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0 目 錄 前 言...........................................................................................................................................1 第 1 章 夾具設(shè)計(jì)任務(wù).............................................................................................................2 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)..........................................................................................................................2 1.2 孔的加工要求..................................................................................................................2 1.3 零件的材料......................................................................................................................2 1.4 零件的生產(chǎn)類(lèi)型及加工要求..........................................................................................2 第 2 章 夾具的設(shè)計(jì).................................................................................................................3 2.1 夾具類(lèi)型的確定..............................................................................................................3 2.2 定位裝置的設(shè)計(jì)..............................................................................................................3 2.2.1 確定定位方案 ...........................................................................................................3 2.2.2 選擇定位元件 ...........................................................................................................5 2.3 夾緊裝置的設(shè)計(jì)..............................................................................................................7 2.3.1 夾緊機(jī)構(gòu) ...................................................................................................................7 2.3.2 夾緊力的計(jì)算 ...........................................................................................................7 2.4 導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)及其他裝置結(jié)構(gòu)、夾具體的確定......................................................7 2.4.1 加工 ?28H7mm 孔導(dǎo)向裝置的確定 .......................................................................7 2.4.3 其他裝置的確定 .......................................................................................................7 第 3 章 繪制夾具結(jié)構(gòu)圖.........................................................................................................9 第 4 章 確定夾具技術(shù)要求的有關(guān)尺寸、公差配合...........................................................10 