三軸連桿夾具設(shè)計(jì)說明書

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1、機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院 《機(jī)械制造工藝學(xué)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì) 題目：三軸連桿夾具設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 0811111015 屆 另比 2008 級(jí) 專 業(yè)： 機(jī)械電子 1班 指導(dǎo)教師： 2011年1月 .、八 、一 刖言 機(jī)械制造加工工藝與機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是在學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、 技術(shù)基礎(chǔ) 課以及全部專業(yè)課之后進(jìn)行的一次理論聯(lián)系實(shí)際的綜合運(yùn)用， 進(jìn)而使對機(jī)械有了 進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，為以后的工作打下基礎(chǔ)。它是主要是對零件的加工工藝和對零件 的某幾個(gè)工序加工進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)，從零件的工藝來說，它主要是分析零件 在進(jìn)行加工時(shí)應(yīng)注意什么問題，采用什么方法和工藝路線加工才能更好的

2、保證精 度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。就專用夾具而言，好的夾具設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品生產(chǎn)率、精 度、降低成本等，還可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，從而使產(chǎn)品在保證精度的前提下 提高效率、降低成本。通過這次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了編制機(jī)械加工工藝規(guī)程和機(jī)床夾具 設(shè)計(jì)的能力，這也是在進(jìn)行畢業(yè)之前對所學(xué)課程進(jìn)行的最后一次深入的綜合性復(fù) 習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練。因此，它在我們的大學(xué)生活中占有十分重要 的地位。 就個(gè)人而言，希望通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng) 性訓(xùn)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(xiàn)代化 建設(shè)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 由于能力有限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請各位老師給予

3、指教。 目錄 1. 問題的提出 1 2. 定位基準(zhǔn)的選擇 1 3. 夾具方案的確定 1 ① 夾具方案一 2 ② 夾具方案二 2 ③ 方案比較 2 4. 誤差分析與計(jì)算 3 5. 切削力及夾緊力的計(jì)算 5 6. 鉆床夾具的分析 7 7. 致謝 8 8. 主要參考文獻(xiàn) 9 鉆孔夾具設(shè)計(jì) 為了達(dá)到提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。在加工車 床撥叉零件時(shí)，需要設(shè)計(jì)專用夾具。 如前所述，應(yīng)該注意提高生產(chǎn)率，雖然該夾具設(shè)計(jì)采用了手動(dòng)夾緊方式， 在 夾緊和松開工件時(shí)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)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(diǎn)。

4、經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了手動(dòng)夾緊方式。這類夾緊 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用。 1?問題的提出 利用本夾具主要用來鉆加工孔 ①35。加工時(shí)除了要滿足粗糙度要求外， 還應(yīng) 滿足①35孔的軸線與①90孔的軸線為0.02的平行度要求。為了保證技術(shù)要求， 最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時(shí)，應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 2. 定位基準(zhǔn)的選擇 如圖1: 由零件圖可知：①35孔的軸線與①90孔的軸線為0.02的平行度要求，在對 孔進(jìn)行加工前，先對 ①90孔和其端面進(jìn)行了粗、精加工。因此，選 ①90孔和其 端面為定位精基準(zhǔn)（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)）來滿足位置度公

5、差要求。 3. 夾具方案的確定 設(shè)計(jì)專用夾具的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等 的技術(shù)要求能夠得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為大批生產(chǎn)的條件下，應(yīng) 該使所設(shè)計(jì)的專用夾具在加工過程中裝夾方便，有較高的生產(chǎn)效率。因此，我設(shè) 計(jì)了兩個(gè)夾具方案以供選擇，其方案如下： 具設(shè)計(jì)方案一 在加工本工序之前，工件的 ①90孔和其端面都均已經(jīng)加工過。因此，我選 擇①90孔用短心軸定位，以①90孔的下端面為定位面，以實(shí)現(xiàn)典型的短心軸大 平面組合定位，然后在靠近 ①35孔的連桿一端做一個(gè)定位銷進(jìn)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(shí)現(xiàn)夾緊；并選用固 定鉆

6、套作為刀具的導(dǎo)向裝置。 ②夾具設(shè)計(jì)方案二 在加工本工序之前，工件的 ①90孔和其端面都均已經(jīng)加工過。因此，我選 擇①90孔用短心軸定位，以①90孔的下端面為定位面，以實(shí)現(xiàn)典型的短心軸大 平面組合定位，然后在 ①35孔的外圓柱面制作一個(gè) 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(shí)現(xiàn)夾緊，并選用固定鉆套作為刀具 的導(dǎo)向裝置。 ③方案的比較分析 上述兩個(gè)夾具方案的特點(diǎn)在于：它們都選擇 ①90孔用短心軸定位，以①90 孔的下端面為定位面，以實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)夾緊，并選用固定鉆套作 為刀具的

