夹具设计.docx

夹具设计.docx

《夹具设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《夹具设计.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

夹具设计

摘要

本设计主要是对扩缸孔专用机床的专用夹具进行设计，主要内容是对定位方案加以对比选择，并选择夹紧方案，设计夹具体，支架等部分零部件，同时，文章还对扩缸孔专用机床的部分传动轴和齿轮进行了设计与校核。

这次设计将我以前所学过的机械设计，机械制造工艺学，理论力学，材料力学，机械制图等课程联系了起来，巩固了所学的知识，首先对被加工工件外形轮廓的分析对比，确定定位方案和夹紧方案，并检验可行性。

以前学到机床夹具知识仅停留在理论层面，通过这次毕业设计真正做到理论联系实际。

关键词：

专用夹具；定位；夹紧

ABSTRACT

Thisdesignismainlyforexpandingcylinderholededicatedmachinetoolstodesignspecialfixture,themaincontentistopositioningschemecomparisonofchoice,andselecttheclampingscheme,designtheclampingcylinderconcrete,bracketparts,suchasspareparts.Atthesametime,thearticlealsototheexpansionofcylinderholepartofthespecialmachinetransmissionshaftandthegeardesigncheck.

ThisdesignwillIlearnedbeforethemechanicaldesign,mechanicalmanufacturingtechnology,theoreticalmechanics,materialmechanics,mechanicaldrawing,suchascurriculum,consolidatedtheknowledgelearnt.Firstofall,ontheanalysisoftheprocessedworkpieceshapecontourcomparisontodeterminethepositioningandclampingscheme,andverifythefeasibility.Beforemachinetoolfixtureknowledgetheory,onlythroughthisgraduationdesigntrulyintegratetheorywithpractice.

Keywords:

specialfixture;Positioning;Theclamping

第1章引言

机床夹具设计是机械设计中的一个重要的实践性环节，也是机械设计与制造及其自动化专业学生应该学习的一门主要专业课。

其目的在于：

1.培养学生综合运用机械设计基础以及其他选修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，通过毕业设计可以巩固和加深有关机械课程方面的理论知识。

2.学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。

培养独立设计能力，为以后的工作中专业知识的应用打好基础，做好准备。

3.使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。

零件在工艺规程之后，就要按工艺规程顺序进行加工。

在加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。

它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床获得正确的位置。

机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度和加工精度。

通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。

当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而使工件的已有位置遭到破坏，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。

使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。

将工件定位、夹紧的过程称为装夹。

工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。

在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。

第2章夹具的发展概况

机床夹具是在金属切削中用以准确地确定工件位置，并将其牢固地夹紧，以接受加工的工艺装备。

它的主要作用是:

可靠的保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。

因此，机床夹具在机械制造中占有重要的地位。

夹具最早出现在18世纪后期。

随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

2.1机床夹具的现状

随着科学技术的迅猛发展、市场需求的变化多端及商品竞争的日益激烈，机械产品更新换代的周期愈来愈短，小批量生产的比例愈来愈高，对机床夹具也要求高。

国际生产研究协会统计表明，目前中、小批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：

1.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；

2.能装夹一组具有相似性特征的工件；

3.能适用于精密加工的高精度机床夹具；

4.能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；

5.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；

6.提高机床夹具的标准化程度。

2.2现代机床夹具的发展方向

现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。

1.标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。

目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：

GB/T2148-T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。

机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。

2.精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。

精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。

3.高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。

常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。

例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。

目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。

4.柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。

工艺的可变因素主要有：

工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。

具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：

组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。

为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。

第3章专用夹具设计

3.1夹具的功用

对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动，夹具可以有效地保证工件的加工质量，提高劳动生产率，扩大机床的工艺范围和减轻劳动强度；因此，夹具在机械制造中占有重要的地位。

3.2专用夹具的设计

1.专用夹具的基本要求

保证工件的加工精度

专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

提高生产效率

应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。

工艺性好

专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。

专用机床的制造属于单件生产。

当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。

使用性好

专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑方便，必要时可设置排屑结构。

经济性好

除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外，还应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。

2.机床专用夹具的设计步骤如下:

分析被加工零件图，收集并研究与设计有关的各种原始资料；

合理地确定夹具的类型及其总体布局，绘出夹具结构草图；

绘制夹具总装配图。

夹具总装配图应遵循国家制图标准进行绘制，比例应尽量按1:

