A型齿轮油泵泵体安装板孔4×φ10钻夹具3D设计【三维SW】【含7张CAD图纸、文档全稿】

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S.N.Mellkote布什伍德拉夫机械工程学院，佐治亚理工学院，格鲁吉亚，美国研究所由于夹紧和加工，在工件和夹具的接触部位会产生局部弹性变形，使工件尺寸发生变化，进而影响工件的最终加工质量。这种效应可通过最小化夹具设计优化，夹紧力是一个重要的设计变量，可以得到优化，以减少工件的位移。本文提出了一种确定多夹紧夹具受到准静态加工部位的最佳夹紧力的新方法。该方法采用弹性接触力学模型代表夹具与工件接触，并涉及制定和解决方案的多目标优化模型的约束。夹紧力的最优化对工件定位精度的影响通过3-2-1式铣夹具的例子进行了分析。关键词：弹性 接触 模型 夹具 夹紧力 优化 前言 定位和夹紧的工件加工中的两个关键因素。要实现夹具的这些功能，需将工件定位到一个合适的基准上并夹紧，采用的夹紧力必须足够大，以抑制工件在加工过程中产生的移动。然而，过度的夹紧力可诱导工件产生更大的弹性变形 ，这会影响它的位置精度，并反过来影响零件质量。所以有必要确定最佳夹紧力，来减小由于弹性变形对工件的定位误差，同时满足加工的要求。在夹具分析和综合领域上的研究人员使用了有限元模型的方法或刚体模型的方法。大量的工作都以有限元方法为基础被报道参考文献1-8。随着得墨忒耳8，这种方法的限制是需要较大的模型和计算成本。同时，多数的有限元基础研究人员一直重点关注的夹具布局优化和夹紧力的优化还没有得到充分讨论，也有少数的研究人员通过对刚性模型9-11对夹紧力进行了优化，刚型模型几乎被近似为一个规则完整的形状。得墨忒耳12，13用螺钉理论解决的最低夹紧力，总的问题是制定一个线性规划，其目的是尽量减少在每个定位点调整夹紧力强度的法线接触力。接触摩擦力的影响被忽视，因为它较法线接触力相对较小，由于这种方法是基于刚体假设，独特的三维夹具可以处理超过6个自由度的装夹，复和倪14也提出迭代搜索方法，通过假设已知摩擦力的方向来推导计算最小夹紧力，该刚体分析的主要限制因素是当出现六个以上的接触力是使其静力不确定，因此，这种方法无法确定工件移位的唯一性。 这种限制可以通过计算夹具工件系统15的弹性来克服，对于一个相对严格的工件，该夹具在机械加工工件的位置会受夹具点的局部弹性变形的强烈影响。Hockenberger和得墨忒耳16使用经验的接触力变形的关系（称为元功能），解决由于夹紧和准静态加工力工件刚体位移。同一作者还考察了加工工件夹具位移对设计参数的影响17。桂 18 等 通过工件的夹紧力的优化定位精度弹性接触模型对报告做了改善，然而，他们没有处理计算夹具与工件的接触刚度的方法，此外，其算法的应用没有讨论机械加工刀具路径负载有限序列。李和Melkote 19和乌尔塔多和Melkote 20用接触力学解决由于在加载夹具夹紧点弹性变形产生的接触力和工件的位移，他们还使用此方法制定了优化方法夹具布局21和夹紧力22。但是，关于multiclamp系统及其对工件精度影响的夹紧力的优化并没有在这些文件中提到 。本文提出了一种新的算法，确定了multiclamp夹具工件系统受到准静态加载的最佳夹紧力为基础的弹性方法。该法旨在尽量减少影响由于工件夹紧位移和加工荷载通过系统优化夹紧力的一部分定位精度。接触力学模型，用于确定接触力和位移，然后再用做夹紧力优化，这个问题被作为多目标约束优化问题提出和解决。通过两个例子分析工件夹紧力的优化对定位精度的影响，例子涉及的铣削夹具3-2-1布局。1 夹具工件联系模型 11 模型假设该加工夹具由L定位器和带有球形端的c形夹组成。工件和夹具接触的地方是线性的弹性接触，其他地方完全刚性。工件夹具系统由于夹紧和加工受到准静态负载。夹紧力可假定为在加工过程中保持不变，这个假设是有效的，在对液压或气动夹具使用。在实际中，夹具工件接触区域是弹性分布，然而，这种模式的发展，假设总触刚度（见图1）第i夹具接触力局部变形如下： (1) 其中（j=x，y，z）表示，在当地子坐标系切线和法线方向的接触刚度第 19 页 共 15 页图1 弹簧夹具工件接触模型。 表示在第i个接触处的坐标系（j=x，y，z）是对应沿着xyz方向的弹性变形，分别 （j= x，y，z）的代表和切向力接触 ，法线力接触。12 工件夹具的接触刚度模型集中遵守一个球形尖端定位，夹具和工件的接触并不是线性的，因为接触半径与随法线力呈非线性变化 23。由于法线力接触变形作用于半径和平面工件表面之间，这可从封闭赫兹的办法解决缩进一个球体弹性半空间的问题。对于这个问题， 是法线的变形，在文献23 第93页中给出如下： （2）其中式中 和是工件和夹具的弹性模量，、分别是工件和材料的泊松比。切向变形沿着和切线方向）硅业切力距有以下形式文献23第217页 （3）其中、 分别是工件和夹具剪切模量一个合理的接触刚度的线性可以近似从最小二乘获得适合式 （2），这就产生了以下线性化接触刚度值：在计算上述的线性近似， （4） (5)正常的力被假定为从0到1000N，且最小二乘拟合相应的R2值认定是0.94。2夹紧力优化 我们的目标是确定最优夹紧力，将尽量减少由于工件刚体运动过程中，局部的夹紧和加工负荷引起的弹性变形，同时保持在准静态加工过程中夹具工件系统平衡，工件的位移减少，从而减少定位误差。实现这个目标是通过制定一个多目标约束优化问题的问题，如下描述。2.1 目标函数配方工件旋转，由于部队轮换往往是相当小17的工件定位误差假设为确定其刚体翻译基本上，其中 、和 是 沿，和三个正交组件（见图2）。图2 工件刚体平移和旋转工件的定位误差归于装夹力，然后可以在该刚体位移的范数计算如下： （6）其中表示一个向量二级标准。 但是作用在工件的夹紧力会影响定位误差。当多个夹紧力作用于工件，由此产生的夹紧力为,有如下形式： （7）其中夹紧力是矢量，夹紧力的方向矩阵，是夹紧力是矢量的方向余弦，、和 是第i个夹紧点夹紧力在、和方向上的向量角度（i=1、2、3.,C）。在这个文件中，由于接触区变形造成的工件的定位误差，被假定为受的作用力是法线的，接触的摩擦力相对较小，并在进行分析时忽略了加紧力对工件的定位误差的影响。意指正常接触刚度比，是通过（i=1，2L）和最小的所有定位器正常刚度相乘，并假设工件、取决于、的方向，各自的等效接触刚度可有下式计算得出（见图3），工件刚体运动，归于夹紧行动现在可以写成： (8)工件有位移，因此，定位误差的减小可以通过尽量减少产生的夹紧力向量 范数。因此，第一个目标函数可以写为：最小化 （9）要注意，加权因素是与等效接触刚度成正比的在、和 方向上。通过使用最低总能量互补参考文献15，23的原则求解弹性力学接触问题得出A的组成部分是唯一确定的，这保证了夹紧力和相应的定位反应是“真正的”解决方案，对接触问题和产生的“真正”刚体位移，而且工件保持在静态平衡，通过夹紧力的随时调整。因此，总能量最小化的形式为补充的夹紧力优化的第二个目标函数，并给出：最小化 （10）其中代表机构的弹性变形应变能互补，代表由外部力量和力矩配合完成，是遵守对角矩阵的， 和是所有接触力的载体。如图3 加权系数计算确定的基础内蒙古科技大学本科生毕业设计（外文翻译）2.2 摩擦和静态平衡约束在（10）式优化的目标受到一定的限制和约束，他们中最重要的是在每个接触处的静摩擦力约束。库仑摩擦力的法律规定（是静态摩擦系数）,这方面的一个非线性约束和线性化版本可以使用，并且19有： （11）假设准静态载荷，工件的静力平衡由下列力和力矩平衡方程确保（向量形式）： (12)其中包括在法线和切线方向的力和力矩的机械加工力和工件重量。