三坐标夹具设计Word格式文档下载.doc

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Basedonthreecoordinatesmeasuringinstrumentreducerboxfixturedesign,theboxcoverclampingandpositioningprecisionisthekeyproblemfixturedesign.Basedonthelidofthefixturedesign,usingasimplemethodofmodularfixtureforclampingworkpiecepositioning,facilitatingtheboxcoverclampingworkpieceoperation.

1、前言

夹具设计是每个机械类学生须要完成的一个教学环节，是对我们所学专业知识的一个测试，也是对我们学生的一次具体的、重要的考验。

此设计密切结合高等学校的办学宗旨。

以检测我们学习和实习过程中对所学知识的掌握程度和运用水平。

同时在设计中需与同学互相帮助，一起去图书馆查阅设计所需要的一些相关资料，共同探讨设计中出现种种的问题，体现了同学之间的凝聚力，增进了同学之间的友谊，加强了与老师的知识探讨能力。

作为机械类专业的学生不能仅仅以学好课本上的理论知识而满足，如果不懂得运用，学再多的理论知识也是毫无用处的。

因此我们非常重视本次设计的机会，通过本次设计是我们各方面的能力都有所加强，对于今后的生产实习以及走上工作岗位有很大的帮助，使我们受益匪浅。

本设计不足之处，恳请老师点评、指指正。

1.1、选题的依据及意义

夹具设计是每个机械类学生必须完成的一个教学环节，是对我们所学专业的一个测试，也是对我们学生做的一次具体的、重要的考验。

机床夹具设计是工艺装备设计的一个重要组成部分。

设计质量的高低，应以能稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排削方便，操作安全简单，省力，制造、维护容易等为其衡量指标。

1.2、机床夹具的现状及发展趋势

夹具最早出现在18世纪后期。

随着科学技术的不断进步和发展，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

　　机床夹具的基本现状

　　国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批量多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。

现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。

然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；

另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3-4年就要更新50-80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10-20％左右。

特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：

　◆能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；

　◆能装夹一组具有相似性特征的工件；

　◆能适用于精密加工的高精度机床夹具；

　◆能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；

　◆采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；

◆提高机床夹具的标准化程度。

机床夹具的发展趋势

夹具是机械加工中不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

　高精　

　随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。

高精度夹具的定位孔距精度高达±

5μm，夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm，平行度高达0.01mm/500mm。

德国demmeler（戴美乐）公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差为±

0.03mm；

精密平口钳的平行度和垂直度在5μm以内；

夹具重复安装的定位精度高达±

5μm；

瑞士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达2-5μm。

机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。

诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。

高效

为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。

为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。

新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用1-2秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。

为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典3R夹具仅用1分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。

采用美国Jergens（杰金斯）公司的球锁装夹系统，1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。

模块、组合

夹具元件模块化是实现组合化的基础。

利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。

省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。

模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。

模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。

组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。

通用、经济

夹具的通用性直接影响其经济性。

采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。

德国demmeler（戴美乐）公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。

元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。

　　专家们建议组合夹具行业加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐，创建夹具专业技术网站，充分利用现代信息和网络技术，与时俱进地创新和发展夹具技术。

主动与国外夹具厂商联系，争取合资与合作，引进技术，这是改造和发展我国组合夹具行业较为行之有效的途径。

2、夹具制作的分析概述

随着科学技术的不断进步和生产的发展，国民经济各个部门要求机械工业不断提供先进的技术装备和研制新的产品品种。

在工业生产中，夹具的使用是必不可少的。

在人们的生产实践中，不仅不断地对机床加工夹具的设计方法和结构形式进行分析总结，还对批量的检测测量仪器等制作夹具。

三座标测量仪是一种使用较多的精密检测仪器，三坐标测量仪是指在一个六面体的空间范围内，能够表现出几何形状、长度及圆周、

三坐标测量仪

分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量机或三坐标量床。

三坐标测量仪又可定义“一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传递讯号，三个轴的位移测量系统（如光栅尺）经数据处理器或计算机等计算出工件的各点（x，y，z）及各项功能测量的仪器”。

三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。

简单地说,三坐标测量机就是在三个相互垂直的方向上有导向机构、测长元件、数显装置，有一个能够放置工件的工作台（大型和巨型不一定有），测头可以以手动或机动方式轻快地移动到被测点上，由读数设备和数显装置把被测点的坐标值显示出来的一种测量设备。

显然这是最简单、最原始的测量机。

有了这种测量机后，在测量容积里任意一点的坐标值都可通过读数装置和数显装置显示出来。

　　测量机的采点发讯装置是测头，在沿X，Y，Z三个轴的方向装有光栅尺和读数头。

其测量过程就是当测头接触工件并发出采点信号时，由控制系统去采集当前机床三轴坐标相对于机床原点的坐标值，再由计算机系统对数据进行处理。

　手动的由人工完成对被测长度的全部测量过程。

自动测量机由测头自动完成对被测长度的瞄准定位，由人工完成其他测量过程。

　计算机数字控制测量机除具有自动瞄准定位的功能外，还能按照预先编制好的程序自动完成全部测量和计算过程。

三坐标测量机（CMM）的测量方式通常可分为接触式测量、非接触式测量和接触与非接触并用式测量。

常用扫描方法有：

▲面片扫描（PatchScan）1.开线扫描（OpenLinearScan）；

▲闭线扫描（ClosedLinearScan）;

▲截面扫描（SectionScan）;

▲边界扫描（PerimeterScan）.

