手柄座零件机械加工工艺和典型夹具设计-毕业设计说明书.doc

本科毕业设计(论文)

题目：手柄座零件机械加工工艺和典型夹具设计

系 别： 机电信息系
专 业： 机械设计制造及其自动化
班 级：
学 生：
学 号：
指导教师：

2013年5月

手柄座零件机械加工工艺和典型夹具设计
摘要

手柄座零件是车床操纵部分的组成零件之一，该手柄座的作用相当于一个连杆，车床外部手柄的运动是通过车床手柄座传递到车床内部实现人为对机床的操纵。在设计中，主要目的是根据零件选择合理的工艺路线，然后制定出一套可行的夹具。本文涉及两大部分，第一部分是对手柄座零件的分析及工艺规程的制定；第二部分是对于零件中的两次钻孔加工采用不同的定位、夹紧方式进行典型夹具的设计。通过设计一方面使我们更进一步熟悉了产品加工设计的全过程，在制定加工方案的时候，充分考虑其经济性和可行性。另一方面通过对手柄座零件的机械加工工艺规程设计和钻孔用夹具设计，试图找出一种简单、实用的加工方法，以供生产同类零件的企业参考。

关键字：手柄座；工艺；夹具

III

目录
1绪论 1
1.1前言 1
1.2题目背景及意义 1
1.3 国内外相关研究情况 1
1.4本课题研究内容 2
1.5夹具分类 2
2零件的分析 4
2.1生产纲领 4
2.2零件作用 4
2.3零件工艺分析 5
3工艺规程设计 6
3.1毛坯制造 6
3.2基面选择 6
3.2.1粗基准选择 6
3.2.2精基准选择 6
3.3制定工艺路线 6
3.3.1工艺路线方案一 6
3.3.2工艺路线方案二 7
3.3.3工艺方案分析 7
3.4加工余量确定 8
3.5确立切削用量及基本工时 8
4钻螺纹孔夹具设计 18
4.1 任务提出 18
4.2 定位方案及定位装置设计 18
4.2.1 定位方案确定 18
4.2.2定位元件设计 18
4.2.3定位误差分析 18
4.3导引元件（装置）设计 18
4.4夹紧方案设计 19
4.4.1 夹紧方案确定 19
4.4.2 夹紧力大小分析 19
4.4.3 夹紧机构及装置设计 19
4.5夹具操作及维护简要说明 19
5钻孔夹具设计 21
5.1任务提出 21
5.2定位方案及定位装置设计 21
5.2.1定位方案确定 21
5.2.2定位元件及装置设计 21
5.2.3确定最佳定位方式 22
5.2.4定位误差分析 22
5.2.5定位元件型号尺寸和安装方式 22
5.3夹紧方案确定 23
5.4夹具的操作及维护 24
6结论 26
参考文献 28
致谢 29
毕业设计（论文）知识产权声明 30
毕业设计（论文）独创性声明 31

