工装夹具课题设计

1、摘 要随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术的不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。在机械制造厂的生产过程中，用来安装工件使之固定在正确位置上，完成其切削加工、检验、装配、焊接等工作，所使用的工艺装备统称为夹具。钻床夹具就是将工件准确定位和可靠夹紧，并带有钻模板以便快速地对工件进行钻孔加工，保证加工孔的位置精度方面要求的工艺装备。在现代钻削生产中积极推广和使用，与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，特别是提高加工效率，加速钻削生产实现机械化、自动化进程等方面起着分厂重要的作用。关键词：夹具 定位 机床 夹紧 钻孔Abstract 随着科学技术的发展，各种新

2、材料、新工艺和新技术的不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。在机械制造厂的生产过程中，用来安装工件使之固定在正确位置上，完成其切削加工、检验、装配、焊接等工作，所使用的工艺装备统称为夹具。钻床夹具就是将工件准确定位和可靠夹紧，并带有钻模板以便快速地对工件进行钻孔加工，保证加工孔的位置精度方面要求的工艺装备。在现代钻削生产中积极推广和使用，与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，特别是提高加工效率，加速钻削生产实现机械化、自动化进程等方面起着分厂重要的作用。 With the development of science and technology, new mat

3、erials, new processes and new technologies continue to emerge, machinery manufacturing technology towards high quality, high productivity and low cost direction. In the production process of machinery factory, used to install the workpiece to fixed in the correct position, to complete the machining,

4、 assembly, inspection, welding work, using the technology and equipment collectively referred to as the fixture. Drill jig is to accurately locate the workpiece and reliable clamping, and a drill template to quickly on the workpiece hole drilling, ensure that the process equipment position precision

5、 machining hole requirements. Cut and actively promote the use in the production of drill in the modern, compatible with the product structure of the fixture, to improve the quality of products, particularly to improve processing efficiency, plays an important role in the most important, accelerate

6、the drilling production mechanization, automation etc.关键词：夹具 定位 机床 夹紧 钻孔Keywords: fixture location clamping hole3目 录引言11 零件分析12 工艺分析33 设计43.1 定位约束43.2 定位元件选择43.2.1常用定位元件43.2.2定位元件选择73.3 误差分析74 夹紧机构设计84.1 典型夹紧机构84.4.1斜楔夹紧机构84.1.2螺旋压板夹紧机构94.1.3偏心夹紧机构104.1.4绞链夹紧机构114.1.5定心、对中夹紧机构114.2 力计算124.2.1要零件及部件尺

7、寸的确定124.2.2钻孔切削力及力矩125 总体结构设计135.1 关键零件设计155.2 总装图175.3 加工精度分析175.3.1加工精度计算及评审186 小结19谢辞21参考文献220引言 迄今为止，夹具仍是机电产品制造中必不可缺的四大工具(刀具、夹具、量具、模具)之一。夹具在国内外也正在逐渐形成一个依附于机床业或独立的小行业。国内外机床夹具发展现状 研究协会的统计表明，目前中、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

8、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。1.零件分析 零件材料为HT200，由零件的结构分

9、析可知，该零件的毛坯为铸造成型，而且零件为大批量生产。灰口铸铁有以下优良性能1. 铸造性能好：熔点低，流动性好，在结晶过程中析出体积较大的石墨，部分补偿了基体的收缩，所以收缩率较低2. 减摩性好：石墨本身有润滑作用，可减少磨损。3. 减振性好：石墨减振能力比钢高10倍左右。4. 切削加工性好：减摩，减少刀具磨损。5. 缺口敏感性低：铸铁中石墨的存在就相当于许多微裂纹，致使外来缺口的作用相对减弱。HT200的硬度为HBS148-236，而且耐磨性，强度，耐热，减振性能好，需要人工时效，适用于承受较大的应力和耐磨，有一定的气密性的零件。由于零件的精度要求不高，故采用铸件，再车端面，再钻孔的加工工艺

10、2.工艺分析 (1)铸造毛坯：因为外轮廓的外形有点复杂，其余非加工表面用不去除材料的方法得到，零件的生产类型为批量，数量多，宜选用铸造毛坯，又因为零件的精度要求不高，宜用砂型铸造。毛坯尺寸 加工位置 尺寸 余量 毛坯尺寸两端面 15.25 2+219.2536的内孔36 43236的孔深 9.25 2 9.25 端盖外圆 75 2+2 79 (2)车：车外圆至指定尺寸 精车 车36的内孔至指定尺寸 精车 (3)铣：洗两端面至指定尺寸 精铣 铣36的内孔端面至指定尺寸 精铣 (4)钻：钻孔 3-9方案一铸件 铸造毛坯 砂型时效检验铣削 精铣上端面2mm 精铣下端面2mm保证两端面距离为15.25

