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托脚机械加工工艺规程及专用夹具设计

序 言

机械加工工艺规程是组织车间生产、规定零件机械加工工艺过程和操作方法的工艺文件。它是机械制造厂最主要的技术文件之一，它也是生产准备和计划调度的主要依据。有了机械加工工艺规程，在产品投入之前就可以依据它进行一系列的准备工作，如原材料的准备、毛坯的制造、设备和工具的购置、专用工艺装备的设计制造、劳动力的组织等等。
夹具在机械加工中具有重要的作用，它能保证加工精度，提高产品质量，减轻工人的劳动强度，保证安全，提高劳动生产率，能以优质、高效、低耗的工艺去完成零件的加工和产品的装配。而使用了分度钻的好处在于，可采用多工位加工，能使加工工序集中，从而减轻工人的劳动强度和提高生产率。
此次毕业设计包括托脚的机械加工工艺规程的设计及铣Ø55上端面的专用夹具设计。其中机械加工工艺规程的制订必须可靠地保证所有技术要求的实现；通过两种工艺方案的对比选择最合理的方案。充分利用条件、创造条件在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益。本次夹具的设计，由于工件比较的小所以采用了装拆较为方便的手柄夹紧机构。采用圆形对刀块作为导向作用。该夹具的设计还考虑到了工件的拿放问题，提高了加工效率、保证工件加工的精度。
毕业设计培养了我们分析和解决机械加工技术相关问题的能力，使我们进一步掌握机制工艺规程制订和机床夹具设计的基本方法，并巩固、深化已学得的理论知识，深一步培养我们熟悉和运用设计图册、图表等技术资料的能力，训练我们识图、制图、运算及编制技术文件的基本技能，培养我们的独立工作能力。

第1章 托脚机械加工工艺规程设计

1.1 分析零件图
1.1.1零件的作用
托脚的零件图如图所示，题目所给的零件是托脚，主要在车细长杆时起辅助支撑作用。

图1–1零件图
1.1.2零件的工艺分析
零件图见上图。
该零件属于叉架类零件，需要加工的各个表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。其中A面对Ø35轴线有垂直度的要求，所以要保证以上要求是有一定难度的，故要合理的安排该零件的工艺。

1.2确定生产类型
由任务书上得知该托脚的年产量为1000件，根据《机械加工工艺手册》第2版 第一卷 表5.2–1查得，该年产量属于小批量生产。

1.3确定毛坯类型
该零件材料为HT150, 零件结构属于中等复杂程度，零件重要的和轮廓尺寸不是很大，故根据《铸造手册》第六卷 表1–1查得采用熔模铸造。这对提高生产率，保证加工质量也是有利的。

图1–2毛坯图

1.4机械加工工艺过程设计

1.4.1选择定位基准
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，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。
（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，现选取下底面作为粗基准。
（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问。因为工件的端面和外圆都与内孔的中心线，有严格的技术要求，因此因此要以Φ35孔为精基准，来加工上面，侧面和端面。

1.4.2拟定工艺过程
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用通用型和专用型机床配以专用工夹具,并尽量使工序分散来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。考虑到“先粗后精”、“先面后孔”、“先主后次”、“基准先行”的基本原则。故我制定了托脚的两种加工方案如表1–1所示。

表1–1工艺过程方案一
1
铸造
铸造
2
时效
时效
3
涂底漆
涂底漆
4
粗铣
粗铣下底面至尺寸
5
粗铣
粗铣上端面至尺寸，
6
粗铣
粗铣Φ35上端面至尺寸
7
粗铣
粗铣右端面
8
粗镗
粗镗Φ35孔至Φ34
9
半精镗
半精镗Φ35至Φ34.5
10
精镗
精镗Φ35至尺寸
11
粗铣
粗铣上端左孔
12
粗铣
粗铣上端右孔
13
钻
钻2*M8-7H孔
14
攻丝
钻2*M8-7H螺纹孔
15
检验
检验
16
入库
入库

表1–2工艺过程方案二
1
铸造
铸造
2
时效
时效
3
涂底漆
涂底漆
4
铣
铣下底面至尺寸
5
铣
铣上端面至尺寸，
6
铣
铣Φ35上端面至尺寸
7
铣
铣右端面
10
镗
镗Φ35至尺寸
11
铣
铣上端左孔
12
铣
铣上端右孔
13
钻
钻2*M8-7H孔
14
攻丝
钻2*M8-7H螺纹孔
15
检验
检验
16
入库
入库
工艺方案一和工艺方案二比较：方案一粗加工和精加工分开加工，这样更好的保证加工精度要求，可以更好的达到粗糙度要求，而方案只有一步加工，没有分粗加工和精加工，工艺安排比较粗糙。综合考虑我们选择方案一。
表1–3工艺过程最终方案

