柴油机调温机体(3100系列)工装设计.doc

柴油机调温机体（3100系列）工装设计
1 绪论
随着科技不断的发展，使机械工业得到了很大的提高，特别是近年来机械工业领域正向着高精度、高质量、高效率、低成本方向发展。随着机械工业的发展，其他各工业部门都想着高深度迈进，机械工业的发展日趋重要。
机械工业是国民经济的支柱产业，现代机械制造技术是机械工业赖以生存和发展的重要保证。机械制造工艺是制造机械产品的技巧、方法和程序。机械制造中，需要的加工顺序、装配工序及检验工序等，使用着大量的夹具，可以提劳动效率，提高加工精度，减少废品，可以扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件。因此，夹具是机械制造的一项重要工艺装备。
夹具是一种装夹工件的工艺装备,它广泛地应用于机械制造过程中的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中,机床夹具是一种不可缺少的工艺装备,它直接影响着工件的加工精度劳动生产率和产品的制造成本等[1]。
在对工件进行机械加工时，为了保证加工的要求，首先要使工件相对道具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。因此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。
1.1 机床夹具的组成
1）定位装置 其作用是使工件在夹具中占据正确的位置。
2）夹紧装置 其作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时不离开已经占据的正确的正确位置。
3）对刀或导向装置 其作用是确定刀具相对定位元件的正确位置。
4）连接原件 其作用是确定夹具在机床上的正确位置。
5）夹具体 夹具体是机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体。
6）其他元件或装置 是指家家具中因特殊需要而设置的元件或装置。根据加工需要，有些夹具上设置分度装置、靠模装置；为能方便、准确定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等[2]。
以上各组成部分中，定位元件、夹紧装置和夹具体是机床夹具的基础组成部分。
1.2 机床的分类
机床夹具种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。
1） 按夹具的使用特点可分为：通用夹具，专用夹具，可调夹具，组合夹具，拼装夹具。
2） 按使用机床可分为：车床夹具，铣床夹具，钻床夹具，镗床夹具，齿轮机床夹具，数控机床夹具，自动机床夹具，自动线随行夹具以及其他机床夹具。
按夹紧的动力源可分为：手动夹具，气动夹具，液压夹具，气液增力夹具，电磁夹具以及真空夹具等。
1.3 工件的装夹方法
工件装夹的方法有两种：
1) 将工件直接装夹在机床的工作台或花盘上
2) 将工件装夹在家具上
采用第一种方法装夹的效率低，一般要求先按图纸要求在工件的表面上划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时，用划针或面分表找正后再夹紧。一般用于单件和小批生产。批量较大时，都采用夹具装夹工件。
采用夹具装夹工件有如下优点：
a、保证加工精度，稳定加工质量
b、缩短辅助时间，提高劳动生产率
c、扩大机床的使用范围，实现“一机多能”
d、改善工人的劳动条件，降低生产成本

