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茂 名 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 題 目 車床撥叉上螺紋底孔加工鉆床夾具的設(shè)計 英文并列題目 The Design of the Drilling Machine Fixture for Processing Lathe Shifting Fort Upper Thread Bottom Hole 學院 機電工程學院 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班級 機電 04-2 班 學生 周宏霄 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 茂 名 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 任 務(wù) 書 機電工程 系 機械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) 04-2 班 學生 周宏霄 一、畢業(yè)設(shè)計(論文) 課題 車床撥叉上螺紋底孔加工鉆床夾具的設(shè)計 二、畢業(yè)設(shè)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(shè)計(論文) 進行地點 茂名學院機電工程學院 四、畢業(yè)設(shè)計(論文) 的內(nèi)容要求 (一 )已知條件： （1） 、被加工零件的工序圖 （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(jié)合課題到工廠進行畢業(yè)實習； （3） 、收集國內(nèi)外有關(guān)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(shè)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(shè)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 P8 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）金屬切削機床 上、下冊 顧熙棠等主編 上?？萍汲霭嫔?； （4）組合機床設(shè)計手冊 機械工業(yè)出版社； （5）組合機床設(shè)計圖冊 機械工業(yè)出版社； （6）機電傳動與控制 鄧星鐘等 華中理工大學出版社； （7）新編機械設(shè)計手冊 徐灝 機械工業(yè)出版社； （8） 機械可靠性設(shè)計 劉惟信主編 機械工業(yè)出版社； 系主任 批準日期 （9） 機械設(shè)計手冊 機械工業(yè)出版社； （10） 機床夾具設(shè)計 龔定安等 西安交通大學出版社 （11） 機床夾具設(shè)計 李慶壽 機械工業(yè)出版社 （12）單獨驅(qū)動的回轉(zhuǎn)分度工作臺 組合機床（1985）7 總 137 期 P19 （13） 機床設(shè)計圖冊 華東五高校編 華東科技大學出版社 （14） 機電一體化系統(tǒng)設(shè)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 接受設(shè)計論文任務(wù)開始執(zhí)行日期 2008 年 1 月 7 日 學生簽名 I 摘要 本課題是車床撥叉上螺紋底孔加工鉆床夾具設(shè)計，而車床撥叉它位于車床變速機 構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩 的作用。 本設(shè)計中，根據(jù)撥叉尺寸公差、形狀和位置公差、表面粗糙度、技術(shù)要求、工件 材料、毛坯類型、熱處理與表面保護等要求來設(shè)計。夾具的總體設(shè)計包括從方案制定 到總裝配圖的設(shè)計的全部過程。包括確定工件的定位，選擇或設(shè)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(shè)計夾緊機構(gòu)或裝置，計算夾緊力；確定夾具體及其他裝置的結(jié) 構(gòu)類型等。 通過合理的設(shè)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(guān)鍵詞：夾具，設(shè)計，鉆床，螺紋底孔； II Abstract The topic is The design of the drilling machine fixture for Processing lathe shifting fort upper thread bottom hole, and lathe shifting fort located in the lathe speed institutions, mainly from the shift so that the spindle rotary movement of workers in accordance with the requirements of work, have the necessary speed and torque Role. The design, based on tolerance shifting fort size, shape and location of tolerance, surface roughness, technical requirements, the workpiece material, rough type, heat treatment and surface protection and other requirements of the design. Fixture for the overall design, including programming from the assembly to the design of the entire process. Including the identification of the workpiece location, location choice or design components, calculated positioning error; determine the tool and guided the knife, or select the color traces of knife- guided components or