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机械毕业设计全套
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GY02-084@三爪卡盘增力机构夹具设计,机械毕业设计全套
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毕业设计 (论文 ) 课题名称 三爪卡盘增力机构夹具设计 专业名称 机械设计与制造及其自动化 所在班级 学生学号 学生姓名 指导教师 完 成 日 期： nts第 页 摘要 本论文设计一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。传统的机床如车床、 铣床上三爪卡盘的工作一般依靠工人用手工进行夹紧 ,这不但增加了工人的劳动强度，而且所需夹紧力非常大 ,还常常有夹不紧的情况，阻碍了生产率的提高。通过在三爪卡盘加装摆动式液压缸和平面螺旋机构构成螺旋摆动式液压缸增力机构，可实现与原有卡盘体的较好结合 ,并使外加压力能转换成圆周运动 ,且其结构简单 ,工作可靠 ,能达到较 高的增力比，具有良好的经济性和可行性。 关键词 三爪卡盘，液压缸，夹具，增力 nts第 页 目录 前言 4 第 1 章 . 选题背景 5 1.1 夹具的特点 1.2 研究夹具的目的和意义 1.3 夹具的国内外现状和发展趋势 1.4 夹具的基本结构和原理 第 2 章 . 三爪卡盘螺旋摆动式液压缸增力机构的结构和原理 10 第 3 章 . 主要参数确定与结构计算 11 3.1 液压腔的结构设计 3.2 转子叶片数的设计 3.3 摆动角的设计 3.4 定子圆柱活塞杠面积的设计 第 4 章 . 凹槽轮廓线的设计 13 4.1 轮廓面段数的确定 4.2 活塞杠升程的确定 4.3 参数 1的设计 4.4 参数的设计 第 5 章 . 夹具在安装和操作时应注意的事项 16 5.1 夹具的安装 5.2 夹具在操作时应注意的事项 第 6 章 . 夹具的经济效益分析 18 第 7 章 . 单工位夹具与成组夹具的分析 19 7.1 定位基准与定位元件的选择 7.2 夹紧元件与夹紧力的选择 7.3 夹具基体的设计夹具基体 7.4 机 壳成组夹具结构 第 8 章 . 误差分析 23 8.1 定位误差分析 8.2 装备误差分析 第 9 章 . 机床夹具公差的综合设计理论与方法 25 结束语 32 附录 1 参考文献 nts第 页 前言 随着我国改革开放的不断深入，市场经济体系的不断完善，我国工业逐渐向成熟化发展。在整个机械工业中，设计在其中占有的地位日益显现出来。工业设计主要包括三个方面的内容。第一是产品设计 ,第二是与产品有关的视觉 传达设计，如产品的包装 、 商业广告等平面设计。第三是由产品设计扩展的环境设计如产品的展示与陈列，商品橱窗设计以及室内设计等。 产品设计作为工业设计的核心，它涉及的面广，从人们的衣食住行，到社会的各行各业，产品设计无时不有，无时不在。产品设计的对象既包括一般的日用生活制品，也包括工业生产的机床，加工工具；既包括家用小电器产品，也包括专业的仪器，仪表；既包括私有的自行车，摩托车，也包括大型的汽车，飞机等交通工具；“从口红到宇宙飞船”都是属于产品的设计的范畴，本论文主要针对加工工具设计，在一定范围内又称“加工辅助 设计”，即机床夹具体的设计。 本论文设计一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。传统的机床如车床、铣床上三爪卡盘的工作一般依靠工人用手工进行夹紧 ,这不但增加了工人的劳动强度，而且所需夹紧力非常大 ,还常常有夹不紧的情况，阻碍了生产率的提高。通过在三爪卡盘加装摆动式液压缸和平面螺旋机构构成螺旋摆动式液压缸增力机构，可实现与原有卡盘体的较好结合 ,并使外加压力能转换成圆周运动 ,且其结构简单 ,工作可靠 ,能达到较 高的增力比，具有良好的经济性和可行性。 nts第 页 第 1 章 选题背景 1.1 夹具的特点 在机床上加工工件时 ,我们可以看到两种不同的情况 :一种是用划针或指示表 等量具 ,按工件的某一表面 ,或者按工件表面上所划的线进行找正 ,使工件在机床上处于所需要的正确位置 ,然后夹紧工件进行加工 ;另一种是把工件安装字夹具上进行加工。为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面 ,一般都按工件的结构形状 ,加工方法和生产批量的不同 ,采用各种不同的装置将工件准确 ,方便的而可靠地安装在机床上 ,然后进行加工 .这种用来安装的工件以确定工件与切削刀具的相对位置并将工件夹紧的装置称为“机床夹具”。 在实际的生产中 ,例如活塞 ,连杆的生产线上 ,几乎每道工序中都采用了夹具。十分明显 ,如果不采用夹具 ,不但工件的加工精度难以保证 ,而且加工生产率也会大大降低 ,有时甚至会造成无法加工的情况。除了机床加工时需要使用夹具外 ,有时在检验 ,装配等的工序中也要用到夹具 ,因之在这种场合中用到的夹具可分别称为“检验夹具”和“装配夹具”。 