电机座液压夹紧粗镗夹具设计【7张图纸】【优秀】
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电机座液压夹紧粗镗夹具设计
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目录
前 言1
1 毕业设计的目的2
2 毕业设计的任务3
2.1 设计条件3
2.2 设计内容4
2.3 设计关键4
2.4 设计要求4
第2章 夹具方案设计5
2 夹具的概述及作用5
2.1 夹具的概念5
2.2 夹具的作用6
2 夹具设计的一般步骤7
2.1 设计前的准备工作7
2.2 拟定夹具结构方案、绘制工件工序图8
2.3 确定夹具的结构方案9
第3章 绘制夹具结构草图17
3.1 布置图面17
3.2 设计定位﹑夹紧元件18
3.3 夹具精度的验算20
3.4 夹紧力(矩)的验算21
3.5 绘制夹具总图30
3.6 夹具总图上应标注的尺寸30
3.7 具总图上公差配合的制定31
3.8 夹具总体设计中须注意的问题35
致 谢52
参考文献53
第 1 章 毕业设计的目的和任务
1 毕业设计的目的
通过本次毕业设计,我们能够达到以下目的:
1.1 培养我们综合运用和巩固扩展所学知识,提高理论联系实际的能力;
1.2 培养我们收集、阅读、分析和运用各种资料,手册等科技文献的能力;
1.3 使我们更加熟练的运用AUTOCAD、Word 等计算机办公软件,提高计算机辅助设计的能力;
1.4 训练和提高机械设计的基本理论和技能
1.5 培养独立思考,独立工作的能力;
1.6 培养我们的团队合作意识。
2 毕业设计的任务
在姜无疾老师的带领下,我们进行了一段毕业设计前的准备,比如查询资料,进行必要的毕业实习,然后结合自己所掌握的资料提出设计任务并进行设计。夹具作用就是在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷热工艺过程中,用以安装加工对象,使之占有正确的位置,以保证零件和产品的质量,并提高生产效率。
2.1 设计条件
1、准确定位所加工的工件,完全限定工件所应被限制的自由度。
2、正确夹紧工件,确定工件的位置,保证零件和产品的质量。
3、能够顺利加工出工序所要求的工件。
4、所设计的夹具要结构简单,便于装卸,检修。
5、能够提高加工效率,减轻劳动强度。
6、达到充分发挥和扩大机床的工艺性能。
2.2 设计内容
1、设计方案的选择与计算
2、总体结构的设计,成套图纸及说明书。
2.3 设计关键
1、仔细分析工件的加工工艺过程
2、设计与工件工序相对应的夹具
3、保证成品工件符合工序的要求
2.4 设计要求
1.能保证工件的加工要求
保证加工质量是必须首先满足的要求。保证加工质量的关键,就在于正确选定定位基准、定位方法和定位元件。必要时需进行误差分析计算。也要注意夹具中其他影响加工质量的部件结构。
2.能提高生产效率,降低成本
应尽量采用各种快速高效的结构,缩短辅助时间,提高生产率。同时尽可能采用标准元件与标准结构,力求结构简单、制造容易,以降低夹具制造成本。
3.操作方便、省力和安全
在客观条件许可且又经济的前提下,尽可能的采用气动、液压和气液等机械化夹具装置,以减轻操作者的劳动强度。
4.便于排屑
排屑问题是夹具设计中的一个重要问题。因为切屑积聚在夹具中,会破坏工件正确可靠地定位;切屑带来的大量热量会引起热变形,影响加工质量;清扫切屑又要花费一部分辅助时间。切屑积聚严重时,还会损坏刀具或造成工伤事故。
5.有良好的工艺性
所设计的夹具应便于制造、检验、调整、维修等。
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河南理工大学本科毕业设计说明书(2006届)目录前 言11 毕业设计的目的22 毕业设计的任务32.1 设计条件32.2 设计内容42.3 设计关键42.4 设计要求4第2章 夹具方案设计52 夹具的概述及作用52.1 夹具的概念52.2 夹具的作用62 夹具设计的一般步骤72.1 设计前的准备工作72.2 拟定夹具结构方案、绘制工件工序图82.3 确定夹具的结构方案9第3章 绘制夹具结构草图173.1 布置图面173.2 设计定位夹紧元件183.3 夹具精度的验算203.4 夹紧力(矩)的验算213.5 绘制夹具总图303.6 夹具总图上应标注的尺寸303.7 具总图上公差配合的制定313.8 夹具总体设计中须注意的问题35致 谢52参考文献53前 言四年的大学生活马上就要结束了,我们也进入了大学生活的最后一个阶段毕业设计。毕业设计是对我们四年来所学知识的大总结和测验我们对所学知识的掌握,也是向我们今后即将从事的工作的正常过渡。设计的正确程度也标志着我们四年来对所学知识的掌握和熟练运用程度。四年来,在我院老师及领导的精心关怀和指导下,我学习了机械设计制造与设备专业的有关知识,同时也了解了一些相关学科的基本情况,为毕业设计打下了坚实的基础。我们这次设计的题目是电机座液压夹紧夹具。我所设计的部分主要是夹具部分主要是夹具方面,对液压涉及的比较少,只是在典型零件介绍中简要提了 一下。图书馆中对这一方面的资料还是又不少相关资料,但是重复很多而且计算很少。通过整个设计过程,让我懂得了只有阅读大量的有关知识,触类旁通,精密构思与计算,仅仅靠所学的知识是远远不能解决设计过程中所遇到的难题,通过实习和在院先进制造研究所的观察和分析,对电机座的加工工艺有了一个初步了解。综合以上各种材料,得出了现在比较满意的结果。在姜无疾老师的辛勤指导下和同组同学的帮助下,我的这次设计取得了基本成功。本次设计可以说是对所学知识的综合运用,也是第一次单独面对这样庞大的设计工作。鉴于本人水平有限,经验不足,设计中难免有不足之处,请各位老师同学批评指正。 第 1 章 毕业设计的目的和任务 1 毕业设计的目的 通过本次毕业设计,我们能够达到以下目的:1.1 培养我们综合运用和巩固扩展所学知识,提高理论联系实际的能力;1.2 培养我们收集、阅读、分析和运用各种资料,手册等科技文献的能力;1.3 使我们更加熟练的运用AUTOCAD、Word 等计算机办公软件,提高计算机辅助设计的能力;1.4 训练和提高机械设计的基本理论和技能1.5 培养独立思考,独立工作的能力;1.6 培养我们的团队合作意识。2 毕业设计的任务在姜无疾老师的带领下,我们进行了一段毕业设计前的准备,比如查询资料,进行必要的毕业实习,然后结合自己所掌握的资料提出设计任务并进行设计。夹具作用就是在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷热工艺过程中,用以安装加工对象,使之占有正确的位置,以保证零件和产品的质量,并提高生产效率。2.1 设计条件1、准确定位所加工的工件,完全限定工件所应被限制的自由度。