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轉(zhuǎn)向器箱體鉆孔夾具設(shè)計(jì)
摘要
此次設(shè)計(jì)是對(duì)轉(zhuǎn)向器箱體零件的鉆孔專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)，加工零件為鑄件，具有體積大，零件復(fù)雜的特點(diǎn)。針對(duì)加工孔的工序選擇“一面兩孔”的定位方式，并以操作簡(jiǎn)單的手動(dòng)螺旋夾緊方式夾緊，其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，方便且能滿足要求。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向器箱體，夾具設(shè)計(jì)，定位，夾緊
Abstract: Jfk)f {B ?
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This design is to the steering box side cover components drill hole unit clamp design,the processing components are a casting, with a small size, the characteristics of complex parts. Hole machining process for selecting "a face and two hole" positioning of the way and simplicity of operator manual screw clamp way clampts organization design is simple, the convenience also can satisfy the request. #A1,ygT 9 ?
f*`Bn[OY Key words: Steering box side cover, fixture design, localization, clamping
目 錄
摘要 1
目 錄 2
序言 3
第一章 設(shè)計(jì)題目 4
1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 4
1.2工藝分析 5
第二章 鉆床及其夾具的選擇 5
2.1鉆床的選擇 5
2.2鉆床夾具的選擇 5
鉆模的確定： 6
2.3 選擇鉆模板 6
鉆模板的確定 7
2.4 鉆套的選擇 7
2.5鉆套導(dǎo)引孔尺寸和公差的確定 8
2.6鉆套高度選擇和鉆套與工件距離 9
第 三 章 工件在夾具中的定位 10
3.1工件定位原理 10
3.2 確定定位方案 11
3.3 定位元件的選擇與設(shè)計(jì) 11
3.4 導(dǎo)向元件的選擇 13
第四章 定位誤差的分析與計(jì)算 14
4.1 定位誤差 14
4.2 定位誤差的組成及計(jì)算方法 15
第五章 工件的夾緊 16
5.1 夾緊裝置的組成 16
5.2 夾緊力的計(jì)算 17
設(shè)計(jì)小結(jié) 23
參考文獻(xiàn) 24
序言
隨著我國(guó)機(jī)械工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展制造技術(shù)已成為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最為重要的領(lǐng)域之一，是產(chǎn)品更新，生產(chǎn)發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要的手段。從一定意義上講，機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展水平?jīng)Q定著其它產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。而夾具成為加工的重要基礎(chǔ)。所以對(duì)這一方向的設(shè)計(jì)發(fā)展將嚴(yán)重影響我國(guó)機(jī)械制造及加工水平。
在本次設(shè)計(jì)中我們所設(shè)計(jì)的是一種方向機(jī)工件夾具。工件在夾具當(dāng)中的定位和夾緊，夾具在機(jī)床上的定位，及機(jī)床的選擇。在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)當(dāng)中都有詳細(xì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明，呈現(xiàn)了工件加工的所有的過(guò)程。
本書(shū)在自己的努力和指導(dǎo)老師及同學(xué)的幫助下，通過(guò)查閱大量的相關(guān)資料。使得這次課程設(shè)計(jì)得到圓滿的成功。在此對(duì)他們表示衷心的感謝。由于我的水平有限，在設(shè)計(jì)當(dāng)中難免有不足之處，還請(qǐng)各位多多的指導(dǎo)。
第一章 設(shè)計(jì)題目
1.1設(shè)計(jì)任務(wù)
姓 名
馮彬
班 級(jí)
機(jī)制052
學(xué)號(hào)
20050421
設(shè)計(jì)題目
轉(zhuǎn)向器箱體鉆孔夾具設(shè)計(jì)
指導(dǎo)老師
樊十全
零件名稱(chēng)
