夹紧蜗杆铣夹具设计

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3.4 计算切削力及实际所需的夹紧力 20 3.5 设计夹紧机构并验算机构所能产生的夹紧力 21 3.7 对刀元件及夹具体 22 第4章 夹具图的绘制 23 4.1 工序图 23 4.2 夹具体零件图 23 4.3 绘制夹具装配总图 23 4.4 标注总图上的尺寸、公差与配合和技术条件 24 4.4.1 标注尺寸、公差与配合 24 4.4.2制订技术条件 24 第5章 夹具工作精度分析 24 5.1 位置尺寸 25 5.2平面度允差 25 结论 25 致谢 27 参考文献 28 IV 第1章 绪 论 1.1 夹具设计目的与意义 夹具是机械制造厂里的一种工艺装备，机床夹具就是机床上用以装夹工件的一种装置，它使得工件相对于刀具或机床活动正确的位置，并在加工过程中不因外力的影响而变动。广义的说夹具一种保证加工质量并能加速工艺过程的一种工艺装备，而在机械制造领域中，机床夹具作为机床的一种辅助设备，用以对工件的定位和夹紧，其数量和种类很多，显得相当重要。 机械制造离不开金属切削机床，对于切削机床，机床夹具是保证机械加工质量、提高生产效率、降低生产成本、减轻劳动强度、降低对工人技术的过高要求、实现生产过程自动化不可或缺的重要工艺装备之一。虽然各种数控机床和加工中心等，高度智能化的加工设备已经在我国各个生产单位已被广泛使用，但是，在大部分情况下都还以普通专用机床为主要生产设备。因此，根据我国机械行业规模化流水生产线生产的现状，设计一款专用铣床夹具来满足生产纲领高效、大批量的要求，是对机械设计从业人员的基本要求。我们必须掌握对铣床夹具的设计方法和设计思路，将其应用到实际生产中，从中不断提高自己对所学理论知识的认识与运用能力。此次设计不仅可对整个大学专业课所学知识加以巩固和弥补，更能锻炼自身的自学能力，对于以后个人发展大有裨益。 随着社会的发展，人类的进步，人们对于日常生活、工作中的物资需求呈现出了极大的多样化与复杂化。传统的简单的产品已经难以再满足人们的需求。而且在企业、工厂的运营过程中，需要的工具也不断精细化与多样化，给制造业带来了新的难题。个性化的社会导致了制造产品大批量越来越少，更多的是需求多品种少批量，这种单件小值的生产模式是对传统的机械加工产业模式的挑战[1]。为此，制造技术的研究者提出了专用技术的科学理论及实现方法，从根本上解决了生产由于品种多、产量少带来的矛盾。它是将多种零件按其工艺的相似性分类专用，以形成零件族，即把同一零件族中零件分散的小生产量汇聚成较大的专用生产量，从而使小批量生产能获得接近于大批量生产的经济效益，专用夹具便应运而生[2]。 专用夹具的应用可以扩大机床的使用范围，提高生产效率和零件的加工质量，也能够降低工人的劳动强度，缩短生产准备周期，提高劳动生产率[3]。而且随着专用夹具的应用和发展，必将加速开拓专用技术新的应用领域。因此，专用夹具将是我国机械工业今后夹具发展的一个主要方面。 1.2 专用夹具设计的国内外现状 1.2.1 国内专用技术应用及现状 1.专用技术的应用 目前发展的专用技术是应用系统工程学的观点，把中、小批生产中的设计制造和管理等方面作为一个生产系统整体，统一协调生产活动的各个方面，全面实施专用技术以提高综合经济效益。 （1）产品设计方面。由于用专用技术指导设计，赋予各类零件以更大的相似类，这就为在制造管理方面实施专用技术奠定了良好的基础，使之取得更好的效果。以专用技术为指导的设计合理化和标准化工作将为实现计算机辅助设计(CAD)奠定良好的基础；为设计信息最大程度地重复使用，加快设计速度，节约时间作出贡献。据统计，当设计一种新产品时，往往有3/4以上的零件设计可参考借鉴或直接引用原有的产品图纸，从而减少新设计的零件，这不仅可免除设计人员的重复性劳动，也可以减少工艺准备工作和降低制造费用。 （2）制造工艺方面。专用技术在制造工艺方面最先得到广泛应用。开始是用于专用工序，即把加工方法、安装方式和机床调整相近的零件归结为零件组，设计出适用于全组零件加工的专用工序。专用工序允许采用同一设备和工艺装置，以及相同或相近的机床调整加工全组零件，这样，只要能按零件组安排生产调度计划，就可以大大减少由于零件品种更换所需要的机床调整时间。此外，由于零件组内诸零件的安装方式和尺寸相近，可设计出应用于专用工序的公用夹具，只要进行少量的调整或更换某些零件，公用夹具就可适用于全组零件的工序安装。 （3）生产组织管理方面。专用加工要求将零件按工艺相似性分类形成加工族，加工同一加工族有其相应的一组机床设备。因此，很自然专用生产系统要求按模块化原理组织生产，即采取专用生产单元的生产组织形式。专用技术是计算机辅助管理系统技术基础之一。这是因为运用专用技术基本原理将大量信息分类专用，并使之规格化、标准化，这将有助于建立结构合理的生产系统公用数据库，可大量压缩信息的储存量；由于不再是分别针对一个工程问题和任务设计程序，可使程序设计优化[5]。 