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目 錄 1 前言…………………………………..………………..........................1 1.1 課題背景及發(fā)展趨勢………………………………………………1 1.2 課題的作用與意義…………………………………………………2 1.3 機床夾具的組成……………………………….…………………...3 1.4 銑床夾具的結構特點………………………………………………6 2 工件定位方案的確定…………………………………………………8 2.1 工件定位要則…………………………………………....................8 2.2 工件定位方式的選擇…………………………………………........9 2.3 定位件的計算…………………………….……………………….12 2.4 定位誤差的分析計算…………………………..............................14 3 夾緊方案的確定…………………..…………………………………15 3.1 工件達到正確夾緊的原則………………………………………..15 3.2 夾緊力三要素的確定……………………………………………..17 3.3 夾緊力大小的計算……………..…................................................17 4 其它裝置的確定……………………………………………………..20 4.1 手柄的選擇及設計………………..................................................20 4.2 壓板的選擇及設計………………..................................................21 5 夾具體的設計………………………………………………………..24 總結…………………………………………………………… ……….26 參考資料…………………………………………………… ………….27 致謝…………………………………………………… ……………….28 附錄…………………………………………………… ……………….29 內容提要 本次進行的是429發(fā)動機曲軸箱銑主軸孔卡瓦槽夾具設計。銑削加工一般切削力較大，且是多刀齒斷續(xù)切削，其大小和方向瞬時急劇地變化，尤其是刀齒切入和切出的過程中會在工件上產生沖擊和振動。所以，設計銑床夾具時應特別考慮工藝系統(tǒng)的剛度，夾具要有足夠大的夾緊力。夾具上一般有確定與刀具間相對位置的對刀裝置和確定它在車床工作臺方向的定位鍵，這也是銑床夾具結構的主要特征。 本次夾具設計的內容為： (1）研究原始資料，明確設計要求； (2）擬定夾具結構方案，繪制夾具結構草圖； ①確定定位方案，選擇定位元件； ②確定工件的夾緊方案； ③確定夾具其它組成部分的結構形式； ④確定夾具的形式和夾具的總體結構。 （3）繪制夾具的裝配草圖和裝配圖； （4）繪制夾具的零件圖。 經過設計和討論，終于圓滿地完成了設計任務。本次設計整個設計過程條理清晰，能讓讀者明白整個過程。力求結構合理，計算準確，經濟可靠。本設計的創(chuàng)新之處在于簡化了銑床夾具的結構設計,使其結構更簡便,同時也能滿足設計要求，可以用于實際生產中。 關鍵詞：定位；夾緊 夾具 Abstract This time carries on is 429 engine crankcase mill host axle hole bottom wall and anchor packer trough jig design. The milling processing general cutting force is big, is precisely the multi-knife tooth off and on cuts, its size and the direction instant change suddenly, in particular the knife tooth cuts into in the process which and cuts to be able on the work piece to have the impact and the vibration. Therefore, designs time the milling jig should consider specially the craft system the rigidity， the jig must have the enough big clamping force. This design general steps : (1) original research data clearly design requirements ; (2) Prepare jig program structure, the structure of the draft map jig; ①Determine positioning program choices positioning components; ② Determine Jig; ③ Identify specific kits and other devices; ④ mapping jig master plan . After the design and discussion, and finally the successful completion of the design task. The current design of the entire design process lucid, readers can understand the whole