【工裝夾具類】車床組合夾具的設計【10張圖紙】【優(yōu)秀】
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畢業(yè)設計（論文）中期報告
題目：車床組合夾具設計
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級
姓 名
學 號
導 師
2013年3月18日
1.設計（論文）進展狀況：
1.1完成了一篇外文文獻的翻譯
1.2查閱了相關資料，確定了夾具的設計方案
1.2.1已經了解夾具的結構及國內外相關研究情況；已經了解了計算機輔助設計方面的基本知識；已經查閱了夾具設計方面的相關資料；掌握了AUTOCAD換畫圖方法；已經完成了車床夾具總體結構方案的設計。
1.2.2夾具設計方案
1.2.2.1零件的結構分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產工藝簡單，主要車工件上20和14mm孔，如圖所示。
圖1 零件圖
1.2.2.2夾具裝配草圖
圖2 夾具裝配草圖
1.2.3夾具設計
夾具主要依據(jù)零件的加工要求來設計的。夾具應滿足零件加工工序的精度要求、加工生產率要求，并保證操作方便、安全及使用壽命和較低的夾具制造成本。
2.存在問題及解決措施：
2.1首先是AUTOCAD軟件不能很好的使用，因此對夾具不能進行熟練建模，對夾具的質量，以及零件的材料選擇等一系列問題不能解決。
解決措施：下功夫學習軟件，并找尋相關夾具設計書籍進行學習，經常性的向導師和相關教師請教。
2.2其次是在夾具的設計過程中，對組合件不能正確進行選擇，此環(huán)節(jié)感覺不是很理解。
解決措施：查閱相關書籍，經常練習設計軟件，向導師請教學習。
3.后期工作安排：
3.1經過分析計算，完整的繪制出組合夾具的零件圖、裝配圖及其組合夾具某些元件的零件圖，能夠更清楚更完善的表達出所有圖。
3.2根據(jù)所繪制出的各個圖和之前對設計夾具的分析計算，撰寫車床組合夾具的說明書。
3.3整理好畢業(yè)設計的所有資料，熟悉所有圖及其相關說明書，準備終期答辯。
指導教師簽字：
年 月 日
注：1）正文：宋體小四號字，行距20磅，單面打??；其他格式要求與畢業(yè)論文相同。
2）中期報告由各系集中歸檔保存，不裝訂入冊。
畢業(yè)設計(論文)開題報告
題目：車床組合夾具的設計
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級
姓 名
學 號
導 師
2012年12月20日
1.畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況）
題目背景:
機械制造離不開金屬切削機床，而機床夾具則是保證機械加工質量、提高生產效率、減輕勞動強度、降低對工人技術的過高要求、實現(xiàn)生產過程自動化不可或缺的重要工藝裝備之一。機床夾具被廣泛用于制造業(yè)中，大量專用機床夾具的使用為大批量生產提供了必要條件。
夾具是工藝裝備的主要組合部分,在機械制造中占有重要地位。目前,單件、小批量生產正逐漸成為現(xiàn)代機械制造業(yè)新的生產模式。在這種模式中,要求加工機床和夾具裝備具有更好的柔性,以縮短生產準備時間、降低生產成本,所以,按單一品種設計專用夾具的方法已不能滿足生產發(fā)展的要求,而組合夾具正是適應這一生產模式的柔性工裝設備。它對縮短工藝裝備的設計、制造周期,以及產品換型后對原有工裝夾具延續(xù)使用起到至關重要的作用。國外為了適應這種生產模式,也把柔性制造系統(tǒng)作為開發(fā)新產品的有效手段,并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展。
研究意義：
組合夾具是一種先進的工藝裝備，它是由一套預先制造好的各種不同的形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有互換性、高耐磨性和高精度的標準元件組成，其結構靈活多變，適應性廣，元件可長期循環(huán)使用。組合夾具的元件精度高、耐磨，并且實現(xiàn)了完全互換，元件精度一般為IT6-IT7級。用組合夾具加工的工件，位置精度一般可達IT8-IT9級，若精心調整，可以達到IT7級。由于組合夾具有很多優(yōu)點，又特別適用于新產品試制和多品種小批量生產，所以近年來發(fā)展迅速應用較廣。組合夾具的主要缺點是體積較大，剛度較差，一次投資多，成本高，這使組合夾具的推廣應用受到一定限制。隨著機械制造業(yè)的飛速發(fā)展，產品的更新?lián)Q代越來越快，傳統(tǒng)的大批量生產模式逐步被中小批量生產模式所取代，機械制造系統(tǒng)欲適應這種變化需具備較高的柔性。國外己把柔性制造系統(tǒng)(FMS)作為開發(fā)新產品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展方向。柔性化的著眼點主要在機床和工裝兩個方面，組合夾具是工裝柔性化的重點。組合夾具是一種標準化、系列化、通用化程度很高的工藝裝備，它是由一套預先制造好的各種不同形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有完全互換性的標準元件和組合件，按工件的加工要求組裝而成的夾具。它可以拆卸、清洗，并可重新組裝成新的夾具，其應用非常普遍，尤其適合于多品種、中小批量的生產。由于組合夾具的平均設計和組裝時間是專用夾具所花時間的5%-20%，可以認為組合夾具就是柔性夾具的代名詞。
一個優(yōu)良的組合夾具必須滿足下列基本要求：
（1）保證工件的加工精度，穩(wěn)定加工質量
保證加工精度的關鍵，首先在于正確地選定定位基準、定位方法和定位元件，必要時還要進行定位誤差分析，還要注意夾具中其它零部件的結構對加工精度的影響，確保組合夾具能滿足工件的加工精度要求。
（2）提高生產效率，降低成本
組合夾具的復雜程度應與生產綱領相適應，應盡量采用各種快速高效的裝夾機構，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產效率。
（3）良好的強度、剛度和結構工藝性能
組合夾具的結構應力簡單、合理，便于制造、裝配、調整、檢驗、維修等，有利于提高組合夾具的制造精度。
（4）操作性能好
組合夾具的操作方便、省力、安全可靠。在客觀條件允許及又經濟適用的前提下，應盡可能采用氣動、液壓等機械化夾緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。
（5）經濟性好
組合夾具應盡量采用標準件和標準結構，力求結構簡單、制造容易，以降低組合夾具的成本。因此，設計時應根據(jù)生產綱領對組合夾具方案進行必要的技術經濟分析，以提高組合夾具在生產中的經濟效益。
（6）擴大機床的使用范圍
使用組合夾具可以改變原機床的用途和使用范圍，實現(xiàn)一機多能。
（7）排屑順暢
組合夾具中積集切削會影響到工件的定位精度，切削的熱量使工件和夾具產生熱變形，影響加工精度。清理切削將曾加輔助時間，降低生產率。因此組合夾具設計中要給予排屑問題充分的重視。
國外的研究現(xiàn)狀:
夾具的設計包括三個步驟:設備規(guī)劃、夾具規(guī)劃和夾具結構設計。目前,Joneja以及Ferreira等人在進行CAPP方面的研究中對設備規(guī)劃有詳細論述。計算機輔助夾具設計(CAFD)就夾具方面也作了一些工作:Chou YC ,Chandru V等人提出的自動夾具定位和夾緊的一種方法；De Meter EC提出的利用機械杠桿原理進行定位和夾緊位置選擇的一種算法；Markus A等人提出的針對棱柱形工件進行組合夾具設計的基于規(guī)則的系統(tǒng)。目前,關于工件夾具的自動化配置方面的工作,自動夾具結構設計(AFCD)中很少提及。TrappeyAJC等人提出了一個二維組合夾具元件的配置算法。幾乎所有的AFCD研究者都承認,在一個成功的AFCD系統(tǒng)中, 工件的幾何形狀是一個關鍵因素。Nnaji B ,Alladin S等人也對具有復雜幾何形狀的工件進行嘗試研究。然而其結果也僅僅適用于特定的幾 何體,比如多邊形棱柱。Brost和Goldberg提出了一個“完整”的算法用來分析多邊形工件的組合夾具設計。并開發(fā)出一個組合夾具設計系統(tǒng),針對一個任意存在的工件,能自動產生所有可行的夾具設計。并且采用力球分析的方法對產生的方案進行優(yōu)化。以后的許多研究者大多借鑒了Brost 和Goldberg的算法。組合夾具在動力學方面的研究也取得了一定的進步,Yu and Goldberg的夾具加載規(guī)劃方案是把夾具的加載問題看作基于傳感器的集成問題并給了一個規(guī)劃算法。Cai等提出了一種指導夾具設計的方法,此方法是縮小由于工件表面與夾具安裝誤差所帶來的定位誤差。Hockenberger與DeMter提出的模式是在工件加工期間工件的靜態(tài)分析,這種方法是一種定性分析并且是在抓緊或夾緊物體的最壞的情況下的偏差,這種情況是由于在單位扭球的干涉扭矩。
