杠杆零件夹具设计2.docx

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杠杆零件夹具设计2

目录

前言1

第1章夹具设计任务2

1.1设计任务2

1.2孔的加工要求2

1.3零件的材料2

1.4零件的生产类型及加工要求2

第2章　夹具的设计3

2.1夹具类型的确定3

2.2定位装置的设计3

2.2.1确定定位方案3

2.2.2选择定位元件5

2.3夹紧装置的设计7

2.3.1夹紧机构7

2.3.2夹紧力的计算7

2.4导向装置的设计及其他装置结构、夹具体的确定7

2.4.1加工Ø28H7mm孔导向装置的确定7

2.4.3其他装置的确定7

第3章　绘制夹具结构图9

第4章　确定夹具技术要求的有关尺寸、公差配合10

4.1技术要求10

4.2公差配合10

4.3夹具精度分析与计算10

参考文献12

前言

不论是传统制造系统还是现代制造系统，夹具都是非常重要的。

在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工或者检测的装置都可以称为夹具。

例如:

焊接过程中用的焊接夹具，检验过程中用的检验夹具，机械加工过程中用的机床夹具等。

夹具对于加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响。

花费在夹具设计和制造的时间不论是在改进现有产品或者开发新产品中，在生产周期中都占有较大的比重。

所以，在制造业中非常重视对夹具的研究。

夹具是由一套预先制造好的各种不同形状、不同尺寸、不同功能的系列化、标准化元件组装而成的。

因此夹具具有通用性和专用性双重性质，即组成夹具的元件是通用性的元件，而一旦组装成成套夹具即为专用夹具。

组合夹具机构灵活多变，元件长期重复使用，因此，其元件比其它类型的夹具元件要求具有高精度，高强度，高硬度，耐磨性高等优点，单个元件功能多样，并有完全互换性。

产品制造环节的柔性化的着眼点主要是在机床和工装两个方面，而夹具又是工装柔性化的重点。

夹具能保证工件在规定的坐标位置上准确定位和牢固的夹紧，也就是说能保证工件相对于机床坐标原点具有准确和稳定可靠的坐标位置。

这种夹具具有较高的刚度和精度，在粗加工时能承受较大的切削用量，以充分发挥数控、加工中心机床的生产能力;在精加工时能更好的保证工件定位基准和加工表面的位置精度;还能根据数控、加工中心机床的要求保证夹具应允许刀具接近尽可能更多的被加工表面甚至于全部被加工表面，可以减少机床的停机时间:

在夹具上还能一次装夹多个工件同时一次加工，可以减少夹具、刀具、工件系统的调整时间；还能减少刀具的更换次数和刀具的调整时间，更好的发挥数控、加工中心机床的高效性能。

夹具元件可以通过组装、使用、好的发挥数控、加工中心机床的高效性能。

夹具元件可以通过组装、使用。

夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的5%-20%。

本次对夹具的设计就是为了更好的掌握夹具跟我制造带来的好处，以及对夹具有更好的认识！

第1章夹具设计任务

1.1设计任务

杠杆零件，零件的结构比较复杂，尺寸较小，形状比较复杂。

加工Ø28这个孔之前Ø10H9孔及Ø28H7孔两端面已加工完成，且此孔已经加工到Ø27.2mm。

要求用立式镗床加工Ø28H7这个孔，零件如图1-1所示。

图1-1杠杆零件图

1.2孔的加工要求

加工Ø28H7mm孔的加工要求：

Ø28H7mm孔的端面，尺寸为

mm的端面与尺寸为Ø28H7mm的孔有垂直度要求，垂直度误差为0.03mm；Ø10H9孔和Ø28H7孔的中心距为（80±0.20）mm。

1.3零件的材料

毛坯：

模锻件。

1.4零件的生产类型及加工要求

零件的生产类型为中批量生产。

因此需要设计专用夹具来提高生产效率。

第2章夹具的设计

2.1夹具类型的确定

由于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，尽量简化结构，做到经济合理。

可用镗套提高精度。

2.2定位装置的设计

2.2.1确定定位方案

1.定位原理

在机床上加工工件时，要使工件的各个被加工面的尺寸及位置精度满足工件图或者工艺文件所规定的要求，就必须在切削加工前使工件在机床夹具中占有一个确定的位置，使其相对于刀具的切削运动具有正确的位置，这个确定工件位置的过程我们称为定位。

这是定位方案设计的主要任务。

2.定位基准

为了保证工件上各个加工表面之间或者对其它加工表面的位置精度，工件在机械加工时，必须安放在机床板的一个固定位置上。

任何一个零件都是由若干几何表面所组成，这些表面之间根据零件设计的技术要求，广泛存在距离尺寸和角度位置的要求。

工艺文件中所谓的基准，就是指零件图上某些点、线、面的位置，可以用它们来确定某些点、线、面的位置。

根据这些基准的作用和性质，可以分为设计基准和工艺基准两类。

设计基准通常指零件图样上标注尺寸的起点。

工艺基准又分为工序基准、定位基准、测量基准等。

定位基准的选择是否合理，将直接影响到夹具结果的复杂程度以及工件的加工精度。

因此，在选择定位基准时应进行多种方案的分析比较。

选择定位基准时，应重点考虑如何减少误差，提高精度，也要考虑安装的方便性、准确性和可靠性。

定位基准的选择分为粗基准和精基准的选择两种，下面分别介绍。

（1）粗基准的选择。

粗基准是用没有加工的表面作为定位基准，选择粗基准时应考虑以下原则:

