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1、青岛农业大学毕 业 论 文（设计） 题 目： KM173机体钻扩挺柱孔机床 工件工序图和夹具设计 姓 名： xxxxxx 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 200x.xx 学 号： 200xxxxx 指导教师： wwww 20xx年 06 月18 日毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献
2、均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文(设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日目 录摘 要IAbstra
3、ctII1 绪论11.1 本课题的来源、意义、目的11.2 本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求11.3 本课题在国内外的研究状况及发展趋势22 工序图的设计32.1 机体的工艺性分析32.2 方案的分析与论证32.3 加工余量和工序尺寸的确定52.4 确定切削用量及基本工时72.5 切削力和切削功率的计算93 夹具的设计113.1 机床夹具应满足的基本要求113.2 定位装置的设计113.3 定位误差的计算分析133.4 夹紧装置的设计143.5 引导装置的设计213.6 其它元件的设计224 结论24参考文献25致 谢26KM173机体钻扩挺柱孔机床工件工序图和夹具设计摘 要本文介绍了
4、KM173机体钻扩挺柱孔机床工件工序图和夹具设计。根据零件结构特点，确定该机床为卧式两工位移动工作台式组合机床。机体挺柱孔的加工采用钻扩铰挤压工艺方案，在两道工序分别完成钻扩和铰挤压加工，用导向套导向进行加工。夹具的设计确定“三基面”组合定位方式，用垫铁、支承板等实现工件的六点定位，采用液压夹紧方式，用液压油缸带动压板夹紧工件。该设计方案通过一次装夹，完成机体挺柱孔钻扩或铰挤压加工，具有加工精度高而稳定，设计制造周期短，生产率高，工人劳动强度低的特点。经过分析和计算表明该设计方案能够满足KM173机体挺柱孔的加工精度要求和生产纲领要求。关键词：组合机床；夹紧；夹具；液压油缸The Pictur
5、e Sheet of Workpiece Process and Fixture Design of The Machine Tool That Is Used To Drill and Broaden Pretty Column Hole of The KM173 Diesel Engine BlockAbstractThis paper introduces the picture sheet of workpiece process and fixture design of the machine tool that is used to drill and broaden the t
6、appet hole of KM173 diesel engine block.According to the characteristics of machine tool institutions.This machine is designed to two worktables combination horizontal machine tools with mobile work desktop.The processing plan of the tappet hole of engine block is drilling-expansion-hinge-extrusion.
7、 We finish drilling-expansion and respectively reaming-squeeze in the two process using orientation guiding set of processing. In the content of fixture design we take the way of combination localization of “three datum plane” by using sizing block and bearing plate to realize positioning at six poi
8、nts.We take the way of hydraulic tightening with the hydraulic cylinder pressure drive powder tight workpiece. The design , clamping just one time, completes the drilling-expanding or hinge-extrusion processing of the block of the tappet hole, with the characteristics of high processing precision an
9、d stability, brief design cycle, high productivity and low labor strength . After analysis and calculation shows that the design scheme can meet the machining accuracy requirements and production program requirements of the tappet hole of KM173 diesel engine.Keywords: combined machine tool; clamp; f