2、正确夹紧工件,确定工件的位置,保证零件和产品的质量。3、能够顺利加工出工序所要求的工件。4、所设计的夹具要结构简单,便于装卸,检修。5、能够提高加工效率,减轻劳动强度。6、达到充分发挥和扩大机床的工艺性能。2.2 设计内容1、设计方案的选择与计算2、总体结构的设计,成套图纸及说明书。2.3 设计关键1、仔细分析工件的加工工艺过程2、设计与工件工序相对应的夹具3、保证成品工件符合工序的要求2.4 设计要求1.能保证工件的加工要求 保证加工质量是必须首先满足的要求。保证加工质量的关键,就在于正确选定定位基准、定位方法和定位元件。必要时需进行误差分析计算。也要注意夹具中其他影响加工质量的部件结构。2.能提高生产效率,降低成本应尽量采用各种快速高效的结构,缩短辅助时间,提高生产率。同时尽可能采用标准元件与标准结构,力求结构简单、制造容易,以降低夹具制造成本。3.操作方便、省力和安全 在客观条件许可且又经济的前提下,尽可能的采用气动、液压和气液等机械化夹具装置,以减轻操作者的劳动强度。4.便于排屑排屑问题是夹具设计中的一个重要问题。因为切屑积聚在夹具中,会破坏工件正确可靠地定位;切屑带来的大量热量会引起热变形,影响加工质量;清扫切屑又要花费一部分辅助时间。切屑积聚严重时,还会损坏刀具或造成工伤事故。5.有良好的工艺性所设计的夹具应便于制造、检验、调整、维修等。第2章 夹具方案设计夹具设计是工艺准备工作的重要工作之一。夹具设计的质量,直接影响工件的质量、生产率和加工成本。有时甚至决定了所设计的夹具是否有使用价值。在生产实践中,由于某些因素考虑不周到,设计和制造出来的夹具就不能使用的例子并不少见。因而应充分应用夹具设计的基本原理和知识,正确掌握夹具设计的基本方法,才能设计出先进合理和实用的夹具。2 夹具的概述及作用2.1 夹具的概念在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的,用以固定加工对象,使之占有正确的位置,以便接受施工的一种工艺装备,通称夹具。因此,无论是在机械加工、装配、检验,还是在焊接、热处理等冷、热工艺中,以及运输工作中都大量采用夹具。但在机械加工中应用最为广泛的是金属切削机床上使用的夹具。我们通称为夹具。夹具在机床上用以准确、迅速地安装工件活刀具,从而保证工件与刀具间的正确位置的一种工艺装备。由此可知,机床夹具总的看来可以分为两大类。一类是用以安装工件的,一般通称为夹具。另一类是用以安装刀具的,一般通称辅具。如车床上的卡盘和镗床上的镗模等属于前一类;即快换钻夹头,刀杆托架及靠模装置等属于后一类。夹具是由各种不同作用的元件组成。根据这些元件再夹具中所起的作用大体上分以下几类:1.定位元件起定位作用的元件,夹具中定位元件组合称为定位装置。2.夹紧元件起夹紧作用的元件,夹具中夹紧作用的组合称之为夹紧装置。3.自动定心元件或装置可同时起定位与夹紧作用的元件或元件的组合。4.引导元件引导刀具并确定刀具对夹具的相对位置的元件。5.夹具体用以连接夹具上所有元件和装置,使其成为一个夹具整体的零件。6.分度元件或装置用于改变工件与刀具的相对位置以获得多个工位的元件或元件组合。7.靠模元件或装置用来加工型面的元件或元件的组合。8.动力元件或装置在非手动夹具中用来产生动力部分的装置。9.其它元件包括与机床连接用的零件、各种连接件、特殊元件以及其它辅助元件等。并非所有夹具都包括上述各类元件,但定位件、夹紧件和夹具体却是各类夹具中不可缺少的组成部分。在我们这个夹具设计中出现的就是这种情况,只有定位件、夹紧元件和夹具体,而没有引导元件等装置,采用的是自动定心元件装置。这样可同时起定位与夹紧元件或元件组合。2.2 夹具的作用机床夹具在保证产品优质、高产、低成本,充分发挥现有设备的潜力,便于工人掌握复杂或精密零件加工技术,减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。机床夹具的设计和使用是促进生产迅速反展的重要工艺之一。因此,一切机械制造行业的广大工人和工程技术人员,历来都把机床夹具的改进、研制和开发,作为革新中的主要课题之一。机床夹具的作用可以归纳为如下几个方面:1. 夹具是保证和稳定产品质量,实行全面质量管理的重要手段。2. 可以提高生产成本,降低产品成本。3. 夹具可扩大机床的工艺范围,做到一机多能。4. 夹具在特种零件的加工中起着特殊的作用。5. 机床夹具在新产品的试制过程中,对缩短试制周期起着重要的作用。6. 平衡各工序时间,以便组织流水生产。7. 使操作方便、安全,减轻工人的劳动强度。2 夹具设计的一般步骤一般来说,夹具设计的过程,可分为四个阶段:设计前的准备工作;拟定夹具结构方案和绘制夹具结构方案草图;绘制夹具总装配图;绘制夹具零件图。2.1 设计前的准备工作在设计夹具之前,一般要搜集和分析下述资料:1. 产品零件图;了解零件的作用、形状、结构特点、材料及毛坯的制造的方法和余量,分析尺寸精度、加工表面光洁度、形状和位置精度等技术要求。 2. 详细分析加工工艺过程及本工序在整个工艺过程中的顺序、加工方法和要求;了解本工序的加工余量和切削用量。对于工件的定位基准面、夹紧力的方向和作用点,如果在工艺设计中已初步确定,在设计夹具时,还应该从设计夹具的角度出发,进一步分析定位夹紧的可能性、可靠性、夹具结构的复杂性、工件安装的方便性和操作的安全性等因素。如果由于工艺分析时所给的条件,使夹具设计发生困难,可与工艺人员协调解决,寻求合理的定位和装夹等方案。3. 了解使用该夹具的机床的主要规格、性能特点,机床运动情况,功率和刚度,以及在机床上安装夹具部分的结构和配合尺寸。4. 了解所用切削工具的结构、尺寸、运动和夹具的配合方式。5. 了解工件的年产量、每次投产的批量和生产率要求,以便决定每次安装工件数量和选择相应的夹紧机构,以及确定夹具的自动化程度。6. 熟悉夹具零部件的标准资料。以前我国主要使用机械工业通用标准“夹具零件及部件”(JB185-60JB272-60),以及经过修改补充的第一机械工业机床研究所与几个工厂联合提出的“机床夹具零部件”参考标准(JJ001JJ147),此外,还有组合机床设计参考图册等。最近,国家标准总局与批发了“机床夹具零件及部件”国家标准GB2148225980及GB2262226980,要求从一九八一年十月一日起实施。7. 了解国内外先进夹具的结构资料及典型的夹具图册。8. 了解工厂原有夹具的结构资料、厂颁标准,以及操作者对夹具结构的意见 。2.2 拟定夹具结构方案、绘制工件工序图通过实习,详细的了解了电机座的加工过程和仔细的分析了工件的加工工序图,并观察了工件加工过程所使用的机床、刀具和夹具等相关设备比较后,选择了较为典型的夹具结构电动座液压夹紧粗镗夹具。