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南京工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
機(jī)械工程 學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（流體傳動(dòng)）專(zhuān)業(yè)
設(shè) 計(jì) 題 目 A型齒輪油泵泵體安裝板孔4×φ10鉆夾具
3D設(shè)計(jì)
學(xué) 生 姓 名 曹光波
班 級(jí) 流體傳動(dòng) 111
起 止 日 期 2015.3.2～2012.6.12
指 導(dǎo) 教 師 郝維春
教研室主任 高培川
發(fā)任務(wù)書(shū)日期 2015 年 1 月 16 日
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)：
零件圖；
生產(chǎn)綱領(lǐng)：1萬(wàn)件/年；兩班制；
夾具夾緊方式不限。
2.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的內(nèi)容和要求(包括技術(shù)要求、圖表要求以及工作要求等)：
熟悉課題要求，收集、閱讀、翻譯有關(guān)資料；
擬定方案，比較方案，確定方案；
繪制夾具裝配圖；
繪制夾具零件3D圖；
繪制夾具3D裝配圖；
繪制主要零件圖，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
3.畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的技術(shù)文件：
開(kāi)題報(bào)告；論文摘要（中、英文）；譯文；
夾具圖總裝圖（約1張零號(hào)）；
主要零件圖等（約0.15～2張零號(hào)）；
夾具3D裝配圖（約0.5～1張零號(hào)）；
設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1.5萬(wàn)字以上（計(jì)算機(jī)打?。?
4.主要參考文獻(xiàn)：
機(jī)械制造工藝人員設(shè)計(jì)手冊(cè)
夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)
夾具設(shè)計(jì)圖冊(cè)
工程師設(shè)計(jì)手冊(cè)
機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)
機(jī)械加工工藝手冊(cè)及典型零件工藝圖冊(cè)
5.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃(以周為單位)：
起 止 日 期
工 作 內(nèi) 容
備 注
第1周
第2周
第3-4周
第5周
第6周
第7-8周
第9周
第10-11周
第12周
第13周
第14周
第15周
布置課題，熟悉課題、查閱資料
研讀課題相關(guān)資料，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告
開(kāi)題、查閱翻譯資料
完成開(kāi)題報(bào)告和資料翻譯
擬定零件加工工序
繪制夾具裝配圖
繪制主要零件圖
繪制零件3D圖
繪制夾具裝配3D圖
編寫(xiě)中英文摘要
編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，打印圖紙、文檔
答辯
教研室審查意見(jiàn)：
室主任
年 月 日
院部審查意見(jiàn)：
教學(xué)院長(zhǎng)
年 月 日
夾具夾緊力的優(yōu)化及對(duì)工件定位精度的影響
B.Li 和 S.N.Mellkote
布什伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院，佐治亞理工學(xué)院，格魯吉亞，美國(guó)研究所
由于夾緊和加工，在工件和夾具的接觸部位會(huì)產(chǎn)生局部彈性變形，使工件尺寸發(fā)生變化，進(jìn)而影響工件的最終加工質(zhì)量。這種效應(yīng)可通過(guò)最小化夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化，夾緊力是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)變量，可以得到優(yōu)化，以減少工件的位移。本文提出了一種確定多夾緊夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工部位的最佳夾緊力的新方法。該方法采用彈性接觸力學(xué)模型代表夾具與工件接觸，并涉及制定和解決方案的多目標(biāo)優(yōu)化模型的約束。夾緊力的最優(yōu)化對(duì)工件定位精度的影響通過(guò)3-2-1式銑夾具的例子進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：彈性 接觸 模型 夾具 夾緊力 優(yōu)化
前言
定位和夾緊的工件加工中的兩個(gè)關(guān)鍵因素。要實(shí)現(xiàn)夾具的這些功能，需將工件定位到一個(gè)合適的基準(zhǔn)上并夾緊，采用的夾緊力必須足夠大，以抑制工件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的移動(dòng)。然而，過(guò)度的夾緊力可誘導(dǎo)工件產(chǎn)生更大的彈性變形 ，這會(huì)影響它的位置精度，并反過(guò)來(lái)影響零件質(zhì)量。所以有必要確定最佳夾緊力，來(lái)減小由于彈性變形對(duì)工件的定位誤差，同時(shí)滿(mǎn)足加工的要求。在夾具分析和綜合領(lǐng)域上的研究人員使用了有限元模型的方法或剛體模型的方法。大量的工作都以有限元方法為基礎(chǔ)被報(bào)道[參考文獻(xiàn)1-8]。隨著得墨忒耳[8]，這種方法的限制是需要較大的模型和計(jì)算成本。同時(shí)，多數(shù)的有限元基礎(chǔ)研究人員一直重點(diǎn)關(guān)注的夾具布局優(yōu)化和夾緊力的優(yōu)化還沒(méi)有得到充分討論，也有少數(shù)的研究人員通過(guò)對(duì)剛性模型[9-11]對(duì)夾緊力進(jìn)行了優(yōu)化，剛型模型幾乎被近似為一個(gè)規(guī)則完整的形狀。得墨忒耳[12，13]用螺釘理論解決的最低夾緊力，總的問(wèn)題是制定一個(gè)線(xiàn)性規(guī)劃，其目的是盡量減少在每個(gè)定位點(diǎn)調(diào)整夾緊力強(qiáng)度的法線(xiàn)接觸力。接觸摩擦力的影響被忽視，因?yàn)樗^法線(xiàn)接觸力相對(duì)較小，由于這種方法是基于剛體假設(shè)，獨(dú)特的三維夾具可以處理超過(guò)6個(gè)自由度的裝夾，復(fù)和倪[14]也提出迭代搜索方法，通過(guò)假設(shè)已知摩擦力的方向來(lái)推導(dǎo)計(jì)算最小夾緊力，該剛體分析的主要限制因素是當(dāng)出現(xiàn)六個(gè)以上的接觸力是使其靜力不確定，因此，這種方法無(wú)法確定工件移位的唯一性。
這種限制可以通過(guò)計(jì)算夾具——工件系統(tǒng)[15]的彈性來(lái)克服，對(duì)于一個(gè)相對(duì)嚴(yán)格的工件，該夾具在機(jī)械加工工件的位置會(huì)受夾具點(diǎn)的局部彈性變形的強(qiáng)烈影響。Hockenberger和得墨忒耳[16]使用經(jīng)驗(yàn)的接觸力變形的關(guān)系（稱(chēng)為元功能），解決由于夾緊和準(zhǔn)靜態(tài)加工力工件剛體位移。同一作者還考察了加工工件夾具位移對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響[17]。桂 [18] 等 通過(guò)工件的夾緊力的優(yōu)化定位精度彈性接觸模型對(duì)報(bào)告做了改善，然而，他們沒(méi)有處理計(jì)算夾具與工件的接觸剛度的方法，此外，其算法的應(yīng)用沒(méi)有討論機(jī)械加工刀具路徑負(fù)載有限序列。李和Melkote [19]和烏爾塔多和Melkote [20]用接觸力學(xué)解決由于在加載夾具夾緊點(diǎn)彈性變形產(chǎn)生的接觸力和工件的位移，他們還使用此方法制定了優(yōu)化方法夾具布局[21]和夾緊力[22]。但是，關(guān)于multiclamp系統(tǒng)及其對(duì)工件精度影響的夾緊力的優(yōu)化并沒(méi)有在這些文件中提到 。
本文提出了一種新的算法，確定了multiclamp夾具工件系統(tǒng)受到準(zhǔn)靜態(tài)加載的最佳夾緊力為基礎(chǔ)的彈性方法。該法旨在盡量減少影響由于工件夾緊位移和加工荷載通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化夾緊力的一部分定位精度。接觸力學(xué)模型，用于確定接觸力和位移，然后再用做夾緊力優(yōu)化，這個(gè)問(wèn)題被作為多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題提出和解決。通過(guò)兩個(gè)例子分析工件夾緊力的優(yōu)化對(duì)定位精度的影響，例子涉及的銑削夾具3-2-1布局。
1． 夾具——工件聯(lián)系模型
1．1 模型假設(shè)
該加工夾具由L定位器和帶有球形端的c形夾組成。工件和夾具接觸的地方是線(xiàn)性的彈性接觸，其他地方完全剛性。工件——夾具系統(tǒng)由于夾緊和加工受到準(zhǔn)靜態(tài)負(fù)載。夾緊力可假定為在加工過(guò)程中保持不變，這個(gè)假設(shè)是有效的，在對(duì)液壓或氣動(dòng)夾具使用。在實(shí)際中，夾具工件接觸區(qū)域是彈性分布，然而，這種模式的發(fā)展，假設(shè)總觸剛度（見(jiàn)圖1）第i夾具接觸力局部變形如下：
(1) 其中（j=x，y，z）表示，在當(dāng)?shù)刈幼鴺?biāo)系切線(xiàn)和法線(xiàn)方向的接觸剛度
第 19 頁(yè) 共 15 頁(yè)
圖1 彈簧夾具——
工件接觸模型。
表示在第i個(gè)
接觸處的坐標(biāo)系
（j=x，y，z）是對(duì)應(yīng)沿著xyz方向的彈性變形，分別 （j= x，y，z）的代表和切向力接觸 ，法線(xiàn)力接觸。
1．2 工件——夾具的接觸剛度模型
集中遵守一個(gè)球形尖端定位，夾具和工件的接觸并不是線(xiàn)性的，因?yàn)榻佑|半徑與隨法線(xiàn)力呈非線(xiàn)性變化 [23]。由于法線(xiàn)力接觸變形作用于半徑和平面工件表面之間，這可從封閉赫茲的辦法解決縮進(jìn)一個(gè)球體彈性半空間的問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題， 是法線(xiàn)的變形，在[文獻(xiàn)23 第93頁(yè)]中給出如下：
