《镗床夹具的毕业设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《镗床夹具的毕业设计.doc（55页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、镗床夹具设计摘要 镗床发展的水平之高主要表现在产品设计理念的不断更新，体现了产品设计将装饰艺术与精细加工的完美结合；产品结构的不断创新，显示了镗床在向高速、高精、高效发展的同时，还向人性化、精细化制造的方向发展，而镗床夹具的发展也是齐头并进，毫不逊色。本论文通过对镗床的加工方法，工作原理的研究分析，选定了箱体零件设计了一个镗床夹具，并给出了结构方案。该夹具设计有对刀装置。既能够实现工件的准确装夹，还可以准确对刀。夹紧方式采用了液压夹紧。夹紧快速简洁，夹紧力的控制和装夹定位准确，通过对刀装置的准确对刀，最终保证了工件的加工精度。关键词镗床 夹具 对刀 箱体 Jigs for Boring Mac
2、hine DesignAbstract: Boring development of a high standard of performance in the major product design concepts is continuously updated. reflect the product design of decorative arts and fine processing the perfect combination; product mix of constant innovation and shows the boring machine to the hi
3、gh-speed, high-precision, high-efficiency development, it is also to humanity, fine Manufacturing direction, Jig Boring Machine and the parallel development is not out of step. In this paper, through the boring machine processing method, principle of research and analysis selected parts of the box d
4、esign a jig boring machine, and gives the structure of the program. The fixture is designed to knife device. Both to achieve the exact workpiece fixturing, but also accurate right knife. Ways to intensify the use of hydraulic clamping. Clamping rapid concise, clamping force control and accurate posi
5、tioning fixture, the right knife devices accurate right knife, the ultimate guarantee of a workpiece machining accuracy. Key words: Boring Machine Jigs Right knife Box 目 录序 言11 绪论31.1镗床的起源、功能及基本特点31.2镗床的分类41.3镗床的发展趋势41.4本课题的研究目标，内容及意义61.4.1本课题的研究目标61.4.2本课题的研究内容61.4.3本课题的研究意义72 夹具设计及其概论82.1概论82.2夹具发
6、展简史82.2.1夹具发展简史及其分类82.2.2夹具的基本功能描述92.3工件的装夹方式102.4夹具的组成及夹具体的设计112.4.1夹具的组成112.4.2夹具体的设计122.4.3 其它装置或元件142.5夹具设计中的定位152.5.1定位基准选取152.5.2工件在空间自由度的分析162.5.3工件定位方式的确定172.5.4现有定位规划方法介绍182.6夹具中夹紧方式的设计192.6.1夹紧设计的基本要求202.6.2夹紧力方向、位置和大小的确定212.7现有组合夹具夹紧规划方法介绍242.7.1确定工件的夹紧区域242.7.2确定与可行夹紧区域对应的安装固定区域242.8夹具的定
7、位误差分析及夹紧力的计算252.8.1定位销高度的计算252.8.2定位误差计算262.8.3工件以一面及两圆孔定位的夹紧力计算272.8.4液压-压板组合夹紧计算282.9小结293 夹具中对刀的设计303.1对刀概述303.2工件与主轴的同轴找正.303.3对刀313.4对刀误差的确定334 液压系统的设计344.1液压传动技术的发展概况344.3 液压系统中执行元件的选择364.3.1液压缸的类型和特点364.4本课题选用液压缸的计算384.4.1液压缸的组成384.4.2液压缸的计算384.5液压系统的控制及动力源395 夹具的装配415.1概述415.1.1机器装配的基本概念415.
