夹具设计毕业论文.doc

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机床夹具毕业论文

【摘要】

制造业中广泛应用的夹具，是产品制造各工艺阶段中十分重要的工艺装备之一，生产中所使用夹具的质量、工作效率，及夹具使用的可靠性，都对产品的加工质量及生产效率有着决定性的影响。

首先对夹具的概念进行了解，再进行机床夹具的设计，从定位到误差分析再到确保加工精度，然后计算出加紧力确定加紧点位数等细节计算。

【关键词】定位；加工精度；定位点；夹紧力。

1机床夹具概述

1.1工件装夹与夹具

一、工件装夹的概念．

在机床上对工件进行加工时，为了保证加工寿面相对其它表面的尺寸和位置精度，首先需要使工件在机床上占有准确的位置，井在加工过程中能承受各种力的作用而始终保持这一准确位置不变。

前者称为工件酌定位，后者称为工件的夹紧，这一整个过程统称为工件的装夹。

在机床上装夹工件所使用的工艺装备称为机床夹具（以下简称夹具）。

工件的装夹，可根据工件加工的不同技术要求，采取先定位后夹紧或在夹紧过程中同时实现定位两种方式，其目的都是为了保证工件在加工时相对刀具及切削成形运动（通常由机床所提供）具有准确的位置。

例如在牛头刨床上加工一槽宽尺寸为B的通槽，若此通槽只对A面有尺寸和平行度要求时（图1-1a），可采用先定位后夹紧装夹的方式；若此通槽对左右侧两面有对称度要求时（图1—lb），则要求采用在夹紧过程中实现定位的对中装夹方式。

