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杠桿零件夾具設計 摘要：本課題設計的是鉆床加工工序的夾具，就杠桿零件的工藝進行了具體的分析、并制定了工藝卡片。對鉆床加工工序進行了夾具的設計，制定了定位方案和定位基準，設計出了鉆床加工工序的夾具體。并對重要的鉆削零件進行了數(shù)控程序設計，對標準化零部件的受力分析。利用Pro/E對夾具體的結構進行了干涉分析、利用CAXA軟件對部分零件進行了數(shù)控編程。 關鍵詞：夾具；數(shù)控程序；工藝路線；定位誤差；定位元件。 前言 不論是傳統(tǒng)制造系統(tǒng)還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具都是非常重要的。在機械制造過程中，用來固定加工對象，使之占有正確位置，以便接受施工或者檢測的裝置都可以稱為夾具。例如:焊接過程中用的焊接夾具，檢驗過程中用的檢驗夾具，機械加工過程中用的機床夾具等。夾具對于加工質量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有直接的影響?；ㄙM在夾具設計和制造的時間不論是在改進現(xiàn)有產(chǎn)品或者開發(fā)新產(chǎn)品中，在生產(chǎn)周期中都占有較大的比重。所以，在制造業(yè)中非常重視對夾具的研究。夾具是由一套預先制造好的各種不同形狀、不同尺寸、不同功能的系列化、標準化元件組裝而成的。因此夾具具有通用性和專用性雙重性質，即組成夾具的元件是通用性的元件，而一旦組裝成成套夾具即為專用夾具。組合夾具機構靈活多變，元件長期重復使用，因此，其元件比其它類型的夾具元件要求具有高精度，高強度，高硬度，耐磨性高等優(yōu)點，單個元件功能多樣，并有完全互換性。 產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)的柔性化的著眼點主要是在機床和工裝兩個方面，而夾具又是工裝柔性化的重點。夾具能保證工件在規(guī)定的坐標位置上準確定位和牢固的夾緊，也就是說能保證工件相對于機床坐標原點具有準確和穩(wěn)定可靠的坐標位置[2]。這種夾具具有較高的剛度和精度，在粗加工時能承受較大的切削用量，以充分發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的生產(chǎn)能力;在精加工時能更好的保證工件定位基準和加工表面的位置精度;還能根據(jù)數(shù)控、加工中心機床的要求保證夾具應允許刀具接近盡可能更多的被加工表面甚至于全部被加工表面，可以減少機床的停機時間:在夾具上還能一次裝夾多個工件同時一次加工，可以減少夾具、刀具、工件系統(tǒng)的調整時間；還能減少刀具的更換次數(shù)和刀具的調整時間，更好的發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能[6]。夾具元件可以通過組裝、使用、好的發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能。夾具元件可以通過組裝、使用。夾具的平均設計和組裝時間是專用夾具所花時間的5%-20%。 夾具的重要性越來越受到大家的重視，因此，對夾具的設計也成為了專門的課題進行研究。 此夾具設計的內容為： (a)分析制定了杠桿零件的工藝； (b)設計了鉆床工序的專用夾具； (c)利用Pro/E軟件，對零件和夾具進行仿真分析； (d)利用CAXA軟件對夾具中的部分零件進行了數(shù)控編程。 1 零件的分析 1．1零件的作用 題目所給的零件是杠桿零件，零件的結構比較復雜，尺寸較小，形狀比較復雜。主要作用一是傳遞扭矩；二是起著固定的作用；三是起著連接作用。 圖1 杠桿零件圖 1．2零件的工藝分析 此杠桿零件有兩組加工面，它們之間有一定的位置要求。具體分析如下： 1．2．1以28mm為中心孔的加工表面（尺寸見圖1，外形見圖2） 這一組加工表面包括：28H7mm的孔，28H7mm孔的端面，尺寸為mm的端面與尺寸為28H7mm的孔有垂直度要求，垂直度誤差為0.03mm，還有11mm的孔。其中主要加工表面為28H7mm的孔。 1．2．2以10H9mm的孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括10H9mm的孔，10H9mm孔的端面，且10H9mm的孔的中心軸線與28H7mm孔的中心軸線有平行度要求，其誤差為0.3mm。其中主要加工表面為10H9mm的孔。 由以上分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以先加工第一組加工表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并且保證它們之間的位置精度要求。 1．3零件的材料 考慮到杠桿要受到扭矩的作用，而零件的尺寸有比較小，因此應選用材料為模鍛件。因為不傳遞力與功率，主要起固定和定位作用，所以不需要特別的工藝處理。故可采用模鍛成型。這從提高生產(chǎn)效率、保證加工精度上考慮也是應該的。 圖2 杠桿零件圖的三維圖 1．4零件的生產(chǎn)類型 零件的生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)。因此需要設計專用夾具來提高生產(chǎn)效率。 2 工藝規(guī)程設計 2．