杠杆零件夹具设计

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1、杠杆零件夹具设计 摘要：本课题设计的是钻床加工工序的夹具，就杠杆零件的工艺进行了具体的分析、并制定了工艺卡片。对钻床加工工序进行了夹具的设计，制定了定位方案和定位基准，设计出了钻床加工工序的夹具体。并对重要的钻削零件进行了数控程序设计，对标准化零部件的受力分析。利用Pro/E对夹具体的结构进行了干涉分析、利用CAXA软件对部分零件进行了数控编程。 关键词：夹具；数控程序；工艺路线；定位误差；定位元件。 前言 不论是传统制造系统还是现代制造系统，夹具都是非常重要的。在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确位置，以

2、便接受施工或者检测的装置都可以称为夹具。例如:焊接过程中用的焊接夹具，检验过程中用的检验夹具，机械加工过程中用的机床夹具等。夹具对于加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响。花费在夹具设计和制造的时间不论是在改进现有产品或者开发新产品中，在生产周期中都占有较大的比重。所以，在制造业中非常重视对夹具的研究。夹具是由一套预先制造好的各种不同形状、不同尺寸、不同功能的系列化、标准化元件组装而成的。因此夹具具有通用性和专用性双重性质，即组成夹具的元件是通用性的元件，而一旦组装成成套夹具即为专用夹具。组合夹具机构灵活多变，元件长期重复使用，因此，其元件比其它类型的夹具元件要求具有高精度，高强度，高硬度，

3、耐磨性高等优点，单个元件功能多样，并有完全互换性。 产品制造环节的柔性化的着眼点主要是在机床和工装两个方面，而夹具又是工装柔性化的重点。夹具能保证工件在规定的坐标位置上准确定位和牢固的夹紧，也就是说能保证工件相对于机床坐标原点具有准确和稳定可靠的坐标位置[2]。这种夹具具有较高的刚度和精度，在粗加工时能承受较大的切削用量，以充分发挥数控、加工中心机床的生产能力;在精加工时能更好的保证工件定位基准和加工表面的位置精度;还能根据数控、加工中心机床的要求保证夹具应允许刀具接近尽可能更多的被加工表面甚至于全部被加工表面，可以减少机床的停机时间:在夹具上还能一次装夹多个工件同时一次加工，可以减少夹具、

4、刀具、工件系统的调整时间；还能减少刀具的更换次数和刀具的调整时间，更好的发挥数控、加工中心机床的高效性能[6]。夹具元件可以通过组装、使用、好的发挥数控、加工中心机床的高效性能。夹具元件可以通过组装、使用。夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的5%-20%。 夹具的重要性越来越受到大家的重视，因此，对夹具的设计也成为了专门的课题进行研究。 此夹具设计的内容为： (a)分析制定了杠杆零件的工艺； (b)设计了钻床工序的专用夹具； (c)利用Pro/E软件，对零件和夹具进行仿真分析； (d)利用CAXA软件对夹具中的部分零件进行了数控编程。

5、 1 零件的分析 1．1零件的作用 题目所给的零件是杠杆零件，零件的结构比较复杂，尺寸较小，形状比较复杂。主要作用一是传递扭矩；二是起着固定的作用；三是起着连接作用。 图1 杠杆零件图 1．2零件的工艺分析 此杠杆零件有两组加工面，它们之间有一定的位置要求。具体分析如下： 1．2．1以28mm为中心孔的加工表面（尺寸见图1，外形见图2） 这一组加工表面包括：28H7mm的孔，28H7mm孔的端面，尺寸为mm的端面与尺寸为28H7mm的孔有垂直度要求，垂直度误差为0.03mm，还有11mm的孔。其中主要加工表面为28H7mm的孔。 1．2．2以10H9

6、mm的孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括10H9mm的孔，10H9mm孔的端面，且10H9mm的孔的中心轴线与28H7mm孔的中心轴线有平行度要求，其误差为0.3mm。其中主要加工表面为10H9mm的孔。 由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工第一组加工表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。 1．3零件的材料 考虑到杠杆要受到扭矩的作用，而零件的尺寸有比较小，因此应选用材料为模锻件。因为不传递力与功率，主要起固定和定位作用，所以不需要特别的工艺处理。故可采用模锻成型。这从提高生产效率、保证加工精度上考虑也是应该的。 图2 杠杆零

7、件图的三维图 1．4零件的生产类型 零件的生产类型为中批量生产。因此需要设计专用夹具来提高生产效率。 2 工艺规程设计 2．1基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面的选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。 2．1．1粗基准的选择。 由于此杠杆零件的结构比较复杂，需要加工三个孔（28H7mm、10H9mm和11mm）、三个端面（即三个孔的端面）和插槽，且三个孔不在同一个平面上。对于一般的轴类零件而

8、言，以外圆作为粗基准是完全合理的。但对于本零件来说，如果以40mm外圆表面作基准（四点定位），其装夹深度不够，可能造成装夹不稳定。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现选取mm作为粗加工基准，利用V形块支承40mm孔的外轮廓作主要定位面，以削除，，，四个自由度，再用一对自动定心的窄口卡爪，夹持在mm表面上，达到完全定位。 2．1．2精基准的选择 主要考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在后面的要专门计算，此处不再重复。 2．

9、2制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何精度、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 2．2．1工艺路线方案一 工序Ⅰ 铣28H7mm孔两端面； 工序Ⅱ 铣10H9mm孔两端面； 工序Ⅲ 钻、扩、粗镗、精镗、精铰28H7mm孔； 工序Ⅳ 铣11mm孔两端面； 工序Ⅴ 钻11mm孔； 工序Ⅵ 钻、扩、铰10H9mm； 工序Ⅶ 插 mm槽； 工序Ⅷ 清洗，去毛刺； 工序Ⅸ 终检。 2．2．2工艺路线