1，使所绘制的总装配图具有良好的直观性。

夹具总装配图的视图数量应尽可能少，但必须把夹具的工作原理、整体结构和各种装配、元件的相互关系表示清楚；

绘制夹具元件的零件图。

完成夹具总体设计并经审核批准后，方可绘制元件的零件图。

零件图的主视图方位，最好与该元件在总图上的视图位置一致。

3.加工方法

了解工艺规程中本工序的加工内容，机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工零件数。

这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的，根据零件图可知，本道工序的内容是钻、扩DØ91,D1Ø85,D2Ø85的孔。

方案设计论证

3.3方案论证

工件主要定位部分为定位板和两个φ10H7的孔，分析所要加工φ91H7的孔必须完全定位，设想用一面两销定位，正好满足六点定位原理且结构简单，所以这里就是选择一面两销的优点。

然后将一面两销先固定在大平面上，以平面、短圆柱销和菱形销进行定位。

一面两销把工件定位后，可利用液压夹紧机构来对工件进行夹紧，工件的夹紧力的方向应和工件待加工孔的轴线方向一致，并保证该轴线和夹具体底面有一定的垂直度要求。

3.4设计方法与结果

根据六点定位原理，选用一面、一短圆柱销和一菱形销定位，由于限制了六个自由度，所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在工件加工方向上进行夹紧，可以液压夹紧机构，因为他们可以对工件快速加紧，且夹紧力的方向要有利于工件的定位。

最后，对整个夹紧方案分析得出，定位符合六点定位原理，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行。

3.5总体方案的确定

3.5.1定位方案

工件在机床上的定位实际上包括工件在夹具上的定位和夹具在机床上的定位两个方面。

工序图只是给出了原理方案，此时应仔细分析本工件轮廓如图1所示，以及加工精度要求，按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定具体的定位方案和定位元件。

要拟定几种具体方案进行比较，选择最佳方案。

图1零件图

根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。

在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。

常有定位方法有：

1.工件以平面定位。

2.工件以圆柱孔定位。

3.工件以外圆表面定位。

根据加工零件的形状，工艺要求，加工精度，选用一面两孔定位。

方案一用一个定位板、一个短圆柱销和一个菱形销限制工件的六个自由度。

方案二用一个平面和一个浮动锥销限制工件的六个自由度。

但当大批量生产时，浮动锥销容易损坏且定位精度低。

根据本次被加工零件的形状和批量，我采用方案一，即一个定位板所在平面有两个衬条组成，一个短圆柱销和一个菱形销组合定位，限制工件6个自由度，同时保证了加工方向上的刚性，保证零件的加工精度以及便于保证加工部位之间位置要求，如图2所示。

图2定位方案图

3.5.2定位精度分析

由于工件的中心距允许偏差为91±0.2mm，而误差由三部分组成，其中定位误差为其中之一，另外有对刀误差，安装误差，根据机械设计相关要求，定位误差不能超过允许误差的1/3，所以，首先分析能引起定位误差的因素：

1.定位板与支架面之间的配合产生的定位误差很小，可以忽略不计。

2.定位短圆柱销销Φ10f7与工件Φ10H7内孔的配合，它们之间的最大间隙会引起定位误差，最大间隙为0.043mm。

菱形销Φ10f7与工件孔Φ10H7之间的间隙虽然会对工件造成转动方向的影响，但是转动轴心与加工孔轴心方向一致，所以即使有误差，也不会影响工件的钻削加工精度，所以此项也可忽略不计。

综上所述，工件的定位误差为0.043mm。

而许用误差为91±0.2mm，显然：

定位误差0.043<0.067=0.2X1/3。

所以定位误差小于许用误差值，满足加工精度要求。

3.5.3夹紧机构的选择

1.对工件夹紧装置的要求

在夹紧过程中应保持工件定位时所获得的正确位置；

在切削过程中，切削力不应破坏工件的正确位置，并使平衡切削力所需的夹紧力最小；

在切削过程中，应避免工件产生不能允许的振动；

夹紧装置应操作方便、省力、安全；

夹紧装置的复杂程度和制动化程度应与生产批量和生产方式相适应。

2.夹紧力的方向

夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。

本机床是对工件进行钻扩缸孔，在确定定位方案后，夹紧力主要是在垂直面上。

3.夹紧力的作用点

夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置，确保工件定位准确、不变形。

本机床的定位元件跟工件处于同一垂直面，工件轮廓外形决定工件上表面的刚度较高，因此夹紧力作用点确定在工件的上表面。

4.选择夹紧机构

在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。

确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：

①安全性，夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止伤及夹具操作人员；

②手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度；

③夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率；

④手动夹紧机构应操作灵活、方便。

由于被加工工件受定位板和两销的作用被固定在定位板上，同时由于两个限位板的作用，减少了扩孔时可能产生的位置偏差，只需对工件施加向下压的夹紧力。

对于被加工零件在批量较小时，夹紧机构采用螺钉压板较为合适，生产批量大时，采用手动联动夹紧机构或液动，气动夹紧机构较为合适。

根据设计要求，此工件为大批量生产，采用液动夹紧机构。

夹紧机构具体轮廓如图3所示。

图3夹紧方案图

夹紧机构的原理是用夹紧油缸通过阀门控制各个缸体产生夹紧或松开的力，在油缸和夹爪之间的部分起到杠杆支点的作用，在油缸产生力的同时，由于杠杆作用，另一端的夹爪对工件起到夹紧或松开的作用。