10、ixture; hydraulic cylinder II 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文）1 绪论毕业设计是完成教学计划达到本科生教学培养目标的最后一环节，是教学计划中综合性最强的实践性环节，在大学的教学中占有重要地位。它对培养学生的发散思想、严谨的工作作风及实际动手能力、提高毕业生素质具有重要的意义。1.1 本课题的来源、意义、目的此课题涉及的内容是KM173机体钻扩挺柱孔机床工件工序图和夹具设计。机体是发动机最重要的机件之一，是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础1。而机体挺柱孔是其关键部位，是进、排气门挺柱与机体结合的装配基准，因此其加工质量好坏直接影响发动机
11、的进、排气等使用性能2。生产中机体挺柱孔加工主要采用钻扩粗铰精铰或钻扩铰挤压工艺方案，大批量生产可采用2台两工位组合机床、四台组合机床或五工位组合机床等多种方案完成机体挺柱孔的加工，采用四台组合机床工序的质量稳定性差，特别是位置精度。随着现在制造技术的发展，数控机床和加工中心已在生产线中获得广泛使用，使用数控机床或加工中心，有利于保证工件的加工精度，但生产效率低，大大增加了设备投资。采用两台两工位组合机床，一台用于钻扩挺柱孔，另一台用于粗铰精铰或铰挤压挺柱孔。该方案设备投资少，生产效率高，有利于保证工件的加工精度，是大批量生产较为理想的方案。因此合理设计机体钻扩挺柱孔机床，对保证机体挺柱孔加工
12、质量和提高生产效率具有十分重要的意义。1.2 本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求本课题主要解决KM173机体钻扩挺柱孔机床工件工序内容以及夹具的设计，研究过程中应根据机体图纸及五万台的生产纲领着重解决好以下两方面的问题：（1）工件工序图的设计：正确确定加工方法、工序内容，并按要求绘制工件工序图；（2）设计钻扩挺柱孔机床的机床夹具：正确确定定位、导向以及夹紧方案，保证孔的加工精度和表面质量。应达到的技术要求：（1）挺柱孔为通孔，尺寸为两挺柱孔为长度38mm孔表面。（2）挺柱孔圆柱度公差是0.008mm。（3）挺柱孔轴线相对于凸轮轴孔轴线的垂直度公差为0.025mm。1.3 本课题在国内外的
13、研究状况及发展趋势随着科学技术的发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。机械加工的自动化已经渐渐成为机械加工的发展趋势。机械加工的自动化可以提高工件的加工精度、提到生产效率、降低废品率，还能减轻工人的劳动强度，只需要简单地工装就可以加工比较复杂的零件，有利于管理的现代化和降低生产成本。所以利用数控机床和加工中心已经成为国外加工柴油机孔系（包括挺柱孔）主要方式。国外柴油机机体挺柱孔的加工工艺一般是钻一倒角一抢铰一浮动铰。国内一般把挺柱孔的加工分为粗加工和精加工两个阶段。粗加工阶段主要采用钻或者扩的工艺；精加工挺柱孔是在粗加工工序完成之后，再用铰刀进行精铰磨销加工，或者是进行挤压加工3
14、。还有的生产厂家采用钻倒角扩粗铰精铰的工序，这一加工虽然能保证挺柱孔的尺寸精度、位置精度及表面粗糙度的要求，但是孔表面的圆柱度误差和强度、耐磨性等机械性能达不到要求，这样会大大影响挺柱孔的工作性能，挺柱孔在短时间磨损，降低整个柴油柴油机的使用寿命。还有的厂家采用新型套式铰挤复合刀具进行加工。该刀具对挺柱孔加工后，其表面粗糙度、表面硬度、尺寸精度和位置精度都有明显提高。但相应的成本，包括研发成本和制造成本，就会增加，另外刀具磨损后，个换道具的成本就会大大增加，与经济性原则相悖。在现代制造加工技术中，数控机床和加工中心应用已经非常广泛，使用数控钻床或者加工中心，一次装夹可以完成柴油机机体孔系的粗加
15、工和精加工，装夹的次数减少，就相应地减小了定位误差，提高了加工精度。国内引进数控技术以来，数控技术在我国获得极大的发展，如我国各大企业和研究机构相继研发出五轴联动加工机床、车铣复合加工机床等中高档数控机床产品。并且完成了技术与应用的对接，许多中高档数控机床产品实现商品化生产4，但是数控机床或者加工中心的造价昂贵、对刀具的要求较高、维护需要的技术较高、专业技术人员匮乏等诸多缺点也是在实际技术应用的过程中不可忽略的。但是在加工机体挺柱孔的实际生产中我国的自动化程度相对国外来说还是比较差的，很多厂家仍然是采用的多台专用机床加工，经过多次装夹，加工精度难以保证，一些厂家通过提高刀具加工精度和夹具的制造
16、精度来改善机体挺柱孔的加工精度。总的来说，目前柴油机机体孔系的加工趋于高效率、自动化，这就迫切地需要一种切实可行的加工方案和设计合理的夹具，来保证工件的加工精度和生产率的要求。2 工序图的设计2.1 机体的工艺性分析2.1.1 机体挺柱孔的作用机体作用是承载各种零件。机体是柴油机最重要的机件之一，其加工精度对保证汽车性能至关重要。挺柱是凸轮的从动件，它的功用是将来自凸轮的运动和作用力传给推杆，同时还承受凸轮所施加的侧向力并将其传给机体5。挺柱在挺柱孔中作循环往复运动，由于挺柱孔一般位于机体的中间部位，受到挺柱侧向力的作用比较大，所以对挺柱孔的加工精度和表面质量都有较高的加工工艺要求。2.1.2
17、 机体的工艺性分析机体是一种箱体类零件，材料是HT250，硬度为190-241HBW，生产纲领为五万件，属于大批大量生产类型。机体上的六个平面以及主轴、凸轮轴等主要孔系已加工，达到图纸要求。KM173机体挺柱孔的加工精度要求如下：（1）挺柱孔为通孔，尺寸为，两挺柱孔为长度38mm，孔表面。（2）挺柱孔圆柱度公差是0.008mm。（3）挺柱孔轴线相对于凸轮轴孔轴线的垂直度公差为0.025mm。由上述加工要求可知：考虑到机体的结构和相关加工精度要求，确定“三基面”组合定位方式，以齿轮室面为第一定位基准，以机体底面为第二定位基准，以缸头面为第三定位基准，采用相互垂直的三个平面实现工件的六点定位。2.
