立軸回轉(zhuǎn)分度機械加工工藝和鉆床專用夾具設(shè)計NG,立軸,回轉(zhuǎn),分度,機械,加工,工藝,鉆床,專用,夾具,設(shè)計,NG 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 題目：立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具設(shè)計 1. 設(shè)計（論文）進展?fàn)顩r 本設(shè)計已經(jīng)完成以下內(nèi)容 （1） 對于開題答辯中，老師針對我的設(shè)計方案提出了一些問題，我經(jīng)過查閱相關(guān)資料完善了設(shè)計方案，并通過了指導(dǎo)老師的檢查；也對開題報告內(nèi)容中存在的格式問題進行了修改和完善。 （2）完成了與立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具相關(guān)的英文文獻，英文題目為《Experimental Analysis of Passive Damping Technique on Conventional Padial Drilling Machine Tool Bed using Gomposite Materials》，翻譯為中文題目是《在傳統(tǒng)搖臂鉆床工具床中使用復(fù)合材料的被動阻尼的實驗分析》，字?jǐn)?shù)大約3000字。 （3） 根據(jù)結(jié)構(gòu)布置的相關(guān)規(guī)定、規(guī)范和原則，完成了立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具的三維建模草圖，建模草圖主要包括被加工零件曲柄板，夾具的定位元件平頭支撐釘、V形塊和定位心軸，夾具的夾緊元件有開口墊圈和夾緊螺母，操作元件手柄，和一些基本連接零件等，如圖1所示： 圖1 夾具及工件安裝示意圖 此鉆床夾具我們在設(shè)計時考慮到必須限制工件的六點定位并實現(xiàn)夾緊的方式，主要定位由夾具中分度盤上面的三個支承釘作為主要定位，支撐釘選的是固定支撐釘中的平頭支撐釘，它主要用于精基準(zhǔn)定位，如圖2所示；圓形表面定位我們用的是V型塊機構(gòu)，如圖3所示，V形塊為定位元件，不僅安裝工件方便，而且定位對中性好。 圖2 A型平頭支撐釘三維立體圖 圖3 V形塊的三維立體圖 中心孔是圓周定位基準(zhǔn)，夾緊方式是利用定心夾緊機構(gòu)，中心定位心軸元件與夾緊螺栓元件合為一體，選用的是雙頭螺栓，如圖4所示； 圖4 雙頭螺栓柱心軸三維立體 并且定位和夾緊動作是同時進行的，夾緊是利用工件上已加工好的上端面，用夾緊螺母和開口墊圈將工件壓緊在分度盤上，如圖5所示： 圖5 工件的夾緊示意圖 加工的工件有2個直徑不同的孔組成，為能快速更換不同孔徑的鉆套，應(yīng)選用可換鉆套，如圖6所示；鉆套要用鉆套螺釘來壓緊鉆套，如圖7所示； 圖6 可換鉆套三維立體圖 圖7 鉆套用螺釘三維圖 采用彈簧銷分度裝置，當(dāng)鉆完第一個孔后，抬起手柄拔出對定銷，轉(zhuǎn)動分度盤，當(dāng)下一個分度孔與對定銷對準(zhǔn)時，對定銷在彈簧的作用下，插入分度孔，即可鉆第二個孔，以此類推。 2. 存在的問題及解決措施 存在的問題： （1） 在立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具三維建模的過程中，由于采用可調(diào)式V形塊，自己對這個結(jié)構(gòu)不是很清楚，在建模時有些困難； （2） 在本次設(shè)計中涉及到了許多非標(biāo)準(zhǔn)件的選用，雖然之前接觸過，但在綜合考慮結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟等方面還有所欠缺； （3） 還有一方面就是對于英文翻譯比較吃力，尤其是其中的一些專業(yè)術(shù)語。 解決措施： （1） 查看與夾具設(shè)計相關(guān)的資料，例如《現(xiàn)代夾具設(shè)計手冊》等； （2） 積極地和同學(xué)討論，向老師請教； （3） 翻譯英文文獻時借助了翻譯軟件。 （4） 以下是我針對活動V形塊結(jié)構(gòu)查找的資料，如圖8所示； 圖8 活動V形塊二維結(jié)構(gòu)圖 3. 后期工作安排 （1）由于建模時某些零件的尺寸會有所不合理，導(dǎo)致立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具在實際仿真時出現(xiàn)問題，所以要對不合理的零件進行優(yōu)化改進； （2）第10周—第11周：完成立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具零件工件的定位誤差計算，和工件夾緊力的分析計算； （3）第12周完成立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具的裝配工藝設(shè)計； （4）第13周完成裝配圖及零件圖； （5）第14周—第15周：完成畢業(yè)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 注：1）正文：宋體小四號字，行距20磅，單面打??；其他格式要求與畢業(yè)論文相同。 2）中期報告由各系集中歸檔保存，不裝訂入冊。 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 題目：立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具設(shè)計 1.畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述(題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況） 1.1題目背景、研究意義 “工欲善其事，必先利其器”，在機械制造工業(yè)中，為了達到保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率及降低成本的目的，在工藝過程中，除機床等設(shè)備外，還大量使用著各種工藝裝備，包括各種夾具、模具、刀具、輔助工具及測量工具等。夾具是一種能夠使工件按一定的技術(shù)要求準(zhǔn)確定位和牢固夾緊的工藝裝備[1]，廣泛應(yīng)用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程[2],在機械加工技術(shù)日新月異，機床技術(shù)高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。機床夾具就是機床上所使用的一種輔助設(shè)備，用它來準(zhǔn)確地確定工件與刀具的相對位置，即將工件定位和加緊，以完成加工所需要的相對運動[3]，在所有機床中鉆床是其中最重要的設(shè)備之一，而鉆床夾具是在生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的機床夾具，型式多樣，這主要是由于被加工孔的位置相對于定位基準(zhǔn)來說，比較分散而且?guī)缀侮P(guān)系變化較多所決定的[4]。 機床夾具的組成：⑴ 定位裝置：其作用是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置；⑵ 夾緊裝置：其作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力(切削力等)作用時不離開已經(jīng)占據(jù)的正確位置；⑶ 對刀或?qū)蜓b置：其作用是確定刀具相對定位元件的正確位置；⑷ 連接原件：其作用是確定夾具在機床上的正確位置；⑸ 夾具體：夾具體是機床夾具的基礎(chǔ)件，通過它將夾具的所有元件連接一個整體；⑹ 其他元件或裝置：是指夾具中因特殊需要而設(shè)置的元件或裝置；根據(jù)加工需要,有些夾具上設(shè)置分度裝置、靠模裝置;為能方便、準(zhǔn)確定位,常設(shè)預(yù)定位裝置;對于大型夾具,常設(shè)置吊裝元件等[5]。 機床夾具按夾具的使用特點可分為：通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具、拼裝夾具；按使用機床可分為：車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、齒輪機床夾具、數(shù)控機床夾具[6]。 鉆床夾具一般是由定位元件、夾緊裝置、夾具體、對刀、導(dǎo)向元件及其他裝置或元件組成[7]。鉆床夾具主要用于鉆、擴、鉸孔，在鉆削加工中，工件上被加工孔的分布情況，在很大程度上決定了夾具的類型。