2. 发展现状 专用技术从20世纪50年代提出到如今已经历了近50年的发展和应用。专用技术作为一门综合性的生产技术科学是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助制造（CAM）和柔性制造系统等方面的技术基础。我国早在20世纪60年代初就在纺织机械、飞机、机床及工程机械等机械制造业中推广应用专用技术，并初见成效。因此，专用技术受到国家有关部、局和工厂企业，研究所及高等院校的重视。目前，正积极开展这一方面的科学研究、人材培训和推广应用等工作。原机械部设计研究院负责组织研制的全国机械零件分类编码系统JLBM I，它将对我国推广应用专用技术起到积极推进作用。我国不少高等工业院校结合教学和科研工作，在专用技术基本理论及其应用方面，如零件分类编码系统、零件分类专用方法和计算机辅助编码、分类、工艺设计、零件设计、生产管理的软件系统等方面都开展了许多研究工作，并取得了不少成果。可以相信，随着应用推广和科研工作的持续开展，专用技术对提高我国机械工业的制造技术和生产管理水平将日益发挥其重要的作用[6]。 1.2.2 专用工艺在国外的发展状况 专用工艺作为一种先进的工艺方法和生产准备方法，先后在苏联、民德、捷克、波兰以及英国、法国、日本等国已经逐步得到了应用，并获得了良好的经济效果。由于它能缩短单件、小批生产的准备时间，扩大加工批量，提高生产效率，为适应多品种生产的发展创造了条件。机床工业具有多品种、小批量生产的特点，因而近年来在国外有不少机床制造厂家先后也采用了专用工艺技术。如日本三菱公司的机床制造部门也引进了专用工艺技术[7]。据介绍，该公司从引进专用工艺到过渡为新的管理系统只用了半年时间。他们引进专用工艺分为两个阶段进行。第一阶段主要是进行零件的编码和分类，确定机床布局，按类似零件设置专用生产线，以改进加工技术，缩短加工时间，并为在新的生产管理系统中采用电子数据处理系统创造条件。第二阶段的任务着重在设计部门推广和应用专用工艺。通过有效地利用现有图纸及标准化以减少图纸数量及设计工时。依靠反复使用质量稳定而有效的零件图纸，保证产品质量，扩大加工批量，从而降低成本，缩短生产周期，并为采用专用夹具、专用机床以及数控机床等高效率的设备创造条件。 英国赫伯特(Herbert) 公司的埃奇维克 (Edgwick)和马肯当一莱恩(Mackadown Lane)工厂也成功地应用了专用工艺。现在埃奇维克厂有26个专用加工工段。在马肯当一莱恩厂有18个专用加工工段。这些工段所加工的零件相当于赫伯特公司制造的机床零件的90%以上。其余零件则在非专用加工线上加工。该公司采用专用工艺后，使新产品的生产周期由原来的12~18个月减为平均6个月；其次是减少库存和再制品数量。据该公司介绍，采用专用工艺后，生产效率可提高60%。另外该公司还特别从专用加工的观点出发，发展了小批、中批及大批生产用的自动化车床[8]。 随着生产的不断发展，进一步提高劳动生产率，今后专用工艺的采用将会更加广泛。 1.3 专用夹具设计的发展趋势 专用夹具由于能够利用加工零件工艺上的相似性，并且适应工件特征在一定范围内的变化而得到推广和应用，如何提高专用夹具设计效率成为需要重点解决的问题之一[9]。 组合夹具与专用夹具都适用于中小批生产和新产品试制，任何事物都不是十全十美的，组合夹具可多次重复使用，缩短生产准备周期，但制造成本高，组装后笨重复杂，刚性差，积累误差大，而专用夹具可克服组合夹具的不足，组装调整时间短，生产和技术管理较方便。采用专用夹具是企业全面实行专用技术的需要，是实现专用加工的重要手段和工具，而专用加工是实施专用技术的重要领域和必要的环节[10]。夹具设计正朝着多功能、模块化、高精度、高刚性、高强度、通用化、快速化和自动化的方向发展[11]。 1.国内外研究现状 目前发展的专用技术是应用系统工程学的观点，把中、小批生产中的设计制造和管理等方面作为一个生产系统整体，统一协调生产活动的各个方面，全面实施专用技术以提高综合经济效益。 专用技术从20世纪50年代提出到如今已经历了近50年的发展和应用。专用技术作为一门综合性的生产技术科学是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助制造和柔性制造系统等方面的技术基础。我国早在20世纪60年代初就在纺织机械、飞机、机床及工程机械等机械制造业中推广应用专用技术，并初见成效。因此，专用技术受到国家有关部、局和工厂企业，研究所及高等院校的重视。目前，正积极开展这一方面的科学研究、人材培训和推广应用等工作。可以相信，随着应用推广和科研工作的持续开展，专用技术对提高我国机械工业的制造技术和生产管理水平将日益发挥其重要的作用[4]。 专用工艺作为一种先进的工艺方法和生产准备方法，先后在苏联、民德、捷克、波兰以及英国、法国、日本等国已经逐步得到了应用，并获得了良好的经济效果。