18、2 方案的分析与论证在充分分析零件的加工要求的基础上，通过查阅相关资料，结合实际生产的需求，机体挺柱孔的加工可以采用如下三种具体的方案：方案1：采用多工位立式组合机床，以缸头面为底面定位基准，底座朝上，在回转工作台一次装夹，完成挺柱孔的粗加工和精加工。方案2：设计多台组合机床，分别在不同的机床上完成粗加工、半精加工、精加工。方案3：设计组合机床（两工位两台机床），采用导向套导向加工，两台机床分别完成对挺柱孔的粗加工和精加工。经过分析对比，采用方案3。方案1采用多工位组合机床，优点是装夹次数少，有利于保证孔的加工精度，工人劳动强度低，加工效率高，适合大批大量生产。缺点是机床结构复杂、制造成本较高
19、。 方案2采用多台组合机床，机床数量较多，占地面积较大，多次装夹降低了加工精度，工人数量多，劳动强度大。方案3采用两台两工位组合机床，这种方法的加工效率比较高，装夹次数少，加工精度提高，生产率与自动化程度均高，结构简单，多用于成批和大量生产，这和五万台的生产纲领相契合。经分析对比选用方案三，即设计一台两工位卧式移动工作台组合机床进行钻-扩加工，设计合理机床夹具完成KM173机体挺柱孔的加工，采用导向套导向可以满足加工精度要求，对所设计的组合机床稍作改进（如更换精密级的液压滑台、动力箱）就可完成挺柱孔的铰-挤压精加工。对于挺柱孔的粗加工和精加工，初步确定两种工艺路线，方案一： 采用钻-扩-粗铰-
20、精铰的加工工艺路线。方案二：采用钻-扩-铰-挤压的加工工艺路线。通过分析可知：比较上述两种加工方法，上述两种方案的不同之处就是，最后一道工步内容不同，方案一用的是精铰，由机械加工工艺手册查得精铰孔后孔径表面粗糙度值一般情况下，远远达不到挺柱孔精度要求的而挤压能获得加工精度为IT5IT6，表面粗糙度，挤压杆的制造也比较容易，成本较低，本加工使用导向套导向，所以能保证加工时刀具的刚度，所以选择方案二更为合理。 经过上述分析，确定加工方案：采用卧式两工位移动工作台式组合机床，每次装夹一件，机体挺柱孔的加工采用钻扩铰挤压工艺方案，在两道工序上分别完成钻扩和铰挤压加工，用导向套导向进行加工。2.3 加工
21、余量和工序尺寸的确定工艺路线拟定以后，需要确定工艺内容，即确定各工序尺寸、加工余量和挺柱孔的位置尺寸。1）挺柱孔内孔表面工序尺寸和加工余量的确定根据机械加工工艺手册，查得孔的加工余量如下:挤压孔余量： mm；粗铰孔余量： mm；扩孔加工余量：mm；经过计算得出钻孔的直径mm；确定各工序的尺寸挤压后应达到零件图规定的设计尺寸，故挤压后的工序尺寸为铰孔后的孔径的基本尺寸为: ； 扩孔后的孔径的基本尺寸为：； 钻孔时的基本尺寸为： ； 确定各工艺尺寸的公差：考虑到工序尺寸的的经济加工精度，又要保证各工序有足够的最小加工余量。为此各工步的加工精度等级不宜相差过大。根据机械加工工艺手册，查找确定各工步尺
22、寸的加工精度公差如下：钻： ；扩： ；铰： ； 挤压：；确定各工步所达到的表面粗糙度值：钻： 扩： 铰： 挤压：确定各工步尺寸的偏差：工序尺寸按“单向入体”原则:标注极限偏差，如图2-1、2-2所示图2-1 挺柱孔钻-扩的加工尺寸及其公差图2-2 挺柱孔铰-挤压的加工尺寸及其公差2）其余工序尺寸的确定确定挺柱孔轴线到机体第二定位基面的工序尺寸如图2-3（a），主轴孔中心线到凸轮轴孔的垂直距离为距离是105.44，凸轮轴孔的位置度公差是0.05，则，又，在图示尺寸链中，是加工中加工精度要被间接保证的尺寸，所以为封闭环，、为组成环。的基本尺寸为：. 公式(2-1) 公式(2-2)则确定挺柱孔中心线