1基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；娴倪x擇得正確合理，可以使加工質量得到保證，生產(chǎn)得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。 2．1．1粗基準的選擇。 由于此杠桿零件的結構比較復雜，需要加工三個孔（28H7mm、10H9mm和11mm）、三個端面（即三個孔的端面）和插槽，且三個孔不在同一個平面上。對于一般的軸類零件而言，以外圓作為粗基準是完全合理的。但對于本零件來說，如果以40mm外圓表面作基準（四點定位），其裝夾深度不夠，可能造成裝夾不穩(wěn)定。按照有關粗基準的選擇原則（即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作粗基準；若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準），現(xiàn)選取mm作為粗加工基準，利用V形塊支承40mm孔的外輪廓作主要定位面，以削除，，，四個自由度，再用一對自動定心的窄口卡爪，夾持在mm表面上，達到完全定位。 2．1．2精基準的選擇 主要考慮基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在后面的要專門計算，此處不再重復。 2．2制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何精度、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 2．2．1工藝路線方案一 工序Ⅰ 銑28H7mm孔兩端面； 工序Ⅱ 銑10H9mm孔兩端面； 工序Ⅲ 鉆、擴、粗鏜、精鏜、精鉸28H7mm孔； 工序Ⅳ 銑11mm孔兩端面； 工序Ⅴ 鉆11mm孔； 工序Ⅵ 鉆、擴、鉸10H9mm； 工序Ⅶ 插 mm槽； 工序Ⅷ 清洗，去毛刺； 工序Ⅸ 終檢。 2．2．2工藝路線方案二 工序Ⅰ 銑28H7mm孔兩端面； 工序Ⅱ 銑10H9mm孔的兩端面； 工序Ⅲ 銑11mm孔兩端面，保證； 工序Ⅳ 鉆、粗鏜、精鏜、精鉸28H7mm孔； 工序Ⅵ 鉆、擴、鉸10H9mm； 工序Ⅴ 鉆11mm孔； 工序Ⅶ 插 mm槽； 工序Ⅷ 清洗，去毛刺； 工序Ⅸ 終檢。 2．2．3工藝方案的比較分析 上述兩個方案的特點在于：方案一是先加工28H7mm的孔的一組加工表面，然后以此為基準加工10H9mm孔為中心的一組加工表面。而方案二則是在銑床上加工完所有表面，再加工三個孔。兩相比較可以看出，方案一加工序比較多，裝夾次數(shù)也較多，能夠保證零件的位置精度；方案二是在銑床上銑完所有需要加工表面再加工內孔，裝夾次數(shù)比較少，但是在一道工序中要完成這么多工作，需選用專門設計的組合機床（但在成批生產(chǎn)時，在能保證加工精度的情況下，應盡量不選用專用機床）。因此，最后的工藝路線確定如下： 工序Ⅰ 銑28H7mm孔兩端面，保證尺寸mm； 工序Ⅱ 銑10H9mm孔兩端面，保證尺寸mm； 工序Ⅲ 鉆、粗鏜、精鏜、精鉸28H7mm孔； 工序Ⅳ 銑11mm孔兩端面，保證mm； 工序Ⅴ 鉆11mm孔； 工序Ⅵ 鉆、擴、鉸10H9mm； 工序Ⅶ 插 mm槽； 工序Ⅷ 清洗，去毛刺； 工序Ⅸ 終檢。 2．3機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 根據(jù)上述原始資料及加工工藝分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 2．3．1 28H7mm兩端面的加工余量（加工的計算長度為） （1）按照《機械加工工藝手冊》表2.2—2.5。取加工精度，件復雜系數(shù)為，鍛件重量為1.5kg，則28H7mm孔外端面的單邊加工余量為2.0—3.0mm，現(xiàn)取Z=2.5mm。鍛件的公差按《機械加工工藝手冊》表2.2—14，材質系數(shù)取，鍛件復雜系數(shù)取，則鍛件的偏差為mm。 （2）銑削公差：現(xiàn)規(guī)定本工序的加工精度為IT11，因此可知本工序加工公差為-0.13mm。符合零件要求的公差mm，不需要安排精加工。 2．3．2 10H7mm孔兩端面的加工余量（加工余量的計算長度為） （1）按照《機械加工藝手冊》表2.2—2.5，取加工精度為，件復雜系數(shù)為，鍛件重量為1.5kg，則10H9mm孔外端面的單邊加工余量為2.0-3.0mm，現(xiàn)取Z=2.5mm。鍛件的公差按《機械加工工藝手冊》表2.2—14，材質系數(shù)取，鍛件復雜系數(shù)取，則鍛件偏差為mm。 （2）銑削公差：規(guī)定本工序的加工精度為IT11級，因此可知本工序的加工公差為-0.11mm，符合零件要求公差mm，不需要安排精加工。 2．3．3 11mm孔兩端面的加工余量（加工余量的計算長度為） （1）按照《機械加工工藝手冊》表2.2—2.5。取加工精度，件復雜系數(shù)為，鍛件重量為1.5kg，則11mm孔外端面的單邊加工余量為2.0-3.0mm，現(xiàn)取Z=2.5mm。鍛件的公差按《機械加工工藝手冊》表2.2—14，材質系數(shù)取，鍛件復雜系數(shù)取，則鍛件的偏差為mm。 （2）銑削公差：規(guī)定本工序的加工精度為IT11，因此可知本工序加工公差為-0.16mm。符合零件要求的公差mm，不需要安排精加工。 2．3．4內孔28H7mm的加工余量、工序尺寸 毛坯為實心，不沖出孔，內孔的精度等級為IT7，參考《機械加工工藝手冊》表2．3—9及表2．3—12確定工序尺寸及加工余量為： 鉆孔：25mm； 擴孔：27.6mm 2Z=2.6mm； 粗鏜：27.8mm 2Z=0.2mm； 精鏜：27.94mm 2Z=0.14mm； 精鉸：28H7mm 2Z=0.06mm。 