機械工程學院
機械設計制造及其自動化
夾具設計說明書
1.設計任務
設計必須保證零件的加工精度，保證夾具的操作方便，夾緊可靠，使用安全，有合理的裝卸空間，還要注意機構密封和防塵作用，使設計的夾具完全符合要求。
根據任務書的設計內容，需要設計精鏜支架兩組內孔的專用夾具。以左外側面、Φ5mm孔所在底面、前外表面為精基準，精鏜Φ35J7mm內孔、Φ30H7mm內孔，不留余量，達到IT7、Ra1.6μm；鏜刀找正內腔圓弧段上表面。因此在本道工序加工時主要應考慮如何保證其尺寸精度要求和表面粗糙度要求。
2.準備資料
2.1. 工序內容
工序11，以左外側面、Φ5mm孔所在底面、前外表面為精基準，精鏜Φ35J7mm內孔、Φ30H7mm內孔，不留余量，達到IT7、Ra1.6μm
2.2. 機床參數
選用T68臥式數控鏜床
該機床采用單立柱、橫床身、側掛箱的布局形式，X軸為工作臺沿著上滑座縱向運動，Y軸為主軸箱沿著立柱上下運動，Z軸為下滑座沿著床身橫向運動。
數控回轉工作臺采用三聯齒盤分度元件，碟簧夾緊，回轉工作臺采用鼠牙盤結構，分度單位為5°，分度精度高，承載大，剎緊剛性好，轉位可靠性高。工作臺的T型槽及中心孔有嚴格要求，可以作為定位基準。下滑座端頭裝有一專用自動潤滑站，用以潤滑機床各導軌及絲杠副。 X軸為工作臺沿著上滑座縱向運動，導軌副采用二條矩形滑動導軌，配以摩擦系數極小的聚四氟已烯導軌貼面,經過嚴格的刮研，耐磨、耐壓，穩定性好。
主要技術參數：
主軸直徑：110 mm;
最大鏜孔直徑: 240 mm;
主軸中心線至工作表面距離: 5~775 mm;
主軸轉速: 12~950 r/min；
工作臺行程：縱向 1160 mm、橫向850 mm;
工作精度：圓柱度0.02、端面平直度0.2、粗糙度1.6。
2.3. 刀具選擇
YT15硬質合金平頭鏜刀，塞規
3.設計過程
3.1. 定位方案選擇
夾具設計最主要的任務就是在一定精度范圍內將工件定位。工件的定位就是使一批工件每次放置到夾具中都能占據同一位置。
在研究和分析工件定位問題時，定位基準的選擇是一個關鍵問題。定位基準就是在加工中用作定位的基準。根據《夾具手冊》知定位基準應盡可能與工序基準重合，在同一工件的各道工序中，應盡量采用同一定位基準進行加工。故加工φ35mm、φ30mm孔時，采用底面、側面和前端面三個相互垂直的平面實現六點完全定位。其中側面和前端面分別采用支承釘的形式。
根據機床夾具設計手冊，設計支承釘的主要尺寸如下：
1.1. 定位誤差分析與計算
機械加工過程中，產生加工誤差的因素很多。在這些因素中，有一項因素與機床夾具有關。使用夾具時，加工表面的位置誤差與夾具在機床上的對定及工件在夾具中的定位密切相關。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中各項加工誤差總和等于或小于該工序所規定的工序公差。
1.1. 夾緊方案設計
夾緊裝置通常由三部分組成。
（1）動力源裝置：它是產生夾緊作用力的裝置。分為手動夾緊和機動夾緊兩種，手動夾緊的力源來自人力。由于支架是箱體結構，且本工序只需在外部進行夾緊，因此采用手動夾緊。
（2）傳力機構：它是介于動力源和夾緊元件之間傳遞動力的機構。傳力機構的作用是：改變作用力的方向；改變作用力的大小；具有一定的自鎖性能，以便在夾緊力一旦消失后，仍能保證整個夾緊系統處于可靠的夾緊狀態，這一點在手動夾緊時尤為重。
（3）夾緊元件：它是直接與工件接觸完成夾緊作用的最終執行元件。考慮到支架后側面的形狀，特制了可活動的上壓頭和側壓頭進行夾緊。
綜上：選擇聯動加緊機構中的四點雙向浮動夾緊。
