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蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書
學(xué)院：機電工程學(xué)院
論文（設(shè)計）題目：機床夾具柔性化技術(shù)研究及設(shè)計
指導(dǎo)教師：鐘 康 民
職稱：教 授
類別：畢業(yè)論文（兼設(shè)計）
學(xué)生：林 怡
學(xué)號：0029401040
論文（設(shè)計）類型：研究型
專業(yè)：機械工程及自動化
班級：2000機械
是否隸屬科研項目：否
1、論文（設(shè)計）的主要任務(wù)及目標(biāo)
A：主要任務(wù)
(1)對能夠進(jìn)行力與運動傳遞的各種技術(shù)，進(jìn)行力學(xué)與技術(shù)性能方面的系統(tǒng)研究，總結(jié)出它們的內(nèi)在聯(lián)系和差異。
(2)主要針對提高技術(shù)性能和改善制造工藝性兩個方面，對夾具柔性化技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思。
(3)利用已有技術(shù)創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計出一種利用柔性化技術(shù)的設(shè)備或裝置。對該設(shè)備或裝置，要求至少有三種設(shè)計方案。從其中優(yōu)選出一種方案后，建立力學(xué)模型，進(jìn)行設(shè)計計算及具體結(jié)構(gòu)設(shè)計；并結(jié)合研究過程撰寫論文。
B：主要目標(biāo)
(1)較為系統(tǒng)地掌握夾具知識，對其柔性化技術(shù)有較深入的了解。
(2)獲得創(chuàng)造性思維方面的訓(xùn)練，及從事研究性工作和工程設(shè)計的一定能力。
(3)掌握科技論文寫作的基本知識。
2、論文（設(shè)計）的主要內(nèi)容
A：論文部分
字符數(shù)控制在20000個左右。具體內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面：
（1）對夾具柔性化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的簡要分析及介紹；
（2）創(chuàng)新設(shè)計方案的構(gòu)思及對各種方案的分析評價；
（3）選定方案的工作原理及特點的較詳細(xì)介紹；
（4）選定方案的主要技術(shù)參數(shù)的確定；
（5）具體結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮的主要問題及注意事項；
（6）夾具柔性技術(shù)的應(yīng)用前景展望；
（7）對本研究課題的總結(jié)。
B：設(shè)計部分
（1）畫出控制原理圖和裝配圖。
（2）對較為復(fù)雜的設(shè)備或裝置，畫出關(guān)鍵零件圖；對相對較為簡單的，畫出大部分或全部零件圖。
3、論文（設(shè)計）的基本要求
（1）對課題進(jìn)行必要的調(diào)研工作。
（2）搜集較為翔實的相關(guān)技術(shù)資料。對外文資料進(jìn)行較為準(zhǔn)確的翻譯，對全部技術(shù)資料進(jìn)行分類研究及綜合整理。
（3）該課題研究分為共性研究和專題研究二個階段。課題調(diào)研、搜集資料與創(chuàng)新方案構(gòu)思為共性研究階段，該階段提倡溝通、協(xié)作和配合。撰寫論文與結(jié)構(gòu)設(shè)計為專題研究階段，該階段要求獨立開展工作；所設(shè)計的設(shè)備或裝置可以同類，但設(shè)計方案不得相同。
（4）論文部分要求綱目清晰，邏輯結(jié)構(gòu)基本完整正確，主旨明確，表達(dá)方式基本得當(dāng)，語言較為簡練流暢，主要公式推導(dǎo)正確，格式基本符合通用型論文的一般規(guī)范。
（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計部分要求原理圖正確，裝配圖和零件圖應(yīng)基本符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，并具有較好的結(jié)構(gòu)工藝性。
4、主要參考文獻(xiàn)
1 關(guān)于柔性技術(shù)方面的教材、專著及手冊。
2 關(guān)于增力機構(gòu)、增壓技術(shù)方面的學(xué)術(shù)論文。
3 林文煥,陳本通編著. 機床夾具設(shè)計. 北京: 國防工業(yè)出版社，1987.
4 Edward G× Hoffman. Jig and Fixture Design. Fourth Edition. Albany,USA: Delmar Publishers. 1996.
5 徐輔新. 教授談畢業(yè)論文寫作(C). 合肥∶安徽大學(xué)出版社,1996.
6 劉助柏. 知識創(chuàng)新思維方法論(M). 北京∶機械工業(yè)出版社,1999.
7 楊叔子. 中國大學(xué)人文啟思錄(第一卷)(C). 武漢∶華中理工大學(xué)出版社,1996.
8 胡德華. 科技文獻(xiàn)檢索(M). 北京∶機械工業(yè)出版社,1997.
9 廖林清,等. 機械設(shè)計方法學(xué)(M). 重慶∶重慶大學(xué)出版社,1996.
5、進(jìn)度安排
論文（設(shè)計）各階段任務(wù)
起 止 日 期
1
課題調(diào)研、搜集整理資料，外文資料翻譯。
2004.03.04～2003.03.27（3.5周）
2
創(chuàng)新設(shè)計方案構(gòu)思、評價與優(yōu)選。
2004.03.28～2003.04.17（3周）
3
力學(xué)建型及理論分析計算。
2004.04.18～2003.04.24（1周）
4
論文寫作與結(jié)構(gòu)設(shè)計。
2004.04.25～2003.05.31（6周）
5
課題總結(jié)、Powerpoint文件制作、答辯準(zhǔn)備。
2004.06.01～2003.06.12（1.5周）
6
注：1、此表一式三份，學(xué)院、指導(dǎo)教師、學(xué)生各一份
2、類別是指畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計，類型指應(yīng)用型、理論研究型和其他。
方 案 比 較
機械制造及其自動化 0 0 2 9 4 0 1 0 4 0 林 怡
一、 雙偏心輪定位夾具
雙偏心輪定位夾具是通過調(diào)節(jié)兩個偏心輪的幾何中心所處的位置來定位不同直徑的工件的。夾具可以在較大范圍內(nèi)定位外圓工件，并具有快速反應(yīng)功能，能較好地適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)對夾具的要求。雙偏心輪定位夾具的主要缺點是剛性較差，定位精度相對較低，結(jié)構(gòu)不緊湊。
二、 鉸鏈定位夾具
鉸鏈定位夾具是通過調(diào)節(jié)兩鉸鏈桿之間的角度來定位不同直徑的工件的。相對于雙偏心輪定位夾具，鉸鏈定位夾具僅可以適應(yīng)小范圍內(nèi)的尺寸柔性。并存在著與雙偏心輪定位夾具
同樣的缺點：剛性較差，定位精度相對較低，結(jié)構(gòu)不緊湊。
三、 鉗口改進(jìn)的平口鉗
在平口鉗的鉗口上各安裝一塊40°或45°斜塊，可組成可調(diào)整V形架。通過更換平口鉗的鉗口還可以對圓以外的其他形狀的工件進(jìn)行定位，同時，該夾具的剛性較好，結(jié)構(gòu)較前兩者緊湊，但更換鉗口耗時較長。
四、 真空夾具
真空夾具的柔性較大，但存在著氣體真空吸附法抗剪切力的能力較差和小零件吸附不緊的問題。
比較以上幾個方案，可知在尺寸柔性方面，方案一和方案三占有較大優(yōu)勢；在形狀柔性方面，方案三有較大優(yōu)勢；在快速反應(yīng)方面，方案一又較好。因此，將方案一和方案三相結(jié)合，將平口鉗的固定鉗口改為雙偏心輪結(jié)構(gòu)，并在雙偏心輪外套上一個滑塊，以實現(xiàn)除圓之外，對平面的定位。
附件一：
蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）打印格式
一、 畢業(yè)論文（設(shè)計）文本內(nèi)容包括：
（1）畢業(yè)論文（設(shè)計）封面
（2）畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書
（3）文獻(xiàn)綜述報告（或讀書報告）
（4）畢業(yè)論文（設(shè)計）中外文摘要、關(guān)鍵詞
（5）畢業(yè)論文（設(shè)計）目錄
（6）前言
（7）畢業(yè)設(shè)計說明書（含設(shè)計圖紙）或畢業(yè)論文正文
（8）結(jié)論
（9）參考文獻(xiàn)
（10）符號說明
（11）致謝
（12）附錄
二、畢業(yè)論文（設(shè)計）打印格式建議試行如下：
1、畢業(yè)論文（設(shè)計）用計算機打印，紙張一律使用A4復(fù)印紙。
2、畢業(yè)論文（設(shè)計）封面、任務(wù)書統(tǒng)一由學(xué)校教務(wù)處提供。
3、中文摘要、關(guān)鍵詞采用小四號宋體字，外文摘要、關(guān)鍵詞采用四號“Times New Roman”字型。
4、目錄采用四號宋體字。如分章節(jié)的論文，則目錄中每章題目用四號黑體字，每節(jié)題目用四號宋體字，并注明各章節(jié)起始頁碼，題目和頁碼用“……”相連，如下所示：
目 錄
第1章 XXXX┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ （1）
第1.1節(jié) XXXX┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ （2）