1
铸造
铸造
2
时效
时效
3
涂底漆
涂底漆
4
粗铣
粗铣下底面至尺寸
5
粗铣
粗铣上端面至尺寸，
6
粗铣
粗铣Φ35上端面至尺寸
7
粗铣
粗铣右端面
8
粗镗
粗镗Φ35孔至Φ34
9
半精镗
半精镗Φ35至Φ34.5
10
精镗
精镗Φ35至尺寸
11
粗铣
粗铣上端左孔
12
粗铣
粗铣上端右孔
13
钻
钻2*M8-7H孔
14
攻丝
钻2*M8-7H螺纹孔
15
检验
检验
16
入库
入库

1.5选择机床和工艺设备

1.5.1选择机床
根据该零件的加工特点以及考虑到经济问题，所以尽可能的选用通用机床以减少加工成本。但为使加工方便在有些情况下也选用了专用机床对零件进行加工，基本情况如表1–2机床的选择所示。
表1–4 托脚的加工时机床的选择
工序号
所选机床
10

20

30

40
X52K立式铣床
50
X52K立式铣床
60
X52K立式铣床
70
T716立式镗床
80
T716立式镗床
90
T716立式镗床
100
X52K立式铣床
110
X52K立式铣床
120
Z535立式钻床
130
Z535立式钻床

1.5.2选择夹具
为了提高劳动劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，所以在加工该零件时所用的夹具都是专用夹具。

1.5.3选择刀具
结合各个加工表面的特点以及其加工方法，综合考虑这两者选用刀具如表1–5刀具的选择所示。
表1–5 托脚的加工时机床的选择
工序号
刀具
40、50、60、70
镶齿套式面铣刀
80、90、100
硬质合金镗刀
110、120
键槽铣刀
130、140
麻花钻

1.5.4选择量具
为了达到尺寸以及形状结合各工序的具体尺寸精度的要求，我在各工序间选用了不同的量具对零件进行检测，如表1–6所示。

表1–6 托脚的加工时量具的选择
工序号
量具
10

20

30

40
游标卡尺
50
游标卡尺
60
游标卡尺
70
游标卡尺
80
游标卡尺
90
游标卡尺
100
游标卡尺
110
内测千分尺
120
内测千分尺
130
内螺纹千分尺
140
内螺纹千分尺

1.6确定工序尺寸
托脚零件材料为HT150 重量为1.2kg
生产类型为小批量生产，采用砂型机铸造毛坯。
1、 不加工表面毛坯尺寸
不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由铸造可直接获得。
2、 托脚底面
由于托脚底面要与其他接触面接触，粗糙度要求为6.3，查相关资料知余量留2.5比较合适。
3、托脚的孔
毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于IT7—IT8之间，参照参数文献，确定工艺尺寸余量为2.5mm

1.7确定切削用量和时间定额
工序1：铸造
工序2：时效处理
工序3：涂漆底
工序4：粗铣下底面至尺寸
1. 选择刀具
刀具选取镶齿套式面铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
1） 决定铣削深度
因为加工余量不大，一次加工完成

2） 决定每次进给量及切削速度
根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝900

当＝900r/min时

按机床标准选取
3） 计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工序5：粗铣上端面至尺寸
1. 选择刀具
刀具选取镶齿套式面铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
4） 决定铣削深度
因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则

5） 决定每次进给量及切削速度
根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝1000

当＝1000r/min时

按机床标准选取
6） 计算工时
切削工时：l=114 ，，则机动工时为

工序6：粗铣Φ35上端面至尺寸
1. 选择刀具
刀具选取镶齿套式面铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
7） 决定铣削深度
因为加工余量不大，一次加工完成

8） 决定每次进给量及切削速度
根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝900

当＝900r/min时

按机床标准选取
9） 计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工序7：粗铣右端面
1. 选择刀具
刀具选取镶齿套式面铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
10） 决定铣削深度
因为加工余量不大，一次加工完成

