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1 夾具方案設(shè)計(jì)
要求設(shè)疑一套鉆床夾具，鉆夾具有夾具體、鉆模板、鉆套等零件組成，是在機(jī)械加工中使用最廣泛的夾具之一。對(duì)于加工機(jī)床，由于一次加工2個(gè)孔，故選擇用Z3025立式鉆床進(jìn)行加工。Z3025立式鉆床是機(jī)械加工中使用特別普遍的一種鉆削設(shè)備，廣.泛用于各種機(jī)械加工中。Z3025立式鉆床如圖1所示。
圖1 Z3025搖臂鉆床
2定位方案分析與定位誤差計(jì)算
如圖2所示六點(diǎn)定位原理圖，物體在空間中的自由度可以分為移動(dòng)自由度和旋轉(zhuǎn)自由度，分別是三個(gè)沿著x,y,z移動(dòng)的自由度和繞著x軸,y軸,z軸旋轉(zhuǎn)的自由度。工件如果需要在空間中完全定位就需要消除這6個(gè)自由度。
圖2
通常在加工零件時(shí)，需要限制6個(gè)自由度，分別是3個(gè)移動(dòng)自由度和3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。右端面用支撐板限制3個(gè)自由度，分別是2個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和1個(gè)移動(dòng)自由度；右側(cè)內(nèi)圓用定位銷(xiāo)限制2個(gè)移動(dòng)自由度；底面用支承釘限制1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。
定位誤差分析：
根據(jù)《現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3-16定位誤差的計(jì)算公式：
x方向的定位誤差為：
z方向的定位誤差為：
公式中：為孔的最大偏差
為軸的最小偏差
根據(jù)裝配圖可知軸與零件的配合為H7/f6，查得：
則Z方向的定位誤差為：
由于誤差產(chǎn)生方向和孔鉆削方向一致，故此方向上的定位誤差可以忽略。
3對(duì)刀及導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì)
連桿鉆夾具需要進(jìn)行先鉆后鉸加工，所以需要在鉆削后更換鉆套，鉆套使用快換鉆套，配合鉆套螺釘使用。
鉆套在鉆模板和夾具體上，其作用是用來(lái)確定工件上被加工孔的位置，引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工，并提高刀具在加工過(guò)程中的剛性和防止加工中的振動(dòng)。
鉆套的高度H增大時(shí)，則導(dǎo)向性能好，刀具剛度提高，加工精度高，但鉆套與刀具的磨損加劇。一般取H=1～2.5d。
排屑空間h是指鉆套底部與工件表面之間的空間。增大h值，排屑方便，但刀具的剛度和孔的加工精度都會(huì)降低。鉆削易排屑的鑄鐵時(shí)，常取h=(0.3～0.7)d；鉆削較難排屑的鋼件時(shí)，常取h=(0.7～1.5)d；工件精度要求高時(shí)，可取h=0，使切屑全部從鉆套中排出。
4夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與夾緊力計(jì)算
根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種鎖緊手柄夾緊機(jī)構(gòu)，鎖緊手柄連接在支架上，支架通過(guò)螺栓固定在夾具體上。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手柄時(shí)，夾緊力通過(guò)壓塊傳遞到工件上，實(shí)現(xiàn)夾緊。完成加工后，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手柄即可松開(kāi)工件。用這種裝夾方式 安裝方便，效率高。
5夾緊力計(jì)算
該夾具采用鎖緊手柄作為鎖緊元件。根據(jù)《現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》3.4.1螺旋夾緊機(jī)構(gòu)計(jì)算公式得：
根據(jù)簡(jiǎn)化后的公式可得：
查表3-23可知B型M20螺釘?shù)腒值為3.035。
T為作用在螺母上的力矩：（L力臂長(zhǎng)度取200mm，F(xiàn)作用力取100N）
得Q=T/K=20000/3.035=6589N
1夾具方案設(shè)計(jì)
要求設(shè)計(jì)一套鉆床夾具，鉆夾具有夾具體、鉆模板、鉆套等零件組成，是在機(jī)械加工中使用最廣泛的夾具之一。對(duì)于加工機(jī)床，由于一次加工一個(gè)孔，故選擇用Z5140立式鉆床進(jìn)行加工。Z5140立式鉆床是機(jī)械加工中使用特別普遍的一種鉆削設(shè)備，廣.泛用于各種機(jī)械加工中。Z5140立式鉆床如圖1所示。