國內的研究現(xiàn)狀:
我國于80年代末開始對組合夾具元件的設計與管理進行了研究和開發(fā),在總結和吸取我國應用和發(fā)展槽系夾具經驗的基礎上,根據(jù)現(xiàn)代機械加工特征及夾具的發(fā)展趨勢,研制了新一代孔系組合夾具系統(tǒng)。此系統(tǒng)發(fā)揮了槽系平移可調性和孔的旋轉可調性的優(yōu)勢,可直接組裝獲得任何直線尺寸和角度尺寸。此系統(tǒng)把大中小三個系列的元件有機融為一體,可在一塊多夾具基礎板上,既能組裝單個大工件夾具,又能組裝多個中小零件夾具,有利于裝夾具基礎板長期固定在機床工作臺上,此系統(tǒng)還設有孔系和槽系過渡元件,便于實現(xiàn)孔、槽系夾具元件混合使用。北京工商大學麻建東和劉璇開發(fā)的組合夾具元件庫,元件庫模塊的核心程序用ObjectARX SDK2. 02工具包開發(fā),界面程序用AUTOCAD 提供的對話框控制語言DCL (Dialog Control Language)語言開發(fā),在VC + + 6.0下編譯和聯(lián)接,生成的ARX可執(zhí)行程序在AU TOCADR14下直接加載運行。元件庫可為使用者提供7類組合夾具元件三維圖形的瀏覽以及交互設計功能,并生成三維組合夾具構形圖,在CAD環(huán)境中可進行修改或刪除山東工業(yè)大學的徐志剛在“廣義映射原理”的指導下,開發(fā)了支持“top - down”風范的夾具設計軟件自動化系統(tǒng)。吳玉光博士在這個領域取得了較大的突破。提出孔系基礎板組合夾具設計的系統(tǒng)方法。該方法利用連桿機構原理自動確定由直線和圓弧組成定位邊界的零件的全部候選定位方案。并提出定位銷可見錐概念和定位銷轉動支點的概念,進行定位方案的裝卸方便性分析。進一步提出瞬心三角形和同向邊的概念,對工件進行可夾緊性分析,確定工件邊界的可夾緊范圍。其理論水平在國內外相關領域內開拓了新的局面。
2.本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
主要內容：設計一種車床的組合夾具，加工零件為三通接頭，對其進行車孔。同時，設計出來的車床組合夾具可以經過簡單拆卸、調整，能夠加工同一系列不同大小的三通接頭。
擬采用的研究方案：定位裝置采用兩個大小不一的定位塊，組合成類似于V形塊，夾緊裝置采用擋鐵和三個長螺釘?shù)慕M合裝置。由于加工的工件為90度的三通接頭，因此，要進行所有管內內孔的加工，一次加工是無法完成，需要兩次裝夾兩次加工過程。而這樣的設計方案減少了夾緊元件的頻繁拆換，節(jié)省了時間。
研究方法： 1）繪制零件圖，認真分析、研究零件圖及其加工工藝，根據(jù)要求選用孔 系組合夾具。
2）確定切削用量及參數(shù)要求，進行組合夾具的定位、夾緊、支承、基礎 板部件設計。
3）繪制組合夾具裝配圖、繪制組合夾具重要部件的零件圖
3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作
課題研究的重點：
夾具設計本質上是一種經驗設計，且夾具分類比較多，夾具參數(shù)比較復雜，夾具設計和工件形狀、加工條件、加工工藝等很多因素有關。組合夾具的設計主要是針對所要加工的零件進行夾緊、定位等部件的設計，使之能適應系列化零件的合理裝夾。
課題研究的難點：
a、異型零件的工藝分析，對零件的工藝分析要求對該零件有相當熟悉的了解，由于條件有限使得對零件不熟悉，可能導致工藝分析不到位。
b、組合夾具的設計，目前組合夾具的設計跟個人的經驗有直接關系，所以本課題的設計可能不夠成熟。
前期已經開展的工作：
查閱有關組合夾具資料，了解國內外組合夾具的發(fā)展及其新技術，積極與導師進行交流，確定研究方案及其研究方法。
4.完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）
（1）分析題目，做好開題報告，準備好開題答辯。（1周）
（2）根據(jù)設計內容的要求，查閱相關資料，明確設計方向，對存在的疑問咨詢指導老師。（2～5周）
（3）檢查、閱讀及完善設計內容準備中期答辯。（6周）
（4）進行畢業(yè)設計，包括：相關方面的計算、確定參數(shù)，繪制相關圖紙并建立圖庫，對資料進行整理。（7～11周）
（5）對畢業(yè)設計進行整理，與老師進行討論修改，校核定稿。（12～13周）
（6）審查、閱讀設計內容準備答辯。（14～15周）
（7）進行畢業(yè)答辯。(16周)
5.指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導老師： 年 月 日
6.所在系審查意見：
系主管領導： 年 月 日
參考文獻
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本科畢業(yè)設計(論文)
題目：車床組合夾具設計
系 別： 機電信息系
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級：
學 生：
學 號：
指導教師：
2013年5月
車床組合夾具設計
摘 要
根據(jù)六點定位原理和定位基準的選擇原則，采用長V型塊，支承塊和定位擋鐵定位。長V型塊置于拱形肋板后限制x軸的兩自由度和z軸的兩自由度，擋鐵置于孔端限制繞y軸旋轉的自由度，支承塊置于肋板下方限制沿y軸移動的自由度。依據(jù)相關原理計算定位誤差。根據(jù)夾緊方式的選擇原則，選擇夾緊元件為壓板壓頭和V型塊，然后通過切削力進行夾緊力的計算。夾緊的動力裝置選用手動壓緊裝置。按照定位元件和夾緊元件設計連接件。
以所選元件和裝置為基礎確定夾具總體布局和夾具體的結構形式，并確定好定位元件在夾具體上的位置。繪制夾具方案設計，進行工序精度分析。對以上設計進行審核。最后設計夾具總裝配圖。
關鍵詞：組合夾具；定位；夾緊；三通接頭
I
Lathe modular jig and fixture design
Abstract
According to six localizations principles and selection principle of the localization datum, using the long V block, the supporting block and the localization comes true the hard localization. The long V block putted in the arch ribbed plate to limit two degrees of freedom in the x axis and the z axes two degrees of freedom, the iron putted in the hole end limit to the degree of freedom which circle the y rotation of axis, the supporting block putted under the ribbed plate to limit degree of freedom along the y axis migration. Position error is reckoned by the correlation principle. According to the way of the selection principle, discharge head and V block is selected to clamp the part. Then computation of the strength is achieved by carrying on through the cutting force clamps. The power of clamps is from the hydraulic unit. Design of bridge piece is according to the location part and the clamp part. The guide part designing in this topic is not requested because the cutter bar is short. Other parts and equipment are designed following last process.
