连杆孔加工工艺与夹具设计

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第1章 课程设计

1.1零件分析

一、整体零件分析：

如图1-1所示的连杆零件，材料为QT40-17，毛坯为精铸件，要在其右侧钻M8的通孔，要求设计大批量生产时（10000件/年）所需的钻夹具

图1-1 连杆零件图

零件分析：此零件为一连杆，它的各个尺寸如上图所示,总的长度方向上的尺寸为100mm，高度方向总尺寸为32mm，宽度方向为30 mm，本次主要是对连杆右端φ8 mm孔的加工进行设计，孔通常都采用钻床进行加工，所以本次设计的主要任务是在其它各个部位都已加工好的前提条件下，运用钻床夹具的有关知识来设计加工左孔的夹具。

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1.2 定位基准的选择

使用夹具安装工件时，首先要使工件在夹具中占有正确的位置，即工件的定位。通过工件的定位，使得每一个被加工的工件重复放置到夹具体中都能准确占据由定位元件规定的同一个位置，对一批工件来说，每个工件放置到夹具中都能准确占据同一位置。 一、定位原理

工件的定位就是采取适当的约束措施来限制工件的某些自由度，使得工件在该方向上有确定的位置。即沿三个互相垂直的坐标轴的移动自由度，以及围绕这三个坐标轴的转动自由度，如图2-1所示。用适当分布的六个约束点限制工件的六个自由度，称为六点定位。

图2-1 物体在空间具有六个自由度

工件在夹具中定位时，往往是利用工件上的几个表面与夹具体上的几个定位元件相接触，来限制工件的几个自由度。 具体的定位可能有以下两种情况：

㈠ 正常的定位情况

根据工件的加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被正确的定位情况。它可以是完全定位，也可以是不完全定位。

若需要将工件的六个自由度全部限制，定位时正好限制了六个自由度，则为完全定位。 若需要限制的自由度少于六个，定位时正好限制了这几个自由度，则为不完全定位。

㈡ 非正常的定位情况

包括欠定位和过定位（或者重复定位），欠定位是要限制的自由度没有被全部限制的情况，过定位就是某个自由度被两个或者是两个以上的约束重复限制了的情况。 欠定位不能保证位置精度，是不允许的。

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过定位一般是不允许的，因为它可能会造成一些不良的后果，如工件与定位元件的接触点不稳定，使一批工件的位置一致性较差；会增加工件及夹具的夹紧变形；也可能导致部分工件不能顺利地与定位元件接触来实现定位。因此，通常应该采取措施避免过定位。但有时采用这种形式的定位也有一定的好处，这是只要工件定位基准和夹具定位元件都具有较高的形状和位置精度，过定位是允许的。 二、选择合理的定位基准

㈠ 定位基准必须与工艺基准重合，并尽量与设计基准重合，以减小定位误差，获得最大加工允许，降低夹具制造精度。当定位基准与工艺基准或设计基准不重合时，需进行必要的加工尺寸及其允差的换算。

㈡ 择工件上最大的平面，最长的圆柱面或圆柱轴线为定位基准，以提高定位精度，并使定位稳定、可靠。

㈢ 择定位元件时，要防止出现超定位现象。

㈣ 工件各加工工序中，力求采用同一基准，并避免因基准更换而降低工件各表面相互位置的准确度。

㈤ 铸、锻件以毛坯面作为第一道工序的基准时，应选择比较光滑的表面作基准面，避开冒口、浇口或分型面等凸起的不平整的部位。

图2-2 定位基准与夹紧方案图

根据定位原理以及选择定位基准的注意点，综合连杆结构的特点，连杆的定位方式如图2-2所示，选择可以限制连杆左右移动的定位元件，钻的孔为一通孔，并且这个孔又为一个中心孔，因此我们不需要完全限制工件六个自由度，我们可以忽略工件孔轴线方向上的上下两个自由度以及绕着孔轴线的旋转的两个自由度。只要限制工件左右方向上的自由度，所以连杆上下方向的约束可以解除，但是由于要加工为右面的孔，它与底座有一定的距离，为了钻夹方便以及能够承受一定的力，所以要在右孔的下平面加上一个约束。，因此采用不完全定位的方案来定位以及夹紧要加工的工件即只需限制五个自由度，Z轴向的转动在钻孔时可以忽略。 三 主要标准件的选择

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1、六角头螺栓 GB 5782-86 （连接本体的标准元件）

螺纹规格：

d=M 6 ，公称长度L= 30 mm， K=5mm, e=10.89mm, S=9.64mm 性能等级为8.8级， 表面氧化，A级 技术条件：1）材料 钢

2）螺纹公差 6g（GB196-81，GB197-8

3）机械性能 d〈=39；8.8、10.9级；d 〉39；按协议（GB3098.1-82） 4）公差 产品等级A级用d〈 24和l〈 10d或〈=150mm（按较小值）；产品

等B级，用于d 〉24 和l 〉10d或150mm（按较小值）（GB3103.1-82）

5）表面处理 氧化：镀锌钝化（GB5267-85） 6）表面缺陷 按GB5779.1-86） 2、圆柱销 GB 119-C4×30

规格尺寸：

公称直径 d=4mm，长度L=30mm， 材料为35钢，热处理硬度28~38 HRC， 表面氧化处理的 C型

技术条件：按GB 121-86的规定 3、移动压板：A10×80 GB/T2175 规格尺寸：

公称直径=10mm，L=80mm的A型移动压板 L=80mm B=30mm H=16mm l=36mm l1=17mm b=11mm B1=10mm

配螺纹d：M10

技术条件：1）材料 45钢 按GB699的规定

2）热处理 35~40HRC 3）其他技术条件 按GB/T2259的规定 3、六角头螺栓 GB5782-86-M6×40

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技术条件同零件1

规格尺寸：

d=M6 公称长度L= 26 mm，性能等级8.8级表面氧化 A级

e=11.05mm K=4.25mm S=9.64mm 4夹具本体：

1）一般要求：有足够的刚度和强度，较轻的重量；安装稳定，保证装卸工件方便，工艺性好，便于清理切屑和赃物

2）本体构形 本设计采用的是半封闭式的，且是型材和型材用标准元件连接的本体。 3）外形尺寸 本设计参考有关结构尺寸的经验数据，设计尺寸如下： 壁厚h=25mm ； 长：343mm； 宽131mm 4）座耳尺寸