圖1 Z5140立式鉆床
2定位方案分析與定位誤差計(jì)算
如圖2所示六點(diǎn)定位原理圖，物體在空間中的自由度可以分為移動(dòng)自由度和旋轉(zhuǎn)自由度，分別是三個(gè)沿著x,y,z移動(dòng)的自由度和繞著x軸,y軸,z軸旋轉(zhuǎn)的自由度。工件如果需要在空間中完全定位就需要消除這6個(gè)自由度。
圖2
在加工零件時(shí)，需要限制6個(gè)自由度，分別是3個(gè)移動(dòng)自由度和3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，定位軸的端面限制3個(gè)自由度，分別是2個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和1個(gè)移動(dòng)自由度，定位軸的外圓限制2個(gè)移動(dòng)自由度；支承釘限制1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。
定位誤差分析：
圖3 定位誤差分析圖
根據(jù)《現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3-16定位誤差的計(jì)算公式：
x方向的定位誤差為：
z方向的定位誤差為：
公式中：為孔的最大偏差
為軸的最小偏差
根據(jù)裝配圖可知軸與零件的配合為H7/f6，查得：
δD=0.05mm
δd=0.053mm
則Z方向的定位誤差為：
Δyz=0.5×（0.05+0.053）=0.052mm
定位誤差產(chǎn)生方向與加工方向一致，故可忽略不計(jì)。
3夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與夾緊力計(jì)算
根據(jù)夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇使用鉸鏈壓板作為夾緊元件。鉸鏈壓板是一個(gè)端有通孔另一端開(kāi)槽的長(zhǎng)條狀零件。鉸鏈壓板需要和活節(jié)螺栓和雙頭螺柱配合使用，使用時(shí)鉸鏈壓板的孔通過(guò)活節(jié)螺栓穿入一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，鉸鏈壓板沿旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)直到壓住工件，此時(shí)雙頭螺柱從鉸鏈壓板的開(kāi)槽處穿出，然后用螺母旋入雙頭螺柱直至壓緊工件。
圖4 鉸鏈壓板機(jī)構(gòu)
夾緊力計(jì)算：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》孟少農(nóng)表6.3-8中公式
W：作用在工件上的夾緊力
WL：螺旋夾緊力
M：螺旋上的原始作用力M=QL
d2：螺紋中徑,取14mm
Q：手柄上的的作用力，取200N
L：手柄長(zhǎng)度，取300mm
l1:支撐到螺栓中心線(xiàn)距離,取70mm
l2:螺栓中心線(xiàn)到夾緊中心距離,取70mm
q:彈簧彈力（此處忽略不計(jì)）
：機(jī)構(gòu)效率，取0.9
α：螺旋升角：查數(shù)據(jù)取6°
：楔塊與杠桿摩擦角：此處取0
β：螺紋摩擦角：取0
帶入數(shù)據(jù)得：
WL=200×3000.5×14×tan(6+0+0.1)=8108N
W=8108×7070+70×0.9=3648N
4確定夾具裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的有關(guān)尺寸、配合
夾具裝配圖中應(yīng)該標(biāo)注配合尺寸，配合尺寸如下所示：
襯套與鉆模板之間的配合：設(shè)計(jì)的夾具由于需要更換鉆套，為了避免經(jīng)常更換鉆套導(dǎo)致鉆模板的磨損，而鉆模板的重新加工又比較浪費(fèi)成本和材料，對(duì)鉆模板整體熱處理也不經(jīng)濟(jì)，所以使用熱處理過(guò)有一定硬度的襯套安裝在鉆套和鉆模板之間，起到保護(hù)鉆模板的作用，隨著夾具的使用，磨損的是鉆套和襯套，當(dāng)鉆套和襯套磨損到不再能使用的時(shí)候，只需要更換鉆套或者襯套即可，這樣可大大節(jié)省夾具的使用和維護(hù)成本，因?yàn)橐r套需要固定在鉆模板上，故襯套和鉆模板之間的配合應(yīng)為過(guò)盈配合，故襯套和鉆模板之間的配合選用過(guò)盈配合H7/p6;
可換鉆套和襯套之間的配合：如上所述，可換鉆套在工件加工時(shí)需要經(jīng)常拆卸，每次加工完螺紋底孔后，需要拆下可換鉆套進(jìn)行攻絲加工，所以可換鉆套和襯套之間應(yīng)該選用易于拆卸的間隙配合，故可換鉆套和襯套之間的配合為間隙配合H7/f6.