2 工件的定位及定位元件
2.1 工件在夹具中的定位
1）工件的定位的基本原理
六点定则
用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，称为“六点定位原则”，简称“六点定则”。
六点定则是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承点作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。
2)限制工件自由度与加工要求的关系
工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制；不影响加工要求的自由度，有时要限制，有时可不限制，视具体情况而定。习惯上，工件的六个自由度都限制了的定位称为完全定位，工件限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。
3)在工件定位时，以下情况允许不完全定位：
a． 加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。
b． 毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的角度自由度可不限制。
c． 加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。
夹具上的定位元件重复限制工件的同一个或几个自由度的定位称为重复定位。重复定位分两种情况：当工件的一个或几个自由度被重复限制，并对加工产生有害影响的重复定位，称为不可用重复定位。它将造成工件定位不稳定，降低加工精度，使工件或定位元件产生变形，甚至无法安装和加工。因此，不可用重复定位是不允许的[3]。当工件的一个或几个自由度被重复限制，但仍能满足加工要求，即不但不产生有害影响，反而可增强工件装夹刚度的定位，称为可用重复定位。在生产实际中，可用重复定位被大量采用。
4)基准、对定位元件的基本要求
a.定位基准的选择
定位基准的选择，应尽量使工件的定位基准与工序基准相重合；尽量用精基准作为定位基准；遵守基准统一原则；应使工件安装稳定，加工中所引起的变形最小；应使工件定位方便，夹紧可靠。
b.对定位元件的基本要求
足够的精度、足够的强度和刚度、耐磨性好、工艺性好、便于清理切削。
5)工件定位方式及其定位元件
a.工件以平面定位。工件以平面作为定位基准时，所用定位元件一般可分为主要支承和辅助支承。主要支承用来限制工件的自由度，具有独立定位的作用。辅助支承用来加强工件的支承刚性，不起限制工件自由度的作用。
b.工件以圆柱孔定位。工件以圆柱孔为定位基准，如套类、齿轮、拨叉等。此种定位方式所用的定位元件有圆柱定位销、定位心轴和圆锥定位销等。
c.工件以外圆柱面定位。工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有：V形块、定位套和半圆套。
2.2 定位误差的分析
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△b；二是定位基准与限制位基准不重合，由此产生基准位移误差△y 。基准不重合误差△b是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准与工序基准不重合而造成的加工误差，其大小为定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影。基准位移误差△y是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准相对于限位基准的最大变化范围在加工尺寸方向上的投影。

3 工件的夹紧和夹紧装置
3.1 夹紧装置的组成
1)、夹紧装置的种类繁多，综合起来其结构均由两部分组成。
a.动力装置 产生夹紧力。动力装置是产生原始作用力的装置。按夹紧力的来源，夹紧分手动夹紧和机动夹紧。手动夹紧是靠人力；机动夹紧是采用动力装置。常用的动力装置有液压装置、气动装置、电磁装置、电动装置、气-液联动装置和真空装置等。
b.夹紧装置 传递夹紧力。动力装置所产生的力或人力要正确地作用到工件上，需有适当的传动机构。传递机构是把原动力传递给夹紧装置[4]。它由两种构件组成，一是接受原始作用力的构件，二是中间传力机构。
2)、夹紧装置的设计要求
夹紧装置的设计和选用是否正确，都保证工件的精度、提高生产率和减轻工人劳动强度有很大的影响。因此，夹紧装置应满足以下要求：
a.夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所处的正确位置。
b.夹紧力的大小适当。保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，夹紧可靠牢固，振动小，又不超出允许的变形。
c.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，越应设计较复杂、效率较高的夹紧装置。
d.具有良好的结构工艺性。力求简单，便于制造维修，操作安全方便，并且省力。
3.2 夹紧力的确定
1)夹紧力方向的确定
a.夹紧力应朝向主要的定位基面。
b.夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。
2)夹紧力作用点的选择
a.夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。
b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。
c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。
3)夹紧力大小的估算
理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出[5]。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。
估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。
估算的步骤：
a.建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程：FJ理=Ф (FP)。
b.实际需要的夹紧力FJ需，应考虑安全系数，FJ需=KFJ理。
c.校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件：FJ>FJ需。