查得：

d=8mm D=10mm D1=20mm L=16mm

5、开槽半沉头螺钉：GB69-M4×16

规格尺寸

d=M4 公称长度L=16mm，性能等级为4.8，不经表面处理

a=1.4m K=2.7mm t=1.6mm L=16mm f=1mm，

技术条件 1）材料 钢

2）螺纹公差：6g（GB196-81

GB197-81）

3）机械性能 4.8，5.8级（GB3098.1-820

4）公差 产品等级A级（GB3103.1-82）

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5）表面处理 不经处理，镀锌钝化（GB5267-85） 6）表面缺陷 按GB5779.1-86

6、支承板 A20×30 GB/T2236 规格尺寸

H=20mm L=30mm A型 B=12mm l=7.5mm A=15mm d=4.5mm

d1=8mm h=3mm 孔数n=2

技术条件

1）材料 T8按GB1298的规定 2）热处理 55～60HRC

3）其他技术条件 按GB/T2259的规定 8、六角头螺栓 GB5782-86-M6×112 技术条件同零件1 规格尺寸同零件4

9、移动V型块 A32 GB/T2211

规格尺寸

N=32mm A型 D=30mm B=42mm H=16mm L=55mm l=16mm l1=13mm b1=13mm b2=24mm b3=10mm 相配件d=M16 技术条件

1）材料 20钢按GB699的规定 2）热处理

渗碳深度

0.8~1.2mm，58~64HRC 3）其他技术条件 按GB/T2259

10、钻套螺钉 M6×4 GB/T22 规格尺寸

d=M6 L1=4mm d1=9.5mm D=16mm L=18mm L0=10mm n=1.5 t=2mm

技术条件

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1）材料 45钢 按GB699的规定 2） 热处理 35~40HRC

3）其他技术条件 按GB/T2259的规定 11、可换钻套 10F7×15k6×16 GB/T2264

规格尺寸

d=10mm 公差带F7 D=15 D1=26mm D2=22mm H=16mm h=10mm

h1=4mm r=18mm m=9mm t=0.008 配螺钉M6

技术条件 1）材料 d〈26mm，T10A按GB1298的规定

2）热处理 T10A为58~64HRC，20钢渗碳深度为0.8~1.2mm，58~64HRC 3）其他技术条件 GB/T2259的规定 12、钻套用衬套 A15×16 GB/T2263

规格尺寸 d=15mm H=16mm F7极限偏差 D=22 D1=26mm t=0.012

技术条件 1）材料 d〈26mm T10A按GB1298的规定

2）热处理 T10A为58~64 HRC，20钢渗碳深度0.8~1.2mm，58~64HRC

3）其他技术条件 按GB/TT2259的规定

13、双头螺柱 GB900-BYM10-M10×50 -8.8-Zn 规格尺寸：

旋入机体一端为过盈配合螺纹，旋螺母的一端为粗牙普通螺纹，d=10mm l=50mm，性能等级为8.8级，镀锌钝化，B型Bm=2的双头螺柱

Bm=16mm Ds=8mm

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技术条件 1）材料 钢

2）螺纹公差 普通螺纹公差6g

3）机械性能 4.8，5.8，6.8，8.8，10.9 ，12.9级（GB3098.1-82） 4）公差 产品等级B级（GB3103.1-820 5）表面处理 不经处理，氧化，镀锌钝化 6）表面缺陷 按GB5779.1-86 GB5779.3-86

1.3夹具设计

1.3.1 钻床夹具的特点

各种钻床所使用的夹具，通常称为钻具或钻模。使用钻具的工序，一般是用钻头、惚刀、铰倒和丝锥等刀具来进行加工的。在大多数情况下，加工工程的特点是刀具和机床主轴一起做旋转运动和送给运动，而工件和钻具则固定不动。因此，工件少年宫被加工孔是与刀具旋转轴线同心的，其位置分布可以是同轴线的一些表面，也可以是不同轴线的互相平行或成任意角度的表面。

针对我们所要加工的工件为一个孔，因此要选择使用钻床进行加工。本章的重点就是设计在钻床上所使用的夹具。 ㈠ 机床夹具的组成

夹具的基本组成有以下几个部分： ⒈定位元件及定位装置

用于确定工件在夹具中的正确位置。 ⒉夹紧元件及夹紧装置

用于夹紧工件，保持工件定位后的位置在加工过程中不变。 ⒊导向或对刀元件

用于确定夹具与刀具的相对位置。如钻夹具中的钻套等。 ⒋夹具体

用于将各种元件、装置安装。 ⒌其它元件及装置

根据加工需求而设置的其它元件或装置。

㈡ 本次夹具设计的主要特点：

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钻具作为生产上应用的最广泛的机床夹具，型式特多，这主要是由于被加工孔的位置相对与定位基准来说，比较分散的而且几何关系变化较多所决定的，其夹具设计的主要特点和要求有：