5、畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計說明書有關(guān)文字內(nèi)容的要求
（1）正文文字內(nèi)容字型一律采用宋體，標(biāo)題加黑，章節(jié)題目采用小三號字，正文中文內(nèi)容采用小四號宋體，外文內(nèi)容采用四號Times New Roman字型。
（2）章節(jié)題目間、每節(jié)題目與正文間空一個標(biāo)準(zhǔn)行。
（3）頁面設(shè)置：
單面打印：上2cm，下2cm，左2.5cm，右1.5Cm，裝訂線0.5cm，選擇“不對稱頁邊距”，頁眉1.2cm，頁腳1.5cm。
頁眉設(shè)置：居中，以小5號字宋體鍵人“蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）”。
頁腳設(shè)置：插入頁碼，居中。
正文選擇格式段落為：固定值，22磅，段前、段后均為0磅。標(biāo)題可適當(dāng)選擇加寬。
（4）外文文獻(xiàn)譯文格式亦參照上述對論文正文的要求提交。
6、畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計說明書的參考文獻(xiàn)
（1）正文引用參考文獻(xiàn)處應(yīng)以方括號標(biāo)注出。如“…效率可提高２５％［1］?！北硎敬藬?shù)據(jù)援引自文獻(xiàn)1。
（2）參考文獻(xiàn)的編寫格式為：
·期刊文獻(xiàn)的格式：〔編號〕作者、文章題目名、期刊名、年份、卷號、期數(shù)、頁碼。
·圖書文獻(xiàn)的格式：〔編號〕作者、書名、年份、版次、出版單位、頁碼。
·會議文獻(xiàn)的格式：［編號］作者、文章題目名、會議名（論文集）、年份、卷號、頁碼。
三、優(yōu)秀畢業(yè)論文（設(shè)計）濃縮稿的規(guī)格
l、內(nèi)容
標(biāo)題、署名、中外文摘要、關(guān)鍵詞、正文。其中，署名必須注明學(xué)院、年級專業(yè)、學(xué)生姓名、指導(dǎo)教師姓名。
2、字體
標(biāo)題采用三號黑體字，署名采用五號宋體字，正文小標(biāo)題采用小四號黑體字，正文采用小四號宋體字。
3、版面同畢業(yè)論文（設(shè)計）原稿
蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）
目 錄
中文摘要----------------------------------------------------(1)
英文摘要----------------------------------------------------(1)
1 前言------------------------------------------------------(2)
1.1 柔性夾具的分類-------------------------------------(2)
1.2 柔性夾具的發(fā)展?fàn)顩r---------------------------------(2)
1.2.1 原理和結(jié)構(gòu)都有創(chuàng)新的柔性夾具-----------------(3)
1.2.2 傳統(tǒng)夾具的創(chuàng)新-------------------------------(3)
1.3 可調(diào)整夾具-----------------------------------------(4)
1.3.1 通用可調(diào)整夾具---------------------------------(4)
1.3.2 成組夾具--------------------------------------(4)
1.4 組合夾具-------------------------------------------(4)
2 創(chuàng)新設(shè)計方案的構(gòu)思及對各種方案的分析評價---------------(6)
2.1 鉸鏈定位夾具的工作原理--------------------------------(6)
2.1.1 鉸鏈定位夾具的工作原理--------------------------(6)
2.1.2 鉸鏈定位夾具的定位誤差計算-----------------------(7)
2.1.3 鉸鏈定位夾具的力學(xué)模型計算-----------------------(7)
2.1.4 鉸鏈定位夾具的特點------------------------------(8)
2.2 鉗口改進(jìn)的平口鉗夾具的構(gòu)思及評價-------------------(8)
2.2.1 鉗口改進(jìn)的平口鉗夾具的工作原理-------------------(8)
2.2.2 鉗口改進(jìn)的平口鉗夾具的誤差計算-------------------(8)
2.2.3 鉗口改進(jìn)的平口鉗夾具的力學(xué)模型計算----------------(9)
2.2.4 鉗口改進(jìn)的平口鉗夾具的特點-----------------------(11)
2.3 雙偏心輪定位夾具的構(gòu)思及評價-----------------------(11)
2.3.1 雙偏心輪定位夾具的工作原理-----------------------(11)
2.3.2 雙偏心輪定位夾具的誤差計算-----------------------(12)
2.3.3 雙偏心輪定位夾具的力學(xué)模型計算--------------------(13)
2.3.4 雙偏心輪定位夾具的特點---------------------------(14)
2.3.5 雙偏心輪定位夾具的改進(jìn)--------------------------(14)
2.4 真空夾具的構(gòu)思及評價--------------------------------(16)
2.4.1 真空夾具的工作原理-----------------------------(16)
2.4.2 真空夾具的力學(xué)模型計算--------------------------(17)
2.4.3 真空夾具的特點---------------------------------(17)
2.5 綜合分析優(yōu)選---------------------------------------(17)
3 優(yōu)選方案工作原理及工作特點-------------------------------(17)
3.1 雙偏心輪平口鉗夾具的工作原理及工作特點-------------(18)
3.1.1 雙偏心輪平口鉗夾具的工作原理---------------------(18)
3.1.2 雙偏心輪平口鉗夾具的特點-------------------------(18)
4 優(yōu)選方案主要技術(shù)參數(shù)的確定-------------------------------(19)
4.1 雙偏心輪平口鉗夾具主要技術(shù)參數(shù)確定------------------(19)
4.1.1 鉗口的距離、寬度及深度---------------------------(19)
4.1.2 偏心距-----------------------------------------(19)
4.1.3 鏈軸的直徑-------------------------------------(19)
5 優(yōu)選方案結(jié)構(gòu)設(shè)計及注意事項-------------------------------(21)
5.1 雙偏心輪平口鉗夾具機構(gòu)設(shè)計--------------------------(21)
5.1.1 鏈軸------------------------------------------(21)
5.1.2 定位件和夾緊件----------------------------------(21)
5.1.3夾具體-------------------------------------------(21)
5.2 雙偏心輪平口鉗夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項------------------(21)
5.2.1 夾具體結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定可靠，有足夠的強度和剛度------------(21)
5.2.2 注意材料和剛度的選擇-----------------------------(21)
5.2.3 夾具受力情況要合理------------------------------(22)
5.2.4 設(shè)計夾具時要考慮它的裝配性-----------------------(22)
5.2.5 注意夾具設(shè)計的合理性-----------------------------(22)
5.2.6 夾具的易損部分要便于修理和更換--------------------(22)
6 對柔性夾具應(yīng)用前景的展望----------------------------------(22)
7 畢業(yè)設(shè)計總結(jié)-----------------------------------------------(23)
參考文獻(xiàn)-----------------------------------------------------(24)
附錄：翻譯
2000級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 林 怡
機床夾具柔性化技術(shù)研究及設(shè)計
課 題 綜 述
隨著柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)的發(fā)展，柔性夾具應(yīng)運而生。柔性夾具是指工件的形狀和尺寸有一定變化后，可以適應(yīng)這種變化并繼續(xù)使用的夾具。目前，柔性夾具包括組合夾具、可編程夾具、通用柔性夾具、相變材料柔性夾具及其他夾具。自80年代后期，柔性夾具的研究開發(fā)主要沿以下兩大方向發(fā)展。