4 夹具体及分度装置
4.1 夹具体
1）夹具体毛坯的类型
a.铸造夹具体
b.焊接夹具体
c.锻造夹具体
d.装配夹具体
e.型材夹具体
2）夹具体应满足的几本要求
a.应有足够的强度和刚度。
b.力求结构简单及装卸工件方便。
c.结构工艺性好。
d.排除切削方便。
e.在机床上安装稳定可靠。
f.具有适当的精度和尺寸稳定性。
4.2 分度装置
1）分度装置的类型
a.回转分度装置 回转分度装置是指工件在一次装夹中，通过夹具的某些部分带动工件转动一定的角度完成多工位加工的分度装置。
b.直线分度装置 是指工件在一次装夹中，通过夹具的某些部分带动工件直线移动一定距离完成多工位加工的分度装置。
2）回转分度装置的组成
回转分度装置由固定部分、转动部分、对定机构、锁紧机构等组成。
a. 固定部分是整个装置的基础，常与夹具体连接成一体。
b. 转动部分是分度时随之转动的元件，实现工件的转位。
c. 对定机构的作用是转位分度后，确保其转动部分相对固定部分的位置，得到正确定位，实现分度要求。
e.锁紧机构是分度对定后将转动部分和固定部分紧固在一起，减小加工时的振动，确保分度装置的工作精度。
3)分度对定机构
a.钢球对定机构
b.枪栓式圆柱销对定机构
c.手拉式菱形销对定机构
d.齿轮齿条操纵的圆锥销对定机构
f.杠杆操作单斜面对定机构
4)锁紧机构
当分度对定好之后，必须将转盘锁紧，以增强分度装置的刚度和稳定性。

