钻床夹具设计论文（推荐8篇）
目录... 1序言... 2第一章专用夹具设计... 31.1 设计前的准备工作... 31.1.1 明确工件的年生产纲领... 31.1.2 熟悉工件零件图和工序图... 31.1.3. 加工方法... 41.2 总体方案的确定... 41.2.1 定位方案... 41.2.2 选择加紧机构... 41.2.3 选择导向装置... 51.2.4 夹具体... 61.3 绘制夹具装配图... 61.3.1 制图比例1：1. 61.3.2 夹紧、导向，夹具体... 7第二章配图上应标注的尺寸和技术条件... 82.1 夹具装配图上标注的尺寸... 82.2 夹具装配图上应标注的技术要求... 9第三章夹具零件图上应标注的尺寸和技术条件，
钻床专用夹具设计
。... 93.1 夹具零件图上标注的尺寸(夹具的底座)... 103.2 夹具零件图上应标注的技术要求... 10第四章方案设计论证... 10致谢... 12参考文献... 13序 言机械制造装备设计课程设计是机械设计中的一个重要的实践性教学环节，也是机械设计与制造专业学生应该学习的一门主要专业课。其目的在于：(1)培养学生综合运用机械设计基础以及其他先修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，通过课程设计可以巩固和加深有关机械课设方面的理论知识。(2)学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。培养独立设计能力，为以后的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。(3)使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。零件在工艺规程之后，就要按工艺规程顺序进行加工。在加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床获得正确的位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度和加工精度。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而使工件的既有位置遭到破坏，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。关键词：装备、工艺、夹紧、安全第一章 专用夹具设计1.1 设计前的准备工作1.1.1 明确工件的年生产纲领工件是夹具总体方案确定的依据之一，它决定了夹具的复杂程度和自动化程度。如大批量生产时，一般选择机动、多工件同时加工，自动化程度高的方案，结构也随之复杂，成本也提高较多。1.1.2 熟悉工件零件图和工序图零件图给出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等精度的总体要求，工序图则给出了夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案，这是夹具设计的直接依据。如图1-1：
目 录
本夹具研究是在摇臂钻床上, 加工气缸套法兰耳的通孔, 气缸套的结构特点:零件的主要表面为内孔与外圆;且两者的同轴度要求较高;零件壁厚较薄;加工中易变形;零件的长度一般大于直径, 给装夹带来困难。
2 零件工艺分析
(1) 零件分析:由图1可知, 气缸套属于套筒类零件, 在机械加工中经常碰到, 它在机器中主要起支承或导向作用。材料为HT200, 灰铸铁生产工艺简单, 铸造性能优良, 但塑性较差, 脆性高。本次设计任务是:加工气缸套法兰耳4-18mm和2-13.7mm的通孔。
(2) 工件加工要求分析:准18mm孔左右对称要求为290±0.3mm, 前后对称要求为102±0.3mm。
准13.7mm孔左右对称要求为294±0.6mm,
准18mm孔与准13.7mm孔的距离为51±0.2mm。
3 气缸套钻床结构设计
3.1 定位方案的设计
套类零件各表面的设计基准一般是轴的中心线, 其加工的定位基准, 最常用的是法兰凸台端面, 内孔。工件以准206.920+0.06mm孔及端面、法兰耳的对称面为基准, 如图2所示。
3.2 导向元件的设计
本次工件为单一钻孔工步、大批量生产, 便于更换磨损的钻套, 选用可换钻套。当钻套磨损时, 可卸下螺钉, 更换新的钻套。
3.3 夹紧装置的设计
在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢, 本次设计的夹具工件没有支撑点, 由于重力的作用所需的夹紧力比较大, 所以采用斜楔夹紧机构, 楔块结构简单, 有增力作用, 但自锁性能变差;夹紧和松开要敲击大、小端, 操作不方便;单独应用较少, 本次采用斜楔机构与螺旋夹紧机构联合使用。
1.滑柱2.定位环3.中心轴4.手柄5.手柄6.凸轮7.杠杆
3.4 夹具体的设计
夹具体是夹具的基体骨架, 用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。本次选用的夹具体为铸件结构。
4 夹具总图上尺寸、公差及技术要求的标注
(1) 影响工件定位精度的尺寸、公差:准206.920+0.06mm、准206.920-0.046mm。
(2) 影响导向精度的尺寸、公差:准13.7F8mm、准18F8mm。
(3) 影响夹具精度的尺寸、公差:钻套轴线对夹具体底面的垂直度公差准0.05mm。
(4) 定位误差分析
工件在夹具中所占据的位置不准确, 加工后各工件的加工尺寸必然大小不一, 形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差, 用ΔD表示。为了保证加工精度, 一般限定定位误差不超过工件加工公差IT的1/3, ΔB为基准不重合误差, 本次夹具设计基准重合, ΔB=0;ΔY为基准位移误差。
所以定位误差ΔD=0.014mm
查表得到加工公差δK=0.46mm, 满足定位误差不超过工件加工公差IT的1/3, 方案可行。
(5) 夹紧力分析
FQ=3000N, α=φ=10°, FJ=5196N, 大于气缸套的重力, 满足夹具要求。
5 夹具的工作过程