23、到机体第一定位基准的工序尺寸如图2-3（b），挺柱孔中心线到凸轮轴孔的尺寸，与自由度公差查得，长度为35mm的自由公差为，则尺寸，为加工精度被间接保证的尺寸，所以为封闭环，、为组成环。的基本尺寸为： 则 （a） （b）图2-3 加工工艺尺寸链2.4 确定切削用量及基本工时确定切削用量，应以保证加工质量为前提，并兼顾切削效率、经济性和加工成本。各工步的加工条件为：工件材料为HT250 ，GB/T9439-1988 ， 硬度1）工步一：钻挺柱孔 通孔深38加工要求：钻14mm挺住孔刀具：复合钻本工步为钻一14mm孔，同时倒角，要同时完成这两项任务，必须使用复合刀具，所用复合刀具是用20mm的标准钻
24、头改制而成。注：由于该工步所用刀具为复合刀具，所以切削用量的选择应按照复合刀具切削用量的选择原则进行选择6：进给量按照复合刀具的最小直径的单个刀具选择。切削速度按照复合刀具的最大直径的单个刀具选择。刀具材料的选用：常用刀具材料一般为高速钢和硬质合金，硬质合金硬度高，耐磨性好，故其且削性能较好。因其抗弯强度低，断裂任性低，故其承受切削振动和冲击负荷能力差，而高速钢恰好在这方面的性能好，但其硬度、耐磨性和耐热性较差，故常用于低速刀具，由于钻孔的切削量较大，转速较高，选用硬质合金，扩、钻加工余量小，所以选用高速钢7。 复合刀具示意图如图2-4。 图2-4 钻-倒角复合刀具进给量选择实用机械加工工艺手
25、册 表11267 切削速度选择 公式(2-3)公式中的系数和指数，由机械加工工艺手册 表3.22查得公式中的各系数为又 ， mm，实用机械加工工艺手册 表11267 公式(2-4)本设计取（为减少刀具磨损、提高其寿命，一般所选转速较计算值小）机动工时 公式(2-5)机械加工工艺手册表2842 其中，得 工步二：扩mm孔至加工要求：扩mm挺住孔至15.7mm，加工余量0.85mm刀具：高速钢锥柄扩孔钻 基本参数：mm，mm 取 机动工时；。2.5 切削力和切削功率的计算刀具进行金属切削时，切除工件上多余的金属会产生切削力。1）钻孔时的切削力和切削功率的计算转矩计算公式 公式(2-6)轴向力计算公
26、式 公式(2-7)切削功率 公式(2-8)2）扩孔时切削力和切削功率的计算计算切削力 公式(2-9)机械加工工艺师手册表1716 公式(2-10)扭矩 公式(2-11)切削功率 公式(2-12)各切削力方向与作用点如图2-5所示。 图2-5 切削力的作用点和方向3 夹具的设计3.1 机床夹具应满足的基本要求机床夹具是在金属切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固的夹紧，以接受加工的工艺装备。它的主要作用：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。因此，机床夹具在机械制造中占有重要的地位。 本设计的是在卧式专用组合机床上加工KM173机体挺柱孔，作
27、为一个箱体零件，机体的尺寸比较大，根据所要求的尺寸及位置精度要求，夹具的设计应该保证下述要求：（1）保证加工精度；（2）应与年生产纲领相适应；（3）机床夹具应有足够的强度、刚度和结构工艺性8。3.2 定位装置的设计3.2.1 定位方案的确定定位的目的是使工件在夹具中相对于机床，刀具都有一个确定的正确位置。工件上用来定位的表面为定位基准面，而在工序图上，用来规定本工序加工表面位置的基准为工序基准。根据六点定位原理和工件的前工序的加工要求，从保证工件定位的稳定性考虑，分析被加工工件工序要求，可确定如下定位方案，如图3-1所示： 图3-1 定位方案 考虑到机体为箱体类零件，以及为了满足加工精度的要求
