某汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)箱體鉆床專用夾具設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10778某汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)箱體鉆床專用夾具設(shè)計(jì)案例 1178541.1問(wèn)題的提出 1173181.2鉆床夾具的性能要求 1147581.3專用夾具的設(shè)計(jì)內(nèi)容 286881.4.1定位基準(zhǔn)的選擇 2322311.4.2工件的夾緊裝置設(shè)計(jì) 242121.4.3選擇夾緊機(jī)構(gòu) 3303721.4.4確定夾緊力的基本原則 3304591.4.5夾具材料的選擇 5307041.4.6夾具的誤差分析 6該箱體零件的生產(chǎn)類(lèi)型是大量生產(chǎn)，為了降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高機(jī)械加工生產(chǎn)效率、保證零件加工質(zhì)量。該設(shè)計(jì)中的工序是160——鉆、鉸、挺進(jìn)桿孔的鉆床夾具設(shè)計(jì)。該夾具用于鉆床Z3025。選用材料為W18Cr4V錐柄長(zhǎng)麻花鉆，直徑選11.8mm。為了提高加工效率，可以同時(shí)布置多把錐柄長(zhǎng)麻花鉆同時(shí)加工。1.1問(wèn)題的提出本夾具的目的是用于大批量生產(chǎn)，工序160——鉆、鉸、挺進(jìn)桿孔，加工時(shí)選擇已完成的加工面進(jìn)行定位。專用夾具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)是夾具滿足以下4個(gè)基本要求：保證零件的加工精度；提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本和降低勞動(dòng)強(qiáng)度；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便工人操作、保證操作安全省力；良好的結(jié)構(gòu)，保證剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性的要求。1.2鉆床夾具的性能要求鉆床夾具在結(jié)構(gòu)上是有下列全部或部分元件和部件組成：定位元件、加緊原件、輔助裝置、夾具體。鉆床夾具性能的主要特點(diǎn)：（1）鉆床夾具利用其導(dǎo)向裝置不僅僅能引導(dǎo)和確定刀具定位，還能增強(qiáng)刀具的剛性，大大的提高工件的加工精度。被加工孔的精度主要與導(dǎo)向裝置的精度有關(guān)，與機(jī)床的精度關(guān)系不大[12]。（2）鉆床夾具（指部分通用的鉆孔夾具）能擴(kuò)大鉆床類(lèi)機(jī)床的使用范圍（如分度轉(zhuǎn)臺(tái)、多軸頭能擴(kuò)大單軸立式鉆床的使用范圍）（3）一般鉆床夾具在使用時(shí)，一般所受的軸向力是向下的，所以當(dāng)鉆削扭矩不大時(shí)，鉆床夾具往往不必固緊在機(jī)床工作臺(tái)上。1.3專用夾具的設(shè)計(jì)內(nèi)容1.4.1定位基準(zhǔn)的選擇在加工的過(guò)程中，能夠保證工件正確位置的基準(zhǔn)，被叫做定位基準(zhǔn)。鑄造出來(lái)的未進(jìn)一步加工的表面，將其作為粗基準(zhǔn)，將之前加工好的表面作為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行加工得到的表面作為精基準(zhǔn)。按工藝手冊(cè)的基準(zhǔn)選擇原則，因?yàn)橄潴w的上下表面已經(jīng)加工后，可以用來(lái)作為精基準(zhǔn)，所以采用箱體的上下表面為鉆孔的主要定位基準(zhǔn)，并且用來(lái)限制三個(gè)自由度，通過(guò)定位銷(xiāo)等定位元件來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。1.4.2工件的夾緊裝置設(shè)計(jì)在加工的過(guò)程中，為了保證在外力的作用下，被加工的工件仍然能夠保持定位好的位置，不會(huì)發(fā)生某些位移或者是產(chǎn)生振動(dòng)，通常在夾具結(jié)構(gòu)中會(huì)有夾緊裝置，起到緊固定位元件的作用。（1）夾緊裝置的組成1）動(dòng)力裝置動(dòng)力裝置是用來(lái)產(chǎn)生夾緊作用力的，一般夾緊裝置常用的有氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)。2）夾緊元件通常通過(guò)夾緊元件和零件受壓力面的接觸產(chǎn)生夾緊力而完成夾緊工作[13]。（2）夾緊裝置的基本要求1）保證工件夾緊的同時(shí)，要保證工件原有的定位位置。2）保證工件夾緊的同時(shí)，不能因?yàn)閵A緊力過(guò)大而使工件表面產(chǎn)生變形、破損或是傷痕。3）保證工件夾緊的同時(shí)，要安全、省力的使用。4）保證工件夾緊的同時(shí)，盡可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，適應(yīng)于工作效率和生產(chǎn)類(lèi)型。5）保證工件夾緊的同時(shí)，使其可以優(yōu)良的自鎖。1.4.3選擇夾緊機(jī)構(gòu)常用的夾緊結(jié)構(gòu)一般有螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、偏心夾緊機(jī)構(gòu)、鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)等等。