内容提要
本文介绍的是4110发动机飞轮壳后端面钻模，先说明了起研究目的和意义及其现状，再分析这次设计的内容及方法。本次设计是根据产品零件工件部位的技术要求来确定夹具的总体结构及分析其工作原理，采用利用飞轮壳前端面与前端面两个定位孔以“一面两孔”的定位方式设计，以一个孔作为定位基准，定位元件为固定式定位销。夹紧装置的设计，其夹紧方案为螺旋夹紧机构，其主要元件为压紧螺杆，因为夹紧力与切削力方向一致，所以通过钻模板就能实现对工件的Z向夹紧要求。导向装置的设计，其导向元件为固定式钻套。关键零部件的设计，阐述了两个定位销、压紧螺杆，夹具体，钻模板等的设计。定位误差计算、夹具体与定位键、夹具总图上的尺寸、公差和技术要求以及加工精度分析。













Abstract
The paper is the engine flywheel carcasses of 4110 after drilling modules carry noodles at the first describes the purpose significance of the study and the status quo, re-analysis of the content and design. This design is based on the final product parts of the body and determine the technical requirements of the overall structure and the analysis of their operating principles, the use of flywheel shell front side and two front side positioning hole to "a two hole" means the position of design hole as a base positioning, positioning components for fixed positioning sales. Localization devices designed its programme to screw Localization institutions, the main components for the top pitch because Localization power consistent with the direction of cutting force, so we can achieve through the drilling template for her to the Z localization. Guidance device design, the components for fixed-drilling units.Key components in the design, marketing positioning expounded 2, top pitch, caught specific, such as drilling template design. Positioning calculation error, and caught specific positioning keys, jig total plan size, travel to be and technical requirements as well as processing precision analysis.









目  录
内容提要
ABSTRACT
前言
1.概述………………………………………………………………1
1.1课题的研究目的和意义……………………………………………1
1.2课题现状及发展趋势………………………………………………1
1.3机床夹具的组成……………………………………………………3
1.4课题的结构特点及设计方法………………………………………4
2 总体方案的研究……………………………………………………6
2.1产品零件加工部位的技术要求……………………………………6
2.2总体结构及工作原理………………………………………………7
3 钻床夹具设计 …………………………………………………9
3.1定位装置……………………………………………………………9
3.2夹紧装置……………………………………………………………13
3.3导向元件的设计……………………………………………………14
3.4 钻模板……………………………………………………………17
3.5夹具体………………………………………………………………17
3.6夹具总图上的尺寸、公差、技术要求……………………………19
4 误差计算……………………………………………………………21
总结………………………………………………………………23
参考文献……………………………………………………………24
致谢……………………………………………………………………25
附录Ⅰ装配图、零件图
附录Ⅱ外文原文及译文

前   言
机床夹具被广泛应用于机械制造业中。大量专用机床夹具的采用为大批大量生产提供了必要的条件。机床夹具是组成工艺系统的一个环节，是影响加工质量的重要因素。
　　一般情况下，使用机床夹具能稳定地保证产品质量，而不必过高的要求工人的技术等级。
　　先进高效的机床夹具不仅能减轻工人劳动强度，提高生产率，甚至能使生产过程实现自动化。
随着汽车、内燃机、摩托车、轴承等行业的规模化发展，对机床夹具的设计与制造不断提出新的课题。深入研究机床夹具设计的理论和改进机床夹具的结构，无疑具有巨大的经济意义。
　　机床夹具设计一般包括结构设计和精度设计两个方面。而人们通常习惯侧重于结构设计而忽视精度设计。关于机床夹具的结构设计，不仅有大量的资料可供参考，而且还不断从其它学科吸收新的成果而向前发展。诸如液性塑料夹具；各种弹性膜片式夹具；真空夹紧夹具；感应分度夹具等等。关于机床夹具的精度设计，随着零件加工精度的提高，也日益受到人们的重视。人们逐渐认识到，机床夹具设计工作应围绕精度设计这个中心来进行。没有合理的精度设计不仅会给夹具制造带来困难，甚至会使制造出的夹具不能保证工件的加工精度。因此，迫切需要从理论上全面的研究机床夹具的设计、制造、使用诸方面的定量关系；研究工件精度和夹具设计精度之间的合理联系。本次设计的是4110发动机飞轮壳后端面钻模设计，这次设计是在老师认真、耐心的指导下进行的，是在对夹具的经济、夹具的寿命、生产周期及生产成本等因素进行了全面的仔细的分析下而进行设计的。因我个人经验和水平有限，因此很难避免在设计的过程中存在不合理之处，望个位老师多多批评指正。本论文是在刘玉梅老师的精心指导和严格要求下完成的，刘老师那严谨求实的治学态度，待人以诚的宽广胸怀以及渊博的知识人才为我们树立了榜样，做学问的楷模。在此向她表示衷心的感谢！