圖3　　杠桿零件的毛坯圖 2．3．5內孔10H9的加工余量、工序尺寸 毛坯為實心，不沖也孔，內孔的精度為IT9。參照《機械加工工藝手冊》表2．3—9及表2．3—12確定工序尺寸及加工余量為： 鉆孔：9．8mm； 鉸： 10H9mm 2Z=0.2mm。 2．3．6內孔11mm的加工余量、工序尺寸 11mm的表面為自由尺寸公差，表面精糙度為。因此只需粗加工。直接鉆11mm孔。此杠桿的毛坯尺寸如圖3所示。 2．4確定切削用量及基本工時 2．4．1工序Ⅰ:銑28H7mm孔兩端面，保證尺寸 （1）刀具的選擇 此零件為模鍛件。根據(jù)《機械加工工藝手冊》選用高速鋼三面刃銑刀， 取=160mm； 齒數(shù)Z=16。 采用X6130銑床加工本道工序。 （2）銑削用量及相關參數(shù) a)確定銑削深度：根據(jù)上述的計算可知=2.5mm，故在一次走刀內可完成加工，所以=2.5mm。 b)確定進每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表9.4—1查得=0.12mm/齒。 c)確定銑削速度V及銑削功率：查《機械加工工藝手冊》得： V=21m/min； =1.49kw。 d)計算刀具轉速及進給量: ； 。 e)根據(jù)X6130銑床說明書，?。? ； 。 f)切削工時的計算: ； 。 2．4．2工序Ⅱ：銑10H9mm兩端面，保證尺寸 （1）刀具的選擇 為了節(jié)省輔助時間，提高加工效率，本道工序繼續(xù)使用上道工序的刀具即使用 高速鋼三面刃銑刀 取=160mm； 齒數(shù)Z=16。 同樣采用X6130銑床加工本道工序，在同一臺機床上加工，能縮短加工時間，提高加工效率。 （2） 銑削用量及相關參數(shù) a)定銑削深度：根據(jù)上述的計算可知=2.5mm，故在一次走刀內可完成加工，所以=2.5mm。 b)確定進每齒進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表9.4—1查得=0.12mm/齒。 c)確定銑削速度V及銑削功率：查《機械加工工藝手冊》得： V=29m/min ； =0.83kw。 d)計算刀具轉速及進給量： ； 。 e)根據(jù)X6130銑床說明書，?。? ； 。 f)切削工時的計算： ； 。 2．4．3工序Ⅲ：鉆、擴、粗鏜、精鏜、精鉸28H7mm的孔 （1）鉆孔25mm a)確定進給量：根據(jù)《切削手冊》表2.7，當鋼的時，。由于本零件在加工25mm孔時屬于低剛度零件，故進給量應乘系數(shù)0.75，則： ； 根據(jù)Z535機床說明書，現(xiàn)取=0.25mm/r。 b)確定切削速度：根據(jù)《切削手冊》表2.13及表2.14，查得切削速度v=18m/min。所以： ； 根據(jù)機床說明書，現(xiàn)取，故實際切削速度為 ： 。 c)切削工時的計算： ； 。 （2）擴鉆27.6mm孔 a)刀具的選擇：采用27.6mm專用擴孔鉆。 b)確定進給量：根據(jù)《切削手冊》表2.10， ； 此道工序選用機床T740金剛鏜床來加工； 查機床說明書，取。 c)機床主軸轉速n及切削速度v： 現(xiàn)?。? 。 d)切削工時的計算： ； 。 （3）粗鏜孔至27.8mm a)確定切削余量：由上述計算可知，本道工序的單邊余量Z=0.1因此在一次走刀內可以完成全部加工。所以。 b)確定進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表11—4—1確定進給量。 c)確定切削速度V及進給速度：根據(jù)相關手冊，確定金剛鏜床的切削速度為。則 ； 由于T740金剛鏜床為無級變調速，故以上轉速可以作為加工時使用的轉速。 d)切削工時t： ； 。 （4）精鏜孔至27.94mm 由于精鏜與粗鏜共用一個鏜桿，利用同一金剛鏜床同時對工件精鏜孔，故切削用量與工時均與粗鏜相同。 a)確定切削余量：由上述計算可知，本道工序的單邊余量Z=0.07mm，因此在一次走刀內可以完成全部加工。所以。 b)確定進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表11—4—1確定進給量。 c)確定切削速度V及主軸轉速：根據(jù)相關手冊，確定金剛鏜床的切削速度為，則 。 由于T740金剛鏜床為無級變調速，故以上轉速可以作為加工時使用的轉速。 d)切削工時t： ； 。 （5）鉸孔至28H7mm a)確定刀具：根據(jù)相關手冊，本道工序采用機用鉸刀 28A H7 GB/T 1133-84。 b)確定切削余量：由上述計算可知，本道工序的單邊余量Z=0.03mm。因此在一次走刀內可以完成全部加工。所以。 c)確定進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表11—4—1確定進給量。 d)確定切削速度V及主軸轉速：根據(jù)相關手冊，確定金剛鏜床的本道工序的切削速度，則 ； 由于T740金剛鏜床為無級變調速，故以上轉速可以作為加工時使用的轉速。 e)切削工時t： ； 。 2．4．4工序Ⅳ：銑11mm孔兩端面 （1）此零件為模鍛件,根據(jù)《機械加工工藝手冊》選用高速鋼三面刃銑刀， 取=160mm； 齒數(shù)Z=16。 （2）銑削用量及相關參數(shù) a)確定銑削深度：根據(jù)上述的計算可知=2.5mm，故在一次走刀內可完成加工，所以=2.5mm。 b)確定進每齒進給量： 選取X6130銑床加工本道工序。 