二、工件装夹的方法

在机床上对工件进行加工时，根据工件的加工精度要求和加工批量的不同，可采用如下两种装夹方法：

、

（一）找正装夹法——即通过对工件上有关表面或划线的找正，最后确定工件加工时应具有准确位置的装夹方法。

（二）夹具装夹法——即通过安装在机床上的夹具对工件的定位和夹紧，最后确定工件加工时应具有准确位置的装夹方法。

由于夹具装夹法的装夹效率高、操作简便和易于保证加工精度，故多在成批或大量生产中采用。

三、用夹具装夹时保证工件加工精度的条件

采用夹具装夹法对工件进行加工时，为了保证工件加工表面相对其它有关表面的尺寸和位置精度，必须满足下述三个条件：

（一）工件在夹具中占据一定的位置；

（二）夹具在机床上保持一定的位置；

〔三）夹具相对刀具保持一定的位置。

四、夹具的组成

虽然加工工件的形状、技术要求不同，所使用的机床不同，在加工时所使用的夹具大多由以下五个部分组成：

（一）定位元件及定位装置

在夹具中确定工件位置的一些元件称为定位元件，如支承板、支承钉

及定位轴、键等。

它们的作用是使一批工件在夹具中占有同一位置，只要将工件的定位基面与夹具上的定位元件相接触或相配合，就可以使工件定位。

有些夹具还采用由一些零件组成的定位装置对工件进行定位。

（二）夹紧装置

在夹具中由动力装置（如气缸、油缸等）、中间传力机构（如杠杆、螺纹传动副、斜楔、凸轮等）和夹紧元件（如卡爪、压扳、压块等）组成的装置称为夹紧装置。

它们的作用是用以保持工件在夹具中已确定的位置，并承受加工过程中各种力的作用而不发生任何变化。

（三）对刀及导引元件“

在夹具中，用来确定加工时所使用刀具位置的元件称为对刀及导引元件，如钻套及对刀块等。

它们的作用具用来确定夹具相对刀具（如铣刀、刨刀等）的位置，或引导刀具（如孔加工用的钻头、扩孔钻，铰刀及捏刀等）的方向。

1.2夹具的分类

机床夹具的种类很多，可按夹具的应用范围分类，也可按所使用的动力源进行分类。

一、按夹具的应用范围分类、

（一）通用夹具

通用夹具是指在一般通用机床上所附有的一些使用性能较广泛的夹具，如车、磨床上的三爪和四爪卡盘、顶针和鸡心夹头，铣、刨床上的平口钳、分度头和回转工作台等。

它仍在使用上有很大的通用性，往往无需调整或稍加调整（包括配换个别零件）就可用于装夹不同的工件。

这类夹具一般已标准化．并由专业工厂生产作为机床附件供用户使用。

通用夹具主要用于单件和中、少批生产、装夹形状比较简单和加工精度要求不太高的工件。

在大批、大量生产中，对形状复杂或加工精度要求较高的工件，往往由于操作麻烦和装夹效率低而很少采用这类夹具。

（二）专用夹具

专用夹具是指专门为某一种工件的某一工序设计的夹具。

此类夹具一般不考虑通用性，以便使夹具设计格结构简单、紧凑、操作迅速和维修方便；专用夹具通常由使用厂根据工件的加工要求自行设计与制造，生产准备周期较长。

当生产的产品或零件工艺过程变更时，往往无法继续使用，故此类夹具只适于在产品固定和工艺过程稳定的大批量生产中使用。

（三）成组夹具

在生产中，有时由于加工批量较小。

为每种零件都分别设计专用夹具很不经济，而使用通用夹具又往往不能满足加工精度和生产率的要求，故采用成组加工工艺，并根据组内的典型代表零件设计成组夹具。

这类夹具在使用时，只需对夹具上的部分定位、夹紧元件等进行调整或更换，就可用于组内不同工件的加工。

（四）组合夹具

组合夹具是在夹具零、部件标准化的基础上发展起来的一种适应多品种、小批量生产的新型夹具。

它是由一套结构和尺寸已经规格化、系列他的通用元件、合件和部件构成。

它们包括：

基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、辅助件、合件和部件等。

这些通用元件、合件和部件是由专业工厂生产供应的，使用单位可根据被加工工件的加工要求，很快地组装出所需要的夹具。

夹具使用完毕后，可以将各组成元件、

合件等拆开，清洗后入库以备下次组合使用。

由于这类夹具具有缩短生产准备用期，减少专用央具的品种、数量和存放面积等优点，且组装后又可达到较高的精度，故在加工批量较大的生产条件下也是适用的。

二、按夹具上的动力源分类

（一）手动夹具

此类夹具是以操作工人手臀之力作为动力源，通过夹紧机构夹紧工件。

为了尽量减轻工人的操作强度和保证夹紧工件的可靠性．此类夹具的夹紧机构必须具有增力和自锁作用。

手动夹具一般采用结构简单的螺旋或偏心压板机构，制造方便，但使用时的工作效率较低。

（二）气动夹具

此类夹具是用压缩空气作为动力源，通过管道、气阀、气缸等元件，产生夹紧工件的夹紧力，当要较大的夹紧力时，常在气缸和夹紧元件之间增设斜楔式，铰链式或杠杆式等扩力机。

因气动夹具的灾紧动作迅速、夹紧力稳定、操作方便，故在机械加工中得到广泛的应用。

1.3夹紧装置的作用

由于机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以它的应用十分

广泛。

其归纳起来有以下几方面作用：

1易于保证加工精度，并使加工精度稳定

夹具在机械加工中的基本作用就是保证工件的相对位置精度。

由于夹具在机床上的安装位置和工件在夹具中的安装位置均已确定，所以工件在加工中的正确位置易于得到保证，且不受各种主观因素的影响，加工精度稳定。

2．缩短辅助时间，提高劳动生产率

