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四、專用夾具設計
4.1問題的指出
由于生產(chǎn)類型為成批，大批生產(chǎn)，要考慮生產(chǎn)效率，降低勞動強度，保證加工質量，故需設計專用夾具。
由于對加工精度要求不是很高，所以在本道工序加工時，主要考慮如何降低降低生產(chǎn)成本和降低勞動強度。
本次設計選擇設計是針對鉆連桿小頭孔的夾具，它將用于Z525鉆床。
4.2定位基準的選擇
該工序要求中心線與端面（有位置要求，因此可以得出該孔在兩個側面的正中心上，并且還要求其孔為通孔，由于端面經(jīng)過精銑，精度比較高，因而工序基準為端面A，為了便于加工，選取適當?shù)亩ㄎ换鶞?，保證其加工要求。夾具設計應首先滿足這些要求，在保證較高的生產(chǎn)效率的前提下，還應考慮夾具體制造工藝性和生產(chǎn)經(jīng)濟性。加工過程中夾具的操作應方便，定位夾緊穩(wěn)定可靠，并且夾具體應具有較好的剛性。
據(jù)《夾具手冊》知定位基準應盡可能與工序基準重合，在同一工件的各道工序中，應盡量采用同一定位基準進行加工。擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質量?；鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應該根據(jù)零件圖的技術要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。圓臺外圓及兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的端面作為定位精基準，來設計本道工序的夾具，以已加工好的端面作為定位夾具。
4.3夾具方案的設計
如圖所示，為了加工通孔，必須使其完全定位。因此初步的設計方案如下,
首先必須明確其加工時應如圖所示，這樣水平放置，便于鉆床加工。那么要使其完全定位，可以采用:一面加固定V型塊和滑動塊定位，這樣既簡單又方便。如上圖所示，一底面限制的自由度有3個，一個固定V型塊限制兩個自由度，一個滑動塊限制限制一個自由度，為使定位可靠，加工穩(wěn)定，我所設計的定位方案，總共限制了工件的全部6個自由度，屬于完全定位。
一面加固定V型塊和滑動塊定位，這樣既簡單。如上圖所示，一底面限制的自由度有3個，一個固定V型塊限制兩個自由度，一個固定V型塊限制限制一個自由度，為使定位可靠，加工穩(wěn)定，我所設計的定位方案，總共限制了工件的全部6個自由度，屬于完全定位。可是這種方案無法調節(jié)。如果毛坯超差還得通過螺絲調節(jié)。
在該定位方案中，一個支撐面頂住，限制了z軸的移動，z軸的旋轉，y軸的旋轉三個移動自由度。一個固定V型塊限制了y軸的移動，x軸的移動，一個滑動V型塊限制了z軸的旋轉，這樣6個自由度全部被限制
4.4.切削力和夾緊力計算
1、切削力及夾緊力的計算：
由文獻《金屬切削機床設計手冊》表3-54 工件的材料為灰鑄鐵，其切削力 （kgf）
切削力矩
（kgf）
其中：D為鉆頭直徑（mm）
S為每轉進給量 （mm/r）
為修正系數(shù)
由文獻表《金屬切削機床設計手冊》表3-55，
===1.124
=79.16 kgf =791.3N
=
=194.66kfg.mm=1946.6N.mm
2、夾緊力的計算：
為了防止工件在切削力的作用下平移所需的夾緊力：
由文獻《金屬切削機床設計手冊》表3-21查得（kgf）
其中： 為夾緊元件與工件之間的磨擦系數(shù)
為工件與支撐面間的摩擦系數(shù)
為定位銷承受的部分切削力，對精度機床B=0
由文獻《金屬切削機床設計手冊》表3-19可知：
=0.4，=0.2
取基本安全系數(shù)=1.5
加工狀態(tài)系數(shù)=1.