5 调温器体工艺性分析
5.1 零件的功用、材料和性能
该调温器体是利用数控机床，把事先铸造好的铸件毛坯，进行进一步加工而成，它是汽车一个重要的汽车零配件。其主要是通过带螺纹的孔与其他部件相连接，使调温器的性能更加稳定，从而起到保护发动机、降低能耗及尾气排放等作用。
调温器体的材料是铸造铝合金ZL104，铸造铝合金的密度比铸铁和铸钢小，而比强度则较高。因此在承受同样载荷条件下采用铝合金铸件，可以减轻结构的重量，故在航空工业及动力机械和运输机械制造中，铝合金铸件得到广泛的应用。
铝合金有良好的表面光泽，在大气及淡水中具有良好的耐腐蚀性，故在民用器皿制造中，具有广泛的用途。纯铝在硝酸及醋酸等氧化性酸类介质中具有良好的耐蚀性，因而铝铸件在化学工业中也有一定的用途[6]。纯铝及铝合金有良好的导热性能，放在化工生产中使用的热交换装置，以及动力机械上要求具有良好导热性能的零件，如内燃机的汽缸盖和活塞等，也适于用铝合金来制造。
铝合金具有良好的铸造性能。由于熔点较低（纯铝熔点为 660.230C，铝合金的浇注温度一般约在 730～750oC 左右），故能广泛采用金属型及压力铸造等铸造方法，以提高铸件的内在质量，尺寸精度和表面光洁程度以及生产效率。铝合金由于凝固潜热大，在重量相同条件下，铝液的凝固过程时间延续比铸钢和铸铁长得多，放流动性良好，有利于铸造薄壁和结构复杂的铸件。
铝合金按照加工方法的不同分为两大类，即压力加工铝合金和铸造铝合金（分别以 YL和 ZL 表示）。在铸造铝合金中又依主要加入的合金元素的不同而分为四个系列，即铸
造铝硅合金、造铝铜合金、铸造铝镁合金和铸造铅锌合金（分别以 ZL1X X，ZL2 X X，ZL3 X X 和 ZL4 X X 表示），在每个系列中又按照化学成分及性能的不同而分为若干牌号。
5.2 技术要求分析
尺寸精度：调温器体的尺寸精度中Φ71，Φ61的精度为IT7。尺寸Φ30的公差是0.033，精度是IT8. 尺寸Φ18的公差是0.030，精度是IT13. 尺寸Φ9的公差是0.027，精度是IT8.
位置精度:指零件的各表面之间相互位置精度。Φ9和M8的位置度应达到设计要求。工序一精铣的大平面和工序二精铣的平面的平面度也应达到设计要求。
表面粗糙度：零件的各表面的粗糙度应达到设计要求的粗糙度Ra值。
5.3 初步选择定位基准和确定工件的装夹方式
在成批生产中，工件加工时应该广泛采用夹具装，由于毛坯的加工精度要求较高所以在装夹的过程中对与夹具的精度的设计也是需要有很大的保证，来足以保证零件的加工精度。
由于考虑到该零件设计夹具的特殊性，及在装夹到夹具体上只要求将零件上四个侧面的孔均加工出来，所以在装夹到夹具体上前首先应该对于作为基准的各个表面做一个铺垫式的加工，以保证在加工孔的过程中，涉及到加工的基准面的精度要求得到充分的保证。
在加工各个面的过程中，要选择好定位平面，使各个加工面能顺利加工好。在拟订工艺路线的工程中要被确定好[7]。
5.4 拟订工艺路线
1）选择表面的加工方法
工件的材料为铝合金,孔的直径不是很大,要求较高,孔加工采用钻孔的加工方案;平面加工采用粗铣-精铣的加工方案;由于各个表面有较高的垂直度的要求,因此铣削不易到达,故铣后还应增加一精加工的工序。
2）加工划分阶段和工序集中的程度
该件要求较高,刚性较好,加工应该划分为粗加工和精加工二个阶段,在粗加工阶段,平面和孔的加工是分开的,夹具体的设计主要是针对孔系加工而言的,并且孔系加工的精度要求较高,四个侧面的孔系每一个侧面上的孔系应放在同一道工序中一次装夹下加工出来,其他平面的加工在夹具装夹零件之前集中适当按照精度要求进行加工.
3）工序的顺序安排
根据“先基准面，后其他”的原则，在工艺过程的开始先将定位的基准面加工出来。根据“先面后孔”的原则，在每个加工阶段均先加工平面，在加工孔。因为平面加工时系统的刚性较好，精加工阶段可以不在加工平面。最后适当的安排次要的表面的加工和热处理、检验等工序。
5.5 设计工序内容
1）选择机床和工装设备
