杠杠零件夹具设计

1、绪论夹具能保证工件在规定的坐标位置上准确定位和牢固的夹紧，也就是说能保证工件相对于机床坐标原点具有准确和稳定可靠的坐标位置。这种夹具具有较高的刚度和精度，在粗加工时能承受较大的切削用量，以充分发挥数控、加工中心机床的生产能力;在精加工时能更好的保证工件定位基准和加工表面的位置精度;还能根据数控、加工中心机床的要求保证夹具应允许刀具接近尽可能更多的被加工表面甚至于全部被加工表面，可以减少机床的停机时间:在夹具上还能一次装夹多个工件同时一次加工，可以减少夹具、刀具、工件系统的调整时间；还能减少刀具的更换次数和刀具的调整时间，更好的发挥数控、加工中心机床的高效性能。夹具元件可以通过组装、使用、好的发

2、挥数控、加工中心机床的高效性能。夹具元件可以通过组装、使用。夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的5%-20%。通过设计，提高夹具设计和机械加工工艺设计的能力；学会CAD软件的使用；掌握在实际设计中使用的手册、图册等工具书的方法，提高结构设计能力及综合应用所学的专业理论知识分析和解决实际工艺问题的能力。第1章 夹具设计要求1.1引言材料、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

3、在产品中发挥技术潜在的“功能”。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。工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，对中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。1.2设计任务杠杆零件，零件的结构比较复杂，尺寸较小，形状比较复杂。加工10这个孔之前10F8的下底面及30H7孔两端面已加工完成，且此孔已经加工到9.2mm。要求用立式镗床加工10F8这个孔，零件如图1-1所示。图1-

4、1 杠杆零件图1.3 孔的加工要求加工10F8mm孔的加工要求：10F8mm孔的端面，尺寸为；20mm的端面与尺寸为10F8mm的孔有垂直度要求，垂直度误差为0.05mm；10F8孔和30H7孔的中心距为（600.1）mm。1.4 零件的材料毛坯：模锻件。第2章 夹具的设计2.1夹具类型的确定夹具总体设计中最后完成的主要元件是夹具体。夹具体是夹具的骨架和基础。组成夹具的各种元件、机构、装置都要安装在夹具体上。在加工过程中，它还要承受切削力、夹紧力、惯性力及由此产生的振动和冲击。所以，夹具体是夹具中一个设计、制造劳动量大，耗费材料多，加工要求高的零部件。在设计夹具体时就满足以下一些基本要求：1.

5、 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，而且各表面的相互位置精度要求高，应特别注意其结构工艺性。同时，在满足刚度及强度的前提下，尽可能减轻重量、缩小体积。 2.在机床上安装应稳定可靠。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，应落在夹具体的支承范围内，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。对于大型夹具，在夹具体上应设置吊环螺栓或起重孔，以便于吊运。2.2定位装置的设计2.2.1确定定位方案1. 定位原理在机床上加工工件时，要使工件的各个被加工面的尺寸及位置精度满足工件图或者工艺文件所规定

6、的要求，就必须在切削加工前使工件在机床夹具中占有一个确定的位置，使其相对于刀具的切削运动具有正确的位置，这个确定工件位置的过程我们称为定位。这是定位方案设计的主要任务。2. 定位基准为了保证工件上各个加工表面之间或者对其它加工表面的位置精度，工件在机械加工时，必须安放在机床板的一个固定位置上。任何一个零件都是由若干几何表面所组成，这些表面之间根据零件设计的技术要求，广泛存在距离尺寸和角度位置的要求。工艺文件中所谓的基准，就是指零件图上某些点、线、面的位置，可以用它们来确定某些点、线、面的位置。根据这些基准的作用和性质，可以分为设计基准和工艺基准两类。设计基准通常指零件图样上标注尺寸的起点。工艺

