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茂 名 學 院
畢業(yè)設計說明書
題 目： 法蘭盤斜孔和徑向孔加工臥、斜軸
回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具的設計
英文并列題目: The Design of the Rotary-Drilling Fixture of the Horizontal and Inclined Shaft about Flange of the Slanting-Holes and Radial Holes Machining
學院 機電工程學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化
班級 機電04-2班 學生 廖志華
指導教師（職稱） 王安民 (教授)
完成時間 2008年 3月 17日至 2008年 6月 15日
Ⅰ
系主任
批準日期
茂 名 學 院
畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書
機電工程 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 機電04－2 班 學生 廖志華
一、畢業(yè)設計(論文)課題 法蘭盤斜孔和徑向孔加工回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具設計
二、畢業(yè)設計(論文)工作自 2008年 3 月 17日起至 2008 年 6 月 20 日止
三、畢業(yè)設計(論文)進行地點 茂名學院機電工程學院
四、畢業(yè)設計(論文)的內(nèi)容要求
（一）、已知條件
（1）、被加工的零件的零件圖
（2）、成批生產(chǎn)
（二）、主要內(nèi)容及要求
（1）、按要求寫出開題報告
（2）、結合課題到工廠進行畢業(yè)實習
（3）、收集國內(nèi)外有關情報資料，查閱文獻資料15篇以上
（4）、翻譯不少于5000字的英語科技文獻
（5）、研究形成總體方案
（6）、設計繪制出夾具的總裝工作圖
（7）、繪制出主要零件圖
（8）、按學校規(guī)定格式編寫出不少于20000字的設計計算說明書（含文獻綜述）
（9）、準備和參加畢業(yè)答辯。
（三）、主要參考資料：
（1）機床夾具圖冊P18~19 孟憲棟等主編 機械工業(yè)出版社
（2）巧改機床 陳榕林 張磊 編著中國農(nóng)業(yè)機械化出版社
（3）金屬切屑機床 上、下冊 顧熙賞等主編 上?？萍汲霭嫔?
（4）組合機床設計手冊 機械工業(yè)出版社
（5）機電傳動與控制 鄧星鐘等 華中理工大學出版社
（6）新編機械設計手冊 徐生 機械工業(yè)出版社
（7）機械可靠性設計 劉信主編 機械工業(yè)出版社
（8）機械設計手冊 機械工業(yè)出版社
（9）機床夾具設計 龔定安等 西安交通大學出版社
（10）機床夾具設計 李慶壽 機械工業(yè)出版社
（11）機床設計圖冊 華東五高校編 華東科技大學出版社
（12）機電一體化系統(tǒng)設計手冊 楊黎明 主編 國防工業(yè)出版社
教研室負責人
指導教師 王安民（教授）
接受設計論文任務開始執(zhí)行日期 2008 年 1 月 7 日
學生簽名
摘要
本課題是法蘭盤臥、斜軸回轉(zhuǎn)分度鉆床夾具設計，許多功能完全相同而結構工藝性不同的零件，它們的加工方法與制造成本有著很大的差別，應仔細審查零件的結構工藝性，定位基準選擇、加工方法選擇。根據(jù)零件主要表面的技術要求、生產(chǎn)類型、材料的性能、零件的結構、形狀尺寸、毛坯尺寸、毛坯情況、生產(chǎn)計劃安排及現(xiàn)有的對比，確定其最佳夾具加工方案。
本設計中，根據(jù)法蘭盤尺寸公差、形狀和位置公差、表面粗糙度、技術要求、工件材料、等要求來設計夾具過程。根據(jù)給定的生產(chǎn)量大小來確定夾具類型過程。根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)條件，充分發(fā)揮現(xiàn)場技術條件手段和技術力量的潛力來設計夾具過程。機床夾具的總體設計包括從方案制定到總裝配圖的設計的全部過程。包括確定工件的定位，選擇或設計定位元件，計算定位誤差；確定刀具的導引和對刀方式，選取或色痕跡導引元件或?qū)Φ对?；確定工件的夾緊方式，選擇或設計夾緊機構或裝置，計算夾緊力；確定夾具體及其他裝置的結構類型等。
通過合理的設計，在保證零件加工質(zhì)量前提下,提高生產(chǎn)效率,降低消耗,以取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
關鍵詞：夾具，法蘭盤，回轉(zhuǎn)分度定位
Abstract
The topic is Plectrum Technology Analysis and fixture design,.Many functionally identical nature and structure of different parts, their processing methods and the cost of manufacturing is very different, we should carefully examine parts of the structure, positioning baseline options, the processing method of choice. According to the major surface parts to the technical requirements, product type, material properties, components, the structure, shape and size, the rough size, Blank, production plans and the current contrast, we found that the best processing program.
The design, based on tolerance Plectrum size, shape and position tolerances, surface roughness, technical requirements, workpiece material, rough type, heat treatment and surface protection requirements of the design process. According to the output size to determine the process. According to the unit's first production conditions, and give full play to the scene technical means and technologies for the potential of the design process. Its object processing process analysis of the technology components of the structure analysis to determine the type of production and forms of organization. Blank design process to determine line, positioning benchmark choice. The fixture design, including programming from the general assembly to the design of the entire process. Including the identification of the workpiece positioning, choice or design positioning components, calculated positioning error; Tool to determine the right guidance and knives, Color selection or guidance components or traces of knife components; determine the workpiece clamping, choice or design or clamping devices, Clamping calculation; identify specific folder and other devices, and other types of structures.
Through rational design, quality assurance parts processing premise, improve production efficiency and reduce consumption, in order to obtain a better economic and social benefits.
Keyworks: Fixture,Flange, Rotary-Pisition.