夹紧油缸由另一同学设计，在此不再阐述。

第4章夹具体设计

夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体。

因此，夹具体的形状及尺寸取决于夹具上各种装置的布置及夹具与机床的连接。

对夹具体的要求:

1.有适当的精度和尺寸稳定性；

2.有足够的强度和刚度；

3.结构工艺性好；

4.排屑方便；

5.在机床上安装稳定可靠。

4.1夹具体材料选择

4.1.1夹具体毛坯类型

1.铸造夹具体

铸造夹具体的优点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗震性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。

常用材料为灰铸铁（如HT200），要求强度高时用铸钢（如ZG270-500）,要求重量轻时用铸铝（如ZL104）.目前铸造夹具体应用较多。

2.焊接夹具体

它由钢板、型材焊接而成，这种夹具体制造方便、生产周期短，成本低、重量轻（壁厚比铸造夹具体薄）。

但焊接夹具体的热应力较大，易变型，须经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。

3.铸造夹具体

它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。

锻造后也需经退火处理，此类夹具体应用较少。

4.型材夹具体

小型夹具体可以直接采用板料、棒料、管料等型材加工装配而成。

这类夹具体取材方便、生产周期短、成本低、重量轻，如各中心轴类夹具的夹具体和钢套钻模夹具体。

5.装配夹具体

它由标准的毛坯件、零件及个别非标准件通过螺钉、销钉连接，组装而成。

标准件由专业厂生产。

此类零件具有制造成本低、周期短、精度稳定等优点。

有利于夹具标准化、系列化，也便于夹具的计算机辅助设计。

4.1.2影响薄壁零件加工精度的因素

1.易受力变形：

因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度；

2.易受热变形：

因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制；

3.易振动变形：

在切削力（特别是径向切削力）的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。

所以针对影响加工薄壁零件精度不高等因素，分析了如何提高薄壁零件的加工精度，给出解决问题的具体方法，选择铸造夹具体灰铸铁（HT200）为材料。

4.1.3夹具体装配总图及尺寸标注

1.标注夹具的轮廓尺寸；

2.零件图中必须用规定的代号、数字和文字简明地表示出在制造和检验时所应达到的技术要求；

3.夹具体零件图需要标注必要的表面粗糙度、形位公差、极限配合等技术要求，以满足加工精度；

4.影响定位精度尺寸它主要指工件的限位基面与定位元件及定位基面之间尺寸公差Φ20H7/f6，该尺寸及公差影响定位精度；

5.影响对刀精度的尺寸它主要指钻头与导向孔（及钻套）的尺寸和公差，钻套导向孔尺寸Φ5F7mm。

钻头尺寸为Φ5h9mm，钻套中心至定位元件的尺寸其中钻套中心至心轴的定位端面的基本尺寸取零件上20的平均尺寸极限偏差双向对称标注，取零件20公差0.1的一半即0.05作夹具的公差；

6.影响夹具精度的技术要求它表示对刀、导引元件相对夹具体的位置要求.钻套孔轴线相对夹具B面垂直度±0.03，定位心轴相对安装基面B面的平行度为0.05mm。

4.1.4工件在夹具中加工精度分析

本程序的主要加工要求是：

尺寸20mm，对称度为0.1mm,其加工误差影响因素如下所述：

1.定位误差Δdw对于20mm来说，由于B面既是工序基准又是定位基准，所以Δdw=0。

对于对称度0.1mm来说，其定位误差为工件定位孔与定位心轴配合的最大间隙.工件定位孔的尺寸为Φ20H7，定位心轴的尺寸为Φ20f6mm；

则Δdw=xmax（0.021+0.033）mm+0.054mm

2.引导误差Δjd，钻模板底孔至定位元件尺寸公差0.05mm，钻模板底孔相对定位心轴线对称度0.03mm，由于工件被加工的孔较浅，刀具的引偏量即为钻头与钻套的最大配合间隙Х2；

