第十五章、专用夹具设计

1、第十五章 专用夹具设计,15.1 工件的定位方法与定位元件,一、对定位元件的基本要求 足够的精度； 较好的耐磨性； 足够的强度和刚度； 较好的工艺性； 便于清除切屑。,二、定位元件的应用 1、工件以平面定位 面积较小的基准平面选用支承钉 面积较大、平面度精度较高的基准平面定位选用支承板,常用定位元件及选用,More to learn,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 毛坯面作基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承 当工件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承,常用定位元件及选用,More to learn,常用定位元件及选用,Mor

2、e to learn,常用定位元件及选用,More to learn,常用定位元件及选用,More to learn,常用定位元件及选用,2、工件以内孔定位 工件上定位内孔较小时，常选定位销 在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴,常用定位元件及选用,More to learn,常用定位元件及选用,More to learn,常用定位元件及选用,3、工件以外圆柱定位 当工件对称度要求较高时，选用V形块 当工件定位圆柱面精度较高时，可选用定位套或半圆形定位座,常用定位元件及选用,More to learn,常用定位元件及选用,More to learn,常用定位元件及选用,一、夹

3、紧装置的组成和设计要求 工件定位后将其固定，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 1夹紧装置的组成 动力源装置：它是产生夹紧作用力的装置 传力机构：传递力的机构，其作用是：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，以保证夹紧可靠。 夹紧元件：它是直接与工件接触完成夹紧作用的元件,15.3 工件的夹紧,夹紧装置的组成和设计要求,夹紧装置的组成,2设计夹具时应考虑的问题 夹紧力（三要素：大小、方向、作用点） 传力方式（手动、气动、液力、电力等） 夹紧机构（增力、快速、机动等）,夹紧装置的组成和设计要求,3对夹紧装置的设计要求 能保持工件定位时已获得的正确位置 夹紧要可

4、靠和适当 操作方便、安全，劳动强度低，生产效率高 夹紧装置的自动化和复杂程度与生产批量与生产方式相适应 有良好的工艺性和经济性,夹紧装置的组成和设计要求,二 、夹紧力确定的基本原则 夹紧力的确定包括夹紧力的大小、方向和作用点三个要素 1夹紧力方向的确定 应指向各定位元件，且尽可能使之垂直于主要定位基准，应在工件刚度最大的方向上将工件夹紧 有助于定位，不破坏定位的准确性和可靠性 应考虑接触面积的影响，使工件变形尽可能小 应使夹紧力尽可能小，减轻劳动强度、提高生产效率,夹紧力确定的基本原则,夹紧力确定的基本原则,2夹紧力作用点的选择 夹紧力作用点是指夹紧元件与工件接触的一小块面积 应落在支承元件上

5、或几个支承元件所形成的支承面内 应选在工件刚性较好的部位 应尽可能靠近被加工表面，以减少切削力翻转力矩的影响，减少振动,夹紧力确定的基本原则,夹紧力确定的基本原则,夹紧力确定的基本原则,3夹紧力大小的确定 要足够防止加工时松动 使工件受压变形小，刚性差的工件应均匀加压 机动夹紧时应计算夹紧力的大小，以理论夹紧力乘以安全系数K 粗加工取K2.53， 精加工取K1.52,夹紧装置的组成和设计要求,More to learn,夹紧力三要素的确定，是一个综合性问题，必须考虑工件的结构特点、加工工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素。,夹紧装置的组成和设计要求,三、基本夹紧机构及选用 1斜楔夹紧机构

6、工作原理：利用楔块的斜面将楔块的推力转变为夹紧力，从而夹紧工件 夹紧力的大小：,常用的夹紧机构及选用,More to learn,以斜楔为研究对象，夹紧时 根据静力平衡原理，有 FQ = F1+ FRX F1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) FJ = FQ / tan1tan(2) 设1 =2 =，当10， 可用下式近似计算 FJ = FQ / ( tan2),夹紧力FQ去除，斜楔受到F1、 FRX作用，要能自锁，必须满 足下式 F1 FRX F1 = FJ tan1 FRX = FJ tan(2) tan1 tan(2) 即 1 ( 2) 或 1 2 一般1 =2 = =