目錄
摘要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
第二章 機床夾具設計概述 2
2.1 夾具設計概念 2
2.2 機床夾具設計說明 2
2.2.1 機床夾具設計的基本要求和步驟 2
2.2.2 機床夾具的分類和組成 3
2.2.3 工件安裝與獲得加工精度的方法 3
2.2.4 工件在夾具中的定位原理 3
2.2.5 常見定位方式及定位元件 4
2.2.6 工件在夾具中的加緊原理 4
2.2.7 確定刀具位置及鉆套的選擇 5
2.2.8 夾具總圖的繪制及標注 7
2.2.9 機床夾具總圖上尺寸的標注 8
2.2.10 機床夾具總圖上技術條件的標注 9
2.2.11 機床夾具調(diào)刀尺寸的標注 9
2.2.12 夾具定位誤差分析與計算 10
第三章 機床的夾具設計 12
3.1 研究原始資料,確定夾具的設計方案 12
3.11 夾具設計前所需的資料 12
3.12 分析工件并確定定位方案 12
3.2 確定夾具總裝配圖的設計 13
3.2.1 鉆模的分類與選擇 13
3.2.2 鉆模板的分類與選擇 13
3.2.3 鉆套的選擇與設計 14
3.2.4夾具體定位元件的確定 15
3.2.5工件定位元件的確定 16
3.2.6 回轉(zhuǎn)分度裝置及定位誤差的計算 20
3.2.7 對定分度裝置機構 22
3.2.8 定位器原理 22
3.2.9 其它零部件 23
3.2.10 夾具體 26
3.3 機床夾具的總裝配與原理 27
第四章 夾具的經(jīng)濟效益分析 29
第五章 小結 30
致謝 31
參考文獻 32
科技譯文 33
ii
第一章 緒 論
第一章 緒論
機床夾具是機械制造工藝系統(tǒng)重要的組成部分，其實現(xiàn)工件定位和夾緊； 使工件加工時相對于機床刀具有正確的位置； 以保證工件的加工精度。其質(zhì)量的高低直接影響到零件制造的質(zhì)量、工人的勞動強度、產(chǎn)品成本和生產(chǎn)率。如何設計與制造高質(zhì)量、低消耗和性能穩(wěn)定的夾具，是現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)的重要條件，也是保證機械零件質(zhì)量的關鍵因素。為保證工件某工序的加工要求，必須使工件在機床上相對刀具的切削或成形運動處于準確的相對位置。通過機床夾具的設計，提高設計、計算、分析問題和解決問題的能力，綜合運用計算機繪圖能力、表達技術問題的能力以及開拓創(chuàng)新的能力等。通過本夾緊機構的設計進而掌握一般機床夾具的一般方法、步驟和技巧，從而達到掌握一般機械的設計方法和技巧，綜合運用所學的知識來解決工程實際問題。
該機床夾具畢業(yè)設計是學完了《機械制造工藝學》《機床夾具設計》《金屬切屑機床》等主要專業(yè)課程，并進行參觀實習后進行的一個實踐性環(huán)節(jié)，綜合運用所學的基礎理論知識、專業(yè)知識與技能去分析和解決生產(chǎn)實際問題。
通過本夾緊機構的設計，能鞏固、擴大和強化所達到的理論知識與技能，提高自己設計、計算、繪圖、編寫技術文件的能力、學會正確使用技術資料、標準、手冊等工具書，并在設計中培養(yǎng)自己理論聯(lián)系實際，嚴肅認真的工作作風和獨立工作能力，為以后從事技術工作打下一個良好的基礎。
32
第二章 機床夾具概述
第二章 機床夾具設計概述
2.1 夾具設計概念
機床夾具是用以裝夾工件和引導刀具的附加裝置。主要用于金屬切削加工，在機床與工件、刀具之間起橋梁作用，是工藝系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。它可準確地確定工件與刀具、機床的相對位置，確保加工質(zhì)量；它可以提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度；它可以擴大或改變機床的使用范圍等。因此，機床夾具是保證機械加工工藝過程正常進行的技術硬件之一。
2.2 機床夾具設計說明
2.2.1 機床夾具設計的基本要求和步驟
機床夾具設計的基本原則是在保證加工質(zhì)量的前提下，創(chuàng)造好的勞動條件和高的生產(chǎn)率，低的生產(chǎn)成本，高的經(jīng)濟性。為達到這一基本原則，需考慮一下要求：
（1）機床夾具的專用性和復雜程度要與工件的生產(chǎn)綱領相適應。大批量上可采用高效的定位和加緊機構。小批量生產(chǎn)則采用結構簡單的定位和加緊機構，并盡量選用通用夾具。
（2）機床夾具應滿足工件加工工序的技術要求。其關鍵在于正確定位方法，定位元件以及定位誤差的分析計算。
（3）機床夾具的結構應盡量簡單，并具有良好的結構工藝性，并具有防塵、防屑、排屑的良好結構及必需的潤滑系統(tǒng)。
（4）機床夾具即操作方便，又要省力安全。
（5）機床夾具應能提高勞動生產(chǎn)率，降低工件的制造成本。機床夾具設計時，應綜合上述各項要求，提出幾種設計方案進行綜合分析和比較，以期達到質(zhì)量好、效率好、成本低的綜合經(jīng)濟效果。
總的來說，應滿足其下的基本要求：
（1）穩(wěn)定地保證工件的加工精度。專用夾具要有合理的定位、夾緊方案，選擇適當?shù)某叽绻罴捌浼夹g要求，必要時還要進行精度分析。
（2）提高生產(chǎn)率并降低成本。根據(jù)工件生產(chǎn)批量的大小，設計不同復雜的高效夾具，以縮短輔助時間，提高生產(chǎn)。夾具設計時要力求結構簡單，盡量采用標準原件，以縮短設計和制造周期，降低夾具制造成本，提高經(jīng)濟性。
（3）具有良好的使用性。盡量使專用夾具操作方便、省力、安全可靠，必要時要設計和配備安全防護裝置。
（4）具有良好的結構工藝性。專用夾具應便于制造、檢驗、裝配、調(diào)整和維修。
機床夾具設計的步驟可以分為四個階段：
（1）研究原始資料，明確設計任務
首先應分析研究工件的結構特點、材料、生產(chǎn)批量和本工序加工的技術要求以及與前后的聯(lián)系，然后收集有關機床方面和刀具方面的資料；必要時收集國內(nèi)外有關設計和制造同類型夾具的資料，作為設計的參考。
（2）考慮和確定夾具的結構方案，繪制結構草圖
①確定工件的定位方案，包括定位原理、方法、原件和裝置；
②確定工件的夾緊方案和設計夾緊機構；
③確定夾具的其他組成部分，如分度裝置、微調(diào)機構、對刀塊或引導元件等；
④考慮各種機構、元件的布局，確定夾具體和總體結構。
（3）繪制夾具總圖
夾具總圖應遵循國家標準繪制，圖形大小的比率應盡量采取1:1,所繪的夾具總圖有良好的直觀性。總圖應按夾緊機構處在夾緊工作狀態(tài)下繪制，視圖應盡量少，但必須能夠清楚地表示出夾具的工作原理和構造，表示各種機構或元件之間的位置關系等。主視圖應去操作者實際工作時的位置，以作為裝配夾具時的依據(jù)并供使用時參考。最后總裝圖上各部分的尺寸，制訂技術條件及編寫零件明細表。
（4）繪制夾具零件圖
夾具中的非標準零件都必須繪制零件圖。在確定這些零件的尺寸、公差或技術條件時，應注意使其滿足夾具總圖的要求。
2.2.2 機床夾具的分類和組成
(1) 機床夾具的分類
機床夾具的種類和形式十分繁多，按照機床夾具的使用范圍，大致可分為四類。a.通用夾具 b. 專用夾具 c. 組合夾具 d.通用可調(diào)夾具和成組夾具.