components; determine the workpiece clamping, choice or design clamping Or device, calculated clamping force; identify specific folders and other devices, such as the type of structure. Through rational design, to ensure the quality of parts processing premise, increase production efficiency and reduce consumption, to achieve better economic and social benefits. Keywords: Fixture, Design,Drilling Machine,Thread Bottom Hole； i 目錄 摘 要 ....................................................................I ABSTRACT .................................................................II 第一章 緒論 ..............................................................1 1.1 背景 ...............................................................1 1.2 夾具的特點 .........................................................1 1.3 研究夾具的目的和意義 ...............................................4 1.4 論文構(gòu)成及研究內(nèi)容 .................................................4 1.4.1 論文構(gòu)成 ........................................................4 1.4.2 本設(shè)計的主要內(nèi)容及要求 ..........................................5 第二章 機床夾具概述 ......................................................6 2.1 夾具的現(xiàn)狀及生產(chǎn)對其提出新的要求 ...................................6 2.2 夾具的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 .........................................6 2.3 現(xiàn)代夾具的發(fā)展發(fā)向 .................................................7 2.3.1 精密化 ..........................................................7 2.3.2 高效化 ..........................................................7 2.3.3 柔性化 ..........................................................7 2.3.4 標準化 ..........................................................7 2.4 機床夾具及其功用 ...................................................8 2.4.1 機床夾具 ........................................................8 2.4.2 機床夾具的功能 ..................................................8 2.5 機床夾具在機械加工中的作用 .........................................8 2.6 機床夾具組成和分類 .................................................9 2.6.1 機床夾具的基本組成部分 ..........................................9 2.6.2 機床夾具的其他組成部分 ..........................................9 2.7 機床夾具的分類 ....................................................10 2.7.1 按夾具的通用特性分類 ...........................................10 2.7.2 按夾具使用的機床分類 ...........................................11 2.8 機床夾具設(shè)計特點 ..................................................11 第三章 夾具設(shè)計 .........................................................12 3.1 夾具設(shè)計概述 .......................................................12 ii 3.1.1 機床夾具設(shè)計的基本要求和步驟 ...................................12 3.1.2 機床夾具的分類和組成 ...........................................13 3.1.3 工件安裝與獲得加工精度的方法 ...................................13 3.1.4 工件在夾具中的定位原理 .........................................14 3.1.5 常見定位方式及定位元件 .........................................14 3.1.6 工件在夾具中的夾緊原理 .........................................15 3.1.7 確定刀具位置及鉆套的選擇 .......................................16 3.1.8 夾具總圖的繪制及標注 ...........................................18 3.1.9 機床夾具總圖上尺寸的標注 .......................................19 3.1.10 機床夾具總圖上技術(shù)條件的標注 ..................................19 3.1.11 機床夾具調(diào)刀尺寸的標注 ........................................20 3.2 夾具設(shè)計 ...........................................................21 3.2.1 問題的提出 .....................................................21 3.2.2定位方案 設(shè)計 ...................................................22 3.2.3 定位元件設(shè)計 ...................................................23 3.2.4 切削力與夾緊力計算 .............................................23 3.2.5 定位誤差計算 ...................................................23 3.2.6 導向方案選擇 ...................................................24 3.2.7 導向元件設(shè)計 ...................................................24 3.2.8 導向誤差計算 ...................................................24 3.2.9 夾緊裝置的設(shè)計 .................................................24 3.2.10 設(shè)計夾具體 ....................................................25 3.2.11 夾具工作原理 ..................................................25 3.3 夾具在安裝和操作時應(yīng)注意的事項 .....................................25 3.3.1 夾具的安裝 .....................................................25 3.3.2 夾具在操作時應(yīng)注意的事項 .......................................26 3.4 夾具可行性分析 .....................................................26 3.4.1 夾具的經(jīng)濟效益分析 .............................................26 3.4.2 夾具的可行性 ...................................................27 第四章 總結(jié) .............................................................28 致謝 .....................................................................29 參考文獻 .................................................................30 科技譯文 .................................................................31 第一章緒論 1 第一章緒論 1.1背景 夾具最早出現(xiàn)在 1787 年，至今經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。第一階段表現(xiàn)為夾具與人的 結(jié)合。在工業(yè)發(fā)展初期，機械制造的精度較低，機械產(chǎn)品工件的制造質(zhì)量主要依賴勞 動者個人的經(jīng)驗和手藝，而夾具僅僅作為加工工藝過程中的一種輔助工具；第二階段 是隨著機床、汽車、飛機等制造業(yè)的發(fā)展，夾具的門類才逐步發(fā)展齊全。夾具的定位、 夾緊、導向（或?qū)Φ叮┰慕Y(jié)構(gòu)也日趨完善，逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)的主要工藝裝備之 一；第三階段，即近代由于世界科學技術(shù)的進步及社會生產(chǎn)力的迅速提高，夾具在系 統(tǒng)中占據(jù)相當重要的地位。這一階段的主要特征表現(xiàn)為夾具與機床的緊密結(jié)合。 1.2夾具的特點 在機床上加工工件時,我們可以看到兩種不同的情況:一種是用劃針或指示表等量 具,按工件的某一表面,或者按工件表面上所劃的線進行找正,使工件在機床上處于所需 要的正確位置,然后夾緊工件進行加工;另一種是把工件安裝字夾具上進行加工。為了 在工件的某一部位上加工出符合規(guī)定技術(shù)要求的表面,一般都按工件的結(jié)構(gòu)形狀,加工 方法和生產(chǎn)批量的不同,采用各種不同的裝置將工件準確,方便的而可靠地安裝在機床 上,然后進行加工.這種用來安裝的工件以確定工件與切削刀具的相對位置并將工件夾 緊的裝置稱為“機床夾具” 。在實際的生產(chǎn)中,例如活塞,連桿的生產(chǎn)線上,幾乎每道工 序中都采用了夾具。十分明顯,如果不采用夾具,不但工件的加工精度難以保證,而且加 工生產(chǎn)率也會大大降低,有時甚至會造成無法加工的情況。除了機床加工時需要使用夾 具外,有時在檢驗,裝配等的工序中也要用到夾具,因之在這種場合中用到的夾具可分別 稱為“檢驗夾具”和“裝配夾具” 。 機床夾具通常是指裝夾工件用的裝置:至于裝夾各種刀具用的裝置,則一般稱為 “輔助工具” 。輔助工具有時也廣義地包括在機床夾具的范圍內(nèi)。按照機床夾具的應(yīng)用 范圍,一般可分為通用夾具,專用夾具和可調(diào)整式夾具等。 通用夾具是在普通機床上一般都附有通用夾具,如車床上的卡盤,銑床上的回轉(zhuǎn)工 作臺,分度頭,頂尖座等。