因此鉆床夾具可分為：固定式鉆具,多用為大型鉆具，被加工表面軸線相同，或相互平行（用搖臂鉆），鉆具需要固定在機床工作臺上的情況；移動式鉆具,用于各被加工表面的軸線平行，用鉆具移動來變換工位的情況；翻轉(zhuǎn)式鉆具,用于加工方向不同的幾個孔，整個鉆具可以翻轉(zhuǎn)的情況；回轉(zhuǎn)式鉆具,用于加工方向不同的幾個孔，工件裝在鉆具的回轉(zhuǎn)部分相對于鉆具底座可以轉(zhuǎn)動或分度[8]。 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究情況 20世紀(jì)70年代前期，白俄羅斯院士發(fā)表了10篇有關(guān)在工藝裝備設(shè)計中應(yīng)用計算機的文章，20世紀(jì)80年代前后在美國出現(xiàn)了有關(guān)計算機輔助夾具設(shè)計的文章[9]。目前，Jone ja以及Ferreira等人在進行CAPP方面的研究中對設(shè)備規(guī)劃有詳細論述。TrappeyAJC等人提出了一個二維組合夾具元件的配置算法。Brost和Goldberg提出了一個“完整”的算法來分析多邊形工件的組合夾具設(shè)計，并開發(fā)出一個組合夾具設(shè)計系統(tǒng)[10]。 夾具作為傳統(tǒng)機械制造業(yè)中最重要的工藝裝備之一已有了一百多年的歷史，其在機械制造業(yè)的發(fā)展過程中發(fā)揮了巨大作用，我國于80年代末開始對組合夾具元件的設(shè)計與管理進行了研究和開發(fā)，在總結(jié)和吸取我國應(yīng)用和發(fā)展槽系夾具經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)代機械加工特征及夾具的發(fā)展趨勢，研制了新一代孔系組合夾具系統(tǒng)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，機床夾具已經(jīng)由單純的輔助工具發(fā)展成為門類較齊全的重要機械加工工藝裝備[11]。 2. 本課題的研究的主要內(nèi)容和研究方法 2.1 本課題研究的主要內(nèi)容： （1）立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模零件的工藝分析,立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模工件的定位分析； （2）立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模零件工件定位誤差計算，立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模夾緊力的分析與計算； （3）立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模零件夾具的工作原理,立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模設(shè)計中存在的問題； （4）立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模夾具裝配工藝設(shè)計與仿真。 2.2 研究方案： 由于工作零件是曲柄板,如下圖1與圖2所示，主要由圓柱面、端面、孔系等組成，是典型的盤類零件，也是導(dǎo)偏傳動機構(gòu)，材料為45 鋼，采用油淬或水淬。結(jié)構(gòu)比較簡單，其他各表面均已加工好，且各處加工精度高[12]，本次設(shè)計任務(wù)是：加工曲柄板上均勻分布的5-Φ5.2mm 和同軸線上5-Φ11mm 深3.5mm 的沉孔。 圖1 曲柄板三維立體圖 圖2 曲柄板二維零件圖 因此，設(shè)計兩種夾具方案進行對比： 方案一:在工件表面上需要加工圓周孔,因此我們在設(shè)計夾具時考慮到必須限制工件的六點定位并實現(xiàn)夾緊的方式，主要定位由夾具中分度盤上上面的三個支承釘作為主要定位，圓形表面我們用的是V型塊4夾緊機構(gòu)，中心孔是圓周定位基準(zhǔn)[13]；夾緊方式是利用定心夾緊機構(gòu)，中心定位心軸元件與夾緊螺栓元件合為一體，并且定位和夾緊動作是同時進行的；加工的工件有2個直徑不同的孔組成，為能快速更換不同孔徑的鉆套，應(yīng)選用快換鉆套[14]；采用彈簧銷分度裝置，當(dāng)鉆完第一個孔后，抬起手柄6拔出對定銷5，轉(zhuǎn)動分度盤1，當(dāng)下一個分度孔與對定銷對準(zhǔn)時，對定銷在彈簧的作用下，插入分度孔，即可鉆第二個孔,以此類推。所以，采用彈簧銷時，手柄每往復(fù)轉(zhuǎn)動一次，便同時完成分度與對定兩個動作，操作方便迅速[15]。 圖3 方案一夾具的結(jié)構(gòu)示意圖 方案二：此方案定位中圓柱孔定位采用的是橡膠芯壓縮膨脹心軸[16]，膨脹心軸的螺母旋緊時，橡膠芯外徑膨脹，從而徑向夾緊工件，但是定位精度低[17]。此方案中分度定位銷采用手拉式操作機構(gòu)，手柄向外拉出時，對定銷襯套中退出，手柄旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)90度，令橫銷在彈簧作用下擱在導(dǎo)套的頂端平面上，此時即可轉(zhuǎn)動分度盤進行分度[18]。此種分度對定銷操作機構(gòu)，拔出對定銷和分度盤的轉(zhuǎn)位分度需要分別操作，比較費時費力，其操作誤差會直接影響分度精度[19]。 方案對比 表1 方案對比表 定位 分度 精度 效率 周期 生產(chǎn) 方案 1 工件圓柱孔采用螺栓柱心軸定位,此時中心定位心軸元件與夾緊螺栓元件合為一體 分度定位銷采用單手柄操縱分度和對定的彈簧式的操作機構(gòu) 高 高 生產(chǎn)周期短 大批量 方案 2 工件圓柱孔采用橡膠芯壓縮膨脹心軸定位 分度定位銷采用手拉式操作機構(gòu) 低 低 生產(chǎn)周期長 小批量 經(jīng)過對比，選用方案一。 3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 重點及難點： 設(shè)計出立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床的專用夾具，分析零件的工藝，夾具的定位誤差和夾緊力的分析計算，利用三維建模軟件建工件的三維模型，利用二維繪圖軟件繪制夾具裝配體的三視圖。 前期已開展工作： （1）查閱相關(guān)資料，積累基礎(chǔ)知識； （2）初步了解常規(guī)夾具的設(shè)計及加工方法； （3）初步了解關(guān)于回轉(zhuǎn)分度夾具的一些相關(guān)知識； （4）學(xué)會運用三維建模和二維畫圖等作圖軟件。 4.完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 第1周－第3周：查閱資料，完成基礎(chǔ)知識的積累和開題報告。 第4周－第6周：工件的分析；定位分析（自由度）。 第7周－第9周：立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具的工作原理；設(shè)計中存在的問題。 第10周－第13周：立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模夾具裝配工藝設(shè)計與仿真。 第14周－第15周：完成畢業(yè)論文。 5.指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 6.所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 注：1）正文：宋體小四號字，行距20磅，單面打??；其他格式與畢業(yè)論文要求相同。 2）開題報告由各系集中歸檔保存。 3）開題報告引用參考文獻注釋格式可參照附錄E“畢業(yè)設(shè)計（論文）參考文獻樣式”執(zhí)行。不進入正文，可以作為附件放在開題報告后面。 參考文獻 [1] 全曉春,劉曉花.基于機床夾具的設(shè)計[J].甘肅科技,2012,28(3):71-73. 