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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目：車(chē)床組合夾具設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)電信息系
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)：
學(xué) 生：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
2013年5月
車(chē)床組合夾具設(shè)計(jì)
摘 要
根據(jù)六點(diǎn)定位原理和定位基準(zhǔn)的選擇原則，采用長(zhǎng)V型塊，支承塊和定位擋鐵定位。長(zhǎng)V型塊置于拱形肋板后限制x軸的兩自由度和z軸的兩自由度，擋鐵置于孔端限制繞y軸旋轉(zhuǎn)的自由度，支承塊置于肋板下方限制沿y軸移動(dòng)的自由度。依據(jù)相關(guān)原理計(jì)算定位誤差。根據(jù)夾緊方式的選擇原則，選擇夾緊元件為壓板壓頭和V型塊，然后通過(guò)切削力進(jìn)行夾緊力的計(jì)算。夾緊的動(dòng)力裝置選用手動(dòng)壓緊裝置。按照定位元件和夾緊元件設(shè)計(jì)連接件。
以所選元件和裝置為基礎(chǔ)確定夾具總體布局和夾具體的結(jié)構(gòu)形式，并確定好定位元件在夾具體上的位置。繪制夾具方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行工序精度分析。對(duì)以上設(shè)計(jì)進(jìn)行審核。最后設(shè)計(jì)夾具總裝配圖。
關(guān)鍵詞：組合夾具；定位；夾緊；三通接頭
I
Lathe modular jig and fixture design
Abstract
According to six localizations principles and selection principle of the localization datum, using the long V block, the supporting block and the localization comes true the hard localization. The long V block putted in the arch ribbed plate to limit two degrees of freedom in the x axis and the z axes two degrees of freedom, the iron putted in the hole end limit to the degree of freedom which circle the y rotation of axis, the supporting block putted under the ribbed plate to limit degree of freedom along the y axis migration. Position error is reckoned by the correlation principle. According to the way of the selection principle, discharge head and V block is selected to clamp the part. Then computation of the strength is achieved by carrying on through the cutting force clamps. The power of clamps is from the hydraulic unit. Design of bridge piece is according to the location part and the clamp part. The guide part designing in this topic is not requested because the cutter bar is short. Other parts and equipment are designed following last process.
The jig overall arrangement and concrete structure of the body clamp are determined with the above part and the equipment. The position of the components in the kits specific location must be guaranteed, and then design the jig, carry on the working procedure precision analysis. The design review is following. Finally the jig assembly drawing is achieved.
Keywords: Modular jig and fixture; location; clamp; union tee
II
目 錄
1緒論…………………………………………………………………………………1
1.1概述…………………………………………………………………………………1
1.1.1車(chē)床夾具的分類(lèi)………………………………………………………………1
1.1.2夾具的組成……………………………………………………………………2
1.1.3夾具體…………………………………………………………………………3
1.1.4車(chē)床夾具在機(jī)械加工中的作用………………………………………………3
1.1.5車(chē)床夾具在車(chē)床中的地位及作用……………………………………………3
1.1.6國(guó)內(nèi)外夾具的發(fā)展與趨勢(shì)……………………………………………………4
1.2夾具研究現(xiàn)狀………………………………………………………………………5
1.2.1機(jī)床夾具的現(xiàn)狀………………………………………………………………5
1.2.2現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向……………………………………………………6
1.3國(guó)內(nèi)外對(duì)組合夾具的發(fā)展及研究狀況……………………………………………7
1.3.1國(guó)內(nèi)對(duì)組合夾具的發(fā)展?fàn)顩r…………………………………………………7
1.3.2國(guó)外對(duì)組合夾具的發(fā)展?fàn)顩r…………………………………………………8
1.4本文主要研究?jī)?nèi)容…………………………………………………………………9
2零件分析…………………………………………………………………………10
2.1零件的選擇與分析………………………………………………………………10
2.2工藝路線的確定…………………………………………………………………10
2.3總體設(shè)計(jì)中對(duì)夾具設(shè)計(jì)的重要的參數(shù)………………………………………… 11
3車(chē)床組合的夾具設(shè)計(jì)………………………………………………………… 12
3.1夾具設(shè)計(jì)要求與選型……………………………………………………………12
3.1.1夾具設(shè)計(jì)要求…………………………………………………………………12
3.1.2夾具的選型……………………………………………………………………13
3.2定位和夾緊方案的確定…………………………………………………………13
3.2.1定位和夾緊方案的選擇分析…………………………………………………14
3.3定位元件和夾緊元件的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………15
3.3.1定位元件的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………… 15
3.3.2夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………16
3.4誤差分析計(jì)算……………………………………………………………………17
3.4.1影響加工精度的因素…………………………………………………………17
3.4.2誤差的計(jì)算……………………………………………………………………17
IV
3.4.3保證加工精度………………………………………………………………… 18
3.5夾具結(jié)構(gòu)的確定…………………………………………………………………19
3.5.1夾具體的確定…………………………………………………………………19
3.6夾緊力的確定……………………………………………………………………21
3.6.1夾緊力的計(jì)算公式……………………………………………………………21
3.6.2夾緊力的計(jì)算…………………………………………………………………22
4 結(jié)論……………………………………………………………………………… 24