机床夹具通常是指装夹工件用的装置 :至于装夹各种刀具用的装置 ,则一般称为“辅助工具 ” 。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围 ,一般可分为通用夹具 ,专用夹具和可调整式夹 具等。 通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具 ,如车床上的卡盘 ,铣床上的回转工作台 ,分度头 ,顶尖座等。它们都一标准化了 ,具有一定的通用性 ,可以用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特殊的调整。但是 ,在实际生产中 ,通用夹具常常不能够满足各种零件加工的需要 ;或者因为生产率低而必须把通用夹具进行适当的改进 ;或者由于工件的形状 ,加工的要求等的不同须专门设计制造一种专用夹具 ,以解决生产实际的需要。 专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的 ,其功用主要有下列几个方面 :1.保证工件被加工 表面的位置精度 ,例如与其他表面间的距离精度 ,平行度 ,同轴度等。对于外行比较复杂 ,位置精度要求比较高的工件 ,使用通用夹具进行加工往往难以达到精度要求。 2.缩短了工序时间 ,从而提高了劳动生产率。进行某一工序所需要的时间 ,其中主要包括加工工件所需要的机nts第 页 动时间和装卸工件等所需要的辅助时间两部分。采用专用夹具后 ,安装工件和转换工位的工作都可以大为简化 ,不再需要画线和找正 ,缩短了工序的辅助时间并且节省了画线这个工序 ,从而提高了劳动生产率 .在生产中由于采用了多工件平行加工的夹具 ,使同时加工的几个工件的机动时间将与加工一个 工件的机动时间相同。采用回转式多工位连续加工夹具 ,可以在进行切削加工某个工件的同时 ,进行其它工件的装卸工作 ,从而使辅助时间与机动时间相重合。总之 ,随着专用夹具的采用和进一步改善 ,可以有效地缩短工序时间 ,满足生产不断发展的需要。 3.采用专用夹具还能扩大机床的工艺范围。例如在普通车床上附加镗模夹具后 ,便可以代替镗床工作 ;装上专用夹具后可以车削成型表面等 ,以充分发挥通用机床的作用。 4.减轻劳动强度 ,保障安全生产。根据生产需要 ,采用一些气动 ,液压或其它机械化 ,自动化程度较高的专用夹具 ,对于减轻工人的劳动强度 ,保障生 产安全和产品的稳质高产都有很大作用。加工大型工件时 ,例如加工车床床身上 ,下两面上的螺孔 ,需要把床身工件翻转几次进行加工 ,劳动强度大而且不安全。采用电动回转式钻床家具后 ,就能够达到提高生产效率 ,减轻劳动强度 ,保障生产安全的目的。 专用夹具在生产上起着很大的作用 ,那么是不是在任何场合都要设计和采用呢 !这个问题就是具体问题具体的分析。上面说的关于专用夹具在生产中的作用 ,只是事物的一个方面。另一方面 ,由于夹具的设计 ,制造和所用的材料等须消耗一定的费用 ,增加了产品的成本。因之 ,在什么情况下采用什么样的夹具才是经济合算 的 ,这是一个大问题 ,特别对于重大的 ,设计制造工作量大的专用夹具需与工人师傅等三结合共同研究解决。事物总是一分为二的 ,专用夹具也存在缺点 ,即专用夹具的专用性和产品多样性的矛盾。由于专用夹具只适用于一个工件加工的某一个工序 ,因而随着产品品种的不断增多 ,夹具数量也不断上升 ,造成存放和管理上的困难 ;而当某产品不再进行生产时 ,原来的夹具一般都无法重新利用 ,造成浪费 .同时 ,专用夹具的设计生产时间周期长 ,与生产的迅速发展也有矛盾。但是在当前成批生产的机械工厂中 ,多数还是采用通用机床加上专用夹具进行工件的机械加工。 可调整 夹具是为了扩大夹具的使用范围 ,弥补专用夹具只适用与一个工件的某一特定工序的缺点 ,正在逐步推广使用可调整式的夹具。可调整式夹具一般可分为标准化夹具 ,成组夹具和组合夹具等。 1.标准化夹具 :标准化夹具就是利用本厂已规格化了的部分或全部标准零件装配成的专用夹具。专用夹具中的大件 ,如nts第 页 夹具体 ,以及定位元件 ,夹紧件和机械夹紧用的气缸部件等 ,经过标准化 ,尺寸规格化后有利于工厂成批准备配件 ,成批加工 ,这样可使夹具的设计 ,制造工作加快 ,节省费用。另外 ,当产品更改 ,夹具不再使用时可以拆开 ,把标准零件保存起来 ,备以后使用。 2.成组 夹具 :多品种 ,小批量生产的机械加工车间中 ,往往可以采用成组加工法。采用成组加工法 ,是把多种产品的零件按加工所用的机床和刀具 ,夹具等工艺装备的共性分组 ,同一组的零件能在同一台机床上用共同的工艺装备和调整方法进行加工。例如分成轴类 ,套类 ,盘类 ,齿轮 ,杠杆 ,支架类等各种零件。成组夹具就是根据一组安装方法相类似的零件而设计的 ,只要稍作调整或更换夹具上的某些定位 ,夹紧件 ,就可以从加工某一工件转为加工另一工件。 3.组合夹具 :组合夹具是有一套专门设计制造 ,便于组装和拆卸的有各种不同的形状 ,不同尺寸规格并且有完全互换性和耐 磨性的标准元件和合件所组成。