齿轮箱工艺及钻φ孔工装及专机设计模板.doc

毕业设计说明书

级 类 专业

课 题：齿轮箱工艺及钻2-φ20孔、工装及专机设计

姓 名：
指导老师：

05月05日

摘 要

本论文关键研究是不规则零件在现代制造业中广泛应用，那么确保这类零件加工精度就显得尤为关键。本课题经过分析齿轮箱零件结构特点和加工要求，用组合机床加工来达成多孔加工目标,提升零件在大批量生产制造过程中效率,同时制订了一套较为合理加工工艺规程，从而为确保该零件加工精度将提供一个经济实用夹具设备，含有一定实用价值，在论文中会以研究零件工艺规程开始着手设计最为适合夹具，在不一样夹紧方案下进行比较，而且以平面加工为定位方法，经过夹紧力计算和定位误差达成比较，选则最为合适、最为合理夹具设计方案，从而确保了被加工零件精度和工件在加工过程中定位可靠和正确，夹具提供足够大夹紧力以预防工件位移，工件在夹紧力作用下形变小。从而使得夹具在装夹工件进行加工过程中正真发挥其作用,提升劳动生产效率、含有一定实用价值。

关键字：夹具装夹，组合机床，加工精度，二工位加工

齿轮箱工艺及钻2-φ20孔、工装及专机设计

引言
在机床上加工工件时，为了确保工件在该工序所加工表面能达成图纸上要求尺寸及位置精度等技术要求，必需使得工件相对于刀具和机床占有正确加工位置（即工件定位），并把工件压紧夹牢，方便在加工过程中，工件受到切削力、离心力作用及冲击、振动等影响时，能保持这个确定了位置稳定不变（即工件夹紧）。在机床上对工件进行定位和夹紧，称做装夹。一切能使工件在机床上实现定位和夹紧工艺装置，通常称为机床夹具，简称夹具。
机床夹具按专门化程度分通用夹具、专用夹具、可调整夹具、专门化拼装夹具和自用化生产用夹具。通用夹具是指已经标准化，且含有较大适用范围夹具。它由专业厂生产供给，有已作为机床附件和通用机床配套，这类夹具关键用于单件小批生产。专用夹具是依据零件工艺机械加工过程中某一道工序而专门设计夹具。因为不考虑通用性，故结构紧凑、操作方便。这类夹具可确保高加工精度和生产率。但这类夹具针对性很强，当交换产品或工艺时，通常全部因无法使用而“报废”。可调整夹具，在目前多个小批量生产条件下，设计制造专用夹具准备周期太长，且很不经济，不过，采取通用夹具又不能满足使用要求。采取可调整夹具则是改善工艺装备设计一个发展方向。可调整夹具特点是：加工完一个工件后，可调整或更换部分零件，即可加工形状相同、尺寸和加工工艺相近多个工件。这类夹具又可分为通用可调和专用可调甲具两类。通用可调夹具加工对象不是很确定，适用范围较大；专用夹具常称成组夹具，通常配合成组技术，专门为成组加工某组零件而设计，它是在专用夹具基础上，经过更换和调整部分元件，来适应组内不一样零件加工要求。加工对象明确，结构紧凑。专门化拼装夹具，这类夹具是针对某工件某工序加工要求，由事先制造好通用性较强标准元件和部件拼装而成，只要有足够种类和数量标准元件和部件，就可拼装成各式各样夹具。自动化生产用夹具，关键有自动线夹具和数控机床夹具，前者和通常专用夹具相同，后者除担负工件安装任务外，还随工件一起从一个工位输送到下一个工位。一个多工位自动线上有很多相同随行夹具。
夹具发展趋势：夹具是机械加工不可缺乏部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环境保护方向发展带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。
1机床夹具概述
1.1 机床夹具作用及其分类
1． 机床夹具作用
夹具是机械加工中一个工艺设备，它在机械加工中起着十分关键作用，关键有以下多个方面。
1）便于工件正确定位，以确保加工精度
工件装夹在夹具上后，工件上各相关几何元素（点、线、面）之间相互位置精度在一定程度上就由夹具确保。当夹具在机床上正确定位及固定以后，工件在夹具中又得到正确定位并被夹紧，这么就确保了再加工过程中“同批”工件对刀具和机床保持确定相对位置，使加工得以顺利进行。
2）提升劳动生产效率和降低加工成本