The jig overall arrangement and concrete structure of the body clamp are determined with the above part and the equipment. The position of the components in the kits specific location must be guaranteed, and then design the jig, carry on the working procedure precision analysis. The design review is following. Finally the jig assembly drawing is achieved.
Keywords: Modular jig and fixture; location; clamp; union tee
II
目 錄
1緒論…………………………………………………………………………………1
1.1概述…………………………………………………………………………………1
1.1.1車床夾具的分類………………………………………………………………1
1.1.2夾具的組成……………………………………………………………………2
1.1.3夾具體…………………………………………………………………………3
1.1.4車床夾具在機械加工中的作用………………………………………………3
1.1.5車床夾具在車床中的地位及作用……………………………………………3
1.1.6國內外夾具的發(fā)展與趨勢……………………………………………………4
1.2夾具研究現(xiàn)狀………………………………………………………………………5
1.2.1機床夾具的現(xiàn)狀………………………………………………………………5
1.2.2現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向……………………………………………………6
1.3國內外對組合夾具的發(fā)展及研究狀況……………………………………………7
1.3.1國內對組合夾具的發(fā)展狀況…………………………………………………7
1.3.2國外對組合夾具的發(fā)展狀況…………………………………………………8
1.4本文主要研究內容…………………………………………………………………9
2零件分析…………………………………………………………………………10
2.1零件的選擇與分析………………………………………………………………10
2.2工藝路線的確定…………………………………………………………………10
2.3總體設計中對夾具設計的重要的參數(shù)………………………………………… 11
3車床組合的夾具設計………………………………………………………… 12
3.1夾具設計要求與選型……………………………………………………………12
3.1.1夾具設計要求…………………………………………………………………12
3.1.2夾具的選型……………………………………………………………………13
3.2定位和夾緊方案的確定…………………………………………………………13
3.2.1定位和夾緊方案的選擇分析…………………………………………………14
3.3定位元件和夾緊元件的設計計算………………………………………………15
3.3.1定位元件的設計計算………………………………………………………… 15
3.3.2夾緊機構的設計計算…………………………………………………………16
3.4誤差分析計算……………………………………………………………………17
3.4.1影響加工精度的因素…………………………………………………………17
3.4.2誤差的計算……………………………………………………………………17
III
3.4.3保證加工精度………………………………………………………………… 18
3.5夾具結構的確定…………………………………………………………………19
3.5.1夾具體的確定…………………………………………………………………19
3.6夾緊力的確定……………………………………………………………………21
3.6.1夾緊力的計算公式……………………………………………………………21
3.6.2夾緊力的計算…………………………………………………………………22
4 結論……………………………………………………………………………… 24
參考文獻……………………………………………………………………………25
致謝……………………………………………………………………………………26
畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明…………………………………………………27
畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明……………………………………………………28
IV
1 緒論
1 緒論
1.1概述
車床及其自動化是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的車床及車床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的車床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。車床的種類繁多，有大型車床和小型車床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺式車床等；隨著技術的不斷進步，一種新型的車床—柔性車床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅動系統(tǒng)，并能靈活適應多品種加工的可調可變的車床。另外，近年來車床加工中心、數(shù)控車床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在車床行業(yè)中所占份額也越來越大。
現(xiàn)代車床和自動線作為機電一體化產品，它是控制、驅動、測量、監(jiān)控、刀具和機械組件等技術的綜合反映。近20年來，這些技術有長足進步，同時作為車床主要用戶的汽車和內燃機等行業(yè)也有很大的變化，其產品市場壽命不斷縮短，品種日益增多且質量不斷提高。這些因素有力地推動和激勵了車床和自動線技術的不斷發(fā)展。
機床夾具是在金屬切削加工中，用以準確地確定工件位置，并將其牢固地夾緊，以接受加工的工藝裝備。它的主要作用：可靠的保證工件的加工質量，提高加工效率，減輕勞動強度，充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。因此，機床夾具在機械制造中占有重要的地位。機床夾具可以分為多種類型，其中最有代表性的就是專用夾具、組合夾具。專用夾具為某一工件的某道工序設計制造的夾具。組合夾具采用標準的組合夾具元、部件，組裝而成的夾具。論實用性，組合夾具要遠大于專用夾具。組合夾具大部分的部件都是采用標準件，跟換容易，成本低效益高。
1.1.1車床夾具的分類
車床夾具的種類很多，形狀千差萬別。為了設計、制造和管理的方便，往往
1
畢業(yè)設計（論文）
按某一屬性進行分類。
a. 按夾具的通用特性分類
按這一分類方法，常用的夾具有通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合夾具和自動線夾具等五大類。它反映夾具在不同生產類型中的通用特性，因此是選擇夾具的主要依據(jù)。
（1）通用夾具 通用夾具是指結構、尺寸已規(guī)格化，且具有一定通用性的夾具，如三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、臺虎鉗、萬能分度頭、中心架、電磁吸盤等。其特點是適用性強、不需調整或稍加調整即可裝夾一定形狀范圍內的各種工件。采用這類夾具可縮短生產準備周期，減少夾具品種，從而降低生產成本。其缺點是夾具的加工精度不高，生產率也較低，且較難裝夾形狀復雜的工件，故適用于單件小批量生產中。
（2）專用夾具 專用夾具是針對某一工件的某一工序的加工要求而專門設計和制造的夾具。其特點是針對性極強，沒有通用性。在產品相對穩(wěn)定、批量較大的生產中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產率和加工精度。專用夾具的設計制造周期較長，隨著現(xiàn)代多品種及中、小批生產的發(fā)展，專用夾具在適應性和經濟性等方面已產生許多問題。
（3）可調夾具 可調夾具是針對通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。對不同類型和尺寸的工件，只需調整或更換原來夾具上的個別定位元件和夾緊元件便可使用?？烧{夾具在多品種、小批量生產中得到廣泛應用。