利用这些元件和合件 ,根据加工工件的需要可以组装成车 ,磨 ,铣 ,刨 ,钻 ,镗等工序用的各种不同的机床夹具。夹具使用完毕 ,可以方便的拆开 ,洗净元件存放起来 ,留待以后组装新夹具时再用。因之组合夹具是具有高度标准化和系列化元件的新型工艺装备。关于组合夹具的问题 ,其设计原理基本相同。 在实际生产中应用的夹具很多 ,分类方法也有很多种。通常还可按使用夹具的工序不同分为车床夹具 ,铣床夹具等 ;还可以根据在机床上运动的特点归并成以下几类 ,(1)车床类夹具 :包括车床 ,内外圆磨床 ,螺纹磨床用夹具 ,其特点是夹具与工件一起作旋转运动。 (2)铣床类夹具 :包括铣床 ,刨床 ,平面磨床等机床用夹具 ,其特点是夹具固定字工作台上 ,只作纵向或横向往复运动或回转运动。 (3)钻 ,镗床类夹具 :用于在钻床上钻 ,扩 ,铰等工序或在镗孔工序 ,其实就是夹具固定在机床上 ,刀具通过夹具上的导向装置进行送进运动。 上述的各种夹具都是固定在机床上的 ,但是在自动线加工中 ,有的夹具带着工件由生产线的输送装置 ,挨着每台机床逐步向前输送 ,这类夹具通常称为“随行夹具 ” 。自动线上的随行夹具除了完成工件的定位 ,支承和夹紧外 ,还带着工件沿自动线的加工机床进行定位 (相对于每台机床的刀具位置 ),夹紧 ,待加工完了再自动送至下一台机床加工 ,以便通过自动线的各台机床 ,完成工件的全部工序加工。随行夹具主要适用于采用组合机床自动线加工 ,但又无良好的输送基面和定位基面的工件 ,以便将这种畸形工件先装夹于基面完整的随行夹具上 ,然后在通过自动线进行加工。对一些有色金属等软件性材料的工件 ,虽然具有良好的输送基面 ,但为了保护工件的基面不受划伤 ,有时也采用随行夹具。 nts第 页 通用可调夹具 ,若产品中有若干零件具有相似性 ,有选用通用可调整夹具的可能 ,应进一步探索 ,应用下面三方面分析判断 (1)工件结构要素的 相似性 ,主要是被加工表面形式和部位的相似 ,工序内容和技术要求基本相似 ;能有相似或相同的定位基准和定位方式。 (2)有可能采用功能相同的定位方式和夹紧方式 (包括夹紧动力源 )。 (3)工件尺寸要素相似 ,如定位基准和外廓尺寸的近似程度 ,看能否使用 ,可调夹具结构紧凑 ,布局协调的夹具。 综上所述 ,机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展 ,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。 1.2 研究夹具的目的和意义 机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。在设计过程中应深人实际，进行调查研究，吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。而深入生产实际调查研究中，应当掌握下面的一些资料： 1.工件图纸；详细阅读工件的图纸，了解工件被加工表面是技术要求，该件在机器中的位置和作用，以及装置中的特殊要求。 2.工艺文件：了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面状况，基准面选择的情况，可用机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及 切削用量等。 3.生产纲领：夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应，做到经济合理。 4.制造与使用夹具的情况，有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气站；制造和使用夹具的工人的技术状况等。 夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。 1.3 夹具的国内外现状和发展趋势 工业设计是人类社会发展和科学技术进步的产物，从英国莫里斯的 “ 工艺美术运动 ” ，到德国的包豪斯设计革命以及美国的广泛传播与推广，工业设计经过了酝酿，探索，形成，发展百余年的历史沧桑。时至今日，工业 设计已成为一门独立的专业学科，并且有一套完整的研究体系。 1980年国际工业设计协会理事会（ ICSID）给工业作了明确定义： “ 就批量nts第 页 生产的工业产品而言，凭借训练，技术知识，经验及视觉感受，而预示材料 、结构 、 构造 、 形态 、 色彩 、 表面加工，装饰以新的品质和规格，叫做工业设计。根据当时的具体情况，工业设计师应在上述工业产品全部侧面或其中几个方面进行工作，而且需要工业设计师对包装 、 宣传 、 展示，市场开发等问题的解决付出自己的技术知识和经验以及视觉评价能力时，这也属于工业设计的范畴 ” 。 材料 、 结构 、 工艺是产品设计的物质技 术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的 “ 功能 ” 作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的 “ 功能 ” 。 