（2）
其中式中 和是工件和夾具的彈性模量，、分別是工件和材料的泊松比。
切向變形沿著和切線(xiàn)方向）硅業(yè)切力距有以下形式[文獻(xiàn)23第217頁(yè)]
（3）
其中、 分別是工件和夾具剪切模量
一個(gè)合理的接觸剛度的線(xiàn)性可以近似從最小二乘獲得適合式 （2），這就產(chǎn)生了以下線(xiàn)性化接觸剛度值：在計(jì)算上述的線(xiàn)性近似，
（4）
(5)
正常的力被假定為從0到1000N，且最小二乘擬合相應(yīng)的R2值認(rèn)定是0.94。
2．夾緊力優(yōu)化
我們的目標(biāo)是確定最優(yōu)夾緊力，將盡量減少由于工件剛體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，局部的夾緊和加工負(fù)荷引起的彈性變形，同時(shí)保持在準(zhǔn)靜態(tài)加工過(guò)程中夾具——工件系統(tǒng)平衡，工件的位移減少，從而減少定位誤差。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是通過(guò)制定一個(gè)多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題的問(wèn)題，如下描述。
2.1 目標(biāo)函數(shù)配方
工件旋轉(zhuǎn)，由于部隊(duì)輪換往往是相當(dāng)小[17]的工件定位誤差假設(shè)為確定其剛體翻譯基本上，其中 、、和 是 沿，和三個(gè)正交組件（見(jiàn)圖2）。
圖2 工件剛體平移和旋轉(zhuǎn)
工件的定位誤差歸于裝夾力，然后可以在該剛體位移的范數(shù)計(jì)算如下：
（6）
其中表示一個(gè)向量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
但是作用在工件的夾緊力會(huì)影響定位誤差。當(dāng)多個(gè)夾緊力作用于工件，由此產(chǎn)生的夾緊力為,有如下形式：
（7）
其中夾緊力是矢量，夾緊力的方向矩陣，是夾緊力是矢量的方向余弦，、和 是第i個(gè)夾緊點(diǎn)夾緊力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3...,C）。
在這個(gè)文件中，由于接觸區(qū)變形造成的工件的定位誤差，被假定為受的作用力是法線(xiàn)的，接觸的摩擦力相對(duì)較小，并在進(jìn)行分析時(shí)忽略了加緊力對(duì)工件的定位誤差的影響。意指正常接觸剛度比，是通過(guò)（i=1，2…L）和最小的所有定位器正常剛度相乘，并假設(shè)工件、、取決于、、的方向，各自的等效接觸剛度可有下式計(jì)算得出（見(jiàn)圖3），工件剛體運(yùn)動(dòng)，歸于夾緊行動(dòng)現(xiàn)在可以寫(xiě)成：
(8)
工件有位移，因此，定位誤差的減小可以通過(guò)盡量減少產(chǎn)生的夾緊力向量 范數(shù)。因此，第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以寫(xiě)為：
最小化 （9）
要注意，加權(quán)因素是與等效接觸剛度成正比的在、和 方向上。通過(guò)使用最低總能量互補(bǔ)參考文獻(xiàn)[15，23]的原則求解彈性力學(xué)接觸問(wèn)題得出A的組成部分是唯一確定的，這保證了夾緊力和相應(yīng)的定位反應(yīng)是“真正的”解決方案，對(duì)接觸問(wèn)題和產(chǎn)生的“真正”剛體位移，而且工件保持在靜態(tài)平衡，通過(guò)夾緊力的隨時(shí)調(diào)整。因此，總能量最小化的形式為補(bǔ)充的夾緊力優(yōu)化的第二個(gè)目標(biāo)函數(shù)，并給出：
最小化 （10）
其中代表機(jī)構(gòu)的彈性變形應(yīng)變能互補(bǔ)，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守對(duì)角矩陣的， 和是所有接觸力的載體。
如圖3 加權(quán)系數(shù)計(jì)算確定的基礎(chǔ)
內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯）
2.2 摩擦和靜態(tài)平衡約束
在（10）式優(yōu)化的目標(biāo)受到一定的限制和約束，他們中最重要的是在每個(gè)接觸處的靜摩擦力約束。庫(kù)侖摩擦力的法律規(guī)定（是靜態(tài)摩擦系數(shù)）,這方面的一個(gè)非線(xiàn)性約束和線(xiàn)性化版本可以使用，并且[19]有：
（11）
假設(shè)準(zhǔn)靜態(tài)載荷，工件的靜力平衡由下列力和力矩平衡方程確保（向量形式）：
(12)
其中包括在法線(xiàn)和切線(xiàn)方向的力和力矩的機(jī)械加工力和工件重量。
2.3界接觸力
由于夾具——工件接觸是單側(cè)面的，法線(xiàn)的接觸力只能被壓縮。這通過(guò)以下的的約束表（i=1，2…,L+C） （13）
它假設(shè)在工件上的法線(xiàn)力是確定的，此外，在一個(gè)法線(xiàn)的接觸壓力不能超過(guò)壓工件材料的屈服強(qiáng)度（）。這個(gè)約束可寫(xiě)為：
（i=1，2，…,L+C） (14)
如果是在第i個(gè)工件——夾具的接觸處的接觸面積，完整的夾緊力優(yōu)化模型，可以寫(xiě)成：最小化 (15)
3．模型算法求解
式（15）多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題可以通過(guò)求解約束[24]。這種方法將確定的目標(biāo)作為首要職能之一，并將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)約束對(duì)。該補(bǔ)充（）的主要目的是處理功能，并由此得到夾緊力（）作為約束的加權(quán)范數(shù)最小化。對(duì)為主要目標(biāo)的選擇，確保選中一套獨(dú)特可行的夾緊力，因此，工件——夾具系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)（即最低能量狀態(tài)），此狀態(tài)也表示有最小的夾緊力下的加權(quán)范數(shù)。 的約束轉(zhuǎn)換涉及到一個(gè)指定的加權(quán)范數(shù)小于或等于，其中是 的約束，假設(shè)最初所有夾緊力不明確，要確定一個(gè)合適的。在定位和夾緊點(diǎn)的接觸力的計(jì)算只考慮第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)（即）。雖然有這樣的接觸力，并不一定產(chǎn)生最低的夾緊力，這是一個(gè)“真正的”可行的解決彈性力學(xué)問(wèn)題辦法，可完全抑制工件在夾具中的位置。這些夾緊力的加權(quán)系數(shù)，通過(guò)計(jì)算并作為初始值與比較，因此，夾緊力式（15）的優(yōu)化問(wèn)題可改寫(xiě)為:
最小化 （16）
由： (11)–(14) 得。
類(lèi)似的算法尋找一個(gè)方程根的二分法來(lái)確定最低的上的約束, 通過(guò)盡可能降低上限，由此產(chǎn)生的最小夾緊力的加權(quán)范數(shù)。 迭代次數(shù)K，終止搜索取決于所需的預(yù)測(cè)精度和，有參考文獻(xiàn)[15]：
（17）
其中表示上限的功能，完整的算法在如圖4中給出。
圖4 夾緊力的優(yōu)化算法（在示例1中使用）。 圖5 該算法在示例2使用
4． 加工過(guò)程中的夾緊力的優(yōu)化及測(cè)定
上一節(jié)介紹的算法可用于確定單負(fù)載作用于工件的載體的最佳夾緊力，然而，刀具路徑隨磨削量和切割點(diǎn)的不斷變化而變化。因此，相應(yīng)的夾緊力和最佳的加工負(fù)荷獲得將由圖4算法獲得，這大大增加了計(jì)算負(fù)擔(dān)，并要求為選擇的夾緊力提供標(biāo)準(zhǔn)， 將獲得滿(mǎn)意和適宜的整個(gè)刀具軌跡 ，用保守的辦法來(lái)解決下面將被討論的問(wèn)題，考慮一個(gè)有限的數(shù)目（例如m）沿相應(yīng)的刀具路徑設(shè)置的產(chǎn)生m個(gè)最佳夾緊力，選擇記為， ， …,在每個(gè)采樣點(diǎn)，考慮以下四個(gè)最壞加工負(fù)荷向量：
(18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的數(shù)字1，2，3分別代替對(duì)應(yīng)的和另外兩個(gè)正交切削分力，而且有：
雖然4個(gè)最壞情況加工負(fù)荷向量不會(huì)在工件加工的同一時(shí)刻出現(xiàn)，但在每次常規(guī)的進(jìn)給速度中，刀具旋轉(zhuǎn)一次出現(xiàn)一次，負(fù)載向量引入的誤差可忽略。因此，在這項(xiàng)工作中，四個(gè)載體負(fù)載適用于同一位置，（但不是同時(shí)）對(duì)工件進(jìn)行的采樣 ，夾緊力的優(yōu)化算法圖4，對(duì)應(yīng)于每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算最佳的夾緊力。夾緊力的最佳形式有：
(i=1,2,…,m) (j=x,y z,r) (19)
其中是最佳夾緊力的四個(gè)情況下的加工負(fù)荷載體，(C=1，2，…C)是每個(gè)相應(yīng)的夾具在第i個(gè)樣本點(diǎn)和第j負(fù)荷情況下力的大小。是計(jì)算每個(gè)負(fù)載點(diǎn)之后的結(jié)果，一套簡(jiǎn)單的“最佳”夾緊力必須從所有的樣本點(diǎn)和裝載條件里發(fā)現(xiàn)，并在所有的最佳夾緊力中選擇。這是通過(guò)在所有負(fù)載情況和采樣點(diǎn)排序，并選擇夾緊點(diǎn)的最高值的最佳的夾緊力，見(jiàn)于式 （20）：
（k=1，2，…，C） （20）
只要這些具備，就得到一套優(yōu)化的夾緊力，驗(yàn)證這些力，以確保工件夾具系統(tǒng)的靜態(tài)平衡。否則，會(huì)出現(xiàn)更多采樣點(diǎn)和重復(fù)上述程序。在這種方式中，可為整個(gè)刀具路徑確定“最佳”夾緊力 ，圖5總結(jié)了剛才所描述的算法。請(qǐng)注意，雖然這種方法是保守的，它提供了一個(gè)確定的夾緊力，最大限度地減少工件的定位誤差的一套系統(tǒng)方法。
5．影響工件的定位精度