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………25
致謝……………………………………………………………………………………26
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明…………………………………………………27
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明……………………………………………………28
IV
1 緒論
1 緒論
1.1概述
車(chē)床及其自動(dòng)化是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國(guó)傳統(tǒng)的車(chē)床及車(chē)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類(lèi)和軸類(lèi)零件（近年研制的車(chē)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車(chē)端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。車(chē)床的種類(lèi)繁多，有大型車(chē)床和小型車(chē)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)式車(chē)床等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種新型的車(chē)床—柔性車(chē)床越來(lái)越受到人們的青睞，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的車(chē)床。另外，近年來(lái)車(chē)床加工中心、數(shù)控車(chē)床、機(jī)床輔機(jī)（清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測(cè)量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線）等在車(chē)床行業(yè)中所占份額也越來(lái)越大。
現(xiàn)代車(chē)床和自動(dòng)線作為機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是控制、驅(qū)動(dòng)、測(cè)量、監(jiān)控、刀具和機(jī)械組件等技術(shù)的綜合反映。近20年來(lái)，這些技術(shù)有長(zhǎng)足進(jìn)步，同時(shí)作為車(chē)床主要用戶的汽車(chē)和內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)也有很大的變化，其產(chǎn)品市場(chǎng)壽命不斷縮短，品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素有力地推動(dòng)和激勵(lì)了車(chē)床和自動(dòng)線技術(shù)的不斷發(fā)展。
機(jī)床夾具是在金屬切削加工中，用以準(zhǔn)確地確定工件位置，并將其牢固地夾緊，以接受加工的工藝裝備。它的主要作用：可靠的保證工件的加工質(zhì)量，提高加工效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能。因此，機(jī)床夾具在機(jī)械制造中占有重要的地位。機(jī)床夾具可以分為多種類(lèi)型，其中最有代表性的就是專(zhuān)用夾具、組合夾具。專(zhuān)用夾具為某一工件的某道工序設(shè)計(jì)制造的夾具。組合夾具采用標(biāo)準(zhǔn)的組合夾具元、部件，組裝而成的夾具。論實(shí)用性，組合夾具要遠(yuǎn)大于專(zhuān)用夾具。組合夾具大部分的部件都是采用標(biāo)準(zhǔn)件，跟換容易，成本低效益高。
1.1.1車(chē)床夾具的分類(lèi)
車(chē)床夾具的種類(lèi)很多，形狀千差萬(wàn)別。為了設(shè)計(jì)、制造和管理的方便，往往
2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
按某一屬性進(jìn)行分類(lèi)。
a. 按夾具的通用特性分類(lèi)
按這一分類(lèi)方法，常用的夾具有通用夾具、專(zhuān)用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具和自動(dòng)線夾具等五大類(lèi)。它反映夾具在不同生產(chǎn)類(lèi)型中的通用特性，因此是選擇夾具的主要依據(jù)。
（1）通用夾具 通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化，且具有一定通用性的夾具，如三爪自定心卡盤(pán)、四爪單動(dòng)卡盤(pán)、臺(tái)虎鉗、萬(wàn)能分度頭、中心架、電磁吸盤(pán)等。其特點(diǎn)是適用性強(qiáng)、不需調(diào)整或稍加調(diào)整即可裝夾一定形狀范圍內(nèi)的各種工件。采用這類(lèi)夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，減少夾具品種，從而降低生產(chǎn)成本。其缺點(diǎn)是夾具的加工精度不高，生產(chǎn)率也較低，且較難裝夾形狀復(fù)雜的工件，故適用于單件小批量生產(chǎn)中。
（2）專(zhuān)用夾具 專(zhuān)用夾具是針對(duì)某一工件的某一工序的加工要求而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和制造的夾具。其特點(diǎn)是針對(duì)性極強(qiáng)，沒(méi)有通用性。在產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中，常用各種專(zhuān)用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)制造周期較長(zhǎng)，隨著現(xiàn)代多品種及中、小批生產(chǎn)的發(fā)展，專(zhuān)用夾具在適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性等方面已產(chǎn)生許多問(wèn)題。
（3）可調(diào)夾具 可調(diào)夾具是針對(duì)通用夾具和專(zhuān)用夾具的缺陷而發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)新型夾具。對(duì)不同類(lèi)型和尺寸的工件，只需調(diào)整或更換原來(lái)夾具上的個(gè)別定位元件和夾緊元件便可使用?？烧{(diào)夾具在多品種、小批量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
（4）組合夾具 組合夾具是一種模塊化的夾具，并已商品化。標(biāo)準(zhǔn)的模塊元件具有較高精度和耐磨性，可組裝成各種夾具，夾具用畢即可拆卸，留待組裝新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，元件能重復(fù)多次使用，并具有可減少專(zhuān)用夾具數(shù)量等優(yōu)點(diǎn)；因此組合夾具在單件、中小批多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工中，是一種較經(jīng)濟(jì)的夾具。
（5）自動(dòng)線夾具 自動(dòng)線夾具一般分為兩種：一種為固定式夾具，它與專(zhuān)用夾具相似；另一種為隨行夾具，使用中夾具隨著工件一起運(yùn)動(dòng)，并將工件沿著自動(dòng)線從一個(gè)工位移至下一個(gè)工位進(jìn)行加工。
b. 按夾具使用的車(chē)床分類(lèi)
這是專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)所用的分類(lèi)方法。按使用的車(chē)床分類(lèi)，可把夾具分為車(chē)床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪車(chē)床夾具、數(shù)控車(chē)床夾具。
1.1.2夾具的組成
雖然車(chē)床夾具的種類(lèi)繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。將各類(lèi)夾具中，作用相同的結(jié)構(gòu)或元件加以概括，可得出夾具一般所共有的以下幾個(gè)組成部分，這些組成部分既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。
a. 定位支承元件
定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影響工件加工的精度。
b. 夾緊裝置
夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過(guò)程中工件的正確位置不變。
c. 連接定向元件
這種元件用于將夾具與車(chē)床連接并確定夾具對(duì)車(chē)床主軸、工作臺(tái)或?qū)к壍南嗷ノ恢谩?
d. 對(duì)刀元件或?qū)蛟?
