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1、摘要制造业中尤其是机械制造业，在产品生产过程中按照特定工艺，不论其生产规模如何，都需要种类繁多的工艺装备，而制造业产品的质量、生产率、成本无不与工艺装备有关。随着不规则形状零件在现代制造业中的广泛应用，如何保证这类零件的加工精度就显得尤为重要。本文通过分析割草机齿轮箱顶盖零件的结构特点和加工要求，制定了一套较合理的夹具设计，从而为保证该零件的加工精度将提供一种经济实用的工艺装备，具有一定的实用价值。对于夹具设计来说，最重要的就是定位、夹紧方案的确定。针对割草机齿轮箱顶盖这个零件加工要求的特点，确定了只能用平面定位、圆柱夹紧的办法来加工该零件。通过对各种定位夹紧装置的分析比较，选择并组合了一套既
2、能够满足加工要求的，又比较简洁的装置。同时，通过对一系列定位误差和夹紧力的计算，验证了该零件的加工是可以保证其要求的精度的，它的加工误差在规定的范围内。通过夹紧力的计算，也验证了零件在被夹紧的前提下，它受到的夹紧力也并不大，满足夹具设计所要求的既要保证一定的夹紧力不使工件在加工过程中发生位移，但同时又不能过大致使工件发生变形。关键词：工艺装备，夹具设计，定位，夹紧Design of the Top Cover of the GearboxABSTRACTIn the manufacturing industry especially for mechanical manufacturing i
3、ndustry, it is need the various-style craft in the course of production regardless of its production scale.Because it has close relation to the quality , productivity and cost in the whole production process. With the wide application of the irregular form part in the modern manufacturing industry,
4、how to guarantee the machining accuracy of this kind of part seems particularly important. Through analysing the top cover part of hay mover and processing demanding of the top cover part of hay mover of the gearbox,a jig which has reasonable characteristic has been designed.It can not only guarante
5、e the machining accuracy of this part for a kind of economical and practical craft equip and it also has certain practical value. To design of the jig , the most important thing is to make a scheme of reservation and clamp.As for the process demand of this part of top cover of the hay mover gearbox,
6、 through comparing of various kinds of reservations and clamps,a not only can satisfy with the demand of manufacturing and also very compactible device had been designed. Key words: process equipment，fixture design，deposition,clamping 箱体顶盖零件工艺规程及工装设计0 引言夹具是涵盖了从加工到组装的几乎所有操作过程的一种装夹设备。装夹最重要的标准是位置精度、工件稳
