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夹具设计说明书毕业设计 摘 要关键词AbstractThe present paper is combing the actual production at present which is that either using universal fixture cannot meet only production requirements or using universal fixture clamping work-piece to product is poor efficiency and powerful labor and not high processing quality or often it need to increase crossed process to specially design two fixture milling fixture and drilling fixture mainly including schemes of fixture positioning clamping and cutter the design of the concrete and the TAB folder and the analysis of machining precision et alThe milling fixture having good processing precision and targeted mainly is used to process dial the fork parts milling flutes The fixture with clamping force device has the characteristics of efficiency and precision required by modern machine tools It is so effectively to reduce the processing time and auxiliary time that greatly improve the labor productive effectively reduce the labor intensity and increase the work efficiency as well Drilling fixture is good for raising productivity expanding machine machining scope reducing labor intensity and ensuring the production safety Therefore it is especially important to learn and study the knowledge of fixture and design new suitable for practical production fixture nowadaysKey wordsfficiency目 录摘 要IAbstractII1 绪论111 夹具概念112 夹具的主要功能113 夹具的分类114 夹具的组成215 常用定位元件及选用216 工件的夹紧717 机床夹具的现状及发展方向92 钻床夹具设计1221 工件预加工内容1222 初定夹具结构方案1223 绘图163 铣床夹具设计1731 铣床常用通用夹具的结构1732 铣床夹具的设计特点1733夹具装夹工件的特点1734铣床夹具的安装1735铣床夹具的对刀位置1836定位方案1837夹紧方案2138铣刀分类2139夹具体与定位键22310夹具总图上的尺寸公差和技术要求22311夹具精度分析22结 论24致 谢25参考文献26附 录271 绪论11 夹具概念夹具是在机械制造过程中用来固定加工对象使之占有正确的位置以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置简称为夹具在我们实际生产中夹具的作用是将工件定位以使加工工件获得相对于机床和刀具的正确位置并把工件可靠地夹紧12 夹具的主要功能在机床上加工工件的时候必须用夹具装好夹牢所要加工工件将工件装好就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置这一过程称为定位将工件夹紧就是对工件施加作用力使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧这一过程称为夹紧从定位到夹紧的全过程称为装夹13 夹具的分类夹具的种类很多形状千差万别为了设计制造和管理的方便往往按某一属性进行分类com的通用特性分类目前中国常用夹具有通用夹具专用夹具可调夹具组合夹具和自动线夹具等五大类1通用夹具 通用夹具是指结构尺寸已规格化且具有一定通用性的夹具其优点是适应性强不需要调整或稍加调整即可装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件这类夹具已商品化如三爪自定心卡盘四爪单动卡盘台虎钳万能分度头顶尖中心架电磁吸盘等采用这类夹具可缩短生产准备周期减少夹具品种从而减低生产成本其缺点是夹具的加工精度不高生产力较低且较难装夹形状复杂的工件故适用于单件小批量生产中2专用夹具专用夹具是针对某一工件的某一道工序的加工要求而专门设计和制造的夹具特点是针对性强适用与产品相对稳定批量较大的生产中可获得较高的生产率和加工精度3可调夹具 