這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對(duì)刀元件，用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工的元件稱為導(dǎo)向元件。
e. 其它裝置或元件
根據(jù)加工需要，有些夾具上還設(shè)有分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機(jī)構(gòu)、電動(dòng)扳手和平衡塊等，以及標(biāo)準(zhǔn)化了的其它聯(lián)接元件。
f. 夾具體
夾具體是夾具的基體骨架，用來(lái)配置、安裝各夾具元件使之組成一整體。常用的夾具體為鑄件結(jié)構(gòu)、鍛造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)和裝配結(jié)構(gòu)，形狀有回轉(zhuǎn)體形和底座形等形狀。
上述各組成部分中，定位元件、夾緊裝置、夾具體是夾具的基本組成部分。
1.1.3夾具體
夾具體是用于連接夾具上所有的元件的裝置，使其成為一個(gè)整體的基礎(chǔ)件，，它還用來(lái)與機(jī)床有關(guān)部件連接，以確定夾具在機(jī)床上的位置。
1.1.4車(chē)床家具在機(jī)械加工中的作用
a. 保證加工精度。
b. 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
c. 改善工人的勞動(dòng)條件。
d. 降低生產(chǎn)成本。
e. 保證工藝要求。
f. 擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍。
1.1.5車(chē)床家具在車(chē)床中的地位和作用
車(chē)床夾具是零件在機(jī)床上加工時(shí)，用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種工藝裝備。起作用是正確確定工件與刀具之間的相對(duì)位置，并將工件牢固地夾緊。使用夾具可以有效地保證工件的加工質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，夾具在機(jī)械制造中占有重要位置。本課題我設(shè)計(jì)的夾具能夠保證零件裝夾、定位，從而保證零件的加工精度。
a. 能穩(wěn)定地保證工件的加工精度
用夾具裝夾工件時(shí)，工件相對(duì)于刀具及機(jī)床的位置精度由夾具保證，不受工人技術(shù)水平的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。
b. 能減少輔助工時(shí)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率
使用夾具裝夾工件方便、快速，工件不需要?jiǎng)澗€找正，可顯著地減少輔助工時(shí)；工件在夾具中裝夾后提高了工件的剛性，可加大切削用量；可使用多件、多工位裝夾工件的夾具，并可采用高效夾緊機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
c. 能擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能
根據(jù)加工機(jī)床的成形運(yùn)動(dòng) ，附以不同類(lèi)型的夾具，即可擴(kuò)大機(jī)床原有的工藝范圍。例如在車(chē)床的溜板上或搖臂鉆床工作臺(tái)上裝上鏜模，就可以進(jìn)行箱體零件的鏜孔加工。
1.1.6國(guó)內(nèi)外夾具的發(fā)展與趨勢(shì)
夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。
高精
隨著機(jī)床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對(duì)夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達(dá)±5μm，夾具支承面的垂直度達(dá)到0.01mm/300mm，平行度高達(dá)0.01mm/500mm。德國(guó)demmeler(戴美樂(lè))公司制造的4m長(zhǎng)、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺(tái)，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內(nèi)；夾具重復(fù)安裝的定位精度高達(dá)±5μm；瑞士EROWA柔性?shī)A具的重復(fù)定位精度高達(dá)2~5μm。機(jī)床夾具的精度已提高到微米級(jí)，世界知名的夾具制造公司都是精密機(jī)械制造企業(yè)。誠(chéng)然，為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟(jì)性，夾具有不同的型號(hào)，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。
高效
為了提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來(lái)越多。為了減少工件的安裝時(shí)間，各種自動(dòng)定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動(dòng)和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開(kāi)工件只用1~2秒，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，為機(jī)床進(jìn)行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機(jī)床上安裝與調(diào)整夾具的時(shí)間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可完成線切割機(jī)床夾具的安裝與校正。采用美國(guó)Jergens(杰金斯)公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，1分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機(jī)床工作臺(tái)上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)線上更換夾具，起到縮短停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率的作用。
模塊、組合
夾具元件模塊化是實(shí)現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計(jì)的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開(kāi)發(fā)的基點(diǎn)。省工、省時(shí)，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進(jìn)夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計(jì)為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD技術(shù)，可建立元件庫(kù)、典型夾具庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫(kù)，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，為用戶三維實(shí)體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過(guò)程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗(yàn)，了解市場(chǎng)需求，不斷地改進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會(huì)與華中科技大學(xué)合作，正在著手創(chuàng)建夾具專(zhuān)業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開(kāi)發(fā)的公共平臺(tái)，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)夾具設(shè)計(jì)與服務(wù)的通用化、遠(yuǎn)程信息化和經(jīng)營(yíng)電子商務(wù)化。
通用、經(jīng)濟(jì)
夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性好。德國(guó)demmeler(戴美樂(lè))公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強(qiáng)，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用才有推廣應(yīng)用的價(jià)值。
專(zhuān)家們建議組合夾具行業(yè)加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研協(xié)作的力度，加快用高新技術(shù)改造和提升夾具技術(shù)水平的步伐，創(chuàng)建夾具專(zhuān)業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，充分利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與時(shí)俱進(jìn)地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術(shù)。主動(dòng)與國(guó)外夾具廠商聯(lián)系，爭(zhēng)取合資與合作，引進(jìn)技術(shù)，這是改造和發(fā)展我國(guó)組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑。
1.2夾具研究的現(xiàn)狀
1.2.1機(jī)床夾具的現(xiàn)狀
國(guó)際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明，小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類(lèi)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(yīng)市場(chǎng)的需求與競(jìng)爭(zhēng)。然而，一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專(zhuān)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(wàn)套專(zhuān)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(zhuān)用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量?jī)H為10~20%左右。數(shù)控機(jī)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(yīng)用，對(duì)機(jī)床夾具提出了如下新的要求：
1）能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)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(jī)床夾具；
4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具；
5）采用以液壓站等為動(dòng)力源的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；
6）提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。
1.2.2現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向
現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化和柔性化等四個(gè)方面。
（1）標(biāo)準(zhǔn)化 機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個(gè)方面。我國(guó)已有夾具零件及部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T2148~T2259－91以及各類(lèi)通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)總成本。
（2）精密化 隨著機(jī)械產(chǎn)品精度的日益提高，勢(shì)必相應(yīng)提高了對(duì)夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多，例如用于精密分度的多齒盤(pán)，其分度精度可達(dá)±0.1"；用于精密車(chē)削的高精度三爪自定心卡盤(pán)，其定心精度為5μm。
（3）高效化 高效化夾具主要用來(lái)減少工件加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。常見(jiàn)的高效化夾具有自動(dòng)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(dòng)虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車(chē)床上使用高速三爪自定心卡盤(pán)，可保證卡爪在試驗(yàn)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，除了在生產(chǎn)流水線、自動(dòng)線配置相應(yīng)的高效、自動(dòng)化夾具外，在數(shù)控機(jī)床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動(dòng)裝夾工件的夾具以及自動(dòng)更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機(jī)床的效率。
（4）柔性化 機(jī)床夾具的柔性化與機(jī)床的柔性化相似，它是指機(jī)床夾具通過(guò)調(diào)整、組合等方式，以適應(yīng)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(lèi)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。為適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴(kuò)大夾具的柔性化程度，改變專(zhuān)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(dāng)前夾具發(fā)展的主要方向。
1.3國(guó)內(nèi)外對(duì)組合夾具的發(fā)展及研究狀況
組合夾具是一種先進(jìn)的工藝裝備，它是由一套預(yù)先制造好的各種不同的形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有互換性、高耐磨性和高精度的標(biāo)準(zhǔn)元件組成，其結(jié)構(gòu)靈活多變，適應(yīng)性廣，元件可長(zhǎng)期循環(huán)使用。組合夾具的元件精度高、耐磨，并且實(shí)現(xiàn)了完全互換，元件精度一般為IT6-IT7級(jí)。用組合夾具加工的工件，位置精度一般可達(dá)IT8-IT9級(jí)，若精心調(diào)整，可以達(dá)到IT7級(jí)。由于組合夾具有很多優(yōu)點(diǎn)，又特別適用于新產(chǎn)品試制和多品種小批量生產(chǎn)，所以近年來(lái)發(fā)展迅速應(yīng)用較廣。組合夾具的主要缺點(diǎn)是體積較大，剛度較差，一次投資多，成本高，這使組合夾具的推廣應(yīng)用受到一定限制。隨著機(jī)械制造業(yè)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來(lái)越快，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)模式逐步被中小批量生產(chǎn)模式所取代，機(jī)械制造系統(tǒng)欲適應(yīng)這種變化需具備較高的柔性。國(guó)外己把柔性制造系統(tǒng)(FMS)作為開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機(jī)械制造業(yè)的主要發(fā)展方向。柔性化的著眼點(diǎn)主要在機(jī)床和工裝兩個(gè)方面，組合夾具是工裝柔性化的重點(diǎn)。組合夾具是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度很高的工藝裝備，它是由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有完全互換性的標(biāo)準(zhǔn)元件和組合件，按工件的加工要求組裝而成的夾具。它可以拆卸、清洗，并可重新組裝成新的夾具，其應(yīng)用非常普遍，尤其適合于多品種、中小批量的生產(chǎn)。由于組合夾具的平均設(shè)計(jì)和組裝時(shí)間是專(zhuān)用夾具所花時(shí)間的5%-20%，可以認(rèn)為組合夾具就是柔性?shī)A具的代名詞。