1）保证加工表面与不加工表面之间的相对要求，应选择不加工表面作为粗基准，特别是选择与加工表面有紧密联系的表面作为粗基准;

2）若加工表面较多，选择粗基准时，应合理分配各加工表面的加工余量；

3）选择作为粗加工基准的表面，应平整、光洁，以便定位准确，夹紧可靠；

4）因为粗基准的定位误差较大，一般粗基准只能使用一次。

（2）精基准的选择。

精基准是己经加工过的表面作为定位基准。

一般应遵循下列原则:

1）选择零件的设计基准作为精基准，也就是“基准重合”原则，这样可以避免因基准不重合而引起的基准不重合误差;

2）能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各个表面对基准的位置精度，这就是“基准统一”原则;

3）获得均匀的加工余量或使加工表面间有较高的位置精度，有时可以采取互为基准反复加工的原则;

4）有的精加工工序要求加工余量小，或垂直度要求高，为了保证加工质量和提高生产率，应选择加工面本身作为定位基准。

以上的选择原则，有时是互相矛盾的，在选择的时候要综合考虑。

在保证工件加工要求的前提下，尽量使夹具结构简单，工件稳定性好。

3.根据工件结构特点，其定位方案有两种：

方案一：

（如图2-1所示），以Ø10H9mm孔及一组合面（K面与Ø28H7mm孔下端面组合）为定位面，以限制五个自由度（

，

，

，

，

），以Ø28H7mm孔端外缘毛坯一侧为防转定位面，以限制工件自由度。

该方案由于

mm的公差大，定位不稳定，定位误差较大。

图2-1定位方案一

方案二：

（如图2-2所示），以孔Ø10H9mm及端面K定位，限制工件五个自由度（

，

，

，

，

），以孔Ø28H7mm孔外缘定位，限制工件

自由度。

由于定位精未受尺寸88mm的影响，定位误差较小。

比较上述两个方案，方案二为最佳方案。

图2-2定位方案二

2.2.2选择定位元件

（1）选用带台阶面的定位销，作为Ø28H7mm孔及其端面定位的定位元件（见夹具总图4-1）.其结构和尺寸按要求确定。

（2）以Ø28H7mm孔外缘定位，采用可调支承钉。

选用可调支承钉作为以Ø28H7mm外缘定位的定位元件，它可限制Z自由度.该方案可克服毛坯精度对定位精度的影响，在使用过程中根据每批毛坯的精度进行调整，结构如图2-3所示。

（3）定位误差的分析计算

加工Ø28H7mm，要求保证中心距尺寸（80±0.20）mm及尺寸为

mm的端面与尺寸为Ø28H7mm的孔有垂直度要求，垂直度误差为0.03mm。

图2-3定位件的选择

a）计算中心距（80±0.20）mm定位误差

为：

；

由图1-1可知，

mm。

基准定位

等于定位销与定位孔的最大间隙

采用一般精度配合，销孔配合代号为Ø

mm,Ø10H7mm为Ø

mm，以Ø10g6mm为Ø

mm。

于是

其中：

；

。

则

。

该定位方案满足要求。

b）计算尺寸为

mm的端面与尺寸为Ø28H7mm的孔有垂直度要求，垂直度误差为0.03mm。

同理

mm，

。

是工件定位孔Ø28H7mm与定位面K间的垂直度误差，而Ø28H7mm孔与定位面K也是在一次安装中加工出的，其误差很小，也可以忽略不计

=0mm。

因

mm。

定位误差的允许值

；

显然

。

因此该定位方案也能满足垂直度0.030mm的加工要求。

2.3夹紧装置的设计

2.3.1夹紧机构

根据生产类型，此夹具的夹紧机构不宜复杂，采用压盘压紧.螺杆直径用M8mm，如装配图4-1所示。

2.3.2夹紧力的计算

加工Ø28H7mm时受力分析如图2-4所示，加工时，镗杆轴向力F与夹紧力F1同向，作用在定位支承上，而镗杆扭矩T1则有使工件紧靠于可调支承之势，所用镗杆直径不大，切削力矩不大。

