第2章 偏心轴钻孔夹具设计
2.1设计要求
为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本夹具将用于Z525钻床。成批生产，任务为设计一偏心轴钻孔φ5孔。
本夹具无严格的技术要求，因此，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，精度不是主要考虑的问题。
2.2夹具设计
2.2.1 定位基准的选择
为了提高加工效率及方便加工，决定材料使用高速钢，用于对进行加工，准备采用手动夹紧。
由零件图可知：进行加工前，外圆面进行了粗、精铣加工，进行了粗、精加工。因此，定位、夹紧方案有：
方案Ⅰ：选外圆面平面、和侧面和V型块定位夹紧方式用操作简单，通用性较强的螺旋压块来夹紧。
为了使定位误差达到要求的范围之内，这种定位在结构上简单易操作。
2.2.2 切削力及夹紧力的计算
钻该孔时选用：钻床Z525，刀具用高速钢刀具。 由参考文献[5]查表1?2?7可得：
切削力公式：Ff?667D1.2f0.7KP 式中 D?5mm f?0.22mm/r 查表1?2?8得：Kp?(?b736)0.75
其中：?b?0.6 Kp?0.0048
即：Ff?955.08(N)
实际所需夹紧力：由参考文献[5]表1?2?12得：
WK?F?K
?1??2 有：?1?0.7,?2?0.16 安全系数K可按下式计算有：
K?K0K1K2K3K4K5K6
式中：K0~K6为各种因素的安全系数，见参考文献[5]表1?2?1 可得：
K?1.2?1.0?1.0?1.0?1.3?1.0?1.0?1.56 所以 WK?K?Ff?955.08?1.56?1489.92(N)
根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即：
WK?K?F 安全系数K可按下式计算：
K?K0K1K2K3K4K5K6
式中：K0~K6为各种因素的安全系数，查参考文献[5]1～2～1可知其公式参数：
K1?1.0,K2?1.0,,K3?1.0,K4?1.3,K5?1.0,K6?1.0.
由此可得： K?1.2?1.0?1.0?1.0?1.3?1.0?1.0?1.56
所以 WK?K?F?836.24?1.56?1304.53(N) 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。
夹紧力的确定 夹紧力方向的确定
夹紧力应朝向主要的定位基面。
夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。 (1)
夹紧力作用点的选择
a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。
b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。
c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。 (3)夹紧力大小的估算
理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。
估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。
估算的步骤：
a.建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程：FJ理=Ф (FP)。
b.实际需要的夹紧力FJ需，应考虑安全系数，FJ需=KFJ理。 c.校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件：FJ>FJ需。
夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。
仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。
夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。
一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。
考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。
螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。
螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此
他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。
典型的螺旋夹紧机构的特点： （1）结构简单； （2）扩力比大； （3）自琐性能好； （4）行程不受限制； （5）夹紧动作慢。
夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此套夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。
工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。
查参考文献[5]1～2～26可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：
W0?QL??tg?1??ztg(???2)式中参数由参考文献[5]可查得：
???6.22 rz?2.76 ?1?90? ?2?9?50? ??2?29'
螺旋夹紧力：W0?4748.2(N)
?该夹具采用夹紧机构， 由上述计算易得： WK??WK
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。
2.3定位误差的分析
为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。
?j??w??g
与机床夹具有关的加工误差?j，一般可用下式表示：
?j??W?Z??D?A??D?W??j?j??j?M
⑴定位误差 ：
?D?W??D1??d1??1min
?J.W?arctg其中：
?D??d??1min??D??d??2min11222L
?D1?0.052mm，?D2?0mm
?d1?0.011mm，?d2?0.023mm
?1min?0mm，?2min?0.034mm
⑵ 夹紧误差 ：?j?j?(ymax?ymin)cos? 其中接触变形位移值：
?y?(kRaZRaZ?kHBN?c1)(Z)n HB19.62l查[5]表1～2～15有KRaz?0.004,KHB??0.0016,C1?0.412,n?0.7。
?j?j??ycos??0.0028mm
⑶ 磨损造成的加工误差：?j?M通常不超过0.005mm ⑷ 夹具相对刀具位置误差：?D?A取0.01mm 误差总和：?j??w?0.085mm?0.3mm
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。
2.4夹具设计及操作的简要说明