机械毕业设计-基于UG建模的盘类零件铣床专用夹具设计（含CAD及三维图纸通过答辩）
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一 明确设计任务，收集原始资料 二 拟定夹具结构方案 第四节 专用夹具设计实例 本节教学内容 三 绘制夹具总图及制定技术要求 夹具工作精度的分析计算 四 本节教学要求： 通过夹具设计实例掌握专用夹具结构方案设计的方法和步骤。 本节教学要求 第四节 专用夹具设计实例 专用夹具结构方案设计的方法和步骤。 本节 教学重点 本节教学重点： 第四节 专用夹具设计实例 零件图 一、明确设计任务，收集原始资料 明确设计任务，收集原始资料 第四节 专用夹具设计实例 该零件中批生产，材料为 45钢。 该铣槽工序在 本工序加工要求为 （ 1）槽宽 12+ （ 2）槽底至工件底面的位置尺寸 62 （ 3）槽两侧面对孔轴线的对称度 （ 4）槽底面对工件 明确设计任务，收集原始资料 （ 1）铣前后两端面 （ 2）铣底面、顶面 （ 3）铣两侧面 （ 4）铣两台肩面 （ 5）钻、铰孔 （ 6）铣槽 确零件的加工工艺过程 明确设计任务，收集原始资料 根据工件的加工要求，该工序必须限制工件五个自由度。现在来分析其必须限制的自由度数目及基准选择的合理性。 二、拟定夹具结构方案 （ 1）验证基准选择的合理性 拟定夹具结构方案 自由度分析 建立坐标系 拟定夹具结构方案 为保证槽底面至工件 限制工件 、 ，选 。 自由度分析 拟定夹具结构方案 为保证工序尺寸 62土 限制工件 、 ，选 自由度分析 拟定夹具结构方案 自由度分析 拟定夹具结构方案 为保证槽两侧面对 限制工件 ，选孔轴线定位基准 。 为了方便地控制刀具的走刀位置，还应限制工件 。因而工件的六个自由度都被限制。 自由度分析 拟定夹具结构方案 定位基准选择 拟定夹具结构方案 由分析可知，要使定位基准与设计基准相重合，所选定位基准是 面。 本道工序工件的定位面是后平面 B、底平面 具上相应的定位元件选为支承扳、支承钉和菱形定位销，如下图所示。 （ 2）选择定位元件 拟定夹具结构方案 定位平面 B1999中的定位支承板进行设计。 定位平面 B 1999中选取。 确定支承钉定位表面到菱形定位销中心的名义尺寸及其极限偏差 ld=l d 。 （ 3）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差 拟定夹具结构方案 （其中，查阅手册 b=3） （ 3）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差 拟定夹具结构方案 其中 差取相应尺寸公差的 1 4，则有 3 后确定菱形定位销圆柱部分的直径及其极限偏差， 则菱形定位销和定位孔配合的最小间隙 dD i nm i n （ 3）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差 拟定夹具结构方案 菱形定位销圆柱部分的直径为 i nm i nm a x 槽宽 12+ 该尺寸由铣刀直接保证，不存在定位误差。 （ 4）分析计算定位误差 拟定夹具结构方案 平面定位时，基准位移误差忽略不计， Y=0 （ 4）分析计算定位误差 拟定夹具结构方案 槽底至工件底面位置尺寸 62土 定位基准与设计基准重合， B=0 故 D= B+ Y=0 槽两侧面对 孔轴线的对称度 拟定夹具结构方案 工件以 14孔轴线定位，定位基准和设计基准重合， B=0。 （ 4）分析计算定位误差 菱形定位销圆柱部分直径 和定位孔 配合时产生的最大间隙将直接影响对称度要求。 a x 2，应采取措施减小该项误差。 （ 4）分析计算定位误差 槽底面对工件 定位基准与设计基准重合， B=0。 平面定位，基准位移误差 Y=0。 故 D= B+ Y=0 （ 4）分析计算定位误差 拟定夹具结构方案 2。 （ 5）减少对称度定位误差的措施 a x 提高菱形定位销圆柱部分的制造精度，将菱形定位销圆柱部分精度提高到 。 这时孔的尺寸为 ，公差为 在提高菱形定位销圆柱部分精度的基础上，将14孔的精度提高到 a x 5）减少对称度定位误差的措施 拟定夹具结构方案 有约 以保证对称度加工要求。通过钻、铰加工仍能保证孔的加工要求。 在对称铣削情况下 计夹紧机构 （ 1）计算切削力及所需夹紧力 拟定夹具结构方案 如下图所示，加工时，工件受到切削合力 F，可分解为水平和垂直方向的切削分力 向铣削力 式中 铣削力， N； 影响系数，大小与实验条件有关； 铣削宽度， 每齿进给量， ； 铣刀直径， 铣削深度， Z 铣刀齿数； 修正系数。 