毕业设计（论文）
1 绪论
1.1前言
在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷、热工艺过程中，使用着大量的夹具。所谓夹具就是一切用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或者检测的装置。在机械制造中采用大量的夹具，机床夹具就是夹具中的一种。它装在机床上，使工件相对刀具与机床保持正确的相对位置，并能承受切削力的作用。机床夹具的作用主要有以下几个方面：较容易、较稳定地保证加工精度，因为用夹具装夹工件时，工件相对机床（刀具）的位置由夹具来保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较容易、较稳定地保证工件的加工精度,提高劳动生产率，因为采用夹具后，工件不需要划线找正，装夹也方便迅速，显著地减少了辅助时间，提高了劳动生产率，扩大机床的使用范围。因为使用专用夹具可以改变机床的用途、扩大机床的使用范围，例如，在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工。改善劳动条件、保证生产安全，因为使用专用机床夹具可以减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，降低对工人操作技术水平的要求，保证安全，所以设计机床夹具显得尤为重要[1]。
1.2题目背景及意义
机械加工工业是国民经济的基础工业，也是一个国家发展的重要经济来源。在机械零件的加工过程中，机械加工工艺是相当重要的一环。因为机械工艺对产品的质量控制起着重要作用，直接影响到产品的生产成本和生产效率，以及价格的高低。所以作为一名机械设计者，应该具备以下基本要求：零件的结构设计基本合理；制定良好的加工工艺路线；在此基础上尽可能优化结构，降低成本，提高生产率。
对于机械产品的设计可以从到零件到装配有一个完整的了解和初步的掌握。以进一步的熟练掌握Pro/E和CAD的运用。锻炼自己的独立思考能力和创造能力，进一步将所学知识和实践结合，为更好更快的适应工作作准备。
1.3国内外相关研究情况
a. 国内发展情况 目前国内机械行业的基本情况是，随着工业及汽车制造业的迅速发展，机械设计制造日渐受到人们的广泛关注，已形成一个热门行业。但是我国机械加工行业缺乏技术人员，存在制造周期长、寿命短、供不应求的现状。
目前存在的主要问题是：
（1）从设计结构上看，我们的设计还不够细致，许多细节考虑的欠周到，以至于零件使用受命不长，特别是加工工艺和热处理技术，在这方面与国外的差距更大。
（2）从零件材料看，我国的机械加工行业起步时间不长，而国际上产品的材料品种则有很多可供选择。目前，我国虽然也有个别品种诸如高速钢具有较好的质量，但应用较少，主要是国产的钻头、端铣刀等切削工具难以切削，诸如HRC40等很硬的钢。
（3）从加工工艺水平看，主要是设备水平不高，专门设备使用的少，加工出来的零件表面精度很难达到国外水平，检测手段落后，装配水平不高，导致容易出现报废或裂痕现象。为了提高企业的设计水平和加工能力，国家推荐适合于机械企业用的CAD/CAM系统。但国内优秀的CAD/CAM系统很少，只有少数适合应用。而国外购买的虽有强大的三维曲面造型能力、强大的结构有限元分析能力、强大的计算机辅助制造能力、产品数据管理能力等，但价格昂贵，一般企业难以支持。
b. 国外的发展情况 进入21世纪，发达国家把机械制造工艺装置置于更为优先发展的重要地位，机械制造工艺的基础地位毫不动摇。机械制造工艺位居工业的核心地位，担负着为国民经济发展和国防建设提供技术装备的责任，是工业化国家的主导地位。工业发达国家不断加大对机械制造工艺的研发投入，持续加强核心技术创新，增强高技术在机械制造工艺发展的影响力和渗透力，从而更加凸显了现代机械制造工艺对于推动产业技术升级和国民经济发展的重要性。
1.4本课题研究内容
本设计题目为：设计手柄座零件的机械加工工艺规程及专用夹具设计。零件图样、生产纲领和生产条件是设计的主要原始资料，由指导教师提供给学生。零件复杂程度以中等为宜，生产类型为成批生产。根据教师设计任务书中规定的设计题目，按照所给零件编写出相应的加工工艺规程，设计出其中由教师指定的一道重要工序（如：工艺规程中所要求的车、铣、钻夹具中的一种）的专用夹具，并撰写说明书。并在指导教师的指导下，参考相关内容的设计指导书，认真地、有计划地、独立按时完成设计任务。