10、方案二 工序Ⅰ 铣28H7mm孔两端面； 工序Ⅱ 铣10H9mm孔的两端面； 工序Ⅲ 铣11mm孔两端面，保证； 工序Ⅳ 钻、粗镗、精镗、精铰28H7mm孔； 工序Ⅵ 钻、扩、铰10H9mm； 工序Ⅴ 钻11mm孔； 工序Ⅶ 插 mm槽； 工序Ⅷ 清洗，去毛刺； 工序Ⅸ 终检。 2．2．3工艺方案的比较分析 上述两个方案的特点在于：方案一是先加工28H7mm的孔的一组加工表面，然后以此为基准加工10H9mm孔为中心的一组加工表面。而方案二则是在铣床上加工完所有表面，再加工三个孔。两相比较可以看出，方案一加工序比较多，装夹次数也较多，能够保证零件的位置精度；方案二是在铣床上

11、铣完所有需要加工表面再加工内孔，装夹次数比较少，但是在一道工序中要完成这么多工作，需选用专门设计的组合机床（但在成批生产时，在能保证加工精度的情况下，应尽量不选用专用机床）。因此，最后的工艺路线确定如下： 工序Ⅰ 铣28H7mm孔两端面，保证尺寸mm； 工序Ⅱ 铣10H9mm孔两端面，保证尺寸mm； 工序Ⅲ 钻、粗镗、精镗、精铰28H7mm孔； 工序Ⅳ 铣11mm孔两端面，保证mm； 工序Ⅴ 钻11mm孔； 工序Ⅵ 钻、扩、铰10H9mm； 工序Ⅶ 插 mm槽； 工序Ⅷ 清洗，去毛刺； 工序Ⅸ 终检。 2．3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 根据上述原始资料及加工工

12、艺分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 2．3．1 28H7mm两端面的加工余量（加工的计算长度为） （1）按照《机械加工工艺手册》表2.2—2.5。取加工精度，件复杂系数为，锻件重量为1.5kg，则28H7mm孔外端面的单边加工余量为2.0—3.0mm，现取Z=2.5mm。锻件的公差按《机械加工工艺手册》表2.2—14，材质系数取，锻件复杂系数取，则锻件的偏差为mm。 （2）铣削公差：现规定本工序的加工精度为IT11，因此可知本工序加工公差为-0.13mm。符合零件要求的公差mm，不需要安排精加工。 2．3．2 10H7mm孔两端面的加工余量（加工余量的计算

13、长度为） （1）按照《机械加工艺手册》表2.2—2.5，取加工精度为，件复杂系数为，锻件重量为1.5kg，则10H9mm孔外端面的单边加工余量为2.0-3.0mm，现取Z=2.5mm。锻件的公差按《机械加工工艺手册》表2.2—14，材质系数取，锻件复杂系数取，则锻件偏差为mm。 （2）铣削公差：规定本工序的加工精度为IT11级，因此可知本工序的加工公差为-0.11mm，符合零件要求公差mm，不需要安排精加工。 2．3．3 11mm孔两端面的加工余量（加工余量的计算长度为） （1）按照《机械加工工艺手册》表2.2—2.5。取加工精度，件复杂系数为，锻件重量为1.5kg，则11mm孔外端

14、面的单边加工余量为2.0-3.0mm，现取Z=2.5mm。锻件的公差按《机械加工工艺手册》表2.2—14，材质系数取，锻件复杂系数取，则锻件的偏差为mm。 （2）铣削公差：规定本工序的加工精度为IT11，因此可知本工序加工公差为-0.16mm。符合零件要求的公差mm，不需要安排精加工。 2．3．4内孔28H7mm的加工余量、工序尺寸 毛坯为实心，不冲出孔，内孔的精度等级为IT7，参考《机械加工工艺手册》表2．3—9及表2．3—12确定工序尺寸及加工余量为： 钻孔：25mm； 扩孔：27.6mm 2Z=2.6mm； 粗镗：27.8mm 2Z=0.2mm；

15、 精镗：27.94mm 2Z=0.14mm； 精铰：28H7mm 2Z=0.06mm。 图3　　杠杆零件的毛坯图 2．3．5内孔10H9的加工余量、工序尺寸 毛坯为实心，不冲也孔，内孔的精度为IT9。参照《机械加工工艺手册》表2．3—9及表2．3—12确定工序尺寸及加工余量为： 钻孔：9．8mm； 铰： 10H9mm 2Z=0.2mm。 2．3．6内孔11mm的加工余量、工序尺寸 11mm的表面为自由尺寸公差，表面精糙度为。因此只需粗加工。直接钻11mm孔。此杠杆的毛坯尺寸如图3所示。 2．4确定切削用量及基本工时 2．4

16、．1工序Ⅰ:铣28H7mm孔两端面，保证尺寸 （1）刀具的选择 此零件为模锻件。根据《机械加工工艺手册》选用高速钢三面刃铣刀， 取=160mm； 齿数Z=16。 采用X6130铣床加工本道工序。 （2）铣削用量及相关参数 a)确定铣削深度：根据上述的计算可知=2.5mm，故在一次走刀内可完成加工，所以=2.5mm。 b)确定进每齿进给量：根据《机械加工工艺手册》表9.4—1查得=0.12mm/齿。 c)确定铣削速度V及铣削功率：查《机械加工工艺手册》得： V=21m/min； =1.49kw。 d)计算刀具转速及进给量: ； 。 e)根据X61

