机床夹具设计_第七章.ppt

机床夹具设计 第七章 第七章机床夹具的设计方法及步骤 专用夹具设计的基本要求 夹具设计的复杂程度和生产效率必须与其生产规模相适应 才有较高的经济效益 1 能够保证工件的加工精度要求 2 能够提高机械加工的生产效率 3 能够降低工件的生产成本 4 夹具的操作要方便 安全 5 尽可能提高夹具元件的通用化和标准化程度 6 具有良好的结构工艺性 以便于夹具的制造 使用和维修 夹具设计的步骤 3 分析计算 1 设计的准备 2 方案设计 4 审核 5 总体设计 6 零件设计 7 1机床夹具设计的一般步骤 一 研究原始资料 分析设计任务 一 生产纲领 大批大量生产一般采用自动化程度高的气动夹具 单件小批生产宜采用手动夹具 通用夹具和组合夹具 二 零件图及工序图 零件图给出了工件在尺寸 位置等方面的精度要求 工序图给出了工序尺寸 工序基准 已加工表面 待加工表面 工序精度要求等 是设计夹具的依据 三 零件工艺规程 了解该工序所使用的机床 刀具 加工余量 切削用量 工步安排 工时定额 同时安装的工件数目等等 四 夹具结构及标准 收集有关夹具零 部件标准 典型夹具结构图册 了解本厂制造 使用夹具的情况 1 根据工件定位原理 确定工件的定位方式 选择定位元件 2 确定工件的夹紧方式 设计适宜的夹紧装置 3 确定刀具的对准及引导方式 选取刀具的对准及引导元件 4 确定其它元件或装置的结构型式 如定向元件 分度装置等 5 统筹各元件 装置的布置 确定夹具体结构尺寸和总体结构 二 确定夹具的结构方案 总图的主视图应取操作者实际工作的位置 以便于夹具装配及使用时参考 被加工工件在夹具中被看作为 透明体 所画的工件轮廓线与夹具上的任何线彼此独立 不相干涉 其外廓以黑色双点划线表示 比例一般取1 1绘制总图的顺序是先用双点划线绘出工件轮廓外形和主要表面的几个视图 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 夹紧机构 对刀元件及夹具定位元件以及其它元件 装置 最后绘出夹具体及连接元件 把夹具的各组成元件和装置连成一体 夹具总图上 还应画出夹具零件明细表和标题栏 写明夹具名称及零件明细表上所规定的内容 三 绘制夹具总图 总图绘制的步骤 1 用双点划线绘出工件轮廓线 2 绘制定位元件的详细结构 3 绘制对刀导向元件 4 绘制夹紧装置 5 绘制其它元件或装置 6 绘制夹具体 7 标注视图符号 尺寸 技术要求 编制明细表 四 确定并标法有关尺寸 配合和技术条件 一 应标注的尺寸1 工件与定位元件的联系尺寸 常指工件以孔在心轴或定位销上 或工件以外圆在内孔中 定位时 工件定位表面与夹具上定位元件间的配合尺寸及公差等级 2 夹具与刀具的联系尺寸 用于确定夹具上对刀元件 引导元件与定位元件之间的联系尺寸 3 夹具与机床的联系尺寸 用于确定夹具在机床上正确的尺寸 如车床夹具与主轴端部的连接尺寸 如铣床夹具中定向键与工作台T型槽的配合尺寸 4 夹具内部的配合尺寸 5 夹具的外廓尺寸 一般指夹具最大外轮廓尺寸 若夹具上有可动部分 应包括可动部分处于极限位置所占的空间尺寸 尺寸公差 定位元件之间 对刀 引导元件之间的尺寸公差取工件公差的1 3到1 5 其他尺寸按一般公差与配合原则选择 二 应标注的技术条件 I 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间 或找正基面 的位置要求 3 对刀元件与连接元件间 或找正基面 的位置要求 4 定位元件与导引元件的位置要求 上述要求一般按工件相应公差的1 2 1 5选取 夹具设计完成后得到夹具总图 夹具中的非标准零件都必须绘制零件图 而标准零件必须注明型号及标准号 在确定这些零件的尺寸 公差和技术要求时 应保证其满足夹具总图的要求 在夹具设计完成后 夹具设计人员还应关注夹具的制造和装配过程 并了解使用情况 以利于及时发现问题并对原设计作进一步修改完善 使之达到设计要求 五 绘制夹具零件图 连杆铣两面8槽工序夹具设计 槽的加工要求3 20 0 4 