由于它能缩短单件、小批生产的准备时间，扩大加工批量，提高生产效率，为适应多品种生产的发展创造了条件。机床工业具有多品种、小批量生产的特点，因而近年来在国外有不少机床制造厂家先后也采用了专用工艺技术[5]。 2.发展趋势 专用夹具由于能够利用加工零件工艺上的相似性，并且适应工件特征在一定范围内的变化而得到推广和应用，如何提高专用夹具设计效率成为需要重点解决的问题之一[6]。 组合夹具与专用夹具都适用于中小批生产和新产品试制，任何事物都不是十全十美的，组合夹具可多次重复使用，缩短生产准备周期，但制造成本高，组装后笨重复杂，刚性差，积累误差大，而专用夹具可克服组合夹具的不足，组装调整时间短，生产和技术管理较方便。采用专用夹具是企业全面实行专用技术的需要，是实现专用加工的重要手段和工具，而专用加工是实施专用技术的重要领域和必要的环节[7]。夹具设计正朝着多功能、模块化、高精度、高刚性、高强度、通用化、快速化和自动化的方向发展[8]。 3.本课题主要讨论的问题 本次设计主要介绍了铣床夹具的的一般设计思想和方法。所给零件为一矩形工件，有形状和位置公差的要求，所以对夹具的精度有较高的要求。并且夹具的设计要符合铣床夹具的特性。明确设计的要求和意图；然后对原始资料(零件图、技术要求等)进行分析，然后提出具体的定位、夹紧、对刀方案，并进行精度分析；最后绘制出夹具的零件图及装备图，运用SOLIDWORKS三维软件对整个夹具进行建模和装配,完成设计论文的撰写。 26 第2章 专用夹具的设计 2.1 铣床专用夹具的主要类型 （一）直线送进的专用铣床夹具 这类夹具安装在铣床工作台上，加工中工作台是按直线进给方式运动的， 在洗削工序中，为了提高夹具的工作效率，对于这类铣床夹具，可采用连动加紧机构和气动，和液压传动装置，也可采用多件多工位夹具使加工的机构时间和装卸工件时间重合等项措施。 （二）圆周送进的专用铣床夹具 圆周铣削法的送进运动时连续的，能在不停车的情况下装卸工件，因此是一种高效率的加工方法，适用于大批量生产。 设计圆周送进铣床夹具时应注意使沿圆周排列的工件尽量紧凑，以减少铣刀的空程和夹具的尺寸和质量；手柄沿转台的四周分布以便于操作，尽可能采用气动液压等机械化夹紧方式以减轻工人劳动强度。 （三）机械仿形送进的靠模夹具 靠模夹具时用来加工各种直线曲面或空间曲面，靠模夹具的作用是使主送进运动和由靠模获得的辅助运动合成加工所需要的仿形运动。因此按照送进运动的方式，把用于加工直线曲面的仿形夹具分成直线送进和圆周送进的两种。采用靠模夹具可在一般万能铣床上加工出所需要的成形面以代替价格昂贵的靠模铣床加工，这对于中小厂来说，通过采用夹具来扩大机床工艺用途，以解决缺少特殊设备问题，具有较大的技术经济意义。 2.2 铣床专用夹具的设计要点 （一）由于铣削过程不是连续切削，且加工余量较大，切削力较大而方向随时多可能在改变。所以夹具应具有足够的刚性和强度，夹具的重心应尽量低，夹具的高度于宽度之比应为1：1.25，并应有足够排屑空间。 （二）夹紧装置要有足够的强度和刚度，保证必需的夹紧力，并有良好的自锁性能，一般在铣床夹具上特别是粗铣，不宜采用偏心夹紧。 （三）夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上。工件与主要定位元件的定位表面接触刚度要大。当从侧面压紧工件时，压板在侧面的着力点应低于工件侧面支承点。 （四）为了调整和确定夹具与铣刀的相对位置，应正确选用对刀装置，对到装置在使用塞尺方便和易于观察的位置，并应在铣刀开始切入工件的一端。 （五）切削和切削液应能顺利地排除，必要时应开排屑孔。 （六）为了调整和确定夹具与机床工作台轴线的相对位置，在夹具的底面应具有两个定向建，定向健与工作台T形槽宜用单面贴合。当工作台T形槽表面平整时可采用圆柱销，精度高的或重型夹具宜采用夹具体上的找正基面。 2.3 夹紧装置 在机械加工中，加工件将受到切削力，离心力，惯性力等外力的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持有定位元件所确定的加工位置，而不致发生震动或位移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠的夹紧。 1.夹紧装置的组成 典型的夹紧装置是由几部分组成 （1）力源装置。力源装置是产生夹紧作用力的装置。通常是指机动夹紧时所用的气动，液压，电动等动力装置。 （2）中间递力机构，。中间递力机构是介于力源和夹紧作用力传递给夹紧元件，然后由夹紧元件，然后由夹紧元件最终完成对工件的夹紧。一般递力机构可以在传递加紧作用力过程中，改变夹紧作用力的方向和大小，并根据需要亦可具有一定的自锁性能。 （3）夹紧元件与夹紧机构。夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。