切向铣削力 （ 1）计算切削力及所需夹紧力 拟定夹具结构方案 （ 1）计算切削力及所需夹紧力 拟定夹具结构方案 已知： ， 002Z=12； 故水平分力和垂直分力 NF 9 6 bF H=348N ; 1275N 由于工件主定位面是 选择夹紧力的作用方向为水平方向作用于 夹紧力水平作用于工件上时，所需要的计算夹紧力 为 （ 1）计算切削力及所需夹紧力 拟定夹具结构方案 实际所需夹紧力与计算夹紧力之间的关系为 （ K= 理J 8 9 8 83 5 9 理需 满足夹紧力水平作用要求的夹紧装置结构方案，可以有 夹紧装置布置图 所示的 a）和 b）两种。 图 a）所示为螺旋杠杆压板夹紧机构，夹紧时从夹具体背面拧紧夹紧螺母。 （ 2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力 拟定夹具结构方案 拟定夹具结构方案 a） 夹紧装置布置图 图 b）所示为铰链压板机构，当铰链压板转开时，装卸工件及清理切屑都很方便，这种结构较好。 （ 2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力 拟定夹具结构方案 拟定夹具结构方案 b） 夹紧装置布置图 式中 夹紧机构效率，取 螺栓的许用夹紧力， N。 拟定夹具结构方案 （ 2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力 图 b）所示的夹紧机构所能产生的夹紧力 ，由下图所示的压板受力分析计算得 铰链压板受力分析 Q 1 2h ( l l ) 选定 l1=当螺杆螺纹公称直径为 表可得 620N。 5620 0116N 因 =8988N） ，故夹紧方案可行。 拟定夹具结构方案 （ 2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力 Q 1 2 l l ) 根据工件加工表面形状，对刀元件可选用标准的直角对刀块。它的直角对刀面应和工件被加工槽形相对应（间距等于 3并把它安装在夹具体的竖直板上。 （ 3）设计对刀元件、连接元件 拟定夹具结构方案 根据所选 形槽的宽度，选用宽度 B=14差带为 型两个定位键来确定夹具在机床上的位置。 （ 3）设计对刀元件、连接元件 拟定夹具结构方案 夹具选用灰铸铁的铸造夹具体。基本厚度选为 22要在夹具体底部两端设计出 于 布置好夹具上各种元件、机构、装置之间的相对位置。 （ 4）设计夹具体 拟定夹具结构方案 （ 1）根据工件在几个视图上的投影关系，分别画出其轮廓线，如工件三视图 所示。 三、 绘制夹具总图及制定技术要求 绘制夹具总图及制定技术要求 1. 绘制夹具总图 夹具总图及其绘制步骤如下 : 工件三视图 （ 2）安排定位元件，如 定位元件布置图 所示。 绘制夹具总图及制定技术要求 1. 绘制夹具总图 定位元件布置图 （ 3）布置夹紧装置，如 夹紧装置布置图 所示。 绘制夹具总图及制定技术要求 1. 绘制夹具总图 夹紧装置布置图 （ 4）布置对刀元件、连接元件；设计夹具体并完成夹具总图，如 夹具总装图 所示。 绘制夹具总图及制定技术要求 1. 绘制夹具总图 夹具总装图 绘制夹具总图及制定技术要求 差配合与技术条件 （ 1）标注尺寸、公差与配合 1）夹具外形轮廓尺寸 夹具在长、宽、高三个方向的外形轮廓尺寸分别为 21215815 绘制夹具总图及制定技术要求 （ 1）标注尺寸、公差与配合 菱形定位销轴线的位置尺寸（ 23 形定位销定位圆柱部分直径尺寸 2）工件与定位元件间的联系尺寸 绘制夹具总图及制定技术要求 该夹具的夹具与刀具之间的联系尺寸就是调刀尺寸，该调刀尺寸又分为水平与垂直两个方向的尺寸。 3）夹具与刀具的联系尺寸 绘制夹具总图及制定技术要求 （ 1）标注尺寸、公差与配合 水平方向的调刀尺寸为菱形定位销中心至对刀元件尺面之间的距离。 水平方向的调刀尺寸 绘制夹具总图及制定技术要求 3）夹具与刀具的联系尺寸 由手册查得所选用铣刀的宽度尺寸及其极限偏差为12+平均尺寸为 = 水平方向的调刀尺寸 绘制夹具总图及制定技术要求 3）夹具与刀具的联系尺寸 再加上 3水平方向调刀尺寸的基本尺寸为 = 由于调刀误差 取工件相应要求公差（槽两侧面对 14 15，就得到水平方向调刀尺寸的基本尺寸及其极限偏差为（ 水平方向的调刀尺寸 绘制夹具总图及制定技术要求 3）夹具与刀具的联系尺寸 垂直方向的调刀尺寸为定位元件工作面 面之间的位置尺寸。 