11） 决定每次进给量及切削速度
根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝500

当＝500r/min时

按机床标准选取
12） 计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工序8：镗Φ35孔至Φ34
1.加工条件
工件材料：HT150，时效处理，砂型铸造
加工要求：粗镗孔Φ34mm
机 床：卧式镗床T716
刀 具：硬质合金镗刀
2.计算切削用量
查《简明手册》表4.2-19和4.2-20,4.2-21得
=25mm/min
=0.07mm/z
=9.6mm

根据T616镗床说明书，取=275 r/min
切削工时：L=60mm

工序9：半精镗Φ35至Φ34.5
1.加工条件
工件材料：HT150，时效处理，砂型铸造
加工要求：半精镗孔Φ34.5
机 床：卧式镗床T716
刀 具：硬质合金镗刀
2.计算切削用量
查《简明手册》表4.2-19和4.2-20,4.2-21得
=35mm/min
=0.06mm/z
=3.5mm

根据T616镗床说明书，取=300 r/min
切削工时：L=60mm

工序10：精镗Φ35至尺寸
1.加工条件
工件材料：HT150，时效处理，砂型铸造
加工要求：精镗孔Φ35mm
机 床：卧式镗床T716
刀 具：硬质合金镗刀
2.计算切削用量
查《简明手册》表4.2-19和4.2-20,4.2-21得
=40m/min
=0.05mm/z
=1.4mm

根据T716镗床说明书，取=375 r/min
切削工时：L=60mm

工序11：粗铣上端左孔
1. 选择刀具
刀具选取键槽铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
13） 决定铣削深度
因为加工余量不大，一次加工完成

14） 决定每次进给量及切削速度
根据X51型铣床说明书，其功率为为6kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝750

当＝750r/min时

按机床标准选取
15） 计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工序12：粗铣上端右孔同上
工序13: 钻2*M8-7H孔
选用高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.1－6）
由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）