1.3.1國(guó)外對(duì)組合夾具的發(fā)展?fàn)顩r
夾具的設(shè)計(jì)包括三個(gè)步驟:設(shè)備規(guī)劃、夾具規(guī)劃和夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前,Joneja以及Ferreira等人在進(jìn)行CAPP方面的研究中對(duì)設(shè)備規(guī)劃有詳細(xì)論述。計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)(CAFD)就夾具方面作出了一些工作:Chou YC ,Chandru V等人提出的自動(dòng)夾具定位和夾緊的一種方法；De Meter EC提出的利用機(jī)械杠桿原理進(jìn)行定位和夾緊位置選擇的一種算法；Markus A等人提出的針對(duì)棱柱形工件進(jìn)行組合夾具設(shè)計(jì)的基于規(guī)則的系統(tǒng)。目前,關(guān)于工件夾具的自動(dòng)化配置方面的工作,在自動(dòng)夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)( AFCD)中很少提及。TrappeyAJC等人提出了一個(gè)二維組合夾具元件的配置算法。幾乎所有的AFCD研究者都承認(rèn),在一個(gè)成功的AFCD系統(tǒng)中, 工件的幾何形狀是一個(gè)關(guān)鍵因素。Nnaji B ,Alladin S等人也對(duì)具有復(fù)雜幾何形狀的工件進(jìn)行嘗試研究。然而其結(jié)果也僅僅適用于特定的幾 何體,比如多邊形棱柱。Brost和Goldberg提出了一個(gè)“完整”的算法用來(lái)分析多邊形工件的組合夾具設(shè)計(jì)。并開(kāi)發(fā)出一個(gè)組合夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng),針對(duì)一個(gè)任意存在的工件,能自動(dòng)產(chǎn)生所有可行的夾具設(shè)計(jì)。并且采用力球分析的方法對(duì)產(chǎn)生的方案進(jìn)行優(yōu)化。以后的許多研究者大多借鑒了Brost 和Goldberg的算法。組合夾具在動(dòng)力學(xué)方面的研究也取得了一定的進(jìn)步,Yu and Goldberg的夾具加載規(guī)劃方案是把夾具的加載問(wèn)題看作基于傳感器的集成問(wèn)題并給了一個(gè)規(guī)劃算法。Cai等提出了一種指導(dǎo)夾具設(shè)計(jì)的方法,此方法是縮小由于工件表面與夾具安裝誤差所帶來(lái)的定位誤差。Hockenberger與DeMter提出的模式是在工件加工期間工件的靜態(tài)分析,這種方法是一種定性分析并且是在抓緊或夾緊物體的最壞的情況下的偏差,這種情況是由于在單位扭球的干涉扭矩。
1.3.2國(guó)內(nèi)對(duì)組合夾具的發(fā)展?fàn)顩r
我國(guó)于80年代末開(kāi)始對(duì)組合夾具元件的設(shè)計(jì)與管理進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā),在總結(jié)和吸取我國(guó)應(yīng)用和發(fā)展槽系夾具經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)現(xiàn)代機(jī)械加工特征及夾具結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì),研制了新一代孔系組合夾具系統(tǒng)。此系統(tǒng)發(fā)揮了槽系平移可調(diào)性和孔的旋轉(zhuǎn)可調(diào)性的優(yōu)勢(shì),可直接組裝獲得任何直線尺寸和角度尺寸。此系統(tǒng)把大中小三個(gè)系列的元件有機(jī)融為一體,可在一塊多夾具基礎(chǔ)板上,既能組裝單個(gè)大工件夾具,又能組裝多個(gè)中小零件夾具,有利于裝夾具基礎(chǔ)板長(zhǎng)期固定在機(jī)床工作臺(tái)上,此系統(tǒng)還設(shè)有在組合夾具設(shè)計(jì)中孔系和槽系過(guò)渡元件,便于實(shí)現(xiàn)孔、槽系夾具元件混合使用。北京工商大學(xué)麻建東和劉璇開(kāi)發(fā)的組合夾具元件庫(kù),元件庫(kù)模塊的核心程序用Object ARX SDK2. 02工具包開(kāi)發(fā),界面程序用AUTOCAD 提供的對(duì)話框控制語(yǔ)言DCL (Dialog Control Language)語(yǔ)言開(kāi)發(fā),在VC + + 6.0下編譯和聯(lián)接,生成的ARX可執(zhí)行程序在AU TOCADR14下直接加載運(yùn)行。元件庫(kù)可為使用者提供7類(lèi)組合夾具元件三維圖形的瀏覽以及交互設(shè)計(jì)功能,并生成三維組合夾具構(gòu)形圖,在CAD環(huán)境中可進(jìn)行修改或刪除山東工業(yè)大學(xué)的徐志剛在“廣義映射原理”的指導(dǎo)下,開(kāi)發(fā)了支持“top - down”風(fēng)范的夾具設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)化系統(tǒng)。吳玉光博士在這個(gè)領(lǐng)域取得了較大的突破。提出孔系基礎(chǔ)板組合夾具設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方法。該方法利用連桿機(jī)構(gòu)原理自動(dòng)確定由直線和圓弧組成定位邊界的零件的全部候選定位方案。并提出定位銷(xiāo)可見(jiàn)錐概念和定位銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)的概念,進(jìn)行定位方案的裝卸方便性分析。進(jìn)一步提出瞬心三角形和同向邊的概念,對(duì)工件進(jìn)行可夾緊性分析,確定工件邊界的可夾緊范圍。其理論水平在國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)開(kāi)拓了新的局面。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
1.4本文主要研究?jī)?nèi)容
本課題設(shè)計(jì)的車(chē)床組合夾具用來(lái)加工零件三通接頭三孔，如圖1.1所示。為了保證加工零件的質(zhì)量和產(chǎn)量和降低成本，在設(shè)計(jì)該車(chē)床時(shí)，首先要制定合理的工藝方案；然后按工藝方案的要求，確定機(jī)床的配置型式，選擇通用部件，設(shè)計(jì)專(zhuān)用部件和工件循環(huán)的控制系統(tǒng)。為了保證孔的加工精度、提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)主要解決的問(wèn)題是加工三通接頭孔的車(chē)床設(shè)計(jì)其中的組合夾具設(shè)計(jì),根據(jù)總體設(shè)計(jì)的“三圖一卡”主要完成車(chē)床組合夾具裝配圖及其相應(yīng)零件圖的設(shè)計(jì)任務(wù)。
圖1.1 三通接頭
2 零件分析
2 零件分析
2.1加工零件的選擇與分析
針對(duì)此次設(shè)計(jì)的零件選擇為三通接頭（如圖2.1），加工孔為：20、14。被加工零件材料為A3鋼，硬度HB156。選擇此零件具有系列化，大小不同形狀一樣，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工與裝卸。
車(chē)床組合夾具的設(shè)計(jì)就是針對(duì)具體的被加工工件，在選定的工藝和方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。其中包括：被加工零件工序圖（如圖2.1）、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡。
圖2.1
根據(jù)所選擇零件的工序圖，分析被加工零件的精度、表面粗糙度、技術(shù)要求、加工部位尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、材料硬度、剛性及零件的批量。據(jù)此確定定位基準(zhǔn)和夾緊方案。
2.2零件工藝路線的確定
根據(jù)先粗后精，先基準(zhǔn)面后其它表面，先主要表面后次要表面的機(jī)械加工工序安排的設(shè)計(jì)原則，零件的工藝路線作如下設(shè)計(jì)：
工序1 半精車(chē)孔19.8mm
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
半精車(chē)孔13.7mm
車(chē)零件孔13.7端面,表面粗糙度為1.6
零件孔19.8端倒角1×45°
工序2 車(chē)20孔表面粗糙度為1.6
精車(chē)14孔表面粗糙度為1.6