11、mm X5012车削 精车外圆轮廓，保证外圆轮廓尺寸为75车倒角2x45° CA6140钻孔 钻孔 3-9 Z3025去毛刺终检入库 方案二铸件 铸造毛坯砂型时效检验车削 车下端面至指定图样 车上端面，粗、精车36的内孔至指定图样车倒角2x45°精车端盖外圆，保证外圆轮廓尺寸为75车倒角2x45° CA6140 钻孔钻孔 3-9 Z3025 去毛刺终检入库加工方法的选择是零件上每一个有质量要求的表面选择一合理的加工方法，在 选择中不光要满足零件加工质量要求，同时要兼顾生产效率和经济性，由于可供选择的方法很多，所以在选择时，应充分考虑成本较低的那种从而降零件的制造成

12、本，上面两种方法都可以满足零件的加工要求，但是为了减少装夹误差降低加工成本该零件采用工序集中加工比较合理，而且还能减少装夹误差，所以选择方案二。3 设计3.1 定位约束 因为该轴承端盖为回转体，元件中心是一圆形轮廓，可以用该圆孔定位，工件以圆孔定位大都属于定心定位（定位基准为孔的轴线），常用的元件有定位销，圆柱心轴，圆锥销，圆锥心轴等，圆孔定位还经常与平面定位联合使用。3.2 定位元件选择3.2.1常用定位元件 (1)定位销 下图为几种常用的圆柱定位销，其工作部分直径d通常根据加工要求和考虑便于装夹，按g5、g6、f6或f7制造。图一a、b、c所示定位销与夹具体的连接采用过盈配合；图12d为带

13、衬套的可换式圆柱销结构，这种定位销与衬套的配合采用间隙配合，故其位置精度较固定式定位销低，一般用于大批大量生产中。 为便于工件顺利装进，定位销的头部应有15°倒角。 短圆柱销限制工件两个自由度，长圆柱销限制工件的四个自由度。 图一 几种常用圆柱定位销 (2)圆锥销 在加工套筒、空心轴等类工件时，也经常用到圆锥销，如图13所示。图二a用于粗基准，图二b用于精基准。它限制了工件三个移动自由度。 图二 圆锥销 工件在单个圆锥销上定位轻易倾斜，所以圆锥销一般与其它定位元件组合定位。如图三所示，工件以底面作为主要定位基面，采用活动圆锥销，只限制两个转动自由度，即使工件的孔径变化较大，也能正确定

14、位。 图三 圆锥销组合定位 (3)定位心轴 主要用于套简类和空心盘类工件的车、铣、磨及齿轮加工。常见的有圆柱心轴和圆锥心轴等。图四 几种常见的圆柱心轴 圆柱心轴 图四a为间隙配合圆柱心轴，其定位精度不高，但装卸工件较方便；图四b为过盈配合圆柱心轴，常用于对定心精度要求高的场合；图四c为花键心轴，用于以花键孔为定位基准的场合。当工件孔的长径比L/D>1时，工作部分可略带锥度。 短圆柱心轴限制工件两个自由度，长圆柱心轴限制工件的四个自由度。图五 圆锥心轴 圆锥心轴 图五是以工件上的圆锥孔在圆锥心轴上定位的情形。这类定位方式是圆锥面与圆锥面接触，要求锥孔和圆锥心轴的锥度相同，接触良好，因此定心

15、精度与角向定位精度均较高，而轴向定位精度取决于工件孔和心轴的尺寸精度。圆锥心轴限制工件的五个自由度，即除绕轴线转动的自由度没限制外均已限制。3.2.2定位元件选择 本次元件采用的是圆柱销定位，如下图 3.3 误差分析夹具的主要功能是用来保证零件加工的位置精度。使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差因素主要有三个方面： （1）定位误差 （2）夹具制造与装夹误差 （3）加工过程误差 在加工过程中由于工艺系统(除夹具外)的几何误差、受力变形、热变形、磨损以及各种随机因素所造成的加工误差，用GC表示。上述各项误差中，第一项与第二项与夹具有关，第三项与夹具无关。显然，为了保证零件的加工精度，应使：

16、 式中,T 为零件有关的位置公差。上式即为确定和检验夹具精度的基本公式。通常要求给GC留三分之一的零件公差，即应使夹具有关误差限制在零件公差2/3的范围内。当零件生产批零较大时，为了保证夹具的使用寿命，在制定夹具公差时，还应考虑留有一定的夹具磨损公差。4 夹紧机构设计4.1 典型夹紧机构4.4.1斜楔夹紧机构 4.1.2螺旋压板夹紧机构 4.1.3偏心夹紧机构 4.1.4绞链夹紧机构 4.1.5定心、对中夹紧机构 4.2 力计算4.2.1要零件及部件尺寸的确定 （1）钻套主要尺寸的确定 钻套类型的选择 钻套底面到加工面上面高度H 根据经验公式： 铸铁： 钻或钻； 钢 ：钻 或 钻；因为在加工的

