为了达到提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度的目的。在加工车床拨叉零件时，需要设计专用夹具。

如前所述，应该注意提高生产率，虽然该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。但是由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。

此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，支承钉采用可调节环节。以便随时根据情况进行调整。

5.1问题的提出

利用本夹具主要用来镗加工孔。加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔轴线对底孔有位置度公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。

5.2 定位基准的选择

由零件图可知：孔的轴线与底孔有位置度要求，在对孔进行加工前，小头孔进行了粗、精加工。因此，选底孔为定位精基准（设计基准）来满足位置度公差要求。

孔的轴线间有位置公差，选择小头孔左端面为定位基准来设计镗模，从而满足孔轴线间的位置度公差要求。工件定位用小头孔、大头孔端面和大头孔的侧面定位来定位。

如图5.1：

                          图5.1  镗孔定位

5. 3 夹具方案的确定

设计专用夹具的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等的技术要求能够得到合理的保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，应该使所设计的专用夹具在加工过程中装夹方便，有较高的生产效率。因此，我设计了两个夹具方案以供选择，其方案如下：

（1）夹具设计方案一

在加工本工序之前，工件的大头孔两端面、小头孔及它的端面都均已经加工过。因此，我选择小头孔用长心轴定位，以大小头孔的左端面为定位面，并在大头孔的下方用一档销定位，以实现典型的一面两销定位。在大小头孔之间用一个移动压板压在连接板上，实现夹紧。并选用固定镗套作为刀具的导向装置。

（2）夹具设计方案二

在加工本工序之前，工件的大头孔两端面、小头孔及它的端面都均已经加工过。在小头孔用一长销定位，以小头孔的左端面作为定位面，在大头孔下方用一定位块作为档销以实现一面两销定位。在小头孔的心轴右端用一个带肩的螺母和开口垫圈作为压紧，在加工处用一辅助支撑以抵消加工时所产生的轴向力。

（3）方案的比较分析

上述两个夹具方案的特点在于：它们都采用了典型的一面两销定位，它们的不同之处在于，方案一是以两个平面同时作为一个定位面，采用移动压板作为夹紧机构。方案二是以定位环作为定位面，在心轴上加一个螺母进行了夹紧，在加工处用一螺钉作为辅助支撑。通过对它们的比较方案一以两个不同的平面同时作为定位面，如果那两个平面在加工的时候，出现了加工误差，则在以这两个面作为定位面进行孔的加工会出现受力不均的情况，使工件受较大的外力而变形。而方案二用一个定位环作为定位面就解决了这个问题，因此，我选择方案二作为加工本工序的专用夹具。

5. 4 误差分析与计算

该夹具以两个平面定位，要求保证孔轴线与端面间的尺寸公差以及孔轴线与底孔的位置度公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。

由于本工序的加工是以心轴定位,工件孔和心轴的误差可分为以下两种:一是工件以圆孔在过盈配合圆柱心轴上定位,所以定位副之间无径向间隙,也即这时不存在径向基准位移误差(,)。工件在轴线方向上的轴向定位误差，则可利用夹紧力加以控制。由此可见，过盈配合圆柱心轴的定位精度是相当的高。二是以圆孔在间隙配合圆柱心轴上定位，根据心轴放置位置的不同，有不同情况。在设计中，是将心轴水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此，有径向基准位移误差。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母线接触。故此时的径向基准位移误差仅在Z轴方向，且向下。

如图5.3：

由《机床夹具设计手册》可得：

定位误差（两个垂直平面定位）：

                                 （式5.1）

式中  ——定位副间的最小配合间隙；

——工件圆孔直径公差；

    ——心轴外圆直径公差，

 由（式5.1）

可知， 

（1）夹紧误差：                   （式5.2）

其中接触变形位移值：

         （式5.3）

（2） 磨损造成的加工误差：通常不超过

（3） 夹具相对刀具位置误差：取

误差总和： 

从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。

5. 5 切削力及夹紧力的计算

镗刀材料：（硬质合金镗刀）

刀具的几何参数：        

由参考文献《机床夹具设计手册》查表可得：

圆周切削分力公式：                    （式5.4）

式中  ——圆周切削分力；

      ——背吃刀量；

      ——修正系数；

      f——每转进给量。

式中     

                                 （式5.5）

式中  ——考虑工件材料机械性能的系数；

      ——考虑刀具几何参数的系数。

查参考文献[10]表得：    取  

由参考文献[10]表可得参数：     

即： 

同理：径向切削分力公式 ：            （式5.6） 

式中  ——径向切削分力；

      ——背吃刀量；

      ——修正系数；

      f——每转进给量。

式中参数：       

即： 

轴向切削分力公式 ：                    （式5.7）

式中  ——轴向切削分力；

      ——背吃刀量；

      ——修正系数；

      f——每转进给量。

式中参数：       

即： 

根据工件受切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：

                                              （式5.8）

式中  ——实际所需夹紧力；

      ——在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力；

      ——安全系数。

安全系数K可按下式计算， 

                                    （式5.9）

式中  ——加工性质；

      ——刀具钝化程度；

      ——切削特点；

——夹紧力的稳定性；

——手动夹紧时的手柄位置；

——仅有力矩使工件回转时工件与支承面接触的情况。

式中：为各种因素的安全系数，见参考文献[10]表可得：   粗镗：代入（式5.9）得

所以，由（式5.8）有： 

精镗：代入（式5.9）得

所以，有： 

镗削产生的圆周切削分力由定位块和夹紧力所产生的摩擦力平衡。

查表可得： 

所以，                                 （式5.10）

因此，所需的夹紧力为4668N，由于螺母产生的夹紧力，所以，，且还有定位块可以作为支承，因此，满足要求。

镗削产生的径向切削分力为

由于有定位块、心轴和由夹紧力所产生的摩擦力远远大于F。

镗削产生的轴向切削分力为

由于有辅助支承和定位环作为轴向分力的支承，它所产生的支承力。

由上面的计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构，满足设计要求。

5.6 镗床夹具的分析

用镗模镗孔时,工件的加工精度可以不受镗床精度的影响,而由镗模的精度来保证。机床的主轴和镗杆采用浮动联接,机床只是提供镗杆的转动动力。镗模的结构类型主要取决于导向的设置，导向的设置不仅是考虑加工孔的位置精度，更重要的是考虑加工时镗杆的刚度。因此以加工情况设置导向使镗杆获得高的支承刚度。

镗杆在镗模中只有一个位于刀具前面或后面的镗套导向。这时镗杆与机床主轴采用刚性联接，镗杆的一端直接插入机床主轴的莫式锥孔中，并使镗套的轴线与主轴轴线重合。这项调整比较困难，机床主轴的回转精度会影响镗孔精度。因此，只适用于小孔和短孔。

采用双支承导向的镗模。镗杆与机床主轴采用浮动联接。所镗的孔的位置精度主要取决于镗模架上镗套的位置精度，因此两镗套的同轴度要求很高。

在本设计中，由于镗的空的直径比较的大为的，因此，在设计镗模时，采用双支承导向的镗模。

固定镗套的支架称为镗模架，一般用铸铁铸造。镗模应设计成单独体不要设计与夹具底座设计成一体，更不要与夹紧装置用支架相联接。这样便于制造，更重要的是有利于位置精度的获得及避免其他因素对镗模架精度的影响。结构设计时，要特别注意刚度设计。镗模架用螺钉和销钉固定在夹具底座上，并保证有足够的接触刚度，螺钉的直径、数量、分布要合理。

镗模架不宜用焊接结构，以避免内应力引起蠕变而失去精度。还要注意，不允许镗模架承受夹紧反力。下载本文