将盖板式钻模放在工件上, 使定位环2紧靠气缸套上端面, 转动手柄4使中心轴3向上移动, 由于中心轴3上斜面的作用, 径向外推3个滑柱1, 稍撑紧气缸套内孔, 再扳动手柄5带动凸轮子6转动, 推左右杠杆7, 从两侧定心夹紧气缸套法兰耳, 最后再扳紧手柄4, 即可钻孔。
6 结语
关键词：Z3050摇臂钻床 教学过程设计 机床控制
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）01（a）-0182-01
在电力拖动教学中，经常出现这样的情况，老师辛苦上了一节课，课后却发现学生什么也没学懂，一问三不知。教学过程中，课堂气氛单调沉闷，学生睡觉玩手机，无心听课。因此，教学设计的好坏，直接关系到学生对知识的掌握。本文从课题分析，学情分析，教学目标中的重点、难点，教学方法，教学过程，课后分析几个方面谈一下Z3050摇臂钻床电气控制线路的教学设计。
1 课题分析
本节课是《电力拖动控制线路与技能训练》第四版第三单元第二节课。钻床在我们的日常生活中应用很广泛，特别是摇臂钻床，它是一种孔加工机床，其控制电路虽然不是很复杂，但它是机械、电动机、电子等这些知识的延续和综合应用，而且它是根据实际加工工艺的需要而设计的，实用性非常强。
2 学情分析
首先，职业技术学校学生普遍都是初中毕业。他们中很多成绩优秀的学生都选择了高中，来职业技术学校的，文化课成绩都不怎么理想，更有不少学生本身就存在严重的厌学情绪。其次，这些学生从来没有接触过工矿企业，没有和机床打过交道，更不用说对抽象的专业知识的掌握。最后，我一直认为，任何简单的操作背后都一套完整而又复杂的理论支撑，而这些理论知识正是职业学生的短板。所以，传统的教学方式已经无法带动这些学生的兴趣，这就需要我们创新出一套适合职业学生的教学方法和教学流程。
3 教学目标
3.1 知识目标
（1）熟悉工作钻床的结构，运动形式和工作原理。（2）掌握工作钻床电气控制线路的分析方法。
3.2 技能目标
通过直观教学，启发引导，讨论等方法充分调动学生的积极性。使他们主动参与学习，培养他们观察，分析和解决问题的能力，特别是学生对电气控制线路的故障检修和排除能力。
3.3 情感目标
加强对学生自我学习和我要学习创造性思维能力的培养，鼓励他们积极参与，快乐学习，进一步培养他们对专业课的热情。
4 重点、难点
4.1 重点
通过对教材的分析，本节课的重点是Z3050型摇臂钻床摇臂升降的控制，主柱夹紧于松开的控制和常见故障的检修。
4.2 难点
在掌握重点的基础上，学生要学习分析摇臂升降的控制及其故障的检修。
5 教法和学法
5.1 教法
为了达到教与学的目标，突出重点，解决难点。根据学校的实际情况，学生的特点，最终确定出本节课的教学思路。最后再讲授电气线路故障排除时，可采用“纸上练兵”和“现场示范”等教学方法。培养他们的学习兴趣，营造良好的学习氛围，最终提高教学效果。
5.2 学法
在教学过程中，重视学生的积极参与。让学生带着问题去参观学习，然后通过讨论总结，引导启发学生进一步掌握知识。其次，培养学生“纸上谈兵”然后再让他们接触实际的机床。
6 教学过程
设计的教学过程分为—— 现分别说明如下所述。
6.1 复习导习
（1）复习：CA6140车床的有关知识，特别是绘制和识读机床电路图的基本知识，其目的是温故而知新，方便学生更好地掌握本节课内容。（2）导习：出示Z3050钻床的结构和电气控制线路图，以及用钻床加工工件的视频，同时发放问题卡片，充分调动学生的学习积极性，营造良好的课堂氛围，让学生集中注意力，对学习内容产生兴趣。
6.2 阅读教材，记住不理解的问题
学生通过阅读教材，完成问题卡，并强调学生把不理解，不明白的问题记录下来，让学生带着问题去实地参观。
6.3 带领学生参观
在进行实习工厂之前，先强调文明礼貌和安全纪律要求。然后再进入实习工厂进行参观。参观过程中，教师结合机床实物，讲解主要部件的各种实际位置和作用，特别是讲清各种开关的位置，作用及动作过程。必要时教师可操作机床，现场演示其主要运动形式，以增强学生的感性认识。
6.4 参观结束，讨论小结
参观结束后，分小组进行讨论，共同完成记录卡，进一步加深理解，巩固所学知识点。教师在学生讨论结果的基础上适当的进行点评，突出课题的重难点内容。
6.5 启发引导学生分析控制电路
在分析控制电路时，主要采取的是：“教师提问—— 学生回答—— 教师补充”，用“问题”引导启发学生的思维，使学生获取知识，体验乐趣，激发了学生的学习兴趣。例如：摇臂的升降控制：
教师启发性发问：大家考虑一下摇臂的升降由哪个电动机控制？在图上哪个区域？看图后学生回答的可能：M3电动机，在图上4、5区。对于学生的回答，教师要认真分析，并给予鼓励。为下面进一步讨论问题做铺垫。教师继续启发引导：M3电动机由哪个接触器控制？M3的运动方式有几种？ ……
6.6 故障检修的训练
电气设备在运行过程中，会产生各种故障，影响生产和安全。所以，检修人员必须会排故，而我们的学生所从事的工作就是检修，为了毕业以后能有一个好的工作，机床故障检修就成为重点课题。那么学生在练习检修前，教师先做好示范讲解，然后让学生安全操作，并根据操作情况给予指点，不仅做到理论与实际相结合，更能激发学生学习的兴趣与激情。
根据学校的实际情况和学生特点，我在此把故障检修训练分为两个部分。第一，“纸上练兵”即老师在讲清检修故障的方法和注意事项后，列出一些故障现象，让学生讨论，分析故障原因，在电路图上标出最小故障范围，说明处理方法。然后让学生相互之间出故障，模拟检修，通过反复练习，让学生进一步理解线路的工作原理，锻炼分析故障的能力。第二，实际故障检修，即学生在第一阶段的基础上已经掌握了分析故障的思维，在实际设备或模拟线路板上进行实际检修训练，以提高训练的效果和设备的利用率。
6.7 总结本节课
首先，对上课前的文明礼貌和安全纪律进行点评，然后对上课内容和相关知识掌握程度进行点评，指出优点和缺点，树立学生中的榜样。从点带面鼓励全班同学。
7 课后分析
《电力拖动》是一门理论与实践相结合的课程，学生已经学习了一个学期，有了一定的基础，所以学习积极性比较高，教学效果理想，对知识点的掌握也比较好。不足之处在于，部分学生课前没有预习，参观不认真，对于以前知识掌握不够，导致理解部分内容吃力。这些都有待于进一步加强训练。
参考文献
[1] 李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练[M].中国劳动社会保障出版社，2001.
