心轴夹具毕业设计论文

班级：机制0803

姓名：赵红伟

学号：0101080319

指导老师：刘吉彪

日期：2010.11.15

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《

钻三个φ4阶梯斜孔专用夹具设计

3.1 工件的加工工艺性分析

因采用立式钻床，待加工孔处于水平位置。若设平行于待加工孔的面分别为顶面和底面，则使多孔那面为底面，即定位基准面。以基准面上的直径为φ5的两孔以及基准面定位。

钻模板应垂直与定位基准面，钻套中心线与待加工孔中心线同轴。夹紧件由工件顶面向定位基准面夹紧。采用螺旋夹紧机构。 3.2 定位元件的选择与设计 3.2.1 定位元件的选择

工件在夹具中位置的确定，主要是通过各种类型的定位元件实现的。在机械加工中，虽然被加工工件的种类繁多和形状各异，但从它们的基本结构来看，不外乎是由平面、圆柱面、圆锥面及各种成形面所组成。工件在夹具中定位时，可根据各自的结构特点和工序加工精度要求，选择其上的平面、圆柱面，圆锥面或它们之间的组合表面作为定位基准。为此，在夹具设计中可根据需要选用各类型的定位元件。

在夹具设计中常用于圆孔表面的定位元件有定位销、刚性心轴和锥度心轴等。工件以圆孔表面定位时使用定位销定位；套类零件，为了简化定心装置，常常采用刚性心轴作为定位元件；为消除工件与心轴的配合间隙，提高定心定位精度，在夹具设计中还可选用小锥度心轴。在此次设计中，根据泵体盖的结构特点采用一面两孔定位。如图2-1为工件在夹具中的定位方式简图．

在夹具中，工件以圆孔表面定位时使用的定位销一般有固定式和可换式两种。在大批量生产中，由于定位销磨损较快，为保证工序加工精度需定期维修更换，此时常采用便于更换的可换式定位销。

图2-1 所示为常用的固定式定位销的典型结构。当被定位工件的圆孔尺寸较小时，可选图中(a)所示的定位销结构。这种带有小凸肩的定位销结构，与夹具体连接时稳定牢靠。当被定位工件的圆孔尺寸较大时，选用图中(b)所示的结构即可。若被定位工件同时以其上的圆柱孔和端面组合定位时，还可选用带有支撑垫圈的定位销结构。支撑垫圈与定位销可做成整体式的，也可做成组合式的。为保证定位销在夹具上的位置精度，一般与夹具的连接采用过盈配合。

2

可换式定位销如图2-2所示，为了便于定期更换，在定位销与夹具体之间装有衬套，定位销与衬套内径的的配合采用间隙配合，而衬套与夹具体则采用过度配合。由于这种定位销与衬套之间存在装配间隙，故其位置精度较固定式定位销低。

为了便于工件的顺利装入，上述定位销的定位端头部均加工个自由度，短定位销时则限制两个自由度。若采用削边销，则分别限制两个或一个自由度。当成

15的大倒角。各种类型定位销对工件圆孔定位时限制的自由度，应视其与工件

定位孔的接触长度而定，一般选用长定位销时限制四采用图 所示的锥面定位销定位时，则相当于三个支撑点，限制三个自由度。

图2-1 固定式定位销

图2-3 可换式定位销及锥面定位销

在固定式和可换式中，为适应以工件上的两孔一起定位的需要，应在两个定位销中采用一个削边定位销。直径为3~50mm的削边定位销都做成菱形。 3.2.2 定位误差的分析

夹具的作用首先是要保证工序加工精度，在设计夹具选择和确定工件的定位方案时，根据工件定位原理选用相应的定位元件外，还必须对选定的工件定位方案能否满足工序加工精度要求作出判断。为此，就需对可能产生的定位误差进行分析和计算。

定位误差是指由于定位不准而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。对某一定位方案，经分析计

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算其可能产生的定位误差，只要小于工件有关尺寸或位置公差的13~15，一般即认为此定位方案能满足该工序的加工精度要求。