它們都一標準化了,具有一定的通用性,可以用來安裝一定形 狀尺寸范圍內(nèi)的各種工件而不需要進行特殊的調(diào)整。但是,在實際生產(chǎn)中,通用夾具常 常不能夠滿足各種零件加工的需要;或者因為生產(chǎn)率低而必須把通用夾具進行適當?shù)母?進;或者由于工件的形狀,加工的要求等的不同須專門設(shè)計制造一種專用夾具,以解決生 產(chǎn)實際的需要。 專用夾具是為了適應(yīng)某一工件的某一工序加工的要求而專門設(shè)計制造的,其功用主 茂名學院本科畢業(yè)設(shè)計：車床撥叉上螺紋底孔加工鉆床夾具的設(shè)計 2 要有下列幾個方面:1.保證工件被加工表面的位置精度,例如與其他表面間的距離精度, 平行度,同軸度等。對于外行比較復雜,位置精度要求比較高的工件,使用通用夾具進行 加工往往難以達到精度要求。2.縮短了工序時間,從而提高了勞動生產(chǎn)率。進行某一工 序所需要的時間,其中主要包括加工工件所需要的機動時間和裝卸工件等所需要的輔助 時間兩部分。采用專用夾具后,安裝工件和轉(zhuǎn)換工位的工作都可以大為簡化,不再需要 畫線和找正,縮短了工序的輔助時間并且節(jié)省了畫線這個工序,從而提高了勞動生產(chǎn)率. 在生產(chǎn)中由于采用了多工件平行加工的夾具,使同時加工的幾個工件的機動時間將與加 工一個工件的機動時間相同。采用回轉(zhuǎn)式多工位連續(xù)加工夾具,可以在進行切削加工某 個工件的同時,進行其它工件的裝卸工作,從而使輔助時間與機動時間相重合?？傊?隨 著專用夾具的采用和進一步改善,可以有效地縮短工序時間,滿足生產(chǎn)不斷發(fā)展的需要。 3.采用專用夾具還能擴大機床的工藝范圍。例如在普通車床上附加鏜模夾具后,便可以 代替鏜床工作;裝上專用夾具后可以車削成型表面等,以充分發(fā)揮通用機床的作用。4. 減輕勞動強度,保障安全生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)需要,采用一些氣動,液壓或其它機械化,自動 化程度較高的專用夾具,對于減輕工人的勞動強度,保障生產(chǎn)安全和產(chǎn)品的穩(wěn)質(zhì)高產(chǎn)都 有很大作用。加工大型工件時,例如加工車床床身上,下兩面上的螺孔,需要把床身工件 翻轉(zhuǎn)幾次進行加工,勞動強度大而且不安全。采用電動回轉(zhuǎn)式鉆床家具后,就能夠達到 提高生產(chǎn)效率,減輕勞動強度,保障生產(chǎn)安全的目的。 專用夾具在生產(chǎn)上起著很大的作用,那么是不是在任何場合都要設(shè)計和采用呢!這 個問題就是具體問題具體的分析。上面說的關(guān)于專用夾具在生產(chǎn)中的作用,只是事物的 一個方面。另一方面,由于夾具的設(shè)計,制造和所用的材料等須消耗一定的費用,增加了 產(chǎn)品的成本。因之,在什么情況下采用什么樣的夾具才是經(jīng)濟合算的,這是一個大問題, 特別對于重大的,設(shè)計制造工作量大的專用夾具需與工人師傅等三結(jié)合共同研究解決。 事物總是一分為二的,專用夾具也存在缺點,即專用夾具的專用性和產(chǎn)品多樣性的矛盾。 由于專用夾具只適用于一個工件加工的某一個工序,因而隨著產(chǎn)品品種的不斷增多,夾 具數(shù)量也不斷上升,造成存放和管理上的困難;而當某產(chǎn)品不再進行生產(chǎn)時,原來的夾具 一般都無法重新利用,造成浪費.同時,專用夾具的設(shè)計生產(chǎn)時間周期長,與生產(chǎn)的迅速 發(fā)展也有矛盾。但是在當前成批生產(chǎn)的機械工廠中,多數(shù)還是采用通用機床加上專用夾 具進行工件的機械加工。 可調(diào)整夾具是為了擴大夾具的使用范圍,彌補專用夾具只適用與一個工件的某一特 定工序的缺點,正在逐步推廣使用可調(diào)整式的夾具?？烧{(diào)整式夾具一般可分為標準化夾 具,成組夾具和組合夾具等。1.標準化夾具:標準化夾具就是利用本廠已規(guī)格化了的部 分或全部標準零件裝配成的專用夾具。專用夾具中的大件,如夾具體,以及定位元件,夾 緊件和機械夾緊用的氣缸部件等,經(jīng)過標準化,尺寸規(guī)格化后有利于工廠成批準備配件, 成批加工,這樣可使夾具的設(shè)計,制造工作加快,節(jié)省費用。另外,當產(chǎn)品更改,夾具不再 使用時可以拆開,把標準零件保存起來,備以后使用。2.成組夾具:多品種,小批量生產(chǎn) 第一章緒論 3 的機械加工車間中,往往可以采用成組加工法。采用成組加工法,是把多種產(chǎn)品的零件 按加工所用的機床和刀具,夾具等工藝裝備的共性分組,同一組的零件能在同一臺機床 上用共同的工藝裝備和調(diào)整方法進行加工。例如分成軸類,套類,盤類,齒輪,杠桿,支架 類等各種零件。成組夾具就是根據(jù)一組安裝方法相類似的零件而設(shè)計的,只要稍作調(diào)整 或更換夾具上的某些定位,夾緊件,就可以從加工某一工件轉(zhuǎn)為加工另一工件。3.組合 夾具:組合夾具是有一套專門設(shè)計制造,便于組裝和拆卸的有各種不同的形狀,不同尺寸 規(guī)格并且有完全互換性和耐磨性的標準元件和合件所組成。利用這些元件和合件,根據(jù) 加工工件的需要可以組裝成車,磨,銑,刨,鉆,鏜等工序用的各種不同的機床夾具。夾具 使用完畢,可以方便的拆開,洗凈元件存放起來,留待以后組裝新夾具時再用。因之組合 夾具是具有高度標準化和系列化元件的新型工藝裝備。關(guān)于組合夾具的問題,其設(shè)計原 理基本相同。 在實際生產(chǎn)中應(yīng)用的夾具很多,分類方法也有很多種。通常還可按使用夾具的工序 不同分為車床夾具,銑床夾具等;還可以根據(jù)在機床上運動的特點歸并成以下幾類, (1)車床類夾具:包括車床,內(nèi)外圓磨床,螺紋磨床用夾具,其特點是夾具與工件一起作旋 轉(zhuǎn)運動。(2)銑床類夾具:包括銑床,刨床,平面磨床等機床用夾具,其特點是夾具固定字 工作臺上,只作縱向或橫向往復運動或回轉(zhuǎn)運動。(3)鉆,鏜床類夾具:用于在鉆床上鉆, 擴,鉸等工序或在鏜孔工序,其實就是夾具固定在機床上,刀具通過夾具上的導向裝置進 行送進運動。 上述的各種夾具都是固定在機床上的,但是在自動線加工中,有的夾具帶著工件由 生產(chǎn)線的輸送裝置,挨著每臺機床逐步向前輸送,這類夾具通常稱為“隨行夾具” 。自動 線上的隨行夾具除了完成工件的定位,支承和夾緊外,還帶著工件沿自動線的加工機床 進行定位(相對于每臺機床的刀具位置),夾緊,待加工完了再自動送至下一臺機床加工, 以便通過自動線的各臺機床,完成工件的全部工序加工。