1、河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）1前 言四年的大学生活马上就要结束了，我们也进入了大学生活的最后一个阶段毕业设计。毕业设计是对我们四年来所学知识的大总结和测验我们对所学知识的掌握，也是向我们今后即将从事的工作的正常过渡。设计的正确程度也标志着我们四年来对所学知识的掌握和熟练运用程度。四年来，在我院老师及领导的精心关怀和指导下，我学习了机械设计制造与设备专业的有关知识，同时也了解了一些相关学科的基本情况，为毕业设计打下了坚实的基础。我们这次设计的题目是电机座液压夹紧夹具 。我所设计的部分主要是夹具部分主要是夹具方面，对液压涉及的比较少，只是在典型零件介绍中简要提了 一下。图书馆中对
2、这一方面的资料还是又不少相关资料，但是重复很多而且计算很少。通过整个设计过程，让我懂得了只有阅读大量的有关知识，触类旁通，精密构思与计算，仅仅靠所学的知识是远远不能解决设计过程中所遇到的难题，通过实习和在院先进制造研究所的观察和分析，对电机座的加工工艺有了一个初步了解。综合以上各种材料，得出了现在比较满意的结果。在姜无疾老师的辛勤指导下和同组同学的帮助下，我的这次设计取得了基本成功。本次设计可以说是对所学知识的综合运用，也是第一次单独面对这样庞大的设计工作。鉴于本人水平有限，经验不足，设计中难免有不足之处，请各位老师同学批评指正。 全套图纸，加 153893706河南理工大学本科毕业设计说明书
3、（2006 届）2第 1 章 毕业设计的目的和任务 1 毕业设计的目的 通过本次毕业设计，我们能够达到以下目的：1.1 培养我们综合运用和巩固扩展所学知识，提高理论联系实际的能力；1.2 培养我们收集、阅读、分析和运用各种资料，手册等科技文献的能力；1.3 使我们更加熟练的运用 AUTOCAD、Word 等计算机办公软件，提高计算机辅助设计的能力；1.4 训练和提高机械设计的基本理论和技能1.5 培养独立思考，独立工作的能力；1.6 培养我们的团队合作意识。2 毕业设计的任务在姜无疾老师的带领下，我们进行了一段毕业设计前的准备，比如查询资料，进行必要的毕业实习，然后结合自己所掌握的资料提出设计
4、任务并进行设计。夹具作用就是在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷热工艺过程中，用以安装加工对象，使之占有正确的位置，以保证零件和产品的质量，并提高生产效率。2.1 设计条件河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）31、准确定位所加工的工件，完全限定工件所应被限制的自由度。2、正确夹紧工件，确定工件的位置，保证零件和产品的质量。3、能够顺利加工出工序所要求的工件。4、所设计的夹具要结构简单，便于装卸，检修。5、能够提高加工效率，减轻劳动强度。6、达到充分发挥和扩大机床的工艺性能。2.2 设计内容1、设计方案的选择与计算2、总体结构的设计，成套图纸及说明书。2.3 设计关键1、
5、仔细分析工件的加工工艺过程2、设计与工件工序相对应的夹具3、保证成品工件符合工序的要求2.4 设计要求1.能保证工件的加工要求 保证加工质量是必须首先满足的要求。保证加工质量的关键，就在于正确选定定位基准、定位方法和定位元件。必要时需进行误差分析计算。也要注意夹具中其他影响加工质量的部件结构。2.能提高生产效率，降低成本应尽量采用各种快速高效的结构，缩短辅助时间，提高生产率。同时尽可能采用标准元件与标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具制造成本。3.操作方便、省力和安全在客观条件许可且又经济的前提下，尽可能的采用气动、液压和气液等机械化夹具装置，以减轻操作者的劳动强度。4.便于排屑河南理
6、工大学本科毕业设计说明书（2006 届）4排屑问题是夹具设计中的一个重要问题。因为切屑积聚在夹具中，会破坏工件正确可靠地定位;切屑带来的大量热量会引起热变形，影响加工质量；清扫切屑又要花费一部分辅助时间。切屑积聚严重时，还会损坏刀具或造成工伤事故。5.有良好的工艺性所设计的夹具应便于制造、检验、调整、维修等。第 2 章 夹具方案设计夹具设计是工艺准备工作的重要工作之一。夹具设计的质量，直接影响工件的质量、生产率和加工成本。有时甚至决定了所设计的夹具是否有使用价值。在生产实践中，由于某些因素考虑不周到，设计和制造出来的夹具就不能使用的例子并不少见。因而应充分应用夹具设计的基本原理和知识，正确掌握