工件在夹具中的位置是由定位元件确定的，当工件上的定位表面一旦与夹具上的定位元件相接触或相配合，作为一个整体的工件的位置也就确定了。但对于一批工件来说，由于在各个工件的有关表面之间，彼此在尺寸及位置上均有着在公差范围内的差异，夹具定位元件本身和各定位元件之间也具有一定的尺寸和位置公差。这样一来，工件虽已定位，但每个被定位工件的某些具体表面都会有自己的位置变动量，从而造成在工序尺寸和位置要求方面的加工误差。

由此可知，定位误差是指工件在用调整法加工时，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。即定位误差主要是由基准位置误差和基准不重合误差两项组成。

根据定位误差的上述定义，在设计夹具时，对任何一个定位方案，可通过一批工件定位时的两个极端位置，直接计算出工序基准的最大变动范围，即为该定位方案的定位误差。

在机械加工中，有很多工件是以多个表面作为定位基准，在夹具中实现表面组合定位的。

采用表面组合定位时，由于各个定位基准面之间存在着位置偏差，故在定位误差的分析和计算时也必须加以考虑。为了便于分析和计算，通常把限制不定度最多的主要定位表面成为第一定位基准，然后再依次划分为第二、第三定位基准。一般来说，采用多个表面组合定位的工件，其第一定位基准的位置误差最小，第二定位基准次之，而第三定位基准的位置误差最大。 3.2.3 定位误差的计算

在本次设计中采用一面两孔组合定位。

采用工件上一面两孔组合定位时，根据工序加工要求可能采用平面为第一定位基准，也可能采用其中某一个内孔为第一定位基准。图2-3所示为一长方体工件及其在一面两销上的定位情况，因系采用短定位销，故工件底面1为第一定位基准，工件上的内孔

O1及

O2分别为第二和第三定位基准。

一批工件在夹具中定位时，工件上作为第一基准的底面1没有基准位置误差。由于定位孔较浅，其内孔中心线由于内孔与地面垂直度误差而引起的基准位

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置误差也可忽略不计。但作为第二、第三定位基准的

O1、

O2，由于与定位销的

配合间隙及两孔、两销中心距误差引起的基准位置误差必须考虑。

图2-4长方体工件在夹具中一面两销上的定位

根据上述，确定本次夹具设计采用底面为第一基准面，两孔分别为第二和第三基准面。两定位销的尺寸及定位误差的计算如下：

图2-5 一面两孔式，第二、第三定位基准的位置和角度误差[10]

根据图2-4有： 1) 两定位销中心距

LxLy==14.5

式中

Ly——工件两定位孔的中心距(mm)

2) 两定位销中心距的公差

11Lx(~)Ly53 (2-1)

式中

Ly——工件两定位孔的中心距公差(mm)

5

中心距公差

LyESEI0.070.040.031313

则两定位销中心

LxLy0.030.01

3) 圆柱销直径的公称值

d1D1=5

式中

D1——与圆柱销相配合的工件定位孔的最小直径(mm)

公差选取：g6

4) 菱形销宽度 表2-1 b及B的推荐值(mm)

LxLy1min0.030.010.0060.043(mm)

6) 菱形销圆弧部分与其相配合的工件定位孔间的最小间隙

2min2b20.04340.031 (mm) D2111212式中 D2——与菱形销相配合的工件定位孔的最小直径(mm)

7) 菱形销最大直径

d2D22min110.03110.969 (mm)

公差选取h5

8) 两定位销所产生的最大角度定位误差

tg1max2max0.0060.0310

2L2155式中 1max——夹具圆柱销与其配合的工件定位孔间的最大间隙； 2ma——夹具菱形削与其配合的工件定位孔间的最大间隙应

D2定位孔直径

3~6 2

D2>6~8 3

D2>8~20 4

D2b

B

D2-0.5 -1 -2

=5，因此得：b=2, B=0.5

6

5) 补偿距离

LxLy1min式中

1min12 (mm) (2-2)

——夹具圆柱销与其相配合的工件定位孔间的最小间隙(mm)