任何设计都是时代的产物，它的不同的面貌，不同的特征反映着不同历史时期的科学技术水平。技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引 起整个机体的变化。 1.4 夹具的基本结构和工作原理 按在夹具中的作用 ,地位结构特点 ,组成夹具的元件可以划分为以下几类 : 1定位元件及定位装置； (2)夹紧元件及定位装置 (或者称夹紧机构 )； (3)夹具体； (4)对刀 ,引导元件及装置 (包括刀具导向元件 ,对刀装置及靠模装置等 )； (5)动力装置； (6)分度 ,对定装置； (7)其它的元件及装置 (包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉 ,销钉 ,键和各种手柄等 )； 每个夹具不一定所有的各类元件都具备 ,如手动夹具就没有动力装置 ,一般的车床夹 具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之 ,按照加工等方面的要求 ,有些夹具上还需要设有其它装置及机构 ,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。 nts第 页 第 2章 三爪卡盘螺旋摆动式液压缸增力机构 的结构及原理设计 本设计是在三爪卡盘的结构基础上增设一个液压机构来实现夹紧省力的，设计方案如图 1所示，主要是在原有结构的基础上增加了一个螺旋盘，一个摆动油缸及柱塞等。大锥齿轮背面加工出凹槽，圆柱活塞一端与槽配合，另一端装在液压缸定子叶片的孔中，端部装有弹簧，柱塞在弹簧作用下，一端始终与凹槽接触。 工作时利用转动杠 转动小锥齿轮 2带动大锥齿轮 3,当卡爪 7未接触工件时 ,圆锥螺旋弹簧 5所受载荷较小 ,圆柱活塞 4与大锥齿轮 3无相对运动 ,缸体 6随之一起转动 ,卡爪 7径向移动 ,接近工件 ,此为空行程。当卡爪 7接触工件后 ,所受阻力激 增 ,进 1.卡盘体端盖 2.小锥齿轮 3.大锥齿轮 4.圆柱活塞 5.圆锥螺旋弹簧 6.液压缸体 7.卡 爪 8.定子叶片 9.换油机构 10.转子叶 片 11.缸体端盖 12.液压油 13.卡盘体 图 2-1 卡盘结构方案简图 给激减，继续转动手柄，活塞 4受力增大，当其达到一定程度时，圆锥螺旋弹簧 5被压缩，活塞 4与大锥齿轮 3产生相对运动，活塞 4向定子孔中运动，液压油 12被nts第 页 加压缩，液体推动转子叶片 10旋转，卡爪 7径向微进给，此为夹紧行程。当大锥齿轮 3继续旋转至某一角度，活塞 4将复位，继续转动，将重复上一次的运动直到把工件完全夹紧。 第 3章 主要参数确定与结构计算 以下以在 KZ320型卡盘基础上增设一个螺旋摆动式液压机构为例进行分 析。 3.1 液压腔的结构设计 根据其具体的安装条件和强度刚度要求，拟对其尺寸初步取： 外壁厚： n1=16mm 内壁厚： n2=8mm 油腔宽： a=30mm 空隙宽： x=1mm 故液压腔的面积： S1=a(D/2-d/2-L1-L2-x-n1-n2) =1350mm（ 1） 其中：卡盘体大径 D=320mm 小径 d=100mm 卡盘体外壁厚 L1=25mm 卡盘体内壁厚 L2=15mm 3.2 转子叶片数的设计 摆动缸中转子叶片的作用是得到尽可能大的扭矩 ,其输出扭矩的表达式为： M=Zb(1D-1d)Pym (N.m)（ 2） 其中 Z：叶片数 b：轴间宽度 D1：油腔大径 d1：油腔小径 P：进油口压力 (Pa) Ym：机械效率 D1=D-2L1-2X1-2n1=236mm d1=d+2L1+2L2=146mm 由 错误 !未找到引用源。 可得 ,在 b、 D1、 d1、 P及 Ym等一定的情况下，理论上叶片数越大，得到的输出扭矩也越大。 在本设计中，摆动液压缸是利用液体压强向各个方向等压强传递的原理，来实现轴向运动向旋转运动的转换。由于已知结构特定，故在本方案中其输出扭矩并不随叶片数的增大而增大，在外力一定的情况下， M只与油腔轴向面积成正比。叶片数 Z只影响压力油压强，但最 终扭矩不变。故为了便于制造、安装和密封，取 Z=3. 3.3 摆动角的设计 由经验可知，在通常情况下，工件被夹紧时其变形 B 1mm,取每次夹紧行程中卡爪进给 0.05mm,故可得摆动角 =360 t f=1.5 其中 平面螺旋机构的升程 t=12 卡爪每次进给量 f=0.05 nts第 页 3.4 定子圆柱活塞杠面积的设计 由结构可知，叶片输出扭矩 M=PS1rZ1Ym（ 3） 其中 P：进油口压强 S：叶片面积 Z：叶片数 r：叶片面积的几何中心到轴心线的距离 Ym：机械效率 油液压强 P=F2/S2（ 4） 其中 F2=F/Z （ 5） 每个叶片受力 F1=PS1（ 6） F1/F2=S1/S2= 1（ 7） 其中 1为增力比 ,为一常数 ,故 S2=S1/ 1（ 8） nts第 页 第 4章 . 