17、过程中H在满足排屑的要求下，越小越好（防止钻头偏斜）， （2）夹具板的主要尺寸的确定 夹具板的厚度 可根据经验公式： 夹具板的外尺寸确定 根据加工工序的要求及尺寸可确定夹具板的外形尺寸。 （3）配合尺寸的确定 钻套与模板的配合 由于选择的是固定钻模板，所以采用过盈配合 钻头与钻套内孔的配合 采用间隙配合，钻套中心线到定位面的距离偏差：取工件上相应偏差的1/5左右，在机床满足精度的条件下应尽量的小. 定位面与基准面（机床）有“平行度”要求； 钻具模板中心线与基准面（机床）有“垂直度”要求;4.2.2钻孔切削力及力矩 （1）切削用量f、v、钻头直径d=9. 工件材料为HT200硬度为240HB当，

18、所钻铸铁硬度大于200HB时.以Z3050钻床为例，应选用.钻铸铁是的切削速度. (2)钻孔轴向力p及力矩 (3)夹紧力：作用：防止由于切削力总用使工件翻转; 防止由于切削力矩使工件转动。夹紧力求法：.使工件不翻到，安全系数为1.52.5.查P276表6-2知. 取.L为钢板与工件接触的平均直径L=91mm.取安全系数为2.则.5 总体结构设计钻模板用于安装钻套。钻模板与夹具的连接方式有固定式、铰链式、分离式、悬挂式等几种。 固定式钻模板1定位销；2螺钉； 3钻模板； 4夹具体图3-1.1固定式钻模板 铰链式钻模板 1铰链销；2夹具体；3铰链座；4支撑钉；5钻模板；6菱形螺母 分离式钻模板 1

19、钻模板；2钻套；3压板（图b为螺钉）；4工件 悬挂式钻模板 1夹具体；2导柱；3工件；4钻模板；5弹簧；6多轴滑动头5.1 关键零件设计钻模板可换钻套钻套螺钉夹具体5.2 总装图5.3 加工精度分析（1）夹具制造误差 1）钻套中心线与定位面距离偏差取工件上相应偏差的15左右，还应满足两个原则：偏差尽量小；机床能够加工出来。 2）定位面与基准面（机床）的平行度应为0.031000（平面磨床可达到）。 3）钻模板孔中心线与基面垂直度应为0.02500。（2）对刀误差1）钻头中心与钻套中心不重合（钻头与钻套内孔配合间隙）2）钻头偏斜与钻头与钻套间隙、导套高度、工件位置及夹具制造垂直度， 平 行度等有

20、关。（3）工件定位误差1） 基准不符: =定位基准到设计基准的尺寸公差2） 基准位移: 一般由夹具与工件配合间隙产生的。3）=+此公式为向量和。 加工过程误差：由于磨损，热变形，加工过程的振动等可能引起误差。判断依据：若以上各项误差之和小于等于工件上相应公差 则该夹具合格。一般取工件上的加工过程误差为工件上相应公差的三分之一，即只有其余几项的公差之和小于等于工件上相应公差的三分之二时，夹具合格。5.3.1 加工精度计算及评审（1）定位误差 DW 该工件的设计基准与定位基准一致，都是孔52的中心线，故JB=0销外圆为的最大配合间隙则（2）制造误差ZZ 钻套中心线对定位件中心线位置精度. 取.钻套

21、内外圆同轴度误差（查表）.钻头纯倾斜时与钻套内孔中心不重合位置精度误差为，钻套底面到钻孔上表面高度为L（排屑用）。又铸铁 取。查表知取模板厚度， 钻套伸出部分为，故钻套高度的中点到钻孔底面距离.钻套孔，钻套孔查表P297.故，故，位置精度误差为 钻套中心线与定位面不垂直度为0.01.则不垂直的角度误差为。. 故工件小孔中心线与轴承盖中心线误差，则.知此方案可行。6 小结为期三个星期的夹具实训马上就到尾声了，设计从来就是又爱又痛的一个过程，爱它设计的本质，设计是一个发挥自己想象力，并结合各方面综合考虑的过程，他给一种想象的快感，痛它设计的过程，通常这种过程是枯燥乏味的，但不管怎样，这都是一个很有意义的过程，实训永远是检验所学的知识最有效的方法，通过这次实训，我进一步了解了夹