电动机的底座是铸铁薄壳结构,本道工序粗镗电机座要求粗镗电机座的二端面、二止口及内孔在精加工前留下1.5毫米加工余量。本道工序的加工必须保证坯件的壁厚均匀,两端止口尺寸精度位h7,两止口公共轴线对两端面的垂直度要求为 0.08,以满足下道精加工工序时作定位作用的要求。其工件工序图见图2-1图 2-1 工件工序图 2.3 确定夹具的结构方案在确定夹具结构方案之前,需要了解三类信息,即零件几何形状信息,制造工艺信息和装夹信息。这些信息需要在夹具设计的初期阶段进行详细分析。零件的几何形状是设计夹具的基本信息,然而并非零件几何信息的一切细节都需要识别。零件几何模型中与夹具设计有关的信息包括零件几何形状的类型和外形尺寸,如在加工中心加工的零件可以分为框架类、箱体类、支架类、模具的凸、凹模,或者是特殊的结构零件,如叶轮叶片等。对不同的零件形状,夹具结构通常是不同的。组合夹具设计时,零件的外形尺寸是选择基础板的主要依据: 专用夹具设计时零件外形尺寸则是确定专用夹具基本的依据之一。加工工艺信息设计夹具时需要的工艺信息包括:1. 产品加工精度要求,包括尺寸精度和形位公差要求,这对夹具的方案设计、定位设计、基准的选择、精度设计和校验都是很重要的。2. 工件材料、热处理、毛坯形式和金属切除量信息对加工过程中切屑力的估算和夹具结构的强度、刚度、稳定性设计是必不可少的。3. 切屑方式和加工机床的性能对于夹具设计、布局都有很大的影响。例如采用卧式铣削中心与立式加工中心时夹具的布局可能完全不同。电机座粗镗加工的技术要求:本道工序必须保证坯件的厚度均匀,两端止口尺寸精度为h7,二止口公共轴线对两端面的垂直度要求为0.08,以满足下道精加工工序时作定位用的要求。夹具安装在双头各配有组合刀具的专用机床上,有液压程序控制进给。生产批量大要求生产效率高。镗床夹具也被称为镗模,镗模时一种精密夹具。它主要用来加工箱体累零件的精密孔系。镗模是依靠专门的导引元件镗套来导引镗杆。从而保证所镗的孔具有很高的位置精度。由此可知,采用镗模后,镗孔的精度便可不受机床精度的影响。镗模广泛应用于高效率的专用组合镗床(又称联动机床)和一般普通镗床。一般镗模都有以下四部分组成:(1)、定位元件(2)、夹紧装置(3)、导引元件(镗套)(4)、夹具体(镗模支架和镗模底座)以下便是镗模夹具的具体设计步骤:夹具按设计步骤可分为定位设计、夹紧设计、导向对刀设计、夹具体设计。工件的定位是指保证同一批工件在夹具中占有一致的正确位置,这一位置的获得可以通过定位支承限制工件的相应自由度来实现。当前普遍应用与工件的定位原理是六点定位原理。定位件的定位方法如下表2-1所示。表2-1 定位方法典型的夹紧装置是由力源装置、中间传力机构、夹紧元件、夹紧元件与夹紧机构组成。在设计夹紧机构时力求结构简单、制造容易,操作方便、安全,精度高。目前夹具应用的夹紧装置如表2-2所示。表2-2 夹紧机构 在我们设计的这个电机座液压夹紧粗镗夹紧夹具所采用的夹紧装置就是斜楔夹紧机构。如图22导向装置主要用于钻床和镗床夹具中,其作用是为了刀具导向。引导元件主要有钻套和镗套。图 22 斜楔夹紧机构图对刀装置主要用于铣床夹具,它由对刀块和塞尺组成。采用对刀装置的优点是可以迅速而准确地确定夹具与刀具间的相对位置。2.3.1 定位方案夹具定位设计一般依据空间六点定位原理,即限制工件在笛卡儿空间坐标系下沿X、Y、Z三个轴方向的直线运动和绕X、Y、Z三个轴的回转运动,即限制其空间的六个自由度。实际的定位设计则根据加工特点对工件的自由度进行限制,有时采用过定位或欠定位的方式进行定位。决定定位方法是夹具设计的主要任务。位保证加工精度要求,需要一定的定位精度,而选定定位方法就要选择合适的基准面。夹紧结构的选择也受定位方法的限制,夹具结构的布局基本上取决于定位方法和工件的几何形状的类型。而在我们设计的电机座液压粗镗夹紧夹具中,对工件采用的是五点定位:径向是四点即六只定位爪中的四爪是定位点,而定位爪中的另外两爪按其作用是施加定位力,故只能算作夹紧点,也就是说这两爪是夹紧元件.端面的三爪相互连通,相当于一点,即是一个定位元件.所以不能清楚的区分出哪个爪是定位元件,那个是夹紧元件,因此应把定位夹紧元件的设计放在一个设计步骤中。工件定位点位置的确定,采用工件上的平面作定位基准时,定位面上定位点的布局对定位误差有着直接的影响。下面讨论平面上定位点位置的确定方法。平面作主定位面时消除工件的三个自由度(、z),一般将其抽象位三个定位点;平面作第二定位面消除两个自由度(x、),抽象为两个定位点;平面作第三定位面消除一个自由度(y),抽象为一个定位点。在确定定位点的位置时,除了要满足加工要求(精度要求、支承要求、稳定性要求等),还要注意所选的定位点应能使定位元件可接近。因此,应根据平面的定位可行度分析结果,将有效采样单元中心点作为候选定位点,从中选取合适的定位点位置。一般来说,确定定位面三个定位点位置的标准有三个:(1) 定位点可使定位元件接近(2) 三点构成的三角形面积尽量大(3) 工件重心在主定位面上的投影点应位于三角形范围内,以使工件定位稳定,且投影点到三角形几何中心的距离越近越好。 由工件工序简图可知:待加工面为电机内壁两止口,其位置精度及零件加工情况简图2-3所示根据零件加工面的位置精度要求,选择定位方案。首先分析应消除的自由度数目,由图2-1可知,要保证电机平稳,就必须在径向和轴线限制电机的5个自由度。由于是大型工件且属于生产批量大且生产效率高的工件,故应把夹紧方案设计成为便于装卸而且工作效率高的夹紧方案。在分析和比较后,选择由固定支图23 定位原理图架和活动支架及底座构成的夹具,其工作原理是一对夹紧缸在拉活动支架夹紧工作时,与固定支架一起形成框架结构,使工件在二支架间夹紧时相互受力平衡,活动支架壳移开相当距离,使装卸工件时有足够空间,即可规定活动支架的行程范围,根据工件轴长为203mm,试假定活动支架的活动范围为150260mm其定位方案原理图如图2-3所示;在该图上我们可以看出本工序中工件所需的五点定位:径向试四点,六点定位爪中的两爪,按其作用是施加定位力故只能算作夹紧点,端面的三爪相互两通,相当于一点。2.3.2 确定夹紧方案 为了保持工件在定位时已取得的正确位置,并且在加工过程中在切削力、离心力、惯性力等外力作用下保证位置始终不变和不发生振动。则应使加紧装置做到:(1) 夹紧作用准确、安全、可靠。(2) 夹紧动作迅速,操作方便省力。(3) 夹紧变形小。(4) 结构简单。制造容易。(5) 而确定夹紧力就是要确定其方向、作用点及大小。为此根据工件定位方案、结构特点、加工要求以及切削力与其他外力作用等综合考虑。夹紧力的方向应遵循以下原则:(1) 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。(2) 夹紧力方向应有助于定位稳定,且加紧方向应垂直于主要定位方向。(3) 夹紧力方向应是工件刚性较好的方向。