7、導(dǎo)向裝置；通過對它們的比較方案二需要在夾具底座側(cè)面要加工一個(gè) V 型槽可以使鉸孔時(shí)工件不會(huì)受切削力而發(fā)生震動(dòng)，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(shí)，工件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(jié)構(gòu)類型主要取決于導(dǎo)向的設(shè)置， 導(dǎo)向的設(shè)置不僅是考慮加工孔 的位置精度，更重要的是考慮加工時(shí)鉆桿的剛度。 因此以加工情況設(shè)置導(dǎo)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

8、同 軸度要求很高。 鉆模板一般用鑄鐵鑄造。鉆模應(yīng)設(shè)計(jì)成單獨(dú)體不要設(shè)計(jì)與夾具底座設(shè)計(jì)成一 體，更不要與夾緊裝置用支架相聯(lián)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意剛度設(shè) 計(jì)。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?shù)?直徑、數(shù)量、分布要合理。其鉆模如下圖 4 : 圖4 鉆模 鉆套中導(dǎo)向孔的孔徑及其偏差應(yīng)根據(jù)所引導(dǎo)的刀具尺寸來確定。 通常取刀具 的最大極限尺寸為引導(dǎo)孔的基本尺寸， 所以，引導(dǎo)孔的基本尺寸為 ①35。引導(dǎo)孔 的孔徑公差依加工精度來確定，因?yàn)棰?5孔采用粗鉸，所以引導(dǎo)孔的孔徑公差

9、 取G7 鉆套高度H直接影響鉆套的導(dǎo)向性能，同時(shí)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(yīng)留有排屑間隙，此間隙不宜過大，以免影響導(dǎo)向作用。 一般可取 h=(0.3~1.2)d。所以取 h=15mm 因?yàn)楸镜拦ば蛑孝?5孔的加工精度要求較高，所以鉆模板采用固定式。 5. 誤差分析與計(jì)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

10、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(shí)不存在徑向基準(zhǔn)位移誤差（汎=0 , Yz =0）。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(dāng)?shù)母?。二是以圓孔在間隙配合圓柱心軸上定位，定位分析如下： 由《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》可得： 首先考慮工件兩孔中心距（279-/+0.1）mn要求，影響該項(xiàng)精度的與夾具有 關(guān)的誤差因素主要有： （1） 定位誤差： -DW - D max - d min （式 1） 式中 Dmax ――工件上定位孔的最大直徑； d m in ――夾具上

11、定位心軸的最小直徑； 由（式1） 可知，△ dw = 90.022 - 89.962 = 0.06mm （2） 夾具制造與安裝誤差 該項(xiàng)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 ①45F7/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(biāo)準(zhǔn)鉆套取值0.012mm d，刀具引偏角。采用鉆套引導(dǎo)刀具時(shí)，刀具引偏角 H 人 H――鉆套高度;h ――排屑 為：e = ( h B) 式中e——刀具引偏角; 2 H 間隙；B――鉆孔深度；△ ma 刀具與鉆套之間的最大間隙 因此，△ max=

12、0.028mm H=46mm,h=15mm,B=35n可得 e=0.042mm 上述各項(xiàng)誤差都是按最大值計(jì)算的。實(shí)際上各項(xiàng)誤差不可能都出現(xiàn)最 大值，而且各項(xiàng)誤差方向也不可能都一樣?？紤]到上述各項(xiàng)誤差的隨機(jī)性, 采用概率算法計(jì)算誤差是恰當(dāng)?shù)模? 圧二 0.06 2 0.022 0.0332 0.0122 0.0422 0.112mm 式中bc為與夾具有關(guān)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。 其次再來分析兩孔平行度要求。影響該項(xiàng)精度的與夾具有關(guān)的誤差主要有： (1) 定位誤差 本次設(shè)計(jì)中定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，

13、 因此只有基準(zhǔn)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(zhuǎn)角： 1max H1 006 = 0.00124 50 式中a 1——孔軸間隙配合時(shí)，軸線最大偏轉(zhuǎn)角； △ 1max 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(xiàng)誤差主要包括兩項(xiàng)： 1) 鉆套軸線對定位心軸軸線的平行度誤差，由夾具標(biāo)注的技術(shù)要求可知該 項(xiàng)誤差為：a 2=0.02/66=0.003; 2) 刀具引偏角為 a 3=b max/H=0.028/66=0.004 上述各項(xiàng)誤差都是按最大值計(jì)算的。 實(shí)際上各項(xiàng)誤差不可能都出現(xiàn)最大值， 而且各