通过它和工件受压面的直接接触而完成夹紧动作。 以上就是夹紧装置的基本设计内容。 2.夹紧装置的基本要求 (1)在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位置支承。 （2）夹紧力的大小要适当，可靠。既要是工件在加工过程中不产生移动和振动，又不使工件产生不允许的变形和损伤。 （3）夹紧装置应操作安全，方便，省力。 （4）夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的产量和批量相适应。 2.4 专用夹具的基准选择 本夹具采用侧面定位限制一个方向的自由度；由压板轴定位，这样六个自由度全部都被限制住了。可调部分安装在夹具体上，即通过滑块来限制住支座X轴方向上的转动。并通过滑块上的可换定位销来实现限制作用。 定位基础可以通过夹具体上的面来定位或由底板来定位，因为夹具上的面上的定位误差比起底板所产生的定位误差相比较大，因此为了减少定位误差，在此我选择了以底板作为定位基准。 2.5 机床夹具的概述 机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。 在机床上加工工件的时候，必须用夹具装好夹牢所要加工工件。工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这一过程称为定位。将工件夹紧，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件的装夹方法有找正装夹法和夹具装夹法两种。 2.5.1 机床夹具的种类 机床夹具按其适用范围可分为通用夹具、专业夹具、组合夹具、可调夹具及随行夹具五种基本类型。如按所使用的机床来分类，则机床夹具可分为车床夹具、铣床夹具、躺床夹具、钻床夹具、磨床夹具、自动机床夹具及数控机床夹具等。 通用夹具是指已经标准化的、可用于加工一定范围内的不同工件的夹具，如三爪卡盘、平口虎钳、万能分度头等。这些夹具已作为机床附件由专门工厂制造供应。 专业夹具是指专为某一工件的某道工序而设计制造的夹具。专业夹具在批量生产中使用，这也是本次夹具设计的主要研究对象。 2.5.2 机床夹具的组成 1.定位元件及定位装置 用于确定工件在夹具中的正确位置，定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。定位元件有支承钉，支承板等。 2.夹紧元件及夹紧装置 用于夹紧工件，保持工件定位后的位置在加工过程中不变。 3.夹具体 夹具体是机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体，并通过它将整个夹具安装在机床上。 4.其他装置或元件 各种夹具还应根据需要设置一些其它装置或元件，有分度装置，导向或对刀元件，夹具与机床之间的连接元件等。如铣削加工一般多采用定距切削，为便于调整刀具相对于工件被加工表面的位置，夹具上常设置对刀装置，其中对刀装置包括对刀块和塞尺。 2.6 铣床夹具的分类 铣床夹具主要用于加工零件上的平面精加工工序、花键及各种成型面等，是最常见的夹具之一。按铣削的进给方式，可将铣床夹具分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三类。其中，直线进给式夹具用得最多。 另外，铣床夹具按使用范围可分为通用铣夹具、专用铣夹具和组合铣夹具三类；还可按自动化程度和夹紧动力源的不同以及装夹工件数量的多少等进行分类。 2.7 铣削专用夹具的设计要点 1.为了调整和确定夹具与机床工作台轴线的相对位置，在夹具体与地面之间应具有两个定位键。 2.为了调整和确定夹具与铣刀的相对位置，应正确选用对刀装置，对刀装置应在使用塞尺方便和易于观察的位置，并应在铣刀开始切入工件的一端。 3.考虑加工余量大和切削力方向随时可能变化的因素，夹具应有足够的刚性和强度，夹具的重心应尽量低。 4.夹具装置要有足够的强度和刚度，保证必需的夹紧力，并有良好的自锁性能。 5.夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上。工件与主要定位元件的定位表面接触刚度要大。当从侧面压紧工件时，压板在侧面的着力点应低于工件侧面支承点。 6.切屑和冷却液应能顺利排出，必要时应开排泄孔【2】 2.8 铣床夹具的安装 夹具在铣床工作台上的定位,由装在夹具体底部的两个定位键实现。铣床夹具在铣床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，因而在设计时必须考虑其安装方法，一般是在夹具底座下面装两个定位键。定位键的结构尺寸已标准化，应按铣床工作台的T形精加工工序尺寸选定，它和夹具底座以及工作台T形精加工工序的配合为H7/h6、H8/h8。两定位键的距离应力求最大，以利提高安装精度。 