轉(zhuǎn)向器側(cè)蓋
材料
QT450-10
生產(chǎn)類(lèi)型
中批量生產(chǎn)
毛坯
鑄件
生產(chǎn)綱領(lǐng)
年生產(chǎn)量 5000 件
設(shè)計(jì)任務(wù)
本工序鉆削加工轉(zhuǎn)向器箱體四個(gè)孔Φ13，設(shè)計(jì)鉆孔專(zhuān)用夾具。零件簡(jiǎn)圖如下。
1.2工藝分析
工件為轉(zhuǎn)向器殼體，工件材料為球墨鑄鐵，牌號(hào)為QT450-10,本道工序主要鉆削4個(gè)Φ13的孔，4個(gè)孔的位置必須滿足兩個(gè)參數(shù)條件。孔心位置度偏差0.1mm;孔的軸心的連線的垂直線與中間孔成16度。具體尺寸分布見(jiàn)工件零件簡(jiǎn)圖。
工件為小批量生產(chǎn)。故易采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的手動(dòng)夾具，萬(wàn)能夾具或組合夾具，以便盡快投入生產(chǎn)。
第二章 鉆床及其夾具的選擇
2.1鉆床的選擇
根據(jù)所須加工孔的孔徑，其基本尺寸為φ13的四個(gè)孔。適合該機(jī)床的主要有三種機(jī)床，數(shù)據(jù)如下：
型 號(hào)
最大鉆削直徑
（mm）
主軸至工作臺(tái)最大距離（mm）
工作臺(tái)面積
（mm×mm）
主 軸
孔錐度
（度）
行 程
（mm）
轉(zhuǎn) 速
（r/min）
Z518
18
600
350×350
2
145
330-3040
ZQ4015
15
475
250×300
2
100
480-4100
Z535
35
750
450×500
4
225
68-1100
考慮到工件的裝卸，及工作臺(tái)的面積，經(jīng)各方面的比較，決定采用Z535立式鉆床。
2.2鉆床夾具的選擇
鉆床夾具的特征是：帶有鉆套和安放鉆套的鉆模板，故習(xí)慣上稱(chēng)之為“鉆?！薄ｃ@床夾具的類(lèi)型較多，根據(jù)被加工孔的分布情況，可分為以下五類(lèi)。
（1）固定式鉆模
這種鉆模在使用時(shí)，是固定在鉆床工作臺(tái)的。用于在立軸式鉆床上加工較大的單孔或在搖臂鉆床上加工平行孔系。如果要在立式鉆床上使用固定式鉆模加工平行空系，則需要在機(jī)床主軸上安裝鉆模時(shí)，一般先將裝在主軸上的定尺刀具伸入鉆套中，以確定鉆模的位置，然后將其緊固。這種加工方式的鉆孔精度比較高。
（2）回轉(zhuǎn)式鉆模
回轉(zhuǎn)式鉆模主要用于加工同一圓周面上的平行孔系，或分布在圓周上的徑向孔。有立軸、臥軸和斜軸回轉(zhuǎn)等三種基本形式。由于回轉(zhuǎn)臺(tái)已標(biāo)準(zhǔn)化，并作為機(jī)床附件由專(zhuān)門(mén)廠生產(chǎn)供應(yīng)，固回轉(zhuǎn)式鉆模的設(shè)計(jì)，大多數(shù)情況是設(shè)計(jì)專(zhuān)用的工作夾具和標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)合使用。
（3）翻轉(zhuǎn)式鉆模
這類(lèi)鉆模沒(méi)有鉆軸和分度裝置，在使用過(guò)程中需要用手進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。主要適用于加工小型工件分布幾個(gè)方向的孔。使用翻轉(zhuǎn)式鉆?？蓽p少減少工件裝夾次數(shù)，提高工件上各孔之間的位置精度。
（4）蓋板式鉆模
這種鉆模無(wú)夾具體，其定位元件和夾緊裝置直接裝在鉆模板上。鉆模板在工件上裝夾，適合于體積大而工件上的小孔加工。夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，易清除切屑；但是每次夾具需從工件上裝卸，較費(fèi)時(shí)，故此鉆模的質(zhì)量一般不宜超過(guò)10 kg。
（5）滑柱式鉆模
這種鉆模是一種帶有升降鉆模板的通用可調(diào)夾具，在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣泛?；姐@模的結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了和規(guī)格化了，具有不同的系列。使用時(shí)，根據(jù)工件的形狀、尺寸和加工要求等具體情況，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造相應(yīng)的定位、夾緊裝置和鉆套等，裝在夾具體的平臺(tái)或鉆模板上的適當(dāng)位置，就可用于加工。
鉆模的確定：
根據(jù)工件的特殊構(gòu)造，決定采用蓋板式鉆模。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧，清除切屑方便。對(duì)于體積大而笨重工件的小孔的加工，采用蓋板式鉆模最為適宜。對(duì)于中小批生產(chǎn)，凡鉆鉸后立即進(jìn)行倒角，等工序時(shí)，采用蓋板式鉆模也極為方便。但蓋板式鉆模每次需要從工件上裝卸，比較費(fèi)事，所以不宜用于大批大量生產(chǎn)。
2.3 選擇鉆模板
鉆模板是供安裝鉆套用的。要求具有一定的強(qiáng)度和剛度，以防止由于變形而影響鉆套的位置精度和導(dǎo)向精度。
常用的有以下幾種：
（1）固定式鉆模板：
直接固定在夾具體上，而不可移動(dòng)的。因此所獲得的位置精度高，但裝卸工件不是很方便。
（2）鉸鏈?zhǔn)姐@模板：
