三軸連桿夾具設(shè)計說明書

機電及自動化學(xué)院機械制造工藝學(xué)基礎(chǔ)課程設(shè)計題目：三軸連桿夾具設(shè)計姓 名： 學(xué) 號：0811111015屆另比2008 級專業(yè)：機械電子 1班指導(dǎo)教師：2011年1月.、八、一刖言機械制造加工工藝與機床夾具設(shè)計是在學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及全部專業(yè)課之后進(jìn)行的一次理論聯(lián)系實際的綜合運用，進(jìn)而使對機械有了進(jìn)一步的認(rèn)識，為以后的工作打下基礎(chǔ)。它是主要是對零件的加工工藝和對零件 的某幾個工序加工進(jìn)行專用夾具的設(shè)計，從零件的工藝來說，它主要是分析零件 在進(jìn)行加工時應(yīng)注意什么問題，采用什么方法和工藝路線加工才能更好的保證精 度，提高勞動生產(chǎn)率。就專用夾具而言，好的夾具設(shè)計可以提高產(chǎn)品生產(chǎn)率、精 度、降低成本等，還可以擴(kuò)大機床的使用范圍，從而使產(chǎn)品在保證精度的前提下 提高效率、降低成本。通過這次設(shè)計，培養(yǎng)了編制機械加工工藝規(guī)程和機床夾具 設(shè)計的能力，這也是在進(jìn)行畢業(yè)之前對所學(xué)課程進(jìn)行的最后一次深入的綜合性復(fù) 習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練。因此，它在我們的大學(xué)生活中占有十分重要 的地位。就個人而言，希望通過這次畢業(yè)設(shè)計對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng) 性訓(xùn)練，從中鍛煉自己的分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的現(xiàn)代化 建設(shè)打下一個良好的基礎(chǔ)。由于能力有限，設(shè)計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。目錄1. 問題的提出 12. 定位基準(zhǔn)的選擇 13. 夾具方案的確定 1 夾具方案一 2 夾具方案二 2 方案比較 24. 誤差分析與計算 35. 切削力及夾緊力的計算 56. 鉆床夾具的分析 77. 致謝 88. 主要參考文獻(xiàn) 9鉆孔夾具設(shè)計為了達(dá)到提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度的目的。在加工車 床撥叉零件時，需要設(shè)計專用夾具。如前所述，應(yīng)該注意提高生產(chǎn)率，雖然該夾具設(shè)計采用了手動夾緊方式， 在 夾緊和松開工件時比較費時費力。 但是由于該工件體積小，工件材料易切削，切 削力不大等特點。經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了手動夾緊方式。這類夾緊 機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應(yīng)用。1問題的提出利用本夾具主要用來鉆加工孔 35。加工時除了要滿足粗糙度要求外， 還應(yīng) 滿足35孔的軸線與90孔的軸線為0.02的平行度要求。為了保證技術(shù)要求， 最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時，應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。2. 定位基準(zhǔn)的選擇如圖1:由零件圖可知：35孔的軸線與90孔的軸線為0.02的平行度要求，在對 孔進(jìn)行加工前，先對 90孔和其端面進(jìn)行了粗、精加工。因此，選 90孔和其 端面為定位精基準(zhǔn)（設(shè)計基準(zhǔn)）來滿足位置度公差要求。3. 夾具方案的確定設(shè)計專用夾具的出發(fā)點，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等 的技術(shù)要求能夠得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定為大批生產(chǎn)的條件下，應(yīng) 該使所設(shè)計的專用夾具在加工過程中裝夾方便，有較高的生產(chǎn)效率。