专用夹具设计实例1

机制教研室第十六章专用夹具设计机械制造技术第三节专用夹具设计实例

第十六章专用夹具设计一明确设计任务，收集原始资料二拟定夹具结构方案第三节专用夹具设计实例

本节教学内容三绘制夹具总图及制定技术要求本节教学要求：通过夹具设计实例掌握专用夹具结构方案设计的方法和步骤。本节教学要求第三节专用夹具设计实例

专用夹具结构方案设计的方法和步骤。本节教学重点本节教学重点：第三节专用夹具设计实例

一、明确设计任务，收集原始资料二、确定夹具结构方案三、绘制夹具总图四、标注总图上的尺寸、公差配合与技术条件五、夹具工作精度的分析计算第三节专用夹具设计实例

零件图图J1一、明确设计任务，收集原始资料第三节专用夹具设计实例

该零件中批生产，材料为45钢。该铣槽工序在X6130卧铣上用三面刃铣刀加工。本工序加工要求为（1）槽宽mm。（2）槽底至工件底面的位置尺寸

62±0.01mm

。（3）槽两侧面对孔轴线的对称度0.2mm。（4）槽底面对工件B面的垂直度0.10mm。1.熟悉工件零件图以及本工序的加工要求（1）铣前后两端面X6130卧铣（2）铣底面、顶面X6130卧铣（3）铣两侧面X6130卧铣（4）铣两台肩面X6130卧铣（5）钻、铰孔Z5135立钻（6）铣槽X6130卧铣2.收集原始资料、明确零件的加工工艺过程

根据工件的加工要求，该工序必须限制工件五个自由度。现在来分析其必须限制的自由度数目及基准选择的合理性。二、拟定夹具结构方案

1.确定定位方案（1）验证基准选择的合理性

自由度分析建立坐标系图J2①为保证槽底面至工件B面的垂直度，应选B面作定位基准，限制工件、。②为保证工序尺寸62土0.10mm，应以A面定位，限制工件、。③为保证槽两侧面对mm孔轴线的对称度，应选孔轴线定位，限制工件。④为了方便地控制刀具的走刀位置，还应限制工件。因而工件的六个自由度都被限制。由分析可知，要使定位基准与设计基准相重合，所选定位基准是B面、mm孔和A面。自由度分析

本道工序工件的定位面是后平面B、底平面A和mm孔。夹具上相应的定位元件选为支承扳、支承钉和菱形定位销，如图J8所示。（2）选择定位元件图J8

定位平面B所用的支承板参考JB／T8029.1—1999中的定位支承板进行设计。定位平面A的定位支承钉以及菱形定位销按实际需要在JB／T8029.2—1999中选取。确定支承钉定位表面到菱形定位销中心的名义尺寸及其极限偏差ld=l±δd

。（3）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差

其中l取工件相应尺寸的平均尺寸，公差取相应尺寸公差的1／4，则有

ld=23±0.02

mm。最后确定菱形定位销圆柱部分的直径及其极限偏差，又

则菱形定位销和定位孔配合的最小间隙Xmin为（其中，查阅手册b=3）（3）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差菱形定位销圆柱部分的直径为

mm

公差按IT7选取，则mm

（3）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差

①槽宽mm的定位误差该尺寸由铣刀直接保证，不存在定位误差。②槽底至工件底面位置尺寸62土0.10mm的定位误差平面定位时，基准位移误差忽略不计，△Y=0

定位基准与设计基准重合，△B=0

故△D=△B+△Y=0（4）分析计算定位误差

③槽两侧面对孔轴线的对称度0.2mm的定位误差工件以φ14孔轴线定位，定位基准和设计基准重合，△B=0。菱形定位销圆柱部分直径和定位孔配合时产生的最大间隙将直接影响对称度要求。△Y约为对称度允差的1／2，应采取措施减小该项误差。（4）分析计算定位误差

④槽底面对工件B面的垂直度的定位误差定位基准与设计基准重合，△B=0。平面定位，基准位移误差忽略不计，△Y=0。故△D=△B+△Y=0

（4）分析计算定位误差①提高菱形定位销圆柱部分的制造精度，将菱形定位销圆柱部分精度提高到IT6级，

=0.011mm0.097仍接近加工允差的1／2。（5）减少对称度定位误差的措施②在提高菱形定位销圆柱部分精度的基础上，将φ14孔的精度提高到IT8级。这时孔的尺寸为，公差为0.027mm，有约0.12mm的加工精度预留量，可以保证对称度加工要求。通过钻、铰加工仍能保证孔的加工要求。（5）减少对称度定位误差的措施

