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機電及自動化學院
《機械制造工藝學基礎》課程設計
題目：三軸連桿夾具設計
姓 名：
學 號：
屆 別： 2008級
專 業(yè)： 機械電子1班
指導教師：
2011年1月
前言
機械制造加工工藝與機床夾具設計是在學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及全部專業(yè)課之后進行的一次理論聯系實際的綜合運用，進而使對機械有了進一步的認識，為
2、以后的工作打下基礎。它是主要是對零件的加工工藝和對零件的某幾個工序加工進行專用夾具的設計，從零件的工藝來說，它主要是分析零件在進行加工時應注意什么問題，采用什么方法和工藝路線加工才能更好的保證精度，提高勞動生產率。就專用夾具而言，好的夾具設計可以提高產品生產率、精度、降低成本等，還可以擴大機床的使用范圍，從而使產品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。通過這次設計，培養(yǎng)了編制機械加工工藝規(guī)程和機床夾具設計的能力，這也是在進行畢業(yè)之前對所學課程進行的最后一次深入的綜合性復習，也是一次理論聯系實際的訓練。因此，它在我們的大學生活中占有十分重要的地位。
就個人而言，希望通過這次畢業(yè)設計對自己未來將
3、從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己的分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的現代化建設打下一個良好的基礎。
由于能力有限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。
目錄
1．問題的提出……………………………………………………………………1
2．定位基準的選擇………………………………………………………………1
3．夾具方案的確定………………………………………………………………1
① 夾具方案一………………………………………
4、……………………………2
② 夾具方案二……………………………………………………………………2
③ 方案比較………………………………………………………………………2
4．誤差分析與計算………………………………………………………………3
5.切削力及夾緊力的計算………………………………………………………5
6．鉆床夾具的分析………………………………………………………………7
7．致謝……………………………………………………………………………8
8. 主要參考文獻…………………………………………………………………9
專心-
5、--專注---專業(yè)
鉆孔夾具設計
為了達到提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度的目的。在加工車床撥叉零件時，需要設計專用夾具。
如前所述，應該注意提高生產率，雖然該夾具設計采用了手動夾緊方式，在夾緊和松開工件時比較費時費力。但是由于該工件體積小，工件材料易切削，切削力不大等特點。經過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
1.問題的提出
利用本夾具主要用來鉆加工孔Φ35。加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應滿足Φ35孔的軸線與Ф90孔的軸線為0.02的平行度要求。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準
6、。同時，應考慮如何提高勞動生產率和降低勞動強度。
2.定位基準的選擇
如圖1：
由零件圖可知：Φ35孔的軸線與Ф90孔的軸線為0.02的平行度要求，在對孔進行加工前，先對Ф90孔和其端面進行了粗、精加工。因此，選Ф90孔和其端面為定位精基準（設計基準）來滿足位置度公差要求。
3.夾具方案的確定
