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第3章 鉆擴(kuò)鉸Φ20孔夾具設(shè)計(jì)
3.1設(shè)計(jì)要求
為了提高勞動生產(chǎn)，保證加工質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。上面即為鉆擴(kuò)鉸Φ20孔的專用夾具，本夾具將用于Z3050搖臂鉆床。
本夾具無嚴(yán)格的技術(shù)要求，因此，應(yīng)主要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強(qiáng)度，精度不是主要考慮的問題。
3.2夾具設(shè)計(jì)
3.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇
為了提高加工效率及方便加工，決定材料使用高速鋼，用于對進(jìn)行加工，準(zhǔn)備采用手動夾緊。
工件的工序基準(zhǔn)、已加工表面決定了機(jī)床夾具的方位方案，如選用平面定位、孔定位以及外圓面定位等；定位方案的選擇依據(jù)六點(diǎn)定位原理和采用的機(jī)床加工方法，定位方案不一定要定六個自由度，但要完全定位。工件的待加工表面是選擇機(jī)床、刀具的依據(jù)。確定夾緊機(jī)構(gòu)要依據(jù)零件的外型尺寸，選擇合適的定位點(diǎn)，確保夾緊力安全、可靠同時夾緊機(jī)構(gòu)不能與刀具的運(yùn)動軌跡相沖突。選擇Φ40外圓面以及兩側(cè)端面做為定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。
3.2.2 切削力及夾緊力的計(jì)算
1） 計(jì)算最大切削力
=
小于拉床額定拉力, 則:
=
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)算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]表可得：
所以有：
該孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為中心軸，故以回轉(zhuǎn)面做定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”原則； 參考文獻(xiàn)，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實(shí)際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關(guān)系F夾＝KF
軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
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)簡單、操作方便，決定選用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
3.3定位誤差的分析
（1） V型塊定位誤差
注：V型塊夾角α=90°。
基準(zhǔn)位移誤差：
工件以外圓柱面在V型塊定位，由于工件定位面外圓直徑有公差δD，因此對一批工件來說，當(dāng)直徑由最小D－δD變大到D時，工件中心（即定位基準(zhǔn)）將在V型塊的對稱中心平面內(nèi)上下偏移，左右不發(fā)生偏移，即工件由變大到,其變化量（即基準(zhǔn)位移誤差Δ）從圖（a）中的幾何關(guān)系退出：
ΔY==
基準(zhǔn)不重合誤差：
從圖（b）中設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合，假設(shè)定位基準(zhǔn)不動，當(dāng)工件直徑由最小D－δD變到最大D時，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的變化量為，即基準(zhǔn)不重合誤差ΔB=。
從圖(c)中可知，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為工件的下母線。即，上述方向由a到a′與定位基準(zhǔn)變到的方向相反，故其定位誤差ΔD是ΔY與ΔB之差.
ΔD=ΔY－ΔB=－=0.207δD=0.207×0.01=0.00207
ΔD=0.00207＜T 即滿足要求
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。
2.3機(jī)床夾具的總體形式
機(jī)床夾具的總體形式一般應(yīng)根據(jù)工件的形狀、大小、加工內(nèi)容及選用機(jī)床等因素來確定。
夾具的組成歸納為：
1）定位元件及定位裝置 用于確定工件正確位置的元件或裝置。
2）夾緊元件及夾緊裝置 用于固定元件已獲得的正確位置的元件或裝置。
3）導(dǎo)向及對刀元件 用于確定工件與刀具相互位置的元件。
4） 動力裝置在成批生產(chǎn)中，為了減輕工人勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，常采用氣動、液動等動力裝置。
5） 夾具體用于將各種元件裝置連接在一體，并通過它將整個夾具安裝在機(jī)床上。
6）其他元件及裝置 根據(jù)加工需要來設(shè)置的元件或裝置。
2.3.1確定夾具體：
夾具體上一般不設(shè)定位和定向裝置，特別是臺鉆、立鉆和搖臂鉆上使用時，但夾具體底板上一般都設(shè)有翻邊或留一些平臺面，以便夾具在機(jī)床工作臺上固定。夾具體一般是設(shè)計(jì)成平板式（有些夾具體鑄造成特殊形狀），保證具有足夠的剛性。它用來固定定位元件、加緊機(jī)構(gòu)和聯(lián)接體，并于機(jī)床可靠聯(lián)接。
2.3.2確定聯(lián)接體：
聯(lián)接體是將導(dǎo)向裝置與夾具體聯(lián)接的工件，設(shè)計(jì)時主要考慮聯(lián)接體的剛性，合理布置聯(lián)接體的位置，給定位元件、夾緊機(jī)構(gòu)留出空間。此夾具體的聯(lián)接裝置通過內(nèi)六角螺栓和圓柱銷來定位，考慮到剛性問題，在相對應(yīng)的位置上在用一個聯(lián)接體支承鉆套板，同樣用內(nèi)六角螺栓定位。