根据小批量生产类型的工艺特征，选择用数控加工中心，型号为：VMCL-1000立式加工中心，VMCL-1000立式加工中心是四轴数控车床，可以完成多种加工任务，其中配备自动换刀装置，具有采用标准的刀具和量具，换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储存量、刀库占地面积小，使用安全等优点[8]。工艺装备在本次设计中选择了夹具，通过数控加工中心具有刀具路径可以编程完成，实现多工位的自动加工过程，避免了以前的调整夹具或者零件的位置来加工零件上的孔系和平面的结构，即减少了定位误差，又节省了时间提高了生产效率。
2）具体的工艺路线的拟订
在设计此夹具的过程中对工件即零件的特性做完整的分析，在拟定工艺路线时，工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性。一般情况下，单件小批生产时，只能工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；大批大量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。批量生产应尽可能采用效率较高的半自动机床，使工序适当集中，从而有效地提高生产率。
调温器提的加工工艺如下：
工序一：
表5-1加工路线图1
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
进给速度
1
钻3/4螺纹孔
T20
Φ24
S500
F150
2
粗铣大平面
T1
Φ100
S1500
F800
3
精铣大平面
T1
Φ100
S1500
F600
4
铣小平面
T1
Φ100
S1800
F800
5
粗铣大平面Φ71孔
T19
Φ20
S4500
F1200
6
粗铣大平面Φ61孔
T19
Φ20
S4500
F2000
7
精铣大平面Φ61孔
T19
Φ20
S4500
F2000
8
铣Φ30孔的表面
T19
Φ20
S4000
F1500
9
铣4个Φ18的螺纹孔
T19
Φ20
S4000
F1500
10
粗铣Φ55孔口上表面
T2
Φ20
S3200
F1200
11
粗铣Φ55孔的内表面
T2
Φ20
S3200
F500
12
粗铣Φ55的外表面
T2
Φ20
S3200
F1200
13
钻大平面上的1/8螺纹孔
T4
Φ8.5
S3500
F300
14
钻大平面上的M8螺纹孔
T5
Φ6.8
S4000
F350
15
钻3/8螺纹孔
T10
Φ14
S600
F200
16
钻M12X1.5的螺纹孔
T18
Φ10.5
S3000
F150
17
M8螺纹孔倒角
T8
Φ14.5
S4000
F600
18
1/8螺纹孔倒角
T8
Φ14.5
S4500
F800
19
3/4螺纹孔倒角
T8
Φ14.5
S4500
F800
20
铣3/8螺纹孔
T8
Φ14.5
S4000
F500
21
3/8螺纹孔倒角
T8
Φ14.5
S4000
F500
22
M12X1.5螺纹孔倒角
T8
Φ14.5
S4000
F500
23
点Φ9孔的中心
T8
Φ14.5
S3500
F500
24
Φ55孔口倒角
T8
Φ14.5
S4500
F600
25
精铣大平面Φ71孔
T9
Φ16
S4500
F1500
26
精铣Φ55孔的内表面
T9
Φ16
S4500
F1500
27
精铣Φ55孔的外表面
T9
Φ16
S4500
F1500
28
精铣Φ55孔的上表面
T9
Φ16
S5000
F1800
29
锥铣刀铣1/8螺纹孔
T15
Φ6.5
S4000
F800
30
锥铣刀铣3/4螺纹孔
T15
Φ6.5
S4000
F800
31
锥铣刀铣3/8螺纹孔
T15
Φ6.5
S4000
F800
32
铣两个Φ9的孔
T11
Φ9
S4000
F200
33
钻Φ9的孔
T17
Φ9
S2500
F350
34
铣R角
T14
Φ8XR2
S5000
F1500
35
精镗Φ55孔口
T23
T镗
S1100
F100
续表5-1
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
进给速度
36
攻M8螺纹
T6
M8丝锥
S200
F250
37
攻1/8锥螺纹
T7
1/8丝锥
S100
F94
38
攻3/8锥螺纹
T13
3/8丝锥
S200
F282
39
攻M12X1.5螺纹
T3
M12X1.5丝锥
S200
F300
40
铣3/4的锥螺纹
T16
锥铣刀
S2800
F250