1. 夹紧力作用点选用原则:(1) 夹紧力作用点的选择应不破坏工件定位已确定的位置,即应作用于支撑上或支承所组成的面积范围之内。(2) 夹紧力的作用点应使夹紧系统的夹紧变形尽可能小夹紧面位相对于可定位表面的可用作夹紧的表面。因为夹紧表面应该是正对着一个定位表面,所以正对着可定位表面的零件另一面是否由夹紧表面也被列为定位表面的一个特征。可定位表面,表面的特征及其相互关系的信息结构来自零件图和工艺设计过程设计。而定位/夹紧表面的最后决定,是在装夹特征识别以后的夹具设计过程中决定的。工件夹紧点是指夹紧元件与工件接触的部位。夹紧表面规定了夹紧点的位置范围,但不是夹紧表面上的每一点都可以作为夹紧点。正确的夹紧点位置应使各定位支承点受力均匀,使工件具有良好的稳定性,防止夹紧变形,并且所需夹紧力较小。如果夹紧点选择不当,则可能会增大夹紧变形,甚至破坏工件的定位或无法夹紧工件。因此,夹紧点的选择使夹紧设计中的关键问题。 夹紧点的选择与该夹紧力所指向的工件的定位基准的形式有关。当工件以空作为定位基准时,指向该定位基准的夹紧力的作用表面(夹紧表面)一般与定位基准相同,且常用胀心夹紧方式,此时夹紧元件与定位元件合为一体。 根据夹紧装置设计的基本要求,以及夹紧力方向应垂直于主要定位平面(工序定位基准为工件的轴心线)的原则,工件属于大批量高效率的生产方式,且要求装卸方便,故夹紧方案应操作方便,便于装卸,设计夹紧方案如图2-4所示: 图 2-4 夹紧方案图这种方案的优缺点是三等分分布的定位爪由每一支架上的一对定位缸带动各自的拉板,经斜楔拄的斜面转折而使其作辐射方向的收拢,这与三爪卡盘的定心功能相似。 二支架上的三等分自位缸是以油脂做介质的相互沟通的封闭腔油路,它们给从三档夹紧爪与工件的三条毛坯大筋的端面接触时得到反馈,每爪以相同的力夹紧工件。由于油脂介质的流动性较好,压力传递损失少,对相互距离较长,同道曲折的夹紧爪易于实现相互反馈。这种结构用于要求用于多点均匀夹紧的场合。2.4 夹具体的设计夹具体是夹具的基础件,它既要包夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体,而且,还要考虑工件装卸方便以及夹具与机床的连接方式。因此,夹具体的形状和尺寸,主要取决于夹具各组成件的分布位置,工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。2.4.1 计夹具时应满足以下一些基本要求:(1) 足够的刚度和强度。加工工件时,为了防止在切削力、夹紧力等外力的作用下,夹具产生不允许的变形和振动,夹具体应具有足够的壁厚,刚性不足处可适当增加加强筋。(2) 力求结构简单、重量轻。夹具体的外形一般尺寸较大,结构比较复杂,而且各表面间的相互位置精度要求高,应特别注意其结构工艺性。(3) 应便于排除切屑。加工过程中为了防止切屑聚积,影响工件的正确定位和夹具的正常操作,因才在设计夹具体时应考虑切屑的排除问题。(4) 在机床上的安装应稳定可靠。对于固定在机床上的夹具,应该使重心尽量低;对于不固定在机床上的夹具,则重心和切削力作用点应落在夹具体的作用范围之内,重心越高夹具支承面积越大。为了使夹具安装稳定可靠,夹具体底面中部通常挖空。对于翻转或移动式夹具体,应在夹具体上设置手柄或手扶部件,以便于操作。对于大型夹具,在夹具体上应设置吊环螺栓或者起重孔,以便于吊运。应具有良好的结构工艺性和经济性。夹具体上有三个重要的表面,直接影响夹具的装配精度,即夹具体底面,固定定位元件和引导装置的表面,以及夹具安装时的校正基面。在加工这些表面时,通常是以夹具底面作为定位基准,因此在考虑夹具体的结构时,应便于达到这些表面的加工要求。在夹具体上供安装各种元件的表面,一般应铸出35mm的凸台,以便于减少加工面积。根据待加工表面的位置情况,需要采用组合刀具加工两端面以及镗内孔壁。 图 25 夹具体图那么设计的夹具体结构就应该适合加工要求.依据上述设计夹具体的基本要求,我们把夹具体设计成如图25所示。螺钉1固定支架,防止支架在夹具受到外力(如切削力等)作用时发生振动,产生位移,造成工件的加工误差.螺钉2是用来固定加紧缸,防止加紧缸在工作时来回移动.2.4.2 夹具体的外形尺寸夹具制造属于单件生产性质,在作夹具设计时,一般无需复杂的计算,通常是参照类似结构,采用类比法估计确定。实际上,在绘制夹具总图时,根据夹具的各组成元件,装置和机构所在的位置,夹具体的外形尺寸便已大体确定。以下数据可供确定夹具体结构尺寸时参考:铸造结构夹具体,壁厚一般取825mm,过厚处应挖空。如图2-6 图 2-6 夹具体在图2-6中所显示的挖空部分厚度为50mm。3 绘制夹具结构草图 通过以上各个部分的设计,对夹具已有了大体轮廓,下面就需要对夹具结构进行详细设计。其步骤如下:3.1 布置图面画出工件位置,选择适当比例(一般为1:1),在图纸上用双点划线绘出工件23个方向的轮廓线,主视图一般选面对操作者的加工状态或工件装卸的位置,各 图 2-7 工件图视图之间留足够空隙以便布置夹具元件,工件图如图2-7。3.2 设计定位夹紧元件 因为本工序对工件只需五点定位:径向是四点即六只定位爪中的四爪是定位点,而定位爪中的另外两爪按其作用是施加定位力,故只能算作夹紧点,也就是说这两爪是夹紧元件.端面的三爪相互连通,相当于一点,即是一夹紧元件的设计放在一个设计步骤中。个定位元件.所以不能清楚的区分出哪个爪是定位元件,那个是夹紧元件,因此应把定位根据选定的定位方案和定位元件类型尺寸和具体结构绘在相应的视图上,与工件的定位基准形状和精度相适应.设计夹紧装置,将所选定的夹紧装置的具体结构按视图绘在图上,表示出工件处于夹紧状态.其夹紧、定位原理如图2-8所示主视图侧视图 图 2-8 定位夹紧原理图设计夹具体,形成夹具结构草图,将上述各部分组成联系成一体,形成一个完整的夹具.图2-9便是电机座粗镗工序的镗摸夹具总图在完成结构草图设计之后,为了进一步论证方案的可行性,应作必要的夹具精度分析及夹紧力矩大小等验算。 图 2-9 夹具总图3.3 夹具精度的验算在上述结构中,对夹具有精度要求的主要是工件的二止口和两端面的位置精度.两端止口尺寸精度为h7,二止口公共轴线对两端面的垂直度要求为0.08,而影响该项精度要求的因素有:(1) 工件定位误差 定位原理只解决了工件在加工中的位置“定与不定”的问题。然而一批工件在夹具中定位时,对每一工件的具体表面来说均在允许的公差范围之内发生变化,各个表面都有着不同的位置精度。故需要进一步讨论工件在正确的定位的情况下,加工表面所获得的尺寸,以及相互位置的精度如何,即解决“精与不精”的问题,而工件在夹具中安装时,与其直接有关的基准又两个,即工序基准和定位基准。 本工序对工件只需五点定位:径向是四点,六只定位爪中的两爪,按其作用是施加定位力,故只能算作夹紧点,端面的三爪相互连通,相当于一点。