⒈ 正确选择钻具的结构型式

钻具的结构型式主要是根据工件的形状和尺寸大小、被加工孔相对于定位基准的位置 被加工能够孔的数目、精度要求以及工件生产的批量大小所决定的。

按照工序进行过程中钻具在机床上的位置变化情况，钻具分为以下几类：

⑴固定式钻具——多用为大型钻具；被加工表面轴线相同，或相平行，钻具需要，固定在机床工作台上的情况；本次设计所采用的即是此类型。

⑵移动式钻具——多用个被加工表面的轴线平行，用钻具移动来变换工位的情况。 ⑶翻转式钻具——用于方向不同的几个孔，整个钻具可以翻转的情况。

⑷回转式钻具——用于加工方向不同的几个孔，工件装在钻具的回转部分相对于钻具底座可以转动或分度。

⒉ 为保证被加工表面的位置精度，除了钻套应有较高的精度要求外，还应正确选择引导方式和钻套的结构型式。

钻具的作用主要是使工件被加工表面的轴线位于机床主轴轴线的方向上，并保持刀具的旋转对工件的定位基准有正确的相互位置。

为了实现这一作用钻具上通常都有钻套，以确定刀具和夹具的相互位置，并用定位件和夹紧件来确定工件在夹具上的位置，钻套则安装在与本体相连的钻模板上，是钻套在夹具上的位置得以确定。因此，钻套与钻模板都是钻具特有的元件。各钻套之间的相互位置，影响着加工表面之间的相互位置精度。钻套相对于定位表面的位置则影响着各被加工表面对于定位基准的位置精度。正因为钻套对于所加工孔的精度有直接的影响，所以在设计时都特别注意它的位置精度，并妥当选择钻套的结构型式，一般而言钻套的基本类型有：固定钻套、可换钻套、快换钻套、回转导套以及特殊钻套。在本设计中我们采用的可换钻套，它便于在钻套磨损后，可以迅速更换。且适合大批量生产。另外，还应注意钻套和刀具的配合精度，进行误差分析和计算，以保证工件原始尺寸公差的要求。

而钻模板的结构形式主要有：整体式、固定式、可卸式、铰链式、悬挂式、滑柱式，本设计中选用的是固定式，它和钻模家具体的联结采用的是销钉定位，用螺钉紧固成一整体，结构刚度好，加工孔的位置精度较高。在使用钻具的工序中，刀具的轴线一般都与机床工作台垂直，故钻具上应有垂直与钻套轴线的底平面，使钻具能稳定地安放在机床的工

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作台上，以保证被加工孔的正确方向并承受轴向切削力。 ⒊ 要注意装卸工件方便，安装无误，便于排屑与冷却刀具。

⑴ 应是切屑能靠自身的重量或靠其运动是所具有的离心力无障碍地离开钻具。 ⑵有是可以在钻具本体壁上开窗口或通槽以利于切屑的通过和排除。 ⑶切屑通过的地方边面要平整，光洁度一般为5~6。 ⑷避免有切屑不易通过的内部棱角和凸台等。

⑸定位面和安装面应略高于周围的平面，这样，周围即使有切屑存在，也不致于影响工件的正确定位和安装。

⑹ 定位面和安装面的面积不必太大，只要能稳定地支持工件和夹具即可。

⑺ 配合表面的根部转接处，应开有空刀槽，这样既可密合也可便于清除残存的切屑。 ⑻ 钻具上应有清除切屑所需要的操作空间，便于工人进行清除。

⒋ 当钻斜孔、盲孔、沉头孔是，为了保证深度公差，在钻具上需对刀面。一般可利用带台钻套的端面或设置专用对刀块及支承销等。

⒌ 由于钻孔或钻、铰孔工序的激动时间一般较短，所以要尽可能采用快速夹紧装置，以缩短辅助时间。

⒍ 夹紧装置的安排要恰当，使钻模或定位销不因弯曲力矩而影响加工的精度

如图a所示的钻具，压紧螺钉设在铰链式钻模板上（右端插销拔出后可以打开钻模板），虽然这种夹紧机构比较简单，但夹紧是钻模板要发生弯曲变形，会影响加工孔的位置精度，并且还会发生钻套卡住刀具的现象，所以不能设计成这样。

如图b所示是将上图A-A截面中的夹紧螺钉改成装在钻具底座上的压板，这可避免上图

的缺点。

图a（左） 图b（右）

⒎ 由于刀具相对于钻具的位置是由钻套来确

定的，故当切屑扭拒不大时，钻具可以不与机床的工作台固定。

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⒏ 对于位置精度要求较高的孔，应采用半箱式或箱式钻具。因为这一类钻具中，钻套相对定位表面无活动环节，因此，可保证被加工孔有较高的位置精度。

这种钻具的优点是：钻模板与夹具的相对位置在加工过程中不会改变，因此被加工孔的位置精度较高。

⒐ 工件孔距公差较小（一般不大于0.05毫米）是，应采用固定钻套（即不宜采用快换钻套），此时钻头和绞刀应采用同一尺寸的后引导，分别与固定钻套孔相配，并严格控制其配合间隙，以保证工件的孔距公差。

1.3.2 定位方法及其定位元件

定位方法和定位元件的选择，包括定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等，主要决定于工件的加工要求，工件定位基准和外力的作用状况等因素。 ㈠ 定位方法： ⒈ 平面定位以平面定位

工件以平面定位，即指工件的定位基准为平面的情况。作为定位基准的平面不可能是理想的几何平面，而是凹凸不平的。一个平面对正确几何平面的误差，可以分为平面度和光洁度两个方面。虽然表面的平面度和光洁度之间，并无绝对的数值关系，但一般情况下，光洁度愈高，平面度也愈好，因次、此可以根据光洁度来判断表面的好坏。