14、項(xiàng)誤 差方向也不可能都一樣?？紤]到上述各項(xiàng)誤差的隨機(jī)性，采用概率算法計(jì)算誤差是恰當(dāng)?shù)模?叫=』時(shí)+尤+"3 = J0.0012 +0.003 +0.004 止 0.005 該項(xiàng)誤差小于零件相應(yīng)公差(0.02/36)的2/3,夾具設(shè)計(jì)沒有問題。 6. 切削力及夾緊力的計(jì)算 刀具的幾何參數(shù)：K粗=60 K精=90， ，10，乜=0 ? =80， 由參考文獻(xiàn)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》查表1-2 — 3可得： 圓周切削分力公式：Fc = 902apf 075 Kp （式4） 式中 Fc――圓周切削分力； ap 背吃刀量； Kp ――修正系數(shù)； f 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。 式中 ap = 2.2m

15、m f =0.05mm/r Kp=KmpKkpKopKspKrp （式 5 ） 式中 Kmp——考慮工件材料機(jī)械性能的系數(shù)； KkpK opK ,spKrp 考慮刀具幾何參數(shù)的系數(shù)。 查參考文獻(xiàn)［10］表 1-2-4得：Km^ （HB）n 取 HB=175 n =0.4 由參考文獻(xiàn)［10］表 1 - 2 - 6可得參數(shù)：Kkp = 0.94 K op =1.0 K ,sp = 1.0 Krp =1.0 即：Fc = 209.8N 同理：徑向切削分力公式：FP =53Oap09f 0.75KP （式6） 式中 Fp ――徑向切削分力； ap 背吃刀量； Kp ――修正系數(shù)；

16、 f 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。 式中參數(shù)： Kkp = 0.77 K op =1.0 K 即=1.0 Krp =1.0 即：FP =93.6N 軸向切削分力公式：Ff =451apf0.4Kp （式7） 式中 Ff——軸向切削分力； ap 背吃刀量； Kp ――修正系數(shù)； f 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。 式中參數(shù)： Kkp' =1.11 K op =1.0 K，sp=1.0 Kg =1.0 即：Ff =353.2N 根據(jù)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(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： Wk

17、= K F （式 8 ） 式中 Wk ――實(shí)際所需夾緊力； K――在一定條件下，由靜力平衡計(jì)算出的理論夾緊力； F——安全系數(shù)。 K -K0K1K2K3K4K5K6 （式 9） 式中 Ki ――加工性質(zhì)； K2 ――刀具鈍化程度； K3 ――切削特點(diǎn)； K4 ――夾緊力的穩(wěn)定性； K5——手動(dòng)夾緊時(shí)的手柄位置； K6 ――僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時(shí)工件與支承面接觸的情況。 代入（式9 ）得 KC =1.2 1.2 1.05 1.2 1.3 1.0 1.0=2.36 KP =1.2 1.2 1.4 1.2 1.3 1.0 1.0=3.15 Kf =1.2 1.2 1.3 1

18、.2 1.3 1.0 1.0=2.92 所以，有：Wk =Kc Fc "95.12N Wk = Kp Fp =294.84N Wk = Kf Ff =1031.344N 鉸孔產(chǎn)生的圓周切削分力由定位塊和夾緊力所產(chǎn)生的摩擦力平衡。 查表可得：」-0.3 所以，（式 10） 0.3 因此，所需的夾緊力為4668N,由于螺母產(chǎn)生的夾緊力F =5380N，所以， F F/，且還有定位塊可以作為支承，因此，滿足要求。 鉸孔產(chǎn)生的徑向切削分力為 Wp=833.9N 由于有定位塊、心軸和由夾緊力所產(chǎn)生的摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 F。 鉸孔產(chǎn)生的軸向切削分力為Wf =1795.8N 由于有輔助支

19、承和定位環(huán)作為軸向分力的支承， 它所產(chǎn)生的支承力F 0 由上面的計(jì)算可知所需實(shí)際夾緊力不是很大， 為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作 方便，決定選用手動(dòng)螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，滿足設(shè)計(jì)要求。 致謝 通過本工序?qū)Ｓ脢A具的設(shè)計(jì)，使我對鉆夾具有了較大的認(rèn)識(shí)，對鉆床夾具的 特點(diǎn)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(shè)計(jì)中給予的指導(dǎo) 和幫助，同時(shí)也要感謝我的舍友給予的寶貴意見， 在此，謹(jǐn)向他們表示衷心感謝。 參考文獻(xiàn) [1] 陳宏鈞?實(shí)用金屬切削手冊[M] ?北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2005. 1. [2] 強(qiáng) 毅?設(shè)計(jì)制圖實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)手冊[M] ?北京：科學(xué)出版社，2000. 1. [3] 李

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