4.1 技術(shù)要求........................................................................................................................10 4.2 公差配合........................................................................................................................10 4.3 夾具精度分析與計(jì)算....................................................................................................10 參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................12 1 前 言 不論是傳統(tǒng)制造系統(tǒng)還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具都是非常重要的。在機(jī)械制造過(guò)程 中，用來(lái)固定加工對(duì)象，使之占有正確位置，以便接受施工或者檢測(cè)的裝置都可以稱(chēng) 為夾具。例如:焊接過(guò)程中用的焊接夾具，檢驗(yàn)過(guò)程中用的檢驗(yàn)夾具，機(jī)械加工過(guò)程中 用的機(jī)床夾具等。夾具對(duì)于加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有直接的影響?；ㄙM(fèi)在夾 具設(shè)計(jì)和制造的時(shí)間不論是在改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品或者開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品中，在生產(chǎn)周期中都占有 較大的比重。所以，在制造業(yè)中非常重視對(duì)夾具的研究。夾具是由一套預(yù)先制造好的 各種不同形狀、不同尺寸、不同功能的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化元件組裝而成的。因此夾具具 有通用性和專(zhuān)用性雙重性質(zhì)，即組成夾具的元件是通用性的元件，而一旦組裝成成套 夾具即為專(zhuān)用夾具。組合夾具機(jī)構(gòu)靈活多變，元件長(zhǎng)期重復(fù)使用，因此，其元件比其 它類(lèi)型的夾具元件要求具有高精度，高強(qiáng)度，高硬度，耐磨性高等優(yōu)點(diǎn)，單個(gè)元件功 能多樣，并有完全互換性。 產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)的柔性化的著眼點(diǎn)主要是在機(jī)床和工裝兩個(gè)方面，而夾具又是工裝 柔性化的重點(diǎn)。夾具能保證工件在規(guī)定的坐標(biāo)位置上準(zhǔn)確定位和牢固的夾緊，也就是 說(shuō)能保證工件相對(duì)于機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)具有準(zhǔn)確和穩(wěn)定可靠的坐標(biāo)位置。這種夾具具有較 高的剛度和精度，在粗加工時(shí)能承受較大的切削用量，以充分發(fā)揮數(shù)控、加工中心機(jī) 床的生產(chǎn)能力;在精加工時(shí)能更好的保證工件定位基準(zhǔn)和加工表面的位置精度 ;還能根據(jù) 數(shù)控、加工中心機(jī)床的要求保證夾具應(yīng)允許刀具接近盡可能更多的被加工表面甚至于 全部被加工表面，可以減少機(jī)床的停機(jī)時(shí)間:在夾具上還能一次裝夾多個(gè)工件同時(shí)一次 加工，可以減少夾具、刀具、工件系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間；還能減少刀具的更換次數(shù)和刀具 的調(diào)整時(shí)間，更好的發(fā)揮數(shù)控、加工中心機(jī)床的高效性能。夾具元件可以通過(guò)組裝、 使用、好的發(fā)揮數(shù)控、加工中心機(jī)床的高效性能。夾具元件可以通過(guò)組裝、使用。夾 具的平均設(shè)計(jì)和組裝時(shí)間是專(zhuān)用夾具所花時(shí)間的5%-20%。 本次對(duì)夾具的設(shè)計(jì)就是為了更好的掌握夾具跟我制造帶來(lái)的好處，以及對(duì)夾具有 更好的認(rèn)識(shí)！ 2 第 1 章 夾具設(shè)計(jì)任務(wù) 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 杠桿零件，零件的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，尺寸較小，形狀比較復(fù)雜。加工 ?28 這個(gè)孔之 前 ?10H9 孔及 ?28H7 孔兩端面已加工完成，且此孔已經(jīng)加工到 ?27.2mm。要求用立 式鏜床加工 ?28H7 這個(gè)孔，零件如圖 1-1 所示。 圖 1-1 杠桿零件圖 1.2 孔的加工要求 加工 ?28H7mm 孔的加工要求：?28H7mm 孔的端面，尺寸為 mm 的端面與05.2? 