方向之一是原理和結(jié)構(gòu)都有創(chuàng)新的柔性夾具。這種柔性夾具主要包括三種類型：真相變?nèi)嵝詩A具（Authentic phase-change fixtures）和偽相變?nèi)嵝詩A具（Pseudo-phase-change fixtures）、適應(yīng)性夾具（adaptable fixtures）以及模塊化程控式夾具。真相變?nèi)嵝詩A具是利用材料物理性質(zhì)使之從液相到固相，再回到液相。具體的應(yīng)用是當(dāng)材料為液相時，將工件放入裝有該材料的容器中，而后施加外界刺激，使材料快速轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，夾緊工件，加工完畢后，再使相變材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，取出工件。偽相變?nèi)嵝詩A具是相對于真相變?nèi)嵝詩A具而言的，這是用顆粒流化床模擬相變材料的雙向性質(zhì)，即用某種物理方法迫使材料在“固結(jié)態(tài)”和“流動態(tài)”之間的變換，稱之為偽相變，即貌似相變，實際上沒有發(fā)生相變。其基本原理是在流化床中布滿了細(xì)小的金屬顆粒，床底開有進(jìn)氣孔，床中放入標(biāo)準(zhǔn)夾具元件，元件埋入顆粒中，靠重力作用及液壓夾頭夾緊工件，加工完畢后，再從進(jìn)氣孔通入氣體，使顆粒成松散狀，取出工件即完成加工。適應(yīng)性夾具是指夾緊元件能自動適應(yīng)工件形狀的夾具，即夾緊時能改變形狀以適應(yīng)工件的變化。模塊化程控式夾具是由伺服系統(tǒng)驅(qū)動，將定位和夾緊及支撐元件裝在可雙向移動的導(dǎo)軌上，通過數(shù)控程序設(shè)計出不同的夾具構(gòu)形。
另一發(fā)展方向是傳統(tǒng)夾具的創(chuàng)新。傳統(tǒng)夾具可分為可調(diào)整夾具（adjustable fixtures）和組合夾具（modular fixture）?？烧{(diào)整夾具包括通用可調(diào)整夾具和專用可調(diào)整夾具，可以適應(yīng)小范圍內(nèi)的柔性；組合夾具主要是以成組技術(shù)（GT）為技術(shù)工具，能符合大范圍內(nèi)柔性夾具的要求。由于依照夾具特征進(jìn)行的工件分類，夾具的相似性分析，加工刀具的結(jié)構(gòu)等技術(shù)難題，以及計算機輔助可調(diào)整夾具設(shè)計系統(tǒng)的發(fā)展水平和現(xiàn)狀，使得可調(diào)整夾具在工業(yè)上的應(yīng)用受到了限制，在工業(yè)生產(chǎn)中，最常用的柔性裝夾設(shè)備就是組合夾具。
此次，對機床夾具柔性化技術(shù)的研究及設(shè)計，從通用可調(diào)整夾具入手。近幾年來，平口鉗作為柔性夾具受到重視。但是，一般機用平口鉗用于加工不同類型基面形狀的工件時，更換鉗口耗時較長；在定位夾緊外圓時，柔性較差。受鐘康民和宋強的“快速反應(yīng)式雙偏心輪定位機構(gòu)的分析計算”論文的啟發(fā)，將平口鉗的固定鉗口改為雙偏心輪結(jié)構(gòu)，并在雙偏心輪外套上一個滑塊，以實現(xiàn)除外圓之外，對平面基面進(jìn)行定位。如此，改進(jìn)鉗口后的平口鉗既可以定位外圓，又可以定位矩形；只需拆除或安裝雙偏心輪外套的滑塊，即可在定位圓和矩形之間快速轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)了夾具的形狀柔性。該平口鉗的夾緊方式采用偏心夾緊方式，在偏心輪外套一個滑塊，以實現(xiàn)形封閉，可以快速夾緊或取出工件。再在偏心輪外套的滑塊上安裝可換鉗口，以次來實現(xiàn)夾具的尺寸柔性。綜上所述，該夾具同時具有形狀及尺寸柔性，以及快速反應(yīng)能力。
雙偏心輪定位夾具與V形塊定位夾具定位外圓的原理相類似，但工作原理和工作效果卻大不相同。雙偏心輪定位夾具中，作為定位元件的兩個偏心輪通過鉸鏈軸與夾具體相聯(lián)結(jié)，并可繞鉸鏈軸轉(zhuǎn)動。在夾具體上鉆有數(shù)個小孔，這些小孔由錐銷與偏心輪上的小孔相聯(lián)接，通過偏心輪上的小孔與夾具體上的不同小孔相聯(lián)接，改變偏心輪的幾何中心所處的位置。由此，對工件進(jìn)行定位的偏心輪的外圓弧的位置隨不同小孔的聯(lián)接而有較大的變動范圍。而且，工件中心與兩個偏心輪幾何中心連線的夾角在許可范圍內(nèi)變化時，也能增強對工件直徑變化的適應(yīng)能力。因此，這種定位方式允許工件的直徑尺寸在較大范圍內(nèi)變化。當(dāng)工件直徑改變時，只需要用錐銷聯(lián)接不同的小孔即可。
雙偏心輪定位夾具定位矩形的工作原理與定位外圓的工作原理相同，只需在雙偏心輪外套上一個滑塊即可。
雙偏心輪定位夾具定位外圓的優(yōu)勢在于：通過調(diào)節(jié)兩個偏心輪的幾何中心所處的位置，可以定位較大直徑尺寸范圍內(nèi)的工件。由于偏心輪偏心距的尺寸有限，這一優(yōu)勢在定位矩形時，并不明顯。因此，在定位矩形時，夾具的尺寸柔性主要通過更換可換鉗口來實現(xiàn)。
雙偏心輪定位夾具的主要缺點是剛性較差，定位精度相對較低，結(jié)構(gòu)不緊湊。
總之，這一將固定鉗口改為雙偏心輪結(jié)構(gòu)的平口鉗具有快速反應(yīng)功能，能較好地適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)對夾具的要求。
夾具的非柔性是阻礙柔性制造系統(tǒng)應(yīng)用的主要原因之一，柔性夾具是現(xiàn)代夾具的主要發(fā)展方向。無論是原理和結(jié)構(gòu)都有創(chuàng)新的柔性夾具，還是傳統(tǒng)夾具的創(chuàng)新，在今后一個時期內(nèi)，都將是柔性夾具的發(fā)展方向。
15
第三部分 設(shè)計和制造鉆模及夾具
第12-14單元翻譯者：林怡
第十二單元 直角板鉆模和夾具
一、目的：
在完成這一單元以后，學(xué)生應(yīng)該可以：
·分析零件數(shù)據(jù)并確定適當(dāng)?shù)膴A具設(shè)計方案。
·確定指定樣本零件的定位、支承，以及夾緊方案。
·為指定的樣本零件設(shè)計一個直角板鉆模和一個直角板夾具。
直角板夾具主要用于加工那些用板型工具不容易加工的零件。這些工具的尺寸和復(fù)雜性隨著零件的改變而改變，但是不管他們的尺寸如何變化，每件工具的基本結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是相同的。
直角板工具結(jié)構(gòu)上的主要構(gòu)件是一個角。過去通常由這一結(jié)構(gòu)構(gòu)成的工具有角、T形物、S梁、鑄造支架材料、平面材料的組合剖面、以及標(biāo)準(zhǔn)工具的工具體，如圖12-1所示。
二、變化及應(yīng)用
在任何直角板工具體的設(shè)計中，必須牢記一個重點：工具的垂直構(gòu)件必須與水平構(gòu)件尺度相同或略小于水平構(gòu)件。維持工具的剛性以及確保零件的精度這也是必需的。在極少數(shù)情況下，這條規(guī)則并不適用。垂直構(gòu)件必須由特殊位置的角撐板支撐或由兩個角撐板共同支撐，如圖12-2所示。
（一）簡單的直角板工具
簡單的直角板工具由一個與機床工作臺成90度的角構(gòu)成，如圖12-3所示。這些工具通常用來加工那些有與機床工作臺成垂直角的細(xì)節(jié)要求的零件。
（二）改良的直角板工具
改良的直角板工具由一個在平行于機床工作臺到垂直于機床工作臺角度范圍內(nèi)任意可調(diào)的角構(gòu)成，如圖12-4所示。這些直角板工具通常用于加工那些有與機器工作臺成一定角度但并不垂直的細(xì)節(jié)要求的零件。
（三）其它應(yīng)用
除了上述討論的主要用途外，直角板鉆模和夾具還可作為分度工具，如圖12-5所示，或作為輔助支撐，如圖12-6所示。
通過改變長度
來改變角度
樞軸點
圖12-1 工具體結(jié)構(gòu)鑄造支架材料
結(jié)構(gòu)剖面圖
標(biāo)準(zhǔn)工具的工具體
組合件剖面
角撐板
圖12-2 支撐角
配合特殊角
機床工作臺
機床工作臺
圖12-3 簡單的直角板工具 圖12-4 改良的直角板工具
分度
柱塞
圖12-5 分度夾具
直角板支撐
零件
板形夾具
機床工作臺
圖12-6 輔助支撐
三、直角板鉆模設(shè)計
直角板鉆模通常用于多種零件的機械加工。由于他們的設(shè)計，他們能夠適應(yīng)零件不斷變化的形狀。圖12-7就是一個展示適合性的例子。
圖12-7 利用直角板鉆模加工的典型零件
一旦設(shè)計者選定了一個直角板鉆模，評估和分析也就開始了。這將涉及到零件圖和聯(lián)接器的生產(chǎn)計劃，如圖12-8所示，設(shè)計者記錄下下列設(shè)計數(shù)據(jù)：
·零件是一個圓柱形套管，長2.38英寸，一段臺階直徑為2.38英寸，另一段直徑為1.38英寸。每段臺階寬均為1.13英寸。
·零件上鉆了兩個孔，一個直徑為1.188英寸，另一個直徑為0.594英寸。
·零件已在車床上車端面、鉆孔。
·材料選用1020鋼。
·生產(chǎn)批量是100件。
·要求執(zhí)行的操作是在直徑較大的臺階上鉆四個直徑為0.19英寸的孔，在直徑較小的臺階上鉆兩個直徑為0.19英寸的孔。
·該半成品在這道工序之前已車端面、鉆孔。
φ.594
1.13深
φ1.188±.006
1.13深
2-φ.19孔
4-φ.19孔
A-A 剖面
注意：
孔偏離中心位置在±.015的范圍內(nèi)
除非特別注明公差為±.01
明細(xì)欄
序號
數(shù)量
尺寸
材料
1
100
φ2.38×2.38
1020
序號
日期
修改
設(shè)備
名稱
連接器
制圖
CR
檢查
W.C.