2.3界接触力由于夹具工件接触是单侧面的，法线的接触力只能被压缩。这通过以下的的约束表（i=1，2,L+C） （13）它假设在工件上的法线力是确定的，此外，在一个法线的接触压力不能超过压工件材料的屈服强度（）。这个约束可写为： （i=1，2，,L+C） (14) 如果是在第i个工件夹具的接触处的接触面积，完整的夹紧力优化模型，可以写成：最小化 (15)3模型算法求解式（15）多目标优化问题可以通过求解约束24。这种方法将确定的目标作为首要职能之一，并将其转换成一个约束对。该补充（）的主要目的是处理功能，并由此得到夹紧力（）作为约束的加权范数最小化。对为主要目标的选择，确保选中一套独特可行的夹紧力，因此，工件夹具系统驱动到一个稳定的状态（即最低能量状态），此状态也表示有最小的夹紧力下的加权范数。 的约束转换涉及到一个指定的加权范数小于或等于，其中是 的约束，假设最初所有夹紧力不明确，要确定一个合适的。在定位和夹紧点的接触力的计算只考虑第一个目标函数（即）。虽然有这样的接触力，并不一定产生最低的夹紧力，这是一个“真正的”可行的解决弹性力学问题办法，可完全抑制工件在夹具中的位置。这些夹紧力的加权系数，通过计算并作为初始值与比较，因此，夹紧力式（15）的优化问题可改写为: 最小化 （16）由： (11)(14) 得。类似的算法寻找一个方程根的二分法来确定最低的上的约束, 通过尽可能降低上限，由此产生的最小夹紧力的加权范数。 迭代次数K，终止搜索取决于所需的预测精度和，有参考文献15： （17）其中表示上限的功能，完整的算法在如图4中给出。 图4 夹紧力的优化算法（在示例1中使用）。图5 该算法在示例2使用4 加工过程中的夹紧力的优化及测定上一节介绍的算法可用于确定单负载作用于工件的载体的最佳夹紧力，然而，刀具路径随磨削量和切割点的不断变化而变化。因此，相应的夹紧力和最佳的加工负荷获得将由图4算法获得，这大大增加了计算负担，并要求为选择的夹紧力提供标准， 将获得满意和适宜的整个刀具轨迹 ，用保守的办法来解决下面将被讨论的问题，考虑一个有限的数目（例如m）沿相应的刀具路径设置的产生m个最佳夹紧力，选择记为， ， ,在每个采样点，考虑以下四个最坏加工负荷向量： (18)、和表示在、和方向上的最大值，、和上的数字1，2，3分别代替对应的和另外两个正交切削分力，而且有：虽然4个最坏情况加工负荷向量不会在工件加工的同一时刻出现，但在每次常规的进给速度中，刀具旋转一次出现一次，负载向量引入的误差可忽略。因此，在这项工作中，四个载体负载适用于同一位置，（但不是同时）对工件进行的采样 ，夹紧力的优化算法图4，对应于每个采样点计算最佳的夹紧力。夹紧力的最佳形式有： (i=1,2,m) (j=x,y z,r) (19)其中是最佳夹紧力的四个情况下的加工负荷载体，(C=1，2，C)是每个相应的夹具在第i个样本点和第j负荷情况下力的大小。是计算每个负载点之后的结果，一套简单的“最佳”夹紧力必须从所有的样本点和装载条件里发现，并在所有的最佳夹紧力中选择。这是通过在所有负载情况和采样点排序，并选择夹紧点的最高值的最佳的夹紧力，见于式 （20）： （k=1，2，C） （20）只要这些具备，就得到一套优化的夹紧力，验证这些力，以确保工件夹具系统的静态平衡。否则，会出现更多采样点和重复上述程序。在这种方式中，可为整个刀具路径确定“最佳”夹紧力 ，图5总结了刚才所描述的算法。请注意，虽然这种方法是保守的，它提供了一个确定的夹紧力，最大限度地减少工件的定位误差的一套系统方法。5影响工件的定位精度它的兴趣在于最早提出了评价夹紧力的算法对工件的定位精度的影响。工件首先放在与夹具接触的基板上，然后夹紧力使工件接触到夹具，因此，局部变形发生在每个工件夹具接触处，使工件在夹具上移位和旋转。随后，准静态加工负荷应用造成工件在夹具的移位。工件刚体运动的定义是由它在、和方向上的移位和自转（见图2），如前所述，工件刚体位移产生于在每个夹紧处的局部变形，假设为相对于工件的质量中心的第i个位置矢量定位点，坐标变换定理可以用来表达在工件的位移，以及工件自转如下: (21)其中表示旋转矩阵,描述当地在第i帧相联系的全球坐标系和是一个旋转矩阵确定工件相对于全球的坐标系的定位坐标系。假设夹具夹紧工件旋转，由于旋转很小，故也可近似为： （22） 方程（21）现在可以改写为： （23）其中是经方程（21）重新编排后变换得到的矩阵式，是夹紧和加工导致的工件刚体运动矢量。工件与夹具单方面接触性质意味着工件与夹具接触处没有拉力的可能。因此，在第i装夹点接触力可能与的关系如下： （24）其中是在第i个接触点由于夹紧和加工负荷造成的变形，意味着净压缩变形，而负数则代表拉伸变形; 是表示在本地坐标系第i个接触刚度矩阵，是单位向量. 在这项研究中假定液压/气动夹具，根据对外加工负荷，故在法线方向的夹紧力的强度保持不变，因此，必须对方程（24）的夹紧点进行修改为： （25）其中是在第i个夹紧点的夹紧力，让表示一个对外加工力量和载体的61矢量。并结合方程（23）（25）与静态平衡方程，得到下面的方程组： （26）其中，其中表示相乘。由于夹紧和加工工件刚体移动，q可通过求解式（26）得到。工件的定位误差向量， （见图6），现在可以计算如下： （27） 其中是考虑工件中心加工点的位置向量，且 6模拟工作 较早前提出的算法是用来确定最佳夹紧力及其对两例工件精度的影响例如：1适用于工件单点力。2应用于工件负载准静态铣削序列 如左图7 工件夹具配置中使用的模拟研究 工件夹具定位联系; 、和全球坐标系。 3-2-1夹具图7所示，是用来定位并控制7075 - T6铝合金（127毫米127毫米38.1毫米）的柱状块。假定为球形布局倾斜硬钢定位器/夹具在表1中给出。工件夹具材料的摩擦静电对系数为0.25。使用伊利诺伊大学开发EMSIM程序参考文献26 对加工瞬时铣削力条件进行了计算，如表2给出例（1），应用工件在点（109.2毫米，25.4毫米，34.3毫米）瞬时加工力，图4中表3和表4列出了初级夹紧力和最佳夹紧力的算法 。该算法如图5所示 ，一个25.4毫米铣槽使用EMSIM进行了数值模拟，以减少起步（0.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）和结束时（127.0毫米，25.4毫米，34.3毫米）四种情况下加工负荷载体，（见图8）。模拟计算铣削力数据在表5中给出。图8最终铣削过程模拟例如2。表6中5个坐标列出了为模拟抽样调查点。最佳夹紧力是用前面讨论过的排序算法计算每个采样点和负载载体最后的夹紧力和负载。7结果与讨论例如算法1的绘制最佳夹紧力收敛图9，图9对于固定夹紧装置在图示例假设（见图7），由此得到的夹紧力加权范数有如下形式：.结果表明，最佳夹紧力所述加工条件下有比初步夹紧力强度低得多的加权范数，最初的夹紧力是通过减少工件的夹具系统补充能量算法获得。由于夹紧力和负载造成的工件的定位误差，如表7。结果表明工件旋转小，加工点减少错误从13.1到14.6不等。在这种情况下，所有加工条件改善不是很大，因为从最初通过互补势能确定的最小化的夹紧力值已接近最佳夹紧力。图5算法是用第二例在一个序列应用于铣削负载到工件，他应用于工件铣削负载一个序列。最佳的夹紧力，对应列表6每个样本点，随着最后的最佳夹紧力，在每个采样点的加权范数和最优的初始夹紧力绘图10，在每个采样点的加权范数的，和绘制。结果表明，由于每个组成部分是各相应的最大夹紧力，它具有最高的加权范数。如图10所示，如果在每个夹紧点最大组成部分是用于确定初步夹紧力，则夹紧力需相应设置，有比相当大的加权范数。