process. To structured, accurate calculation, the economy reliable. The design innovations to simplify the structure of the drilling template design to the structure simpler, but also to meet the design requirements. However, because I lack the experience and knowledge of the limitations of the design process inevitably some mistakes, the jig work and the availability of actual practice has yet to be tested, ask your leadership, teachers, students valuable advice and insights, I would like to express my sincere gratitude! Keyword : Positioning；jig ；clamp 目 錄 1 前言…………………………………..………………..........................1 1.1 課題背景及發(fā)展趨勢………………………………………………1 1.2 課題的作用與意義…………………………………………………2 1.3 機床夾具的組成……………………………….…………………...3 1.4 銑床夾具的結構特點………………………………………………6 2 工件定位方案的確定…………………………………………………8 2.1 工件定位要則…………………………………………....................8 2.2 工件定位方式的選擇…………………………………………........9 2.3 定位件的計算…………………………….……………………….12 2.4 定位誤差的分析計算…………………………..............................14 3 夾緊方案的確定…………………..…………………………………15 3.1 工件達到正確夾緊的原則………………………………………..15 3.2 夾緊力三要素的確定……………………………………………..17 3.3 夾緊力大小的計算……………..…................................................17 4 其它裝置的確定……………………………………………………..20 4.1 手柄的選擇及設計………………..................................................20 4.2 壓板的選擇及設計………………..................................................21 5 夾具體的設計………………………………………………………..24 總結…………………………………………………………… ……….26 參考資料…………………………………………………… ………….27 致謝…………………………………………………… ……………….28 附錄…………………………………………………… ……………….29 1 前言 在機械制造過程中，用來固定加工對象，使其占有正確的位置，以便接受施工、檢測的裝置都可統(tǒng)稱為“夾具”，廣義地說，夾具是一種保證產品質量并便利和加速工藝過程的一種工藝裝備。夾具以其數量和在生產中所占的地位來說，“機床夾具”最重要，機床夾具為機床的一種輔助設備，用它來準確的確定工件與刀具的相對位置，即將工件定位和夾緊，以完成所需要的相對運動，所以機床夾具是用以使工件定位和夾緊的附加裝置。 機床夾具設計的基本要求有保證工件的加工精度、提高生產率、工藝性好、使用性好、經濟性好。 1.1 課題背景及發(fā)展趨勢 在機械制造的機械加工、檢驗、焊接和熱處理等冷熱工藝過程中使用著大量的夾具，用以安裝加工對象，使之占有正確的位置，以保證零件和產品的質量，并提高生產效率。 在機床上加工工件時，為了保證加工精度，必須正確安置工件，使其相對機床切削成形運動和刀具占有正確的位置，這一過程稱為定位。為了不因受切削力、慣性力、重力等外力作用而破壞工件已定的正確位置，還必須對其施加一定的夾緊力，這一過程稱為夾緊。定位和夾緊全過程稱為安裝。在機床上用來完成工件安裝任務的重要工藝裝配，就是各類夾具中應用最為廣泛的機床夾具。 曲軸是發(fā)動機中承受沖擊載荷、傳遞動力的重要零件，在發(fā)動機五大件中最難以保證加工質量。由于曲軸工作條件惡劣，因此對曲軸材質以及毛坯加工技術、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求都十分嚴格。如果其中任何一個環(huán)節(jié)質量沒有得到保證，則可嚴重影響曲軸的使用壽命和整機的可靠性。世界汽車工業(yè)發(fā)達國家對曲軸的加工十分重視，并不斷改進曲軸加工工藝。隨著WTO的加入，國內曲軸生產廠家已經意識到形勢的緊迫性，引進了為數不少的先進設備和技術，以期提高產品的整體競爭力，使得曲軸的制造技術水平有了大幅提高，特別是近5年來發(fā)展更為迅猛。 目前國內曲軸生產線多數由普通機床和專用機床組成，生產效率和自動化程度相對較低。粗加工設備多采用多刀車床車削曲軸主軸頸及拐頸，工序的質量穩(wěn)定性差，容易產生較大的內應力，難以達到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8260等曲軸磨床粗磨-半精磨-精磨-拋光，通?？渴止げ僮鳎庸べ|量不穩(wěn)定。 