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表9.4—1查得=0.12mm/齒。 c)確定銑削速度V及銑削功率：查《機械加工工藝手冊》得： V=21m/min； =1.49kw。 d)計算刀具轉速及進給量: ； 。 e)根據(jù)X6130銑床說明書，?。? ； 。 f)切削工時的計算:； 。 2．4．5工序Ⅴ：鉆孔11mm a)確定進給量：根據(jù)《切削手冊》表2．7，當鋼的時，。由于本零件在加工9mm孔時屬于低剛度零件，故進給量應乘系數(shù)0．75，則 ； 根據(jù)Z535機床說明書，現(xiàn)取=0.25mm/r。 b)確定切削速度：根據(jù)《切削手冊》表2．13及表2．14，查得切削速度v=18m/min。所以： ； 根據(jù)機床說明書，現(xiàn)取，故實際切削速度為： 。 c)切削工時的計算： ； 。 2．4．6工序Ⅵ：擴、鉆、鉸10H9mm （1）鉆孔9mm a)確定進給量：根據(jù)《切削手冊》表2.7，當鋼的時，。由于本零件在加工9mm孔時屬于低剛度零件，故進給量應乘系數(shù)0.75，則 ； 根據(jù)Z535機床說明書，現(xiàn)取=0.25mm/r。 b)確定切削速度：根據(jù)《切削手冊》表2．13及表2．14，查得切削速度v=18m/min。所以 。 根據(jù)機床說明書，現(xiàn)取,故實際切削速度為： 。 c)切削工時的計算： ； 。 （2）擴鉆孔至9.8mm a)刀具的選擇：采用9.8mm專用擴孔鉆。 b)確定進給量：根據(jù)《切削手冊》表2.10， ； 查機床說明書，取。 c)機床主軸轉速n及切削速度v： 根據(jù)機床說明書，現(xiàn)取，故實際切削速度為； 。 d)切削工時的計算： ； 。 （3）鉸孔至10H9mm a)確定刀具：根據(jù)相關手冊，本道工序采用機用鉸刀 10A H9 GB/T 1133-84。 b)確定切削余量：由上述計算可知，本道工序的單邊余量Z=0.1mm。因此在一次走刀內可以完成全部加工，所以。 c)確定進給量：根據(jù)《機械加工工藝手冊》表11—4—1確定進給量。 d)確定切削速度V及主軸轉速： 根據(jù)相關手冊，確定本道工序的切削速度。則： ； 查機床說明書，取。 e)切削工時t： ； 。 2．4．7工序Ⅶ：插 mm槽 a)確定加工機床：選取B5020號插床加工本道工序。 b)選擇插刀：根據(jù)《機械加工工藝手冊》選取圓弧插刀W18Cr4V加工此道工序。 c)確定切削余量： 由圖17可計算出加工深度為14mm。由《機械加工工藝手冊》表7.3-3，可分為四次加工，具體加工余量如下：（1）=4.7mm；(2) =4.7mm；(3) =2.8mm;(4) =1.8mm。 d)確定進給量:加工零件為模鍛鋼,查《機械加工工藝手冊》表7.3-2,進給量可確定為=0.25mm。 e)確定切削速度、切削力和切削功率： 由于要分四次加工,且加工余量各不相同,查《機械加工工藝手冊》表7.3-4，切削速度、切削力和切削功率分別為:前兩次的加工余量相同，進給量也相同，因此它們的切削速度=32mm/min；=3190N；=1.68kw.后兩次的加工余量在1.6-2.8之間，它們的切削速度也都為=36mm/min；=1910N； =1.2kw。 f)確定加工工時： ； ； 。 以上進行了切削用量三要素、工時的計算，并且進行了相關的切削設備的選擇，如切削機床、刀具、量具等的選擇。制訂了最終的工藝卡片如表1所示: 表1　 工藝卡片 3　　夾具的設計 3.1夾具類型的確定 由于設計任務及條件可知，工件的外形輪廓尺寸小，重量輕，加工要求不高，生產(chǎn)批量不大。因此，設計的夾具不宜復雜，在保證質量和提高生產(chǎn)率的前提下，盡量簡化結構，做到經(jīng)濟合理。根據(jù)被加工部位的分布情況，擬采用翻轉式鉆夾具（可換鉆套）。 ３．２定位裝置的設計 3．2．1確定定位方案 (1)定位原理 在機床上加工工件時，要使工件的各個被加工面的尺寸及位置精度滿足工件圖或者工藝文件所規(guī)定的要求，就必須在切削加工前使工件在機床夾具中占有一個確定的位置，使其相對于刀具的切削運動具有正確的位置，這個確定工件位置的過程我們稱為定位。這是定位方案設計的主要任務。 (2)定位基準 為了保證工件上各個加工表面之間或者對其它加工表面的位置精度，工件在機械加工時，必須安放在機床板的一個固定位置上。任何一個零件都是由若干幾何表面所組成，這些表面之間根據(jù)零件設計的技術要求，廣泛存在距離尺寸和角度位置的要求。工藝文件中所謂的基準，就是指零件圖上某些點、線、面的位置，可以用它們來確定某些點、線、面的位置。根據(jù)這些基準的作用和性質，可以分為設計基準和工藝基準兩類。設計基準通常指零件圖樣上標注尺寸的起點。工藝基準又分為工序基準、定位基準、測量基準等。通常希望將設計基準和工藝基準統(tǒng)一，但是實際上，由于制造上的困難而難以實現(xiàn)，這就引起誤差。定位基準的選擇是否合理，將直接影響到夾具結果的復雜程度以及工件的加工精度。因此，在選擇定位基準時應進行多種方案的分析比較。選擇定位基準時，應重點考慮如何減少誤差，提高精度，也要考慮安裝的方便性、準確性和可靠性。定位基準的選擇分為粗基準和精基準的選擇兩種，下面分別介紹。 a)粗基準的選擇。粗基準是用沒有加工的表面作為定位基準，選擇粗基準時應考慮以下原則: 1) 保證加工表面與不加工表面之間的相對要求，應選擇不加工表面作為粗基準，特別是選擇與加工表面有緊密聯(lián)系的表面作為粗基準; 2) 若加工表面較多，選擇粗基準時，應合理分配各加工表面的加工余量； 3) 選擇作為粗加工基準的表面，應平整、光潔，以便定位準確，夾緊可靠； 4) 因為粗基準的定位誤差較大，一般粗基準只能使用一次。 