定位键安装在夹具体底面的纵向精加工工序中,一个夹具一般要配置两个定位键。铣床夹具底座定位键与铣床工作台T型精加工工序的配合连接，再用T 形螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上，所以在夹具体上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座。如果夹具宽度较大时，可在同侧设置两个耳座，两耳座的距离要和铣床工作台两个T形精加工工序间的距离一致。T形精加工工序导轨如下图1.1： 图1.1 铣床加工工序导轨 2.9 工件的定位与误差分析 2.9.1 工件定位的基本原理 六点定位原理：如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束以限制六个运动自由度。如果工件的六个自由度都加以限制了，工件在空间的位置也就完全被确定下来了。因此定位实质上就是限制自由度。 关于六点定位原则的几个主要问题： 1.在夹具的结构中，定位支承点是通过具体的定位元件体现的，即支承点不一定用点或销的顶端，而常用面或线来代替。两个点决定一条直线，三个点决定一个平面，即一条直线可以代替两个支承点，一个平面可代替三个支承点。在具体应用时，还可用窄长的平面代替直线，用较小的平面来替代点。 2.定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，方起到限制自由度的作用。 3.分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。工件的某一自由度被限制是指工件在某个坐标方向有了确定位置，并不是指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时不能运动。使工件在外力作用下不能运动，要靠夹紧装置来完成。 2.9.2 定位方法与定位元件 定位方法和定位元件的选择，主要决定于工件的加工要求、工件的定位基准和外力的作用情况等。定位方法有平面定位，圆柱孔定位，圆柱面定位，特殊表面定位，组合表面定位等。据定位方法及各定位元件的特点合理选择定位元件 1.对定位元件的基本要求 (1) 限位基面应有足够的精度。足够的精度才能保证工件的定位精度。 (2) 限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦，为此定位元件限位表面的耐磨性要好，以保证夹具的寿命和精度。 (3) 支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中受工件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度。 (4) 应有较好的工艺性。定位元件应简单、合理，便于制造、装配和更换。 (5) 定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。 2.常用定位元件的选用 定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。 1.以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面粗糙不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉。 2.以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板，用于侧面定位时，可选用不带斜精加工工序的支承板，尽可能用带斜精加工工序的支承板，以利清除切屑。 3.以毛坯面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件。 4.定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助定位元件，辅助支承不限制自由度，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。常见的支承板和支承钉如下图1.2和图1.3： 图1.2 支承钉 图1.3 支承板 2.9.3 工件的误差分析 由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的尺寸必然有误差。这种由工件定位引起的误差即定位误差（ΔD）。 为保证精度，限定定位误差不超过工件加工公差T的1/5～1/2。【3】　　　　　　　 即， ΔD≤(1/5～1/2)T 式中：ΔD──定位误差，单位为mm； T ──工件的加工误差，单位为mm 2.9.4 定位误差产生的原因 工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差ΔY；二是定位基准与设计基准不重合，产生的基准不重合误差ΔB。 