17、30铣床说明书，取： ； 。 f)切削工时的计算: ； 。 2．4．2工序Ⅱ：铣10H9mm两端面，保证尺寸 （1）刀具的选择 为了节省辅助时间，提高加工效率，本道工序继续使用上道工序的刀具即使用 高速钢三面刃铣刀 取=160mm； 齿数Z=16。 同样采用X6130铣床加工本道工序，在同一台机床上加工，能缩短加工时间，提高加工效率。 （2） 铣削用量及相关参数 a)定铣削深度：根据上述的计算可知=2.5mm，故在一次走刀内可完成加工，所以=2.5mm。 b)确定进每齿进给量：根据《机械加工工艺手册》表9.4—1查得=0.12mm/齿。 c)确定铣削速度V

18、及铣削功率：查《机械加工工艺手册》得： V=29m/min ； =0.83kw。 d)计算刀具转速及进给量： ； 。 e)根据X6130铣床说明书，取： ； 。 f)切削工时的计算： ； 。 2．4．3工序Ⅲ：钻、扩、粗镗、精镗、精铰28H7mm的孔 （1）钻孔25mm a)确定进给量：根据《切削手册》表2.7，当钢的时，。由于本零件在加工25mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则： ； 根据Z535机床说明书，现取=0.25mm/r。 b)确定切削速度：根据《切削手册》表2.13及表2.14，查得切削速度v=18m/min。所以： ； 根据

19、机床说明书，现取，故实际切削速度为 ： 。 c)切削工时的计算： ； 。 （2）扩钻27.6mm孔 a)刀具的选择：采用27.6mm专用扩孔钻。 b)确定进给量：根据《切削手册》表2.10， ； 此道工序选用机床T740金刚镗床来加工； 查机床说明书，取。 c)机床主轴转速n及切削速度v： 现取； 。 d)切削工时的计算： ； 。 （3）粗镗孔至27.8mm a)确定切削余量：由上述计算可知，本道工序的单边余量Z=0.1因此在一次走刀内可以完成全部加工。所以。 b)确定进给量：根据《机械加工工艺手册》表11—4—1确定进给

20、量。 c)确定切削速度V及进给速度：根据相关手册，确定金刚镗床的切削速度为。则 ； 由于T740金刚镗床为无级变调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。 d)切削工时t： ； 。 （4）精镗孔至27.94mm 由于精镗与粗镗共用一个镗杆，利用同一金刚镗床同时对工件精镗孔，故切削用量与工时均与粗镗相同。 a)确定切削余量：由上述计算可知，本道工序的单边余量Z=0.07mm，因此在一次走刀内可以完成全部加工。所以。 b)确定进给量：根据《机械加工工艺手册》表11—4—1确定进给量。 c)确定切削速度V及主轴转速：根据相关手册，确定金刚镗床的切削速度为，则 。

21、由于T740金刚镗床为无级变调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。 d)切削工时t： ； 。 （5）铰孔至28H7mm a)确定刀具：根据相关手册，本道工序采用机用铰刀 28A H7 GB/T 1133-84。 b)确定切削余量：由上述计算可知，本道工序的单边余量Z=0.03mm。因此在一次走刀内可以完成全部加工。所以。 c)确定进给量：根据《机械加工工艺手册》表11—4—1确定进给量。 d)确定切削速度V及主轴转速：根据相关手册，确定金刚镗床的本道工序的切削速度，则 ； 由于T740金刚镗床为无级变调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。 e)切削工

22、时t： ； 。 2．4．4工序Ⅳ：铣11mm孔两端面 （1）此零件为模锻件,根据《机械加工工艺手册》选用高速钢三面刃铣刀， 取=160mm； 齿数Z=16。 （2）铣削用量及相关参数 a)确定铣削深度：根据上述的计算可知=2.5mm，故在一次走刀内可完成加工，所以=2.5mm。 b)确定进每齿进给量： 选取X6130铣床加工本道工序。 根据《机械加工工艺手册》表9.4—1查得=0.12mm/齿。 c)确定铣削速度V及铣削功率：查《机械加工工艺手册》得： V=21m/min； =1.49kw。 d)计算刀具转速及进给量: ； 。

23、 e)根据X6130铣床说明书，取： ； 。 f)切削工时的计算:； 。 2．4．5工序Ⅴ：钻孔11mm a)确定进给量：根据《切削手册》表2．7，当钢的时，。由于本零件在加工9mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0．75，则 ； 根据Z535机床说明书，现取=0.25mm/r。 b)确定切削速度：根据《切削手册》表2．13及表2．14，查得切削速度v=18m/min。所以： ； 根据机床说明书，现取，故实际切削速度为： 。 c)切削工时的计算： ； 。 2．4．6工序Ⅵ：扩、钻、铰10H9mm （1）钻孔9mm a)确定进给量：根据《切削手册

24、》表2.7，当钢的时，。由于本零件在加工9mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则 ； 根据Z535机床说明书，现取=0.25mm/r。 b)确定切削速度：根据《切削手册》表2．13及表2．14，查得切削速度v=18m/min。所以 。 根据机床说明书，现取,故实际切削速度为： 。 c)切削工时的计算： ； 。 （2）扩钻孔至9.8mm a)刀具的选择：采用9.8mm专用扩孔钻。 b)确定进给量：根据《切削手册》表2.10， ； 查机床说明书，取。 c)机床主轴转速n及切削速度v： 根据机床说明书，现取，故实际切削速度为； 。 d)切削