8、1.2装配精度415.2 装配尺寸链425.2.1装配尺寸链的基本概念425.2.2装配尺寸链的查找方法425.2.3装配尺寸链的计算方法435.3保证装配精度的方法435.3.1完全互换法435.3.2选择装配法445.3.3修配法445.3.4调节法(调整法)455.4 装配工艺规程的制定465.4.1制定装配工艺规程的基本原则及原始资料465.4.2制定装配工艺过程的步骤465.4.3装配元件系统图475.5本装置的装配要求47致谢48参考文献49序 言随着科技的迅速发展，镗床发展的水平之高主要表现在产品设计理念的不断更新，体现了产品设计将装饰艺术与精细加工的完美结合；产品结构的不断创新
9、，显示了镗床在向高速、高精、高效发展的同时，还向人性化、精细化制造的方向发展。镗床技术发展的同时，镗床夹具也在迅速的直追而上，因为他们是相辅相成的。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。一、高精 随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达5m，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler（戴美乐）公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差
10、为0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5m以内；夹具重复安装的定位精度高达5m；瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达25m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。二、高效 为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用12秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了
11、缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国Jergens（杰金斯）公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。三、模块、组合 夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维
12、实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。四、通用、经济 夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国demmeler（戴美乐）公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很
13、少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。1 绪论1.1镗床的起源、功能及基本特点 17世纪，由于军事上的需要，大炮制造业的发展十分迅速，如何制造出大炮的炮筒成了人们亟需解决的一大难题。 世界上第一台真正的镗床是1775年由威尔金森发明的。其实，确切地说，威尔金森的镗床是一种能够精密地加工大炮的钻孔机，它是一种空心圆筒形镗杆，两端都安装在轴承上。1775年，47岁的威尔金森在他父亲的工厂里经过不断努力，终于制造出了这种能以罕见的精度钻大炮炮筒的新机器。有意思的是，1808年威尔金森去世以后，他就葬在自己设
14、计的铸铁棺内。 1802年，瓦特也在书中谈到了威尔金森的这项发明，并在他的索霍铁工厂里进行仿制。以后，瓦特在制造蒸汽机的汽缸和活塞时，也应用了威尔金森这架神奇的机器。原来，对活塞来说，可以在外面一边量着尺寸，一边进行切削，但对汽缸就不那么简单了，非用镗床不可。当时，瓦特就是利用水轮使金属圆筒旋转，让中心固定的刀具向前推进，用以切削圆筒内部，结果，直径75英寸的汽缸，误差还不到一个硬币的厚度，这在当对是很先进的了。 在以后的几十年间，人们对威尔金森的镗床作了许多改进。1885年，英国的赫顿制造了工作台升降式镗床，这已成为了现代镗床的雏型。经过一百多年的发展，镗床发展的水平之高主要表现在产品设计理
