0345-連桿零件機械加工工藝與鉆孔夾具設計【全套8張CAD圖】

0345-連桿零件機械加工工藝與鉆孔夾具設計【全套8張CAD圖】,全套8張CAD圖,連桿,零件,機械,加工,工藝,鉆孔,夾具,設計,全套,cad 連桿孔加工工藝與夾具設計 連桿孔加工工藝與夾具設計 第1章 課程設計 1.1零件分析 一、整體零件分析： 如圖1-1所示的連桿零件，材料為QT40-17，毛坯為精鑄件，要在其右側鉆M8的通孔，要求設計大批量生產時（10000件/年）所需的鉆夾具 圖1-1 連桿零件圖 零件分析：此零件為一連桿，它的各個尺寸如上圖所示,總的長度方向上的尺寸為100mm，高度方向總尺寸為32mm，寬度方向為30 mm，本次主要是對連桿右端φ8 mm孔的加工進行設計，孔通常都采用鉆床進行加工，所以本次設計的主要任務是在其它各個部位都已加工好的前提條件下，運用鉆床夾具的有關知識來設計加工左孔的夾具。 1.2 定位基準的選擇 使用夾具安裝工件時，首先要使工件在夾具中占有正確的位置，即工件的定位。通過工件的定位，使得每一個被加工的工件重復放置到夾具體中都能準確占據由定位元件規(guī)定的同一個位置，對一批工件來說，每個工件放置到夾具中都能準確占據同一位置。 一、定位原理 工件的定位就是采取適當的約束措施來限制工件的某些自由度，使得工件在該方向上有確定的位置。即沿三個互相垂直的坐標軸的移動自由度，以及圍繞這三個坐標軸的轉動自由度，如圖2-1所示。用適當分布的六個約束點限制工件的六個自由度，稱為六點定位。 圖2-1 物體在空間具有六個自由度 工件在夾具中定位時，往往是利用工件上的幾個表面與夾具體上的幾個定位元件相接觸，來限制工件的幾個自由度。 具體的定位可能有以下兩種情況： ㈠　正常的定位情況 根據工件的加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被正確的定位情況。它可以是完全定位，也可以是不完全定位。 若需要將工件的六個自由度全部限制，定位時正好限制了六個自由度，則為完全定位。 若需要限制的自由度少于六個，定位時正好限制了這幾個自由度，則為不完全定位。 ㈡　非正常的定位情況 包括欠定位和過定位（或者重復定位），欠定位是要限制的自由度沒有被全部限制的情況，過定位就是某個自由度被兩個或者是兩個以上的約束重復限制了的情況。 欠定位不能保證位置精度，是不允許的。 過定位一般是不允許的，因為它可能會造成一些不良的后果，如工件與定位元件的接觸點不穩(wěn)定，使一批工件的位置一致性較差；會增加工件及夾具的夾緊變形；也可能導致部分工件不能順利地與定位元件接觸來實現定位。因此，通常應該采取措施避免過定位。但有時采用這種形式的定位也有一定的好處，這是只要工件定位基準和夾具定位元件都具有較高的形狀和位置精度，過定位是允許的。 二、選擇合理的定位基準 ㈠　定位基準必須與工藝基準重合，并盡量與設計基準重合，以減小定位誤差，獲得最大加工允許，降低夾具制造精度。當定位基準與工藝基準或設計基準不重合時，需進行必要的加工尺寸及其允差的換算。 2 擇工件上最大的平面，最長的圓柱面或圓柱軸線為定位基準，以提高定位精度，并使定位穩(wěn)定、可靠。 3 擇定位元件時，要防止出現超定位現象。 4 工件各加工工序中，力求采用同一基準，并避免因基準更換而降低工件各表面相互位置的準確度。 5 　鑄、鍛件以毛坯面作為第一道工序的基準時，應選擇比較光滑的表面作基準面，避開冒口、澆口或分型面等凸起的不平整的部位。 圖2-2 定位基準與夾緊方案圖 根據定位原理以及選擇定位基準的注意點，綜合連桿結構的特點，連桿的定位方式如圖2-2所示，選擇可以限制連桿左右移動的定位元件，鉆的孔為一通孔，并且這個孔又為一個中心孔，因此我們不需要完全限制工件六個自由度，我們可以忽略工件孔軸線方向上的上下兩個自由度以及繞著孔軸線的旋轉的兩個自由度。只要限制工件左右方向上的自由度，所以連桿上下方向的約束可以解除，但是由于要加工為右面的孔，它與底座有一定的距離，為了鉆夾方便以及能夠承受一定的力，所以要在右孔的下平面加上一個約束。，因此采用不完全定位的方案來定位以及夾緊要加工的工件即只需限制五個自由度，Z軸向的轉動在鉆孔時可以忽略。 三 主要標準件的選擇 1、六角頭螺栓 GB 5782-86 （連接本體的標準元件） 螺紋規(guī)格： d=M 6 ，公稱長度L= 30 mm， K=5mm, e=10.89mm, S=9.64mm 性能等級為8.8級， 表面氧化，A級 技術條件：1）材料 鋼 2）螺紋公差 6g（GB196-81，GB197-8 3）機械性能 d〈=39；8.8、10.9級；d 〉39；按協議（GB3098.1-82） 4）公差 產品等級A級用d〈 24和l〈 10d或〈=150mm（按較小值）；產品等B級，用于d 〉24 和l 〉10d或150mm（按較小值）（GB3103.1-82） 5）表面處理 氧化：鍍鋅鈍化（GB5267-85） 6）表面缺陷 按GB5779.1-86） 2、圓柱銷 GB 119-C4×30 規(guī)格尺寸： 公稱直徑 d=4mm，長度L=30mm， 材料為35鋼，熱處理硬度28~38 HRC， 表面氧化處理的 C型 技術條件：按GB 121-86的規(guī)定 3、 移動壓板：A10×80 GB/T2175 規(guī)格尺寸： 公稱直徑=10mm，L=80mm的A型移動壓板 L=80mm B=30mm H=16mm l=36mm l1=17mm b=11mm B1=10mm 配螺紋d：M10 技術條件：1）材料 45鋼 按GB699的規(guī)定 2）熱處理 35~40HRC 3）其他技術條件 按GB/T2259的規(guī)定 3、六角頭螺栓 GB5782-86-M6×40 技術條件同零件1 規(guī)格尺寸： d=M6 公稱長度L= 26 mm，性能等級8.8級表面氧化 A級 e=11.05mm K=4.25mm S=9.64mm 4夾具本體： 1） 一般要求：有足夠的剛度和強度，較輕的重量；安裝穩(wěn)定，保證裝卸工件方便，工藝性好，便于清理切屑和贓物 2） 本體構形 本設計采用的是半封閉式的，且是型材和型材用標準元件連接的本體。 