25、工时的计算： ； 。 （3）铰孔至10H9mm a)确定刀具：根据相关手册，本道工序采用机用铰刀 10A H9 GB/T 1133-84。 b)确定切削余量：由上述计算可知，本道工序的单边余量Z=0.1mm。因此在一次走刀内可以完成全部加工，所以。 c)确定进给量：根据《机械加工工艺手册》表11—4—1确定进给量。 d)确定切削速度V及主轴转速： 根据相关手册，确定本道工序的切削速度。则： ； 查机床说明书，取。 e)切削工时t： ； 。 2．4．7工序Ⅶ：插 mm槽 a)确定加工机床：选取B5020号插床加工本道工序。 b)选择插刀：根

26、据《机械加工工艺手册》选取圆弧插刀W18Cr4V加工此道工序。 c)确定切削余量： 由图17可计算出加工深度为14mm。由《机械加工工艺手册》表7.3-3，可分为四次加工，具体加工余量如下：（1）=4.7mm；(2) =4.7mm；(3) =2.8mm;(4) =1.8mm。 d)确定进给量:加工零件为模锻钢,查《机械加工工艺手册》表7.3-2,进给量可确定为=0.25mm。 e)确定切削速度、切削力和切削功率： 由于要分四次加工,且加工余量各不相同,查《机械加工工艺手册》表7.3-4，切削速度、切削力和切削功率分别为:前两次的加工余量相同，进给量也相同，因此它们的切削速度=32mm

27、/min；=3190N；=1.68kw.后两次的加工余量在1.6-2.8之间，它们的切削速度也都为=36mm/min；=1910N； =1.2kw。 f)确定加工工时： ； ； 。 以上进行了切削用量三要素、工时的计算，并且进行了相关的切削设备的选择，如切削机床、刀具、量具等的选择。制订了最终的工艺卡片如表1所示: 表1　 工艺卡片 3　　夹具的设计 3.1夹具类型的确定 由于设计任务及条件可知，工件的外形轮廓尺寸小，重量轻，加工要求不高，生产批量不大。因此，设计的夹具不宜复杂，在保证质量和提高生产率的前提下，尽量简化结构，做到经济合理。根据被加工部位的分

28、布情况，拟采用翻转式钻夹具（可换钻套）。 ３．２定位装置的设计 3．2．1确定定位方案 (1)定位原理 在机床上加工工件时，要使工件的各个被加工面的尺寸及位置精度满足工件图或者工艺文件所规定的要求，就必须在切削加工前使工件在机床夹具中占有一个确定的位置，使其相对于刀具的切削运动具有正确的位置，这个确定工件位置的过程我们称为定位。这是定位方案设计的主要任务。 (2)定位基准 为了保证工件上各个加工表面之间或者对其它加工表面的位置精度，工件在机械加工时，必须安放在机床板的一个固定位置上。任何一个零件都是由若干几何表面所组成，这些表面之间根据零件设计的技术要求，广泛存在距离尺寸和角度位置

29、的要求。工艺文件中所谓的基准，就是指零件图上某些点、线、面的位置，可以用它们来确定某些点、线、面的位置。根据这些基准的作用和性质，可以分为设计基准和工艺基准两类。设计基准通常指零件图样上标注尺寸的起点。工艺基准又分为工序基准、定位基准、测量基准等。通常希望将设计基准和工艺基准统一，但是实际上，由于制造上的困难而难以实现，这就引起误差。定位基准的选择是否合理，将直接影响到夹具结果的复杂程度以及工件的加工精度。因此，在选择定位基准时应进行多种方案的分析比较。选择定位基准时，应重点考虑如何减少误差，提高精度，也要考虑安装的方便性、准确性和可靠性。定位基准的选择分为粗基准和精基准的选择两种，下面分别介

30、绍。 a)粗基准的选择。粗基准是用没有加工的表面作为定位基准，选择粗基准时应考虑以下原则: 1) 保证加工表面与不加工表面之间的相对要求，应选择不加工表面作为粗基准，特别是选择与加工表面有紧密联系的表面作为粗基准; 2) 若加工表面较多，选择粗基准时，应合理分配各加工表面的加工余量； 3) 选择作为粗加工基准的表面，应平整、光洁，以便定位准确，夹紧可靠； 4) 因为粗基准的定位误差较大，一般粗基准只能使用一次。 b)精基准的选择。精基准是己经加工过的表面作为定位基准。一般应遵循下列原则: 1) 选择零件的设计基准作为精基准，也就是“基准重合”原则，这样可以避免因基准不重合而引起的

31、基准不重合误差; 2) 能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各个表面对基准的位置精度，这就是“基准统一”原则; 3) 获得均匀的加工余量或使加工表面间有较高的位置精度，有时可以采取互为基准反复加工的原则; 4) 有的精加工工序要求加工余量小，或垂直度要求高，为了保证加工质量和提高生产率，应选择加工面本身作为定位基准。 以上的选择原则，有时是互相矛盾的，在选择的时候要综合考虑。在保证工件加工要求的前提下，尽量使夹具结构简单，工件稳定性好。 (3)工件在空中的自由度 忽略工件的微小变形，工件可以看成一个理想的刚体。将其放在一个空间直角坐标系中，以此坐标作为参照系来观察刚体位置和方位

32、的变化，由刚体力学可知，在空间中处于自由状态的刚体，共有6种可能的运动，即沿x轴、Y轴、Z轴移动，或者绕x轴、Y轴、Z轴的转动，这种移动和转动的可能性就称为自由度。这6种移动或者转动的变化形式是基本的变化形式，工件在空间的运动状态都可以由这6种基本变化合成得到。限制了工件的某个自由度，该工件在这个方向上的位置也就确定了。因此，可以根据工件的加工要求，通过限制工件自由度的方法，达到工件在夹具上定位的目的。当工件的6个自由度被全部限制后，工件的位置和方位也就会被唯一的确定下来。 (4)六点定位原理 基于运动原理，要限制工件的6个自由度，典型的方法就是在夹具设计中设置（如图4所示）的6个支承点。