鉆模板與夾具為鉸鏈連接，裝卸工件方便，對(duì)于同一工序上鉆孔后，接著攻絲的情況尤為適宜，但鉸鏈處必然有間隙，因而加工孔的位置精度比固定鉆模板低。
（3）可卸式鉆模板：
當(dāng)裝卸工件必須將鉆模板取下，則應(yīng)采取可卸式鉆模板。但由于裝卸鉆模板比較的費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且鉆孔的位置精度較底，故一般在使用其他類(lèi)型鉆模板不便于安裝工件時(shí)采用。
（4）懸掛式鉆模板：
該鉆模板懸掛在機(jī)床主軸上，由機(jī)床主軸帶動(dòng)上下升降。適用于大批大量生產(chǎn)中鉆削同一方向上的平行孔系，可在立式鉆床上配合多軸傳動(dòng)或在組合機(jī)床上使用。
鉆模板的確定
由于該工件構(gòu)造獨(dú)特，所需要加工的孔的位置精度不是很高，且是小批量的生產(chǎn)。故決定采用可卸式鉆模板。
2.4 鉆套的選擇
在鉆床夾具當(dāng)中，通常是用鉆套實(shí)現(xiàn)刀具的對(duì)準(zhǔn)，加工中只需要將鉆頭對(duì)準(zhǔn)鉆套，所鉆孔的位置精度就能達(dá)到工序要求。當(dāng)然鉆套還有增強(qiáng)刀具剛度的作用。
由于是加工同一平面上的不同位置的相同尺寸孔，故只需要選用一種鉆套。
鉆套的四種形式：
（1）固定式鉆套：
固定式鉆套分為A型無(wú)肩的，B型有肩的。
帶肩的主要用于鉆模板較薄時(shí)。用以保持鉆套必要的導(dǎo)引長(zhǎng)度。鉆套外圓以H7/r6或h7/n6配合直接壓入夾具體或鉆模板中這種鉆套的缺點(diǎn)是磨損后不易更換，因此主要用于中小批生產(chǎn)用的鉆床夾具上或用來(lái)加工孔距小和孔距精度要求較高的孔。為防止缺屑進(jìn)入鉆套孔內(nèi)，鉆套的上下端應(yīng)以稍突出鉆模板為宜，一般不能低于鉆模板。
（2）可換鉆套：
可換鉆套的實(shí)際功用和固定鉆套一樣，在批量較大時(shí)，磨損后可立即更換。為了避免鉆模板的磨損，鉆套不直接壓配在夾具體或鉆模板，而是以H7/g6或H6/g5的配合裝進(jìn)襯套的內(nèi)孔中，并用防轉(zhuǎn)螺釘防止在加工過(guò)程中刀具、切屑與鉆套內(nèi)孔的摩擦力使鉆套產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，或退刀是隨刀具抬起，襯套外圓與夾具體或鉆模板的配合采用H7/n6或H7/r6。
（3） 快換鉆套：
快換鉆套是供同一個(gè)孔經(jīng)多個(gè)加工工步所用的由于在加工過(guò)程當(dāng)中，需要依次更換，取出鉆套，以適應(yīng)不同加工刀具的需要，所以采用快換鉆套。
（4） 特殊鉆套：
是根據(jù)具體情況自行設(shè)計(jì)的，以補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)鉆套性能的不足。
經(jīng)過(guò)比較，結(jié)合工件的結(jié)構(gòu)，決定采用固定鉆套的A型無(wú)肩鉆套。（數(shù)量為四個(gè)）
2.5鉆套導(dǎo)引孔尺寸和公差的確定
在選用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的鉆套時(shí)，鉆套導(dǎo)引孔的尺寸與公差需要由下面原則確定：
（1） 鉆套導(dǎo)引孔直徑的基本尺寸，應(yīng)等于所導(dǎo)引刀具的最大極限尺寸，以防止卡住和咬死。
（2） 鉆套導(dǎo)引孔與刀具的配合，應(yīng)按基軸制選用，這是因?yàn)檫@類(lèi)刀具的結(jié)構(gòu)和尺寸均已標(biāo)準(zhǔn)化。
（3） 鉆套導(dǎo)引孔與刀具之間應(yīng)保證有一定的配合間隙，以防卡死。導(dǎo)引孔的公差帶根據(jù)所導(dǎo)引刀具的種類(lèi)和加工精度要求選定，鉆孔和擴(kuò)孔選F7，F(xiàn)8；粗較時(shí)選G7；精較是選G6。
（4） 標(biāo)準(zhǔn)鉆頭的最大尺寸就是所加工孔的基本尺寸，故鉆頭導(dǎo)引孔的基本尺寸與加工孔的基本尺寸相同，公差取F7。
（5） 若刀具加工時(shí)不是用切削部分而是用導(dǎo)柱部分引導(dǎo)，則可按基孔制的相應(yīng)配合H7/f7，H7/g6，或H6/g5選取。
故鉆頭導(dǎo)引孔的基本尺寸與所加工孔的基本尺寸相同公差取F7。
2.6鉆套高度選擇和鉆套與工件距離
2.6.1鉆套高度
鉆套高度由孔距精度、工件材料、孔加工精度、刀具耐用度、工件表面形狀等因素決定。鉆工件孔精度在±0.025，或自由尺寸公差時(shí)，鉆套的高度取H=（1.5～2）d鉆套內(nèi)徑采用基軸制F8的公差。所以
H=（1.5～2）d=（1.5～2）×13=19.5～26mm
加工IT6～I(xiàn)T7級(jí)精度，孔距在￠12mm以上的孔時(shí)，鉆套的高度取H=（2.5～3.5）d鉆套內(nèi)徑采用基軸制G7的公差。
H=（2.5～3）d=（2.5～3.5）×13=32.5～45.5mm
由于該零件加工孔精度不怎么高.查國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鉆套高度取28mm。
2.6.2 鉆套與工件的距離
鉆套與工件間留有一定的距離h，如果h太大會(huì)增大鉆頭的傾斜量使鉆套不能很好的導(dǎo)向。h過(guò)小，切屑排出困難，不僅會(huì)增大工件加工表面的粗糙度，有時(shí)還可能將鉆頭折斷。
H值可按下面經(jīng)驗(yàn)公式選?。?