故是一个完整的刀具路径改进方案。上述模拟结果表明，该方法可用于优化夹紧力相对于初始夹紧力的强度，这种做法将减少所造成的夹紧力的加权范数，因此将提高工件的定位精度。图108结论该文件提出了关于确定多钳夹具，工件受准静态加载系统的优化加工夹紧力的新方法。夹紧力的优化算法是基于接触力学的夹具与工件系统模型，并寻求尽量减少应用到所造成的工件夹紧力的加权范数，得出工件的定位误差。该整体模型，制定一个双目标约束优化问题，使用-约束的方法解决。该算法通过两个模拟表明，涉及3-2-1型，二夹铣夹具的例子。今后的工作将解决在动态负载存在夹具与工件在系统的优化，其中惯性，刚度和阻尼效应在确定工件夹具系统的响应特性具有重要作用。9参考资料：1、J. D. Lee 和L. S. Haynes .柔性夹具系统的有限元分析交易美国ASME，工程杂志工业 ：134-139页。2、W. Cai, S. J. Hu 和J. X. Yuan .“柔性钣金夹具：原理，算法和模拟”，交易美国ASME，制造科学与工程杂志 ：1996 318-324页。3、P. Chandra, S. M. Athavale, R. E. DeVor 和S. G. Kapoor.“负载对表面平整度的影响”工件夹具制造科学研讨会论文集1996，第一卷：146-152页。4、R. J. Menassa 和V. R. DeVries.“适用于选拔夹具设计与优化方法，美国ASME工业工程杂志：113 、 412-414，1991。5、A. J. C. Trappey, C. Su 和J. Hou.计算机辅助夹具分析中的应用有限元分析和数学优化模型， 1995 ASME程序，MED： 777-787页。6、 S. N. Melkote, S. M. Athavale, R. E. DeVor, S. G. Kapoor 和J. Burkey .“基于加工过程仿真的加工装置作用力系统研究”， NAMRI/SME：207214页, 19957、“考虑工件夹具，夹具接触相互作用布局优化模拟的结果” 341-346，1998。 8、E. C. DeMeter. 快速支持布局优化，国际机床制造， 硕士论文 1998。9、Y.-C. Chou, V. Chandru, M. M. Barash .加工夹具机械构造的数学算法：分析和合成，美国ASME，工程学报工业“：1989 299-306页。10、S. H. Lee 和 M. R. Cutkosky. 具有摩擦性的夹具规划 美国ASME，工业工程学报：1991，320327页。11、S. Jeng, L. Chen 和W. Chieng.“最小夹紧力分析”，国际机床制造，硕士论文 1995年。12、E. C. DeMeter.加工夹具的性能的最小最大负荷标准 美国ASME，工业工程杂志 ：199413、E. C. DeMeter .加工夹具最大负荷的性能优化模型 美国ASME，工业工程杂志 1995。14、JH复和AYC倪.“核查和工件夹持的夹具设计”方案优化，设计和制造，4，硕士论文： 307-318，1994。15、T. H. Richards、埃利斯 霍伍德.1977,应力能量方法分析，1977。16、M. J. Hockenberger and E. C. DeMeter. 对工件准静态分析功能位移在加工夹具的应用程序，制造科学杂志与工程： 325331页, 1996。南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 学 号： 系 部： 专 业： 题 目：A型齿轮油泵泵体安装板孔 410钻夹具3D设计【三维SW】 指导者： (姓 名) (专业技术职务) 注：打印时删除评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 注：打印时删除注： 20 年 月 南 京II南京工程学院毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书（论文）中文摘要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。该论文的设计任务是加工零件（A型齿轮油泵泵体）上的四个孔，。由于该零件属于大批量生产，钻孔精度要求较高，所以设计一个专用的钻床夹具，保证零件的加工质量。由于夹具的利用率高，经济性好，使用元件的功能强并且数量少，配套费用低，降低了生产成本；采用夹紧装置，缩短停机时间，提高生产效率。设计钻床夹具，首先要仔细分析加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案；在满足加工精度的条件下，合理的进行安装、定位、夹紧；在完成夹具草图后，进一步考虑零件间的连接关系和螺钉、螺母、定位销等的固定方式，设计合理的结构实现各零部件间的相对运动；根据各零件的使用要求，选择相应的材料。关键词 夹具；钻床夹具；精度；CAD南京工程学院毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书（论文）外文摘要Title A type gear pump mounting plate hole 4 x Phi 10 fixture SolidWork 3D design AbstractMachining fixture is an indispensable component, the development of high speed, high efficiency, precision, complex, intelligent, environmentally friendly direction in machine technology driven, fixture technology is moving towards high precision, high efficiency, module, combination, general, economic development.The design task of the thesis is to machining parts (A gear pump) four holes,. Because this is a part of mass production, high drilling precision, so the design of a special drilling jig, ensure the machining quality of parts. Because the fixture utilization rate is high, the economy is good, the use of functional components and a small number of supporting, low cost, reduce the production cost; the clamping device, reduce downtime, improve production efficiency.The design of drilling jig, first to require careful analysis of parts of the processing technology, using the basic principle and method of fixture design, the