根据基准表面的好坏不同，定位方法和定位件的设计原则也将不同。一般可把平面定位基准分成未经机械加工的和已经机械加工的两类。在第二类中。光洁度的等级不同，平面的好坏还会有些差异，但相差很小，对于定位方法和定位件的设计不会引起原则性的差别。

图3-1 连杆以平面定位示意图

本文设计的钻夹具的定位基准以连杆零件的左圆柱孔底部端面为基准，限制工件的三个自由度，即工件以平面定位，并且此端面是已经机械加工过的，如图3-1所示。

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工件用已经机械加工过的平面定位

工件经过机械加工后，基准平面的误差比较小。可以直接放在平面上定位。但是为了提高定位的稳定性和定位精度，对于刚度较好，而基准面的光洁度以及平面度不是很高。轮廓尺寸又较大的工件，应将定位平面的中间部分挖低一些。对于刚度较差的工件，或基准平面的光洁度和平面度都很高时，它们之间的接触面积可以大一些，但为了便于排除切屑，定位平面上往往开有若干窄槽。

定位平面的轮廓尺寸最好小于基准面的轮廓尺寸。否则经过长期的磨损之后定位平面上将出现不平的痕迹，以后定位工件时，可能因此造成倾斜。

⒉ 工件以外圆柱面定位及其定位元件

在第一章零件分析中提到，连杆左孔的加工，由于它是一个中心孔又是一个通孔，所以理论上只要限制它左右方向上的两个自由度即可，由于该连杆的左右两端都为已经加工好的圆柱面，因此最好就使用圆柱面来定位。定位方案如图3-2所示。

图3-2 外圆柱面定位图

工件以外圆柱面定位时，夹具上常用的定位元件是V形块。

图3-3固定V形块 图3-4 活动V形块

V形块有固定式和活动式两种，固定V形块一般由2个定位销和2~4个螺钉与夹具体联结，如图3-3所示。活动V形块的应用如图3-4中的V形块限制了工件左右方向上的移

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动自由度，同时还兼有夹紧作用。

使用V形块定位的特点是对中性好，能使工件的定位基准轴线对中在两工作面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响。V形块使用范围广，不论定位基准是否经过加工，是完整的圆柱面还是局部的圆弧面，都可以用它来定位。 ㈡ 定位元件

定位元件的选择原则：

⒈ 工件定位基准与定位元件接触或配合后，能限制住必须由其限制的工件的自由度。 ⒉ 由其产生的定位误差最小。

⒊ 定位表面应具有较高的尺寸精度、配合精度、表面光洁度和硬度。 ⒋ 定位元件结构应尽量简单，便于装卸工件。 ⒌ 具有足够的强度和刚度。 ⒍ 无产生超定位的可能性。

⒎ 对尺寸大的定位件表面，从结构上采取措施，在不影响定位精度的前提下，尽量减少与工件定位表面的接触面积。 ⒏ 清除定位表面的切屑方便 定位元件分析：

⒈组成同一平面的两个支承板 使用于光基准，支承板用螺钉紧固在夹具体上，若受力较大或支承板有移动的趋势时，应将支承板嵌入夹具体槽内，且因为是两个支承板，装配后应磨平工作表面，以保证等高性。具体的零件见第一章的单个零件分析第七。

⒉移动V型块 在其未夹紧时可以消除一个自由度，便于取走工件。具体的零件见第一章零件分析第九。

1.3.3 定位误差的计算

一批工件分别在夹具中定位时，各个工件所占据的位置并不完全一致。由于工件在夹具中定位不准确所引起的加工误差，称为定位误差，用D表示。

定位误差主要是有基准不重合或基准位移误差所造成。

所以如果采用试切法加工，一般不需要考虑定位误差。在成批生产中采用调整法加工时，需要作定位误差的分析计算。定位误差是工件加工误差的一部分，在分析定位方案时根据实际生产经验，定位误差应控制在工件对应公差的1/3～1/5以内。

定位误差的计算可以采用几何方法，也可以采用微分方法。几何方法又有合成法和极限置

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法两种。但不同的计算方法所得的结果相同。

按合成法计算定位误差D时，先分别算出基准不重合误差B和基准位移误差Y，然后将两者组合而得。当Y0、B0时D=Y。当Y0、B0时，D=B。当Y0、

B0时，如果工序基准不在定位基准面上，则D=Y+B；如果工序基准在定位基准面

上，则D=YB，当由于基准位移和基准不重合分别引起加工尺寸作相同方向变化（即同时增大或同时减小）时，取“+”号，

而当引起加工尺寸作相反方向变化时，取“—”号

1.3.4 夹紧机构分析及夹紧力的计算

夹具上实现夹紧的夹紧机构是否正确合理，对于保证加工质量，提高生产率、减轻工人的劳动强度有很大的影响。

㈠ 工件的夹紧应满足以下基本要求： ⒈夹紧是不能破坏工件定位时所获得的正确位置

⒉夹紧应可靠和适当。既要保证加工过程中工件不发生松动或振动，又不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。

⒊夹紧操作应方便、省力、安全。

⒋夹紧机构的自动化程度和复杂程度应与工件的生产批量及工厂的生产条件相适应。 ⒌夹紧机构应有良好的结构工艺性，尽量使用标准件。 ㈡ 对夹紧元件的要求:

⒈工件在加工过程中，能产生克服切削力所需要的夹紧力。施于夹紧元件上的力不宜过大。 ⒉不会使工件偏移正确定位的位置。

⒊偏心轮、凸轮或斜锲在夹紧工件后，在加工过程中应能保持自锁，防止因切削力的作用而使夹紧失效。

⒋与工件的接触面积应尽量大，以避免应力集中和单位面积压力过大。 ⒌采用螺旋夹紧时，尽量避免螺旋端面直接作用在工件上。 ⒍两点或两点以上同时夹紧工件的夹紧元件应设计成浮动的。