凹槽轮廓线的设计 根据设计方案可知 ,凹槽轮廓线分两个功能部分 ,即增力夹紧部分和 圆柱活塞杠位置复原部分。活塞杠与叶片组成增力系统 ,又与弹簧配合 ,组成离合销系统。为了使两个系统的工作顺利衔接 ,特设计过渡斜面系统 .设计的凹槽形状如图3所示。 图 3 凹槽展开图 如图所示 , 1角斜面为槽面的第一部分 ,角斜面为槽面第二部分增力部分 , 2角为第三部分过渡部分，下面分别确定个参数。 4.1确定轮廓面段数 因采用三个圆柱活塞杠 ,故同样形状的轮廓面段数 N=3n(n=1、 2、 3 ) 考虑到结 构的具体需要 ,取 n=2, 则 N=6,卡爪在一周内将进给 f=6 f10.30 故缩短了夹紧时间 ,提高了效率。 4.2 活塞杠的升程 活塞杠的升程 H= H1+ H2 分别确定 H1、 H2 再根据 H= m（ 9） 其中 ： 增力比 m：卷子叶片的平均移动距离 m= 0/ r= 0/ （ D1+d2/2） 191/2 2 /200=3mm nts第 页 根据安装的需要，活塞杠轴线与卡盘体轴线 R=（ 191-6） /2=92mm 得轮廓线参数 L=2 r /6=90.3mm,则 H=m 1=12mm, 故 S2=S1/ 1,=1350/15=270mm. r2= 1S2/ =9.0mm 凹槽轮廓线的增力部分增力比最大为 3=J/L 对活塞杠进行受力分析 ,如图 4所示 图 4 活塞杠受力图 =Nsin +Fcos （ 10） J=Ncos (11) F=Nf (12) 其中 f为摩擦系数 ,可取 f=0.18,则： 3=T/Q=1/tg + f 若取极大值 ,则 tg H/L-2r1=15/96.3-18=0.20 故可得 ： 3min=1/0.20+0.18=1/0.36=2.6 1 3=4 2.5=10.4 由于新增机构增力比为 1 3,且其他机构不变 ,故 1 3就是最终的增力比 .设计目标为增力比 0=10,故 1 3=10.4相差不大 ,符 合要求，故取 1=4,H=m1=12mm可设 H1=4mm,H2=8mm。 4.3参数 1的设计 当活塞杠处于与凹槽配合状态，与大锥齿轮还没有相对滑动时，其受力如图 5所示， nts第 页 416RTF1Q28NNFF2图 5 活塞杠 凹槽受力图 取临界状态分析，则根据平衡条件可得： Fcos +Nsin +R2=R 水 平力平衡 (13) F1+F2+Fsin +T=Nsin 竖直力平衡 (14) Fcos +Nsin =Q (15) F=Rf (16) T=PS2+T0 (17) T：圆锥螺旋弹簧弹力 F1、 F2为密封圈处摩擦力 R1、 R2为密封圈处空壁对活塞杠作用力 f：摩擦系数取 f=0.15， f1=f2=0.3 已知 H1=4,力 N的作用点在 h=H1/2=2处 ,为方便计算和实际需要 ,初取 =45 由以上各式可得 : (3.83sin -0.85cos )T/(0.1cos +sin )=2R1 (1.83sin -1.15cos )Q/(0.15cos +sin )=2R2 由于 T 0， 52 38； 由于 R2 0， 32 9 取 =32 9，则 T=0.86Q， R2=0 取 =52 38，则 T=0.故可得： 随着的增大 ,T急剧减少 ,且 T随活塞杠升程增大而增大 ,其与弹簧弹力及液体压强有关 ,若弹簧确定 ,则临界 T确定 ,即能求得螺旋盘从空行程转入到夹紧行程的最小动力，故 =45符合要求 ,此时 R1=1.3Q， R2=0.3Q， T=0.26Q。 4.4参数的设计 nts第 页 图 6 凹槽中心剖面图 槽面形状如图 6所示 ,基于工作要求 ,取 C1=3mm,C2由前述条 件得 : C2=H2tg =H2sin45 =8mm. (18) 则 tg =H2/(L- -C1-C2)=8/(96.3-20-3-8)=0.123 ，得： =7 nts第 页 第 5 章 夹具在安装和操作时应注意的事项 5.1 夹具的安装 当夹具的各个零件生产出来后，就要对它进行安装。安装夹具看起来是非常简单的事情，但是不同的人安装同样的夹具，其安装的夹具误差都不一样。 (从瑞士手表的安装准确度，其秒针走时误差一年相隔一秒与一星期相隔一秒的例子得启示 )公司有专人安装夹具的队伍， 在某些程度上提高了安装精度。在安装夹具的过程中要注意一些事项： (1)先以平衡的方式把钻模板和夹具体以两个锥销定位，接着依次上固定螺钉。 (2)垫铁留有余量，在安装上去后，等检验精度的时候再磨削部分余量至达到要求。按照磨损规则是尽量的初次磨削最少的余量，可以使使用时间加长 ,减少成本。 (3)衬套用专用的夹钳装入，实际装入时应有一定的阻力，最佳效果是一次性装入。钻套以旋转的方式逐渐装入，当装入大约 2/3时候旋出，再完全装入。 (4)定位柱套入后即旋紧螺母，当需要调整精度时再作更换，一般情况是不需要调整和更换的 。 (5)安装夹紧座时，需同时上两个固定螺钉。如果螺孔已经回孔，就有一次性装入，未回孔的先独立旋进 1/2后旋出，然后整体旋进即可。 (6)装支板对照总装图的形式装入，其中有一反向螺栓，装在第 2 支板上即可 (支板序号以总装图从左往右为序 ) 。 (7)最后 ,以总装图的标准配上夹紧螺钉。 5.2 夹具在操作时应注意的事项 现代化生产要想有好的经济效益，必须提高劳动生产率而影响生产率的因素很多 ,金属加工中一个重要的影响因素就是工件在夹具上的装夹。夹具设计依据的原则是简捷、实用、快速、可靠 .这里的“快速”指的就是快速装夹 。根据工件的种类、结构特征的不同，可采用不同的形式。合理的装夹形式不但能达到快速、高效的目的而且能减轻工人的劳动强度，一般夹具设计出来成为产品后 ,就有一个装夹模式。 装夹模式在快速装夹的过程中，应该注意一些事项 : (1)分别松开支板 1 和 2 的上下螺栓 (只需要稍微松一点，约 23 毫米 )，依nts第 页 次旋转扳开支板 1和 2，逆时针松动夹紧座的的夹紧螺钉。 (2)把工件以 1015 度倾斜角靠定位柱放入夹具内，同时旋转支板 2 并相应的拧紧螺栓和轻微的拧夹紧螺钉至与工件接触水平。回位支板 1及其上的夹紧螺钉，一次性旋紧夹紧座上的夹紧螺 钉，最后依次拧紧支板 1和 2的夹紧螺钉。 (3)工件加工过程中不要手去接触铁屑，让其自动排屑 .按规定是每间隔 1小时有工人清除铁屑。 (4)取工件时是先松支板 1 和 2 的夹紧螺钉，再松螺栓后旋转支板至水平，一手扶工件，一手松夹紧座的夹紧螺钉 ,方可取出工件。 (5)定位柱有明显的磨损后，更换新定位柱或调整定位柱 (原则上该公司每隔一段时间就检验一次精度，不需要操作工负责 ) 。 nts第 页 第 6 章 夹具的经济效益分析 机床夹具费用是工艺成本的组成部分，它直接影响工艺过程的经济性及产品成本 ,机床夹具 的经济性用下述不等式评价 : SN C 式中 S-使用机床夹具后生产费用的节约 ,即经济效果； 式中 N-用机床夹具全年加工的工件数量 ,即工件的年产量； 式中 C-使用机床夹具全年的费用。 (1)使用机床夹具的经济效果：机床夹具的使用减少了生产单件的时间，一个工件的某一工序因使用机床夹具而减少的单件时间是： T=T1-T2，式中 T1 和T2分别为使用机床夹具前后工件的单件时间。 若比较两种机床夹具的经济性， T1和 T2又分别代表两种夹具加工工件的单件时间 ,由于使用机床夹具而节约的工人工资额 为： Z=Z1T1-Z2T2 式中 Z1， T2分别为使用机床夹具前后机床工人每分钟的工资额，若考虑杂费方面 H的节约，使用机床夹具的经济效果为： S= Z(1+0.01H) (2)使用机床夹具的的全年费用 ,一套专用夹具的费用为： CzAyT AsC )1( 式中 As-专用夹具的设计系数 ,通常为 0.5； 式中 Ay -专用夹具的使用系数，一般取用专用夹具制造价格的0.20.3； 式中 T-专用夹具的使用年限 ,简单夹具 =1年，中等复杂的夹具 =23年，复杂夹 具是 =45年； Cz专用夹具的制造价格由下式计算 Cz = +tZp(1+0.01H)； 式中 -材料的平均价格 （元 /kg） 式中 -夹具元件的重量； 式中 t-夹具制造工时 h； 式中 Zp-工人的平均工资 元 /人； 式中 H-工具车间杂费百分比； 通过原理，已经可以从该方案中检索到实现设计可行性原理方案。实现某一nts第 页 功能可能有多个解，其优劣程序要视具体情况而论。评价项给出了评价准则和评价的特性值，反映了原理方案在技术性、经济性和社会性上的效用。 以上所述原理中有关项目中所表达的评价决策的方方面面，为设计展示出统率全局的设计信息空间。 nts第 页 第 7 章 单工位夹具与成组夹具的分析 成组技术是近年来在国内外机械制造领域内得到迅速发展的一种新的作业方式。而成组夹具则是按成组技术原理，在零件分组的基础上，针对一组 （或几组）相似零件的一道（或几道）工序而设计的夹具。它具有专用夹具的若干特点，又具有对工件特征在一定范围内变化的适应性，它能使产品多品种、中小批量生产达到大批量生产的效果，因此，成组夹具在产品不断更新换代的今天， 有着不可比拟的优势。 零件的分析与分组 , 如某厂生产的交、直流起动机机壳，由于结构简单，采用10号无缝钢管加工而成。本道工序为半精车内孔，其品种有 12种之多。轴向长度尺寸最大为 1820+0.023，最小为 900+0.18 ,止口定位尺寸最大为 0-0.087，最小为710-0.046，轴向止口长度一律为 3 ，由于尺寸段相距较远，轴向长度考虑压板尺寸，将其分为两组。第 1 组轴向长度为 90135 ，第 2 组为 140182，止口定位尺寸由于需更换定位元件不再分组。把这类使用机床、夹紧方式、加工内容相同的零件挑选 出来，形成所需要的成组工序 （见图 ） 。 成组夹具的结构设计 ：成组夹具设计与专用夹具的设计方法相似，但具有一定的针对性，它是为加工某些几何形状相似、工艺过程和定位夹紧相似的零件而设计的。设计时仍然需要选择合理的定位基准、定位元件 ;选择合适的夹紧力、夹紧元件；设计好合理的基体件。 7.1 定位基准与定位元件的选择 定位基准与定位元件的选择制定设计方案时需选择合理的定位基准、定位元件。以图工件为例，选 1020-0.07处止 口为定位基准，止口平面为辅助定nts第 页 位。