(2) 機床夾具的組成
機床夾具主要是由以下幾個部分組成：a.定位元件 b.夾緊裝置 c. 對刀元件 d. 導引元件e.其它裝置 f.連接元件和連接表面 g.夾具體。
2.2.3 工件安裝與獲得加工精度的方法
(1)機械加工時
確定工件在機床上或夾具中占有準確加工位置的過程稱為定位。在工件定位后用夾緊力將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作稱為夾緊。安裝就是定位和夾緊過程的總和。
由于工件的加工批量、加工精度要求以及結構尺寸的不同，工件在安裝中的定位方式也不同。工件在機床上的安裝方法有三種：
a.直接找正定位安裝法，b.劃線找正定位安裝法，c夾具定位安裝法
(2)工件獲得尺寸精度的方法
a.試切法 b.定尺寸刀具法 c.調(diào)整法 d.自動控制法
(3)工件獲得形狀精度的方法
a軌跡法 b 成形法 c 展成法
2.2.4 工件在夾具中的定位原理
(1)工件定位的基本原理
工件定位的實質(zhì)就是要使工件在夾具中占有某個正確的位置。這樣的定位方法，可以轉(zhuǎn)化為空間直角坐標系中決定剛體坐標的問題來分析。自由剛體在空間直角坐標系中具有六個自由度，即沿三個相互垂直的坐標軸的移動自由度和繞三個坐標軸的轉(zhuǎn)動自由度。在夾具中，自由度可以理解為工件位置上的不確定。假如能使工件在夾具中的六個坐標參數(shù)保持不變，即限制工件具有的六個運動自由度，則就可以做到使工件以定位面與夾具定位元件的定位工作面保持接觸或配合，允許二者在保持接觸或配合的前提下發(fā)生相對滑動，但不允許脫離接觸或配合，脫離接觸或配合，就喪失了定位作用。工件在夾具中完成定位以后，為保持定位位置，防止工件受力后運動，工件還必須進行夾緊。工件夾緊后不能運動也并不意味著工件在夾具中的六個自由度被限制，因此要正確區(qū)分定位與夾緊的概念。
(2)工件在夾具中定位的幾種
根據(jù)夾具定位元件限制工件運動自由度的不同，工件在夾具中的定位，由下列幾種情況：a. 完全定位 b. 不完全定位 c. 欠定位 d.重復定位。
2.2.5 常見定位方式及定位元件
工件的定位方式定位元件的結構、形狀、尺寸及布置形式，主要取決于工件的加工要求、工件定位基準和外力的作用狀況等因素。根據(jù)工件的定位要求，工件在夾具中的定位方式通常分為兩大類：單個典型表面定位方式和組合定位方式。
(1)單個典型表面的定位及定位元件
典型表面是指平面、內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面等單一幾何表面，它們是組成各種不同復雜形狀工件的基本單元。
平面定位方式是常見的工件定位方式，其定位基準為平面，根據(jù)定位基準是否經(jīng)過加工而有粗基準和精基準之分。
圓孔定位方式中工件的定位基準是圓柱，相應定位元件的定位工作面是外圓面的相互配合或接觸實現(xiàn)定位。常用的定位元件有：圓柱定位心軸，圓柱定位銷和錐銷。
外圓定位作為定位基準定位時，常用的定位方式有圓柱定位，V形塊定位、支承板定位和內(nèi)錐套定位。
圓錐孔定位方式有長圓錐孔和短圓錐孔定位兩種情況。長圓錐心軸定位長圓錐孔，限制工件五個方向的自由度；短圓錐心軸定位圓錐孔，一般為頂尖定位頂尖孔，限制工件三個方向的自由度。
(2)組合定位方式及定位元件
由單個典型表面作不同組合來對工件相應得幾個定位面進行定位，以達到工件在夾具中的定位要求，這種定位稱組合定位。
2.2.6 工件在夾具中的加緊原理
工件定位以后必須通過夾緊力把工件固定，就需要一個產(chǎn)生加緊力的基本裝置。夾緊裝置一般由力源裝置、中間遞力機構和夾緊元件三部分組成。
(1)力的夾緊力的三要素原則
三要素包括：夾緊力的作用點、方向和大小。正確施加夾緊力就是要確定夾緊力的三要素。
合理選擇夾緊力的作用點：夾緊力的作用點應該用在工件剛性較好的部位，以免因夾緊力引起工件變形。夾緊力的作用點應正對定位元件或位于定位元件所形成的穩(wěn)定受力區(qū)內(nèi)，以免因夾緊力引起工件的移動和翻轉(zhuǎn)。夾緊力的作用點應盡可能靠近加工部位，這樣可以減小切削力對夾緊力的作用力矩，從而減小工件加工時的變形和振動。夾緊力盡量避免直接作用在精加工的表面上，以免造成壓痕。必須作用在精加工表面上時，一定要在夾緊元件上墊上比洞見材料軟的墊塊，或者設法增大夾緊元件與工件的接觸面積。
合理選取夾緊力的方向：主要夾緊力的作用方向應指向主要定位基準面。工件在夾具中的定位基準面通?？煞譃椋褐饕ㄎ幻妫粚蚨ㄎ幻?；止推定位面或防轉(zhuǎn)定位面。主要定位面的分布面積較大，限制了工件三個方向自由度，它決定工件定位的穩(wěn)定性。因此主要夾緊力的作用方向應指向主要定位基準面。夾緊力的作用方向盡可能有利于減小夾緊力。夾緊力，切削力，和工件重力三力方向一致，所需夾緊力為最小。三力方向不一致，所需夾緊力較大，特別是夾緊力與切削力和重力方向相反，所需加緊里為最大，一般要盡量避免這種情況。夾緊力的方向應有助于定位，而不應破壞定位。在夾緊力的作用下，工件不應離開定位元件的定位工作面，確保主要定位面與定位元件定位工作面的可靠接觸，要有一定的壓力使工件定位基準壓向各定位元件的定位工作面。