采取夹具以后，能够省去即十分费时又不很紧缺划线、找正工序，降低了辅助时间。若采取联动夹具装置、快速夹紧装置，既能降低劳动强度，又能提升生产效率。比如采取气压、液压等传动装置，只需要几秒钟旧能够完成夹紧动作。
3）改善工人劳动条件
采取夹具后，工件装卸比不用夹具要方便、省力、安全。假如生产规模较大，还能够采取机械化传动装置和自动装卸工件自动化夹具，以实现生产过程中自动化，深入提升劳动生产效率和改善工人劳动条件。
4）扩大机床工艺范围
在单件小批量生产条件下，工件种类、规格多，而机床数量、品种却有限。为了处理这种矛盾，能够设计制造专用夹具，使机床“一机多用”。比如，能够采取专用夹具，在车床上实现拉削。
夹具在机械加工中作用是关键，不过在不一样生产规模和不一样生产条件下，夹具功用也有所侧重，其结构复杂程度也有很大不一样。比如，在单件小批生产条件下，宜于使用通用可调夹具，若采取专用夹具，其结构也应求简单。在大批量生产条件下，夹具作用则关键是在确保加工精度前提下提升生产效率，所以夹具结构更完善些是必需。即使此时夹具制造费用大部分，但因为生产效率提升，产品质量稳定，技术经济效果还是好。
2. 机床夹具分类
夹具分类方法比较多，通常可分为通用夹具和专用夹具。多年来为适应该代机械制造业发展，还发展了通用可调夹具、成组夹具和组合夹具等类型。
1） 通用夹具
通用夹具是指已经标准化、在一定范围内能够用于加工不一样工件夹具。如三爪或四爪卡盘、机器虎钳、回转工作台、磁力工作台等。这些夹具已经作为机床附件，由专门工厂制造供给。
2）专用夹具
专用夹具是指专为某一工件某道工序加工而设计制造夹具。
3）通用可调夹具和成组夹具
着两种夹具结构很相同，它们共同点是：在加工完多个工件。但通用可调夹具加工对象并不是很明确，其通用范围较大，如滑柱钻模、带多种钳口机器虎钳等即是这类夹具。而成组夹具则是专门为成组加工工艺中某一组零件而设计，针对性强，加工对象和适用范围明确，结构更为紧凑。
4）组合夹具
组合夹具是指根据某一工件某道工序加工要求，由一套事先准备好通用标准元件和部件组合而成夹具。这种夹具用完以后能够拆卸存放，或重新组装成新夹具。因为组合夹具是由多种标准元件、部件组装而成，故含有组装快速、周期短、能反复使用等特点，所以在多品种、小批量生产或新产品试制中尤为适用。
若按夹具所适用机床来分类，可分为车床夹具，铣床夹具，钻床夹具，镗床夹具和其它机床夹具等类型。
若按驱动夹具工作力源来分类，还能够分为手动夹具，气动夹具，液压夹具，电磁和电动夹具等等。不顾通常多按夹具使用特点和使用机床进行分类。
1.2 机床夹具组成
夹具种类即使很多，不过她们工作原理基础上相同，通常有以下多个组成部分。
（1） 定位元件
是用来确定工件再夹具中位置元件，它包含元件或元件组合。
（2） 夹紧装置
这种装置包含夹紧元件或其组合及动力源。其作用是将工件压紧夹牢，确保工件在定位时所占据位置在加工过程中不因外力而破坏。
（3） 确定夹具对机床相互位置元件
这类元件是为了用来确定夹具对机床工作台、导轨或主轴相互位置。
（4） 对刀—导引元件
这类元件共同作用是确保工件和刀具之间正确加工位置。
（5） 其它装置或元件
这类装置或元件关键有：为使工件在依次装夹中数次转位而加工不一样位置上表面所设置分度装置，为了便于卸下工件而设置顶出器；和标准话了连件元件等。
（6）夹具体
夹具体是夹具基座和骨架。其它装置全部安在夹具体上使之成为一个夹具整体。
当然上述各组成部分，不是每个夹具全部必需完全含有。但通常来说，定位元件、夹紧装置、夹具体则是夹具基础组成部分。
1.3机床夹具多工位加工
对于通常机床而言，一个夹具只能夹持一个工件加工一道工序，然而对和本设计而言，一个夹具在夹持了一个工件以后被安装在数控加工中心上，数控加工中心帮助完成了多个工位零件加工，那么对于设计出夹具而言，使得夹具能夹持零件并能确保该零件加工精度就显尤为关键，此次毕业设计中，因为齿轮箱零件外形比较不规则，不一样面上要加工孔系又比较多，那么设计出来夹具关键就在于能否集中能加工表面于一个夹具上问题，使得数控加工中心在一次加工中能取得最多工位加工次数。所以多工位确保也起源于夹具设计。