7、定性、最小工件变形和最小位移，以及夹具和切割工具之间无干涉等要求。由于大量的加工操作需要装夹，夹具设计在制造系统中就变得非常重要，它直接影响加工质量，生产率和制造成本。本文通过分析割草机齿轮箱顶盖零件的结构特点和加工要求，制定了一套较合理的夹具设计，从而为保证该零件的加工精度将提供一种经济实用的工艺装备，具有一定的实用价值。对于夹具设计来说，最重要的就是定位、夹紧方案的确定。针对割草机齿轮箱顶盖这个零件加工要求的特点，确定了只能用平面定位、圆柱夹紧的办法来加工该零件。通过对各种定位夹紧装置的分析比较，选择并组合了一套既能够满足加工要求的，又比较简洁的装置。1 概述1.1 设计任务与目标制造业中
8、尤其是机械制造业，在产品生产过程中按照特定工艺，不论其生产规模如何，都需要种类繁多的工艺装备，而制造业产品的质量、生产率、成本无不与工艺装备有关。随着不规则形状零件在现代制造业中的广泛应用，如何保证这类零件的加工精度就显得尤为重要。本论文通过分析割草机大零件的结构特点和加工要求，制定一套较合理的加工工艺规程，从而为保证该零件的加工精度将提供一种经济实用的工艺装备，具有一定的实用价值。1.1.1 课题研究背景与市场价值分析一个国家农业生产效率的高低直接影响着该国的国民经济总水平。在美国，由于其高度的农业机械化，农民人口仅占总人口的2%。割草机是最为普及的农用产品，其种类繁多。而目前在我国的内蒙和
9、新疆自治区及青海省部分牧区应用最广泛的牧草收获机械是原苏联引进的产品，机器笨重，金属耗量大，制造工艺复杂，故障多，寿命低；而且割草和搂草两道作业分开进行，生产效率低，牧草损失大。随着牧民收入的增加，牧民迫切希望有一种体积小、故障少、生产效率高的割、搂草机，该机能收获天然草场牧草和人工种植牧草，能一次完成割草和搂草两项作业。该设计的这张零件图纸表达的是回转式割草机的齿轮箱顶盖，属于不规则零件。回转式割草机主要用于各类牧草的收割，它具有较高的工作效率，能一次完成割草和搂草两项作业。回转式割草机比其他种类的割草机更适合于切割较高大的作物。刀杆因装有螺旋手柄，容易升降，采用双弹簧悬挂，能适应地面的凹凸
10、情况，不损伤草地。装有起保护作用的安全装置，作业中，碰上障碍物或遇异常力时，割草盘往后移动，使本机免受损伤。因此这种割草机市场潜力巨大。1.1.2 割草机的简要介绍1.1.2.1 对割草机的农业技术要求（1）生产率要高。保证及时收割牧草，不仅能获得富有营养的牧草，而且还不影响下一次牧草的收获量。（2）要能低割。在牧草生长允许的条件下应尽量低割，一般为47厘米。但由于牧草种类不同，要求割茬高度也不一样，故割茬高度应能调节。（3）割草机应具有灵敏的操纵起落机构和对地形有较好的适应性。因为牧草收获的工作条件较差，经常遇有障碍物和高低不平的地形。（4）铺放均匀。割下的牧草应均匀地铺放在地上，便于迅速的
11、干燥和下一道工序顺利进行，并保证机轮不能污损或踏坏牧草。（5）割草机要有足够的切割速度，一般为1.62米/秒，因为牧草在收割时仍处于青绿状态，很稠密，不易切割。1.1.2.2 割草机的分类 割草机按切割器运动形式分为往复式和回转式两种。 往复试割草机目前应用较多，优点是割茬低、整齐、牧草损失少。缺点是故障多、生产率低，适用于收割低产牧草。 回转式割草机是以无支撑原理进行工作的。优点是制造简单、工作可靠、运转平稳，可高速（1520公里/小时）作业。缺点是重割区大，碎草多，每米割幅能量消耗比往复式割草机大，适用于收割高产牧草。 往复式割草机又分为畜力割草机和机力割草机；机力割草机又可分牵引式和悬挂
12、式。 畜力割草机的切割器由行走轮传动，工作幅度较小，两匹马牵引。 机力割草机的切割器有由行走轮传动和由拖拉机输出轴传动的两种。 悬挂式割草机是悬挂在拖拉机上进行作业的。这种割草机结构简单、操作方便、生产率高。但操作技术要求较高。 一般割草机把割下的牧草散放在地上，而条放式割草机可把刻下的草铺放成条，便于搂草、集草等工序。1.2 夹具设计要求描述在本次设计中要完成的工作是为这样一道工序设计一套专用夹具：加工该零件的两个孔，保证该两孔的中心线成55并且加工一个平面，保证该平面的粗糙度为3.2m。1.3 机床夹具简述1.3.1 夹具的作用夹具是用于机加工、检测、装配、焊接和其它制造工艺的一种工艺设备