準確計算夾緊力的大小，保持夾緊力在加工過程中的穩(wěn)定 夾緊力的大小影響夾具使用的安全性和可靠性，因此必須有足夠的夾緊力。但夾緊力又不能過大，過大的夾緊力會使工件及夾具產(chǎn)生過大的夾緊變形，影響加工精度。夾緊力的大小是根據(jù)切削力計算公式，計算出可能產(chǎn)生的最大切削力，并找出切削力對夾緊系統(tǒng)的作用影響為最大的狀態(tài)，按靜力平衡條件計算出所需夾緊力，最后乘以一定的安全系數(shù)作為實際采用的夾緊力。
(2)基本夾緊機構
基本夾緊機構是夾緊裝置中的一個和重要的組成部分，一切外加的作用力都必須通過夾緊機構轉(zhuǎn)化為實際夾緊力。常見的基本夾緊機構有以下幾種：a.斜楔夾緊機構是利用其斜面所產(chǎn)生的壓力來夾緊工件。斜楔夾緊機構具有增力作用。當外加一個較小的夾緊作用力可得到一個比外加力大幾倍的夾緊力，而且但外加力一定時，斜楔的斜角越小，增力越大.斜楔夾緊機構具有改變夾緊作用力方向的特點。當外加一個作用力則斜楔產(chǎn)生一個與外加力方向垂直的力。斜楔夾緊機構的加緊行程很小。b.螺旋夾緊機構是利用螺旋直接夾緊工件，或者與其他元件或機構組合來夾緊工件，是應用最廣的一種夾緊機構。螺旋夾緊機構具有以下結構特點：螺旋夾緊機構的夾緊力急增力比大；螺旋夾緊機構的自鎖性能良好；螺旋夾緊機構的夾緊行程范圍大.c.圓偏心夾緊機構的作用原理，當圓偏心回轉(zhuǎn)時，就相當把曲線楔逐漸楔入在基圓。d.對中定心夾緊機構是一種同時實現(xiàn)對工件定心定位和夾緊作用的夾緊機動原理實現(xiàn)定心夾緊。這類夾緊機構的對中定心夾緊元件的移動范圍較大，能適應不同定位面尺寸的工件，有較大的通用性構。該夾緊機構在夾緊過程中能使工件相對某一軸線或?qū)ΨQ面保持對稱性或?qū)χ行?，即實現(xiàn)定心夾緊。對中定心夾緊機構的工作原理有兩基本類型：a.對中定心夾緊元件以均勻等速移。對中定心夾緊元件以均勻彈性變形原理實現(xiàn)定心夾緊。
2.2.7 確定刀具位置及鉆套的選擇
(1)確定刀具位置的元件主要是各種鉆套。
鉆套又稱為導套，它的作用是確定刀具的位置和方向，即引導刀具進入正確的加工位置，并防止刀具在加工過程中發(fā)生偏斜，提高刀具的剛性，防止加工過程中的振動，從而保證工件的加工質(zhì)量。由此可見，鉆套的選用和設計正確與否，直接影響工件的加工質(zhì)量。鉆套是鉆具的一種主要元件，因為鉆頭的引導作用是通過鉆套來實現(xiàn)的。有了鉆套，加工前工件就不必進行劃線和找正，因而可以提高生產(chǎn)率，并容易保證工件加工表面的精度。鉆套可用來引導各種加工孔用的刀具，如鉆頭、中心鉆、擴孔鉆、劃鉆、絞刀、絲錐及復合鉆頭及復合劃鉆等。其作用是確定刀具的位置和預防刀具引偏。概括起來說，鉆套是為了達到下列幾個目的的面采用的：
a.保證被加工孔的位置精度。鉆套組要是用來保證被加工孔的位置精度。但當孔的位置精度要求很高，用鉆頭的刃帶引導不能保證時，應設計專用引導部分。
b.避免刀具損壞。例如在斜面上鉆孔時，如果鉆套引導，則在鉆孔時很容易使鉆頭折斷。
c.提高加工表面的光潔度和幾何精度。這個作用主要是對刀具的前引導裝置來說的。當?shù)毒叩那安坑谝苑龀趾螅梢苑乐沟毒叩钠?，并能使加工過程更加穩(wěn)定，防止震動，有利于提高加工表面的光潔度和幾何精度。同時，也可以減少對原始尺寸的誤差。在鉆床上加工是這一點尤為重要，因此此時即使刀桿的剛度很好，但鉆床主軸的外伸量較大，以及間隙的存在，都能成為刀具工作不穩(wěn)定的原因。
d.保證可靠的完成鉆孔后的第二步工作，如鉸孔、攻絲、錐坑、柱坑、劃圓槽、劃平面等。當進行這些加工時，有了鉆套的引導，可以更有利于工件的精度和光潔度。
(2)鉆套的選擇
一般常用的鉆套已經(jīng)標準化了，如果標準鉆套不能滿足工序的要求或鉆具結構的要求，則應設計專用鉆套。鉆套設計主要指鉆套引導部分長度H的確定；鉆套底部與工件表面的距離h的確定；鉆套內(nèi)徑的基本尺寸和公差的確定；鉆套孔中心線位置尺寸和公差的確定及鉆套材料和熱處理的選擇等。鉆套按結構形式和使用情況分為四種：①固定鉆套 固定鉆套分為無肩鉆套和帶肩鉆套兩種形式。這種鉆套的外圓用H7/r6或H7/n6的過盈配合壓入鉆模板或夾具體的底孔內(nèi)。②可換鉆套 可換鉆套用H7/g5或H7/g6的間隙配合壓入襯套孔內(nèi)，襯套外圓與鉆模板底孔的配合采用H7/n6或H7/r6的過盈配合。為了防止鉆套隨刀具轉(zhuǎn)動或被切削頂出，常用螺釘固緊?？蓳Q鉆套用于大批量生產(chǎn)中，由于鉆套外圓與襯套內(nèi)孔采用間隙配合的關系，其加工精度不如固定式鉆套 ③快換鉆套 快換鉆套更換迅速，只要將鉆套逆時針轉(zhuǎn)動一下，即可從鉆模板中取出。他與襯套的配合采用H7/g6或H6/g5的間隙配合。適用于在一個工序中使用幾種刀具（指鉆，擴，鉸）依次連續(xù)加工的情況。④特種鉆套 當工件的結構形狀或工序加工條件均不允許采用上述幾種標準鉆套時，就應視具體情況設計各種形式的特種鉆套，先分述于下：鉆套內(nèi)孔進口處應作成圓角，內(nèi)孔下端有時也作成圓角，以有利于導屑，鉆套的外徑應選得使鉆套壁不要太薄。鉆套壁厚與其直徑有關，最薄的壁厚當D為2-4mm時?？蛇_0.7mm。鉆套的壽命與使用和維護的情況有關，也于工件的精度要求有關，鉆套和刀具之間的間隙，會引起被加工孔的位置誤差，故當鉆套的磨損超過一定限度時，必須更換鉆套。更換時必須壓出鉆套并重新修正座孔，此時，新鉆套的外徑應根具擴大后的孔座來配制，這將使修理時間加長。因本零件是大批量生產(chǎn)，但是在鉸孔是所用夾具不同，所以仍采用固定鉆套。