2．齿轮箱零件结构分析和工艺规程制订
在本设本设计中，除了对工件定位和夹紧外，还有部分问题需要处理，如专用夹具设计步骤、夹具体设计、夹具总图上尺寸公差及技术要求标注、工件在夹具中加工精度分析、夹具经济分析及机床夹具计算机辅助设计等。这些问题将在下面做叙述。
2.1 齿轮箱零件给构分析过程
在此次毕业设计中满足“优质、高产、低成本”要求，首先必需制订零件机械加工工艺规程装配工艺规程，然后根据所制订出装配工艺规程来进行机械加工和装配。
制订机械加工工艺规程应分析研究零件图样，了解该零件在产品或部件中作用，找出其要求较高关键表面及关键技术要求，并了解各项技术要求制订依据，审查其结构工艺性，选择和确定毛坯，确定工艺路线；具体确定工序具体内容，对工艺方案进行技术经济分析，最终填写工艺文件。
2.2毛坯选择
毛坯选择包含选择毛坯种类和确定毛坯制造方法两个方面。常见毛坯种类有铸件,锻件，型材，焊接件等。当设计人员设计零件并选好材料后，也就大致确定了毛坯种类。如铸铁材料毛坯全部为铸件，钢材料毛坯通常为锻件或型材等。多种毛坯制造方法很多。概括起来说，毛坯制造方法越优异，毛坯精度越高，其形状和尺寸越靠近成品零件，这就使得机械加工劳动量大为降低，材料消耗也低，使机械加工成本降低；但毛坯制造费用却因为采取了优异设备而提升。所以，在选择毛坯时应该综合考虑各个方面原因，以求最好效果。
选择毛坯时关键考虑到下列原因：
A:零件材料及其力学性能 此次设计齿轮箱零件材料大致确定了毛坯种类,而其力学性能高低，也在一定程度上影响着毛坯种类。
B:生产类型 不一样生产类型决定了不一样毛坯制造方法.在大批量生产中,应采取精度和生产率较高优异毛坯制造方法,本设计铸件应采取金属模造型，并应该充足考虑采取新工艺、新技术和新材料可能性。
C：零件结构和形状外形尺寸 在充足考虑了上述两项原因后，有时零件结构形状和外形也会影响毛坯种类和造型方法。本设计中零件即使为不规则外形，不过对于选择毛坯材料不产生任何影响。
考虑了上述原因同时，不应该脱离具体生产条件，在确定了毛坯制造方法后，应该熟悉毛坯特点，通常以毛坯零件图形式表示，作为正式制订机械加工工艺规程原始依据。
2.3 齿轮箱零件外形结构分析
由附图1可见，此图为齿轮箱零件，切其外形是无规则。

图2.1 齿轮箱零件图
2.3.1分析零件结构工艺性
该零件为齿轮箱体,关键用泵类外壳设计,其外形尺寸比较复杂,属于壳体类零件,结构比较复杂,孔多壁厚,本设计关键加工2-φ20孔。