proposed design scheme of fixture; in the condition of satisfying the processing precision, reasonable installation, positioning, clamping fixture; after the completion of a sketch, consider the fixed connection relations between parts and screws, nut, a positioning pin, the rational design of the structure to realize the relative motion between the parts; according to the requirements of use of parts, select the appropriate materials.Keywords fixture; drilling jig; precision; CAD目 录第1章 绪 论11.1机床夹具的现状11.2 夹具的特点11.3 机床夹具的发展方向2第2章 钻床夹具的总体设计42.1 设计任务42.2 夹具的设计步骤52.3 钻床夹具的设计7第3章 夹具的工作原理与结构设计103.1 对定位元件的基本要求103.2 定位方案与定位元件103.3 夹紧103.4 夹紧方案的选择113.4.1 钻削切削力123.4.2 实际所需夹紧力的计算133.4.3夹紧方案163.5 夹具的使用方法18第4章 钻床夹具体及夹具零件的设计194.1 夹具体的要求194.2 夹具体毛坯的类型194.3 钻模板以及钻套的设计20第5章 夹具误差的计算255.1 角度尺寸公差255.2 定位误差255.3 工件在夹具上加工的精度分析265.4 夹具误差的计算275.5 夹具三维设计31结论35致谢36参考文献3837南京工程学院毕业设计说明书（论文）第1章 绪 论1.1机床夹具的现状夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020左右，为了适应科学技术的快速发展，我们在短短几年内需更新大量的专用夹具，这样即提高了加工的成本，也造成了材料的浪费，为了减少这种情况，我们可以采用数控机床的柔性化制造技术。1.2 夹具的特点1）保证工件的加工精度专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸，公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。2）提高生产效率专业夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应，应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的高效夹紧装置，以缩短辅助时间，以提高生产效率。3）工艺性好专用夹具的结构简单，合理，便于加工，装配，检验和维修。专用夹具的生产属于小批量生产。4）使用性好专用夹具的操作应简单，省力，安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑机构。5）经济型好除考虑专用夹具本身结构简单，标准化程度高，成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。确定各表面加工方案，在选择各表面孔的加工方法时，需综合考虑以下因素：（1）要考虑各表面的精度和质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。（2）根据生产类型来选择，在大批量生产中可使用专用的高效率的设备；在单件小批量生产中则使用常用设备和一般加工方法。（3）要考虑被加工材料的性质。（4）要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有的加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。（5）此外，还要考虑一些其他因素，如加工表面的物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。1.3 机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向：主要表现为标准化、精密化、高效化、柔性化和模块化等五个方面。（1）标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。（2）精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5m。（3）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。（4）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。（5）模块化 模块化的设计省时、节能，体现在各种先进夹具的系统中，为夹具的计算机辅助设计与组装打下了坚实的基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库和用户使用档案库，可进行夹具优化设计，进行夹具的三维实体组装。模拟仿真刀具的切削过程，为用户提供正确、合理的配套方案，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。第2章 钻床夹具的总体设计2.1 设计任务本设计的主要任务是设计一个钻床夹具，在零件端面上钻四个大小相同，相互对称的孔，另外在侧壁上钻一个孔，为了使钻孔的位置精确，必须对零件进行固定定位，提高加工精度，使之满足使用要求。专用夹具设计，方便加工及装卸，节省时间，提高工作效率。被加工零件如下图： 图2-1 被加工零件及需要加工的孔被加工零件安装到夹具上应对上端面和下部面进行定位，因为在钻端面上的四个孔时，可能发生零件的左右移动，所以采用芯轴定位，因此需要一个夹紧装置将夹具连接起来，同时需要设置一个转轴实现夹具的旋转，在加工过程中采用加长钻套进行钻孔，满足设计要求。2.2 夹具的设计步骤1）明确设计任务书与收集设计材料夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内容主要是了解工件的特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。其次是根据设计任务书收集有关材料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和装订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计样图，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。2）拟定夹具结构方案与绘制夹具草图A）确定工件的定位方案，设计定位装置。B）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。C）确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。D）确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。