7、夹具设计的基本方法，才能设计出先进合理和实用的夹具。1 夹具的概述及作用1.1 夹具的概念在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的，用以固定加工对象，使之占有正确的位置，以便接受施工的一种工艺装备，通称夹具。因此，无论是在机械加工、装配、检验，还是在焊接、热处理等冷、热工艺中，以及运输工作中都大量采用夹具。但在机械加工中应用最为广泛的是金属切削机床上使用的夹具。我们通称为夹具。夹具在机床上用以准确、迅速地安装工件活刀具，从而保证工件与刀具间的正确位置的一种工艺装备。由此可知，机床夹具总的看来可以分为两大类。一类是用以安装工件的，一般通称为夹具。另一类是用以安装刀具的，一般通称辅具。如车
8、床上的卡盘和镗床上的镗模等属于前一类；即快换钻夹头，刀杆托架及靠模装置等属于后一类。河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）5夹具是由各种不同作用的元件组成。根据这些元件再夹具中所起的作用大体上分以下几类：1.定位元件起定位作用的元件，夹具中定位元件组合称为定位装置。2.夹紧元件起夹紧作用的元件，夹具中夹紧作用的组合称之为夹紧装置。3.自动定心元件或装置可同时起定位与夹紧作用的元件或元件的组合。4.引导元件引导刀具并确定刀具对夹具的相对位置的元件。5.夹具体用以连接夹具上所有元件和装置，使其成为一个夹具整体的零件。6.分度元件或装置用于改变工件与刀具的相对位置以获得多个工位的元件或元件组
9、合。7.靠模元件或装置用来加工型面的元件或元件的组合。8.动力元件或装置在非手动夹具中用来产生动力部分的装置。9.其它元件包括与机床连接用的零件、各种连接件、特殊元件以及其它辅助元件等。并非所有夹具都包括上述各类元件，但定位件、夹紧件和夹具体却是各类夹具中不可缺少的组成部分。在我们这个夹具设计中出现的就是这种情况，只有定位件、夹紧元件和夹具体，而没有引导元件等装置，采用的是自动定心元件装置。这样可同时起定位与夹紧元件或元件组合。1.2 夹具的作用机床夹具在保证产品优质、高产、低成本，充分发挥现有设备的潜力，便于工人掌握复杂或精密零件加工技术，减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。机床夹具的
10、设计和使用是促进生产迅速反展的重要工艺之一。因此，一切机械制造行业的广大工人和工程技术人员，历来都把机床夹具的改进、研制和开发，作为革新中的主要课题之一。机床夹具的作用可以归纳为如下几个方面：河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）61. 夹具是保证和稳定产品质量，实行全面质量管理的重要手段。2. 可以提高生产成本，降低产品成本。3. 夹具可扩大机床的工艺范围，做到一机多能。4. 夹具在特种零件的加工中起着特殊的作用。5. 机床夹具在新产品的试制过程中，对缩短试制周期起着重要的作用。6. 平衡各工序时间，以便组织流水生产。7. 使操作方便、安全，减轻工人的劳动强度。2 夹具设计的一般步骤
11、一般来说，夹具设计的过程，可分为四个阶段：设计前的准备工作;拟定夹具结构方案和绘制夹具结构方案草图；绘制夹具总装配图；绘制夹具零件图。2.1 设计前的准备工作在设计夹具之前，一般要搜集和分析下述资料：1. 产品零件图；了解零件的作用、形状、结构特点、材料及毛坯的制造的方法和余量，分析尺寸精度、加工表面光洁度、形状和位置精度等技术要求。 2. 详细分析加工工艺过程及本工序在整个工艺过程中的顺序、加工方法和要求；了解本工序的加工余量和切削用量。对于工件的定位基准面、夹紧力的方向和作用点，如果在工艺设计中已初步确定，在设计夹具时，还应该从设计夹具的角度出发，进一步分析定位夹紧的可能性、可靠性、夹具结
12、构的复杂性、工件安装的方便性和操作的安全性等因素。如果由于工艺分析时所给的条件，使夹具设计发生困难，可与工艺人员协调解决，寻求合理的定位和装夹等方案。3. 了解使用该夹具的机床的主要规格、性能特点，机床运动情况，功率和刚度，以及在机床上安装夹具部分的结构和配合尺寸。4. 了解所用切削工具的结构、尺寸、运动和夹具的配合方式。5. 了解工件的年产量、每次投产的批量和生产率要求，以便决定每次安装工件河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）7数量和选择相应的夹紧机构，以及确定夹具的自动化程度。6. 熟悉夹具零部件的标准资料。以前我国主要使用机械工业通用标准“夹具零件及部件” （JB185-60J