1 概述
1.1 研究目的和意义
毕业设计是我们在学习阶段的最后一个重要环节，要求我们能综合运用大学四年所学的专业知识和理论知识，结合实际，独立解决本专业一般问题,树立为生产服务，扎实肯干，一丝不苟的工作作风，为将来在机械方面工作打下良好的基础。为了综合训练我们的综合设计能力，进一步培养和提高科学的思维方式和正确的设计思想以及发现，分析，解决解决实际问题的能力，在老师的指导下解决一定的工程问题，完成本科教育中非常重要的实践教学环节。我们毕业设计小组选用了邵阳汽车发动机厂产品4110发动机飞轮壳作为毕业设计课题，对其加工过程的工艺，每道工序的工装夹具进行设计。
本次设计是要求解决实际的非虚拟的机械工程问题，前提要求是我们掌握相当的专业知识，而通过本次设计提高自己综合运用所掌握知识，查阅相关设计资料的能力，熟悉相关的国家标准和国际标准，进一步熟练手工绘图和操作绘图软件绘制工程图，锻炼我们独立解决一定的实际工程问题的能力，使我们的设计更具实用性。本次设计还能让我们更多的接触社会，了解社会的发展态势和国内外的现状，为将来走上工作岗位作一个铺垫，增加自己的就业信心，明确今后的发展方向。
1.2 课题现状及发展趋势
发动机是工程机械车辆的核心，也是工程机械产业链条中与整车制造并列的重要环节之一。现在4110发动机作为玉柴在国内市场上很受欢迎的产品之一，而作为重要部分的4110发动机飞轮壳的生产当然就要配以达到响应技术水平的夹具，以达到产品所要求的加工要求，从而提高产品的质量水平，从而达到最好的经济效益，实现其经济价值。本设计课题是完成4110发动机飞轮壳后端面钻模设计，希望能通过调研之后，通过了解现有产品的形状的观察，分析，设计出属于自己的钻模，并希望本次设计能对其他钻模设计与其他夹具设计有一定的借鉴作用。
夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。
1.2.1高精
随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达±5μm，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。德国demmeler(戴美乐)公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为±0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在5μm以内；夹具重复安装的定位精度高达±5μm；瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达2～5μm。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。
1.2.2 高效
    为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用1～2秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国Jergens(杰金斯)公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。
1.2.3 模块、组合
    夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。
1.2.4 通用、经济
    夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国demmeler(戴美乐)公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。

