夹具设计说明书

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1、Bug SHANDONG UNIVERSITY賈：2013MB魅dlD: 201317165003o1背景介绍22设计任务23定位方案设计23.1对定位元件的基本要求23.2常用定位元件所能限制的自由度33.3定位方案33.4定位误差计算34夹紧方案与夹紧元件设计54.1夹紧装置的基本要求54.2夹紧方案的设计54.3确定夹紧元件64.4定位夹紧力基本原则64.4.1夹紧力的方向64.4.2夹紧力的作用点64.4.3夹紧力的大小74.5钻削切削力的计算74.5.1 占10 孑 L.84.5.2 铰 14 孑 L84.6夹紧力计算94.7导向装置的选择104.7.1钻套的选择104.7.2钻模板

2、的选择.105心得体会106参考文献111. 背景介绍夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以 接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。在我们实际生 产中夹具的作用是将工件定位，以使加工工件获得相对于机床和刀具的正确位 置，并把工件可靠地夹紧。在机床上加工工件的时候，必须用夹具装好夹牢所要加工工件。将工件装 好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工 件夹紧，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹 紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。夹具设计在机械制造技术课程设计中占有重要的地位，对于提高我

3、们对于 机床夹具的理解，分析解决问题的能力有很大帮助。2. 设计任务本设计的主要任务是设计一个专用钻床夹具，在零件后侧面上钻铰一阶梯 孔，为了使钻孔的位置精确，必须对零件进行固定定位，提高加工精度，使之 满足使用要求。方便加工及装卸，节省时间，提高工作效率。3. 定位方案设计3.1 对定位元件的基本要求1. 限位基面应有足够的精度。定位元件具有足够的精度，才能保证工件的 定位精度。2. 限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工件接触 和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的 使用寿命和定位精度。3. 支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中

4、，受工件重 力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免 使用中变形和损坏。4. 定位元件应有较好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理，便于制 造、装配和更换。5. 定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状应有利于清 除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。3.2 常用定位元件所能限制的自由度定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类：1. 用于平面定位的定位元件：包括固定支承（钉支承和板支承），自位支 承，可调支承和辅助支承。2. 用于外圆柱面定位的定位元件：包括 V 形架，定位套和半圆定位座等。3. 用于孔定位的定位元件：包括定位销（圆柱定位销和

5、圆锥定位销），圆 柱心轴和小锥度心轴。3.3 定位方案在机械加工过程中，必须使工件、夹具、刀具和机床之间保持正确的相互 位置，才能加工出合格的零件。这种正确的相互位置关系，是通过工件在夹具 中的定位，夹具在机床上的安装，刀具相对于夹具的调整来实现的。在研究和分析工件的定位问题时，定位基准的选择是一个关键问题。一般 地说,工件的定位基准一旦被选定，则工件的定位方案也基本上被确定。定位方 案是否合理，直接关系到工件的加工精度能否保证。在此次设计中，经考虑，选择一个孔和一个端面的组合定位方式，其中以 40孔中心线为第一定位基准，采用长圆柱销或者心轴作定位元件，限制工件 的四个自由度；以右端面作为第二

6、定位基准，采用小支撑板或者浮动支撑作定 位元件，限制工件沿孔中心线方向的移动自由度；最后在小侧面处安置一支承 钉，限制绕孔中心线的旋转自由度。这样一来，工件的六个自由度就被完全限 制。3.4 定位误差计算用调整法加工一批工件时，工件在定位过程中，会遇到由于工件的定位 基准与工序基准不重合，以及工件的定位基准（基面）与定位元件工作表面存 在制造误差，这些都能引起工件的工序基准偏离理想位置，由此引起工序尺寸产生加工误差，及定位误差A，其数值大小为工件的工序基准沿工序尺寸 方向上发生的最大偏移量。只有定位误差小于工件相应加工要求的公差的 1/51/3,定位方案才认为是合理的，因此在夹具设计时必须对定

7、位进行分析 与计算。定位误差由基准位移误差A和基准不重合误差A两部分组成，定位误 WB 差的大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数和，即A = A cosBA cosyD W B其中0和y分别是A和A与工序尺寸方向的夹角。WB 现对此工序的定位误差进行分析：1）基准位移误差40孔的加工误差和定位心轴的制造误差都会导致基准位移误差的产生。 在工件自身重力的作用下，定位心轴始终保持与40孔内表面的单边接触（即 心轴的上部与孔内表面的上部），基准位移误差的方向与工序尺寸方向垂直， 即 0=90。2）基准不重合误差该工序尺寸h的工序基准为底面，而定位基准为 40 孔中心0.30 线，二者不重合，故存在基