因此，我設(shè) 計了兩個夾具方案以供選擇，其方案如下：具設(shè)計方案一在加工本工序之前，工件的 90孔和其端面都均已經(jīng)加工過。因此，我選 擇90孔用短心軸定位，以90孔的下端面為定位面，以實現(xiàn)典型的短心軸大 平面組合定位，然后在靠近 35孔的連桿一端做一個定位銷進(jìn)行周向定位；再 在心軸上直接做出一段螺紋，并用螺母和開口墊片圈鎖緊，實現(xiàn)夾緊；并選用固 定鉆套作為刀具的導(dǎo)向裝置。夾具設(shè)計方案二在加工本工序之前，工件的 90孔和其端面都均已經(jīng)加工過。因此，我選 擇90孔用短心軸定位，以90孔的下端面為定位面，以實現(xiàn)典型的短心軸大 平面組合定位，然后在 35孔的外圓柱面制作一個 V型槽；再在心軸上直接做 出一段螺紋，并用螺母和開口墊片圈鎖緊，實現(xiàn)夾緊，并選用固定鉆套作為刀具 的導(dǎo)向裝置。方案的比較分析上述兩個夾具方案的特點在于：它們都選擇 90孔用短心軸定位，以90 孔的下端面為定位面，以實現(xiàn)典型的短心軸大平面組合定位， 并采用了在心軸上 直接做出一段螺紋，并用螺母和開口墊片圈鎖緊，實現(xiàn)夾緊，并選用固定鉆套作 為刀具的導(dǎo)向裝置；通過對它們的比較方案二需要在夾具底座側(cè)面要加工一個V型槽可以使鉸孔時工件不會受切削力而發(fā)生震動，從而提高工件的加工精度。而 方案一只在夾具底座上加工一定位銷，雖然簡單，但加工精度無法保證。因此， 我選擇方案一作為加工本工序的專用夾具。如圖 2:4. 鉆床夾具的分析用鉆模鉸孔時，工件的加工精度可以不受鉆床精度的影響 ，而由鉆模的精度 來保證。鉆模的結(jié)構(gòu)類型主要取決于導(dǎo)向的設(shè)置， 導(dǎo)向的設(shè)置不僅是考慮加工孔 的位置精度，更重要的是考慮加工時鉆桿的剛度。 因此以加工情況設(shè)置導(dǎo)向使鉆 桿獲得高的支承剛度。所鉆的孔的位置精度主要取決于鉆模架上鉆套的位置精度，因此兩鉆套的同軸度要求很高。鉆模板一般用鑄鐵鑄造。鉆模應(yīng)設(shè)計成單獨體不要設(shè)計與夾具底座設(shè)計成一 體，更不要與夾緊裝置用支架相聯(lián)接。這樣便于制造，更重要的是有利于位置精 度的獲得及避免其他因素對鉆模板精度的影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要特別注意剛度設(shè) 計。鉆模板用螺釘和銷釘固定在夾具底座上， 并保證有足夠的接觸剛度，螺釘?shù)?直徑、數(shù)量、分布要合理。其鉆模如下圖 4 :圖4 鉆模鉆套中導(dǎo)向孔的孔徑及其偏差應(yīng)根據(jù)所引導(dǎo)的刀具尺寸來確定。通常取刀具的最大極限尺寸為引導(dǎo)孔的基本尺寸， 所以，引導(dǎo)孔的基本尺寸為 35。引導(dǎo)孔 的孔徑公差依加工精度來確定，因為35孔采用粗鉸，所以引導(dǎo)孔的孔徑公差 取G7鉆套高度H直接影響鉆套的導(dǎo)向性能，同時影響刀具與鉆套之間的摩擦情 況，通常取 H=( 12.5) d。所以取 H=1*35=35mm鉆套與工件之間一般應(yīng)留有排屑間隙，此間隙不宜過大，以免影響導(dǎo)向作用。 一般可取 h=(0.31.2)d。所以取 h=15mm因為本道工序中35孔的加工精度要求較高，所以鉆模板采用固定式。5. 誤差分析與計算該夾具以心軸定位，要求保證孔軸線與端面間的尺寸公差以及孔軸線與底孔 的位置度公差。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該 工序所規(guī)定的工序公差。如圖3：由于本工序的加工是以心軸定位，工件孔和心軸的誤差可分為以下兩種 ：一是工件以圓孔在過盈配合圓柱心軸上定位，所以定位副之間無徑向間隙，也即這時不存在徑向基準(zhǔn)位移誤差（汎=0 , Yz =0）。工件在軸線方向上的軸向定位 誤差，則可利用夾緊力加以控制。由此可見，過盈配合圓柱心軸的定位精度是相 當(dāng)?shù)母?。