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第3章 鉆孔Φ24、Φ8、鉆M6螺紋孔夾具
3.1 夾具的設計
在本次夾具設計中，設計鉆孔Φ24、Φ8、鉆M6-7H螺紋孔（一個夾具）夾具，在工件夾緊方面要求手動夾緊。這類夾具的特點是：針對性強，剛性好，容易操作，裝夾速度較快以及生產效率高和定位精度高，但是設計制造周期長，產品更新?lián)Q代時往往不能繼續(xù)使用適應性差，費用較高。
3.1.1 定位分析
在工件的定位中有很多種不同的定位方法，如：工件以平面定位，工件一心軸定位，工件以小V型塊定位等。
根據(jù)零件的形狀，我們可以選擇以平面定位或以工件中心圓孔定位。在夾具設計過程中盡量以設計基準為定位基準，以便減小加工誤差。
所以在這道設計中采用以“零件左端面及Φ80的外圓作為基準”的方案設計,外圓表面以及底平面和一側端面為定位基準。
3.1.2 定位原理
在機械加工過程中，為了保證工件某道工序的加工要求，必須使工件在機床上相對于刀具處于正確的相對位置。當采用機床夾具安裝一批工件時，是通過夾具來實現(xiàn)這些要求的。要實現(xiàn)工件在機床上相對于刀具占有一個正確的加工位置，必須做到以下三點：
（1） 使一批工件在夾具中都占有一致的正確的加工位置；
（2） 使夾具在機床上占有正確的位置；
（3） 使刀具相對于夾具占有正確的位置。
工件在夾具中定位，就是要使工件在夾具中占據(jù)正確的加工位置，這就可以通過設置定位支承點，限制工件的相對運動來實現(xiàn)。工件在沒有采取定位措施之前，可視為一個處于空間自由狀態(tài)的剛體，根據(jù)運動原理學可知，任一剛體在空間直角坐標系中都有六個自由度，即沿三個坐標軸軸向移動的自由度，分別用、、來表示；繞三個坐標軸的轉動的自由度，分別用、、來表示。由此看來，未限制六個自由度的工件的位置是不確定的，當然也是無法加工的。因此要使工件在夾具中處于正確的位置，必須對影響工件加工面位置精度的相應自由度進行限制。
工件的六個自由度都是客觀存在的，是工件在夾具中所占空間位置確定的最高程度。也就是說。工件最多只有六個自由度，限制工件在某一方向的自由度，工件在夾具中該方向的位置就確定下來。工件在夾具中定位，意味著通過定位元件限制工件相應的自由度。
3.1.3 定位元件的分析
在加工過程中，因為該零件較為復雜，加上零件的特殊性，因此在設計過程中設計定位板一塊來限制零件的自由度，定位板限制了零件的X 、Y的移動方向和旋轉方向，設計一拉桿限制了零件繞Z軸旋轉的方面，一共限制了零件的五個自由度，達到不完全定位狀態(tài)。
不完全定位可分為下列兩種情況：
①. 由于工件的加工前的結構特點，無法也沒有必要限制某些方面的自由度；
②. 由于加工工序的加工精度要求，工件在定位時允許某些方面的自由度不被限制。
3.1.4 夾緊元件的選擇
工件在夾緊過程中應避免夾緊元件跟工件進行點接觸。因為在點接觸的過程中，即使有很小的夾緊力也可以產生很大的應力，由于定加工過程產生的誤差在夾緊上經常會出現(xiàn)點接觸的情況。但是后面還要考慮液壓缸的活塞桿與工作臺的相對位置安裝誤差，必須進行自位平衡，則鉆模板和夾具體之間采用鉸鏈連接，使鉆模板形成自位平衡。本次設計中鉆模板材料為45鋼，其外還有自制導軌。
①.選擇鉆套
鉆套裝在襯套中，而襯套則是壓配在夾具體上或鉆模板中。鉆套有固定鉆套，固定鉆套直接壓入鉆模板采用或配合，磨損后不容易更換，適用于中、小批量生產或用來加工孔距較小以及孔距精度較高的孔。
可換鉆套：可換鉆套裝在襯套中，而襯套則是壓配在夾具體或鉆模板中。鉆套由螺釘固定，以防止轉動。鉆套與襯套間采用或配合，鉆套磨損后，可以迅速更換。適于大批量生產。
快換鉆套：當要取出鉆套時，只要將鉆套朝逆時方向轉動使螺釘頭部剛好對準鉆套上的削邊上面，即可取出鉆套。
在這次設計中我選擇可換鉆套，因為是大批量生產。但是本道工序里要用自制鉆套和襯套，必須把鉆套和襯套加長來保證精度和它的高度。快換鉆套如圖所示：
圖4-1 快換鉆套
②.夾具底座與工作臺的連接
由于加工過程中選用的機床為Z525搖臂鉆床，《機械加工工藝手冊》 孟少農 主編第二卷，表10.1-5搖臂鉆床聯(lián)系尺寸可得，底座T型槽數(shù)為5個，工作臺上面T型槽數(shù)為5個，工作臺側面槽數(shù)為3個，，，，，，，，，，，，，。
3.1.5定位誤差的分析
定位誤差是指由于定位不準而引起某一工序尺寸或位置要求方面的加工誤差。對夾具設計中采用的某一定位方案，只要其可能產生的定位誤差小于工件相關尺寸或位置公差的1/3，即可認為該定方案符合加工精度的要求。
在用夾具裝夾工件時，當工件上的定位基準面與夾具上的定位元件相接觸或相配合時，工件的位置即由定位元件確定下來。而對一批工件來說，因各工件的有關表面本身和它們之間在尺寸和位置上都存在公差，且夾具上的定位元件本身及相互間存在尺寸和位置公差，因此，雖然工件已經定位，但每個被定位的工件上的一些表面的位置仍然會產生變化，這就造成了工序尺寸和位置要求方面的加工誤差。
該夾具以2個平面和1個支撐釘定位，螺旋機構， 要求保證孔軸線間的尺寸公差。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
由[5]和[6]可得：
1 定位誤差：
當以任意邊接觸時
當以固定邊接觸時
式中為彼此最小間隙
通過分析可得：
因此：當以任意邊接觸時
2 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
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，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.1.6切削力及夾緊力的計算
該孔的設計基準為中心軸，故以回轉面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則； 參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關系F夾＝KF
軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
在計算切削力時必須把安全系數(shù)考慮在內，安全系數(shù)
由資料《機床夾具設計手冊》查表可得：
切削力公式： 式（2.17）
式中 按照D=24最大的來取值
查表得：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表得：
安全系數(shù)K可按下式計算，由式（2.5）有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表 可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用液壓泵螺旋夾緊機構。
取，，
螺旋夾緊時產生的夾緊力，由式（2.9）有：：
式中參數(shù)由[16]《機床夾具設計手冊》可查得：
其中：
由[16]《機床夾具設計手冊》表得：原動力計算公式：
由上述計算易得：
因此采用該夾緊機構工作是可靠的。
3.2 夾具設計及操作的簡要說明
本夾具用于在鉆床上加工孔。采用螺紋螺旋夾緊機構夾緊工件。該夾緊機構操作簡單、夾緊可靠。
致謝