33、图中的矩形工件每次都安放到与6个支承相接触，从而使一批工件中每个工件得到确定的位置，其中底面A放在3个支承上，限制了3个自由度(沿着z轴的移动和沿着x, y轴的转动)，侧面B限制了2个自由度(沿Y轴的移动和沿z轴的转动)，另一个侧面C限制了一个自由度(沿x轴的移动)。用分布在3个互相垂直的平面上的6个支承点来限制六个自由度，使得工件在夹具中的位置完全确定，这就是著名的3-2-1六点定位原理[6]。六点定位原理适合任何形状的工件。如图5所示的轴类工件的六点定位原理示意图。其中轴的圆柱表面放在4个支承点上，消除了工件的4个自由度(沿y, z轴的移动和绕z轴的转动)，轴端部靠在一个支承点上，消除了一

34、个自由度(沿x轴的移动)，轴上一端的槽正放在一个支承点上，消除了工件绕x轴转动的自由度(图5)所示。根据工件形状的不同，所用的定位基准也不同，定位点的分布情况也不同。运用六点定位原理可以分析和判断夹具中的定位结构是否正确，将工件的六个自由度完全约束或受限制的定位称为完全定位。但是在很多情况下，无需将工件的6个自由度完全约束，只需要限制那些对加工后位置精度有影响的自由度即可，无需限制6个自由度的定位称为不完全定位。在保证工件位置精度的前提下，不完全定位可以减少夹具元件，简化夹具结构。如果一个夹具的定位结构所限制的自由度少于位置精度必须要限制的自由度数量，就会产生定位不足，这种定位方式称为欠定位。

35、如果一个夹具的定位结构中，不同支承点重复的约束工件上同一个自由度，就会产生定位不稳定，这种定位方式称为过定位。欠定位情况下，工件的位置精度不能保证，因此是不允许的。过定位要视具体的情况而定是否允许。如图5中，如果B平面的两个支承点在一条垂直线上，这样绕z轴转动的自由度就没有被限制，这种情况属于欠定位;而沿Y轴移动的自由度就被限制了两次，这种情况属于过定位。 图4 六点定位原理 图5 轴类工件的六点定位原理 (5)根据工件结构特点，其定位方案有两种：方案一（如图6所示），以28H7mm孔及一组合面（K面与10H9mm孔

36、下端面组合）为定位面，以限制五个自由度（，， 图6 定位方案一 图7 定位方案二 ，，），以10H9mm孔端外缘毛坯一侧为防转定位面，以限制工件自由度。该方案由于mm的公差大，定位不稳定，定位误差较大。 方案二（如图7所示），以孔28H7mm及端面K定位，限制工件五个自由度（，，，，），以孔11mm孔外缘定位，限制工件自由度。为增加刚性，在10H9mm孔下端，增设一个辅助支承.由于定位精度未受尺寸88mm的影响，定位误差较小。 比较上述两个方案，方案二为最佳方案。 3．2．2选择定位元件 （1）选用带台阶面的定位销，作为28H7mm孔及其端面定位的定位元件（见夹具总

37、图17）.其结构和尺寸按要求确定。 （2）以10H9mm孔外缘定位，采用的定位元件有两种形式（如图8所示）： 图8 定位件的选择 a)选用可调支承钉作为以10H9mm外缘定位的定位元件，它可限制Z自由度.该方案可克服毛坯精度对定位精度的影响，在使用过程中根据每批毛坯的精度进行调整，结构如图8（a）所示。 b)采用移动V形块作为定位元件，如图8（b）所示。限制了Z自由度，其定位精度不受毛坯的影响，但受夹具结构限制，并且结构复杂，布局困难。V形块除定位作用外，还有夹紧作用，根据本工件的结构特点，易引起工件变形。 比较上述两种形式，确定采用第一种形式。 3）定位误差的分析计算

38、a）加工10H9mm，要求保证中心距尺寸（80 0.20）mm及两孔轴线平行度0.30mm.计算中心距（800.20）mm定位误差为： ； 由图4可知， mm。 基准定位等于定位销与定位孔的最大间隙,销孔配合代号为mm, 28H7mm为mm，以28g6mm为mm。 于是 其中：； 。 则 。 该定位方案满足要求。 b)计算10H9mm与28H7mm两孔轴线的平行度误差 同理 mm， 由于基准位移误差定义可知。 是定位销圆柱部分与台阶面的垂直度误差。由于此两表面是在一次安装中加工出的，其误差很小，可忽略不计=0mm。 是工件定位孔28H7mm与定位面K

39、间的垂直度误差，而28H7mm孔与定位面K也是在一次安装中加工出的，其误差很小，也可以忽略不计=0mm。 因此 mm。 定位误差的允许值； 显然 。 因此该定位方案也能满足两孔轴线平行度0.30mm的加工要求。 2）加工11mm孔，要求保证孔距尺寸（150.25）mm的定位精度 同理 ； 而与加工10H9mm孔时相同，只是方向沿加工尺寸15mm方向。 其中 ； 显然， 该方案满足要求。 由以上分析可知，该定位方案与定位装置是可行的。 3．3夹紧装置的设计 3．3．1夹紧机构 根据生产类型，此夹具的夹紧机构不宜复杂，采用螺旋夹紧方式.螺栓直径暂用M12