28、，确定“三基面”的定位方案：以齿轮室面为第一定位基准，限制工件在，三个方向的自由度，起主要定位作用，采用的定位元件是两条长垫铁；以底面为第二定位基准，限制，两个方向的自由度，定位元件是一条侧向支承导板；以缸头面为第三定位基准，限制一个方向的自由度，定位元件是一个浮动定位快，至此工件的六个自由度就全部被限制。上述定位方案简单易行，定位可靠，经过多方面的验证，决定采用此定位方案。3.2.2 定位元件的设计（1）第一定位基面的定位元件是垫铁。考虑到实际情况，将垫铁设计为非标准件。为了排屑方便，将垫铁的高度H设计为60mm，带有沟槽。为了装卸方便，垫铁应超出夹具体一定的长度，取130mm，垫铁的总长设
29、计为728mm。对于垫铁上各槽的具体布置，应综合考虑钻套导向机构的设置和机体在垫铁上滑动的流畅性。加工垫铁时，先加工两条垫铁，两块垫铁同时等高磨平，再把其中的一条加工成三段，中间一段为钻套导向机构起导向作用，这样既保持了机体在垫铁上滑动的连续性，如果作为导向块的中间垫铁过度磨损后，又容易及时更换，这样一来就大大简化了夹具的结构，使垫铁作用扩大。热处理：渗碳处理，渗碳深度0.8-1.2，淬硬HRC55-60，发蓝，其他技术条件按照GB2259-80机床夹具零件及部件技术条件，确定垫铁的具体尺寸如图3-2。图3-2 垫铁（2）机体的第二定位基面的定位元件是A型支承板，考虑要机体纵向的比较长，所以设
30、计为非标准零件。基本参数：高H=20mm，宽30mm，长570mm热处理：渗碳处理，渗碳深度0.81.2，淬硬HRC5560 侧向支承板的示意图如图3-3：图3-3 侧向支承板（3）机体的第三定位基准是缸头面上的一点，定位元件是一浮动定位块，设计为非标准零件，基本形状为圆柱体，端部切一斜面作为机体和定位块的接触面，用键防止定位块的周向转动。定位块的基本尺寸是：d=，总长 L=50mm，斜面角度 A=30，结构如图3-4所示。图3-4 定位块3.3 定位误差的计算分析定位误差是指工序基准在加工要求方向上的最大变动量。计算定位误差的目的就是判断定位精度，校核所设计的定位精度是否合理。一般定为误差应
31、控制在工件允差的1/31/5之内。定位误差主要包括基准位移误差和基准不重合误差9。分析本加工产生定位误差的原因：工件以两个相互垂直的平面定位，两垂直平面为已经加工的平面，即精基准，用支承板作为定位元件，消除工件的5个自由度。由于平面度误差很小，通常忽略不计，即基准位移误差为零。因此本加工只考虑基准不重合误差。工件采用两块定位垫铁和一块侧向支承板定位，端面（缸头面）用浮动块定位，经过尺寸链的换算，求出孔的中心线到定位精准的尺寸为，用定位基面作为工序基准，所以定位基准就和工序基准重合，即不存在基准不重合误差。所以该定位方案能够满足加工精度要求。 3.4 夹紧装置的设计所谓夹紧即将工件定位后的位置固
32、定下来。夹紧的目的是保持工件在定位中所获得的正确位置，使其在夹紧力、切削力等外力作用下，不发生移动和振动。夹紧装置一般由力源装置、中间递力机构和夹紧元件三部分组成10。夹紧装置的设计是否正确，对保证工件的加工精度、提高劳动生产率和减轻工人劳动强度等有直接影响。3.4.1 夹紧力的确定夹紧力包括夹紧力的大小、方向和作用点。必须根据工件的形状、尺寸、重量和加工要求，定位元件的结构及其分布形式，加工过程中工件所受到的外力大小等因素进行综合分析。图3-6 夹紧力的方向与作用点夹紧力的方向以及作用点的确定：夹紧力的作用点应尽量靠近被加工部位，应落在支承点范围内，应作用在工件刚度高的部位，本设计确定夹紧力