13、B272-60） ，以及经过修改补充的第一机械工业机床研究所与几个工厂联合提出的“机床夹具零部件”参考标准（JJ001JJ147）,此外，还有组合机床设计参考图册等。最近，国家标准总局与批发了“机床夹具零件及部件”国家标准GB2148225980 及 GB2262226980，要求从一九八一年十月一日起实施。7. 了解国内外先进夹具的结构资料及典型的夹具图册。8. 了解工厂原有夹具的结构资料、厂颁标准，以及操作者对夹具结构的意见 。2.2 拟定夹具结构方案、绘制工件工序图通过实习，详细的了解了电机座的加工过程和仔细的分析了工件的加工工序图，并观察了工件加工过程所使用的机床、刀具和夹具等相关设备
14、比较后，选择了较为典型的夹具结构电动座液压夹紧粗镗夹具。电动机的底座是铸铁薄壳结构，本道工序粗镗电机座要求粗镗电机座的二端面、二止口及内孔在精加工前留下 1.5 毫米加工余量。本道工序的加工必须保证坯件的壁厚均匀，两端止口尺寸精度位 h7，两止口公共轴线对两端面的垂直度要求为 0.08，以满足下道精加工工序时作定位作用的要求。其工件工序图见图 2-1河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）8A4图 2-1 工件工序图 2.3 确定夹具的结构方案在确定夹具结构方案之前，需要了解三类信息，即零件几何形状信息，制造工艺信息和装夹信息。这些信息需要在夹具设计的初期阶段进行详细分析。零件的几何形状
15、是设计夹具的基本信息，然而并非零件几何信息的一切细节都需要识别。零件几何模型中与夹具设计有关的信息包括零件几何形状的类型和河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）9外形尺寸，如在加工中心加工的零件可以分为框架类、箱体类、支架类、模具的凸、凹模，或者是特殊的结构零件，如叶轮叶片等。对不同的零件形状，夹具结构通常是不同的。组合夹具设计时，零件的外形尺寸是选择基础板的主要依据： 专用夹具设计时零件外形尺寸则是确定专用夹具基本的依据之一。加工工艺信息设计夹具时需要的工艺信息包括：1. 产品加工精度要求，包括尺寸精度和形位公差要求，这对夹具的方案设计、定位设计、基准的选择、精度设计和校验都是很重要
16、的。2. 工件材料、热处理、毛坯形式和金属切除量信息对加工过程中切屑力的估算和夹具结构的强度、刚度、稳定性设计是必不可少的。3. 切屑方式和加工机床的性能对于夹具设计、布局都有很大的影响。例如采用卧式铣削中心与立式加工中心时夹具的布局可能完全不同。电机座粗镗加工的技术要求：本道工序必须保证坯件的厚度均匀，两端止口尺寸精度为 h7，二止口公共轴线对两端面的垂直度要求为 0.08，以满足下道精加工工序时作定位用的要求。夹具安装在双头各配有组合刀具的专用机床上，有液压程序控制进给。生产批量大要求生产效率高。镗床夹具也被称为镗模，镗模时一种精密夹具。它主要用来加工箱体累零件的精密孔系。镗模是依靠专门的
17、导引元件镗套来导引镗杆。从而保证所镗的孔具有很高的位置精度。由此可知，采用镗模后，镗孔的精度便可不受机床精度的影响。镗模广泛应用于高效率的专用组合镗床（又称联动机床）和一般普通镗床。一般镗模都有以下四部分组成：（1） 、定位元件（2） 、夹紧装置（3） 、导引元件（镗套）（4） 、夹具体（镗模支架和镗模底座）以下便是镗模夹具的具体设计步骤：夹具按设计步骤可分为定位设计、夹紧设计、导向对刀设计、夹具体设计。工件的定位是指保证同一批工件在夹具中占有一致的正确位置，这一位置的获得可以通过定位支承限制工件的相应自由度来实现。当前普遍应用与工件的定位原理是六点定位原理。定位件的定位方法如下表 2-1 所
18、示。表 2-1 定位方法河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）10典型的夹紧装置是由力源装置、中间传力机构、夹紧元件、夹紧元件与夹紧机构组成。在设计夹紧机构时力求结构简单、制造容易，操作方便、安全，精度高。目前夹具应用的夹紧装置如表 2-2 所示。表 2-2 夹紧机构在我们设计的这个电机座液压夹紧粗镗夹紧夹具所采用的夹紧装置就是斜楔夹紧机构。如图 22导向装置主要用于钻床和镗床夹具中，其作用是为了刀具导向。引导元件主要有钻套和镗套。 。河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）11图 2 2 斜楔夹紧机构图对刀装置主要用于铣床夹具，它由对刀块和塞尺组成。采用对刀装置的优点是可以迅速