隨著貿易全球化的到來，各廠家已意識到了形勢的嚴峻性，紛紛進行技術改造，全力提升企業(yè)的競爭力，近年來引進了許多先進設備和技術，進展速度很快。就目前狀況來講，這些設備和技術基本依賴進口。 現代工業(yè)的一個顯著特點是：新產品發(fā)展快，質量要求高，品種規(guī)格多，產品更新換代周期短。反映在機械工業(yè)上，多品種、小批量生產在生產類型比例中，占了很大的比重。這樣，如果按照傳統(tǒng)方式進行生產技術準備工作，就不適應當前和發(fā)展的新形勢。 機床夾具是生產技術準備工作中一項重要組成部分，為了適應現代機械工業(yè)的上述生產特點，機床夾具發(fā)展方向主要表現為： 1． 標準化 完善的標準化，不僅指現有夾具零部件（包括毛坯及半成品）的標準，而且應有各種類型夾具結構的標準。后者如通用可調夾具標準；組合夾具標準；自動線夾具標準等，并在上述兩種標準化的基礎上，對專用夾具零部件，通用可調夾具零部件及組合夾具零部件等，實行統(tǒng)一的標準化，以便使有一部分零部件，能在各類夾具上通用。另外把一些夾具部件、組件，做成一個獨立單元，使夾具的設計、制造和裝配工作簡化，這也是夾具標準化的一個發(fā)展方向。作為發(fā)展趨勢，有些國家不僅有上述各種夾具標準，而且有制造標準零部件和各類標準夾具的專業(yè)工廠，使原來單件生產的夾具，轉變?yōu)閷I(yè)化批量生產，有利于縮短生產周期和降低成本。 2. 可調化、組合化 當前機床夾具結構發(fā)展的兩個主要方面，一是要把專門用于某一特點工序的專用夾具，擴大其應用范圍，使能用于同一類型零件的加工，并實現快速調整；二是改變專用夾具在產品稍有修改或改變就報廢的現象，使夾具能重復利用，實行組合化的原則，用少數元件能滿足多種需要。 3. 精密化 隨著機械產品加工精度日益提高，高精度機床大量涌現，勢必要求機床夾具也相應越來越精密。 4. 高效自動化 為了改善勞動條件，實現文明生產，提高生產效率，降低加工成本，不僅大批量生產有此要求，對多品種、小批量生產同樣可考慮采用合適的高效自動化夾具，使獲得良好的經濟效益。 1.2 課題的作用與意義 本次畢業(yè)設計的課題是492發(fā)動機曲軸箱銑主軸孔卡瓦槽夾具設計，機床夾具是機床上用以裝夾工件（和引導刀具）的一種裝置，其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。　 機床夾具被廣泛應用于機械制造業(yè)中，大量專用機床夾具的采用為大批大量生產提供了必要的條件。機床夾具是組成工藝系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，是影響加工質量的重要因素。一般情況下，使用機床夾具能穩(wěn)定地保證產品質量，而不必過高的要求工人的技術等級。先進高效的機床夾具不僅能減輕工人勞動強度，提高生產率，甚至能使生產過程實現自動化。隨著汽車、內燃機、摩托車、軸承等行業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，對機床夾具的設計與制造不斷提出新的課題。深入研究機床夾具設計的理論和改進機床夾具的結構，無疑具有巨大的經濟意義。 　　機床夾具設計一般包括結構設計和精度設計兩個方面。而人們通常習慣側重于結構設計而忽視精度設計。關于機床夾具的結構設計，不僅有大量的資料可供參考，而且還不斷從其它學科吸收新的成果而向前發(fā)展。諸如液性塑料夾具；各種彈性膜片式夾具；真空夾緊夾具；感應分度夾具等等。關于機床夾具的精度設計，隨著零件加工精度的提高，也日益受到人們的重視。 　　人們逐漸認識到，機床夾具設計工作應圍繞精度設計這個中心來進行。沒有合理的精度設計不僅會給夾具制造帶來困難，甚至會使制造出的夾具不能保證工件的加工精度。因此，迫切需要全面的研究機床夾具的設計、制造、使用諸方面的定量關系；研究工件精度和夾具設計精度之間的合理聯系。機床夾具設計是用途極廣的一門專業(yè)學科，熟悉它的內容和方法，對從事機械制造方面的工程技術人員來說是十分必要的。 畢業(yè)設計是我們在學習階段的最后一個重要環(huán)節(jié)，要求我們能綜合運用大學四年所學的專業(yè)知識和理論知識，結合實際，獨立解決本專業(yè)一般問題,樹立為生產服務，扎實肯干，一絲不茍的工作作風，為將來在機械方面工作打下良好的基礎。 經過設計和討論，終于圓滿地完成了設計任務。本次設計就是圍繞以上五點要求,按照一般步驟來設計的，力求結構合理，計算準確，經濟可靠。 1.3 機床夾具的概述 機床夾具是機械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分。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。當用夾具裝夾加工一批工件時，是通過夾具來實現這一要求的。而要實現這一要求，又必須滿足三個條件：①一批工件在夾具中占有正確的加工位置；②夾具裝夾在機床上的準確位置；③刀具相對夾具的準確位置。這里涉及了三層關系：零件相對夾具，夾具相對于機床，零件相對于機床。工件的最終精度是由零件相對于機床獲得的。所以“定位”也涉及到三層關系：工件在夾具上的定位，夾具相對于機床的定位，而工件相對于機床的定位是間接通 過夾具來保證的。 工件定位以后必須通過一定的裝置產生夾緊力把工件固定，使工件保持在準確定位的位置上，否則，在加工過程中因受切削力，慣性力等力的作用而發(fā)生位置變化或引起振動，破壞了原來的準 確定位，無法保證加工要求。這種產生夾緊力的裝置便是夾緊裝置。 1.3.1 機床夾具的概念： （1） 機床夾具按專門化程度分類,可分為: ① 通用夾具 通用夾具是指已經標準化的，在一定范圍內可用于加工不同工件的夾具。例如，車床上三爪卡盤和四爪單動卡盤，銑床上的平口鉗、分度頭和回轉工作臺等。