13、，它将工件定位并牢固地夹持在一个确定的位置上，以便按工艺要求加工工件。它的主要作用是：可靠地保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动强度， 充分发挥和扩大机床的工艺性能。不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。夹具对加工质量、生产率和产品成本都有直接影响。花费在夹具设计和制造的时间不论在改进现有产品或开发新产品中，在生产周期中都占有较大比重。所以，制造业中非常重视对夹具的研究。夹具设计是制造过程的一个重要组成部分，广泛用于各种制造工序中，并因不同的批量如单件、成批生产和大量生产而使用和开发不同的夹具。1.3.2 夹具的分类（1）通用夹具 通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可
14、用于加工不同攻坚的家具。例如， 车床上的三爪卡盘和四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头；铣床上的平口钳、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。这类夹具一般已经标准化。由专业工厂生产，作为机床附件供应给用户。（2）专用夹具 专用夹具是指专为某一工件的某道工序的加工而专门设计的夹具，具有结构紧凑，操作迅速、方便等优点。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计和制造，适用于产品固定且批量较大的生产中。（3）组合夹具 组合夹具是在机床夹具零部件标准化的基础上，由一整套预先制造好的，具有各种不同形状、不同规格尺寸的标准元件和合件，按照组合化的原理，针对工件的加工要求组装成
15、各种专用夹具。夹具使用完毕后，可以拆卸，留待组装新夹具时使用。 组合夹具的应用范围十分广泛。它最适合于品种多、产品变化快、新产品试制和单件小批生产等场合，在批量生产中也可利用组合夹具代替临时短缺的专用夹具，以满足生产要求。用组合夹具元件可以组装成各类机床夹具。数控机床和柔性制造单元的出现，更加推动了组合夹具技术的进步，扩大了组合夹具的应用范围。 组合夹具具有以下特点：a/ 组合夹具元件可供多次使用，但其一旦组装成某个夹具后，该夹具结构仍属专用性，只能一次使用。当变换加工对象时，一般仍需全部拆开，重新组装成新夹具结构，以满足新工件的加工要求。b/ 和专用夹具不一样，组合夹具的最终精度，是靠各组成
16、元件的精度，直接组合来保证的，不允许进行任何补充加工，否则无法保证元件的互换性。c/ 由于组合夹具是由各标准元件组合起来的，因此刚性较差，尤其是元件连接的结合面接触刚度，对加工精度影响较大。d/ 一般组合夹具的外形尺寸较大，不及专用夹具那样紧凑。e/ 这种夹具不受生产类型的限制，可以随时组装，以应生产之急。（4）拼装夹具 拼装夹具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由标准化、系列化的夹具元件，直接按专用夹具的装配方法（销钉定位、螺栓紧固）装配成的专用夹具。采用拼装夹具大大缩短了专用夹具的设计与制造周期，而且当产品改型时原来夹具的大部分元件仍可拆下重新使用，适用于多品种、小批量生产中。（5）通用
17、可调夹具 通用可调夹具是指根据不同尺寸或种类的工件，调整或更换个别定位元件或夹紧元件而形成的专用夹具。加工对象不很确定，通用范围较大，适用于多品种、小批量生产中。（6）成组夹具 成组夹具是指专为加工成组工艺中某一组零件而设计的可调夹具。加工对象明确，只需调整或更换个别定位元件或夹紧元件便可使用，调整范围只限于本零件组被的工件，适用于成组加工。 通用可调夹具和成组夹具都是一种比较先进的、继承性好的新型夹具。采用这两种夹具可大大减少专用夹具数量，缩短生产准备周期，降低生产成本，加快产品的更新换代，并可有效地促进并实现机床夹具标准化、系列化和通用化。 通用可调夹具与成组夹具的区别在于：前者的加工对象