(3)鉆套的材料與熱處理。
鉆套的材料一般為T10A、T12A、CrMn或20號鋼滲碳淬火。通常當內(nèi)徑d≤10毫米時，采用CrMn鋼，熱處理至HRC58～63；當d=10～21毫米時，用法T10A、T12A鋼熱處理至HRC63～64；當d〉21毫米時，用20號鋼，滲碳深度0.8～1.2毫米。淬火至HRC60～64。
(4)鉆套的高度。
鉆套的高度對被加工孔軸線的位置度和鉆套的磨損情況，都有顯著的影響。當鉆套較高時，會加劇刀具和鉆套的磨損；當高度過低時，又會降低引導精度，所以根據(jù)工作的具體條件，正確選擇鉆套的高度是一個比較重要的問題。在一般情況下，鉆套的高度可按照鉆套的標準選取。下表所示為鉆套標準的高度尺寸，可供設計時參考。
表1－1 鉆套標準高度
鉆套內(nèi)徑d(mm)
鉆套高度H(mm)
鉆套內(nèi)徑d(mm)
鉆套高度H(mm)
0.5～１
>1～３
>３～８
>８～１５
６～８
６～１２
８～１８
１２～２４
>１５～２５
>２５～３５
>３５～４８
>４８～５５
１８～３２
２４～４２
３２～５５
４２～７０
但在某些情況下，還應考慮下列因素來確定鉆套的高度。
1)內(nèi)徑小的鉆套其高度H與孔d之比可取的大一些，反之可取小一些。在表中就反映了這一特點。
2)當被加工的精度及位置精度較高時，鉆套的高度應取得大一些；反之，可取得小些。
3)引導絞刀用的鉆套，其高度除應滿足導向精度外，還需與絞刀的引導部分相協(xié)調(diào)。一般鉸套的高度應取的應取的比鉆套大一些。
4)鉆斜孔用的鉆套，其引導部分應比普通鉆套長些為宜。
5)當被加工孔的深度較深時，鉆套引導部分的長度應取的大一些；反之，可取的小一些。
由此可知，鉆套的高度與孔徑、加工精度和孔深都有關系。另外，還與工件材料、鉆頭的本身剛度以及工件表面的形狀有關。在高強度的材料上鉆孔，在粗糙表面上鉆孔或鉆頭的剛度較低時，宜用較長的鉆套。在選用時，必須根據(jù)具體的情況，靈活運用。
(5)鉆套的內(nèi)徑。
鉆套內(nèi)徑d應按鉆頭或其他孔加工刀具的引導部分來確定。鉆套的內(nèi)徑與刀具間的配合間隙過大的話，直接影響工件上被加工孔的位置精度，間隙過小的話，又會加劇刀具與鉆套的磨損。因此，鉆套內(nèi)徑的基本尺寸應等于所引導刀具的最大極限尺寸。鉆套與刀具配合間隙的大小，也直接影響被加工孔的精度，因此，按不同的加工要求，它的孔徑可與刀具成以下配合：
1)加工9級精度以下的孔時，鉆套孔徑的名義尺寸等于刀具的最大尺寸，其公差可按基軸G7或F8。
2)加工精度要求較高的孔時，鉆套孔徑可用H7或H6公差。
(6)鉆套底部至工件表面間的距離h。
正確選擇鉆套底部至工件表面間的距離h，對保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率均有重要意義。鉆削鋼料時，如果h過小，帶狀切削不能及時排出，因而堵塞在工件與鉆套之間，當切削過多時，會將鉆套頂出，劃傷工件表面，甚至折斷鉆頭。但h過大的話，會使刀具的引偏量過大，降低加工精度。
2.2.8 夾具總圖的繪制及標注
(1)夾具總圖的繪制
當選定結構，繪出草圖之后，即可正式繪制總圖。圖紙是工程的語言，必須表達準確、清晰。在草圖中所設想的設計意圖，往往需要通過正式繪圖才能加以完善，所以制總圖時要認真、仔細，切忌草率從事。繪制夾具總圖，必須符合國家制圖標準。主要圖應按工作位置畫出，圖形盡量按比例，否則容易引起錯覺。
現(xiàn)將繪制夾具總圖的一般規(guī)定和要求分別敘述如下。
a.夾具總圖上應表示的內(nèi)容
1)工件輪廓圖，特別是定位基準部分和加工面(用假象線繪出)。必要時還需畫出刀具和有關輔助工具的輪廓圖用假想線繪)。
2)夾具結構的投影圖和必要的結構圖。
3)夾具總圖上標注的主要尺寸和技術條件。
4)有關制造、使用、調(diào)整、維修等方面的特殊要求和說明，以及聯(lián)用圖號等。
5)夾具零件號。
6)標題欄。其形式各廠有所不同 ，按廠規(guī)辦理。
b.繪制總圖的程序及要求
1)未開始動手之前，先初步考慮以下結構的布置，按預想的結構大小選取幅面，以能花下全部總圖為原則，如總圖太大，可以分幾張總圖。
2)選擇投影面，通常按工件在加工時操作者正對的面為投影面。以次來布置視圖。視圖數(shù)目按夾具結構情況而定。
3)按所處的加工位置，畫出工件輪廓圖。首先畫出定位基準，在畫工件外輪廓及加工部位。如工件圖上的投影面與夾具面上的投影面不同時，則要經(jīng)過投影改造。在確定安裝工件的空間或考慮夾具上活動件的位置時，有了工件輪廓，就可以只管地看出是否會發(fā)生干涉問題。在初加工工序中工件的輪廓，按毛胚圖繪制，并保留適當?shù)挠嗟亍?