隨行夾具主要適用于采用組合 機床自動線加工,但又無良好的輸送基面和定位基面的工件,以便將這種畸形工件先裝 夾于基面完整的隨行夾具上,然后在通過自動線進行加工。對一些有色金屬等軟件性材 料的工件,雖然具有良好的輸送基面,但為了保護工件的基面不受劃傷,有時也采用隨行 夾具。通用可調(diào)夾具,若產(chǎn)品中有若干零件具有相似性,有選用通用可調(diào)整夾具的可能, 應(yīng)進一步探索,應(yīng)用下面三方面分析判斷(1)工件結(jié)構(gòu)要素的相似性,主要是被加工表面 形式和部位的相似,工序內(nèi)容和技術(shù)要求基本相似;能有相似或相同的定位基準和定位 方式。(2)有可能采用功能相同的定位方式和夾緊方式(包括夾緊動力源)。(3)工件尺 寸要素相似,如定位基準和外廓尺寸的近似程度,看能否使用,可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)緊湊,布局 協(xié)調(diào)的夾具。 綜上所述,機床夾具已成為機械加工中的重要裝備。機床夾具的設(shè)計和使用是促進 生產(chǎn)發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著我國機械工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,機床夾具的改進和 創(chuàng)造已成為廣大機械工人和技術(shù)人員在技術(shù)革新中的一項重要任務(wù)。 茂名學院本科畢業(yè)設(shè)計：車床撥叉上螺紋底孔加工鉆床夾具的設(shè)計 4 1.3研究夾具的目的和意義 隨著我國改革開放的不斷深入，市場經(jīng)濟體系的不斷完善，我國工業(yè)逐漸向成熟 化發(fā)展。在整個機械工業(yè)中，設(shè)計在其中占有的地位日益顯現(xiàn)出來。工業(yè)設(shè)計主要包 括三個方面的內(nèi)容。第一是產(chǎn)品設(shè)計,第二是與產(chǎn)品有關(guān)的視覺傳達設(shè)計，如產(chǎn)品的包 裝、商業(yè)廣告等平面設(shè)計。第三是由產(chǎn)品設(shè)計擴展的環(huán)境設(shè)計如產(chǎn)品的展示與陳列， 商品櫥窗設(shè)計以及室內(nèi)設(shè)計等。 產(chǎn)品設(shè)計作為工業(yè)設(shè)計的核心，它涉及的面廣，從人們的衣食住行，到社會的各 行各業(yè)，產(chǎn)品設(shè)計無時不有，無時不在。產(chǎn)品設(shè)計的對象既包括一般的日用生活制品， 也包括工業(yè)生產(chǎn)的機床，加工工具；既包括家用小電器產(chǎn)品，也包括專業(yè)的儀器，儀 表；既包括私有的自行車，摩托車，也包括大型的汽車，飛機等交通工具；“從口紅 到宇宙飛船”都是屬于產(chǎn)品的設(shè)計的范疇，本論文主要針對加工工具設(shè)計，在一定范 圍內(nèi)又稱“加工輔助設(shè)計” ，即機床夾具體的設(shè)計。 機床夾具設(shè)計是工藝裝備設(shè)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(shù)措施。在設(shè)計過程中應(yīng)深人實際，進行調(diào)查研究，吸取國內(nèi) 外的先進技術(shù)，制定出合理的設(shè)計方案，再進行具體的設(shè)計。而深入生產(chǎn)實際調(diào)查研 究中，應(yīng)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(shù)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(shè)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(lǐng)：夾具的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)與工件的批量大小相適應(yīng)，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(shù)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。 1.4論文構(gòu)成及研究內(nèi)容 1.4.1論文構(gòu)成 論文是由緒論、正文、結(jié)論三個部分構(gòu)成，在結(jié)論中敘述課題的研究背景、夾具 特點、目的和意義。正文主要對夾具進行概述及對本課題的相關(guān)數(shù)據(jù)進行計算，核算。 最后在結(jié)論中敘述對課題計算研究所取得的結(jié)論。 第一章緒論 5 1.4.2 本設(shè)計的主要內(nèi)容及要求 (1)查閱設(shè)計資料和進行參觀補習； (2)夾具的方案設(shè)計； (3)夾具總裝配圖設(shè)計； (4)夾具主要零件圖的繪制； (5)夾具可行性分析； (6)編寫設(shè)計計算說明書； (7)外文翻譯（不少于 5000 字符） ； (8)準備和參加答辯。 茂名學院本科畢業(yè)設(shè)計：車床撥叉上螺紋底孔加工鉆床夾具的設(shè)計 6 第二章 機床夾具概述 2.1夾具的現(xiàn)狀及生產(chǎn)對其提出新的要求 現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場激烈競爭，盡管國 際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明中不批，多品種生產(chǎn)的工件已占工件種類數(shù)的 85%左右。然 而目前，一般企業(yè)習慣與采用傳統(tǒng)的專用夾具，在一個具有只能感等生產(chǎn)的能力工廠 中約擁有 1300015000 套專用夾具。另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，約隔 4 年就 要更新 80%左右的專用夾具，而夾具的實際磨損量只有 15%左右，特別最近年來柔性制 造系統(tǒng)（FMS） 、數(shù)控機床（NC） ，加工中心（MC）和成組加工（GT）等新技術(shù)被應(yīng)用和 推廣，使中小批生產(chǎn)的生產(chǎn)率逐步趨近于大批量生產(chǎn)的水平。 