（4）組合夾具 組合夾具是一種模塊化的夾具，并已商品化。標準的模塊元件具有較高精度和耐磨性，可組裝成各種夾具，夾具用畢即可拆卸，留待組裝新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產準備周期，元件能重復多次使用，并具有可減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點；因此組合夾具在單件、中小批多品種生產和數(shù)控加工中，是一種較經濟的夾具。
（5）自動線夾具 自動線夾具一般分為兩種：一種為固定式夾具，它與專用夾具相似；另一種為隨行夾具，使用中夾具隨著工件一起運動，并將工件沿著自動線從一個工位移至下一個工位進行加工。
b. 按夾具使用的車床分類
這是專用夾具設計所用的分類方法。按使用的車床分類，可把夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪車床夾具、數(shù)控車床夾具。
1.1.2夾具的組成
雖然車床夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。將各類夾具中，作用相同的結構或元件加以概括，可得出夾具一般所共有的以下幾個組成部分，這些組成部分既相互獨立又相互聯(lián)系。
a. 定位支承元件
定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件，是夾具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影響工件加工的精度。
b. 夾緊裝置
夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢，并保證在加工過程中工件的正確位置不變。
c. 連接定向元件
這種元件用于將夾具與車床連接并確定夾具對車床主軸、工作臺或導軌的相互位置。
d. 對刀元件或導向元件
這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對刀元件，用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件稱為導向元件。
e. 其它裝置或元件
根據(jù)加工需要，有些夾具上還設有分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機構、電動扳手和平衡塊等，以及標準化了的其它聯(lián)接元件。
f. 夾具體
夾具體是夾具的基體骨架，用來配置、安裝各夾具元件使之組成一整體。常用的夾具體為鑄件結構、鍛造結構、焊接結構和裝配結構，形狀有回轉體形和底座形等形狀。
上述各組成部分中，定位元件、夾緊裝置、夾具體是夾具的基本組成部分。
1.1.3夾具體
夾具體是用于連接夾具上所有的元件的裝置，使其成為一個整體的基礎件，，它還用來與機床有關部件連接，以確定夾具在機床上的位置。
1.1.4車床家具在機械加工中的作用
a. 保證加工精度。
b. 提高勞動生產率。
c. 改善工人的勞動條件。
d. 降低生產成本。
e. 保證工藝要求。
f. 擴大機床的工藝范圍。
1.1.5車床家具在車床中的地位和作用
車床夾具是零件在機床上加工時，用以裝夾工件（和引導刀具）的一種工藝裝備。起作用是正確確定工件與刀具之間的相對位置，并將工件牢固地夾緊。使用夾具可以有效地保證工件的加工質量，提高勞動生產率，擴大機床工藝范圍和減輕勞動強度。因此，夾具在機械制造中占有重要位置。本課題我設計的夾具能夠保證零件裝夾、定位，從而保證零件的加工精度。
a. 能穩(wěn)定地保證工件的加工精度
用夾具裝夾工件時，工件相對于刀具及機床的位置精度由夾具保證，不受工人技術水平的影響，使一批工件的加工精度趨于一致。
b. 能減少輔助工時，提高勞動生產率
使用夾具裝夾工件方便、快速，工件不需要劃線找正，可顯著地減少輔助工時；工件在夾具中裝夾后提高了工件的剛性，可加大切削用量；可使用多件、多工位裝夾工件的夾具，并可采用高效夾緊機構，進一步提高勞動生產率。
c. 能擴大機床的使用范圍，實現(xiàn)一機多能
根據(jù)加工機床的成形運動 ，附以不同類型的夾具，即可擴大機床原有的工藝范圍。例如在車床的溜板上或搖臂鉆床工作臺上裝上鏜模，就可以進行箱體零件的鏜孔加工。
1.1.6國內外夾具的發(fā)展與趨勢
夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經濟方向發(fā)展。
高精
隨著機床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達±5μm，夾具支承面的垂直度達到0.01mm/300mm，平行度高達0.01mm/500mm。德國demmeler(戴美樂)公司制造的4m長、2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為±0.03mm；精密平口鉗的平行度和垂直度在5μm以內；夾具重復安裝的定位精度高達±5μm；瑞士EROWA柔性夾具的重復定位精度高達2~5μm。機床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機械制造企業(yè)。誠然，為了適應不同行業(yè)的需求和經濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標準供選擇。
高效
為了提高機床的生產效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件只用1~2秒，夾具結構簡化，為機床進行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機床上安裝與調整夾具的時間，瑞典3R夾具僅用1分鐘，即可完成線切割機床夾具的安裝與校正。采用美國Jergens(杰金斯)公司的球鎖裝夾系統(tǒng)，1分鐘內就能將夾具定位和鎖緊在機床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產線上更換夾具，起到縮短停機時間，提高生產效率的作用。
模塊、組合
夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎。利用模塊化設計的系列化、標準化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術開發(fā)的基點。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設計為夾具的計算機輔助設計與組裝打下基礎，應用CAD技術，可建立元件庫、典型夾具庫、標準和用戶使用檔案庫，進行夾具優(yōu)化設計，為用戶三維實體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實現(xiàn)夾具設計與服務的通用化、遠程信息化和經營電子商務化。
通用、經濟
夾具的通用性直接影響其經濟性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構性及可擴展性功能強，應用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經濟性好。德國demmeler(戴美樂)公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費用低，經濟實用才有推廣應用的價值。
專家們建議組合夾具行業(yè)加強產、學、研協(xié)作的力度，加快用高新技術改造和提升夾具技術水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術網站，充分利用現(xiàn)代信息和網絡技術，與時俱進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術。主動與國外夾具廠商聯(lián)系，爭取合資與合作，引進技術，這是改造和發(fā)展我國組合夾具行業(yè)較為行之有效的途徑。
1.2夾具研究的現(xiàn)狀
1.2.1機床夾具的現(xiàn)狀
國際生產研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，小批多品種生產的工件品種已占工件種類總數(shù)的85%左右?，F(xiàn)代生產要求企業(yè)所制造的產品品種經常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產的企業(yè)中，每隔3~4年就要更新50~80%左右專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10~20%左右。數(shù)控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：
1）能迅速而方便地裝備新產品的投產，以縮短生產準備周期，降低生產成本；
2）能裝夾一組具有相似性特征的工件；
3）能適用于精密加工的高精度機床夾具；
4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具；
5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產率；
6）提高機床夾具的標準化程度。
1.2.2現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向