19、而准确地确定夹具与刀具间的相对位置。2.3.1 定位方案夹具定位设计一般依据空间六点定位原理，即限制工件在笛卡儿空间坐标系下沿 X、 Y、Z 三个轴方向的直线运动和绕 X、Y 、Z 三个轴的回转运动，即限制其空间的六个自由度。实际的定位设计则根据加工特点对工件的自由度进行限制，有时采用过定位或欠定位的方式进行定位。决定定位方法是夹具设计的主要任务。位保证加工精度要求，需要一定的定位精度，而选定定位方法就要选择合适的基准面。夹紧结构的选择也受定位方法的限制，夹具结构的布局基本上取决于定位方法和工件的几何形状的类型。而在我们设计的电机座液压粗镗夹紧夹具中，对工件采用的是五点定位:径向是四点即六只定
20、位爪中的四爪是定位点,而定位爪中的另外两爪按其作用是施加定位力, 故只能算作夹紧点, 也就是说这两爪是夹紧元件 .端面的三爪相互连通,相当于一点, 即是一个定位元件 .所以不能清楚的区分出哪个爪是定位元件, 那个是夹紧元件, 因此应把定位 夹紧元件的设计放在一个设计步骤中。工件定位点位置的确定，采用工件上的平面作定位基准时，定位面上定位点的布局对定位误差有着直接的影响。下面讨论平面上定位点位置的确定方法。平面作主定位面时消除工件的三个自由度（ 、 、z） ，一般将其抽象位三个xy定位点；平面作第二定位面消除两个自由度（x、 ） ，抽象为两个定位点；平面河南理工大学本科毕业设计说明书（2006
21、届）12作第三定位面消除一个自由度（y） ，抽象为一个定位点。在确定定位点的位置时，除了要满足加工要求（精度要求、支承要求、稳定性要求等） ，还要注意所选的定位点应能使定位元件可接近。因此，应根据平面的定位可行度分析结果，将有效采样单元中心点作为候选定位点，从中选取合适的定位点位置。一般来说，确定定位面三个定位点位置的标准有三个：（1） 定位点可使定位元件接近（2） 三点构成的三角形面积尽量大（3） 工件重心在主定位面上的投影点应位于三角形范围内，以使工件定位稳定，且投影点到三角形几何中心的距离越近越好。由工件工序简图可知：待加工面为电机内壁两止口，其位置精度及零件加工情况简图 2-3 所示根
22、据零件加工面的位置精度要求，选择定位方案。首先分析应消除的自由度数目，由图 2-1 可知，要保证电机平稳，就必须在径向和轴线限制电机的 5 个自由度。由于是大型工件且属于生产批量大且生产效率高的工件，故应把夹紧方案设计成为便于装卸而且工作效率高的夹紧方案。在分析和比较后，选择由固定支图 23 定位原理图架和活动支架及底座构成的夹具，其工作原理是一对夹紧缸在拉活动支架夹紧工作时，与固定支架一起形成框架结构，使工件在二支架间夹紧时相互受力平衡，活动支架壳移开相当距离，使装卸工件时有足够空间，即可规定活动支架的行程范围，根据工件轴长为 203mm，试假定活动支架的活动范围为 150260mm 其定位
23、方案原理图如图 2-3 所示；在该图上我们可以看出本工序中工件所需的五点定位：径向试四点，六点定位爪中的两爪，按其作用是施加定位力故只能算作夹紧点，端面的三爪相互两通，相当于一点。河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）132.3.2 确定夹紧方案 为了保持工件在定位时已取得的正确位置，并且在加工过程中在切削力、离心力、惯性力等外力作用下保证位置始终不变和不发生振动。则应使加紧装置做到：（1） 夹紧作用准确、安全、可靠。（2） 夹紧动作迅速，操作方便省力。（3） 夹紧变形小。（4） 结构简单。制造容易。（5） 而确定夹紧力就是要确定其方向、作用点及大小。为此根据工件定位方案、结构特点、加
24、工要求以及切削力与其他外力作用等综合考虑。夹紧力的方向应遵循以下原则：（1） 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。（2） 夹紧力方向应有助于定位稳定，且加紧方向应垂直于主要定位方向。（3） 夹紧力方向应是工件刚性较好的方向。1. 夹紧力作用点选用原则：（1） 夹紧力作用点的选择应不破坏工件定位已确定的位置，即应作用于支撑上或支承所组成的面积范围之内。（2） 夹紧力的作用点应使夹紧系统的夹紧变形尽可能小夹紧面位相对于可定位表面的可用作夹紧的表面。因为夹紧表面应该是正对着一个定位表面，所以正对着可定位表面的零件另一面是否由夹紧表面也被列为定位表面的一个特征。可定位表面，表面的特征及其相互关系的信息结构
25、来自零件图和工艺设计过程设计。而定位/夹紧表面的最后决定，是在装夹特征识别以后的夹具设计过程中决定的。工件夹紧点是指夹紧元件与工件接触的部位。夹紧表面规定了夹紧点的位置范围，但不是夹紧表面上的每一点都可以作为夹紧点。正确的夹紧点位置应使各定位支承点受力均匀，使工件具有良好的稳定性，防止夹紧变形，并且所需夹紧力较小。如果夹紧点选择不当，则可能会增大夹紧变形，甚至破坏工件的定位或无法夹紧工件。因此，夹紧点的选择使夹紧设计中的关键问题。夹紧点的选择与该夹紧力所指向的工件的定位基准的形式有关。当工件以空作为定位基准时，指向该定位基准的夹紧力的作用表面（夹紧表面）一般与定位基准相同，且常用胀心夹紧方式，