1.3 机床夹具的组成
机床夹具通常由以下几部分组成。
(1)定位元件
它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。
(2)夹紧元件或夹紧装置
是指用于夹紧工件，使其在外力作用下仍能保持其既定位置的元件或部件。对于机动夹紧来说，还应包括动力源装置。
(3)对刀、引导元件
这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。如钻套。
(4)连接元件
是指使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。
(5)夹具体
用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。。
(6)其它元件及装置
根据工件加工要求，有些夹具除了上述组成部分外，还需设置其他元件或装置。如分度装置、靠模装置等。
以上组成部分，并非所有机床夹具都缺一不可。但是，通常定位、夹紧和夹具体三部分是夹具的主要组成部分。
1.4 课题的主要内容及设计方法
钻床夹具主要用于加工零件上的孔的钻，扩，铰等，钻模借助其上的钻套引导刀具，可准确地确定刀具与工件之间的相对位置。机器零件上往往都有各种不同用途和不同精度的孔需要加工。由于钻孔时切削条件差，常会影响孔的加工精度和生产率的提高。尤其是孔和孔系的位置精度，用划线找正的方法难以达到叫高精度和高的生产效率。因此在成批和大量生产中，广泛采用钻模来进行孔加工。
而钻床的结构形式主要取决于工件被工孔的分布位置情况，如有的孔系是分布在同一平面上；或分布在几个不同平面上；或分布在同一圆周上；还有的是单孔；等等。因此钻模结构形式繁多，通常可分为以下五种形式。
(1)固定式钻模 固定式钻模的特点是在加工过程中，钻模固定不动。
(2)回转式钻模 这类钻模主要用于加工当工件上需要加工围绕某一轴线分布的轴向或径向孔系时，可采用回转史钻模。
(3)移动式钻模 移动式钻模多用于单轴立式钻床上，对小型工件进行单孔或多孔加工。
(4)翻转式钻模 翻转式钻模主要用于加工小型工件不同方向上的孔，一般是用手工进行翻转的。
(5)盖板式钻模 盖板式钻模是由钳工的划线样板演变而来的，整个钻模板像钳工划线样板，它没有夹具体，定位元件和夹紧装置全部安装在钻模板上，是最简单的一种钻模。加工体积大而笨重的工件局部位置的孔尤为适宜。加工时，只要将它盖在工件上定位夹紧即可。
(6)滑柱式钻模 这是一种带有升降钻模板的通用可调夹具，其结构已标准化和规格化，设计时可按标准选用。根据钻模板升降采用的动力不同可分为手动滑柱钻模和机动（如气动、液压）滑柱式钻模两类。
机床夹具设计是工艺准备工作的重要内容之一。夹具设计的质量，对生产率、加工成本以及生产安全等有直接的影响，为此设计夹具时必须考虑以下几个方面的基本原则与要求。
(1)能保证工件的加工要求。保证加工质量是设计时首先考虑的要求，即必须稳定地达到工序图上所规定的加工精度和表面粗糙度，这主要由所设计的定位装置（有时要结合夹紧一起考虑）来保证。
(2)能提高加工效率。所设计的夹具结构在生产批量相适应的条件下，应尽量采用夹紧可靠，快速高效的夹紧机构与传动方式以缩短辅助时间提高生产率。
(3)有利于降低成本。在保证加工质量与效率的条件下，夹具结构应力求简单，尽量采用标准元件和组合件，专用零件的结构工艺性要好，制造容易，可缩短夹具制造周期，降低工件的生产成本。
(4)夹具操作要安全方便。夹具结构中必要时应考虑安全防护装置（含防屑、防油及噪声污染等），良好的排屑措施，润滑方式以及操作维护方便等要求。
(5)考虑夹具的适应性。在满足所要求的加工质量条件下，有时应考虑产品近期的发展，品种增多的要求，适当扩大夹具的适应能力，使夹具具有一定的通用性，也是夹具设计中经常需要注意的问题之一。
当用夹具装夹加工一批工件时，是通过夹具来实现这一要求的。而要实现这一要求，又必须满足三个条件：（1）一批工件在夹具中占有正确的加工位置；（2）夹具装夹在机床上的准确位置；（3）刀具相对夹具的准确位置。这里涉及了三层关系：零件相对夹具，夹具相对于机床，零件相对于机床。工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。所以“定位”也涉及到三层关系：工件在夹具上的定位，夹具相对于机床的定位，而工件相对于机床的定位是间接通过夹具来保证的。
工件定位以后必须通过一定的装置产生夹紧力把工件固定，使工件保持在准确定位的位置上，否则，在加工过程中因受切削力，惯性力等力的作用而发生位置变化或引起振动，破坏了原来的准确定位，无法保证加工要求。这种产生夹紧力的装置便是夹紧装置。