b)精基準的選擇。精基準是己經(jīng)加工過的表面作為定位基準。一般應遵循下列原則: 1) 選擇零件的設計基準作為精基準，也就是“基準重合”原則，這樣可以避免因基準不重合而引起的基準不重合誤差; 2) 能選用統(tǒng)一的定位基準加工各個表面，以保證各個表面對基準的位置精度，這就是“基準統(tǒng)一”原則; 3) 獲得均勻的加工余量或使加工表面間有較高的位置精度，有時可以采取互為基準反復加工的原則; 4) 有的精加工工序要求加工余量小，或垂直度要求高，為了保證加工質量和提高生產(chǎn)率，應選擇加工面本身作為定位基準。 以上的選擇原則，有時是互相矛盾的，在選擇的時候要綜合考慮。在保證工件加工要求的前提下，盡量使夾具結構簡單，工件穩(wěn)定性好。 (3)工件在空中的自由度 忽略工件的微小變形，工件可以看成一個理想的剛體。將其放在一個空間直角坐標系中，以此坐標作為參照系來觀察剛體位置和方位的變化，由剛體力學可知，在空間中處于自由狀態(tài)的剛體，共有6種可能的運動，即沿x軸、Y軸、Z軸移動，或者繞x軸、Y軸、Z軸的轉動，這種移動和轉動的可能性就稱為自由度。這6種移動或者轉動的變化形式是基本的變化形式，工件在空間的運動狀態(tài)都可以由這6種基本變化合成得到。限制了工件的某個自由度，該工件在這個方向上的位置也就確定了。因此，可以根據(jù)工件的加工要求，通過限制工件自由度的方法，達到工件在夾具上定位的目的。當工件的6個自由度被全部限制后，工件的位置和方位也就會被唯一的確定下來。 (4)六點定位原理 基于運動原理，要限制工件的6個自由度，典型的方法就是在夾具設計中設置（如圖4所示）的6個支承點。圖中的矩形工件每次都安放到與6個支承相接觸，從而使一批工件中每個工件得到確定的位置，其中底面A放在3個支承上，限制了3個自由度(沿著z軸的移動和沿著x, y軸的轉動)，側面B限制了2個自由度(沿Y軸的移動和沿z軸的轉動)，另一個側面C限制了一個自由度(沿x軸的移動)。用分布在3個互相垂直的平面上的6個支承點來限制六個自由度，使得工件在夾具中的位置完全確定，這就是著名的3-2-1六點定位原理[6]。六點定位原理適合任何形狀的工件。如圖5所示的軸類工件的六點定位原理示意圖。其中軸的圓柱表面放在4個支承點上，消除了工件的4個自由度(沿y, z軸的移動和繞z軸的轉動)，軸端部靠在一個支承點上，消除了一個自由度(沿x軸的移動)，軸上一端的槽正放在一個支承點上，消除了工件繞x軸轉動的自由度(圖5)所示。根據(jù)工件形狀的不同，所用的定位基準也不同，定位點的分布情況也不同。運用六點定位原理可以分析和判斷夾具中的定位結構是否正確，將工件的六個自由度完全約束或受限制的定位稱為完全定位。但是在很多情況下，無需將工件的6個自由度完全約束，只需要限制那些對加工后位置精度有影響的自由度即可，無需限制6個自由度的定位稱為不完全定位。在保證工件位置精度的前提下，不完全定位可以減少夾具元件，簡化夾具結構。如果一個夾具的定位結構所限制的自由度少于位置精度必須要限制的自由度數(shù)量，就會產(chǎn)生定位不足，這種定位方式稱為欠定位。如果一個夾具的定位結構中，不同支承點重復的約束工件上同一個自由度，就會產(chǎn)生定位不穩(wěn)定，這種定位方式稱為過定位。欠定位情況下，工件的位置精度不能保證，因此是不允許的。過定位要視具體的情況而定是否允許。如圖5中，如果B平面的兩個支承點在一條垂直線上，這樣繞z軸轉動的自由度就沒有被限制，這種情況屬于欠定位;而沿Y軸移動的自由度就被限制了兩次，這種情況屬于過定位。 圖4 六點定位原理 圖5 軸類工件的六點定位原理 (5)根據(jù)工件結構特點，其定位方案有兩種：方案一（如圖6所示），以28H7mm孔及一組合面（K面與10H9mm孔下端面組合）為定位面，以限制五個自由度（，， 圖6 定位方案一 圖7 定位方案二 ，，），以10H9mm孔端外緣毛坯一側為防轉定位面，以限制工件自由度。該方案由于mm的公差大，定位不穩(wěn)定，定位誤差較大。 方案二（如圖7所示），以孔28H7mm及端面K定位，限制工件五個自由度（，，，，），以孔11mm孔外緣定位，限制工件自由度。為增加剛性，在10H9mm孔下端，增設一個輔助支承.由于定位精度未受尺寸88mm的影響，定位誤差較小。 比較上述兩個方案，方案二為最佳方案。 3．2．2選擇定位元件 （1）選用帶臺階面的定位銷，作為28H7mm孔及其端面定位的定位元件（見夾具總圖17）.其結構和尺寸按要求確定。 （2）以10H9mm孔外緣定位，采用的定位元件有兩種形式（如圖8所示）： 圖8 定位件的選擇 a)選用可調支承釘作為以10H9mm外緣定位的定位元件，它可限制Z自由度.該方案可克服毛坯精度對定位精度的影響，在使用過程中根據(jù)每批毛坯的精度進行調整，結構如圖8（a）所示。 b)采用移動V形塊作為定位元件，如圖8（b）所示。限制了Z自由度，其定位精度不受毛坯的影響，但受夾具結構限制，并且結構復雜，布局困難。V形塊除定位作用外，還有夾緊作用，根據(jù)本工件的結構特點，易引起工件變形。 比較上述兩種形式，確定采用第一種形式。 3）定位誤差的分析計算 a）加工10H9mm，要求保證中心距尺寸（80 0.20）mm及兩孔軸線平行度0.30mm.計算中心距（800.20）mm定位誤差為： ； 由圖4可知， mm。 基準定位等于定位銷與定位孔的最大間隙,銷孔配合代號為mm, 28H7mm為mm，以28g6mm為mm。 于是 其中：； 。 則 。 該定位方案滿足要求。 