現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。
（1）標準化 機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148~T2259－91以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產，有利于縮短生產準備周期，降低生產總成本。
（2）精密化 隨著機械產品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達±0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm。
（3）高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗轉速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高，除了在生產流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。
（4）柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產的需要，擴大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結構為可拆結構，發(fā)展可調夾具結構，將是當前夾具發(fā)展的主要方向。
1.3國內外對組合夾具的發(fā)展及研究狀況
組合夾具是一種先進的工藝裝備，它是由一套預先制造好的各種不同的形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有互換性、高耐磨性和高精度的標準元件組成，其結構靈活多變，適應性廣，元件可長期循環(huán)使用。組合夾具的元件精度高、耐磨，并且實現(xiàn)了完全互換，元件精度一般為IT6-IT7級。用組合夾具加工的工件，位置精度一般可達IT8-IT9級，若精心調整，可以達到IT7級。由于組合夾具有很多優(yōu)點，又特別適用于新產品試制和多品種小批量生產，所以近年來發(fā)展迅速應用較廣。組合夾具的主要缺點是體積較大，剛度較差，一次投資多，成本高，這使組合夾具的推廣應用受到一定限制。隨著機械制造業(yè)的飛速發(fā)展，產品的更新?lián)Q代越來越快，傳統(tǒng)的大批量生產模式逐步被中小批量生產模式所取代，機械制造系統(tǒng)欲適應這種變化需具備較高的柔性。國外己把柔性制造系統(tǒng)(FMS)作為開發(fā)新產品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展方向。柔性化的著眼點主要在機床和工裝兩個方面，組合夾具是工裝柔性化的重點。組合夾具是一種標準化、系列化、通用化程度很高的工藝裝備，它是由一套預先制造好的各種不同形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有完全互換性的標準元件和組合件，按工件的加工要求組裝而成的夾具。它可以拆卸、清洗，并可重新組裝成新的夾具，其應用非常普遍，尤其適合于多品種、中小批量的生產。由于組合夾具的平均設計和組裝時間是專用夾具所花時間的5%-20%，可以認為組合夾具就是柔性夾具的代名詞。
1.3.1國外對組合夾具的發(fā)展狀況
夾具的設計包括三個步驟:設備規(guī)劃、夾具規(guī)劃和夾具結構設計。目前,Joneja以及Ferreira等人在進行CAPP方面的研究中對設備規(guī)劃有詳細論述。計算機輔助夾具設計(CAFD)就夾具方面作出了一些工作:Chou YC ,Chandru V等人提出的自動夾具定位和夾緊的一種方法；De Meter EC提出的利用機械杠桿原理進行定位和夾緊位置選擇的一種算法；Markus A等人提出的針對棱柱形工件進行組合夾具設計的基于規(guī)則的系統(tǒng)。目前,關于工件夾具的自動化配置方面的工作,在自動夾具結構設計( AFCD)中很少提及。TrappeyAJC等人提出了一個二維組合夾具元件的配置算法。幾乎所有的AFCD研究者都承認,在一個成功的AFCD系統(tǒng)中, 工件的幾何形狀是一個關鍵因素。Nnaji B ,Alladin S等人也對具有復雜幾何形狀的工件進行嘗試研究。然而其結果也僅僅適用于特定的幾 何體,比如多邊形棱柱。Brost和Goldberg提出了一個“完整”的算法用來分析多邊形工件的組合夾具設計。并開發(fā)出一個組合夾具設計系統(tǒng),針對一個任意存在的工件,能自動產生所有可行的夾具設計。并且采用力球分析的方法對產生的方案進行優(yōu)化。以后的許多研究者大多借鑒了Brost 和Goldberg的算法。組合夾具在動力學方面的研究也取得了一定的進步,Yu and Goldberg的夾具加載規(guī)劃方案是把夾具的加載問題看作基于傳感器的集成問題并給了一個規(guī)劃算法。Cai等提出了一種指導夾具設計的方法,此方法是縮小由于工件表面與夾具安裝誤差所帶來的定位誤差。Hockenberger與DeMter提出的模式是在工件加工期間工件的靜態(tài)分析,這種方法是一種定性分析并且是在抓緊或夾緊物體的最壞的情況下的偏差,這種情況是由于在單位扭球的干涉扭矩。
1.3.2國內對組合夾具的發(fā)展狀況
我國于80年代末開始對組合夾具元件的設計與管理進行了研究和開發(fā),在總結和吸取我國應用和發(fā)展槽系夾具經驗的基礎上,根據(jù)現(xiàn)代機械加工特征及夾具結構的發(fā)展趨勢,研制了新一代孔系組合夾具系統(tǒng)。此系統(tǒng)發(fā)揮了槽系平移可調性和孔的旋轉可調性的優(yōu)勢,可直接組裝獲得任何直線尺寸和角度尺寸。此系統(tǒng)把大中小三個系列的元件有機融為一體,可在一塊多夾具基礎板上,既能組裝單個大工件夾具,又能組裝多個中小零件夾具,有利于裝夾具基礎板長期固定在機床工作臺上,此系統(tǒng)還設有在組合夾具設計中孔系和槽系過渡元件,便于實現(xiàn)孔、槽系夾具元件混合使用。北京工商大學麻建東和劉璇開發(fā)的組合夾具元件庫,元件庫模塊的核心程序用Object ARX SDK2. 02工具包開發(fā),界面程序用AUTOCAD 提供的對話框控制語言DCL (Dialog Control Language)語言開發(fā),在VC + + 6.0下編譯和聯(lián)接,生成的ARX可執(zhí)行程序在AU TOCADR14下直接加載運行。元件庫可為使用者提供7類組合夾具元件三維圖形的瀏覽以及交互設計功能,并生成三維組合夾具構形圖,在CAD環(huán)境中可進行修改或刪除山東工業(yè)大學的徐志剛在“廣義映射原理”的指導下,開發(fā)了支持“top - down”風范的夾具設計軟件自動化系統(tǒng)。吳玉光博士在這個領域取得了較大的突破。提出孔系基礎板組合夾具設計的系統(tǒng)方法。該方法利用連桿機構原理自動確定由直線和圓弧組成定位邊界的零件的全部候選定位方案。并提出定位銷可見錐概念和定位銷轉動支點的概念,進行定位方案的裝卸方便性分析。進一步提出瞬心三角形和同向邊的概念,對工件進行可夾緊性分析,確定工件邊界的可夾緊范圍。其理論水平在國內外相關領域內開拓了新的局面。
27
畢業(yè)設計（論文）
1.4本文主要研究內容
本課題設計的車床組合夾具用來加工零件三通接頭三孔，如圖1.1所示。為了保證加工零件的質量和產量和降低成本，在設計該車床時，首先要制定合理的工藝方案；然后按工藝方案的要求，確定機床的配置型式，選擇通用部件，設計專用部件和工件循環(huán)的控制系統(tǒng)。為了保證孔的加工精度、提高生產效率，降低工人勞動強度。本設計主要解決的問題是加工三通接頭孔的車床設計其中的組合夾具設計,根據(jù)總體設計的“三圖一卡”主要完成車床組合夾具裝配圖及其相應零件圖的設計任務。
圖1.1 三通接頭
2 零件分析
2 零件分析
2.1加工零件的選擇與分析
針對此次設計的零件選擇為三通接頭（如圖2.1），加工孔為：20、14。被加工零件材料為A3鋼，硬度HB156。選擇此零件具有系列化，大小不同形狀一樣，并且結構簡單，易于加工與裝卸。
車床組合夾具的設計就是針對具體的被加工工件，在選定的工藝和方案的基礎上，進行方案設計。其中包括：被加工零件工序圖（如圖2.1）、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產率計算卡。
圖2.1
根據(jù)所選擇零件的工序圖，分析被加工零件的精度、表面粗糙度、技術要求、加工部位尺寸、形狀、結構、特點、材料硬度、剛性及零件的批量。據(jù)此確定定位基準和夾緊方案。
2.2零件工藝路線的確定
根據(jù)先粗后精，先基準面后其它表面，先主要表面后次要表面的機械加工工序安排的設計原則，零件的工藝路線作如下設計：
工序1 半精車孔19.8mm
畢業(yè)設計（論文）
半精車孔13.7mm
車零件孔13.7端面,表面粗糙度為1.6
零件孔19.8端倒角1×45°
工序2 車20孔表面粗糙度為1.6
精車14孔表面粗糙度為1.6
車14孔的另一端面, 表面粗糙度為1.6
工序3 最終檢驗.