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This design is about the vertical axis rotary indexing drilling fixt design, introduced in the uniform distribution of the vertical drilling freedom of six crank plate degree of analysis, fixture design schemes and programs to develop the analysis to determine the overall fixture design and manufacturing programs, including positioning and clamping after processing methods. Fixture focused on solving the fast and accurate indexing positioning parts processing, effectively improve the precision and efficiency of parts. Key words: Fixture design;Divided circle; Activity V block 主要符號表 鉆削力 安全系數(shù) 鉆頭直徑 σb 應(yīng)力 K 安全系數(shù) F 摩擦系數(shù) Fx 鉆削力徑向分力 Fy 鉆削力軸向分力 Fn 支持力 a Fx對應(yīng)的力臂 b Fy對應(yīng)的力臂 實際所需夾緊力 理論夾緊力 基準(zhǔn)不重合誤差 基準(zhǔn)位移誤差 定位誤差 對刀誤差 安裝誤差 夾具誤差 加工方法誤差 總加工誤差 B 工件厚度 H 鉆套高度 h 排屑空間的高度 最大配合間隙 X 孔的偏移量X 加工尺寸 目 錄 1 緒論 1 1.1綜述 1 1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 1.3國外研究現(xiàn)狀 2 1.4本文主要研究工作 2 2 曲柄板的分析 3 2.1曲柄板 3 2.2曲柄板的工業(yè)分析 4 2.3曲柄板的技術(shù)要求分析 4 3 工藝規(guī)程設(shè)計 5 3.1確定零件的生產(chǎn)類型 5 3.2確定毛坯的制造類型 5 3.3基面的選擇 5 3.3.1粗基準(zhǔn)的選擇 6 3.3.2精基準(zhǔn)的選擇 6 3.4導(dǎo)向方案 6 3.5制造工藝路線 6 3.5.1工藝過程的安排 6 3.5.2各主要表面的工序安排 6 3.6機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸確定 7 3.7確定切削用量及基本工時 9 3.7.1確定主軸轉(zhuǎn)速 9 3.7.2確定進給速度 10 3.7.3確定背吃刀量 10 3.8工藝文件填寫 11 4 立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具設(shè)計 12 4.1夾具體的要求 12 4.2夾具體毛坯類型 12 4.3立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具工作原理 13 4.3.1固定部分 14 4.3.2轉(zhuǎn)動部分 14 4.3.3分度對定機構(gòu) 15 4.3.4抬起鎖緊機構(gòu) 15 4.4定位設(shè)計 15 4.4.1定位基準(zhǔn)的選擇與定位元件的選擇 15 4.5夾緊設(shè)計 16 4.5.1夾緊裝置的基本要求 16 4.5.2夾緊方案的選擇 17 4.5.3鉆削切削力計算 19 4.5.4夾緊力的計算 20 4.6鉆套的選擇 22 4.7分度方案 25 4.8立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具中零件的具體尺寸設(shè)計 25 4.8.1夾具體的設(shè)計 25 4.8.2分度盤的設(shè)計 27 4.8.3輔助元件的設(shè)計 27 4.8.4與鉆模板連接元件的設(shè)計 28 4.8.5連接支承元件的設(shè)計 29 5 立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具誤差的計算 31 5.1定位誤差 31 5.2工件在夾具上加工的精度分析 31 5.2.1影響加工精度的因素 31 5.3立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具的定位誤差計算 32 5.4立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具的安裝誤差 32 5.5立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具的對刀誤差 32 5.6保證加工精度的條件 33 6 夾具的裝配工藝過程 35 7 結(jié)論 38 參考文獻 39 致 謝 41 畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 42 畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 43 附錄1 44 IV 1 緒論 1.1綜述 “工欲善其事，必先利其器”，在機械制造工業(yè)中，為了達到保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率及降低成本的目的，在工藝過程中，除機床等設(shè)備外，還大量使用著各種工藝裝備，包括各種夾具、模具、刀具、輔助工具及測量工具等。夾具是一種能夠使工件按一定的技術(shù)要求準(zhǔn)確定位和牢固夾緊的工藝裝備[1]，廣泛應(yīng)用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程[2],在機械加工技術(shù)日新月異，機床技術(shù)高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。機床夾具就是機床上所使用的一種輔助設(shè)備，用它來準(zhǔn)確地確定工件與刀具的相對位置，即將工件定位和加緊，以完成加工所需要的相對運動[3]，在所有機床中鉆床是其中最重要的設(shè)備之一，而鉆床夾具是在生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的機床夾具，型式多樣，這主要是由于被加工孔的位置相對于定位基準(zhǔn)來說，比較分散而且?guī)缀侮P(guān)系變化較多所決定的[4]。 機床夾具由以下幾部分組成： (1) 定位裝置：其作用是使工件在夾具中的位置；即通過它使工件加工時相對刀具及切削成形運動處于正確的位置； (2) 夾緊裝置：其作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力(切削力等)作用而產(chǎn)生位移，同時防止或減少振動； (3) 對刀或?qū)蜓b置：其作用是確定工件加工表面與刀具之間相的正確位置； (4) 連接原件：其作用是確定夾具與機床上連接并確定夾具對機床主軸、工作臺或?qū)к壍南鄬ξ恢茫? (5) 夾具體：夾具體是機床夾具的基礎(chǔ)件，通過它將夾具的所有元件連接成一個整體； (6) 其他元件或裝置：是指夾具中因特殊需要而設(shè)置的元件或裝置；根據(jù)加工需要，有些夾具上設(shè)置分度裝置、靠模裝置；為能方便、準(zhǔn)確定位，常設(shè)預(yù)定位裝置；對于大型夾具,常設(shè)置吊裝元件等[5]。 機床夾具按夾具的通用特性可分為：通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具、拼裝夾具；按使用機床可分為：車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、齒輪機床夾具、數(shù)控機床夾具[6]。 47 鉆床夾具一般是由定位元件、夾緊裝置、夾具體、對刀、導(dǎo)向元件及其他裝置或元件組成[7]。鉆床夾具主要用于鉆、擴、鉸孔，在鉆削加工中，工件上被加工孔的分布情況，在很大程度上決定了夾具的類型。因此鉆床夾具可分為固定式鉆具，多用為大型鉆具，被加工表面軸線相同，或相互平行（用搖臂鉆），鉆具需要固定在機床工作臺上的情況；移動式鉆具,用于各被加工表面的軸線平行，用鉆具移動來變換工位的情況；翻轉(zhuǎn)式鉆具，用于加工方向不同的幾個孔，整個鉆具可以翻轉(zhuǎn)的情況；回轉(zhuǎn)式鉆具,用于加工方向不同的幾個孔，工件裝在鉆具的回轉(zhuǎn)部分相對于鉆具底座可以轉(zhuǎn)動或分度[8]。 