圆柱销的尺寸为11g6，根据GB1801——79知该即尺寸为φ5-0.006 -0.0017。 由此可得 则 保证；

则 0 由于待加工孔未对其形位公差，因此允许些许偏差。 3.3 星轮在夹具中的夹紧

工件在夹具中的装夹是由定位和夹紧这两个过程紧密联系在一起的。仅仅定位好，在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件实行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。

1min0.006(mm)

夹紧装置的基本任务就是保持工件在定位中所获得的既定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和振动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确位置。

3.3.1 夹紧装置的组成

一般夹紧装置由下面两个基本部分组成。 1) 动力源

即产生原始作用力的部分。如果用人的体力对工件进行夹紧，称为手动夹紧；如果用气动、液压、气液联合、电动以及机床的运动等动力装置来代替人力进行夹紧，则称为机动夹紧。

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2) 夹紧机构

即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。它包括中间递力机构和夹紧元件。中间递力机构把来自人力或动力装置的力传递给夹紧元件，再由夹紧元件直接与工件接触，最终完成夹紧任务。

根据动力源的不同和工件夹紧的实际需要，一般中间递力机构在传递夹紧力的过程中，可以起到以下作用：

a 改变作用力的方向；b 改变作用力的大小；c 具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠，在手动夹紧时尤为重要。 本次设计采用手动夹紧方式。 3.3.2 夹紧力的确定

1) 夹紧力的方向

夹紧力应垂直于主要定位基准面[11]。为使夹紧力有助于定位，则工件应紧靠支撑点，并保证各个定位基准与定位元件接触可靠。一般地讲，工件的主要定位基准面其面积较大、精度较高，限制的不定度多，夹紧力垂直作用于此面上，有利于保证工件的加工质量。

夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。图2-4所示为工件安装时的重力G、切削力F和夹紧力W之间的相互关系。其中图(a)最好，图(d)最差。

图2-4 夹紧力与切削力、重力的关系

图（a） W0

FG

W图（b）

W图（c）

FcossinG(sincos)FG

W图（d）



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图（e） WFG

下面分析三力互相垂直的情况下，切削力与夹紧力间的比例关系。图2-5为在卧式铣床上铣一用台钳夹紧的工件。

图2-5 铣削时Fr、W、G间的关系

当重量G很小而可以忽略不计时，只考虑夹紧力W与切削力静力平衡条件

FrFr的平衡，按

=W

1+W2 (2-3)

WFr12 (2-4)

式中

1——工件的定位基准与夹具定位元件工作表面间的摩擦系数，1＝

0.15～0.25;

2——工件的夹压表面与夹紧元件间的摩擦系数，2＝0.15～0.25;

因此

WFr(2.0~3.3)Fr0.30~0.50 (2-5)

可见在依靠摩擦力克服切削力的情况下，所需要的夹紧力是很大的。 在夹紧力工件时各种不同接触面之间的摩擦系数可见表。

表3-2 各种不同接触表面之间的摩擦系数



接触表面的形式

接触表面均为加工过的光滑表面

摩擦系数 0.15～0.25

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工件表面为毛坯，夹具的支承面为球面

夹具定位或夹紧元件的淬硬表面在沿主切削力方向有齿纹 夹具定位或夹紧元件的淬硬表面在垂直于主切削力的方向有齿纹

夹具定位或夹紧元件的淬硬表面有相互垂直齿纹 夹具定位或夹紧元件的淬硬表面有网状齿纹

0.2~0.3 0.3 0.4 0.4~0.5 0.7~0.8

为了减小夹紧力，可以在正对切削力F的作用方向，设置一支承元件（图2-6中之T）。这种支承不用作定位，而是用来防止工件在加工中移动。

图2-6 承受切削力支承

如图2-5所示，当圆柱铣刀切入全深时，作用于工件上的切削分力合力

FrFyF、z的

有势。为此可用图2-6所示之压块，使夹紧力一力两用。

在钻床上对工件钻孔时，为了减小夹紧力，应力求使主要定位基准面处于水平位置，使夹紧力、重力和切削力同向，都垂直作用在主要定位基准面上。见图2-7(a)所示。

反之，当夹紧力与切削力及工件重力方向相反时，所需的夹紧力很大，W=F+G。例如在壳体凸缘上钻孔时，由于壳体较高，工件只能倒装。这种安装方式在图2-7(b)中的F和G均有使夹紧机构脱开的趋势，因此需要施加较大的夹紧力W。 计算夹紧力，通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算。然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，高速运动的工件还应考虑惯性力等）后