加工鑄鐵、黃銅時(shí)，h=（0.3～0.7）d；
加工鋼件時(shí)，h=（0.7～1.5）d；
由于工件是鑄鐵，故取
C=h=（0.3～0.7）d=（0.3～0.7）×13=3.9～9.1取7.5mm。
綜上所述依據(jù)國(guó)標(biāo)：GB2262-80所選鉆套為鉆套B13×28，材料為20#，硬度為HRC58-64.形狀如圖:
圖2-1
第 三 章 工件在夾具中的定位
3.1工件定位原理
目前一般習(xí)慣上把工件定位范疇內(nèi)的位置不確定性稱(chēng)為自由度。由于工件在空間直角中，有六個(gè)方向的不定度，。限制工件在某一方向的不定度，工件在夾具中某一方向的位置就可以確定。工件在夾具中定位的任務(wù)就是通過(guò)定位元件限制工件的不定度。以滿足工序的加工精度要求，工件在夾具中的定位通常有四種分別如下：
A 完全定位：工件在夾具中，六個(gè)不定度都被限制，稱(chēng)為完全定位。
B 部分定位：六個(gè)不定度沒(méi)有被完全限制時(shí)稱(chēng)為完全定位。
C 欠定位：既工件實(shí)際限制的自由度沒(méi)有被完全限制，產(chǎn)生定位不足現(xiàn)象稱(chēng)欠定位。
D 重復(fù)定位：工件在夾具中定位，若幾個(gè)定位支承點(diǎn)重復(fù)限制同一個(gè)或幾個(gè)不定度時(shí)，稱(chēng)重復(fù)定位。一般來(lái)說(shuō)：對(duì)工件上形狀精度和位置精度很底的毛坯表面作為定位表面時(shí)，是不允許出現(xiàn)重復(fù)定位的。對(duì)于用已加工過(guò)的工件表面或精度較高的毛坯表面作為定位表面時(shí)，為提高工件定位的穩(wěn)定性和剛度，在一定的條件下是允許采用重復(fù)定位的。
3.2 確定定位方案
根據(jù)零件的特殊結(jié)構(gòu)。及已加工的的各個(gè)表面。具體的方案如下：
（1）工件要限制的自由度： X Y 方向的移動(dòng)自由度，X Y Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
（2）a以已加工的定位芯軸上表面為基準(zhǔn)面，限制 X Y方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，Z軸的移動(dòng)自由度。
b 以中間孔套入的一根長(zhǎng)芯軸，限制X Y 限制的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)自由度。
c 以左側(cè)面的已加工的孔為基礎(chǔ)套入一定位軸，限制Z 方向的兩個(gè)自由度。
所以出現(xiàn)了重復(fù)定位的情況。但由于是采用已加工面為基準(zhǔn)，所以對(duì)該定位方案是合理的。但重復(fù)定位的后果使工件定位不穩(wěn)定，破壞一批工件定位的一致性。使工件或定位元件在夾緊力的作用下變形，甚至使工件無(wú)法進(jìn)行裝夾。
為減少或消除重復(fù)定位造成的不良后果，可采取如下措施：
a 改變定位元件的結(jié)構(gòu)。
b 撤消重復(fù)限制不定度的定位元件。
c 提高工件定位精度之間以及定位元件表面之間的位置精度。
在這里我們可以通過(guò)提高定位軸的尺寸精度來(lái)消除影響。
3.3 定位元件的選擇與設(shè)計(jì)
工件在夾具中位置的確定，主要是通過(guò)各種類(lèi)型的定位元件實(shí)現(xiàn)的。一般的定位元件有：
（1） 平面定位元件：固定支承、可調(diào)支承、自位支承、輔助支承
固定支承：支承點(diǎn)的位置固定不變的定位元件。如各種固定支承釘。
可調(diào)支承：支承點(diǎn)的位置可調(diào)節(jié)的定位元件。如可擰動(dòng)的螺釘。
自位支承：支承點(diǎn)的位置在工件定位過(guò)程當(dāng)中，隨工件定位基準(zhǔn)面位置變化而自動(dòng)與之相適應(yīng)的定位元件（如球面三點(diǎn)式自位支承），這類(lèi)支承在結(jié)構(gòu)上均需設(shè)計(jì)成活動(dòng)或浮動(dòng)的。
輔助支承：這類(lèi)支承只起提高工件支承剛性或起輔助作用的定位元件而不起定位作用。
（2） 圓孔表面定位元件
這類(lèi)定位元件常用于圓孔表面。一般有定位元件有：定位銷(xiāo)、剛性心軸、錐度心軸等。
（3） 外圓表面定位元件
這類(lèi)定位元件常用于外圓表面定位。一般有：定位套、支承板、V型塊等。