刀具鈍化系數(shù)=1.10
切削特點系數(shù)=1.0
夾緊動力穩(wěn)定系數(shù)=1.2
手動夾緊時手柄位置系數(shù)=1.2
支撐面接觸情況系數(shù)=1.3
∴=4.6 取K=4
∴==527.7kgf=5277N
由文獻《金屬切削機床設計手冊》表3-24選
d=16mm P=2mm L=190mm =8kgf =12mm Q=626kgf
Φ=10° f=0.178 =0.2 β=120°
表由文獻《金屬切削機床設計手冊》表3-22 選
τ==4mm
tanψ=== ∴ψ=4.55°
∴M=Q[r.tan(ψ+Φ)+ τ]=1150.7 kgf.mm=11507N.mm
而實際上的夾緊扭矩M=L=1520kgf 遠大于所需的夾緊扭矩，即工作是可靠的
五.定位誤差分析
（1）定位元件尺寸及公差確定。
夾具的主要定位元件為一平面和V型塊間隙配合。
（2） 工件的工序基準為孔心，當工件孔徑為最大，定位銷的孔徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來在臥式鏜床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時可求出孔心在接觸點與銷中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差多一半。工件的定位基準為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin
該夾具以一面兩銷定位，兩定位銷孔尺寸公差為80。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。
與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
⑴ 兩定位銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
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，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
六、零、部件的設計與選用
6.1擋銷選用
本夾具選用一擋銷來定位，其參數(shù)如下表：
表2.2 擋銷銷
d
H
d
公稱尺寸
允差
12
20
10
+0.034
～0.023
65
5
3
8
1
6
1.5
6.2 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結構如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。
.尺寸表
d
D
D1
H
t
基本尺寸
極限偏差F7
基本尺寸
極限偏差D6
＞0～1
+0.016
+0.006
3
+0.010
+0.004
6
6
9
--
0.008
＞1～1.8
4
+0.016
+0.008
7
＞1.8～2.6
5
8
＞2.6～3
6
9
8
12
16
＞3～3.3
+0.022
+0.010
＞3.3～4
7
+0.019
+0.010
10
＞4～5
8
11
＞5～6
10
13
10
16
20
＞6～8
+0.028
+0.013
12
+0.023
+0.012
15
＞8～10
15
18
12
20
25
＞10～12
+0.034
+0.016
18
22
＞12～15
22
+0.028
+0.015
26
16
28
36
＞15～18
26
30
0.012
＞18～22
+0.041
+0.020
30
34
20
36
45
＞22～26
35
+0.033
+0.017
39
＞26～30
42
46
25
45
56
＞30～35
+0.050
+0.025
48
52
＞35～42
55
+0.039
+0.020
59
30
56
67
＞42～48
62
66
＞48～50
70
74
0.040
鉆模板選用固定鉆模板，用沉頭螺釘錐銷定位于夾具體上。
七、確定夾具體結構尺寸和總體結構
夾具體：夾具的定位、引導、夾緊裝置裝在夾具體上，使其成為一體，并能正確的安裝在機床上。夾具體是將夾具上的各種裝置和元件連接成一個整體的最大最復雜的基礎件。夾具體的形狀和尺寸取決于夾具上各種裝置的布置以及夾具與機床的連接，而且在零件的加工過程中，夾具還要承受夾緊力、切削力以及由此產(chǎn)生的沖擊和振動，因此夾具體必須具有必要的強度和剛度。切削加工過程中產(chǎn)生的切屑有一部分還會落在夾具體上，切屑積聚過多將影響工件的可靠的定位和夾緊，因此設計夾具體時，必須考慮結構應便于排屑。此外，夾具體結構的工藝性、經(jīng)濟性以及操作和裝拆的便捷性等，在設計時也應加以考慮。
夾具體設計的基本要求
（1）應有適當?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、安裝對刀塊或導向元件的表面以及夾具體的安裝基面，應有適當?shù)某叽缇群托螤罹龋鼈冎g應有適當?shù)奈恢镁取?
為使夾具體的尺寸保持穩(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）應有足夠的強度和剛度
為了保證在加工過程中不因夾緊力、切削力等外力的作用而產(chǎn)生不允許的變形和振動，夾具體應有足夠的壁厚，剛性不足處可適當增設加強筋。
（3）應有良好的結構工藝性和使用性
夾具體一般外形尺寸較大，結構比較復雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，因此應特別注意其結構工藝性，應做到裝卸工件方便，夾具維修方便。在滿足剛度和強度的前提下，應盡量能減輕重量，縮小體積，力求簡單。
（4）應便于排除切屑
在機械加工過程中，切屑會不斷地積聚在夾具體周圍，如不及時排除，切削熱量的積聚會破壞夾具的定位精度，切屑的拋甩可能纏繞定位元件，也會破壞定位精度，甚至發(fā)生安全事故。因此，對于加工過程中切屑產(chǎn)生不多的情況，可適當加大定位元件工作表面與夾具體之間的距離以增大容屑空間：對于加工過程中切削產(chǎn)生較多的情況，一般應在夾具體上設置排屑槽。
（5）在機床上的安裝應穩(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的相應表面的接觸或配合實現(xiàn)的。當夾具在機床工作臺上安裝時，夾具的重心應盡量低，支承面積應足夠大，安裝基面應有較高的配合精度，保證安裝穩(wěn)定可靠。夾具底部一般應中空，大型夾具還應設置吊環(huán)或起重孔。
工件裝夾方案確定以后，根據(jù)定位元件及夾緊機構所需要的空間范圍及機床工作臺的尺寸，確定夾具體的結構尺寸，然后繪制夾具總圖。詳見繪制的夾具裝配圖。
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