毕业设计——基于磁盘驱动臂生产的夹具设计与实现

基于磁盘驱动臂生产的夹具设计与实现【摘要】磁盘驱动臂属于异性支架类零件，针对其在加工中却会因其材质较软、形状不规则、体积较小、结构复杂、要求精度高等因素而难以装夹的问题。采用NX软件设计出生产中必须出能够快速装夹的专用夹具并进行分析。本设计在分析其结构特点的基础上合理控制其自由度并结合气压传动的相关知识设计出适合的专用夹具，结果表明：该夹具具有高精度、高稳定性、结构简单、拆装方便、装夹快速等设计目标。【关键词】：硬盘驱动臂、专用夹具、六点定位原理、气压传动目录引言.....................................................1一、磁盘驱动臂零件简介...................................1（一）图样分析.......................................1（二）零件结构分析...................................2（三）零件加工工序及工艺介绍.........................3二、工位1的夹具设计.....................................3（一）设计原理........................................3（二）设计方案........................................41.夹具部件的设计..................................42.加紧元件的选择..................................6（三）工位一夹具试制..................................7三、工位2夹具设计......................................8（一）设计原理........................................8（二）设计方案........................................81.夹具结构的设计..................................82.加紧机构的设计..................................93.夹具传动元件的设计..............................104.夹具给力装置的选择..............................105.夹具控制装置的选择..............................11（三）工位二夹具试制..................................13四、工位3夹具设计.......................................13（一）设计原理.......................................13（二）设计方案.......................................14（三）工位三夹具试制.................................15五、夹具材料选择.........................................15六、结束语...............................................16参考文献.................................................17致谢.....................................................171引言随着电脑技术的迅猛发展，使得电脑硬盘对磁盘读写的能力要求越来越高，一个高质量的磁盘驱动臂是硬盘的寿命延迟及磁盘读写快速的一个保障。磁盘驱动臂是一种形状复杂、精度要求较高的支架类零件。所以我们采用精度较高的加工中心进行加工，为了保证其高效率、高质量生产我们采用了工序集中原则。减少多次装夹所带来的累计误差，因此设计出一套快速方便易操作的夹具是非常有必要的。一、磁盘驱动臂零件简介：（一）零件图样：图1-1-1产品视图2图1-1-2零件图(二)零件结构分析：通过分析零件图可以看出，该零件是形状复杂的支架类零件，主要由主体（BodyArm)、Arm、Pad、Fintail几部分组成。其中BodyArm上的￠9.3大孔为轴承孔，精度要求高，￠2.8的孔是安装磁头用的对平行度要求较高，在Arm上有￠1.8和￠3.6的孔侧面有两条槽，BodyArm侧面还有两个￠0.49的小孔，在Fantail角上还有一个￠0.865的小孔。图1-2-1工位一加工的半成品3（三）零件工序介绍及工艺分析其原材料为铝挤压型材，其总共需要三道工序来完成分，其目的就是为了提高产量，在工位一中需一次性加工4片（如图1-2-1），所以部分结构需在工位二、三中完成。工位一主要加工外轮廓、Fantail、Camel、Arm、Pad、槽、以及￠1.8、￠2.8、￠3.6、￠9.3的孔。工位二主要加工外轮廓和Camel的正面倒角。工位三主要加工￠1.0、￠1.3的孔及其倒角和外轮廓、Camel的背面倒角。工位一加工工序为铣基准平面→加工外轮廓→依次加工￠2.8、￠1.8、￠3.6的孔→割槽→加工Pad及其倒角→加工Fantail及其倒角→加工Arm→镗￠9.3的大孔及其倒角→依次加工￠1.8、￠2.8、￠3.6和Arm槽的倒角→割断。工位二加工工艺为外轮廓正面倒角→Camel正面倒角。工位三加工工艺为外轮廓背面倒角→钻￠1.0的孔→Camel倒角→FCBA面的两个孔→￠1.3的孔及其倒角。由于是批量生产，为了提高生产率同时又简单已操作而结合加工工艺的分析运用NX软件设计出的一套专用夹具。