因?yàn)槁菪龏A緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單夾緊可靠，在夾具設(shè)計(jì)中常常得到了廣泛應(yīng)用，因?yàn)橄潴w類(lèi)零件結(jié)構(gòu)較大、形狀復(fù)雜，并且要求較高的生產(chǎn)效率，綜合以上幾種典型夾緊結(jié)構(gòu)，并考慮夾具設(shè)計(jì)的具體要求，在此選用液壓螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。液壓夾緊的本身所具有的優(yōu)點(diǎn)（1）與氣壓裝置相比，工作壓力高，夾緊結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)易。（2）油液不能夠壓縮，所以結(jié)構(gòu)剛性較大，但工作穩(wěn)定可靠。（3）噪聲小，工作環(huán)境好。1.4.4確定夾緊力的基本原則確定夾緊力就是要確定力的三要素力的作用點(diǎn)、力的方向和力的大小。（1）夾緊力作用點(diǎn)夾緊力作用點(diǎn)是夾緊元件和其接觸表面的位置，會(huì)影響到夾緊時(shí)工件的穩(wěn)定性和變形。1）保證夾緊力的作用點(diǎn)落在支撐平面內(nèi)，這樣才可以使正確的定位位置不變。2）保證夾緊力的作用點(diǎn)落在剛性較好的工件位置上，尤其是剛性差的工件。3）讓夾緊力的作用點(diǎn)最大可能的接近加工面，這樣可以提高夾緊力的可靠性，減少或去掉工件的振動(dòng)。（2）夾緊力作用方向1）要保證使夾緊力作用方向和工件主要定位基準(zhǔn)相互垂直，才能確定加工精度的要求。2）要保證夾緊力的作用方向能夠有利于減少夾緊力大小。（3）夾緊力要素的確定查教材可知，夾緊力計(jì)算公式是（1.1）上式中：——實(shí)際所需的夾緊力；——處于最大程度不利條件下，算出的夾緊力——安全系數(shù)，一般=1.5～3，粗加工時(shí)取大值，精加工時(shí)取小值。液壓螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，孔徑是12查閱機(jī)械手冊(cè)可得，夾緊力計(jì)算公式是（1.2）上式中：——手柄作用力——手柄長(zhǎng)度——螺紋中徑——螺紋升角——螺紋摩擦角——螺桿（螺母）端面和工件的摩擦系數(shù)——平頭螺桿端部直徑查工藝手冊(cè)可知：，=140mm，=10.863mm，讓=，=0.1，=0.8=0.812=9.6mm,其中為螺距，查工藝手冊(cè)可知，mm，（1.3）由公式（1.3）得：由此可求得夾緊力為由公式（1.2）得：=399N(4)切削力及扭矩的計(jì)算軸向力：（1.4）上式中：——在理想條件下求得的軸向力——修正系數(shù)，，，根據(jù)上面所算的結(jié)果可知：，故由公式（1.4）得：選擇修正系數(shù),可通過(guò)公式（1.4）求實(shí)際的軸向力是扭矩：其中，（1.5）根據(jù)工藝手冊(cè)中查材料查表知：，，，；又已知：mm/r，m/min，故由公式（1.5）得：基于所設(shè)計(jì)夾具的結(jié)構(gòu)，在加工工件上的孔時(shí)，切削力和扭矩大量產(chǎn)生，如果工件滿足夾緊方向的剛度要求，使其中軸向力方向和夾緊方向一樣，會(huì)有利于工件的定位夾緊，但要確保加工時(shí)不會(huì)發(fā)生變形；對(duì)另一個(gè)方向加工時(shí)產(chǎn)生的扭矩來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)夾具與工件之間的摩擦力矩、定位銷(xiāo)來(lái)進(jìn)行平衡[14]。綜上所述，此夾具設(shè)計(jì)是安全可靠的。1.4.5夾具材料的選擇對(duì)于夾具來(lái)說(shuō)，選擇材料時(shí)要考慮夾具的強(qiáng)度、硬度，韌性和耐磨性等。對(duì)于結(jié)構(gòu)件和壓板，螺桿螺母等，一般采用中低碳鋼；對(duì)于導(dǎo)向元件類(lèi)，比如定位和對(duì)刀元件等較易磨損類(lèi)，一般采用高碳鋼；對(duì)于耐磨性要求高、強(qiáng)度要求高的夾具元件，一般采用工具鋼。材料選擇為HT200的有：夾具體、導(dǎo)向架、左右力臂、上蓋。材料選擇為45鋼的有：壓板、定位銷(xiāo)、上墊。材料選擇為20C的有：定位銷(xiāo)、菱形定位銷(xiāo)、鉆套。1.4.6夾具的誤差分析（1）定位誤差在工序尺寸的方向上，加工表面相對(duì)于工序基準(zhǔn)的最大位移量，因?yàn)槎ㄎ徊粶?zhǔn)確而引起的，就是定位誤差。1）定位誤差的組成基準(zhǔn)不重合誤差、基準(zhǔn)位移誤差共同組成了定位誤差。在工序尺寸方向上，因?yàn)楣ば蚧鶞?zhǔn)和定位基準(zhǔn)不重合所引起的，工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)之間尺寸的最大變化量，是基準(zhǔn)不重合誤差[15]。在工序尺寸方向上，因?yàn)槎ㄎ桓钡闹圃煺`差或配合間隙所引起的，定位基準(zhǔn)的最大變化量，是定位基準(zhǔn)誤差。由公式可得：（1.6）2）定位誤差的計(jì)算通常通過(guò)定位元件來(lái)確定加工元件在夾具中的位置。當(dāng)定位誤差小于被要求的公差的1/5—1/3時(shí)，定位方案才是合理的。因此在計(jì)算夾具精度時(shí)可忽略不計(jì)。查閱手冊(cè)可得誤差計(jì)算公式是（1.7）所以由公式（1.7）得：μm因?yàn)楣ば蚧鶞?zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，故=0；所以由公式（1.6）得：1+0=1μm（2）安裝誤差加工工件時(shí)，鉆套對(duì)定位元件的位置尺寸會(huì)確定孔的具體位置，這時(shí)夾具安裝誤差值就只會(huì)被定位和安裝時(shí)產(chǎn)生的相互位置誤差對(duì)加工工件的加工尺寸的影響而影響。