夾具體與芯棒的配合：芯棒是把工件固定在夾具體上的零件，加工時(shí)，芯棒應(yīng)能支撐工件所受的切削力，故芯棒與夾具體應(yīng)配合穩(wěn)固，所以芯棒與夾具體選用過(guò)盈配合H7/p6；
圓柱銷(xiāo)與夾具體和鉆模板的配合：鉆模板通過(guò)內(nèi)六角螺釘固定在夾具體上，但內(nèi)六角螺釘只能將鉆模板固定在夾具體上而不能起到定位鉆模板的作用。簡(jiǎn)單地說(shuō)鉆模板和夾具體之間的相對(duì)位置需要一組成對(duì)使用的圓柱銷(xiāo)來(lái)定位，圓柱銷(xiāo)作為不經(jīng)常拆卸的零件，應(yīng)選用過(guò)盈配合。圓柱銷(xiāo)與夾具體和鉆模板之間的配合為過(guò)盈配合H7/p5。
1夾具方案設(shè)計(jì)
本夾具是鏜孔專(zhuān)用夾具，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和加工要求設(shè)計(jì)了一套鏜床加工專(zhuān)用夾具。零件的擺放方式為水平擺放，需要加工的孔軸線(xiàn)跟水平面平行，所以選用臥式鏜床進(jìn)行加工。如圖4-1 T616臥式鏜床是一種常見(jiàn)型號(hào)的鏜床，他廣泛用于機(jī)械加工中，能達(dá)到IT7級(jí)的加工精度。除擴(kuò)大工件上已鑄出或已加工的孔外，臥式鏜床還能銑削平面、鉆削、加工端面和凸緣的外圓，以及切螺紋等，主要用在單件小批量生產(chǎn)和修理車(chē)間，加工孔的圓度誤差不超過(guò) 5微米，表面粗糙度為Ra0.63～1.25微米。
圖4-1 臥式鏜床T68
2定位方案分析與定位誤差計(jì)算
如圖2所示六點(diǎn)定位原理圖，物體在空間中的自由度可以分為移動(dòng)自由度和旋轉(zhuǎn)自由度，分別是三個(gè)沿著x,y,z移動(dòng)的自由度和繞著x軸,y軸,z軸旋轉(zhuǎn)的自由度。工件如果需要在空間中完全定位就需要消除這6個(gè)自由度。
圖2
在加工零件時(shí)，需要限制6個(gè)自由度，分別是3個(gè)移動(dòng)自由度和3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，工件底面限制3個(gè)自由度，分別是2個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和1個(gè)移動(dòng)自由度；工件側(cè)面用V型塊限制2個(gè)自由度；工件另一側(cè)用檔銷(xiāo)限制1個(gè)移動(dòng)自由度。
3對(duì)刀及導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì)
?鏜套的結(jié)構(gòu)和精度直接影響到加工孔的尺寸精度、幾何形狀和表面粗糙度。設(shè)計(jì)鏜套時(shí)，可按加工要求和情況選用標(biāo)準(zhǔn)鏜套，特殊情況則可自行設(shè)計(jì)。
????一般鏜孔用的鏜套，主要有固定式和回轉(zhuǎn)式兩類(lèi)。
??? 1)固定式鏜套。它和一般鉆套的結(jié)構(gòu)基本相似。它固定在鏜模支架上，不隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鏜桿與鏜套之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，存在摩擦。固定式鏜套具有外形尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，制造簡(jiǎn)單，容易保證鏜套中心位置的準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。固定式鏜套只適用于低速加工，否則鏜桿與鏜套間容易因相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)熱過(guò)高而咬死，或者造成鏜桿迅速磨損。