3） 外形尺寸 本設計參考有關結構尺寸的經驗數據，設計尺寸如下： 壁厚h=25mm ； 長：343mm； 寬131mm 4） 座耳尺寸 查得： d=8mm D=10mm D1=20mm L=16mm 5、 開槽半沉頭螺釘：GB69-M4×16 規(guī)格尺寸 d=M4 公稱長度L=16mm，性能等級為4.8，不經表面處理 a=1.4m K=2.7mm t=1.6mm L=16mm f=1mm， 技術條件 1）材料 鋼 2）螺紋公差：6g（GB196-81 GB197-81） 3）機械性能 4.8，5.8級（GB3098.1-820 4）公差 產品等級A級（GB3103.1-82） 5）表面處理 不經處理，鍍鋅鈍化（GB5267-85） 6）表面缺陷 按GB5779.1-86 6、 支承板 A20×30 GB/T2236 規(guī)格尺寸 H=20mm L=30mm A型 B=12mm l=7.5mm A=15mm d=4.5mm d1=8mm h=3mm 孔數n=2 技術條件 1）材料 T8按GB1298的規(guī)定 2）熱處理　　55～60HRC 3）其他技術條件 按GB/T2259的規(guī)定 8、六角頭螺栓 GB5782-86-M6×112 技術條件同零件1 規(guī)格尺寸同零件4 9、移動V型塊 A32 GB/T2211 規(guī)格尺寸 N=32mm A型 D=30mm B=42mm H=16mm L=55mm l=16mm l1=13mm b1=13mm b2=24mm b3=10mm 相配件d=M16 技術條件 1） 材料 20鋼按GB699的規(guī)定 2） 熱處理 滲碳深度 0.8~1.2mm，58~64HRC 3） 其他技術條件 按GB/T2259 10、鉆套螺釘 M6×4 GB/T22 規(guī)格尺寸 d=M6 L1=4mm d1=9.5mm D=16mm L=18mm L0=10mm n=1.5 t=2mm 技術條件 1） 材料 45鋼 按GB699的規(guī)定 2） 熱處理 35~40HRC 3）其他技術條件 按GB/T2259的規(guī)定 11、可換鉆套 10F7×15k6×16 GB/T2264 規(guī)格尺寸 d=10mm 公差帶F7 D=15 D1=26mm D2=22mm H=16mm h=10mm h1=4mm r=18mm m=9mm t=0.008 配螺釘M6 技術條件 1）材料 d〈26mm，T10A按GB1298的規(guī)定 2）熱處理 T10A為58~64HRC，20鋼滲碳深度為0.8~1.2mm，58~64HRC 3）其他技術條件 GB/T2259的規(guī)定 12、鉆套用襯套 A15×16 GB/T2263 規(guī)格尺寸 d=15mm H=16mm F7極限偏差 D=22 D1=26mm t=0.012 技術條件 1）材料 d〈26mm T10A按GB1298的規(guī)定 2）熱處理 T10A為58~64 HRC，20鋼滲碳深度0.8~1.2mm，58~64HRC 3）其他技術條件 按GB/TT2259的規(guī)定 13、雙頭螺柱 GB900-BYM10-M10×50 -8.8-Zn 規(guī)格尺寸： 旋入機體一端為過盈配合螺紋，旋螺母的一端為粗牙普通螺紋，d=10mm l=50mm，性能等級為8.8級，鍍鋅鈍化，B型Bm=2的雙頭螺柱 Bm=16mm Ds=8mm 技術條件 1）材料 鋼 2）螺紋公差 普通螺紋公差6g 3）機械性能 4.8，5.8，6.8，8.8，10.9 ，12.9級（GB3098.1-82） 4）公差 產品等級B級（GB3103.1-820 5）表面處理 不經處理，氧化，鍍鋅鈍化 6）表面缺陷 按GB5779.1-86 GB5779.3-86 1.3夾具設計 1.3.1 鉆床夾具的特點 各種鉆床所使用的夾具，通常稱為鉆具或鉆模。使用鉆具的工序，一般是用鉆頭、惚刀、鉸倒和絲錐等刀具來進行加工的。在大多數情況下，加工工程的特點是刀具和機床主軸一起做旋轉運動和送給運動，而工件和鉆具則固定不動。因此，工件少年宮被加工孔是與刀具旋轉軸線同心的，其位置分布可以是同軸線的一些表面，也可以是不同軸線的互相平行或成任意角度的表面。 針對我們所要加工的工件為一個孔，因此要選擇使用鉆床進行加工。本章的重點就是設計在鉆床上所使用的夾具。 ㈠　機床夾具的組成 夾具的基本組成有以下幾個部分： ⒈定位元件及定位裝置 用于確定工件在夾具中的正確位置。 ⒉夾緊元件及夾緊裝置 用于夾緊工件，保持工件定位后的位置在加工過程中不變。 ⒊導向或對刀元件 用于確定夾具與刀具的相對位置。如鉆夾具中的鉆套等。 ⒋夾具體 用于將各種元件、裝置安裝。 ⒌其它元件及裝置 根據加工需求而設置的其它元件或裝置。 ㈡　本次夾具設計的主要特點： 鉆具作為生產上應用的最廣泛的機床夾具，型式特多，這主要是由于被加工孔的位置相對與定位基準來說，比較分散的而且?guī)缀侮P系變化較多所決定的，其夾具設計的主要特點和要求有： ⒈　正確選擇鉆具的結構型式 鉆具的結構型式主要是根據工件的形狀和尺寸大小、被加工孔相對于定位基準的位置 被加工能夠孔的數目、精度要求以及工件生產的批量大小所決定的。 按照工序進行過程中鉆具在機床上的位置變化情況，鉆具分為以下幾類： ⑴固定式鉆具——多用為大型鉆具；被加工表面軸線相同，或相平行，鉆具需要，固定在機床工作臺上的情況；本次設計所采用的即是此類型。 ⑵移動式鉆具——多用個被加工表面的軸線平行，用鉆具移動來變換工位的情況。 ⑶翻轉式鉆具——用于方向不同的幾個孔，整個鉆具可以翻轉的情況。 ⑷回轉式鉆具——用于加工方向不同的幾個孔，工件裝在鉆具的回轉部分相對于鉆具底座可以轉動或分度。 ⒉　為保證被加工表面的位置精度，除了鉆套應有較高的精度要求外，還應正確選擇引導方式和鉆套的結構型式。 鉆具的作用主要是使工件被加工表面的軸線位于機床主軸軸線的方向上，并保持刀具的旋轉對工件的定位基準有正確的相互位置。 為了實現這一作用鉆具上通常都有鉆套，以確定刀具和夾具的相互位置，并用定位件和夾緊件來確定工件在夾具上的位置，鉆套則安裝在與本體相連的鉆模板上，是鉆套在夾具上的位置得以確定。因此，鉆套與鉆模板都是鉆具特有的元件。各鉆套之間的相互位置，影響著加工表面之間的相互位置精度。鉆套相對于定位表面的位置則影響著各被加工表面對于定位基準的位置精度。正因為鉆套對于所加工孔的精度有直接的影響，所以在設計時都特別注意它的位置精度，并妥當選擇鉆套的結構型式，一般而言鉆套的基本類型有：固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套、回轉導套以及特殊鉆套。在本設計中我們采用的可換鉆套，它便于在鉆套磨損后，可以迅速更換。且適合大批量生產。另外，還應注意鉆套和刀具的配合精度，進行誤差分析和計算，以保證工件原始尺寸公差的要求。 而鉆模板的結構形式主要有：整體式、固定式、可卸式、鉸鏈式、懸掛式、滑柱式，本設計中選用的是固定式，它和鉆模家具體的聯結采用的是銷釘定位，用螺釘緊固成一整體，結構剛度好，加工孔的位置精度較高。在使用鉆具的工序中，刀具的軸線一般都與機床工作臺垂直，故鉆具上應有垂直與鉆套軸線的底平面，使鉆具能穩(wěn)定地安放在機床的工作臺上，以保證被加工孔的正確方向并承受軸向切削力。 ⒊　要注意裝卸工件方便，安裝無誤，便于排屑與冷卻刀具。 ⑴ 應是切屑能靠自身的重量或靠其運動是所具有的離心力無障礙地離開鉆具。 ⑵有是可以在鉆具本體壁上開窗口或通槽以利于切屑的通過和排除。 ⑶切屑通過的地方邊面要平整，光潔度一般為。 ⑷避免有切屑不易通過的內部棱角和凸臺等。 ⑸定位面和安裝面應略高于周圍的平面，這樣，周圍即使有切屑存在，也不致于影響工件的正確定位和安裝。 ⑹ 定位面和安裝面的面積不必太大，只要能穩(wěn)定地支持工件和夾具即可。 ⑺ 配合表面的根部轉接處，應開有空刀槽，這樣既可密合也可便于清除殘存的切屑。 ⑻ 鉆具上應有清除切屑所需要的操作空間，便于工人進行清除。 ⒋　當鉆斜孔、盲孔、沉頭孔是，為了保證深度公差，在鉆具上需對刀面。一般可利用帶臺鉆套的端面或設置專用對刀塊及支承銷等。 ⒌　由于鉆孔或鉆、鉸孔工序的激動時間一般較短，所以要盡可能采用快速夾緊裝置，以縮短輔助時間。 ⒍　夾緊裝置的安排要恰當，使鉆?；蚨ㄎ讳N不因彎曲力矩而影響加工的精度 如圖a所示的鉆具，壓緊螺釘設在鉸鏈式鉆模板上（右端插銷拔出后可以打開鉆模板），雖然這種夾緊機構比較簡單，但夾緊是鉆模板要發(fā)生彎曲變形，會影響加工孔的位置精度，并且還會發(fā)生鉆套卡住刀具的現象，所以不能設計成這樣。 如圖b所示是將上圖A-A截面中的夾緊螺釘改成裝在鉆具底座上的壓板，這可避免上圖的缺點。 圖a（左） 圖b（右） ⒎　由于刀具相對于鉆具的位置是由鉆套來確定的，故當切屑扭拒不大時，鉆具可以不與機床的工作臺固定。 ⒏　對于位置精度要求較高的孔，應采用半箱式或箱式鉆具。因為這一類鉆具中，鉆套相對定位表面無活動環(huán)節(jié)，因此，可保證被加工孔有較高的位置精度。 這種鉆具的優(yōu)點是：鉆模板與夾具的相對位置在加工過程中不會改變，因此被加工孔的位置精度較高。 ⒐　工件孔距公差較小（一般不大于0.05毫米）是，應采用固定鉆套（即不宜采用快換鉆套），此時鉆頭和絞刀應采用同一尺寸的后引導，分別與固定鉆套孔相配，并嚴格控制其配合間隙，以保證工件的孔距公差。 1.3.2 定位方法及其定位元件 定位方法和定位元件的選擇，包括定位元件的結構、形狀、尺寸及布置形式等，主要決定于工件的加工要求，工件定位基準和外力的作用狀況等因素。 1 　定位方法： ⒈　平面定位以平面定位 工件以平面定位，即指工件的定位基準為平面的情況。作為定位基準的平面不可能是理想的幾何平面，而是凹凸不平的。一個平面對正確幾何平面的誤差，可以分為平面度和光潔度兩個方面。雖然表面的平面度和光潔度之間，并無絕對的數值關系，但一般情況下，光潔度愈高，平面度也愈好，因次、此可以根據光潔度來判斷表面的好壞。 