各孔的位置精度及具體要求詳見零件圖。
2.3總體設計中對夾具設計重要的參數(shù)
a. 車孔 根據(jù)參考文獻[7]查得：ap=2mm HB=156 D=19.8mm v=99.5m/min
Fz1==35.7×2×0.230.75×1560.75=1080.7(N)
Fx1==0.212×21.2×0.230.65×1561.5=375.3(N)
T1==17.9×19.8×2×0.230.75×1561.5=10728.8(N·mm)
P1==1080.7×99.5/61200=1.757(Kw)
b. 車孔 根據(jù)參考文獻[7]查得：ap=2mm HB=156
D=33.7mm v=101.6m/min
Fz2==35.7×2×0.390.75×1560.75=1555.4(N)
Fx2= =0.212×21.2×0.390.65×1561.5=514.6(N)
T2==17.9×33.7×2×0.390.75×1560.75=26281.8(N·mm)
P2==2.58(kw)
式中：
F——切削力 T——切削功率 v——切削速度
f——進給量 Fx——軸向切削力 Fz——圓周力
D——加工直徑
3 車床組合夾具的設計
3車床組合夾具的設計
3.1夾具的設計要求與選型
定位：工件在車床上加工時，為保證加工精度和提高生產率，必須使工件在車床上相對刀具占有正確的位置，這個過程稱為定位。
夾緊：為克服切削過程中工件受外力的作用而破壞定位，必須對工件施加夾緊力，這個過程稱為夾緊。
裝夾：定位和加緊綜合稱為裝夾。
車床夾具：完成裝夾的工藝設備稱為車床夾具。
車床夾具是在機械制造過程中，用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受加工或檢測并保證加工要求的車床附加裝置，簡稱為夾具。
工件的裝夾方法有找正裝夾法和夾具裝夾法兩種。
找正裝夾方法是以工件的有關表面或專門劃出的線痕作為找正依據(jù)，用劃針或指示表進行找正，將工件正確定位，然后將工件夾緊，進行加工。這種方法安裝簡單，不需專門設備，但精度不高，生產率低，因此多用于單件、小批量生產。
夾具裝夾方法是靠夾具將工件定位、夾緊，以保證工件相對于刀具、車床的正確位置夾具裝夾工件的特點：
1）工件在夾具中的正確定位，是通過工件上的定位基準面與夾具上的定位元件相接觸而實現(xiàn)的。因此，不再需要找正便可將工件夾緊。
2）由于夾具預先在車床上已調整好位置（也有在加工過程中再進行找正的），因此，工件通過夾具對于車床也就占有了正確的位置。
3）通過夾具上的對刀裝置，保證了工件加工表面相對于刀具的正確位置。
4）裝夾基本上不受工人技術水平的影響，能比較容易和穩(wěn)定地保證加工精度。
5）裝夾迅速、方便，能減輕勞動強度，顯著地減少輔助時間，提高勞動生產率。
6）能擴大車床的工藝范圍。如鏜削圖機體上的階梯孔，若沒有臥式鏜床和專用設備，可設計一夾具在車床上加工。
3.1.1夾具設計的基本要求
a. 保證工件的加工精度
保證工件的加工精度是夾具設計的最基本要求。其關鍵在于，正確地確定夾具的定位方案、夾緊方案和刀具導向裝置，合理地制定夾具的尺寸、公差和技術
畢業(yè)設計（論文）
要求，必要時進行適當?shù)恼`差分析和計算。
b. 提高生產效率，減低制造成本
夾具設計的總體方案應與生產綱領相適應。在大量生產時，應盡量采用各種快速、高效的機構和先進的控制方法，以縮短輔助時間，提高生產率；在中批量生產中，則要求在滿足夾具功能的前提下，盡量采用結構簡單，容易制造的夾具，以降低夾具的制造成本。
c. 結構簡單，操作方便，安全和省力
夾具的操作要做到方便、省力，有條件盡可能采用氣動、液壓、電氣及其他高效機械夾緊裝置，以減輕人員的勞動強度。夾具操作位置應當有利與操作人員，必要時應有安全保護裝置，以確保使用安全。
d. 便于排屑
夾具的排屑是個不容忽視的問題，如果排屑不好，切屑聚集在夾具中，會不利與工件的定位；切屑聚集嚴重時，還會損傷刀具導致設備事故或人員傷亡；切屑的清掃又會增加輔助時間，降低生產率。因此，排屑問題在夾具設計時必須給予充分的考慮。
e. 良好的結構工藝性
有良好的結構工藝，便于夾具的制造加工、裝配、檢驗和維修，要達到這些要求，應盡量選用標準件。
夾具設計應按加工要求構思出設計方案，繪制圖樣，確定夾具的結構。合理選擇材料，標注尺寸、公差和技術要求。
3.1.2夾具的選型
機床夾具是機床上用以裝夾工件（和引導刀具）的一種裝置。其作用是將工件定位，以使工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并把工件可靠地夾緊。而要實現(xiàn)這一要求，又必須滿足三個條件：①一批工件在夾具中占有正確的加工位置；②夾具裝夾在機床上的準確位置；③刀具相對夾具的準確位置。這里涉及了三層關系：零件相對夾具，夾具相對于機床，零件相對于機床。工件的最終精度是由零件相對于機床獲得的。所以“定位”也涉及到三層關系：工件在夾具上的定位，夾具相對于機床的定位，而工件相對于機床的定位是間接通過夾具來保證的。工件定位以后必須通過一定的裝置產生夾緊力把工件固定，使工件保持在準確定位的位置上，否則，在加工過程中因受切削力，慣性力等力的作用而發(fā)生位置變化或引起振動，破壞了原來的準確定位，無法保證加工要求。這種產生夾緊力的裝置便是夾緊裝置。
3.2定位和夾緊的方案確定
3.2.1定位和夾緊的方案選擇分析