1.1. 選擇刀具結構及鏜桿
由于鏜桿直徑和長度對剛性影響較大，直徑受到加工孔徑的限制，但應盡量大些，直徑d一般用下式選取：查表選取鏜桿直徑：
對于Φ35J7mm內孔，鏜孔直徑D=35(mm)，采用單邊鏜套支承，為增加鏜桿剛性，故去鏜桿 d＞D,取鏜桿直徑=38(mm),
對于Φ30H7mm內孔，鏜孔直徑D=27(mm)，采用兩端支承，故可取鏜桿直徑=22(mm),
（ D-d）/2=B 即算得B=.2.5mm
根據機床設計手冊，鏜桿結構如下圖：
1.1. 鏜模支架和底座夾具體設計
鏜模支架是組成鏜模的重要零件，它的作用是安裝鏜套并承受切削力，因此它必須有足夠的剛度和穩定性，有較大的安裝基面和必要的加強筋，以防止加工中受力時產生振動和變形。為了保持支架上鏜套的位置精度，設計中不允許在支架上設置夾緊機構或承受夾緊反力。 鏜模支架與底座的連接，一般采用螺釘緊固的結構。在 鏜 模裝配中，調整好支架正確位置后，用兩個對定銷對定。支架一般用 HT200 灰鑄鐵鑄造，鑄造和粗加工后，須經退火和時效處理。
鏜模底座是安裝鏜模其它所有零件的基礎件，并承受加工中的切削力和夾緊的反作用力，因此底座要有足夠的強度和剛度。底座一般用 HT200 灰鑄鐵鑄造，鑄造和粗加工后須經退火和時效處理。
鏜模支架和底座夾具體均為鏜模主要零件。支架和底座要求剛性要好，變形要小。支架和底夾具體座典型結構和尺寸見機床設計手冊。
鏜模支架結構如下圖：
底座厚度尺寸H與長度尺寸之比為H/l=1/5,筋厚一般取8-12mm，底座的壁厚15mm找正基面的平面度為0.05mm。底座為45號鋼，鑄造后時效處理，上表面采用磨削，上裝鏜套支架等零部件。
3.7. 鏜套及襯套選用
鏜套的結構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。設計鏜套時， 可按加工要求和情況選用標準鏜套，特殊情況則可自行設計。
一般鏜孔用的鏜套，主要有固定式和回轉式 兩類，固定式鏜套具有下列優點：外形尺寸小，結構緊湊，制造簡單，容易保證鏜套中心位置的準確。 但是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運動發熱過高而咬死，或者造成鏜桿迅速磨損。本設計采用滑動鏜套，即回轉式鏜套由滑動軸承來支承。
滑動鏜套的特點是：與下面即將介紹的滾動鏜套相比，它的徑向尺寸較小，因而適用于孔心距較小而孔徑卻很大的孔系加工；減振性較好，有利于降低被鏜孔的表面粗糙度；承載能力比滾動鏜套大；若潤滑不夠充分，或鏜桿的徑向切削負荷不均衡，則易使鏜套和軸承咬死；工作速度不能過高。
鏜套2支承在滑動襯套1上，其支承的結構和一船滑動軸承相似。支承上有油杯（圖中未畫出），經油孔而將潤滑油送到回轉部分的支承面間。鏜套中開有鍵槽，鏜桿上的鍵通過鍵槽帶動鏜套回轉。它有時也可讓鏜桿上的固定刀頭通過（若尺寸允許的話，否則要另行開專用引刀槽）
鏜套的材料與主要技術條件
① 鏜套的材料 鏜套的材料用滲碳鋼（ 20 鋼、 20Cr 鋼），滲碳深度 0.8 ～ 1.2mm ，淬火硬度 HRC55 ～ 60 。一般情況，鏜套的硬度應比鏜桿低。用磷青銅做固定式鏜套，因為減摩性好不易與鏜桿咬住，可用于高速鏜孔，但成本較高；對大直徑鏜套，或單件小批生產時用的鏜套，也可采用鑄鐵鏜套，目前也有用粉末冶金制造的耐磨鏜套。鏜套的襯套也用 20 鋼做成。滲碳深度 0.8 ～ 1.2mm ，淬火硬度 HRC58 ～ 64 。