E）确定和设计其它装置及元件的结构型式，如分度装置、定位装置及吊装元件等。F）确定夹具体的结构型式及夹具在机床上的安装方式。G）绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。3） 进行必要的分析计算工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较好的方案。4） 审查方案与改进设计夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。5） 绘制夹具装配总图夹具的总装配图应按国家标准绘制。绘图比例尽量采用1:1. 主视图按夹具面对操作者的反向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。夹具总图的绘制次序如下：A） 用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具的线条。B） 依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。C） 标注必要的尺寸、公差和技术要求。D） 编制夹具明细表及标题栏完整的夹具装配总图可参阅夹具图册。6） 绘制夹具零件图夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。2.3 钻床夹具的设计钻床夹具装配图，如图2-2a、2-2b、2-2c所示。如图2-2a，钻床夹具装配图的主视图，采用铸造型的夹具体，盖板15、中间板18、底板19 ，材料均为灰铸铁（HT200）；开槽圆柱头螺钉六角螺母的作用，用来装卸零件；长型固定钻套固定在钻模板上 ，用开槽圆柱头螺钉和定位销进行连接、固定、定位。 2-2a 钻床夹具主视图 在图2-2b，钻床夹具装配图的俯视图中，可以清楚的看到，为了钻零件端面上四个孔时设计的可换钻套11与钻套用螺钉10在盖板上的位置；设计了一个装配把手21，它与盖板连接压紧螺钉8、六角螺母9是压板下面部分的剖视，可以看出与螺杆的连接情况；六角头螺栓12的作用是连接压板和支板 2-2b 钻床夹具俯视图在图2-2c，钻床夹具装配图的左视图中，可以清楚的看到整个夹紧装置和它的连接情况，压板支板、轴压板和轴的连接处，采用螺纹，将旋转运动转化为直线运动，传动效率高、定位准确、自锁性等特点，夹紧后，钻孔的过程中，即使有振动，也不会出现打滑的现象；中间板剖视后可以清楚的看到轴的形状，采用梯形轴，方便安装，的轴起到一个定位的作用，使压板左右对称，在夹紧过程中，不会因为位置偏移，影响加工精度2-2c 钻床夹具左视图第3章 夹具的工作原理与结构设计3.1 对定位元件的基本要求1) 足够的精度由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的，定位元件上限位基面的精度直接影响工件的定位精度，因此，限位基面应有足够的精度，以适应加工的要求。2) 足够的强度和刚度定位元件不仅限制工件的自由度，还有支撑元件、承受夹紧力和切削力的作用，因此，因有足够的强度和刚度，以免使用中变形或损毁。3) 耐磨性好工件的装卸会磨损定位元件的限位基面，导致定位精度下降。定位精度下降到一定程度时，定位元件必须更换，否则，夹具不能继续使用。为了延长定位元件的更换周期，提高夹具的使用寿命，定位元件应有较好的耐磨性。4) 工艺性好定位元件的结构应力求简单、合理，便于加工、装配和更换。3.2 定位方案与定位元件工件在夹具中定位的任务是：使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置，工件位置的正确与否，用加工要求来衡量，能满足加工要求的为正确，不能满足加工要求的为不正确。一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，也不必要求它们完全一致，但各个工件的位置变动量必须控制在加工误差所允许的范围之内。3.3 夹紧对夹紧装置的基本要求：1） 夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。2） 夹紧力的大小适当，一批工件的夹紧力要稳定不变。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要是工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。3） 夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。工件生产批量越大，允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。工艺性好，使用性好。其结构力求简单，便于制造和维修。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：（1） 工件不移动原则 夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。（2） 工件不变形原则 夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。（3） 工件不振动原则 对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。（4） 安全可靠原则 夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。（5） 经济实用原则 夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。夹紧机构-传递夹紧力，它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。要使动力装置所产生的力或人力正确地作用到工件上，需有适当的传递机构。在工件夹紧过程中起力的传递作用的机构，称为夹紧机构。夹紧机构在传递力的过程中，能根据需要改变力的大小、方向和作用点。手动夹具的夹紧机构还应具有良好的自锁性能，以保证人力的作用停止后，仍能可靠地夹紧工件。3.4 夹紧方案的选择本设计是一个钻床夹具，加工4个孔，由于钻孔精度要求较高，必须保证在钻孔过程零件保持不动，所以必须设计夹紧装置。根据题目所需，在毕业设计过程中，设计过两种夹紧方案，现在分析两种方案的优劣，选择更适合的一种。首先计算钻孔的切削力，然后计算实际夹紧力。3.4.1 钻削切削力需要钻孔零件的材料为10号钢，优质碳素结构钢，钢材的平均含碳量为0.1%。10号钢力学性能：抗拉强度 ；屈服强度 ；伸长率 25%；断面收缩率 5%；硬度：未热处理156HB。钻削切削力的计算公式如表3-3：表3-3 钻削切削力的计算公式工件材料加工方法刀具材料切削扭矩计算公式切削力计算公式结构钢和铸钢=736MPa 钻 高速钢 扩钻耐热钢（HB141） 钻灰铸铁（HB190）硬质合金 扩钻 高速钢可锻铸铁（HB120）钻硬质合金铜合金高速钢钻削时的进给量f：0.150.32mm/转，取f=0.2mm/转由表3-3可知，切削扭矩的计算公式 （式3-1）为修正参数，它的计算公式因为10号钢的抗拉强度 ，取 （3-2） （式3-3）孔，带入式3-1得： （3-4）由表3-3可知，切削力的计算计算公式如下，其中f=0.2mm/转 （式3-5） 计算孔的切削力，带入式3-3得： （3-7）3.4.2 实际所需夹紧力的计算计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。