45 30 0 2 未注 7 2机床夹具设计举例 一 工件的加工工艺分析 中批生产 7 2 1夹具设计例1 二 确定夹具的结构方案 1 确定定位方案 设计定位元件 2 夹紧方案选择及夹紧机构设计在批量较小时 夹紧机构采用螺钉压板较为合适 生产批量较大时 可采用手动联动夹紧机构或液动 气动夹紧机构 夹紧有两个方案 一是压在大端上 需用两个压板 另一是压在杆身上 则只需用 个压板 前者的缺点是夹紧两次 后者的缺点是夹紧点离加工面较远 而且压在杆身中部可能引起工件变形 考虑到铣削力较大 确定采用第一方案 但如杆身截面较大 加工的槽也不深时 后一种方案也是可以采用的 3 夹具对刀定位方案的确定 除了考虑工件在夹具上的定位之外 还要考虑夹具如何在机床上定位 以及刀具相对夹具的位置如何确定 对刀块及定位键 塞尺 对刀块 塞尺S 3 H h 图示为一铸铁拨叉零件 重2公斤 中批生产 需要设计在摇臀钻床上加工 12H7和 25H7两孔的钻床夹具 7 2 2夹具设计例二 一 工件的加工工艺分析 依靠所设计的夹具来保证加工表面的下列位置精度 1 待加工孔 25H7和已加工孔 10H8的距离尺寸为100 0 5mm 2 两待加工孔的中心距为mm 也可用194 75 0 25mm来表示 工孔 10H8的距离尺寸为100 0 5mm 3 孔 25H7和端面的垂直度公差为100 0 1 4 两待加工孔轴线平行度公差为0 16 5 孔的壁厚均匀 二 确定夹具的结构方案 1 确定定位方案 设计定位元件 图7 7 由于工件臀部钢性较差 定位方式着重考虑两种可能方案 定位方案1 优点 工件安装稳定 壁厚均匀 不足 基准不重合 中心距难保证 且钻模板不在同一平面 定位方案2 2 确定夹紧方式和设计夹紧机构 由于活动式v形块6中弹簧力的作用 使工件沿x方向被压紧在定位销4上 此两定位元件共同承受钻削时的切削扭矩 因此 只需对工件施加向下压的夹紧力 3 钻套 钻模板设计 为进行钻 扩 饺加工 采用加长的快换式钻套 其孔径尺寸和公差按前面所介绍方法确定 结构尺寸可查阅有关夹具设计手册 三 绘制总图及确定主要尺寸 公差和技术要求 当上述各种元件的结构和布置确定之后也就基本上决定了夹具体和夹具整体结构的型式 如图7 8所示 夹具形成框式结构 刚性较好 四 确定夹具的主要尺寸 公差和技术要求 如图7 5 c 所示 在该夹具总图中需要标注有关尺寸 公差及技术要求 1 夹具总图上应标尺寸 公差 1 夹具的最大轮廓尺寸 180mmx140mmx70mm 2 定位元件的定位面尺寸及各定位元件间的位置尺 及57 0 02mm 3 对刀元件的工作面与定位元件定位面间的位置尺寸为7 85 0 02mm及8 0 02mm 4 夹具定向槽与夹具定向键的配合为或 5 夹具体与定位元件的配合为及2 夹具总图应标注的技术条件 1 上定位面N对夹具体底面M的平行度公差为0 03 100 2 定位元件及对夹具底面的垂直度公差为0 03mm 7 3机床夹具计算机辅助设计简介 一 概述 传统的人工设计夹具方法 具有如下一些缺点 1 设计效率低 周期长 2 一般都采用经验设计 很难实现必要的工程计算 设计精确性差 3 所设计的夹具结构典型化 标准化程度低 不仅使设计本身效率低 而且也给制造带来困难 提高了成本 从而影响了专用夹具的经济效益 二 机床夹具计算机辅助设计的基本过程 夹具计算机辅助设计系统的框图如图7 9所示 BY标准结构元素 用一定语言描述DT典型图形库SB设备资料表格DZ标准手册资料MB明细表ST生产条件资料 7 4夹具体的设计 一 夹具体设计的基本要求 夹具体一般是夹具的基础元件 安放组成该夹具所需要的各种元件 机构 装置 并且还要考虑便于装卸工件以及在机床上的固定 夹具体设计时应满足以下基本要求 一 有足够的强度和刚度 在加工中 夹具体要承受切削力 夹紧力 惯性力 以及切削过程中产生的冲击和振动 所以夹具体应有足够的刚度和强度 二 减轻重量 便于操作在保证一定强度和刚度的情况下 尽可能使体积小 重量轻 三 安放稳定 可靠 夹具体在机床上的安放应稳定 