7、57， 故当1014时自锁， 一般取=68,夹持原则： 楔块夹紧工件后应能自锁， 1 +2 为自锁条件 一般钢铁的摩擦系数为0.10.15，取1 =2 = 57，故1014 为了安全可靠，取= 57,常用的夹紧机构及选用,More to learn,常用的夹紧机构及选用,夹紧特点： 结构简单，有增力作用。 一般扩力比Q/F3。 楔块夹紧行程小，增大行程会使自锁性能变差 操作不便，夹紧和松开均需敲击 楔块材料：通常用20钢渗碳，淬硬5862HRC 偏心轮、凸轮、螺钉为楔块的变种,常用的夹紧机构及选用,2螺旋夹紧机构 工作原理：类似楔块 夹紧力大小：类似楔块 夹紧特点： 结构简单，增力大 夹紧可靠

8、，能保证自锁 夹紧动作慢，适合手动夹紧,常用的夹紧机构及选用,More to learn,螺旋夹紧的构造： 螺钉、压块、手柄等 简单螺旋夹紧机构 螺旋压板夹紧机构,常用的夹紧机构及选用,More to learn,常用的夹紧机构及选用,常用的夹紧机构及选用,3偏心夹紧机构 工作原理：利用转动中心与几何中心偏移的圆盘或轴作为夹紧元件 夹紧特点： 结构简单，制造方便 夹紧迅速，操作灵活 行程小，增力小，自锁能力差 适合夹紧力小、振动小的场合 自锁条件：D/e 1420,常用的夹紧机构及选用,More to learn,常用的夹紧机构及选用,More to learn,设计计算： 偏心距取2e +

9、（：工件尺寸公差；：装卸工件预留间隙） 偏心轮直径取D=14e20e 手柄长取L=(22.5)D 最小夹紧行程Smin=+ 偏心轮材料：20钢或20Cr；表面渗碳淬火5560HRC，磨光、发蓝,常用的夹紧机构及选用,圆偏心夹紧的夹紧力,圆偏心夹紧的夹紧力 M=P l =Q1 或Q1 P l / 因为p很小， Q1Q1cosp= FQ 根据斜楔夹紧原理，得P点产生的夹紧力为 QFJ P l /(tan1+tan（p2） 一般取 l =(22.5)D， D /2 扩力比约为1213,圆偏心夹紧的自锁条件 P点夹紧时能自锁，则可保证其余各点均可自锁 自锁条件 p 12 tanp=2e/Dp 为安全起

10、见取1 =0 2e/D 22, 取2=0.10.15, D/e1420自锁, D/e叫偏心轮的偏心特性，表示偏心轮的工作可靠性,四 定心夹紧机构,五 联动夹紧机构 单件多位（联动）夹紧机构 多件多位（联动）夹紧机构,常用的夹紧机构及选用,设计多位夹紧机构应注意的问题 夹紧元件必须为浮动、可调节的联动零件，以保证同时均匀夹紧和同时松开 夹紧力方向应与定位方式和加工方法相适应 应保证每一工件都有足够的夹紧力 夹紧元件和传力零件应有足够的刚性，保证传力均匀,常用的夹紧机构及选用,More to learn,一、专用夹具设计的方法和步骤 1拟定夹具的结构方案 明确设计要求和生产条件 了解工件情况、工序

11、要求和加工状态 了解使用机床、刀具的需用情况 了解生产批量和对夹具的需用情况 了解夹具制造车间的生产条件和技术状况准备好各种设计资料,15.3 专用夹具设计的方法,拟定夹具的结构方案 工件的定位方案 工件的夹紧方案 变更工位的方案 对刀或导引方案 安装方式及夹具体的结构形式 对结构方案进行精度分析和估算 论证方案的可行性及科学性 对薄弱环节进行修改,专用夹具设计的方法和步骤,2夹具总图设计 总图（总体）设计的步骤和要求 总图设计的步骤 先用双点划线将工件按加工状态绘好 依次绘制定位件、夹紧装置和夹紧元件、对刀装置或导引件、夹具本体及各个连接件等 标注必要的尺寸、配合和技术要求,专用夹具设计的方

