾具的配合方式。
5. 了解工件的年產量、每次投產的批量和生產率要求，以便決定每次安裝工件數(shù)量和選擇相應的夾緊機構，以及確定夾具的自動化程度。
6. 熟悉夾具零部件的標準資料。以前我國主要使用機械工業(yè)通用標準“夾具零件及部件”（JB185-60~JB272-60），以及經過修改補充的第一機械工業(yè)機床研究所與幾個工廠聯(lián)合提出的“機床夾具零部件”參考標準（JJ001~JJ147）,此外，還有組合機床設計參考圖冊等。最近，國家標準總局與批發(fā)了“機床夾具零件及部件”國家標準——GB2148~2259—80及GB2262~2269—80，要求從一九八一年十月一日起實施。
7. 了解國內外先進夾具的結構資料及典型的夾具圖冊。
8. 了解工廠原有夾具的結構資料、廠頒標準，以及操作者對夾具結構的意見 。
2.2 擬定夾具結構方案、繪制工件工序圖
通過實習，詳細的了解了電機座的加工過程和仔細的分析了工件的加工工序
圖，并觀察了工件加工過程所使用的機床、刀具和夾具等相關設備
比較后，選擇了較為典型的夾具結構——電動座液壓夾緊粗鏜夾具。電動機的底座是鑄鐵薄殼結構，本道工序——粗鏜電機座要求粗鏜電機座的二端面、二止口及內孔在精加工前留下1.5毫米加工余量。本道工序的加工必須保證坯件的壁厚均勻，兩端止口尺寸精度位h7，兩止口公共軸線對兩端面的垂直度要求為 0.08，以滿足下道精加工工序時作定位作用的要求。其工件工序圖見圖2-1
圖 2-1 工件工序圖
2.3 確定夾具的結構方案
在確定夾具結構方案之前，需要了解三類信息，即零件幾何形狀信息，制造工藝信息和裝夾信息。這些信息需要在夾具設計的初期階段進行詳細分析。
零件的幾何形狀是設計夾具的基本信息，然而并非零件幾何信息的一切細節(jié)都需要識別。零件幾何模型中與夾具設計有關的信息包括零件幾何形狀的類型和外形尺寸，如在加工中心加工的零件可以分為框架類、箱體類、支架類、模具的凸、凹模，或者是特殊的結構零件，如葉輪葉片等。對不同的零件形狀，夾具結構通常是不同的。組合夾具設計時，零件的外形尺寸是選擇基礎板的主要依據： 專用夾具設計時零件外形尺寸則是確定專用夾具基本的依據之一。
加工工藝信息
設計夾具時需要的工藝信息包括：
1. 產品加工精度要求，包括尺寸精度和形位公差要求，這對夾具的方案設計、定位設計、基準的選擇、精度設計和校驗都是很重要的。
2. 工件材料、熱處理、毛坯形式和金屬切除量信息對加工過程中切屑力的估算和夾具結構的強度、剛度、穩(wěn)定性設計是必不可少的。
3. 切屑方式和加工機床的性能對于夾具設計、布局都有很大的影響。例如采用臥式銑削中心與立式加工中心時夾具的布局可能完全不同。
電機座粗鏜加工的技術要求：本道工序必須保證坯件的厚度均勻，兩端止口尺寸精度為h7，二止口公共軸線對兩端面的垂直度要求為0.08，以滿足下道精加工工序時作定位用的要求。夾具安裝在雙頭各配有組合刀具的專用機床上，有液壓程序控制進給。生產批量大要求生產效率高。
鏜床夾具也被稱為鏜模，鏜模時一種精密夾具。它主要用來加工箱體累零件的精密孔系。鏜模是依靠專門的導引元件——鏜套來導引鏜桿。從而保證所鏜的孔具有很高的位置精度。由此可知，采用鏜模后，鏜孔的精度便可不受機床精度的影響。鏜模廣泛應用于高效率的專用組合鏜床（又稱聯(lián)動機床）和一般普通鏜床。一般鏜模都有以下四部分組成：
（1）、定位元件
（2）、夾緊裝置
（3）、導引元件（鏜套）
（4）、夾具體（鏜模支架和鏜模底座）
以下便是鏜模夾具的具體設計步驟：
夾具按設計步驟可分為定位設計、夾緊設計、導向對刀設計、夾具體設計。
工件的定位是指保證同一批工件在夾具中占有一致的正確位置，這一位置的獲得可以通過定位支承限制工件的相應自由度來實現(xiàn)。當前普遍應用與工件的定位原理是六點定位原理。定位件的定位方法如下表2-1所示。
表2-1 定位方法
典型的夾緊裝置是由力源裝置、中間傳力機構、夾緊元件、夾緊元件與夾緊機構組成。在設計夾緊機構時力求結構簡單、制造容易，操作方便、安全，精度高。目前夾具應用的夾緊裝置如表2-2所示。
表2-2 夾緊機構