33、方向以及作用点如图3-6所示。夹紧力大小的计算采用分析法，就是先把机体看成一个刚性系统，然后通过分析它所受到的切削力、夹紧力及支承反力等作用，找出工件最容易失稳的瞬间状态，在此状态下，由静力平衡求出使工件保持平衡所需要的最小夹紧力。由2.5 切削力的计算可知，钻孔加工切削力大于扩孔加工切削力，所以夹紧力应根据钻孔时的最大切削力计算。由夹紧力的方向和作用点可以看出，本加工主要靠在主夹紧力的作用下工件和夹具产生的摩擦力和压紧力来克服切削力，使得机体在加工的过程中保持稳定状态，而机体底座上作用的夹紧力和侧面受到的夹紧力，只是起到辅助夹紧作用，可以忽略不计。本加工中，在切削力和扭矩的作用下，机体最容易
34、失稳的状态有三种：机体在水平方向产生滑动机体产生前后方向的转动机体产生左右方向的翻转夹紧力的计算如下：首先计算机体安全系数： 公式（3-1）式中 Fk实际所需的夹紧力（N）； F按静力平衡原理计算出的理论夹紧力（N）； K安全系数； K0K4各种因素的安全系数。查夹具设计手册得：则 所以安全系数K取值2.5。1） 在第一种最易失稳状况下计算夹紧力 图3-7 受力分析简图在这种加工状况下，工件受到切削力的作用会使工件产生水平方向的移动，在夹紧力的作用下，各元件之间产生与切削力大小相等方向相反地摩擦力来与之平衡。钻孔时机体的受力分析如图3-7，是钻孔时两轴向力的合力，将其简化到受力体的形心，是扭矩
35、能使工件产生横向移动的最大力，也将其简化到机体的形心。根据上述受力简图得：两力的合力为 公式（3-2）2）在第二种最易失稳状况下计算夹紧力图3-8 受力分析简图在这种情况下，工件在轴向力的作用下，可能绕B点转动，主夹紧力W和摩擦力在B点产生转矩与轴向力的转矩在B点平衡，各个作用力示意图如图3-8所示。轴向力对B的弯矩为： 公式（3-3） 其余的力对B点的弯矩为： 公式（3-4）其中为工件和支承垫铁的摩擦系数取=0.5，则 由静力平衡可知，即 公式（3-5）联立方程求的 3）在第三种最易失稳状态下计算夹紧力图3-9 受力分析简图在这种情况下，工件在扭矩T的作用下，可能绕A点转动，夹紧力和摩擦力在
36、B点产生转矩与切削力转矩在A点平衡。示意图如图3-9。切削力在A点产生的最大转矩为： 公式（3-6）其他作用力在A点的转矩为：由静力平衡可知： 联立方程求的： 综合上述，在第三种状态时所需要的夹紧力最大，所以加工过程中工件最易失稳的状态是产生左右方向的翻转，理论夹紧力为第三种状态下的夹紧力，即。由机械加工工艺师手册查得，夹紧力的计算公式是： 公式（3-7）则液压缸提供的最小的力为12750N。3.4.2 夹紧方式的确定在现代夹具设计中，夹紧机构主要有三种，在本设计中通过进行综合分析比较，以选择适合本夹具设计的夹紧机构11。（1）手动夹紧装置手动夹紧在各种生产规模中都有广泛应用，但是手动夹紧机构
37、动作缓慢，生产率较低，劳动强度大，夹紧力变动大。但手动夹紧生产成本低，一般用在单件加工或小批量生产。（2）气动夹紧装置气压夹紧装置的动力来源于压缩空气，压缩空气的压力一般为0.40.6MPa，具有粘度小、输送比较方便、不会产生污染等优点。但是气压夹紧装置由于压缩空气的压力较小，所以在传递同样大小的作用力的情况下，气压夹紧装置的缸径更大，因此气压夹紧装置的总体尺寸较大。（3）液压夹紧装置液压夹紧装置采用液压油作为夹紧装置的动力源，其工作的基本原理和结构和气动夹紧装置很相似。液压油的压力一般是2MPa6MPa，所以传递同样大小的力，液压夹紧装置的缸径更小，因此液压夹紧装置结构更为紧凑，另外液压夹紧