26、此时夹紧元件与定位元件合为一体。根据夹紧装置设计的基本要求，以及夹紧力方向应垂直于主要定位平面（工序定位基准为工件的轴心线）的原则，工件属于大批量高效率的生产方式，且要求装卸方便，故夹紧方案应操作方便，便于装卸，设计夹紧方案如图 2-4 所示：河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）14图 2-4 夹紧方案图这种方案的优缺点是三等分分布的定位爪由每一支架上的一对定位缸带动各自的拉板，经斜楔拄的斜面转折而使其作辐射方向的收拢，这与三爪卡盘的定心功能相似。二支架上的三等分自位缸是以油脂做介质的相互沟通的封闭腔油路，它们给从三档夹紧爪与工件的三条毛坯大筋的端面接触时得到反馈,每爪以相同的力夹紧
27、工件。由于油脂介质的流动性较好，压力传递损失少，对相互距离较长，同道曲折的夹紧爪易于实现相互反馈。这种结构用于要求用于多点均匀夹紧的场合。2.4 夹具体的设计夹具体是夹具的基础件，它既要包夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且，还要考虑工件装卸方便以及夹具与机床的连接方式。因此，夹具体的形状和尺寸，主要取决于夹具各组成件的分布位置，工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。2.4.1 计夹具时应满足以下一些基本要求：（1） 足够的刚度和强度。加工工件时，为了防止在切削力、夹紧力等外力的作用下，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加加强筋。（2） 力求结构简单
28、、重量轻。夹具体的外形一般尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，应特别注意其结构工艺性。（3） 应便于排除切屑。加工过程中为了防止切屑聚积，影响工件的正确定位和夹具的正常操作，因才在设计夹具体时应考虑切屑的排除问题。（4） 在机床上的安装应稳定可靠。对于固定在机床上的夹具，应该使重心尽量低；对于不固定在机床上的夹具，则重心和切削力作用点应落在夹具体的作用河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）15范围之内，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件，以便于操作。对于大型夹具，在夹具体
29、上应设置吊环螺栓或者起重孔，以便于吊运。应具有良好的结构工艺性和经济性。夹具体上有三个重要的表面，直接影响夹具的装配精度，即夹具体底面，固定定位元件和引导装置的表面，以及夹具安装时的校正基面。在加工这些表面时，通常是以夹具底面作为定位基准，因此在考虑夹具体的结构时，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。根据待加工表面的位置情况，需要采用组合刀具加工两端面以及镗内孔壁。 图 25 夹具体图那么设计的夹具体结构就应该适合加工要求.依据上述设计夹具体的基本要求,我们把夹具体设计成如图 25 所示。螺钉 1 固定支架 ,防止支
30、架在夹具受到外力 (如切削力等)作用时发生振动,产生位移, 造成工件的加工误差.螺钉 2 是用来固定加紧缸 ,防止加紧缸在工作时来回移动.2.4.2 夹具体的外形尺寸夹具制造属于单件生产性质，在作夹具设计时，一般无需复杂的计算，通常是参照类似结构，采用类比法估计确定。实际上，在绘制夹具总图时，根据夹具的各组成元件，装置和机构所在的位置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。以下数据可供确定夹具体结构尺寸时参考：铸造结构夹具体，壁厚一般取 825mm，过厚处应挖空。如图 2-6河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）16图 2-6 夹具体在图 2-6 中所显示的挖空部分厚度为 50mm。3 绘制夹
31、具结构草图通过以上各个部分的设计,对夹具已有了大体轮廓, 下面就需要对夹具结构进行详细设计。其步骤如下:3.1 布置图面画出工件位置,选择适当比例( 一般为 1:1),在图纸上用双点划线绘出工件23 个方向的轮廓线,主视图一般选面对操作者的加工状态或工件装卸的位置,各图 2-7 工件图河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）17视图之间留足够空隙以便布置夹具元件,工件图如图 2-7。3.2 设计定位 夹紧元件因为本工序对工件只需五点定位:径向是四点即六只定位爪中的四爪是定位点,而定位爪中的另外两爪按其作用是施加定位力,故只能算作夹紧点,也就是说这两爪是夹紧元件.端面的三爪相互连通, 相当