夹具的某些元件可调整或可更换已适应多中工件的夹具称为可调夹具它还分通用可调夹具和成组夹具两类4组合夹具组合夹具是由可循环使用的标准夹具零部件或专用零部件组装成易于连接和拆卸的夹具根据被加工零件的工艺要求可以很快地组装成专用夹具夹具使用完毕可以方便地拆开夹具主要应用在单件中小批多品种生产和数控加工中是一种较经济的夹具5自动线夹具 自动线夹具一般分为两种一种为固定式夹具它与专用夹具相似另一种为随行夹具使用中夹具随工件一起运动并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工com的动力源分类按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类为减轻劳动强度和确保安全生产手动夹具应有扩力机构与自锁性能常用的机动夹具有气动夹具液压夹具气液夹具电动夹具电磁夹具真空夹具和离心力夹具等上述各分类中最常用的分类方法是按通用专用和组合进行分类14 夹具的组成虽然夹具的种类繁多但它们的工作原理基本上是相同的将各类夹具中作用相同的结构或元件加以概括可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分这些组成部分既相互独立又相互联系1定位支承元件定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件是夹具的主要功能元件之一定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度2夹紧装置夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢并保证在加工过程中工件的正确位置不变3连接定向元件这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴工作台或导轨的相互位置4对刀元件或导向元件 这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置用于确定刀具在加工正确位置的元件称为对刀元件用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件5其它装置或元件 根据加工需要有些夹具上还设有分度装置靠模装置上下料装置工件顶出机构电动扳手和平衡块等以及标准化了的其它联接元件6夹具体 夹具体是夹具的基体骨架用来配置安装各夹具元件使之组成一整体常用的夹具体为铸件结构锻造结构焊接结构和装配结构形状有回转体形和底座形等形状上述各组成部分中定位元件夹紧装置夹具体是夹具的基本组成部分15 常用定位元件及选用工件在夹具中要想获得正确定位首先应正确选择定位基准其次是选择合适的定位元件工件定位时工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副以实现工件的六点定位用定位元件选用时应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择com平面定位 1以面积较小的已经加工的基准平面定位时选用平头支承钉以基准面粗糙不平或毛坯面定位时选用圆头支承钉侧面定位时可选用网状支承钉2以面积较大平面度精度较高的基准平面定位时选用支承板定位元件用于面定位时用不带斜槽的支承板通常尽可能选用带斜槽的支承板以利清除切屑3以毛坯面阶梯平面和环形平面作基准平面定位时选用自位支承作定位元件但须注意自位支承虽有两个或三个支承点由于自位和浮动作用只能作为一个支承点4以毛坯面作为基准平面调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承作定位元件5当工件定位基准面需要提高定位刚度稳定性和可靠性时可选用辅助支承作辅助定位元件但须注意辅助支承不起限制工件自由度的作用且每次加工均需重新调整支承点高度支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方com外圆柱定位1当工件的对称度要求较高时可选用V形块定位V形块工作面间的夹角常取6090120三种其中应用最多的是90V形块90V形块的典型结构和尺寸已标准化使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择V形块结构有多种形式有的V形块适用于较长的加工过的圆柱面定位有的V形块适于较长的粗糙的圆柱面定位有的V形块适用于尺寸较大的圆柱面定位这种V形块底座采用铸件V形面采用淬火钢件V块是由两者镶合而成2当工件定位圆柱面精度较高时一般不低于IT8可选用定位套或半圆形定位座定位大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件可选用半圆定位座com内孔定位1工件上定位内孔较小时常选用定位销作定位元件圆柱定位销的结构和尺寸标准化不同直径的定位销有其相应的结构形式可根据工件定位内孔的直径选用当工件圆柱孔用孔端边缘定位时需选用圆锥定位销当工件圆孔端边缘形状精度较差时选用圆锥定位销当工件需平面和圆孔端边缘同时定位时选用浮动锥销2在套类盘类零件的车削磨削和齿轮加工中大都选用心轴定位为了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高时常以孔和端面联合定位因此这类心轴通常是带台阶定位面的心轴当工件以内花键为定位基准时可选用外花键轴当内孔带有花键槽时可在圆柱心轴上设置键槽配装键块当工件内孔精度很高而加工时工件力矩很小时可选用小锥度心轴定位综上正确定位必须选对定位基准com元件的基本要求 