⒎压向工件毛坯侧面的夹紧元件端部应具有与垂直平面呈7度左右的斜角。 ⒏具有必要的强度、刚度和与工件接触表面的硬度。

本设计采用的是螺旋夹紧机构，由螺钉、螺母、螺栓或螺杆等带有螺旋结构的元件

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与垫圈、压板等组成的夹紧机构称为螺旋夹紧机构。如图所示本设计采用的是螺旋压板夹紧机构。

根据受力简图可得：

MQ=Wk×[r1tanφ1+rztan（α+φ2）] =W0 ×[r1tanφ1+rztan（α+

（三）、夹紧力的计算

确定夹紧力首先应先分析夹紧力的大小、方向和作用点。它必须结合工件的结构和加工要求、定位元件的结构和布置方式、切削条件和切削力的大小等具体情况进行。 A 夹紧力方向的确定

⒈力的方向应有利于工件的定位，而不能破坏定位。为此一般要求主夹紧力应垂直指向第一定位基准面

⒉力的方向应尽量与工件刚度大的方向一致，以减小工件的变形。

③夹紧力的方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，一减小所需要的夹紧力。 B 夹紧力作用点的选择

⒈力的作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的稳定受力区内，以保证工件已获得的定位不变。

⒉力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。

⒊力作用点和支承点应尽量靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。 ⒋力作用点应尽量使各支承处的接触变形均匀，以减小加工误差。 C 夹紧原则

⒈在夹紧过程中，不至于因工件重力的影响而破坏正确定位。

⑴确定定位方案及设置定位支承是，应尽量使工件重心位于支承范围内，避免因支承反力与工件重力构成力偶而破坏正确定位。

⑵工件重力与主基面或双导向基面垂直，而工件的重心位置不在各支承范围内，应使主要夹紧力与基准或双导向基准垂直，并处在各支承范围内。同时在夹具的适当位置上设置初定位件。

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φ2）] × L／lη0

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⑶ 由于工件或加工等条件的限制，使主夹紧力不能与主基准或双导向基准垂直，可在夹

紧前对工件施加预夹紧力。该力应垂直于主基准或双导向基准，并处在支承范围内。待夹紧后可将预夹紧力撤出，并在适当位置设置初定位件。

⑷ 重力与主基准或双导向基准平行而与止动基准垂直时，则应在夹具的适当位置处定位

件。

⒉在夹紧过程中，夹紧力不应使已经获得正确定位的工件脱离正确的位置 ⑴制定夹紧方案时，应尽量避免夹紧力与支承反力构成力偶。

⑵主夹紧力的方向最好压向主基准或双导向基准，其作用点应在定位支承范围内 ⑶夹紧力只能压向导向基准时，则应合理选择夹紧力的作用点或设置预夹紧力： ①为避免侧向压紧时工件发生转动，侧压力作用点离侧支承的垂直距离a应尽量小。 ②预压紧力不宜太大，只要能保证工件在主夹紧力作用时不致转动即可。 ⑷紧力处于支承范围内，则应采取结构上的措施，使工件不脱离正确的位置：

③若两个以上的平行夹紧力对称分布于支承两侧，此时可以采用浮动夹紧机构，使各夹紧力同时作用于工件上。

④若夹紧力（单个或多个）位于支承一侧，可采用辅助支承。

⒊在夹紧过程中，应使工件不产生超出表面形状精度（如平行度、垂直度、圆柱度等）允

许范围的变形

⑴夹紧方案时，对于刚性较差的工件，应尽量减少或避免由夹紧力而产生弯曲变形力应力求通过或靠近定位基准与定位支承的接触面

⑵夹紧力无法通过或靠近定位基准与定位支承的接触面时，应在与夹紧力相对应的位置设置辅助支承

⑶ 夹紧力作用于工件的斜面上时，若其分力能够在工件上产生弯曲力矩，则应避免在斜面上施加夹紧力。

⑷ 单方向夹紧所需要的夹紧力过大，致使弯曲力矩过大而造成工件变形较大时，可采用多向夹紧的方法

⑸ 夹紧力应避免压向超定位件

⒋在切削过程中，应避免工件产生不能允许的振动

⑴制定夹进方案时，对于刚性差的工件，应尽可能减少或避免由切削力而产生的振动力要尽可能靠近工件被加工表面，以减少工件的悬臂长度。

⑵当夹紧力无法靠近工件被加工表面，而工件被加工面悬臂又较长时，可在切削过程中对

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连杆孔加工工艺与夹具设计

工件刚性较差的部位设置辅助支承，或在辅助支承上还加一个夹紧力。

⒌在切削过程中，切削力不应破坏工件的正确位置，并使平衡切削力所需的夹紧力最小 ⑴定夹紧方案时，切削力最好由定位支承反力平衡，尽可能避免用夹紧力及由夹紧力产生的摩擦力平衡

⑵ 定位支承反力平衡最大切削力，此时所需要夹紧力最小 ⑶ 用夹紧力平衡最大切削力，此时所需夹紧力较大

⑷ 用夹紧力产生的摩擦力以平衡切削力，此时所需夹紧力最大。 D 夹紧力计算

开始计算夹紧力的大小时，一般将工件视为分离体，以最不利于夹紧时的状况为工件受力状况，分析作用在工件上的各种力，列出工件的静力平衡方程式，求出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为实际所需的夹紧力。