18、不很确定，其更换调整部分的结构设计，往往具有较大的适应性，通用范围大；而成组夹具则是为成组加工工艺中一组零件而专门设计的，加工对象十分明确，可调范围也只限于本组内的零件，因此后者亦称为专用可调夹具。 这两类夹具不仅适合多品种、小批量生产的需要，而且也能在少品种、较大批量生产中应用。 通用可调夹具与成组夹具都是根据加工对象和工艺的相似性，尺寸的相近，对零件进行分类归组而进行设计，因此原理上和结构都比较类同。从原理上说，对同类一组的不同加工对象，只需要更换或调整其中个别定位、夹紧或导向等元件即可使用。从结构上看，这两类夹具通常都是由两部分组成：一是基本部分，包括夹具体、夹紧传动装置、操纵机构等。对
19、于不同的加工对象，上述部分都是保持不变的。二是可更换调整部分，即根据不同加工对象，通过更换或调整某些定位、夹紧或导向等元件来适应加工。 这两类夹具按照可更换调整部分的工作方式有三种形式：更换式、调整式和更换调整式。更换式适用范围较广，加工对象形状和工艺相似性差些也可适用，同时工作比较可靠方便。调整式可减少组成元件的数量，但调整要花费一定时间，夹具精度也要受调整影响。更换调整式可集中上述两者的优点，故生产中用得较多。一般将主要定位元件或导向元件设计成更换式，这样可使加工精度由更换件本身的精度来保证，不受或少受其与基本部分组装误差的影响。对辅助定位元件、夹紧元件等则尽可能采用调整式，这对同组零件在
20、夹具调整上可得到较好的兼顾。1.3.3 专用夹具的组成（1）定位装置 这种装置包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具中的位置，即通过它使工件加工时相对于刀具及切削成形运动处于正确的位置，如支承钉、支承板、V形块、定位销等。（2）夹紧装置 它的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在定位时所占据的位置在加工过程中不因受重力、惯性力以及切削力等外力作用而产生位移，同时防止或减小振动。它通常是一种机构，包括夹紧元件（如夹爪、压板等），增力及传动装置（如杠杆、螺纹传动副、斜楔、凸轮等）以及动力装置（如气缸、油缸）等。（3）对刀引导装置 它的作用是确定夹具相对于刀具的位置，或引导刀具进行加工，如对刀块、钻
21、套、镗套等。（4）其他元件及装置 如定向件、操作件以及根据夹具特殊功用需要设置的一些装置，如分度装置、工件顶出装置、上下料装置等。（5）夹具体 用于连接夹具各元件及装置，使其成为一个整体的基础件，并与机床有关部位连接，以确定夹具相对于机床的位置。2 总体设计2.1 夹具设计方法和步骤 在大批、大量生产中，工件的安装主要靠专用夹具来完成。由于组合夹具，可调整夹具的出现，中小批生产中或者甚至某些单件生产时也应用夹具来安装，大大提高了加工精度和生产效率。夹具的设计应遵循以下的步骤：（1）明确夹具设计任务该设计要完成的是为加工回转式割草机的齿轮箱顶盖的某道工序设计一套专用夹具，该工序要求：加工该零件的
22、两个孔，保证该两孔的中心线成55并且加工一个平面，保证该平面的粗糙度为3.2m。这道工序将在四轴立式联动加工中心XH714完成加工，批量中等。（2）选择定位方法和定位元件根据加工要求，工件定位时只需限制五个自由度，即可满足加工要求。此时，如果采用定位圆柱2的方案，由于该零件的形状限制以及加工要求，无法对圆柱1进行夹紧。因此，只能采用定位圆柱1上的平面a，夹紧圆柱2的方案。只有这样才能正确保证加工要求。具体定位元件的选择见3.1.5（3）选择夹紧机构具体夹紧机构的选择见3.2.4（4）绘制夹具总装草图（5）绘制夹具总装图2.2 工艺规程的制定2.2.1 工艺规程的作用工艺规程的作用在于：（1）它