1.基准不重合误差ΔB 加工尺寸的设计基准是外圆柱面的母线时，定位基准是圆柱孔的中心线，这种由设计基准与定位基准不重合所致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称基准不重合误差，此时除定位基准位移误差外，还有基准不重合误差。 当定位基准与设计基准不重合时产生基准不重合误差。因此选择定位基准时应尽量与设计基准相重合。当被加工工件的工艺过程确定以后，各工序的工序尺寸也就随之而定，此时在工艺文件上，设计基准便转化为工序基准。 2.基准位移误差ΔY 由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差（ΔY）。 如果工件内孔直径与心轴外圆直径做成完全一致，作无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。但实际上，心轴和工件内孔都有制造误差。基准位移误差的方向是任意的，减小定位配合间隙，即可减小基准位移误差ΔY值，以提高定位精度。 2.10 夹紧装置 工件在夹具定位之后，在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用，故必须设计夹紧装置对工件夹紧，它对工件加工有较大影响。 2.10.1夹紧装置的组成 夹紧装置的组成由以下三部分组成： 1.动力源装置 产生夹紧作用力的装置。分手动和机动夹紧两种，为了改善劳动条件和提高生产率，目前在大批量生产中均采用机动夹紧。机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力夹紧装置。 2.传力机构 介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。作用是，改变作用力的方向、大小；具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤为重。 3.夹紧元件 它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。 2.10.2 对夹紧装置的基本要求 在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则： 1.夹紧过程中，不能破坏工件定位时占据的正确位置。 2.夹紧力的大小应适当可靠。既要保证加工过程中工件不发生送的或振动，又不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。 3.夹紧装置工艺性好。 4.使用性好。操作方便、安全、省力。 2.10.3 夹紧力的确定 夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。 1.夹紧力的方向 夹紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。选择时必须遵守以下准则： （1）夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。 （2）夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。 （3）夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。 2.夹紧力的作用点 合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则： （1）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。如夹紧力作用在支承面范围之外，会使工件倾斜或移动，夹紧时将破坏工件的定位。 （2）夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位。这对刚度较差的工件尤其重要，如将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，并且夹紧更加可靠。 （3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和可靠性。 3.夹紧力的大小 夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密切的关系。 2.10.4 夹紧力大小计算 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件受切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需的夹紧力数值。