綜上所述，現(xiàn)代生產(chǎn)對夾具提出了如下新的要求； （1） 、能迅速方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)以縮短生產(chǎn)準備周期； （2） 、能裝夾一組相似性特征的工件； （3） 、適用于精密加工的高精度的機床； （4） 、適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型技術(shù)； （5） 、采用液壓汞站等為動力源的高效夾緊裝置，進一步提高勞動生產(chǎn)率。 2.2夾具的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 工業(yè)設(shè)計是人類社會發(fā)展和科學技術(shù)進步的產(chǎn)物，從英國莫里斯的“工藝美術(shù)運 動” ，到德國的包豪斯設(shè)計革命以及美國的廣泛傳播與推廣，工業(yè)設(shè)計經(jīng)過了醞釀，探 索，形成，發(fā)展百余年的歷史滄桑。時至今日，工業(yè)設(shè)計已成為一門獨立的專業(yè)學科， 并且有一套完整的研究體系。 1980 年國際工業(yè)設(shè)計協(xié)會理事會（ICSID）給工業(yè)作了明確定義：“就批量生產(chǎn)的 工業(yè)產(chǎn)品而言，憑借訓練，技術(shù)知識，經(jīng)驗及視覺感受，而預(yù)示材料、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、 形態(tài)、色彩、表面加工，裝飾以新的品質(zhì)和規(guī)格，叫做工業(yè)設(shè)計。根據(jù)當時的具體情 況，工業(yè)設(shè)計師應(yīng)在上述工業(yè)產(chǎn)品全部側(cè)面或其中幾個方面進行工作，而且需要工業(yè) 設(shè)計師對包裝、宣傳、展示，市場開發(fā)等問題的解決付出自己的技術(shù)知識和經(jīng)驗以及 視覺評價能力時，這也屬于工業(yè)設(shè)計的范疇” 。 材料、結(jié)構(gòu)、工藝是產(chǎn)品設(shè)計的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，一方面，技術(shù)制約著設(shè)計；另一 方面，技術(shù)也推動著設(shè)計。從設(shè)計美學的觀點看，技術(shù)不僅僅是物質(zhì)基礎(chǔ)還具有其本 身的“功能”作用，只要善于應(yīng)用材料的特性，予以相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式和適當?shù)募庸す?藝，就能夠創(chuàng)造出實用，美觀，經(jīng)濟的產(chǎn)品，即在產(chǎn)品中發(fā)揮技術(shù)潛在的“功能” 。 任何設(shè)計都是時代的產(chǎn)物，它的不同的面貌，不同的特征反映著不同歷史時期的 第二章機床夾具概述 7 科學技術(shù)水平。技術(shù)是產(chǎn)品形態(tài)發(fā)展的先導，新材料，新工藝的出現(xiàn)，必然給產(chǎn)品帶 來新的結(jié)構(gòu)，新的形態(tài)和新的造型風格。材料，加工工藝，結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品形象有機地聯(lián) 系在一起的，某個環(huán)節(jié)的變革，便會引起整個機體的變化。 2.3現(xiàn)代夾具的發(fā)展發(fā)向 現(xiàn)代夾具的發(fā)展方向表現(xiàn)為精密化、高效化、柔性化、標準化等四個方面： 2.3.1精密化 隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必也相應(yīng)提高對其精度要求。精密化夾具的結(jié) 構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度可達正負 0.1，用于精密車削的高精 度三爪卡盤，其定心精度為 5um，又如用于軸承套圈磨削的電磁無心夾具，工件的圓讀 可達 0.20.5um。 2.3.2高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的機動時的和輔助時的，以提高勞動生產(chǎn)率， 減少工人勞動強度，常見的高效化夾具有：自動化夾具、告訴化夾具、具有夾緊動力 模塊的夾具等。例如使用電動虎鉗裝夾工件，可使工件效率比普通虎鉗提高了 5 倍左 右；而高速卡盤則可保證卡爪在轉(zhuǎn)速 9000r/min 的條件下能正常夾緊工件，使切削速 度大幅度提高。 2.3.3柔性化 夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是通過調(diào)組合等方式，以適應(yīng)工藝可變因 素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等，具 有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊夾 具、數(shù)控夾具等，在較長時間內(nèi)，夾具的柔性化趨向?qū)⑹菉A具發(fā)展的主要方向。 2.3.4標準化 夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面，在制造典型夾具，結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上， 首先進行夾具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近 的夾具元件和不見的形成：舍棄一些功能低劣的結(jié)構(gòu)，通用化方法包括：夾具、部件、 元件、毛呸和材料的通用化夾具的標準化階段是通用化的深入并為工作圖的審查創(chuàng)造 了良好的條件。目前，我國已有夾具零件、部件的國家標準：GB21482249- 80，GB22622269-80 以及通用夾具標準，組合夾具標準等。夾具的標準化也是夾具柔 性化高效化的基礎(chǔ)，作為發(fā)展趨勢，這類夾具的標準化，有利于夾具的專業(yè)化生產(chǎn)和 有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。 茂名學院本科畢業(yè)設(shè)計：車床撥叉上螺紋底孔加工鉆床夾具的設(shè)計 8 2.4機床夾具及其功用 2.4.1機床夾具 夾具是一種裝夾工件的一種工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機械制造過程的切削加工， 熱處理裝配，焊接和檢測等工藝過程中。 