工序二：
表5-2加工路线图2
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
进给速度
1
A面盘铣
T15
Φ63
S3000
F800
2
B面精铣平面
T1
Φ20
S4500
F800
3
B面Φ9铣刀钻孔
T16
Φ9
S4000
F200
4
B面Φ9的钻头钻孔
T3
Φ9
S1800
F300
5
A面Φ6.8钻头
T5
Φ6.8
S2800
F260
6
A面Φ8.5的钻头钻孔
T4
Φ8.5
S2500
F280
7
A面Φ14.5钻头钻孔
T6
Φ14.5
S500
F300
8
A面Φ19.6倒角刀倒角
T7
Φ19.6
S4000
F300
9
A面Φ6.5锥铣刀
T10
Φ6.5
S4000
F400
10
A面M8丝锥攻螺纹
T8
M8丝锥
S200
F250
11
A面M10丝锥攻螺纹
T9
M10丝锥
S500
F750
12
A面3/8丝锥攻螺纹
T11
丝锥
S200
F282.2
工序三：
当零件毛胚在数控机床中完成工序一和工序二后，从数控机床中取出已完成加工的零件，去除加工表面的毛刺。

6 机床夹具设计
虽然各类机床夹具的结构均不相同，但按其主要功能加以分析，机床夹具一般是由定位元件、夹紧装置、夹具体、其他装置或元件组成。
6.1 夹具的要求
1）保证工件的加工精度
专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、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精度要求。
2）提高生产效率
应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。
3）工艺性好
专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。专用夹具的制造属于单件生产[9]。当最终精度由调整或者修配保证时，夹具上应设置调整或者修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。
4）使用性好
专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。
5）经济性好
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。
6.2 专用夹具设计步骤
1）．明确设计任务书和收集设计资料
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。主要是了解工件的工艺结构特点、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收集的有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部分标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可以收集一些同类的夹具设计图样，并了解该厂的工装制造水平。
2）.拟订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，实际对刀或者导向装置。
d.确定夹具和机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。
e.确定和设计其他装置及元件的结构形式，如分度装置、预定位装置及吊装元件等。
f.确定夹具体的结构形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[10]。
3).进行必要的分析计算
工件的加工精度较高时，应进行工件的加工精度的分析。有动力装置的夹具，需要计算夹紧力。当有几种家居方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。
4).审查方案和改进设计
夹具草图画出后，应征求有关老师的意见，然后根据提出的意见和建议进行修改。
5).绘制夹具装配总图
夹具的总装配图应按照国家制图标准。绘制图的比例为1：1总图应该把夹具的工作原理、各种装置的结构极其相互关系的表达清楚。
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，定位基准面，夹紧表面及加工表面绘制在各个试图的合适位置上。在总图中可以看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。
b.依次绘制出定位装置、夹紧装置、对刀或者导向装置、其他装置、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。
e.绘制夹具的零件图
f. 夹具中的非标准零件需要画零件图，并且按照夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。
6.3 工件在夹具中的定位方案的设计
1） 定位方案的设计
我们知道在一般的夹具定位中的定位方法有很多种，主要是工件以平面定位，工件以圆柱面面进行定位，工件以组合定位方式进行定位，在本设计中工件主要是以平面作为定位基面，原因是该从该零件的三维视图和平面视图来看，该零件的表面不存在圆柱面，其内部也不存在圆柱孔，因此根据指导老师的要求加工毛坯上的孔系结构，只能采用平面加工的方式。
在平面定位的元件中，主要有以下的几种定位元件可供选择：
a.主要支承
主要支承用来限制工件的自由度，起到的是定位的作用。
b.固定支承
固定支承有支承钉和支承板两种形式，在使用过程中他们都是固定不动的。
当工件以加工过的平面定位时，可以采用平头支承钉或支承板；而球头支承钉主要用与毛坯面定位，齿纹头支承钉主要用于工件的侧面定位，他能大大的增强摩擦系数，防止工件滑动。支承板的结构简单，制造方便，但孔边切削不易清除干净，故适用于工件以侧面和顶面定位时的情况。
支承钉和支承板均已标准化，其公差配合、材料、热处理等可查阅机床夹具零部件国家标准。
工件以平面定位时，除采用支承钉和支承板外，还可以根据工件定位平面的具体形状设计相应的支承板，工件批量不大时也可以直接以夹具体作为限位平面。
对于本设计中所采用的支承钉的形式，还是不适合选用固定支承，因为，该零件的定位表面比较复杂，有些选用的定位表面不在同一个平面上，如果选用固定支承进行定位则缺乏了夹具体的一个灵活性[11]。
c.调节支承
而工件定位过程中调节支钉的高度可以进行适当的调节，在同一夹具上加工形状而尺寸不等的话，也可以采用调节支承，本设计中就采用了调节支承作为基本的定位元件，这样一来既方便了对于不规则零件的灵活定位，也使得一个夹具体可以进行多功能的应用的条件，节省了制作夹具体的时间和材料，这也使得该思想成为了设计中的一个亮点。
d.自位支承（浮动支承）
在工件定位过程中，能自动调整位置的支承称为自位支承或者浮动支承。这类的支承的工作特点是：支承点的位置能随着工件定位基面的位置不同而自动调节，定位基面压下其中一点，其余点便上升，职志各点都与工件接触。由于接触点的数的增加，提高了工件的装夹刚度和稳定性，但其作用仍相当于一个固定支承，只限制工件一个自由度。
e.辅助支承
辅助支承是用来提高工件的装夹刚度和稳定性的。一般在工件定位后与工件接触，然后锁紧，不起定位作用。
在做了解之后获知辅助支承主要有：螺旋式辅助支承，自位式辅助支承，推引式辅助支承。由于本设计中没有涉及辅助支承的内容，所以不做详细的介绍。
6.4 具体的误差分析和计算
1).在本设计中定位的设计思路主要由两部分组成的,前两个工序主要是以加工零件上的孔来完成的,所以定位的方式就可以定下来了,其工件在夹具中的定位主要是与定位基准是否和工序基准相互重合,定位基准的形式和精度,定位元件的形式和精度,定位元件的布置方式,定位基准和定位元件的配合状况等因素有关.这些应素造成的误差,可以通过数学计算求得.在采取高定位精度的措施时,要注意到夹具制造上的可能性.在总的定位就精度满足加工要求的条件下,不要过高的提高工件在夹具中定位精度.夹具定位工件如下图所示：