F J=KF

式中 F J——实际所需的夹紧力，单位为N； K ——安全系数，一般取1.5到2.5；

F ——由静力平衡计算出的理论夹紧力，单位为N。

分析工件的受力情况时，除了夹紧力、切削力外，大工件还应考虑重力，运动速度较大时还必须考虑离心力和惯性力的影响。

从上

图我们可以看出由于螺旋可以看作是一斜楔绕在圆柱体上而形成的。因此可从斜楔的夹紧力计算公式直接导出螺旋夹紧力的计算公式：

Ｊｄａｎａｔｎαφφ（）ｒ2ｔ

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ＦＬＱ

江南大学毕业设计（论文）

式中FJ——沿螺旋轴线作用的夹紧力，单位为N；

FQ——作用在扳手上的原始力，单位为N； L——原始作用力的力臂，单位为㎜； d 0——螺纹中径，单位为㎜； α——螺纹升角，单位为（°）

φ1——螺纹副的当量摩擦角，单位为（°）

φ2——螺杆（或螺母）端部与压块的摩擦，单位为（°）

r ——螺杆（或螺母）端部与工件（或压块）的当量摩擦半径，单位为㎜

V型块夹持工件钻孔是所需的夹紧力 (四)、夹具图上技术要求的制定 ㈠ 夹具装配图上应标注的尺寸和公差

⒈夹具外形轮廓尺寸如平面图所示，尺寸界限应在598×420mm。

⒉保证工件定位精度的有关尺寸和公差。如定位元件与工件的配合尺寸和配合代号，各定位元件之间的位置尺寸和公差等。

⒊保证刀具导向精度或对刀精度的有关尺寸和公差。如导向元件与刀具之间的配合尺寸和配合代号，各导向件之间、导向元件与定位元件之间的位置尺寸和公差，或者对刀用塞尺的尺寸，对刀块工作面到定位表面之间的位置尺寸和公差。 ⒋保证夹具安装精度的有关尺寸和公差。

⒌其他影响工件加工精度的尺寸和公差。主要指夹具内部各组成元件之间的配合尺寸和配合代号，如本设计中的衬套与夹具体的配合应为H7/g6 ㈡ 夹具装配图上应标注的技术要求 ⒈钻套轴心线对本体底面的垂直度； ⒉钻套轴心线对定位件的同轴度或位置度； ⒊定位表面对本体底面的平行度或垂直度；

⒋活动定位件V形块的轴心线对定位件或钻套轴线的位置度；

1.3.5 夹具装配图

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连杆孔加工工艺与夹具设计

A-AAA

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江南大学毕业设计（论文）

第2章 综合训练

2.1 夹具设计AutoCAD三维造型

2.1.1 夹具休及定位元件的造型 一、 三维实体造型软硬件设备 1、

硬件：CPU至少PentiumⅡ450以上；内存64MB以上；显卡显存16MB以上；硬盘空余空间应在600MB以上；显示器15英寸以上

2、

软件：AutoCAD 2004

二、 使用步骤及实际造型

首先打开AUTOCAD绘图工具，右击工具栏选择出“实体”，“实体编辑”，“绘图”，“曲面”，“渲染”等三维视图工具。如下图所示：

1、设置图形界限 命令：limits↓

指定左下角点或［开（ON）/关（OFF）］〈0.0000，0.0000〉：↓ 指定右上角点〈420.0000，297.00000〉：598，420↓ 2、生成底座（如图所示） 命令：Box↓

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连杆孔加工工艺与夹具设计

指定长方体的角点或［中心点（CE）］〈0，0，0〉：↓

指定角点［立方体（C）/长度（L）］：343，131，25↓ 命令：Box↓

指定长方体的角点或［中心点（CE）］〈0，0，0〉：

10，0，0↓

指定角点［立方体（C）/长度（L）］：310，131，8↓ 命令：Box↓

指定长方体的角点或［中心点（CE）］〈0，0，0〉：120，0，0↓ 指定角点［立方体（C）/长度（L）］：150，130，15↓ 命令：Cylinder↓

指定圆柱体底面的中心点或［椭圆（E）］〈0，0，0〉：135，105，0↓ 指定圆柱体底面的半径或［直径（D）］：5↓ 指定圆柱体高度或［另一个圆心（C）］：20↓ 命令：Cylinder↓

指定圆柱体底面的中心点或［椭圆（E）］〈0，0，0〉：135，80，0↓ 指定圆柱体底面的半径或［直径（D）］：5↓ 指定圆柱体高度或［另一个圆心（C）］：20↓ 命令：Cylinder↓

指定圆柱体底面的中心点或［椭圆（E）］〈0，0，0〉：190，50，0↓ 指定圆柱体底面的半径或［直径（D）］：3↓ 指定圆柱体高度或［另一个圆心（C）］：20↓ 命令：Copy↓

选择对象：找到一个（选择最小的一个圆柱体边界） 指定基点和位移，或者［重复（M）］：＠0，30，0↓ 命令：Copy↓

选择对象：找到一个（选择最小的一个圆柱体边界） 指定基点和位移，或者［重复（M）］：＠30，30，0↓ 命令：Copy↓

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江南大学毕业设计（论文）

选择对象：找到一个（选择最小的一个圆柱体边界） 指定基点和位移，或者［重复（M）］：＠30，0，0↓ 命令：Subtract↓

选择要从中删除的实体或面域

选择对象：找到一个 （选择最大的长方体边界） 选择对象：↓

选择要删除的实体或面域

选择对象：找到4个 （选择其余的两个长方体和六个圆柱体边界） 选择对象：↓ 命令：Fillet↓

选择第一个对象或［多段线（P）半径（R）修剪（T）多个（U）］：R↓ 指定圆角半径〈0.0000〉：4↓

选择第一个对象或［多段线（P）半径（R）修剪（T）多个（U）］：(选择需要倒角的两条边)