夹具采用定位盘定位，这样定位基准与设计基准 重合，无基准不重合误差。但在实际中考虑多种因素的影响，往往采用增大定位盘内圆柱孔的方法。定位盘内圆柱孔最小增大尺寸为： =hXtg =3X(0.05/123)=0.0012 7.2夹紧元件与夹紧力的选择 夹紧力的选择，除夹紧力方向和作用点外，还要使工件产生尽可能小的夹紧变形，这是选择夹紧元件和夹紧力的主要因素。本例采用压板压紧，夹紧力方向平行工件外圆母线，夹紧牢靠，工件保持正确位置，既防止了薄壁零件装夹变形，又满足了成组的要求。 7.3 夹具基体的设计夹具基体是成组夹具的基础，在设计夹具基体时，除应 保证结构合理外，还应保证夹具基体有足够的刚度，而且在可能的范围内，力求能加工零件组的全部。对其基体件还应根据相似件形状、尺寸、精度、毛坯种类及其工艺方法来确定基体件形状、尺寸，以满足加工所有相似件的要求。该基体件与其它夹具元件组成的夹具结构紧凑，操作方便，更换元件容易，可以加工不同产品的相似件，详见下图，通过它组成半精车内孔成组夹具，可以完成不同产品机壳内孔的加工。 7.4 机壳成组夹具结构 机壳成组夹具由基体件、调换件、标准件三部分组成，见下图。该夹具由基体件与机床连接，使用机床可视厂方具体情况而定。 为保证nts第 页 工件轴线与机床轴线相重合，使用法兰盘 (过渡件 )与机床内锥孔配合，完成定位。与夹具定位则依靠基体件上的外止口 (本例为 240处 )，准确定位后，予以轴向锁紧。夹紧采用双压板球铰压紧，由大拉杆 1带动两个小拉杆 2来完成。两小拉杆做为调换件，以适应分段两组中不同轴向长度的需要。 4 成组夹具的误差分析 (1)机床回转中心与夹具安装不同轴时，使夹具在机床上定位脱离理想状态，造成安装误差。 解决办法 :可在车床上重新车一次定位盘止口，保证定位盘中心和机床主轴中心同轴度小于 0.015。 (2)工件在夹具上定位时，定位 脱离理想位置，产生加工偏差，产生的原因有： 定位元件制造超差； 工件与定位元件间定位面间隙太大，或定位元件与机床主轴不垂直； 解决办法： a)确保元件制造精度，定位盘与基体件的配合可按公差等级 5级或 6级精度。 b)夹具基体件上与定位元件的配合需在机床上精车，以确保定位元件安装后，处于正确位置。 如图 2 中甲 120H6及其端面 A，并保证尺寸公差和精度要求。 c)定位盘内孔尺寸，取工件最大实体尺寸加 (或减 )制造公差的 1/51/8即 :102+0.1 x1/7 =102.0143。 成组夹具的经济效益分析 1)节约设计时间：成组夹具只需设计调换件，可单独出图或提供元件号填表nts第 页 选用，一般只占总夹具设计量的 515%，以本夹具为例，调换件只占设计总量的 10%。 2)节约制造工时：只需制造调换件即可，因此节约工时，缩短生产周期，减轻工具车间负荷。 3)节约原材料：一般调换件所需原材料只占夹具用料的 515%。 4)便于管理，减少库存面积。 5)为工装标准化、系列化、规格化打下基础。 目前，成组夹具和组合夹具在车床、铣床、钻床、磨床上得到推广应用。开展成组夹具的设计和应用 ，对保证产品质量，缩短生产准备周期，提高经济效益起到积极作用，对我国工业发展将起到良好的推动作用。 nts第 页 第 8 章 误差分析 8.1 定位误差分析 工件的定位就是使同一工序中的所有工件逐次放置到夹具中，使之占有正确的位置的工艺过程。一批工件逐个在夹具中定位时，由于定位基准与工序基准不重合、定位副制造不准确等原因，使得各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，势必产生定位误差，即工件在夹具中因定位不准确而产生的工件加工误差。 定位误差实际上是一批工件采用调整法加工时，由于定位所造成的工件 加工面相对于工序基准的位置误差。假定在加工时，夹具相对于刀具及切削成形运动的位置经调整后不再变动，那么可以认为加工面的位置是固定的，这样工件加工面相对于其工序基准的位置误差就是由于工序基准的位置变动所引起的。所以，定位误差也就是工件定位时工序基准在工序加工要求 (位置尺寸或位置精度 )方向上的位置变动量。 应用夹具 CAD 系统设计夹具时，在未选定夹具定位方案的具体结构之前，尚不能建立定位尺寸链。在系统确定了夹具定位结构之后，就可以根据具体结构建立定位尺寸链进行正计算或反计算。 a)正计算就是当已知定位结构中有关定位 元件尺寸的公差时，用定位尺寸链求解封闭环公差 (即定位误差 )。如果所求的定位误差值在允许的公差范围之内，则表明所确定的定位元件的尺寸公差能满足精度要求。否则不能保证精度，就需调整定位结构中定位元件的尺寸公差。如果这些公差无调整的余地则需考虑重新确定定位结构。 b)反计算就是已知封闭环的尺寸及公差 ,确定各组成环的公差 ,即将允许的定位误差合理地分配到各组成环中去。 8.2 装备误差分析 “机床夹具装配调整及夹具精度检验”实验，认识到夹具制造工艺特点和工件加工精度的保证方法，认识到夹具总装图公差配合与技术要求的实际意 义。从而使我在进行夹具设计时明白到底应标注哪些技术要求有其意义。 