23、是组织生产和计划管理的重要资料，生产安排和调度、规定工序要和质量检查等都以工艺规程为依据。制定和不断完善工艺规程，有利于稳定生产秩序，保证产品质量和提高生产率，并充分发挥设备能力。一切生产人员都应严格执行和贯彻，不应任意违反或更改工艺规程的内容。（2）是新产品投产前进行生产准备和技术准备的依据，例如刀、夹、量具的设计、制造或采购，原材料、半成品及外购件的供应及设备、人员的配备等。（3）在新建和扩建工厂或车间时必需有产品的全套工艺规程作为决定设备、人员、车间面积和投资预算等的原始资料。（4）行之有效的先进工艺规程还起着交流和推广先进经验的作用，有利于其他工厂缩短试制过程，提高工艺水平。2.2.2
24、 选择毛坯毛坯的种类有很多种，有轧制件、铸件、锻件、冲压件和焊接件。针对该设计的这个割草机齿轮箱顶盖零件的特点，决定选用铸件作为毛坯，材料为铝合金。（1）毛坯材料的选择选用铝合金作为零件毛坯材料（2）毛坯的制造方法：铸造方法可分为砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造方法传统，铸造成品的各方面质量都较差。因此，在现代机械工业中已逐渐被特种铸造方法所取代。下面将简要介绍一下特种铸造的几种类别、特点和应用范围。 表2.1 铸造特点及应用范围表铸造方法主要特点应用范围压力铸造用金属铸型，在高压、高速下充型，在压力下快速凝固，是效率高、精度高的金属成型方法，但压铸机、压铸型制造费用高。铸件表面粗糙度Ra为
25、3.2-0.8m，结晶细，强度高，毛坯金属利用率可达95%大批大量生产，以锌合金、铝合金、镁合金及铜合金为主的中、小型形状复杂不进行热处理的零件，也用于钢铁铸件。熔模铸造用蜡模，在蜡模外侧制成整体的耐火质薄壳铸型，加热熔掉蜡模后，用重力浇注。压型制造费高，工序繁多，生产率较低。手工操作时，劳动条件差。铸件表面粗糙度Ra为12.5-1.6m ，结晶较粗各种生产批量，以碳钢、合金钢为主的各种合金和难于加工的高熔点合金复杂零件。零件重量和轮廓尺寸不能过大，一般铸件重量小于10kg.金属型铸造用金属铸型，在重力下浇注成型。对非铁合金铸件有细化组织的作用，灰铸铁件易出白口。生产率高，无粉尘，设备费用高。
26、手工操作时，劳动条件差。铸件表面粗糙度Ra为12.5-6.3m。结晶细，加工余量小。成批大量生产，以非铁合金为主，也可用于铸钢、铸铁的厚壁、简单或中等复杂的中小铸件，也可用于数吨大件。低压铸造用金属型、石墨型、砂型，在气体压力下充型及结晶凝固，铸件致密，金属收缩率高。设备简单，生产率中等。铸件表面粗糙度Ra12.5-3.2m，加工余量小，液态合金利用率可达95%单件、小批或大量生产以铝、镁等非铁合金为主的中大薄壁铸件，壁厚相差较悬殊的零件不宜选用离心铸造用金属型或砂型，在离心力作用下浇注成型。铸件组织致密，强度高，设备简单，成本低，生产率高。铸件内孔粗糙，加工余量大，最小壁厚3-5mm单件、成
27、批大量生产，铸件大小不限陶瓷型铸造采用高精度模样，用自硬耐火浆料灌注成型，重力浇注。铸件精度高，表面粗糙度数值小。陶瓷浆料价格高单件、小批生产中、小型、壁厚中等复杂的零件，特别宜作金属型、模板、热芯盒及各种热锻模具实型铸造用泡沫聚苯乙烯塑料模局部或全部代替木模或金属模造型，在浇注时烧失。可节约木材，简化工序，但烟尘有害气体较多单件、小批生产的中、大型铸件，尤以1-2件为宜，或取模困难的铸件部分由于该零件生产批量中等，综合经济性等各个方面的考虑，选用金属型铸造方法。在铸造工艺上，为了制造方便，当铸件上的孔径小于下表的最小孔径尺寸时，一般均不铸出。表2.2 最小孔径尺寸铸造方法成批生产单件生产砂型
28、铸造3050金属型铸造1020压力铸造及熔模铸造510从零件图纸上可以看出，所有的孔都能用铸造的方法铸出，无需另外加工。2.2.3 加工余量的确定 表2.3 成批和大量生产铸件的尺寸公差等级铸造方法公差等级铸钢灰铸铁球墨铸铁铜合金锌合金轻金属合金金属型铸造7979797968低压铸造7979797968压力铸造79684657熔模铸造5757574646由于该零件表面积在100-225cm2 之间，从零件图纸上可以看出，其要求的壁厚、圆角半径、斜度以及留有加工余量的孔径尺寸均可由铸造满足。所以只需铸造，该零件就可生产出来，而且零件的外表面粗糙度不做加工要求的。因此，就选择通过一次性用金属型铸造