图6-1工序二零件定位图

图6-2工序一零件定位图

图6-3总的零件定位图

由机床夹具设计手册中查得常见的定位误差和定位形式可知定位面到加工面尺寸的加工精度的差值即是该位置的定位误差的大小,根据两个工序图可知,。
2）由于定位方案为一面两销定位，一两个圆柱销作为定位元件，则会产生重复定位现象，即一销套上工件孔以后，另一个销很难同时套上[12]。为了避免这种定位干涉，补偿工件两定位孔直径和中心距误差及夹距两定位销直径和中心距误差。夹具两定位销采用一圆柱销，另一销在连心线的垂直方向削去两边，即削边销。
a.确定定位销中心距及尺寸公差
销间距的基本尺寸和孔间距的基本尺寸相同，
尺寸公差一般取为
（6-1）
孔间距的计算：
mm

由于 取
mm

图6-4 定位元件距离
b. 确定圆柱销的基本尺寸是该孔的最小极限尺寸，其中=，为基准孔。最小直径公差取，配合取为
由表中查的
f的基本偏差为

mm
查表削边销宽度B和
，
c.确定补偿距离
(6-2)
式中：为夹具圆柱销与其配合的工件定位孔间的最小间隙。
由于零件圆柱孔销的尺寸为

d. 确定削边销圆弧部分与其相配合得工件定位孔的最小间隙

式中为与削边销相配合的工件定位孔的最小直径。
e.销边销的最大直径
公差配合取，其下偏差为ei=0.021mm
(6-3)

f. 确定转角误差
由于定位孔和定位销作上下销移接触，造成工件两定位孔连心线相对夹具上量定位销连心线发生偏移，产生最大转角误差，其式可按下面公式计算：
(6-4)
其中：为夹具圆柱销与其配合的工件定位孔间的最大间隙。
为夹具体削边销与其配合的工件定位孔间的最大间隙。

g.确定基准定位误差
这一误差取决于定位孔和圆柱销之间的最大间隙，工件在平面内任何方向上的基准位移误差为：
(6-5)
式中：为工件孔直径的公差
为圆柱销直径的公差
：为圆柱销与工件孔最小间隙
其中:

由于零件为成批生产，为保证定位精度，所以需定期检查定位销的磨损情况，及时更换定位销，以利于准确定位，所以选择可换定位销和可换削边销。该销通过螺纹与其导向销相连，以便更换。

图6-5 定位误差分析
见图6-2 在使用夹具安装工件并按调整法加工一批工件时，由于工件在夹具中定位所产生的定位误差。必然要反映到工件的加工精度上，因此在设计夹具定位机构时，应对定位误差加以控制，使其不超过允许的范围，一般情况下，工件的定位误差与工件上相应公差的关系为：
（6-6）
产生定位误差的原因有以下两个方面：一是定位基准与工序基准不重合，产生基准不重合误差，用符号表示;另一主要误差是由工件的定位基面与定位元件的工作表面的制造误差及配合的最小间隙的存在，引起定位基准产生位移，即基准位移误差，用符号来表示。
对工序尺寸：33
（6-7）
其中式中：……………工件孔直径的公差
……………圆柱销直径公差
………………圆柱销与工件孔最小间隙
由以上计算可知：