2 总体方案的研究
2.1 产品零件加工部位的技术要求
根据工件到工厂调研与工件图纸的分析知道飞轮壳的加工工序如下：
粗铣前端面——粗车后端面孔——精车前端面——钻铰定位孔，钻前端面孔——粗车后端面孔——精车后端面孔——铣周边平面——粗镗马达孔——精镗马达孔——马达边倒角——钻周边孔——周边孔攻丝——钻后端面孔——锪后端面2-φ35——后端面孔攻丝——钻前端面马达螺孔——前端面孔攻丝——清理、去尖角、毛刺、打标记——成检——清洗——油封、包装、入库。
而后端面加工的技术要求为：加工表面/mm——后端面螺孔；尺寸及偏差/mm——M10；公差及精度等级——IT9；粗糙度/mm——6.3；形位公差/mm——相对于J基准表面位置度为0.3；加工方案——钻—攻丝。

图2.1  飞轮壳周边平面工序图
图2.1所示为钻4110发动机后端面孔工序图。根据工艺规程，钻后端面孔之前，其它表面均已加工好。本工序的所要加工的是如图2.1所示的俯视图看到的在后端面上的12个小孔。要求设计一个钻模，按工序图要求钻出12个小孔。。
2.2 总体结构及工作原理
2.2.1 总体结构
(1)总体方案分析
根据加工要求和工艺文件说明，钻飞轮壳后端面孔所使用的机床为摇臂钻床。虽然该工件重达40Kg，加工过程中不易搬运，但是后端面要钻的孔都在同一个平面上，所以不采用分度装置来进行加工，只要通过一次装夹就可以完成所有要钻的孔的加工，所以该钻模不用分度装置。
(2)定位方案分析
根据加工要求和基准的选择，确定飞轮壳前端面及与该平面垂直的两个工艺孔为定位基准，定位方式为“一面两孔”的定位方式，以圆柱定位销配合的孔为定位基准，定位元件为圆柱定位销和棱形定位销。定位销选择用长销，可以限制四个自由度。
(3)夹紧方案分析
由于该零件产量不大，根据确定夹紧力的基本原则与对工件的综合分析，选用螺旋夹紧机构。同时螺旋夹紧机构结构简单，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，在手动夹具上应用较多，操作方便。与工件的接触为平面接触。
(4)导向方案分析
因为钻模板有一定的厚度，所以要使用导向元件——钻套。其作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏斜。根据工件的生产批量与钻模板的厚度，选用带肩固定钻套。由工艺卡知道工件材料为铸铁，所以排屑间隙h=（0.3～0.7）d。

2.2.2 工作原理
工件采用一面两销的定位方式定位，以前端面放在夹具体的垫块上，以右定位孔在圆柱定位销上限制性四个自由度，又以左定位孔在菱形定位销上限制一个自由度，又因为钻孔的力的方向与夹紧力方向一致，压紧螺杆与夹具体限制一个自由度，实现完全定位，夹具上采用两个压紧螺杆，通过拧紧压紧螺杆对工件进行夹紧。
操作时，先将飞轮壳平放在垫块上，再通过两个手柄转动手柄轴（齿轮轴），使啮合的圆柱定位销和菱形定位销，插入两个定位孔中，然后通过压块配合在压紧螺杆上，拧紧压紧螺杆，实现夹紧工件。加工完后，先拧松压紧螺杆，再通过手柄转轮轴，退出菱形对定销与定位销，再通过垫块退出工件，工步就完成了。
























3 钻床夹具设计
根据加工要求和工艺文件说明，钻飞轮壳后端面孔所使用的机床为摇臂钻床。虽然该工件重达40Kg，加工过程中不易搬运，但是后端面要钻的孔都在同一个平面上，所以不采用分度装置来进行加工，只要通过一次装夹就可以完成所有要钻的孔的加工，所以该钻模不用分度装置。
3.1 定位装置
由加工工艺可知，在钻孔之前，已加工出如图3.1所示的两个工艺孔，且前后端面也已加工出来，所以该钻模采用“一面两孔”的组合定位方式。
图3.1 飞轮壳零件简图
3.1.1 定位面的选择
根据工件加工要求，有两种定位方案。
方案1：工件以后端面内面支承板上定位，再以两个工艺孔定位。如图3.2所示。