使用夹具包括两个过程，一是夹具在机床上的安装与调整，二是工件在夹具中的安装。

前者可以依靠夹具上的专门装置（如定位键、对刀块等）快速实现，或通过找正、试切等方法实现。

工件在夹具中的安装由于有了专门定位用的元件（如v形块、定位环等），因此也能够迅速实现。

此外，专用夹具中还可以不同程度地采用高效率的多件、多位、快速夹紧装置。

这些都可以大幅度地缩短辅助时间，从而提高劳动生产率。

3.扩大机床工艺范围和改变机床用途

在单件小批量生产的条件下，工件的种类、规格多，而机床的数量品种却有限。

为解决这种矛盾，可设计制造专用夹具，使机床“一机多用”。

例如，在车床的溜板上或在摇臂钻床工作台上装上镗摸就可以进行箱体的镗孔加工。

在普通铣床上安装专用夹具，又可以铣削成形表面。

4．降低对工人的技术要求和减轻工人的劳动强度

使用专用夹具安装工件，定位方便、迅速，所以降低了对工人的技术；采要用增力机动等装置，可减轻工人的劳动强度。

1.4机床夹具设计的一般步骤

一、研究原始资料、分析设计任务

工艺人员在编制零件的工艺规程时，提出了相应的夹具设计任务书，其中对定位基准、夹紧方案及有关要求作了说明。

夹具设计入员根据任务书进行夹具的结构设计。

为了使所设计的具具能够满足上述基本要求，设计前要认真收集和研究下列资料：

（一）生产纲领

（二）零件图及工序图

（三）零件工艺规程

（四）夹具结构及标准

二．确定夹具的结构方案

确定夹具的主要结构方案主要包括：

（一）根据工件的定位原理，确定工件的定位方式，选择定位元件；

（二）确定刀具的对准及引导方式，选择刀具的对准及导引元件；

（三）确定工件的夹紧方式，选择适宜的夹紧机构；

（四）确定其他元件或装置的结构型式，如定向元件、分度装置等；

（五）协调各装置、元件的布局，确定夹具具体结构尺寸和总体结构。

在确定夹具结构方案的过程中．定位、夹紧、对定等各个部分的结构以及总体布局都会有几种不同方案可供选择．应画出草图，经过分析比较，从中选取较为合理的方案。

三.绘制夹具总图

绘制夹具总图时应遵循国家制图标准，绘图比例应尽量取1：

1，以便使图形有良好的直观性。

如工件尺寸大，夹具总图可按1：

2或1：

5的比例绘制；零件尺寸过小、，总图可按2：

1成5：

1的比例绘制。

总图中视图的布置也应符合国家制图标准，在清楚表达夹具内部结构及各装置、元件位置关系的情况下，视图的数目应尽量少。

绘制总图时，视图应取操作者实际工作时的位置，以便于夹具装配及使用时参考。

工件看作为“透明体”，所画的工件轮廓线与夹具的任何线条彼此独立，不相干涉。

其外廓以黑色双点划线表示。

绘制总图的顺序是：

先用双点划线绘出工件的轮廓外形和主要表面，并用网纹线表示出加工余量。

围绕工件的几个视图依次绘出定位元件、对定元件、夹紧机构以及其他元件、装置，最后绘制出夹具体及连接件，把夹具的各组成元件、装置连成一体。

夹具总图上应画出零件明细表和标题栏，写明央具名称及零件明细表上所规定的内容。

四．确定并标注有关尺寸、配合和技术条件

（一）应标注的尺寸

在夹具总图上应标注的尺寸及配合有下列五类：

1．工件与定位元件的联系尺寸

2．夹具和刀具的连接尺寸

3．夹具与机床的联系尺寸

4．夹具内部的配合尺寸

5．夹具的外廓尺寸

（二）应标注的技术条件

在夹具装配图上应标注的技术条件（位置精度要求）有如下几个方面：

1．定位元件之间或定位元件与夹具体底面间的位置要求，其作用是保证加工面与定位基面间的位置精度。

2．定位元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。

3．对刀元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。

4.定位元件与导引元件间的位置要求。

2夹具总体方案设计

夹具是机床的重要组成部分，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。

它是用于实现被加工零件的准确定位、夹压、刀具的导向以及装卸工件时的限位等作用。

3.1定位原理及其实现

根据被加工零件的结构特征，选择定位基准，实现六点定位原理,即以工件的右侧面为定位基准面，约束了z向的转动；x向的移动；y向的转动3个自由度。

短定位销约束了z向的移动；y向的移动2个自由度。

长定位销约束了x向的转动1个自由度。

这样工件的6个自由度被完全被消除也就得到了完全的定位。

3.2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。

3.2.1影响加工精度的因素

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。

a.定位误差ΔD

①第一类误差

第一类误差是指工件在夹具上定位时所产生的那部分定位误差

基准不重合误差是由于定位基准和工序基准不重合而产生的那部分定位误差。

在本设计中，由于定位误差和工序基准是重合的，所以基准不重合误差为0。

②第二类误差

第二类误差是定位元件对夹具三基准面的尺寸误差及位置度所产生的那一部分定位误差。

（3-4）

c.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

d.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