12、法和步骤,More to learn,总体设计的几点要求 定位件、夹紧件、导引件等元件设计时应尽可能标准化、通用化 为操作方便和防止装反，应设置止动销、障碍销、防误装标志等 运动部件必须运动灵活、可靠 零部件结构工艺性要好，应易于制造、检测、装配和调整 夹具结构应便于维修和更换零部件 适当考虑提高夹具的通用性,专用夹具设计的方法和步骤,夹具总图上的尺寸标注 夹具总图上标注的五类尺寸 夹具的轮廓尺寸 定位零件上定位表面的尺寸以及各定位表面之间的尺寸 定位表面到对刀件或刀具导引件间的位置尺寸 主要配合尺寸 夹具与机床的联系尺寸 夹具上主要元件之间的位置尺寸公差,专用夹具设计的方法和步骤,夹具总图上

13、技术要求的规定 目的：限制定位和导引元件等在夹具体上的相对位置误差以及夹具的安装误差 定位件之间或定位件对夹具体底面之间的相互位置精度要求 定位件与导引件之间的相互位置要求 对刀件与校正面间的相互位置要求 夹具在机床上安装时的位置精度要求 （一般按工件相应公差的1/21/5选取） 编写夹具零件明细表 与一般 机械装配图相同,专用夹具设计的方法和步骤,3夹具精度的校核 影响夹具精度的因素 工件定位误差 刀具安装误差 刀具位置误差 加工方法误差 包括：与机床有关的误差 与刀具有关的误差与调整有关的误差 与变形有关的误差 各项误差的总和应小于工序尺寸公差,专用夹具设计的方法和步骤,4绘制夹具零件图

14、特别应注意零件的技术要求与必要说明 夹具体设计的要求 应有足够的强度和刚度，以防受力变形 安装需稳定，重心应尽量低，高宽比应小于1.25 结构应紧凑，形状应简单，装卸应方便 应便于排屑 应有良好的结构工艺性 选择制造方法应能保证精度，考虑成本,专用夹具设计的方法和步骤,设计实例： 图为铸铁拨叉零件，重20N，中批生产，需设计在摇臂钻床上加工28孔的钻床夹具。,二、夹具总图技术要求的制订,（一）、夹具总图上应标注的技术要求： 1、夹具外形的最大轮廓尺寸； 2、与定位有关的尺寸公差和形位公差，控制D； 3、与夹具在机床上安装有关的技术要求，控制A； 4、刀具与定位元件的位置尺寸和公差，控制T； 5

15、、其它装配尺寸及技术条件：如连接件的配合，各组成元件间的位置关系，回转夹具的平衡，装配中的注意事项等。,（二）、夹具技术要求允差值的确定： 目前分析计算方面资料还不完善，一般凭经验或已有经验数据确定，可按二种情况考虑： 1、夹具公差直接与加工尺寸公差有关： 夹具上线性尺寸和角度公差j=(1/21/5)k. 夹具上工作面的相互位置公差j=(1/21/3)k. 当加工尺寸为自由尺寸时，夹具公差取+0.1mm.,加工表面没有相互位置要求时，夹具公差取（0.020.05）/100 一般生产规模较大，夹具结构较复杂而加工精度要求不高时，可以取严格些，反之可以取公差稍大一些。参阅附表-1表-7。 2、与加工要求无直接关系的夹具公差。 多为夹具中各组成连接副的配合性质，参见附表-9。 夹具距离尺寸公差应为对称分布基本尺寸为相应工件尺寸的平均值。,15.4、组合夹具 组合夹具是一种标准化、系列化程度很高的柔性化夹具。它由一套预先制造好的具有不同几何形状、不同尺寸的高精度元件与合件组成，使用时按照工件的加工要求，采用组合的方式组装成所需的夹具。,一、工作原理与特点 由一套预先制造好的标准元件及合件组装而成，使用过程为：组装使用拆散组装 特点：1、