它的興趣在于最早提出了評(píng)價(jià)夾緊力的算法對(duì)工件的定位精度的影響。工件首先放在與夾具接觸的基板上，然后夾緊力使工件接觸到夾具，因此，局部變形發(fā)生在每個(gè)工件夾具接觸處，使工件在夾具上移位和旋轉(zhuǎn)。隨后，準(zhǔn)靜態(tài)加工負(fù)荷應(yīng)用造成工件在夾具的移位。工件剛體運(yùn)動(dòng)的定義是由它在、和方向上的移位和自轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖2），
如前所述，工件剛體位移產(chǎn)生于在每個(gè)夾緊處的局部變形，假設(shè)為相對(duì)于工件的質(zhì)量中心的第i個(gè)位置矢量定位點(diǎn)，坐標(biāo)變換定理可以用來(lái)表達(dá)在工件的位移，以及工件自轉(zhuǎn)如下: (21)
其中表示旋轉(zhuǎn)矩陣,描述當(dāng)?shù)卦诘趇幀相聯(lián)系的全球坐標(biāo)系和是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣確定工件相對(duì)于全球的坐標(biāo)系的定位坐標(biāo)系。假設(shè)夾具夾緊工件旋轉(zhuǎn)，由于旋轉(zhuǎn)很小，故也可近似為：
（22）
方程（21）現(xiàn)在可以改寫(xiě)為： （23）
其中是經(jīng)方程（21）重新編排后變換得到的矩陣式，是夾緊和加工導(dǎo)致的工件剛體運(yùn)動(dòng)矢量。工件與夾具單方面接觸性質(zhì)意味著工件與夾具接觸處沒(méi)有拉力的可能。因此，在第i裝夾點(diǎn)接觸力可能與的關(guān)系如下：
（24）
其中是在第i個(gè)接觸點(diǎn)由于夾緊和加工負(fù)荷造成的變形，意味著凈壓縮變形，而負(fù)數(shù)則代表拉伸變形; 是表示在本地坐標(biāo)系第i個(gè)接觸剛度矩陣，是單位向量. 在這項(xiàng)研究中假定液壓/氣動(dòng)夾具，根據(jù)對(duì)外加工負(fù)荷，故在法線(xiàn)方向的夾緊力的強(qiáng)度保持不變，因此，必須對(duì)方程（24）的夾緊點(diǎn)進(jìn)行修改為：
（25）
其中是在第i個(gè)夾緊點(diǎn)的夾緊力，讓表示一個(gè)對(duì)外加工力量和載體的6×1矢量。并結(jié)合方程（23）—（25）與靜態(tài)平衡方程，得到下面的方程組：
（26）
其中，其中表示相乘。由于夾緊和加工工件剛體移動(dòng)，q可通過(guò)求解式（26）得到。工件的定位誤差向量， （見(jiàn)圖6），
現(xiàn)在可以計(jì)算如下： （27）
其中是考慮工件中心加工點(diǎn)的位置向量，且
6．模擬工作
較早前提出的算法是用來(lái)確定最佳夾緊力及其對(duì)兩例工件精度的影響例如：
1．適用于工件單點(diǎn)力。
2．應(yīng)用于工件負(fù)載準(zhǔn)靜態(tài)銑削序列
如左圖7 工件夾具配置中使用的模擬研究 工件夾具定位聯(lián)系; 、和全球坐標(biāo)系。
3-2-1夾具圖7所示，是用來(lái)定位并控制7075 - T6鋁合金（127毫米×127毫米×38.1毫米）的柱狀塊。假定為球形布局傾斜硬鋼定位器/夾具在表1中給出。工件——夾具材料的摩擦靜電對(duì)系數(shù)為0.25。使用伊利諾伊大學(xué)開(kāi)發(fā)EMSIM程序[參考文獻(xiàn)26] 對(duì)加工瞬時(shí)銑削力條件進(jìn)行了計(jì)算，如表2給出例（1），應(yīng)用工件在點(diǎn)（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬時(shí)加工力，圖4中表3和表4列出了初級(jí)夾緊力和最佳夾緊力的算法 。該算法如圖5所示 ，一個(gè)25.4毫米銑槽使用EMSIM進(jìn)行了數(shù)值模擬，以減少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和結(jié)束時(shí)（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四種情況下加工負(fù)荷載體，
（見(jiàn)圖8）。模擬計(jì)算銑削力數(shù)據(jù)在表5中給出。
圖8最終銑削過(guò)程模擬例如2。
表6中5個(gè)坐標(biāo)列出了為模擬抽樣調(diào)查點(diǎn)。最佳夾緊力是用前面討論過(guò)的排序算法計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)和負(fù)載載體最后的夾緊力和負(fù)載。
7．結(jié)果與討論
例如算法1的繪制最佳夾緊力收斂圖9，
圖9
對(duì)于固定夾緊裝置在圖示例假設(shè)（見(jiàn)圖7），由此得到的夾緊力加權(quán)范數(shù)有如下形式：.結(jié)果表明，最佳夾緊力所述加工條件下有比初步夾緊力強(qiáng)度低得多的加權(quán)范數(shù)，最初的夾緊力是通過(guò)減少工件的夾具系統(tǒng)補(bǔ)充能量算法獲得。由于夾緊力和負(fù)載造成的工件的定位誤差，如表7。結(jié)果表明工件旋轉(zhuǎn)小，加工點(diǎn)減少錯(cuò)誤從13.1％到14.6％不等。在這種情況下，所有加工條件改善不是很大，因?yàn)閺淖畛跬ㄟ^(guò)互補(bǔ)勢(shì)能確定的最小化的夾緊力值已接近最佳夾緊力。圖5算法是用第二例在一個(gè)序列應(yīng)用于銑削負(fù)載到工件，他應(yīng)用于工件銑削負(fù)載一個(gè)序列。最佳的夾緊力，，對(duì)應(yīng)列表6每個(gè)樣本點(diǎn)，隨著最后的最佳夾緊力，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)和最優(yōu)的初始夾緊力繪圖10，在每個(gè)采樣點(diǎn)的加權(quán)范數(shù)的，，和繪制。
結(jié)果表明，由于每個(gè)組成部分是各相應(yīng)的最大夾緊力，它具有最高的加權(quán)范數(shù)。如圖10所示，如果在每個(gè)夾緊點(diǎn)最大組成部分是用于確定初步夾緊力，則夾緊力需相應(yīng)設(shè)置，有比相當(dāng)大的加權(quán)范數(shù)。故是一個(gè)完整的刀具路徑改進(jìn)方案。上述模擬結(jié)果表明，該方法可用于優(yōu)化夾緊力相對(duì)于初始夾緊力的強(qiáng)度，這種做法將減少所造成的夾緊力的加權(quán)范數(shù)，因此將提高工件的定位精度。
圖10
8．結(jié)論
該文件提出了關(guān)于確定多鉗夾具，工件受準(zhǔn)靜態(tài)加載系統(tǒng)的優(yōu)化加工夾緊力的新方法。夾緊力的優(yōu)化算法是基于接觸力學(xué)的夾具與工件系統(tǒng)模型，并尋求盡量減少應(yīng)用到所造成的工件夾緊力的加權(quán)范數(shù)，得出工件的定位誤差。該整體模型，制定一個(gè)雙目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題，使用-約束的方法解決。該算法通過(guò)兩個(gè)模擬表明，涉及3-2-1型，二夾銑夾具的例子。今后的工作將解決在動(dòng)態(tài)負(fù)載存在夾具與工件在系統(tǒng)的優(yōu)化，其中慣性，剛度和阻尼效應(yīng)在確定工件夾具系統(tǒng)的響應(yīng)特性具有重要作用。
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南 京 工 程 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)
作 者： 學(xué) 號(hào)：
系 部：
專(zhuān) 業(yè)：
題 目：A型齒輪油泵泵體安裝板孔
4×φ10鉆夾具3D設(shè)計(jì)【三維SW】
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評(píng)閱者：
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注：
20 年 月 南 京
II
南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要
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。
該論文的設(shè)計(jì)任務(wù)是加工零件（A型齒輪油泵泵體）上的四個(gè)孔，。由于該零件屬于大批量生產(chǎn)，鉆孔精度要求較高，所以設(shè)計(jì)一個(gè)專(zhuān)用的鉆床夾具，保證零件的加工質(zhì)量。由于夾具的利用率高，經(jīng)濟(jì)性好，使用元件的功能強(qiáng)并且數(shù)量少，配套費(fèi)用低，降低了生產(chǎn)成本；采用夾緊裝置，縮短停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
設(shè)計(jì)鉆床夾具，首先要仔細(xì)分析加工零件的技術(shù)要求，運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，擬定夾具設(shè)計(jì)方案；在滿(mǎn)足加工精度的條件下，合理的進(jìn)行安裝、定位、夾緊；在完成夾具草圖后，進(jìn)一步考慮零件間的連接關(guān)系和螺釘、螺母、定位銷(xiāo)等的固定方式，設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)各零部件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；根據(jù)各零件的使用要求，選擇相應(yīng)的材料。
關(guān)鍵詞 夾具；鉆床夾具；精度；CAD
南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要
Title A type gear pump mounting plate hole 4 x Phi 10 fixture SolidWork 3D design
Abstract
Machining fixture is an indispensable component, the development of high speed, high efficiency, precision, complex, intelligent, environmentally friendly direction in machine technology driven, fixture technology is moving towards high precision, high efficiency, module, combination, general, economic development.