一、序言···············································2
二、设计任务说明·······································2
三、工件的安装顺序·····································3
四、定位元件选择设计··········································3
五、夹紧机构···········································4
六、导向装置的选择·····································3
七、夹具的总体设计·····································3
考文献·················································4
序言
机床夹具的作用可归纳为以下四个方面：
1.保证加工精度 机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，可以保证加工精度。
2.提高生产效率 机床夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间。3.减少劳动强度 采用机械、气动、液动等夹紧机构，可以减轻工人的劳动强度。
二、设计任务说明
本次课题设计是要为此图中的端盖（零件材料为45，需要大量生产，年生产量大于5000件）设计一套钻φ20侧孔的夹具，实现将工件定位，精确和方便的完成钻孔工作，并保证能夹紧工件，夹紧力要适中，不要使工件变形，又能保证工件所要求的加工精度。
图1-3-1
三、工件的安装顺序
零件图标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求，它决定了工件在机床夹具中的放置方法，是设计机床夹具总体结构的依据,工件的装卸位置如上图1-3-1右侧刨面图。
工件由左向右安放定位，由右向左抽取出来。所以定位元件选择短销、大平面组合定位、外端圆面添加平面支持钉定位和支持；定位方案的选择依据六点定位原理和采用的机床加工方法，定位方案不一定要定六个自由度，但要完全定位。确定夹紧机构要依据零件的外型尺寸，选择合适的定位点，确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具的运动轨迹相冲突。
四、定位元件选择设计
由于该零件的加工是钻φ20孔并以φ50孔内表面作为定位面，属与孔定位类型，因此本次设计采用的定位元件为短销、大平面组合定位。，限制工件5个自由度；夹装工件时，工件孔与短销、大平面表面的刚性接触，精准度要求较高，分别限制工件的X、Y、Z方向的移动自由度以及X、Y方向的旋转自由度。
工件定位短销φ50与加工工件之间间隙配合，便于工件加工时装取和定位。大端面为φ90的圆平面，定位工件φ120的右端面，两者结合限制了工件5个自由度。工件的径向Z方向的转动自由度在工件的夹紧时被限制；工件大端面230x230的侧面的可调支持钉的顶面为φ40的支持平面，除了支持工件之外，限制的工件Z方向的转动自由度，精确的工件的钻孔位置。
工件的加工要求限制6个自由度，短销大平面定位元件和可调支持钉符合设计要求，而且可以准确定位钻孔的位置。
短销大平面定位元件固定在夹具体上，选用4个内六角M8的螺钉链接在夹具体右侧面。螺纹孔的分度圆为φ70程90°分布。钻孔定位的可调支撑钉与夹具底盘M15的螺杆螺纹连接，依靠M15螺母锁紧。
五、夹紧机构 1.夹紧力的方向的确定：
夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。.夹紧力的作用点的选择：
夹紧力的作用点不能破坏定位，而且应选择在工件刚度高的部位。支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。3.选择夹紧机构：
设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：
1)夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。工件和夹具的变形必须在允许的范围内。夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构；操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。依据工件加工（大批量生产）设计要求及夹具的设计，本套夹具的夹紧机构采用偏心夹紧机构，操作简单、动作迅速，缺点是自锁性能较差、增力较小。工件钻孔的受力与夹紧力相互垂直，而且工件加工的环境平稳，工件钻孔的垂直方向有支持力，所以偏心机构的夹紧机构符合本次夹具设计要求。
夹紧机构的零件装配及配合；（1）夹具体与滑套之间过盈配合，夹紧轴与滑套间隙配合（2）夹紧轴与滑套间隙配合并且涂抹黄油润滑；左端配合开口垫圈夹紧工件；右端先安装压紧回力弹簧后，装入夹具体，端口安装塑胶夹紧垫片，偏心轮安装在最右端M6螺母螺栓连接。