根據基準表面的好壞不同，定位方法和定位件的設計原則也將不同。一般可把平面定位基準分成未經機械加工的和已經機械加工的兩類。在第二類中。光潔度的等級不同，平面的好壞還會有些差異，但相差很小，對于定位方法和定位件的設計不會引起原則性的差別。 圖3-1 連桿以平面定位示意圖 本文設計的鉆夾具的定位基準以連桿零件的左圓柱孔底部端面為基準，限制工件的三個自由度，即工件以平面定位，并且此端面是已經機械加工過的，如圖3-1所示。 工件用已經機械加工過的平面定位 工件經過機械加工后，基準平面的誤差比較小?？梢灾苯臃旁谄矫嫔隙ㄎ?。但是為了提高定位的穩(wěn)定性和定位精度，對于剛度較好，而基準面的光潔度以及平面度不是很高。輪廓尺寸又較大的工件，應將定位平面的中間部分挖低一些。對于剛度較差的工件，或基準平面的光潔度和平面度都很高時，它們之間的接觸面積可以大一些，但為了便于排除切屑，定位平面上往往開有若干窄槽。 定位平面的輪廓尺寸最好小于基準面的輪廓尺寸。否則經過長期的磨損之后定位平面上將出現不平的痕跡，以后定位工件時，可能因此造成傾斜。 ⒉　工件以外圓柱面定位及其定位元件 在第一章零件分析中提到，連桿左孔的加工，由于它是一個中心孔又是一個通孔，所以理論上只要限制它左右方向上的兩個自由度即可，由于該連桿的左右兩端都為已經加工好的圓柱面，因此最好就使用圓柱面來定位。定位方案如圖3-2所示。 圖3-2 外圓柱面定位圖 工件以外圓柱面定位時，夾具上常用的定位元件是V形塊。 圖3-3固定V形塊 圖3-4 活動V形塊 V形塊有固定式和活動式兩種，固定V形塊一般由2個定位銷和2~4個螺釘與夾具體聯結，如圖3-3所示?；顒覸形塊的應用如圖3-4中的V形塊限制了工件左右方向上的移動自由度，同時還兼有夾緊作用。 使用V形塊定位的特點是對中性好，能使工件的定位基準軸線對中在兩工作面的對稱平面上，而不受定位基準直徑誤差的影響。V形塊使用范圍廣，不論定位基準是否經過加工，是完整的圓柱面還是局部的圓弧面，都可以用它來定位。 ㈡　定位元件 定位元件的選擇原則： 1 工件定位基準與定位元件接觸或配合后，能限制住必須由其限制的工件的自由度。 2 由其產生的定位誤差最小。 3 定位表面應具有較高的尺寸精度、配合精度、表面光潔度和硬度。 4 定位元件結構應盡量簡單，便于裝卸工件。 5 具有足夠的強度和剛度。 6 無產生超定位的可能性。 7 對尺寸大的定位件表面，從結構上采取措施，在不影響定位精度的前提下，盡量減少與工件定位表面的接觸面積。 8 清除定位表面的切屑方便 定位元件分析： ⒈組成同一平面的兩個支承板 使用于光基準，支承板用螺釘緊固在夾具體上，若受力較大或支承板有移動的趨勢時，應將支承板嵌入夾具體槽內，且因為是兩個支承板，裝配后應磨平工作表面，以保證等高性。具體的零件見第一章的單個零件分析第七。 ⒉移動V型塊 在其未夾緊時可以消除一個自由度，便于取走工件。具體的零件見第一章零件分析第九。 1.3.3 定位誤差的計算 一批工件分別在夾具中定位時，各個工件所占據的位置并不完全一致。由于工件在夾具中定位不準確所引起的加工誤差，稱為定位誤差，用表示。 定位誤差主要是有基準不重合或基準位移誤差所造成。 所以如果采用試切法加工，一般不需要考慮定位誤差。在成批生產中采用調整法加工時，需要作定位誤差的分析計算。定位誤差是工件加工誤差的一部分，在分析定位方案時根據實際生產經驗，定位誤差應控制在工件對應公差的1/3～1/5以內。 定位誤差的計算可以采用幾何方法，也可以采用微分方法。幾何方法又有合成法和極限置法兩種。但不同的計算方法所得的結果相同。 按合成法計算定位誤差時，先分別算出基準不重合誤差和基準位移誤差，然后將兩者組合而得。當、時=。當、時，=。當、時，如果工序基準不在定位基準面上，則=+；如果工序基準在定位基準面上，則=，當由于基準位移和基準不重合分別引起加工尺寸作相同方向變化（即同時增大或同時減?。r，取“+”號， 而當引起加工尺寸作相反方向變化時，取“—”號 1.3.4 夾緊機構分析及夾緊力的計算 夾具上實現夾緊的夾緊機構是否正確合理，對于保證加工質量，提高生產率、減輕工人的勞動強度有很大的影響。 ㈠　工件的夾緊應滿足以下基本要求： ⒈夾緊是不能破壞工件定位時所獲得的正確位置 ⒉夾緊應可靠和適當。既要保證加工過程中工件不發(fā)生松動或振動，又不允許工件產生不適當的變形和表面損傷。 ⒊夾緊操作應方便、省力、安全。 ⒋夾緊機構的自動化程度和復雜程度應與工件的生產批量及工廠的生產條件相適應。 ⒌夾緊機構應有良好的結構工藝性，盡量使用標準件。 ㈡　對夾緊元件的要求: ⒈工件在加工過程中，能產生克服切削力所需要的夾緊力。施于夾緊元件上的力不宜過大。 ⒉不會使工件偏移正確定位的位置。 ⒊偏心輪、凸輪或斜鍥在夾緊工件后，在加工過程中應能保持自鎖，防止因切削力的作用而使夾緊失效。 ⒋與工件的接觸面積應盡量大，以避免應力集中和單位面積壓力過大。 ⒌采用螺旋夾緊時，盡量避免螺旋端面直接作用在工件上。 ⒍兩點或兩點以上同時夾緊工件的夾緊元件應設計成浮動的。 ⒎壓向工件毛坯側面的夾緊元件端部應具有與垂直平面呈7度左右的斜角。 ⒏具有必要的強度、剛度和與工件接觸表面的硬度。 本設計采用的是螺旋夾緊機構，由螺釘、螺母、螺栓或螺桿等帶有螺旋結構的元件與墊圈、壓板等組成的夾緊機構稱為螺旋夾緊機構。如圖所示本設計采用的是螺旋壓板夾緊機構。 