具体设计内容如下：1、对零件进行工艺分析，拟定工艺方案，绘制零件工作图1张。2、确定毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图1张。3、拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序加工设备及工艺装备（刀具、夹具、辅具），确定某一代表工序的切削用量及工序尺寸。编制机械加工工艺规程卡片（工艺过程卡片和工序卡片）1套。4、设计重要工序中的一种专用夹具，绘制夹具装配总图和大件零件图（通常为夹具体）各1张。5、撰写设计说明书1份。
1.5夹具分类
a．通用夹具 通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如， 车床上的三爪卡盘和四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。它们有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。这类夹具一般已经标准化，由专业工厂生产，作为机床附件供应给用户。
b．专用夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序的加工而专门设计的夹具，具有结构紧凑，操作迅速、方便等优点[2]。专用夹具通常由使用厂家根据要求自行设计和制造，适用于产品固定且批量较大的生产中。
c．组合夹具 组合夹具是在机床夹具零部件标准化的基础上，由一整套预先制造好的，具有各种不同形状、不同规格尺寸的标准元件和组件，按照组合化的原理，针对工件的加工要求组装成各种专用夹具。夹具使用完毕后，可以拆卸，留待组装新夹具时使用。组合夹具的应用范围十分广泛，它最适合于品种多、产品变化快、新产品试制和单件小批生产等场合，在批量生产中也可利用组合夹具代替临时短缺的专用夹具，以满足生产要求，用组合夹具元件可以组装成各类机床夹具。数控机床和柔性制造单元的出现，更加推动了组合夹具技术的进步，扩大了组合夹具的应用范围。
组合夹具具有以下特点：组合夹具元件可供多次使用，但其一旦组装成某个夹具后，该夹具结构仍属专用性，只能一次使用。当变换加工对象时，一般仍需全部拆开，重新组装成新夹具结构，以满足新工件的加工要求。和专用夹具不一样，组合夹具的最终精度，是靠各组成元件的精度，直接组合来保证的，不允许进行任何补充加工，否则无法保证元件的互换性。由于组合夹具是由各标准元件组合起来的，因此刚性较差，尤其是元件连接的结合面接触刚度，对加工精度影响较大。一般组合夹具的外形尺寸较大，不及专用夹具那样紧凑。这种夹具不受生产类型的限制，可以随时组装，以应生产之急。
d．拼装夹具 拼装夹具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由标准化、系列化的夹具元件，直接按专用夹具的装配方法（销钉定位、螺栓紧固）装配成的专用夹具。采用拼装夹具大大缩短了专用夹具的设计与制造周期，而且当产品改型时原来夹具的大部分元件仍可拆下重新使用，适用于多品种、小批量生产中。
e．通用可调夹具 通用可调夹具是指根据不同尺寸或种类的工件，调整或更换个别定位元件或夹紧元件而形成的专用夹具。加工对象不很确定，通用范围较大，适用于多品种、小批量生产中。
f．成组夹具 成组夹具是指专为加工成组工艺中某一组零件而设计的可调夹具。加工对象明确，只需调整或更换个别定位元件或夹紧元件便可使用，调整范围只限于本零件组的工件，适用于成组加工。
通用可调夹具和成组夹具都是一种比较先进的、继承性好的新型夹具。采用这两种夹具可大大减少专用夹具数量，缩短生产准备周期，降低生产成本，加快产品的更新换代，并可以有效地促进并实现机床夹具标准化、系列化和通用化。
通用可调夹具与成组夹具的区别在于：前者的加工对象不很确定，其更换调整部分的结构设计，往往具有较大的适应性，通用范围大；而成组夹具则是为成组加工工艺中 一组零件而专门设计的，加工对象十分明确，可调范围也只限于本组内的零件，因此后者亦称为专用可调夹具。