处于静力平衡条件，计算出理论夹紧力W0，再乘

以安全系数K，作为实际所需的夹

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紧力

图2-7 钻削时W、F、G间的关系

2) 夹紧力的作用点

夹紧力的作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。选择作用点的问题是在夹紧力方向已定的情况下才提出来的。选择夹紧力作用点位置和数目时，应考虑工件定位可靠，防止夹紧变形，确保工序的加工精度。

a 夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，而不致引起工件发生位移和偏转。

当夹紧力虽然朝向主要定位基面，但作用点却在支承范围以外时，夹紧力与支反力构成力矩，夹紧时工件将发生偏转，使定位基面与支承元件脱离，以至破坏原有定位。应使夹紧力作用在稳定区域内。

b 夹紧力的作用点，应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小。 对于箱体、壳体、杆叉类工件，要特别注意选择力的作用点问题。 在使用夹具时，为尽量减少工件的夹紧变形，可采用增大工件受力面积的措施。采用具有较大弧面的夹爪来防止薄壁套筒变形；可在压板下增加垫圈，使夹紧力均匀地作用在薄壁

夹紧力的大小必须适当。当夹紧力过小，工件可能在加工过程中移动而破坏定位，不仅影响质量，还能造成事故；夹紧力过大，不但会使工件和夹具产生变形，对加工质量不利，而且造成人力、物力的浪费。

W0，即

W0KW (2-6)

式中

W0——实际所需要的夹紧力 (N)；

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W——按力平衡条件计算之夹紧力 (N)；

K——安全系数，根据生产经验，一般取K＝1.5～3。

用于粗加工时，取K＝2.5～3；用于精加工时，取K＝1.5～2。 夹紧工件所需夹紧力的大小，除与切削力的大小有关外，还与切削力对定位支撑的作用方向有关。 3.3.3 夹紧机构的选择及设计

从前面提到的夹紧装置组成中可以看出，不论采用何种力源（手动或机动）形式，一切外加的作用力要转化为夹紧力均需通过夹紧机构。因此，夹紧机构是夹紧装置中的一个很重要的组成部分。

夹紧机构可分为斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、定心对中夹紧机构等。斜楔夹紧机构中最基本的形式之一，螺旋夹紧机构 、偏心夹紧机构及定心对中夹紧机构等都是斜楔夹紧机构的变型。

斜楔夹紧机构主要是利用其斜楔面移动时所产生的压力来夹紧工件的，亦即一般所谓的楔紧作用。斜楔的斜度一般为1:10，其斜度的大小主要是根据满足斜楔的自锁条件来确定。

一般对夹具的夹紧机构，都要求具有自锁性能。所谓自锁，也就是当外加的作用力Q一旦消失或撤除后，夹紧机构在纯摩擦力的作用下，仍应保持其处于夹紧状态而不松开。

螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜楔绕在圆柱体上因它的夹紧作用原理与斜楔时一样的。不过这里是通过转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜楔高度发生变化来夹紧工件的。本次工件夹紧便采用螺旋夹紧机构．

1) 夹紧形式所需夹紧力的计算

图2-8 工件的受力分析

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FkKF12 (2-7)