在金屬切削機床工件是使用的夾具稱為機床夾具，在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機床夾具 是一種不可缺少的工藝裝備，它直接影響著加工的精度，勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的制造成 本等，故機床夾具的設(shè)計在企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計和制造以及生產(chǎn)技術(shù)裝備中占有極其主要的 地位。機床夾具設(shè)計是一項重要的技術(shù)工件。 2.4.2機床夾具的功能 在機床上應(yīng)用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件定位和夾緊。 1.機床夾具的主要功能 機床夾具的主要功能是裝夾工件，使工件裝夾中的定位和夾緊。 （1）.定位 確定工件在夾具中占有正確的位置的過程，定位是通過工件定位基準而與夾具 定位元件的定位面接觸成配合實現(xiàn)的正的定位可以保證加工面的尺寸和位置的精度要 求。 （2）.夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不錯的操作。由于工件在 加工時，受到各種力的作用若不將其固定，則工件會松動、脫離，因此夾緊為工件提 高了安全和可靠的加工條件。 2機床夾具的特殊功能 機床夾具的特殊功能主要是對刀與導向。 1） 、對刀 調(diào)整刀具切削相對工件或夾具的正確位置如銑床夾具中餓對刀塊，它能迅速地確 定銑刀相對于夾具的正確位置。 2） 、導向 如銑床夾具中的鉆模板與鉆套，能迅速的確定鉆頭的位置，并引導其進行鉆削， 導向元件制成模板形成故鉆床夾具長稱為鉆模、鏜床夾具（鏜模）也是具有導向的功 能的。 2.5機床夾具在機械加工中的作用 在機械加工中，使用機床夾具的目的主要有一些六個方面，然而在不同的生產(chǎn) 第二章機床夾具概述 9 條件下，應(yīng)該有不同的側(cè)重點。夾具設(shè)計時應(yīng)該綜合考慮加工的技術(shù)要求，生產(chǎn)成本 個工人操作方面的要求以達到預(yù)期的效果。 （1） 、保證加工精度 用夾具裝夾工件時，能穩(wěn)定的保證加工精度，并減少對其他工作條件的依賴性， 故在精密加工中廣泛的使用該夾具，并且它還是全面質(zhì)量管理的一個重要環(huán)節(jié)。 （2） 、提高勞動生產(chǎn)率 使用夾具是否能使工件迅速的定位很夾緊并能夠顯著的縮短輔助時間和基本時間， 提高勞動生產(chǎn)率。 （3） 、改善工人的勞動條件 用夾具裝夾工件方便、省力、安全。當采用氣壓、液壓等裝夾工件時，可家少工 人的勞動強度保證生產(chǎn)安全。 （4） 、保證工藝紀律 在生產(chǎn)過程中使用夾具可確保生產(chǎn)周期，生產(chǎn)強度等工藝秩序。例如：夾具設(shè)計 也是工程技術(shù)人員解決高難度零件的主要手段之一。 （5） 、降低生產(chǎn)成本 在批量生產(chǎn)中使用夾具時，由于勞動生產(chǎn)率的提高和允許使用技術(shù)等級較低的工 人操作，故可明顯降低生產(chǎn)成本。 （6） 、擴大機床工藝范圍 這是生產(chǎn)條件有限的企業(yè)中常用的一種技術(shù)改造措施，如車床上的拉削，鉆孔加 工等，也可用夾具裝夾的加工較復雜的成型面。 2.6機床夾具組成和分類 2.6.1機床夾具的基本組成部分 雖然各類機床夾具的結(jié)構(gòu)有所不同但按主要功能加以分析。機床夾具的基本組成 部分是定位元件，夾緊裝置和夾具體三個部分，這也好似夾具體的主要內(nèi)容。 1.定位元件 定位元件是夾具的主要功能元件之一 ，通常當工件定位基準面的形狀確定后，定 位元件的結(jié)構(gòu)也就確定了。 2.夾緊裝置也是夾具的主要元件之一，一般鉸鏈壓板、螺釘、夾緊裝置等。 3.夾具體 通常夾具作為鑄件的結(jié)構(gòu)、鍛件結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)，形狀有回轉(zhuǎn)體形和底座等多種 定位元件，夾緊裝置等分布在夾具體不同的位置上。 2.6.2機床夾具的其他組成部分 為滿足夾具的其他功能要求，各種夾具好要設(shè)計其他的元件個裝置。 茂名學院本科畢業(yè)設(shè)計：車床撥叉上螺紋底孔加工鉆床夾具的設(shè)計 10 1.連接元件 根據(jù)機床的工作特點，夾具在機床上的安裝。連接常有的兩種方式：一種是安裝 在機床工作臺上，另一種是安裝在機床主軸上，連接元件用于確定夾具本身在機床上 的位置。 2.對刀與導向裝置 對刀裝置常見在銑床夾具中，用以對刀塊 調(diào)銑刀對刀前的位置，對刀時，銑刀不能與對刀塊直接相連，以免碰傷銑刀的切削刃 和對刀塊工作表面。 導向裝置鉆模板、鉆套、鏜模的鏜模支架。鏜套，它們能確定刀具的位置，并引 導刀具進行切削。 3.其他元件和裝置 根據(jù)加工的需要，有些夾具分別采用分度裝夾，靠模裝置上下料加工工藝機器人 等。 2.7機床夾具的分類 2.7.1按夾具的通用特性分類 這是一種基本的分類方法，主要反應(yīng)夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，故也是 選擇夾具主要依據(jù)。目前，我國常用的夾具有通用夾具、專用夾具和自動化生產(chǎn)夾具 等五大類。 （1） 、通用夾具 通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化，具有一定通用性的夾具、如三爪自定心卡盤、 四爪單動卡盤、臺虎鉗、萬能分度頭、頂尖、中心架、電磁吸盤等。其特點是使用性 強，不需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以裝夾一定形狀和尺寸范圍內(nèi)的各種工件，這類夾具以 商品化，且成為機床附件，采用這種夾具可減少生產(chǎn)周期，減少夾具品種從而降低生 產(chǎn)成本，其缺點是夾具的精度不高，生產(chǎn)效率也較低，且較難裝夾形狀復雜的工件， 故使用與單件小批量生產(chǎn)中。 （2） 、專用夾具 專用夾具是針對一個工序的要求而專門設(shè)計和制造夾具，其特點是針對性極強， 沒有通用性，在產(chǎn)品相對穩(wěn)定批量較大的生產(chǎn)中，常用各種專用夾具，可獲得較長， 隨著現(xiàn)代多品種中小批量的發(fā)展專用夾具在專用性和經(jīng)濟性等方面已多生許多問題。 （3） 、可調(diào)夾具 可調(diào)夾具是針對通用夾具專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的異類新型夾具對不同類型 和尺寸的工件，只需調(diào)整或更換原來夾具上的個別定位元件和夾緊元件便可使用。