2.4繪制夾具零件圖
對裝配圖中需加工的零件圖均應(yīng)繪制零件圖，零件圖應(yīng)按制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制。視圖盡可能與裝配圖上的位置一致。
1.零件圖盡可能按1:1繪制。
2.零件圖上的尺寸公差、形位公差、技術(shù)要求應(yīng)根據(jù)裝配圖上的配合種類、位置精度、技術(shù)要求而定。
3.零件的其他尺寸，如尺寸、形狀、位置、表面粗糙度等應(yīng)標(biāo)注完整。
4.零件圖名稱：
零件圖1定位軸
零件圖2支柱
零件圖3夾具體
零件圖4鉆模板
2.5 繪制夾具裝配圖
1.裝配圖按1:1的比例繪制，用局部剖視圖完整清楚地表示出夾具的主要結(jié)構(gòu)及夾具的工作原理。
2.視工件為透明體，用雙點(diǎn)劃線畫出主要部分（如輪廓、定位面、夾緊面和加工表面）。畫出定位元件、夾緊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向裝置的位置。
3.按夾緊狀態(tài)畫出夾緊元件和夾緊機(jī)構(gòu)。
4.畫出夾具體及其它聯(lián)接用的元件（聯(lián)接體、螺釘?shù)龋?，將夾具各組成元件聯(lián)成一體。
此機(jī)床夾具要用到的零件如下：
（1） 螺紋加緊機(jī)構(gòu)壓板
（2） 六角螺母-C級
（3） 雙頭螺柱
（4） 定心軸 1
（5） 六角螺母-C級
（6）定位大平面
（7）六角螺母-C級
（8）開口墊圈 8
（9）銷軸
（10）后支柱
（11）內(nèi)六角圓柱頭螺釘
（12）后支柱
（13）內(nèi)六角圓柱頭螺釘
（14）圓柱銷
（15）開口銷
（16）夾具體
（17）圓柱螺旋壓縮彈簧
5.標(biāo)注必要的尺寸、配合、公差等
(1)夾具的外形輪廓尺寸，所設(shè)計(jì)夾具的最大長、寬、高尺寸。
(2)夾具與機(jī)床的聯(lián)系尺寸，即夾具在機(jī)床上的定位尺寸。如車床夾具的莫氏硬度、銑床夾具的對定裝置等。
(3)夾具與刀具的聯(lián)系尺寸，如用對刀塊塞尺的尺寸、對刀塊表面到定位表面的尺寸及公差。
(4)夾具中所有有配合關(guān)系的元件間應(yīng)標(biāo)注尺寸和配合種類。
(5)各定位元件之間，定位元件與導(dǎo)向元件之間，各導(dǎo)向元件之間應(yīng)標(biāo)注裝配后的位置尺寸和形位公差。
6.夾具裝備圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求
(1)定位元件的定位面間相互位置精度。
(2)定位元件的定位表面與夾具安裝基面、定向基面間的相互位置精度。
(3)定位表面與導(dǎo)向元件工作面間的相互位置精度。
(4)各導(dǎo)向元件的工作面間的相互位置精度。
(5)夾具上有檢測基準(zhǔn)面的話，還應(yīng)標(biāo)注定位表面，導(dǎo)向工作面與該基準(zhǔn)面間的位置精度。
對于不同的機(jī)床夾具，對于夾具的具體結(jié)構(gòu)和使用要求，應(yīng)進(jìn)行具體分析，訂出具體的技術(shù)要求。設(shè)計(jì)中可以參考機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊以及同類的夾具圖樣資料。
7.對零件編號，填寫標(biāo)題欄和零件明細(xì)表：
每一個零件都必須有自己的編號，此編號是唯一的。在工廠的生產(chǎn)活動中，生產(chǎn)部件按零件編號生產(chǎn)、查找工作。
完整填寫標(biāo)題欄，如裝配圖號、名稱、單位、設(shè)計(jì)者、比例等。
完整填寫明細(xì)表，一般來說，加工工件填寫在明細(xì)表的下方，標(biāo)準(zhǔn)件、裝配件填寫在明細(xì)表的上方。注意，不能遺漏加工工件和標(biāo)準(zhǔn)件、配套件。
8.機(jī)床夾具應(yīng)滿足的基本要求包括下面幾方面：
1)保證加工精度 這是必須做到的最基本要求。其關(guān)鍵是正確的定位、夾緊和導(dǎo)向方案，夾具制造的技術(shù)要求，定位誤差的分析和驗(yàn)算。
2)夾具的總體方案應(yīng)與年生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng) 在大批量生產(chǎn)時，盡量采用快速、高效的定位、夾緊機(jī)構(gòu)和動力裝置，提高自動化程度，符合生產(chǎn)節(jié)拍要求。在中、小批量生產(chǎn)時，夾具應(yīng)有一定的可調(diào)性，以適應(yīng)多品種工件的加工。
3)安全、方便、減輕勞動強(qiáng)度 機(jī)床夾具要有工作安全性考慮，必要時加保護(hù)裝置。要符合工人的操作位置和習(xí)慣，要有合適的工件裝卸位置和空間，使工人操作方便。大批量生產(chǎn)和工件笨重時，更需要減輕工人勞動強(qiáng)度。
4)排屑順暢 機(jī)床夾具中積集切屑會影響到工件的定位精度，切屑的熱量使工件和夾具產(chǎn)生熱變形，影響加工精度。清理切屑將增加輔助時間，降低生產(chǎn)率。因此夾具設(shè)計(jì)中要給予排屑問題充分的重視。
5)機(jī)床夾具應(yīng)有良好的強(qiáng)度、剛度和結(jié)構(gòu)工藝性 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)時，要方便制造、檢測、調(diào)整和裝配，有利于提高夾具的制造精度。
3.5夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明
由于是大批大量生產(chǎn)，主要考慮提高勞動生產(chǎn)率。因此設(shè)計(jì)時，需要更換零件加工時速度要求快。本夾具設(shè)計(jì)，用移動夾緊的大平面定位三個自由度，定位兩個自由度，用定位塊定位最后一個轉(zhuǎn)動自由度。此時雖然有過定位，但底面是經(jīng)精銑的面，定位是允許的。