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0 目 錄 前 言...........................................................................................................................................1 第 1 章 夾具設計任務.............................................................................................................2 1.1 設計任務..........................................................................................................................2 1.2 孔的加工要求..................................................................................................................2 1.3 零件的材料......................................................................................................................2 1.4 零件的生產類型及加工要求..........................................................................................2 第 2 章 夾具的設計.................................................................................................................3 2.1 夾具類型的確定..............................................................................................................3 2.2 定位裝置的設計..............................................................................................................3 2.2.1 確定定位方案 ...........................................................................................................3 2.2.2 選擇定位元件 ...........................................................................................................5 2.3 夾緊裝置的設計..............................................................................................................7 2.3.1 夾緊機構 ...................................................................................................................7 2.3.2 夾緊力的計算 ...........................................................................................................7 2.4 導向裝置的設計及其他裝置結構、夾具體的確定......................................................7 2.4.1 加工 28H7mm 孔導向裝置的確定 .......................................................................7 2.4.3 其他裝置的確定 .......................................................................................................7 第 3 章 繪制夾具結構圖.........................................................................................................9 第 4 章 確定夾具技術要求的有關尺寸、公差配合...........................................................10 4.1 技術要求........................................................................................................................10 4.2 公差配合........................................................................................................................10 4.3 夾具精度分析與計算....................................................................................................10 參考文獻...................................................................................................................................12 1 前 言 不論是傳統(tǒng)制造系統(tǒng)還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具都是非常重要的。在機械制造過程 中，用來固定加工對象，使之占有正確位置，以便接受施工或者檢測的裝置都可以稱 為夾具。例如:焊接過程中用的焊接夾具，檢驗過程中用的檢驗夾具，機械加工過程中 用的機床夾具等。夾具對于加工質量、生產率和產品成本都有直接的影響?；ㄙM在夾 具設計和制造的時間不論是在改進現(xiàn)有產品或者開發(fā)新產品中，在生產周期中都占有 較大的比重。所以，在制造業(yè)中非常重視對夾具的研究。夾具是由一套預先制造好的 各種不同形狀、不同尺寸、不同功能的系列化、標準化元件組裝而成的。因此夾具具 有通用性和專用性雙重性質，即組成夾具的元件是通用性的元件，而一旦組裝成成套 夾具即為專用夾具。組合夾具機構靈活多變，元件長期重復使用，因此，其元件比其 它類型的夾具元件要求具有高精度，高強度，高硬度，耐磨性高等優(yōu)點，單個元件功 能多樣，并有完全互換性。 產品制造環(huán)節(jié)的柔性化的著眼點主要是在機床和工裝兩個方面，而夾具又是工裝 柔性化的重點。夾具能保證工件在規(guī)定的坐標位置上準確定位和牢固的夾緊，也就是 說能保證工件相對于機床坐標原點具有準確和穩(wěn)定可靠的坐標位置。這種夾具具有較 高的剛度和精度，在粗加工時能承受較大的切削用量，以充分發(fā)揮數(shù)控、加工中心機 床的生產能力;在精加工時能更好的保證工件定位基準和加工表面的位置精度 ;還能根據(jù) 數(shù)控、加工中心機床的要求保證夾具應允許刀具接近盡可能更多的被加工表面甚至于 全部被加工表面，可以減少機床的停機時間:在夾具上還能一次裝夾多個工件同時一次 加工，可以減少夾具、刀具、工件系統(tǒng)的調整時間；還能減少刀具的更換次數(shù)和刀具 的調整時間，更好的發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能。夾具元件可以通過組裝、 使用、好的發(fā)揮數(shù)控、加工中心機床的高效性能。夾具元件可以通過組裝、使用。夾 具的平均設計和組裝時間是專用夾具所花時間的5%-20%。 本次對夾具的設計就是為了更好的掌握夾具跟我制造帶來的好處，以及對夾具有 更好的認識！ 2 第 1 章 夾具設計任務 1.1 設計任務 杠桿零件，零件的結構比較復雜，尺寸較小，形狀比較復雜。加工 28 這個孔之 前 10H9 孔及 28H7 孔兩端面已加工完成，且此孔已經(jīng)加工到 27.2mm。要求用立 式鏜床加工 28H7 這個孔，零件如圖 1-1 所示。 圖 1-1 杠桿零件圖 1.2 孔的加工要求 加工 28H7mm 孔的加工要求：28H7mm 孔的端面，尺寸為 mm 的端面與05.2 尺寸為 28H7mm 的孔有垂直度要求，垂直度誤差為 0.03mm；10H9 孔和 28H7 孔 的中心距為（800.20）mm。 1.3 零件的材料 毛坯：模鍛件。 1.4 零件的生產類型及加工要求 零件的生產類型為中批量生產。因此需要設計專用夾具來提高生產效率。 3 第 2 章 夾具的設計 2.1 夾具類型的確定 由于設計任務及條件可知，工件的外形輪廓尺寸小，重量輕，加工要求不高，生 產批量不大。因此，設計的夾具不宜復雜，在保證質量和提高生產率的前提下，盡量 簡化結構，做到經(jīng)濟合理。可用鏜套提高精度。 2.2 定位裝置的設計 2.2.1 確定定位方案 1. 定位原理 在機床上加工工件時，要使工件的各個被加工面的尺寸及位置精度滿足工件圖或 者工藝文件所規(guī)定的要求，就必須在切削加工前使工件在機床夾具中占有一個確定的 位置，使其相對于刀具的切削運動具有正確的位置，這個確定工件位置的過程我們稱 為定位。這是定位方案設計的主要任務。 2. 