15、念的不断更新，体现了产品设计将装饰艺术与精细加工的完美结合；产品结构的不断创新，显示了镗床在向高速、高精、高效发展的同时，还向人性化、精细化制造的方向发展。镗床主要是用镗刀在工件上镗孔的机床，通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件为进给运动。它的加工精度和表面质量要高于钻床。镗床是大型箱体零件加工的主要设备。镗床的功能是十分强大的，它是车床和铣床的综合体，不但可以进行镗孔加工还可以进行车削和铣削加工。镗削是把工件上的预制孔扩大至具有一定的孔径、并提高孔形精度和表面光洁度的加工过程。镗孔的质量是镗床性能好坏的重要标志。镗床的镗孔精度一般可达IT7，对于精度要求更高的孔，可用高精度的金刚镗、坐标镗或专
16、用镗床进行细精镗，以获得更高的孔形精度和孔距精度。根据机床、刀具和工件的相对位置以及成形原理，镗削具有以下基本特点：1）镗削表面的运动轨迹是由镗床主轴上的镗刀作回转运动来实现的。它与钻削加工相似。2）镗削时，由于刀具装在刀杆上伸入内孔进行切削，因此，镗刀是在半封闭状态下工作的。3）镗削加工时，把工件装夹在工作台上，有镗杆作纵向、垂直移动或工作台纵、横向移动来实现对工件的进给运动。4）镗削时，由于刀具后刀面和内孔表面摩擦较大和镗杆悬臂外伸，因此镗刀的切削条件较差，且一起振动。1.2镗床的分类 加工特点：加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。 1) 卧式镗床
17、是镗床中应用最广泛的一种。它主要是孔加工，镗孔精度可达IT7，表面粗糙度Ra值为1.6-0.8um.卧式镗床的主参数为主轴直径。 2) 坐标镗床是高精度机床的一种。它的结构特点是有坐标位置的精密测量装置。坐标镗床可分为单柱式坐标镗床、双柱式坐标镗床和卧式坐标镗床。 单柱式坐标镗床：主轴带动刀具作旋转主运动，主轴套筒沿轴向作进给运动。特点：结构简单，操作方便，特别适宜加工板状零件的精密孔，但它的刚性较差，所以这种结构只适用于中小型坐标镗床。 双柱式坐标镗床：主轴上安装刀具作主运动，工件安装在工作台上随工作台沿床身导轨作纵向直线移动。它的刚性较好，目前大型坐标镗床都采用这种结构。双柱式坐标镗床的主
18、参数为工作台面宽度。 卧式坐标镗床：工作台能在水平面内做旋转运动，进给运动可以由工作台纵向移动或主轴轴向移动来实现。它的加工精度较高。 3）金刚镗床：特点是以很小的进给量和很高的切削速度进行加工，因而加工的工件具有较高的尺寸精度（IT6），表面粗糙度可达到0.2微米。1.3镗床的发展趋势镗床技术发展呈现新的特点，在提高进给速度和快速移动速度的同时，又出现了提高加速度这一新的概念，提高起动加速度，以提高速度挖掘镗床的潜力。因此，镗铣床采用电主轴也就成为新的追求。并且有出现立柱采用斜面概念的设计，刚性极高，具有卧式主轴和电主轴可交换使用的功能，具有“一机两用”之功效的镗床等等。纵观镗床的发展过程，
19、其发展趋势大致为：1) 高速高精高效的数字化镗床由提高主轴转速后能够降低工件对刀具的切削力的理论的提出，出现了提高加速度这一新的概念，这样电主轴就成为新的追求。目前世界一流的电主轴，功率达到80kW，转速高达30000r/min。其X、Y、Z轴的移动速度高达50m/min，加速度9.8m/s2。为了满足汽车发动机缸体缸盖及航天航空、高新技术、仪器、仪表、电子信息和生物工程、轻金属材料零件和精密零件加工需求，高精度镗床的发展更是突飞猛进。位置精度达到0.0080.01mm，重复定位精度0.0040.005mm。2) 重型、超重型的大型镗床 为了满足能源、航天航空、军工、舰船主机制造、重型机械制造
20、、大型模具加工、汽轮机缸体、大型发电、输变电设备、大型石油化工和煤化工装置、矿山采掘设备、成套轧钢设备、大型海洋船舶、高速列车、大端面岩石掘进机为代表的工程机械、民用航空飞机及发动机等零件加工的需要。重型、超重型的镗床加工能力显得越来越重要。这类镗床不但在精度和刚度方面要求高，而且对床子的综合性能方面提出了更高的要求。我国的机床技术指标、加工精度、可靠性和先进性在国际竞争中处于下风是不争的事实。我国的西部大开发也正在进行之中，基础设施建设十分重要，像一些大型的水力发电机组的建设等，这给重型镗铣床的发展带来了很大的锲机。迎合这个发展机遇重型镗铣床设备的发展将走出一条新的大道。3) 主流产品和各类
21、产品共存传统制造业的发挥依托先进制造业的发展而变化，同时势必影响着数控机床行业的变化。由于国内行业繁多，并且各类行业所需生产方式不同，对镗床的加工要求也就存在不同的方式，所以各类床子的生产就必须同时进行。在我国，从地域发展分析，由于近几年中国经济飞速发展，带动了一系列相关事物的变化，尤其是我国东部产业的升级、东北等老工业基地的振兴和中西部的开发加快步伐，并且多数是重型制造行业要求大型的镗床装备。在我国中南，东南部，大都是一些轻工业和精工业的部门，相对与中小型装备需求较多。国内市场；经济全球化，国际发展期资本和产业向中国的转移、国际技术和人才的交流、中国国际贸易的强劲发展等，更为我国镗床产业的综