b)計算10H9mm與28H7mm兩孔軸線的平行度誤差 同理 mm， 由于基準位移誤差定義可知。 是定位銷圓柱部分與臺階面的垂直度誤差。由于此兩表面是在一次安裝中加工出的，其誤差很小，可忽略不計=0mm。 是工件定位孔28H7mm與定位面K間的垂直度誤差，而28H7mm孔與定位面K也是在一次安裝中加工出的，其誤差很小，也可以忽略不計=0mm。 因此 mm。 定位誤差的允許值； 顯然 。 因此該定位方案也能滿足兩孔軸線平行度0.30mm的加工要求。 2）加工11mm孔，要求保證孔距尺寸（150.25）mm的定位精度 同理 ； 而與加工10H9mm孔時相同，只是方向沿加工尺寸15mm方向。 其中 ； 顯然， 該方案滿足要求。 由以上分析可知，該定位方案與定位裝置是可行的。 3．3夾緊裝置的設計 3．3．1夾緊機構 根據(jù)生產(chǎn)類型，此夾具的夾緊機構不宜復雜，采用螺旋夾緊方式.螺栓直徑暫用M12mm，為縮短裝卸工件的時間，采用開口墊圈。 3．3．2夾緊力的計算 （1）加工10H9mm時受力分析如圖9所示，加工時，鉆削軸向力F與夾緊力F1同向，作用在定位支承上，而鉆削扭矩T1則有使工件緊靠于可調支承之勢，所用鉆頭直徑小，切削力矩不大。因此，對加工此孔來說，夾緊是可靠的，不必進行夾緊力校核。 （2）加工11mm孔時受力分析如圖10所示，加工時，鉆削軸向力F有使工件繞O點旋轉的趨勢，而鉆削扭矩T2又有使工件翻轉的趨勢，為防止上述兩種趨勢的發(fā)生，夾具的夾緊機構應具有足夠的夾緊力和磨擦力矩，為此需進行夾緊力校核。 1）鉆削軸向力F： ； 設f=0.25mm,已知=11mm其余參數(shù)查文獻[5]得： 2）鉆削力矩： 。 3）使工件轉動的轉矩和使工件翻轉的力矩： 由圖7知： ； 。 式中：為翻轉力，=； 為翻轉力臂，； 得： ； 。 圖9 加工11H9mm孔時工件受力圖 圖10 加工11mm孔時工件受力圖 4）防轉夾緊力的防翻轉夾緊力 根據(jù)力學平衡原理，由圖7知： ； 。 得： ； 。 5）夾緊機構產(chǎn)生的夾緊力為 根據(jù)初步選用螺栓直徑為M12mm，由參考文獻[9]查得，采用M12mm的螺栓時，許用夾緊力。，顯然M12螺栓無法滿足要求。現(xiàn)改用M16mm螺栓，許用夾緊力。M16mm螺栓可滿足夾緊要求，同時，M16mm螺母的最大直徑也小于定位孔28H7mm的尺寸，不妨礙工件的裝卸。因此，選用M16mm是合理的，符合此夾具體的裝夾和剛度要求。 ３．４導向裝置的設計及其他裝置結構、夾具體的確定 3．4．1加工10H7mm孔導向裝置的確定 圖11 襯套15F7（GB/T2263-1991） 為適應鉆、擴、鉸的要求，現(xiàn)選用可換鉆套及與這相適應的襯套，它們的主要尺寸和結構由可換鉆套（GB/T2264-1991）和鉆套用襯套（GB/T2263-1991）選取。 具體尺寸如表2所示。 鉆套端面到加工面間的距離一般?。?.3-1）d（d為鉆頭直徑），取8mm。 可換鉆套的技術要求：（1）材料： 選取T10A鋼為材料，按GB1298-86《碳素工具鋼技術要求》。 （2）熱處理；T10A HRC58～64；滲碳深度為0.8～1.2mm，HRC58～64。 圖12 可換鉆套10E7（GB/T2264-1991） 表2 可換鉆套及襯套尺寸 名 稱 內 徑d（mm） 外 徑D（mm） 快 換 鉆 套 （見圖12） 襯 套 （見圖11） 襯套的技術要求：（1）材料： 選取T8鋼為材料，按GB1298-86《碳素鋼工具鋼技術要求》；（2）熱處理：T8HRC55～60；滲碳深度為0.8～1.2mm，HRC55～60。 圖13 可調六角頭支承M8X35（GB2227-80） 此處按方案二需要加一輔助支承，采用六角頭調節(jié)支承（GB2227-80），由于10H7mm外圓不需要加工，表面并不光整，尺寸具有很大的誤差，而此六角調節(jié)支承釘有調節(jié)功能，能方便地消除10H7mm表面尺寸引起的加工誤差。如圖13所示。 技術要求：（1）材料：45鋼，按GB699-88《優(yōu)質碳素結構鋼鋼號和一般技術條件》加工。（2）熱處理：由于全部HRC40～50。 3．4．2加工11mm孔的導向裝置的確定 為維修方便，不采用固定鉆套，而選用可換鉆套，它們的主要尺寸和結構由可換鉆套（GB/T2264-1991）的鉆套用襯套（GB/T2263-19991）選取。其主要尺寸如表3所示。 鉆套端面到加工表面的距離，選取原則與10H9mm孔相同，因加工精度低，為排屑方便，取12mm。 可換鉆套的技術要求：（1）材料： 選取T10A鋼為材料，按GB1298-86《碳素工具鋼技術要求》。（2）熱處理；T10A HRC58～64；滲碳深度為0.8～1.2mm，HRC58～64。襯套的技術要求同上。 表3 可換鉆套及襯套尺寸 名 稱 內 徑d(mm) 外 徑D(mm) 可 換 鉆 套 （見圖14所示） 襯 套 （見圖15所示） 圖14 襯套18F7（GB/T2263-1991） 圖15 可換鉆套11F7（GB/T2264-1991） 各導向件到定位元件（28H7mm孔中心）間的位置尺寸公差按工件相應公差的1/2--1/5選取。因此，它們分別為（150.05）mm，（800.05）mm，10H9 mm孔鉆套軸心線對基準面垂直度許用誤差為0.05mm，11mm孔鉆套軸心線對基準面平行度許用誤差為 0.05mm。 3．4．3其他裝置的確定 為了便于排屑，輔助支承采用螺旋套筒式；為了便于夾具的制造和維修，鉆模板與夾具體的聯(lián)接采用裝配方式。夾具體采用開式結構，使加工、觀察，清理切削方便。 4　　繪制夾具結構圖 夾具總體設計中最后完成的主要元件是夾具體。