4)按工序單(卡)上的定位簡圖，畫出有關定位元件。
5)按考慮的夾緊方案，畫出夾緊裝置。通過畫夾緊裝置，就可以把原設想的夾緊方案具體化，此時應注意盡量選用標準件。畫圖時，最好幾個投影結合起來同時畫。
6)畫出刀具引導裝置。按按工序卡上的定位簡圖即可畫出這一裝置。
7)畫出夾具本體及其他的零件。
8)注上夾具零件號。零件要順次標注。標注總圖上的主要尺寸及技術條件。
9)填寫標題欄。
10)畫完總圖，應自行復查一遍，檢查有無考慮不到的問題。
2.2.9 機床夾具總圖上尺寸的標注
機床夾具總圖上應標注的尺寸有：夾具外輪廓尺寸A；工件與定位元件間的聯(lián)系尺寸B；刀具與定位元件的聯(lián)系尺寸C；夾具與機床的連接尺寸D；夾具零部件的主要配合尺寸E共五類。
(1)夾具外形輪廓尺寸A：指夾具在長、寬、高三個方向上的外形最大極限尺寸。另外還包括可移動部分的運動件在空間可達到的極限尺寸。此類尺寸的作用在于避免夾具與機床或刀具發(fā)生干涉。
(2)工件與定位元件間的聯(lián)系尺寸B：主要指工件定位面與定位元件定位工作面的配合尺寸和定位元件的位置尺寸。依據(jù)工件在本道工序的加工的加工技術要求，并經(jīng)計算后進行標注。此類尺寸的作用定位精度，滿足加工要求，是計算定位誤差的依據(jù)。
(3)刀具與定位元件的聯(lián)系尺寸C：主要指對刀元件，導引元件與定位元件的位置尺寸；導引元件之間的位置尺寸及導引元件之間的位置尺寸及導引元件與刀具（或鏜桿）導向部分的配合尺寸，作用在于保證對刀精度及刀具的精度。
(4)夾具與機床的連接尺寸D：主要指夾具與機床軸端的連接尺寸或夾具定位鍵、U型槽與機床工作臺T型槽的連接尺寸，作用在于保證夾具在機床上的安裝精度。
(5)夾具零部件的主要配合尺寸E：夾具零部件有配合要求的表面，應該配合性質(zhì)和配合精度標注配合尺寸，以保證夾具裝配后能滿足規(guī)定的使用要求。
2.2.10 機床夾具總圖上技術條件的標注
機床總圖上應標注的技術條件，主要是指各有關重要表面的相互位置精度要求。其內(nèi)容如下：
(1)定位元件之間的相互位置要求。指多個定位元件組合定位時，它們之間的相互位置要求或多件裝夾時相同定位元件之間的相互位置要求。目的是保證定位精度。
(2)定位元件與連接元件和（或）夾具體地面的相互位置要求。工件在機床上的最終位置是由定位元件和連接元件和（或）夾具體地面的相互位置來確定，故它們之間就應當有一定的相互位置要求。
(3)導引元件與連接元件和（或）夾具體地面的相互位置要求。只有保證了導引元件與連接元件和（或）夾具體地面的相互位置要求，才能保證刀具對工件的正確位置。
(4)導引元件與定位元件間的相互位置要求。指鉆、鏜套與定位元件間的相互位置要求。
2.2.11 機床夾具調(diào)刀尺寸的標注
調(diào)刀尺寸指調(diào)刀基準至對刀元件工作表面或?qū)бS線之間的位置尺寸。調(diào)刀尺寸是夾具與工件加工尺寸直接相關的尺寸，也是夾具總圖上的關鍵尺寸。
調(diào)刀尺寸的公差T（D）
調(diào)刀尺寸和工件的加工尺寸直接相對應，它的公差T（D）與工件直接對應尺寸公差T（w）應滿足下列不等式
T（D）≤T（W）—∑Ti-T(M) (2-1)
式中T（D）—夾具的調(diào)刀尺寸公差；
T（W）—工件直接對應尺寸的公差；
∑Ti—除夾具調(diào)刀尺寸公差T（D）和夾具磨損誤差T(M)外的影響工件加工精度的工藝系統(tǒng)其他誤差的總和；
T(M)—夾具磨損引起的加工誤差（簡稱夾具磨損誤差）。
當工件的生產(chǎn)規(guī)模較大時，就應當適當減少夾具的調(diào)刀公差T（D），從而增大夾具磨損公差T(M)；當工件生產(chǎn)規(guī)模較小時，可不考慮夾具磨損的影響，即
T（D）≤T（W）—∑Ti （2-2）
這樣就放大了夾具的調(diào)刀尺寸公差，有利于夾具的制造、裝配。
一般取T（D）=（1/5—1/2）T（W） （2-3）
系數(shù)值的大小應根據(jù)定位誤差的大小選取，即工件的定位誤差△PE對夾具調(diào)刀尺寸所對應的工件加工尺寸有直接影響，則系統(tǒng)取較小值（如1/5），無直接影響，取較大值。
夾具調(diào)刀尺寸或工序尺寸標注有三種方法：
(1)按設計尺寸或工序尺寸直接標注。 若設計尺寸或工序尺寸與帶標注的調(diào)刀尺寸直接對應，則可依據(jù)設計尺寸或工序尺寸直接標注調(diào)刀尺寸。見設計（或工序）尺寸換成雙向?qū)ΨQ偏差的平均尺寸，并將其公差縮小為（1/5—1/2）即為調(diào)刀尺寸。
(2)用尺寸鏈計算的方法標注。設計尺寸在加工中間是間接保證的尺寸，工序尺寸是未知數(shù)，則需通過尺寸鏈計算法來標注調(diào)刀尺寸。