六、导向装置的选择
导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，钻床夹具中钻头的导向采用钻套，大量生产的工件需要采用可换导向钻套来加工工件，来提高其工作的连续性和其工作效率。选择导向装置： 用于钻床零件加工的可换导向钻套，更换导向钻套，只需松动固定螺钉然后将导向钻套，逆时针转动，当缺口转到螺钉位置时即可取出，更换方便迅速。
钻夹具中的导向钻套,除要求它引导钻头，钻出正确的孔外，还要求它能在装卸时快而准确。
导向装置零件链接装配；钻模板与夹具体之间用4个M8的螺栓连接，导向衬套φ36与钻模板之间过盈配合；导向钻套φ28与导向衬套之间间隙配合；导向钻套的缺口被螺钉固定在钻模板上，固定和便于装卸导向钻套。夹具体与夹具地盘。之间用4个M8的螺栓连接。
七、夹具的总体设计
夹具使用的零件材料尽可能统一。夹具体、夹具底盘、导向板使用铸铁材料，加工平面也比较少，也易于加工；导向钻套、螺钉、螺栓、螺母、垫片、夹紧弹簧选用标准零件。短销大平面定位套、夹紧轴、导向衬套、夹紧轴滑套、支持钉的平面是设计件，加工平面较多、加工精度要求比较高。偏心轮、开口垫片、夹紧垫片是设计件，加工平面不多、加工精度要求也不高。
加工导向钻套距加工工件的距离是8mm；如果距离较远影响加工精度，对加工钻头的也有较高的长度要；夹具底盘有四个缺口用于固定在机床上；夹具设计进可能紧凑。
参考文献：
本夹具有以下优点：1.安装方便，将工件放入1个菱形销即可定位，再用压扳压紧，即可对工件加工；2.便于拆卸，在普通压板上改进，使用梯形设计，可以很快拆卸和安装。提高了生产效率；3.夹具结构简单，夹紧可靠。
本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。
夹具体的总体设计
1.1 确定定位基准
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用的夹具。
根据工艺决定设计第十道工序精铣上端槽铣床专用夹具，本夹具将用于 XX52型号立式铣床，刀具为高速钢错齿三面刃铣刀。
方案1：由零件及零件加工工艺可知由大端侧面为和Φ81的孔为定位精基准，采用一面两销的定位方案完全定位，如下图：
图6.1 定位方案一
方案2：采用一个长销定位Φ81的通孔加一个V形块在小端定位，在左边采用活动的V形块夹紧。如下图：
图6.2 定位方案二
1.2 确定夹具整体方案
方案一：采用一面一销的定位方案：用大端面定位侧面，用一个菱形销定位Φ20孔，底端通过夹具底面定位，然后通过压板夹紧侧面。
方案二：采用一个长销定位Φ81的通孔加一个V形块在小端定位，在左边采用活动的V形块夹紧。
方案比较：第二个方案有些不足，采用长销定位Φ81的通孔加一个V形块定位难以保证槽的侧面的平行度，而且在左端加V形块示以夹紧力会导致工件向右偏差影响Φ20孔的同轴度。
而第一个方案中采用一面两销的定位，既能保证Φ20孔轴的同轴度又能保证槽侧面的平行度，所以第一个方案是最合理的方案。
1.3定位误差的分析
本工序加工要求保证的位置精度主要是平行度公差0.2mm。本工序的定位销和20孔的配合选用的是H6/h5孔的尺寸为20，查表经过计算得到定位销尺寸为，由于在选择定位基准时，所选择的定位基准与工序基准重合，不存在不重合定位误差又由于定位副制造误差引起的定位误差Δ=0.023+0.009=0.032mm 定位误差小于零件要求的公差的三分之一，所以以上方案可行。
1.4夹紧力的计算
针对成批生产的工艺，此夹具选用螺旋夹紧机构夹压工作。
根据文献[3]表9.4-10查的铣削力的计算公式如下：
FzxFyFuFCFapafawZd0fnqwf
此次工序选用的刀具为高速钢错齿三面刃铣刀：d0=160,l=12,Z=24,切削厚度ap=1，铣削宽度ae=40 查9.4-10得到
CF=294, xF=1.0,yF=0.72,uF=0.86,wF=0,qF=0.86, 带入公式得到Fz=662.3N 垂直分力Fv=0.3Fz=199N 考虑到安全系数K=K1K2K3K4,其中K1=1.5，K2=1.1，K3=1.1，K4=1.1 所以 F=KF=397N,所以选用的机构的夹紧力N>397N 根据《夹具设计手册》表1-2-25查得用扳手M8六角螺母的夹紧力为1024.5N远远满足要求了，故选用M8螺母.1.5夹具精度分析
使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差因素主要有；
1、定位误差
工件安装在夹具上位置不准确或不一致。
2、夹具制造与装夹误差
包括夹具制造误差、夹紧误差、导向误差。
3、加工过程误差
在加工过程中由于工艺系统的几何误差、受力变形、热变形、磨损以及各种随机因素所造成的加工误差。
1.6误差分析
由于每一个工件的尺寸和表面形状上存在着公差范围内的差异，夹具定位元件也有一定的制造误差，结果会使每个具体表面相对于理想位置产生位置变动量，产生定位误差。