7、基准又分为工序基准、定位基准、测量基准等。定位基准的选择是否合理，将直接影响到夹具结果的复杂程度以及工件的加工精度。因此，在选择定位基准时应进行多种方案的分析比较。选择定位基准时，应重点考虑如何减少误差，提高精度，也要考虑安装的方便性、准确性和可靠性。定位基准的选择分为粗基准和精基准的选择两种，下面分别介绍。（1）粗基准的选择。粗基准是用没有加工的表面作为定位基准，选择粗基准时应考虑以下原则:1) 保证加工表面与不加工表面之间的相对要求，应选择不加工表面作为粗基准，特别是选择与加工表面有紧密联系的表面作为粗基准;2) 若加工表面较多，选择粗基准时，应合理分配各加工表面的加工余量；3) 选择作为

8、粗加工基准的表面，应平整、光洁，以便定位准确，夹紧可靠；4) 因为粗基准的定位误差较大，一般粗基准只能使用一次。（2）精基准的选择。精基准是己经加工过的表面作为定位基准。一般应遵循下列原则:1) 选择零件的设计基准作为精基准，也就是“基准重合”原则，这样可以避免因基准不重合而引起的基准不重合误差;2) 能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各个表面对基准的位置精度，这就是“基准统一”原则;3) 获得均匀的加工余量或使加工表面间有较高的位置精度，有时可以采取互为基准反复加工的原则;4) 有的精加工工序要求加工余量小，或垂直度要求高，为了保证加工质量和提高生产率，应选择加工面本身作为定位基准。以

9、上的选择原则，有时是互相矛盾的，在选择的时候要综合考虑。在保证工件加工要求的前提下，尽量使夹具结构简单，工件稳定性好。3. 根据工件结构特点，其定位方案为：方案：（如图2-1所示）以孔30H7mm及端面K定位，限制工件五个自由度（，），以孔20mm孔外缘定位，限制工件自由度。由于定位精未受尺寸40mm的影响，定位误差较小。 图2-1 定位方案2.2.2选择定位元件1.选用带台阶面的定位销，作为30H7mm孔及其端面定位的定位元件（见夹具总图4-1）.其结构和尺寸按要求确定。2.采用移动V形块作为定位元件，如图2-2所示。限制了Z自由度，其定位精度不受毛坯的影响。V形块除定位作用外，还有夹紧作用

10、。 图2-23.定位误差的分析计算加工10F8mm，要求保证中心距尺寸（60 0.1）mm，尺寸为mm的端面与尺寸为10F8mm的孔有垂直度要求，垂直度误差为0.05mm。（1）计算中心距（60 0.1）mm定位误差为：；可知， mm。基准定位等于定位销与定位孔的最大间隙,销孔配合代号为mm, 30H7mm为mm，以30f6mm为mm。于是 其中：；。则 。该定位方案满足要求。（2） 计算尺寸为mm的端面与尺寸为10F8mm的孔有垂直度要求，垂直度误差为0.05mm。同理 ，。是工件加工孔10F8mm与基面A间的垂直度误差，而10F8mm孔与基面A也是在一次安装中加工出的，其误差很小，也可以忽

11、略不计=0mm。因mm。定位误差的允许值；显然 。因此该定位方案也能满足垂直度0.05mm的加工要求。该方案满足要求。由以上分析可知，该定位方案与定位装置是可行的。 2.3夹紧装置的设计 2.3.1夹紧机构根据生产类型，此夹具的夹紧机构不宜复杂，采用螺旋夹紧方式.螺栓直径暂用M16mm，为缩短装卸工件的时间，采用开口垫圈。图2-32.3.2夹紧力的计算1.加工10F8mm时受力分析如图2-3所示，加工时，钻削轴向力F与夹紧力F1垂直，作用在定位支承上，而钻削扭矩T1则有使工件紧靠于可调支承之势，所用钻头直径小，切削力矩不大。因此，对加工此孔来说，夹紧是可靠的，不必进行夹紧力校核。 图2-42.