定位套對(duì)工件外圓表面主要實(shí)現(xiàn)定心定位；支承板實(shí)現(xiàn)對(duì)外圓表面的支承定位；V型塊則實(shí)現(xiàn)對(duì)外圓表面的定心對(duì)中定位。
（4）錐面定位元件
主要用于加工軸類(lèi)零件或某些要求精度定心的零件時(shí)，以工件上的錐孔作為定位基準(zhǔn)。可提高工件軸向的定位精度。
根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)的特殊性，在工件所加工的孔的平面上，該部分類(lèi)似懸臂梁，受到鉆刀向下的力，及鉆削工件時(shí)所引起的扭轉(zhuǎn)力距和重力的合力的作用。工件也會(huì)受到重力的作用會(huì)下垂，而使工件定位基準(zhǔn)脫離定位元件。同時(shí)還會(huì)引起工件的振動(dòng)，導(dǎo)致刀具的損壞，最終影響加工質(zhì)量。根據(jù)這一特點(diǎn)，決定采用輔助支承。可以在工件所 需加工孔的下部設(shè)置輔助支承。先預(yù)定位，然后在夾緊力的作用下再實(shí)現(xiàn)與主要定位元件全部接觸的準(zhǔn)確定位。該支承部件為球面支柱。考慮要加工四個(gè)孔，且孔的位置不是對(duì)稱(chēng)的，分布較大，故采用兩個(gè)支柱，具體如圖：圖3-1
圖3-1
對(duì)于工件的后部，由于采用了一個(gè)定位軸，所以要保證定位軸的定位。決定一端用定位螺釘，一端用緊定螺釘。具體如圖3-1
3.4 導(dǎo)向元件的選擇
導(dǎo)向元件的作用是用來(lái)確定刀具與工件的相對(duì)位置，加工是起到正確導(dǎo)引刀具的作用。另外還可以當(dāng)定位元件使用。這類(lèi)元件包括各種鉆模板、鉆套、鉸套和導(dǎo)向支承等。
鉆模板
前面我們已經(jīng)選用了可卸式鉆模板。但普通的可卸式鉆模板還不能滿足我們所加工孔的要求，所以要另外設(shè)計(jì)。由于所加工的孔是位于不對(duì)稱(chēng)的兩組平行孔。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)它們之間的連線的垂線與中間的孔成164度角。為保證加工時(shí)的精度，可以把鉆模板設(shè)計(jì)成三角形花鍵連接的形式，設(shè)計(jì)的一個(gè)寬鍵齒中心線剛好與這一垂線成164角?；ㄦI用拉床或插床加工，熱處理后用磨削的方法提高定心面的精度。外三角花鍵齒用銑床加工，熱處理后也可用磨削的方法提高定心面和齒側(cè)面的精度。具體設(shè)計(jì)如下：
漸開(kāi)線花鍵
根據(jù)Dg=32 查表6-74內(nèi)花鍵弧齒槽寬和外花鍵弧齒厚偏差取m=2
齒數(shù)：z=13
模數(shù)：m=2
分度圓：df=dg-2(0.6+ξ)m=32-2(0.6+0.1)×2=29.2mm
齒頂圓直徑：dd=df+2(0.4+ξ)m=29.2+2(0.4+0.1)m=31.2mm
齒根圓直徑:dg=df-2(0.6-ξ)m=29.2-2(0.6-0.1)×2=26.6mm
公稱(chēng)圓：D=df+2*(0.4+ξ)m=29.2+2*（0.4+0.1）×2=31.2mm
內(nèi)花鍵齒根圓弧起始點(diǎn)直徑：dq=(z+1.1)m=(14+1.1)2=30.2mm
內(nèi)花鍵齒槽寬：s=(π/2+2ξtanα)=(3.14/2+tan45°×2×0.1)=3.54mm
內(nèi)花鍵齒槽角：β=90°-203°/z=90°-203°/14=76.5°
外花鍵基圓:dj=df+2×(0.4+ξ)m=29.2+2× (0.4+0.1)×2=31.2mm
內(nèi)花鍵齒根高：h"1=(0.6+ξ)× m=(0.6+0.1)×2=1.4mm
內(nèi)花鍵齒頂高：h′1=(0.4-ξ)×m=(0.4-0.1)×2=0.6mm
外花鍵齒根高：h"=(0.4+ξ)m=(0.4+0.1)×2=1mm
外花鍵齒頂高：h′=(0.6-ξ)m=(0.6-0.1)×2=1mm
內(nèi)花鍵齒頂圓直徑：Dg=df+2×(0.6+ξ)m=29.2+2(0.6+0.1)×2=32mm
分度圓周節(jié)：t=πm=3.14×2=6.28粗糙度必須在3
內(nèi)外表面光潔度的.2～1.6之間。
而芯軸也就設(shè)計(jì)成相應(yīng)的情況。具體如圖：
圖3-2
第四章 定位誤差的分析與計(jì)算
4.1 定位誤差