对于固定在机床上的夹具应使其重心尽量低 对于不固定在机床上的夹具 则其重心和切削力作用点 应落在夹具体在机床上的支承面范围内 夹具越高 支承面积应越大 对于较大的夹具体应采用周边接触 图7 10a 两端接触 图7 10b 或四脚接触 图7 10c 等方式 四 结构紧凑 工艺性好 夹具体结构应尽量紧凑 工艺性好 便于制造 装配 夹具体上最重要表面有三组 夹具体在机床上定位部分的表面 安放定位元件的表面 安放对刀和导向装置或元件的表面等 夹具体上安装各元件的表面 一般要设计3 5mm台阶 以减少加工面积 五 尺寸稳定 有一定的精度 夹具体制造后应避免发生日久变形 为此对于铸造夹具体 要进行时效处理 对于焊接夹具体 要进行退火处理 铸造夹具体其壁厚过渡要和缓 均匀 以免产生过大的铸造残余应力 六 排屑方便 1 增加容纳切屑的空间 使落在定位元件上的少量切屑 排向容屑空间 图7 11 a 是在夹具体上增设容屑沟 图 b 是通过增大定位元件工作表面与夹具体之间的距离形成容屑空间 2 采用可自动排屑结构 图7 12 a 是在钻床夹具体上开出排屑用的斜弧面 使钻屑沿斜弧面排出 图 b 是在铣床夹具体上设计的排屑腔 切屑沿斜角 的斜面排出 一般 10 15 七 应吊装方便 使用安全夹具体的设计应使夹具吊装方便 使用安全 在加工中要翻转或移动的夹具 通常要在夹具体上设置手柄或手扶部位以便于操作 对于大型夹具为便于吊运 在夹具体上应设有起吊孔 起吊环或起重螺栓 对于旋转类的夹具体 要尽量避免凸出部分 或装上安全罩 并考虑平衡 二 夹具体毛坯的制造方法 一 铸造夹具体 图7 13a 铸造夹具体是常用的毛坯制造方式 优点 是制造工艺性好 可以铸出各种复杂的外形 铸件的抗压强度 刚度和抗振性都较好 且采用适当的时效方式 可以消除铸造的残余应力 长期保持尺寸的稳定性 缺点 是制造周期较长 生产成本高 材料 铸铁HT20 40 15 30 强度要求比较高时可以采用铸钢ZG35 二 焊接夹具体 图7 13b 焊接夹具体和铸造夹具体相比 制造容易 生产周期短 成本低 比铸造夹具体成本低30 35 左右 焊接夹具体所采用的材料为钢板 型材等 故其重量与同体积的铸铁夹具体相比要轻很多 焊接夹具体在其制造过程中 要产生热变形和残余应力 对其精度影响很大 故焊成后要进行退火处理 焊接夹具体很难得到铸造夹具体那样复杂的外形 三 锻造夹具体 用锻造的方法制造夹具体的毛坯 只有在形状比较简单 尺寸不大的情况下才有可能 一般很少采用 四 装配夹具体装配夹具体是选用标准毛坯件或零件 根据使用要求组装而成 由于标准件可组织专门工厂进行专业化成批生产 因而不仅可大大缩短夹具体的制造周期 也可以降低生产成本 为使装配夹具体能在生产中得到广泛应用 必须实现其结构的系列化及组成元件的标难化 7 5夹具结构的工艺性 夹具制造属于单件生产性质 而其精度又比加工工件高 故一般用调整 修配 装配后组合加工 总装后在使用机床上就地进行最终加工等方法 保证夹具的工作精度 为了使所设计的夹具在制造 检验 装配 调式 维修等方面所化费的劳动量最少 费用最低 应做到在整个夹具中 广泛采用各种标准件和通用件 减少专用件 各种专用件的结构应易于加工 测量 各种专用部件的结构易于装配 调试 维护 一 夹具的结构应便于用调整法 修配法保证装配精度 如图7 15所示的镗床夹具 夹具装配后要求保证 尺寸A B C D的尺寸精度 前后镗套孔的同轴度 镗套中心线对支承板在水平面与垂直平面内的平行度 二 夹具的结构应便于进行测量与检验 在规定夹具某些位置精度要求时 必须同时考虑相应的测量方法 否则技术要求有时无法实现 应用工艺孔时应注意 工艺孔的位置应便于加工和测量 并尽可能做在夹具体上 为简化计算 工艺孔一般做在工件的对称轴线上 或使其轴心线通过所钻孔或定位元件的轴线 为便于制造和使用 工艺孔尽可能采用 6H17 8H7或公 10H7等标准尺寸 三 夹具结构应便于拆卸 维修和加工 夹具上很多重要零部件的连接采用螺钉或销钉 为了拆卸 维修方便 销钉孔尽可能做成员穿的通孔 拆卸时可由