32、于一点,即是一夹紧元件的设计放在一个设计步骤中。个定位元件.所以不能清楚的区分出哪个爪是定位元件,那个是夹紧元件,因此应把定位根据选定的定位方案和定位元件类型尺寸和具体结构绘在相应的视图上,与工件的定位基准形状和精度相适应.设计夹紧装置, 将所选定的夹紧装置的具体结构按视图绘在图上, 表示出工件处于夹紧状态. 其夹紧、定位原理如图 2-8 所示主视图河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）18侧视图图 2-8 定位夹紧原理图设计夹具体,形成夹具结构草图, 将上述各部分组成联系成一体, 形成一个完整的夹具. 图 2-9 便是电机座粗镗工序的镗摸夹具总图在完成结构草图设计之后,为了进一步论证
33、方案的可行性,应作必要的夹具精度分析及夹紧力矩大小等验算。河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）19AA图 2-9 夹具总图3.3 夹具精度的验算在上述结构中,对夹具有精度要求的主要是工件的二止口和两端面的位置精度.两端止口尺寸精度为 h7,二止口公共轴线对两端面的垂直度要求为 0.08,而影响该项精度要求的因素有:（1） 工件定位误差定位原理只解决了工件在加工中的位置“定与不定”的问题。然而一批工件在夹具中定位时，对每一工件的具体表面来说均在允许的公差范围之内发生变化，各个表面都有着不同的位置精度。故需要进一步讨论工件在正确的定位的情况下，加工表面所获得的尺寸，以及相互位置的精度如何
34、，即解决“精与不精”的问题，而工件在夹具中安装时，与其直接有关的基准又两个，即工序基准和定位基准。本工序对工件只需五点定位：径向是四点，六只定位爪中的两爪，按其作用是施加定位力，故只能算作夹紧点，端面的三爪相互连通，相当于一点。在径向定位上，由于工件是薄壳结构，夹紧力不宜在径向施加，但工件又是河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）20毛坯，不但三条大筋的直径尺寸又铸造误差，而且其轴心线对端面也又任意方向的垂直度误差，夹具定位与夹紧关系如示意图的上图所示，其定位爪固定（这可省去定位缸、拉板等结构）而每边相互成 120用二只爪，无定位力，于是前者会造成“e”的误差而后者在夹紧后会造成“”的
35、误差（实际上是工件偏离任二定位爪为的距离） ，而这两者的误差都是混在一起发生的,由工序图可知，在工件制造过程中，毛坯的三条大筋的直径尺寸的铸造误差在 e0.07mm 范围之内，即三条大筋所构成的圆的圆心与理想工件的圆心在径向方向的偏移距离e0.07mm，该误差范围在本工序要求二止口公共轴线对两端面的垂直要求为0.08 的范围内，从这个方向考虑，该夹具可以满足加工要求。而两端面的三爪相互连通，所受的作用力大小相等。因此&将产生极小的误差，可以不予考虑。（2） 工件导向误差夹具在机床上安装后，需要调整夹具相对于刀具的相对位置，但由于制造夹具时，对刀块或导向装置对定位元件的位置不准确，导致加工表面尺
36、寸变化。由此所产生的加工误差，称为调刀误差。在本工件加工的夹具装置中，由于没有设计镗套装置，即没有导引元件，故夹具不存在导向误差。3.4 夹紧力（矩）的验算在确定了工件的夹紧点位置后，就可以根据切削力的大小合方向来计算所需的夹紧力了，切削力的大小可从有关书籍合手册中查找相应的数据和公式进行计算，或通过切削试验测得。至于切削力的方向，在夹具设计中应尽可能使其指向定位支承，以减小所需的夹紧力。图 2-10 斜楔结构图河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）21夹紧力的大小必须适当，夹紧力过小，工件在夹具中的位置可能在加工过程中产生变动，破坏原有的定位，这样不仅影响加工质量，甚至还可能造成事故
37、，夹紧力过大，则会使工件和夹具产生过大的变形，也会影响加工质量，而且还将造成人力、物力的浪费。本夹具的夹紧力来自夹紧爪，若采用原结的夹紧爪，则夹紧爪和活塞是整体结构，当爪端在接触工件而受力后，整个活塞总是在平衡缸内侧，见图 2-10这一现象会产生下列缺点：（1） 使活塞易在缸内卡住，并引起工作间隙不均匀，实质是增大了间隙，在160N 平方厘米的工作压力下，难以保证密封性能。经过多次使用后，铸铁活塞缸口会产生环口变形，这更会增大间隙，影响密封性能，造成泄漏，降低夹紧性能。图 2-11（2） 爪端与工件的接触面积很小，实际上是点接触。若将原结构改进成如图 2-11 所示，将能取得如下的优点：（1）