图3.2 定位面选择方案1     1—支承板
方案2：工件以前端面在定位面，再以两个工艺孔定位。如图3.3所示
图3.3 定位面选择方案2
                    1—钻模板；2—垫块
比较以上两种方案：方案1以后端面放在工件内的支承板上，从图3.2可以看出，仅有后端面内轮廓与支承板接触，中间部分悬空，从夹紧方面考虑，零件前端面壁厚为12mm，因中间部分悬空且与支承板接触的有效面积仅有飞轮壳内轮廓的加强筋，在夹紧和加工过程中，会受到夹紧力和较大的切削力，工件易产生移动，对钻孔加工过程不利。方案2以前端面作为定位面，从图3.3可以看出，前端面紧靠在垫块上，较方案1有效接触面积大，且夹紧时，工件除了与垫块能有效接触，还能通过钻模板上的压紧螺杆对工件进行压紧，所以即使受到夹紧力和较大的切削力，工件也不易变形和移动，从承受切削力的角度看，方案2较可靠，故选用方案2。
3.1.2 定位销
图3.4为一面两孔定位简图，利用工件上的一个大平面和该平面垂直的两个圆孔作定位基准进行定位，夹具上采用一个平面支承（限制三个自由度）和两个圆柱定位销（各限制两个自由度）作定位元件，则产生过定位，为避免过定位，使工件在极端情况下能装到定位销 ，可把碰到工件孔壁的部分削去，这样，在连心线方向上，仍有减小第二销的作用，但在垂直于连心线的方向上，定位销的直径并未关减小，故工
件的转角误差没有增大，有利于保证加工精度。削边削限制一个自由度。为保证削边销的强度，一般多采用菱形结构，故又称菱形销。在安装菱形销时，应注意使其削边方向垂直于连心线上
图3.4 一面两孔定位简图
1—削边销；2—圆柱定位销；3—定位面
在钻飞轮壳后端面孔时，采用前端面及与该平面垂直的两个工艺孔为定位基准，所以相对的定位销为一短圆柱销和一短菱形销。若采用与夹具体直接配合的固定式定位销，结构虽简单，但因为工件装卸频繁，定位销容易磨损，采用参考图3.5所示模式的手动伸缩式定位销，能保护安全销的定位表面，同时便于更换，定位销衬套外径与夹具体的配合采用H7/n6，而内径与定位销的配合H7/g6。

图3.5 手动伸缩式定位销
1—定位销；2—定位销衬套；3—定位螺钉；4—手柄；5—销
确定菱形销的宽度b
① 两定位孔的尺寸为 ，销子与孔的配合按H7/g6，所以圆柱定位销的的直径为 ，菱形定位销圆弧部分直径为 。
② 菱形销宽度b及B查表2.1得b=5，B=9。
表2.1  削边销的结构尺寸
销子直径d2 (mm)        4～6        6～10        10～18        18～30        30～50        50
b(mm)        2        3        5        8        12        14
B(mm)        d2－1        d2－2        d2－4        d2－6        d2－10        d2－12
3.1.3定位销的精度选择及提高定位精度的措施
定位销的精度等级根据被加工零件的加工精度,定位销孔精度及其距离尺寸公差的大小进行选择，应满足下列等式的要求.