1限位基面应有足够的精度定位元件具有足够的精度才能保证工件的定位精度2限位基面应有较好的耐磨性由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦容易磨损为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好以保持夹具的使用寿命和定位精度3支承元件应有足够的强度和刚度定位元件在加工过程中受工件重力夹紧力和切削力的作用因此要求定位元件应有足够的刚度和强度避免使用中变形和损坏4定位元件应有较好的工艺性定位元件应力求结构简单合理便于制造装配和更换5定位元件应便于清除切屑定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度com位元件所能限制的自由度 定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类1用于平面定位的定位元件括固定支承钉支承和板支承自位支承可调支承和辅支承2用于外圆柱面定位的定位元件括V形架定位套和半圆定位座等3用于孔定位的定位元件括定位销圆柱定位销和圆锥定位销圆柱心轴和小锥度心轴com差分析六点定位原则解决了消除工件自由度的问题即解决了工件在夹具中位置定与不定的问题但是由于一批工件逐个在夹具中定位时各个工件所占据的位置不完全一致即出现工件位置定得准与不准的问题如果工件在夹具中所占据的位置不准确加工后各工件的加工尺寸必然大小不一形成误差这种只与工件定位有关的误差称为定位误差用D表示在工件的加工过程中产生误差的因素很多定位误差仅是加工误差的一部分为了保证加工精度一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1513即 D 1513 T 1-1式中 D定位误差单位为mm T工件的加工误差单位为mmcom差产生的原因工件逐个在夹具中定位时各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合而基准不重合又分为两种情况一是定位基准与限位基准不重合产生的基准位移误差二是定位基准与工序基准不重合产生的基准不重合误差由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量称为基准位移误差用Y表示不同的定位方式基准位移误差的计算方式也不同如果工件内孔直径与心轴外圆直径做成完全一致作无间隙配合即孔的中心线与轴的中心线位置重合则不存在因定位引起的误差但实际上如图所示心轴和工件内孔都有制造误差于是工件套在心轴上必然会有间隙孔的中心线与轴的中心线位置不重合导致这批工件的加工尺寸H中附加了工件定位基准变动误差其变动量即为最大配合间隙可按下式计算 Y a-amin 12 D-dmin 12Dd 1-2式中 Y基准位移误差单位为mm D孔的最大直径单位为mm dmin轴的最小直径单位为mm D工件孔的最大直径公差单位为mm d圆柱心轴和圆柱定位销的直径公差单位为mm基准位移误差的方向是任意的减小定位配合间隙即可减小基准位移误差Y值以提高定位精度加工尺寸的基准是外圆柱面的母线时定位基准是工件圆柱孔的中心线这种由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量称为基准不重合误差用B表示此时除定位基准位移误差外还有基准不重合误差综上定位误差产生的原因是定位基准与限位基准不重合及定位基准与工序基准不重合而产生的误差com位方式中基准位移误差1用圆柱定位销圆柱心轴中心定位计算式 YX Dd0Xmin定位心轴较短 1-3X工件定位后最大配合间隙D工件定位基准孔的直径公差 d0圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差 Xmin定位所需最小间隙由设计而定注意基准位移误差的方向是任意的当工件用长定位心轴定位时需考虑平行度要求计算式 YX DdXminL1L2 1-4L1加工面长度L2定位孔长度2定位套定位计算式 YX D0dXmin 1-5D0定位套的孔径公差 d工件定位外圆的直径公差注意基准位移误差的方向是任意的3平面支承定位平面支承定位的位移误差较容易计算当忽略支承误差且定位基准制作精度较高时工序尺寸的基准位移误差视为零4V形体定心定位 若不计V形体制造误差仅有工件基准面的圆度误差时工件的定位中心会发生偏移即O1O2T1T2产生基准位移误差即 YO1O2 T1T2 1-6故对于90V形体Y0707dcom差的合成定位误差是两误差的合成即D BY 1-7在圆柱间隙配合定位和V形块中心定位中当基准不重合误差和位移误差都存在时定位误差的合成需判断号例如V形块中Bd2 