尺寸為 ?28H7mm 的孔有垂直度要求，垂直度誤差為 0.03mm；?10H9 孔和 ?28H7 孔 的中心距為（80±0.20）mm。 1.3 零件的材料 毛坯：模鍛件。 1.4 零件的生產(chǎn)類(lèi)型及加工要求 零件的生產(chǎn)類(lèi)型為中批量生產(chǎn)。因此需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具來(lái)提高生產(chǎn)效率。 3 第 2 章 夾具的設(shè)計(jì) 2.1 夾具類(lèi)型的確定 由于設(shè)計(jì)任務(wù)及條件可知，工件的外形輪廓尺寸小，重量輕，加工要求不高，生 產(chǎn)批量不大。因此，設(shè)計(jì)的夾具不宜復(fù)雜，在保證質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的前提下，盡量 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，做到經(jīng)濟(jì)合理?？捎苗M套提高精度。 2.2 定位裝置的設(shè)計(jì) 2.2.1 確定定位方案 1. 定位原理 在機(jī)床上加工工件時(shí)，要使工件的各個(gè)被加工面的尺寸及位置精度滿(mǎn)足工件圖或 者工藝文件所規(guī)定的要求，就必須在切削加工前使工件在機(jī)床夾具中占有一個(gè)確定的 位置，使其相對(duì)于刀具的切削運(yùn)動(dòng)具有正確的位置，這個(gè)確定工件位置的過(guò)程我們稱(chēng) 為定位。這是定位方案設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。 2. 定位基準(zhǔn) 為了保證工件上各個(gè)加工表面之間或者對(duì)其它加工表面的位置精度，工件在機(jī)械 加工時(shí)，必須安放在機(jī)床板的一個(gè)固定位置上。任何一個(gè)零件都是由若干幾何表面所 組成，這些表面之間根據(jù)零件設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，廣泛存在距離尺寸和角度位置的要求。 工藝文件中所謂的基準(zhǔn)，就是指零件圖上某些點(diǎn)、線、面的位置，可以用它們來(lái)確定 某些點(diǎn)、線、面的位置。根據(jù)這些基準(zhǔn)的作用和性質(zhì)，可以分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn) 兩類(lèi)。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)通常指零件圖樣上標(biāo)注尺寸的起點(diǎn)。工藝基準(zhǔn)又分為工序基準(zhǔn)、定位 基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)等。定位基準(zhǔn)的選擇是否合理，將直接影響到夾具結(jié)果的復(fù)雜程度以 及工件的加工精度。因此，在選擇定位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行多種方案的分析比較。選擇定位 基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮如何減少誤差，提高精度，也要考慮安裝的方便性、準(zhǔn)確性和可 靠性。定位基準(zhǔn)的選擇分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇兩種，下面分別介紹。 （1）粗基準(zhǔn)的選擇。粗基準(zhǔn)是用沒(méi)有加工的表面作為定位基準(zhǔn)，選擇粗基準(zhǔn)時(shí)應(yīng) 考慮以下原則: 1) 保證加工表面與不加工表面之間的相對(duì)要求，應(yīng)選擇不加工表面作為粗基準(zhǔn)， 特別是選擇與加工表面有緊密聯(lián)系的表面作為粗基準(zhǔn); 2) 若加工表面較多，選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)合理分配各加工表面的加工余量； 3) 選擇作為粗加工基準(zhǔn)的表面，應(yīng)平整、光潔，以便定位準(zhǔn)確，夾緊可靠； 4) 因?yàn)榇只鶞?zhǔn)的定位誤差較大，一般粗基準(zhǔn)只能使用一次。 （2）精基準(zhǔn)的選擇。精基準(zhǔn)是己經(jīng)加工過(guò)的表面作為定位基準(zhǔn)。一般應(yīng)遵循下列 4 原則: 1) 選擇零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，也就是 “基準(zhǔn)重合”原則，這樣可以避免因基 準(zhǔn)不重合而引起的基準(zhǔn)不重合誤差; 2) 能選用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)加工各個(gè)表面，以保證各個(gè)表面對(duì)基準(zhǔn)的位置精度，這 就是“基準(zhǔn)統(tǒng)一 ”原則; 3) 獲得均勻的加工余量或使加工表面間有較高的位置精度，有時(shí)可以采取互為基 準(zhǔn)反復(fù)加工的原則; 4) 有的精加工工序要求加工余量小，或垂直度要求高，為了保證加工質(zhì)量和提高 生產(chǎn)率，應(yīng)選擇加工面本身作為定位基準(zhǔn)。 以上的選擇原則，有時(shí)是互相矛盾的，在選擇的時(shí)候要綜合考慮。