The design task of the thesis is to machining parts (A gear pump) four holes,. Because this is a part of mass production, high drilling precision, so the design of a special drilling jig, ensure the machining quality of parts. Because the fixture utilization rate is high, the economy is good, the use of functional components and a small number of supporting, low cost, reduce the production cost; the clamping device, reduce downtime, improve production efficiency.
The design of drilling jig, first to require careful analysis of parts of the processing technology, using the basic principle and method of fixture design, the proposed design scheme of fixture; in the condition of satisfying the processing precision, reasonable installation, positioning, clamping fixture; after the completion of a sketch, consider the fixed connection relations between parts and screws, nut, a positioning pin, the rational design of the structure to realize the relative motion between the parts; according to the requirements of use of parts, select the appropriate materials.
Keywords fixture; drilling jig; precision; CAD
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1機(jī)床夾具的現(xiàn)狀 1
1.2 夾具的特點(diǎn) 1
1.3 機(jī)床夾具的發(fā)展方向 2
第2章 鉆床夾具的總體設(shè)計(jì) 4
2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 4
2.2 夾具的設(shè)計(jì)步驟 5
2.3 鉆床夾具的設(shè)計(jì) 7
第3章 夾具的工作原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.1 對(duì)定位元件的基本要求 10
3.2 定位方案與定位元件 10
3.3 夾緊 10
3.4 夾緊方案的選擇 11
3.4.1 鉆削切削力 12
3.4.2 實(shí)際所需夾緊力的計(jì)算 13
3.4.3夾緊方案 16
3.5 夾具的使用方法 18
第4章 鉆床夾具體及夾具零件的設(shè)計(jì) 19
4.1 夾具體的要求 19
4.2 夾具體毛坯的類(lèi)型 19
4.3 鉆模板以及鉆套的設(shè)計(jì) 20
第5章 夾具誤差的計(jì)算 25
5.1 角度尺寸公差 25
5.2 定位誤差 25
5.3 工件在夾具上加工的精度分析 26
5.4 夾具誤差的計(jì)算 27
5.5 夾具三維設(shè)計(jì) 31
結(jié)論 35
致謝 36
參考文獻(xiàn) 38
37
南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）
第1章 緒 論
1.1機(jī)床夾具的現(xiàn)狀
夾具最早出現(xiàn)在18世紀(jì)后期。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門(mén)類(lèi)齊全的工藝裝備。
國(guó)際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明，目前中、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(chǎng)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，為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我們?cè)诙潭處啄陜?nèi)需更新大量的專(zhuān)用夾具，這樣即提高了加工的成本，也造成了材料的浪費(fèi)，為了減少這種情況，我們可以采用數(shù)控機(jī)床的柔性化制造技術(shù)。
1.2 夾具的特點(diǎn)
1）保證工件的加工精度
專(zhuān)用夾具應(yīng)有合理的定位方案，合適的尺寸，公差和技術(shù)要求，并進(jìn)行必要的精度分析，確保夾具能滿(mǎn)足工件的加工精度要求。
2）提高生產(chǎn)效率
專(zhuān)業(yè)夾具的復(fù)雜程度要與工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，應(yīng)根據(jù)工件生產(chǎn)批量的大小選用不同復(fù)雜程度的高效夾緊裝置，以縮短輔助時(shí)間，以提高生產(chǎn)效率。
3）工藝性好
專(zhuān)用夾具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理，便于加工，裝配，檢驗(yàn)和維修。專(zhuān)用夾具的生產(chǎn)屬于小批量生產(chǎn)。
4）使用性好
專(zhuān)用夾具的操作應(yīng)簡(jiǎn)單，省力，安全可靠，排屑應(yīng)方便，必要時(shí)可設(shè)置排屑機(jī)構(gòu)。
5）經(jīng)濟(jì)型好
除考慮專(zhuān)用夾具本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，成本低廉外，還應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)對(duì)夾具方案進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)分析，以提高夾具在生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)效益。
確定各表面加工方案，在選擇各表面孔的加工方法時(shí)，需綜合考慮以下因素：
（1）要考慮各表面的精度和質(zhì)量要求，根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求，選擇加工方法及分幾次加工。
（2）根據(jù)生產(chǎn)類(lèi)型來(lái)選擇，在大批量生產(chǎn)中可使用專(zhuān)用的高效率的設(shè)備；在單件小批量生產(chǎn)中則使用常用設(shè)備和一般加工方法。
（3）要考慮被加工材料的性質(zhì)。
（4）要考慮工廠(chǎng)或車(chē)間的實(shí)際情況，同時(shí)也應(yīng)考慮不斷改進(jìn)現(xiàn)有的加工方法和設(shè)備，推廣新技術(shù)，提高工藝水平。
（5）此外，還要考慮一些其他因素，如加工表面的物理機(jī)械性能的特殊要求，工件形狀和重量等。
1.3 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、柔性化和模塊化等五個(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。目前我國(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。目前，除了在生產(chǎn)流水線(xiàn)、自動(dòng)線(xiàn)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。
（5）模塊化 模塊化的設(shè)計(jì)省時(shí)、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進(jìn)夾具的系統(tǒng)中，為夾具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與組裝打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，應(yīng)用CAD技術(shù)，可建立元件庫(kù)、典型夾具庫(kù)和用戶(hù)使用檔案庫(kù)，可進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)行夾具的三維實(shí)體組裝。模擬仿真刀具的切削過(guò)程，為用戶(hù)提供正確、合理的配套方案，了解市場(chǎng)需求，不斷地改進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)。
第2章 鉆床夾具的總體設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)鉆床夾具，在零件端面上鉆四個(gè)大小相同，相互對(duì)稱(chēng)的孔，另外在側(cè)壁上鉆一個(gè)孔，為了使鉆孔的位置精確，必須對(duì)零件進(jìn)行固定定位，提高加工精度，使之滿(mǎn)足使用要求。專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)，方便加工及裝卸，節(jié)省時(shí)間，提高工作效率。被加工零件如下圖：
圖2-1 被加工零件及需要加工的孔
被加工零件安裝到夾具上應(yīng)對(duì)上端面和下部面進(jìn)行定位，因?yàn)樵阢@端面上的四個(gè)孔時(shí)，可能發(fā)生零件的左右移動(dòng)，所以采用芯軸定位，因此需要一個(gè)夾緊裝置將夾具連接起來(lái)，同時(shí)需要設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)夾具的旋轉(zhuǎn)，在加工過(guò)程中采用加長(zhǎng)鉆套進(jìn)行鉆孔，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
2.2 夾具的設(shè)計(jì)步驟