定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。这个变动量相对于基本尺寸而言是个微量，因而可将其视为某个基本尺寸的微分。找出以工序基准为端点的在加工尺寸方向上的某个基本尺寸，对其进行微分，就可以得到定位误差。
1.7 夹具总体设计
图6.3 装配图主视图
图6.4 装配图俯视图
图6.5 装配图左视图
1.8夹具的设计及操作的简要说明
放置工件时,将工件以销定位放在夹具体上,压动压压板,旋紧M8的螺母使工件压紧,工完成后, 旋松M8螺母，旋转压板90度,松开钻模板,旋松M8螺母，即可以取出零件。
1.9结构特点
该夹具结构简单,操作方便。
此次设计的夹具有如下优点：
(1)安装方便，将工件放入一个定位销内便可以定位，再用压扳压紧，即可 对工件加工；
(2)便于拆卸，在普通压板上改进，使用梯形设计，可以很快拆卸和安装。提高了生产效率；
(3)夹具结构简单，夹紧可靠。
参考文献
机械制造工艺学课程设计指导书（张龙勋 主编）
机械工业出版社
机械制造工艺学（徐嘉元 曾家驹 主编）
机械工业出版社
机床夹具设计手册
王春福 主编）
拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的啮合，用来推动变速器齿轮，改变齿轮位置的工具，通过将齿轮改变位置来改变齿比，以达到变速的目的，变速器的齿轮都是装在主轴和副轴上，通过拨叉来推动它们的前进或后退，就可以改变齿比。高度发达的制造业和先进的制造技术，已成为衡量一个国家实力和技术水平的重要标志之一，成为一个国家在竞争激烈的国际市场上获胜的关键因素。
机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品质、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品生产在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求，企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。
二、国内外研究现状及发展趋势(含文献综述)
夹具的发展200已经有多年的历史，大致经历了三个阶段：第一阶段，夹具在工件加工、制造的各工序中作为基本的夹持装置，发挥着夹固工件的最基本功用。第二阶段，随着军工生产及内燃机，汽车工业的不断发展，夹具逐渐在规模生产中发挥出其高效率及稳定加工质量的优越性，各类定位、夹紧装置的结构也日趋完善，夹具逐步发展成为机床―工件―工艺装备工艺系统中相当重要的组成部分。这一阶段夹具发展的主要特点是高效率。第三阶段，在现代化生产的今天，各类高效率，自动化夹具在高效，高精度及适应性方面，已有了相当大的提高。随着电子技术，数控技术的发展，现代夹具的自动化和高适应性，已经使夹具与机床逐渐融为一体，使得中，小批量生产的生产效率逐步趋近于专业化的大批量生产的水平。这一阶段，夹具的主要特点是高精度，高适应性。可以预见，夹具在不一个阶段的主要发展趋势将是逐步提高智能化水平。
三、本课题研究内容
(1)、设计内容：制订年产5000台ca6140机床拨叉80-08的加工工艺;
(2)、设计零件的加工夹具;
内容：提交夹具装配图、零件图、加工工艺卡片、设计说明书及精度分析等相关设计分析结果。
四、本课题研究方法
工序的划分和定位基准的选择，在开始的时候，要认真分析零件图，了解拨叉的结构特点和技术要求。加工表面的平行度、粗糙度、垂直度，注意零件各孔系自身精度(同轴度，圆度，粗糙度等)和它们的相互位置精度，采用autocad软件绘制零件图，一方面增加我们对零件的了解认识，另一方面增加我们对autocad软件的熟悉。
工序的划分确定加工顺序和工序内容，安排工艺的加重和分散程度，划分工序阶段，与生产纲领有密切联系，具体可以根据生产类型，零件的结构特点，技术要求和机床设备。定位基准的选择根据粗基准的选择原则：遵循基准同意，基准重合。
夹具设计要确定工件定位是否正确，定位精度是否满足要求，工件夹紧是否可靠等等。工件在夹具中的定位精度，主要是定位基准是否与工序基准重合，定位基准与定位元件的配合状况等因素有关，可提高夹具的制造精度，减少配合间隙，就能提高夹具在机床上的定位精度，夹具中出现过的定位时，可通过撤销多余定位元件，使多余定位元件失去限制重复自由度的能力，增加定位元件与定位基准的配合间隙等办法来解决，夹紧必须可靠，但夹紧力不可过大，一面工件或夹具产生过大变形，可采用多点夹紧或在工件刚性薄弱部位安放适当的辅助支撑，夹具的设计必须要保证夹具的定位准确的机构合理，考虑夹具的定位误差和安装误差。我们将通过对工件与夹具的认真分析，结合一些夹具的具体设计事例，查阅相关的夹具设计资料，联系在工厂看到的一些加工的夹具来解决这些问题。
五、研究目标、主要特色及工作进度
(一)、研究目标、主要特色：
①能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制定工艺流程等等问题的方法。