1-8当B与Y的变动方向相同时DBYd2Y 1-9当B与Y的变动方向相反时DBYd2Y 1-10com定位原理当工件在不受任何条件约束时其位置是任意的不确定的由理论力学可知在空间处于自由状态的钢体具有六个自由度即沿着XYZ三个坐标轴的移动和绕着这三个坐标轴转动的自由度六个自由度是工件在空间位置不确定的最高程度定位的任务就是要限制工件的自由度在夹具中用分别适当的与工件接触的六个支撑点来限制工件六个自由度的原理称为六点定位原理com定位的几种情况1完全定位工件的六个自由度全部被限制它在夹具中只有唯一的位置称为完全定位2部分定位工件定位时并非所有情况下都必须使工件完全定位在满足加工要求的条件下少于六个支撑点的定位称为部分定位在满足加工要求的前提下采用部分定位可简化定位装置在生产中应用很多如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度3过定位重复定位几个定位支撑点重复限制一个自由度称为过定位1一般情况下应该避免使用过定位通常过定位的结果将使工件的定位精度受到影响定位不确定可使工件或定位件产生变形所以在一般情况下过定位是应该避免的2过定位亦可合理应用虽然工件在夹具中定位通常要避免产生过定位但是在某些条件下合理地采用过定位反而可以获得良好的效果这对刚性弱而精度高的航空仪表类工件更为显著工件本身刚性和支承刚性的加强是提高加工质量和生产率的有效措施生产中常有应用大家都熟知车削长轴时的安装情况长轴工件的一端装入三爪卡盘中另一端用尾架尖支撑这就是个过定位的定位方式只要事先能对工件上诸定位基准和机床夹具有关的形位误差从严控制过定位的弊端就可以免除由于工件的支撑刚性得以加强尾架的扶持有助于实现稳定可靠的定位所以工件安装方便加工质量和效率也大为提高16 工件的夹紧在机械加工过程中工件会受到切削力离心力惯性力等的作用为了保证在这些外力作用下工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置而不致发生振动和位移在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢工件定位后将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置称为夹紧装置com置的组成夹紧装置的组成由以下三部分组成第一部分动力源装置 它是产生夹紧作用力的装置分为手动夹紧和机动夹紧两种手动夹紧的力源来自人力用时比较费时费力为了改善劳动条件和提高生产率目前在大批量生产中均采用机动夹紧机动夹紧的力源来自气动液压气液联动电磁真空等动力夹紧装置第二部分传力机构 它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构传力机构的作用是改变作用力的方向改变作用力的大小具有一定的自锁性能以便在夹紧力一旦消失后仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态这一点在手动夹紧时尤为重要第三部分夹紧元件 它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件com置的设计原则在夹紧工件的过程中夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度表面粗糙度以及生产效率因此设计夹紧装置应遵循以下原则1工件不移动原则夹紧过程中应不改变工件定位后所占据的正确位置2工件不变形原则夹紧力的大小要适当既要保证夹紧可靠又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形3工件不振动原则 对刚性较差的工件或者进行断续切削以及不宜采用气缸直接压紧的情况应提高支承元件和夹紧元件的刚性并使夹紧部位靠近加工表面以避免工件和夹紧系统的振动4安全可靠原则 夹紧传力机构应有足够的夹紧行程手动夹紧要有自锁性能以保证夹紧可靠5经济实用原则 夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应在保证生产效率的前提下其结构应力求简单便于制造维修工艺性能好操作方便省力使用性能好com紧力的基本原则设计夹紧装置时夹紧力的确定包括夹紧力的方向作用点和大小三个要素com1夹紧力的方向夹紧力的方向与工件定位的基本配置情况以及工件所受外力的作用方向等有关选择时必须遵守以下准则1力的方向应有助于定位稳定且主夹紧力应朝向主要定位基面2紧力的方向应有利于减小夹紧力以减小工件的变形减轻劳动强度3力的方向应是工件刚性较好的方向由于工件在不同方向上刚度是不等的不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异尤其在夹压薄壁零件时更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向com2夹紧力的作用点夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目夹紧力作用点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则1力的作用点应落在定位元件的支承范围内应尽可能使夹紧点与支承点对应使夹紧力作用在支承上如夹紧力作用在支承面范围之外会使工件倾斜或移