22、合发展提供了外部环境，使我们处于难得的战略，走一条依存互补、相辅相成、共同发展的道路。1.4本课题的研究目标，内容及意义1.4.1本课题的研究目标结合国内镗床夹具的各方面的现状和不足，由于加工精度和加工效率的提高，目前的普通镗床的夹具在装夹工件和夹紧工件十分麻烦，尤其在工件的定位，对刀方面，如果遇到体积大、吨位重的大型工件时，定位，夹紧，对刀是十分困难的。这样不但装夹、对刀时间长，而且加工精度不能够保证。为了解决这个问题，我们设计了主要针对于加工大型或超大型工件的重型镗床和普通卧式镗床的夹具装置，主要为了缩短定位，夹紧，对刀时间，提高加工精度和大型镗床的加工效率，减少加工成本，最终使达到资源的
23、优化利用。1.4.2本课题的研究内容镗铣床适用于机械加工车间对单件或小批量生产的零件进行平面铣削和孔系加工，能精确镗削尺寸较大的孔和平面。此外还可进行钻、铰孔及螺纹加工。本课题研究的内容：镗床工作台的工作原理的了解、镗床夹具的设计、镗床结构的分析、了解镗床传动机构、同轴度的调整、对刀调刀等问题。1) 了解工作台的运动原理，确定定为基准以及对刀基准。2) 镗床夹具方面，主要研究定位元件，夹紧装置，对刀，引导元件，安装装置和夹具体等。选择合适的零件设计一夹具来完成对刀装置的设计。3) 镗床种类较多，但主要功能是加工各种孔。通过各种途径了解它的结构，传动方式，加工原理和加工能力等。最终选择一个合适的
24、镗床为例来完成课题。4) 同轴度保证了对刀也就容易了。利用一种机械装置来完成对孔和主轴同轴这一要求。此装置可以通过在工作台上设计一个特殊的夹具或镗模来完成。 5) 对于对刀装置的设计可以依据先摆正工件的装夹位置，然后对刀位利用对刀块和其它的辅助装置进行调整，最终完成镗床的对刀。从而保证工件的加工精度。6) 定位误差的分析计算，对刀误差的分析计算，液压夹紧装置的设计等等各种夹紧力的计算。7) 总装图的绘制。1.4.3本课题的研究意义由于目前国内的镗床加工要求的不断提高，对加工效率的要求越来越高，在航空航天，军工，船舶，煤炭，汽轮机缸体，大型发电机组，装备制造等行业对重型镗床的使用越来越多，这使的
25、镗床的发展加速，对镗床的加工效率提出挑战， 本装置的设计正是迎合了这种要求，在设计中对夹具的定位精度，夹紧速度以及夹具上的对刀装置作了很大的改进，使夹具的加工精度更高。因此本课题的研究有很重要的现实意义，并且有一定的市场前景。再加之这些年来精密机械和精密测量的快速发展对本课题的研究也提供了相当多的参考资料。2 夹具设计及其概论2.1概论在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之保持正确的位置，以便接受施工或检测的装置，都可以称为夹具。在机械加工中，为了保证工件的加工精度要求，工件在机床中需要有准确的定位和可靠的夹紧。使工件相对于刀具和机床占有准确的加工位置称为工件的定位;把工件定位后压紧夹牢，以
26、保证这个准确的位置在加工过程中不会发生改变称为工件的夹紧。工件的定位和夹紧是夹具的两个主要功能。夹具是工艺装备的主要组成部分，在机械制造中占有重要地位。对保证工件的加工精度和加工质量，提高生产率，降低制造成本，减轻劳动强度，扩大机床使用范围，缩短产品试制周期等都具有重要意义。夹具一般可分为专用夹具和组合夹具两种。随着市场对产品的需求不断增加，产品的更新换代速度不断加快。由于机械产品的品种繁多，要求机械产品的开发周期不断缩短，传统的大批量生产模式逐步被中小批量生产模式所取代。按单一品种设计专用夹具的方法己不能满足生产发展的要求，因此，如何缩短工艺装备的设计和制造周期，以及产品换型后能如何保证原有
27、工装夹具延续使用已事在必行。机械制造业欲适应这种变化须具备较高的柔性，国内外已把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展向。 2.2夹具发展简史2.2.1夹具发展简史及其分类早期的机床夹具，如车床的鸡心夹头和卡盘、刨床的虎钳，是和机床同时诞生和发展起来的。由于他们是与机床配套供应用户，一般也称为机床附件，是通用机床夹具的鼻祖。现代的专用夹具是伴随着大批大量生产的发展而发展出现的，特别是和汽车工业的发展密切相关。专用夹具的使用，一方面缩短了工序时间，降低了加工成本:另一方面，夹具本身的设计制造工时、材料消耗等又增加了工件的成本。因此，在何种生产条件下使用哪种类型的夹具
28、才是经济合理的，也就是夹具的经济性，一直都是夹具结构发展和设计的一个主要问题。如图所示，为夹具分类框图。图2.1夹具分类框图 专用夹具的费用分担在大批量生产的每一个工件上是极小的，所以，从事大批量生产的企业都采用专用夹具。与此同时，却带来一个严重问题 如果零件的结构和尺寸参数一旦发生变化，相关夹具就要报废。从这个意义上说.专用夹具被认为是一种一次性使用的夹具。但是制造业中约有75%的企业从事单件小批生产。若为其单独设计制造专用夹具，在经济上就极不合理了。为解决这一问题，从20世纪40年代开始，人们就已经着手研制能够适合单件小批和成批生产的可多次重复使用的夹具，相继出现了组合夹具和各种可调整夹具