式中

1——夹紧元件与工件间的摩擦因数

2——工件与夹具支撑面间的摩擦因数

根据式(2-1)可得： FN356.57 N

再由表(2-2)及式(2-5)可得：

Fk1.6356.571188.570.48 N

2) 螺旋夹紧机构所需作用力的计算

图2-9 夹紧力作用简图

根据图3-9可计算所需作用力

W0Wkl1L0

l1'tg2acrtgL0cos

''MQW0[r'tg1rztg(2)]Wk[r'tg1rztg(2)]式中 T——应在螺旋夹紧机构上的夹紧转矩 (N·m)；

W0——单个螺旋夹紧产生的夹紧力 (N)；

r'——螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm），其值视螺杆端部的结构

形式而定；

L——作用力臂；

1——螺杆端部与工件间摩擦角（°）；

——螺纹升角，(°)；

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rz——螺纹中径之半（mm）；

'2acrtg2'——螺旋副的当量摩擦角(°)，

tg2cos，式中2为螺旋副的

摩擦角(°)，为螺纹牙型半角(°)。 为计算方便，令

Krtg()f1，则

TKQ

当采用公制螺纹夹紧机构时，各种不同夹紧情况的K值可在K的数值表中查询。

第四章 钻φ4阶梯斜孔工序刀具设计说明书

1. 刀具类型确定

此道工序保证的尺寸精度要求较高φ4内孔端面必须垂直，因此选直柄麻花钻

2. 刀具设计参数确定

序号 1 2 3 项目 刀具类型 刀具材料 几何角度 数据来源或公式计算 表2-6、2-7 表2-7、2-8、2-9 采用值 直柄麻花钻 W18Cr4V Λs=-4度 γo=15度 αo=8度 αo’=6度κr=90度κr’=56度 γε=1mm 带倒棱曲面圆弧卷削槽前面 Ln=3.5mγo1=-5度 br1=0.045 qn=2 过渡刃和修光刃 bε=0.12 4 断削参数前面型式 表2-11、2-12（f=1.3mm/r） 5 7 过渡刃 外型结构尺寸 表2-13（ap=0.4mm） 表3-5（刀具设计手册） 3. 刀具工作草图

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第五章 钻φ4阶梯斜孔工序量具设计说明书

设计Ф4阶梯斜孔的塞规，首先确定被测孔的极限偏差，查公差书第三章极限与配合标准得Ф4的上偏差ES=+0.013mm,下偏差EI=0mm。公差等级为IT7。 1. 量具类型确定

Ф4的量具查得用圆柱柄圆柱塞规。 2. 极限量具尺寸公差确定

（1） 确定工作量规的制造公差和位置要素值，由公差书表6-1得IT7尺

寸φ4的量规公差为T=0.0014mm,位置要素Z=0.0024mm.。 （2）计算工作量规的极限偏差： φ4孔用塞规：

通规：上偏差=EI+Z+T/2=（0+0.0034+0.0012）=+0.0046mm 下偏差=EI+Z-T/2=（0+0.0034-0.0012）=-0.0022mm 磨损极限= EI=0mm

止规：上偏差=ES=+0.013mm

下偏差=ES-T=（+0.013-0.0024）=+0.037mm 3. 极限量具尺寸公差带图

4. 极限量具结构设计

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设计体会

毕业设计是理论基础知识和专业基础知识学习过程中最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节，是对专业基础知识的一次考验与综合运用。通过毕业设计能使学生综合运用大学几年来所学的理论和专业知识和在生产实习过程中学到的实践经验，以全面、系统、地培养学生独立思考能力、创新能力、解决实际问题等能力。

从目前研究现状的了解、相关资料的查阅、结构初步设计方案的提出、及最后总方案的确定，在这每一个环节中我都严格要求自己：一个从事机械专业的人员，既要熟悉设计，更要熟悉工艺和控制，也要有能预测市场的能力。在这个过程中，不但培养了我独立思考、分析问题的能力也培养了我的创新能力、解决实际问题的能力及理论与实践相结合的能力。

在这短短一个星期的毕业设计里，也深感自己还存在很多不足，如理论知识的不扎实、实践经验的欠缺、理论与实践的优化结合等等。我将在以后的学习和工作中继续对专业理论知识的深入学习和对实践经验的认真总结，做到理论与实践有机结合，争做一名“有志”、“有德”、“博学”适合当代社会发展所需要的优秀社会青年。

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参考文献

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