2：工件定位销孔中心距公差
夹：夹具两定位销中心距公差
面：圆柱销与定位孔间的最小间隙
棱：菱形销与定位孔间的最小间隙
D：定位销孔（菱形销处）的最小直径
b：菱形销圆柱部分宽度,由上一节算出的结果可知：
2=0.015       夹=0.003       面=0.016      b=4           D=10.738            菱=0.006
为了保证可靠的定位，定位销与定位孔的有效接触长度一般为5-12mm,此处取12mm。
3.2 加紧装置
3.2.1 加紧装置的技术要求
   机床对工件进行加工时，除需要定位支承系统获得对于刀具及其导向的正确相对位置，还需依靠夹具上的夹紧机构来消除工件因受切削力和工件自重的作用而产生的位移或振动。本例夹紧装置中，工件在加工过程中能继续保持定位所得到的正确位置。
一般情况下，在加工过程中工件需要夹紧。因为在加工过程中工件受到切削力、惯性力及重力等外力的作用。若不夹紧，工件在外力作用下就发生移动。工件移动将会损坏刀具及机床，甚至发生人身事故。同时，工件在定位过程中获得的既定位置，也要依靠夹紧来保持。有时工件的定位也是在夹紧过程中实现的。因此夹紧装置是夹具的重要组成部分。对夹具夹紧机构和装置有下列基本要求：
(1)在夹紧过程中应保持的工件的既定位置，更好地使工件得到定位。
(2)夹紧应可靠和适当。即既要使工件在加工过程中不产生移动或振动，同时又不使工件产生不允许的变形和表面损伤；
(3)夹紧机构应操作安全、方便、省力；
(4)夹紧机构的自动化程度及复杂程度应与工件的产量和批量相适应。
设计夹紧装置时，首先要合理选择夹紧点、夹紧力作用方向，并正确确定所需夹紧力大小。然后设计合适的夹紧机构予以保证。
3.2.2 夹紧机构
根据此工件属于成批生产的零件，本夹具选用螺旋夹紧机构夹压工件。采用螺旋装置直接夹紧或其它元件组合实现夹紧的机构，统称为螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构结构简单，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力的夹紧行程都较大，在手动夹具上应用较多。螺旋夹紧机构可以看作是绕在圆柱表面上的斜面，将它展开就相当于一人斜楔。在此螺旋夹紧装置中，采用螺母直接夹紧。装夹工件时，先将工件放在夹具体上，用两个定位销控制工件的五个自由度，使工件不能前后左右移动，然后将钻模板放在工件上，套上衬套，放上夹紧元件，利用一面两孔定位，然后手动拧紧螺母压紧工件。
根据夹紧力的方向应朝向主要限位面和作用点应落在定位元件的支承范围内的原则，确定夹紧力的方向如图3.6所示。其夹紧力方向与切削力方向一致，以保证压块与工件后端面可靠接触，使工件对各定位支承都有一定的压力。

3.3 导向元件的设计
钻模的导向元件是钻套，钻套用来引导刀具，在加时可增强刀具刚性和防止偏斜。钻套的结构尺寸已标准化，设计时可按工厂有关图册或参考有关夹具设计手册选用。3.3.1 钻套的基本类型
按钻套的结构和使用情况，可分为固定式、可换式、快换式、和特殊钻套。
3.3.2 钻套高度和排屑间隙（图3.7）
钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。钻套高度H越大，刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H=（1～2.5）d。孔径越小，精度要求高时，H取较大值。但由于钻模板厚度为24，为了达到加工要求，钻套总长取32mm。
  钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙。h值应适当选取，h值太小时，切屑难以自由排出，使加工表面被损坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。加工铸铁时，h=（0.3～0.7）d；加工钢时，h=（0.7～1.5）d。由工艺卡知，工件的材料为铸件，所以取h=0.3d。
图3.7  钻套高度与排屑间隙
3.4钻模板
常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式。可卸式钻模板具有以下特点：
(1)适用于中批量生产中在钻孔后继续进行其它工序或大型工件的局部加工；
(2)它由两个定位套与夹具体上相对应的二个定位销（其中一个通常是菱形的）准确定位，并在结构上采取措施，防止钻模板装错方向；
(3)覆盖式可卸钻模板定位部分直接安装在工件的定位部分，或钻模体的定位件上，然后进行夹紧；
(4)钻模板应尽量轻，以不超过8Kg为宜，以减轻操作者的劳动强度，对尺寸大的钻模板可用铝合金铸件。
根据工件的特点，本次设计我采用的就是固定式钻模板，采用一面两孔的定位方式。图如下图3.8所示：