這類夾具一般由專業(yè)工廠生產，常作為機床附件提供給用戶。其特點是適應性廣，生產效率低，主要適用于單件、小批量的生產中。 ② 專用夾具 專用夾具是指專為某一工件的某道工序而專門設計的夾具。其特點是結構緊湊，操作迅速、方便、省力，可以保證較高的加工精度和生產效率，但設計制造周期較長、制造費用也較高。當產品變更時，夾具將由于無法再使用而報廢。只適用于產品固定且批量較大的生產中。 ③ 通用可調夾具和成組夾具 其特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調整，以適應不同零件的加工。用于相似零件的成組加工所用的夾具，稱為成組夾具。通用可調夾具與成組夾具相比，加工對象不很明確，適用范圍更廣一些。 ④ 組合夾具 組合夾具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的標準元件和部件組裝而成的夾具。由專業(yè)廠家制造，其特點是靈活多變，萬能性強，制造周期短、元件能反復使用，特別適用于新產品的試制和單件小批生產。 ⑤ 隨行夾具 隨行夾具是一種在自動線上使用的夾具。該夾具既要起到裝夾工件的作用，又要與工件成為一體沿著自動線從一個工位移到下一個工位，進行不同工序的加工。 本次設計的即為銑曲軸箱主軸孔卡瓦槽而專門設計的專用夾具。 （2） 按使用的機床分類 由于各類機床自身工作特點和結構形式各不相同，對所用夾具的結構也相應地提出了不同的要求。按所使用的機床不同，夾具又可分為：車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機床夾具和其他機床夾具等。本次設計的為銑床夾具。 （3） 按夾緊動力源分類 根據夾具所采用的夾緊動力源不同，可分為：手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、磁力夾具、真空夾具等。考慮到夾緊力與切銷力方向相同，本次采用手動夾緊。 1.3.2 機床夾具的組成 銑床夾具通常由以下幾部分組成： (1) 定位元件 它與工件的定位基準相接觸，用于確定工件在夾具中的正確位置，從而保證加工時工件相對于刀具和機床加工運動間的相對正確位置。 (2) 夾緊裝置 用于夾緊工件，在切削時使工件在夾具中保持既定位置。 (3) 對刀、引導元件或裝置 這些元件的作用是保證工件與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件，稱為對刀元件，如對刀塊。用于確定刀具位置并導引刀具進行加工的元件，稱為導引元件。 (4) 夾具聯接元件 使夾具與機床相連接的元件，保證夾具在機床上定位和夾緊用的元件。如銑床夾具底面上安裝的定位鍵等。 (5) 夾具體 用于連接或固定夾具上各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎件。它與機床有關部件進行連接、對定，使夾具相對機床具有確定的位置。 (6) 其它元件及裝置 有些夾具根據工件的加工要求，要有分度機構，靠模裝置、工件抬起裝置和輔助支撐等。 圖1.1 銑床夾具外形圖 1.4 銑床夾具的結構特點 本次設計的是一個銑床夾具，加工用的機床為X62臥式銑床。銑床夾具最明顯的特點是夾具上一般有確定與刀具間相對位置的對刀裝置和確定它在車床工作臺方向的定位鍵。銑床夾具的主要類型有以下幾種。 （1） 按工件的進給方向，可分為直線進給的、圓周進給的和沿曲線進給（靠模）的； （2） 按在同一夾具中所安裝工件的數目，可分為單件加工的和多件加工的； （3） 按機動時間和裝卸時間是否重合，可分為利用機動時間裝卸的和不利用機動時間裝卸的。 在本次設計中，根據工件特點及加工要求，我所選用的是直線進給的銑床夾具。這類夾具在加工過程中，跟隨機床工作臺作直線進給運動。它分為單件加工的和多件加工的夾具。單件加工銑床夾具多用在單件小批生產中，或用于加工大尺寸的工件和定位方式較為特殊的中、小型工件。 圖1.2 曲軸箱零件圖 本次要加工的曲軸箱的總體尺寸如圖1.2所示，要加工的主軸孔卡瓦槽尺寸如下：，，（mm）。 銑床夾具一般用夾具體底面在機床工作臺平面上定位,為保證定位時接觸良好，對于較大的夾具體，可采用周邊接觸、兩端接觸或四腳接觸等方式。為確定夾具在機床工作臺上的方向，在夾具底面設置兩個定位鍵與機床工作臺的T型槽配合。定位鍵間的距離應盡量遠一些；在安裝夾具時可讓定位鍵靠向T型槽的一側，以消除間隙的影響。夾具底座上還應設計縱向的帶U型槽的耳座，供T型槽用螺栓穿過，將夾具體緊固在工作臺上。 2 工件定位方案的確定 2.1 工件定位要則 工件定位基準的選擇： （1） 選擇合理的定位基準 ① 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,獲得最大加工允差,降低夾具制造精度。當定位基準和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 應選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 在選擇定位元件時，要防止出現在超定位現象。 ④ 在工件各加工工序中，力求采用同一基準，以避免因基準更換而降低工件各表面相互位置的準確度。 ⑤ 當鑄、鍛件以毛坯面作為第一道工序的基準時，應選用比較光整的表面作基準面，避開冒口、澆口或分型面等凸起不平整的部位。 （2） 限制工件的自由度 一個自由的物體，它對三個相互垂直的坐標系來說，有六個可活動可能性，其中三種是移動，三種是轉動。習慣上把這種活動的可能性稱為自由度，因此空間任一自由物體共有6個自由度，物體的6個自由度分別為：沿X軸移動，以 表示；沿Y軸移動，以表示；沿Z軸移動，以表示；沿X方向的旋轉，以表示；沿Y方向的旋轉，以表示；沿Z方向的旋轉，以表示。