在我們設計的這個電機座液壓夾緊粗鏜夾緊夾具所采用的夾緊裝置就是斜楔夾緊機構。如圖2－2
導向裝置主要用于鉆床和鏜床夾具中，其作用是為了刀具導向。引導元件主要有鉆套和鏜套。。
圖 2－2 斜楔夾緊機構圖
對刀裝置主要用于銑床夾具，它由對刀塊和塞尺組成。采用對刀裝置的優(yōu)點是可以迅速而準確地確定夾具與刀具間的相對位置。
2.3.1 定位方案
夾具定位設計一般依據空間六點定位原理，即限制工件在笛卡兒空間坐標系下沿X、Y、Z三個軸方向的直線運動和繞X、Y、Z三個軸的回轉運動，即限制其空間的六個自由度。實際的定位設計則根據加工特點對工件的自由度進行限制，有時采用過定位或欠定位的方式進行定位。決定定位方法是夾具設計的主要
任務。位保證加工精度要求，需要一定的定位精度，而選定定位方法就要選擇合適的基準面。夾緊結構的選擇也受定位方法的限制，夾具結構的布局基本上取決于定位方法和工件的幾何形狀的類型。
而在我們設計的電機座液壓粗鏜夾緊夾具中，對工件采用的是五點定位:徑向是四點即六只定位爪中的四爪是定位點,而定位爪中的另外兩爪按其作用是施加定位力,故只能算作夾緊點,也就是說這兩爪是夾緊元件.端面的三爪相互連通,相當于一點,即是一個定位元件.所以不能清楚的區(qū)分出哪個爪是定位元件,那個是夾緊元件,因此應把定位﹑夾緊元件的設計放在一個設計步驟中。
工件定位點位置的確定，采用工件上的平面作定位基準時，定位面上定位點的布局對定位誤差有著直接的影響。下面討論平面上定位點位置的確定方法。
平面作主定位面時消除工件的三個自由度（、、z），一般將其抽象位三個定位點；平面作第二定位面消除兩個自由度（x、），抽象為兩個定位點；平面作第三定位面消除一個自由度（y），抽象為一個定位點。在確定定位點的位置時，除了要滿足加工要求（精度要求、支承要求、穩(wěn)定性要求等），還要注意所選的定位點應能使定位元件可接近。因此，應根據平面的定位可行度分析結果，將有效采樣單元中心點作為候選定位點，從中選取合適的定位點位置。
一般來說，確定定位面三個定位點位置的標準有三個：
（1） 定位點可使定位元件接近
（2） 三點構成的三角形面積盡量大
（3） 工件重心在主定位面上的投影點應位于三角形范圍內，以使工件定位穩(wěn)定，且投影點到三角形幾何中心的距離越近越好。
由工件工序簡圖可知：待加工面為電機內壁兩止口，其位置精度及零件加工情況簡圖2-3所示
根據零件加工面的位置精度要求，選擇定位方案。首先分析應消除的自由度數(shù)目，由圖2-1可知，要保證電機平穩(wěn)，就必須在徑向和軸線限制電機的5個自
由度。由于是大型工件且屬于生產批量大且生產效率高的工件，故應把夾緊方案設計成為便于裝卸而且工作效率高的夾緊方案。在分析和比較后，選擇由固定支
圖2－3 定位原理圖
架和活動支架及底座構成的夾具，其工作原理是一對夾緊缸在拉活動支架夾緊工作時，與固定支架一起形成框架結構，使工件在二支架間夾緊時相互受力平衡，活動支架殼移開相當距離，使裝卸工件時有足夠空間，即可規(guī)定活動支架的行程范圍，根據工件軸長為203mm，試假定活動支架的活動范圍為150～260mm其定位方案原理圖如圖2-3所示；
在該圖上我們可以看出本工序中工件所需的五點定位：徑向試四點，六點定位爪中的兩爪，按其作用是施加定位力故只能算作夾緊點，端面的三爪相互兩通，相當于一點。
2.3.2 確定夾緊方案
為了保持工件在定位時已取得的正確位置，并且在加工過程中在切削力、離心力、慣性力等外力作用下保證位置始終不變和不發(fā)生振動。則應使加緊裝置做到：
（1） 夾緊作用準確、安全、可靠。
（2） 夾緊動作迅速，操作方便省力。
（3） 夾緊變形小。
（4） 結構簡單。制造容易。
（5） 而確定夾緊力就是要確定其方向、作用點及大小。為此根據工件定位方案、結構特點、加工要求以及切削力與其他外力作用等綜合考慮。
夾緊力的方向應遵循以下原則：
（1） 夾緊力的方向應有利于減小夾緊力。
（2） 夾緊力方向應有助于定位穩(wěn)定，且加緊方向應垂直于主要定位方向。
（3） 夾緊力方向應是工件剛性較好的方向。
1. 夾緊力作用點選用原則：