29、的方法制造出该零件。由于金属型铸造方法的成品精度较好，铝合金属于轻金属合金一类，它的铸造精度一般可以达到7级。而零件的两个内孔要进行的是阶梯镗，其粗糙度要求最高的阶梯孔要达到1.6m，粗糙度要求最低的阶梯孔要达到6m；平面加工铣削要求达到粗糙度为3.2m。根据铸造精度和加工粗糙度要求，对于平面加工，可以把铸造毛坯进行粗铣平面半精铣精铣。对于两个孔的加工，进行粗镗半精镗精镗。为了完成如上加工步骤，根据毛坯尺寸，把平面的加工余量定为1mm，把两个孔的单边加工余量定为0.7mm。图2.1 铸造毛坯简图2.2.4 加工工序的拟定表2.4 最小圆角半径铸造方法最小圆角半径(mm)铝合金镁合金铜合金锌合金
30、黑色金属砂型铸造23323金属型铸造1222壳型铸造11.51.52压力铸造111.512熔模铸造111表2.5 各种铸造方法的最小壁厚铸件的表面积（cm2)铸件最小壁厚（mm)砂型铸造金属型铸造压力铸造熔模铸造硅铝合金ZM-5 ZL-201 ZL-301铸铁硅铝合金ZM-5 ZL-201 ZL-301铸铁铝锡合金锌合金镁合金铝合金铜合金钢-25232232.50.60.81.311.51.225-1002.53.52.52.5330.711.81.521.6100-225343343.51.11.52.5232.2225-4003.54.544541.5232.53.53400-100045
31、5464.544表2.6 各种铸造方法的最小铸造斜度斜度位置铸造方法砂型金属型壳型压铸外表面0。30，0。30，0。20，0。15，内表面1。1。0。20，0。30，由于该零件表面积在100-225cm2 之间，从零件图纸上可以看出，其要求的壁厚、圆角半径、斜度、孔径尺寸均可由铸造满足。所以只需铸造，该零件就可生产出来，而且零件的外表面是不做粗糙度要求的。因此，就选择通过一次性用金属型铸造的方法制造出该零件。工序拟定如下：工序工步内容定位方式夹紧方式刀具设备1金属型铸造铸造机21铸造后粗铣平面b定位平面a夹紧圆柱2组合刀具立式四轴联动加工中心半精铣精铣2粗镗第一组阶梯孔半精镗精镗3钻螺纹孔精绞
32、螺纹孔攻螺纹31加工位旋转后粗镗第二组阶梯孔定位平面a夹紧圆柱2组合刀具立式四轴联动加工中心半精镗精镗3 详细设计3.1 定位方案设计工件的定位表面有各种形式，如平面、外圆、内孔、成型面等等。对于这些表面可以采用不同的方法来实现定位。即根据被加工零件的工序要求，除合理分布支承点外，还要正确考虑定位方法和选用恰当的定位元件。3.1.1 工件以平面定位工件以平面定位时，所用的定位元件（即支承件），可分为“基本支承”和“辅助支承”两类：前者用来限制工件的自由度，即是真正具有独立定位作用的定位元件；而后者则是用来加强工件的支承刚性，它不起限制工件自由度的作用。3.1.1.1 基本支承基本支承有固定支承
33、、可调支承、自位支承等三种形式。（1）固定支承 这种支承装上夹具后，一般不再拆卸或调节。它分为支承钉和支承板两种。1）支承钉支承钉多用作工件平面定位的三点支承或侧面支承，其结构形式有平头、圆头、网纹顶面三种。平头支承钉常用于定位平面较光滑的工件。圆头支承钉与定位平面为点接触，可保证接触点位置的相对稳定，但它易磨损，且使定位面产生压陷，给工件夹紧后带来较大的安装误差，装配时也不易使几个支承圆头保持在同一平面上，故圆头支承钉仅适用于未经机械加工的平面定位。网纹顶面支承钉的突出优点是与定位面间的摩擦力较大，可阻碍工件移动，加强定位的稳定性，但槽中易积屑，常用在粗糙表面的侧面定位。2）支承板支承板多用
34、于工件上已加工平面的定位。一般说来，支承钉用于较小平面，支承板用于较大平面，有时也可用一块支承板代替二个支承钉。但当工件平面较窄，很难用支承钉布置成合适的支撑三角形而造成定位不稳定时，则可用支承板定位。当工件刚度不足，夹紧力和切削力又不能恰好作用在支承点上时，也适宜用支承板定位。作为支承的定位表面应耐磨，以保证夹具的定位精度。（2）可调支承可调支承主要用于工件上未经机械加工的定位面。当工件毛坯尺寸有较大变化时，每更换一批毛坯，就要调节一次。（3）自位支承“自位支承”又称“浮动支承”，实质上是它与工件接触的几个工作点能随工件定位面形状自行浮动的支承，常见的有双接触点及三接触点两种。当压下其中一个