因此，对加工此孔来说，夹紧是可靠的，不必进行夹紧力校核。

图2-4加工Ø28H7mm孔时工件受力图

2.4导向装置的设计及其他装置结构、夹具体的确定

2.4.1加工Ø28H7mm孔导向装置的确定

为达到Ø28H7要求，先粗镗让后精镗。

现选用可换镗套及与这相适应的衬套，它们的主要尺寸和结构由可换镗套（GB/T2266-1991）和镗套用衬套（GB/T2267-1991）选取。

具体尺寸如表2.1所示。

可换镗套的技术要求：

（1）材料：

20钢，HT200按GB/T2266。

（2）热处理：

20钢热处理渗碳深度0.8-1.2mm，HT200粗加工后进行时效处理。

d的公差带为H7时，t=0.10mm，d的公差带为H6时，当D〈85mm，t=0.005mm；D〉85mm，t=0.010mm，油槽锐角磨后倒钝。

表2.1镗套及衬套尺寸

名称

内径d（mm）

外径D（mm）

镗套

衬套

衬套的技术要求：

（1）材料：

20钢，GB/T2267；

（2）热处理：

渗碳深度为0.8～1.2mm，58～64HRC。

d的公差带为H7时，t=0.010mm，d的公差带为H6时，当D〈52mm，t=0.005mm；当D〉52mm，t=0.010。

此处按方案二需要加一辅助支承，采用六角头调节支承（GB2227-1991），由于Ø28H7mm外表面不需要加工，表面并不光整，尺寸具有很大的误差，而此六角调节支承钉有调节功能，能方便地消除Ø28H7mm表面尺寸引起的加工误差。

六角头调节支承的技术要求：

（1）材料：

45钢，按GB/T2259规定。

（2）热处理：

全部HRC40～55HRC。

为保证排屑，镗套端面至加工面间的距离取10mm。

2.4.2其他装置的确定

为了便于夹具的制造和维修，支架与底座要分开。

支架在底座上安装要稳固，必须用两定位销定位，用螺钉紧固。

第3章绘制夹具结构图

夹具总体设计中最后完成的主要元件是夹具体。

夹具体是夹具的骨架和基础。

组成夹具的各种元件、机构、装置都要安装在夹具体上。

在加工过程中，它还要承受切削力、夹紧力、惯性力及由此产生的振动和冲击。

所以，夹具体是夹具中一个设计、制造劳动量大，耗费材料多，加工要求高的零部件。

在设计夹具体时就满足以下一些基本要求：

（1）力求结构简单、重量轻。

夹具体的外形一般尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面的相互位置精度要求高，应特别注意其结构工艺性。

同时，在满足刚度及强度的前提下，尽可能减轻重量、缩小体积。

（2）在机床上安装应稳定可靠。

对于固定在机床上的夹具应使其重心尽量低；对于不固定在机床上的夹具，则其重心和切削力作用点，应落在夹具体的支承范围内，重心越高夹具支承面积越大。

为了使夹具安装稳定可靠，夹具体底面中部通常挖空。

对于大型夹具，在夹具体上应设置吊环螺栓或起重孔，以便于吊运。

夹具总装三维图如图3-1所示。

图3-1夹具体三维总装图

第4章确定夹具技术要求的有关尺寸、公差配合

4.1技术要求

（1）定位元件与夹具底面的垂直度误差允许值在全长上为0.03mm。

（2）导向元件与夹具底面的垂直度误差允许值在全长上为0.05mm。

（3）导向元件（件11）与夹具底面（F）的平行度误差允许值为0.005mm。

4.2公差配合

Ø28H7mm孔镗套、衬套、支架内孔之间的配合代号及精度分别为：

粗镗时，Ø

mm（衬套——支架）Ø

mm（镗套——衬套）

精镗时，Ø

mm（衬套——支架）Ø

mm（镗套——衬套）

其余部件的公差配合代号及精度如图4-1所示。

4.3夹具精度分析与计算

由图1-1可知，所设计夹具需保证的加工要求有：

Ø28H7mm孔的端面，尺寸为

mm的端面与尺寸为Ø28H7mm的孔有垂直度要求，垂直度误差为0.03mm；Ø10H9孔和Ø28H7孔的中心距为（80±0.20）mm。

其余各项精度要求分别验算如下：

（1）尺寸（80±0.2）mm；

定位误差

，由前计算已知

=0.020mm；

定位元件对底面的垂直度误差

=0.03mm；

镗套与衬套间的最大配合间隙

=0.025mm；

镗套孔的距离公差

=0.021mm；

镗套轴线对底面（F）的垂直度误差

=0.05mm；

由式

=

=0.070<

（mm）

因而夹具能保证尺寸这项要求。

（2）同理可完成Ø10H9mm孔轴线对Ø28H7mm孔轴线的平行度误差0.30mm的精度校核，总装配图如图4-1所示。

图4-1夹具体总装图

参考文献

[1]李云主编.机械制造工艺及设备设计指导手册.北京：

机械工业出版社，1997

[2]机械制造技术课程设计（第二版）/吴雄彪主编.-杭州：

浙江大学出版社，2004.12

[3]互换性与技术测量/周玉凤,杜向阳主编.-北京：

清华大学出版社，2008.12

[4]机械制造技术基础/卢秉恒主编.-3版.-北京：

机械工业出版社，2007.12

[5]机械课程设计手册/吴宗泽，罗圣国主编.-3版.-北京：

高等教育出版社，2006.5