工件的定位是保證工件在夾具中占有一致的正確加工位置，而這一位置的確定要通過定位支承限制工件的相應自由度來實現(xiàn)。而通常需要限制的六個自由度。根據(jù)本課題零件要加工孔的位置，該零件要加工的孔面為：3個20孔，3個14孔，加工方法為先粗后精。根據(jù)定位基準的選擇原則確定定位基準為：第一定位基準為外圓柱面的軸線，第二定位基準為底面。因此，可以得出如下幾個定位方案：
a. 用一短V形塊置于20孔的外端限制沿X軸及Z軸移動的兩自由度，三個支承釘置于肋板的底部限制繞X軸、繞Z軸和沿Y軸的三個自由度，一擋鐵置于14的孔的外端限制繞Y軸的自由度。實現(xiàn)完全定位。夾緊力作用點位于肋板的外表面。
b. 與a比較，把零件繞Z軸順時針旋轉180°,定位裝置和夾緊裝置隨之改變相應的位置（如圖所示），定位方案同a。
c. 零件放置方式同方案a。夾緊力作用點如圖所示。用一相當于短V形塊的兩定位板置于肋板的外表面限制沿X軸及Z軸移動的兩個自由度，三個支承釘置于肋板的底部限制繞X軸、繞Z軸和沿Y軸的三個自由度，一擋鐵置于34的孔的外端限制繞Y軸的自由度。實現(xiàn)完全定位。短V形塊置于20孔的外端作夾緊元件。
（說明：以上定位和夾緊方案針對于兩個同時加工的零件，兩零件對稱放置相應的定位和夾緊裝置也對稱布置。）
分析以上方案：
方案a：此方案符合定位和夾緊的相關原理，短V形塊作為定位元件起定心定位作用。但是美中不足的是需要兩液壓缸，并且兩液壓缸需分布在兩零件的外側。由此帶來的影響是設計兩液壓缸增加夾具整體的體積，也增加制造成本。再者此方案雖然能夠保證零件的較高的加工精度，但是所要加工的零件尺寸精度和位置精度要求不高。所以此方案是不可用的。
方案b：此方案與方案a類似，不同的是提供夾緊力只需一個位于夾具中心的液壓缸。但是兩零件間的距離增大，這樣帶來主軸箱四根軸間的軸間距加大，從而會增大整個機床的體積和制造成本。所以此方案也不可用。
方案c：兩定位板相當于一短V形塊起定心定位作用，能夠保證定位基準和工序基準的基準重合，也符合夾緊力的選擇原則，使夾緊力朝著主要的定位基準面。從而提高零件的加工精度。同時又能降低機床和夾具的體積和成本，解決了以上兩方案的出現(xiàn)的問題。所以以此方案可行。
根據(jù)以上的論述比較，可以定出方案c是合理可行。
3.3定位元件和夾緊元件的設計計算
3.3.1定位元件的設計計算
定位元件設計包括定位元件的結構、形狀、尺寸、及布置形式等。利用六點定位原則正確選擇定位方式和定位元件。根據(jù)前面定位方案的敘述，可以知道本課題所使用到的定位元件有：兩個定位板（相當于一短V形塊），三個圓形支承塊，一個擋鐵。具體的尺寸如下所定：
a. 定位板(兩定位板相當于短V形塊)的設計及尺寸的確定
V型塊是標準件，但是考慮到本設計所使用的V型塊的具體尺寸要遠大于標準件的尺寸，所以要自己設計。所謂的自行設計也就是在標準件的基礎上，根據(jù)具體情況做出適當?shù)母膭印Ｖ砸裋形塊改進為兩定位板，就是因為肋板的外圓面的直徑很大,這樣設計出V形塊體積較大從而增大夾具的體積。但是安裝時應保持兩定位板垂直放置（安裝方式見總裝圖）。
定位板的長度根據(jù)肋板的高度確定，取略大于肋板的一半高度的尺寸作為定位板的長度（取60mm）.具體如圖所示：
圖3.6 定位板
b. 支承釘設計及尺寸的確定
3個支承釘，主要的定位元件，對它的要求也就比較的高，要想達到較高的要求，應當做到：
幾個支承釘裝配后，要求等高，可以用裝配后一次磨削法，以保證它們的限位基面在同一平面內，也就是保證了它們的平面度比較的高。由于肋板的底面屬粗基準面，所以選用C型支承釘。
參照文獻[2]表2-1-9得出支承釘?shù)男吞?支承釘C12×12GB 2226-1991
c. 擋鐵的設計及尺寸的確定
擋鐵的尺寸根據(jù)14孔的直徑和長度確定，具體設計及尺寸如圖所示：
圖3.7 擋鐵
3.3.2夾緊元件的設計計算
a. 壓板壓頭夾緊機構的確定
根據(jù)夾緊原理和零件的形狀來確定夾緊機構。本課題中由于第一定位基準為圓形肋板的軸線，根據(jù)夾緊原理——夾緊力應朝著主要的定位基準面，所以壓板壓頭夾緊機構應如總裝圖中的放置位置。零件的形狀呈內凹狀又零件為薄臂件故設計壓頭為球形壓頭。
b. V形塊夾緊機構的確定
零件的另一端采用擋鐵定位，再者加工零件時會產生扭距和切向力，這樣必然導致零件的翻轉和竄動。用V形塊夾緊機構可以有效地控制這些不利于加工的運動。
c. 手動夾緊機構的確定
由于切削時產生軸向力，將使零件繞y軸翻轉。而手動夾緊機構的存在有效地消除這樣的轉動。
3.4誤差分析計算
一批工件依次在夾具中進行定位時，由于工序基準的變動對加工表面尺寸所造成的極限值之差稱為定位誤差。產生定位誤差的原因是工序基準與定位基準不相重合或工序基準自身在位置上發(fā)生偏移或位移所引起的。
3.4.1影響加工精度的因素
用夾具裝夾工件進行機械加工時，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度的因素很多，與夾具有關的因素有：定位誤差ΔD、對刀誤差ΔT、夾具位置誤差ΔA，夾具誤差。在機械加工工藝系統(tǒng)中，影響加工精度的其它因素綜合稱為加工誤差ΔG。上述各項誤差均導致刀具相對工件的位置不精確而形成總的加工誤差∑Δ
3.4.2 誤差的計算
a. 定位誤差ΔD
(1) 基準不重合誤差ΔB
基準不重合誤差是由于定位基準和工序基準不重合而產生的那部分定位誤差。在本設計中，由于定位誤差和工序基準是重合的，所以基準不重合誤差為0。
(2) 基準位移誤差ΔY
基準位移誤差是工件實際位置對確定位置的理想要素的誤差。
b. 主要定位元件的定位誤差分析計算