35、接触点，则其余的点上升，直至全部点与工件定位表面接触为止。故每一个自位支承，一般只相当于一个定位点，即限制一个自由度。但由于增加了与工件接触点的数目，可减少工件的变形，其缺点是支承的稳定性较差，必要时应予锁紧。通常自位支承用在刚度不足的毛坯平面或不连续表面的定位中，此时虽然增加了接触点，却可避免发生过定位。3.1.1.2 辅助支承当工件按六点定位原则进行定位并夹紧后，若工件刚度很差，在切削力和夹紧力影响下，常会发生变形或振动。因此，在基本支承外，要另加辅助支承。加上的辅助支承不应限制工件的自由度，或破坏工件原来已经限制的自由度。因此，使用辅助支承时，其高低必须按原先三支承钉已决定的定位表面位置
36、来调节；而且对每个工件加工前均要调节一次。为此，当每一个工件加工完毕后，要将所有辅助支承退回到河新装上去的工件保证不接触的位置。辅助支承的结构形式很多。在单件小批量生产时，使用螺旋式辅助支承，调节时尤其要注意不能将工件顶起，否则就破坏了工件的正确定位。3.1.2 工件以外圆定位工件以外圆定位时，一般有三种方法：V型块、圆孔或半圆孔、自动定心机构（1）V型块在V型块上定位时，工件的垂直轴心线对称于V型块的两支承面，而水平轴心线位置，随V型块夹角及工件直径的误差而发生变化。它不仅用于完整的外圆面定位，也常用在不完整的外圆面而要求对中性好的定位。V型块装在夹具体上时，除用螺钉紧固外，还要加装定位销，
37、防止移动。V型块的支承面和底面均应磨光。当用几个V型块对一个光轴定位时，应在装配后一起精磨各支承面，以保证其处于相同平面内。（2）定位套筒及剖分套筒圆孔定位件通常做成定位套筒形式，它装在夹具体上，用以支承外圆表面，起定位作用。这种定位方法，元件结构简单，但定心精度不高，当工件外圆与定位圆孔配合较松时，还易使工件倾斜。通常由于工件的定位圆孔与其端面加工时为一刀落，故利用套筒内孔及端面一起定位，可减少工件倾斜。若工件端面较大时，定位孔应做得短些，否则会产生过定位，因此时的端面，已成为限制三个自由度的主要定位基准了。剖分套筒为半圆孔定位件，主要适用于大型轴类零件的精密轴颈定位，以便于工件安装。3.1
38、.3 工件以内孔定位工件以内孔定位时，常用的有定位销、定位心轴、自动定心机构定位销按其结构类型可分为固定式定位销和可换定位销两大类。前者的定位销可按过盈配合直接装在夹具体中；后者则可按间隙配合通过套筒再装在夹具体上。有一些具有台阶的定位销，主要用于工件除以圆孔为定位基准外，还需要以垂直于圆孔轴心线的端面亦为定位基准的情况下。还有称为削边定位销的，它主要用于工件以两圆孔为定位基准的情况。工件同时以圆孔和端面定位时，除可使用具有台阶的定位销外，还可用圆锥定位销。定位心轴也有过盈配合的心轴和间隙配合的心轴。过盈配合心轴装卸工件时既不方便又很慢，但可以对工件的两个端面进行加工；间隙配合的心轴装卸工件比
39、较方便，但定心精度较差，主要用在工件端面亦起递给基准作用的情况下。3.1.4 工件以组合表面定位（1）以轴心线平行的两孔定位工件以两孔定位的方式，在生产中普遍用于各种板状、壳体、杠杆等零件，例如机床主轴箱、发动机缸体都用此定位加工。（2）以轴心线平行的两外圆表面定位若工件垂直平面定位后，再将工件左端外圆、用圆孔或V型块定位时，则工件右端外圆所用的V型块，一定要做成浮动结构，这时只起限制一个自由度的作用，否则就会过定位。（3）以一个孔和一个平行于孔中心线的平面定位3.1.5 定位方案的选择由于此次设计给定的“割草机齿轮箱顶盖”这个零件，要对其两个孔进行加工，因此只能采用外侧定位，而不能采用内孔定
40、位。用外侧定位可采用两种方案：一种是定位圆柱1的外侧面，夹紧圆柱2 。另一种可采用定位平面a ，夹紧圆柱2的方案。图3.1 零件结构示意图由于该零件的形状不规则，若采用第一种方案，会使得夹紧圆柱2的这一套夹紧装置非常复杂。因此，最终选择了采用第二种方案，即定位平面a ,夹紧圆柱2的方案。由于平面b是要加工的表面，并且零件加工要求保证两孔中心线之间成55。尽管平面a 时未加工表面，但是，设计并不要求保证壁厚均匀，只需保证两中心线间的角度。因此，采用定位平面a ,夹紧圆柱2的的方案是完全可行的。加工时，对平面a 定位夹紧之后，先加工平面b 和孔1，能够保证加工孔的直径；再把整个夹具体旋转至加工工位