在径向定位上,由于工件是薄壳结构,夹紧力不宜在径向施加,但工件又是毛坯,不但三条大筋的直径尺寸又铸造误差,而且其轴心线对端面也又任意方向的垂直度误差,夹具定位与夹紧关系如示意图的上图所示,其定位爪固定(这可省去定位缸、拉板等结构)而每边相互成120用二只爪,无定位力,于是前者会造成“e”的误差而后者在夹紧后会造成“”的误差(实际上是工件偏离任二定位爪为的距离),而这两者的误差都是混在一起发生的,由工序图可知,在工件制造过程中,毛坯的三条大筋的直径尺寸的铸造误差在e0.07mm范围之内,即三条大筋所构成的圆的圆心与理想工件的圆心在径向方向的偏移距离e0.07mm,该误差范围在本工序要求二止口公共轴线对两端面的垂直要求为0.08的范围内,从这个方向考虑,该夹具可以满足加工要求。而两端面的三爪相互连通,所受的作用力大小相等。因此&将产生极小的误差,可以不予考虑。(2) 工件导向误差夹具在机床上安装后,需要调整夹具相对于刀具的相对位置,但由于制造夹具时,对刀块或导向装置对定位元件的位置不准确,导致加工表面尺寸变化。由此所产生的加工误差,称为调刀误差。在本工件加工的夹具装置中,由于没有设计镗套装置,即没有导引元件,故夹具不存在导向误差。3.4 夹紧力(矩)的验算在确定了工件的夹紧点位置后,就可以根据切削力的大小合方向来计算所需的夹紧力了,切削力的大小可从有关书籍合手册中查找相应的数据和公式进行计算,或通过切削试验测得。至于切削力的方向,在夹具设计中应尽可能使其指向定位支承,以减小所需的夹紧力。 图 2-10 斜楔结构图夹紧力的大小必须适当,夹紧力过小,工件在夹具中的位置可能在加工过程中产生变动,破坏原有的定位,这样不仅影响加工质量,甚至还可能造成事故,夹紧力过大,则会使工件和夹具产生过大的变形,也会影响加工质量,而且还将造成人力、物力的浪费。本夹具的夹紧力来自夹紧爪,若采用原结的夹紧爪,则夹紧爪和活塞是整体结构,当爪端在接触工件而受力后,整个活塞总是在平衡缸内侧,见图2-10这一现象会产生下列缺点:(1) 使活塞易在缸内卡住,并引起工作间隙不均匀,实质是增大了间隙,在160N平方厘米的工作压力下,难以保证密封性能。经过多次使用后,铸铁活塞缸口会产生环口变形,这更会增大间隙,影响密封性能,造成泄漏,降低夹紧性能。 图 2-11(2) 爪端与工件的接触面积很小,实际上是点接触。若将原结构改进成如图2-11所示,将能取得如下的优点:(1) 充分利用支架的宽度,以加长活塞在杠体内的有效导向长度,减少活塞在平衡缸内的倾斜度而使间隙趋于均匀,从而提高密封性能。(2) 爪端用球面块,与工件接触时能自位,加大夹紧爪与工件的接触面积,为球的球心位置给以一定的k、m植时,使其产生一W力,减少活塞倾斜趋势。(3) 适当加大了活塞直径,以降低油腔内的工作压力,若直径为24mm时,经折算油缸压力降至110N平方厘米。(4) 活塞尾端对应部位可作 c*h 的平面,使其得到-N力,该力也有抵消活塞倾斜作用。(5) 活塞内腔可加一强力弹簧,使活塞在未受载时伸出,受载时既起了缓冲作用又可降低油腔压力。(6) O型密封圈受压,对侧可加挡圈,能增强密封能力。这几条措施对改善爪端与工件的接触情况和防止油腔泄漏及延长夹紧部分的使用寿命都有一定作用。 由上图可知,定位爪的受力方式如上图所示,其各力的大小可通过以下公式计算: 则由上面章节中知道,工件受力为1100N,而在上图中有以下数据是已知的: 由以上数据可以计算各个力为: 又因为本夹具的夹紧结构采用的是斜楔夹紧结构,其导向是移动柱塞单头导向,斜楔结构如图2-12所示: 图2-12 斜楔结构图 则斜楔夹紧机构传力比计算公式为:式中 P作用在斜楔夹紧机构上的外力; Q斜楔面上所产生的夹紧力(N); 多斜楔面夹紧机构上,每一斜楔面上所产生的夹紧力(N); N多斜楔面夹紧机构的斜楔作用面数; 斜楔夹紧机构的斜楔角; 平面摩擦时,作用在斜楔面上的摩擦角; 平面摩擦时,作用在斜楔基面上的摩擦角; 移动柱塞双向导向时,导向孔与移动柱塞间的摩擦角; 滚子作用在斜楔面上的当量摩擦角: d滚子转轴直径(mm); D滚子外径(mm); 滚子作用在斜楔面上的当量摩擦角: h移动柱塞导向孔长度;l移动柱塞导向孔中点到斜楔面的距离(mm);在本结构中,斜楔的斜楔角为,则由金属切削机床夹具设计手册中表335得知,每个斜楔面的行程比,斜楔夹紧机构理想传动比,1.57,传动效率,则所需的推力。计算夹紧力时,通常将夹具和工件看成一个刚性系统,以简化计算。根据工件受切削力、夹紧力(大工件应考虑重力,高速运动的工件应考虑惯性力等)后的静力平衡条件,计算出理论夹紧力,再乘以裕度系数K作为实际夹紧力,即 在确定夹紧力裕度系数时,应考虑切削力计算误差、切削力波动、夹紧力源波动、刀具状况、加工性质等因素的影响。因此,可采用下式来计算 式中 基本安全系数,主要考虑切削力的计算准确性和切削力波动的影响, 一般1.5 加工状态系数(考虑到加工特点的系数)。粗加工:1.2,精加工:1.0 刀具钝化系数(考虑到刀具磨损的系数)。一般1.01.9,具体值可按下表3选取; 切削特点系数(考虑切削情况的系数)。连续:1.0;断续:1.2 考虑夹紧动力稳定性系数。若手柄位置操作方便,手柄偏转角范围时,1.0;若手柄位置操作不方便时,手柄转动角度范围()时,1.2;考虑夹紧动力稳定系数。手动夹紧:=1.3;机动夹紧:1.0;仅在由力矩企图使工件回转时,才应考虑支承面接触情况的系数,若工件时安装在支承钉上,接触面积小时,1.0;若工件安装在支承板上,其它接触面积较大元件上时,1.5。有的文献根据生产经验取K1.53,其中粗加工取K2.53,精加工取K2.53不同的加工要求和不同的装夹方案所需的理论夹紧力的大小也各异。各种情况下理论夹紧力的大小可从有关的书籍和手册种查找相应的公式进行计算。经过查表表 3 系数加工方法切削分力情况铸铁钢钻 削 1.5 1.10粗 扩1.3 1.2精 扩1.2 1.2粗车或粗镗1.01.01.21.41.251.6精车或精镗1.050.951.751.051.51.0平 铣(粗、精)1.21.41.751.90(软钢)1.21.4(硬钢)端 铣(粗、精)1.21.41.751.90(软钢)1.21.4(硬钢) 磨 削1.151.20拉 削1.55320得,。当工件上有几个方向的夹紧力时,还应考虑夹紧力的作用顺序。对于仅为了使工件与定位支承件可靠接触的夹紧力应先作用,且不易太小;而用以平衡切削力的主夹紧力应在最后作用。为了使夹紧操作简便,常采用使夹紧力同时作用或自动地按大小顺序作用的联动夹紧装置。通过以上原理和数据可以得到:那么为防止工件转动所需的夹紧力为: 式中 R工件待加工表面直径; M切削扭矩,。