2.3.3毛坯说明
该零件材料为HT200,毛坯为铸件.在批量生产类型下,考虑到零件结构复杂,所以采取铸造毛坯生产.上述各点在制订工艺规程时应该给予充足重视。所要加工为下底面安装2-φ20孔。
2.3.4初步选择定位基准和确定工件装夹方法
在成批生产中，工件加工时应该广泛采取夹具装，因为毛坯加工精度要求较高所以在装夹过程中对和夹具精度设计也是需要有很大确保，来足以确保零件加工精度。
因为考虑到该零件设计夹具特殊性，及在装夹到夹具体上只要求将零件上二个φ20孔加工出来，所以在装夹到夹具体上前首先应该对于作为基准各个表面做一个铺垫式加工，以确保在加工孔过程中，包含到加工基准面精度要求得到充足确保。
在加工孔过程中，三个侧面精度全部要得到很正确确保，在拟订工艺路线工程中这些全部是要被一一表现。
2.3.5拟订工艺路线
1）选择表面加工方法
工件材料为有色金属,孔直径不是很大,要求较高,孔加工采取钻孔-扩孔-粗铰-精铰加工方案;
2）工序次序安排
依据“先基准面，后其它”标准，在工艺过程开始先将定位基准面加工出来。依据“先面后孔”标准，在每个加工阶段均先加工平面，再加工孔。所以加工2-φ20孔时，需先将定位基准面加工出来（图2.1所表示）
3. 机床夹具设计
即使各类机床夹具结构均不相同，但按其关键功效加以分析，机床夹具通常是由定位元件、夹紧装置、夹具体、其它装置或元件组成。
3.1 夹具要求
1）确保工件加工精度
专用夹具应有合理定位方案，标注适宜尺寸、公差和技术要求，并进行必需精度分析，确保夹具能满足工件精度要求。
2）提升生产效率
应依据工件生产批量大小设计不一样复杂程度高效夹具，以缩短辅助时间，提升生产效率。
3）工艺性好
专用夹具结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。专用夹具制造属于单件生产。当最终精度由调整或修配确保时，夹具上应设置调整或修配结构，如设置合适调整间隙，采取可修磨垫片等。
4）使用性好
专用夹具操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必需时可设置排屑结构。
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，还应依据生产纲领对夹具方案进行必需经济分析，以提升夹具在生产中经济效益。
3.2 专用夹具设计步骤
1．明确设计任务书和搜集设计资料
夹具设计第一步是在已知生产纲领前提下，研究被加工零件零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。关键是了解工件工艺结构特点、材料；确定本工序加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用机床、刀具、量具等。
其次是依据设计任务搜集相关资料，如机床技术参数，夹具零部件国家标准、部分标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还能够搜集部分同类夹具设计图样，并了解该厂工装制造水平。
2.拟订夹具结构方案和绘制夹具草图
1）确定工件定位方案，设计定位装置。
2）确定工件夹紧方案，设计夹紧装置
3）确定对刀或导向方案，实际对刀或导向装置。
4）确定夹具和机床连接方法，设计连接元件及安装基面。
5）确定和设计其它装置及元件结构形式，如分度装置、预定位装置及吊装元件等。
6）确定夹具体结构形式及夹具在机床上安装方法。
7）绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。
A:进行必需分析计算
工件加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置夹具，需要计算夹紧力。当有多个家居方案时，可进行经济分析，选择经济效益较高方案。
B:审查方案和改善设计
夹具草图画出后，应征求相关老师意见，然后依据提出意见和提议进行修改。
C:绘制夹具装配总图
夹具总装配图应根据国家制图标准。绘制图百分比为1：1总图应该把夹具工作原理、多种装置结构极其相互关系表示清楚。
夹具总图绘制次序以下:
a用双点划线将工件外形轮廓，定位基准面，夹紧表面及加工表面绘制在各个试图适宜位置上。在总图中能够看作透明体，不遮挡后面夹具上线条。
b依次绘制出定位装置、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标注必需尺寸、公差和技术要求。
d编制夹具明细表及标题栏。
e绘制夹具零件图
f 夹具中非标准零件需要画零件图，而且根据夹具总图要求，确定零件尺寸、公差及技术要求。
3.3 工件在夹具中定位方案设计
3.3.1六点定位原理
任何一个未受到约束物体，在空间全部含有六个自由度，即沿三个相互垂直坐标轴移动（用表示）和绕这三个坐标轴转动（用表示），要使物体在空间含有确定位置（即定位），就必需对这六个自由度进行约束。理论上说共六个自由度能够由六个支承点加以约束和限制，前提是这六个支承点在空间按一定规律分布，而且保持和工件定位面相互接触。