若要使物體在某個方向有確定的位置，就必須限制該方向的自由度，所以要使工件在空處于相對固定的位置，就必須對六個自由度加以限制，限制的方法就是用相當于六個支承點的定位元件與工件的定位基準面接觸。這種用正確分布的6個支承點來限制工件的6個自由度，使工件在夾具中得到正確位置的規(guī)律，稱為六點定位原理。 （3） 對定位元件的要求 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，盡量減小與工件定位表面的接觸面積； ⑧ 消除定位表面的切屑方便。 （4） 定位精度 ① 對夾具要做必要的定位誤差分析和計算，定位誤差必須滿足工件的加工精度要求； ② 必須考慮提高夾具在機床上的定位精度； ③ 必須確保刀具在夾具上的導向精度； ④ 必須確保對刀元件表面到工件被加工面間的尺寸精度； ⑤ 出現超定位時，應取消產生超定位的定位元件，或增加超定位元件與定位基準間的間隙，以提高定位精度； ⑥ 工件被加工平面或中心至定位元件的位置精度和尺寸精度，在未注明特殊要求的情況下，一般取工件精度要求的1/5-1/3。 ⑦ 鉆模板鉆套孔中心距的公差在工件未注明公差要求的情況下，取工件孔中心距自由公差的1/5-1/3； ⑧ 當工件未注明定位面間的位置精度要求時，夾具定位面間的位置精度一般取0.01-100mm； ⑨ 按工件公差選取夾具公差的參考值； ⑩ 按工件的直線尺寸公差確定夾具相應尺寸公差的參考值。 2.2 工件定位方式的選擇 2.2.1 完全定位、不完全定位和欠定位現象 加工時，工件的六個自由度被完全限制了的定位稱為完全定位。 但生產中并不是任何工序都需要采用完全定位的。究竟應該限制幾個自由度和哪幾個自由度，應由工件的加工要求決定。 例如在一個長軸上銑一個兩頭不通的鍵槽，加工要求除了鍵槽本身的寬度、深度和長度外，還需保證槽距軸端的尺寸及槽對外圓軸線的對稱度。此時繞工件軸線轉動的自由度就不必限制而只要限制五個自由度即行了。工件的六個自由度沒有被完全限制的現象稱為不完全定位。在平面磨床上磨削平板零件的平面也是不完全定位的一個例子。 在滿足加工要求的前提下，采用不完全定位是允許的。但是根據加工要求應該限制的自由度而沒有限制是不允許的，它必然不能保證加工要求，這種現象稱為欠定位。 2.2.2 過定位現象 工件的某個自由度被重復限制的現象稱為過定位。一般情況下應當盡量避免過定位。 但是，在某些條件下，過定位的現象不僅允許，而且是必要的。此時應當采取適當的措施提高定位基準之間及定位元件之間的位置精度，以免產生干涉。 如車削細長軸時，工件裝夾在兩頂尖間，已經限制了所必須限制的五個自由度（除了繞其軸線旋轉的自由度以外），但為了增加工件的剛性，常采用跟刀架，這就重復限制了除工件軸線方向以外的兩個移動自由度，出現了過定位現象。此時應仔細地調整跟刀架，使它的中心盡量與頂尖的中心一致。 2.2.3 定位方式的選擇 在本次設計中,曲軸箱的加工工序如下： 粗銑上下平面——精銑下平面——半精銑上平面——鉆鉸工藝孔——粗銑兩端面——銑大小側面上部——半精銑兩端面——粗銑后油封擋板結合面——銑后端龍門兩側和前端螺臺邊——銑吸油管安裝面——粗銑大側面孔口平面——精銑大側面孔口平面——鏜主軸半圓孔——鏜凸輪軸后堵蓋孔孔口螺臺——銑主軸承座兩端面——銑軸瓦定位槽——鉆前、后端主油道孔——粗鏜四缸孔——鉆前、后端面孔——鉆下平面小側面孔——鉆上平面，大側面孔——主、直油道孔試壓——鉆，鉸大側面回油孔——鉆大側靠前端斜油孔及孔口攻絲——鉆下平面剩余孔——下平面孔攻絲——鉆上平面水孔、油孔——噴油溝孔锪平面，擴，鉆孔及攻絲——鉆大側面剩余孔——大側面孔倒角，鉸堵蓋孔，攻絲——鉆主孔通主油道斜孔——清洗機清洗機體——電解去毛刺——半精鏜四缸孔——精鏜兩軸孔——銑卡瓦槽——锪后端主油道孔口平面，鉆孔攻絲——擴，鏜凸輪軸后堵蓋孔——鉸凸輪軸孔底孔——凸輪孔孔口倒角——裝凸輪軸襯套——成品檢驗，并打印分級代碼。 以工件上兩個或兩個以上表面作為定位基準時，稱為組合表面定位。采用組合表面定位時，如果各定位基準之間無緊密尺寸聯系（即沒有尺寸精度要求）時，是把各種單一幾何表面的典型定位方式直接予以組合。如果各定位基準之間有緊密尺寸聯系（即有一定尺寸精度要求）時，需設法協(xié)調定位元件與定位基準的相互尺寸聯系，以克服過定位現象。本次的設計是在曲軸箱軸孔已銑出的情況下對上端面卡瓦槽進行銑削。根據六點定位原理以及該工件的自身特點，本設計采用在夾具體底座上安裝四塊定位塊，分別由三個螺釘固定；同理，在夾具體的左側面與工件的底面也用四塊定位塊，分別由三個螺釘固定，同時，在此處加一個菱形定位銷。由于所選用的定位塊與工件的接觸面較大，相當于三個支承點，限制工件三個自由度，故兩個平面及一個定位銷將工件完全定位?？紤]到定位基準與設計基準重合的原則和六點定位原則,選擇二面及一孔18作為定位基準。故該類工件采用“二面一孔”的定位方法，以消除工件在空間中的六個自由度。 定位塊（支承板）（JB/T8209）適用于精基準定位。A型支承板結構簡單、緊湊，但切屑易落入螺釘頭周圍的縫隙中，且不易清除，故多用于側面和頂面的定位。B型支承板，在工作面上有45°的斜槽，且能保持與工件定位基面連續(xù)接觸，清除切屑方便，多用于平面定位。支承板用螺釘緊固在夾具體上，當一個平面采用兩個以上的支承板定位時，裝配后應一次磨平工作表面，保證其平面度。 因此，根據工件的具體形狀，定位基準及定位要求，為補償工件兩定位孔的孔徑和孔距誤差及夾具兩定位銷的直徑和距離誤差，避免工件不套入定位銷，選擇兩面一孔定位。 選擇這些定位裝置所能消除的自由度如下： 下底面定位： 消除Z方向的移動以及X、Y方向的轉動三個不定度，即消除，，； 左側面及菱形定位銷：消除X,Y方向的移動以及Z方向的轉動三個不定度，即消除，，，來實現工件在夾具中的準確定位，見圖2.1所示。 