则 所以 其中 K4.03取 f0.8又知道工件受到切向力得又已知工件受到轴向力,则为防止工件轴向移动所需的夹紧力为因此 N最后取总的夹紧力W1057.88N。由于在电机座粗镗夹具中的夹紧方式类似于三爪卡盘,所以每个卡爪所需的夹紧力为: 式中 n夹紧爪爪数.我们所设计的夹具的夹紧力最小值为360N,所以符合要求,可以使用。3.5 绘制夹具总图在经过分析、论证并确定夹具结构之后,即可按草图所形成的总图正式绘制成夹具,见下页图2-13。总图的绘制过程大致和上面所示的步骤相同,只是要求图面大小、比例、视图布置、各类线条、粗细等均要求严格符合机械制图国家标准的要求3.6 夹具总图上应标注的尺寸 夹具总图中除应将结构表示清楚外,还应反映以下五方面的内容:1、标注有关尺寸、公差及配合,见图3-8,包括:(1) 具外形轮廓尺寸。如图中50054.5465(长宽高)尺寸,对于某些夹具上的可移动部分还应表示出其极限位置尺寸(用双点划线)。(2) 重要部位的配合尺寸与配合性质。如工件与定位元件,定位元件与夹具体,快换钻套与衬套,活塞与缸体等部分尺寸和配合性质以及精度等级。有关配合性质的选取根据工作情况查阅机床夹具设计手册。(3) 夹具与刀具的联系尺寸这类尺寸是用来确定夹具上对刀导引元件的位置。对于铣刨夹具而言,若没有对刀元件这类尺寸就是指对刀元件与定位元件的位置尺寸;对于钻镗夹具来说,便是指钻(镗)套与定位元件间的位置尺寸一般只需标出其中一个钻(镗)套与定位元件的位置尺寸即可 钻(镗)套之间的位置尺寸,以及钻(镗)套与刀具导向部分的配合尺寸。在本夹具中,由于没有导引元件和镗套,故只需指出对刀元件与定位元件的位置尺寸。 图 2-13 夹具结构总图 (4) 夹具与机床连接部分的尺寸这类尺寸表示夹具如何与机床有关部分连接,从而确定夹具在机床上的正确位置。对于车床,圆磨床夹具,则是指夹具上的定位键与U型槽和机床工作台上的T型槽的配合尺寸。标注尺寸时,还常以夹具上的定位元件作为相互位置尺寸的基准。(5) 其它装配尺寸 这类尺寸属于夹具内部的配合尺寸。它们和工件、刀具、机床无关。主要是为了保证夹具装配后能满足规定的使用要求而标注的。3.7 具总图上公差配合的制定夹具公差又可分为与工件加工尺寸直接有关的和与工件加工尺寸无直接关系的两类。属于前者的,如夹具上定位元件之间等有关尺寸公差。它们直接与工件上相应的加工尺寸公差发生联系,因而按工件加工尺寸公差来决定。属于后者的,如定位元件与夹具体配合尺寸公差,夹紧装置各组成零件的配合尺寸公差,主要根据零件的功用和装配要求,按一般公差与配合的制度原则来决定。下面就分别叙述这两类公差制定原则:3.7.1与工件加工尺寸直接有关的夹具公差 夹具的制造误差,直接影响工件的加工精度和夹具的使用寿命。所以必须制定合理的公差配合,把夹具制造误差控制在一定范围内。这可用下面不等式来表示: 式中 夹具的制造误差; 工件的加工误差; 其它影响工件加工精度的工艺系统误差总和(除了夹具制造误差与夹具磨损影响外); 因夹具磨损所引起的加工误差; 从上式可知,当与一定时,若愈大,则必愈小,则必愈小,即夹具使用寿命愈短。反之,若愈小,则虽增大,但对夹具制造要求高了,势必增加夹具制造周期与制造费用。 由于目前误差分析计算方法还不成熟,在实际生产中,还不能直接用上面的不等式关系来计算。而通常根据实践中累积的经验数据来确定,一般取工件加工尺寸公差的(1/21/5)作为夹具有关尺寸的公差。具体选用时,要结合工件的加工精度要求,生产批量的大小,工厂在夹具制造方面的生产技术水平等因素,进行全面考虑。一般可按以下几点原则来选取:(1) 在夹具的制造精度能经济地达到的前提下,尽可能减小,增大,以延长夹具使用寿命。(2) 在夹具的制造精度不能经济的达到;甚至发生困难的情况下,则应适当放大,减小。(3) 若生产批量很大,为了保证夹具的使用寿命,可适当减小,增大,虽然使制造费用略有增加,但总体来看,往往会是经济的,若生产批量小,夹具的使用寿命问题不突出,即可适当增大,减小,以便于制造。制定上述夹具公差时,还须注意下列几个问题:(1) 若没有特殊的情况,一般都应以工件的平均尺寸作为夹具相应尺寸的基本尺寸。在夹具总图上,标注这类尺寸公差时,一律采用双向对称分布公差制。否则,便不能保证加工尺寸精度。(2) 要用工件上相应的工序尺寸作为夹具的基本尺寸,而不一定是零件图上的最后尺寸。(3) 若定位孔或定位外圆不是基准轴,则确定心轴或定位套的尺寸公差时,应注意保证其配合的性质。3.7.2 与工件加工尺寸公差无直接联系的夹具公差 这类公差的制订,应按其在夹具中的功用和装配要求来选用。大致归纳为下列四种情况:导引元件与夹具的配合(1) 导引元件在夹具上起导向作用,而有相对滑动且精度要求较高的部件,大体上可参照上述公差配合选用。(2) 有相对运动而无导向作用的元件间的配合(3) 配合件间有导向要求,但精度较低时,常用。(4) 固定不动的元件间配合若不另用紧固固定,常采用 、等。若另用紧固件固定,常采用、等。根据以上的标准要求和范围,在夹具结构总图上标注。具体标注见夹具结构总图。3.7.3 夹具总图上技术条件的制定 设计中,除了规定有关尺寸精度外,还要制定各有关元件之间,各元件的有关表面之间的相互位置精度,以保证整个夹具的工作精。这些相互位置精度要求,常用文字或符号表示,习惯上就通称之为技术条件。一般夹具的技术条件大致可归纳为下面几个方面:(1) 定位元件之间或定位元件对夹具体底面之间的相互位置要求。(2) 定位元件与连接元件(或找正基面)间的相互位置要求,夹具在机床上的正确加工位置,是借连接元件(或找正基面)来保证的,而工件的正确加工位置,又是靠夹具上的定位元件来保证的。因此,工件在机床上的最终位置,实际上由定位元件和连接元件间的相互位置来确定的。故夹具上定位元件与连接元件之间,必须有一定的相互位置要求。(3) 对刀元件与连接元件(或找正基面)间的相互位置要求(4) 定位元件与导引元件间的相互位置要求有时为了保证操作能正常而安全地进行在夹具总图中,必须规定相应地技术条件。以上所归纳地四类技术条件,都是为保证工件相应的加工技术要求所必须的,而且这也是使用车间在验收和定期检修夹具工件的依据。必须根据具体情况把它们标注在夹具总图上。凡与工件加工技术条件直接有关者,其位置误差数值同样可按工件加工技术条件所规定数值的(1/21/5)选取;若与工件加工技术条件无直接关系时,即可参考下列数据酌情选用:(1) 同一平面上的支承钉或支承板间的等高误差,一般不大于0.02毫米。(2) 定位元件工作表面对定位键槽侧面的平行度或垂直度,一般不大于100:0.02毫米。(3) 定位元件工作表面对夹具体底面的平行度或垂直度,一般不大于100:0.02毫米。(4) 钻套轴线对夹具体底面的垂直度不大于100:0.5毫米。(5) 镗模前后镗套的同轴度不大于0.02毫米。(6) 对刀块工作表面对定位元件工作表面的平行度或垂直度不大于100:0.03毫米。