动夹紧时将破坏工件的定位2力的作用点应选在工件刚性较好的部位这对刚度较差的工件尤其重要如将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧可使变形大为减小并且夹紧更加可靠3力可的作用点应尽量靠近加工表面以防止工件产生振动和变形提高定位的稳定性和靠性com3夹紧力的大小夹紧力的大小对于保证定位稳定夹紧可靠确定夹紧装置的结构尺寸都有着密密切的关系夹紧力的大小要适当夹紧力过小则夹紧不牢靠在加工过程中工件可能发生位移而破坏定位其结果轻则影响加工质量重则造成工件报废甚至发生安全事故夹紧力过大会使工件变形也会对加工质量不利理论上夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力力矩相平衡而实际上夹紧力的大小还与工艺系统的刚度夹紧机构的传递效率等因素有关计算是很复杂的因此实际设计中常采用估算法类比法和试验法确定所需的夹紧力 当采用估算法确定夹紧力的大小时为简化计算通常将夹具和工件看成一个刚性系统根据工件所受切削力夹紧力大型工件应考虑重力惯性力等的作用情况找出加工过程中对夹紧最不利的状态按静力平衡原理计算出理论夹紧力最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力即 Fwk KFw 1-11式中 Fwk实际所需夹紧力单位为N Fw在一定条件下由静力平衡算出的理论夹紧力单位为N K安全系数粗略计算时粗加工取K253精加工取K152夹紧力三要素的确定实际是一个综合性问题必须全面考虑工件结构特点工艺方法定位元件的结构和布置等多种因素才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧装置com紧变形的措施有时一个工件很难找出合适的夹紧点如较长的套筒在车床上镗内孔和高支座在镗床上镗孔以及一些薄壁零件的夹持等均不易找到合适的夹紧点这时可以采取以下措施减少夹紧变形1均匀的对称变形以便获得变形量的统计平均值通过调整刀具适当消除部分变形量也可以达到所要求的加工精度增加辅助支承和辅助夹紧点 若高支座可采用增加一个辅助支承点及辅助夹紧力就可以使工件获得满意的夹紧状态2分散着力点 用一块活动压板将夹紧力的着力点分散成两个或四个从而改变着力点的位置减少着力点的压力获得减少夹紧变形的效果3增加压紧件接触面积在压板下增加垫环使夹紧力通过刚性好的垫环均匀地作用在薄壁工件上避免工件局部压陷4利用对称变夹具的夹紧设计应保证形状在加工薄壁套筒时采用加宽卡爪如果夹紧力较大仍有可能发生较大的变形因此在精加工时除减小夹紧力外工件能产生5其它措施 对于一些极薄的特形工件靠精密冲压加工仍达不到所要求的精度而需要进行机械加工时上述各种措施通常难以满足需要可以采用一种冻结式夹具这类夹具是将极薄的特形工件定位于一个随行的型腔里然后浇灌低熔点金属待其固结后一起加工加工完成后再加热熔解取出工件低熔点金属的浇灌及熔解分离都是在生产线上进行的17 机床夹具的现状及发展方向夹具最早出现在18世纪后期随着科学技术的不断进步夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备com具的现状有关统计表明目前的中小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代以适应市场的需求与竞争然而一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具一般在具有中等生产能力的工厂里约拥有数千甚至近万套专用夹具另一方面在多品种生产的企业中每隔34年就要更新5080左右专用夹具而夹具的实际磨损量仅为1020左右特别是近年来数控机床加工中心成组技术柔性制造系统FMS等新加工技术的应用对机床夹具提出了如下新的要求1能迅速而方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期降低生产成本2能装夹一组具有相似性特征的工件3能适用于精密加工的高精度机床夹具4能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具5采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率6提高机床夹具的标准化程度com床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化精密化高效化和柔性化等四个方面1标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面目前我国已有夹具零件及部件的国家标准GBT2148T225991以及各类通用夹具组合夹具标准等机床夹具的标准化有利于夹具的商品化生产有利于缩短生产准备周期降低生产总成本2精密化随着机械产品精度的日益提高势必相应提高了对夹具的精度要求精密化夹具的结构类型很多例如用于精密分度的多齿盘其分度精度可达01用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘其定心精度为5m3高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间以提高劳动生产率减轻工人的劳动强度常见的高效