二是以圓孔在間隙配合圓柱心軸上定位，定位分析如下：由機床夾具設(shè)計手冊可得：首先考慮工件兩孔中心距（279-/+0.1）mn要求，影響該項精度的與夾具有 關(guān)的誤差因素主要有：（1）定位誤差：-DW - D max - d min（式 1）式中Dmax 工件上定位孔的最大直徑；d m in 夾具上定位心軸的最小直徑；由（式1）可知， dw = 90.022 - 89.962 = 0.06mm（2） 夾具制造與安裝誤差該項誤差包括：a,鉆模板襯套軸線與定位心軸軸線距離誤差，此值為0.02mm b,鉆套與襯套的配合間隙，由配合尺寸 45F7/m6可確定其最大間隙為0.033mm c,鉆套孔與外圓的同軸度誤差，按 標(biāo)準(zhǔn)鉆套取值0.012mm d，刀具引偏角。采用鉆套引導(dǎo)刀具時，刀具引偏角H人H鉆套高度;h 排屑為：e = ( h B) 式中e刀具引偏角;2H間隙；B鉆孔深度； ma刀具與鉆套之間的最大間隙因此， max=0.028mm H=46mm,h=15mm,B=35n可得 e=0.042mm上述各項誤差都是按最大值計算的。實際上各項誤差不可能都出現(xiàn)最大值，而且各項誤差方向也不可能都一樣。考慮到上述各項誤差的隨機性, 采用概率算法計算誤差是恰當(dāng)?shù)模簣R二 0.06 2 0.022 0.0332 0.0122 0.04220.112mm式中bc為與夾具有關(guān)的加工誤差總和。該誤差小于零件上孔距公差(0.2mm )的2/3,留給加工過程的誤差大于1/3，符合要求。其次再來分析兩孔平行度要求。影響該項精度的與夾具有關(guān)的誤差主要有：(1) 定位誤差 本次設(shè)計中定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，因此只有基準(zhǔn)位置誤差，其值為工件大頭孔軸線對夾具心軸軸線的最大偏轉(zhuǎn)角：1maxH1006 = 0.0012450式中a 1孔軸間隙配合時，軸線最大偏轉(zhuǎn)角； 1max 工件大頭孔與夾具心軸的最大配合間隙；H1夾具心軸長度。(2)夾具制造與安裝誤差 該項誤差主要包括兩項：1) 鉆套軸線對定位心軸軸線的平行度誤差，由夾具標(biāo)注的技術(shù)要求可知該項誤差為：a 2=0.02/66=0.003;2) 刀具引偏角為 a 3=b max/H=0.028/66=0.004上述各項誤差都是按最大值計算的。實際上各項誤差不可能都出現(xiàn)最大值，而且各項誤差方向也不可能都一樣?？紤]到上述各項誤差的隨機性，采用概率算法計算誤差是恰當(dāng)?shù)模?叫=時+尤+"3 = J0.0012 +0.003 +0.004 止 0.005該項誤差小于零件相應(yīng)公差(0.02/36)的2/3,夾具設(shè)計沒有問題。6. 切削力及夾緊力的計算刀具的幾何參數(shù)：K粗=60 K精=90，10，乜=0 =80，由參考文獻(xiàn)機床夾具設(shè)計手冊查表1-2 3可得：圓周切削分力公式：Fc = 902apf 075 Kp（式4）式中Fc圓周切削分力；ap背吃刀量；Kp 修正系數(shù)；f每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。式中 ap = 2.2mm f =0.05mm/rKp=KmpKkpKopKspKrp（式 5 ）式中Kmp考慮工件材料機械性能的系數(shù)；KkpK opK ,spKrp考慮刀具幾何參數(shù)的系數(shù)。查參考文獻(xiàn)10表 1-2-4得：Km （HB）n 取 HB=175 n =0.4由參考文獻(xiàn)10表 1 - 2 - 6可得參數(shù)：Kkp = 0.94 K op =1.0K ,sp = 1.0Krp =1.0即：Fc = 209.8N同理：徑向切削分力公式：FP =53Oap09f 0.75KP（式6）式中 Fp 徑向切削分力；ap背吃刀量；Kp 修正系數(shù)；f每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。式中參數(shù)： Kkp = 0.77 K op =1.0 K 即=1.0 Krp =1.0 即：FP =93.6N軸向切削分力公式：Ff =451apf0.4Kp（式7）式中Ff軸向切削分力；ap背吃刀量；Kp 修正系數(shù)；f每轉(zhuǎn)進(jìn)給量。