31

2 零件的分析
2 零件的分析
2.1生产纲领
任务书上的题目内容为：加工一个手柄座零件，该零件年产量为20000台，设其备品率为10%，机械加工废品率为1%，试进行该零件的工艺规程设计。
现制定该手柄座零件的机械加工工艺规程。

该零件的年产量为22220件，根据机械制造技术基础教材中生产类型与生产纲领的关系，确定其生产类型为大批生产[3]。
2.2零件作用
题目所给的零件是CA6140车床的手柄座，它位于车床操作机构中，可同时操纵离合器和制动器，即同时控制主轴的开、停、换向和制动。操作过程如下：当手把控制手柄座向上扳动时，车床内部的拉杆往外移，则齿扇向顺时针方向转动，带动齿条轴往右移动，通过拨叉使滑套向右移，压下羊角形摆块的右角，从而使推拉杆向左移动，于是左离合器接合，主轴正转；同理，当手把控制手柄座向下扳动时，推拉杆右移，右离合器接合，主轴反转。当手把在中间位置时，推拉杆处于中间位置，左、右离合器均不接合，主轴的传动断开，此时齿条轴上的凸起部分正压在制动器杠杆的下端，制动带被拉紧，使主铀制动。零件的三维图如图2.1所示。

图2.1 CA6140车床手柄座零件三维模型图

2.3零件工艺分析
CA6140车床手柄座有多处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：
2.3.1以Φ25H8为中心的加工表面
这一组的加工表面有Φ25H8的孔，以及上下端面，下端面为Φ45的圆柱端面；孔壁上有距下端面11mm、与Φ25H8孔中心轴所在前视面呈角的螺纹孔，尺寸为M10-7H，另外还有一个尺寸为6H9的槽，孔与槽的总宽度为27.3H11。
2.3.2以Φ14H7为中心的加工表面
该组的加工表面有Φ14H7的螺纹孔(有位置要求)，加工时测量深度为25mm，钻孔深度为28mm。上孔壁有一个Φ5配铰的锥销通孔，该通孔有位置要求。
2.3.3以Φ10H7为中心的加工表面
本组的加工表面有Φ10H7的孔(两个)，及其两个内端面(对称)，两端面均有位置要求，端面之间的距离为mm，孔除了有位置要求以外还有平行度的形状公差要求(与Φ25H8孔壁之间的平行度公差为Φ0.2)。
2.3.4以Φ5.5为中心的加工表面
这组的加工表面有Φ5.5的孔，该孔通至Φ25H8上的槽，并有位置要求[4]。
由上面的分析可知，加工时应先加工完一组表面，再以这组加工后的表面为基准加工另外一组。

3 工艺规程设计
3 工艺规程设计
3.1毛坯制造
零件材料为HT200，手柄座在使用过程中不经常的变动，它只起支撑的作用，受到的冲击不是很大，只是在纵向上受到很大的压力。在加工过程中的精度保证很重要，它对工件的定位有一定的保证作用。
3.2基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。
3.2.1粗基准的选择
对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准，而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取Φ25H8孔的下端面作为粗基准，利用一组共两块V形块分别支承Φ25H8和作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位，然后进行铣削[5]。
3.2.2精基准的选择
主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不作介绍。
3.3制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用加工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
3.3.1工艺路线方案一
工序一：备料；
工序二：铸造毛坯；
工序三：粗铣上、下表面，精铣下表面；
工序四：钻Φ25H8
西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）

工序五：插键槽6H9；
工序六：铣槽1443 mm；
工序七：钻、拉孔Φ10H7；
工序八：钻孔Φ5.5；
工序九：钻、扩Φ14H7螺纹孔；
工序十：钻、钳Φ5锥销通孔、M10-7H；
工序十一：终检。
3.3.2工艺路线方案二
工序一：备料；
工序二：铸造毛坯；
工序三：钻Φ25H8；
工序四：粗铣上、下表面；
工序五：精铣下表面；
工序六：插键槽6H9 mm；
工序七：铣槽14 mm 43 mm；
工序八：钻孔Φ5.5；
工序九：钻、拉孔Φ10H7；
工序十：钻、扩Φ14H7；
工序十一：钻、钳Φ5锥销通孔、M10-7H；
工序十二：终检。
3.3.3工艺方案的分析：
上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工上下表面为中心的一组工艺，然后加工Φ25H8的孔，再以Φ25H8的孔的孔为基准加工Φ10H7的孔。方案二则是先加孔Φ25H8后再加工上下表面，再加工孔Φ10H7，此时方案二采用车床加工工序一，这样有利提高效率，节省成本。经比较可知，先加工上下表面，再以上下表面为基准加工Φ25H8及插键槽，最后完成对Φ10H7的孔的定位。显然方案一比方案二的装夹次数减少了，同时也更好的保证了精度要求。综上所述，零件的具体工艺过程如下：
工序一：备料；
工序二：铸造毛坯；
工序三：粗铣、半精铣Φ45凸台端面，选用X51立式铣床；
工序四：铣，半精铣大端面，选用X51立式铣床；
工序五：钻，扩，铰Φ25H8内孔，选用Z535立式钻床；
工序六：钻，粗铰，精铰Φ10H7孔，选用Z525立式钻床；
工序七：铣槽mm，选用X63卧式铣床；
工序八：钻、粗铰、精铰Φ14H7螺纹孔，选用Z525立式钻床；
工序九：钻底孔，攻螺纹孔M10-H7mm，选用Z525立式钻床；
工序十：钻Φ5锥销通孔，选用Z525立式钻床；
工序十一：拉键槽6H9mm，选用L6120卧式拉床；
工序十二：钻槽底通孔钻Φ5.5，选用Z525立式钻床；
工序十三：终检。
3.4加工余量确定
手柄座零件材料为铸铁，硬度为HBS65～87，毛坯的重量约为2Kg，生产类型为大批量生产，采用砂型铸模,相关数据参见零件图。据以上原始资料及加工路线，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
3.4.1外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（Φ25H8端面）
取端面长度余量均为2.5mm（均为双边加工），铣削加工余量为：
粗铣 1mm
精铣 0mm
3.4.2内孔（Φ25H8已铸成孔）
取 Φ25H8已铸成孔长度余量为3mm，即铸成孔半径为21mm，工序尺寸加工余量：
钻孔 2mm
扩孔 0.125mm
3.4.3其他尺寸直接铸造得到
由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认[6]。
3.5确立切削用量及基本工时
3.5.1工序三切削用量及基本工时的确定：
铣Φ45端面，选用机床：X51立式铣床
a. 铣Φ45端面：选择铣刀半径为25mm，齿数Z=6
fz=0.15mm/z
，