即： 式中，—实际所需的夹紧力； —在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力； —安全系数。 其中，【2】 第3章 铣18X30加工工序专用夹具的设计 3.1 明确设计任务，了解零件加工工艺过程 3.1.1 熟悉工件零件图、本工序加工要求 图2.1 加工零件图 该零件为45#钢；零件图如上图2.1，中批量生产；该工序在立式铣床上用三面刃铣刀加工。 3.1.2 熟悉零件加工工艺过程 3.2 确定定位方案 3.2.1 基准的选择 根据工件的加工要求，该工序必须限制工件的五个自由度。须限制、，所以选取A面为定位基面；为保证两侧面对轴线的对称度要求，还必须在加工时限制自由度。另外，为了方便控制刀具的走刀位置，还需要限制。 综上所述，工件的六个自由度均被限制，为使定位基准与设计基准重合，选取的定位基准是夹紧螺杆端面、侧面。 3.2.2 确定定位夹紧方案 根据零件特点，按照工艺过程要求，确定工件定位夹紧方案【4】，采用机械夹紧方式对工件进行夹紧。 综上对工件定位、夹紧方案的分析，确定定位、夹紧方案。其定位夹紧图如 图2.3 定位夹紧方案图 3.2.3 定位元件的选择及设计 1.定位元件的选择 由上知，工件的定位面是、底平面，据此在夹具上的定位元件选为支承板、支承钉、和菱形定位销。 2.定位板设计 定位平面B面所用的定位支承板参照参考文献【3】第272页设计。 标记为：支承板 A6×45# GB 2236-80 材料：T8。 （其中，b的值可查手册得值为3【3】） 3.3 定位误差的计算与分析 必须要满足误差的总和应该小于或等于该工序公差。 与夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献可得： ⑴定位误差 ： 其中： ， ， ， ⑵ 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查[5]表1～2～15有。 ⑶ 磨损造成的加工误差：通常不超过 ⑷ 夹具相对刀具位置误差：取 误差总和： 从以上、所设计的夹具满足零件加工精度要求。 3.4 计算切削力及实际所需的夹紧力 图2.9作用于工件上的切削力 工件在加工时的受力情况如图2.9所示。加工时，工件受到切削合力F的作用，F可分解为水平和垂直方向的切削分力和，由经验公式，和可通过切向铣削力分别乘以一个系数来得到。在对称铣削情况下，=(1~1.2),=(0.2~0.3)。 参照《机床夹具设计手册》【3】表1-2-9得铣削力的计算公式： 参数的选取： 切向铣削力 （N） 铣刀系数 =669 铣削深度 =3mm 每齿进给量 =0.15mm 铣刀直径 d=100mm 铣削宽度 B=12mm 铣刀齿数 z=12 修正系数 （工件屈服应力） 综上，计算得： 铣削力 。 故水平分力=1.1=1279N，垂直分力=0.3=349N。 工件的主定位面是B面，故选择夹紧力的作用方向为水平方向作用于B面。当夹紧力水平作用于工件上时，所需要的理论夹紧力=+=1279+=3606N 由公式 = 可计算出实际所需夹紧力。 现在计算安全系数K的值。 安全系数K的计算公式为： 由《机床夹具设计手册》表1-2-0得各安全系数K的取值如下： 基本安全系数 加工性质 刀具钝化程度 切削特点 稳定性 手柄位置 工件与支撑面接触情况 将各安全系数值代入上面公式计算得,K=1.95<2.5（注：若安全系数的计算值小于2.5，则取=2.5），则取K的值为2.5。 所以实际所需夹紧力为： = =9015N。 实际所需的夹紧力计算是一个很复杂的问题，一般只能作粗略的估算。为简化计算，在设计夹紧装置时，可只考虑切削力对夹紧的影响，并假定工艺系统是刚性的切削过程稳定不变。【2】 3.5 设计夹紧机构并验算机构所能产生的夹紧力 采用气动元件作为夹紧元件，活塞杆是液压缸传递力的主要零件，它主要承受拉力、压力、弯曲力及振动冲击等多种作用，必须有足够的强度和刚度。其材料取Q235钢。 3.7 对刀元件及夹具体 根据工件加工表面形状，对刀件可选用夹具零件及部件中的标准直角对刀块。它的直角对刀面和工件被加工安装板底面精加工工序形相对应，其间距等于塞尺厚度，设计塞尺厚度为3，并把对刀件安装于夹具体的竖直板上。 根据铣床T行安装板底面精加工工序的宽度，选用宽度B=14mm,公差为h6的A型定位键来确定夹具在机床上的位置。【1】 夹具体选用灰铸铁的铸造夹具体【7】。其基本厚度选为22mm,并设计出供T形安装板底面精加工工序用螺栓紧固夹具用得U形安装板底面精加工工序耳座。根据所设计的各种元件、机构、装置，设计出夹具的形状、结构。如下图2.15 第4章 夹具图的绘制 4.1 工序图 依据零件的加工要求，制订铣安装板底面精加工工序工序图。见附图01 4.2 夹具体零件图 参照工序图的定位夹紧方案，合理设计铣安装板底面精加工工序的夹具，绘制夹具体零件图。