它 一般又稱為通用可調(diào)夾具和成組夾具兩種，前者的通用范圍比通用夾具更大，后者則 第二章機床夾具概述 11 是一種可調(diào)夾具，它按成組原理設(shè)計并能加工一組相似零件，故在多品種中，中小批 生產(chǎn)中上午有較好的經(jīng)濟效應(yīng)。 （4） 、組合夾具 組合夾具是一種模塊化的夾具，標準的模塊元件有較高的精度和耐磨性，可組裝 成各種夾具夾具用具既可拆除，留用組裝新的夾具，由于使用組合夾具可縮短生產(chǎn)準 備周期，元件能重復多次使用，并且有可減少專用家句數(shù)量的優(yōu)點，因此、組合夾具 在單件中小批多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工中，是一種較經(jīng)濟的夾具，組合夾具也已商品化。 （5） 、自動化生產(chǎn)專用夾具 自動化生產(chǎn)專用夾具主要分為線夾具和數(shù)控機床專用夾具兩大類，自動線夾具有 兩種：一種是固定完成夾具，一種是隨行夾具，數(shù)控機床夾具還包括加工中心夾具和 柔性制造系統(tǒng)專用夾具，隨著制造的現(xiàn)代化，在企業(yè)中數(shù)控機床的夾具比例正在增加， 得以滿足數(shù)控機床的加工要求，數(shù)控幾傳呼的典型結(jié)構(gòu)是平裝夾具，它是利用標準的 模塊組裝的夾具。 2.7.2按夾具使用的機床分類 這是專用夾具設(shè)計使用的分類方法，如車床、銑床、刨床、鉆床、數(shù)控車床等夾 具。設(shè)計專用夾具時機床的類別、組別、型別主要參數(shù)均以確定。它們不同點是機床 切削成型運動不同、故夾具與機床的連接方式不同它們的加工精度要求也各不相同。 2.8機床夾具設(shè)計特點 機床夾具設(shè)計與其他裝備設(shè)計比較有較大的差別，主要表現(xiàn)在以下五個方面： （1） 、要有較短的設(shè)計和制造周期，一般沒有條件對夾具進行原理性實驗和復雜的 計算工作； （2） 、夾具的精度一般比工件的精度變了三倍； （3） 、夾具在一般情況下是單體制造的，重復制造的機會通常要求夾具在投產(chǎn)時一 次成功。 （4） 、夾具和操作工人的關(guān)系非常的密切，要求夾具與生產(chǎn)條件和操作密切結(jié)合。 （5） 、夾具的社會協(xié)作制造條件較差，特別是商品化的元件較少，設(shè)計者要熟悉夾 具的制造方法，以滿足設(shè)計的工藝要求。 茂名學院本科畢業(yè)設(shè)計：車床撥叉上螺紋底孔加工鉆床夾具的設(shè)計 12 第三章夾具設(shè)計 3.1 夾具設(shè)計概述 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(shù)硬件之一。 3.1.1機床夾具設(shè)計的基本要求和步驟 機床夾具設(shè)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(lǐng)相適應(yīng)。大批量上可采用 高效的定位和加緊機構(gòu)。小批量生產(chǎn)則采用結(jié)構(gòu)簡單的定位和加緊機構(gòu)，并盡量選用 通用夾具。 （2）機床夾具應(yīng)滿足工件加工工序的技術(shù)要求，保證工件的加工精度，即在機械 加工工藝系統(tǒng)中，夾具在滿足以下三項要求，工件在夾具中的定位，夾具在機床上的 位置，刀具的正確位置。其關(guān)鍵在于正確定為方法，定為元件以及定位誤差的分析計 算。 （3）機床夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，并具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，并具有防塵、防屑、 排屑的良好結(jié)構(gòu)及必需的潤滑系統(tǒng)。 （4）機床夾具即操作方便，又要省力又保證工人的造作安全。 （5）機床夾具應(yīng)能提高勞動生產(chǎn)率，降低工件的制造成本滿足夾具一定的使用壽 命和經(jīng)濟效應(yīng)。機床夾具設(shè)計時，應(yīng)綜合上述各項要求，提出幾種設(shè)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。 機床夾具設(shè)計的步驟可以分為三個階段： （1）設(shè)計準備階段明確設(shè)計任務(wù)書，收集原始資料。要了解和分析研究有關(guān)資料。 （2）機床夾具設(shè)計的總體設(shè)計階段加床夾具的總體設(shè)計階段是包括從方案制定到 總裝配圖設(shè)計的全部過程。其主要工作包括確定工件的定位方式，選擇或設(shè)計定位元 件，計算定位誤差；確定刀具的導引和對刀方式，選取或設(shè)計導引元件或?qū)Φ对?確定工件的加緊方式，選擇或設(shè)計加緊機構(gòu)或裝置，計算加緊力；確定夾具體及其它 裝置的結(jié)構(gòu)形式；繪制夾具圖夾具總圖應(yīng)遵循國家標準繪制，圖形大小的比例盡量取 1：1，以保證良好的直觀性?？倛D中的視圖要盡量少，要清楚地表示出夾具的工作原 理和構(gòu)造。；標注總圖上的主要尺寸、公差與配合和技術(shù)條件。夾具總圖的結(jié)構(gòu)繪制 完成后，需要在總圖上標注五類尺寸和四類技術(shù)條件及各種公差與配合；夾具零件明 第三章夾具設(shè)計 13 細表編制。對于夾具中的非標準零件圖，要分別繪出零件圖。 3.1.2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。 3.1.3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(jié)構(gòu)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： 茂名學院本科畢業(yè)設(shè)計：車床撥叉上螺紋底孔加工鉆床夾具的設(shè)計 14 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 3.1.4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。 3.1.5常見定位方式及定位元件 工件的定位方式定位元件的結(jié)構(gòu)、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(yīng)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：圓柱定位新軸，圓柱定位