1）明確設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)與收集設(shè)計(jì)材料
夾具設(shè)計(jì)的第一步是在已知生產(chǎn)綱領(lǐng)的前提下，研究被加工零件的零件圖、工序圖、工藝規(guī)程和設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，對(duì)工件進(jìn)行工藝分析。其內(nèi)容主要是了解工件的特點(diǎn)、材料；確定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基準(zhǔn)和夾緊表面及所用的機(jī)床、刀具、量具等。
其次是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)收集有關(guān)材料，如機(jī)床的技術(shù)參數(shù)，夾具零部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)和裝訂標(biāo)準(zhǔn)，各類(lèi)夾具圖冊(cè)、夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)等，還可收集一些同類(lèi)夾具的設(shè)計(jì)樣圖，并了解該廠(chǎng)的工裝制造水平，以供參考。
2）擬定夾具結(jié)構(gòu)方案與繪制夾具草圖
A）確定工件的定位方案，設(shè)計(jì)定位裝置。
B）確定工件的夾緊方案，設(shè)計(jì)夾緊裝置。
C）確定對(duì)刀或?qū)蚍桨?，設(shè)計(jì)對(duì)刀或?qū)蜓b置。
D）確定夾具與機(jī)床的連接方式，設(shè)計(jì)連接元件及安裝基面。
E）確定和設(shè)計(jì)其它裝置及元件的結(jié)構(gòu)型式，如分度裝置、定位裝置及吊裝元件等。
F）確定夾具體的結(jié)構(gòu)型式及夾具在機(jī)床上的安裝方式。
G）繪制夾具草圖，并標(biāo)注尺寸、公差及技術(shù)要求。
3） 進(jìn)行必要的分析計(jì)算
工件的加工精度較高時(shí)，應(yīng)進(jìn)行工件加工精度分析。有動(dòng)力裝置的夾具，需計(jì)算夾緊力。當(dāng)有幾種夾具方案時(shí)，可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，選用經(jīng)濟(jì)效益較好的方案。
4） 審查方案與改進(jìn)設(shè)計(jì)
夾具草圖畫(huà)出后，應(yīng)征求有關(guān)人員的意見(jiàn)，并送有關(guān)部門(mén)審查，然后根據(jù)他們的意見(jiàn)對(duì)夾具方案作進(jìn)一步修改。
5） 繪制夾具裝配總圖
夾具的總裝配圖應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)繪制。繪圖比例盡量采用1:1. 主視圖按夾具面對(duì)操作者的反向繪制?？倛D應(yīng)把夾具的工作原理、各種裝置的結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系表達(dá)清楚。
夾具總圖的繪制次序如下：
A） 用雙點(diǎn)劃線(xiàn)將工件的外形輪廓、定位基面、夾緊表面及加工表面繪制在各個(gè)視圖的合適位置上。在總圖中，工件可看作透明體，不遮擋后面夾具的線(xiàn)條。
B） 依次繪出定位裝置、夾緊裝置、對(duì)刀或?qū)蜓b置、其它裝置、夾具體及連接元件和安裝基面。
C） 標(biāo)注必要的尺寸、公差和技術(shù)要求。
D） 編制夾具明細(xì)表及標(biāo)題欄
完整的夾具裝配總圖可參閱夾具圖冊(cè)。
6） 繪制夾具零件圖
夾具中的非標(biāo)準(zhǔn)零件均要畫(huà)零件圖，并按夾具總圖的要求，確定零件的尺寸、公差及技術(shù)要求。
2.3 鉆床夾具的設(shè)計(jì)
鉆床夾具裝配圖，如圖2-2a、2-2b、2-2c所示。
如圖2-2a，鉆床夾具裝配圖的主視圖，采用鑄造型的夾具體，蓋板15、中間板18、底板19 ，材料均為灰鑄鐵（HT200）；開(kāi)槽圓柱頭螺釘六角螺母的作用，用來(lái)裝卸零件；長(zhǎng)型固定鉆套固定在鉆模板上 ，用開(kāi)槽圓柱頭螺釘和定位銷(xiāo)進(jìn)行連接、固定、定位。
2-2a 鉆床夾具主視圖
在圖2-2b，鉆床夾具裝配圖的俯視圖中，可以清楚的看到，為了鉆零件端面上四個(gè)孔時(shí)設(shè)計(jì)的可換鉆套11與鉆套用螺釘10在蓋板上的位置；設(shè)計(jì)了一個(gè)裝配把手21，它與蓋板連接壓緊螺釘8、六角螺母9是壓板下面部分的剖視，可以看出與螺桿的連接情況；六角頭螺栓12的作用是連接壓板和支板
2-2b 鉆床夾具俯視圖
在圖2-2c，鉆床夾具裝配圖的左視圖中，可以清楚的看到整個(gè)夾緊裝置和它的連接情況，壓板支板、軸壓板和軸的連接處，采用螺紋，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)效率高、定位準(zhǔn)確、自鎖性等特點(diǎn)，夾緊后，鉆孔的過(guò)程中，即使有振動(dòng)，也不會(huì)出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象；中間板剖視后可以清楚的看到軸的形狀，采用梯形軸，方便安裝，的軸起到一個(gè)定位的作用，使壓板左右對(duì)稱(chēng)，在夾緊過(guò)程中，不會(huì)因?yàn)槲恢闷疲绊懠庸ぞ?
2-2c 鉆床夾具左視圖
第3章 夾具的工作原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 對(duì)定位元件的基本要求
1) 足夠的精度
由于工件的定位是通過(guò)定位副的接觸（或配合）實(shí)現(xiàn)的，定位元件上限位基面的精度直接影響工件的定位精度，因此，限位基面應(yīng)有足夠的精度，以適應(yīng)加工的要求。
2) 足夠的強(qiáng)度和剛度
定位元件不僅限制工件的自由度，還有支撐元件、承受夾緊力和切削力的作用，因此，因有足夠的強(qiáng)度和剛度，以免使用中變形或損毀。
3) 耐磨性好
工件的裝卸會(huì)磨損定位元件的限位基面，導(dǎo)致定位精度下降。定位精度下降到一定程度時(shí)，定位元件必須更換，否則，夾具不能繼續(xù)使用。為了延長(zhǎng)定位元件的更換周期，提高夾具的使用壽命，定位元件應(yīng)有較好的耐磨性。
4) 工藝性好
定位元件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、合理，便于加工、裝配和更換。
3.2 定位方案與定位元件
工件在夾具中定位的任務(wù)是：使同一工序中的一批工件都能在夾具中占據(jù)正確的位置，工件位置的正確與否，用加工要求來(lái)衡量，能滿(mǎn)足加工要求的為正確，不能滿(mǎn)足加工要求的為不正確。一批工件逐個(gè)在夾具上定位時(shí)，各個(gè)工件在夾具中占據(jù)的位置不可能完全一致，也不必要求它們完全一致，但各個(gè)工件的位置變動(dòng)量必須控制在加工誤差所允許的范圍之內(nèi)。
3.3 夾緊
對(duì)夾緊裝置的基本要求：
1） 夾緊過(guò)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(gè)加工過(guò)程中的位置穩(wěn)定不變，振動(dòng)小，又要是工件不產(chǎn)生過(guò)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(jì)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(jiǎn)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(guò)程中，夾緊作用的效果會(huì)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(jì)夾緊裝置應(yīng)遵循以下原則：
（1） 工件不移動(dòng)原則
夾緊過(guò)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(dòng)原則
對(duì)剛性較差的工件，或者進(jìn)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(dòng)。
（4） 安全可靠原則
夾緊傳力機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的夾緊行程，手動(dòng)夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。
（5） 經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則
夾緊裝置的自動(dòng)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(jiǎn)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(jī)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(dòng)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(jī)構(gòu)。在工件夾緊過(guò)程中起力的傳遞作用的機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為夾緊機(jī)構(gòu)。
夾緊機(jī)構(gòu)在傳遞力的過(guò)程中，能根據(jù)需要改變力的大小、方向和作用點(diǎn)。手動(dòng)夾具的夾緊機(jī)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。
3.4 夾緊方案的選擇
本設(shè)計(jì)是一個(gè)鉆床夾具，加工4個(gè)孔，由于鉆孔精度要求較高，必須保證在鉆孔過(guò)程零件保持不動(dòng)，所以必須設(shè)計(jì)夾緊裝置。根據(jù)題目所需，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)過(guò)兩種夾緊方案，現(xiàn)在分析兩種方案的優(yōu)劣，選擇更適合的一種。
首先計(jì)算鉆孔的切削力，然后計(jì)算實(shí)際夾緊力。
3.4.1 鉆削切削力
需要鉆孔零件的材料為10號(hào)鋼，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，鋼材的平均含碳量為0.1%。