審核
M.B.
日期
材料
比例
公差 .xx±.015 角度
.xxx±.015 ±0°-30′
除特別規(guī)定的公差以外
零件號
D-22019
生產(chǎn)計劃
零件號
22019
零件名稱
連接器
數(shù)量
100
規(guī)程序號
78-0544
圖號
D-22019
工序制定者
M.MC.AVOY
修改序號
日期
第1頁 共1頁
工序號
工序內(nèi)容
設(shè)備
加工工具
1
2
3
4
5
車端面，車外圓
鏜φ0.594英寸、深1.13英寸的孔
鏜φ1.19英寸、深1.13英寸的孔
鉆6-φ0.19英寸孔，然后鏜孔
去毛刺并檢查
#27車床
#27車床
#27車床
#66鉆床
#7磨床
#27-12六角車床
#27-12六角車床
#27-12六角車床
#66-9立式鉆床
#7-84研磨滾筒
5
4
3
2
量規(guī)
鉆頭
鉆頭，機用長錐柄
鉆頭，機用長錐柄
-----------------------
φ.19
1.000
.500
T-22019-2檢驗夾具
T-22019-1鉆模
-----------------------------
-----------------------------
工序號
工藝裝備
尺寸
特殊工具序號
圖12-8 零件圖和生產(chǎn)計劃
（一）定位、支撐和夾緊零件
最簡單、最精確的定位方法是鉆中心孔。臺階式定位器以滿足與大孔相配合的同時能通過小孔的要求來制造，如圖12-9所示。臺階式定位器末端的螺紋用于安裝能將零件在適當(dāng)位置夾緊的快速作用旋鈕。
臺階式定位器大端的直徑是最重要的尺寸。這一表面既是鉆孔的支撐面又是與零件參考表面輪轂相配合的表面。根據(jù)在零件圖上找到的信息，定位孔最大允許直徑是1.194英寸；最小允許直徑是1.182英寸。根據(jù)這些尺寸，定位器尺寸決定為1.181±0.0005英寸。當(dāng)考慮最小零件和最大定位器尺寸時，在零件和定位器之間允許存在0.0005英寸的間隙。當(dāng)使用最大零件和最小定位器尺寸時，在零件和定位器之間允許存在0.0135英寸的間隙。孔的定位公差是偏離中心線±0.015英寸；因此，這個定位器尺寸在公差范圍內(nèi)，如圖12-10所示。必須記住這些尺寸是極限值。在實際情況中，尺寸變化通常小得多。
快速作用旋鈕
夾具體
定位點
圖12-9 臺階式定位器
1.194 最大零件尺寸
－1.1805 最小定位器尺寸
.0135 總偏差
.0135/2 （在各方向上偏離中心的位移為.0068）
1.182 最大零件尺寸
－1.1815 最小定位器尺寸
.0005 總偏差
.0005/2 （在各方向上偏離中心的位移為.00025）
圖12-10 定位器尺寸計算
（二）分度定位零件
圖12-11 球形柱塞
雙頭螺紋定位器
用這個鉆模夾具完成的分度定位通常是由操作者手工完成的。用于定位零件的分度銷是一個球頭柱塞，如圖12-11所示，這個分度銷既能保證轉(zhuǎn)速又能保證精確性。使用時，先在零件上鉆孔；然后旋轉(zhuǎn)零件直到球形按鈕進(jìn)入剛鉆的孔中。以相同的方式鉆其余孔。通過使用球頭柱塞分度速度得以提高，這是因為零件僅僅旋轉(zhuǎn)就使球頭按鈕與孔分離勝于用手移動分度銷。通過控制球頭柱塞與鉆孔位置成90度角的位置，四個等間距孔能夠很容易被加工出。
當(dāng)鉆小臺階上的兩個孔時，大臺階上的孔再次作為零件參考。通過分度球和孔配合來定位零件，可以維持兩臺階上孔之間適當(dāng)?shù)膹较蚨ㄎ?，如圖12-12所示。
變換位置
零件旋轉(zhuǎn)
鉆孔位置
零件
圖12-12 利用球形柱塞分度 圖12-13 鉸接葉片中的鉆模定位
（三）鉆套定位
由這個鉆模夾具指定的鉆套既可以是固定的又可以是可換的，這取決于夾具體的設(shè)計。如果頂部的夾具是鉸接的可以采用固定鉆套，如圖12-13所示。這兒鉆套可以轉(zhuǎn)開以便零件的加載和卸載。這種方法適用于高強度運轉(zhuǎn)。因為絕對的經(jīng)濟性，通常會選擇另一種方法。
相對于由固定鉆套構(gòu)成的鉆模夾具，由可換鉆套（圖12-14）構(gòu)成的鉆模夾具可以獲得相同的間隙但成本較低。這種類型的鉆模夾具可能加載和卸載稍微慢些，但是100個零件總體增加的時間也是極小的。
鉆套向左偏.005
零件向右偏.0068
最大偏差為.0118
變換位置
圖12-14 滑移式可換鉆套的使用 圖12-15 襯套的定位
在每一種情況下，鉆套都必須被定位在與定位器中心線的偏差不超過0.0075英寸的位置上。將鉆套與定位器的定位公差合成可能引起的情況如圖12-15所示。可能出現(xiàn)的最糟的公差情況將使孔的位置偏離中心0.0118英寸。這可以完全處于±0.015英寸的零件公差范圍內(nèi)。
（四）鉆模夾具體設(shè)計
由這個鉆模夾具確定的夾具體應(yīng)該是由鑄造支架原材料制造的不對稱T型。這一結(jié)構(gòu)能允許足夠的剛度，同時也提供了防止整個夾具翻轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。鉆模板也可以是鑄造的平面材料。夾具體應(yīng)該由合板釘以及螺釘與定位器固定起來，如圖12-16所示。夾具在機床上的定位可以由U型槽和T型螺栓完成，也可以由螺旋壓板夾緊機構(gòu)完成，如圖12-17所示。
圖12-16 裝配好的鉆模夾具體
繪制夾具體草圖和夾具總圖（P183圖12-18）是直角板鉆模設(shè)計的最后階段。
螺旋壓板夾緊機構(gòu)
U型槽和T型螺栓
圖12-17 工具在機床上的定位
四、直角板夾具設(shè)計
直角板夾具廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中的各種操作。它們易于適應(yīng)實際情況中的任何加工工具和任何工序。到目前為止，探討過的夾具都以夾具固定、刀具移動的形式使用。在這一部分中，將研究刀具靜止而夾具旋轉(zhuǎn)的問題和好處。
這將涉及到零件圖和懸架（P184圖12-19）的生產(chǎn)計劃，設(shè)計夾具時必須考慮下列事項：
·零件是一個粗糙的鑄件，大約長100㎜，寬80㎜，高80㎜。
·零件底部已加工，底部有四個φ10㎜孔。
·材料選用生黃銅。
·生產(chǎn)批量是80件。
·要求執(zhí)行的操作是在鑄件的圓柱形部分鉆一個φ30㎜的通孔。
·零件在這道工序以前，底面已銑、已鉆孔。
·零件有一個直徑約為20㎜的中心孔。
一旦收集和分析設(shè)計尺寸，設(shè)計過程也就開始了。
T-22019-1
鉆孔并攻螺紋至1/4-20統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)粗螺紋
φ.453
1/2-20統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)粗螺紋
零件“B”
零件“A”
雙頭螺紋定位器
零件“A”
1/2-13統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)粗螺紋
兩處
球形柱塞固定件
零件“B”
標(biāo)記
圖12-18 夾具總圖
尺寸轉(zhuǎn)換表
4-φ10孔
明細(xì)欄
mm
英寸
序號
數(shù)量
尺寸
材料
10
.394
1
80
80×80×100
生黃銅
12
.472
30
1.181
60
2.362
66
2.598
80
3.150
100
3.397
公差為±.01
序號
日期
修改
設(shè)備
名稱
懸架
制圖
JB
檢查
K.D.
審核
M.H.