8、准不重合误差。工序基准与定位基准之间的联系尺 寸称为基准尺寸，显然，图中的基准尺寸即为L = 105 0.05mm。所以基准不重 合误差A =0.10mmB基准不重合误差的方向与工序尺寸方向平行，即Y = 0。 综上，定位误差A = A cos 0 A cosy = A cos90 + 0.10cos0 =0.10mmD W B W工序尺寸公差 T=0.10- （-0.30 ） =0.40mm ,A = 0.10 =1T,定位精度符合要求，故所选定位方案合理。D44. 夹紧方案与夹紧元件设计4.1 夹紧装置的基本要求在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙 度以及生

9、产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：1. 工件不移动原则 夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。2. 工件不变形原则 夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。3. 工件不振动原则 对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免 工件和夹紧系统的振动。4. 安全可靠原则 夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。5. 经济实用原则 夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求

10、简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力， 使用性能好。4.2 夹紧方案的设计采用螺旋直接夹紧或与其他元件组合实现夹紧工件的机构，称为螺旋夹紧 机构。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性高，本次设计拟采用螺旋夹 紧机构。如果螺钉头直接与工件表面接触，螺钉转动时，可能损伤工件表面或带动 工件旋转。为克服这一缺点，考虑在螺钉头部装上摆动压块。本次设计中，由 于夹紧面我毛坯面，未经过加工，故考虑采用端面有齿纹的槽面压块作夹紧元 件。4.3 确定夹紧元件查标准，结合零件尺寸，选取夹紧元件为A型槽面压块JB/T 8009.21999 ）。标准件编号JBT8009_2-1999A_6 :螺纹直径

11、d=24mm，端面大径 D=55mm。中间传递元件选为C型六角压紧螺钉（JB/T 8006.2-1999 ），由于压紧 螺钉与槽面压块相互配合，故一旦槽面压块选定，压紧螺钉的螺纹直径也即选 定。查标准，选择标准件编号为 JBT8006_2-1999C-37 的六角压紧螺钉。（螺 纹直径M24，总长L=100mm）4.4 定位夹紧力基本原则设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要 素。4.4.1 夹紧力的方向夹紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向 等有关。选择时必须遵守以下准则:1. 力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。2.

12、紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。3. 力的方向应是工件刚性较好的方向。由于工件在不同方向上刚度是不等 的。不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在夹压薄壁零件 时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。4.4.2 夹紧力的作用点夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。选择作用点的问题是 指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。夹紧力作用点的 选择是达到最佳夹紧状态的首要因素。合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准 则:1. 力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点 对应，使夹紧力作用在支承上。如夹紧力作用在支

13、承面范围之外，会使工件倾 斜或移动，夹紧时将破坏工件的定位。2. 力的作用点应选在工件刚性较好的部位。这对刚度较差的工件尤其重 要，如将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，并且 夹紧更加可靠。3. 力可的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高 定位的稳定性和靠性。4.4.3 夹紧力的大小夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺 寸，都有着密密切的关系。夹紧力的大小要适当。夹紧力过小则夹紧不牢靠， 在加工过程中工件可能发生位移而破坏定位，其结果轻则影响加工质量，重则 造成工件报废甚至发生安全事故。夹紧力过大会使工件变形，也会对加工质量

14、不利。理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而实 际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关， 计算是很复杂的。因此，实际设计中常采用估算法、类比法和试验法确定所需 的夹紧力。4.5 钻削切削力的计算需要钻孔零件的材料为HT200。铸件壁厚为10mm，查下表可知， b n 220MPa。牌号铸件壁厚/mm最小抗拉强度MPa大于至HT2002.5102201020195203017030501604.5.1 占10 孑L进给量 f：f=0.10mm/r查参考文献可知，切削扭矩的计算公式M = 0.21D 2 f 0.8K（式 4-1）p其中，Kp为修