图3.8 钻模板俯视图
3.5 夹具体
夹具体是夹具的基础件，它既要把夹具的各个元件、机构、装置连接成一个整体，而且还需考虑工件装卸方便以及夹具与机床的连接方式。因此，夹具体的形状与尺寸，主要取决于夹具各组成件的分布位置，工件的外行轮廓尺寸以及加工的条件等。在设计夹具体时应满足以下一些基本要求：
(1)应有足够的刚度与强度。加工工件时，为了防止在切削力、夹紧力等外力的作用下，夹具产生不允许的变形和振动，夹具体应具有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。今年来许多工厂采用框形薄壁结构的夹具体，不仅减轻了重量，而且可以进一步提高其刚度与强度。
(2)力求结构简单、重量轻。夹具体的外形一般尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，应特别注意其他结构工艺性。同时，在满足刚度及强度的条件下，尽可能减轻重量、缩小体积，特别是对于手动翻转式夹具，要求重量一般不超过10㎏，以便于操作。
(3)应便于排除切屑。加工过程中为了防止切屑聚积，影响工件的正确定位和夹具的正常操作，因此在设计夹具体时应考虑切屑排除问题。若加工中产生的切屑不多，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离，以增加容屑空间；对加工中产生切屑量较大时，一般应在夹具体上设置排屑沟，以利于将切屑自动排至夹具体外。
(4)在机床上安装应稳定可靠。对于固定在机床上的夹具应使其中心尽量低；对于不固定在机床上的夹具，则其中心和切削力作用点，应落在夹具体的支承范围以内，中心越高夹具支承面积应越大。为了使夹具安装稳定可靠，夹具体底面中部通常应挖空。对于翻转或移动式夹具体，应在夹具体上设置手柄或手扶部位，以便操作。对于大型夹具，在夹具体上应设置吊环螺栓或起重孔，以方便吊运。
(5)应具有良好的结构工艺性与经济性。夹具体上有三个重要表面，直接影响到夹具的装配精度，即夹具体底面、安装定位元件和引导装置的表面以及夹具安装时的校正基面。在加工这些表面时，通常是以夹具体底面作为定位基准，因此在考虑夹具体结构时，应便于达到这些表面的加工要求。在夹具体上供安装各种元件的表面，一般应铸出3～5㎜的凸台，以便于减少加工面积

3.5.1夹具体毛坯制造方法
在选择夹具体毛坯制造方法时，通常是根据夹具体的具体要求和工厂的具体条件来决定的，实际生产中常用的夹具体毛坯按制造方法分有以下几种：
(1)铸造夹具体
铸造夹具体是最常用的一种制造方法，其优点是可以制造出各种复杂的外形，且抗压强度、刚度和耐振性都较好，。但铸造生产周期长，且需经时效处理，故成本较高。
(2)焊接夹具体
焊接结构与铸造结构相比，优点在于制造容易，生产周期短，成本低（一般比铸造夹具体低30～50%），由于采用钢板、型材的焊接而成，故重量较轻。缺点是焊接后需经退火处理，且难以获得复杂的外形。
如果精度要求高，结构比较复杂，加工时振动较大，宜选用铸造结构；否则，应充分采用焊接结构。
(3)装配式夹具体
为了克服铸件制造周期长，单间生产成本高的缺点，发展了选用标准毛坯件和标准零件部件组装成所需要的夹具体结构，即选用板材、圆棒、角铁、糟钢等标准型材，按尺寸系列截取成所需要的坯料，再利用螺钉、销钉、底座筋板等标准零部件惊醒组合。这种制造方法不仅可以大为缩短夹具体的制造周期，而且可以组织专门工厂进行专业化生产，有利于降低成本、提高效益，这是很有发展前途的一种制造方法。但目前尚未对夹具体的结构、尺寸实现标准化和系列化，这种方法有待今后逐步推广应用。
3.5.2夹具体的外形尺寸
夹具制造属于单件生产性质，在做夹具设计时，一般无须复杂的计算，通常是参照类似结构，采用类比法估算确定。实际上，在绘制夹具总图时，根据夹具的各组成元件，装置与机构所在的位置，夹具体的外形尺寸已大体确定。以下数据可供确定夹具体结构尺寸时参考：
(1)铸件结构夹具体，壁厚一般取8～25㎜，过厚处应挖空。
(2)用板材、型材焊接的夹具体，一般壁厚以6～10㎜为宜，若刚性不足可增设加强筋。
(3)为了工件顺利装卸，与夹具体不发生干涉，夹具体非工作表面应留有一定的间隙。
当夹具体和工件都是毛面时，可取8～10㎜；当夹具体与工件都是光面时，可取4～10㎜。本设计的夹具体俯视图形状如图3.8.
  