1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 夾具作為傳統(tǒng)機械制造業(yè)中最重要的工藝裝備之一已有了一百多年的歷史，其在機械制造業(yè)的發(fā)展過程中發(fā)揮了巨大作用，我國于80年代末開始對組合夾具元件的設(shè)計與管理進行了研究和開發(fā)，在總結(jié)和吸取我國應(yīng)用和發(fā)展槽系夾具經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)代機械加工特征及夾具的發(fā)展趨勢，研制了新一代孔系組合夾具系統(tǒng)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，機床夾具已經(jīng)由單純的輔助工具發(fā)展成為門類較齊全的重要機械加工工藝裝備[9]。 1.3國外研究現(xiàn)狀 20世紀(jì)70年代前期，白俄羅斯院士發(fā)表了10篇有關(guān)在工藝裝備設(shè)計中應(yīng)用計算機的文章，20世紀(jì)80年代前后在美國出現(xiàn)了有關(guān)計算機輔助夾具設(shè)計的文章[10]。目前，Jone ja以及Ferreira等人在進行CAPP方面的研究中對設(shè)備規(guī)劃有詳細論述。Trappey AJC等人提出了一個二維組合夾具元件的配置算法。Brost和Goldberg提出了一個“完整”的算法來分析多邊形工件的組合夾具設(shè)計，并開發(fā)出一個組合夾具設(shè)計系統(tǒng)[11]。 1.4本文主要研究工作 （1）立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模零件的工藝分析，立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模工件的定位分析； （2）立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模零件工件定位誤差計算，立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模夾緊力的分析與計算； （3）立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模零件夾具的工作原理，立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模設(shè)計中存在的問題； （4）立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床鉆模夾具裝配工藝設(shè)計。 2 曲柄板的分析 2.1曲柄板 由于工作零件是曲柄板，如下圖2.1和圖2.2所示，主要由圓柱面、端面、孔系等組成，是典型的盤類零件，也是導(dǎo)偏傳動機構(gòu)，材料為45鋼，采用油淬或水淬，結(jié)構(gòu)比較簡單。 圖2.1 曲柄板三維立體圖 圖2.2 曲柄板二維零件圖 2.2曲柄板的工業(yè)分析 零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指所設(shè)計的零件在能夠滿足使用要求的前提下制造的可行性和經(jīng)濟性，即所設(shè)計的零件結(jié)構(gòu)應(yīng)便于成形，并且成本低，效率高。它的涉及面廣，因此有必要對零件進行結(jié)構(gòu)工藝性分析，找出技術(shù)關(guān)鍵，以便在擬定工藝規(guī)程時采用適當(dāng)?shù)募庸ご胧┘右员ＷC。該零件屬于異形零件，在加工時存在一定的難度，因此一定要設(shè)計合適的夾具方能確保所有工序的完成。該零件主要由圓柱面、端面、孔系等組成。在分析圖2.2可知，零件曲柄板為典型的盤類零件，是導(dǎo)偏動機構(gòu)，材料為45鋼，采用油淬或水淬。結(jié)構(gòu)比較簡單，其他各表面均已加工好，且各處加工精度高，本次設(shè)計任務(wù)是：加工曲柄板上均勻分布的5個直徑5.2mm和同軸線上5個直徑11mm深3.5mm的沉孔。夾具應(yīng)有分度盤裝置，同時還應(yīng)有快速更換鉆套功能，工件有大的通孔可以將分度盤做成軸形狀，用鎖緊螺母夾緊[12]。因此設(shè)計曲柄板有2組加工面。 (1) 以Φ29外圓為基準(zhǔn)的加工面，這組加工面包括上端面，各個孔。 (2) 以上端面為基準(zhǔn)的加工面，這組加工面包括Φ29和端面。 2.3曲柄板的技術(shù)要求分析 零件的技術(shù)要求主要包括尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度要求等，這些技術(shù)要求應(yīng)當(dāng)是能夠保證零件使用性能前提下的極限值。進行零件技術(shù)要求分析，主要是分析這些技術(shù)要求的合理性，以及實現(xiàn)的可能性，重點分析重要表面和部位的加工精度和技術(shù)要求，為制定合理的加工方案做好準(zhǔn)備。同時通過分析以確定技術(shù)要求是否過于嚴(yán)格，因為過高的精度和過小的表面粗糙度要求會使工藝過程變得復(fù)雜，加工難度大，增加不必要的成本[13]。曲柄板的具體特點和技術(shù)要求如下： 第一:精加工孔Φ30H8要求達到的精度等級為，粗糙度為，且以底平面為基準(zhǔn)，要求垂直度公差為0.01，主要滿足加工孔的位置精度。 第二:其他各個孔的加工都要以Φ103底平面為定位基準(zhǔn)。所以，底平面的形位公差要達到設(shè)計要求。 第三:精加工Φ29h6外圓柱面，精度等級為，粗糙度為，且與Φ30H8孔軸線有位置要求。 第四:五個Φ5.2孔和五個Φ11沉孔的同軸度和相互夾角45度的位置，需設(shè)計一立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具。 3 工藝規(guī)程設(shè)計 3.1確定零件的生產(chǎn)類型 生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)產(chǎn)品的品種、規(guī)格及產(chǎn)量和進度計劃。計劃期通常為1年，所以生產(chǎn)綱領(lǐng)也通常稱為年生產(chǎn)綱領(lǐng)。 確定生產(chǎn)綱領(lǐng)： N=Q n（1+a）（1+b） (3.1) N——零件的年產(chǎn)量（件/年）； Q——產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年），Q=5000臺/年； n——每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺），n=1件/臺； a——該零件的備品率（備品百分率），一般情況下為a=3%～5%，取4% b——該零件的廢品率（廢品百分率），取b=1； 所以，N=5000*1（1+4%+1%） =5025件/年 根據(jù)任務(wù)書可知零件為大量生產(chǎn)。 3.2確定毛坯的制造類型 影響毛坯選擇的因素通常包括： 第一：零件材料的工藝性及對材料組織的要求。 第二：零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形尺寸。 第三：零件對毛坯精度，表面粗糙度和表面層性能的要求。 第四：零件生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小。 第五：現(xiàn)有生產(chǎn)能力和發(fā)展前途[14]。 由于該零件的輪廓尺寸不大，生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)，又考慮零件的加工條件要求較高。為了保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本、減少工人的勞動強度，確定采用鑄造成型考慮到該零件屬于批量生產(chǎn)，在毛坯的設(shè)計時，應(yīng)該對其加工余量進行合理的控制，盡可能在保證零件精度的前提下提高生產(chǎn)效率，降低成本，綜合考慮，本題零件的毛坯選擇鑄件毛坯。 3.3基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)劃設(shè)計中的重要工作之一?；孢x擇得正確與合理可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中問題百出，更有甚 者，還會造成零件的大批報廢，是生產(chǎn)無法正常進行[15]。 3.3.1粗基準(zhǔn)的選擇 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準(zhǔn)，保證待加工表面與不加工表面的相互位置關(guān)系精度，對于盤類零件而言，大部分以外圓作為粗基準(zhǔn)，根據(jù)零件圖紙技術(shù)要求，選擇Φ29 外圓表面作為粗基準(zhǔn)，就能滿足零件的加工要求。 