5 钻孔夹具设计

(3.1)
按机床选取：

实际切削速度：
(3.2)
工作台每分钟进给量：
（3.3）
铣床工作台进给量：

基本工时：
（3.4）
b. 半精铣Φ45端面: 加工余量为Z=1mm
切削速度为：

选用主轴为：

工作台进给量：

基本工时：

3.5.2工序四切削用量及基本工时的确定：铣削大端面
a. 粗铣大端面：进行两次铣削，第一次Z=2mm，第二次Z=1mm

选用主轴为：

实际切削速度：

工作台每分钟进给量：

基本工时：

b. 半精铣大端面：切削速度：

选用主轴为:

工作台进给量：

基本工时：

3.5.3工序五切削用量及基本工时的确定：
钻→扩→粗铰→精铰Φ25H8mm通孔，选用机床：Z535立式钻床
a. 钻孔Φ23mm：选择Φ23mm高速钢锥柄标准麻花钻

按机床选取:

实际切削速度：

基本工时:

b. 扩孔Φmm：选择Φ24.8mm高速钢锥柄扩孔钻
扩孔钻扩Φ24.8mm孔时的进给量，扩孔钻扩孔时的切削速度
得，故：

按机床选取:

基本工时：

c. 铰Φ孔：选择Φ25mm高速钢锥柄机用铰刀得，，
得

按机床选取:

基本工时：

3.5.4切削用量及基本工时的确定：
钻→粗铰→精铰Φ10H7孔，选用机床：Z525立式机床[7]
a. 钻Φ10孔：选择Φ9.8mm高速钢锥柄麻花钻
得

按机床选取:

基本工时：

b. 粗铰Φ9.96mm孔：选择Φ9.96mm的高速钢铰刀
得

按机床选取:

基本工时：

c. 精铰Φ20mm孔：选择Φ20mm的铰刀

按机床选取：

基本工时：

3.5.5工序七切削用量及基本工时的确定：
铣的槽，选用机床：X63卧式铣床
选用高速钢圆柱形铣刀，齿数Z=6，
a. 第一次走刀：

按机床选取：

工作台进给量：

基本工时：

b. 第二次走刀：

按机床选取：

工作台进给量：

基本工时：
,
3.5.6工序八切削用量及基本工时的确定：
选用机床：Z525立式钻床
a. 钻Φ13mm孔：选择Φ13高速钢锥柄麻得

按机床选取:

基本工时：

b. 粗铰Φ13.95mm孔：选择Φ13.95高速钢锥柄机用铰刀
，，

按机床选取：

基本工时：

c. 精铣Φ14mm孔：选择Φ14高速钢锥柄机用铰刀
得，
，

按机床选取：

基本工时：

3.5.7工序九 切削用量及基本工时的确定：
钻8.5mm底孔，攻螺纹M10mm，选用机床：Z525立式钻床
a. 钻Φ8.5底孔：选用Φ8.5高速钢锥柄麻花钻
得