定位誤差是由于定位不準(zhǔn)而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面對(duì)工序基準(zhǔn)的距離尺寸）或位置要求方面的加工誤差。對(duì)某一定位方案，經(jīng)分析計(jì)算其可能產(chǎn)生的定位誤差，只要小于工件有關(guān)尺寸或位置公差的1/3～1/5。一般即認(rèn)為此定位方案能滿足該工序的加工精度的要求。
工件在夾具中的位置是由定位元件確定的，當(dāng)工件上的定位表面一旦與夾具上的定位元件接觸或配合，作為一個(gè)整體的工件的位置也就確定了。但對(duì)于一批工件來(lái)說(shuō)，由于在各個(gè)工件的有關(guān)表面之間，彼此在尺寸及位置上均有著在公差范圍內(nèi)的差異。夾具本身和各個(gè)定位元件之間也具有一定的尺寸和位置公差。這樣一來(lái)，工件雖已定位，但每個(gè)被定位元件的某些具體表面都會(huì)有自己的位置變動(dòng)量，從而造成在工序尺寸和位置要求方面的加工誤差。
4.2 定位誤差的組成及計(jì)算方法
定位誤差是指一批工件在用調(diào)整法加工時(shí)，反而由于定位不準(zhǔn)而引起工序尺寸或位置。要求的最大可能變動(dòng)范圍。既定位誤差主要是由基準(zhǔn)誤差和基準(zhǔn)不重合誤差兩項(xiàng)組成。所以在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，對(duì)任何一個(gè)定位方案，可通過(guò)一批工件定位時(shí)的兩個(gè)極端位置，直接計(jì)算出工序基準(zhǔn)的最大變動(dòng)范圍，既為該定位方案的定位誤差。
在工件內(nèi)孔直徑最大而定位銷(xiāo)直徑最小的條件下，當(dāng)工件相對(duì)于定位銷(xiāo)O1O2向上處于最高位置O1且工件外圓尺寸最小時(shí)，工序尺寸為最小值Hmin ，當(dāng)工件相對(duì)于定位銷(xiāo)沿OO2 向下處于最底位置O2是工件外圓尺寸最大時(shí)，工序尺寸為最大值Hmax,此時(shí)工序尺寸H的定位誤差可知：
δ定位 =A1A2=Hmax–Hmin=O1O2+1/2d-1/2(d-Td)=O1O2 +1/2Td
根據(jù)定位誤差產(chǎn)生的原因也可能也按定位誤差的組成進(jìn)行計(jì)算：
δ定位=δ位置+δ不重=O1O2 +1/2Td
在工件的裝夾配合當(dāng)中，由于芯軸與工件采用的是H7/k6過(guò)度配合，故認(rèn)為O1O2基本為0。所以定位誤差即為芯軸公差的一半：
δ定位=1/2Td=1/2(0.125-0.055)mm=0.035mm
δ定位小于誤差的1/5-1/3，所以能滿足定位的精度需要。
圖4-1
第五章 工件的夾緊
在機(jī)械加工中，工件將受到切削力、離心力、慣性力等外力的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持由定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生振動(dòng)或位移，一般在夾具結(jié)構(gòu)中必須設(shè)置一定的夾緊裝置，將工件可靠地夾緊。典型的夾緊裝置，是由以下幾個(gè)部分組成的。力源裝置、中間遞力機(jī)構(gòu)、夾緊元件與夾緊機(jī)構(gòu)。
夾緊裝置的基本要求：
（1）在夾緊過(guò)程中，工件應(yīng)能保持在既定位置，即在夾緊力的作用下，工件不應(yīng)離開(kāi)定位支承；
（2）夾緊力的大小要適當(dāng)、可靠；
（3）夾緊裝置應(yīng)操作安全、方便、省力。夾緊裝置的自動(dòng)化程度和復(fù)雜度應(yīng)與工件的產(chǎn)量和批量相適應(yīng)；
5.1 夾緊裝置的組成
分析該工件的夾緊由于采用蓋板式鉆模板，工件裝卸都必須手動(dòng)實(shí)現(xiàn)且工件的體積和重量不是很大。該套夾具的夾緊方式為手動(dòng)夾緊。夾緊機(jī)構(gòu)為螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
典型的螺旋夾緊機(jī)構(gòu)具有下列特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、擴(kuò)力比大、自鎖性能好、行程不受限制、夾緊動(dòng)作慢等。本套夾具的夾緊裝置為兩塊可移動(dòng)壓板。通過(guò)螺栓夾緊移動(dòng)壓板，達(dá)到夾緊作用。夾緊裝置圖如下圖5-1