40、mm，为缩短装卸工件的时间，采用开口垫圈。 3．3．2夹紧力的计算 （1）加工10H9mm时受力分析如图9所示，加工时，钻削轴向力F与夹紧力F1同向，作用在定位支承上，而钻削扭矩T1则有使工件紧靠于可调支承之势，所用钻头直径小，切削力矩不大。因此，对加工此孔来说，夹紧是可靠的，不必进行夹紧力校核。 （2）加工11mm孔时受力分析如图10所示，加工时，钻削轴向力F有使工件绕O点旋转的趋势，而钻削扭矩T2又有使工件翻转的趋势，为防止上述两种趋势的发生，夹具的夹紧机构应具有足够的夹紧力和磨擦力矩，为此需进行夹紧力校核。 1）钻削轴向力F： ； 设f=0.25mm,已知=11mm其余参数查

41、文献[5]得： 2）钻削力矩： 。 3）使工件转动的转矩和使工件翻转的力矩： 由图7知： ； 。 式中：为翻转力，=； 为翻转力臂，； 得： ； 。 图9 加工11H9mm孔时工件受力图 图10 加工11mm孔时工件受力图 4）防转夹紧力的防翻转夹紧力 根据力学平衡原理，由图7知： ； 。 得： ； 。 5）夹紧机构产生的夹紧力为 根据初步选用螺栓直径为M12mm，由参考文献[9]查得，采用M12mm的螺栓时，许用夹紧力。，显然M12螺栓无法满足要求。现改用M16mm螺栓，许用夹紧力。M16mm螺栓可满足夹紧要求，同时，M16mm螺

42、母的最大直径也小于定位孔28H7mm的尺寸，不妨碍工件的装卸。因此，选用M16mm是合理的，符合此夹具体的装夹和刚度要求。 ３．４导向装置的设计及其他装置结构、夹具体的确定 3．4．1加工10H7mm孔导向装置的确定 图11 衬套15F7（GB/T2263-1991） 为适应钻、扩、铰的要求，现选用可换钻套及与这相适应的衬套，它们的主要尺寸和结构由可换钻套（GB/T2264-1991）和钻套用衬套（GB/T2263-1991）选取。 具体尺寸如表2所示。 钻套端面到加工面间的距离一般取（0.3-1）d（d为钻头直径），取8mm。 可换钻套的技术要求：（1）材料： 选取T

43、10A钢为材料，按GB1298-86《碳素工具钢技术要求》。 （2）热处理；T10A HRC58～64；渗碳深度为0.8～1.2mm，HRC58～64。 图12 可换钻套10E7（GB/T2264-1991） 表2 可换钻套及衬套尺寸 名 称 内 径d（mm） 外 径D（mm） 快 换 钻 套 （见图12） 衬 套 （见图11） 衬套的技术要求：（1）材料： 选取T8钢为材料，按GB1298-86《碳素钢工具钢技术要求》；（2）热处理：T8HRC55～60；渗碳深度为0.8～1.2mm，HRC55

44、～60。 图13 可调六角头支承M8X35（GB2227-80） 此处按方案二需要加一辅助支承，采用六角头调节支承（GB2227-80），由于10H7mm外圆不需要加工，表面并不光整，尺寸具有很大的误差，而此六角调节支承钉有调节功能，能方便地消除10H7mm表面尺寸引起的加工误差。如图13所示。 技术要求：（1）材料：45钢，按GB699-88《优质碳素结构钢钢号和一般技术条件》加工。（2）热处理：由于全部HRC40～50。 3．4．2加工11mm孔的导向装置的确定 为维修方便，不采用固定钻套，而选用可换钻套，它们的主要尺寸和结构由可换钻套（GB/T2264-1991）的钻套用

45、衬套（GB/T2263-19991）选取。其主要尺寸如表3所示。 钻套端面到加工表面的距离，选取原则与10H9mm孔相同，因加工精度低，为排屑方便，取12mm。 可换钻套的技术要求：（1）材料： 选取T10A钢为材料，按GB1298-86《碳素工具钢技术要求》。（2）热处理；T10A HRC58～64；渗碳深度为0.8～1.2mm，HRC58～64。衬套的技术要求同上。 表3 可换钻套及衬套尺寸 名 称 内 径d(mm) 外 径D(mm) 可 换 钻 套 （见图14所示） 衬 套 （见图15所示）

46、 图14 衬套18F7（GB/T2263-1991） 图15 可换钻套11F7（GB/T2264-1991） 各导向件到定位元件（28H7mm孔中心）间的位置尺寸公差按工件相应公差的1/2--1/5选取。因此，它们分别为（150.05）mm，（800.05）mm，10H9 mm孔钻套轴心线对基准面垂直度许用误差为0.05mm，11mm孔钻套轴心线对基准面平行度许用误差为 0.05mm。 3．4．3其他装置的确定 为了便于排屑，辅助支承采用螺旋套筒式；为了便于夹具的制造和维修，钻模板与夹具体的联接采用装配方式。夹具体采用开式结构，使加工、观察，清理切削方便。 4　　绘制夹

47、具结构图 夹具总体设计中最后完成的主要元件是夹具体。夹具体是夹具的骨架和基础。组成夹具的各种元件、机构、装置都要安装在夹具体上。在加工过程中，它还要承受切削力、夹紧力、惯性力及由此产生的振动和冲击。所以，夹具体是夹具中一个设计、制造劳动量大，耗费材料多，加工要求高的零部件。在夹具体成本中所占比重较大，制造周期也长，设计时要给予足够的重视。 图16 夹具结构总装图 这个夹具体采用装配结构。装配夹具体是选用夹具专用标准毛坯件或标准零件，根据使用要求组装而成。标准件可组织专业化生产，这样不但可以大大缩短夹具体的制造周期，还可以降低成本。 在设计夹具体时就满足以下一些基本要求： (1)