3.3.2精基準(zhǔn)的選擇 精基準(zhǔn)的選擇主要是保證零件的加工精度和技術(shù)要求，以及在裝夾過程中簡單、準(zhǔn)確、可靠、迅速、方便，盡可能采用基準(zhǔn)重合和基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，提高零件的加工精度和生產(chǎn)效率。 3.4導(dǎo)向方案 由于加工的工件有2 個直徑不同的孔組成，工件需鉆、擴、鉸多工步加工時，為能快速更換不同孔徑的鉆套，應(yīng)選用快換鉆套。更換鉆套時，將鉆套缺口轉(zhuǎn)至螺釘處，即可取出鉆套。為了避免鉆模板妨礙工件裝卸，采用鉸鏈?zhǔn)姐@模板。 3.5制造工藝路線 3.5.1工藝過程的安排 在曲柄板加工中，影響加工精度的主要因素有：? (1) 曲柄板本身的剛度比較地，在外力（切削力、夾緊力）的作用下，容易變形。? (2) 曲柄板是鑄造件，孔的加工余量大，切削時將產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，并引起應(yīng)力重新分布。? 因此，在安排工藝過程中，就需要把各主要表面的粗精加工工序分開，既把粗加工安排在前，半精加工安排在中間，精加工安排在后面[16]。? 這是由于粗加工工序的切削余量大，因此，切削力、夾緊力必然大，加工后容易變形。粗精加工分開后，粗加工產(chǎn)生的變形，可以在半精加工修正，半精加工中產(chǎn)生的變形可以在精加工中修正。這樣逐步減少加工余量，切削力及內(nèi)應(yīng)力作用，逐步修正加工的變形就能最后達到零件的技術(shù)要求[17]。 3.5.2各主要表面的工序安排 工序一：粗車Φ103毛坯外圓； 工序二：精車Φ103毛坯外圓； 工序三：粗車Φ44外圓表面及端面Φ103外圓上表面； 工序四：精車Φ44外圓表面及端面Φ103外圓上表面； 工序五：鉆尺寸Φ30H8的底孔?； 工序六：粗鏜尺寸Φ30H8的底孔?； 工序七：精鏜尺寸Φ30H8的底孔； 工序八：粗車尺寸Φ29h6、Φ22外圓及Φ103外圓下表面； 工序九：精車尺寸Φ29h6、Φ22外圓及Φ103外圓下表面； 工序十：銑斜邊； 工序十一：鉆中心孔； 工序十二：鉆尺寸Φ5.2通孔； 工序十三：鉆尺寸Φ11沉孔； 工序十四：檢驗，入庫。 3.6機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸確定 合理確定機械加工余量在機械加工過程中非常重要和關(guān)鍵的，一般情況，機械加工余量的大小對機械加工零件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率有著很大程度的影響。加工余量過大會增加機械加工過程的勞動工作量，降低勞動生產(chǎn)率，增加了原材料設(shè)備工具以及電力等消耗；加工余量過小不能夠確保能否消除機械加工過程中形成的各種缺陷，影響了機械零件加工的質(zhì)量，甚至還會產(chǎn)生出廢品[18]。確定機械加工余量,我們通常采用計算、經(jīng)驗估計以及查表等三種方法來確定機械加工余量[19]。 本次設(shè)計采用查表法確定各表面的加工余量、工序尺寸、毛坯尺寸及公差等級。由于要成批大量生產(chǎn)，根據(jù)鑄件機械加工余量等級和尺寸公差等級（摘自GB/11350-89)表，選取加工余量等級MA為G，尺寸公差等級CT為9；利用加工余量等級和尺寸公差等級在鑄件機械加工余量中選取加工余量數(shù)值3.5~3.0，如下表3.1所示。 表3.1 鑄件機械加工余量（摘自 GB/T 11350-89) 尺寸公差等級CT 10 11 12 13 加工余量等級MA G H G H G H J G H J 基本尺寸 加工余量數(shù)值 大于 至 100 3.5 4.0 4.0 4.5 4.5 5.0 6.0 6.0 6.5 7.5 2.5 3.0 3.0 3.5 3.0 3.5 4.5 4.0 4.5 5.5 100 160 4.0 5.0 4.5 5.5 5.5 6.5 7.5 7.0 8.0 9.0 3.0 4.0 3.5 4.5 4.0 5.0 6.0 4.5 5.5 6.5 160 250 5.0 6.0 6.0 7.0 7.0 8.0 9.5 8.5 9.5 11.0 4.0 5.0 4.5 5.5 5.0 6.0 7.5 6.0 7.0 8.5 250 400 6.0 7.5 7.0 8.5 8.0 9.5 11.0 9.5 11.0 13.0 5.0 6.5 5.5 7.5 6.0 7.5 9.0 6.5 8.0 10.0 400 630 6.5 8.5 7.5 9.5 9.0 11.0 14.0 11.0 13.0 16.0 5.5 7.5 6.0 8.0 6.5 8.5 11.0 7.5 9.5 12.0 尺寸公差等級CT 6 7 8 9 加工余量等級MA E E F F G H F G H 基本尺寸 加工余量數(shù)值 大于 至 --- 100 1.0 1.5 2.0 2.0 2.5 3.0 2.5 3.0 3.5 0.8 0.9 1.5 1.5 2.0 2.5 2.0 2.5 3.0 100 160 1.5 2.0 2.5 2.5 3.0 4.0 3.0 3.5 4.5 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 3.5 2.5 3.0 4.0 160 250 2.0 2.0 3.0 3.0 4.0 5.0 3.5 4.5 5.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.5 4.5 3.0 4.0 5.0 250 400 2.5 2.5 3.5 4.0 5.0 6.5 4.5 5.5 7.0 2.0 2.0 3.0 3.5 4.5 6.0 4.0 5.0 6.0 400 630 2.5 3.O 4.0 4.5 5.5 7.5 5.0 6.0 7.5 2.5 2.5 3.5 4.0 5.0 7.0 4.0 5.0 7.0 圖3.1 加工余量和加工尺寸分布 3.7確定切削用量及基本工時 切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機床的性能，最大限度提高生產(chǎn)率，降低成本[20]。 3.7.1確定主軸轉(zhuǎn)速 主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)允許的切削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。其計算公式為： n=1000v/D (3.2) 式中：v—切削速度，單位為 m/min，由刀具的耐用度決定； n一主軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min， D—工件直徑或刀具直徑，單位為mm。 根據(jù)以上公式以及切削用量手冊，綜合考慮該零件加工的主軸轉(zhuǎn)速如下所述： (1) 車削時： 粗車外輪廓：n=600r/min； 精車外輪廓：n=1000r/min； 鉆Φ30底孔：n=300r/min； 精鏜Φ30孔：n=800r/min； (2) 銑削時： 銑斜邊：n=800r/min； 鉆中心孔：n=1200r/min； 鉆Φ5.2孔：n=800r/min； 銑Φ11沉孔：n=1200r/min； 鉆Φ8底孔：n=800r/min； 銑Φ8孔：n=1000r/min； 3.7.2確定進給速度 進給速度是機床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能限制。確定進給速度的原則：當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進給速度。一般在100~200mm/min范圍內(nèi)選??；在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，在20~50mm/min范圍內(nèi)選取；當(dāng)加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應(yīng)選小些，一般在20~50mm/min范圍內(nèi)選??；刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時，可以設(shè)定該機床系統(tǒng)設(shè)定的最高進給速度。 