3.夹具误差ΔJ影响20mm夹具误差为导向孔对安装基面的垂直度Δjt为0.03mm,影响对称度0.1mm的夹具误差仍为导向孔对安装基面的垂直度Δj2=0.03mm,由于在引导误差中已考虑钻模板上钻套底孔相对定位心轴对度，其与垂直度在公差上兼容，只需计算其中较大一项即可，由于已确定对称度也为0.03mm，且对称度与垂直度公差值相等，所以可不考虑垂直度，即Δj2=0；

4.加工方法误差ΔG因机床误差，刀具误差。

工艺系统受力变形以及受热所引起的工件误差，统称为加工方法误差。

因该项误差因素较多又不计算，根据经验。

取工作尺寸公差的

k的1/3。

由于夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差，即Δja=0，总加工误差Δ和精度储备jc的计算见表1。

表1加工误差Δ和精度储备jc

误差

20

对称度为0.01

Δdw

0

0.054

Δjd

0.072

0.06

Δja

0

0

ΔJ

0.03

0

ΔG

0.033

0.33

ΔC

（0.1-0.085）=0.015>0

（0.1-0.087）=0.013>0

结论，由计算结果可知，该夹具能保证加工精度，并有一定精度储备。

4.2绘制夹具装配图

4.2.1制图比例的选择

根据夹具整体结构，考虑到夹具的总体尺寸，选择制图比例为1:

1，绘图时，由于夹具装配图较为复杂，被加工零件轮廓不在装配图上显示，工件具体轮廓在被加工零件上显示，在装配图上显示定位元件、夹紧元件和限位表面，具体装配图见4图。

图4装配图

4.2.2夹具装配图上的尺寸和技术条件

夹具装配图上应标注必要的尺寸和技术要求，主要目的是为了检验本工序零件加工表面的形状，位置和尺寸精度在夹具中是否可以达到，为了设计夹具零件图，也为了夹具装配和装配精度的检测。

4.3夹具装配图上尺寸标注

1.夹具总体外形轮廓尺寸，总长900mm，总宽600mm，总高584mm。

2.各定位元件之间，定位元件与工件之间，与夹具体之间装配后的位置尺寸及公差，如圆柱销与孔配合为Φ10H7/r6，菱形销与孔配合为Φ10H7/r6，定位板平面与夹具体基准平面间的平行度为0.03mm。

上述联系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相应公差的1/3~1/5,最常用的是1/3。

4.4夹具装配图上应标注的技术要求

应标注的技术要求包括：

相关元件表面间的位置精度，主要表面形状精度，保证装配精度和检测的特殊要求，以及调整、操作等必要的说明。

通常有以下几方面：

1.定位元件的定位表面间相互位置精度；

2.定位元件的定位表面与夹具安装基面、定向基面间的相互位置精度；

3.导向元件工作面与安装基面间的相互位置精度；

4.写明需要钳工配作的元件。

4.5夹具零件图上的尺寸和技术条件

零件图上应标注必要的尺寸和技术要求，标注的主要目的是保证夹具体各个零件之间的尺寸要求和安装配合后的精度要求，也是为了各夹具零件加工后进行安装配合能满足制造工件的要求，本设计所画夹具零件图为左支架。

夹具零件图上标注的尺寸和技术要求:

1.支架的外形尺寸，总长为770mm，总宽186.5mm，总高332mm；

2.支架上各螺纹孔之间的位置尺寸要求，定位销的配合做精度要求；

3.零件图中必须用规定的代号、数字和文字简明地表示出在制造和检验时所应达到的技术要求；

4.夹具体零件图需要标注必要的表面粗糙度、形位公差、极限配合等技术要求，以满足加工精度。

第5章支架设计

5.1零件分析

5.1.1零件的作用

本零件来源于河南第一工具厂，是机床上的某个重要的部件，该部件通过安装平面和侧面的螺纹孔与其它部件联接，通过支架上的Ф55n6孔与其它部件配合，其中Ф55孔和两侧面都作为配合表面，有很高的表面粗糙度要求和高的加工精度，在加工时要特别注意以及进行必要的热处理来保证工件的技术要求，从而使工件达到精度要求，从而实现正确的联接。

5.1.2零件工艺分析

1.由零件图可知，其材料为HT200，该材料强度较低，脆性较大抗缺口敏感性，减震性和耐磨性优良，切削性能也极好，抗压σb（565---785Mpa）弹性模量E（69---98Gpa）抗拉σb≥130Mpa；

工作条件：

承受中等应力，弯曲应力至10MPa

2.摩擦面间的压力不大于0.5Mpa；

3.较弱的腐蚀性介质，该零件上