根據受力簡圖可得： MQ=Wk×[r1tanφ1+rztan（α+φ2）] =W0 ×[r1tanφ1+rztan（α+φ2）] × L／lη0 （三）、夾緊力的計算 確定夾緊力首先應先分析夾緊力的大小、方向和作用點。它必須結合工件的結構和加工要求、定位元件的結構和布置方式、切削條件和切削力的大小等具體情況進行。 A 夾緊力方向的確定 ⒈力的方向應有利于工件的定位，而不能破壞定位。為此一般要求主夾緊力應垂直指向第一定位基準面 ⒉力的方向應盡量與工件剛度大的方向一致，以減小工件的變形。 ③夾緊力的方向應盡可能與切削力、工件重力方向一致，一減小所需要的夾緊力。 B 夾緊力作用點的選擇 ⒈力的作用點應正對支承元件或位于支承元件所形成的穩(wěn)定受力區(qū)內，以保證工件已獲得的定位不變。 ⒉力作用點應處在工件剛性較好的部位，以減小工件的夾緊變形。 ⒊力作用點和支承點應盡量靠近切削部位，以提高工件切削部位的剛度和抗振性。 ⒋力作用點應盡量使各支承處的接觸變形均勻，以減小加工誤差。 C 夾緊原則 ⒈在夾緊過程中，不至于因工件重力的影響而破壞正確定位。 ⑴確定定位方案及設置定位支承是，應盡量使工件重心位于支承范圍內，避免因支承反力與工件重力構成力偶而破壞正確定位。 ⑵工件重力與主基面或雙導向基面垂直，而工件的重心位置不在各支承范圍內，應使主要夾緊力與基準或雙導向基準垂直，并處在各支承范圍內。同時在夾具的適當位置上設置初定位件。 3 由于工件或加工等條件的限制，使主夾緊力不能與主基準或雙導向基準垂直，可在夾緊前對工件施加預夾緊力。該力應垂直于主基準或雙導向基準，并處在支承范圍內。待夾緊后可將預夾緊力撤出，并在適當位置設置初定位件。 4 重力與主基準或雙導向基準平行而與止動基準垂直時，則應在夾具的適當位置處定位件。 ⒉在夾緊過程中，夾緊力不應使已經獲得正確定位的工件脫離正確的位置 ⑴制定夾緊方案時，應盡量避免夾緊力與支承反力構成力偶。 ⑵主夾緊力的方向最好壓向主基準或雙導向基準，其作用點應在定位支承范圍內 ⑶夾緊力只能壓向導向基準時，則應合理選擇夾緊力的作用點或設置預夾緊力： ①為避免側向壓緊時工件發(fā)生轉動，側壓力作用點離側支承的垂直距離a應盡量小。 ②預壓緊力不宜太大，只要能保證工件在主夾緊力作用時不致轉動即可。 ⑷緊力處于支承范圍內，則應采取結構上的措施，使工件不脫離正確的位置： ③若兩個以上的平行夾緊力對稱分布于支承兩側，此時可以采用浮動夾緊機構，使各夾緊力同時作用于工件上。 ④若夾緊力（單個或多個）位于支承一側，可采用輔助支承。 ⒊在夾緊過程中，應使工件不產生超出表面形狀精度（如平行度、垂直度、圓柱度等）允許范圍的變形 ⑴夾緊方案時，對于剛性較差的工件，應盡量減少或避免由夾緊力而產生彎曲變形力應力求通過或靠近定位基準與定位支承的接觸面 ⑵夾緊力無法通過或靠近定位基準與定位支承的接觸面時，應在與夾緊力相對應的位置設置輔助支承 3 夾緊力作用于工件的斜面上時，若其分力能夠在工件上產生彎曲力矩，則應避免在斜面上施加夾緊力。 4 單方向夾緊所需要的夾緊力過大，致使彎曲力矩過大而造成工件變形較大時，可采用多向夾緊的方法 5 夾緊力應避免壓向超定位件 ⒋在切削過程中，應避免工件產生不能允許的振動 ⑴制定夾進方案時，對于剛性差的工件，應盡可能減少或避免由切削力而產生的振動力要盡可能靠近工件被加工表面，以減少工件的懸臂長度。 ⑵當夾緊力無法靠近工件被加工表面，而工件被加工面懸臂又較長時，可在切削過程中對工件剛性較差的部位設置輔助支承，或在輔助支承上還加一個夾緊力。 ⒌在切削過程中，切削力不應破壞工件的正確位置，并使平衡切削力所需的夾緊力最小 ⑴定夾緊方案時，切削力最好由定位支承反力平衡，盡可能避免用夾緊力及由夾緊力產生的摩擦力平衡 2 定位支承反力平衡最大切削力，此時所需要夾緊力最小 3 用夾緊力平衡最大切削力，此時所需夾緊力較大 4 用夾緊力產生的摩擦力以平衡切削力，此時所需夾緊力最大。 D 夾緊力計算 開始計算夾緊力的大小時，一般將工件視為分離體，以最不利于夾緊時的狀況為工件受力狀況，分析作用在工件上的各種力，列出工件的靜力平衡方程式，求出理論夾緊力，再乘以安全系數，作為實際所需的夾緊力。 F J=KF 式中 F J——實際所需的夾緊力，單位為N； K ——安全系數，一般取1.5到2.5； F ——由靜力平衡計算出的理論夾緊力，單位為N。 分析工件的受力情況時，除了夾緊力、切削力外，大工件還應考慮重力，運動速度較大時還必須考慮離心力和慣性力的影響。 從上圖我們可以看出由于螺旋可以看作是一斜楔繞在圓柱體上而形成的。因此可從斜楔的夾緊力計算公式直接導出螺旋夾緊力的計算公式： 式中FJ——沿螺旋軸線作用的夾緊力，單位為N； FQ——作用在扳手上的原始力，單位為N； L——原始作用力的力臂，單位為㎜； d 0——螺紋中徑，單位為㎜； α——螺紋升角，單位為（°） φ1——螺紋副的當量摩擦角，單位為（°） φ2——螺桿（或螺母）端部與壓塊的摩擦，單位為（°） r ——螺桿（或螺母）端部與工件（或壓塊）的當量摩擦半徑，單位為㎜ V型塊夾持工件鉆孔是所需的夾緊力 (四)、夾具圖上技術要求的制定 ㈠ 夾具裝配圖上應標注的尺寸和公差 ⒈夾具外形輪廓尺寸如平面圖所示，尺寸界限應在598×420mm。 ⒉保證工件定位精度的有關尺寸和公差。如定位元件與工件的配合尺寸和配合代號，各定位元件之間的位置尺寸和公差等。 ⒊保證刀具導向精度或對刀精度的有關尺寸和公差。