5.2 夾緊力的計(jì)算
5.2.1夾緊力的方向
使夾緊力有助于定位，在保證安裝的真確可靠,減少工件的變形,定位方便和在可以減少所需夾緊力的大小的前提下,夾緊力的方向應(yīng)滿足：
1.夾緊力應(yīng)垂直于主要定位基準(zhǔn)面。
2.夾緊力的方向應(yīng)有利于減小夾緊力。
該套夾具的夾緊方向和工件重力方向、切削加工方向一致。工件的定位工作面為圓柱側(cè)面和水平面。
5.2.2夾緊力的作用點(diǎn)
夾緊力的作用點(diǎn)是指夾緊元件與工件相接觸的一小塊面積。選擇夾緊力作用點(diǎn)位置和數(shù)目時(shí)，應(yīng)考慮工件定位可靠，防止夾緊變形，確保工序的加工精度。
1. 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)能保持工件定位穩(wěn)定，而不致引起工件發(fā)生位移和偏轉(zhuǎn)。
2.夾緊力的作用點(diǎn)，應(yīng)使被夾緊工件的夾緊變形盡可能小。
3.夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近工件加工表面，以提高定位穩(wěn)定性和夾緊可靠性。該套夾具由于在整個(gè)加工過(guò)程是一工件底面為準(zhǔn)，鉆模板壓在上面，所以上面可以才用螺母直接夾緊。夾緊力作用點(diǎn)是可卸壓板與工件作用部位。
5.2.3夾緊力大小的計(jì)算
夾緊力的大小必須適當(dāng)。夾緊力過(guò)小，工件可能在加工過(guò)程中移動(dòng)而破壞定位，不僅影響質(zhì)量，還可能造成事故；夾緊力過(guò)大，不但會(huì)使工件和夾具產(chǎn)生變形，對(duì)加工質(zhì)量不利，而且造成人力、人力的浪費(fèi)。
該套夾具的夾緊力的大小主要取決于切削P和重力G。重力是可認(rèn)為不變的,而切削力在切削的過(guò)程中是變化的.影響切削力的大小因素很多,如工件質(zhì)量的不均勻,加工質(zhì)量的不均勻,刀具磨損以及切削用量的變化等.同時(shí)夾緊力也和其他因素有關(guān),如夾緊件和工件及工件與定位件間接觸表面的光潔度,工藝系統(tǒng)的剛性等等,因此夾具夾緊力的設(shè)計(jì)只能對(duì)其作初略的估算。計(jì)算夾緊力，通常將夾具和工件看成一個(gè)剛性系統(tǒng)來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算。根據(jù)工件受切削力、夾緊力（大型工件還應(yīng)考慮工件重力，運(yùn)動(dòng)的工件還應(yīng)考慮慣性力等）的作用情況，找出在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需的夾緊力的數(shù)值。即:
式中 --實(shí)際所需夾緊力（N）；
W --在一定條件下，由靜力平衡計(jì)算出的理論夾緊力（N）：
K –安全系數(shù)。
安全系數(shù)K可按下式計(jì)算：
;
式中：為各種因素的安全系數(shù)，可查表得到；
基本安全系數(shù) =1.3
加工性質(zhì)系數(shù) =1.0;
刀具鈍化系數(shù) =1.4
切削特點(diǎn)系數(shù) =1.2;
夾緊力穩(wěn)定性系數(shù) =1.3;
手柄位置系數(shù) =1.0;
接觸點(diǎn)系數(shù) =1.0；
帶入數(shù)值計(jì)算得:=1.3×1.0×1.4×1.0×1.3×1.0×1.0=2.366
查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得切削力計(jì)算公式：
M=0.12
－軸向切削力(N.m);
D －鉆頭直徑（mm）；
S －每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm）；
－修正系數(shù)；
查表可得;
HB－工件材料的布氏硬度值（取最大值）；
HB=190
代入數(shù)值可得：
=412×21.71×0.178×1
=863.3N;
M=0.12 ×
=29.1
上式計(jì)算出的值是單孔鉆削的切削力，即：
N；
P=4×P1=3453.2N
以左下邊的孔心作為坐標(biāo)中心建立直角坐標(biāo)系，并列出切削孔圓心的坐標(biāo)值
工件切削孔的位置如圖:
四個(gè)孔的加工直徑均為13mm
切削孔的坐標(biāo)值如表1:
表 1
孔號(hào)
孔坐標(biāo)(毫米)
孔徑 (毫米)
走刀量 (毫米/轉(zhuǎn))
x
y
1
0
120
Φ13
0.10
2
51
130
Φ13
0.10
3
0
0
Φ13
0.10
4
51
20
Φ13
0.10
該套夾具的加工工件重量相對(duì)不大，計(jì)算夾緊力時(shí)可忽略，主要考慮切削力的影響。近似認(rèn)為理論夾緊力W和切削合力相等。即：W=4P=3453.2N
用幾何方法求切削合力的坐標(biāo)值，合力的坐標(biāo)位置：
X=；
Y= ;
表 2
孔號(hào)
pi
xi
pixi
yi
piyi
1
863.3
0
0
120
966896
2
863.3
51
44028.3
130
1122329
3
863.3
0
0
0
0
4
863.3
51
44028.3
20
17266
由表2可求： =4×863.3=3453.2N；
計(jì)算可得：
X=25.5;
Y =67.5;
可知切削合力的作用點(diǎn)在X=25.5,Y=67.5的位置
夾緊力與切削力的方向一致，在立式鉆床上加工工件，自上而下夾緊工件，主切削力（軸向）幫助夾緊，夾緊力用于防止在鉆削中工件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)。查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可得：M=Q[]
式中：
M-應(yīng)加在螺旋加緊機(jī)構(gòu)上的加緊扭矩；
Q-加緊力（kgf）；
-螺紋的平均半徑；
-螺紋升角；
-螺紋摩擦角；
-支撐表面摩擦力矩的計(jì)算力臂；
-支撐表面的摩擦系數(shù)。
為了計(jì)算方便，令K=，則
M=KQ.
當(dāng)采用公制螺紋的螺旋加緊機(jī)構(gòu)時(shí)，各種不同加緊情況的K值見(jiàn)表3-23，這里可以取
K=1.627
W=Q=M/K=(4×29.1)/1.627=71.55N
=K×W=2.366×71.55=169.29N
根據(jù)芯軸許用應(yīng)力公式對(duì)芯軸來(lái)進(jìn)行校驗(yàn):
查《夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》上螺栓和螺母的許用加緊力可得螺母M16的許用加緊力大于故選取M16的螺母。由于橫向載荷較小，在這里就不做計(jì)算。
設(shè)計(jì)小結(jié)
經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的緊張?jiān)O(shè)計(jì)，我們首先參觀了江西上饒福事特液壓有限公司鉆削加工過(guò)程，使我們?cè)跈C(jī)床夾具及加工方面增長(zhǎng)了去多的見(jiàn)識(shí)，為這次畢業(yè)設(shè)計(jì)起到了非常重要的作用。通過(guò)查閱大量的設(shè)計(jì)資料及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，我努力克服了一個(gè)又一個(gè)困難，終于順利的完成了這次刻骨銘心的設(shè)計(jì)。
這次設(shè)計(jì)，我們主要采用了電腦輔助繪圖，大大提高了工作效率。并加深了對(duì)制圖應(yīng)用軟件的操作，對(duì)夾具設(shè)計(jì)有了更深的了解。
通過(guò)這次設(shè)計(jì)我們深刻體會(huì)到設(shè)計(jì)過(guò)程就是一個(gè)自我學(xué)習(xí)的過(guò)程：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、了解問(wèn)題、查閱資料、老師的指導(dǎo)、最后解決問(wèn)題。我們學(xué)到了課本上一些學(xué)不到的知識(shí)，增長(zhǎng)了自己的才干。當(dāng)然我的水平有限，設(shè)計(jì)中難免存在不足之處，還請(qǐng)多多指教。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，得到老師的精心指導(dǎo)，及同學(xué)的熱心幫助。在這里對(duì)他們表示衷心的感謝。
學(xué)生：馮彬
參考文獻(xiàn)
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