10號(hào)鋼力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度 ；屈服強(qiáng)度 ；伸長(zhǎng)率 δ≥25%；斷面收縮率 ψ ≥5%；硬度：未熱處理≤156HB。
鉆削切削力的計(jì)算公式如表3-3：
表3-3 鉆削切削力的計(jì)算公式
工件
材料
加工
方法
刀具
材料
切削扭矩
計(jì)算公式
切削力
計(jì)算公式
結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼
=736MPa
鉆
高速鋼
擴(kuò)鉆
耐熱鋼
（HB141）
鉆
灰鑄鐵
（HB190）
硬質(zhì)合金
擴(kuò)鉆
高速鋼
可鍛鑄鐵（HB120）
鉆
硬質(zhì)合金
銅合金
高速鋼
鉆削時(shí)的進(jìn)給量
f：0.15~0.32mm/轉(zhuǎn)，取f=0.2mm/轉(zhuǎn)
由表3-3可知，切削扭矩的計(jì)算公式
（式3-1）
為修正參數(shù)，它的計(jì)算公式
因?yàn)?0號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度 ，取
（3-2）
（式3-3）
孔，帶入式3-1得：
（3-4）
由表3-3可知，切削力的計(jì)算計(jì)算公式如下，其中f=0.2mm/轉(zhuǎn)
（式3-5）
計(jì)算孔的切削力，帶入式3-3得：
（3-7）
3.4.2 實(shí)際所需夾緊力的計(jì)算
計(jì)算夾緊力時(shí)，通常將夾具和工件看成是一個(gè)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(yùn)動(dòng)的工件還應(yīng)考慮慣性力等）的作用情況，找出在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，按靜力平衡原理計(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)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值，即：
（式3-8）
式中 —實(shí)際所需夾緊力（N）；
—在一定條件下，由靜力平衡計(jì)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(jì)算：
（式3-9）
式中，為各種因素的安全系數(shù)，如表3-1。
表3-1 安全系數(shù)的數(shù)值
符號(hào)
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(jiàn)表3）
1.0~1.9
切削特點(diǎn)
連續(xù)切削
1.0
斷續(xù)切削
1.2
夾緊力的穩(wěn)定性
手動(dòng)夾緊
1.3
機(jī)動(dòng)夾緊
1.0
手動(dòng)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(shí)，工件與支撐面接觸的情況
接觸點(diǎn)穩(wěn)定
1.0
接觸點(diǎn)不穩(wěn)定
1.5
若安全系數(shù)K的計(jì)算結(jié)果小于2.3時(shí)，取K=2.5。
鉆孔時(shí)，根據(jù)表3-1、表3-2，帶入式3-6，計(jì)算相應(yīng)的安全系數(shù)得：
（式3-10）
表3-2 安全系數(shù)
加工方法
切削力分力情況
K
鉆削
鑄鐵
鋼
1.15
1.15
粗?jǐn)U（毛坯）
1.0
1.0
1.3
1.3
精擴(kuò)
1.2
1.2
1.2
1.2
粗車(chē)或粗鏜
1.0
1.0
1.2
1.4
1.25
1.6
精車(chē)或精鏜
1.05
1.0
1.4
1.05
1.3
1.0
圓周銑削
（粗、精）
1.2~1.4
1.6~1.8(含碳量小于0.3%)
1.2~1.4(含碳量大于0.3%)
端面銑削
（粗、精）
1.2~1.4
1.6~1.8(含碳量小于0.3%)
1.2~1.4(含碳量大于0.3%)
磨削
1.15~1.2
拉削
F
1.5
3.4.3夾緊方案
圖3-2 夾緊機(jī)構(gòu)
夾緊力和夾緊扭矩的計(jì)算公式如下：
（式3-10）
（式3-11）
式中 —夾緊力（N）；
—夾緊扭矩（N*m）；
—作用力（N）；
—摩擦系數(shù)（表面光滑f=0.16）；
—螺紋或端面凸輪升角（此處）
計(jì)算夾緊扭矩，代入式3-8得：
（式3-12）
計(jì)算理論夾緊力，代入式3-11、3-12得：
（3-13）
計(jì)算實(shí)際夾緊力，代入式3-5得：
（3-14）
計(jì)算摩擦力
（3-15）
因?yàn)?，所以鉆孔過(guò)程中不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，夾緊力合適，夾緊機(jī)構(gòu)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
3.5 夾具的使用方法
夾具的大體結(jié)構(gòu)（從下到上）：凸臺(tái)和底板為一體，錐形塊和中間板、轉(zhuǎn)動(dòng)部分為一體，靠凸臺(tái)和轉(zhuǎn)動(dòng)部分保證夾具上部的水平，零件的外圓柱面和圓錐臺(tái)的圓錐面接觸找正定心，蓋板和心軸為一體，零件靠蓋板、心軸和錐形塊定位。
當(dāng)壓板處于放松狀態(tài)時(shí)，可提起裝配壓緊蓋板，鉆頭可一次鉆零件端面上的四個(gè)大小相同、沿中心陣列的孔；加工好端面上的四個(gè)孔后，抓緊裝配把手，使夾具旋轉(zhuǎn)90度，用于鉆側(cè)壁上的孔，由于孔的加工精度要求高，需要用相關(guān)儀器檢測(cè)夾具是否旋轉(zhuǎn)90度，如果旋轉(zhuǎn)度數(shù)不夠，可在B面用墊片調(diào)整高度，直至滿(mǎn)足要求；加工完成后，旋轉(zhuǎn)回原來(lái)的位置，沿反方向旋轉(zhuǎn)螺紋頭凸肚手柄，使壓板放松，提起裝配把手，卸下零件，至此完成一個(gè)零件的加工。
第4章 鉆床夾具體及夾具零件的設(shè)計(jì)
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(duì)刀或?qū)蛟谋砻嬉约皧A具體的安裝基面（與機(jī)床相連接的表面）等，應(yīng)有適當(dāng)?shù)某叽绾托螤罹?，它們之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)奈恢镁取?
為使夾具體尺寸穩(wěn)定，鑄造夾具體要進(jìn)行時(shí)效處理，焊接和鍛造夾具體要進(jìn)行退火處理。
2） 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)生變形和振動(dòng)，夾具體應(yīng)有足夠的強(qiáng)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(qiáng)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(yàn)。鑄造夾具體上安裝各種元件的表面應(yīng)鑄出凸臺(tái)，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(kāi)式結(jié)構(gòu)、半開(kāi)式結(jié)構(gòu)、框架式結(jié)構(gòu)等。
4） 排屑方便
切屑多時(shí)，夾具體上應(yīng)考慮排屑結(jié)構(gòu)。可以在夾具體開(kāi)排屑槽、在夾具體下部設(shè)置排屑斜面。
5） 在機(jī)床上安裝穩(wěn)定可靠
夾具在機(jī)床上的安裝都是通過(guò)夾具體上的安裝基面與機(jī)床上相應(yīng)表面的接觸或配合實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)夾具在機(jī)床工作臺(tái)上安裝時(shí)，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(jī)床的工作臺(tái)面接觸良好。接觸邊或支腳的寬度應(yīng)大于機(jī)床工作臺(tái)梯形槽的寬度，應(yīng)一次加工出來(lái)，并保證一定的平面精度；當(dāng)夾具在機(jī)床主軸上安裝時(shí)，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。
4.2 夾具體毛坯的類(lèi)型
1） 鑄造夾具體
鑄造夾具體的優(yōu)點(diǎn)是工藝性好，可鑄出各種復(fù)雜形狀，具有較好的抗壓強(qiáng)度、剛度和抗振性，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，需進(jìn)行時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。常用材料為灰鑄鐵（如HT200），要求強(qiáng)度高時(shí)用鑄鋼（如ZG270-500），要求重量輕時(shí)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（壁厚比鑄造夾具體薄）。但焊接夾具體的熱應(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(jiǎn)單、尺寸不大、要求強(qiáng)度和剛度大的場(chǎng)合。鍛造后也需經(jīng)退火處理。此類(lèi)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(lèi)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(lèi)夾具的夾具體及鋼套鉆模夾具體。
在該畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用鑄造夾具體，蓋板、中間板、底板的材料均采用灰鑄鐵（HT200）。HT200指的是最低抗拉強(qiáng)度為200MPa的灰鑄鐵，是較高強(qiáng)度鑄鐵，基體為珠光體，強(qiáng)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(jìn)行人工時(shí)效處理，主要用來(lái)鑄造汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸、汽缸套、車(chē)床床身等承受壓力及振動(dòng)部件。
工作條件:
1.承受較大應(yīng)力的零件（彎曲應(yīng)力<29.40MPa）；
2. 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）；
3.要求一定的氣密性或耐弱腐蝕性介質(zhì)。
4.3 鉆模板以及鉆套的設(shè)計(jì)
1、鉆模板