車(chē)14孔的另一端面, 表面粗糙度為1.6
工序3 最終檢驗(yàn).
各孔的位置精度及具體要求詳見(jiàn)零件圖。
2.3總體設(shè)計(jì)中對(duì)夾具設(shè)計(jì)重要的參數(shù)
a. 車(chē)孔 根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]查得：ap=2mm HB=156 D=19.8mm v=99.5m/min
Fz1==35.7×2×0.230.75×1560.75=1080.7(N)
Fx1==0.212×21.2×0.230.65×1561.5=375.3(N)
T1==17.9×19.8×2×0.230.75×1561.5=10728.8(N·mm)
P1==1080.7×99.5/61200=1.757(Kw)
b. 車(chē)孔 根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]查得：ap=2mm HB=156
D=33.7mm v=101.6m/min
Fz2==35.7×2×0.390.75×1560.75=1555.4(N)
Fx2= =0.212×21.2×0.390.65×1561.5=514.6(N)
T2==17.9×33.7×2×0.390.75×1560.75=26281.8(N·mm)
P2==2.58(kw)
式中：
F——切削力 T——切削功率 v——切削速度
f——進(jìn)給量 Fx——軸向切削力 Fz——圓周力
D——加工直徑
3 車(chē)床組合夾具的設(shè)計(jì)
3車(chē)床組合夾具的設(shè)計(jì)
3.1夾具的設(shè)計(jì)要求與選型
定位：工件在車(chē)床上加工時(shí)，為保證加工精度和提高生產(chǎn)率，必須使工件在車(chē)床上相對(duì)刀具占有正確的位置，這個(gè)過(guò)程稱為定位。
夾緊：為克服切削過(guò)程中工件受外力的作用而破壞定位，必須對(duì)工件施加夾緊力，這個(gè)過(guò)程稱為夾緊。
裝夾：定位和加緊綜合稱為裝夾。
車(chē)床夾具：完成裝夾的工藝設(shè)備稱為車(chē)床夾具。
車(chē)床夾具是在機(jī)械制造過(guò)程中，用來(lái)固定加工對(duì)象，使之占有正確的位置，以接受加工或檢測(cè)并保證加工要求的車(chē)床附加裝置，簡(jiǎn)稱為夾具。
工件的裝夾方法有找正裝夾法和夾具裝夾法兩種。
找正裝夾方法是以工件的有關(guān)表面或?qū)ｉT(mén)劃出的線痕作為找正依據(jù)，用劃針或指示表進(jìn)行找正，將工件正確定位，然后將工件夾緊，進(jìn)行加工。這種方法安裝簡(jiǎn)單，不需專(zhuān)門(mén)設(shè)備，但精度不高，生產(chǎn)率低，因此多用于單件、小批量生產(chǎn)。
夾具裝夾方法是靠夾具將工件定位、夾緊，以保證工件相對(duì)于刀具、車(chē)床的正確位置夾具裝夾工件的特點(diǎn)：
1）工件在夾具中的正確定位，是通過(guò)工件上的定位基準(zhǔn)面與夾具上的定位元件相接觸而實(shí)現(xiàn)的。因此，不再需要找正便可將工件夾緊。
2）由于夾具預(yù)先在車(chē)床上已調(diào)整好位置（也有在加工過(guò)程中再進(jìn)行找正的），因此，工件通過(guò)夾具對(duì)于車(chē)床也就占有了正確的位置。
3）通過(guò)夾具上的對(duì)刀裝置，保證了工件加工表面相對(duì)于刀具的正確位置。
4）裝夾基本上不受工人技術(shù)水平的影響，能比較容易和穩(wěn)定地保證加工精度。
5）裝夾迅速、方便，能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，顯著地減少輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
6）能擴(kuò)大車(chē)床的工藝范圍。如鏜削圖機(jī)體上的階梯孔，若沒(méi)有臥式鏜床和專(zhuān)用設(shè)備，可設(shè)計(jì)一夾具在車(chē)床上加工。
3.1.1夾具設(shè)計(jì)的基本要求
a. 保證工件的加工精度
保證工件的加工精度是夾具設(shè)計(jì)的最基本要求。其關(guān)鍵在于，正確地確定夾具的定位方案、夾緊方案和刀具導(dǎo)向裝置，合理地制定夾具的尺寸、公差和技術(shù)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
要求，必要時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼`差分析和計(jì)算。
b. 提高生產(chǎn)效率，減低制造成本
夾具設(shè)計(jì)的總體方案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。在大量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)盡量采用各種快速、高效的機(jī)構(gòu)和先進(jìn)的控制方法，以縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率；在中批量生產(chǎn)中，則要求在滿足夾具功能的前提下，盡量采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造的夾具，以降低夾具的制造成本。
c. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，安全和省力
夾具的操作要做到方便、省力，有條件盡可能采用氣動(dòng)、液壓、電氣及其他高效機(jī)械夾緊裝置，以減輕人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。夾具操作位置應(yīng)當(dāng)有利與操作人員，必要時(shí)應(yīng)有安全保護(hù)裝置，以確保使用安全。
d. 便于排屑
夾具的排屑是個(gè)不容忽視的問(wèn)題，如果排屑不好，切屑聚集在夾具中，會(huì)不利與工件的定位；切屑聚集嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)損傷刀具導(dǎo)致設(shè)備事故或人員傷亡；切屑的清掃又會(huì)增加輔助時(shí)間，降低生產(chǎn)率。因此，排屑問(wèn)題在夾具設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分的考慮。
e. 良好的結(jié)構(gòu)工藝性
有良好的結(jié)構(gòu)工藝，便于夾具的制造加工、裝配、檢驗(yàn)和維修，要達(dá)到這些要求，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。
夾具設(shè)計(jì)應(yīng)按加工要求構(gòu)思出設(shè)計(jì)方案，繪制圖樣，確定夾具的結(jié)構(gòu)。合理選擇材料，標(biāo)注尺寸、公差和技術(shù)要求。
3.1.2夾具的選型
機(jī)床夾具是機(jī)床上用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對(duì)于機(jī)床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。而要實(shí)現(xiàn)這一要求，又必須滿足三個(gè)條件：①一批工件在夾具中占有正確的加工位置；②夾具裝夾在機(jī)床上的準(zhǔn)確位置；③刀具相對(duì)夾具的準(zhǔn)確位置。這里涉及了三層關(guān)系：零件相對(duì)夾具，夾具相對(duì)于機(jī)床，零件相對(duì)于機(jī)床。工件的最終精度是由零件相對(duì)于機(jī)床獲得的。所以“定位”也涉及到三層關(guān)系：工件在夾具上的定位，夾具相對(duì)于機(jī)床的定位，而工件相對(duì)于機(jī)床的定位是間接通過(guò)夾具來(lái)保證的。工件定位以后必須通過(guò)一定的裝置產(chǎn)生夾緊力把工件固定，使工件保持在準(zhǔn)確定位的位置上，否則，在加工過(guò)程中因受切削力，慣性力等力的作用而發(fā)生位置變化或引起振動(dòng)，破壞了原來(lái)的準(zhǔn)確定位，無(wú)法保證加工要求。這種產(chǎn)生夾緊力的裝置便是夾緊裝置。
3.2定位和夾緊的方案確定
3.2.1定位和夾緊的方案選擇分析
工件的定位是保證工件在夾具中占有一致的正確加工位置，而這一位置的確定要通過(guò)定位支承限制工件的相應(yīng)自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)。而通常需要限制的六個(gè)自由度。根據(jù)本課題零件要加工孔的位置，該零件要加工的孔面為：3個(gè)20孔，3個(gè)14孔，加工方法為先粗后精。根據(jù)定位基準(zhǔn)的選擇原則確定定位基準(zhǔn)為：第一定位基準(zhǔn)為外圓柱面的軸線，第二定位基準(zhǔn)為底面。因此，可以得出如下幾個(gè)定位方案：