3.1装配图1工件六点定位示意图
图3.1所表示，上图为装配图1定位示意图，图中零件是要加工侧面一组孔系，那么就设法经过六个可调整支承钉进行定位，使得被加工表面保持垂直，在底面上部署了V型块，当齿轮箱零件底面和这三个支承钉接触时，工件，三个自由度就被限制了，在工件右侧又部署了两个支撑钉，当工件左侧和其接触时，工件两个自由度就被限制，再在零件后侧再部署一个支承钉，使得工件后部能够靠在这个支撑点上，工件自由度就被限制，如此设置六个支承点，去分别限制了工件六个自由度，从而使得工件在空间得到确定定位。
在设计零件机械加工工艺规程过程中，依据加工要求已经选择了各工艺定位基准和确定了各定位基应该限制自由度，并将它们标注在工序简图或其它工艺文件上。此夹具设计任务首先就是选择和设计对应定位元件来实现上述定位方案。
在本此毕业设计中因为零件特殊性，零件毛坯是一个不规则齿轮箱零件，所以只能选择圆柱面进行定位，其定位基面很轻易看出就是工件和定位支撑接触表面，和之对应，定位元件上和定位基面相配合（或接触）表面称为限位基面，她理论轴线称为限位基准。工件以平面定位时，其定位基面和定位基准和限位基准和限位基准则是完全一致。
工件在夹具上定位时，理论上定位基准和限位基准应该重合，定位基面和限位基面应该接触。
当工件有多个定位基面时，限制自由度最多定位基面称为关键定位面，对应限位面称为关键限位面。
3.3.2 定位方案设计
我们知道在通常夹具定位中定位方法有很多个，关键是工件以平面定位，工件以圆柱面面进行定位，工件以组合定位方法进行定位，在本设计中工件关键是以平面作为定位基面，原因是该从该零件三维视图和平面视图来看，该零件表面不存在圆柱面，其内部也不存在圆柱孔，所以依据指导老师要求加工毛坯上孔系结构，只能采取平面加工方法。
1.在平面定位元件中，关键有以下多个定位元件可供选择。
1）关键支承
关键支承用来限制工件自由度，起到是定位作用。
（1）固定支承
固定支承有支承钉和支承板两种形式，在使用过程中她们全部是固定不动。
当工件以加工过平面定位时，能够采取平头支承钉或支承板；而球头支承钉关键用和毛坯面定位，齿纹头支承钉关键用于工件侧面定位，她能大大增强摩擦系数，预防工件滑动。支承板结构简单，制造方便，但孔边切削不易清除洁净，故适适用于工件以侧面和顶面定位时情况。
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，除采取支承钉和支承板外，还能够依据工件定位平面具体形状设计对应支承板，工件批量不大时也能够直接以夹具体作为限位平面。
对于本设计中所采取支撑钉形式，还是不适合选择固定支承，因为，该零件定位表面比较复杂，有些选择定位表面不在同一个平面上，假如选择固定支承进行定位则缺乏了夹具体一个灵活性。
（2）调整支承
而工件定位过程中调整支钉高度能够进行合适调整，在同一夹具上加工形状而尺寸不等话，也能够采取调整支承，本设计中就采取了调整支承作为基础定位元件，这么一来既方便了对于不规则零件灵活定位，也使得一个夹具体能够进行多功效应用条件，节省了制作夹具体时间和材料，这也使得该思想成为了设计中一个亮点。
（3）自位支承（浮动支承）
在工件定位过程中，能自动调整位置支承称为自位支承或浮动支承。这类支承工作特点是：支承点位置能伴随工件定位基面位置不一样而自动调整，定位基面压下其中一点，其它点便上升，职志各点全部和工件接触。因为接触点数增加，提升了工件装夹刚度和稳定性，但其作用仍相当于一个固定支承，只限制工件一个自由度。
2）辅助支承
辅助支承是用来提升工件装夹刚度和稳定性。通常在工件定位后和工件接触，然后锁紧，不起定位作用。
在做了解以后获知辅助支承关键有：螺旋式辅助支承，自位式辅助支承，推引式辅助支承。因为本设计中没有包含辅助支承内容，所以不做具体介绍。
2．多个定位方案比较
由上图3.1中装配图1为例。
方案：工件是以圆柱面进行定位，选择B面靠右侧两个支承钉进行定位。

3.2 方案六点定位示意图

3.3.3具体误差分析和计算
1.在本设计中定位设计思绪关键是以加工零件上孔来完成,所以定位方法就能够定下来了,定位基准形式和精度,定位元件形式和精度,定位元件部署方法,定位基准和定位元件配合情况等原因相关.这些应素造成误差,能够经过数学计算求得.在采取高定位精度方法时,要注意到夹具制造上可能性.在总定位就精度满足加工要求条件下,不要过高提升工件在夹具中定位精度.
由机床夹具设计手册中查得常见定位误差和定位形式可知定位面到加工面尺寸加工精度差值即是该位置定位误差大小,依据工序图可知,本夹具设计中，
因为定位基准和工序基准不重合，定位尺寸S=32.580.1，所以mm。
因为尺寸5.510.15mm方向和两个定位孔连心线是平行。所以=（0.027+0.017）=0.044mm。因为工序基准不在定位基面上，所以=0.244mm。
因为定位基准和限位基准不重合，定位基准能够做任意方向位移，加工位置定位外圆。依据下式：
==0.00138
左边基准位移误差为=（0.044+2*2*0.00138）mm=0.05mm。右边基准位移误差为=（0.118+2*2*0.00138）mm=0.187mm。定位误差要取大值，故<1/3零件加工误差。