根据工件受切削力、夹紧力（大型工件还应考虑工件重力，运动的工件还应考虑惯性力等）的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： （式3-8）式中 实际所需夹紧力（N）； 在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力（N）； 安全系数。安全系数K可按下试计算： （式3-9）式中，为各种因素的安全系数，如表3-1。表3-1 安全系数的数值符号考虑的因素系数值考虑工件材料及加工余量均匀性的安全系数1.21.5 加工性质粗加工1.2精加工1.0刀具钝化程度（详见表3）1.01.9切削特点连续切削1.0断续切削1.2夹紧力的稳定性手动夹紧1.3机动夹紧1.0 手动夹紧的手柄位置操作方便1.0操作不方便1.2仅有力矩使工件回转时，工件与支撑面接触的情况接触点稳定1.0接触点不稳定1.5若安全系数K的计算结果小于2.3时，取K=2.5。钻孔时，根据表3-1、表3-2，带入式3-6，计算相应的安全系数得： （式3-10）表3-2 安全系数加工方法切削力分力情况K钻削铸铁钢1.151.15粗扩（毛坯）1.01.01.31.3精扩1.21.21.21.2粗车或粗镗1.01.01.21.41.251.6精车或精镗1.051.01.41.051.31.0圆周铣削（粗、精）1.21.41.61.8(含碳量小于0.3%)1.21.4(含碳量大于0.3%)端面铣削（粗、精）1.21.41.61.8(含碳量小于0.3%)1.21.4(含碳量大于0.3%)磨削1.151.2拉削F1.53.4.3夹紧方案图3-2 夹紧机构夹紧力和夹紧扭矩的计算公式如下： （式3-10） （式3-11） 式中 夹紧力（N）； 夹紧扭矩（N*m）； 作用力（N）； 摩擦系数（表面光滑f=0.16）； 螺纹或端面凸轮升角（此处）计算夹紧扭矩，代入式3-8得： （式3-12）计算理论夹紧力，代入式3-11、3-12得： （3-13）计算实际夹紧力，代入式3-5得： （3-14）计算摩擦力 （3-15）因为 ，所以钻孔过程中不会发生滑动，夹紧力合适，夹紧机构满足设计要求。3.5 夹具的使用方法夹具的大体结构（从下到上）：凸台和底板为一体，锥形块和中间板、转动部分为一体，靠凸台和转动部分保证夹具上部的水平，零件的外圆柱面和圆锥台的圆锥面接触找正定心，盖板和心轴为一体，零件靠盖板、心轴和锥形块定位。当压板处于放松状态时，可提起装配压紧盖板，钻头可一次钻零件端面上的四个大小相同、沿中心阵列的孔；加工好端面上的四个孔后，抓紧装配把手，使夹具旋转90度，用于钻侧壁上的孔，由于孔的加工精度要求高，需要用相关仪器检测夹具是否旋转90度，如果旋转度数不够，可在B面用垫片调整高度，直至满足要求；加工完成后，旋转回原来的位置，沿反方向旋转螺纹头凸肚手柄，使压板放松，提起装配把手，卸下零件，至此完成一个零件的加工。第4章 钻床夹具体及夹具零件的设计4.1 夹具体的要求1）有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面（与机床相连接的表面）等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。2） 有足够的强度和刚度加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹具体不产生变形和振动，夹具体应有足够的强度和刚度。因此夹具体需要有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强筋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体。3） 结构工艺性好夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为415mm。夹具体结构型式应便于工件的装卸，分为开式结构、半开式结构、框架式结构等。4） 排屑方便切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。可以在夹具体开排屑槽、在夹具体下部设置排屑斜面。5） 在机床上安装稳定可靠夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。接触边或支脚的宽度应大于机床工作台梯形槽的宽度，应一次加工出来，并保证一定的平面精度；当夹具在机床主轴上安装时，夹具安装基面与主轴相应表面应有较高的配合精度，并保证夹具体安装稳定可靠。4.2 夹具体毛坯的类型1） 铸造夹具体铸造夹具体的优点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。常用材料为灰铸铁（如HT200），要求强度高时用铸钢（如ZG270-500），要求重量轻时铸铝（如ZL104）。目前铸造夹具体应用较多。2） 焊接夹具体焊接夹具体，它由钢板、型材焊接而成，这种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻（壁厚比铸造夹具体薄）。但焊接夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。3） 锻造夹具体锻造夹具体，它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。锻造后也需经退火处理。此类夹具体应用较少。4） 型材夹具体小型夹具体可以直接用板料、棒料、管料等型材加工装配而成。这类夹具体取材方便、生产周期短、成本低、重量轻，如各种心轴类夹具的夹具体及钢套钻模夹具体。在该毕业设计中采用铸造夹具体，盖板、中间板、底板的材料均采用灰铸铁（HT200）。HT200指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁，是较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性、减振性均较好，铸造性能也较好，使用前需要进行人工时效处理，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。工作条件:1.承受较大应力的零件（弯曲应力0.49MPa（大于10t在磨损下工作的大型铸件压力1.47MPa）；3.要求一定的气密性或耐弱腐蚀性介质。4.3 钻模板以及钻套的设计1、钻模板钻模板结构形式的选择：在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易。钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模板上的正确位置。常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式（1）固定式钻模板 固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相连接。采用这种钻模板钻孔，位置精确度较高。（2）铰链式钻模板 铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。翻转：装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形销定位。