定位基準 為了保證工件上各個加工表面之間或者對其它加工表面的位置精度，工件在機械 加工時，必須安放在機床板的一個固定位置上。任何一個零件都是由若干幾何表面所 組成，這些表面之間根據(jù)零件設計的技術要求，廣泛存在距離尺寸和角度位置的要求。 工藝文件中所謂的基準，就是指零件圖上某些點、線、面的位置，可以用它們來確定 某些點、線、面的位置。根據(jù)這些基準的作用和性質，可以分為設計基準和工藝基準 兩類。設計基準通常指零件圖樣上標注尺寸的起點。工藝基準又分為工序基準、定位 基準、測量基準等。定位基準的選擇是否合理，將直接影響到夾具結果的復雜程度以 及工件的加工精度。因此，在選擇定位基準時應進行多種方案的分析比較。選擇定位 基準時，應重點考慮如何減少誤差，提高精度，也要考慮安裝的方便性、準確性和可 靠性。定位基準的選擇分為粗基準和精基準的選擇兩種，下面分別介紹。 （1）粗基準的選擇。粗基準是用沒有加工的表面作為定位基準，選擇粗基準時應 考慮以下原則: 1) 保證加工表面與不加工表面之間的相對要求，應選擇不加工表面作為粗基準， 特別是選擇與加工表面有緊密聯(lián)系的表面作為粗基準; 2) 若加工表面較多，選擇粗基準時，應合理分配各加工表面的加工余量； 3) 選擇作為粗加工基準的表面，應平整、光潔，以便定位準確，夾緊可靠； 4) 因為粗基準的定位誤差較大，一般粗基準只能使用一次。 （2）精基準的選擇。精基準是己經(jīng)加工過的表面作為定位基準。一般應遵循下列 4 原則: 1) 選擇零件的設計基準作為精基準，也就是 “基準重合”原則，這樣可以避免因基 準不重合而引起的基準不重合誤差; 2) 能選用統(tǒng)一的定位基準加工各個表面，以保證各個表面對基準的位置精度，這 就是“基準統(tǒng)一 ”原則; 3) 獲得均勻的加工余量或使加工表面間有較高的位置精度，有時可以采取互為基 準反復加工的原則; 4) 有的精加工工序要求加工余量小，或垂直度要求高，為了保證加工質量和提高 生產率，應選擇加工面本身作為定位基準。 以上的選擇原則，有時是互相矛盾的，在選擇的時候要綜合考慮。在保證工件加 工要求的前提下，盡量使夾具結構簡單，工件穩(wěn)定性好。 3. 根據(jù)工件結構特點，其定位方案有兩種： 方案一：（如圖 2-1 所示），以 10H9mm 孔及一組合面（K 面與 28H7mm 孔 下端面組合）為定位面，以限制五個自由度（ ， ， ， ， ），以 28H7mm X Y Z X Y 孔端外緣毛坯一側為防轉定位面，以限制工件自由度。該方案由于 mm 的公差大，05.8 定位不穩(wěn)定，定位誤差較大。 圖 2-1 定位方案一 5 方案二：（如圖 2-2 所示），以孔 10H9mm 及端面 K 定位，限制工件五個自由 度（ ， ， ， ， ），以孔 28H7mm 孔外緣定位，限制工件 自由度。由于 X Y Z X Y Z 定位精未受尺寸 88mm 的影響，定位誤差較小。比較上述兩個方案，方案二為最佳方 案。 圖 2-2 定位方案二 2.2.2 選擇定位元件 （1）選用帶臺階面的定位銷，作為 28H7mm 孔及其端面定位的定位元件（見夾 具總圖 4-1） .其結構和尺寸按要求確定。 （2）以 28H7mm 孔外緣定位，采用可調支承釘。選用可調支承釘作為以 28H7mm 外緣定位的定位元件，它可限制 Z 自由度 .該方案可克服毛坯精度對定位精 度的影響，在使用過程中根據(jù)每批毛坯的精度進行調整，結構如圖 2-3 所示。 （3）定位誤差的分析計算 加工 28H7mm，要求保證中心距尺寸（80 0.20）mm 及尺寸為 mm 的端面05.2 與尺寸為 28H7mm 的孔有垂直度要求，垂直度誤差為 0.03mm。 6 圖 2-3 定位件的選擇 a）計算中心距（ 800.20）mm 定位誤差 為：D ；YBD 由圖 1-1 可知， mm。0 基準定位 等于定位銷與定位孔的最大間隙 ,采用一般精度配合，銷孔配合Y maxX 代號為 mm, 10H7mm 為 mm，以 10g6mm 為 mm。6710gH015. 04.51 于是 )(02.9minaxmax mdDX 02.XY )( 其中： ；G4.0 。)(13./GD允 則 。允 該定位方案滿足要求。 b) 計算尺寸為 mm 的端面與尺寸為 28H7mm 的孔有垂直度要求，垂直度05.2 誤差為 0.03mm。 同理 mm， 。,BYD 2Y 是工件定位孔 28H7mm 與定位面 K 間的垂直度誤差，而 28H7mm 孔與定位2 面 K 也是在一次安裝中加工出的，其誤差很小，也可以忽略不計 =0mm。2 因 mm。0YBD 定位誤差的允許值 ；)(01.3/13允 mGD 顯然 。允 因此該定位方案也能滿足垂直度 0.030mm 的加工要求。 7 2.3 夾緊裝置的設計 2.3.1 夾緊機構 根據(jù)生產類型，此夾具的夾緊機構不宜復雜，采用壓盤壓緊.螺桿直徑用 M8mm， 如裝配圖 4-1 所示。 2.3.2 夾緊力的計算 加工 28H7mm 時受力分析如圖 2-4 所示，加工時，鏜桿軸向力 F 與夾緊力 F1 同 向，作用在定位支承上，而鏜桿扭矩 T1 則有使工件緊靠于可調支承之勢，所用鏜桿直 徑不大，切削力矩不大。因此，對加工此孔來說，夾緊是可靠的，不必進行夾緊力校 核。 