3.4 工件夹紧
3.4.1 对夹紧装置基础要求
机械加工中,为了保持工件 定位时所确定正确加工位置,预防工件在切削力、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，对工件加工精度、生产率和工人劳动条件有着重大影响，为此也有以下基础要求：
1）夹紧过程中，不能改变工件定位后占据正确位置。
2）夹紧力大小要合适，既要确保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夹紧变形。
3）夹紧装置操作也应该方便、安全、省力。
4）夹紧装置应含有良好自锁性能，以确保源动力波动或消失后，仍然能保持夹紧状态。
3.4.2 夹紧力确实定
确定夹紧力方向、作用点、大小时，应依据工件结构特点、加工要求，并结合工件加工中受力情况及定位元件结构和部署方法来确定。夹紧力方向
夹紧力方向应该有利于定位稳定，且主夹紧力应朝向关键限位基面。夹紧力F朝向了关键限位基面,有利于确保加工顶面孔系结构,
1． 夹紧力作用点
夹紧力方向确定后，应依据以下标准来确定作用点位置：
1）夹紧力作用点应落在定位元件支承范围内，若夹紧力作用点落到了定位元件支承范围之外，夹紧时将破坏工件定位，会造成错误。
2）夹紧力作用点应落在工件刚性很好方向和部位。这一标准对刚性差工件尤其关键。
3）夹紧力作用点应靠近工件加工表面。
2． 夹紧力大小确实定
为了在切削过程中有效夹紧工件，所需夹紧力大小和工件所承受切削力亲密相关。通常，切削力大小和作用点伴随加工过程进行而发生改变，而且在有些切削加工中，切削力还是一个冲击力。要正确计算出切削力大小十分困难，所以在设计夹紧装置时，采取两种方法来确定所需夹紧力：一是依据同类夹具使用情况，用类比法进行估算，这种方法在生产中应用甚广；二是依据加工情况，确定出工件在加工过程中对夹紧最不利瞬时状态，再将此时工件所受多种外力看做静力，并用静力平衡原理，计算出所许夹紧力。因为所加工工件状态各异，切削工具不停地摩损等原因影响，所计算出夹紧力和实际所需夹紧力仍然存在着很大差异为了确保夹紧安全可靠，往往将计算所得夹紧力扩大K倍作为实际需要夹紧力，K为安全系数，故有

式中：实际所需夹紧力，单位为N；
F：用静里平衡原理计算所夹紧力，单位为N；
K：安全系数；粗加工时，取K=2.5～３;精加工时,取K=1.5～２。
3.5基础夹紧机构
在做本设计过程当中也查阅了很多相关夹紧机构，夹紧机构种类很多，其结构大全部以斜契夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础，这三种夹紧机构合称为基础夹紧机构。
而对于本夹具体设计我采取了第二中设计构思，那就是螺旋夹紧机构作为夹紧机构设计。
采取螺杆作为中间传力元件夹紧机构，这种机构便是通常所说螺旋夹紧机构，螺旋夹紧机构结构简单、轻易制造，而且因为螺旋升角小，螺旋夹紧机构自锁性能好，夹紧力和夹紧行程全部较大，是手动夹具上应用得也最多一个夹紧机构。
在整个设计过程当中我业考虑了改善方案，作了比较取得了效果最好结构设计。
3.5.1单个螺旋机构
单个螺旋机构是直接用螺钉或螺母夹紧工件机构，夹紧时螺钉头部直接和工件表面接触，螺钉转动时，可能损伤工件表面，或带动工件旋转。为此在螺钉头部直接安装滑动压块。当滑动压块和工件接触后，因为压块和工件间摩擦力矩大于压块和螺钉之间摩擦力矩，压块不会随螺钉一起转动。图3.6所表示。

图3.6 螺旋夹紧机构

3.5.2 单个螺旋机构夹紧力计算
螺旋夹紧机构也存在着缺点.那就是夹紧动作慢、工件装卸费时。因为螺旋能够看作是饶在圆柱体上斜契，所以，螺钉或螺母夹紧力计算和斜契相同。图3.7所表示，为夹紧力螺旋受力示意图。施加在手柄上原始力矩M=FL，工件螺旋杆产生反作用力为（其值等于夹紧力）和摩擦力。分布在整个接触面上，计算时能够看成集中作用于当量摩擦半径 圆周上。大小和端面接触形式相关。螺母对螺杆反作用力有垂直于螺旋面正压力F及螺旋上摩擦力，其协力为，此力分布于整个螺旋接触面上，计算时认为其作用螺旋中径处，为了便于计算，将分解为水平方向分力和垂直方向分力（其值和相等）。依据力矩平衡条件得

图3.7 螺旋夹紧机构受力分析

因=tan =tan()
代入上式得

式中：
——夹紧力，单位为N；
F——作用力，单位为N;
d——螺纹中径，单位为mm;
L——作用力臂，单位为mm;
——螺纹升角，单位为（）；
——螺纹杆端部和工件摩擦角，单位为（）；
——螺纹杆端部和工件当量摩擦半径，单位为mm;
——螺纹处摩擦角，单位为（）；
以上分析是方牙螺纹，对其它螺纹只要将φ1换成φ10即可。对三角螺纹φ10=arctan(1.15tanφ1 )；对梯形螺纹φ10=arctan(1.03tanφ1 )。本结构能够采取螺旋夹紧机构，首先是因为螺旋夹紧机构是较常见夹紧机构，另外因为考虑到切削力较大，故排除使用偏心轮机构
1）夹紧力大小计算以下：
FQL=（d0\2）F1+r’F2
依据摩擦力定理：F=μN
能够得到：F1=μ1FN=μ1FJ/cosα
F2=μ2 FJ
（a） 其中μ1、μ2确实立见下表3.1：