29、。90年代以后，快速多变的市场竞争促进制造产品的快速变化，要求制造企业对传统的夹具技术进行革新，以满足产品品种变化频繁、批量变换、交货期缩短、制造低成本与高质量的要求。它们形成了夹具发展的新动力。2.2.2夹具的基本功能描述夹具的功能应该满足将工件固定在机床或其他设备准确位置上的要求，所以在现代制造系统条件下一个常用的“3-2-1”定为夹具结构设计应能满足的功能要求为= 底面定位，顶面夹紧，水平定位，水平夹紧，侧面定位，侧面夹紧。设计者应该按照功能要求确定夹具的设计参数=底面定位组件，顶面夹紧组件，水平定位组件，水平夹紧组件，侧面定位组件，侧面夹紧组件。分析与之间的关系，底面定位功能的实现主要
30、取决于底面定位组件，即=0;顶面夹紧功能的实现主要取决于顶面夹紧组件即= = =0以此类推： =0， = =0， =0， =0 。因此，按照顾客需求的和设计参数之间的关系，可以得到: 显然 ， 是一个对角矩阵，故此它是一个非复合方案，符合独立公理的要求。夹具设计还要考虑动力源，主要是气动或者液压装置，这些装置本身大多已经标准化和通用化，可以从市场上采购到。这时应该考虑的主要问题就是这些夹具组件与其它夹具组件的接口问题。例如，应该在其它夹具组件设计时考虑它们与这些气压装置之间的空间位置关系，不同夹紧力源组件与其它夹具组件之间的接口问题，以及夹具同机床运动时刀具间相互干涉等。2.3工件的装夹方式
31、工件在机床上加工时，应按照定位基准的要求，把工件安放在工作台上或夹具里使它和刀具之间保持正确的相对位置，这就是定位。定位是为了能够使工件占据正确的空间坐标位置，多次重复摆放时，都能在同样的位置。在加工过程中为了保持工件位置不变，必须把工件夹紧，以承受切削力及其他外力，这就是夹紧。夹紧是为了平衡和抵抗来自加工中的切削力，保持正确的定位位置不变。工件定位与夹紧的过程称为裝夹或安装。工件在机床上的装夹，有三种方式：（1）直接找正裝夹 工件装到机床后，用百分表或划线盘上的划针目测校正工件位置，以保证被加工表面的位置精度，而后夹紧工件。每加工一个工件都得重复上述过程。（2）划线找正裝夹 有些重、大、复杂
32、工件，先在待加工处划线，然后装到机床上，按线找正定位。（3）夹具裝夹 夹具是使工件在机床上迅速、正确裝夹的一种工艺装备。夹具与刀具间的相对位置，以在加工前预先调整好，所以一批工件加工时，不必逐个找正定位。在夹具上裝夹工件时，有工件上的定为基准与夹具定位元件的工作表面保持接触来实现工件的定位，再用夹紧装置夹紧。2.4夹具的组成及夹具体的设计机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为以下几个部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。2.4.1夹具的组成1）定位元件定位元件保证工件在夹具中处于正确的位置。如图2.2所示，钻后盖上的10孔，其钻夹具如图2.4所示。夹具上的圆柱销5、菱形销9和支
33、承板4都是定位元件，通过它们使工件在夹具中占据正确的位置。2）夹紧装置 夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力(切削力等)作用时不离开已经占据的正确位置。3）对刀或导向装置对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。如图2-4中钻套l和钻模板2组成导向装置，确定了钻头轴线相对定位元件的正确位置。铣床夹具上的对刀块和塞尺为对刀装置。 图2.2后盖零件钻径向孔的工序 4）连接元件连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。如图2.4中夹具体3的底面为安装基面，保证了钻套1的轴线垂直于钻床工作台以及圆柱销5的轴线平行于钻床工作台。因此，夹具体可兼作连接元件。车床夹具上的过
34、渡盘、铣床夹具上的定位键都是连接元件。5）夹具体夹具体是夹具的基座和骨架。定位装置、夹紧机构及其它装置或元件都安装在夹具体上，使之成为一个夹具整体。2.4.2夹具体的设计 如图2.3所示的夹具体，它是本装置设计的夹具体的零件图。夹具体是夹具的基础件。在夹具体上，要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构、装置、并且还必须便于装卸工件，因此夹具体应该具有一定的形状尺寸。在加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力、和由此产生的冲击和震动。所以，夹具体应该具有必要的强度和刚度。加工过程中所产生的切削，有一部分落在夹具体上。若夹具体上切削聚集过多，将严重影响工件可靠地定位和夹紧。为此，在夹具体的结构设计中，