日期
材料
比例
公差 .xx±.015 角度
.xxx±.005 ±0°-30′
除特別規(guī)定的公差以外
零件號
D-11207
生產(chǎn)計劃
零件號
11207
零件名稱
懸架
數(shù)量
80
規(guī)程序號
77-94752
圖號
D-11207
工序制定者
D.LIBBY
修改序號
日期
第1頁 共1頁
工序號
工序內(nèi)容
設(shè)備
加工工具
1
2
3
4
銑低面至厚度12mm
鉆4-φ10mm孔
鉆φ30通孔
去毛刺并檢查
#37銑床
#66鉆床
#27車床
#7磨床
#37-10臥式銑床
#66-9立式鉆床
#27-60普通車床
#7-84研磨滾筒
4
3
2
1
量規(guī)
--------------
鉆頭，機用長直柄
平面銑刀，臺鉗
-----------------------
-----------------------
10mm
100×100×125，#87
T-11207-4檢驗夾具
T-11207-3車床夾具
T-11207-2鉆床夾具
T-11207-1銑床夾具
工序號
工藝裝備
尺寸
特殊工具序號
圖12-19 零件圖和生產(chǎn)計劃
（一）零件定位
圓柱形定位銷
零件
定位該零件最精確有效的方法是以孔為定位基準(zhǔn)。零件底部四個孔中的其中兩個可以用于定位零件，如185頁圖12-20所示。如果孔徑有很大偏差，可以使用可調(diào)圓錐定位器來確保重復(fù)精度，如185頁圖12-21所示。對所鉆孔可以進(jìn)行與這些孔相關(guān)的加工。
圖12-20 零件定位
零件
假如零件在鉆孔這一道工序中所鉆得的孔徑尺寸與規(guī)定尺寸的偏差不大，那么可以采用同一類型的定位器。倘若銷的位置正確，一個圓柱形定位銷和一個菱形定位銷將精確定位零件。如圖12-22所示正確地安排這些定位元件的位置。
圓柱形定位銷
菱形定位銷
菱形定位銷
零件
圖12-21 錐面定位銷的使用 圖12-22 定位元件的布置
（二）夾緊零件
一些方法可以用于夾緊該零件。為了盡可能使成本降低，通常選用壓板夾緊機構(gòu)夾緊該鑄件。壓板是閂型的，它以一端為軸心轉(zhuǎn)動，在另一端閂上，如圖12-23所示。這一類型因其結(jié)構(gòu)簡單、快速動作而被選用。
用來保證夾緊的螺釘應(yīng)該是內(nèi)六角圓柱頭螺釘，以此減小暴露部分螺紋受損的可能性。壓板厚度應(yīng)該大約為15㎜以抵抗彎曲變形。螺釘應(yīng)該大致為M10。
圖12-23 零件的夾緊
（三）夾具體設(shè)計
由這個夾具確定的材料應(yīng)該是直角形式的鑄造支架原材料。將夾具體固定在固定夾具體的面板上可以由很多種方法實現(xiàn)。最簡單方便的方法是在直角板的底部做出一個凸臺，這個凸臺將和面板上的中心孔配合。一旦被置于中心位置，夾具由螺栓通過面板上與之相配的 長孔固定在面板上。這些長孔應(yīng)該加以設(shè)計被加工成埋頭孔，以便使螺母處于面板后面，如圖12-24所示。
面板
夾具體
有時候夾具比較大，提供一個配重以減小面板的振動、消除面板的擺動可能是有必要的。在這些情況下，設(shè)計者必須規(guī)定出一個重量，它和由夾具引起的質(zhì)量偏移的總值大小相同。這一配重應(yīng)該根據(jù)裝夾了最重零件的夾具來定位，并且應(yīng)該直接定位于與其相對的位置，如圖12-25所示。
定位凸臺
繪制夾具體草圖和完成夾具總圖（圖12-26）是設(shè)計過程的最后階段。記住檢查每一個細(xì)節(jié)來保證夾具的安全性和價值。
圖12-24 夾具在面板上的固定
面板
平衡塊
夾具上最重的零件
圖12-25 配重的固定
五、夾具設(shè)計應(yīng)用
1. 分析零件圖和生產(chǎn)計劃（圖12-27）以決定設(shè)計直角板鉆模和直角板夾具所必需的有關(guān)信息。
2. 比較選定零件和以前例子的相同點和不同點。
3. 準(zhǔn)備設(shè)計草圖以考慮必需的大小和尺寸。
4. 完整的夾具總圖上包含所有必需的數(shù)據(jù)。
T-11207-3
T-11207-3
R20
鉆φ9通孔
零件“A”
注意：
1.凸臺應(yīng)該被車削至適合面板上所鉆孔大小的直徑。
鉆、擴φ8孔
（兩處）
鉆通孔并攻螺紋至M8
（兩處）
零件“A”
注意 1
圖12-26 夾具總圖
2-φ.19孔
除非特別注明，否則公差為±.020
明細(xì)欄
序號
數(shù)量
尺寸
材料
1
150
φ.50×2.63
1020
序號
日期
修改
設(shè)備
名稱
連桿
制圖
J.V.
檢查
G.M.
審核
T.S.
日期
材料
比例
公差 .xx±.015 角度
.xxx±.015 ±0°-30′
除特別規(guī)定的公差以外
零件號
D-4982-1
生產(chǎn)計劃
零件號
4982
零件名稱
連桿
數(shù)量
150
規(guī)程序號
77-1497-2
圖號
D-4982-1
工序制定者
P.LONGO
修改序號
日期
第1頁 共1頁
工序號
工序內(nèi)容
設(shè)備
加工工具
1
2
3
4
將φ.50棒料割斷至2.63長
鉆2-φ0.19通孔
銑兩個.125×.54平面
去毛刺并檢查
#68切斷機床
#66鉆床
#37銑床
#7磨床
#68-18砂輪切割機
#66-12鉆床
#37-10臥式銑床
#7-84研磨滾筒
4
3
2
量規(guī)
刀具，端銑刀
鉆頭，機用長直柄
-----------------------
6.00×.75×1.00
φ1.88
T-4982-3檢驗夾具
T-4982-2夾具
T-4982-1鉆模
工序號
工藝裝備
尺寸
特殊工具序號
圖12-27 零件圖和生產(chǎn)計劃
（一）有關(guān)設(shè)計的建議
·注意零件形狀——選擇最合適的定位裝置。
·檢查每個夾具肘桿曲柄夾緊動作的使用可能性。
·檢查跨銑臺階末端的可能性。
·檢查前面工序確定的零件的精度和性能。
·只要可能盡量使用孔定位工件。
六、總結(jié)
這一單元中介紹的重要概念如下：
·直角板鉆模和夾具由板式鉆模和夾具演變而來，板式鉆模和夾具過去常用來以各種他們特有的定位角度固定工件。兩種基本類型是簡單的直角板工具和改良的直角板工具。
－簡單的直角板鉆模和夾具以90度角固定工件。
－改良的直角板鉆模和夾具以90度以外的角固定工件。
·在設(shè)計開始以前，必須研究零件圖以獲取關(guān)于零件所有必需的信息。
·必須仔細(xì)計算以確定精確的尺寸和用于定位零件的定位器的位置。
·刀具的定位和參考由成套刀架完成。
·盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)件。
·每一個設(shè)計應(yīng)該由草圖開始。
－畫草圖有助于明確表達(dá)設(shè)計方案。
－草圖有助于減少問題，展示關(guān)系。
·一旦設(shè)計方案制定，問題解決，最終的設(shè)計圖也就制定了。
七、復(fù)習(xí)
1. 直角板鉆模和夾具的兩個主要類型是什么？
2. 說明各種類型的應(yīng)用情況。
3. 直角板高度和寬度之間的尺寸關(guān)系有何要求？
4. 什么裝置可以被用來提高分度速度？
5. 如何將鉆模板安裝在同一類型的直角板鉆模上？
6. 通常直角板工具在機床上是如何定位的？
7. 刀具移動的同時是不是所有夾具都必須保持靜止？
8. 為安全起見，旋轉(zhuǎn)的夾具上應(yīng)使用什么類型的螺釘？
9. 夾具在機床面板上的定位可以采用什么方法？
10. 為防止大型夾具引起振動應(yīng)該在面板上使用什么？
第十二章 直角板鉆模和夾具
41
第三部分 設(shè)計和制造鉆模及夾具
第十三單元 槽式和箱式鉆模
一、目的：
在完成這一單元以后，學(xué)生應(yīng)該可以:
·分析零件數(shù)據(jù)并確定適當(dāng)?shù)膴A具設(shè)計方案。
·確定指定樣本零件的定位、支承、夾緊方案，以及細(xì)節(jié)部分。
·為指定的樣本零件確定需要的規(guī)定類型的鉆模，并設(shè)計鉆模夾具。
·繪制所需的夾具總圖。
二、槽式鉆模
槽式和箱式鉆模是通常使用的最貴最復(fù)雜的一類鉆模。然而，盡管它既復(fù)雜，成本又高，當(dāng)設(shè)計和使用適當(dāng)時，這些鉆模可以節(jié)省大量的加工時間和零件裝夾時間。一旦一個零件裝入一個這樣的鉆模，它幾乎不會被移動，直到所有加工都完成。利用槽式和箱式鉆模加工零件幾個表面的細(xì)節(jié)部分時，不需要在夾具中重新定位零件。
槽式鉆模是封閉式鉆模的最簡單、最基本的形式，如圖13-1所示。如它名字所指，這種鉆模的主要構(gòu)成元素是槽。使用時，槽式鉆模能用來加工零件的三個表面。
除了它們的多向加工能力以外，相對于敞開式鉆模，槽式鉆模提供了更好的穩(wěn)定性，并能支撐薄壁零件。工件可以以任何可能的方法固定在槽式鉆模中。這種鉆模的夾緊也能很容易被完成。一般，工件靠著鉆模的頂部和一邊被固定，從另一邊被夾緊，如圖13-2所示。
零件
夾緊元件
定位元件
鉆套
圖13-1 槽式鉆模 圖13-2 槽式鉆模中的定位與支撐
三、槽式鉆模的設(shè)計
一旦設(shè)計者為規(guī)定的零件選定了用于其加工的槽式鉆模，零件分析就開始了。這將涉及到零件圖和間距環(huán)的生產(chǎn)計劃，如圖13-3所示，摘錄下下列設(shè)計數(shù)據(jù)：
·零件是一個長150㎜的φ120㎜圓柱環(huán)。
·零件有一個有兩個內(nèi)部凹槽的φ80㎜鉆孔。
·材料選用鑄造青銅。
·生產(chǎn)批量是200件。
·要求執(zhí)行的操作是在兩側(cè)面各鉆三個φ16㎜等間距的通孔，在一端鉆、鉸6-M12×1.75孔。
·該半成品在這道工序之前已鉆孔、車端面和開槽。
設(shè)計過程由這些數(shù)據(jù)開始。
尺寸轉(zhuǎn)換表
鉆通孔φ16（6個孔）
鉆φ10.20孔
攻螺紋至M12-1.75
20深（6個孔）
注意 1
明細(xì)欄
mm
英尺
序號
數(shù)量
尺寸
材料
10.20
.402
1
200
120×150管材
鑄造青銅
12
.472
16
.630
18
.709
20
.787
29
1.142
46
1.811
80
3.150
90
3.543
100
3.937
120
4.724
150
5.901
①
序號
日期
修改
設(shè)備
名稱
間距環(huán)
制圖
PC
檢查
A.W.