48、 应有足够的刚度与强度。加工工件时，为了防止在切削力、夹紧力的作用下，夹具产生不允许的变形和振动，夹具体应具有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。 (2) 力求结构简单、重量轻。夹具体的外形一般尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面的相互位置精度要求高，应特别注意其结构工艺性。同时，在满足刚度及强度的前提下，尽可能减轻重量、缩小体积，特别是对手动翻转式夹具（含工件），重量一般不超过10kg，以便于操作。 (3) 应便于排屑。加工过程中为了防止切屑的排除问题。若加工中产生的切屑不多。可适当加大定位元件表面与夹具体之间的距离，以增加容屑空间；对加工中产生的切屑量较大时，一般应在夹具体上设置排

49、屑沟，以利于将切屑自动排至夹具体外。 (4) 在机床上安装应稳定可靠。对于固定在机床上的夹具应使其重心尽量低；对于不固定在机床上的夹具，则其重心和切削力作用点，应落在夹具体的支承范围内，重心越高夹具支承面积越大。为了使夹具安装稳定可靠，夹具体底面中部通常挖空。对于翻转或移动式夹具体，应在夹具体上设置手柄或手扶部位，以便于操作。对于大型夹具，在夹具体上应设置吊环螺栓或起重孔，以便于吊运。 (5) 应具有良好的结构工艺性和经济性。夹具体上的三个重要的表面，直接影响到夹具的装配精度，即夹具体底面、安装定位元件和引导装置表面以及夹具安装时的校正基面。在加工这些表面时，通常是以夹具体底面作为定位

50、基准，因此在考虑夹具体结构时，应便于达到这些表面的加工要求。在夹具体上供安装各种元件的表面，一般应铸出3—5mm的凸台，以便于减少加工面积。 5　确定夹具技术要求的有关尺寸、公差配合 ５．１技术要求 （1）定位元件与夹具底面的垂直度误差允许值在全长上为0.03mm。 （2）导向元件与夹具底面的垂直度误差允许值在全长上为0.05mm。 （3）导向元件（件11）与夹具底面（F）的平行度误差允许值为0.005mm。 ５．２公差配合 5．2．1 10H9mm孔衬套、钻模板、钻模板上内孔之间的配合代号及精度

51、分别为： mm（衬套——钻模板） mm（钻套——衬套） 图17 夹具体总装图 5．2．2 11mm孔钻套、衬套、钻模板上内孔之间的配合代号及精度分别为： mm（衬套——钻模板） mm（钻套——衬套） 5．2．3 其余部件的公差配合代号及精度如图17所示。 ５.３夹具精度分析与计算 由图1可知，所设计夹具需保证的加工要求有：尺寸（150.25）mm，尺寸（800.2）mm，尺寸14mm及10H9mm孔和28H7mm孔轴线间平行度误差0.30mm等四项。其中尺寸14mm和尺寸（150.25）mm要求较低，不必验算，其余各项精度要求分别验算如下： (1) 尺寸（800

52、.2）mm； 定位误差，由前计算已知=0.041mm； 定位元件对底面的垂直度误差=0.03mm； 钻套与衬套间的最大配合间隙=0.033mm； 衬套孔的距离公差=0.1mm； 衬套轴线对底面（F）的垂直度误差=0.05mm； 麻花钻与钻套内孔的间隙X=0.050mm； 由式 = =0.131<（mm） 因而夹具能保证尺寸这项要求。 (2) 同理可完成10H9mm孔轴线对28H7mm孔轴线的平行度误差0.30mm的精度校核。 6 数控程序加工 加工10H9mm孔和11mm孔时选用

53、了标准衬套和钻套，由上面可知，它们的精度为6级和7级，选用数控加工来保证其精度。现选取10H7孔的衬套（见图11所示）来编写数控程序，利用CAXA软件来自动生成的过程如下： （1）绘出零件图； （2）设置刀具参数和相关参数； 图18 刀具参数据的设定 （3）定义毛坯尺寸如下图所示； 图19 毛坯尺寸的定义 （4）生成刀具轨迹； 图20 刀具轨迹的生成 （5）生成数控程序G代码（内孔 mm） N10G90G54G00Z100.000 N12S3000M03 N14X0.000Y0.000Z100

54、.000 N16X5.000 N18Z26.000 N20G01Z16.000F100 N22G02X-0.000Y-5.000I-5.000J0.000F1000 N24G02X-5.000Y-0.000I0.000J5.000 N26G02X0.000Y5.000I5.000J-0.000 N28G02X5.000Y0.000I-0.000J-5.000 N30G01Z11.000F800 N32G02X-0.000Y-5.000I-5.000J0.000F1000 N34G02X-5.000Y-0.000I0.000J5.000 N36G02X0.000Y5.000

55、I5.000J-0.000 N38G02X5.000Y0.000I-0.000J-5.000 N40G01Z6.000F800 N42G02X-0.000Y-5.000I-5.000J0.000F1000 N44G02X-5.000Y-0.000I0.000J5.000 N46G02X0.000Y5.000I5.000J-0.000 N48G02X5.000Y0.000I-0.000J-5.000 N50G01Z1.000F800 N52G02X-0.000Y-5.000I-5.000J0.000F1000 N54G02X-5.000Y-0.000I0.000J5.000

56、N56G02X0.000Y5.000I5.000J-0.000 N58G02X5.000Y-0.000I-0.000J-5.000 N60G01Z0.000F800 N62G02X-0.000Y-5.000I-5.000J0.000F1000 N64G02X-5.000Y-0.000I0.000J5.000 N66G02X0.000Y5.000I5.000J-0.000 N68G02X5.000Y-0.000I-0.000J-5.000 N70G01Z10.000F100 N72G00Z100.000 N74X0.000 N76M05 N78M30 （6）按照上面的方法