（1） 夾緊力作用點的選擇應不破壞工件定位已確定的位置，即應作用于支撐上或支承所組成的面積范圍之內。
（2） 夾緊力的作用點應使夾緊系統(tǒng)的夾緊變形盡可能小
夾緊面位相對于可定位表面的可用作夾緊的表面。因為夾緊表面應該是正對著一個定位表面，所以正對著可定位表面的零件另一面是否由夾緊表面也被列為定位表面的一個特征?？啥ㄎ槐砻妫砻娴奶卣骷捌湎嗷リP系的信息結構來自零件圖和工藝設計過程設計。而定位/夾緊表面的最后決定，是在裝夾特征識別以后的夾具設計過程中決定的。
工件夾緊點是指夾緊元件與工件接觸的部位。夾緊表面規(guī)定了夾緊點的位置范圍，但不是夾緊表面上的每一點都可以作為夾緊點。正確的夾緊點位置應使各定位支承點受力均勻，使工件具有良好的穩(wěn)定性，防止夾緊變形，并且所需夾緊力較小。如果夾緊點選擇不當，則可能會增大夾緊變形，甚至破壞工件的定位或無法夾緊工件。因此，夾緊點的選擇使夾緊設計中的關鍵問題。
夾緊點的選擇與該夾緊力所指向的工件的定位基準的形式有關。當工件以空作為定位基準時，指向該定位基準的夾緊力的作用表面（夾緊表面）一般與定位基準相同，且常用脹心夾緊方式，此時夾緊元件與定位元件合為一體。
根據夾緊裝置設計的基本要求，以及夾緊力方向應垂直于主要定位平面（工序定位基準為工件的軸心線）的原則，工件屬于大批量高效率的生產方式，且要求裝卸方便，故夾緊方案應操作方便，便于裝卸，設計夾緊方案如圖2-4所示：
圖 2-4 夾緊方案圖
這種方案的優(yōu)缺點是三等分分布的定位爪由每一支架上的一對定位缸帶動各自的拉板，經斜楔拄的斜面轉折而使其作輻射方向的收攏，這與三爪卡盤的定心功能相似。
二支架上的三等分自位缸是以油脂做介質的相互溝通的封閉腔油路，它們給從三檔夾緊爪與工件的三條毛坯大筋的端面接觸時得到反饋,每爪以相同的力夾緊工件。由于油脂介質的流動性較好，壓力傳遞損失少，對相互距離較長，同道曲折的夾緊爪易于實現(xiàn)相互反饋。這種結構用于要求用于多點均勻夾緊的場合。
2.4 夾具體的設計
夾具體是夾具的基礎件，它既要包夾具的各種元件、機構、裝置連接成一個整體，而且，還要考慮工件裝卸方便以及夾具與機床的連接方式。因此，夾具體的形狀和尺寸，主要取決于夾具各組成件的分布位置，工件的外形輪廓尺寸以及加工的條件等。
2.4.1 計夾具時應滿足以下一些基本要求：
（1） 足夠的剛度和強度。加工工件時，為了防止在切削力、夾緊力等外力的作用下，夾具產生不允許的變形和振動，夾具體應具有足夠的壁厚，剛性不足處可適當增加加強筋。
（2） 力求結構簡單、重量輕。夾具體的外形一般尺寸較大，結構比較復雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，應特別注意其結構工藝性。
（3） 應便于排除切屑。加工過程中為了防止切屑聚積，影響工件的正確定位和夾具的正常操作，因才在設計夾具體時應考慮切屑的排除問題。
（4） 在機床上的安裝應穩(wěn)定可靠。對于固定在機床上的夾具，應該使重心盡量低；對于不固定在機床上的夾具，則重心和切削力作用點應落在夾具體的作用范圍之內，重心越高夾具支承面積越大。為了使夾具安裝穩(wěn)定可靠，夾具體底面中部通常挖空。對于翻轉或移動式夾具體，應在夾具體上設置手柄或手扶部件，以便于操作。對于大型夾具，在夾具體上應設置吊環(huán)螺栓或者起重孔，以便于吊運。
應具有良好的結構工藝性和經濟性。夾具體上有三個重要的表面，直接影響夾具的裝配精度，即夾具體底面，固定定位元件和引導裝置的表面，以及夾具安裝時的校正基面。在加工這些表面時，通常是以夾具底面作為定位基準，因此在考慮夾具體的結構時，應便于達到這些表面的加工要求。在夾具體上供安裝各種元件的表面，一般應鑄出3～5mm的凸臺，以便于減少加工面積。
根據待加工表面的位置情況，需要采用組合刀具加工兩端面以及鏜內孔壁。
圖 2－5 夾具體圖
那么設計的夾具體結構就應該適合加工要求.依據上述設計夾具體的基本要求,我們把夾具體設計成如圖2－5所示。
螺釘1固定支架,防止支架在夾具受到外力(如切削力等)作用時發(fā)生振動,產生位移,造成工件的加工誤差.
螺釘2是用來固定加緊缸,防止加緊缸在工作時來回移動.