審核
M.T.
日期
材料
注意：
偏離中心位置在±0.25mm的范圍內(nèi)
除非特別注明，否則公差為±0.2
比例
公差 .xx±.015 角度
.xxx±.015 ±0°-30′
除特別規(guī)定的公差以外
零件號
D-1881-2-1
生產(chǎn)計劃
零件號
1881-2
零件名稱
間距環(huán)
數(shù)量
200
規(guī)程序號
79-9215
圖號
D-1881-2-1
工序制定者
T.L.PRICE
修改序號
日期
第1頁 共1頁
工序號
工序內(nèi)容
設(shè)備
加工工具
1
2
3
4
5
鉆φ80通孔，在孔內(nèi)開18×φ90槽
車兩端面至150長
在端面上鉆φ8孔，攻螺紋至6-M12×1.75孔
在兩側(cè)面鉆6-φ16孔
去毛刺并檢查
#27車床
#27車床
#66鉆床
#66鉆床
#7磨床
#27-63六角車床
#27-63六角車床
#66-1搖臂鉆床
#66-1搖臂鉆床
#7-84研磨滾筒
5
4
3
量規(guī)
機用長錐柄
絲錐，2個出屑槽，機用長錐柄
-----------------------
16mm
M12×1.75，10.20mm
T-1881-2-1檢驗夾具
T-1881-2-1鉆模
T-1881-2-1鉆模
工序號
工藝裝備
尺寸
特殊工具序號
圖13-3 零件圖和生產(chǎn)計劃
（一）零件定位
因為該零件已經(jīng)經(jīng)過孔加工、兩端面車削加工，這些表面都可以用于定位零件。為這個鉆模選用的定位器必須被退切（圖13-4）以防止干涉。退切過的定位器還為鉆頭的運行提供了空間。倘若鉆頭運行的空間不能由退切提供，可采用小錐坑或略大于鉆頭尺寸的凹槽，如圖13-5所示。
定位器的尺寸公差必須使零件加工后尺寸在規(guī)定的極限范圍內(nèi)?？紤]零件的極限允許尺寸，最大孔徑為80.1㎜；最小孔徑為79.9㎜。以最小尺寸為基準(zhǔn)，定位器尺寸應(yīng)該是79.88±0.01㎜。再考慮極限允許尺寸，定位器和零件之間的最大間隙是偏離中心0.115㎜，如圖13-6所示。這完全在規(guī)定的偏離中心0.25㎜的允許范圍內(nèi)。
圖13-4 圓柱形定位器 圖13-5 鉆頭運行空間
（二）零件夾緊
偏離中心的最大位移為0.115
在這個鉆模中，夾緊是定位器的第二功能。通過鉆、鉸孔（圖13-7），壓板夾緊元件可以用來將零件保持在適當(dāng)位置。當(dāng)定位器用來夾緊零件時，該定位器應(yīng)該比零件短5至20毫米。這就能保證確定的夾緊，并能防止在定位器上的夾緊元件處于極限位置時仍無法夾緊零件的情況出
圖13-6 尺寸誤差
現(xiàn)。用于夾緊零件的壓板應(yīng)該約為10㎜厚，以此
防止夾緊零件時壓板出現(xiàn)彎曲變形。
柱頭螺栓
壓板
壓板
定位元件
零件
圖13-7 夾緊零件
（三）鉆模夾具體設(shè)計
鉆模夾具體的構(gòu)造始于對所用槽尺寸的規(guī)定。如果不能使用標(biāo)準(zhǔn)槽，或者零件比槽的標(biāo)準(zhǔn)尺寸大，裝配式槽（P194圖13-8）可以取而代之。在這個鉆模的情況中，可以選用尺寸為203㎜×203㎜×150㎜的標(biāo)準(zhǔn)鑄槽。
用兩個M10的螺釘將雙頭螺紋定位器安裝在槽的中心。固定定位器的螺釘是內(nèi)六角圓柱頭螺釘。它們的安裝孔是沉孔以便使有頭螺釘略低于夾具表面，以防螺釘有任何可能與鉆床主軸產(chǎn)生干涉。
因為這個夾具的基本形狀不易提供適當(dāng)?shù)膴A緊表面，所以只能采用第二或輔助夾緊裝置。如圖13-9所示的夾緊裝置是一種可以將夾具固定在鉆床工作臺上的夾緊裝置。這種夾緊裝置的優(yōu)點是它的裝夾速度、通用性和使用范圍。
焊接點
內(nèi)六角圓柱頭螺釘
圖13-8 裝配式槽 圖13-9 輔助夾緊
（四）鉆套定位
因為這個鉆模夾具的主要定位元件是一個圓柱，有六個M12×1.75的孔的一端的圓孔必須與這個定位元件同心。為了保證這點，設(shè)計者必須規(guī)定圓孔和定位元件位置間的精密公差?！?.03㎜的定位公差應(yīng)該提供給夾具制造者足夠的公差，并能提供一把滿足零件圖要求的有足夠精確的刀具。
將這項可變公差增加到定位器的尺寸公差上意味著極限允許尺寸將使孔在各方向上偏離中心的最大值為0.145㎜，如圖13-10所示。這可以完全處于零件圖上規(guī)定的0.25㎜的允許變化范圍內(nèi)。
通過規(guī)定描述確定定位器位置的方法，設(shè)計者能夠使夾具制造者的工作容易得多。當(dāng)使用這種方法時，設(shè)計者應(yīng)該規(guī)定軸肩的長度略大于槽的厚度。這保證了定位器參考的精確性，如圖13-11所示，并且使坐標(biāo)鏜床工作更容易、消耗時間更少。軸肩還可以幫助夾具制造者在夾具側(cè)面確定孔的位置。當(dāng)所有孔都適當(dāng)定位并加工到尺寸后，軸肩可以用刀具頂端磨削修平的方式去除。
定位表面
夾具體
定位誤差
零件
位移
圖13-10 零件與鉆套間的尺寸誤差 圖13-11 夾具參考
用于鉆側(cè)面上六個孔的鉆套的定位是由相同方法完成的。此處的主要要求還是相對于定位器中心的適當(dāng)關(guān)系。由這些孔規(guī)定的公差也應(yīng)該是±0.03㎜。
設(shè)計這個槽式鉆模的最后階段是完成大致的設(shè)計草圖和夾具總圖（圖13-12）。
三、箱式鉆模
箱式或翻轉(zhuǎn)式鉆模通常加工成圍繞零件的箱子或框架形式，如圖13-13所示。雖然這些鉆模存在加工零件各表面的可能性，但是一些固定在箱式鉆模中的零件只需要加工兩到三個側(cè)面。使用箱式鉆模是因為箱式鉆模也能對脆性工件提供很好的支撐，并且具有極好的公差控制能力。
四、箱式鉆模的設(shè)計
一旦選定一個箱式鉆模作為加工操作的最合理的鉆模，鉆模的設(shè)計必須搜集和評估與零件有關(guān)的所有數(shù)據(jù)。這將涉及到零件圖和導(dǎo)塊的生產(chǎn)計劃，如圖13-14所示，摘錄下下列信息和設(shè)計數(shù)據(jù)：
·零件長70㎜，寬50㎜，厚30㎜。
·零件上加工了一個27㎜寬、15度角的臺階。
·材料選用1040鋼。
·生產(chǎn)批量是150件。
·零件有3-M14孔和2-φ8㎜×10㎜孔。
·零件上的五個孔被定位在四個表面上。
·零件鉆孔前已銑平面、去毛刺。
利用這些數(shù)據(jù)，設(shè)計者開始簡潔的陳述必需的設(shè)計概念和選擇余地。從這些最初的概念和印象中，箱式鉆模的設(shè)計發(fā)展了。
T-1881-2-1
T-1881-2-1
零件“B”
零件“A”
下陷
5mm
為安裝φ8mm銷釘鉆、擴孔
45mm螺栓圓周
鉆孔并攻螺紋至M10
45mm螺栓圓周
鉆φ10.20孔
攻螺紋至M12
零件“B”
零件“A”
圖13-12 夾具總圖
固定支承
鉆套
（一）零件定位
翼形螺釘
鉆模支腳
翼形螺釘
零件
因為這個零件的基本形式是一個平直的矩形，可使用的最適當(dāng)?shù)亩ㄎ环椒ㄊ堑谌龁卧薪榻B的六點定位法。先將零件定位于三個定位元件上，如圖13-15所示，首先考慮鉆模的可靠側(cè)面。兩個固定支承應(yīng)該如圖13-16那樣布置。構(gòu)成鉆模夾具體的槽應(yīng)該約為15至20㎜厚，這樣能抵抗夾具的側(cè)向壓力，并能保持規(guī)定的剛度。第三定位基準(zhǔn)由一個與零件小側(cè)面聯(lián)系的固定支承組成，如圖13-17所示。