表3.1滑动旋转副材料许用压力及摩擦系数
螺杆-螺母材料
滑动速度/（m/min）
许用压力/MPa
摩擦系数f
钢-钢
低速
7.5~13
0.11~0.17

表中摩擦系数开启时取大值，运转时取小值。
所以取μ1=μ2 =0.11
(b) α确实立：α=arctanP/πd
因为所选螺旋夹紧机构为双头螺栓加螺母结构，其大小为M12标准件，查下表3.2可得其P和d值。

表3.2 一般螺纹基础尺寸
称直径D、d
螺距P
中径D2或d2
小径D2或d2
第一系列
第二系列
12

1.75
1.5
1.25
1
10.863
11.026
11.188
11.350
10.108
10.376
10.674
10.917

14
2
1.5
1
12.703
13.026
13.350
11.835
12.376
12.914
16

2
1.5
1
14.701
15.026
15.350
13.835
14.376
14.917

所以P=1.5，d0=8，r’ =8/2，
经计算得：FJ = FQL/（d0\2×μ1/cosα+ r’μ2）
FQ可取工人平时扳扳手力平均大小25牛，L能够取扳手长度0.46米。
FJ =25×0.46/（8/2×0.11÷cos(arctan1.5/π/8)+8/2×0.11）=13.057kgf(KN)
2/钻削力计算：
所加工齿轮箱零件材料为HT200，并采取硬质合金刀具.依据T200钻削连线表上查得钻削深度ap和进给量f连线，确定Fc和Ft。其中，Fc主切削力，Ft垂直于Fc，Ff和Fp协力。1/切削深度ap确实定：由表3.3可知，钻孔时，ap=0.5~0.8，依据表3.3说明，切削深度，当工件加工直径较大及需转位或两次安装时，则取较大值，加工直径较小及要求较高加工精度和表面光洁度是，则取较小值，所以，因为夹具所要加工工件直径较小且是在一次装夹中完成，取较小值ap=0.5

表3.3 钻削深度表
工序名称
切削深度（直径上）mm
钻孔

粗加工
２～６
精加工
０.５～１.５
铰孔

粗加工
０.３～０.８
精加工
０.１～０.６

（1） 进给量f确实定：依据精镗、硬质合金刀具及铝合金材料工件，查表3.4，可得进给量f=0.06~0.10，取f=0.08mm/r。

表3.4 钻孔时进给量f
工序名称
刀具名称
材料
进给量fmm/r
钻孔
硬质合金
铸铁
D1级<=0.08,D级：0.12~0.15
钢
0.12~0.15
铝合金
0.06~0.10

连接切削深度ap和进给量f连线，交Fc和Ft直线，交点值为Fc=7.5kgf, Ft= 1.6kgf。
依据工件材料、刀具材料和几何参数不一样，对Fc和Ft分别乘以修正系数KFc和KFt3。
其中，KFc= KFc1* KFc2* KFc3 ; KFt = KFt1* KFt2
因为工件是铝合金材料，其硬度为50~150HB，所以为了确保加工安全性，取最大值150HB。

表3.5 修正系数和工件材料关系
工件材料硬度
HB
140
160
KFc1
0.78
0.84
刀具主偏角
kr
30°
KFc2
1.05
刀尖圆弧半径
re
1
1.5
KFc3
0.95

表3.6 修正系数和工件材料关系
工件材料硬度
HB
140
160
KFt1
0.61
0.67
刀具主偏角
Kr
30°
KFt2
0.63

查表3.5、表3.6知：KFc1=0.84
KFc2=1.05
KFc3=0.95
KFt1=067
KFt2=0.63
所以，最终 KFc= KFc1* KFc2* KFc3=0.84×1.05×0.95=0.8379
KFt = KFt1* KFt2=0.67×0.63=0.4221
Fc0 = KFc×Fc=0.8379×7.5=6.28425 kN
Ft0= KFt×Ft=0.4221×1.6=0.67536 kN
即，最终切削力为轴向6.28425 kN，径向0.67536 kN。
夹紧力和钻削力比较：由计算得悉，夹紧力大于钻削力，所以所设计夹具所使用螺旋夹紧机构拧紧螺丝是适用，达成了夹紧作用，使工件在加工时不会移位，确保了加工精度。
3.6 夹具机构设计