圖2.1 二面一孔的定位方式 2.3 定位件的計算 2.3.1 菱形銷的設計計算 菱形銷定位簡圖如圖2.2所示： 圖2.2 菱形銷定位簡圖 1） 確定兩定位銷中心距尺寸Lx及其公差&Lx Lx=Lg=59，±&Lx=±（1/5～1/3）&Lg=0.25x0.06=0.015 式中：Lg——工件兩定位孔中心距；±&Lg——工件兩定位孔中心距公差。 2）確定圓柱銷直徑d1及其公差&d1 d1=D1=17.979 D1——與圓柱銷相配合的定位孔的最小直徑 &d1=0.021 &d1——圓柱銷直徑公差 &d1按dc選取； 3） 削邊銷的寬度B和b 查表，由D2=18可知，b=4，B=D2-2=16 D2——與菱形銷相配合的工件定位孔最小直徑； 4） 補償距離 (2.3) ——圓柱銷及其相配合的工件定位孔間最小間隙 5） 菱形銷圓弧部分與其相配合的工件定位孔間的最小間隙 (2.4) ——與菱形銷相配合的工件定位孔的最小直徑 6） 菱形銷最大直徑d2 公差選取 h5，可計算得 。 其他技術條件按GB2259-80《機床夾具零件及部件技術條件》。 2.3.2 定位銷的精度選擇及提高定位精度的措施 定位銷的精度等級根據被加工零件的加工精度,定位銷孔精度及其距離尺寸公差的大小進行選擇，應滿足下列等式的要求. 2：工件定位銷孔中心距公差 夾：夾具兩定位銷中心距公差 面：圓柱銷與定位孔間的最小間隙 菱：菱形銷與定位孔間的最小間隙 D：定位銷孔（菱形銷處）的最小直徑 b：菱形銷圓柱部分寬度,由上一節(jié)算出的結果可知： =0.015 夾=0.003 面=0.016 b=4 D=17.979 菱=0.006 為了保證可靠的定位，定位銷與定位孔的有效接觸長度一般為5-12mm,此處取10mm。 2.4 定位誤差的分析和計算 2.4.1 定位誤差的基本概念 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，刀具經調整后位置是不動的，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。 為了保證加工精度要求，我們加工時應滿足下列關系式： (2.5) 式中，——各種因素產生誤差的總和； T——工件被加工尺寸的公差。 在這里，我們只研究有夾具有關的定位方法所引起的定位誤差對加工精度的影響，因此上式又可寫成： (2.6) 式中，——定位誤差； W——除定位誤差外，其它因素所引起的誤差總和，可按加工經濟精度查表確定。 所以由上式知道：，或者：。 定位誤差的組成及產生原因有以下兩個方面： 1） 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 表示。 2） 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，即定位基準的相對應位置在加工尺寸方向上的最大變動量，以 表示。 故有 (2.7) 此工式是在加工尺寸方向上的代數和。 2.4.2 定位誤差的計算 圖2.2定位誤差的計算 在圖2.2中,由于定位面2和3總是與支承板相接觸的,所以設計基準的位置也不變,因此,這種定位方法對尺寸A和B不引起誤差,即,(因設計基準與定位基準重合, 。平面定位時如果定位面不變，一般認為)。 故采用圖2-2的定位方式能保證加工精度，從這里可以看出：平面定位時的定位誤差就等于定位基準和設計基準不重合所產生的誤差，如果定位基準與它的設計基準重合，則；如果兩者不重合，則。 即由定位副制造誤差引起的定位誤差小于該工序尺寸制造公差，證明上述方案可行。 3 夾緊方案的確定 機床對工件進行加工時，除需要定位支承系統(tǒng)獲得對于刀具及其導向的正確相對位置，還需依靠夾具上的夾緊機構來消除工件因受切削力和工件自重的作用而產生的位移或振動。本例夾緊裝置中，工件在加工過程中能繼續(xù)保持定位所得到的正確位置。 夾緊機構通常由三個部分組成：夾緊動力部分，中間傳動機構和夾緊元件。夾緊動力部分用于產生力源，并將作用力傳給中間傳動機構，中間傳動機構用于改變作用力的大小和方向，并能產生自鎖。夾緊元件則承受由中間傳動機構傳遞的夾緊力并與工件直接接觸而執(zhí)行夾緊動作。 3.1 工件達到正確夾緊的原則 工件達到正確夾緊的原則： （1） 在夾緊過程中，不至于因工件重力的影響而破壞正確定位 ① 確定定位方案及設置定位支承時，因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； ② 當工件重力與主基準或雙導向基準垂直，而工件的重心位置不在各支承范圍內時，應使主要夾緊力與主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 若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 當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上設置初定位件。 （2） 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位置： ① 制定夾緊方案時，應盡可能避免夾緊力與支承反向構成力偶； ② 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； ③ 當主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； ④ 若壓緊力處于支承范圍外，則應采取結構上的措施，使工件不脫離正確位置； （3） 在夾緊過程中，應使工件不產生超出表面形狀精度允許范圍的變形： ① 制定夾緊方案時，對于剛性較差的工件，應盡可能減少或避免由于夾緊力而產生彎曲變形； ② 夾緊力應力求通過或靠近定位基準與定位支承的接觸面； ③ 當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； ④ 當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。 ⑤ 當單方面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； ⑥ 夾緊力應避免壓向超定位元件； （4） 在切削過程中，應避免工件產生不能允許的振動： ① 制定夾緊方案時，對于剛性較差的工件，應盡可能減少或避免由切削力而產生的振動； ② 夾緊力要盡可能靠近工件被加工表面，以減少工件的懸臂長度； ③ 當主夾緊力無法靠近工件被加工表面，而工件被加工表面懸臂又較長時，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。 （5） 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： ① 制定夾緊方案時，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 用定位支承反力平衡最大切削力，此時所需要的夾緊力最?。? ③ 用夾緊力平衡最大切削力，此時所需夾緊力最大； 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。 3.2 夾緊機構的確定 針對成批生產的工藝特征，本夾具選用螺旋夾緊機構夾壓工件。采用螺旋裝置直接夾緊或其它元件組合實現夾緊的機構，統(tǒng)稱為螺旋夾緊機構。螺旋夾緊機構結構簡單，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夾緊機構的自鎖性能好，夾緊力的夾緊行程都較大，在手動夾具上應用較多。螺旋夾緊機構可以看做是繞在圓柱表面上的斜面，將它展開就相當于一人斜楔。在此螺旋夾緊裝置中，采用螺母直接夾緊。裝夾工件時，先將工件放在夾具體上，用兩個平面的支承板控制工件的六個自由度，使工件不能前后左右移動，然后將壓板放在工件上，套上帶肩螺母，在加工面的下部用鉤形壓板來壓緊工件，利用兩面一孔定位，然后手動擰緊螺母壓緊工件。 3.3 夾緊力三要素的確定 3.3.1 夾緊力方向的確定 夾緊力的方向與工件的裝夾方式、工件受外力的方向以及工件的剛性等有關，夾緊力方向的確定原則： (1) 夾緊力的方向應使定位基面與定位元件接觸良好，保證工件定位準確可靠； (2) 夾緊力的方向應與工件剛度最大的方向一致，以減小工件變形； (3) 夾緊力的方向應盡量與工件受到的切削力、重力等的方向一致，以減小緊力。 減小夾緊力可以從以下三方面考慮： （1） 當工件以幾個表面作為定位基準時，若工件是大型的，則為了保持工件的正確位置，朝每個定位元件都要有夾緊力；若工件尺寸較小，切銷力不大，則往往只要垂直朝向主要定位面有夾緊力，保證主要定位面與定位元件有較大的接觸面積，就可以使工件裝夾穩(wěn)定可靠。 （2） 夾緊力的方向應方便裝夾和有利于減小夾緊力。下圖3.1為夾緊力Q、重力G和切銷力F三者之間的組合關系： 工件重力G方向始終指向地面，因此從裝夾工件出發(fā)，以圖a,b 最好，因為主要定位元件表面是水平朝上，使工件裝夾穩(wěn)定可靠；圖c,d,e情況較差，圖f情況最差，不便裝夾；若從減小夾緊力出發(fā)，假定圖中G和F大小相同，則所需要的Q力以圖a最小，圖b次之，圖f最大；由此可見當Q，G，F方向相同時，所需夾緊力最小，此時施加夾緊力的目的就是防止工件在加工中振動。此設計中，主夾緊力的Q，G，與F方向垂直。 （3） 夾緊力的方向應使工件夾緊后的變形小。 圖3.1 六種夾緊方式的比較 3.3.2 夾緊力作用點的確定 (1) 夾緊力的作用點應正對支撐元件或位于支撐元件所形成的支撐面內。 (2) 夾具力的作用點應位于工件剛性較好的部位。 (3) 夾具力的作用點應盡量靠近加工表面，以減小切削力對夾緊點的力矩，防止或減小工件的加工振動或彎曲變形。 3.3.3 夾緊力大小的確定 工件的夾緊力過大，會引起工件的變形，達不到加工精度要求，而且使夾緊裝置結構尺寸過大，造成結構不緊湊；夾緊力過小，會造成工件夾緊不牢，加工時易破壞定位，同樣也保證不了加工精度要求，甚至會引起安全事故。由此可見，必須對工件施加大小適當的夾緊力。 確定夾緊力的基本原則：正確選擇夾緊力的方向、著力點和夾緊力的大小。 （1） 按靜力學的平衡條件，根據工件受外力的情況計算所需理論夾緊力； （2） 確定夾緊方式和夾緊裝置； （3） 確定夾緊裝置所能產生的實際夾緊力。 本次夾具是用來銑削加工卡瓦槽的，所需的理論夾緊力為銑削切削刀的切削力。查《機床夾具設計手冊》表1-2-9銑削切削刀的切削力的計算公式為： （3.1） 本公式適用于刀具材料為高速鋼，工件材料為碳鋼、青銅、鋁合金、可鍛鑄鐵等，銑刀類型為圓柱銑刀、立銑刀、盤銑刀、鋸片銑刀、角度銑刀、半圓成型銑刀等。 P——銑銷力（N）； ——在用高速鋼（）銑刀銑削時，考慮工件材料及銑刀類型的系數，按表1-2-10選取=294； ——銑削深度（mm），指銑刀刀齒切入和切出工件過程中，接觸弧在垂直走刀方向平面中測得的投影長度，取0.245； ——每齒進給量（mm），取0.13； D——銑刀直徑(mm), 取70； B——銑削寬度（mm）（指平行于銑刀軸線方向測得的切削層尺寸），取0.5； Z——銑刀的齒數，取4； ——用高速鋼（）銑削時，考慮工件材料機械性能不同的修正系數。灰鑄鐵：，取HB=200，； HB——工件材料的布氏硬度（取max）； 代入數值后，得： 即為理論所需夾緊力。 再計算實際所需夾緊力。 查《機床夾具設計手冊》表1-2-11，典型夾緊形式實際所需夾緊力（或原始作用力）的計算公式： （3.2） ——工件表面的摩檫系數，查表1-2-12，取=0.16； K——安全系數，粗加工K=2.5~3.0，精加工K=1.5~2.0；本次取K=2.0。 工件以兩垂直面定位，側向夾緊的受力簡圖如圖3.2所示。 