(1) 兩定位板（相當于短V形塊）的定位誤差分析計算:
因為：相當于一短V形塊的兩定位板起定心定位作用，并且定位
準和工序基準的基準重合。
所以：ΔB=0
根據(jù)參考文獻[1]當=時，V形塊的位移誤差可由公式（2.8）
即：=
故：
(2) 由于零件的加工精度要求較低，故其它定位元件的定位誤差計算省略。
c. 對刀誤差ΔT
因為刀具相對于對刀或導向裝置不精確造成的加工誤差，稱為對刀誤差。
本工序中車孔時導向誤差計算公式為：
（3.1）
即得導向誤差mm
d. 夾具位置誤差ΔA
因為夾具在機床上的安裝不精確而造成的加工誤差，稱為夾具的安裝誤差。
一般取：
=0.02mm
=0mm
本課題中夾具為垂直安裝,所以取 =0mm
e. 夾具誤差ΔE
因夾具上定位元件，對刀或導向元件及安裝基面三者之間（包括導向元件與導向元件之間）的位置不精確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差，夾具誤差大小取決于夾具零件的加工精度的夾具裝配時的調整和修配精度。
一般取ΔE=0.04mm
f. 加工方法誤差ΔG
因機床精度，刀具精度，刀具與機床的位置精度，工藝系統(tǒng)受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差，統(tǒng)稱為加工方法誤差，因該項誤差影響因素很多，又不便于計算，所以常根據(jù)經驗所以常根據(jù)經驗為它留出工件公差的1/3。計算時可以設為ΔG= （3.2）
——工件位置公差取0.20
ΔG=
3.4.3保證加工精度
工件在夾具中加工時，總加工誤差∑Δ為上述各項誤差之和。由于上述誤差均為獨立隨機誤差，應用概率法加，因此，保證工件加工精度條件是工件總加工誤差∑Δ應不大于工件的加工尺寸公差。
的計算按公式（5-2）計算：
（3.3）
==0.091
顯然：0.091<0.2
所以:本夾具完全可以保證加工精度。
為保證夾具有一定的使用壽命，防止夾具因磨損而過早報廢，在分析計算工件加工精度時需留出一定精度儲備量，因此將上式改為：
≤－ → =－ （3.4）
當≥0時夾具能滿足加工要求，根據(jù)以上
=－=0.20-0.091=0.109≥0
所以夾具完全可以滿足加工要求。
3.5夾具結構的確定
3.5.1夾具體的確定
夾具體是用來確定各元件之間總體布局的根基，有了夾具體車模板才能夠固定各部件，各元件才能夠有發(fā)揮的作用。夾具體的尺寸是根據(jù)零件的尺寸，零件的定位夾緊方式以及定位夾緊元件和驅動裝置等的安裝方式來確定的。
對夾具體的具體要求
a. 有適當?shù)木群统叽绶€(wěn)定性
夾具體上的重要表面，如安裝定位元件，夾具體的安裝表面，應有適當?shù)某叽绾托螤罹?，它們之間還要有適當?shù)奈恢镁取Ｒ话阋髪A具體的加工公差為一般工件相應公差的1/5～1/3。
為使夾具體尺寸穩(wěn)定，鑄造夾具體要進行實效處理，焊接和鍛造夾具體要進行退火處理。
b. 有足夠的強度和剛度
加工過程中，夾具體要承受較大的切削力和夾緊力。為保證夾具體不產生不允許的變形與振動，夾具體應當有足夠的強度和剛度。
c. 排屑方便
切屑多時，夾具體上應考慮排屑結構，可在夾具體上開排屑槽。
夾具體的具體尺寸如下圖：
圖3.8 夾具體正視圖
圖3.9 夾具體俯視圖
圖3.10 夾具體左視圖
3.6夾緊力的確定
3.6.1夾緊力的計算公式
根據(jù)工件所受切削力、重力、慣性力、等作用情況，按靜力平衡原理先計算出理論夾緊力，最后為保證夾緊可靠再乘以安全系數(shù)便可得到所需夾緊力的數(shù)值，即：
算出理論夾緊力，然后要保證夾緊可靠需要乘以安全系數(shù)，所以有以下公式：
(3.5)
式中 ——夾緊力(N);
——理論夾緊力(N);
——安全系數(shù)。
安全系數(shù)可按下列公式計算：
(3.6)
式中 —各種因數(shù)的安全系數(shù)
——考慮工件材料及加工余量均勻性的基本安全系數(shù)，取1.2；
——加工性質，精加工取1.0，粗加工取1.2，本課題是半精鏜孔，取1.0；
——刀具鈍化程度，半精鏜鑄鐵工件取1.3；
——切削特點，連續(xù)切削取1.0；
——夾緊力的穩(wěn)定性，機動夾緊取1.0；
——手動夾緊時受柄位置，操作方便取1.0；
——僅有力矩作用于工件時與支撐面接觸情況，接觸點確定取1.0。
本課題中的安全系數(shù)
=
=1.56
3.6.2夾緊力的計算
夾緊力的計算由于受多方面工藝因素的影響，計算起來比較復雜，一般只能粗略計算。為了簡化計算，在設計夾緊裝置時可假定工藝系統(tǒng)是剛性的，只考慮切削力的切削力矩對夾緊力的影響。
a. 機動壓頭夾緊力的計算
由于兩定位塊相當于V形定位塊，所以此夾緊力按照工件以外圓柱面在
形塊上定位的方式來計算。
根據(jù)文獻[2]V型塊鉸鏈夾緊機構處的夾緊力近似計算的公式如下：
(3.7)
所設計的V型塊的夾角、D=20mm
根據(jù)前面總體部分計算結果可以計算出：
根據(jù)文獻[1]表3-4材料的摩擦系數(shù)上查得摩擦系數(shù)μ：
μ=0.3
根據(jù)以上得出的數(shù)據(jù)可以算出夾緊力WK：
b. 手動壓頭的夾緊力的計算
根據(jù)前面總體設計計算的軸向力的結果計算：
車20孔的軸向力：
車34孔的軸向力：N
總的軸向力：
手動壓頭的夾緊力：
其中：
。
。
（3.8）
c. V形塊夾
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