如图J9所示，加工时，工件受到切削合力，可分解为水平和垂直方向的切削分力、，切向铣削力。在对称铣削情况下

=（1-1.2）

=（0.2-0.3）2.确定夹紧方式，设计夹紧机构（1）计算切削力及所需夹紧力图J3作用于工件上的切削力切向铣削力Fz为式中——铣削力，N；

——影响系数，大小与实验条件有关；

——铣削宽度，mm；

——每齿进给量，ram／齿；

——铣刀直径，mm；

——铣削深度，ram；

——铣刀齿数；

——修正系数。（1）计算切削力及所需夹紧力已知，=3,=12,=0.15,=100,=12,=68.3,则（为材料强度）

故水平分力和垂直分力（1）计算切削力及所需夹紧力

由于工件主定位面是B面，故选择夹紧力的作用方向为水平方向作用于B面上。当夹紧力水平作用于工件上时，所需要的计算夹紧力为实际所需夹紧力与计算夹紧力之间的关系为（K为安全系数，取K=2.5）（1）计算切削力及所需夹紧力

满足夹紧力水平作用要求的夹紧装置结构方案，可以有图J4所示的a）和b）两种。图J4a）所示为螺旋杠杆压板夹紧机构，夹紧时从夹具体背面拧紧夹紧螺母。图J4b）所示为铰链压板机构，当铰链压板转开时，装卸工件及清理切屑都很方便，这种结构较好。（2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力图J4a）夹紧装置布置图夹紧装置布置图图J4b）b）所示的夹紧机构所能产生的夹紧力，由图所示的压板受力分析计算得式中——夹紧机构效率，取0.9；

——螺栓的许用夹紧力，N。选定，当螺杆螺纹公称直径为M12时，查表可得。所以因＞，故夹紧方案可行。

根据工件加工表面形状，对刀元件可选用机床夹具零件及部件中的标准的直角对刀块。它的直角对刀面应和工件被加工槽形相对应（间距等于3mm塞尺厚度），并把它安装在夹具体的竖直板上。根据所选X6130型铣床T形槽的宽度，选用宽度B=14mm，公差带为h6的A型两个定位键来确定夹具在机床上的位置。（3）设计对刀元件、连接元件

夹具选用灰铸铁的铸造夹具体。基本厚度选为22mm，并要在夹具体底部两端设计出U形槽耳座，用于T形槽用螺栓紧固夹具。布置好夹具上各种元件、机构、装置之间的相对位置。（4）设计夹具体

夹具总图及其绘制步骤如下：（1）根据工件在几个视图上的投影关系，分别画出其轮廓线，如J11工件三视图所示。（2）安排定位元件，如J12定位元件布置图所示。（3）布置夹紧装置，如J10夹紧装置布置图所示。（4）布置对刀元件、连接元件；设计夹具体并完成夹具总图，如J13夹具总装图所示。（三）绘制夹具总图

菱形定位销轴线的位置尺寸（23±0.02）mm，菱形定位销定位圆柱部分直径尺寸mm。（四）标注总图上的尺寸、公差配合与技术条件1.标注尺寸、公差与配合（1）夹具外形轮廓尺寸

夹具在长、宽、高三个方向的外形轮廓尺寸分别为212mm、158mm和115mm（夹具总装图J13）（2）工件与定位元件间的联系尺寸

该夹具的夹具与刀具之间的联系尺寸就是调刀尺寸，该调刀尺寸又分为水平与垂直两个方向的尺寸。

（3）夹具与刀具的联系尺寸

水平方向的调刀尺寸为菱形定位销中心至对刀元件尺面之间的距离。由手册查得所选用铣刀的宽度尺寸及其极限偏差为mm，其平均尺寸为12.09mm。菱形定位销中心至工件上槽左侧面的距离为12.09/2=6.045mm再加上3mm的塞尺厚度，故水平方向调刀尺寸的基本尺寸为6.045+3=9.045mm①水平方向的调刀尺寸

由于调刀误差△T对工件尺寸公差有直接影响，故取工件相应要求公差（槽两侧面对φ14mm孔轴线的对称度0.2mm）的1／5，就得到水平方向调刀尺寸的基本尺寸及其极限偏差