根据图中计算可知：

合格，所以对铣孔为制度误差要求，可根据定位误差小于其零件公差的而确定。
6.5 菱形销的计算
1）.确定菱形销的尺寸b
查菱形销的尺寸表，可得，b=30mm.
2).确定菱形销的直径
a.计算
，，
所以mm=0.11mm。
采用修圆菱形销时，应以b1代替b进行计算。
b.按公式
算出菱形销的最大直径，64.89mm。
3）.确定菱形销的公差等级。菱形销的公差等级。菱形销直径的公差等级一般取IT6或IT7，因IT6=0.011mm, 所以

6.6 工件的夹紧
1) .对夹紧装置的基本要求
机械加工中,为了保持工件 定位时所确定的正确加工位置,防止工件在切削力、惯性力、离心力及重力等作用下发生位移和振动，机床夹具应设有夹紧装置，将工件压紧夹牢。夹紧装置是否合理、可靠及安全，对工件加工的精度、生产率和工人的劳动条件有着重大的影响，为此也有以下的基本要求：
a.夹紧过程中，不能改变工件定位后占据的正确位置。
b.夹紧力的大小要适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变、振动小，又要使得工件不产生过大的夹紧变形。
c.夹紧装置的操作也应该方便、安全、省力。
d.夹紧装置应具有良好的自锁性能，以保证源动力波动或消失后，仍然能保持夹紧状态[13]。
2). 夹紧力的确定
确定夹紧力的方向、作用点、大小时，应依据工件的结构特点、加工要求，并结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和布置方式来确定。夹紧力的方向
夹紧力的方向应该有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要限位基面。夹紧力F朝向了主要的限位基面,有利于保证加工顶面的孔系结构.
夹紧力的方向确定后，应根据以下的原则来确定作用点的位置：
a.夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，若夹紧力的作用点落到了定位元件支承范围之外，夹紧时将破坏工件的定位，会导致错误。
b.夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的方向和部位。这一原则对刚性差的工件特别重要的。
c.夹紧力作用点应靠近工件的加工表面。
铣削力与夹紧力计算
根据《机械加工工艺手册》可查得：
铣削力计算公式为
圆周分力 ………………………………(6-8)
查表可得： Z=20

代入得
=6571N
查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为：

当用两把铣刀同时加工时铣削水平分力
铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡。
即： （u=0.25）

计算出的理论夹紧力F再乘以安全系数k既为实际所需夹紧力
即： 取k=3.3275
F/=3.3275Χ42054.4=139936N

6.7 夹具的机构设计
夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体。
1)对于夹具体的要求
夹具体的形状及尺寸取决于夹具上各种装置的布置及夹具和机床的连接。
a.具有适当的精度和尺寸的稳定性
在本设计中由于加工零件的本生是需要有加工的精度要求的，那么为了保证零件的表面的精度要求相应的夹具体上和安装定位元件的表面、安装刀或者导向元件的表面以及夹具体的安装基准面（与机床相连接的表面）等均应有适当的尺寸和形状的精度和位置精度。为了使的夹具体的尺寸的稳定，本设计中的采用的铸造夹具体要进行实效处理。
b.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。为了保证夹具体不产生不允许变形和振动，夹具体应有足够的强度和刚度。

图6-6底座装配图俯视图

图6-7底座装配图主视图

图6-8底座装配图右视图

c.结构工艺性好
夹具体应便于制造、装配和检验。在本设计的铸造夹具体上可调定位支承的元件的表面铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面和工件之间应留有足够的间隙约为4-15MM。上图中也能看到为了安装可调支钉铸出的凸台。
d.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和机床上相应的表面的接触或配合实现的。在本设计中在夹具体的下方设计了机床连接底座，其上设有长槽便于和数控加工中心的T型槽进行连接，当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支撑面应越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面和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。如下图所示即为本次毕业设计中设计的和数控加工中心连接的车床和夹具连接底座。

图6-9车床与夹具连接底座1

图6-10车床与夹具连接底座