?? 2)回轉(zhuǎn)式鏜套。在鏜孔過(guò)程中能隨鏜桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鏜桿與鏜套之間只有相對(duì)移動(dòng)而無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。在高速鏜孔時(shí)，可以避免鏜桿與鏜套發(fā)熱咬死，從而改善了鏜桿的磨損情況。在立式鏜模中，若采用上、下鏜套雙面導(dǎo)向，為了避免因切屑落入下鏜套內(nèi)而使鏜桿卡住，下鏜套多采用回轉(zhuǎn)式鏜套。
根據(jù)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)，選用固定式鏜套。鏜套選擇符合GB/T 8046.1-1999標(biāo)準(zhǔn)的鏜套。如圖3所示。
圖3 鏜套
4 夾具定位元件選擇
夾具的定位元件是指安裝在夾具體上，直接與被加工工件接觸的夾具零件。定位元件的作用是支撐、固定被加工工件，使得被加工的工件能夠精準(zhǔn)地在夾具上進(jìn)行定位。工件和定位元件的接觸方式有很多種，如面接觸、線(xiàn)接觸、點(diǎn)接觸。對(duì)于面接觸的而定位元件有支撐板、定位軸、支撐釘?shù)?；?duì)于線(xiàn)接觸的定位元件有菱形銷(xiāo)、用外圓母線(xiàn)定位的定位銷(xiāo)等；對(duì)于點(diǎn)接觸的定位元件有頂部是圓弧的支承釘，尖頭的可調(diào)支承釘?shù)取?
夾具的定位元件有很多類(lèi)型，如支撐板、支承釘、定位銷(xiāo)、菱形銷(xiāo)、定位軸、調(diào)節(jié)支撐、球頭支撐等，其中使用最廣的定位原理“一面兩銷(xiāo)”定位原理就使用了支撐板加上圓柱定位銷(xiāo)再加上菱形定位銷(xiāo)。
夾具的定位元件是直接跟工件接觸的夾具零件，盡量選擇有標(biāo)準(zhǔn)件的零件作為夾具零件。根據(jù)零件的加工要求，選擇V型塊作為定位元件。
圖4 V型塊
5夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與夾緊力計(jì)算
為節(jié)省操作時(shí)間和工人體力，設(shè)計(jì)了一套氣缸夾緊機(jī)構(gòu)。根據(jù)下表選擇氣缸。氣動(dòng)元件通過(guò)氣體的壓強(qiáng)或膨脹產(chǎn)生的力來(lái)做功的元件，即將壓縮空氣的彈性能量轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的機(jī)件。如氣缸、氣動(dòng)馬達(dá)、蒸汽機(jī)等。氣動(dòng)元件是一種動(dòng)力傳動(dòng)形式，亦為能量轉(zhuǎn)換裝置，利用氣體壓力來(lái)傳遞能量。
夾緊力計(jì)算：
根據(jù)氣缸生產(chǎn)廠家提供的氣缸參數(shù)表計(jì)算夾緊力：
F:：夾緊力，kg
D：氣缸面積，cm2
f：?jiǎn)挝幻娣e輸出力，MPa
當(dāng)力源氣壓為1MP時(shí)：
502.4kg
6定位誤差分析
CO1′=T(d)/2
O1′O1″=△db
Sin(α/2)= 〔T(d)/2〕/ △db
∴ △db= 〔T(d)/2〕/ Sin(α/2)
該夾具使用的V形塊夾角為90°，帶入上面公式計(jì)算得：
△db=0.707T(d)
工件外圓尺寸為Φ16g6,查表可知偏差為（-0.01，-0.05），取最大尺寸偏差帶入上式得：△db=0.707×0.05=0.035mm