4 设计
4.1设计任务
（1）加工工件零件图如图4-1所示（见零件图），完成设计钻、扩、较杠杆Φ10H9孔和Φ11孔的钻床夹具。
（2）生产类型：中批量生产。
（3）毛胚：模锻件。
模锻是利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法.模锻与自由锻相比,具有生产率高,锻件外形复杂,尺寸精度高,表面粗糙度值小,加工余量小等优点,但模锻件质量受设备能力的限制一般不超过150kg,锻模制造成本高.模锻适合中小锻件的大批量生产.模锻方法较多,常用的有锤上模锻.
（4）工艺内容湎认扯嗣,后完成钻、扩、较Φ10H9孔和Φ11孔，工序如图4-2所示。该工序所用设备为Z525立式钻床。
图4—2
（5）工序的加工要求：Φ10H9孔和Φ28H7孔的中心距为（80±0.20）mm；平行度允差Φ0.30mm；Φ11孔与Φ28H7孔中心距为（15±0.25）mm。
4.2 设计方法和步骤
1.夹具类型的确定
由设计任务及条件可知,工件的外形轮廓尺寸小,重量轻,加工要求不高,生产批量不大.因此,设计的夹具不宜复杂,在保证质量和提高生产率的前提下,尽量简化结,做到经济合理.根据被加工部位的分布情况,拟采用翻转式钻夹具(快换钻套).
2.定位装置的设计
(1)确定定位方案
根据工件结构特点,其定位方案有两种:
方案一:如图4-3所示,以Φ28H7孔及一组合面(K面与Φ10H9下端面组合)为定位面,限制工件的五个自由度,以Ф10H9孔端外缘毛胚一侧为防转定位面,限制工件Z自由度.该方案由于尺寸88MM的公差大,定位不稳定,定位误差大.
方案二:如图4-4所示,以孔Ф28H7及端面K定位,限制工件5个自由度,以Ф11孔外缘定位,限制Z自由度.为增强刚性,在Ф10H9孔下端,增设一辅助支承.由于定位精度未受尺寸88MM的影响,定位误差小.
比较上述两个方案,方案二为最佳方案.
图4-3 方案一
图4-4 方案二
(2)选择定位元件
1)选用带台阶面的定位销,作为Ф28H7孔及其端面定位的定位元件(见夹具总图4-8).其结构和尺寸按要求确定.
2)以Ф10H9孔端面外缘定位,采用的定位元件有两种形式(如图4-5所示):
①选用可调支承钉作为以Ф10H9孔外缘定位的定位元件,其结构和尺寸按表3-19和表3-20确定,它可限制Z自由度.该方案可克服毛胚精度对定位精度的影响,在使用过程中根据每批毛胚的精度进行调整,结构如图4-5(a)所示.
②采用移动Ｖ形块为定位元件,如图4-5(b)所示,限制了Z自由度,其定位精度不受毛胚精度的影响,但受夹具结构限制,并且结构复杂,布局较难.Ｖ形块除定位作用外,还有夹紧作用,根据本工件的结构特点,易引起工件的变形.
比较上述两种形式,确定采用第一种形式.
图4-5 定位件的选择
(3)定位误差分析计算
1)加工Ф10H9,要求保证中心距尺寸(80±0.20)mm及两孔轴线平行度0.30mm.
①计算中心距尺寸(80±0.20)mm定位误差△ο为
△ο=△B+△ν
由图4-4可知,△B=0
基准位移误差△ν等于定位销与定位孔的最大间隙值Xmax,销孔配合代号为Ф28H7,Ф28H7为Ф28,Ф28g6为Ф28 .
于是 Xmax=Dmax-dmin=28.021—27.98=0.041（mm）
△D=△Y=Xmax=0.041（mm)
其中：δG=0.4mm
△D允=1/3δG=0.13（mm)
则 △D∠△D允
该定位方案满足要求。
②计算Φ10H9与Φ28H7两孔轴线的平行度定位误差。
同理 △D=△B+△Y，△B=0
由基准位位移误差定义可知 △Y=△1+△2
△1是定位销圆柱部分与台阶面的垂直度误差。由于此两表面是在一次安装中加工出的，其误差很小，也是可忽略不计△2=0。
因此 △D=△B+△Y=0
定位误差的允许值△D允=1/3δG=1/3*0.3=0.10（mm)
显然 △D〈△D允
因而该定位方案也能满足两侵嵯咂叫卸0.3mm的加工要求。
2）加工Φ11孔，要求保证孔距尺寸（12±0.25）mm的定位精度。
同理 △D=△B+△Y，△B=0
而△Y与加工Φ10H9孔时相同，只是方向沿加工尺寸15mm方向。
△D=△Y=0.41（mm)
其中：δG=0.5mm
△D允=1/3δG=1/3*0.5=.0.167(mm)
显然 △D〈△D允
该定位方案满足要求。
由于上分析可知，该定位方案与定位装置是可行的。
4.3 夹紧装置的设计
1.夹紧机构
根据生产类型，此夹具的夹紧机构不宜复杂，采用螺旋夹紧方式。螺栓直径暂用M12，为缩短装卸工件的时间，采用开口垫圈。
2.夹紧力的计算
（1）加工Φ10H9时受力分析如图4—6所示，加工时，钻削轴向力F与夹紧力F1同向，作用在定位支承上，而钻削扭距T1则有使工件紧靠于可调支承之势，所用钻头直径小，切削力矩不大。因此，对加工此孔跛担夹紧是可靠的，不必进行夹紧力校核。
图4-6 加工Φ10H9孔时工件受力图
图4-7 加工Φ11孔时工件受力图
（2）加工Φ11孔时受力分析如图4—7所示，加工时，钻削轴向力F有使工件绕O点旋转的趋势，而钻削扭矩T2又有使工件翻转的趋势，为防止上述两种趋势的发生，夹具的夹紧机构具有足够的夹紧力和摩檫力矩，为此需进行夹紧的校核。
1）钻削轴向力F
F=9.81Cd
设f=0.25mm，已知d0=11mm其余参数查文献[5]得：
F=9.81×61.2×11×0.250.7×0.866=2167.15（N）
2）钻削力距T2
T=9.81=9.81×0.0311×11×0.25×0.866=9.866（N·m）
3）使工件转动的转距T3和使工件翻转的力距M0
由图4-7知
T3=FL
M0=F0L1
式中：F0为翻转力，F0=T2/L1，L1为翻转力臂，L1=L=d0/2—D0/2
得T3=FL=2167.15×0.015=32.51（N·m）
M0=F0L1=9.866/0.011（0.015+0.011/2-0.040/2）=0.48（N·m）
4）防转夹紧力F3和防转夹紧力F3
根据力学平衡原理，由图4-7知：
F3fr+2Fnfr≥KT3 F3D/2≥FM0
其中，r为当量摩檫半径，查>3-3得：
r=1/3(D1-D3/D1-D)=1/3(0.04-0.028/0.04-0.028)=0.018(mm)
得
F3=KT3/2rf=1.5×32.51/2×0.018×0.15=9.30.56(N)
F3=2KM0/D=2×1.5×0.48/0.028=51.42(N)
5)夹紧机构产生的夹紧为F3。
根据初步选用螺栓直径为M12mm,由参考文献[9]查得，采用M12的螺栓十，许用夹紧力F3=5800N。F3〈F3”，显然M12螺栓无法满足要求。现改用M16螺栓，许用夹紧力F3=10500N，F3〉F3”。M16螺栓可满足夹紧要求，同时，M16螺母的最大直径也小于定位孔Φ28H7的尺寸，不妨碍工件的装卸。
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