綜合考慮該零件的加工精度及生產(chǎn)效率，確定該零件的進給速度選擇如下述： (1) 車削時： 粗車外輪廓：F=150mm/min； 精車外輪廓：F=80mm/min； 鉆Φ30底孔：F=30mm/min； (2) 銑削時： 銑斜邊：F=120mm/min； 鉆中心孔：F=150mm/min； 鉆Φ5.2孔：F=100mm/min； 銑Φ11沉孔：F=150mm/min； 鉆Φ8底孔：F=100mm/min； 銑Φ8孔：F=60mm/min； 3.7.3確定背吃刀量 背吃刀量根據(jù)機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保證加工表面質(zhì)量，可留少量精加工余量，一般0.2~0.5mm，總之，切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床性能、相關(guān)的手冊并結(jié)合實際經(jīng)驗用類比方法確定[21]。 3.8工藝文件填寫 根據(jù)以上分析與計算，完整填寫工藝卡片，具體內(nèi)容參見附錄1《工藝規(guī)程》共11頁。 4 立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具設(shè)計 4.1夾具體的要求 (1) 有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性 夾具體上的重要表面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀或?qū)蛟谋砻嬉约皧A具體的安裝基面（與機床相連接的表面）等，應(yīng)有適當(dāng)?shù)某叽绾托螤罹龋鼈冎g應(yīng)有適當(dāng)?shù)奈恢镁萚22]。 為使夾具體尺寸穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行時效處理，焊接和鍛造夾具體要進行退火處理。 (2) 有足夠的強度和剛度 加工過程中，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)生變形和振動，夾具體應(yīng)有足夠的強度和剛度。因此夾具體需要有一定的壁厚，鑄造和焊接夾具體常設(shè)置加強筋，或在不影響工件裝卸的情況下采用框架式夾具體。 (3) 結(jié)構(gòu)工藝性好 夾具體應(yīng)便于制造、裝配和檢驗。鑄造夾具體上安裝各種元件的表面應(yīng)鑄出凸臺，以減少加工面積。夾具體毛面與工件之間應(yīng)留有足夠的間隙，一般為4~15mm。夾具體結(jié)構(gòu)型式應(yīng)便于工件的裝卸，分為開式結(jié)構(gòu)、半開式結(jié)構(gòu)、框架式結(jié)構(gòu)等。 (4) 排屑方便 切屑多時，夾具體上應(yīng)考慮排屑結(jié)構(gòu)?？梢栽趭A具體開排屑槽、在夾具體下部設(shè)置排屑斜面。 (5) 在機床上安裝穩(wěn)定可靠。 夾具在機床上的安裝都是通過夾具體上的安裝基面與機床上相應(yīng)表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當(dāng)夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應(yīng)盡量低，重心越高則支承面應(yīng)越大；夾具底面四邊應(yīng)凸出，使夾具體的安裝基面與機床的工作臺面接觸良好。接觸邊或支腳的寬度應(yīng)大于機床工作臺梯形槽的寬度，應(yīng)一次加工出來，并保證一定的平面精度；當(dāng)夾具在機床主軸上安裝時，夾具安裝基面與主軸相應(yīng)表面應(yīng)有較高的配合精度，并保證夾具體安裝穩(wěn)定可靠[23]。 4.2夾具體毛坯類型 (1) 鑄造夾具體 鑄造夾具體的優(yōu)點是工藝性好，可鑄出各種復(fù)雜形狀，具有較好的抗壓強度、 剛度和抗振性，但生產(chǎn)周期長，需進行時效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。常用材料為灰鑄鐵（如HT200），要求強度高時用鑄鋼（如ZG270-500），要求重量輕時鑄鋁（如ZL104）。目前鑄造夾具體應(yīng)用較多。 (2) 焊接夾具體 焊接夾具體，它由鋼板、型材焊接而成，這種夾具體制造方便、生產(chǎn)周期短、成本低、重量輕（壁厚比鑄造夾具體?。５附訆A具體的熱應(yīng)力較大，易變形，需經(jīng)退火處理，以保證夾具體尺寸的穩(wěn)定性。 (3) 鍛造夾具體 鍛造夾具體，它適用于形狀簡單、尺寸不大、要求強度和剛度大的場合。鍛造后也需經(jīng)退火處理。此類夾具體應(yīng)用較少。 (4) 型材夾具體 小型夾具體可以直接用板料、棒料、管料等型材加工裝配而成。這類夾具體取材方便、生產(chǎn)周期短、成本低、重量輕，如各種心軸類夾具的夾具體及鋼套鉆模夾具體。 在該畢業(yè)設(shè)計中采用鑄造夾具體，材料采用灰鑄鐵（HT200）。HT200指的是最低抗拉強度為200MPa的灰鑄鐵，是較高強度鑄鐵，基體為珠光體，強度、耐磨性、耐熱性、減振性均較好，鑄造性能也較好，使用前需要進行人工時效處理，主要用來鑄造汽車發(fā)動機汽缸、汽缸套、車床床身等承受壓力及振動部件。 工作條件: 第一：承受較大應(yīng)力的零件（彎曲應(yīng)力<29.40MPa）； 　　 第二：摩擦面間的單位面積壓力>0.49MPa（大于10t在磨損下工作的大型鑄件壓力>1.47MPa）； 第三：要求一定的氣密性或耐弱腐蝕性介質(zhì)。 4.3立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具工作原理 此夾具是使用在立式鉆床上，用來加工曲柄板上通孔5-?5.2mm和同軸上的沉孔5-?11mm深3.5mm，如圖2.1所示。工件以?30H8孔、端面和?29h6外圓在分度盤上用心軸19、三個支承釘2和活動V形塊17定位。插入開口墊圈14，擰緊螺母13來夾緊工件。鉸鏈?zhǔn)姐@模板8上裝有鉆套10，用鉆套用螺釘9壓緊，以保證鉆出的孔達到尺寸加工的要求。鉆完第一個孔后，抬起手柄24，拔出對定銷23，使分度盤11連同工件一起回轉(zhuǎn)45?，再將對定銷重新插入分度孔中，待準(zhǔn)確后，在鉆?？咨蠈?zhǔn)工件，在彈簧作用下鎖緊工件，即可鉆第二個孔，以此類推。 通過對上述的回轉(zhuǎn)分度裝置進行分析，不難發(fā)現(xiàn)其一般有固定部分、轉(zhuǎn)動部分、分度對定機構(gòu)以及抬起鎖緊機構(gòu)等四部分組成。 圖4.1 立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具裝配圖 4.3.1固定部分 固定部分—夾具體 如下圖4.2所示為夾具體，是回轉(zhuǎn)分度裝置的固定部分，它是整個裝置的基體，分度裝置及其余組成部分一般都安裝在它的上面。同時固定部分還起到橋梁的作用，通過它將整個夾具與機床工作臺和機床主軸連接。 圖4.2 固定部分即夾具體的三維立體圖 4.3.2轉(zhuǎn)動部分 如下圖4.3所示，分度盤、定位銷、螺母、開口墊圈等組成的整體即為轉(zhuǎn)動部分，在轉(zhuǎn)動部分上設(shè)置著工件的定位和夾緊裝置。由于轉(zhuǎn)動部分是分度時隨之轉(zhuǎn)動的元件，因此轉(zhuǎn)動部分與固定部分相對運動表面有良好的潤滑和耐磨性。 零件 分度盤 開口墊圈 螺母 圖4.3 轉(zhuǎn)動部分的三維示意圖 4.3.3分度對定機構(gòu) 分度盤 如下圖4.4中所示，分度盤和對定銷兩部分組成了分度對定機構(gòu)，是分度裝置的關(guān)鍵部分，分度盤與定位心軸做成一體，在夾具體的回轉(zhuǎn)套中回轉(zhuǎn)，采用對定銷對定，鎖緊螺母鎖緊，結(jié)構(gòu)簡單，動作迅速可靠。 對定銷 圖4.4 分度對定機構(gòu)的示意圖 4.3.4抬起鎖緊機構(gòu) 實現(xiàn)分度對定后，為了使分度裝置在使用過程中受到各種力的作用下，仍能保證分度后的位置，需要將轉(zhuǎn)動部分鎖緊在固定部分之上。 4.4定位設(shè)計 4.4.1定位基準(zhǔn)的選擇與定位元件的選擇 以Φ30的內(nèi)孔和Φ5的內(nèi)孔和Φ50的端面定位，基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一。基面選擇的正確合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高。 對曲柄板這樣的零件來說，在工件表面上需要加工圓周孔，因此我們在設(shè)計夾具時考慮到必須限制工件的六點定位并實現(xiàn)夾緊的方式。曲柄板有三處定位，根據(jù)“基準(zhǔn)重合”和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則選定工件上已加工好的曲柄板下端面為主要基準(zhǔn)，第一處定位是用3個平頭支承釘形成定位，限制X軸的轉(zhuǎn)動，Y軸的轉(zhuǎn)動，Z軸的移動3個自由度；第二處定位是以直徑30H8mm內(nèi)孔表面作為次要定位基準(zhǔn)，用分度盤限制X軸的移動，Y軸的移動2個自由度；第三處定位是活動v形塊限制Z軸的轉(zhuǎn)動；如下圖4.5所示，此屬于完全定位，能保證曲柄板的精度及正確的位置。 