②通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。
③课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强自己的解决工程实际问题的能力。
(二)、工作进度：
①调研，收集资料，查阅相关文献，了解拨叉的基本结构。
②掌握机械加工工艺设计的基本思路，初步拟定拨叉零件的工艺过程，完成开题报告。
③总结前期工作，分析拨叉的作用并绘制零件图。
④加工方案论证;确定加工工艺;编制零件的机械制造工艺规程和机械加工工艺卡片。
⑤设计关键工序的夹具，绘制夹具装配图和只要零件工作图。
⑥通过与老师讨论，对零件的主要技术条件进行分析，对制定的工艺规程进行修改和完善。
⑦总结前面的工作，开始撰写论文。
⑧完成论文初稿，与老师交流，修订初稿。
⑨终稿完成，打印装订，准备答辩。
1.毕业设计开题报告
2.毕业设计开题报告
3.包装设计毕业开题报告
4.毕业论文开题报告设计
5.高校毕业设计开题报告
6.毕业设计主题开题报告
7.毕业设计开题报告格式
8.土建毕业设计开题报告
9.室内设计毕业设计开题报告
近年来, 计算机数字控制技术 (CNC) 和CAD技术的快速发展, 推动着机械加工行业向高精度、高效率、人性化发展。在工程机械、航空航天以及军事等重要工业中, 数控机床尤其是高精度的重型数控机床是制造大型工装设备必不可少的工作母机。高精度的重型数控机床集传统机床技术与现代数控技术于一体, 已成为衡量国家工业制造水平的重要指标和研发重型工艺装备的必要手段。
矿山机械设备因其恶劣的工作环境和大功率的重载工况, 使得很多机械零部件结构大而笨重, 且零件上常有大量孔需要加工, 传统的龙门钻床和钻孔工艺已经不能很好地满足生产需要。因此, 根据公司的生产需要进行了龙门钻床的数控化改造, 对钻削动力头进行优化设计, 以减轻动力头组件的重量, 降低动力头的运动惯量, 增强伺服控制系统的快速响应性能, 快速精确地完成钻削工艺, 提高生产效率和产品质量。本文介绍了数控龙门钻床动力头部分的总体结构, 及其优化设计的一般过程。
2 动力头总体结构设计
钻削动力头的总体结构如图1所示。钻削主轴4采用两端固定的支承方式, 左端使用一对相向的圆锥滚子轴承2, 右端使用单个圆锥滚子轴承6来实现支承。同时, 考虑到钻削头的受力特性, 特在左端增加了一个止推球轴承3来分担部分钻削加工引起的轴向力。交流电机13通过同步带轮10和12带动钻削主轴4做回转运动。钻削主轴4采用莫氏4号内锥孔加拉杆孔结构, 贯穿主轴箱5和减速箱14两个部分, 使其具有钻铣双重加工能力, 丰富了设备的使用价值。
1.前端盖2, 6.圆锥滚子轴承3.止推球轴承4.铣削主轴5.主轴箱体7.锁紧套筒8.定位法兰9.圆螺母.10.大同步带轮11.轴用挡圈12.小同步带轮13.交流电机14.减速箱体
3 主轴结构优化设计
钻削主轴是动力头钻削加工的执行件, 起到传递运动和扭矩、承受切削力和驱动力等载荷的作用, 结构复杂, 价格昂贵, 是钻床最重要的部件之一。同时, 主轴的结构设计很大程度上决定了钻床动力头的整体结构的大小和切削加工的稳定性。因此, 对主轴进行优化设计成为了降低动力头成本、提高钻床动态响应特性, 保证定位精度和扭转刚度的有效手段。通过在MATLAB中优化设计可以克服常规设计方法中的盲目性, 提高主轴的设计质量、设计效率及设计的科学性和可靠性。
3.1 设计变量及模型建立
根据钻削加工时动力头的受力情况, 设计主轴支承结构如图2所示。在主轴轴端承受切削反力和切削扭矩, 支承点在A、B两点。将主轴进行简化处理得到动力头主轴的力学模型如图3。
从动力头制造成本较低和加工精度较高的要求出发, 选择以主轴自身重量最轻作为设计目标, 将主轴扭转刚度和轴端扰度作为约束条件。
3.2 设计变量和目标函数
在确定主轴材料为40Cr后, 与主轴重量设计方案有关的设计变量包括有:轴端外径Da, 左右支承间外径D, 支承跨距L, 外伸端长度a, 因此确定设计变量为X, 如式 (1) 所示:
主轴重量最轻优化设计的目标函数为:
f (x) =0.25πρ[ (Da2-d2) a+ (D2-d2) L]
式中ρ为40Cr的密度, 取7.8×10-6kg/mm3,
令f (x) =0.25πρ[ (x21-d2) x3+ (x22-d2) x4]
则目标函数F (x) =minf (x) 。
3.3 刚度约束
主轴刚度的大小在很大程度上决定了钻床加工孔的垂直度和直线度, 因此要求主轴悬臂端扰度不超过产品设计指标给定的静变量y。
式中, 是空心主轴的惯性矩, mm4;E=2.1×105MPa是主轴的弹性模量;F为主轴外伸端的切削反力, N;d为拉杆孔径, 根据所钻孔径规格取20mm。
整理得到主轴刚度约束条件
3.4 扭转变形约束
在加工过程中主轴的扭转变形应该小于最小许用扭转变形量。
式中, T为轴所受最大扭矩, T=9459P/n, G为轴材料的剪切弹性模量, G=8.1×104MPa, Ipmin为轴截面的最小惯性矩, Ipmin=π (D4-d4) /32, 则主轴的扭转约束条件:
3.5 边界条件设定
根据表1, 综合考虑龙门钻床的总高及Z向行程, 最大工件厚度, 限定主轴两支承跨度200mm
3.6 优化方法及程序实现
考虑约束条件为非线性不等式, 选择采用内点惩罚函数法将有约束问题转化为无约束问题, 使得序列迭代点在可行域内逐步逼近约束边界上的最优点。
将目标函数和约束条件转换为惩罚函数形式为:
为X赋初值X0=[120;110;450;120], 并定义初始惩罚因子r1=1, 缩减因子c=0.2, 收敛精度ε=10-6。通过MATLAB编写目标函数M-文件axis_m.m和约束条件函数M文件ax.m。
目标函数axis_m.m:
求解得到目标函数的迭代值的变化过程如表2所示。
经过21次迭代操作, 惩罚因子无限接近于0, 惩罚项的误差ε=1.69×10-7小于设计的收敛精度。最优值f (x) =10.1323, 对应的变量X=[83.1205;79.2478;215;60]。
结合主轴优化所得的参数和实际结构的需要设计主轴的结构尺寸。钻削主轴采用40Cr, 经调质处理。钻削轴右端用普通平键和轴用弹性挡圈实现带轮的定位及扭矩的传递。左端对称分布的缺口和莫氏内锥孔, 用以定位刀杆并传递扭矩;贯通全轴的准20mm的通孔, 为铣刀特有的拉杆结构预留空间。
4 同步带及箱体的设计
根据已实现了结构优化的主轴设计响应的传动部件及箱体结构。动力头采用一对圆弧齿同步带轮进行减速, 减小了传动过程中的振动及冲击。减速箱主要用于同步带轮的支承及主轴电机的固定, 为了降低成本结构相对简单, 故采用材质为Q235-A型钢板焊接而成, 同步带结构如图4。
主轴交流电机功率:7.5k W, 1500r/min;
大小带轮中心距:175mm;传动比i=3。
步骤如下:
(1) 求设计功率Pd:Pd=KAP
KA-工况系数;P-传递名义功率, k W。
由表2可知KA=1.6, 名义功率P=7.5k W, Pd=KAP=1.6×7.5=12kW。
根据设计功率和小轮转速, 参照带轮选型图选择8M系列 (节距Pb=8mm) 的最为适合。
(2) 传动比:i=n1/n2, n2为大带轮转速, r/min。
已知, i=1/3, 减速传动。
(3) 计算大小带轮节圆直径d1, d2
d1-小带轮节圆直径, d2-大带轮节圆直径。
(4) 计算节线长度Lp
初定节线长度
根据L0, 结合带轮厂家提供的型号参数, 设计中选取8M系列全长Lp=760mm的同步带。小带轮型号:24-8M-40-BF, 大带轮型号:72-8M-40-BS, 同步带型号:760-8M-40。
5 结语
介绍了数控龙门钻床对大型矿山机械设备制造的积极意义, 阐述了龙门钻床动力头的总体结构, 着重介绍了以钻削主轴优化为中心的动力头结构优化设计的一般过程及基本方法。通过在MATLAB中编写优化函数获得了保证主轴机械性能的最优结构参数, 实现了动力头整体结构的轻量化目标。通过实际应用表明, 该设备极大地提高了零部件钻削的精度和加工效率, 增强了公司的生产能力, 取得了较好的经济效益。
摘要：论述了数控龙门钻床在工程实际中的应用, 以及钻床动力头设计参数的优劣对机床切削性能和加工精度的重要影响, 着重分析了钻削主轴在MATLAB中采用惩罚函数法进行优化设计及动力头的结构设计方案。龙门钻床动力头的优化设计, 在保证钻削动力头的扭转刚度和轴端抗扰动性能的前提下, 以最大限度减小动力头重量为目标, 实现动力头伺服传动系统的快速响应性, 提高了龙门钻床在钻削加工过程中的加工精度。
【关键词】铣工夹具；旋转中心；设计改进
0.前言
在铣床的铣削加工中，通常会用到各种夹具随着工作台一起运作。铣工工件在铣床加工中，除了通过各种方式定位以外，还起着加紧、固定的作用。即使在工件工作中，它仍然保持在原位置不变，不会因为机床的机械振动而产生位置的偏离，以保证工件加工过程中的精确性和操作过程的安全性。一些典型的夹具有直线进给式夹具、圆周式夹具、靠模进给式、组合夹具等。它们在用法上会根据机床加工特点各有不同。
1.铣床夹具的特点
传统的铣床夹具具有以下几种特点：第一，铣床夹具的夹力要足够大，由于机床在加工中会产生震动，所以它的抗震性要非常好以起到良好的夹具作用。第二，铣床夹具的刚度和强度要求非常高。第三，夹具的安装要求严格，安装必须到位以便于铣床加工中的使用。
2.铣工夹具的设计改进方式
2.1直线进给式铣床夹具的设计与改进
直线进给式铣床夹具，这种夹具是通过其部件上的一组板块和支撑丁实现定位。然后通过移动手柄以及浮动盘的移动以及定位键的操作实现定位和加紧。若将夹具两端分为A和B，按习惯设计的夹具，先加工好A处，再旋转180。角度到铣B处。但在实际生产过程中，通常则加工好A处之后，必须将铣床的横向走刀移到另一个定位刻度加工B处.若稍一疏忽，则会生成加工不良甚至产品报废。为确保产品质量，方便操作，常常采取分批加工的办法，即加工一批零件时，第一道工序是将A处全部加工好，第二道工序是将夹具转一个180。再加工B处。这样做的结果就是使生产过程变得十分复杂。在设计中，需要对夹具的旋转中心做一定的位置调整，这样就可将以上两道工序合并成一道工序，节省了许多辅助工艺时间，实现定位的准确，并且能够确保生产质量。