a. 用一短V形塊置于20孔的外端限制沿X軸及Z軸移動(dòng)的兩自由度，三個(gè)支承釘置于肋板的底部限制繞X軸、繞Z軸和沿Y軸的三個(gè)自由度，一擋鐵置于14的孔的外端限制繞Y軸的自由度。實(shí)現(xiàn)完全定位。夾緊力作用點(diǎn)位于肋板的外表面。
b. 與a比較，把零件繞Z軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°,定位裝置和夾緊裝置隨之改變相應(yīng)的位置（如圖所示），定位方案同a。
c. 零件放置方式同方案a。夾緊力作用點(diǎn)如圖所示。用一相當(dāng)于短V形塊的兩定位板置于肋板的外表面限制沿X軸及Z軸移動(dòng)的兩個(gè)自由度，三個(gè)支承釘置于肋板的底部限制繞X軸、繞Z軸和沿Y軸的三個(gè)自由度，一擋鐵置于34的孔的外端限制繞Y軸的自由度。實(shí)現(xiàn)完全定位。短V形塊置于20孔的外端作夾緊元件。
（說(shuō)明：以上定位和夾緊方案針對(duì)于兩個(gè)同時(shí)加工的零件，兩零件對(duì)稱放置相應(yīng)的定位和夾緊裝置也對(duì)稱布置。）
分析以上方案：
方案a：此方案符合定位和夾緊的相關(guān)原理，短V形塊作為定位元件起定心定位作用。但是美中不足的是需要兩液壓缸，并且兩液壓缸需分布在兩零件的外側(cè)。由此帶來(lái)的影響是設(shè)計(jì)兩液壓缸增加夾具整體的體積，也增加制造成本。再者此方案雖然能夠保證零件的較高的加工精度，但是所要加工的零件尺寸精度和位置精度要求不高。所以此方案是不可用的。
方案b：此方案與方案a類(lèi)似，不同的是提供夾緊力只需一個(gè)位于夾具中心的液壓缸。但是兩零件間的距離增大，這樣帶來(lái)主軸箱四根軸間的軸間距加大，從而會(huì)增大整個(gè)機(jī)床的體積和制造成本。所以此方案也不可用。
方案c：兩定位板相當(dāng)于一短V形塊起定心定位作用，能夠保證定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)的基準(zhǔn)重合，也符合夾緊力的選擇原則，使夾緊力朝著主要的定位基準(zhǔn)面。從而提高零件的加工精度。同時(shí)又能降低機(jī)床和夾具的體積和成本，解決了以上兩方案的出現(xiàn)的問(wèn)題。所以以此方案可行。
根據(jù)以上的論述比較，可以定出方案c是合理可行。
3.3定位元件和夾緊元件的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1定位元件的設(shè)計(jì)計(jì)算
定位元件設(shè)計(jì)包括定位元件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、及布置形式等。利用六點(diǎn)定位原則正確選擇定位方式和定位元件。根據(jù)前面定位方案的敘述，可以知道本課題所使用到的定位元件有：兩個(gè)定位板（相當(dāng)于一短V形塊），三個(gè)圓形支承塊，一個(gè)擋鐵。具體的尺寸如下所定：
a. 定位板(兩定位板相當(dāng)于短V形塊)的設(shè)計(jì)及尺寸的確定
V型塊是標(biāo)準(zhǔn)件，但是考慮到本設(shè)計(jì)所使用的V型塊的具體尺寸要遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸，所以要自己設(shè)計(jì)。所謂的自行設(shè)計(jì)也就是在標(biāo)準(zhǔn)件的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體情況做出適當(dāng)?shù)母膭?dòng)。之所以要把V形塊改進(jìn)為兩定位板，就是因?yàn)槔甙宓耐鈭A面的直徑很大,這樣設(shè)計(jì)出V形塊體積較大從而增大夾具的體積。但是安裝時(shí)應(yīng)保持兩定位板垂直放置（安裝方式見(jiàn)總裝圖）。
定位板的長(zhǎng)度根據(jù)肋板的高度確定，取略大于肋板的一半高度的尺寸作為定位板的長(zhǎng)度（取60mm）.具體如圖所示：
圖3.6 定位板
b. 支承釘設(shè)計(jì)及尺寸的確定
3個(gè)支承釘，主要的定位元件，對(duì)它的要求也就比較的高，要想達(dá)到較高的要求，應(yīng)當(dāng)做到：
幾個(gè)支承釘裝配后，要求等高，可以用裝配后一次磨削法，以保證它們的限位基面在同一平面內(nèi)，也就是保證了它們的平面度比較的高。由于肋板的底面屬粗基準(zhǔn)面，所以選用C型支承釘。
參照文獻(xiàn)[2]表2-1-9得出支承釘?shù)男吞?hào):支承釘C12×12GB 2226-1991
c. 擋鐵的設(shè)計(jì)及尺寸的確定
擋鐵的尺寸根據(jù)14孔的直徑和長(zhǎng)度確定，具體設(shè)計(jì)及尺寸如圖所示：
圖3.7 擋鐵
3.3.2夾緊元件的設(shè)計(jì)計(jì)算
a. 壓板壓頭夾緊機(jī)構(gòu)的確定
根據(jù)夾緊原理和零件的形狀來(lái)確定夾緊機(jī)構(gòu)。本課題中由于第一定位基準(zhǔn)為圓形肋板的軸線，根據(jù)夾緊原理——夾緊力應(yīng)朝著主要的定位基準(zhǔn)面，所以壓板壓頭夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)如總裝圖中的放置位置。零件的形狀呈內(nèi)凹狀又零件為薄臂件故設(shè)計(jì)壓頭為球形壓頭。
b. V形塊夾緊機(jī)構(gòu)的確定
零件的另一端采用擋鐵定位，再者加工零件時(shí)會(huì)產(chǎn)生扭距和切向力，這樣必然導(dǎo)致零件的翻轉(zhuǎn)和竄動(dòng)。用V形塊夾緊機(jī)構(gòu)可以有效地控制這些不利于加工的運(yùn)動(dòng)。
c. 手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)的確定
由于切削時(shí)產(chǎn)生軸向力，將使零件繞y軸翻轉(zhuǎn)。而手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)的存在有效地消除這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.4誤差分析計(jì)算
一批工件依次在夾具中進(jìn)行定位時(shí)，由于工序基準(zhǔn)的變動(dòng)對(duì)加工表面尺寸所造成的極限值之差稱為定位誤差。產(chǎn)生定位誤差的原因是工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不相重合或工序基準(zhǔn)自身在位置上發(fā)生偏移或位移所引起的。
3.4.1影響加工精度的因素
用夾具裝夾工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度的因素很多，與夾具有關(guān)的因素有：定位誤差ΔD、對(duì)刀誤差ΔT、夾具位置誤差ΔA，夾具誤差。在機(jī)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誤差ΔG。上述各項(xiàng)誤差均導(dǎo)致刀具相對(duì)工件的位置不精確而形成總的加工誤差∑Δ
3.4.2 誤差的計(jì)算
a. 定位誤差ΔD
(1) 基準(zhǔn)不重合誤差ΔB
基準(zhǔn)不重合誤差是由于定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合而產(chǎn)生的那部分定位誤差。在本設(shè)計(jì)中，由于定位誤差和工序基準(zhǔn)是重合的，所以基準(zhǔn)不重合誤差為0。
(2) 基準(zhǔn)位移誤差ΔY
基準(zhǔn)位移誤差是工件實(shí)際位置對(duì)確定位置的理想要素的誤差。
b. 主要定位元件的定位誤差分析計(jì)算
(1) 兩定位板（相當(dāng)于短V形塊）的定位誤差分析計(jì)算:
因?yàn)椋合喈?dāng)于一短V形塊的兩定位板起定心定位作用，并且定位
準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)的基準(zhǔn)重合。
所以：ΔB=0
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]當(dāng)=時(shí)，V形塊的位移誤差可由公式（2.8）
即：=
故：
(2) 由于零件的加工精度要求較低，故其它定位元件的定位誤差計(jì)算省略。
c. 對(duì)刀誤差ΔT
因?yàn)榈毒呦鄬?duì)于對(duì)刀或?qū)蜓b置不精確造成的加工誤差，稱為對(duì)刀誤差。
本工序中車(chē)孔時(shí)導(dǎo)向誤差計(jì)算公式為：
（3.1）
即得導(dǎo)向誤差mm
d. 夾具位置誤差ΔA
因?yàn)閵A具在機(jī)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。
一般?。?