输入倒角半径〈4.0000〉：↓ 选择边或［链（C）/半径（R）］：↓ 命令：Box↓

指定长方体的角点或［中心点（CE）］〈0，0，0〉：15，10，20↓

指定角点［立方体（C）/长度（L）］：50，120，110↓ 命令：Box↓

指定长方体的角点或［中心点（CE）］〈0，0，0〉：

40，10，42↓

指定角点［立方体（C）/长度（L）］：65，120，

56↓

选择要从中删除的实体或面域

选择对象：找到1个（选择最大的长方体边界） 选择对象：↓

选择要删除的实体或面域

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连杆孔加工工艺与夹具设计

选择对象：找到1个 （选择小长方体边界） 单击工具条上的原点UCS

指定新原点〈0，0，0〉：＠15，10，110↓ 命令：Rectang ↓

指定第一个角点或［倒角（C）/标高（E）/圆角（F）/厚度（T）/宽度（W）］：15，10↓ 指定另一个角点或［尺寸（D）］：＠35，110 命令：Circle ↓

指定圆的圆心或［三点（3P）/两点（2P）/相切、相切、半径（T）］：76，75 指定圆的半径或［直径（D）］：20 ↓ 命令：Line↓ 指定第一点：35，16

指定下一点或［放弃（U）］：（选择与圆的切点） 命令：Trim↓

选择对象：找到4个 （选择矩形框、圆、直线）

选择要修剪的对象，或按住Shift键选择要延伸的对象，或［投影（P）/边（E）/放弃（U）］：找到一个

修改→对象→多段线→Pedit 选择多段线或［多条（U）］：（选择刚刚修剪后的任意一条线） 是否将其转化为多段线？〈Y〉Y↓

输入选项［闭合（C）/合并

（J）/宽度（W）/编辑顶点（E）/拟合（F）/样条曲线（S）/非曲线化（D）/线性生成（L）/放弃（U）］：J↓ 选择对象：找到3个 （选择剩下的另三条线） 命令：Extrude↓

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江南大学毕业设计（论文）

选择对象：（选择刚生成的多段线）↓ 选择对象：↓

指定拉伸高度或［路径（P）］：15↓ 拉伸倾斜角

3、生成V型铁

单击工具条上的原点UCS

指定新原点〈0，0，0〉：＠0，0，90↓ 命令：PLine↓

指定第一点：0，30，14↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠56，30，22↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：

＠0，8，0↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠-16，12，0↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠-5，10，0↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠0，10，0↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠5，0，0↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠16，12，0↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠0，8，0↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠

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连杆孔加工工艺与夹具设计

-56，0，0↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：C↓

命令：Extrude↓

选择对象：（选择多段线）↓ 选择对象：↓

指定拉伸高度或［路径（P）］：14↓ 拉伸倾斜角度〈0〉：↓ 命令：Box↓

指定长方体的角点或［中心点（CE）］〈0，0，0〉：↓ 指定角点［立方体（C）/长度（L）］：6，46，65↓ 命令：Cylinder↓

指定圆柱体底面的中心点或［椭圆（E）］〈0，0，0〉：0，18，8↓ 指定圆柱体底面的半径或［直径（D）］：3↓ 指定圆柱体高度或［另一个圆心（C）］：C↓ 指定圆心：6，18，0↓ 命令：Copy↓

选择对象：找到一个（选择最小的一个圆柱体边界） 指定基点和位移，或者［重复（M）］：＠0，30，0↓ 命令：Copy↓

选择对象：找到一个（选择最小的一个圆柱体边界） 指定基点和位移，或者［重复（M）］：＠30，30，0↓ 命令：Copy↓

选择对象：找到一个（选择最小的一个圆柱体边界） 指定基点和位移，或者［重复（M）］：＠30，0，0↓ 命令：Subtract↓

选择要从中删除的实体或面域

选择对象：找到一个 （选择大的长方体边界） 选择对象：↓

选择要删除的实体或面域

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江南大学毕业设计（论文）

选择对象：找到4个 （选择四个小圆柱体） 选择对象：↓ 命令：Move↓

选择对象：找到1个 （选择差集后的实体） 选择对象：↓

指定基点或位移：（捕捉实体右下角的点）

指定位移第二点或〈用第一点作位移〉：＠10，36，9↓ 命令：Union↓

选择对象：找到2个 （选择差集后的两个实体） 选择对象：↓

4、生成钻套与钻套螺钉

⑴从二维中把图形复制过来用修改→对象→多段线→Pedit生成多段线，使钻套左边的多段线用Revolve命令使其绕轴线旋转180°，钻套的右边的多段线也用Revolve命令使其绕轴线旋转180°

⑵钻套螺钉也从二维中复制过来用修改→对象→多段线→Pedit生成多段线，使钻套绕轴线旋转360° ⑶然后画一个两毫米高的小长方体，使其与与表面相交，并用Subtract命令，将小长方体减去，使上端形成小凹槽。

5．、生成工件

X轴旋转UCS

指定绕X轴旋转角度〈90〉：↓ 命令：PLine↓

指定第一点：-4，0，0↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠-8，0，↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度

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连杆孔加工工艺与夹具设计

（W）］：＠A↓

指定圆弧的端点或［角度（A）/圆心（CE）/方向（D）/半宽（H）/直线（L）/半径（R）/第二个点（S）/放弃（U）/宽度（W）］：R↓ 指定圆弧的半径：15↓

指定圆弧的端点或［角度（A）］：＠0，18↓

指定圆弧的端点或［角度（A）/圆心（CE）/方向（D）/半宽（H）/直线（L）/半径（R）/第二个点（S）/放弃（U）/宽度（W）］：L↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠8，0，↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：C↓