按机床选取：

基本工时：

b. 攻螺纹M10mm：选择M10mm高速钢机用丝锥f等于工件螺纹的螺距p，即

按机床选取：

基本工时：

3.5.8工序十 切削用量及基本工时的确定：
加工Φ5的圆锥孔，选用机床：Z525立式钻床
a. 钻Φ5的圆锥孔：选择高速钢麻花钻

按机床选取：

基本工时：

b. 铰Φ5的孔：选择Φ5的铰刀

按机床选取：

基本工时：

3.5.9工序十二 切削用量及基本工时的确定：
加工Φ5.5mm的圆锥孔，选用机床：Z525立式钻床
a. 钻Φ5.5mm孔：选择Φ4.8的高速钢锥柄麻花钻

按机床选取：

基本工时：

b. 铰Φ5.5mm孔：选择Φ5.5mm的铰刀

按机床选取：

基本工时：

4 钻螺纹孔夹具设计
4.1 任务提出
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用的夹具。本夹具主要用来钻底孔，攻螺纹孔M10-H7mm，本夹具将用于Z525立式钻床。同时对孔的同轴度及加工精度有一定的要求。且在钻孔后还要进行拉孔，以保证其精度要求，为了使其误差减小，在工序一、工序二、工序三中的加工也得有精度要求。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高生产率、降低劳动强度、提高加工质量。
4.2 定位方案及定位装置的设计计算
4.2.1 定位方案的确定
工件以Φ25H8孔及端面和Φ10H7孔为定位基准；夹紧时，首由开口垫圈夹紧Φ25H8孔两端面，再用汽缸通过连杆机构夹紧。
4.2.2定位元件及装置设计
用圆柱定位销进行完全定位。
4.2.3定位误差的分析计算
本工序选用的工件以圆孔在定位销上定位，定位销为水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向，且向下。

式中 ——工件圆孔直径公差（mm）；
——定位销外圆直径公差（mm）。
4.3导引元件（装置）设计
对刀装置用来确定刀具与夹具的相对位置,由于本道工序是完成M10-H7孔的加工。用转套引导刀具的方式。

4.4夹紧方案设计
4.4.1 夹紧方案确定
夹紧时，首先由圆柱定位销定位Φ25H8孔和Φ10H7孔，再用地脚气缸夹紧。
4.4.2 夹紧力大小计算
轴向力计算公式为：

其中：，，，，，，，，z=3,。故

在计算切削时，必须把安全系数考虑在内,安全系数
。
其中：为基本安全系数1.5；
为加工性质系数1.1；
为刀具钝化系数1.1；
为断续切削系数1.1。
所以
4.4.3 夹紧机构及装置设计
利用气缸活塞的拉力通过连杆机构对工件进行夹紧。夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。
4.5夹具操作及维护简要说明
如前所述，在设计夹具时，为提高生产率，首先想到是怎么样方便的安装和拆卸，本道工序就是采用了快换垫圈的方式。由于本夹具是对工件进行钻孔，因此在铅直方向受到很大的冲击力，故在其相应的方向上应适当的考虑强度上的要求。并设法减少夹具的占地面积，使之很方便的操作和快速的切换工件。
因此，应设法解决上述问题。目前采取的措施有：一是提高毛坯的精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择高精度的心轴，使其定位精确，并使心轴连在夹具体内，这样可以减少纵向倾斜的偏差；三是加大螺母和开口垫圈的夹紧力。使工作进行时工作紧凑,保证加工要求。夹具体上装有可换钻套，使夹具在一批零件之间能加工不同要求的零件，同时在夹具体上装有一块可翻动的盖模板，这样有利于工件的拆装。
装配图如图4.1所示。

图4.1 夹具二维装配图[8]

5 钻孔夹具设计
5.1任务的提出
本夹具用来钻，铰Φ10mm的孔，它将用于Z525立式钻床。同时对孔的同轴度及加工精度有一定的要求。且在钻孔后还要进行铰孔，以保证其精度要求，为了使其误差减小，在工序一、工序二、工序三中的加工也得有精度要求。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高生产率、降低劳动强度、提高加工质量。
5.2定位方案及定位装置的设计计算
5.2.1 定位方案的确定
为了加工Φ10mm孔，必须使其完全定位。因此初步的设计方案如下，首先必须明确其加工时应如图5.1所示，这样水平放置，便于立式钻床加工,使其完全定位。