式中參數(shù)： Kkp' =1.11 K op =1.0 K，sp=1.0 Kg =1.0 即：Ff =353.2N根據(jù)工件受切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的 瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。 最后為保證夾緊可靠，再乘以安 全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：Wk = K F（式 8 ）式中 Wk 實際所需夾緊力；K在一定條件下，由靜力平衡計算出的理論夾緊力；F安全系數(shù)。K -K0K1K2K3K4K5K6（式 9）式中 Ki 加工性質(zhì)；K2 刀具鈍化程度；K3 切削特點；K4 夾緊力的穩(wěn)定性；K5手動夾緊時的手柄位置；K6 僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時工件與支承面接觸的情況。代入（式9 ）得KC =1.2 1.2 1.051.21.31.01.0=2.36KP =1.2 1.2 1.41.21.31.01.0=3.15Kf =1.2 1.2 1.31.21.31.01.0=2.92所以，有：Wk =Kc Fc "95.12NWk = Kp Fp =294.84NWk = Kf Ff =1031.344N鉸孔產(chǎn)生的圓周切削分力由定位塊和夾緊力所產(chǎn)生的摩擦力平衡。查表可得：-0.3所以，（式 10）0.3因此，所需的夾緊力為4668N,由于螺母產(chǎn)生的夾緊力F =5380N，所以， F F/，且還有定位塊可以作為支承，因此，滿足要求。鉸孔產(chǎn)生的徑向切削分力為 Wp=833.9N由于有定位塊、心軸和由夾緊力所產(chǎn)生的摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F。鉸孔產(chǎn)生的軸向切削分力為Wf =1795.8N由于有輔助支承和定位環(huán)作為軸向分力的支承，它所產(chǎn)生的支承力F 0由上面的計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)，滿足設(shè)計要求。致謝通過本工序?qū)Ｓ脢A具的設(shè)計，使我對鉆夾具有了較大的認(rèn)識，對鉆床夾具的 特點及主要類型有了深刻的了解。首先要感謝老師在本次課程設(shè)計中給予的指導(dǎo) 和幫助，同時也要感謝我的舍友給予的寶貴意見， 在此，謹(jǐn)向他們表示衷心感謝。參考文獻(xiàn)1 陳宏鈞實用金屬切削手冊M北京：機械工業(yè)出版社，2005. 1.2 強 毅設(shè)計制圖實用標(biāo)準(zhǔn)手冊M 北京：科學(xué)出版社，2000. 1.3 李 洪機械加工工藝手冊M 北京出版社，1996. 1.4 陳宏鈞.實用機械加工工藝手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，2003. 1 . 楊叔子.機械加工工藝師手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，2001 . & 馬賢智.機械加工余量與公差手冊M.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994 . 12.7 王先逵.機械制造工藝學(xué)M.北京：機械工業(yè)出版社，1995. 11.8 莫雨松.互換性與技術(shù)測量M.中國計量出版社，2000. 1 .9 何玉林，賀元成.機械制圖M.重慶大學(xué)出版社，2000. 8.10 王光斗，王春福.機床夾具設(shè)計手冊M.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000. 11.11 唐云支.機床夾具M(jìn).中國勞動社會保障，2001 . 1.12 李家寶.夾具工程師手冊M.黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1987.13 李慶余，張 佳.機械制造裝配設(shè)計M.北京：機械工業(yè)出版社，2003 . 8.14 紀(jì)名剛，濮良貴.機械設(shè)計M.北京：高等教育出版社，2001 . 8.15 李旦，邵東向.機床專用夾具圖冊M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005. 2.