圖3.2 工件以兩垂直面定位，側向夾緊受力圖 P1與P2為切削力的兩個分力，且P1=P2=cos45°P=382487,代入數值后，計算得： =25801476.7(N) 即所需的實際夾緊力為25801476.7(N)。 4 其它裝置的確定 4.1 手柄的選擇及設計 手柄有圓頭平手柄，圓頭斜手柄，圓頭斜形方孔手柄，錐形手柄，螺紋頭凸肚手柄，杠桿式手柄等。本次設計在圓頭平手柄的基礎上，結合夾具的實際情況，手柄設計為如圖4.1所示。 圖4.1 手柄 4.2 壓板的選擇及設計 壓板是用來壓緊工件的，可分為直壓板，移動壓板，轉動壓板，移動彎壓板，移動彎壓板，寬頭壓板，移動寬壓板，鉸鏈壓板，回轉壓板，偏心輪用壓板，偏心輪用寬頭壓板，雙向壓板，鉤形壓板，臥式鉤形壓板，立式鉤形壓板，端面鉤形壓板，側面鉤形壓板，U形壓板，平端壓板，尖端壓板等。 本次夾緊中選用了兩種壓板，直壓板和鉤形壓板，其變形設計后簡圖如下圖4.2，圖4.3所示。 圖4.2 直壓板 圖4.3 鉤形壓板 5 夾具體設計 夾具體是整個基體和骨架，在夾具體上要安裝組成該夾具所需要的各種元件、機構、裝置等；而且還要考慮便于裝卸工件以及在機床上的固定。因此，夾具體的開關和尺寸，主要取決于夾具上各組成件的分布情況，工件的形狀、尺寸及加工性質等，工件的形狀如圖1-2所示，其基本尺寸為：470mm ，270mm ，106mm。 對夾具體的設計提出以下基本要求： ( 1 ) 應有足夠的強度和剛度，不致產生不允許的變形和振動。 ( 2 ) 力求結構簡單，裝卸工件方便，要防止無法制造和難以裝卸的現在發(fā)生。 ( 3 ) 要有良好的結構工藝性和使用性，以便于制造、裝配和使用。 ( 4 ) 尺寸要穩(wěn)定，即夾具體經制造加工后，應防止其日久變形。 ( 5 ) 排除切屑要方便，為了防止加工中切屑聚積在定位元件工件表面上或其它裝置中，而影響工件的正確定位和夾具的正常工作，因此在設計夾具體時，要考慮切屑的排除問題。 ( 6 ) 在機床上安裝要穩(wěn)定、可靠、安全。 根據以上原則，為了使底座與機床工作臺接觸穩(wěn)定、可靠，采用周邊接觸,實現夾具體與機床的夾緊配合；夾具體采用鑄造，夾具體厚度h=25mm。夾具體的外形尺寸可根據工件，定位元件，夾緊裝置，對刀，引導元件以及其他輔助機構和裝置在總體上的配置確定。根據本次加工工藝的特點，設計的夾具體的基本尺寸為522mm,347mm,250mm,示意圖見圖5.1所示： 圖5.1 夾具體示意圖 夾具體通過T形螺釘與機床定位。底部的孔是為夾具體與螺桿的配合而設計的。夾具體底部以四個T型槽用螺栓與銑床工作臺連接，工件通過螺桿與壓板安裝在夾具體上，再與夾具體夾緊定位，從而使各零部件組合為一個整體。 總結 機床夾具是由定位元件,夾緊裝置,對刀元件,夾具體部分組成,機床夾具設計也就是針對夾具組成的各個部分進行設計,其中定位與夾緊量個環(huán)節(jié)是夾具設計的重點。 本次設計中，基本上按專用夾具設計步驟來設計夾具的。首先對工件零件圖進行仔細研究，分析，明確設計任務書中的設計要求及有關資料，對工件有了全面透徹的了解，熟悉了它的結構和工藝要求?？紤]到在生產實際方便、可靠性、機床型號、生產批量、零件工藝性等各方面的因素，然后確定夾具的結構方案， 主要包括： 1. 工件的定位方案 2. 確定夾緊方案 3. 確定夾緊機構 4. 確定夾具體極其總體結構 根據具體方案的各項工藝性指標，畫出非標準件的零件工作圖，公差配合制定。參照有關資料經驗植，基本上完成了專用夾具的設計。 在夾具設計中，本夾具具有以下特點 1. 該夾具采用手動夾緊，可靠方便，省時省力，尺寸小，不需要增壓裝置，結構簡單； 2. 該夾具采用兩面一孔定位，誤差少，能夠滿足工件的加工要求； 3. 工件要求不太高，夾具各公差配合適當放寬，降低了夾具的制造精度，從而使夾具生產成本不太高，符合夾具設計要求。 由于本人實踐經驗不足，對各門知識運用不是很熟悉，在加上這是第一次接觸這門課程，系統(tǒng)的設計夾具結構，在設計中難免出現錯誤和缺點。敬請各位領導，老師，同學賜教，本人不勝感激。 參考資料 [1] 鄭本修．機械制造工藝學．機械工業(yè)出版社， 1999 [2] 白成軒．機床夾具設計新原理．機械工業(yè)出版社，1997 [3] 齊世恩．機械制造工藝．哈工大出版社 1989 [4] 任家隆．機械制造技術．機械工業(yè)出版社，2000 [5] 張進生．機械制造工藝與夾具設計指導．機械工業(yè)出版社, 1995 [6] 荊長生．機械制造工藝學．西北工業(yè)大學出版社，1996 [7] 徐發(fā)仁．機床夾具設計．重慶大學出版社，1996 [8] 劉朝儒．機械制圖．高等教育出版社，2001 [9] 龐懷玉．機械制造工程學．機械工業(yè)出版社，1998 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It is usually a result of manufacturing or assembling operations. Sometimes it is called initial stress, and the operations, prestressing. When the structure or machine is put into service, the service loads superimpose stresses. If the residual stresses add to the service-load stresses, they are detrimental; if they subtract from the service-load stresses they are beneficial. In the plastic deformation the external force does t