垂直方向的调刀尺寸 绘制夹具总图及制定技术要求 3）夹具与刀具的联系尺寸 工件上相应的尺寸为工件槽底至工件底面之间的位置尺寸（ 62 去 3得到垂直方向调刀尺寸的基本尺寸为（ 629 垂直方向的调刀尺寸 绘制夹具总图及制定技术要求 3）夹具与刀具的联系尺寸 垂直方向的调刀尺寸 绘制夹具总图及制定技术要求 3）夹具与刀具的联系尺寸 根据与调刀尺寸（ 垂直方向调刀尺寸的基本尺寸及其极限偏差为（ 定向键与工作台 4 4）夹具与机床连接部分的联系尺寸 绘制夹具总图及制定技术要求 121010 106H 7， 6 5 5）夹具内部的配合尺寸 绘制夹具总图及制定技术要求 （ 1）由于工件上有槽底至工件 具上应标注定位表面 100： （ 2）由于工件上槽两侧面对 14孔轴线对称度的要求，夹具上应标注定位表面 00： （ 3）两定位支承钉的等高允差不大于 （ 2）制订技术条件 绘制夹具总图及制定技术要求 在完成夹具结构设计的全部工作之后，还需对夹具工作精度进行分析计算，即分析计算各项加工要求的夹具部分误差 J，并将它与加工允差进行比较，从而判断该夹具能否可靠地保证各项加工要求，以证明所设计夹具方案的合理性。 夹具工作精度的分析计算 四、夹具工作精度的分析计算 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 D、 对刀误差 T、 夹具在机床上的安装误差 具误差 Z。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 G。 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 J ，即为由夹具引起的总的加工误差。 四、夹具工作精度的分析计算 夹具工作精度的分析计算 夹具工作精度的分析计算 （ 1）定位误差 D （ 2）对刀误差 T 因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为 对刀误差 。 （ 3）夹具的安装误差 A 因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 。 夹具工作精度的分析计算 （ 4）夹具误差 Z 因夹具上定位元件、对刀或导向元件及安装基面三者间（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 。 夹具工作精度的分析计算 （ 5）加工方法误差 G 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多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的三分之一。计算时可设 G= 夹具工作精度的分析计算 2. 保证加工精度的条件 工件在夹具中加工时，总加工误差 于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证加工精度的条件是 22222即由夹具引起的工件总加工误差 g。 夹具工作精度的分析计算 2. 保证加工精度的条件 T 0 止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量 此将上式改为 或 当 时，夹具能满足工件的加工要求。 夹具工作精度的分析计算 3. 夹具加工精度的分析计算 （ 1）槽宽尺寸 由铣刀直接保证，不必进行分析计算。 其定位基准和设计基准重合， B=0，平面定位时 Y=0， 故 ； 但工件夹紧力的作用面是 对底面的垂直度允差造成的影响为 5 50=00（其中 65为工件高度， 50为工件宽度）； 夹具工作精度的分析计算 3. 夹具加工精度的分析计算 （ 2）槽底至工件底面的位置尺寸（ 62 1）定位误差 J= T=0+具工作精度的分析计算 3. 夹具加工精度的分析计算 由调刀尺寸（ 59 T= 2）对刀误差 3）由夹具引起的总加工误差 该误差远小于工件的加工允差 可行的。 定位基准与设计基准相重合，无基准不重合误差， B=0。 基准位移误差由前面的计算可知 Y=以 D= B+ Y=0+具工作精度的分析计算 3. 夹具加工精度的分析计算 （ 3）槽两侧面对孔轴线的对称度允差 1）定位误差 图中表示了 142， 全部该项误差为 2（ 2） = 夹具工作精度的分析计算 由垂直度误差引起的工件对称度误差 夹具限位基面 Q（由两个定位支承板表面所决定）与两定位键侧面的垂直度，导致对称度误差。 3. 夹具加工精度的分析计算 2）夹具误差 Z 定位支承板的最远点距离）=96定位支承板最远距离间的垂直度误差） =（ 96/100） 夹具工作精度的分析计算 由垂直度误差引起的工件对称度误差 在图中， （ 2）/D/ 件宽度）
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