命令：Line↓（中心轴） 指定第一点：0，-3↓

指定下一点或［放弃（U）］：＠0，24↓ 命令：Revolve↓

选择对象：找到1个 （选择多段线）

定义轴依照［对象（O）/X轴（X）/Y轴（Y）］：（捕捉直线的一个端点） 指定轴端点：（捕捉直线的另一个端点） 指定旋转角度〈360〉：↓ 命令：PLine↓

指定第一点：96，0，0↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠14，0，↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠A↓

指定圆弧的端点或［角度（A）/圆心（CE）/方向（D）/半宽（H）/直线（L）/半径（R）/第二个点（S）/放弃（U）/宽度（W）］：R↓ 指定圆弧的半径：15↓

指定圆弧的端点或［角度（A）］：＠0，12↓

指定圆弧的端点或［角度（A）/圆心（CE）/方向（D）/半宽（H）/直线（L）/半径（R）

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江南大学毕业设计（论文）

/第二个点（S）/放弃（U）/宽度（W）］：L↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：＠14，0，↓

指定下一点或［圆弧（A）/闭合（C）/半宽（H）/长度（L）/放弃（U）/宽度（W）］：C↓

命令：Line↓（中心轴） 指定第一点：100，-3↓

指定下一点或［放弃（U）］：＠0，18↓ 命令：Revolve↓

选择对象：找到1个 （选择多段线）

定义轴依照［对象（O）/X轴（X）/Y轴（Y）］：（捕捉直线的一个端点） 指定轴端点：（捕捉直线的另一个端点） 指定旋转角度〈360〉：↓

命令：Box↓

指定长方体的角点或［中心点（CE）］〈0，0，0〉：↓ 指定角点［立方体（C）/长度（L）］：35.5，8，8↓ 命令：Box↓

指定长方体的角点或［中心点（CE）］〈0，0，0〉：35.5，0，0↓ 指定角点［立方体（C）/长度（L）］：＠42，8，8↓ X轴旋转UCS

指定绕X轴旋转角度〈90〉：↓ 命令：Rotate↓

选择对象：找到1个 （选择L=42的长方体） 指定基点：（捕捉此长方体左下边的中点） 指定旋转角度或［参照（R）］：30↓ 命令：Union↓

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选择对象：找到2个 （选择两个长方体） 选择对象：↓ 命令：Union↓

选择对象：找到3个 （选择并集后的合成体和两个旋转后的实体） 选择对象：↓ 命令：Move↓

指定基点或位移：（捕捉右边旋转实体下端面与中心轴的交点） 指定位移的第二点或〈用第一点做位移〉：175，75，41↓

2.1.2 夹紧元件三维实体造型 一、压块三维造型

压块为回转体零件，其造型方法与步骤以及使用命令和部分定位件或导向件的三维造型基本相似，这里不在重复叙述，仅给出半平面图形和三维实体造型效果，如图4-1，4-2所示。

二、压紧连接螺杆三维造型

图4-1 压块平面图 图4-2 压块

压紧连接螺杆同样为回转体零件，其造型方法与步骤同上，不在重复讲述，同样给出平面图形和三维实体效果如图4-3，4-4所示。

平面图 图4-4实体图

图4-3

根据螺杆的参数，生成一个宽、高与压紧面相匹配的长条体，如图4-5。确定位置后

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使用布尔差集运算，即用螺杆本体差去长条的到螺杆的三维实体模型，如图4-6。

图4-5 图4-6 螺杆实体

三、手柄螺母的三维造型 手柄螺母的造型步骤：

1、画出手柄螺母的平面图形并生成面域 根据设计尺寸画出手柄螺母的平面视图，其中有一个与夹具体连接用的手柄、一个连接手柄用凸台和一个螺母，将以上的三个图形元素，全部生成面域，如图4-7.、8、9所示。

2、拉伸 使用拉伸命令（Extrude 所示。

图

4-7

手柄平面图

图4-8 螺母平

）将以上图形元素拉伸。如图4-10、11、12

面图

图4-9凸台平面图 4-10 螺母实体

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连杆孔加工工艺与夹具设计

图4-11 手柄 图 4-12凸台实体图

3、将螺母、手柄、凸台进行布尔并集（Union （

）倒圆角。得出手柄螺母三维实体如图所示 。

2.1.3 夹具体三维实体造型及实体造型装配图

夹具体由于结构简单、单一，根据设计参数主要通过CAD中基本三维实体的布尔并集、差集来完成。布尔运算在前面的章节中我们已经说明。为此，夹具体的三维造型过程省去，仅从不同角度给出夹具体的三维实体造型效果，如图4-13所示。

）运算，并对交接部分使用Fillet

图4-13夹具体 最终生成如图所示：

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江南大学毕业设计（论文）

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连杆孔加工工艺与夹具设计

致 谢

本论文的顺利完成，离不开冯树新老师、同学和朋友的关心和帮助，在此由衷地感谢他们指导和帮助。通过这次设计我学习到了更多有关钻夹具和孔加工工艺方面的知识，冯老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响，感谢我的班主任陈老师在设计过程中的关心， 感谢各位毕业答辩老师的审批，再次向你们致以真挚的谢意！

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江南大学毕业设计（论文）

参考文献：

黄鹤汀主编《机械制造装备》 机械工业出版社 2004年

林文焕 陈本通 编著《机床夹具设计》 国防工业出版社 1987年

（美）HIRAME.GRANT编著《夹具-非标准夹紧装置》 机械工业出版社 1985年 洛阳工学院等编 《机床夹具设计手册》（第二版） 上海科学技术出版1990年

浦林祥主编《金属切削机床夹具设计手册》（第二版） 机械工业出版社 1995 年 魏宗光主编 《Auto CAD三维造型》 机械工业出版社 2000年

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