2.4.2 夾具體的外形尺寸
夾具制造屬于單件生產性質，在作夾具設計時，一般無需復雜的計算，通常是參照類似結構，采用類比法估計確定。實際上，在繪制夾具總圖時，根據夾具的各組成元件，裝置和機構所在的位置，夾具體的外形尺寸便已大體確定。以下數(shù)據可供確定夾具體結構尺寸時參考：鑄造結構夾具體，壁厚一般取8～25mm，過厚處應挖空。如圖2-6
圖 2-6 夾具體
在圖2-6中所顯示的挖空部分厚度為50mm。
3 繪制夾具結構草圖
通過以上各個部分的設計,對夾具已有了大體輪廓,下面就需要對夾具結構進行詳細設計。其步驟如下:
3.1 布置圖面
畫出工件位置,選擇適當比例(一般為1:1),在圖紙上用雙點劃線繪出工件2~3個方向的輪廓線,主視圖一般選面對操作者的加工狀態(tài)或工件裝卸的位置,各
圖 2-7 工件圖
視圖之間留足夠空隙以便布置夾具元件,工件圖如圖2-7。
3.2 設計定位﹑夾緊元件
因為本工序對工件只需五點定位:徑向是四點即六只定位爪中的四爪是定位點,而定位爪中的另外兩爪按其作用是施加定位力,故只能算作夾緊點,也就是說這兩爪是夾緊元件.端面的三爪相互連通,相當于一點,即是一夾緊元件的設計放在一個設計步驟中。個定位元件.所以不能清楚的區(qū)分出哪個爪是定位元件,那個是夾緊元件,因此應把定位﹑
根據選定的定位方案和定位元件類型尺寸和具體結構繪在相應的視圖上,與工件的定位基準形狀和精度相適應.設計夾緊裝置,將所選定的夾緊裝置的具體結構按視圖繪在圖上,表示出工件處于夾緊狀態(tài).其夾緊、定位原理如圖2-8所示
主視圖
側視圖
圖 2-8 定位夾緊原理圖
設計夾具體,形成夾具結構草圖,將上述各部分組成聯(lián)系成一體,形成一個完整的夾具.圖2-9便是電機座粗鏜工序的鏜摸夾具總圖
在完成結構草圖設計之后,為了進一步論證方案的可行性,應作必要的夾具精度分析及夾緊力矩大小等驗算。
圖 2-9 夾具總圖
3.3 夾具精度的驗算
在上述結構中,對夾具有精度要求的主要是工件的二止口和兩端面的位置精度.兩端止口尺寸精度為h7,二止口公共軸線對兩端面的垂直度要求為0.08,而影響該項精度要求的因素有:
（1） 工件定位誤差
定位原理只解決了工件在加工中的位置“定與不定”的問題。然而一批工件在夾具中定位時，對每一工件的具體表面來說均在允許的公差范圍之內發(fā)生變化，各個表面都有著不同的位置精度。故需要進一步討論工件在正確的定位的情況下，加工表面所獲得的尺寸，以及相互位置的精度如何，即解決“精與不精”的問題，而工件在夾具中安裝時，與其直接有關的基準又兩個，即工序基準和定位基準。
本工序對工件只需五點定位：徑向是四點，六只定位爪中的兩爪，按其作用是施加定位力，故只能算作夾緊點，端面的三爪相互連通，相當于一點。
在徑向定位上，由于工件是薄殼結構，夾緊力不宜在徑向施加，但工件又是毛坯，不但三條大筋的直徑尺寸又鑄造誤差，而且其軸心線對端面也又任意方向的垂直度誤差，夾具定位與夾緊關系如示意圖的上圖所示，其定位爪固定（這可省去定位缸、拉板等結構）而每邊相互成120°用二只爪，無定位力，于是前者會造成“e”的誤差而后者在夾緊后會造成“ψ”的誤差（實際上是工件偏離任二定位爪為△的距離），而這兩者的誤差都是混在一起發(fā)生的,由工序圖可知，在工件制造過程中，毛坯的三條大筋的直徑尺寸的鑄造誤差在e≦0.07mm范圍之內，即三條大筋所構成的圓的圓心與理想工件的圓心在徑向方向的偏移距離e≦0.07mm，該誤差范圍在本工序要求二止口公共軸線對兩端面的垂直要求為0.08的范圍內，從這個方向考慮，該夾具可以滿足加工要求。
而兩端面的三爪相互連通，所受的作用力大小相等。因此&將產生極小的誤差，可以不予考慮。
（2） 工件導向誤差
夾具在機床上安裝后，需要調整夾具相對于刀具的相對位置，但由于制造夾具時，對刀塊或導向裝置對定位元件的位置不準確，導致加工表面尺寸變化。由此所產生的加工誤差，稱為調刀誤差。在本工件加工的夾具裝置中，由于沒有設計鏜套裝置，即沒有導引元件，故夾具不存在導向誤差。
3.4 夾緊力（矩）的驗算
在確定了工件的夾緊點位置后，就可以根據切削力的大小合方向來計算所需的夾緊力了，切削力的大小可從有關書籍合手冊中查找相應的數(shù)據和公式進行計算，或通過切削試驗測得。至于切削力的方向，在夾具設計中應盡可能使其指向定位支承，以減小所需的夾緊力。
圖 2-10 斜楔結構圖
夾緊力的大小必須適當，夾緊力過小，工件在夾具中的位置可能在加工過程中產生變動，破壞原有的定位，這樣不僅影響加工質量，甚至還可能造成事故，夾緊力過大，則會使工件和夾具產生過大的變形，也會影響加工質量，而且還將造成人力、物力的浪費。
