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三.夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。
經(jīng)過與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)工序——鉆4-?7孔的鉆床夾具。本夾具將用于Z5025立式鉆床，刀具為高速鐵錐柄麻花鉆 。
（一）提出問題
本夾具用來鉆?7mm孔加工本道工序時(shí)，該孔表面粗糙度沒有過高的精度要求。因此，在本道工序加工時(shí)，主要考慮如何保證孔的定位，如何降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
（二）夾具設(shè)計(jì)
1.定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知，以側(cè)面為定位基準(zhǔn)，采定位銷用為輔助支承，同時(shí)為了縮短本工序的輔助時(shí)間，應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)可以快速更換工件的夾緊裝置。
2.切削力和夾緊力的計(jì)算
刀具：麻花鉆，?7mm
軸向力： （N）
扭距： （Nm）
在計(jì)算切削力時(shí)必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，安全系數(shù)
為基本安全系數(shù)1.5；
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1；
為刀具鈍化系數(shù)1.2。
所以 （N）
夾緊力：在此夾具中，只是為了防止工件在加工過程中的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，因此很小。
3.定位誤差分析
定位尺寸公差的確定。工件的主要要求同軸度，同軸度的誤差主要有鉆套和襯套的不同同軸度引起的,襯套的同軸度小于0.005；鉆套的同軸度小于0.005而零件要求的最大同軸度為0.01.
定位尺寸公差的確定。夾具的主要定位元件是一根定位軸，該定位軸的尺寸與公差現(xiàn)定與本零件在工作時(shí)與其相配的軸的尺寸與公差相同,取其公差為n6，即?。
定位軸與零件的最大間隙為：
max=0.05-(0.033)=0.017mm
而零件要求的最小偏差為：
min=0.045-0=0.045
因此最大間隙滿足精度要求.
4.夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說明：
如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，為此，應(yīng)首先著眼于采用何種夾緊裝置以減少更換工件的輔助時(shí)間。本夾具設(shè)計(jì)采用螺栓夾緊裝置，只要松開螺栓即可取下工件，可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且本夾具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單、緊湊。
鉆孔的專用夾具設(shè)計(jì)
在成批、大量生產(chǎn)中，工件的裝夾是通過機(jī)床夾具來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)床夾具在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，機(jī)床夾具的功用主要是：穩(wěn)定地保證工件的加工精度；減少輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。齒輪傳動(dòng)箱體的孔加工精度，位置精度要求都較高，如果選用常規(guī)的夾具（即通用夾具）其生產(chǎn)效率是很低的，同時(shí)加工精度也不容易保證?？紤]到齒輪傳動(dòng)箱體零件屬于批量生產(chǎn)，所以應(yīng)該對(duì)其設(shè)計(jì)專用夾具，以保證加工精度和位置精度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
4.1 定位方案的設(shè)計(jì)
本夾具的定位方案如下圖所示，采用1個(gè)短圓柱銷、1個(gè)菱形銷和支承平面定位，同時(shí)運(yùn)用支承板來快速找正工件在夾具體中的位置。
其中：一個(gè)菱形銷限制的自由度為: 。
一個(gè)短圓柱銷限制的自由度為：，。
支承平面限制的自由度為：，，
綜上，該定位方案限制了工件的6個(gè)自由度，較好的滿足零件加工要求，定位合理。
4.2定位誤差分析與計(jì)算
所謂定位誤差，是指由于工件定位造成的加工面相對(duì)工序基準(zhǔn)的位置誤差。因?yàn)閷?duì)一批工件來說，刀具經(jīng)調(diào)整后位置是不動(dòng)的，即被加工表面的位置相對(duì)于定位基準(zhǔn)是不變的，所以定位誤差就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。造成定位誤差的原因有：由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不一致所引起的定位誤差，稱基準(zhǔn)不重合誤差，即工序基準(zhǔn)相對(duì)定位基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，以表示；由于定位副制造誤差及其配合間隙所引起的定位誤差，稱基準(zhǔn)位移誤差，即定位基準(zhǔn)的相對(duì)位置在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量，以表示。
分析和計(jì)算定位誤差的目的，就是為了判斷所采用的定位方案能否保證加工要求，以便對(duì)不同方案進(jìn)行分析比較，從而選出最佳定位方案，它是決定定位方案時(shí)的一個(gè)重要依據(jù)。
4.2.1 定位元件尺寸公差的確定
夾具的定位形式是一面兩孔，即一個(gè)短圓柱銷、削邊銷和支承板之間的保持元件的定位精度。
由公式
其中代表公差，代表基準(zhǔn)孔與定位元件間的最小間隙
由于定位銷和孔間的配合代號(hào)是，查表2-40，IT6=0.008
IT5=0.005,又銷與孔間的最小間隙都是0，故代入公式：
=0.008+0.005=0.013mm，
注：為工件中心線的偏轉(zhuǎn)角度誤差代入數(shù)據(jù)求得滿足定位要求。
4.3導(dǎo)向元件設(shè)計(jì)
鉆床夾具的刀具導(dǎo)向元件為鉆套，鉆套的作用是確定刀具相對(duì)夾具定位元件的位置，并在加工中對(duì)鉆頭等孔加工刀具進(jìn)行引導(dǎo)，防止刀具在加工中發(fā)生偏斜。
由于該孔的加工方法是先鉆孔，后鉸孔。所以，采用快換式鉆套，由于齒輪傳動(dòng)箱體零件的特殊結(jié)構(gòu)，為了便于裝夾工件，所以自行設(shè)計(jì)快換鉆套。其結(jié)構(gòu)如上圖所示