如導向元件與刀具之間的配合尺寸和配合代號，各導向件之間、導向元件與定位元件之間的位置尺寸和公差，或者對刀用塞尺的尺寸，對刀塊工作面到定位表面之間的位置尺寸和公差。 ⒋保證夾具安裝精度的有關尺寸和公差。 ⒌其他影響工件加工精度的尺寸和公差。主要指夾具內部各組成元件之間的配合尺寸和配合代號，如本設計中的襯套與夾具體的配合應為H7/g6 ㈡ 夾具裝配圖上應標注的技術要求 ⒈鉆套軸心線對本體底面的垂直度； ⒉鉆套軸心線對定位件的同軸度或位置度； ⒊定位表面對本體底面的平行度或垂直度； ⒋活動定位件V形塊的軸心線對定位件或鉆套軸線的位置度； 1.3.5 夾具裝配圖 第2章 綜合訓練 2.1 夾具設計AutoCAD三維造型 2.1.1 夾具休及定位元件的造型 一、 三維實體造型軟硬件設備 1、 硬件：CPU至少PentiumⅡ450以上；內存64MB以上；顯卡顯存16MB以上；硬盤空余空間應在600MB以上；顯示器15英寸以上 2、 軟件：AutoCAD 2004 二、 使用步驟及實際造型 首先打開AUTOCAD繪圖工具，右擊工具欄選擇出“實體”，“實體編輯”，“繪圖”，“曲面”，“渲染”等三維視圖工具。如下圖所示： 1、 設置圖形界限 命令：limits↓ 指定左下角點或［開（ON）/關（OFF）］〈0.0000，0.0000〉：↓ 指定右上角點〈420.0000，297.00000〉：598，420↓ 2、 生成底座（如圖所示） 命令：Box↓ 指定長方體的角點或［中心點（CE）］〈0，0，0〉：↓ 指定角點［立方體（C）/長度（L）］：343，131，25↓ 命令：Box↓ 指定長方體的角點或［中心點（CE）］〈0，0，0〉：10，0，0↓ 指定角點［立方體（C）/長度（L）］：310，131，8↓ 命令：Box↓ 指定長方體的角點或［中心點（CE）］〈0，0，0〉：120，0，0↓ 指定角點［立方體（C）/長度（L）］：150，130，15↓ 命令：Cylinder↓ 指定圓柱體底面的中心點或［橢圓（E）］〈0，0，0〉：135，105，0↓ 指定圓柱體底面的半徑或［直徑（D）］：5↓ 指定圓柱體高度或［另一個圓心（C）］：20↓ 命令：Cylinder↓ 指定圓柱體底面的中心點或［橢圓（E）］〈0，0，0〉：135，80，0↓ 指定圓柱體底面的半徑或［直徑（D）］：5↓ 指定圓柱體高度或［另一個圓心（C）］：20↓ 命令：Cylinder↓ 指定圓柱體底面的中心點或［橢圓（E）］〈0，0，0〉：190，50，0↓ 指定圓柱體底面的半徑或［直徑（D）］：3↓ 指定圓柱體高度或［另一個圓心（C）］：20↓ 命令：Copy↓ 選擇對象：找到一個（選擇最小的一個圓柱體邊界） 指定基點和位移，或者［重復（M）］：＠0，30，0↓ 命令：Copy↓ 選擇對象：找到一個（選擇最小的一個圓柱體邊界） 指定基點和位移，或者［重復（M）］：＠30，30，0↓ 命令：Copy↓ 選擇對象：找到一個（選擇最小的一個圓柱體邊界） 指定基點和位移，或者［重復（M）］：＠30，0，0↓ 命令：Subtract↓ 選擇要從中刪除的實體或面域 選擇對象：找到一個 （選擇最大的長方體邊界） 選擇對象：↓ 選擇要刪除的實體或面域 選擇對象：找到4個 （選擇其余的兩個長方體和六個圓柱體邊界） 選擇對象：↓ 命令：Fillet↓ 選擇第一個對象或［多段線（P）半徑（R）修剪（T）多個（U）］：R↓ 指定圓角半徑〈0.0000〉：4↓ 選擇第一個對象或［多段線（P）半徑（R）修剪（T）多個（U）］：(選擇需要倒角的兩條邊) 輸入倒角半徑〈4.0000〉：↓ 選擇邊或［鏈（C）/半徑（R）］：↓ 命令：Box↓ 指定長方體的角點或［中心點（CE）］〈0，0，0〉：15，10，20↓ 指定角點［立方體（C）/長度（L）］：50，120，110↓ 命令：Box↓ 指定長方體的角點或［中心點（CE）］〈0，0，0〉：40，10，42↓ 指定角點［立方體（C）/長度（L）］：65，120，56↓ 選擇要從中刪除的實體或面域 選擇對象：找到1個（選擇最大的長方體邊界） 選擇對象：↓ 選擇要刪除的實體或面域 選擇對象：找到1個 （選擇小長方體邊界） 單擊工具條上的原點UCS 指定新原點〈0，0，0〉：＠15，10，110↓ 命令：Rectang ↓ 指定第一個角點或［倒角（C）/標高（E）/圓角（F）/厚度（T）/寬度（W）］：15，10↓ 指定另一個角點或［尺寸（D）］：＠35，110 命令：Circle ↓ 指定圓的圓心或［三點（3P）/兩點（2P）/相切、相切、半徑（T）］：76，75 指定圓的半徑或［直徑（D）］：20 ↓ 命令：Line↓ 指定第一點：35，16 指定下一點或［放棄（U）］：（選擇與圓的切點） 命令：Trim↓ 選擇對象：找到4個 （選擇矩形框、圓、直線） 選擇要修剪的對象，或按住Shift鍵選擇要延伸的對象，或［投影（P）/邊（E）/放棄（U）］：找到一個 修改→對象→多段線→Pedit 選擇多段線或［多條（U）］：（選擇剛剛修剪后的任意一條線） 是否將其轉化為多段線？〈Y〉Y↓ 輸入選項［閉合（C）/合并（J）/寬度（W）/編輯頂點（E）/擬合（F）/樣條曲線（S）/非曲線化（D）/線性生成（L）/放棄（U）］：J↓ 選擇對象：找到3個 （選擇剩下的另三條線） 命令：Extrude↓ 選擇對象：（選擇剛生成的多段線）↓ 選擇對象：↓ 指定拉伸高度或［路徑（P）］：15↓ 拉伸傾斜角 3、 生成V型鐵 單擊工具條上的原點UCS 指定新原點〈0，0，0〉：＠0，0，90↓ 命令：PLine↓ 指定第一點：0，30，14↓ 指定下一點或［圓?。