鉆模板結(jié)構(gòu)形式的選擇：在設(shè)計(jì)鉆模板的結(jié)構(gòu)時(shí)，主要要根據(jù)工件的外形大小、加工部位、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)規(guī)模以及機(jī)床類(lèi)型等條件而定。要求所設(shè)計(jì)的鉆模板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、制造容易。
鉆模板用于安裝鉆套，并確保鉆套在鉆模板上的正確位置。常見(jiàn)的鉆模板有固定式、鉸鏈?zhǔn)健⒖尚妒?、懸掛式等四種結(jié)構(gòu)形式
（1）固定式鉆模板
固定式鉆模板與夾具是固定連接的可以與夾具體做成一體，也可以用螺釘將它與夾具體相連接。采用這種鉆模板鉆孔，位置精確度較高。
（2）鉸鏈?zhǔn)姐@模板
鉸鏈?zhǔn)姐@模板與夾具體通過(guò)鉸鏈連接。翻轉(zhuǎn)：裝卸工件時(shí)，將鉆模板往上翻；加工時(shí)將鉆模板往下翻，并用菱形銷(xiāo)定位。夾緊：采用鉸鏈?zhǔn)姐@模板，工件可以在夾具上方裝入，裝卸工件方便；但翻轉(zhuǎn)鉆模板費(fèi)工費(fèi)時(shí)，效率較低，且鉆模板位置精度受鉸鏈間隙影響，鉆孔位置精度不高；它主要用于生產(chǎn)規(guī)模不大、鉆孔精度要求不高的場(chǎng)合。
（3）懸掛式鉆模板
懸掛式鉆模板是與機(jī)床主軸箱連接的，懸掛式鉆模板通常用在多軸傳動(dòng)頭加工平行孔系時(shí)采用，生產(chǎn)效率高，適于在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用。
2、鉆套
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(xiàn)位置，防止刀具在加工過(guò)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(diǎn)，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（如圖4-1）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(shí)，為使鉆套具有足夠的引導(dǎo)長(zhǎng)度，應(yīng)采用有肩鉆套。
圖4-1 固定鉆套
（2）可換鉆套 可換鉆套（如圖4-2）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(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)及退刀時(shí)脫出。
圖4-2 可換鉆套
（3） 快換鉆套 在工件的一次裝夾中，若順序進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔或攻絲等多個(gè)加工工步，需要不同孔徑的鉆套來(lái)引導(dǎo)刀具，此時(shí)應(yīng)使用快換鉆套（如圖4-3）。更換鉆套時(shí)，只需逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)脫出。
圖4-3 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(shí)，需自行設(shè)計(jì)的鉆套稱(chēng)為特殊鉆套。圖4-4加長(zhǎng)鉆套為常見(jiàn)的特殊鉆套，在加工凹面上的孔時(shí)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。
圖4-4 加長(zhǎng)鉆套
3、 鉆模板和鉆套的具體設(shè)計(jì)
該夾具用于零件的大批量生產(chǎn)，在鉆孔的過(guò)程中，鉆套經(jīng)常發(fā)生磨損，如果設(shè)計(jì)成固定鉆套，在使用一段時(shí)間后，磨損的鉆套會(huì)影響零件的加工精度。當(dāng)單一鉆孔、大批量生產(chǎn)時(shí)，為便于更換磨損的鉆套，選用可換鉆套。在保證鉆模板有足夠剛度的前提下，要盡量減輕其重量。在生產(chǎn)中，鉆模板的厚度往往按鉆套的高度來(lái)確定，一般在10~30mm之間。如果鉆套較長(zhǎng)，可將鉆模板局部加厚。此外，鉆模板一般不宜承受夾緊力。此處，鉆模板的厚度設(shè)計(jì)為25mm，滿(mǎn)足加工要求。鉆套和襯套之間采用配合，襯套和鉆模板之間采用配合，因?yàn)榧庸に膫€(gè)孔的位置精度為，精度要求高，所以鉆套的孔采用五級(jí)精度（）。當(dāng)鉆套磨損后，可卸下鉆套用的螺釘，更換新的鉆套。
鉆零件側(cè)面上直徑為8mm的孔：
鉆模板的厚度設(shè)計(jì)為15mm，由于鉆模板和零件的鉆孔表面距離相對(duì)較遠(yuǎn)，為保證鉆孔精度，采用加長(zhǎng)鉆套；排屑空間h指鉆套底部與工件表面之間的空間。增大h值，排屑方便，但刀具的剛度和孔的加工精度都會(huì)降低。鉆削易排屑的鋼件時(shí)，常取h=(0.3~0.7)d；鉆削較難排屑的鋼件時(shí)，常取h=（0.7~1.5）d。此處，因?yàn)榱慵纫筝^高，排屑空間取零，使切屑全部從鉆套中排出。襯套和鉆模板之間采用配合，因?yàn)榧庸た椎拇怪倍葹椋纫蟾?，所以鉆套的孔采用五級(jí)精度（）。
鉆模板與夾具的連接固定：鉆模板支撐鉆套，對(duì)鉆套進(jìn)行固定。因?yàn)槁葆敼潭ㄓ锌障稌?huì)產(chǎn)生誤差，影響加工精度，所以將螺釘用在連接固定上，再加上圓錐銷(xiāo)進(jìn)行固定，使鉆模板與夾具體緊密結(jié)合，避免加工時(shí)螺釘松動(dòng)產(chǎn)生誤差，影響加工。
第5章 夾具誤差的計(jì)算
5.1 角度尺寸公差
規(guī)定了未注出公差的角度尺寸的極限偏差數(shù)值；適用于金屬切削加工的尺寸，也適用于一般的沖壓加工的尺寸，非金屬材料和其他工藝方法加工的尺寸可參照采用。
一般公差分精密、中等、粗糙、最粗共4個(gè)公差等級(jí)，按未注公差的線(xiàn)性尺寸和角度尺寸分別給出了各公差等級(jí)的極限偏差數(shù)值。
表5-1 角度尺寸的極限偏差數(shù)值
公差等級(jí)
長(zhǎng)度分段mm
~10
>10~50
>50~120
>120~400
>400
精密f
中等m
粗糙c
最粗v
5.2 定位誤差
一批工件逐個(gè)在夾具上定位時(shí)，由于工件及定位元件存在加工誤差，使各個(gè)工件所占據(jù)的位置不完全一致，加工后加工尺寸不一致，形成定位誤差，用表示。
造成定位誤差的原因有兩個(gè)：一是定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合，由此產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差；二是定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合，由此產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差。
由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合以及定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合是造成定位誤差的原因，因此，定位誤差是基準(zhǔn)不重合誤差與基準(zhǔn)位移誤差的合成。計(jì)算時(shí)，和計(jì)算出和，然后將兩者合成而得。
合成時(shí)，若工序基準(zhǔn)不在定位基面上（工序基準(zhǔn)與定位基面為兩個(gè)獨(dú)立的表面），即與無(wú)相關(guān)公共變量，則=+。
若工序基準(zhǔn)在定位基面上，即與有相關(guān)公共變量，則=。
在定位基面尺寸變動(dòng)方向一定（由大到小，由小到大）的條件下，（或定位基準(zhǔn)）與（或工序基準(zhǔn)）的變動(dòng)方向相同，取“+”號(hào)；變動(dòng)方向相反，取“-”號(hào)。
5.3 工件在夾具上加工的精度分析
1. 影響加工精度的因素
圖5-1 工件在夾具上加工時(shí)影響加工精度的主要因素
如圖5-1所示，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有關(guān)的因素，有定位誤差、對(duì)刀誤差、夾具在機(jī)床上的安裝誤差和夾具誤差。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(chēng)為加工方法誤差。上述各項(xiàng)誤差均導(dǎo)致刀具相對(duì)工件的位置不精確，從而形成總的加工誤差。
5.4 夾具誤差的計(jì)算
1) 定位誤差
機(jī)床夾具的主要功能：在機(jī)床上加工工件時(shí)，先將工件裝好，然后用夾具夾緊工件。將工件裝好，就是在機(jī)床上確定工件相對(duì)于刀具的正確位置，這一過(guò)程稱(chēng)為定位。將工件夾緊，就是對(duì)工件施加作用力，使之在已經(jīng)定好的位置上將工件可靠地夾緊，這一過(guò)程稱(chēng)為夾緊。從定位到夾緊的全過(guò)程，稱(chēng)為裝夾。機(jī)床夾具的主要功能就是完成工件的裝夾工作。工件裝夾情況的好壞，將直接影響工件的加工精度，因此，準(zhǔn)確定位就是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)在需計(jì)算定位誤差。
根據(jù)圖4-1和圖5-2可知，第一基準(zhǔn)中心線(xiàn)，第二基準(zhǔn)B面。
鉆孔
定位基準(zhǔn)中心線(xiàn)；限位基準(zhǔn)中心線(xiàn)；工序基準(zhǔn)中心線(xiàn)。
鉆孔
定位基準(zhǔn)中心線(xiàn)、B面；限位基準(zhǔn)中心線(xiàn)。
孔的鉆模板長(zhǎng)度為40mm，公差等級(jí)按中等m設(shè)計(jì)，根據(jù)表5-1（角度尺寸的極限偏差數(shù)值）中得，鉆孔的定位誤差為鉆孔時(shí)的角度公差為。
2) 對(duì)刀誤差
因刀具相對(duì)于對(duì)刀或?qū)蛟奈恢貌痪_而造成的加工誤差，稱(chēng)為對(duì)刀誤差。鉆頭與鉆套間的間隙，會(huì)引起鉆頭的位移或傾斜，造成加工誤差。
圖5-3 鉆模對(duì)刀誤差
鉆模對(duì)刀誤差的計(jì)算如圖5-3所示，刀具與鉆套的最大配合間隙的存在會(huì)引起刀具的偏斜，將導(dǎo)致加工孔的偏移量
式中 B—工件厚度；
H—鉆套高度；
H—排屑空間的高度。
工件厚度大時(shí)，按計(jì)算對(duì)刀誤差：；
工件薄時(shí)，按計(jì)算對(duì)刀誤差：。
鉆孔
鉆套導(dǎo)向尺寸為，鉆頭尺寸為。
3) 夾具安裝誤差
因夾具在機(jī)床上的安裝不精確而造成的加工誤差，稱(chēng)為夾具的安裝誤差。
圖5-2中夾具的安裝基面為平面，因而沒(méi)有安裝誤差，=0.