2.2圆周式夹具旋转中心的设计
这种圆周式夹具由拉杆、定位销、开口、挡销、转台和液压缸组成。一般适用于多工位加工的铣床上使用。为了使夹具结构紧凑、使用方便，对于夹具旋转中心的设计上，需要通过分析计算，对夹具旋转中心的角度进行调整，对它的轴承盖进行改造，在夹具上同时安装10个工件，由电动机带动回转工作，以实现高效生产。
2.3靠模进给式夹具的改进方式
靠模进给式夹具主要通过定向键（即定位件）的设计和改造，来提高它的性能。通常定向键通过与铣床工作台上的形槽配合确定夹具在机床上的正确位置；还能承受部分切削扭矩，减轻夹紧螺栓的负荷，增加夹具的稳定性，因此平面夹具及有些专用钻镗床夹具也常使用。
2.4组合式夹具旋转中心的设计
为了适应不同的生产条件，用夹具零部件组合成了易于连接和调整的组合夹具。这种夹具的特点是可调整夹具包括通用可调整夹具和专用可调整夹具，并且夹具的柔性较高。一般采用工具钢和优质合金钢制造，有基础件、支撑件、定位件、压紧件、紧固件、辅助件和组合件等几大类。在件与件的连接中，要求件的总装精度、尺寸精度非常高。对于夹具旋转中心的设计，要求能够准确定位后，起到固定、夹紧的作用。
3.其它铣工手动夹具的改进方式
3.1夹紧器的设计改造
夹紧器由两部分组成，即夹头和捏手。传统的夹紧器都使用时将工件置于钳口中，调整压紧螺栓使头部压块轻轻压紧工件，然后通过两个捏手用力加紧东西。通常钳口的夹紧范围为0～40毫米，夹紧力为300公斤左右。工件便被夹紧后，向外拉两捏手，主夹紧力消失，松开压紧螺栓就可卸下工件。此夹紧器的结构特点是，通过上夹头与捏手的铆接点、两捏手的铆接点、下夹头与捏手的铆接点、三点共线来实现其自锁。
3.2对手用钢锯片修磨器的构造的设计改进
修磨器是铣工工具中一种非常重要的工具。它是对手用钢锯片的损坏进行修磨的一种器具。通常，锯片的损坏分为下面三种情况，第一，锯片正常磨损，一般都是由于使用时间过长，钢锯片的锯齿出现磨坏的现象。当锯齿严重磨损后，锯片在工件的锯缝中只能打滑，而不是切削，出现此类情况后，应及时将磨损后的锯片卸下来，否则，锯片易折断。第二，在使用中由于用力不当出现锯片被折断的现象。第三，使用方法不正确打齿的锯片，在锯削薄板、薄管时，由于锯片的齿距大于锯削件的厚度，或者起锯的角度不当，都会造成锯片锯齿的损坏。对于修磨器旋转中心，齿轮的设计要求非常高。已知凸轮的运动规律0～6°上升3mm，60°～250°停止运动，250°～266°下降了3mm，266°～360°停止不动。按照这个规律，对旋转中心部件进行调整，以提高修磨器工作效率。
3.3活动头开口扳手旋转中心的优化设计
在铣床加工中，拆卸、回装中会用到活动头开口扳手。有些情况下甚至会采用厂家配备的几十公斤重的开口固定扳手，会因为工作空间的限制是笨重的大扳手用起来十分不便，而每安放一次扳手最多只能将螺母旋转60°。因此，通过对开口固定扳手进行受力分析，当扳手顺时针旋转时，螺母受到顺时针方向的力偶矩作用；而扳手头部则受到逆时针方向的力偶矩作用；当扳手逆时针方向旋转时，螺母受到逆时针方向的力偶矩作用，而扳手头部则受到顺时针方向的力偶矩作用。通过研究，将开口固定扳手头部制作成活动的，即具有中心旋钮，然后制作上活动头及下活动头，活动头与母板配钻销钉孔和固定孔，然后组装即成。使用时可根据角度的需要，取下一固定螺栓，让，一活动头活动，另一活动头固定不动，即可达到与棘轮扳手一般的效果。
3.4夹钳旋转中心的优化
夹钳的部件有基座、右钳、转油缸套筒、油缸活塞销钉、起竖臂销钉等。在设计中，夹钳基座结构对称，左右夹钳尺寸相同，左右连杆长度相等，星形转子三转臂长度相等。通过对各部件平移自由度和旋转自由度以及连接类型的调整，是该铣工夹具能使用于不同生产场合。
3.5柱形多用丝锥铰杠旋转中心的优化
普通生产中所用的标准丝锥铰杠只有一个夹持位置，只能夹持一种丝锥，给工作带来麻烦。鉴于这种情况，通过研究设计了柱形多用丝锥铰杠，该结构为在铰杠上用销固定一个固定套筒，活动套简与铰杠了用平键连接，只能轴向移动。在固定套筒的右端和活动套筒的左端端面上都铣有四个大小不等的90OV形槽，以形成四个大小不等的夹持位置，用来夹持不同规格的方样。再生产使用中，既省力又省时，达到了提高生产效率的目的。
4.结语
铣工夹具在设计中要求其结构简单、便于制造和后期的维修，在机械加工过程中要求加紧的位置准确不变，并且操作省力、安全。因此在工件设计中，通过实践经验，对夹具精度、夹具规划、夹具可及性和装夹稳定性进行分析，以分析结果作为来验证夹具设计的性能的依据。然后对铣工夹具旋转中心和夹具夹紧机构的的不断优化和设计以达到省力、安全、可靠、提高工作效率的要求。 [科]
【参考文献】
[1]杨可桢，程光蕴.机械设计基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社，1999.28（2）：89-96.
[2]郑天丕.军用继电器标准浅析（二）[J].机电元件，1994，14（2）：48）53.