见附图02 4.3 绘制夹具装配总图 见附图03 如下图3.1： 图3.1 铣精加工工序夹具总图 4.4 标注总图上的尺寸、公差与配合和技术条件 4.4.1 标注尺寸、公差与配合 1.夹具外形轮廓尺寸 2.工件与定位元件的联系尺寸 3.夹具与刀具的联系尺寸 即调刀尺寸，分为水平和垂直两个方向的尺寸。 （1）水平方向的调刀尺寸为为销中心至对刀元件尺面的距离。 查手册的所用铣刀的宽度尺寸及其极限偏差为，其平均尺寸为12.09mm。定位销中心至工件上安装板底面精加工工序，再加上塞尺厚度2mm，故水平方向调刀尺寸的基本尺寸 （2）垂直方向的调刀尺寸为定位元件(两支承钉)工作面至对刀面之间的位置尺寸。 4.夹具与机床连接部分的联系尺寸 定位键与工作台T形安装板底面精加工工序配合尺寸为14H7/h6。 4.4.2制订技术条件 1.由于工件上有安装板底面精加工工序底至工件面的垂直度要求0.10mm，夹具上应标注定位表面Q(两个支承板限定的表面)对底面的垂直度允差100:0.2 (mm)。 第5章 夹具工作精度分析 在完成夹具结构设计的全部工作后，还需对夹具工作精度进行分析，即分析计算各项加工要求的夹具部分误差，并将它与加工允差比较，从而判断夹具能否可靠地保证各项加工要求，以证明所设计夹具方案的合理性。 与夹具有关的误差有定位误差、对刀误差、夹具在机床上的安装误差和夹具误差等。各项误差均导致刀具相对于工件的位置不准确，而形成夹具总的加工误差。 5.1 位置尺寸 定位基准与设计基准重合，=0，平面定位时=0；工件夹紧力的作用面是B面，其对底面的垂直度允差造成的对尺寸30mm会有影响，此值较小；调刀尺寸的公差也会引起0.04mm的调刀误差。此三值相加远小于工件的加工允差0.2mm，故夹具可满足尺寸70。 5.2平面度允差 定位基准与设计基准重合，工件以平面定位，故=0。夹具由两个支承板表面决定的限位基面对夹具体底面的垂直度允差100:0.2，将引起工件安装板底面精加工工序底面对B面的垂直度误差。其中=(0.02/100)×50=0.01mm. 故夹具部分误差=+=0.01mm，此值仅占加工允差的很少部分，夹具满足垂直度允差0.2mm. 综上，通过对夹具结构的选择、设计和夹具工作精度的分析计算，证明该夹具能稳定可靠地保证工件的加工技术要求，且结构简单、操作方便。从而说明所设计的夹具结构是可行的。 结论 本次设计是我们进入社会之前，也是我学生生涯的最后一次设计。此次设计对我受益匪浅，让我基本上又把所学的知识复习了一遍，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解。 首先，寻找有关资料和课题并且研究方案，进行设计的总体规划，理清设计思路，但是将这些具体的方案落实到每一个设计环节和步骤中，难免会出现一些错误，这就需要在具体的设计过程中利用所掌握的知识认真排查错误原因，多方面的思考问题，不断的改正自己的设计不足之处和错误。 其次，运用所学的知识对设计零件优化设计，最后进行合理的装配。 从一开始的无从下手，到资料的整理，逐步清晰设计内容，无疑在是考验我们查阅资料的能力，书写的能力，电脑绘图能力，这使我的个人能力进一步提高。如学会了运用标准、规范、手册和查阅相关资料的本领，对自己的能力有了进一步的提高，为以后的学习和工作加强。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。为以后的工作积累了经验，增强了信心。 致谢 大学读书生活随着本次课程设计的落幕，在这个春暖花开的季节划上一个句号。从最开始对本次设计任务的懵懵懂懂到现在的很熟悉，其中过程对我来说不是那么容易，在设计的过程中也是遇到了很多的困难与障碍。其中令我最尴尬的是当我将要完成设计的时候，却发现自己的作业结果与指导老师的预想相差千里，而我并不是那么的了解。在这里，我首先要感谢的是段维峰指导老师。段老师对我课程设计的指导与修进令我受益匪浅，段老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深的感染和激励着我。还有我身边一起做课程设计的同学，有幸与他们一起工作，彼此资源分享，很感谢他们对我课程论文格式和内容的检查和建议，我的课程论文离不开他们的帮助。 当然，由于投入的时间与精力不足够和自己知识缺乏的原因，本次设计却又不足之处，也诚恳希望老师和学友的批评与指正。 参考文献 [1]马霄，武良臣 互换性与测量技术基础.北京：北京理工大学出版社，2008.1 [2]曹秋霞，程雪利，段维峰 机械制造工艺装备 [3]东北重型机械学院， 机床夹具设计手册 第二版 上海科学技术出版社 1988.4 [4]张龙勋 机械制造工艺学课程设计指导书及习题 机械工业出版社 1999.11 [5]徐起贺 刘静香 机械设计课程设计 机械工业出版社 2009.4 [6]刘静香 工程力学 河南科学技术出版社 2006.9 [7]程芳 杜伟 机械工程材料及热处理 北京理工大学出版社 2010.8