12、4导向装置的设计及其他装置结构、夹具体的确定。2.4.1加工10F8mm孔导向装置的确定为适应钻、扩的要求，现选用固定钻套，它们的主要尺寸和结构由固定钻套（GB/T 8045.1-1999）选取。具体尺寸如表2所示。钻套端面到加工面间的距离一般取（0.3-1）d（d为钻头直径），取8mm。固定钻套的技术要求：（1）材料： 选取T10A钢为材料，按GB1298-86碳素工具钢技术要求。（2）热处理；T10A HRC5864；渗碳深度为0.81.2mm，HRC5864。表2 固定钻套尺寸名 称内 径d（mm）外 径D（mm）固 定 钻 套此处按方案需要加一辅助支承，采用调节支承（GB2227-80

13、），由于10F8mm外圆不需要加工，表面并不光整，尺寸具有很大的误差，而此调节支承钉有调节功能，能方便地消除10F8mm表面尺寸引起的加工误差。2.4.2其他装置的确定为了便于排屑，辅助支承采用螺旋套筒式；为了便于夹具的制造和维修，钻模板与夹具体的联接采用装配方式。夹具体采用开式结构，使加工、观察，清理切削方便。2.5技术要求（1）导向元件与夹具底面的垂直度误差允许值在全长上为0.05mm。（2）杠杆零件50底面与夹具底面的平行度误差允许值为0.05mm。2.6 公差配合10F8mm孔模套、衬套、支架内孔之间的配合代号及精度分别为：钻孔时， mm（衬套支架） 2.7夹具精度分析与计算所设计夹具

14、需保证的加工要求有： 10F8mm孔的端面，尺寸为mm的端面与尺寸为10F8mm的孔有垂直度要求，垂直度误差为0.05mm；10F8孔和30H7孔的中心距为（600.1）mm。其余各项精度要求分别验算如下：(1) 尺寸（600.1）mm；定位误差，由前计算已知=0.054mm；定位元件对底面的垂直度误差=0.05mm；镗套与衬套间的最大配合间隙=0.025mm；镗套孔的距离公差=0.021mm；镗套轴线对底面（F）的垂直度误差=0.05mm；由式 = =0.094（mm）因而夹具能保证尺寸这项要求。第3章 专用夹具相关零件的设计分析与三维建模3.1专用夹具相关零件的设计分析1.钻模版根据零件、

15、定位元件及夹紧装置的结构尺寸以及位置。设计钻模版的长度为88cm,宽为105cm，高度为20cm。材料为45#钢。三维建模如图如3-1所示。图3-12.夹具体根据零件的尺寸，加工要求及夹紧定位装置，设计夹具体的规格尺寸。长度为186cm，宽为112cm,高度为67cm。材料为HT250,为了避免在热应力的作用下发生变形，要进行时效处理，夹具体边缘要去毛刺，避免出现沙眼，疏松，气孔等铸造缺陷，三维建模如图3-2所示。图3-23.定位销根据杠杆零件的尺寸，加工定位，夹紧查文献，设计定位销的规格尺寸。选用材料为40#钢，调质处理。三维建模如图3-3所示。图3-34.活动V型块设计V型块是为了保证夹紧

16、元件能有准确的夹紧位置，故选用HT150。三维建模如图3-4所示。图3-45.螺旋手柄本零件与活动V型块组成配合形成左面夹紧装置，夹紧20杠杠零件外圆，材料选择45#钢。三维建模如图3-5所示。图3-56.手柄套衬本零件与螺旋手柄配合形成可以调节松紧的调节压紧装置。材料选择20#钢。三维建模如图3-6所示。图3-67.辅助支撑为了保持零件加工时有足够的支撑力，选择了可调螺旋支撑，与套衬形成可调节支撑，材料选择45#钢。三维建模如图3-7所示。图3-78.开口垫圈开口垫圈与螺母底面相接处可以增加表面受力面积，起到保护螺母不因受作用力而被压溃的作用。三维建模如图3-8所示。图3-89.夹具装配图本

17、套钻床钻用夹具能够实现零件的完全定位而且结构简单，便于装配，安装与拆卸方便。总装配图如图3-9所示。图3-93.2夹具设计及操作简要说明如前面所述，在设计专用夹具时，应该注意提高劳动生产率及加工质量，应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。为钻床夹具选择了压紧螺母夹紧和V型块配合加紧方式。本工序为钻削加工，切削余量小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具夹紧力不大，故使用手动夹紧。第4章 运动仿真4.1 Proe的概述在中国也有很多用户直接称之为“破衣”。1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.