第三處定位 第一處定位 第二處定位 圖4.5 曲柄板零件定位示意圖 4.5夾緊設(shè)計 4.5.1夾緊裝置的基本要求 (1) 夾緊過程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。 (2) 夾緊力的大小適當(dāng)，一批工件的夾緊力要穩(wěn)定不變。既要保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，振動小，又要是工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形。夾緊力穩(wěn)定可減小夾緊誤差。 (3) 夾緊裝置的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。工件生產(chǎn)批量越大，允許設(shè)計越復(fù)雜、效率越高的夾緊裝置。 工藝性好，使用性好。其結(jié)構(gòu)力求簡單，便于制造和維修。夾緊裝置的操作應(yīng)當(dāng)方便、安全、省力。 在夾緊工件的過程中，夾緊作用的效果會直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)效率。因此，設(shè)計夾緊裝置應(yīng)遵循以下原則： ①工件不移動原則：夾緊過程中，應(yīng)不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。 ②工件不變形原則：夾緊力的大小要適當(dāng)，既要保證夾緊可靠，又應(yīng)使工件在夾緊力的作用下不致產(chǎn)生加工精度所不允許的變形。 ③工件不振動原則：對剛性較差的工件，或者進行斷續(xù)切削，以及不宜采用氣缸直接壓緊的情況，應(yīng)提高支承元件和夾緊元件的剛性，并使夾緊部位靠近加工表面，以避免工件和夾緊系統(tǒng)的振動。 ④安全可靠原則：夾緊傳力機構(gòu)應(yīng)有足夠的夾緊行程，手動夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。 ⑤經(jīng)濟實用原則：夾緊裝置的自動化和復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，便于制造、維修，工藝性能好；操作方便、省力，使用性能好。 夾緊機構(gòu)---傳遞夾緊力，它是直接與工件接觸完成夾緊作用的最終執(zhí)行元件。要使動力裝置所產(chǎn)生的力或人力正確地作用到工件上，需有適當(dāng)?shù)膫鬟f機構(gòu)。在工件夾緊過程中起力的傳遞作用的機構(gòu)，稱為夾緊機構(gòu)。 夾緊機構(gòu)在傳遞力的過程中，能根據(jù)需要改變力的大小、方向和作用點。手動夾具的夾緊機構(gòu)還應(yīng)具有良好的自鎖性能，以保證人力的作用停止后，仍能可靠地夾緊工件[24]。 4.5.2夾緊方案的選擇 夾緊裝置的基本要求： (1) 夾緊過程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。 (2) 夾緊力的大小適當(dāng)，一批工件的夾緊力要穩(wěn)定不變。既要保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，振動小，又要是工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形。夾緊力穩(wěn)定可減小夾緊誤差。 (3) 夾緊裝置的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。工件生產(chǎn)批量越大，允許設(shè)計越復(fù)雜、效率越高的夾緊裝置。 工藝性好，使用性好。其結(jié)構(gòu)力求簡單，便于制造和維修。夾緊裝置的操作應(yīng)當(dāng)方便、安全、省力。 在夾緊工件的過程中，夾緊作用的效果會直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)效率。因此，設(shè)計夾緊裝置應(yīng)遵循以下原則： 第一：工件不移動原則。 夾緊過程中，應(yīng)不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。 第二：工件不變形原則。 夾緊力的大小要適當(dāng)，既要保證夾緊可靠，又應(yīng)使工件在夾緊力的作用下不致產(chǎn)生加工精度所不允許的變形。 第三：工件不振動原則。 對剛性較差的工件，或者進行斷續(xù)切削，以及不宜采用氣缸直接壓緊的情況，應(yīng)提高支承元件和夾緊元件的剛性，并使夾緊部位靠近加工表面，以避免工件和夾緊系統(tǒng)的振動。 第四：安全可靠原則。 夾緊傳力機構(gòu)應(yīng)有足夠的夾緊行程，手動夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。 第五：經(jīng)濟實用原則。 夾緊裝置的自動化和復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，便于制造、維修，工藝性能好；操作方便、省力，使用性能好。 夾緊機構(gòu)即傳遞夾緊力，它是直接與工件接觸完成夾緊作用的最終執(zhí)行元件。要使動力裝置所產(chǎn)生的力或人力正確地作用到工件上，需有適當(dāng)?shù)膫鬟f機構(gòu)。在工件夾緊過程中起力的傳遞作用的機構(gòu)，稱為夾緊機構(gòu)。 夾緊機構(gòu)在傳遞力的過程中，能根據(jù)需要改變力的大小、方向和作用點。手動夾具的夾緊機構(gòu)還應(yīng)具有良好的自鎖性能，以保證人力的作用停止后，仍能可靠地夾緊工件。 此次設(shè)計夾緊方式是利用定心夾緊機構(gòu)，中心定位心軸元件與夾緊螺栓元件合為一體，并且定位和夾緊動作是同時進行的，選用的是選用的是雙頭螺栓，如下圖4.6所示；利用工件上已加工好的上端面，用M10的夾緊螺母和開口墊圈將工件壓緊在分度盤上，如圖4.7所示： 雙頭螺栓 圖4.6 雙頭螺栓柱心軸三維立體 零件 分度盤 開口墊圈 螺母 圖4.7 工件的夾緊示意圖 4.5.3鉆削切削力計算 需要鉆孔零件的材料為45號鋼，中碳調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，鋼材的平均含碳量量為0.42~0.50%?？估瓘姸炔恍∮?00Mpa，屈服強度不小于355Mpa，伸長率17%， 斷面收縮率為40%。 鉆削切削力的計算公式如表4.1所示 表4.1 鉆削切削力的計算公式 工件 材料 加工 方法 刀具 材料 切削扭矩 計算公式 切削力 計算公式 結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼 =736MPa 鉆 高速鋼 擴鉆 耐熱鋼 （HB141） 鉆 灰鑄鐵 （HB190） 硬質(zhì)合金 擴鉆 高速鋼 可鍛鑄鐵（HB120） 鉆 硬質(zhì)合金 銅合金 高速鋼 鉆削時的進給量 f：0.15~0.32mm/轉(zhuǎn)，取f=0.2mm/轉(zhuǎn) 由表4.1可知，切削扭矩的計算公式 （4.1） 為修正參數(shù)，它的計算公式 因為45號鋼的抗拉強度 ，取 （4.2） 孔，帶入式4.1得： （4.3） 孔，帶入式4.1得： （4.4） 由表4.1可知，切削力的計算計算公式如下，其中f=0.2mm/轉(zhuǎn) （4.5） 計算孔的切削力，帶入式4.5得： （4.6） 計算孔的切削力，帶入式4.5得： （4.7） 4.5.4夾緊力的計算 計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件受切削力、夾緊力（大型工件還應(yīng)考慮工件重力，運動的工件還應(yīng)考慮慣性力等）的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值[25]，即： 式中 —實際所需夾緊力（N）； —在一定條件下，由靜力平衡計算出的理論夾緊力（N）； —安全系數(shù)。 