图5.1 CA6140车床手柄座零件定位图
5.2.2定位元件及装置设计
要使其完全定位，可以采用：

a．一面两销定位，以Φ25H8mm和Φ10H7mm两孔为定位基准就可以满足其要求[9]。

b．一面加圆柱销和半V形块定位，以Φ25H8mm为定位基准，再在R外圆表面用V形块定位。

毕业设计（论文）
5.2.3确定最佳定位方式
比较以上两个方案，明显第一个要好得多，因为Φ25H8mm和Φ10H7mm两孔的中心线在同一直线上，所以只要将其两销定在同一平面同一直线上，就可以很快的将其定位；而第二个方案和第一个方案不同点在于用的是V形块定位，要使零件很快垂直放置定位很难，并且需要量具对其精确测量，增加了工时[10]。因此，选择一面两销定位最佳。
如上图5.1所示，一面限制的自由度有3个，一个销钉限制一个自由度，两个一起再限制一个自由度。为使定位可靠，加工稳定，我所设计的定位方案如附图A1图纸——手柄座夹具体装配图所示，总共限制了工件的全部6个自由度，属于完全定位。
在该定位方案中，Φ45mm圆柱小端面被夹具体上的一个支撑面顶住，限制了x轴的移动，y轴的旋转，z轴的旋转三个自由度。Φ25H8mm孔内插入短销，限制了y轴的移动，z轴的移动，Φ10H7mm孔中插入削边销，限制了x轴的旋转，这样6个自由度全部被限制。
5.2.4定位误差分析
定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。对于夹具设计中采用的定位方案，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置公差的1/3—1/2，即可认为定位方案符合加工要求。
对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：保证油孔轴线距Φ45mm圆柱小端面17+7=24mm，保证螺纹孔轴线与Φ25H8mm和Φ10H7mm两孔的中心线成50mm。
对于24mm的要求，由于定位基准也是Φ45mm圆柱小端面，故基准不重合误差为0，且由于Φ45mm圆柱小端面经过半精铣，表面粗糙度达到Ra3.2mm，故可认为Φ45mm圆柱小端面的平面度误差为0，即不存在基准位置度误差，综上所述，只要支撑面的标准尺寸得到保证，是不存在定位误差的[11]。
对于本工序要求，定位基准与工序基准同为两孔中心线，故基准不重合误差为0。基准位置误差则取决于两孔直径尺寸公差以及圆度误差，由于两孔的表面精度都达到Ra1.6mm，都经过精铰，故基准位置误差也可以忽略，只要两销的标准尺寸以及相对位置关系得到保证，定位误差也是很小的。
综上所述，该定位方案是符合加工要求的。
5.2.5定位元件的型号，尺寸和安装方式
a. 支撑面 在定位板面上做的一个突起4mm的支撑面，经过精铣得到精度较高的平面。
b. 短销 本设计方案选用固定式定位销，查课程设计指导教程，确定定位销为GB8014.2-1999标准，其相关尺寸见三视图。它和定位面板上的Φ10mm销孔呈H7/r6mm过盈配合，并用螺母固定，防止钻孔时松动，影响加工。
c. 圆柱销 本设计方案选用固定式定位销，由于加工的Φ10mm孔恰好在定位基准Φ25H8mm孔内表面上，打穿这面为止。若采用标准件，势必影响Φ10mm孔的加工，因此可专门设计一个短销，其尺寸如图5.2所示：
图中，该轴长为90mm，轴颈半径为12.5mm，与Φ25H8mm孔内表面仅有长度为17mm的面接触，且为过盈配合，既保证了圆柱销定位，又方便了装夹工件。为了不影响加工Φ10mm孔，在标准销元件上加上了长为22mm的轴身，直径为14mm，要比Φ25H8mm小11mm，即其半径之差为5.5mm，再加上键槽深度2.5mm，那么长度值为L=5.5+2.5=8mm，这样当钻头钻Φ10mm孔至终点时不会损伤销，销也不会影响钻孔。
该销与定位面板上的销孔呈H7/r6过盈配合，外加螺纹结构，用螺母固定。