在保證工件加 工要求的前提下，盡量使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工件穩(wěn)定性好。 3. 根據(jù)工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其定位方案有兩種： 方案一：（如圖 2-1 所示），以 ?10H9mm 孔及一組合面（K 面與 ?28H7mm 孔 下端面組合）為定位面，以限制五個(gè)自由度（ ， ， ， ， ），以 ?28H7mm → X → Y → Z ⌒ X ⌒ Y 孔端外緣毛坯一側(cè)為防轉(zhuǎn)定位面，以限制工件自由度。該方案由于 mm 的公差大，05.8? 定位不穩(wěn)定，定位誤差較大。 圖 2-1 定位方案一 5 方案二：（如圖 2-2 所示），以孔 ?10H9mm 及端面 K 定位，限制工件五個(gè)自由 度（ ， ， ， ， ），以孔 ?28H7mm 孔外緣定位，限制工件 自由度。由于 → X → Y → Z ⌒ X ⌒ Y ⌒ Z 定位精未受尺寸 88mm 的影響，定位誤差較小。比較上述兩個(gè)方案，方案二為最佳方 案。 圖 2-2 定位方案二 2.2.2 選擇定位元件 （1）選用帶臺(tái)階面的定位銷(xiāo)，作為 ?28H7mm 孔及其端面定位的定位元件（見(jiàn)夾 具總圖 4-1） .其結(jié)構(gòu)和尺寸按要求確定。 （2）以 ?28H7mm 孔外緣定位，采用可調(diào)支承釘。選用可調(diào)支承釘作為以 ?28H7mm 外緣定位的定位元件，它可限制 Z 自由度 .該方案可克服毛坯精度對(duì)定位精 度的影響，在使用過(guò)程中根據(jù)每批毛坯的精度進(jìn)行調(diào)整，結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示。 （3）定位誤差的分析計(jì)算 加工 ?28H7mm，要求保證中心距尺寸（80 ±0.20）mm 及尺寸為 mm 的端面05.2? 與尺寸為 ?28H7mm 的孔有垂直度要求，垂直度誤差為 0.03mm。 6 圖 2-3 定位件的選擇 a）計(jì)算中心距（ 80±0.20）mm 定位誤差 為：D? ；YBD??? 由圖 1-1 可知， mm。0 基準(zhǔn)定位 等于定位銷(xiāo)與定位孔的最大間隙 ,采用一般精度配合，銷(xiāo)孔配合Y maxX 代號(hào)為 ? mm, ?10H7mm 為 ? mm，以 ?10g6mm 為 ? mm。6710gH015.? 04.51?? 于是 )(02.9minaxmax mdDX ????? 02.?XY )( 其中： ；G4.0? 。)(13./GD允 則 。允? 該定位方案滿(mǎn)足要求。 b) 計(jì)算尺寸為 mm 的端面與尺寸為 ?28H7mm 的孔有垂直度要求，垂直度05.2? 誤差為 0.03mm。 同理 mm， 。,????BYD 2??Y 是工件定位孔 ?28H7mm 與定位面 K 間的垂直度誤差，而 ?28H7mm 孔與定位2? 面 K 也是在一次安裝中加工出的，其誤差很小，也可以忽略不計(jì) =0mm。2? 因 mm。0YBD 定位誤差的允許值 ；)(01.3/13允 mGD ????? 顯然 。允? 因此該定位方案也能滿(mǎn)足垂直度 0.030mm 的加工要求。 7 2.3 夾緊裝置的設(shè)計(jì) 2.3.1 夾緊機(jī)構(gòu) 根據(jù)生產(chǎn)類(lèi)型，此夾具的夾緊機(jī)構(gòu)不宜復(fù)雜，采用壓盤(pán)壓緊.螺桿直徑用 M8mm， 如裝配圖 4-1 所示。 2.3.2 夾緊力的計(jì)算 加工 ?28H7mm 時(shí)受力分析如圖 2-4 所示，加工時(shí)，鏜桿軸向力 F 與夾緊力 F1 同 向，作用在定位支承上，而鏜桿扭矩 T1 則有使工件緊靠于可調(diào)支承之勢(shì)，所用鏜桿直 徑不大，切削力矩不大。因此，對(duì)加工此孔來(lái)說(shuō)，夾緊是可靠的，不必進(jìn)行夾緊力校 核。 圖 2-4 加工 ?28H7mm 孔時(shí)工件受力圖 2.4 導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)及其他裝置結(jié)構(gòu)、夾具體的確定 2.4.1 加工 ?28H7mm 孔導(dǎo)向裝置的確定 為達(dá)到 ?28H7 要求，先粗鏜讓后精鏜?，F(xiàn)選用可換鏜套及與這相適應(yīng)的襯套，它 們的主要尺寸和結(jié)構(gòu)由可換鏜套（GB/T2266-1991 ）和鏜套用襯套（GB/T2267-1991 ） 選取。 8 具體尺寸如表 2.1 所示。 可換鏜套的技術(shù)要求： （1）材料：20 鋼，HT200 按 GB/T2266。 （2）熱處理：20 鋼熱處理滲碳深度 0.8-1.2mm，HT200 粗加工后進(jìn)行時(shí)效處理。 d 的公差帶為 H7 時(shí)，t=0.10mm，d 的公差帶為 H6 時(shí)，當(dāng) D〈85mm，t=0.005mm； D〉85mm，t=0.010mm ，油槽銳角磨后倒鈍。 表 2.1 鏜套及襯套尺寸 名 稱(chēng) 內(nèi) 徑 d（mm） 外 徑 D（mm） 鏜 套 )7(2801.H??)6(3509.2g?? 襯 套 350 4017.n? 襯套的技術(shù)要求： （1）材料：20 鋼， GB/T2267； （2）熱處理：滲碳深度為 0.8～1.2mm，58～64HRC。 d 的公差帶為 H7 時(shí)，t=0.010mm，d 的公差帶為 H6 時(shí)，當(dāng) D〈52mm，t=0.005mm ；當(dāng) D〉52mm，t=0.010 。 