化夹具有自动化夹具高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等例如在铣床上使用电动虎钳装夹工件效率可提高5倍左右在车床上使用高速三爪自定心卡盘可保证卡爪在试验转速为9000rmin的条件下仍能牢固地夹紧工件从而使切削速度大幅度提高目前除了在生产流水线自动线配置相应的高效自动化夹具外在数控机床上尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置充分发挥了数控机床的效率4柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似它是指机床夹具通过调整组合等方式以适应可变因素的能力工艺的可变因素主要有工序特征生产批量工件的形状和尺寸等具有柔性化特征的新型夹具种类主要有组合夹具通用可调夹具成组夹具模块化夹具数控夹具等为适应现代机械工业多品种中小批量生产的需要扩大夹具的柔性化程度改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构发展可调夹具结构将是当前夹具发展的主要方向 2 钻床夹具设计21 工件预加工内容1该工件其他部位都已经加工完毕工件所待加工的部位为钻18H7孔零件的形状尺寸及其位置如零件图2-1所示2零件生产批量10000件属中小批量生产图2-1 设计零件22 初定夹具结构方案com位方案及定位装置com1定位方案本课题夹具用长销小平面组合和一块V型块定位利用R18长销小平面限制4个自由度V型块限制2个自由度实现完全定位如图2-2V型块定位 长销小平面图2-2 定位com2定位装置定位装置如图2-3图2-3 定位装置com套装置设计钻套装置如图2-4钻套与夹具体过盈配合保证标准钻套与工件的中心基准在同一直线上并用螺钉固定防止在加工孔的过程中由于振动而发生松动图2-4 钻套装置com紧装置工件夹紧装置如图2-5夹紧方案及装置1设计的过程中定位销一端用螺母夹紧因为工件是在立式钻床上进行加工加工力及震动较大要求夹紧装置具有足够的强度因此需在工件与销相对应的另一侧用螺母进行夹紧以防工件旋转2另一端即V型块的夹紧是通过螺旋杆与V型块连接当需要夹紧工件进行加工时只要旋紧螺杆就可以实现V型块的夹紧加工完后旋开螺杆在螺杆的拉动下就把V型块拉开再把另一边的的螺母拧开就可以卸下工件图2-5 工件夹紧装置com心距验算中心距120005mm影响此项精度的有1定位误差此项主要是定位孔36H7与定位销36g7的间隙产生的最大间隙为005mm2钻模板衬套中心与定位销中心距误差装配图标注尺寸为120001mm误差为002mm3钻套与衬套的间隙配合由28H6g5可知最大间隙为0029mm4钻套内孔与外圆的同轴度误差对于标准钻套精度较高可忽略5钻头与钻套的间隙会引偏刀具产生中心距误差e有下式求出e H2hBH 2-1式中 e刀具引偏量mmH钻套导向高度mmh排泄空间钻套下端面与工件间的高度mmB钻孔高度mm刀具与钻套间的最大间隙mm上述各量如图2-6所示在该例中刀具与钻套配合为18H7g5可知 0025将H 30mmh 12B 18mm代入可求e 3021218002530e 45002530e 0038mm 2-2由上述各项按最大误差计算实际上各误差也不可能同时出现最大值各误差方向也可能不一致其综合误差可按概率求和 007mm 2-3中心距的误差为01mm而该项误差为 007mm是允许误差的23符合要求但应减小定位和导向的配合间隙图2-6 刀具引偏力的计算com孔平行度精度工件要求18H7孔全长上平行度公差005mm导致产生两孔平行度误差的因素有1设计基准与定位基准重合没有基准转换误差但36H7g6配合间隙及孔的端面的垂直度公差会产生基准位置公差定位销轴中心与大头孔中心的偏斜角为1 1H1 2-3式中136H7g6处的最大间隙mmH1定位销轴定位面长度mm2钻套孔中心与定位销的平行度公差图中标注为002mm则3 00230 rad 2-43刀具引偏量e产生的偏斜角4 H 2-5总的平行度误差为 2-6小于等于23合格23 绘图完善夹具总草图上应标注主要尺寸公差配合等如图2-7 图2-7 装配图3 铣床夹具设计31 铣床常用通用夹具的结构铣床常用的通用夹具主要有平口虎钳它主要用于装夹长方形工件也可用于装夹圆柱形工件机用平口虎钳是通过虎钳体固定在机床上固定钳口和钳口铁起垂直定位作用虎钳体上的导轨平面起水平定位作用活动座螺母丝杆及方头的和紧固螺钉可作为夹紧元件回转底座和定位键分别起角度分度和夹具定位作用32 铣床夹具的设计特点铣床夹具与其它机床夹具的不同之处在于它是通过定位键在机床上定位用对刀装置决定铣刀相对于夹具的位置33夹具装夹工件的特点夹具装夹方法是靠夹具将工件定位夹紧以保证工件相对于刀具机床的正确位置具有以下特点1工件在夹具中的正确定位是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的因此不再需要找正便可将工件夹紧2由于夹具预先在机床上已调整好位置也有在加工过程中再进行找正的因此工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置3通过夹具上的对刀装置保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置4装夹基本上不受工人技术水平的影响能比较容易和稳定地保证加工精度5装夹迅速方便能减轻劳动强度显著地减少辅助时间提高劳动生产率6能扩大机床的工艺范围如镗削图机体上的阶梯孔若没有卧式镗床和专用设备可设计一夹具在车床上加工综上所述夹具安装方法简单不受技术水平影响易操作34铣床夹具的安装铣床夹具在铣床工作台上的安装位置直接影响被加工表面的位置精度因而在设计时必须考虑其安装方法一般是在夹具底座下面装两个定位键定位键的结构尺寸已标准化应按铣床工作台的T形槽尺寸选定它和夹具底座以及工作台T形槽的配合为H7h6H8h8两定位键的距离应力求最大以利提高安装精度 