38、装置相对于气动夹紧装置工作较为平稳。考虑到机体挺住孔加工的实际情况，本夹具设计中，作用在机体上方提供主夹紧力的夹紧装置选为液压夹紧装置，而为了简化机构，侧向的后端采用以浮动的圆柱销做夹紧装置，而侧向的前方采用螺旋夹紧机构作为辅助夹紧，机体的后端采用一小型液压缸作为夹紧装置，按照顺序依次夹紧，以实现加工过程中工件定位的稳定。3.4.3 夹具动力元件的设计动力元件是为夹具提供动力，设计中动力元件采用液压缸，液压缸的设计尺寸需要根据液压缸所要提供的夹紧力的大小，确保工件能够夹紧稳定。在夹紧过程中，夹紧力过小，工件在加工过程中会发生移动，影响加工精度，夹紧力过大，容易把工件压溃。所以液压油缸的设计是非
39、常重要的。上方液压缸的选用液压缸的油压的范围是是2MP6MP，在这里选为4MP，提供主夹紧力的液压缸工作时只是依靠液压产生的推力，由现代夹具设计手册查得液压缸缸径： 公式（3-8）其中F是活塞杆的最大推力，P是液压缸的油压。已知 根据已知资料查得，选择型号为T5036I，缸径为63mm的液压缸，基本参数是：缸径，活塞杆直径，行程液压缸其它元件的设计根据标准设计尺寸即可。后方液压缸的选用，因为后方液压缸提供的并不是主要夹紧力，只起到辅助夹紧的目的，所以液压缸的活塞杆的推力应尽量小些，根据提供的材料查得，T5033I型号的液压缸能够提供较小的推力，所以选用型号T50331I，基本参数为：缸径，活塞
40、杆，行程。3.4.4 夹紧元件的设计 压板的设计 考虑到压板更换方便，压板设计为小型长方体，用螺钉将其固定在中间递力机构上，压板结构如图3-8，基本尺寸为：长L=60mm，宽b=30mm，高h=10 图3-8 压紧压板压板材料：45按GB699-65优质碳素结构钢钢号和一般技术条件热处理：HRC3540其它技术条件按GB2259-80机床夹具零件及部件技术条件浮动夹紧装置的设计 因为机体的纵向尺寸比较长，很难保证零件能紧靠侧面的支承板，所以在此设计一个浮动装置，置于偏后的位置来保证机体紧靠支承板，以达到准确定位的目的。浮动夹紧装置结构如图3-10。图3-9 浮动夹紧装置 1.夹具体 2.弹簧
41、3.挡圈 4.浮动销螺旋夹紧装置的设计本夹具的设计中，螺旋夹紧装置作为辅助夹紧，与浮动夹紧配合使用保证侧面准确定位，螺旋夹紧装置有结构简单，自锁性较好，夹紧可靠等优点。为了操作方便，本设计的螺旋夹紧机构是一个多手柄螺母配合相应的手柄压紧螺钉。压紧螺钉基本材料：45热处理：3035HRC选取d=M30的A型多手柄螺母，标准 JB/T 8004.101999螺旋夹紧装置的结构如图3-10。图3-10 螺旋夹紧装置1.多手柄螺母 2.开槽圆柱头螺钉 3.垫圈 4.手柄压紧螺钉 5.紧定螺钉3.5 引导装置的设计刀具的导向是为了保证孔的位置精度，增加钻头的支承以提高其刚度，减少刀具的变形，确保孔加工的位置精度。机体挺柱孔的加工中，由于挺柱孔位于机体的内部，采用卧式机床加工，应采用一引导装置将钻套准确的固定在导向位置。所以应对钻套和钻套的引导装置（钻模板）分别进行设计，钻套直接安装在钻模板上，采用。引导装置的示意图如图3-11。图3-11 引导装置示意图1.钻模板 2.导向套 3.导向块 4.螺钉导向套的设计为了导向套磨损后容易更换，所以使用可换钻套，由于使用钻套的引导装置，可以将钻套直接固定在引导装置上，采用间隙配合将可换钻套直接装在钻模板上，并用螺钉压住钻套。可换钻套更换方便，适用于中批量以上生产。根据刀具的尺寸，钻套的孔的直径设计为。扩孔钻的钻套的孔直径设计为。基本材料：20