(7) 对刀块工作表面对定位键槽侧面的平行度或垂直度,一般不大于100:0.03毫米。(8) 车磨夹具的找正基面对其回转中心的径向跳动不大于0.02毫米。 本夹具的具体技术条件是:(1) 本夹具加工前应保证零件图上的所有尺寸(2) 加工后对称孔的中心距不变(3) 加工后孔的尺寸为(4)与的不同轴度允差0.04(5)与孔中心线与导轨平行度允差100:0.02。3.7 液压传动原理 通过以上的夹具设计过程,夹具结构已经完成,但其在液压动力下的工作原理还需少作陈述。 在下面这张液压夹具原理图2-14中很形象的表示出夹具中所有元件及其所在的位置和它们之间的相互关系。 A 夹紧缸 B 定位缸 C 自位缸 图 2-14 夹具原理图在本夹具图中,采用时间继电器来控制阀和阀的动作转移,由于油液粘度及A缸的工作速度随油液的工作温度变化而变化,不能很可靠地在活动支架移近到离工件12毫米时实现动作转换,为此需经常调整时间继电器的延时时间。若在活动支架和底板件装一个行程开关,当活动支架移近到离工件12毫米时,行程开关被压下,然后通过中间继电器使阀失电,恢复到中间机能,阀执行左边机能。这种利用行程控制地方法,能够使实现动作转移地位置不受油液工作温度变化的影响,大大提高程序控制的可靠程度。3.8 夹具总体设计中须注意的问题在夹具总图绘制过程中,除了要标注尺寸公差和技术条件外,还必须注意总体结构是否合理,是否能满足夹具工作的需要。下面就结合本夹具的例子来说明。3.8.1 防止工件误装图2-15表示工件以大孔2和小孔4分别在圆销1和圆销3上定位。为了保证加工精度,定位孔已经过较精确的加工。该工件另一旁还有一孔5,其直径大小和距大孔的孔心距都和孔3 相同。因此,操作者往往容易误装,把工件以大孔2和小孔5来定位,使工件转了。这样加工会出废品,造成质量事故。在总体设计时,要根据工件形状特点,采取措施,防止误装。图中就是在旁边增加一个销子6,它与工件外形斜面有足够不会影响工件正确安装。若工件转时,因右边长方形外形被销子挡住,无法装入,就可及时发现错误,加以纠正。有一些盖板间 1柱定位销; 2定位大孔; 3削边定位销;4定位小孔; 5非定位孔; 6挡销; 图 2-15隙,、箱体、底座等零件,常利用其现有的一组紧固螺孔中的两个(一般是相距最远的两个)作为定位孔。对此两孔必须进行较精确的加工。此时,常会有发生误装的可能,设计时,要根据工件的特征,增加防止误装的标志。在本工序中,由于工件的安装方法是工件的轴线方向与水平面平行,且工件的两端面的形状是一样的,所以说工件的安装是不分端面的,所以不存在工件误装的问题。(1) 注意检查运动零部件是否会受到妨碍,是否能达到预期的运动要求图2-16表示由于没有给摇臂1的端部在2的槽内留出足够的间隙使摇臂1不能由图示的位置在继续按箭头方向运动。而在本工件的加工工序中,工件的定位、夹紧方式是通过夹紧缸拉动的活动支架,与固定支架一起形成框架结构来夹紧工件,活动支架的三个定位爪相当于三爪卡盘,夹紧工件时是同时在工件的外端面夹紧工件,而不存在因没有足够的间隙而影响夹紧运动。图 2-16(1) 顶出工件的装置因工件重量较重或冷却液影响,使得不易抓住工件,使取出工件困难。这时就应设置顶出工件装置,把工件顶起,便于取出或移走。图2-17是顶出装置的例子。1是工件,在夹具体的定位孔2中定位。夹紧力J把工件保持在正确的位置上。当夹紧机构放松后,顶销3在弹簧4的作用下,把工件顶起,便于取去。设计时,弹簧力P应比夹紧力要小。由上图可知,在设计这类装置时,要注意以下二点: 图 2-171) 顶销的行程要有限位机构控制工件抬起的距离。图中顶销3由其凸肩限位。2) 夹紧元件要移开或让开足够的距离,使工件能被顶起不受阻碍。在本工序的加工中,虽然电机座工件重量较重,但因其安装方式特殊,是靠固定支架和固定支架的六个定位爪和六个定位缸定位、夹紧的,活动支架在液压缸的拉动下,便可很容易的松开工件。因此在本夹具中可以免去设计顶出工件的装(2) 要考虑毛坯的制造误差,避免工件装不进或装不牢 图 2-18 图2-18中所示的工件,以底面和内孔定位,在一反转式钻模中钻孔。工件与夹具体之间的间隙留得太小见图(a),没有考虑夹具体制造后,不加工的内壁面上将留下抜模斜度,结果夹具体得实际形状和尺寸如图(b)所示。BA,因而造成工件无法装入。在本夹具中,由于工件得定位、夹紧是依靠固定支架和活动支架来实现得,活动支架移动时,便可很容易得夹紧或松开工件,所以工件的毛坯制造误差不会影响工件在夹具中的在安装,只会影响夹具的定位误差。2.9 夹具总体设计中须注意的几个问题夹具制造属于单件生产性质,而其制造精度又比产品零件高。由于夹具制造具有这样的特点,所以一般都用调正、修配、装配后组合加工、或总装后在使用机床上就地进行加工等方法,来保证夹具的工作精度。在设计夹具时,必须明确夹具制造的这一工艺特点,方能在结构设计、尺寸标注、技术条件制定等方面,充分保证所设计的夹具具有良好的工艺性。否则,常会给夹具制造、检验、装配、维修等带来困难,甚至无法达到设计所规定的夹具工作精度。评定夹具结构的工艺性好坏,主要是看这种结构在单件或小批的生产条件下,其制造、检测、装配、调试、维修所花费的劳动量是否最少而制造费用又是否最低。为了保证所设计的夹具结构具有良好的工艺性,应该做到以下几点:(1) 在整个夹具结构的标准件、通用件和专用件的构成比中,应使专用件所占比例最小。减小专用件,广泛采用各种标准件和通用件,就意味着大大减小整个夹具的制造劳动量和制造费用。(2) 夹具中各种专用零部件的结构应易于制造、测量、装配和调试。(3) 夹具的维护和修理应方便。以下就夹具结构的工艺性作例子说明2.9.1 工艺孔在夹具设计中,常会遇到要保持夹具上轴线之间、平面之间、或轴线与平面之间成角度位置的尺寸关系。这在钻斜孔,加工斜面、斜槽,在圆弧形工件上钻孔等夹具中,都会遇到这类问题。例如图2-19是要钻斜孔d的工件,它的轴线与定位孔轴线C-C的交角为。孔d中心在圆锥表面上的起点Q,距定位端面的距离为H,距定位孔的距离为B。采用的钻模结构方案如图(b)所示。夹具定位平面A与钻模的轴线成()交角,以保证钻出的孔与工件定位孔轴线成的交角。但还要使钻套的轴线通过夹具体上空间的一点,此点距定位平面A的距离为H,距夹具定位销轴线的距离为B,才能保证钻出的斜孔轴线在锥面上的起点位置,恰巧符合工件上Q点位置的要求。空间上的这一点,不是实际可以测量出来的,因而钻套轴线位置的确定,也成了难题。如果我们在夹具体上设置一个孔,起中间媒介作用,借此就可解决上面空间角度的尺寸关系。因为这个孔是专为夹具的制造与装配设置的,故称为工艺孔。如图2-19(b)中,取钻套轴线与夹具上定位销轴线的交点作为工艺孔的中心,只要保证钻套轴线通过工艺孔中心,就可间接保证了钻出工件的斜孔d轴线上Q点的坐标位置。