本夾具的夾緊力來自夾緊爪，若采用原結的夾緊爪，則夾緊爪和活塞是整體結構，當爪端在接觸工件而受力后，整個活塞總是在平衡缸內側，見圖2-10
這一現(xiàn)象會產生下列缺點：
（1） 使活塞易在缸內卡住，并引起工作間隙不均勻，實質是增大了間隙，在160N平方厘米的工作壓力下，難以保證密封性能。經過多次使用后，鑄鐵活塞缸口會產生環(huán)口變形，這更會增大間隙，影響密封性能，造成泄漏，降低夾緊性能。
圖 2-11
（2） 爪端與工件的接觸面積很小，實際上是點接觸。
若將原結構改進成如圖2-11所示，將能取得如下的優(yōu)點：
（1） 充分利用支架的寬度，以加長活塞在杠體內的有效導向長度，減少活塞在平衡缸內的傾斜度而使間隙趨于均勻，從而提高密封性能。
（2） 爪端用球面塊，與工件接觸時能自位，加大夾緊爪與工件的接觸面積，為球的球心位置給以一定的k、m植時，使其產生一W力，減少活塞傾斜趨勢。
（3） 適當加大了活塞直徑，以降低油腔內的工作壓力，若直徑為24mm時，經折算油缸壓力降至110N平方厘米。
（4） 活塞尾端對應部位可作—— —c*h 的平面，使其得到-N力，該力也有抵消活塞傾斜作用。
（5） 活塞內腔可加一強力彈簧，使活塞在未受載時伸出，受載時既起了緩沖作用又可降低油腔壓力。
（6） O型密封圈受壓，對側可加擋圈，能增強密封能力。
這幾條措施對改善爪端與工件的接觸情況和防止油腔泄漏及延長夾緊部分的使用壽命都有一定作用。
由上圖可知，定位爪的受力方式如上圖所示，其各力的大小可通過以下公式計算：
則由上面章節(jié)中知道，工件受力為1100N，而在上圖中有以下數(shù)據是已知的：
由以上數(shù)據可以計算各個力為：
又因為本夾具的夾緊結構采用的是斜楔夾緊結構，其導向是移動柱塞單頭導向，
斜楔結構如圖2-12所示：
圖2-12 斜楔結構圖
則斜楔夾緊機構傳力比計算公式為：
式中 P——作用在斜楔夾緊機構上的外力；
Q——斜楔面上所產生的夾緊力（N）；
——多斜楔面夾緊機構上，每一斜楔面上所產生的夾緊力（N）；
N——多斜楔面夾緊機構的斜楔作用面數(shù)；
——斜楔夾緊機構的斜楔角；
——平面摩擦時，作用在斜楔面上的摩擦角；
——平面摩擦時，作用在斜楔基面上的摩擦角；
——移動柱塞雙向導向時，導向孔與移動柱塞間的摩擦角；
——滾子作用在斜楔面上的當量摩擦角：
d——滾子轉軸直徑（mm）；
D——滾子外徑（mm）；
——滾子作用在斜楔面上的當量摩擦角：
h——移動柱塞導向孔長度；
l——移動柱塞導向孔中點到斜楔面的距離（mm）；
在本結構中，斜楔的斜楔角為，則由《金屬切削機床夾具設計手冊》中
表3－35得知，每個斜楔面的行程比，斜楔夾緊機構理想傳動比，＝1.57，傳動效率，則所需的推力。
計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)，以簡化計算。根據工件受切削力、夾緊力（大工件應考慮重力，高速運動的工件應考慮慣性力等）后的靜力平衡條件，計算出理論夾緊力，再乘以裕度系數(shù)K作為實際夾緊力，即
在確定夾緊力裕度系數(shù)時，應考慮切削力計算誤差、切削力波動、夾緊力源波動、刀具狀況、加工性質等因素的影響。因此，可采用下式來計算
式中 ——基本安全系數(shù)，主要考慮切削力的計算準確性和切削力波動的影響， 一般＝1.5
——加工狀態(tài)系數(shù)（考慮到加工特點的系數(shù)）。粗加工：＝1.2，精加
工：＝1.0
——刀具鈍化系數(shù)（考慮到刀具磨損的系數(shù)）。一般＝1.0～1.9，具
體值可按下表3選??；
——切削特點系數(shù)（考慮切削情況的系數(shù)）。連續(xù)：＝1.0；斷續(xù)：
＝1.2
——考慮夾緊動力穩(wěn)定性系數(shù)。若手柄位置操作方便，手柄偏轉角范圍時，
＝1.0；若手柄位置操作不方便時，手柄轉動角度范圍（）時，＝1.2；
——考慮夾緊動力穩(wěn)定系數(shù)。手動夾緊：=1.3；機動夾緊：＝1.0；
——僅在由力矩企圖使工件回轉時，才應考慮支承面接觸情況的系數(shù)，
若工件時安裝在支承釘上，接觸面積小時，＝1.0；若工件安裝在支承板上，
其它接觸面積較大元件上時，＝1.5。有的文獻根據生產經驗取K＝1.5～3，
其中粗加工取K＝2.5～3，精加工取K＝2.5～3
不同的加工要求和不同的裝夾方案所需的理論夾緊力的大小也各異。各種情況
下理論夾緊力的大小可從有關的書籍和手冊種查找相應的公式進行計算。經過查表
表 3 系數(shù)
加工方法
切削分力情況
鑄鐵
鋼
鉆 削
1.5
1.10
粗 擴
1.3
1.2
精 擴