按机床选取

基本工时： min
工序14：钻2*M8-7H螺纹孔
选择M8mm高速钢机用丝锥
等于工件螺纹的螺距，即

按机床选取

基本工时：
工序15：检验
工序16：入库

第二章 机床夹具的定位及夹紧
2.1 概述
在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹具。它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或检测的装置。
2.1.1 机床夹具的概念
在机械加工过程中，为了保证加工精度，首先要使工件在机床上占有正确的位置，确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置的过程，称为工件的定位。定位后将其固定，使其在加工过程中始终保持定位位置不变的操作称为夹紧。工件在机床或夹具上定位、夹紧的过程称为工件的装夹。用以装夹工件的装置称为机床夹具，简称夹具。
2.1.2 机床夹具的组成
1. 机床夹具的基本组成部分
（1）定位装置
该装置由定位元件组合而成，其作用是确定工件在夹具中的正确位置。
（2）夹具装置
该装置的作用是将工件压紧夹牢，并保证工件在加工的过程中正确位置不变。
（3）夹具体
夹具体是夹具的基本骨架，通过它将夹具所有的元件构成一个整体。
2. 机床夹具的其他特殊元件或装置
（1）连接元件
根据机床的特点，夹具在机床上的安装连接常有两种形式。一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上。连接元件用以确定夹具本身在机床上的位置。如机床夹具所使用的过渡盘，铣床夹具所使用的定向键等，都是连接元件。
（2）对刀元件
常用在普通铣床夹具中，用对刀快调整铣刀加工前的位置。对刀时，铣刀不与对刀快直接接触，而用塞尺进行检查，以免碰伤铣刀的切削刃和对刀快工作表面。
（3）导向元件
常用在钻床、镗床夹具中，用钻套和镗套引导刀具加工中的正确位置。
（4）其他元件或装置
根据加工需要，有些夹具还分别采用分度装置、靠模装置、上下料装置、平衡块等。这些元件或装置需要专门设计。
2.1.3 机床夹具的分类
根据机床夹具的通用化程度，可将夹具氛围以下几种：
1. 通用夹具
可加工一定范围内不同工价的夹具为通用夹具，如车床上的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘；铣床上的平口虎钳、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。这类夹具一般已标准化，由专业工厂生产，作为机床附件供应给用户。
由于使用通用夹具夹紧工件比较费时，操作复杂，生产效率低，且较难装夹形状复杂的工件，故通用夹具主要用于单件小批生产，在产品固定的大批量生产中很少使用通用夹具，而使用效率较高的专用夹具。
2. 专用夹具
专用夹具是针对某一种工件的某道工序专门设计的夹具。所以结构紧凑，操作迅速方便。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计与制造。
专用夹具定位精度高，一批工件加工或所得尺寸稳定，互换性高，并且可以减轻劳动强度，节省工时，显著提高效率，另外利用专用夹具还可以扩大机床的工艺范围。但专用夹具是为满足某个工件某道工序的加工需要而专门设计的，所以它的适用范围较窄。此外、专用夹具的设计制造周期较长。当产品更换时，往往因无法再使用而报废，因此，专用夹具主要适用于产品品种相对稳定的大批大量生产。
3. 成组夹具
根据成组技术原来技术的用于成组加工的夹具。这种夹具的特点是，在通用的夹具体上，只需对夹具的部分元件稍加调整或更换，即可用于组内的不同工件的加工。
4. 组合夹具
组合夹具是由可循环使用的标准夹具零件部件组装成易于联结和拆卸的夹具。它在使用上具有专用夹具的优点，而当产品更换时，不存在夹具“报废”问题。因为它可以拆开，其元件可清洗入库，留待组装新的夹具。因此，组合夹具很适合于新产品试制和单件小批生产使用。由于组合夹具还具有缩短生产准备周期，减少专用夹具种类、数量和存放面积等优点，特别适用于新产品的试制和多品种小批量生产。
5. 随行夹具
随行夹具为自动线上使用的一种夹具。自动线夹具基本上分为两类：一类为固定式夹具，它与一般专用夹具相似；一类为随行夹具，她除了具有一般夹具所担负的装夹任务外，还担负自动线输送工件的任务。所以，它是跟随被加工工件沿着自动线从一个工位移到下一个工位的，故称为随行夹具。
除了上述分类外，夹具还可以按照动力来源不同分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具及自夹紧夹具等，按工种还可以分为车床夹具、铣床夹具、磨床夹具、钻床夹具等。
2.1.4 机床夹具在机械加工中的作用
夹具是机械加工中的一种工艺装备，它在生产中起的作用很大，所以在机械加工中的应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用：
1. 保证工件的加工精度
由于采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，所以在机械加工中，可以保证工件各个表面的相互位置精度，使其不受或不受各种主观因素的影响，容易获得较高的加工精度，并使一批工件的精度稳定。
2. 提高劳动生产率和降低加工成本
采用夹具使工件装夹方便，免去工件逐个找正对刀所花费的时间，因此可以缩短辅助时间。另外，采用夹具装夹或，产品质量稳定，对操作工人的技术水平的要求可以降低，有利于提高生产率和降低成本。
3. 扩大机床工艺范围和改变机床用途
使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。这是在生产条件有限的也器中常用的一种技术改造措施。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗摸夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工，一充分发挥通用机床的作用。
4. 改善劳动条件和保证生产安全
使用专用机床夹具可减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，保证安全生产。
2.2工件的装夹方式
工件在机床上的装夹方式有以下三种方法：
1. 直接找正法
在机床上根据工件上有关基准直接找正工件，使工件获得加工的正确位置的方法。
直接找正法的定位精度和工作效率，取决于被找工件表面的精度、找正方法和所用工具及工人的技术水平。此法一般多用于单件小批生产和精度要求特别高的场合。
2. 划线找正法
在机床上按毛坯或工件上所划线找正工件，使工件获得正确位置的方法。
此法由于受到划线精度的限制，定位精度比较低，多用于单件小批量生产、毛坯精度较低以及大型零件等不使用夹具的粗加工中。
3. 用夹具装夹
即通过夹具上的定位元件使工件相对于刀具及机床获得正确位置的方法。
此法使工件定位迅速方便，定位精度较高，广泛用于成批和大量生产。
上述用装夹工件的方法有以下几个特点：
工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准与夹具上的定位元件相接触而实现的。