安全系數(shù)K可按下試計算： 根據(jù)表4.2可以確定 其中，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)1.1 ； 為斷續(xù)切削系數(shù)1.1； 為人力操作疲勞系數(shù) 1.3； 所以，安全系數(shù) 表4.2 安全系數(shù) 的數(shù)值 符號 考慮的因素 系數(shù)值 考慮工件材料及加工余量均勻性的安全系數(shù) 1.2~1.5 加工性質(zhì) 粗加工 1.2 精加工 1.0 刀具鈍化程度（詳見表3） 1.0~1.9 切削特點 連續(xù)切削 1.0 斷續(xù)切削 1.2 夾緊力的穩(wěn)定性 手動夾緊 1.3 機動夾緊 1.0 手動夾緊的手柄位置 操作方便 1.0 操作不方便 1.2 僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時，工件與支撐面接觸的情況 接觸點穩(wěn)定 1.0 接觸點不穩(wěn)定 1.5 又由于刀具：硬質(zhì)合金三面刃銑刀， 根據(jù)實際所需夾緊力 （4.8） 其中： 所以 （4.9） 即 光滑面的摩擦系數(shù)，所以 摩擦力 （4.10） 因為 ，所以鉆孔過程中不會發(fā)生滑動，夾緊力合適，夾緊機構(gòu)滿足設(shè)計要求。 4.6鉆套的選擇 鉆套是鉆模上特有的元件，它的作用是確定鉆頭，鉸刀等刀具的軸線位置，防止刀具在加工過程中發(fā)生偏斜，保證被加工孔的位置精度和提高工藝系統(tǒng)的剛度。根據(jù)使用特點，鉆套可分為固定式，可換式，快換式等多種結(jié)構(gòu)形式。 (1) 固定鉆套：固定鉆套有A型和B型，如下圖4.8所示，直接被壓在鉆模板上，其位置精度要求較高，但磨損后不易更換，鉆模板較薄時，為使鉆套具有足夠的引導(dǎo)長度，應(yīng)采用有肩鉆套。 圖4.8 固定鉆套 (2) 可換鉆套：可換鉆套如下圖4.9所示，用于零件單一、大批量生產(chǎn)中，方便更換磨損的鉆套。鉆套和襯套之間采用F7/m6或F7/k6配合，襯套和鉆模板之間采用H7/n6配合。當(dāng)鉆套磨損后，可卸下螺釘，更換新的鉆套。螺釘能防止鉆套加工時轉(zhuǎn)動及退刀時脫出。 圖4.9 可換鉆套 (3) 快換鉆套：在工件的一次裝夾中，若順序進行鉆孔、擴孔、鉸孔或攻絲等多個加工工步，需要不同孔徑的鉆套來引導(dǎo)刀具，此時應(yīng)使用快換鉆套，如下圖4.10所示的A型與B型。更換鉆套時，只需逆時針轉(zhuǎn)動鉆套使削邊平面轉(zhuǎn)至螺釘位置，即可向上快速取出鉆套。削邊的方向應(yīng)考慮刀具的旋向，以免鉆套自動脫出。 圖4.10 快換鉆套 (4) 特殊鉆套：因工件的形狀或被加工孔的位置需要而不能使用標(biāo)準(zhǔn)鉆套時，需自行設(shè)計的鉆套稱為特殊鉆套。圖4.11所示的加長鉆套為常見的特殊鉆套，在加工凹面上的孔時使用，為減少刀具與鉆套的摩擦，可將鉆套引導(dǎo)高度H以上的孔徑放大，鉆套的高度H增大，則導(dǎo)向性能好，刀具剛度提高，加工精度高，但鉆套與刀具的磨損加劇，一般取H=1～2.5d[26]。 圖4.11 加長鉆套 由于本次設(shè)計的零件是成批生產(chǎn)，而且被加工孔需要進行鉆擴，為減少更換鉆套的時間，選用快換鉆套如下圖4.12所示，鉆套用螺釘如圖4.13所示。 圖4.12 快換鉆套三維立體圖 圖4.13 鉆套用螺釘三維圖 鉆套使用頻率較高，耐磨性要求較高；在鉆孔的過程中，有振動，要求材料具有一定的抗性振能，選用T10A。T10A是一種碳素工具鋼，適于制造切削條件差、耐磨性要求較高，且不受忽然和劇烈振動的零件和刀具。力學(xué)性能：退火硬度 ≤197HB，淬火硬度≥62HRC。 T10A典型應(yīng)用舉例： 1）用于制作一般沖模，批量<10萬件時，被沖材料為軟態(tài)低碳鋼板，料厚小于1mm。 　　 2）用于制造冷拔、拉伸凹模，在工作中磨損超差后，可先經(jīng)過高溫回火，然后重新常規(guī)淬火，可自行縮孔復(fù)厚。 　　 3）用于制造剪切厚度為11mm中厚鋼板的長剪刃，施行薄殼淬火后，抗疲勞強度高，崩刃傾向低，適用壽命比9CrWMn鋼高7倍。 　　 4）用于沖制軟質(zhì)硅鋼片上的小孔。 　　 5）可用于制造料厚小于3mm的沖裁模的凸模、凹模、鑲塊，做凸模時硬度時硬度選用58~62HRC；做凹模時硬度選用60~64HRC；制造一般彎曲模的凸模、凹模、鑲塊，硬度選用56~60HRC；制作一般拉延模的凸模、凹模、鑲塊，要求做凸模時硬度選用58~62HRC，做凹模是硬度選用60~64HRC；用于制造鋁件冷擠壓模中的凹模時硬度選62~64HRC。 6）用于各種中小批量生產(chǎn)的冷沖模，以及需要在薄殼硬化狀態(tài)下適用的整體式冷鐓模、沖剪工具等。 　　 7）用于冷作沖頭（凸模），輕載荷、下尺寸，硬度58~60HRC；用于六角螺母冷鐓模，硬度48~52HRC。 　　 8）采用該鋼可用于制作拉絲模和簡單的沖裁模。 4.7分度方案 由于5個沉孔的對稱度要求不高，設(shè)計一般精度的分度裝置即可。分度盤與定位心軸做成一體，在夾具體的回轉(zhuǎn)套中回轉(zhuǎn)，采用對定銷對定，鎖緊螺母鎖緊，結(jié)構(gòu)簡單，動作迅速可靠。 4.8立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具中零件的具體尺寸設(shè)計 如下圖4.14所示為立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具的整體的三維建模，夾具裝配中除了有鉆模、鉆套、螺釘、螺母、定位銷、圓錐銷、V形塊、支承釘?shù)纫恍?biāo)準(zhǔn)件外，還有自己設(shè)計的一些用于連接的支承板和連接零件。 連接支承元件 與鉆模板連接元件 夾具體 分度盤 輔助元件 圖4.14 立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具三維裝配圖 4.8.1夾具體的設(shè)計 此零件是夾具體底座，用于夾具在機床上的安裝，材料選的是HT200，設(shè)計的外型及具體尺寸如下圖4.15和4.16所示： 圖4.15 夾具體三維立體圖 a) 夾具體的主視圖 b) 夾具體的俯視圖 圖4.16 夾具體的二維示意圖 4.8.2分度盤的設(shè)計 此零件是分度裝置，它可以使工件在一次裝夾中，不必使其松開而能連同定位元件轉(zhuǎn)過一定角度，從而占有一個新的加工位置的裝置，所選用的材料是20鋼。具體外型和設(shè)計尺寸如下圖4.17和圖4.18所示： 圖4.17 分度盤的三維立體圖 b) 分度盤的左視圖 a) 分度盤的主視圖 c) 分度盤的俯視圖 圖4.18 分度盤的二維示意圖 4.8.3輔助元件的設(shè)計 此零件是活動V型塊的輔助支承元件，所選用的材料為20鋼，具體設(shè)計尺寸如下圖4.19和圖4.20所示： 圖4.19 輔助元件的三維立體圖 c) 輔助元件的俯視圖 b) 輔助元件的左視圖 a) 輔助元件的主視圖 圖4.20 輔助元件的二維示意圖 4.8.4與鉆模板連接元件的設(shè)計 此零件與鉆模板利用圓柱銷相連接，用于支承和輔助轉(zhuǎn)模板，所選用的材料為20鋼，具體設(shè)計外型和尺寸如下圖4.21和圖4.22所示： 圖4.21 與鉆模板連接元件的三維立體圖 c) 鉆模板連接元件俯視圖 b) 鉆模板連接元件左視圖 a) 鉆模板連接元件主視圖 圖4.22 與鉆模板連接元件的二維示意圖 4.8.5連接支承元件的設(shè)計 此零件固定連接在夾具體底座上，又與自設(shè)零件3相連接，選用的材料是20鋼，具體的外型和設(shè)計外型與尺寸如下圖4.23和圖4.24所示： 圖4.23 連接支承元件的三維立體圖 b) 連接元件的左視圖 a) 連接元件的主視圖 c) 連接元件的俯視 圖4.24 連接支承元件的二維示意圖 5 立軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具誤差的計算 5.1定位誤差 因夾具上定位元件、對刀或?qū)蛟?、分度裝置及安裝基準(zhǔn)之間的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差。夾具誤差主要包括定位元件相對于安裝基準(zhǔn)的尺寸或位置誤差；定位元件相對于對刀或?qū)蛟ò瑢?dǎo)向元件之間）的尺寸或位置誤差；導(dǎo)向元件相對于安裝基準(zhǔn)的尺寸或位置誤差；若有分度裝置時，還存在分度誤差。以上幾項共同組成夾具誤差[27]。 5.2工件在夾具上加工的精度分析 5.2.1影響加工精度的因素 如圖5.1所示，用夾具裝夾工件進行機械加工時，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度有關(guān)的因素，有定位誤差、對刀誤差、夾具在機床上的安裝誤差和夾具誤差。在機械加工工藝系統(tǒng)中，影響加工精度的其它因素綜合稱為加工方法誤差。上述各項誤差均導(dǎo)致刀具相對工件的位置不精確，從而形成總的加工誤差。 圖5.1 工