图3.8 夹具体的俯视图
3.6夹具总图上的尺寸、公差和技术要求
主要标注如下尺寸及技术要求：
(1)夹具最大轮廓尺寸为800mm ,632mm ,291mm。
(2)底座高度155mm，垫块到底座底面高度185mm。
(3)影响工件定位精度的尺寸和公差，两个定位销的距离442.98±0.015mm；圆柱定位销到中心线的距离221.49±0.015mm、55.88±0.015mm；定位销与定位销衬套配合尺寸 18H7/g6。
(4)手动伸缩式定位机构手柄轴与定位销的距离 。
(5)压紧螺杆与衬套的配合尺寸 24H7/n6，压紧螺杆与压块的配合尺寸 12 H7/n6；钻套的配合尺寸 20 H7/n6。
(6)夹紧机构的位置尺寸344±0.1、100±0.15。
(7)夹具总图上应标注下列技术要求
①夹具组装调试好后，需试加工工件3～5件，其工件加工部分应符合产品图纸最低要求，夹具方可投入使用；
②调整压紧螺杆预紧量，使压紧螺杆轴向及径向窜动量为零，导向衬套旋转跳动量为在0.03范围内；
③装配后应保证图示位置尺寸要求。












4  误差计算
4.1定位误差
e定＋ω≤T                   (2.1)
式中e定—定位误差；
ω—除定位误差以外，其它因素所引起的误差总和，可按加工经济精度查表确定。
T—工件被加工尺寸公差

图2.8一面两孔定位
                e定（α） =                 (2.2)
        = + +                        (2.3)
= + +                         (2.4)
式中 e定（α）—两孔中心连线对两销中心连线的最大转角误差；
—夹具制造公差；
—第一定位孔与圆柱定位销的最小间隙；
—第二定位孔与削边定位销的最小间隙；
夹具的制造公差，可取工件相应公差的1/3左右，两销的中心距为442.98，即取两销中心距的制造公差为 =0.07，夹具上55°角的制造公差 =20′（是定位误差的一部分）。
在钻床上加工，平均经济精度为11级，查表得ω=4′。
由式（2.2）及 ，55°角的定位误差为：
e定（α） =  =20′＋ =21′
由图1.1知
T=60′
所以
e定＋ω=4′＋21′=25′＜60′
这种定位方案可满足加工精度要求。
综上所述，工件采用一面两销的定位方式，以前端面放在夹具体上，限制一个自由度 ，以定位孔在圆柱定们销上限制两个自由度（ 、 、 、 ），又以另一定位也在菱形定销上限制一个自由度，实现完全定位。




















5 总结
本次设计中，基本上按专用夹具设计步骤来设计夹具的。首先对工件零件图进行仔细研究，分析，了解产品零件加工部位的技术要求，明确设计任务书中的设计要求及有关资料。对工件有了全面透彻的了解，熟悉了它的结构和工艺技术要求，再结合在生产实际操作的方便性、可靠性、机床型号、生产批量、零件工艺性等各方面的因素来考虑，然后确定夹具的结构方案。
主要包括：
(1)确定工件的定位方案,定位元件的选择
(2)确定夹紧方案
(3)确定夹紧机构
(4)确定夹具体极其总体结构
根据具体方案的各项工艺性指标，画出非标准件的零件工作图，公差配合制定。参照有关资料经验植，基本上完成了专用夹具的设计。
在夹具设计中，具有以下特点：
该夹具采用液压夹紧，可靠方便，省时省力，尺寸小，不需要增压装置，结构简单
该夹具采用一面两销定位，误差少，能够满足工件的加工要求。
工件要求不太高，夹具各公差配合适当放宽，降低了夹具的制造精度，从而使夹具生产成本不太高，符合夹具设计要求。
由于本人实践经验尚有不足之处，对各门知识运用不是很熟悉，在加上这是对一次接触这门课程，系统的设计夹具结构。在设计中难免出现错误和缺点。敬请各位领导，老师，同学赐教，本人不胜感激。

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