35、还应考虑便于清除切屑的要求。此外，还要考夹具体结构的工艺性，使能合理、经济、方便地设计与制造出来。1)夹具体的毛坯结构实际生产汇总所用夹具体的毛坯结构很多，但常见的有下列三种：(1) 铸造结构夹具体采用铸造结构时，则具有下述优点：可以铸出复杂的结构形状铸铁件的抗压强度大、耐振性好，因此特别使用于加工时振动大、切削负荷大的场合。铸铁件易于加工，价格低廉，可降低夹具成本。但是铸造的生产周期长，而且因铸造时内应力缘故，易引起变形，从而影响夹具体精度的持久性。因此铸造夹具体必须进行时效处理。(2) 焊接结构与铸造相比，焊接结构的优点为：容易制造，生产周期短。采用钢板、型材组成，结构合理，可减轻夹具重量
36、。根据这两个优点，焊接结构的夹具体特别适用于新产品试制或其它临时急用的场合，以缩短生产周期。此外，一些结构简单的小型夹具，采用焊接结构也十分有利。焊接结构的主要缺点，是焊接过程中的热变形以及残余应力对夹具工作精度的不利影响。因此，应在焊完后进行退火处理。此外，焊接结构一般须增加强筋来提高刚性。具体选择夹具体毛坯结构时，必须根据夹具体本身的要求和工厂的实际生产技术情况综合考虑。一般精度要求高，结构相当复杂，加工时有较大振动的，宜选用周件结构；否则，应考虑充分利用焊接结构。(3) 由标准毛坯件组合成夹具体毛坯，或由标准零部件组合成夹具体，为克服周件制造周期长、单件生产成本高、经济性差的缺点，便选用
37、标准毛坯件或标准零部件组合成夹具体的结构。这样，不但大大缩短了夹具体的制造周期，而且可组织专业化生产，有利于降低生产成本。为此，就必须使夹具体的结构标准化、系列化。(4) 由于本夹具主要是加工大型工件，所以本夹具体使用的是使铸造结构，并且需要人工时效处理。2)夹具制造属单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造经费，所以夹具体设计 ，一般不做复杂的计算，通常都是参照类似的夹具结构。按经验类比法估计确定。实际上，在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置、对刀-引导元件、以及其它辅助机构和装置在总体上的配置，夹具体的外形尺寸，便已大体确定。为具体确定夹具体结构尺寸，特取以下数据参考选
38、取：(1)采用铸造结构的夹具体，其壁厚一般取为830mm。过厚处应挖空。(2)选用钢板和型材制作焊接结构的夹具体时，一般板厚取为610mm。若刚度不够。可增设加强筋。参考以上数据，本夹具在设计中采用了加强筋来保证夹具体的刚度，加强筋的厚度为10mm，.夹具体的壁厚取为30mm左右。(3)夹具体不加工的毛面与工件表面之间有一定的间隙，以保证工件与夹具体之间不致干涉。间隙的大小应按下述规定选取：夹具体是毛面，工件也是毛面时，取815mm；夹具体是毛面，工件是光面时，取410mm。本夹具中确定取为10mm.3)夹具体的排屑结构为了便于排除切屑，不使积聚在定位元件工作表面上而影响工件正确定位，一般在夹
39、具体结构设计时，可从以下两方面考虑排屑：(1) 增加容纳切屑的空间在本夹具体上增加容屑空间，使落在定位元件上的少量切屑，可将容屑空间排除。(2) 采用切屑自动排除结构本夹具体上专门设计排屑用的斜面或缺口，是切屑自动由斜面处滑下而排至夹具体外。即使不能使切屑全部自动排除，也便于操作者来清除切屑。对于加工时产生大量切屑的夹具体来说，应该尽可能考虑这种排屑结构.（a） 主视图 (b) 左视图 （c） 俯视图 图2.3夹具体零件图 2.4.3 其它装置或元件它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。若需加工按一定规律分布的多个表面时，常设置分度装置；为了能方便、准确地定位，常设置预定位装置；对于大型
40、夹具，常设置吊装元件等。图2.4后盖钻夹具2.5夹具设计中的定位 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，这是定位方案设计的主要任务。2.5.1定位基准选取为了保证工件上各加工表面之间或对其它加工表面的位置精度，工件在机械加工时，必须安放在机床基础板的一个固定位置上。任何一个工件都是有若干个几何表面组成，这些表面之间根据工件设计的技术要求，广泛存在着距离尺寸和角度位置的要求。工艺文件中的所谓基准，就是指工件图上的某些点、线、面，可以用它来确定某些其
