机电及自动化学院专业课程综合设计说明书设计题目：星轮夹具设计姓名：学号：0811113007班级：机电1班指导老师：目录一、设计题目 (3)任务 (3)二、零件及加工工艺分析 (3)1、零件分析 (3)2、工艺分析 (4)三、夹具设计 (5)1、基本要求 (5)2、设计方案 (6)2.1定位面及定位元件的选择 (6)2.2夹紧面及夹紧元件的选择 (7)2.3钻套的选择 (7)2.4钻模板的确定 (7)2.5夹具体的确定 (8)2.6其他零件的选择 (9)3、钻削力的计算 (10)4、夹紧力的计算 (10)5、定位误差分析 (12)小结 (15)参考文献 (16)附件 (17)一、设计题目：星轮（孔3× 4）专用夹具设计设计任务：夹具总装图1张夹具零件图3张课程设计说明书1份工序图1张二、零件及加工工艺分析星轮零件图1、零件分析：星轮多应用于星轮减速器，该种类型的减速器具有传动效率高、承载能力高、结构紧凑、传动平稳、噪声低、速比范围大、传动比密宽等特点。

星轮材料为45钢，价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。

零件图如图所示。

2、工序分析：本次夹具设计所对应的工序如下所示，要求先用φ2的钻头钻通孔，再用φ4的钻头加工φ4孔。

加工工序图该孔的加工工序是工件加工工艺过程最后加工表面。

所以其它可以选作定位基准的表面基本均已加工完成。

本工序需保证的尺寸包括孔距端面的尺寸和孔轴线对已加工斜面的垂直度以及孔轴线对工件内孔的垂直度。

（1）方案一定位方法如图所示通过心轴与星轮Φ28内孔的过盈配合可以限制4个自由度，分别为X、Y的移动和转动，通过定位销对星轮Φ64端面的定位可以限制Z方向的移动。

由于Φ64端面为已加工端面，形位精度可以达到要求，因此采用对称布置的两个定位销，而不会造成过定位。

再通过一根定位销来定位绕Z轴的转动。

（2）方案二定位方法如图所示通过心轴与星轮Φ28内孔的过盈配合可以限制4个自由度，分别为X、Y的移动和转动，通过星轮Φ45端面与夹具的配合可以限制住Z方向的移动，再通过一根定位销来定位绕Z轴的转动。

由于Φ45端面为该轴段轴向长度的定位端面，以此端面为定位基准可以更好地保证所钻的孔居于铣削平面的中间位置。

综上分析，决定选用方案1的定位方法。

三、夹具设计1、基本要求(1)选择合适的定位元件、夹紧元件、导向元件以及对刀元件；(2)掌握夹具设计的基本方法和步骤；(3)根据工序卡对夹具体进行设计，并将各部件进行装配以获得专用夹具的装配图；(4)掌握各部件的设计原则，尽量采用标准件，提高夹具的通用性和经济性；(5)掌握尺寸链、夹紧力和切削力的计算。

2、设计方案由工序图可知，星轮φ2、φ4孔应选用选用立式钻床加工，由于加工要求主轴转速400r/min，所以选用Z535进行加工，为保证设计要求，并根据星轮的加工批量要求而知，应选用专用夹具。

2.1定位面及定位元件的选择心轴由于所要加工的孔对星轮主轴线有垂直度要求，所以选择孔φ28作为定位面，选择心轴作为定位元件。

另外，为保证钻孔的位置，在绕X轴的转动方向上加定位销辅助定位。

心轴如图三所示。

2.2夹紧面及夹紧元件的选择由于加工过程中工件要限制六个自由度，所以选择孔 28两端的平面作为夹紧面。

因为加工过程中需要转动被加工零件，所以心轴一端与夹具体以过盈配合形式连接，另一端用螺母锁紧。

2.3钻套的选择钻套的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜。

根据使用二点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式。

由于加工过程中需要使用直径不同的刀具，为节省时间，选择快换钻套。

2.4钻模板的确定根据加工需要，选择固定式钻模板。

如图所示2.5夹具体的确定星轮的结构特点是比较小，设计时应注意夹具体结构尺寸的大小。

夹具体的作用是将定位及夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，而且在零件的加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动，因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。

切削过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上，切屑积聚过多将影响工件可靠的定位和夹紧，因此设计夹具体时，必须考虑其结构应便于排屑。

由于铸造夹具体能够铸出各种复杂形状，工艺性好，并且具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，所以夹具体的材料一般采用铸铁，这里选择HT200。

夹具体如图四所示。

夹具体2.6其他零件的选择为了节省零件的加工时间，减少夹具的成本，在同样的情况下采用国标零件，减少因为专用零件的开发要花费很多时间以及成本：螺母、垫圈、螺钉、螺栓、定位销等零件采用国标零件。