57、，可生成外圆G代码（ mm）如下 N10G90G54G00Z100.000 N12S3000M03 N14X0.000Y0.000Z100.000 N16X13.500 N18Z26.000 N20G01Z16.000F100 N22G03X0.000Y13.500I-13.500J-0.000F1000 N24G03X-13.500Y0.000I0.000J-13.500 N26G03X-0.000Y-13.500I13.500J0.000 N28G03X13.500Y-0.000I-0.000J13.500 N30G01Z11.000F800 N32G03X0.00

58、0Y13.500I-13.500J-0.000F1000 N34G03X-13.500Y0.000I0.000J-13.500 N36G03X-0.000Y-13.500I13.500J0.000 N38G03X13.500Y-0.000I-0.000J13.500 N40G01Z6.000F800 N42G03X0.000Y13.500I-13.500J-0.000F1000 N44G03X-13.500Y0.000I0.000J-13.500 N46G03X0.000Y-13.500I13.500J0.000 N48G03X13.500Y0.000I-0.000J13.50

59、0 N50G01Z1.000F800 N52G03X0.000Y13.500I-13.500J-0.000F1000 N54G03X-13.500Y0.000I0.000J-13.500 N56G03X0.000Y-13.500I13.500J0.000 N58G03X13.500Y0.000I-0.000J13.500 N60G01Z0.000F800 N62G03X0.000Y13.500I-13.500J-0.000F1000 N64G03X-13.500Y0.000I0.000J-13.500 N66G03X0.000Y-13.500I13.500J0.000 N6

60、8G03X13.500Y0.000I-0.000J13.500 N70G01Z10.000F100 N72G00Z100.000 N74X0.000 N76M05 N78M30 7结束语 此钻床夹具具有结构简单、排屑方便、重量轻、装夹简单等特点，可以提高生产效率，适合中批量生产。本文对杠杆零件的工艺进行了详细的分析、制定了工艺卡片、选择了孔加工工序的定位基准、确定了孔加工工序的夹具体的设计方案并绘出了夹具体的装配图、分析了夹具体和定位元件的受力并进行了校核，利用Pro/e软件对夹具体进行了结构的干涉分析，利用CAXA软件对夹具体中的部分零件编写了数控程序。 8致谢 为

61、期二个多月的毕业论文设计即将拉下帷幕，回想近一段时间以来的论文写作工作我感受颇深。毕业论文是对大学几年所学知识的一个提高和升华。在这个过程中，我深切的感受到专业知识的重要。同时也深深的懂得作为一个设计人员所必须具备的基本素质。 在做毕业论文的过程中，首先我认为，态度是最重要的。“态度决定一切”这句话的道理，在这次的毕业实习中我才真正懂得。只有摆正好态度，才能去完成我们所要作的事情。其次，是要有坚忍不拔，知难而进的精神。因为，在毕业设计中我们总会遇到一些我们一时难以解决的问题。在这个时候我们只有不怕困难，多请教老师、同学和多查阅资料,我们才能攻破难关。再次是要培养查阅文献资料的能力，现代社会是一

62、个信息的时代，知识的更新日新月异。如何在浩如烟海的信息中，查阅对我们的有用资料。这对于我们的设计工作是至关重要的。最后，要加强的实践动手能力，这种能力才是我们以后立足社会的根本。 在本次毕业设计中，得到了xxx老师的悉心指导，在此我衷心的表示感谢！在设计中，xxx始终以他的热情和学识为我们提供最大的帮助并为我们的论文提供了大量的资料。而且，每当我们有难题时，xxx总是耐心的指导。正是xxx这种高尚的敬业精神和科学的指导方法。保证了我的论文顺利完成。她的这种精神将影响着我，为我以后的工作和学习树立了榜样。大学即将毕业，回想几年的大学生活，感慨万千！“虽然以后的路还很长，但既然选择了远方，便要风

63、雨兼程”！衷心的祝愿xxx学院明天更美好！工学院的发展更美好！祝愿xxx事业有成！ 9 参考文献 [1]李云主编。机械制造工艺及设备设计指导手册。北京：机械工业出版社，1997 [2]任福君主编。简明机械制造工艺手册。北京：中国标准出版社，1995 [3]徐圣群主编。简明机械加工工艺手册。上海：上海科学技术出版社，1991 [4]艾兴，肖诗纲编。切削用量简明手册。北京：机械工业出版社，1993 [5]刘诗安等主编。机械专业课程设计指导书。长沙：湖南科学技术出版社，1999 [6]郭晋荣主编。机械制造技术基础。成都：西南交

64、通大学出版社，2003 [7]徐嘉元，曾家驹主编。机械制造工艺学。北京：机械工业出版社，1998 [8]徐灏主编。机械设计手册。北京：机械工业出版社，1991 [9]吴雄彪主编。机械制造技术课程设计。杭州：浙江大学出版社，2005 [10]燕山大学，洛阳工学院等主编。机床夹具设计手册。上海：上海科学技术出版社，2000 [11]裴建昌，邓湘榆等主编。Pro/E野火2.0版基础教程。北京：人民邮电出版社，2005 [12]成大先主编。机械设计手册 第四卷。北京：化学工业出版社，1993 [13]王秀伦等主编。机床夹具设计。北京：中国铁道出版社，1984 [14]南京市机械研究所。金属切削机床夹具图册。北京：机械工业出版社，1984 [15]孟宪栋，刘彤安主编。机床夹具图册。北京：北京工业出版社，1996 [16]徐发仁主编，机床夹具设计。重庆：重庆大学出版社，1993 [17]周延佑，数控机床发展新趋势与我国相应的对策。机械工艺师,2001，(2) :5～7 [18 ]盛伯浩,唐华. 数控机床技术发展浅析. 航空制造技术,2002