4.3.1鉆套高度和排屑間隙
鉆套高度與所鉆孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具剛度、工件表面形狀等因素有關(guān)。鉆套高度H越大，刀具的導(dǎo)向性能越好，但刀具與鉆套的摩擦越大，一般取H=(1-2.5)d，孔徑小、精度要求高時(shí)，H取較大值。H=(1-2.5)d=(1-2.5)16=(16-40),取H=40mm。
鉆套底部與工件間的距離h稱為排屑間隙，H值應(yīng)適當(dāng)選取，h值太小時(shí)，切屑難以自由排出，使加工表面被破壞；h值太大時(shí)，會(huì)降低鉆套對(duì)鉆頭的導(dǎo)向作用，影響加工精度。加工鑄鐵時(shí)，h=（）d；加工鋼時(shí)，h=()d。由于齒輪傳動(dòng)箱體材料為HT200，所以其排屑間隙h=()d=()16=(),取h=10mm。
4.4夾緊裝置的設(shè)計(jì)
在加工過程中，工件會(huì)受到切削力、慣性力、離心力等外力的作用，為了保證在這些力作用下，工件仍能在夾具中保持定位的正確位置，而不致發(fā)生位移或產(chǎn)生振動(dòng)，一般在夾具結(jié)構(gòu)中都必須設(shè)置一定的夾緊裝置，把工件壓緊夾牢在定位元件上。
在該夾具體設(shè)計(jì)中，由于所選用的定位方案的夾緊力與切削力的方向一致，所需夾緊力較小，所以采用鉤形壓板（組合）式夾緊機(jī)構(gòu)。夾緊力的計(jì)算采用
計(jì)算，其中的--摩擦系數(shù)，一般取0.1-0.15，由于在進(jìn)行鉆孔工序時(shí)，夾緊力作用表面的表面粗糙度較小，所以本設(shè)計(jì)中選擇f=0.1。
查機(jī)械設(shè)計(jì)書代入數(shù)據(jù)得求得F=1.54N，將F代入，其中L=28mm,f=0.1,H=45,求得.由于該工序過程需要兩處夾緊力，故總的.可以看出夾緊力很小。因?yàn)閵A緊力與切削力方向一致，當(dāng)其他切削力很小時(shí)，僅需要較小的夾緊力來防止工件在加工過程中產(chǎn)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。所以此處夾緊力能滿足要求。
4.5 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及操作簡(jiǎn)要說明
在設(shè)計(jì)夾具進(jìn)應(yīng)該注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。一次可換鉆套，在一次裝夾中可以加工孔。本工序是鉆加工，切削力較大，但是由于鉆削重要生產(chǎn)的軸向力指向定位面，和夾緊力方向相同，所以夾緊力不直接對(duì)消切削力。對(duì)于的孔專用夾具的設(shè)計(jì)我們采用了一面兩銷的定位方式，限制了工件的6個(gè)自由度。很好的保證了工件在夾具體中的位置但也可能造成過定位，原因在于，支承板與短圓柱銷和菱形銷的安裝誤差。在鉆孔工序前的工序尺寸保證的情況下，不會(huì)產(chǎn)生過定位，滿足了加工的要求。
研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來粗、精銑底平面夾具，該面對(duì)孔的中心線要滿足位置度要求。在銑此面時(shí)，為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時(shí)，應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
3.2定位基準(zhǔn)的選擇
為了使定位誤差達(dá)到要求的范圍之內(nèi)，采用側(cè)平面定位方式，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單易操作。
3.3 切削力及夾緊分析計(jì)算
刀具：錯(cuò)齒三面刃銑刀（硬質(zhì)合金）
刀具有關(guān)幾何參數(shù)：
由參考文獻(xiàn)[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計(jì)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(duì)夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)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(shí)際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計(jì)算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
查參考文獻(xiàn)[5]1～2～26可知移動(dòng)形式壓板螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算：螺旋夾緊時(shí)產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計(jì)算有：
式中參數(shù)由參考文獻(xiàn)[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，用螺栓壓緊工件，
由表得：原動(dòng)力計(jì)算公式
即：
由上述計(jì)算易得：
由計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
3.4 誤差分析與計(jì)算
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(duì)刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.6 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說明
如前所述，應(yīng)該注意提高生產(chǎn)率，但該夾具設(shè)計(jì)采用了手動(dòng)夾緊方式，在夾緊和松開工件時(shí)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了手動(dòng)夾緊方式（螺旋夾緊機(jī)構(gòu)）。這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊可靠、通用性大，在機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用。
此外，當(dāng)夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時(shí)，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時(shí)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整換取。