安装误差与定位误差：在应用夹具安装工件时 ,往往由于下列几种因数引起工件的安装误差： 1.夹具本身的误差 ; 2.夹具在机床上的安装 ,调整误差 ; 3.夹紧时 ,整个夹具或其它元件受力后产生弹性变形 ; nts第 页 4.工件的定位基准与定位元件接触后的变形 ; 5.由于工件的定位基准与设计基准不重合而引起的误差 ; 6.由于工件的定位基准面与定位元件之间的间隙 (如内 ,外圆柱面定位时 )引起的工件可能的最大的位移。 小结 :在实际工作中，应多读些典型机床夹具总图，多调试一些 夹具，多了解一些夹具结构方案，从中多学习一些结构工艺性方面的知识，使设计能力有所提高。 nts第 页 第 9 章 机床夹具公差的灰色综合设计理论与方法 机床夹具是机械制造业中的一种高效工艺装备，易于保证稳定的加工精度 ,降低工人的劳动强度，这在批量生产中显得特别重要。随着现代制造技术的发展和计算机的应用，夹具设计与制造的水平不断提高 ,发挥的作用也越来越大。如何设计与制造高质量、低消耗和性能稳定的夹具，是现代机械制造生产的重要条件，也是保证机械零件质量的关键因素。在夹具设计中，由于夹具公差 直接影响工件的加工精度 (尺寸、位置公差 )，因此，夹具公差的选择是否合理，对于工件的加工精度起着决定性的作用 ,而且影响夹具的制造、使用维护和检验。因此，如何合理地确定夹具公差是夹具人员不断探讨的课题之一。由于夹具公差的优化选择是多影响因素对单一目标最优解的问题，它不仅受工件精度、生产类型、工厂技术水平等因素的影响，而且各个因素又相互制约，难以建立数学模型。目前，夹具公差的选择是依据误差不等式，在工件公差 k 的 (1/5 1/2)的范围内取值，在实际工作中 ,往往要经过反复的误差分析，依据同类夹具及夹具人员的经验修 改公差数值，其本身有一定的误差，加之实际加工环境具有多变性。因此 ,夹具公差的选取具有明显的不确切意向，且影响选择夹具公差的许多因素是部分信息已知、部分信息未知的，是灰色的。夹具公差影响因素信息的不完全性，是客观存在的。而灰色系统理论的中心内容在于充分利用已知信息，将灰色系统的灰色性淡化、白化。因此用灰色系统的有关理论和方法选择工艺参数就会更符合客观实际，结果更为合理。 灰色聚类综合评判的原理：灰色聚类综合评判是建立在灰数的白化函数生成的基础上，将聚类对象对于不同的聚类指标所拥有的白化数，按几个灰类归纳后进行 综合评判的方法。 记、为聚类对象， k=1， 2， K，即要评价的切削参数； 记 1#、 2#、 3#、为聚类指标， ,j=1， 2， m； 记 1、 2、 3、为聚类灰类 ,即灰类， i=1， 2， n； 记 dki为第 k 个聚类对象对第 i 个聚类指标所拥有的白化数据 (样本 )(k=1，2， K； i=1， k， m)。 nts第 页 灰色聚类按以下步骤进行： 划分灰类：在夹具公差选择进行灰色聚类时，聚类的灰类是把夹具公差值的经验取值范围划成几个等间距的小区间记为 V， V=V1， V2， Vn，聚类指标是指工件精度、生 产类型、工厂技术水平、同类夹具公差及其它因素等，记为 U，U=U1， U2， Um。灰类划分 见表 1，表中 rij为第 j个指标第 i个灰类的无量纲化值 (j=1 m， i=1 n)。 给出聚类白化样本数据 dkj 按不同 k与 j 可得下述样本矩阵 指标 1 2 3 m 如： d12代表被第一要评价的夹具公差在第二项指标的得分。 表 1 灰类划分 确定灰类的白化权函数：每个评价指标的等级都是一个变化范围，该范围是一个灰数，灰数不是一个确定的数，而是一个区间范围。在这个确切范围内的任何一白 化数对该区间所对应的灰数亲疏程度并非相等，因此用白化函数来表征。白化函数有 3种基本形式， 图 1 为第一类白化函数图， 1j为第 j个指标第一类白化函数的阈值， 2j为第 j个指标第二类白化函数的阈值； 图 2 为第 2至 n-1类白化函数图， (i-1)j为第 j个指标第 i-1类白化nts第 页 函数的阈值，ij为第 j个指标第 i类白化函数的阈值， (i+1)j为第 j个指标第i+1类白化函数的阈值； 图 3 为第 n类白化函数图， (n-1)j为第 j个指标第 n-1类白化函数的阈值， nj为第 j个指标第 n类白化函数的阈值；阈值即为灰类的中心值。当白化 函数为 ij时，该白化函数对第 j个指标的第 i 个灰类最亲密 (函数值最大为 1)。 1j=r1j/2， nj=2rnj- (n-1)j， ij=(rij+r(i-1)j)/2(1)式中：i=2 (n-1)， j=1 m。其中，第 n类白化函数的等级范围为 (n-1)j, ，无灰类中心值，其阈值按第 (n-1)类与第 n 类的交界处两类白化函数值相等的原则来确定。 记 fij(dkj)为第 j 个指标对于第 k 个灰类的白化 函数 值。其中 :i=1， 2， n； j=1， 2， ,m；k=1,2, ,K,白化函数的形式如下 :灰类 0, 1j, 2j,
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