图5.2 圆柱销尺寸[12]
5.3夹紧方案确定
5.3.1夹紧装置的设计
夹紧力方向原则：
(1) 夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置；
(2) 夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小；
(3）夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。
夹紧作用点原则：
（1）夹紧里的作用点应正对夹具定位支撑元件或位于支撑元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转；
（2）夹紧力作用点应正对工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理分布夹紧点位置等措施来实现；
（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减少工件的夹紧力，防止加工过程中可能产生振动。
根据以上要求，考虑加工零件的特点及定位方式，确定夹紧方式。
本设计方案选用的是螺旋夹紧机构，夹紧方向水平向右，通过螺母的转动，带动套在圆柱销头部的垫片向右移动，进而作用在工件Φ45mm圆柱大端面上，实现夹紧，具体夹紧装置的布置见A1图纸。这种夹紧方式和夹紧装置简单实用，且对于大批量生产能较快地装夹工件，劳动强度较小，成本低，简单可靠[13]。
另外，考虑到工件沿Φ25H8mm孔中心线轴向装卸，因此为便于装卸工件，该垫片为开口垫片，螺母为小于Φ25H8mm孔的小螺母，只要将开口垫片取去，就可以很好的将零件取出。
圆柱销的螺纹轴向行程至少要大于2倍的垫片厚度5mm，且垫片的孔应与工件Φ25H8mm孔同轴，保证夹紧力作用均匀可靠[14]。
5.4夹具的操作及维护
安装工件时，应先将螺母转动退出足够的行程空间以便于取出垫片，安装工件，然后使工件的Φ25H8mm孔穿过圆柱销，使工件底部的Φ10H7mm孔穿过短销，将Φ45mm圆柱小端面紧靠在定位板上的支撑面上，这样工件以Φ45mm圆柱小端面为定位基准安装。工件装好后，装上开口垫片，转动螺母，使开口垫片靠紧Φ45mm大端面并夹紧工件。加工完成后松开工件，只需反向转动螺母，退出开口垫片，即可取下工件。
夹具在使用中，应注意检查钻套的磨损情况，如果磨损后不能精确保证加工精度，则需要更换钻套[15]。本夹具定位面板是受力部件，如有变形，应及时设法修正，才能保证加工精度。为使其变形减小，需要严格控制螺杆的夹紧力，夹具三维装配图如图5.3和图5.4所示。

图5.3 钻孔夹具三维装配图一

图5.4 钻孔夹具三维装配图二

西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）
6 结论
本设计主要经过了两个阶段。第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段分析零件的工艺性，查阅有关手册，选择加工余量、确定毛坯的类型、形状、大小等，绘制出了毛坯图。又根据毛坯图和零件图构想出两种工艺方案，比较确定其中较合理的方案来编制工艺。其中运用了基准选择、切削用量选择计算等方面的知识。还结合了我们生产实习中所看到的实际情况选定设备，填写了工艺文件。夹具设计阶段，运用工件定位、夹紧及零件结构设计等方面的知识。通过设计夹具归纳出夹具工作原理的要点如下：
(1) 使工件在夹具中占有正确的加工位置。这是通过工件各定位面与夹具的相应定位元件（定位元件上起定位作用的表面）接触、配合或对准来实现的。
(2) 夹具对于机床应先保证定位元件的定位工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工表面对定位基准的相互位置精度要求。
(3) 使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置，这就保证了刀具在
工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸。

参考文献
[1] 肖继德,陈宁平主编.《机床夹具设计》第2版.北京:机械工业出版社,2007.
[2] 孙丽媛主编.《机械制造工艺及专用夹具设计指导》.北京:冶金工业出版社,1998.
[3] 周昌治,杨忠鉴等.《机械制造工艺学》.北京:重庆大学出版社,2008.
[4] 白婕静,万宏强.《机械制造工程学课程设计》.北京:兵器工业出版社,2008.
[5] 李益民.《机械制造工艺设计简明手册》.北京:机械工业出版社,1994.
[6] 机械加工技术手册编写组.《机械加工技术手册》.北京:北京出版社,1989.
[7] 李洪.《机械加工工艺手册》.北京:北京出版社,1990.
[8] 唐克中,朱同钧主编.《画法几何及工程制图第四版》.北京:高等教育出版社.
[9] 廖念钊.《