夹紧：采用铰链式钻模板，工件可以在夹具上方装入，装卸工件方便；但翻转钻模板费工费时，效率较低，且钻模板位置精度受铰链间隙影响，钻孔位置精度不高；它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。（3）悬挂式钻模板 悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的，悬挂式钻模板通常用在多轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批量生产中应用。2、钻套钻套是钻模上特有的元件，它的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜，保证被加工孔的位置精度和提高工艺系统的刚度。根据使用特点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式。（1） 固定钻套 固定钻套（如图4-1）直接被压在钻模板上，其位置精度要求较高，但磨损后不易更换，钻模板较薄时，为使钻套具有足够的引导长度，应采用有肩钻套。图4-1 固定钻套（2）可换钻套 可换钻套（如图4-2）用于零件单一、大批量生产中，方便更换磨损的钻套。钻套和衬套之间采用F7/m6或F7/k6配合，衬套和钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止钻套加工时转动及退刀时脱出。图4-2 可换钻套（3） 快换钻套 在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个加工工步，需要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套（如图4-3）。更换钻套时，只需逆时针转动钻套使削边平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套自动脱出。图4-3 快换钻套（4） 特殊钻套 因工件的形状或被加工孔的位置需要而不能使用标准钻套时，需自行设计的钻套称为特殊钻套。图4-4加长钻套为常见的特殊钻套，在加工凹面上的孔时使用，为减少刀具与钻套的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大，钻套的高度H增大，则导向性能好，刀具刚度提高，加工精度高，但钻套与刀具的磨损加剧，一般取H=12.5d。图4-4 加长钻套3、 钻模板和钻套的具体设计该夹具用于零件的大批量生产，在钻孔的过程中，钻套经常发生磨损，如果设计成固定钻套，在使用一段时间后，磨损的钻套会影响零件的加工精度。当单一钻孔、大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。在保证钻模板有足够刚度的前提下，要尽量减轻其重量。在生产中，钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在1030mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。此外，钻模板一般不宜承受夹紧力。此处，钻模板的厚度设计为25mm，满足加工要求。钻套和衬套之间采用配合，衬套和钻模板之间采用配合，因为加工四个孔的位置精度为，精度要求高，所以钻套的孔采用五级精度（）。当钻套磨损后，可卸下钻套用的螺钉，更换新的钻套。钻零件侧面上直径为8mm的孔：钻模板的厚度设计为15mm，由于钻模板和零件的钻孔表面距离相对较远，为保证钻孔精度，采用加长钻套；排屑空间h指钻套底部与工件表面之间的空间。增大h值，排屑方便，但刀具的刚度和孔的加工精度都会降低。钻削易排屑的钢件时，常取h=(0.30.7)d；钻削较难排屑的钢件时，常取h=（0.71.5）d。此处，因为零件精度要求较高，排屑空间取零，使切屑全部从钻套中排出。衬套和钻模板之间采用配合，因为加工孔的垂直度为，精度要求高，所以钻套的孔采用五级精度（）。钻模板与夹具的连接固定：钻模板支撑钻套，对钻套进行固定。因为螺钉固定有空隙会产生误差，影响加工精度，所以将螺钉用在连接固定上，再加上圆锥销进行固定，使钻模板与夹具体紧密结合，避免加工时螺钉松动产生误差，影响加工。第5章 夹具误差的计算5.1 角度尺寸公差规定了未注出公差的角度尺寸的极限偏差数值；适用于金属切削加工的尺寸，也适用于一般的冲压加工的尺寸，非金属材料和其他工艺方法加工的尺寸可参照采用。一般公差分精密、中等、粗糙、最粗共4个公差等级，按未注公差的线性尺寸和角度尺寸分别给出了各公差等级的极限偏差数值。表5-1 角度尺寸的极限偏差数值公差等级长度分段mm10105050120120400400精密f中等m粗糙c最粗v5.2 定位误差一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件及定位元件存在加工误差，使各个工件所占据的位置不完全一致，加工后加工尺寸不一致，形成定位误差，用表示。造成定位误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差；二是定位基准与限位基准不重合，由此产生基准位移误差。由于定位基准与工序基准不重合以及定位基准与限位基准不重合是造成定位误差的原因，因此，定位误差是基准不重合误差与基准位移误差的合成。计算时，和计算出和，然后将两者合成而得。合成时，若工序基准不在定位基面上（工序基准与定位基面为两个独立的表面），即与无相关公共变量，则=+。若工序基准在定位基面上，即与有相关公共变量，则=。在定位基面尺寸变动方向一定（由大到小，由小到大）的条件下，（或定位基准）与（或工序基准）的变动方向相同，取“+”号；变动方向相反，取“-”号。5.3 工件在夹具上加工的精度分析1. 影响加工精度的因素 图5-1 工件在夹具上加工时影响加工精度的主要因素如图5-1所示，用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度有关的因素，有定位误差、对刀误差、夹具在机床上的安装误差和夹具误差。在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，从而形成总的加工误差。5.4 夹具误差的计算1) 定位误差机床夹具的主要功能：在机床上加工工件时，先将工件装好，然后用夹具夹紧工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹紧，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度，因此，准确定位就是很重要的一个环节，现在需计算定位误差。根据图4-1和图5-2可知，第一基准中心线，第二基准B面。钻孔 定位基准中心线；限位基准中心线；工序基准中心线。钻孔 定位基准中心线、B面；限位基准中心线。孔的钻模板长度为40mm，公差等级按中等m设计，根据表5-1（角度尺寸的极限偏差数值）中得，钻孔的定位误差为钻孔时的角度公差为。2) 对刀误差因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。钻头与钻套间的间隙，会引起钻头的位移或倾斜，造成加工误差。图5-3 钻模对刀误差钻模对刀误差的计算如图5-3所示，刀具与钻套的最大配合间隙的存在会引起刀具的偏斜，将导致加工孔的偏移量式中 B工件厚度； H钻套高度； H排屑空间的高度。