作为定位键的安装是夹具通过两个定位键嵌入到铣床工作台的同一条T 形槽中再用T 形螺栓和垫圈螺母将夹具体紧固在工作台上所以在夹具体上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座如果夹具宽度较大时可在同侧设置两个耳座两耳座的距离要和铣床工作台两个T形槽间的距离一致35铣床夹具的对刀位置铣床夹具在工作台上安装好了以后还要调整铣刀对夹具的相对位置以便于进行定距加工为了使刀具与工件被加工表面的相对位置能迅速而正确地对准在夹具上可以采用对刀装置对刀装置是由对刀块和塞尺等组成其结构尺寸已标准化各种对刀块的结构可以根据工件的具体加工要求进行选择36定位方案图3-1所示拔叉零件要求设计铣槽工序用的铣床夹具根据工艺规程在铣槽之前其它各表面均已加工好本工序的加工要求是槽宽16H11mm槽深8mm槽的中心平面与25H7孔轴线的垂直度公差为008mm槽侧面与E面的距离1102mm槽底面与25H7孔轴线平行图3-1 拨叉零件com具的定位如图3-2所示有三种定位方案可供选择方案I工件以E面作为主要定位面用支承板1和短销2与工件25H7孔配合限制工件五个自由度另设置一防转挡销实现六点定位为了提高工件的装夹刚度在C处加一辅助支承如图a所示方案II工件以25H7孔作为主要定位基面用长销3和支承钉4限制工件五个自由度另设置一防转挡销实现六点定位在C处也加一辅助支承如图b所示方案III工件以25H7孔为主要定位基面用长销3和长条支承板5限制两个自由度限制工件六个自由度其中绕z轴转动的自由度被重复限制了另设置一防挡销在C处也加一辅助支承如图c所示比较以上三种方案方案I中工件绕x轴转动的自由度由E面限制定位基准与设计基准不重合不利于保证槽的中心平面与25H7孔轴线的垂直度方案II中虽然定位基准与设计基准重合槽的中心平面与25H7孔轴线的垂直度要求保证但这种定位方式不利于工件的夹紧由于辅助支承是在工件夹紧后才起作用而是施加夹紧力P时支承钉4的面积太小工件极易歪斜变形夹紧也不可靠方案III中虽是过定位但若在工件加工工艺方案中安排25H7孔与E面在一次装夹中加工使25H7孔与E面有较高的垂直度则过定位的影响甚小在对工件施加夹紧力P时工件的变形也很小且定位基准与设计基准重合综上所述方案III较好图3-2 铣槽定位方案对于防转挡销位置的设置有两种不同的方案如图3-3所示当挡销放在位置1时由于B面与25H7孔的距离较进230-03mm尺寸公差又大定位精度低挡销放在位置2时虽然距25H7孔轴线较远但由于工件定位是毛面因而定位精度也较低而当挡销放在位置3时距25H7孔轴线较远工件定位面的精度较高55H12定位精度较高且能承受切削力所引起的转矩因此防转挡销应放在位置3较好综上所述选择方案III较好图3-3挡销的位置com差计算除槽宽16H11由铣刀保证外本夹具要保证槽侧面与E面的距离及槽的中心平面与25H7孔轴线的垂直度其它要求未注公差因此只需计算上述两项加工要求的定位误差1加工尺寸1102mm的定位误差采用图3-2c所示定位方案时E面既是工序基准又是定位基准故基准不重合误差为零有由于E面与长条支承板始终保持接触故基准位移误差为零因此加工尺寸1102mm没有定位误差2槽的中心平面与25H7孔轴线垂直度的定位误差长销与工件的配合去则 25g6 mm 3-1 25H7 mm 3-2由于定位基准与设计基准重合故基准不重合误差为零基准位移误差的分析如图3-4所示图3-4 基准位移误差分析基准位移误差y 28tana 280000625 001mm 3-3由于定位误差D y 0010083mm故此定位方案可行37夹紧方案根据工件夹紧的原则除在图3-2c中施加夹紧力外还应在靠近加工面处增加一夹紧力如图3-5所示用螺母与开口垫圈夹压在工件圆柱的左端面而对着支撑板的夹紧机构可采用钩形压板使结构紧凑操作方便图3-5 夹紧方案38铣刀分类铣刀的类型很多可根据铣刀的形状及用途分类1按铣刀的用途分类1加工平面用的铣刀圆柱铣刀用于卧式铣床上加工平面主要是用高速钢制造圆柱铣刀采用螺旋形刀齿以提高切削工作的平稳性端面铣刀用于立式铣床上加工平面刀齿采用硬质合金制造生产高2加工沟槽用的铣刀 