② 鏜套的主要技術條件 鏜套內徑的公差帶為 H6 或 H7 ；鏜套外徑的公差帶：對粗鏜用 g6 ；對精鏜用 g5 ；鏜套內孔與外圓的同軸度：當內徑公差帶為 H7 時，為Φ 0.01mm ；當內徑公差帶為 H6 時，為Φ 0.005mm （外徑小于 85mm 時）或Φ 0.01mm （外徑大于或等于 85mm 時）。鏜套內孔表面的粗糙度為 Ra0.2 μ m （內孔公差帶為 H6 時）或 Ra0.4 μ m （內孔公差帶為 H7 時）外圓表面粗糙度 Ra0.4 μ m ；鏜套用襯套的內徑公差帶為：粗鏜選用 H7 ，精鏜選用 H6 ；襯套的外徑公差帶為 n6 ；襯套的內孔與外圓的同軸度：當內徑公差帶為 H7 時，為Φ 0.01mm ；當內徑公差帶為 H6 時，為Φ 0.005mm （外徑小于 52mm 時）或Φ 0.01mm （大于或等于 52mm 時）。
D=35mm，上偏差+0.0016，下偏差0.，D=30mm，上偏差-0.0009，下偏差-0.020，H=35mm，鏜套是滑動式鏜套，配用螺釘M4X10 H type-C GB830-76和M4X25 H type-C GB830-76連接前后板，實現密封，使用過渡配合裝在鏜桿支架上，作用是，保證鏜桿的剛度，確保鏜削時，鏜桿的中心和所加工的活塞孔在一條直線上，使之滿足加工的要求，另外也可以減少加工中的震動，避免加工中造成的不必要的傷害等，保證機床和人身安全。
襯套選取：
1.材料：20鋼按GB699-65
2.熱處理：滲碳深度0.8-1.2mm，HRC58-64.
3.d的公差帶為H6, 上偏差+0.003，下偏差為0，l=0.005mm，d=32H6上偏差+0.016，下偏差0.H=35mm,D=38mm,c=3mm.鏜套襯套的大小根據鏜套的大小而定，采用過渡配合，一方面方便拆裝，另外也便于保證同軸度，確保加工的精確性。長時間使用后，如果磨損等，可以根據需要更換。
4.夾具操作說明
把零件放入夾具上之前，要把零件清洗干凈，去除毛邊。使用夾具時，先將支架放到底面，并靠上側面兩組支承釘實現定位，然后將壓板翻轉過來使上壓頭和側壓頭同時壓住工件，最后再把活節螺栓豎起與U型螺母扣合旋緊，實現雙向聯動浮動夾緊，防止支架上下和左右竄動。
5.感想體會
為期一周的機床夾具課程設計結束，通過這次課程設計實訓，我對機械設計生產及應用方面有了進一步的了解。從一開始的一籌莫展，到一遍又一遍的構思，一次又一次的設計方案修改，暴露出了我在機械設計這方面知識的欠缺和不足。當然，我們現在對機械設計只不過是一個初步的了解，這門課程還有更多的知識等著我們去學習和探索，在這短暫的課程設計過程中中，不僅學習到了一些機械設計的最基本的理論，以及如何更高效的使用設計手冊，同時也對機械設計產生了更加濃厚的興趣。
通過這次實訓，不斷得使用SolidWorks軟件進行繪圖，我對軟件的應用更加純熟。在這次課程設計過程中，我發現很多同學的繪圖能力不是很好，雖然自己也已經使用SolidWorks有近三年了，但還是有很多的不足之處，在設計和計算過程中我和同學們都會出現一些細節的遺落和錯誤，在同學的探討和老師的幫助下也都一一改正，雖然可能還會存在或多或少的問題，這也是我今后努力的方向，繼續努力學習，豐富自己的知識儲備，完善自己的專業技能。
在這次的設計過程中，我學會了對于夾具的各種標準件都學會了如何查標準件手冊、如何使用它們，這對我日后的學習積累了寶貴的經驗，也更加清楚的明白了，一份好的設計光光靠創意是不夠的，還需要不斷的思考，比對，不斷地優化，因此，保持一顆積極勤奮的心是很有必要的。
參考文獻
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