38、 充分利用支架的宽度，以加长活塞在杠体内的有效导向长度，减少活塞在平衡缸内的倾斜度而使间隙趋于均匀，从而提高密封性能。（2） 爪端用球面块，与工件接触时能自位，加大夹紧爪与工件的接触面积，为球的球心位置给以一定的 k、m 植时，使其产生一 W 力，减少活塞倾斜趋势。（3） 适当加大了活塞直径，以降低油腔内的工作压力，若直径为 24mm 时，经折算油缸压力降至 110N 平方厘米。（4） 活塞尾端对应部位可作 c*h 的平面，使其得到-N 力，该力也有抵消活塞倾斜作用。（5） 活塞内腔可加一强力弹簧，使活塞在未受载时伸出，受载时既起了缓冲作用又可降低油腔压力。河南理工大学本科毕业设计说明书（20
39、06 届）22（6） O 型密封圈受压，对侧可加挡圈，能增强密封能力。这几条措施对改善爪端与工件的接触情况和防止油腔泄漏及延长夹紧部分的使用寿命都有一定作用。由上图可知，定位爪的受力方式如上图所示，其各力的大小可通过以下公式计算： 22 1NdcbhP2arctnRKmosPF2inRKWPm则由上面章节中知道，工件受力为 1100N，而在上图中有以下数据是已知的：3.5012.bcdh350km=4.B16R2HL0由以上数据可以计算各个力为： 2148537.6cos.in23.PFNRKmWP河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）232222113.50.50407.5arctn
40、13.45t7.0arctn.6NdchPRKm又因为本夹具的夹紧结构采用的是斜楔夹紧结构，其导向是移动柱塞单头导向，斜楔结构如图 2-12 所示：图 2-12 斜楔结构图 则斜楔夹紧机构传力比计算公式为： 123tantadQi式中 P作用在斜楔夹紧机构上的外力；Q斜楔面上所产生的夹紧力（N ） ；河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）24多斜楔面夹紧机构上，每一斜楔面上所产生的夹紧力（N） ；1Q1nN多斜楔面夹紧机构的斜楔作用面数；斜楔夹紧机构的斜楔角；平面摩擦时，作用在斜楔面上的摩擦角；1平面摩擦时，作用在斜楔基面上的摩擦角；2移动柱塞双向导向时，导向孔与移动柱塞间的摩擦角；3
41、滚子作用在斜楔面上的当量摩擦角：1d11tantdDd滚子转轴直径（mm） ；D滚子外径（ mm） ；滚子作用在斜楔面上的当量摩擦角：2d21tantdh移动柱塞导向孔长度；l移动柱塞导向孔中点到斜楔面的距离（mm） ；在本结构中，斜楔的斜楔角为 ，则由金属切削机床夹具设计手册中45表 335 得知，每个斜楔面的行程比 ，斜楔夹紧机构理想传动比tan1si河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）25， 1.57，传动效率 ，则所需的推力1taniQi tan10.64.57Qi。Pi计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统，以简化计算。根据工件受切削力、夹紧力（大工件应考虑重力，高
42、速运动的工件应考虑惯性力等）后的静力平衡条件，计算出理论夹紧力 ，再乘以裕度系数 K 作为实际夹紧力，即oWK在确定夹紧力裕度系数时，应考虑切削力计算误差、切削力波动、夹紧力源波动、刀具状况、加工性质等因素的影响。因此，可采用下式来计算0123456式中 基本安全系数，主要考虑切削力的计算准确性和切削力波动的影响，0K一般 1.5加工状态系数（考虑到加工特点的系数） 。粗加工： 1.2，精1 1K加工： 1.01K刀具钝化系数（考虑到刀具磨损的系数） 。一般 1.01.9 ，2 2具体值可按下表 3 选取；切削特点系数（考虑切削情况的系数） 。连续： 1.0；断续：K 3K1.23考虑夹紧动力
43、稳定性系数。若手柄位置操作方便，手柄偏转角范围4时，1.0；若手柄位置操作不方便时，手柄转动角度范围（ ）时，4K 901.2；4河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）26考虑夹紧动力稳定系数。手动夹紧： =1.3；机动夹紧：5K5K1.0；仅在由力矩企图使工件回转时，才应考虑支承面接触情况的系数，6若工件时安装在支承钉上，接触面积小时， 1.0；若工件安装在支承板上，6K其它接触面积较大元件上时， 1.5。有的文献根据生产经验取 K1.53，6其中粗加工取 K2.53 ，精加工取 K2.53不同的加工要求和不同的装夹方案所需的理论夹紧力的大小也各异。各种情况下理论夹紧力的大小可从有关