設計專用夾具的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等的技術要求能夠得到合理的保證。在生產綱領已經確定為大批生產的條件下，應該使所設計的專用夾具在加工過程中裝夾方便，有較高的生產效率。因此，我設計了兩個夾具方案以供選擇，其方案如下：
① 具設計方案一
在加工本工序
7、之前，工件的Ф90孔和其端面都均已經加工過。因此，我選擇Ф90孔用短心軸定位，以Ф90孔的下端面為定位面，以實現典型的短心軸大平面組合定位，然后在靠近Φ35孔的連桿一端做一個定位銷進行周向定位；再在心軸上直接做出一段螺紋，并用螺母和開口墊片圈鎖緊，實現夾緊；并選用固定鉆套作為刀具的導向裝置。
②夾具設計方案二
在加工本工序之前，工件的Ф90孔和其端面都均已經加工過。因此，我選擇Ф90孔用短心軸定位，以Ф90孔的下端面為定位面，以實現典型的短心軸大平面組合定位，然后在Φ35孔的外圓柱面制作一個V型槽；再在心軸上直接做出一段螺紋，并用螺母和開口墊片圈鎖緊，實現夾緊，并選用固定鉆套作為刀具的導向
8、裝置。
③方案的比較分析
上述兩個夾具方案的特點在于：它們都選擇Ф90孔用短心軸定位，以Ф90孔的下端面為定位面，以實現典型的短心軸大平面組合定位，并采用了在心軸上直接做出一段螺紋，并用螺母和開口墊片圈鎖緊，實現夾緊，并選用固定鉆套作為刀具的導向裝置；通過對它們的比較方案二需要在夾具底座側面要加工一個V型槽可以使鉸孔時工件不會受切削力而發(fā)生震動，從而提高工件的加工精度。而方案一只在夾具底座上加工一定位銷，雖然簡單，但加工精度無法保證。因此，我選擇方案一作為加工本工序的專用夾具。如圖2：
4．鉆床夾具的分析
用鉆模鉸孔時,工件
9、的加工精度可以不受鉆床精度的影響,而由鉆模的精度來保證。鉆模的結構類型主要取決于導向的設置，導向的設置不僅是考慮加工孔的位置精度，更重要的是考慮加工時鉆桿的剛度。因此以加工情況設置導向使鉆桿獲得高的支承剛度。
所鉆的孔的位置精度主要取決于鉆模架上鉆套的位置精度，因此兩鉆套的同軸度要求很高。
鉆模板一般用鑄鐵鑄造。鉆模應設計成單獨體不要設計與夾具底座設計成一體，更不要與夾緊裝置用支架相聯接。這樣便于制造，更重要的是有利于位置精度的獲得及避免其他因素對鉆模板精度的影響。結構設計時，要特別注意剛度設計。鉆模板用螺釘和銷釘固定在夾具底座上，并保證有足夠的接觸剛度，螺釘的直徑、數量、分布要合理。其鉆
10、模如下圖 4：
圖 4 鉆模
鉆套中導向孔的孔徑及其偏差應根據所引導的刀具尺寸來確定。通常取刀具的最大極限尺寸為引導孔的基本尺寸，所以，引導孔的基本尺寸為Φ35。引導孔的孔徑公差依加工精度來確定，因為Φ35孔采用粗鉸，所以引導孔的孔徑公差取G7。
鉆套高度H直接影響鉆套的導向性能，同時影響刀具與鉆套之間的摩擦情況，通常取H=（1~2.5）d。所以取H=1*35=35mm
鉆套與工件之間一般應留有排屑間隙，此間隙不宜過大，以免影響導向作用。一般可取h=(0.3~1.2)d。所以取h=15mm。
因為本道工序中Φ35孔的加工精度要求較高，所以鉆模板采用固定式。
5.誤差
11、分析與計算
該夾具以心軸定位，要求保證孔軸線與端面間的尺寸公差以及孔軸線與底孔的位置度公差。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)定的工序公差。如圖3：
由于本工序的加工是以心軸定位,工件孔和心軸的誤差可分為以下兩種:一是工件以圓孔在過盈配合圓柱心軸上定位,所以定位副之間無徑向間隙,也即這時不存在徑向基準位移誤差(,)。工件在軸線方向上的軸向定位誤差，則可利用夾緊力加以控制。由此可見，過盈配合圓柱心軸的定位精度是相當的高。二是以圓孔在間隙配合圓柱心
12、軸上定位，定位分析如下：
由《機床夾具設計手冊》可得：
首先考慮工件兩孔中心距（279-/+0.1）mm要求，影響該項精度的與夾具有關的誤差因素主要有：
（1）定位誤差：
（式1）
式中
——工件上定位孔的最大直徑；
——夾具上定位心軸的最小直徑；
由（式1）
可知，
（2）夾具制造與安裝誤差 該項誤差包括：a，鉆模板襯套軸線與定位心軸軸線距離誤差，此值為0.02mm；b，鉆套與襯套的配合間隙，由配合尺寸Ф45F7/m6可確定其最大間隙為0.033mm；c，鉆套孔與外圓的同軸度誤差，按標