41、90度，对孔2进行加工。这样，就能保证孔2和孔1中心线成55。由于加工时使用的是四轴立式联动加工中心XH714，成组刀具，一次加工完毕就能保证加工精度。对平面a来说，可用来做支承的面比较狭窄，但它是成类似于三角形的。因此一种方案可以用支承钉作三点定位，采用网纹顶面支承钉，这是因为它与定位面间的摩擦力较大，可阻碍工作台移动，加强定位的稳定性。但是，也有一个缺点，就是槽中易积屑。还有一种方案，也可采用支承板定位。虽然用作支承的面比较窄，但经测量还是可以满足用支承板进行定位的。而且用支承板定位的优点在于设计简单且定位稳定性好。因此，最终决定采用支承板定位的方案。3.2 夹紧方案设计3.2.1 工件夹
42、紧的基本要求工件在定位后，因加工中要受到切削力、惯性力及工件自重等影响，将使工件产生位移或振动，破坏工件已有的正确定位，故必须用夹紧机构，将工件固定在定位元件上。在设计夹具时，确定夹紧方法一般与定位问题应同时考虑。夹紧方案通常需满足以下要求：（1）夹得稳夹紧时不能破坏工件稳定的正确定位；夹紧机构的动作应平稳，有足够的刚度和强度。（2）夹得牢夹紧力要合适，过小易使工件移动或振动，过大也会使工件变形或损伤，影响加工精度。此外，夹紧机构要有自锁作用，即原始作用力去除后，工件仍能保持夹紧状态而不松开。（3）夹得快夹紧机构应尽量简单、紧凑、操作时安全省力，迅速方便，以减轻工人劳动强度，缩短辅助时间，提高
43、生产效率。为了达到以上要求，正确设计夹紧机构，首先必须合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点。（1）夹紧力方向的确定生产中工件的安装方式多种多样，夹紧力方向的选择，可归纳成下列几条原则： 夹紧力作用方向不破坏工件定位的准确性。通常夹紧力应朝向主要定位基准，保证工件与定位元件可靠地接触。 夹紧力方向应使工件变形尽可能小。由于工件不同方向上的刚度是不等的；不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在压夹薄壁零件时，更需密切注意这种情况，比如，用三爪卡盘夹紧外圆，肯定要比用特制螺母从轴向夹紧时产生的工件变形要大。 夹紧方向应使所需夹紧力尽可能小。减小夹紧力就可减轻工人劳动强度，提高劳动效率
44、，同时可时机构轻便，紧凑，工件变形小。为此，夹紧力的方向最好与切削力、工件重力的方向重合，这时所需夹紧力最小。由以上分析可知：夹紧力大小与夹紧方向直接有关。在考虑夹紧方向时，只要满足夹紧条件，夹紧力愈小愈好。（2）夹紧力作用点的选择它对工件夹紧的稳定和变形有重要影响，应满足：夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件过形成的支承面内。夹紧力应落在工件刚度较好的部位上。夹紧力应尽量靠近加工面。这可使切削力对此夹紧点的力矩减小，从而减少工件的振动。3.2.2 典型夹紧机构在机械夹紧中，常见的有斜楔、偏心、螺旋等机构，都是利用机械摩擦的斜楔自锁原理。3.2.2.1 斜楔夹紧斜楔夹紧的特点：（1）斜楔结构简
45、单，有增力作用。一般扩力比为工件对斜楔的反作用力比外力约为3，斜楔升角越小增力作用越大。（2）斜楔夹紧行程小，且受斜楔升角影响。增大升角可加大行程，但自锁性能变差。（3）夹紧和松开要敲击大、小端，操作不方便。手动操作的简单斜楔夹紧很少应用，而常见的夹紧装置中，改变夹紧力方向和作为增力机构时则应用较多。3.2.2.2 螺旋夹紧由于螺旋夹紧结构简单，夹紧可靠，所以在夹具中得到最广泛的应用。简单的螺旋夹紧机构采用螺杆直接压紧工件。在实际生产中，螺旋压板的组合夹紧，在手动操作时用得比单螺旋夹紧更为普遍3.2.2.3 偏心夹紧螺旋夹紧的主要缺点是装卸工件的辅助时间比较长，而偏心夹紧就比较快速。常用的有圆偏心和曲线偏心两种，可做成平面凸轮或端面凸轮的形状。因圆偏心结构简单，制造方便，较曲线偏心应用广泛。偏心夹紧较螺旋夹紧力小一些，行程也受到限制。故偏心夹紧只能应用在切削力小，无振动，工件尺寸不大的情况下。3.2.2.4 多件夹紧加工时采取多件夹紧，可以大大提高生产率，尤其在小件加工时应用更为广泛。按夹紧力的方向及作用情况，多件