注是應該注意一下兩個問題：
1)組成環(huán)中某誤差是單向分布，則應根據(jù)誤差分布特性對調(diào)刀尺寸的基本尺寸進行修正。例如夾具元件的磨損引起的誤差常是單向性的，這時可對調(diào)刀尺寸的基本尺寸進行修正，使充分利用預留磨損量一延長夾具使用壽命。
2)工件以外圓在V行塊上定位，則往往要由標準測量心軸來體現(xiàn)調(diào)刀尺寸。因為V行塊理論圓雖然是標注調(diào)刀尺寸的依據(jù)，但是由于V行塊理論圓的尺寸往往不是整數(shù)，不可能專門制造一根理論圓的精密測量心軸來體現(xiàn)調(diào)刀基準。通常是選用現(xiàn)有的標準測量心軸來代替理論圓的直徑，計算出調(diào)刀尺寸H的修正值△H′，即可得到有標準測量心軸體現(xiàn)的調(diào)刀尺寸。即：
H′=do-d
式中△H′—調(diào)刀尺寸H的修正值，mm;
do—計算V行塊的理論圓直徑，mm
d—標準測量心軸直徑，mm
a—V行塊的斜面夾角。
修正值的正負要視改用標準測量心軸后引起調(diào)刀尺寸的變化方向而定。
3) 對刀樣件標注。當夾具的調(diào)刀尺寸不便直接進行測量和調(diào)整時，可采用對刀樣件對調(diào)刀尺寸進行測量和調(diào)整，以保證所標注的調(diào)刀尺寸。
2.2.12 夾具定位誤差分析與計算
一、定位誤差的定義
所謂定位誤差，是指由于工件定位造成的加工面相對工序基準的位置誤差。因為對一批工件來說，刀具經(jīng)調(diào)整后位置是不動的，即被加工表面的位置相對于定位基準是不變的，所以定位誤差就是工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量。
工件的定位就是使同一工序中的所有工件逐次放置到夾具中，使之占有正確的位置的工藝過程。一批工件逐個在夾具中定位時，由于定位基準與工序基準不重合、定位副制造不準確等原因，使得各個工件在夾具中占據(jù)的位置不可能完全一致，勢必產(chǎn)生定位誤差，即工件在夾具中因定位不準確而產(chǎn)生的工件加工誤差。
定位誤差實際上是一批工件采用調(diào)整法加工時，由于定位所造成的工件加工面相對于工序基準的位置誤差。假定在加工時，夾具相對于刀具及切削成形運動的位置經(jīng)調(diào)整后不再變動，那么可以認為加工面的位置是固定的，這樣工件加工面相對于其工序基準的位置誤差就是由于工序基準的位置變動所引起的。所以，定位誤差也就是工件定位時工序基準在工序加工要求(位置尺寸或位置精度)方向上的位置變動量。
應用夾具CAD系統(tǒng)設計夾具時，在未選定夾具定位方案的具體結構之前，尚不能建立定位尺寸鏈。在系統(tǒng)確定了夾具定位結構之后，就可以根據(jù)具體結構建立定位尺寸鏈進行正計算或反計算。a)正計算就是當已知定位結構中有關定位元件尺寸的公差時，用定位尺寸鏈求解封閉環(huán)公差(即定位誤差)。如果所求的定位誤差值在允許的公差范圍之內(nèi)，則表明所確定的定位元件的尺寸公差能滿足精度要求。否則不能保證精度，就需調(diào)整定位結構中定位元件的尺寸公差。如果這些公差無調(diào)整的余地則需考慮重新確定定位結構。b)反計算就是已知封閉環(huán)的尺寸及公差,確定各組成環(huán)的公差,即將允許的定位誤差合理地分配到各組成環(huán)中去。
①△總≤δ
其中△總為多種原因產(chǎn)生的誤差總和，δ是工件被加工尺寸的公差，△總包括夾具在機床上的裝夾誤差，工件在夾具中的定位誤差和夾緊誤差，機床調(diào)整誤差，工藝系統(tǒng)的彈性變形和熱變形誤差，機床和刀具的制造誤差及磨損誤差等。
②△定+ω≤δ 其中，ω除定位誤差外，其他因素引起的誤差總和，可按加工經(jīng)濟精度查表確定。
所以由①和②知道：△定≤δ-ω （是驗算加工工件合格與否的公式）
或者：△定≤1/3δ（也是驗算加工工件合格與否的公式）
二、定位誤差的組成
定位基準與工序基準不一致所引起的定位誤差，稱基準不重合誤差，即工序基準相對定位基準在加工尺寸方向上的最大變動量，以△不表示。
定位基準面和定位元件本身的制造誤差所引起的定位誤差，稱基準位置誤差，即定位基準的相對位置在加工尺寸方向上的最大變動量，以△基表示。故有：
△定=△不+△基
此外明確兩點：
①只用調(diào)整法加工一批零件才產(chǎn)生定位誤差，用試切法不產(chǎn)生定位誤差；
②定位誤差是一個界限值（有一個范圍）。
第三章 機床的夾具設計
第三章 機床的夾具設計
3.1 研究原始資料,確定夾具的設計方案
3.11 夾具設計前所需的資料