4) 夾具誤差
因夾具上定位元件、對(duì)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(chēng)為夾具誤差。夾具誤差主要包括定位元件相對(duì)于安裝基準(zhǔn)的尺寸或位置誤差；定位元件相對(duì)于對(duì)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(duì)于安裝基準(zhǔn)的尺寸或位置誤差；若有分度裝置時(shí)，還存在分度誤差。以上幾項(xiàng)共同組成夾具誤差。
圖5-2中，鉆端面4個(gè)孔時(shí)，保證位置精度。按IT3級(jí)，影響尺寸的夾具誤差的定位面到導(dǎo)向孔軸線(xiàn)的尺寸誤差=0.008，及導(dǎo)向孔對(duì)安裝基面B的垂直度=0.004.
鉆的孔時(shí)，保證垂直度。按IT4級(jí)，影響尺寸的夾具誤差的定位面到導(dǎo)向孔軸線(xiàn)的尺寸誤差=0.010，及導(dǎo)向孔對(duì)安裝基面B的垂直度=0.005.
5) 加工方法誤差
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)的受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差，統(tǒng)稱(chēng)為加工方法誤差。因該項(xiàng)誤差影響因素多，又不便于計(jì)算，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)可設(shè)
。
2. 保證加工精度的條件
工件在夾具中加工時(shí)，總加工誤差為上述各項(xiàng)誤差之和。由于上述誤差均為獨(dú)立隨機(jī)變量，應(yīng)用概率法疊加。因此保證工件加工精度的條件是
即工件的總加工誤差應(yīng)不大于工件的加工尺寸。
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)，需留出一定的精度儲(chǔ)備量。因此將上式改寫(xiě)為
或
當(dāng)時(shí)，夾具能滿(mǎn)足工件的加工要求。值的大小還表示了夾具使用壽命的長(zhǎng)短和夾具總圖上各項(xiàng)公差值確定得是否合理。
3.鉆孔的加工精度計(jì)算
在圖5-2所示鉆模上鉆A型齒輪油泵泵體的孔時(shí)，加工精度的計(jì)算列于表5-2中。
表5-2 用鉆模鉆孔的加工精度計(jì)算
誤差名稱(chēng)
誤 差計(jì)算
加工要求
位置度 mm
垂直度 mm
0
0.0087 mm
0.011 mm
0.0185 mm
0
0
0.008+0.004 （mm）
0.010+0.005 (mm)
0.0067 mm
0.013 mm
0.0157 mm
0.0267 mm
0.0043 mm
0.0133 mm
由表5-2可知，該鉆模能滿(mǎn)足工件的各項(xiàng)精度要求，且有一定的精度儲(chǔ)備。
5.5 夾具三維設(shè)計(jì)
結(jié)論
該畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)鉆床夾具進(jìn)行了一定的研究，在設(shè)計(jì)過(guò)程中定位方案和夾緊裝置是兩個(gè)重點(diǎn)也是兩個(gè)難點(diǎn)。該論文的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)鉆床夾具，在零件端面上鉆四個(gè)孔，另外在側(cè)壁上鉆一個(gè)孔，為了使鉆孔的位置精確，必須對(duì)零件進(jìn)行安裝、定位、夾緊。
在鉆頭鉆孔的過(guò)程中，切削力和切削扭矩可能會(huì)是零件發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，影響加工精度，因此需要用夾緊裝置將零件夾緊。常用的夾緊裝置有：偏心夾緊機(jī)構(gòu)、斜鍥夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、彈性?shī)A頭、彈性薄壁夾盤(pán)、壓板夾緊機(jī)構(gòu)等等。在鉆孔過(guò)程中，振動(dòng)可能會(huì)是偏心夾緊機(jī)構(gòu)出現(xiàn)松動(dòng)的情況，所以根據(jù)題目所需采用壓板夾緊機(jī)構(gòu)，運(yùn)用杠桿的原理進(jìn)行夾緊和放松。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了大量的標(biāo)準(zhǔn)件，這樣可以降低夾具的生產(chǎn)成本，使該鉆床夾具更經(jīng)濟(jì)；由于使用專(zhuān)用的夾具，大批量生產(chǎn)單一的零件，即保證了零件的加工精度又提高了零件的生產(chǎn)效率；達(dá)到了經(jīng)濟(jì)、高效的目的。
致謝
經(jīng)過(guò)了兩個(gè)多月的學(xué)習(xí)和努力，在老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，我終于完成了《鉆床夾具設(shè)計(jì)》的論文。從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計(jì)，每一步對(duì)我來(lái)說(shuō)無(wú)疑是巨大的嘗試和挑戰(zhàn)，也成就了我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。記得在剛接到這個(gè)課題時(shí)，由于夾具設(shè)計(jì)以及相關(guān)知識(shí)不是很了解，我都有些茫然不知所措，不知從何入手，于是我給自己提出了一系列問(wèn)題：如何做畢業(yè)設(shè)計(jì)、做畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求、我要設(shè)計(jì)一個(gè)怎樣的夾具、要達(dá)到什么樣的效果、實(shí)現(xiàn)什么樣的功能、與那些專(zhuān)業(yè)知識(shí)有關(guān)聯(lián)等。后來(lái)，在老師的引導(dǎo)下，我清楚要做好畢業(yè)設(shè)計(jì)，必須了解相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，去圖書(shū)館查閱相關(guān)資料、上網(wǎng)去了解鉆床夾具的最新動(dòng)向。
在具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我遇到了很多問(wèn)題，比如：加工零件時(shí)，我應(yīng)該如何定位，才能滿(mǎn)足要求，又能使工人師傅加工方便、快捷、高效。于是我不斷地給自己提出新的想法，然后去論證這種想法的使用性，在這個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程中，我學(xué)到了很多東西，同時(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)也在一天天的完成中。雖然我的設(shè)計(jì)作品不是很成熟，參考了很多資料仍然還有很多不足之處，但我心里有一種莫大的幸福感，因?yàn)槲覍?shí)實(shí)在在地走過(guò)了一個(gè)完整的設(shè)計(jì)所應(yīng)該走的每一個(gè)過(guò)程，并且享受了每一個(gè)過(guò)程，更重要的是這個(gè)設(shè)計(jì)中我加入了自己鮮活的思想。
在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我學(xué)到的不僅僅是畢業(yè)設(shè)計(jì)本身，還有很多畢業(yè)設(shè)計(jì)之外的東西，一種態(tài)度，既是對(duì)學(xué)術(shù)的態(tài)度，也是對(duì)人生的態(tài)度，盡自己所能，認(rèn)真做好手邊的事情。有些東西，最開(kāi)始接觸的時(shí)候，我們會(huì)覺(jué)得很陌生、很難，不知從何入手，這時(shí)，我們需要靜下心來(lái)，仔細(xì)分析，將問(wèn)題一點(diǎn)一點(diǎn)的解決，這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，也是一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程，期間會(huì)覺(jué)得茫然、困惑、不知所措，但是當(dāng)我們堅(jiān)持到最后，完成它的那一刻，我們會(huì)覺(jué)得很有成就感，那是一種對(duì)自己能力的肯定，對(duì)自己的認(rèn)可。
四年間，每次走進(jìn)教研室都會(huì)讓我感受到一種親切熱情的氛圍。無(wú)論是學(xué)習(xí)、工作生活上的問(wèn)題，恩師們都會(huì)悉心給以指導(dǎo)解答，讓我獲益匪淺。也就是在這里，開(kāi)始了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)點(diǎn)。從某種意義上可以說(shuō)，今日的畢業(yè)論文其實(shí)從大一時(shí)已經(jīng)開(kāi)始了。機(jī)械系的老師們，為我四年的學(xué)習(xí)、成長(zhǎng)創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境，不斷的充實(shí)自我。在此，我真誠(chéng)的向你們道一聲：“謝謝！”。
在這里我要特別感謝我的指導(dǎo)老師老師。他為人隨和熱情，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心。在閑聊中他總是能像知心朋友一樣鼓勵(lì)我，在論文的寫(xiě)作和措辭等方面他也總會(huì)以“專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”嚴(yán)格要求我，從選題、定題開(kāi)始，一直到最后論文的反復(fù)修改、潤(rùn)色，老師始終認(rèn)真負(fù)責(zé)地給予我深刻而細(xì)致地指導(dǎo)，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。正是老師的無(wú)私幫助與熱忱鼓勵(lì)，我的畢業(yè)論文才能夠得以順利完成，謝謝老師。
在此祝愿全天下所有老師身體健康，全家幸福！
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