三、工位一夹具设计：（一）、夹具的设计原理：图3-1-1工件原材料图3-1-2工位一夹具面工件在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要完全确定工件的位置，所设计的夹具就必须消除这六个自由度，通常用六个支承点（即定位元件）来限制工件的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度。根据零件的原材料（铝挤压型材）如图3-1-1及成品零件图1-1-2中的重要尺寸可对夹具进行设计。经过对零件图的分析可知，工件对Pad宽度及大孔的尺寸要求是非常的高，所以我选择了原料Pad侧面及和大孔保持一定距离的FCBA面（如图3-1-1红色区域）作为定位的基准面，并从圆弧面施加力，选择接触的皆为面面接触从而控制x方向的移动自由度和绕y的转动自由度，另外选择Fantail里的面（如图3-1-1蓝色区域）作为基准面，对面给予一个子弹头装置及一个定位点来控制工件的y方向的移动自由度及绕x和z方向的转动自由度，在工件的底部设置一个定位销4来控制z方向移动自由度（如图3-1-2）。总体来说，该设计采用了点、线、面相结合的方式控制了零件原材料的六个自由度，用六点定位法设计驱动臂原材料的定位元件时采用定位面、圆柱销以及子弹头，可以限制驱动臂原材料的6个自由度，既未产生欠定位，也未产生过定位，从而保证了产品原料在数控机床中装夹的可靠性和稳定性。（二）设计方案：1、夹具部件的设计：图3-2-1工位一夹具图3-2-2夹具爆炸图5如图3-2-1所示为工位一工序加工所用到的夹具，其由①M6螺丝②挡板③￠6销棒④M5螺丝⑤加紧块⑥子弹头⑦夹具面⑧￠4销棒⑨底座⑩梯形块10部分组成（如图3-2-2）。整套夹具每个部件都是可拆卸的，其目的就是为了方便更换产品时夹具只需更换其中的部件就行，从而提高工作效率、减少制作夹具的材料浪费。①号元件为螺丝其作用是连接夹具面与夹具底座以及将夹具底座与梯形块连接使其固定在机床的工作台上。②号元件为挡板其作用是放销棒，其上有七个孔，这表示原材料可以在这上面加工七次，每个孔的距离即为每次加工所用掉材料的长度，其侧面有两个M5的螺纹孔为了将挡板与夹具底座连接，挡板之所以不与夹具底座设计为一体其原因还是考虑到了更换产品时的方便（每种产品每次加工所用料的长度不一样）,考虑到夹具安装后，固定底座的螺丝会影响销棒插入最下面孔，所以将所有的孔在保持孔距不变的情况下整体尽量向上平移。③元件为￠6销棒其作用是控制驱动臂原料z方向的移动自由度保证加工的稳定性。④号元件为M5的螺丝起连接夹具底座与挡板的作用。⑤号元件为加紧块元件其侧面两个孔可与⑧号元件配合使其放在夹具面之中而不掉落，并通过夹具面侧面螺丝的螺纹传动使其将原料加紧，其另外一面突出的两个部分与和原料相接触的部分是保持平行的，这样加紧后配合夹具面上突出的部分才能控制x方向的移动自由度和绕z及y的转动自由度。⑥号元件为子弹头，其结构特点与圆珠笔芯的类似，钢珠嵌在圆柱体内受力便会缩进去并与接触上带有螺纹同时方便调节，使其紧靠加工原材料。⑦号元件为夹具面，其内部两处突出部分配合⑤号元件将x方向的移动自由度和绕x、y的转动自由度限制住。其表面有四个沉头孔用于将其固定在夹具底座上。⑧号元件为￠4销棒，将其插入⑤号元件侧面的孔内，可使⑤号元件在空荡的情况下不掉下来。⑨号元件为夹具底座，其为整套夹具的主体，其作用是支撑各个部件，该底座为通用底座即在更换产品时只需更换相应的部件，这样就减少了夹具安装时所浪费的时间。⑩号元件为梯形块，其与机床工作台上的梯形槽配合利用螺丝将夹具底座快捷的固定。6图3-2-3工位一夹具部件2、加紧元件的选择：工位一中，工件在完全定位后为了保证加工的安全性与稳定性需要加紧机构将其加7紧，在这套夹具中，选择螺丝与⑤夹紧块配合利用螺纹传动将夹紧块向里推从而加紧工件原料（如图3-2-4）。与夹具元件①、④不同这里采用的螺纹牙型为梯形螺纹，，其效率高、牙根强度较大、工艺好，多用于传动。图3-2-4工位一夹紧图（三）工位一夹具试制：8图3-3-1工位一夹具实体图四、工位二夹具设计：（一）设计原理：工位二的夹具同样是基于六点定位原理所设计的，两者皆运用了一面两销的定位方法来限制工件的六个自由度。工位二中主要加工外轮廓和Camel的正面倒角，所以定位时用A基准面背面、￠9.3mm的孔、Pad来定位驱动臂工件。A基准面背面定位是限制了工件的三个自由度即z方向的移动和绕x、y旋转的自由度，大孔采用短销来限制两个自由度即x、y方向的移动自由度，在加上Pad旁的防转销限制一个自由度即绕z旋转的自由度（如图4-1-1）。这样就限制了工件的六个自由度。9图4-1-1工位二夹具在工位二夹具设计中所用夹具中的定位销皆为短销，这样才能只限制了x、y方向的移动和绕z方向的旋转自由度，这样即有效的避免了定位时出现过定位现象。综上所述，工位二中的夹具采用六点定位的方法对工件进行定位时采用支撑板和两个短销作为定位元件，来限制驱动臂工件的六个自由度，即没有欠定位，也没产生过定位，从而确保了工件在加工时装夹的可靠性和稳定性。(二)设计方案1、夹具结构的设计:磁盘驱动臂在完全定位后，在加工中会受到切削力的影响工件位置会产生变化，为了保证定位元件的位置在外力作用下不产生变化，因此必须需要加紧装置将其加紧固定。磁盘驱动臂是精度要求较高的薄壁、细长型零件，选用的材料是铝型材。工位二主要加工半成品，精度要求高、加工余量少且切削余量均匀，为了提高生产效率，故选用气压传动装置夹紧工件，以达到快速方便的目的。其主要由力源装置、执行元件、控制元件、辅助元件等组成。2、加紧机构的设计：在工位二中整套夹具中，A为气缸，B为竖直传动杆，C为定位销D、E为水平传动杆。通过气缸发力配合辅助元件和定位元件将驱动臂半成品加紧，为了防止加工中机床刀具10与气缸等夹具元件产生干涉，所以将气缸固定在定位板的底部配合夹具元件改变气缸在加紧时的运动方向，这样使其与加工刀具保持一定的距离，使整体结构更合理。在整套夹具中除了定位元件就主要由加紧元件构成即气缸、传动杆、销、气阀、气管、快速接头等构成。其整体的工作原理