圖 2-4 加工 28H7mm 孔時工件受力圖 2.4 導向裝置的設計及其他裝置結構、夾具體的確定 2.4.1 加工 28H7mm 孔導向裝置的確定 為達到 28H7 要求，先粗鏜讓后精鏜?，F(xiàn)選用可換鏜套及與這相適應的襯套，它 們的主要尺寸和結構由可換鏜套（GB/T2266-1991 ）和鏜套用襯套（GB/T2267-1991 ） 選取。 8 具體尺寸如表 2.1 所示。 可換鏜套的技術要求： （1）材料：20 鋼，HT200 按 GB/T2266。 （2）熱處理：20 鋼熱處理滲碳深度 0.8-1.2mm，HT200 粗加工后進行時效處理。 d 的公差帶為 H7 時，t=0.10mm，d 的公差帶為 H6 時，當 D85mm，t=0.005mm； D85mm，t=0.010mm ，油槽銳角磨后倒鈍。 表 2.1 鏜套及襯套尺寸 名 稱 內 徑 d（mm） 外 徑 D（mm） 鏜 套 )7(2801.H)6(3509.2g 襯 套 350 4017.n 襯套的技術要求： （1）材料：20 鋼， GB/T2267； （2）熱處理：滲碳深度為 0.81.2mm，5864HRC。 d 的公差帶為 H7 時，t=0.010mm，d 的公差帶為 H6 時，當 D52mm，t=0.005mm ；當 D52mm，t=0.010 。 此處按方案二需要加一輔助支承，采用六角頭調節(jié)支承（GB2227-1991 ），由于 28H7mm 外表面不需要加工，表面并不光整，尺寸具有很大的誤差，而此六角調節(jié)支 承釘有調節(jié)功能，能方便地消除 28H7mm 表面尺寸引起的加工誤差。 六角頭調節(jié)支承的技術要求： （1）材料：45 鋼，按 GB/T2259 規(guī)定。 （2）熱處理： 全部 HRC4055HRC 。mL50 為保證排屑，鏜套端面至加工面間的距離取 10mm。 2.4.2 其他裝置的確定 為了便于夾具的制造和維修，支架與底座要分開。支架在底座上安裝要穩(wěn)固，必 須用兩定位銷定位，用螺釘緊固。 9 第 3 章 繪制夾具結構圖 夾具總體設計中最后完成的主要元件是夾具體。夾具體是夾具的骨架和基礎。組 成夾具的各種元件、機構、裝置都要安裝在夾具體上。在加工過程中，它還要承受切 削力、夾緊力、慣性力及由此產生的振動和沖擊。所以，夾具體是夾具中一個設計、 制造勞動量大，耗費材料多，加工要求高的零部件。在設計夾具體時就滿足以下一些 基本要求： (1) 力求結構簡單、重量輕。夾具體的外形一般尺寸較大，結構比較復雜，而且 各表面的相互位置精度要求高，應特別注意其結構工藝性。同時，在滿足剛度及強度 的前提下，盡可能減輕重量、縮小體積。 （2）在機床上安裝應穩(wěn)定可靠。對于固定在機床上的夾具應使其重心盡量低；對 于不固定在機床上的夾具，則其重心和切削力作用點，應落在夾具體的支承范圍內， 重心越高夾具支承面積越大。為了使夾具安裝穩(wěn)定可靠，夾具體底面中部通常挖空。 對于大型夾具，在夾具體上應設置吊環(huán)螺栓或起重孔，以便于吊運。 夾具總裝三維圖如圖 3-1 所示。 10 圖 3-1 夾具體三維總裝圖 第 4 章 確定夾具技術要求的有關尺寸、公差配合 4.1 技術要求 （1）定位元件與夾具底面的垂直度誤差允許值在全長上為 0.03mm。 （2）導向元件與夾具底面的垂直度誤差允許值在全長上為 0.05mm。 （3）導向元件（件 11）與夾具底面（F）的平行度誤差允許值為 0.005mm。 4.2 公差配合 28H7mm 孔鏜套、襯套、支架內孔之間的配合代號及精度分別為： 粗鏜時， mm（襯套支架） mm（鏜套襯套）6742nH6735gH 精鏜時， mm（襯套支架） mm（鏜套襯套） 其余部件的公差配合代號及精度如圖 4-1 所示。 11 4.3 夾具精度分析與計算 由圖 1-1 可知，所設計夾具需保證的加工要求有： 28H7mm 孔的端面，尺寸為 mm 的端面與尺寸為 28H7mm 的孔有垂直度要求，垂直度誤差為05.2 0.03mm；10H9 孔和 28H7 孔的中心距為（800.20）mm。其余各項精度要求分別 驗算如下： (1) 尺寸（800.2）mm； 定位誤差 ，由前計算已知 =0.020mm；DD 定位元件對底面的垂直度誤差 =0.03mm；A 鏜套與襯套間的最大配合間隙 =0.025mm；1T 鏜套孔的距離公差 =0.021mm；2T 鏜套軸線對底面（F ）的垂直度誤差 =0.05mm；3T 由式 23212 TTADJ = 205.105.30. =0.070< （mm）264G 因而夾具能保證尺寸這項要求。 (2) 同理可完成 10H9mm 孔軸線對 28H7mm 孔軸線的平行度誤差 0.30mm 的精 度校核，總裝配圖如圖 4-1 所示。 12 圖 4-1 夾具體總裝圖 13 參考文獻 1 李云主編.機械制造工藝及設備設計指導手冊.北京：機械工業(yè)出版社， 1997 2 機械制造技術課程設計（第二版）/吳雄彪主編.-杭州：浙江大學出版社， 2004.12 3 互換性與技術測量/ 周玉鳳,杜向陽主編.-北京：清華大學出版社， 2008.12 4 機械制造技術基礎/ 盧秉恒主編.-3 版.- 北京：機械工業(yè) 出版社，2007.12 5 機械課程設計手冊/ 吳宗澤，羅圣國主編.-3 版.- 北京：高等教育出版社，2006.5