工件厚度大时，按计算对刀误差：；工件薄时，按计算对刀误差：。钻孔 钻套导向尺寸为，钻头尺寸为。3) 夹具安装误差因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。图5-2中夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差，=0.4) 夹具误差因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。夹具误差主要包括定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；定位元件相对于对刀或导向元件（包含导向元件之间）的尺寸或位置误差；导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；若有分度装置时，还存在分度误差。以上几项共同组成夹具误差。图5-2中，钻端面4个孔时，保证位置精度。按IT3级，影响尺寸的夹具误差的定位面到导向孔轴线的尺寸误差=0.008，及导向孔对安装基面B的垂直度=0.004.钻的孔时，保证垂直度。按IT4级，影响尺寸的夹具误差的定位面到导向孔轴线的尺寸误差=0.010，及导向孔对安装基面B的垂直度=0.005.5) 加工方法误差因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的1/3.计算时可设。2. 保证加工精度的条件工件在夹具中加工时，总加工误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是即工件的总加工误差应不大于工件的加工尺寸。为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量。因此将上式改写为或 当时，夹具能满足工件的加工要求。值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值确定得是否合理。3.钻孔的加工精度计算在图5-2所示钻模上钻A型齿轮油泵泵体的孔时，加工精度的计算列于表5-2中。表5-2 用钻模钻孔的加工精度计算误差名称误 差计算加工要求位置度 mm垂直度 mm00.0087 mm0.011 mm0.0185 mm000.008+0.004 （mm）0.010+0.005 (mm)0.0067 mm0.013 mm0.0157 mm0.0267 mm0.0043 mm0.0133 mm由表5-2可知，该钻模能满足工件的各项精度要求，且有一定的精度储备。5.5 夹具三维设计 结论该毕业设计对钻床夹具进行了一定的研究，在设计过程中定位方案和夹紧装置是两个重点也是两个难点。该论文的主要任务是设计一个钻床夹具，在零件端面上钻四个孔，另外在侧壁上钻一个孔，为了使钻孔的位置精确，必须对零件进行安装、定位、夹紧。在钻头钻孔的过程中，切削力和切削扭矩可能会是零件发生相对运动，影响加工精度，因此需要用夹紧装置将零件夹紧。常用的夹紧装置有：偏心夹紧机构、斜锲夹紧机构、螺旋夹紧机构、弹性夹头、弹性薄壁夹盘、压板夹紧机构等等。在钻孔过程中，振动可能会是偏心夹紧机构出现松动的情况，所以根据题目所需采用压板夹紧机构，运用杠杆的原理进行夹紧和放松。在设计过程中采用了大量的标准件，这样可以降低夹具的生产成本，使该钻床夹具更经济；由于使用专用的夹具，大批量生产单一的零件，即保证了零件的加工精度又提高了零件的生产效率；达到了经济、高效的目的。致谢经过了两个多月的学习和努力，在老师的悉心指导和严格要求下，我终于完成了钻床夹具设计的论文。从课题选择、方案论证到具体设计，每一步对我来说无疑是巨大的尝试和挑战，也成就了我在大学期间独立完成的最大的项目。记得在刚接到这个课题时，由于夹具设计以及相关知识不是很了解，我都有些茫然不知所措，不知从何入手，于是我给自己提出了一系列问题：如何做毕业设计、做毕业设计的要求、我要设计一个怎样的夹具、要达到什么样的效果、实现什么样的功能、与那些专业知识有关联等。后来，在老师的引导下，我清楚要做好毕业设计，必须了解相关的专业知识，去图书馆查阅相关资料、上网去了解钻床夹具的最新动向。在具体设计的过程中，我遇到了很多问题，比如：加工零件时，我应该如何定位，才能满足要求，又能使工人师傅加工方便、快捷、高效。于是我不断地给自己提出新的想法，然后去论证这种想法的使用性，在这个循环往复的过程中，我学到了很多东西，同时毕业设计也在一天天的完成中。虽然我的设计作品不是很成熟，参考了很多资料仍然还有很多不足之处，但我心里有一种莫大的幸福感，因为我实实在在地走过了一个完整的设计所应该走的每一个过程，并且享受了每一个过程，更重要的是这个设计中我加入了自己鲜活的思想。在整个毕业设计的过程中，我学到的不仅仅是毕业设计本身，还有很多毕业设计之外的东西，一种态度，既是对学术的态度，也是对人生的态度，尽自己所能，认真做好手边的事情。有些东西，最开始接触的时候，我们会觉得很陌生、很难，不知从何入手，这时，我们需要静下心来，仔细分析，将问题一点一点的解决，这是一个漫长的过程，也是一个学习的过程，期间会觉得茫然、困惑、不知所措，但是当我们坚持到最后，完成它的那一刻，我们会觉得很有成就感，那是一种对自己能力的肯定，对自己的认可。四年间，每次走进教研室都会让我感受到一种亲切热情的氛围。无论是学习、工作生活上的问题，恩师们都会悉心给以指导解答，让我获益匪浅。也就是在这里，开始了我的毕业设计点。从某种意义上可以说，今日的毕业论文其实从大一时已经开始了。机械系的老师们，为我四年的学习、成长创造了一个良好的环境，不断的充实自我。在此，我真诚的向你们道一声：“谢谢！”。在这里我要特别感谢我的指导老师老师。他为人随和热情，治学严谨细心。在闲聊中他总是能像知心朋友一样鼓励我，在论文的写作和措辞等方面他也总会以“专业标准”严格要求我，从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。正是老师的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成，谢谢老师。 在此祝愿全天下所有老师身体健康，全家幸福！参考文献1 候洪生主编，董国耀主审.机械工程图学.北京：科学出版社，20012 肖继德，陈宁平主编.机床夹具设计.北京：机械工业出版社，19973 孙已德主编.机床夹具图册.北京：机械工业出版社，19834 李名望主编.机床夹具设计实例教程.北京：化学工业出版社，2009.85 李家宝主编.夹具设计.北京：中国工业出版社，1961.56 傅成昌，傅晓燕主编.公差与配合问答.北京：机械工业出版社，2007.17 虞自奋主编.AutoCAD2008高级案例解析.北京：中国电力出版社，2008.58 HIRAMEGRANT主编.夹具-非标准夹紧装置.北京：机械工业出版社，1974.59 曹岩主编.机床夹具手册与三维图库.北京：化学工业出版社，2010.310 东北重型机械学院、洛阳农业机械学院、长春汽车厂工人大学编.机床夹具设计手册.上海科学技术出版社，1979.711胡凤兰主编.互换性与技术测量.高等教育出版社，2005.212周开勤主编.机械零件手册（第五版）.高等教育出版社,200113孙志礼、冷兴聚、魏延刚、曾海泉主编.机械设计.东北大学出版社，2000年；14冯晏、艳杰、高郁主编.机械工程材料及热加工（第2版）.哈尔滨工业大学出版社,200115毛昕、张秀丽、黄英、肖平阳主编.画法几何及机械制图（第三版）.高等教育出版社,2004.7