=0.02mm
=0mm
本課題中夾具為垂直安裝,所以取 =0mm
e. 夾具誤差ΔE
因夾具上定位元件，對(duì)刀或?qū)蛟鞍惭b基面三者之間（包括導(dǎo)向元件與導(dǎo)向元件之間）的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差，夾具誤差大小取決于夾具零件的加工精度的夾具裝配時(shí)的調(diào)整和修配精度。
一般取ΔE=0.04mm
f. 加工方法誤差ΔG
因機(jī)床精度，刀具精度，刀具與機(jī)床的位置精度，工藝系統(tǒng)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(xiàng)誤差影響因素很多，又不便于計(jì)算，所以常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所以常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為它留出工件公差的1/3。計(jì)算時(shí)可以設(shè)為ΔG= （3.2）
——工件位置公差取0.20
ΔG=
3.4.3保證加工精度
工件在夾具中加工時(shí)，總加工誤差∑Δ為上述各項(xiàng)誤差之和。由于上述誤差均為獨(dú)立隨機(jī)誤差，應(yīng)用概率法加，因此，保證工件加工精度條件是工件總加工誤差∑Δ應(yīng)不大于工件的加工尺寸公差。
的計(jì)算按公式（5-2）計(jì)算：
（3.3）
==0.091
顯然：0.091<0.2
所以:本夾具完全可以保證加工精度。
為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因磨損而過(guò)早報(bào)廢，在分析計(jì)算工件加工精度時(shí)需留出一定精度儲(chǔ)備量，因此將上式改為：
≤－ → =－ （3.4）
當(dāng)≥0時(shí)夾具能滿足加工要求，根據(jù)以上
=－=0.20-0.091=0.109≥0
所以?shī)A具完全可以滿足加工要求。
3.5夾具結(jié)構(gòu)的確定
3.5.1夾具體的確定
夾具體是用來(lái)確定各元件之間總體布局的根基，有了夾具體車(chē)模板才能夠固定各部件，各元件才能夠有發(fā)揮的作用。夾具體的尺寸是根據(jù)零件的尺寸，零件的定位夾緊方式以及定位夾緊元件和驅(qū)動(dòng)裝置等的安裝方式來(lái)確定的。
對(duì)夾具體的具體要求
a. 有適當(dāng)?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，夾具體的安裝表面，應(yīng)有適當(dāng)?shù)某叽绾托螤罹龋鼈冎g還要有適當(dāng)?shù)奈恢镁?。一般要求夾具體的加工公差為一般工件相應(yīng)公差的1/5～1/3。
為使夾具體尺寸穩(wěn)定，鑄造夾具體要進(jìn)行實(shí)效處理，焊接和鍛造夾具體要進(jìn)行退火處理。
b. 有足夠的強(qiáng)度和剛度
加工過(guò)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)生不允許的變形與振動(dòng)，夾具體應(yīng)當(dāng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。
c. 排屑方便
切屑多時(shí)，夾具體上應(yīng)考慮排屑結(jié)構(gòu)，可在夾具體上開(kāi)排屑槽。
夾具體的具體尺寸如下圖：
圖3.8 夾具體正視圖
圖3.9 夾具體俯視圖
圖3.10 夾具體左視圖
3.6夾緊力的確定
3.6.1夾緊力的計(jì)算公式
根據(jù)工件所受切削力、重力、慣性力、等作用情況，按靜力平衡原理先計(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)便可得到所需夾緊力的數(shù)值，即：
算出理論夾緊力，然后要保證夾緊可靠需要乘以安全系數(shù)，所以有以下公式：
(3.5)
式中 ——夾緊力(N);
——理論夾緊力(N);
——安全系數(shù)。
安全系數(shù)可按下列公式計(jì)算：
(3.6)
式中 —各種因數(shù)的安全系數(shù)
——考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù)，取1.2；
——加工性質(zhì)，精加工取1.0，粗加工取1.2，本課題是半精鏜孔，取1.0；
——刀具鈍化程度，半精鏜鑄鐵工件取1.3；
——切削特點(diǎn)，連續(xù)切削取1.0；
——夾緊力的穩(wěn)定性，機(jī)動(dòng)夾緊取1.0；
——手動(dòng)夾緊時(shí)受柄位置，操作方便取1.0；
——僅有力矩作用于工件時(shí)與支撐面接觸情況，接觸點(diǎn)確定取1.0。
本課題中的安全系數(shù)
=
=1.56
3.6.2夾緊力的計(jì)算
夾緊力的計(jì)算由于受多方面工藝因素的影響，計(jì)算起來(lái)比較復(fù)雜，一般只能粗略計(jì)算。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)可假定工藝系統(tǒng)是剛性的，只考慮切削力的切削力矩對(duì)夾緊力的影響。
a. 機(jī)動(dòng)壓頭夾緊力的計(jì)算
由于兩定位塊相當(dāng)于V形定位塊，所以此夾緊力按照工件以外圓柱面在
形塊上定位的方式來(lái)計(jì)算。
根據(jù)文獻(xiàn)[2]V型塊鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)處的夾緊力近似計(jì)算的公式如下：
(3.7)
所設(shè)計(jì)的V型塊的夾角、D=20mm
根據(jù)前面總體部分計(jì)算結(jié)果可以計(jì)算出：
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表3-4材料的摩擦系數(shù)上查得摩擦系數(shù)μ：
μ=0.3
根據(jù)以上得出的數(shù)據(jù)可以算出夾緊力WK：
b. 手動(dòng)壓頭的夾緊力的計(jì)算
根據(jù)前面總體設(shè)計(jì)計(jì)算的軸向力的結(jié)果計(jì)算：
車(chē)20孔的軸向力：
車(chē)34孔的軸向力：N
總的軸向力：
手動(dòng)壓頭的夾緊力：
其中：
。
。
（3.8）
c. V形塊夾緊