夾具體是夾具的骨架和基礎。組成夾具的各種元件、機構、裝置都要安裝在夾具體上。在加工過程中，它還要承受切削力、夾緊力、慣性力及由此產(chǎn)生的振動和沖擊。所以，夾具體是夾具中一個設計、制造勞動量大，耗費材料多，加工要求高的零部件。在夾具體成本中所占比重較大，制造周期也長，設計時要給予足夠的重視。 圖16 夾具結構總裝圖 這個夾具體采用裝配結構。裝配夾具體是選用夾具專用標準毛坯件或標準零件，根據(jù)使用要求組裝而成。標準件可組織專業(yè)化生產(chǎn)，這樣不但可以大大縮短夾具體的制造周期，還可以降低成本。 在設計夾具體時就滿足以下一些基本要求： (1) 應有足夠的剛度與強度。加工工件時，為了防止在切削力、夾緊力的作用下，夾具產(chǎn)生不允許的變形和振動，夾具體應具有足夠的壁厚，剛性不足處可適當增設加強筋。 (2) 力求結構簡單、重量輕。夾具體的外形一般尺寸較大，結構比較復雜，而且各表面的相互位置精度要求高，應特別注意其結構工藝性。同時，在滿足剛度及強度的前提下，盡可能減輕重量、縮小體積，特別是對手動翻轉式夾具（含工件），重量一般不超過10kg，以便于操作。 (3) 應便于排屑。加工過程中為了防止切屑的排除問題。若加工中產(chǎn)生的切屑不多?？蛇m當加大定位元件表面與夾具體之間的距離，以增加容屑空間；對加工中產(chǎn)生的切屑量較大時，一般應在夾具體上設置排屑溝，以利于將切屑自動排至夾具體外。 (4) 在機床上安裝應穩(wěn)定可靠。對于固定在機床上的夾具應使其重心盡量低；對于不固定在機床上的夾具，則其重心和切削力作用點，應落在夾具體的支承范圍內，重心越高夾具支承面積越大。為了使夾具安裝穩(wěn)定可靠，夾具體底面中部通常挖空。對于翻轉或移動式夾具體，應在夾具體上設置手柄或手扶部位，以便于操作。對于大型夾具，在夾具體上應設置吊環(huán)螺栓或起重孔，以便于吊運。 (5) 應具有良好的結構工藝性和經(jīng)濟性。夾具體上的三個重要的表面，直接影響到夾具的裝配精度，即夾具體底面、安裝定位元件和引導裝置表面以及夾具安裝時的校正基面。在加工這些表面時，通常是以夾具體底面作為定位基準，因此在考慮夾具體結構時，應便于達到這些表面的加工要求。在夾具體上供安裝各種元件的表面，一般應鑄出3—5mm的凸臺，以便于減少加工面積。 5　確定夾具技術要求的有關尺寸、公差配合 ５．１技術要求 （1）定位元件與夾具底面的垂直度誤差允許值在全長上為0.03mm。 （2）導向元件與夾具底面的垂直度誤差允許值在全長上為0.05mm。 （3）導向元件（件11）與夾具底面（F）的平行度誤差允許值為0.005mm。 ５．２公差配合 5．2．1 10H9mm孔襯套、鉆模板、鉆模板上內孔之間的配合代號及精度分別為： mm（襯套——鉆模板） mm（鉆套——襯套） 圖17 夾具體總裝圖 5．2．2 11mm孔鉆套、襯套、鉆模板上內孔之間的配合代號及精度分別為： mm（襯套——鉆模板） mm（鉆套——襯套） 5．2．3 其余部件的公差配合代號及精度如圖17所示。 ５.３夾具精度分析與計算 由圖1可知，所設計夾具需保證的加工要求有：尺寸（150.25）mm，尺寸（800.2）mm，尺寸14mm及10H9mm孔和28H7mm孔軸線間平行度誤差0.30mm等四項。其中尺寸14mm和尺寸（150.25）mm要求較低，不必驗算，其余各項精度要求分別驗算如下： (1) 尺寸（800.2）mm； 定位誤差，由前計算已知=0.041mm； 定位元件對底面的垂直度誤差=0.03mm； 鉆套與襯套間的最大配合間隙=0.033mm； 襯套孔的距離公差=0.1mm； 襯套軸線對底面（F）的垂直度誤差=0.05mm； 麻花鉆與鉆套內孔的間隙X=0.050mm； 由式 = =0.131<（mm） 因而夾具能保證尺寸這項要求。 (2) 同理可完成10H9mm孔軸線對28H7mm孔軸線的平行度誤差0.30mm的精度校核。 6 數(shù)控程序加工 加工10H9mm孔和11mm孔時選用了標準襯套和鉆套，由上面可知，它們的精度為6級和7級，選用數(shù)控加工來保證其精度?，F(xiàn)選取10H7孔的襯套（見圖11所示）來編寫數(shù)控程序，利用CAXA軟件來自動生成的過程如下： （1）繪出零件圖； （2）設置刀具參數(shù)和相關參數(shù)； 圖18 刀具參數(shù)據(jù)的設定 （3）定義毛坯尺寸如下圖所示； 圖19 毛坯尺寸的定義 （4）生成刀具軌跡； 圖20 刀具軌跡的生成 （5）生成數(shù)控程序G代碼（內孔 mm） N10G90G54G00Z100.000 N12S3000M03 N14X0.000Y0.000Z100.000 N16X5.000 N18Z26.000 N20G01Z16.000F100 N22G02X-0.000Y-5.000I-5.000J0.000F1000 N24G02X-5.000Y-0.000I0.000J5.000 N26G02X0.000Y5.000I5.000J-0.000 N28G02X5.000Y0.000I-0.000J-5.000 N30G01Z11.000F800 N32G02X-0.000Y-5.000I-5.000J0.000F1000 N34G02X-5.000Y-0.000I0.000J5.000 N36G02X0.000Y5.000I5.000J-0.000 N38G02X5.000Y0.000I-0.000J-5.000 N40G01Z6.000F800 N42G02X-0.000Y-5.000I-5.000J0.000F1000 N44G02X-5.000Y-0.000I0.000J5.000 