综上所述，设计夹具总装配图如图五所示。

其中：定位销与夹具体连接部分之间的配合为过盈配合；套筒与夹具体之间的配合为过盈配合；心轴与工件之间的配合为间隙配合。

综上所述，夹具装配图可设计如图五所示：夹具装配图3、钻削力的计算刀具：选用不易磨损的硬质合金麻花钻YG8。

钻φ2孔：钻削进给力为f f F f F f F y z F f K f d C F ==410×2.12×75.01.0×1.03=172.53N转矩为ccM c M M y z c K f d M 120= =120×2.22×8.01.0×1.03=90.01N钻φ4孔：钻削进给力为f f F f F f F y z F f K f d C F ==410×2.14×75.05.0×1.03=1325.32N转矩为ccM c M M y z c K f d M 120= =120×2.24×8.05.0×1.03=1498.74N4、夹紧力的计算计算夹紧力是一个很复杂的问题，一般只能粗略地估算。

因为在加工过程中，工件受到切削力、重力、冲击力、离心力和惯性力等的作用，从理论上讲，夹紧力的作用效果必须与上述作用力（矩）相平衡。

但是在不同条件下，上述作用力在平衡系中对工件所起的作用是各不相同的。

为了简化夹紧力的计算，通常假设工艺系统是刚性的，切削过程是稳定的。

在这些假设条件下根据切削力实验计算公式求出切削力，然后找出加工过程中最不利的瞬时状态，按静力学原理求出夹紧力的大小。

夹紧力计算公式为计KF F j式中 j F ——在最不利条件下由静力平衡计算出的夹紧力计F ——实际需要的夹紧力K ——安全系数，一般取K=1.5-3所以钻削过程中，在最不利条件下由静力平衡计算出的夹紧力j F =2×1325.32N=2650.64N在许多情况下，并不是由夹具的定位支承机构或夹紧机构本身直接承受工件所受切削力，而是由工件在紧急状态下，工件与定位支承机构及夹紧机构之间所产生的摩擦力来防止工件产生平移或转动，因此在确定夹紧力时，需要考虑各种接触表面之间的摩擦系数。

摩擦系数主要取决于工件和支承件，压板之间的接触形式： 1f——工件和支承件之间的摩擦系数；2f ——工件和压板之间的摩擦系数； 查表得1f =0.2，2f =0.7在加工过程中，由于工艺的不同，工件材质和加工余量的不同以及刀具钝化等因素的影响，欲准确地确定所需夹紧力是很困难的。

因此，为了夹紧可靠，必须将计算所得的切削力乘以安全系数作为实际所需的夹紧力。

安全系数：K=1K ×2K ×3K ×4K式中， 1K ——基本安全系数2K ——加工状态系数3K ——刀具钝化系数4K ——切削特点系数查得1K =1.2，2K =1.2，3K =1.2，4K =1K=1.2×1.2×1.2×1=1.728夹紧机构所能提供的夹紧力为N f f F K W J K 23.50897.02.064.2650728.121=+⨯=+•=>j F = 2650.64N切削力小于夹紧力，所以该夹紧装置可用。

5、定位误差分析一批工件依次在夹具中进行定位时，由于工序基准的变动对加工表面尺寸所造成的极限值之差称为定位误差。

产生定位误差的原因是工序基准与定位基准不相重合或工序基准自身在位置上发生偏移或位移所引起的。

用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹具有关的因素有：定位误差ΔP 、对刀误差ΔT 、夹具在机床上的安装误差ΔA 和夹具误差ΔE ，在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差ΔG 。

上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差∑Δ。

（1）定位误差ΔP在本设计中，由于定位基准和工序基准是重合的，所以基准不重合误差为0。

当支承面即工件底面对夹具的安装基准（底面）有平行度误差及支承面对夹具的对刀基准（钻套轴线）有位置误差，被加工孔的定位误差为移动误差： J L L 1δ='∆JL L 22δ='∆ J L L 33δ='∆ 转动误差： φ∆='∆H L 1φ∆="∆H L 2γ∆="∆H L 3故定位误差为φδ∆+="∆+'∆=∆H L L L L J DW 1111）（ ϕδ∆+="∆+'∆=∆H L L L L J DW 2222）（γδ∆+="∆+'∆=∆H L L L L J DW 3333）（按标注的测量尺寸：14.007.0321=±===J J J L L L δδδ10005.0=∆=∆=∆γϕφ将上述数值代入定位误差计算公式，则得：m m 19.010005.010014.01=⨯+=∆）（L DWm m 19.010005.010014.02=⨯+=∆）（L DWm m 19.010005.010014.03=⨯+=∆）（L DW（2）对刀误差ΔT因为刀具相对于对刀或导向装置不精确造成的加工误差，称为对刀误差。

本工序中麻花钻是采用模板进行导向，钻孔时导向误差计算公式为： lb h d d p me d d K d d K L +-±±-±-±'∂±)(221123 即得导向误差04.0202.0=⨯=∆T mm（3）夹具在机床上的安装误差ΔA因为夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。

一般取：Δ水A=0.02mm Δ垂A=0mm（4）夹具误差ΔE因夹具上定位元件，对刀或导向元件及安装基面三者之间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差，夹具误差大小取决于夹具零件的加工精度的夹具装配时的调整和修配精度。

一般取ΔE=0.04mm 。

（5）加工方法误差ΔG因机床精度，刀具精度，刀具与机床的位置精度，工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差，因该项误差影响因素很多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的1/3。