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
0.95
1.75
1.05
1.5
1.0
平 銑
（粗、精）
1.2~1.4
1.75~1.90(軟鋼)
1.2～1.4（硬鋼）
端 銑
（粗、精）
1.2~1.4
1.75~1.90(軟鋼)
1.2～1.4（硬鋼）
磨 削
——
1.15～1.20
拉 削
——
1.55
3－20得，。
當工件上有幾個方向的夾緊力時，還應考慮夾緊力的作用順序。對于僅為了使工件與定位支承件可靠接觸的夾緊力應先作用，且不易太??；而用以平衡切削力的主夾緊力應在最后作用。為了使夾緊操作簡便，常采用使夾緊力同時作用或自動地按大小順序作用的聯(lián)動夾緊裝置。
通過以上原理和數(shù)據可以得到：
那么
為防止工件轉動所需的夾緊力為：
式中 R——工件待加工表面直徑；
M——切削扭矩，。
則
所以
其中 K＝4.03
取 f＝0.8
又知道工件受到切向力
得
又已知工件受到軸向力，則為防止工件軸向移動所需的夾緊力為
因此 N
最后取總的夾緊力W＝1057.88N。由于在電機座粗鏜夾具中的夾緊方式類似于三爪卡盤，所以每個卡爪所需的夾緊力為：
式中 n——夾緊爪爪數(shù).
我們所設計的夾具的夾緊力最小值為360N，所以符合要求，可以使用。
3.5 繪制夾具總圖
在經過分析、論證并確定夾具結構之后，即可按草圖所形成的總圖正式繪制成夾具，見下頁圖2-13。
總圖的繪制過程大致和上面所示的步驟相同，只是要求圖面大小、比例、視圖布置、各類線條、粗細等均要求嚴格符合機械制圖國家標準的要求
3.6 夾具總圖上應標注的尺寸
夾具總圖中除應將結構表示清楚外，還應反映以下五方面的內容：
1、標注有關尺寸、公差及配合，見圖3-8，包括：
（1） 具外形輪廓尺寸。
如圖中500×54.5×465（長×寬×高）尺寸，對于某些夾具上的可移動部分還應表示出其極限位置尺寸（用雙點劃線）。
（2） 重要部位的配合尺寸與配合性質。
如工件與定位元件，定位元件與夾具體，快換鉆套與襯套，活塞與缸體等部分尺寸和配合性質以及精度等級。有關配合性質的選取根據工作情況查閱《機床夾具設計手冊》。
（3） 夾具與刀具的聯(lián)系尺寸
這類尺寸是用來確定夾具上對刀——導引元件的位置。對于銑刨夾具而言，若沒有對刀元件這類尺寸就是指對刀元件與定位元件的位置尺寸；對于鉆鏜夾具來說，便是指鉆（鏜）套與定位元件間的位置尺寸[一般只需標出其中一個鉆（鏜）套與定位元件的位置尺寸即可] 鉆（鏜）套之間的位置尺寸，以及鉆（鏜）套與刀具導向部分的配合尺寸。在本夾具中，由于沒有導引元件和鏜套，故只需指出對刀元件與定位元件的位置尺寸。
圖 2-13 夾具結構總圖
（4） 夾具與機床連接部分的尺寸
這類尺寸表示夾具如何與機床有關部分連接，從而確定夾具在機床上的正確位置。對于車床，圓磨床夾具，則是指夾具上的定位鍵與U型槽和機床工作臺上的T型槽的配合尺寸。標注尺寸時，還常以夾具上的定位元件作為相互位置尺寸的基準。
（5） 其它裝配尺寸
這類尺寸屬于夾具內部的配合尺寸。它們和工件、刀具、機床無關。主要是為了保證夾具裝配后能滿足規(guī)定的使用要求而標注的。
3.7 具總圖上公差配合的制定
夾具公差又可分為與工件加工尺寸直接有關的和與工件加工尺寸無直接關系的兩類。屬于前者的，如夾具上定位元件之間等有關尺寸公差。它們直接與工件上相應的加工尺寸公差發(fā)生聯(lián)系，因而按工件加工尺寸公差來決定。屬于后者的，如定位元件與夾具體配合尺寸公差，夾緊裝置各組成零件的配合尺寸公差，主要根據零件的功用和裝配要求，按一般公差與配合的制度原則來決定。下面就分別敘述這兩類公差制定原則：
3.7.1與工件加工尺寸直接有關的夾具公差
夾具的制造誤差，直接影響工件的加工精度和夾具的使用壽命。所以必須制定合理的公差配合，把夾具制造誤差控制在一定范圍內。這可用下面不等式來表示：
式中 —夾具的制造誤差；
—工件的加工誤差；
—其它影響工件加工精度的工藝系統(tǒng)誤差總和（除了夾具制造誤差與夾具磨損影響外）；
—因夾具磨損所引起的加工誤差；
從上式可知，當與一定時，若愈大，則必愈小，則必愈小，即夾具使用壽命愈短。反之，若愈小，則雖增大，但對夾具制造要求高了，勢必增加夾具制造周期與制造費用。
由于目前誤差分析計算方法還不成熟，在實際生產中，還不能直接用上面的不等式關系來計算。而通常根據實踐中累積的經驗數(shù)據來確定，一般取工件加工尺寸公差的（1/2~1/5）作為夾具有關尺寸的公差。具體選用時，要結合工件的加工精度要求，生產批量的大小，工廠在夾具制造方面的生產技術水平等因素，進行全面考慮。一般可按以下幾點原則來選?。?