减速机箱盖为典型薄壁箱体类零部件，材质基本沿用灰口铸铁，铸件成型比较容易。

一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求：

●保证工件的加工精度

保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

●提高生产效率

专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。

●工艺性能好

专用夹具的结构应力求简单、合理、便于制造、装配、调控、检验、维修等。

●使用性能好

专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。

在客观条件允许且又经济适用的前提下、应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻劳动者的劳动强度。

●经济性好

专用夹具应尽可能使用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的造成根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析以提高夹具在生产中的经济效益。

以下是本次需要设计夹具的减速器箱盖部件图

减速机箱盖图

在减速机箱盖的检测中，需要测量的数据有垂直度，平行度，同轴度等

2.1、减速器零件图

减速器箱盖主视图及主要公差

减速器箱盖左视图

减速器箱盖的前视图及配合公差

2.2、（需要检测的工件尺寸，平面度，公差）

减速器箱盖是对箱体起保护作用的，是箱体内的轴类零部件工作时不致让油液泄露，并且保证机体工作的安全。

在箱盖与箱体的接触面需要比较高的密封性，要知道加工完的箱盖零件是否符合图纸设计的尺寸及形位公差，就需要用到三坐标测量仪等仪器来检测，而在批量检测时就需要制作一套实用的夹具来保证检测的精度和效率。

在设计夹具之前，我们从箱盖零件图的几个视图可以了解到:

◇箱盖平面A的平面度是0.025；

◇轴孔1,2,3相对平面A的位置度分别为0.6、0.012、0.012；

◇两端面相对3个轴孔的垂直度是0.05；

◇轴1轴2和轴3之间的平行度是0.025；

◇轴之间的位置公差是-0.025—+0.05，轴间的距离分别是100mm和154mm；

◇两端面间的宽度公差是-0.05—+0.05，其宽度是240mm；

◇定位销的中心在两侧的位置公差是-0.05—+0.05，其尺寸是197mm。

2.3、检测顺序。

在了解完被测工件箱盖的尺寸公差和位置公差后，为检测这些尺寸公差和位置公差就得安排好检测的顺序，这个环节是很有必要的。

首先来了解一下三坐标测量仪检测此箱盖的过程。

把工件放于工作台上固定好（假设还没装专用夹具，只是放好箱盖后固定于工作台上），手动操作机器先检测箱盖的平面A的平面度，接着就是轴1、2、3之间的平行度和分别与平面A的位置度，再测两端面与轴孔1、2、3的垂直度。