13、準鉆套取值0.012mm；d，刀具引偏角。采用鉆套引導刀具時，刀具引偏角
為：式中e——刀具引偏角；H——鉆套高度;h——排屑間隙；B——鉆孔深度；Δmax——刀具與鉆套之間的最大間隙。
因此，Δmax=0.028mm，H=46mm,h=15mm,B=35mm,可得e=0.042mm。
上述各項誤差都是按最大值計算的。實際上各項誤差不可能都出現最大值，而且各項誤差方向也不可能都一樣?？紤]到上述各項誤差的隨機性，采用概率算法計算誤差是恰當的：
Δc0.112mm
式中Δc為與夾具有關的加工誤差總和。該誤差小于零件上孔距公差（0.2mm）的2/3，留給加工過程的誤差大于1/3，符合要求。
14、
其次再來分析兩孔平行度要求。影響該項精度的與夾具有關的誤差主要有：
（1）定位誤差 本次設計中定位基準與設計基準重合，因此只有基準位置誤差，其值為工件大頭孔軸線對夾具心軸軸線的最大偏轉角：
式中α1——孔軸間隙配合時，軸線最大偏轉角;
Δ1max——工件大頭孔與夾具心軸的最大配合間隙；
H1——夾具心軸長度。
（2）夾具制造與安裝誤差 該項誤差主要包括兩項：
1) 鉆套軸線對定位心軸軸線的平行度誤差，由夾具標注的技術要求可知該項誤差為：α2=0.02/66=0.003;
2) 刀具引偏角為α3=Δmax/H=0.028/66=0.004
上述各項誤差都是按最大值計算
15、的。實際上各項誤差不可能都出現最大值，而且各項誤差方向也不可能都一樣?？紤]到上述各項誤差的隨機性，采用概率算法計算誤差是恰當的：
該項誤差小于零件相應公差（0.02/36）的2/3,夾具設計沒有問題。
6.切削力及夾緊力的計算
刀具的幾何參數：
由參考文獻《機床夾具設計手冊》查表可得：
圓周切削分力公式： （式4）
式中 ——圓周切削分力；
——背吃刀量；
——修正系數；
f——每轉進給量。
式中
16、 （式 5）
式中 ——考慮工件材料機械性能的系數；
——考慮刀具幾何參數的系數。
查參考文獻[10]表得： 取
由參考文獻[10]表可得參數：
即：
同理：徑向切削分力公式 ： （式 6）
式中 ——徑向切削分力；
——背吃刀量；
——修正系數；
f——每轉進給量。
式中參數：
即：
軸向切削分力公式 ： （式 7）
式中 ——軸向切削分力；
——背吃刀量；
——修正系數
17、；
f——每轉進給量。
式中參數：
即：
根據工件受切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(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，再乘以安全系數作為實際所需夾緊力的數值。即：
（式 8）
式中 ——實際所需夾緊力；
——在一定條件下，由靜力平衡計算出的理論夾緊力；
——安全系數。
（式 9）
式中 ——加工性質；
18、 ——刀具鈍化程度；
——切削特點；
——夾緊力的穩(wěn)定性；
——手動夾緊時的手柄位置；
——僅有力矩使工件回轉時工件與支承面接觸的情況。
代入（式 9）得
所以，有：
鉸孔產生的圓周切削分力由定位塊和夾緊力所產生的摩擦力平衡。
查表可得：
所以， （式 10）
因此，所需的夾緊力為4668N，由于螺母產生的夾緊力，所以，，且還有定位塊可以作為支承，因此，滿足要求。
鉸孔產生的徑向切削分力為
由于有
19、定位塊、心軸和由夾緊力所產生的摩擦力遠遠大于F。
鉸孔產生的軸向切削分力為
由于有輔助支承和定位環(huán)作為軸向分力的支承，它所產生的支承力。
由上面的計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構，滿足設計要求。
致謝
通過本工序專用夾具的設計，使我對鉆夾具有了較大的認識，對鉆床夾具的特點及主要類型有了深刻的了解。首先要感謝老師在本次課程設計中給予的指導和幫助，同時也要感謝我的舍友給予的寶貴意見，在此，謹向他們表示衷心感謝。
20、
參 考 文 獻
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三軸連桿夾具設計說明書(共13頁)