（1） 在夾具的制造精度能經濟地達到的前提下，盡可能減小，增大，以延長夾具使用壽命。
（2） 在夾具的制造精度不能經濟的達到；甚至發(fā)生困難的情況下，則應適當放大，減小。
（3） 若生產批量很大，為了保證夾具的使用壽命，可適當減小，增大，雖然使制造費用略有增加，但總體來看，往往會是經濟的，若生產批量小，夾具的使用壽命問題不突出，即可適當增大，減小，以便于制造。制定上述夾具公差時，還須注意下列幾個問題：
（1） 若沒有特殊的情況，一般都應以工件的平均尺寸作為夾具相應尺寸的基本尺寸。在夾具總圖上，標注這類尺寸公差時，一律采用雙向對稱分布公差制。否則，便不能保證加工尺寸精度。
（2） 要用工件上相應的工序尺寸作為夾具的基本尺寸，而不一定是零件圖上的最后尺寸。
（3） 若定位孔或定位外圓不是基準軸，則確定心軸或定位套的尺寸公差時，應注意保證其配合的性質。
3.7.2 與工件加工尺寸公差無直接聯(lián)系的夾具公差
這類公差的制訂，應按其在夾具中的功用和裝配要求來選用。大致歸納為下列四種情況：
導引元件與夾具的配合
（1） 導引元件在夾具上起導向作用，而有相對滑動且精度要求較高的部件，大體上可參照上述公差配合選用。
（2） 有相對運動而無導向作用的元件間的配合
（3） 配合件間有導向要求，但精度較低時，常用。
（4） 固定不動的元件間配合若不另用緊固固定，常采用 、、、等。若另用緊固件固定，常采用、、等。
根據以上的標準要求和范圍，在夾具結構總圖上標注。具體標注見夾具結構總圖。
3.7.3 夾具總圖上技術條件的制定
設計中，除了規(guī)定有關尺寸精度外，還要制定各有關元件之間，各元件的有關表面之間的相互位置精度，以保證整個夾具的工作精。這些相互位置精度要求，常用文字或符號表示，習慣上就通稱之為技術條件。一般夾具的技術條件大致可歸納為下面幾個方面：
（1） 定位元件之間或定位元件對夾具體底面之間的相互位置要求。
（2） 定位元件與連接元件（或找正基面）間的相互位置要求，夾具在機床上的正確加工位置，是借連接元件（或找正基面）來保證的，而工件的正確加工位置，又是靠夾具上的定位元件來保證的。因此，工件在機床上的最終位置，實際上由定位元件和連接元件間的相互位置來確定的。故夾具上定位元件與連接元件之間，必須有一定的相互位置要求。
（3） 對刀元件與連接元件（或找正基面）間的相互位置要求
（4） 定位元件與導引元件間的相互位置要求
有時為了保證操作能正常而安全地進行在夾具總圖中，必須規(guī)定相應地技術條件。以上所歸納地四類技術條件，都是為保證工件相應的加工技術要求所必須的，而且這也是使用車間在驗收和定期檢修夾具工件的依據。必須根據具體情況把它們標注在夾具總圖上。凡與工件加工技術條件直接有關者，其位置誤差數(shù)值同樣可按工件加工技術條件所規(guī)定數(shù)值的（1/2~1/5）選取；若與工件加工技術條件無直接關系時，即可參考下列數(shù)據酌情選用：
（1） 同一平面上的支承釘或支承板間的等高誤差，一般不大于0.02毫米。
（2） 定位元件工作表面對定位鍵槽側面的平行度或垂直度，一般不大于100：0.02毫米。
（3） 定位元件工作表面對夾具體底面的平行度或垂直度，一般不大于100：0.02毫米。
（4） 鉆套軸線對夾具體底面的垂直度不大于100：0.5毫米。
（5） 鏜模前后鏜套的同軸度不大于0.02毫米。
（6） 對刀塊工作表面對定位元件工作表面的平行度或垂直度不大于100：0.03毫米。
（7） 對刀塊工作表面對定位鍵槽側面的平行度或垂直度，一般不大于100：0.03毫米。
（8） 車磨夾具的找正基面對其回轉中心的徑向跳動不大于0.02毫米。
本夾具的具體技術條件是：
（1） 本夾具加工前應保證零件圖上的所有尺寸
（2） 加工后對稱孔的中心距不變
（3） 加工后孔的尺寸為
（4）與的不同軸度允差0.04
（5）與孔中心線與導軌平行度允差100：0.02。
3.7 液壓傳動原理
通過以上的夾具設計過程，夾具結構已經完成，但其在液壓動力下的工作原理還需少作陳述。