ˋ）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠56，30，22↓ 指定下一點或［圓?。ˋ）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠0，8，0↓ 指定下一點或［圓弧（A）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠-16，12，0↓ 指定下一點或［圓弧（A）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠-5，10，0↓ 指定下一點或［圓?。ˋ）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠0，10，0↓ 指定下一點或［圓弧（A）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠5，0，0↓ 指定下一點或［圓?。ˋ）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠16，12，0↓ 指定下一點或［圓?。ˋ）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠0，8，0↓ 指定下一點或［圓弧（A）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠-56，0，0↓ 指定下一點或［圓?。ˋ）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：C↓ 命令：Extrude↓ 選擇對象：（選擇多段線）↓ 選擇對象：↓ 指定拉伸高度或［路徑（P）］：14↓ 拉伸傾斜角度〈0〉：↓ 命令：Box↓ 指定長方體的角點或［中心點（CE）］〈0，0，0〉：↓ 指定角點［立方體（C）/長度（L）］：6，46，65↓ 命令：Cylinder↓ 指定圓柱體底面的中心點或［橢圓（E）］〈0，0，0〉：0，18，8↓ 指定圓柱體底面的半徑或［直徑（D）］：3↓ 指定圓柱體高度或［另一個圓心（C）］：C↓ 指定圓心：6，18，0↓ 命令：Copy↓ 選擇對象：找到一個（選擇最小的一個圓柱體邊界） 指定基點和位移，或者［重復（M）］：＠0，30，0↓ 命令：Copy↓ 選擇對象：找到一個（選擇最小的一個圓柱體邊界） 指定基點和位移，或者［重復（M）］：＠30，30，0↓ 命令：Copy↓ 選擇對象：找到一個（選擇最小的一個圓柱體邊界） 指定基點和位移，或者［重復（M）］：＠30，0，0↓ 命令：Subtract↓ 選擇要從中刪除的實體或面域 選擇對象：找到一個 （選擇大的長方體邊界） 選擇對象：↓ 選擇要刪除的實體或面域 選擇對象：找到4個 （選擇四個小圓柱體） 選擇對象：↓ 命令：Move↓ 選擇對象：找到1個 （選擇差集后的實體） 選擇對象：↓ 指定基點或位移：（捕捉實體右下角的點） 指定位移第二點或〈用第一點作位移〉：＠10，36，9↓ 命令：Union↓ 選擇對象：找到2個 （選擇差集后的兩個實體） 選擇對象：↓ 4、 生成鉆套與鉆套螺釘 ⑴從二維中把圖形復制過來用修改→對象→多段線→Pedit生成多段線，使鉆套左邊的多段線用Revolve命令使其繞軸線旋轉180°，鉆套的右邊的多段線也用Revolve命令使其繞軸線旋轉180° ⑵鉆套螺釘也從二維中復制過來用修改→對象→多段線→Pedit生成多段線，使鉆套繞軸線旋轉360° ⑶然后畫一個兩毫米高的小長方體，使其與與表面相交，并用Subtract命令，將小長方體減去，使上端形成小凹槽。 5． 、生成工件 X軸旋轉UCS 指定繞X軸旋轉角度〈90〉：↓ 命令：PLine↓ 指定第一點：-4，0，0↓ 指定下一點或［圓弧（A）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠-8，0，↓ 指定下一點或［圓?。ˋ）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠A↓ 指定圓弧的端點或［角度（A）/圓心（CE）/方向（D）/半寬（H）/直線（L）/半徑（R）/第二個點（S）/放棄（U）/寬度（W）］：R↓ 指定圓弧的半徑：15↓ 指定圓弧的端點或［角度（A）］：＠0，18↓ 指定圓弧的端點或［角度（A）/圓心（CE）/方向（D）/半寬（H）/直線（L）/半徑（R）/第二個點（S）/放棄（U）/寬度（W）］：L↓ 指定下一點或［圓?。ˋ）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠8，0，↓ 指定下一點或［圓?。