葉片
調(diào)節(jié)螺釘
鉆套
作為防止錯誤加載的預(yù)防措施，設(shè)計者必須選擇一種方法使夾具安全。這個夾具采用的最簡單的裝置是一個如圖13-18那樣定位的銷。這個銷將只允許零件安裝在正確位置。如果零件負(fù)載正常，設(shè)計者必須選擇一種方法和一種裝置在整個加工周期中保持這個位置。
零件
（二）零件夾緊
翼形螺釘
圖13-13 箱式鉆模
夾緊由兩個如圖13-19所示定位的螺紋夾緊元件完成。通過這些夾緊元件，足夠的夾緊力可以在不干涉零件加工的情況下獲得。由于選用了優(yōu)于普通螺釘?shù)男D(zhuǎn)頭螺釘夾緊元件，工件膠結(jié)的概率將會降低。
設(shè)計者最后必須考慮的鉆模夾具體零件是葉片。這個鉆模的葉片上沒有鉆套。其它一些較復(fù)雜的鉆模，鉆套可能被定位在它的葉片上。當(dāng)葉片用來支撐鉆套時，必須提供一個實際方案以確保葉片的正確定位。只要可能，盡量不要將鉆套定位在葉片上，因為葉片經(jīng)常會由于磨損、直線不重合度以及移動而引起誤差。為了保證葉片正確定位，可以采用調(diào)節(jié)螺釘。
（三）鉆套定位
必須記住一個重點：鉆套被定位在與控制孔的尺寸位置的定位元件相關(guān)的位置。比如，鉆大孔的鉆套被定位在與定位元件A和B相關(guān)的位置，如圖13-20所示。鉆小孔的鉆套被定位在與定位元件A和C相關(guān)的位置。
鉆套與水平和垂直定位相關(guān)的位置通常由箱式鉆模的外形控制。在這個箱式鉆模的情況中，必須加工一個傾斜孔。為了精確定位鉆這個孔的鉆套，相對于鉆套的側(cè)面必須被加工成相同的角度，如圖13-21所示。鉆模中鉆套的定位公差必須在零件公差的30%至50%之間。
一旦所有數(shù)據(jù)被收集和評價完畢，并且設(shè)計制定了，設(shè)計者就開始繪制草圖和夾具總圖（圖13-22）。
尺寸轉(zhuǎn)換表
鉆φ8孔
深10
兩處
鉆φ12孔
攻螺紋至M14×2
3處
明細(xì)欄
mm
英尺
序號
數(shù)量
尺寸
材料
5
.197
1
150
70×50×30
1040
8
.315
10
.394
14
.551
15
.591
20
.787
27
1.063
30
1.181
34
1.339
40
1.575
50
1.969
70
2.756
序號
日期
修改
設(shè)備
名稱
導(dǎo)塊
制圖
檢查
審核
日期
材料
比例
公差 .xx±.015 角度
.xxx±.005 ±0°-30′
除特別規(guī)定的公差以外
零件號
D-8971-1
生產(chǎn)計劃
零件號
8971
零件名稱
導(dǎo)塊
數(shù)量
150
規(guī)程序號
77-14992
圖號
D-8971-1
工序制定者
T.WONG
修改序號
日期
第1頁 共1頁
工序號
工序內(nèi)容
設(shè)備
加工工具
1
2
3
4
5
6
割斷30×50原料至70mm長
銑8°平面
去毛刺
鉆φ5孔
攻螺紋φ3孔
去毛刺并檢查
#68切割機床
#37銑床
#7磨床
#66鉆床
#66鉆床
#7磨床
#68-1砂輪切割機
#37-10臥式銑床
#7-84研磨滾筒
#66-1搖臂鉆床
#66-1搖臂鉆床
#7-84研磨滾筒
6
5
4
2
量規(guī)
絲錐，4個出屑槽
鉆頭，機用長錐柄
銑刀，聯(lián)鎖裝置
-----------------------
M14×2
8mm，12mm
100×30×25
100×40×25（15°）
90×10×25
T-8971-2檢驗夾具
----------------
T-8971-2箱式鉆模
T-8971-1虎鉗口夾具
工序號
工藝裝備
尺寸
特殊工具序號
圖13-14 零件圖和生產(chǎn)計劃
零件
零件
圖13-15 第一定位基準(zhǔn) 圖13-16 第二定位基準(zhǔn)
零件
圖13-17 第三定位基準(zhǔn)
零件
安全銷
排屑通道
零件
圖13-18 夾具的安全定位 圖13-19 零件夾緊
與第一定位基準(zhǔn)有關(guān)的中心位置
φ8mm鉆孔
與第三定位基準(zhǔn)有關(guān)的中心位置
零件
與第一定位基準(zhǔn)有關(guān)的中心位置
φ14mm內(nèi)螺紋孔
與第二定位基準(zhǔn)有關(guān)的中心位置
零件
圖13-20 鉆套定位
五、夾具設(shè)計應(yīng)用
1. 分析零件圖和生產(chǎn)計劃（圖13-23）以決定設(shè)計槽式和箱式鉆模所必需的有關(guān)信息。
2. 比較選定零件和以前例子的相同點和不同點。
3. 準(zhǔn)備設(shè)計草圖以考慮必需的大小和尺寸。
4. 完整的夾具總圖上包含所有必需的數(shù)據(jù)。
（一）有關(guān)設(shè)計的建議
·選擇任一種類型的鉆模。每種類型都能裝夾該零件。
·零件的選擇以經(jīng)濟和效率為基礎(chǔ)。
六、總結(jié)
這一單元中出現(xiàn)的重要概念如下：
·槽式鉆模是封閉式鉆模的最簡單形式。它可以加工零件三個不同的表面。
·箱式或翻轉(zhuǎn)式鉆模是鉆模最詳細(xì)和復(fù)雜的形式。它可以加工零件六個不同的表面。
·不管是用來設(shè)計槽式鉆模還是箱式鉆模的過程與設(shè)計模板鉆模的過程均相同。
－在設(shè)計開始以前，必須研究零件圖以獲取關(guān)于零件所有必需的信息。
－仔細(xì)計算以確定精確的尺寸以及定位器和鉆套的定位。
·盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)件。
·每一個設(shè)計應(yīng)該由草圖開始。
－畫草圖有助于明確表達(dá)設(shè)計方案。
－草圖有助于減少問題，展示關(guān)系。
－一旦設(shè)計方案制定，問題解決，最終的設(shè)計圖也就制定了。
用工具加工角度
零件
用于鉆成15°角孔的鉆套
圖13-21 以工具輪廓為參考定位鉆套
尺寸轉(zhuǎn)換表
鉆孔并攻螺紋至M8
鉆孔攻螺紋M8
明細(xì)欄
mm
英尺
序號
數(shù)量
尺寸
材料
8
.315
1
1
鑄件CLM-4-CSU
普通生鐵
15
.591
2
2
鑄造平板CLM-2-CF
普通生鐵
16
.630
3
8
支撐銷CLM-7-5RB
普通生鐵
18
.709
4
1
螺釘CLM-6-SHS
普通生鐵
19
.748
5
2
鉆套P-12-20-19
普通生鐵
20
.787
6
1
鉆套P-12-20-25
普通生鐵
25
.984
7
1
螺釘CLM-6-SMS
普通生鐵
26
1.024
8
6
支撐銷CLM-7-SHS
普通生鐵
35
1.378
9
2
鉆套P-8-14-19
普通生鐵
47.5
1.870
10
2
支撐銷10×32×15°
特制
50
1.969
11
2
銷8×30
普通生鐵
58
2.283
12
1
調(diào)節(jié)螺釘CLM-8-DTS
普通生鐵
102
4.016
13
1
鑄造平板15×120×63
普通生鐵
120
4.724
14
1
銷10×20
普通生鐵
注意：
1.測量所有沒有給出的尺寸。
2. 除非特別注明，否則公差為±0.5mm。
3.為了清楚觀察這個視圖，頂蓋已被移走。
序號
日期
修改
設(shè)備
名稱 箱式鉆模 零件號8971
導(dǎo)塊