在下面這張液壓夾具原理圖2-14中很形象的表示出夾具中所有元件及其所在的位置和它們之間的相互關系。
A — 夾緊缸 B — 定位缸 C — 自位缸
圖 2-14 夾具原理圖
在本夾具圖中，采用時間繼電器來控制Ι閥和Π閥的動作轉移，由于油液粘度及A缸的工作速度隨油液的工作溫度變化而變化，不能很可靠地在活動支架移近到離工件1～2毫米時實現(xiàn)動作轉換，為此需經常調整時間繼電器的延時時間。
若在活動支架和底板件裝一個行程開關，當活動支架移近到離工件1～2毫米時，行程開關被壓下，然后通過中間繼電器使閥Ι失電，恢復到中間機能，Π閥執(zhí)行左邊機能。這種利用行程控制地方法，能夠使實現(xiàn)動作轉移地位置不受油液工作溫度變化的影響，大大提高程序控制的可靠程度。
3.8 夾具總體設計中須注意的問題
在夾具總圖繪制過程中，除了要標注尺寸公差和技術條件外，還必須注意總體結構是否合理，是否能滿足夾具工作的需要。下面就結合本夾具的例子來說明。
3.8.1 防止工件誤裝
圖2-15表示工件以大孔2和小孔4分別在圓銷1和圓銷3上定位。為了保證加工精度，定位孔已經過較精確的加工。該工件另一旁還有一孔5，其直徑大小和距大孔的孔心距都和孔3 相同。因此，操作者往往容易誤裝，把工件以大孔2和小孔5來定位，使工件轉了。這樣加工會出廢品，造成質量事故。在總體設計時，要根據工件形狀特點，采取措施，防止誤裝。圖中就是在旁邊增加一個銷
子6，它與工件外形斜面有足夠不會影響工件正確安裝。若工件轉時，因右邊長方形外形被銷子擋住，無法裝入，就可及時發(fā)現(xiàn)錯誤，加以糾正。有一些蓋板間
1－柱定位銷； 2－定位大孔； 3－削邊定位銷；
4－定位小孔； 5－非定位孔； 6－擋銷；
圖 2-15
隙，、箱體、底座等零件，常利用其現(xiàn)有的一組緊固螺孔中的兩個（一般是相距最遠的兩個）作為定位孔。對此兩孔必須進行較精確的加工。此時，常會有發(fā)生誤裝的可能，設計時，要根據工件的特征，增加防止誤裝的標志。
在本工序中，由于工件的安裝方法是工件的軸線方向與水平面平行，且工件的兩端面的形狀是一樣的，所以說工件的安裝是不分端面的，所以不存在工件誤裝的問題。
（1） 注意檢查運動零部件是否會受到妨礙，是否能達到預期的運動要求
圖2-16表示由于沒有給搖臂1的端部在2的槽內留出足夠的間隙使搖臂1
不能由圖示的位置在繼續(xù)按箭頭方向運動。而在本工件的加工工序中，工件的定位、夾緊方式是通過夾緊缸拉動的活動支架，與固定支架一起形成框架結構來夾
緊工件，活動支架的三個定位爪相當于三爪卡盤，夾緊工件時是同時在工件的外端面夾緊工件，而不存在因沒有足夠的間隙而影響夾緊運動。
圖 2-16
（1） 頂出工件的裝置
因工件重量較重或冷卻液影響，使得不易抓住工件，使取出工件困難。這時就應設置頂出工件裝置，把工件頂起，便于取出或移走。
圖2-17是頂出裝置的例子。1是工件，在夾具體的定位孔2中定位。夾緊力J把工件保持在正確的位置上。當夾緊機構放松后，頂銷3在彈簧4的作用下，
把工件頂起，便于取去。設計時，彈簧力P應比夾緊力要小。由上圖可知，在設計這類裝置時，要注意以下二點：
圖 2-17
1) 頂銷的行程要有限位機構控制工件抬起的距離。圖中頂銷3由其凸肩限位。
2) 夾緊元件要移開或讓開足夠的距離，使工件能被頂起不受阻礙。
在本工序的加工中，雖然電機座工件重量較重，但因其安裝方式特殊，是靠固定支架和固定支架的六個定位爪和六個定位缸定位、夾緊的，活動支架在液壓缸的拉動下，便可很容易的松開工件。因此在本夾具中可以免去設計頂出工件的裝
（2） 要考慮毛坯的制造誤差，避免工件裝不進或裝不牢
圖 2-18
圖2-18中所示的工件，以底面和內孔定位，在一反轉式鉆模中鉆孔。工件與夾具體之間的間隙留得太小[見圖（a）]，沒有考慮夾具體制造后，不加工的內壁面上將留下抜模斜度α，結果夾具體得實際形狀和尺寸如圖（b）所示。B
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