夹具上多种装置和元件经过夹具体连接成一个整体。
3.6.1对于夹具体要求
夹具体形状及尺寸取决于夹具上多种装置部署及夹具和机床连接。
1.含有合适精度和尺寸稳定性
在本设计中因为加工零件本生是需要有加工精度要求，那么为了确保零件表面精度要求对应夹具体上和安装定位元件表面、安装刀或导向元件表面和夹具体安装基准面（和机床相连接表面）等均应有合适尺寸和形状精度和位置精度。为了使夹具体尺寸稳定，本设计中采取铸造夹具体要进行实效处理。
2.有足够强度和刚度
加工过程中，夹具体要承受较大切削力和夹紧力。为了确保夹具体不产生不许可变形和振动，夹具体应有足够强度和刚度。所以夹具体需要有一定壁厚，因为本设计中材料为HT220，是铸造得到，所以采取了加强肋设置。图3.8所表示。

图3.8 夹具体零件图

3.结构工艺性好
夹具体应便于制造、装配和检验。在本设计铸造夹具体上可调定位支承元件表面铸出凸台，以降低加工面积。夹具体毛面和工件之间应留有足够间隙约为4-15MM。上图中也能看到为了安装可调支钉铸出凸台。
4.在机床上安装稳定可靠
夹具在机床上安装全部是经过夹具体上安装基面和机床上对应表面接触或配合实现。在本设计中在夹具体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T型槽进行连接，当夹具在机床工作台上安装时，夹具重心应尽可能低，重心越高则支撑面应越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体安装基面和机床工作台面接触良好。接触边或支脚宽度应大于机床工作台梯形槽宽度，应一次加工出来，并确保一定平面精度。图3.9所表示即为此次毕业设计中设计和数控加工中心连接车床和夹具连接底座。
图3.9 车床连接底座零件图

3.6.2夹具体毛坯类型
1.铸造夹具体
本设计中采取夹具体材料为HT220，用翻砂铸造方法能够得到，这么夹具体优点是工艺性好，可铸造出多种复杂形状，含有很好抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需要进行时效处理，以消除内应力，这也是使用铸造存在不足之处。
2.焊接夹具体
这类夹具体制造方便，生产周期短、成本低、重量轻（壁厚比铸造夹
具体薄）。但焊接夹具体热应力较大，易变形，需经退火处理，以确保夹具体尺寸稳定性。
3.铸造夹具体
适适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大场所。

4．组合机床介绍
4.1概念
组合机床是伴随生产发展、产品产量增加、精度要求不停提升，由万能机床和专用机床发展来，它依据工件加工需要，以大量系列化、标准化和通用化设计通用零部件为基础，配以少许专用零部件组成一个高效专用机床。组合机床广泛应用于汽车、发动机行业汽缸体、汽缸盖、变速箱、后桥大批量生产，不仅提升了生产效率，确保了加工精度，而且减轻了操作者劳动强度。
4.2特点
组合机床采取了70％～90％通用部件和通用零件这大大地缩短了设计制造周期，降低了制造过程中问题，提升了机床工作可靠性，降低了机床成本，方便了机床维修保养，和万能机床和专用机床相比，有以下特点：
1. 研制周期短，便于设计、制造，成本低。因为通用化、系列化、标准化程度高，占70％～90％通用件可组织批量生产进行预制或外购。另外，在需要时候，能够部分或全部进行改装，以组成适应新加工要求新设备。这就是说，组合机床有重新改装优越性，其通用零部件能够数次反复利用。
2.加工工艺合理。组合机床是按具体加工对象专门设计。所以能够按最合理工艺过程进行加工，这在万能机床上往往是不易实现。
3. 生产率高。因为工序集中，组合机床上能够同时从多个方向采取多把刀具对多个工件同时自动进行加工。它是实现集中工序最好路径，是提升生产效率有效设备。
4. 加工精度稳定。因为工序固定，可选择成熟通用部件、精密夹具和自动工作循环来确保加工精度一致性；同时，组合机床常常是用多轴对箱体零件一个面上很多孔同时进行加工。这么就能比很好确保各孔相互之间精度要求，提升产品质量，降低了工件工序间搬运，改善劳动条件，也降低了机床占地面积。
5.因为组合机床大多数零、部件是同类通用部件，这就简化了机床维护和修理。必需时能够更换整个部件，以提升机床维修速度。
6. 配置灵活。因为结构模块化、组合化，通用部件能够组织专门工厂集中生产。 这么能够采取专用高效设备进行加工，