最后检测的是各轴孔、两端面间和定位孔间的尺寸公差。

这一全过程完成后会在电脑中自动保留有检测的顺序。

但是在没有给工件定位的情况下，电脑记忆的检测顺序也是没有用的数据。

所以在批量检测的前提下就又必要安装一套专用夹具来保证检测的准确性和工作的效率。

三坐标测量仪的夹具对力学性能要求不高，主要是用来固定和保证定位尺寸的，考虑到测量夹具的重复实用性、易操作性和生产的经济性，夹具的设计应尽量简单实用。

3、拟定夹具的机构方案

综上分析夹具使用机构的框架式组合夹具利用简单的平面定位和螺丝紧固等方法实现夹具的夹紧定位。

3.1、确定定位基准

三坐标测量仪夹具的关键在于定位，确定定位基准是设计的首要务。

在箱盖工件图的公差及形位尺寸中分析得知，可以先给平面A定位使平面A保持水平，再定位两端面及长度方向。

所以初步的定位基准是平面A、后端面及左侧面。

3.2、验证定位基准及进行自由度分析

在确定好定位基准后，对每个定位基准的保证是一个设计夹具的设计基础。

测量时必须让平面A朝上放置，要给平面A定位就得把工件顶起来，使平面A与夹具的定位面接触，就需要一个夹紧装置或夹紧机构。

这时的箱盖还没有被完全约束。

在箱盖的左右和前后方向可以自由移动，可以设计几个挡块来定位，实现箱盖的完全约束。

3.2.1、选择定位元件

总的来说这套夹具可以归结为组合夹具，组合夹具适用于多品种小批量生产类型，以及新产品的试制等任务。

此外对于成批生产类型的机械加工，亦可以利用组合夹具来补充专用夹具数量之不足，提高其工艺装备系数。

组合夹具可以满足各种不同几何形状的工件，在机械加工以及检验和装配中使用。

平面A的定位可以用弯压板做定位件，再配合固紧螺丝压紧箱盖，使箱盖的平面A与弯压板磨光后的工作面紧密接触。

在其他的自由度限制中由于是非移动项，只需在左边和后面放置定位挡板，就能实现箱盖推动靠边定位的情况。

3.2.2、确定定位元件的尺寸，极限偏差

在确定了定位元件后，接下来就该计算定位元件的尺寸和极限偏差了。

由于定位元件是先定位箱盖平面A的，所以先计算弯压板的高度。

在压板磨光的定位面与箱盖平面A之间需要一定的预留高度来使箱盖能顺利装夹。

在设计弯压板时，为确保压板的稳定性常将压板固定端镶入夹具底板中。

初步确定弯压板的磨光工作面与底板平面间的高度为D=180mm+5mm=185mm。

夹具压板的厚度和宽度可根据经验公式：

宽度a=8~25mm，宽度b=15~30mm。

前、后、左、右定位挡板的选择设计时，把箱盖紧靠单边就能完成定位。

做左右定位考虑的几个问题：

△箱盖左右边缘突出部位比较小，给箱盖准确定位的工件预留空间不够。

△左右定位需简单且需要有很好的操作性，用到压紧机构的可能就被排除。

△定位箱盖平满A的弯压板的磨光工作面是水平的，箱盖左右两平面与平面A的垂直度和其本身的平面度也都是有要求的，因此可以用弯压板来定位箱盖平面A的基础上做点小改动，即创建一个平面与定位A平面的磨光面垂直，同时定位箱盖的左右方向。

最后就剩下前后方向的自由度了。

夹具底板与箱盖的前后位置的空间都比较大，为了让夹具简单化还是得尽量使用非活动件来定位。

简单的说，在底板上固定几个挡板就能满足要求。

装夹时把箱盖往后推，让箱盖的后端面与挡板紧密接触。

在确定夹具某些位置精度时，必须同时考虑相应的元件尺寸。

三坐标测量仪箱盖夹具是给箱盖定位的检测夹具，其受力影响不需考虑，可以用常见的工业材料45#钢。

3.2.3、分析计算夹具的工作面定位误差

夹具的弯压板的磨光工作面的平面度可以做到0-0.005，弯压板与底板装配后水平的误差保证在-0.003-+0.003。

左右和前后的定位板是固定的，在定位时应尽量使箱盖的端面与夹具的定位面紧密接触。

这样的定位一般误差是-0.005-+0.005。

3.3、确定夹紧方式，设计夹紧机构

3.3.1、选择夹紧机构

减速器箱盖在平面A和左右、前后定位好后，只需一个夹紧机构来是箱盖定位和夹紧。

为使夹具尽量简单，操作方便，这里暂且使用辅助压板和固紧螺丝来做夹紧机构

3.3.2、确定夹紧装置的位置

夹紧装置的位置确定根据箱盖工件的外形尺寸确定

4、绘制夹具总图及夹具的技术要求

4.1、绘制夹具的零件图及总装图

4.1.1箱盖夹具的零件图

4.1.2、箱盖夹具的总装图

箱盖夹具的总装图及夹具主要零部件分布

*注、图中夹具各零部件之间的固定螺丝均未标示，具体装配位置及大小详见零件图

加速器箱盖夹具总装图

4.2、标注总装图上的尺寸、公差配合及技术要求

弯压板的磨光工作面与夹具底板的平行度小于0.005mm，两定位工作面得垂直度小于10′。

底板固定后挡板的U型槽深度尺寸和平行公差为0.005mm。

夹具所选材质为C45

5、夹具工作精度的分析计算

夹具的定位误差产生的原因有两个，即定位基准与设计基准的不重合和定位基准相对对刀基准的位置变动。

这套夹具主要是给减速器箱盖定位，进而测量箱盖的尺寸公差。

分析夹具的工作误差也就须得先研究夹具的定位误差。

定位误差是指由于定位不准而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。

对某一定位方案，经分析计算其可能产生的定位误差，只要小于有关尺寸或位置公差的1/3-1/5，一般即认为此定位方案能满足该工序的加工精度要求。

工件在夹具中的位置是由定位元件确定的，当工件上的定位表面一旦与夹具的定位元件相接触或相配合，作为一个整体的工件的位置也就确定了。

但对于一批工件来说，由于在各个工件的有关表面之间，彼此在尺寸及位置上均有着在公差范围内的差异，夹具定位元件本身和个定位元件之间也具有一定的尺寸和位置公差。

这样一来，工件虽已定位，但每个被定位的工件的某写具体表面都会有自己的位置变动量，从而造成在工序尺寸和位置要求方面的加工、测量误差。

由于箱盖是以已加工表面的精度基准定位，定位基准本身的形状精度较高。

对于一批已加工的精基准定位的工件来说，器定位基准的位置可以认为没有任何变动的可能。

此时在Z轴方向上的定位误差为：

δ定位=δ位置=0

对工序尺寸：

197±

0.05mm

其中式中：

……………定位工件厚度的公差

……………箱盖端面平面度公差

………………工件与箱盖端面最大间隙

由以上计算可知：

根据图中计算可知：

合格，可根据定位误差小于其零件公差的1/3而确定。

6、设计总结

紧张而又艰苦的毕业设计终于结束了，它是我们基础理论知识、专业理论知识等知识综合应用的实践训练，为我们即将到来的正式工作奠定了一定的理论基础。

此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来社会