15、正参数，其计算公式如下：因为HT200的抗拉强度b 220MPa，取q = 736MPabb(b 0.75K = Ap I736丿式 4-2）( 736)0.75=X 1061736丿=104.5将式 4-2 带入式 4-1 得：M = 0.21x(5.8x10-3 J2 x O.1Oo.8 X104.5(式4-3)=0.035N - m查参考文献，切削力的计算公式如下：F = 419Df 0.8 K（式 4-4）fP代入数据，得：F = 419 x 5.8 x10-3 x（0.1x10-38 x 104.5f（式 4-5 ）沁 48.50N4.5.2铰14的大孔进给量f : f = 0.10

16、 mm / r ，查参考文献可知，切削扭矩的计算公式M = 0.21D 2 f 0.8 Kp其中，Kp为修正参数，其计算公式如下:式 4-6 )因为HT200的抗拉强度b 220MPa，取q = 736MPabb(b 0.751736 丿(736 “ 1736丿0.75式 4-7 )=104.5将式 4-7带入式 4-6得：M = 0.21x(6 x 10-3 ) x 0.100.8 x 104.5式 4-8 )二 0.038N - m查参考文献，切削力的计算公式如下：F 二 419Df o.8匕式 4-9 )代入数据，得：F = 419 x 6 x 10-3 x(0.10 x 10-3x 1

17、04.5式 4-10 )q 50.16 N4.6 夹紧力计算实际所需夹紧力的计算是一个很复杂的问题，一般只能粗略估算。为了简 化计算，在设计夹紧装置时，可只考虑切削力（矩）对夹紧的影响，并假定工 艺系统是刚性的，切削过程稳定不变。查夹具手册，单个螺旋夹紧产生的夹紧力按下式计算：W P x Lr x tg+ P )+ r rx tg11查手册：P=130N , L=310mm , r=11.0255mm , a =2。29，01=950，tg =0.15，代入数据，解得W =广 x 310)11.0255 x tg 029, + 950 J+ 6 x 0.15=12.4kN4.7 导向装置的选择

18、4.7.1 钻套的选择钻模的刀具导向元件为钻套。钻套的作用是确定刀具相对于夹具定位元件 的位置，并在加工过程中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工过程 中发生偏斜。按钻套的结构和使用情况，可分为固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊 钻套四种，前三种钻套均已标准化，可根据需要选用，必要时也可自行设计。 固定钻套结构简单，但磨损后不易更换，故适合于中、小批生产的钻模上或用 来加工孔距甚小以及孔径精度要求较高的孔。快换钻套适用于工件在一次装夹 中，需连续进行钻、扩、铰的工序。为了快速更换不同孔径的钻套，应选用快 换钻套。由于本次工序需连续进行钻和锪的操作，因此固定钻套并不适合，这里选 择快换钻套

19、。查标准，选标准件编号为 JBT8045_3-1999 的快换钻套。4.7.2钻模板的选择钻模板是供安装钻套用的。要求具有一定的强度和刚度，以防止由于变形 而影响钻套的位置精度和导向精度 。按其与夹具体的具体连接方式的不同，可 分为固定式、铰链式、可卸式、悬挂式几种。为简化结构同时提高位置精度，在本设计中采用固定式钻模板，这种钻模 板直接固定在夹具体上，是不可移动的。固定式钻模板又分为焊接结构、整体 铸造结构和螺钉销钉连接结构。这里选择用螺钉和销钉的连接方式。5. 心得体会这次夹具课程设计让我收获颇丰。从零件的结构特点及加工内容初步拟定 定位方案，夹紧方案，绘制草图，修改方案，最终确定方案。这

20、期间巩固复习 了以前学习过的内容并进行了综合运用，提高了我们综合运用所学知识以及理 论结合实际的能力。通过此次的学习不仅使我对课本内容有了更深入的认识，培养了我分析问 题的能力。对灵活运用工具手册解决问题的能力有了明显地提高。我基本掌握 了专用夹具设计的方法和步骤。由于自己的能力所限，设计中还有许多不足之处，以后还要继续不断的学 习改进。6参考文献1 李凯岭，机械制造技术基础.北京：清华大学出版社，2010.4；2 李庆寿，机械制造工艺装备设计适用手册M，银州：宁夏人民出版社，1991 ;3 李益民， 机械制造工艺设计简明手册. 北京：机械工业出版社， 1994.7；4 曹岩，机床夹具手册与三维图库. 北京：化学工业出版社， 2010.3；5 肖继德，陈宁平主编.机床夹具设计. 北京：机械工业出版社， 1997；6 甘永立，几何量公差与检测. 上海：上海科学技术出版社， 2010