此處按方案二需要加一輔助支承，采用六角頭調(diào)節(jié)支承（GB2227-1991 ），由于 ?28H7mm 外表面不需要加工，表面并不光整，尺寸具有很大的誤差，而此六角調(diào)節(jié)支 承釘有調(diào)節(jié)功能，能方便地消除 ?28H7mm 表面尺寸引起的加工誤差。 六角頭調(diào)節(jié)支承的技術(shù)要求： （1）材料：45 鋼，按 GB/T2259 規(guī)定。 （2）熱處理： 全部 HRC40～55HRC 。mL50? 為保證排屑，鏜套端面至加工面間的距離取 10mm。 2.4.2 其他裝置的確定 為了便于夾具的制造和維修，支架與底座要分開(kāi)。支架在底座上安裝要穩(wěn)固，必 須用兩定位銷(xiāo)定位，用螺釘緊固。 9 第 3 章 繪制夾具結(jié)構(gòu)圖 夾具總體設(shè)計(jì)中最后完成的主要元件是夾具體。夾具體是夾具的骨架和基礎(chǔ)。組 成夾具的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置都要安裝在夾具體上。在加工過(guò)程中，它還要承受切 削力、夾緊力、慣性力及由此產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊。所以，夾具體是夾具中一個(gè)設(shè)計(jì)、 制造勞動(dòng)量大，耗費(fèi)材料多，加工要求高的零部件。在設(shè)計(jì)夾具體時(shí)就滿(mǎn)足以下一些 基本要求： (1) 力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕。夾具體的外形一般尺寸較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且 各表面的相互位置精度要求高，應(yīng)特別注意其結(jié)構(gòu)工藝性。同時(shí)，在滿(mǎn)足剛度及強(qiáng)度 的前提下，盡可能減輕重量、縮小體積。 （2）在機(jī)床上安裝應(yīng)穩(wěn)定可靠。對(duì)于固定在機(jī)床上的夾具應(yīng)使其重心盡量低；對(duì) 于不固定在機(jī)床上的夾具，則其重心和切削力作用點(diǎn)，應(yīng)落在夾具體的支承范圍內(nèi)， 重心越高夾具支承面積越大。為了使夾具安裝穩(wěn)定可靠，夾具體底面中部通常挖空。 對(duì)于大型夾具，在夾具體上應(yīng)設(shè)置吊環(huán)螺栓或起重孔，以便于吊運(yùn)。 夾具總裝三維圖如圖 3-1 所示。 10 圖 3-1 夾具體三維總裝圖 第 4 章 確定夾具技術(shù)要求的有關(guān)尺寸、公差配合 4.1 技術(shù)要求 （1）定位元件與夾具底面的垂直度誤差允許值在全長(zhǎng)上為 0.03mm。 （2）導(dǎo)向元件與夾具底面的垂直度誤差允許值在全長(zhǎng)上為 0.05mm。 （3）導(dǎo)向元件（件 11）與夾具底面（F）的平行度誤差允許值為 0.005mm。 4.2 公差配合 ?28H7mm 孔鏜套、襯套、支架內(nèi)孔之間的配合代號(hào)及精度分別為： 粗鏜時(shí)，? mm（襯套——支架） ? mm（鏜套——襯套）6742nH6735gH 精鏜時(shí)，? mm（襯套——支架） ? mm（鏜套——襯套） 其余部件的公差配合代號(hào)及精度如圖 4-1 所示。 11 4.3 夾具精度分析與計(jì)算 由圖 1-1 可知，所設(shè)計(jì)夾具需保證的加工要求有： ?28H7mm 孔的端面，尺寸為 mm 的端面與尺寸為 ?28H7mm 的孔有垂直度要求，垂直度誤差為05.2? 0.03mm；?10H9 孔和 ?28H7 孔的中心距為（80±0.20）mm。其余各項(xiàng)精度要求分別 驗(yàn)算如下： (1) 尺寸（80±0.2）mm； 定位誤差 ，由前計(jì)算已知 =0.020mm；D?D? 定位元件對(duì)底面的垂直度誤差 =0.03mm；A 鏜套與襯套間的最大配合間隙 =0.025mm；1T 鏜套孔的距離公差 =0.021mm；2T 鏜套軸線對(duì)底面（F ）的垂直度誤差 =0.05mm；3T? 由式 23212 TTADJ ???? = 205.105.30. =0.070< （mm）264??G? 因而夾具能保證尺寸這項(xiàng)要求。 (2) 同理可完成 ?10H9mm 孔軸線對(duì) ?28H7mm 孔軸線的平行度誤差 0.30mm 的精 度校核，總裝配圖如圖 4-1 所示。 12 圖 4-1 夾具體總裝圖 13 參考文獻(xiàn) [1] 李云主編.機(jī)械制造工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1997 [2] 機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計(jì)（第二版）/吳雄彪主編.-杭州：浙江大學(xué)出版社， 2004.12 [3] 互換性與技術(shù)測(cè)量/ 周玉鳳,杜向陽(yáng)主編.-北京：清華大學(xué)出版社， 2008.12 [4] 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)/ 盧秉恒主編.-3 版.- 北京：機(jī)械工業(yè) 出版社，2007.12 [5] 機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊(cè)/ 吳宗澤，羅圣國(guó)主編.-3 版.- 北京：高等教育出版社，2006.5