由于夹具预先在机床上已调整好位置（也有在加工过程中再进行找正的），因此，工件通过夹具相对于机床也就有了正确的位置。
通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。
2.3 基准及其分类
机器零件是由若干个表面组成的。这些表面之间的相对位置关系包括两方面的要求：表面见的位置尺寸精度和相对位置精度。研究零件表面的相对位置关系，是离不开基准的。不明确基准就不无法确定表面的位置。
基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同功能，基准分为设计基准和工艺基准两大类。
1. 设计基准
在零件图样上所采用的基准，称为设计基准。
2. 工艺基准
零件在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。
（1）装配基准
装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。
（2）测量基准
测量时用以检验已加工表面尺寸几 位置的基准，称为测量基准。
（3）工序基准
在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、形状及位置的基准，称为工序基准。
（4）定位基准
工件定位时所采用的基准，称为定位基准。
需要说明的是，作为基准的点、线、面在工件上并不一定具体存在。如轴心线、对称面等，它们是由某些具体表面来体现的。用以体现基准的表面称为定位基准。
2.4 工件的定位
2.4.1 工件定位的基本原理
工件装夹在机床上必须使工件相对于刀具和机床处于正确的加工位置，它包括工件在夹具的定位、夹具在机床上的安装以及夹具相对于刀具和整个工艺系统的调整等工作过程。在使用夹具的情况下，就要使机床、刀具、夹具和工件之间保持正确的加工位置。显然，工件的定位是其中极为重要的一个环节。
1. 六点定位原则
定位，就是限制自由度。通常是用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是工件定位的“六点定位原则” 。
2. 工件定位中可能出现的集中情况
（1）完全定位
六个支承点限制了工件的全部自由度，称为完全定位。
（2）不完全定位
根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。
（3）欠定位
根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有被限制的定位，称为欠定位。器定位无法保证加工要求，所以是决不允许的。
（4）过定位
夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象，称为过定位。过定位中常会出现干涉现象。
消除或减小过定位所引起的干涉，一般有两种方法：一种是提高定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。一种是改变定位元件的结构，使定位元件在重复限制自由度的部分不起定位作用。
2.4.2 常见定位方式及定位元件
定位方式和定位元件的选择包括选择定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等，他们主要取决于工件的加工要求、工件定位基准和外力的作用等因素。
1. 工件及平面定位
（1）主要支承 主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用
1）固定支承
2）可调支承
3）自位支承
（2）辅助支承 提高工件的安装刚性和稳定性
1）螺旋式辅助支承
2）自位式辅助支承
3）推引式辅助支承
4）液压锁紧的辅助支承
2. 工件以圆柱空定位
（1）圆柱销
（2）圆锥销
（3）圆柱心轴
3. 工件以外圆柱面定位
（1）在V形块中定位
（2）在圆孔中定位
（3）在半圆孔和圆锥孔中定位
2.5 工件的夹紧
在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。工件定位以后需要通过一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上，使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动，以保证加工精度和安全生产。这样把工件压紧夹牢的装置，即称为夹紧装置。
2.5.1夹紧装置的组成及基本要求
1. 夹紧装置的组成
（1）力源装置
（2）中间传动机构 作用如下：
1）改变夹紧作用力的方向
2）改变夹紧作用力的大小
3）具有一定的自锁性能
（3）夹紧元件
2. 对夹紧装置的基本要求
（1）夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置
（2）夹紧力的大小要适当
（3）夹紧装置要操作方便
（4）结构要进凑简单，有良好的结构工艺性，尽量使用标准件
2.5.2 夹紧力的确定
确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作同点。在确定夹紧力的三要素时要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情况，而且必须考虑定位装置的结构形式和布置方式。夹紧力的三要素对夹紧结构的设计起着决定性的作用。只有夹紧力的作用点分布合理，大小适当，方向正确才能获得良好的效益。
1. 夹紧力方向的确定
（1）夹紧力方向应垂直于主要定位基准面
（2）夹紧力的方向最好与切削力、工件重力方向一致
2. 夹紧力作用点的选择
（1）应能够保持工件定位稳定可靠，在夹紧过程中不会引起工件产生位移或偏转。
（2）应尽量避免或减少工件的夹紧变形
（3）夹紧力作用点应尽量靠近加工部位
3. 夹紧力大小的估算
（1）首先假设系统为刚性系统，切削过程处于稳定状态。
（2）常规情况下，只考虑切削力（矩）在力系中的影响；切削力（矩）用切削原理公式计算。
（3）对重型工件应考虑工件重力的影响。在工件做高速运动场合，必须计入惯性力。
（4）分析对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡方程计算此状态下所需的夹紧力即为计算夹紧力
（5）将计算夹紧力再乘以K，即得实际夹紧力。K为总安全系数，K=K0K1K2K3
各种因素的安全系数可查表2-3，一般K=1.5~2.5；当夹紧力与切削力相反时，K=2.5~3 。
2.5.3典型夹紧结构
1. 斜楔夹紧结构
2. 螺旋夹紧结构
（1）单个螺旋夹紧结构
（2）螺旋压板夹紧结构
（3）偏心夹紧机构
2.5.4定心夹紧机构
当加工尺寸的工序基准是中心要素（轴线、中心平面等）撕，为使基准重合以减少定位误差，可以采用定位夹紧机构，所以，定心夹紧机构主要用于要求准确定心或对中的场合。定心夹紧机构可分为以下几种：
（1）螺旋式定心夹紧机构
（2）杠杆式定心夹紧机构
（3）楔式定心夹紧机构
（4）弹簧筒夹式定心夹紧机构
（5）膜片卡盘定心夹紧机构
（6）波纹套定心夹紧机构
（7）液性塑料定心夹紧机构