e.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。

计算时可设ΔG=。

——工件位置公差取0.20

ΔG=（3-5）

3.2.2保证加工精度

工件在夹具中加工时，总加工误差∑Δ为上述各项误差之和。

由于上述误差均为独立随机误差，应用概率法加，因此，保证工件加工精度条件是：

（3-6）

即工件总加工误差∑Δ应不大于工件的加工尺寸公差，由以上得知，本夹具完全可以保证加工精度。

为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时需留出一定精度储备量，因此将上式改为：

≤－→=－（3-7）

当≥0时夹具能满足加工要求，根据以上

=－=0.20-0.176=0.024≥0

所以夹具完全可以满足加工要求。

3.3夹紧方式

夹紧装置中产生源动力的部分叫做力源装置，常用的力源装置有气动、液压、电动等夹紧装置中直接与工件的被夹压面接触并完成压夹作用的元件称为夹紧元件，本设计采用了液压夹紧，解决了手动夹紧是夹紧力不一致，误差大，精度低，工人劳动强度大等缺点。

由于油液的不可压缩性，能传递较大的压力，一般工作压力可达pa,比气压大10多倍，因此，在产生同样作用力的情况下，油缸直径可以小许多倍，使夹具结构更为紧凑。

3.4夹紧力的数值计算

选择夹紧力的作用点和方向应注意：

a）夹紧力应朝向主要限位面；

b）夹紧力的作用点应落在定位元件支承范围内；

c）夹紧力的作用点，应落在工件刚性较好的方向和部位；

d）夹紧力作用点应靠近工件的加工表面；

夹紧力大小主要取决于切削力和重力的大小和方向。

夹紧力作用点和方向的选择，通常应与工件定位基准的选择同时考虑，因此这两个参数在制定机床工艺方案时已确定，这里仅作重点叙述的是确定夹紧力的大小的问题。

3.4.1确定夹紧力时应考虑的计算系数

a.摩擦系数ƒ

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：

ƒ1——工件和支承件之间的摩擦系数；

ƒ2——工件和压板之间的摩擦系数；

查表得

ƒ1=0.2，ƒ2=0.7

b.安全系数

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。

（3-8）

式中，——基本安全系数

——加工状态系数

——刀具钝化系数

——切削特点系数

根据参考文献[11]选取

=1.2 =1.2=1.2=1

3.4.2确定夹紧力

夹紧力大小的计算是个很复杂的问题，一般只能作粗略的估算。

为了简化计算起见，在设计夹紧装置时，可只找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理求出夹紧力的大小。

最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需要的夹紧力数值。

3.5夹紧点的数目及位置

3.5.1夹紧点的数目

在确定夹紧力作用点的数目时，应遵从的原则是：

对刚性较差的工件，夹紧力的数目应增多，力求避免单点集中夹紧，以图减小工件的夹紧变形；但夹紧点愈多，夹紧机构愈复杂，夹紧的可靠性愈差。

所以采用多点夹紧时，应力求夹紧点的数目为最小。

考虑到机体是箱体，使夹紧力分散，应采用多点夹紧。

所以本设计采用压块进行压紧，两个压块可将压紧力分为两个.由于本次设计所选择的液压缸是标准件,GB/T2348-1993,T5033型液压缸,它所能提供的最大力为6,所以总夹紧力为18。

18>,故所选择的液压缸完全满足要求。

3.5.2夹紧点的位置

夹紧力的作用点的位置应能保证工件的定位稳定，而不会引起工件在夹紧过程中产生位移或偏转。

夹紧力的作用点应处在夹具定位支承所在的位置上。

由于工件的结构和形状较为简单，故工件的刚度在不同的部位和不同方向上是相同的。

由箱体的结构可分析出：

夹紧力着力点应对称布置在侧面的方向上，如图所示：

结论

此次毕业论文是我们从技校毕业生走向未来工作岗位的重要一步。

从最初的选题，开题到计算，绘图直到完成设计。

其间，查找资料，，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。

通过这次实践，我了解了夹具的用途及工作原理，熟悉了夹具的设计步骤，锻炼了实践能力，培养了自己独立设计的能力。

此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固,同时也是走向工作岗位前的一次热身。

毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据,提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。

同时，仍有很多课题需要后辈去努力完善。

但是这次毕业设计也暴露出自己专业基础知识的很多不足之处。

比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等.这次实践是对自己技校四年所学的一次大检阅,使我明白自己知识还很浅薄,虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。