N46G02X0.000Y5.000I5.000J-0.000 N48G02X5.000Y0.000I-0.000J-5.000 N50G01Z1.000F800 N52G02X-0.000Y-5.000I-5.000J0.000F1000 N54G02X-5.000Y-0.000I0.000J5.000 N56G02X0.000Y5.000I5.000J-0.000 N58G02X5.000Y-0.000I-0.000J-5.000 N60G01Z0.000F800 N62G02X-0.000Y-5.000I-5.000J0.000F1000 N64G02X-5.000Y-0.000I0.000J5.000 N66G02X0.000Y5.000I5.000J-0.000 N68G02X5.000Y-0.000I-0.000J-5.000 N70G01Z10.000F100 N72G00Z100.000 N74X0.000 N76M05 N78M30 （6）按照上面的方法，可生成外圓G代碼（ mm）如下 N10G90G54G00Z100.000 N12S3000M03 N14X0.000Y0.000Z100.000 N16X13.500 N18Z26.000 N20G01Z16.000F100 N22G03X0.000Y13.500I-13.500J-0.000F1000 N24G03X-13.500Y0.000I0.000J-13.500 N26G03X-0.000Y-13.500I13.500J0.000 N28G03X13.500Y-0.000I-0.000J13.500 N30G01Z11.000F800 N32G03X0.000Y13.500I-13.500J-0.000F1000 N34G03X-13.500Y0.000I0.000J-13.500 N36G03X-0.000Y-13.500I13.500J0.000 N38G03X13.500Y-0.000I-0.000J13.500 N40G01Z6.000F800 N42G03X0.000Y13.500I-13.500J-0.000F1000 N44G03X-13.500Y0.000I0.000J-13.500 N46G03X0.000Y-13.500I13.500J0.000 N48G03X13.500Y0.000I-0.000J13.500 N50G01Z1.000F800 N52G03X0.000Y13.500I-13.500J-0.000F1000 N54G03X-13.500Y0.000I0.000J-13.500 N56G03X0.000Y-13.500I13.500J0.000 N58G03X13.500Y0.000I-0.000J13.500 N60G01Z0.000F800 N62G03X0.000Y13.500I-13.500J-0.000F1000 N64G03X-13.500Y0.000I0.000J-13.500 N66G03X0.000Y-13.500I13.500J0.000 N68G03X13.500Y0.000I-0.000J13.500 N70G01Z10.000F100 N72G00Z100.000 N74X0.000 N76M05 N78M30 7結束語 此鉆床夾具具有結構簡單、排屑方便、重量輕、裝夾簡單等特點，可以提高生產(chǎn)效率，適合中批量生產(chǎn)。本文對杠桿零件的工藝進行了詳細的分析、制定了工藝卡片、選擇了孔加工工序的定位基準、確定了孔加工工序的夾具體的設計方案并繪出了夾具體的裝配圖、分析了夾具體和定位元件的受力并進行了校核，利用Pro/e軟件對夾具體進行了結構的干涉分析，利用CAXA軟件對夾具體中的部分零件編寫了數(shù)控程序。 8致謝 為期二個多月的畢業(yè)論文設計即將拉下帷幕，回想近一段時間以來的論文寫作工作我感受頗深。畢業(yè)論文是對大學幾年所學知識的一個提高和升華。在這個過程中，我深切的感受到專業(yè)知識的重要。同時也深深的懂得作為一個設計人員所必須具備的基本素質。 在做畢業(yè)論文的過程中，首先我認為，態(tài)度是最重要的?！皯B(tài)度決定一切”這句話的道理，在這次的畢業(yè)實習中我才真正懂得。只有擺正好態(tài)度，才能去完成我們所要作的事情。其次，是要有堅忍不拔，知難而進的精神。因為，在畢業(yè)設計中我們總會遇到一些我們一時難以解決的問題。在這個時候我們只有不怕困難，多請教老師、同學和多查閱資料,我們才能攻破難關。再次是要培養(yǎng)查閱文獻資料的能力，現(xiàn)代社會是一個信息的時代，知識的更新日新月異。如何在浩如煙海的信息中，查閱對我們的有用資料。這對于我們的設計工作是至關重要的。最后，要加強的實踐動手能力，這種能力才是我們以后立足社會的根本。 在本次畢業(yè)設計中，得到了xxx老師的悉心指導，在此我衷心的表示感謝！在設計中，xxx始終以他的熱情和學識為我們提供最大的幫助并為我們的論文提供了大量的資料。而且，每當我們有難題時，xxx總是耐心的指導。正是xxx這種高尚的敬業(yè)精神和科學的指導方法。保證了我的論文順利完成。她的這種精神將影響著我，為我以后的工作和學習樹立了榜樣。大學即將畢業(yè)，回想幾年的大學生活，感慨萬千！“雖然以后的路還很長，但既然選擇了遠方，便要風雨兼程”！衷心的祝愿xxx學院明天更美好！工學院的發(fā)展更美好！祝愿xxx事業(yè)有成！ 9 參考文獻 [1]李云主編。機械制造工藝及設備設計指導手冊。北京：機械工業(yè)出版社，1997 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