第3章 专用夹具设计

3.1 设计任务
为了提高劳动劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经指导老师与我协商，决定设计第60道工序铣Φ55上端面的专用夹具。刀具为镶齿套式面铣刀。

3.2设计方法和步骤

3.2.1夹具类型的确定
由于在铣面时是采用镶齿套式面铣刀进行铣削，所以采用的是圆形对刀块。
3.2.2定位装置的设计
铣Φ55上端面定位原理图，如图所示。
为了使定位误差竟可能的小，决定采用控制六个自由度的定位方式实现完全定位。六个自由度分别由一个面加三个支撑钉来控制五个自由度，一个定位挡销来控制工件的转动。

图3-1 铣Ø55上端面定位原理图

3.3夹紧装置的设计

3.3.1夹紧机构
夹紧装置的好坏会影响工件加工的精度和表面粗糙度，也影响到加工的时间，因此在夹具中占有重要的地位。
在此次的夹紧机构的设计中，所采用的是手柄螺旋夹紧机构。该夹紧机构不仅结构简单、制造容易，而且自锁性能较好，夹紧力和夹紧行程较大，是手动夹紧中用的最常见的一种夹紧机构。

3.3.2夹紧力的计算
(1)刀具： 采用镶齿套式面铣刀
机床： X51立式铣床
由[3] 所列公式 得

查表 9.4—8 得其中： 修正系数

z=24
代入上式，可得 F=889.4N

因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。

安全系数 K=
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

(2)夹紧力的计算
选用夹紧螺钉夹紧机 由
其中f为夹紧面上的摩擦系数，取
F=+G G为工件自重

夹紧螺钉： 公称直径d=8mm，材料45钢 性能级数为6.8级

螺钉疲劳极限：
极限应力幅：
许用应力幅：
螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为
[s]=3.5~4 取[s]=4
得
满足要求

经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，
使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力

3.4导向装置的设计
导向装置用于引导刀具对工件的加工，可提高被加工孔的形状精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。
对刀块是铣床夹具所特有的零件，起导向作用，提高刀具刚度并保证被加工孔与工件其他表面的相对位置。由于此工序加工的是端面，所以我选用的是圆形对刀块

3.5绘制夹具结构图
综合上述的设计内容，最终画出夹具结构图，如图3–1夹具机构图所示。

图3–1夹具机构图

3.6定位误差分析与计算
工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位挡销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在铣床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin =0.015-0.008=0.007
本工序采用支撑钉和挡销定位，工件始终靠近挡块的一面。但是，由于此道工序后还有精加工，因此本道工序要求不高，故应当能满足定位要求。

参考文献

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致 谢

奋斗了将近三个月的时间，我在大学里最后一次也是唯一一次的毕业设计已经接近尾声。由于缺乏经验，难免有许多考虑不周全的地方，在整个毕业设计过程中遇到了这样、那样的问题。每当我遇到难以解决的问题时，我的指导老师池龙珠老师总会有问必答、知无不言。池老师平日里教学工作比较繁忙，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。每周都会进行疑难问题的解答，记得有一次原定于下午的答辩，由于池老师临时有事被迫延后。但是池老师还是牺牲了自己晚上休息的时间为我们进行指导，这让我看到了池老师严谨的做事风格。真心的感谢池老师。
当然在整个毕业设计中其次要感谢我的同学对我无私的帮助，我们互相帮助着解开了一个又一个难题，正因为有了他们我才能顺利的完成毕业设计。另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我想衷心的说一声谢谢大家！

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