44、的书籍和手册种查找相应的公式进行计算。经过查表表 3 系数2K加工方法 切削分力情况铸铁 钢KM1.5钻 削 zP1.10K1.3粗 扩 z1.2KM1.2 精 扩 zP1.2z1.0 1.0y1.2 1.4粗车或粗镗 xP1.25 1.6河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）27zP1.05 0.95y1.75 1.05精车或精镗 x1.5 1.0平 铣（粗、精） zP1.21.41.751.90(软钢 )1.21.4（硬钢）端 铣（粗、精） z1.21.41.751.90(软钢 )1.21.4（硬钢）磨 削 z 1.15 1.20拉 削 zP 1.55320 得， 。01.5K当工
45、件上有几个方向的夹紧力时，还应考虑夹紧力的作用顺序。对于仅为了使工件与定位支承件可靠接触的夹紧力应先作用，且不易太小；而用以平衡切削力的主夹紧力应在最后作用。为了使夹紧操作简便，常采用使夹紧力同时作用或自动地按大小顺序作用的联动夹紧装置。通过以上原理和数据可以得到：12345601.KK那么 0123456.501.4为防止工件转动所需的夹紧力为：jWfRMA式中 R工件待加工表面直径；M切削扭矩， 。zP河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）28则 jMWfR所以 zzKPfffA其中 K4.03取 f0.8又知道工件受到切向力 210zPN得 4.321057.8zKWNfA又已知
46、工件受到轴向力 ，则为防止工件轴向移动所需的夹紧力为xPNjzfA因此 N4.031268zKf最后取总的夹紧力 W1057.88N。由于在电机座粗镗夹具中的夹紧方式类似于三爪卡盘，所以每个卡爪所需的夹紧力为：1057.32.6n式中 n夹紧爪爪数 .我们所设计的夹具的夹紧力最小值为 360N，所以符合要求，可以使用。3.5 绘制夹具总图在经过分析、论证并确定夹具结构之后，即可按草图所形成的总图正式绘制成夹具，见下页图 2-13。总图的绘制过程大致和上面所示的步骤相同，只是要求图面大小、比例、视图布置、各类线条、粗细等均要求严格符合机械制图国家标准的要求3.6 夹具总图上应标注的尺寸夹具总图中
47、除应将结构表示清楚外，还应反映以下五方面的内容：1、标注有关尺寸、公差及配合，见图 3-8，包括：（1） 具外形轮廓尺寸。河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）29如图中 50054.5465（长宽高）尺寸，对于某些夹具上的可移动部分还应表示出其极限位置尺寸（用双点划线） 。（2） 重要部位的配合尺寸与配合性质。如工件与定位元件，定位元件与夹具体，快换钻套与衬套，活塞与缸体等部分尺寸和配合性质以及精度等级。有关配合性质的选取根据工作情况查阅机床夹具设计手册 。（3） 夹具与刀具的联系尺寸这类尺寸是用来确定夹具上对刀导引元件的位置。对于铣刨夹具而言，若没有对刀元件这类尺寸就是指对刀元件与
48、定位元件的位置尺寸；对于钻镗夹具来说，便是指钻（镗）套与定位元件间的位置尺寸一般只需标出其中一个钻（镗）套与定位元件的位置尺寸即可 钻（镗）套之间的位置尺寸，以及钻（镗）套与刀具导向部分的配合尺寸。在本夹具中，由于没有导引元件和镗套，故只需指出对刀元件与定位元件的位置尺寸。 AA图 2-13 夹具结构总图 （4） 夹具与机床连接部分的尺寸这类尺寸表示夹具如何与机床有关部分连接，从而确定夹具在机床上的正确河南理工大学本科毕业设计说明书（2006 届）30位置。对于车床，圆磨床夹具，则是指夹具上的定位键与 U 型槽和机床工作台上的 T 型槽的配合尺寸。标注尺寸时，还常以夹具上的定位元件作为相互位置尺寸的基准。（5） 其它装配尺寸这类尺寸属于夹具内部的配合尺寸。它们和工件、刀具、机床无关。主要是为了保证夹具装配后能满足规定的使用要求而标注的。3.7 具总图上公差配合的制定夹具公差又可分为与工件加工尺寸直接有关的和与工件加工尺寸无直接关系的两类。属于前者的，如夹具上定位元件之间等有关尺寸公差。它们直接与工件上相应的加工尺寸公差发生联系，因而按工件加工尺寸公差来决定。属于后者的，如定位元件与夹具体配合尺寸公差，夹紧装置各组成零件的配合尺寸公差，主要根据零件的功用和装配要求，按一般公差与配合的制度原则来决定。下面就分别叙述这两类公差制定原则：3.7.1 与工件加工尺寸直接有关的夹具