制圖
檢查
審核
日期
材料
比例
公差 .xx±.015 角度
.xxx±.005 ±0°-30′
除特別規(guī)定的公差以外
零件號
T-2164-1
為安裝M8銷鉆、擴孔（兩處）銷孔用于安裝支承銷
攻螺紋至M10
深14mm
左視圖
安裝1/4調(diào)節(jié)螺釘使頂部葉片的槽適合螺釘
鉆套部件用螺釘和銷來配合
為安裝M8螺釘鉆孔并攻螺紋
鉆孔并攻螺紋至M10
葉片之間留30°間隙
正視圖
尺寸轉(zhuǎn)換表
mm
英尺
5
.197
9.5
.374
10
.394
12
.472
14
.551
15
.591
18
.709
25
.984
35
1.378
39
1.535
62
2.441
70
2.756
圖13-22 夾具總圖
尺寸轉(zhuǎn)換表
鉆φ5mm通孔
（兩處）
鉆與中心孔相連的φ8.7孔
攻螺紋至M10×1.75，10mm深（6處）
明細(xì)欄
mm
英尺
序號
數(shù)量
尺寸
材料
5
.197
1
200
40×40×80
鋁
7
.276
8.7
.343
10
.394
20
.787
25
.984
40
1.575
60
2.362
80
3.150
鉆φ8.7通孔
攻螺紋至M10×1.75，10mm深
各端面
序號
日期
修改
設(shè)備
名稱
連接器
制圖
檢查
審核
日期
材料
比例
公差 .xx±.015 角度
.xxx±.005 ±0°-30′
除特別規(guī)定的公差以外
零件號
D-1120-2-1
生產(chǎn)計劃
零件號
1120-2
零件名稱
連接器
數(shù)量
200
規(guī)程序號
551491-78
圖號
D-1120-2-1
工序制定者
J.FLYNN
修改序號
日期
第1頁 共1頁
工序號
工序內(nèi)容
設(shè)備
加工工具
1
2
3
4
割斷40×40原料至80mm長
鉆7-φ8.7孔
攻螺紋至7-M10×1.75孔
去毛刺并檢查
#68切割機床
#66鉆床
#66鉆床
#7磨床
#68-1砂輪切割機
#66-4搖臂鉆床
#66-4搖臂鉆床
#7-84研磨滾筒
5
4
3
量規(guī)
絲錐，2個出屑槽
機用長錐柄
-----------------------
M10-1.75
8.7mm
T-1120-2-2檢驗夾具
T-1120-2-1鉆模
T-1120-2-1鉆模
工序號
工藝裝備
尺寸
特殊工具序號
圖13-23 零件圖和生產(chǎn)計劃
七、復(fù)習(xí)
1. 槽式和箱式鉆模的用途是什么？
2. 封閉式鉆模的最基本形式是什么？
3. 為什么定位元件必須被退切？
4. 當(dāng)定位元件用來夾緊時，怎樣才能防止夾緊元件處于極限位置時仍無法夾緊零件？
5. 為什么螺釘必須低于夾具表面安裝在沉孔中？
6. 為什么設(shè)計者應(yīng)該規(guī)定定位器軸肩的長度大于槽的厚度？
7. 如果不移動零件在箱式鉆模中的位置可以加工幾個零件表面？
8. 應(yīng)該采用什么方法來定位平直的矩形零件？
9. 最簡單的安全裝置是什么？
10. 為什么葉片是用來安裝鉆模的最后地方？
11. 應(yīng)該如何設(shè)計鉆模外形來加工傾斜孔？
第十三章 槽式和箱式鉆模
第十四單元 虎鉗口鉆模和夾具
一、目的：
在完成這一單元以后，學(xué)生應(yīng)該可以：
·分析零件數(shù)據(jù)并確定適當(dāng)?shù)膴A具設(shè)計方案。
·確定指定樣本零件的定位、支承、夾緊方案，以及細(xì)節(jié)部分。
·為指定的樣本零件設(shè)計一個虎鉗口鉆模和一個虎鉗口夾具。
二、機床虎鉗
虎鉗口鉆模和夾具是裝夾裝置的最簡單最基本的形式。這些夾具的適應(yīng)性、通用性和經(jīng)濟性使它們成為現(xiàn)代化生產(chǎn)中最高效最經(jīng)濟的夾具之一。
這些鉆模和夾具使用的基本元件是機床虎鉗（圖14-1）。設(shè)計虎鉗口鉆模和夾具取代標(biāo)準(zhǔn)虎鉗。這允許機床虎鉗作為裝夾任何一種不同類型零件的專用夾具來使用，并且可以用一個專用鉗夾方便的裝夾每個零件。這樣做不僅可以節(jié)省制造專用夾具的時間，還可以大大降低夾具的成本。某些機床虎鉗的變體可以促進(jìn)增加它的用途，如圖14-2所示。
圖14-1 標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)底機床虎鉗
三、在虎鉗口夾具中定位零件
完成零件在虎鉗口夾具中定位的方式與零件在其類型夾具中定位的方式相同。幾乎每種在這篇文章中討論過的定位設(shè)備和定位方法都能用在虎鉗口夾具上。
使用這種類型夾具的唯一限制是零件的大小和虎鉗的容量。通常，只要零件適合用虎鉗裝夾，虎鉗口鉆模和夾具就能使用。
（一）銷和塊的定位
最普通的定位工件的方法是用銷和塊。利用這種方法，零件既可以用它外表面的棱定位又可以用它的孔定位，如圖14-3所示。為了維持要求的可重復(fù)性，相對于固定鉗爪放置定位元件以防任何由于移動可動鉗爪而引起的不重合是一個好習(xí)慣。
圖14-2 標(biāo)準(zhǔn)虎鉗的變化
圖14-3 銷或塊定位
（二）模具定位
沒有孔或加工過的棱的零件的定位基準(zhǔn)有時可以用模具來定位。模具式定位器既可以通過機械加工制造又可以通過鑄造方法制造。
零件
機械加工的模具通常用于定位沒有任何復(fù)雜細(xì)節(jié)部分的對稱零件。這種式樣用于零件輪廓可以容易地用標(biāo)準(zhǔn)刀具加工出來的地方，如圖14-4所示。因為制造模具十分消耗時間，成本也高，機械加工的模具通常受到用于長期生產(chǎn)運行的刀具的限制。
圖14-4 機械制造模具
鑄造模具通常用于定位不對稱零件或有復(fù)雜細(xì)節(jié)部分的零件，如圖14-5所示。塑料、環(huán)氧樹脂或低熔點合金是用于制造這種模具的材料。
零件
圖14-5 鑄造模具
型殼
塑料混合物
零件
塑料或環(huán)氧樹脂制造的模具通常用于短期生產(chǎn)工作或加工特殊形狀的同一類零件。這些材料在低溫下混合并澆注到型殼中。涂上防粘劑的零件壓入兩個型殼之中，然后放置在旁邊直到混合物變硬為止，如圖14-6所示。磨碎的玻璃、金屬屑或磨碎的胡桃殼有時作為添加劑被加入混合物中。這些材料還能提高塑料的耐磨性。
圖14-6 塑料混合物鑄造
低熔點合金制造的模具，比如鉍，要求一個略有不同的加工過程。在制造這種類型的模具時，零件懸掛于鑄型內(nèi)部，如圖14-7所示。為了提高
耐磨性，在澆注熔融的金屬液前，型腔可用已定形的滾珠軸承填滿。這些合金的熔點在147℃到227℃之間。
用于制造夾具的低熔點合金的缺點是融化合金的設(shè)備的成本太高。它們相對于其它鑄造材料的優(yōu)點是當(dāng)夾具不再被需要使用時可以熔化回收。
圖14-7 低熔點合金鑄造
四、虎鉗口鉆模設(shè)計
設(shè)計一個虎鉗口鉆模需要一些時間。所需的一切是一個合適的定位零件的設(shè)備并相對夾具側(cè)向壓力支撐它。這類夾具的鉆套定位會出現(xiàn)一些問題。
φ.31~.32兩孔
公差：.xx±.015/.xxx±.005
明細(xì)欄
序號
數(shù)量
尺寸
材料
1
500
.38×.75×17.75
1020
序號
日期
修改
設(shè)備
名稱
支撐桿
制圖
檢查
審核
日期
材料
比例
公差 .xx±.015 角度
.xxx±.005 ±0°-30′
除特