ˋ）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：C↓ 命令：Line↓（中心軸） 指定第一點：0，-3↓ 指定下一點或［放棄（U）］：＠0，24↓ 命令：Revolve↓ 選擇對象：找到1個 （選擇多段線） 定義軸依照［對象（O）/X軸（X）/Y軸（Y）］：（捕捉直線的一個端點） 指定軸端點：（捕捉直線的另一個端點） 指定旋轉角度〈360〉：↓ 命令：PLine↓ 指定第一點：96，0，0↓ 指定下一點或［圓弧（A）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠14，0，↓ 指定下一點或［圓?。ˋ）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠A↓ 指定圓弧的端點或［角度（A）/圓心（CE）/方向（D）/半寬（H）/直線（L）/半徑（R）/第二個點（S）/放棄（U）/寬度（W）］：R↓ 指定圓弧的半徑：15↓ 指定圓弧的端點或［角度（A）］：＠0，12↓ 指定圓弧的端點或［角度（A）/圓心（CE）/方向（D）/半寬（H）/直線（L）/半徑（R）/第二個點（S）/放棄（U）/寬度（W）］：L↓ 指定下一點或［圓弧（A）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：＠14，0，↓ 指定下一點或［圓?。ˋ）/閉合（C）/半寬（H）/長度（L）/放棄（U）/寬度（W）］：C↓ 命令：Line↓（中心軸） 指定第一點：100，-3↓ 指定下一點或［放棄（U）］：＠0，18↓ 命令：Revolve↓ 選擇對象：找到1個 （選擇多段線） 定義軸依照［對象（O）/X軸（X）/Y軸（Y）］：（捕捉直線的一個端點） 指定軸端點：（捕捉直線的另一個端點） 指定旋轉角度〈360〉：↓ 命令：Box↓ 指定長方體的角點或［中心點（CE）］〈0，0，0〉：↓ 指定角點［立方體（C）/長度（L）］：35.5，8，8↓ 命令：Box↓ 指定長方體的角點或［中心點（CE）］〈0，0，0〉：35.5，0，0↓ 指定角點［立方體（C）/長度（L）］：＠42，8，8↓ X軸旋轉UCS 指定繞X軸旋轉角度〈90〉：↓ 命令：Rotate↓ 選擇對象：找到1個 （選擇L=42的長方體） 指定基點：（捕捉此長方體左下邊的中點） 指定旋轉角度或［參照（R）］：30↓ 命令：Union↓ 選擇對象：找到2個 （選擇兩個長方體） 選擇對象：↓ 命令：Union↓ 選擇對象：找到3個 （選擇并集后的合成體和兩個旋轉后的實體） 選擇對象：↓ 命令：Move↓ 指定基點或位移：（捕捉右邊旋轉實體下端面與中心軸的交點） 指定位移的第二點或〈用第一點做位移〉：175，75，41↓ 2.1.2 夾緊元件三維實體造型 一、壓塊三維造型 壓塊為回轉體零件，其造型方法與步驟以及使用命令和部分定位件或導向件的三維造型基本相似，這里不在重復敘述，僅給出半平面圖形和三維實體造型效果，如圖4-1，4-2所示。 圖4-1 壓塊平面圖 圖4-2 壓塊 二、壓緊連接螺桿三維造型 壓緊連接螺桿同樣為回轉體零件，其造型方法與步驟同上，不在重復講述，同樣給出平面圖形和三維實體效果如圖4-3，4-4所示。 圖4-3 平面圖 圖4-4實體圖 根據螺桿的參數，生成一個寬、高與壓緊面相匹配的長條體，如圖4-5。確定位置后使用布爾差集運算，即用螺桿本體差去長條的到螺桿的三維實體模型，如圖4-6。 圖4-5 圖4-6 螺桿實體 三、手柄螺母的三維造型 手柄螺母的造型步驟： 1、畫出手柄螺母的平面圖形并生成面域 根據設計尺寸畫出手柄螺母的平面視圖，其中有一個與夾具體連接用的手柄、一個連接手柄用凸臺和一個螺母，將以上的三個圖形元素，全部生成面域，如圖4-7.、8、9所示。 2、拉伸 使用拉伸命令（Extrude ）將以上圖形元素拉伸。如圖4-10、11、12所示。 圖4-7 手柄平面圖 圖4-8 螺母平面圖 圖4-9凸臺平面圖 4-10 螺母實體 圖4-11 手柄 圖 4-12凸臺實體圖 3、將螺母、手柄、凸臺進行布爾并集（Union ）運算，并對交接部分使用Fillet（）倒圓角。得出手柄螺母三維實體如圖所示 。 2.1.3 夾具體三維實體造型及實體造型裝配圖 夾具體由于結構簡單、單一，根據設計參數主要通過CAD中基本三維實體的布爾并集、差集來完成。布爾運算在前面的章節(jié)中我們已經說明。為此，夾具體的三維造型過程省去，僅從不同角度給出夾具體的三維實體造型效果，如圖4-13所示。 圖4-13夾具體 最終生成如圖所示： 致 謝 本論文的順利完成，離不開馮樹新老師、同學和朋友的關心和幫助，在此由衷地感謝他們指導和幫助。通過這次設計我學習到了更多有關鉆夾具和孔加工工藝方面的知識，馮老師以其嚴謹求實的治學態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產生重要影響，感謝我的班主任陳老師在設計過程中的關心， 感謝各位畢業(yè)答辯老師的審批，再次向你們致以真摯的謝意！ 參考文獻： 黃鶴汀主編《機械制造裝備》 機械工業(yè)出版社 2004年 林文煥 陳本通 編著《機床夾具設計》 國防工業(yè)出版社 1987年 （美）HIRAME.GRANT編著《夾具-非標準夾緊裝置》 機械工業(yè)出版社 1985年 洛陽工學院等編 《機床夾具設計手冊》（第二版） 上?？茖W技術出版1990年 浦林祥主編《金屬切削機床夾具設計手冊》（第二版） 機械工業(yè)出版社 1995 年 魏宗光主編 《Auto CAD三維造型》 機械工業(yè)出版社 2000年 第33頁 共33頁