为此,可按下面计算方法,求得工艺孔中心距定位面A的距离K。(a) 图 (b)图 图 2-19在图(a)的中: (5)令 ; 将上面的数值代入式(5)得: (5)因此,只要按计算所得的K,沿夹具体定位销轴线且距A面为K处加工一工艺孔,使钻模板上钻套孔的轴线通过此工艺孔,就可保证加工出斜孔的轴线的正确坐标位置。测量时,一般在工艺孔中插入量棒。工艺孔不仅解决了装配调正测量问题,也可作为加工夹具体上这些孔的找正基准。在本工件的夹具设计中,由于加工过程中不存在斜孔一类的加工,所以在设计夹具时不需要考虑工艺孔的设计。通过上面的例子,可以看出,由于采用了工艺孔为中间媒介,可使原来难以测量的角度间位置尺寸问题,转化为测量距离的简单问题。这就大大简化了夹具的制造、装配、测量、维修。在设置工艺孔时,还必须注意系列几个问题:(1) 工艺孔的位置必须便于加工和测量,应尽可能设在夹具体上。(2) 工艺孔尽可能位于工件的对称中心线上,以减少计算的复杂性。(3) 工艺孔的直径一般为6、8、10,与量棒的配合采用。工艺孔的中心线对基面的平行度、垂直度和对称度不大于100:0.05毫米。(4) 工艺孔不仅在夹具制造时使用,而且在夹具维修中还要使用,故要用盖板或螺塞(此时加工出罗纹孔)予以保护。(5) 保证合理的装配工艺因为一般夹具制造属于单件生产性质,所以常常采用调整法,修配法或就地配作等方法进行装配。因此,就要按这种装配工艺的特点来进行夹具结构设计。一般要注意下面三方面问题:为了便于夹具在装配和维修时调整各零件间的相对位置,首先要正确选择装配基准。这可用图2-20来说明。图中尺寸B与D分别确定定位销1与3的位置,尺寸A与C分别确定支承板4与2的位置。在图(a)中,A、B、C、D四个尺寸均以孔的中心为装配基准,孔心一经加工完毕便不再变动,在装配过程中不再调正或修配。因此,以孔中心为装配基准来检验或调正定位销和支承板时,可使这些元件彼此之间不发生干扰或牵连。例如调整尺寸B与D时,对尺寸A与C不发生影响。但在图(a)中,情况就不同了。由于装配基准选择不当,在调正尺寸B与D时,尺寸A和C 图 2-20也受影响,这样使装配工作复杂化,难以保证精度。由上例可以看出选择装配基准的原则为:(1) 装配基准应是夹具上一个独立基准表面,其它元件位置,都对此表面进行调正或修配。(2) 装配基准本身一经加工完毕,其位置和尺寸不应再有变动。因此,不能选用那些在装配过程中本身的位置和尺寸尚须调正或修配的表面作为装配基准。2.9.2 维修工艺性 设计夹具结构时,不仅应注意便于新夹具的制造和装配,而且还应考虑到夹具磨损后的维修方便。这里只能举几个示例来说明维修工艺性,借此来说明维修的工艺性,以引起重视。a 螺钉连接销钉定位的维修工艺性夹具上有不少重要零部件的连接型式是采用螺钉连接销钉定位的。这时为了拆卸方便,宜采用图2-21所示的结构,销钉孔尽可能做成贯穿的孔,以在拆卸时方便取出。 图 2-21i. 注意拆卸有关零件时,应不受其它零件的阻碍 如图2-22 所示, 图 2-22 为要拧去图中螺母1,在设计夹具时,须在件2上预先设置图中所示的供拧出此螺母的孔D。b 夹具的磨损公差在设计夹具时,不仅要制定夹具的制造公差,还应考虑到夹具在使用过程中的磨损问题。因为夹具的精度对工件的加工精度影响很大,所以在夹具的使用过程中,应对它的精度进行定期检验。若发现因磨损等原因使夹具精度恶化到引起工件加工误差超过规定允差时,就应对夹具进行维修,使其恢复原来的工作精度。从这个要求出发,我们可以把夹具分为二类:一类是夹具磨损后一般不会影响加工精度而引起工件超差的情况,如倒角夹具。这类夹具只有损坏时才进行维修,而不需要定期检验夹具精度。另一类是夹具磨损后要影响倒工件的加工精度,如钻模、镗模等。这类夹具就需要给它们规定定期检验精度的周期、进度项目和相应的夹具磨损误差。制定夹具的磨损误差,是确定夹具精度检验周期的依据。所以,在大批大量生产的工厂里,应该对磨损后影响加工加工精度的夹具规定磨损误差,使夹具能按预定的维修计划中规定的周期进行检验、维修,从而可靠地保证各工序的加工精度, 也可省去一部分中间检验工序,有利于保证加工质量,提高生产率。即使一些成批生产工厂,由于产量小,夹具的磨损问题并不很突出,但为了使工装验收有一个合理的精度标准,避免发生意见不一致,也应该适当地制定出一部分夹具磨损公差项目。在实际生产中,已经提出了这样地问题,应该引起重视。由此可知,制定夹具磨损公差,是夹具设计工作中必须认真考虑地重要问题之一。但是,由于目前还缺少成熟地经验与系统的资料,国内只有少数工厂在推行夹具的磨损公差制定工作。因此只能提出几个主要问题,以期对夹具磨损公差的制定工作,引起注意。1. 夹具元件的磨损情况正象任何机器一样,夹具在使用过程中,一定会发生磨损,但其各元件的磨损情况、磨损后对加工精度的影响,却大不一样。影响加工精度的夹具易损元件有:(1) 定位元件:如定位销、心轴、支承板等。(2) 导引元件:如钻套、镗套等。(3) 对刀元件:如对刀块等。(4) 连接元件:如定位键等。(5) 其它装置:如分度装置等。(6) 夹具体。在这些元件中,定位销的磨损影响较为严重,因为定位销直径一般较小(相对工件而言),每次装卸工件都要和工件发生摩擦。但最严重的,则是镗套导向孔。因为不但每加工一个工件,刀具要在镗套中进出一次,而且镗刀和镗套又有一定的相对运动和切屑载荷,一部分切屑还常常由镗套的导向孔中排出,更加剧镗套的磨损。所以镗套导向孔的磨损问题,已经引起了国内研究单位的注意。,经过对镗套导向孔的测量和研究,得出来在一般工作条件下(夹具固定、工件镗孔平面为加工过的光平面、在立式钻床或组合镗床上加工普通钢件和铸铁件),镗套导向孔的磨损特性曲线,如图 2-23图 2-23 磨损特性曲线图223中纵坐标是镗套导向孔的磨损量(以毫米计),横坐标是将镗孔次数按每次镗孔深度换算成的累计镗孔深度(以米计)。镗套导向孔的磨损情况可分四个阶段:新镗套开始使用时,因其表面光洁度较高,磨损速度较慢,称为第一缓慢磨损阶段,平均镗孔累计深度L11530m,其磨损量毫米。当镗套导向孔的表面光洁度因磨损而下降后,磨损速度就急剧增加,这个阶段称为第一急剧磨损阶段,其累计镗孔深度为,其磨损量为。当镗套导向孔磨损到一定的数值时,镗刀与镗套之间的间隙增大,导向孔上所收到的径向压力减小,因而磨损速度又放慢了,出现了第二缓慢磨损阶段,其累计钻孔深度为其磨损量为。当镗套导向孔表面光洁度受到严重破坏以后,磨损速度又加快,就进入了第二急剧磨损阶段,这时镗套的导向作用已受到很大影响,不能满足工件的加工精度要求,需要重新更换新的镗套。由于该项测量工作在实际生产使用的夹具上进行,所以不允许将进入第二急剧磨损阶段的镗套继续长期使用,因而就没有再
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