如键槽铣刀两面刃铣刀三面刃铣刀立铣刀角度铣刀月牙键槽铣刀锯片铣刀等3加工成形表面用的铣刀如成形铣刀2按铣刀齿背形状分类1尖齿铣刀尖齿铣刀也叫直线齿背铣刀这种铣刀的刀齿是尖齿的其齿背是用角度铣刀铣出来的所以呈直线形2产齿铣刀产齿铣刀的齿背是用产齿的方法得到的产齿铣刀沿前刀面重磨重磨后铣刀的刀齿性能保持不变因此适用于切削廓形较复杂的铣刀如成形铣刀等除此之外铣刀还可以按刀齿数目分为粗齿铣刀和细齿铣刀在直径相同的情况下粗齿铣刀的刀数较少刀齿的强度及容屑空间较大适于粗加工细齿铣刀适用于半精加工和精加工加工槽的铣刀需两个方向对刀故应采用直角对刀块39夹具体与定位键为保证工件在工作台上安装稳定应按照夹具体的高宽比不大于125的原则确定其宽度并在两端设置耳座以便固定为了使夹具在机床工作台的位置准确及保证槽的中心平面与25H7孔轴线垂直度要求夹具体底面应设置定位键定位键的侧面应与长销的轴心线垂直310夹具总图上的尺寸公差和技术要求下面是对拨叉铣槽夹具见装配图的分析说明1夹具最大轮廓尺寸为234mm210mm250mm2影响工件定位精度的尺寸和公差为工件内孔与长销10的配合尺寸为和挡销的位置尺寸为60024mm及107007mm3影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差定位键与铣床工作台T形槽的配合尺寸14h64影响夹具精度的尺寸个公差为定位长销10的轴心线对定位键侧面B的垂直度为003mm定位长销10的轴心线对夹具底面A的平行度为005mm对刀块的位置尺寸为9004 mm和13004mm图中塞尺厚度为2h8mm所以对刀块水平方向的位置尺寸为a 11-2 9mm 基本尺寸 3-4对刀块垂直方向的位置尺寸为 b 23-8-2 13mm基本尺寸 3-5对刀块位置尺寸的公差取工件相应尺寸公差的2115因此a 9004mmb 13004mm5影响对刀精度的尺寸和公差塞尺的厚度尺寸2h8 22-0014mm311夹具精度分析为确使夹具能满足工序要求在夹具技术要求指定以后还必须对夹具进行精度分析若工序某项精度不能被保证时还需要夹具的有关技术要求作适当调整按夹具的误差分析一章中的分析方法下面对本例中的工序要求逐项分析1槽宽尺寸16H11mm此项要求由刀具精度保证与夹具精度无关2槽侧面到E面尺寸1102mm对此项要求有影响的是对刀块侧面到定位板 间的尺寸9004mm及塞尺的精度2h8mm上述两项误差之和DGAJT 009404 vmm 3-6因此尺寸1102mm能保证3槽深8mm由于工件在Z方向的位置由定位销确定而该尺寸的设计基准为B面因此有定位误差其中B 02vmm 3-7y dD2 0160025结夹具设计课程实践环节即将结束课题是根据零件的加工内容所设计的钻床专用夹具从零件的结构特点及加工内容初步拟定定位方案夹紧方案绘制草图修改方案最终确定方案这期间巩固复习了以前学习过的内容并进行了综合运用提高了我们综合运用所学知识以及理论结合实际的能力通过此次的学习不仅使我对课本内容有了更深入的认识培养了我分析问题的能力对灵活运用工具手册解决问题的能力有了明显地提高我基本掌握了专用夹具设计的方法和步骤由于自己的能力所限设计中还有许多不足之处以后还要继续不断的学习改进致谢在此次论文写作中我去图书馆查资料在网上搜集资料经过两个月的精心准备在老师的指导下我终于把论文底稿给定了下来在此感谢所有曾在论文写作期间对我提供一臂之力的同学和朋友最后再次感谢我的指导老师严谨细致一丝不苟的作风一直是我工作学习中的榜样循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪在这里请接受我诚挚的谢意参考文献119882 戴陆武机床夹具设计M国防工业出版社19943 韩洪涛机械制造技术M上海化学出版社20024 李清旭机械加工工艺M北京机械工业出版社20015 王昆 机械设计手册M 化学工业出版社20046 詹启贤 自动机械设计M 机械工业出版社19967 周开勤 机械零件手册M 高等教育出版社19988 杨君兴 国家标准机械制图应用示例图册M中国标准出版社19949 孙恒 机械原理M 西北工业大学机械原理及机械零件教研室200610 陈于萍 互换性于测量技术M 机械工业出版社200511 何明新 机械制图第五版M 高等教育出版社200412 孔午光 高速凸轮M 高等教育出版社199813 孟原先 现代机构手册M 机械工业出版社199414 詹启军 机器和结构综合分析M 中国轻工业出版社199415 邹慧贤 机械运动方案设计手册M 上海交通大学出版社199416 王成涛 现代机械设计思想和方法M 上海科学技术文献出版社199917 谢黎明 机械工程与技术创新M 化学工业出版社200518 吕忠文 机械创新设计M 机械工业出版社2004附 录Machining fixture locating and clamping position optimization using genetic algorithmsNecmettin KayaDepartment of Mechanical Engineering Uludag University Gorukle Bursa 16059 Turkey Received 8 July 2004 accepted 26 May 2005Available online 6 September 2005AbstractDeformation of the workpiece may cause dimensional problems in machining Supports and locators are used in order to reduce the error caused by elastic deformation of the workpiece The optimization of support locator and clam