機床夾具設計是工藝裝備設計中的一個重要組成部分，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高勞動生產(chǎn)率的一項重要技術措施。在設計過程中應深人實際，進行調(diào)查研究，吸取國內(nèi)外的先進技術，制定出合理的設計方案，再進行具體的設計。而深入生產(chǎn)實際調(diào)查研究中，應當掌握下面的一些資料：
(1)工件圖紙；詳細閱讀工件的圖紙，了解工件被加工表面是技術要求，該件在機器中的位置和作用，以及裝置中的特殊要求。
(2)工藝文件：了解工件的工藝過程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面狀況，基準面選擇的情況，可用機床設備的主要規(guī)格，與夾具連接部分的尺寸及切削用量等。
(3)生產(chǎn)綱領：夾具的結構形式應與工件的批量大小相適應，做到經(jīng)濟合理。
(4)制造與使用夾具的情況，有無通用零部件可供選用。工廠有無壓縮空氣站；制造和使用夾具的工人的技術狀況等。
夾具的出現(xiàn)可靠地保證加工精度，提高整體工作效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。
已知條件：
（1）加工零件：法蘭盤。
（2）加工任務：加工法蘭盤徑向孔3-Φ17.5和斜向孔3-Φ12。
（3）工件圖附圖。
3.12 分析工件并確定定位方案
（1）零件的結構特點
法蘭盤零件圖如附圖1所示，該零件是采用45鋼材料加工的。該零件形狀較簡單，由于加工孔是法蘭盤的徑向孔和斜向孔，因此此采用回轉(zhuǎn)分度盤夾具。
（2）加工法蘭盤孔件及其要求
①法蘭盤徑向孔3-Φ17.5mm ，表面粗糙度Ra25 ，該徑向孔中心軸線對法蘭盤小端面的位置度是0.2mm。本工序的加工條件為：搖臂鉆床Z3025X10/1，最大鉆孔直徑為Φ25，主軸轉(zhuǎn)速范圍232-2500r/min；Φ17.5標準麻花鉆，GB/T6135.4-1996，直柄麻花鉆第四部分：直柄麻花鉆的型式和尺寸。
②法蘭盤斜向孔3-Φ12mm，表面粗糙度Ra25 ，該斜向孔中心軸線對法蘭盤中心孔軸線的位置度是0.2mm。本工序的加工條件為：搖臂鉆床同上，Φ12標準麻花鉆，同上規(guī)格與尺寸。
由上知道，兩種工序的加工要求和零件的構造，45鋼實心毛坯上鉆孔的經(jīng)濟精度為IT11~IT12，表面粗糙度為Ra25，在鉆夾具上加工時適當控制切削用量，可以保證孔的尺寸精度要求和表面粗糙度要求。因此，這兩種工序加工時，主要考慮要如何保證孔軸線與Φ17.5和Φ12孔軸線的位置度要求。根據(jù)零件的構造，最容易想到的是以Φ90H8的孔為定位基準，這樣可以避免基準不重合誤差，同時可以限定可以限定四個自由度。再用該法蘭盤端面限定零件的上下竄動的自由度和用一個定位銷限定零件沿Φ304mm中心線轉(zhuǎn)動的自由度就可以實現(xiàn)完全定位。
（3）定位元件的確定：
a、圓柱心軸：據(jù)零件孔式與夾具體的樣式選擇階梯心軸。
b、定位銷（長銷）：插入Φ20mm的孔，用來限制X,Y方向的移動和轉(zhuǎn)動，共四個自由度。
c、可調(diào)定位支承釘：限定Z方向的轉(zhuǎn)動，用一輔助支承來提高工件的安裝剛度和定位的穩(wěn)定性。
（4）定位方法：圓柱孔定位，一面兩孔的定位方式。
（5）根據(jù)工件和夾具體的結構，選用固定式鉆模板。固定式鉆模板雖然有時裝卸工件不便，但它結構簡單、制造方便、定位精度高。由于孔Φ17.5mm和Φ12mm一次鉆孔就可達到要求，因此采用固定式鉆套。 Φ17.5mm和Φ12mm均選無肩。
（6）根據(jù)零件的定位方案，采用鎖緊螺母和開口墊圈來實現(xiàn)快速鎖緊夾緊機構，它與一個加工面位置靠近，增加了剛性，零件夾緊變形也小，但對于另一個加工面較遠，為提高剛性，故采用輔助定位元件來固定，該設計采用了螺旋輔助支承。
（7）裝配二維結構圖（定位配置）附圖。
3.2 確定夾具總裝配圖的設計
3.2.1 鉆模的分類與選擇
（1）鉆床夾具簡稱鉆模。鉆模借助其上的鉆套引導刀具和工件之間的相對位置，提高了加工精度和生產(chǎn)率，在成批大量生產(chǎn)中，已廣泛采用鉆模來進行加工。
（2）鉆模的結構形式很多，按工件的結構形狀，大小和鉆模的結構特點，鉆?？煞譃橐韵聨追N：１、固定式鉆模?。病⒒剞D(zhuǎn)式鉆?！。?、翻轉(zhuǎn)式鉆模４、覆蓋式鉆?！。?、滑柱式鉆模?。丁⒁苿邮姐@模。
（3）鉆模類型的選擇。在設計鉆模時，首先需要根據(jù)工件的形狀、尺寸、重量和加工要求，并考慮生產(chǎn)批量、工廠工藝裝備的技術狀況等具體條件來選擇夾具的結構類型。由此選擇回轉(zhuǎn)式鉆模。
回轉(zhuǎn)式鉆模的結構形式按其轉(zhuǎn)軸的位置可分為立軸式，臥軸式和斜軸式三種。這類鉆模的引導元件－鉆