18、0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEERWildFire6.0（中文名野火6)。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了全面、集成紧密的产品开发环境。是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能的综合性MCAD软件。4.2运动仿真与分析在进行机械设计时，建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段，在电脑上模

19、拟所设计的机构，来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率降低成本有很大的作用。Pro/engineer中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。PROE的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中，包括Mechanismdesign（机械设 计）和Mechanismdynamics（机械动态）两个方面的分析功能。使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真，使用“机械设计”分析功能来创建某种机构，定义特定运动副，创建能使其运动起来的伺服电动机，来实现机构的运动模拟。并可以观察并记录分析，可以测量诸如位置、速度、加速度等运动特征，可以通过图形直观的显示这些测量量

20、。也可创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力，力和力矩，弹簧，阻尼等等特征。可以设置机构的材料，密度等特征，使其更加接近现实中的结构，到达真实的模拟现实的目的。如果单纯的研究机构的运动，而不涉及质量，重力等参数，只需要使用“机械设计”分析功能即可，即进行运动分析，如果还需要更进一步分析机构受重力，外界输入的力和力矩，阻尼等等的影响，则必须使用“机械设计来进行静态分析，动态分析等等。4.2.1专用钻床夹具装配运动仿真具体操作步骤如下：打开“专用钻床夹具123.prt”文件，如图4-1所示。图4-1点击动画中的定义主题，先对要进行仿真装配的零件进行主

21、题分割，如图4.2所示。图4.2单击菜栏【应用程序】【动画】按钮，进入动画仿真模块，如图4-3所示。图4-3点击高级拖动选项，选择合适的运动的方向轴，拖动零件运动，生成快照Snapshot1，如图4-4所示。图4-4点击快照通过移动零件位置拍成照片，点击拍照片，如图4-5所示。图4-5余下零件步骤如上面，弄好之后点击之后进入创建新关键帧顺序对上面生成的关键帧进行反序定义，如图4-6所示。图4-6在创建好新的关键帧顺序后，创建装配仿真动画，如图4-7所示。图4-7上面的都完成之后点击回放，弹出对话框就可以进行动画了，如图4-8所示。图4-8后面可以点击捕捉进行动画输出，就可以把动画做成媒体文件来

22、储存播放。结论这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设计与工艺等方面的知识； 以及自己独立思考能力和创新能力得到更进一步的锻炼与提高；再次体会到理论与实践相结合时，理论与实践也存在差异致谢为期二个多月的毕业设计即将拉下帷幕，回想近一段时间以来的设计工作我感受颇深。毕业设计是对大学几年所学知识的一个提

23、高和升华。在这个过程中，我深切的感受到专业知识的重要。同时也深深的懂得作为一个设计人员所必须具备的基本素质。 在做毕业设计的过程中，首先我认为，态度是最重要的。“态度决定一切”这句话的道理，在这次的毕业实习中我才真正懂得。只有摆正好态度，才能去完成我们所要作的事情。其次，是要有坚忍不拔，知难而进的精神。因为，在毕业设计中我们总会遇到一些我们一时难以解决的问题。在这个时候我们只有不怕困难，多请教老师、同学和多查阅资料,我们才能攻破难关。再次是要培养查阅文献资料的能力，现代社会是一个信息的时代，知识的更新日新月异。如何在浩如烟海的信息中，查阅对我们的有用资料。这对于我们的设计工作是至关重要的。最后，要加强的实践动手能力，这种能力才是我们以后立