41、它点、线、面的位置。根据基准的作用和性质，可以分为设计基准和工艺基准两类。设计基准通常是指工件图样上标注尺寸的起点。工艺基准又分为:工序基准、定位基准和测量基准。通常希望将设计基准和工艺基准统一，但实际上，由于制造上的困难而难以做到，这就引起了误差。定位基准的选择是否合理，将直接影响到夹具结构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，提高定精度，也要考虑安装的方便性、准确性和可靠性。一般定位基准的选择应遵循以下原则1)应尽量选用工件上的设计基准作为定位基准，也就是“基准重合”原则，这样可避免因基准不重合而引起的基准不重
42、合误差。2)应尽可能选用统一的定位基准加工各个表面，以确保各表面相对基准的定位精度，这就是“基准统一”原则。采用统一的定位基准，可以避免由于基准转换引起的误差，也有利于夹具结构的简化。3)为了获得均匀的加工余量或使加工表面间有较高的位置精度，有时可采取互为基准反复加工的原则。4)一般精加工工序要求加工余量小而且均匀，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。在选择定位基准时，必须综合考虑，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。本夹具在参考了以上原则后，确定了以夹具体的上表面为定位基准，由于工件的设计基准在与夹具体安装时是重合的，只要保证
43、安装误差定位不会出现大的问题，不会导致工件位置误差。2.5.2工件在空间自由度的分析忽略工件的微小变形，工件可视为一个理想的刚体。将其放在一个空间直角坐标系中，如图2.5所示，以此坐标系作为参照系来观察刚体位置和方位的变化，由刚体力学可知，在空间中处于自由状态的刚体，共有六种可能的运动，即沿x轴、Y轴、z轴移动，或绕x轴、y轴、z轴转动，这种移动和转动的可能性就称为自由度。因此，工件在自由状态下共具有六个自由度。用表示沿三个坐标轴移动，用表示绕三个坐标轴转动，这六种移动或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
44、上的位置就确定了。因此，我们可以根据工件加工的要求，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。当工件的六个自由度被全部限制后，工件的位置和方位就会被唯一的确定下来。 图2.5 自由度示意图 2.5.3工件定位方式的确定1）定位原理的介绍基于运动学原理，夹具要限制工件的6个自由度，典型的方法就是在夹具设计中设置如图2.6所示的6个支承点。图中所示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，其中工件的底面A放在了3个支承上，限制了3个自由度()，侧平面B与2个支撑接触，限制了2个自由度()，另一侧面C与1个支承点接触，限制了一个自由度()。用分布在3个
45、相互垂直平面上的6个支承点来限制工件的6个自由度，使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。六点定位原理适合于任何形状的工件，如图2.6(b)为轴类工件的六点定位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()，轴端部靠在一个支承点上消除了一个自由度()，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()。根据工件形状的不同，所用的定位基准也不同，定位点的分布情况因而也不同。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，六点定位并不是指六个支承点定位，例如，假设图2.6
46、(a)中侧面B上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，而沿y轴移动的自由度()被限制了两次。因此，在定位时，可能会出现欠定位和过定位的情况:欠定位是指工件在某一个方向上可以自由旋转或移动，六个自由度没有被完全限制;过定位是指工件上同一个或几个自由度被几个定位支承重复限制。在一般情况下要避免欠定位和过定位的情况，但是当考虑增加结构刚度、增强工件的刚度及减振(如图2.7,增加一个辅助支承，防止工件的长臂由于受力发生断裂或产生振动)以及提高定位精度时，可以考虑采用过定位。 图2.6六点定位原理 图2.7 夹紧位置与翻转力矩问题 2）定位方式的确定 如图2.13所示，本夹具在设计中参考已有的定位原理和定位方法发，考虑到本夹具设计中的实际情况，以及在定位中过定位和欠定位对工件定位的影响，采用了一面两销的定位方式对工件进行定位，在考虑到由于孔中心距的误差可能使工件难以装夹，为此将其中的
