第18次专用夹具设计方法

第十八讲专用夹具设计方法夹具与工作台、刀具、工件的关联装置•定位键•对刀装置•分度装置定位键--夹具体底面的主要秘密：(a)为四周接触(b)为两边接触，以上两形状用于安装定位键时用。(c)为四角接触，夹具侧面设找正基准时用或钻床夹具体用。铣床夹具以夹具体底面、定位键侧面与铣床工作台面、T型槽侧面接触定位，然后用螺栓压板把夹具压紧在铣床工作台面上。定位键•定位键：铣床、刨床、钻床、镗床夹具，为了确定夹具相对于机床的位置，一般用两个定位键定位，夹具体上设计几个开口耳座，用T形槽螺栓和螺母进行夹紧。•定位键有矩形和圆形两种，圆形定位键容易加工，但较易磨损，故使用不多。•矩形定位键，其上部与夹具体底面上的槽配合，下部与机床工作台上的T形槽配合。•钻床夹具一般不固定，如果孔比较大，或用摇臂钻床加工时，可用压板固定或用开口耳座固定，但钻床夹具不用定位键。②定位键：一般情况下，每个铣床夹具装有两个定位键，标准结构见下图：②定位键形状及尺寸定位键：用螺钉紧固在夹具体上。A型：键与T型槽：B=T型槽名义宽度h6或h8键与夹具体：、B型：键与夹具体：、键与T型槽：按T型槽实际宽度配作h6或h8867、hhHB866、hhJSB867、hhHB866、hhJSB形槽实宽TB15.01BB③U型耳座：用于夹紧夹具，一般在夹具体的纵向中线处两边各设置一个，大型夹具在接近四角处各设置一个。设计时可查阅夹具设计手册。也有不设计U型耳座的，直接用螺栓压板夹紧夹具。对刀的方法通常有三种：试切法：调整法：每加工一批工件，安装调整一次夹具，刀具相对元件定位面的正确位置都是通过试切数个工件来对刀的。用样件或对刀装置对刀：只是在制造样件和调整对刀装置时，才需要试切一些工件，而在每次安装使用夹具时，不需要再试切工件。这种方法最简便。夹具的对刀①铣床夹具的对刀装置(a)平面塞尺厚度S常用1、3、5mm，(b)圆柱塞尺d常用3、5mm。塞尺尺寸公差均为h6对刀块与塞尺特点：对刀方便、迅速，但对准精度一般比试切法低。铣床对刀装置一般安排在铣刀开始进给的一方②钻床夹具的对刀装置钻套内孔、外轴的尺寸及精度规定•1.钻套内孔钻套内孔（又称导向孔）直径的基本尺寸应为所用刀具的最大极限尺寸，钻孔或扩孔时其公差取F7或F8，粗铰时取G7，精铰时取G6。若钻套引导的是刀具的导柱部分，则可按基孔制的相应配合选取，如H7/f7、H7/g6或H6/g5等。•2.钻套外圆①固定钻套该类钻套外圆以H7/n6或H7/r6配合，直接压入钻模板上的钻套底孔内。钻孔的位置精度也较高。②可换钻套可换钻套装在衬套中，衬套是以H7/n6或H7/r6的配合直接压入钻模板的底孔内，钻套外圆与衬套内孔之间常采用F7/m6或F7/k6配合。③快换钻套快换钻套的有关配合与可换钻套的相同。③镗床夹具的对刀装置分度装置部件功能介绍回转分度装置常由固定部分、转动部分、分度对定机构、抬起锁紧机构以及润滑部分组成。各主要部分功能如下：1)固定部分：它是分度装置的基体，常和夹具体连为一体。2)转动部分：工作夹具装在其上，由其实现工件的转位3)分度对定机构：由分度盘和对定销组成，保证转位后工件正确的分度位置，并完成插销、拔销动作。4)抬起锁紧机构：分度对定后，锁紧转动部分，增强分度装置工作时的刚度。分度对定控制装置分度对定装置锁紧装置典型例子专用夹具设计的基本要求•①保证工件的加工精度。这是夹具设计的最基本要求，其关键是正确地确定定位方案、夹紧方案、刀具导向方式及合理制定夹具的技术要求。必要时应进行误差分析与计算。•②夹具总体方案应与生产纲领相适应。在大批量生产时，应尽量采用各种快速、高效结构，如多件夹紧、联动夹紧等，以缩短辅助时间，提高生产率；在中、小批量生产中，则要求在满足夹具功能的前题下，尽量使夹具结构简单、容易制造，以降低夹具制造成本。•③操作方便，工作安全，能减轻工人劳动强度。如采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻工人的劳动强度；并可较好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合操作工人的习惯，必要时应有安全保护装置，以确保使用安全。•④便于排屑。切屑积集在夹具中，会破坏工件正确的定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形，影响加工质量；切屑的清扫又会增加辅助时间，降低工作效率；切屑积集严重时，还会损伤刀具或造成工伤事故。因此排屑问题在夹具设计时必须给予充分的注意，在设计高效机床夹具时尤为重要。•⑤有良好的结构工艺性。设计的夹具应便于制造、检验、装配、调整、维修等。专用夹具设计的一般步骤•在接到夹具设计任务书后，首先要仔细地阅读被加工零件的零件图和装配图，清楚地了解零件的作用、结构特点、材料及技术要求；其次要认真地研究零件的工艺规程，充分了解本工序的加工内容和加工要求。必要时还应了解同类零件所用过的夹具及其使用情况，作为设计时的参考。工序图则给出了夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、相应加工精度要求，以及本工序的定位、夹紧原理方案，这是夹具设计的直接依据。了解工艺规程中本工序的加工内容。机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工的零件数。这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的。机床专用夹具的设计步骤专用夹具设计的一般步骤•拟定夹具结构方案时应主要考虑以下问题：–根据零件加工工艺所给的定位基准和六点定位原理，确定工件的定位方法并选择相应的定位元件；–确定刀具导向方式，并设计导向装置或对刀装置；–确定工件的夹紧方法，并设计夹紧机构；–确定其他元件或装置的结构形式；–考虑各种元件和装置的布局，确定夹具体的总体结构。为使设计的夹具先进、合理，常需拟定几种结构方案，进行比较，从中择优。在构思夹具结构方案时，应绘制夹具结构草图，以帮助构思，并检查方案的合理性和可行性，同时也为进一步绘制夹具总图作好准备夹具总图应遵循国家标准绘制，图形大小的比例尽量取l；1，使所绘的夹具总图有良好的直观性，如工件过大时可用1：2或1：5的比例，过小时可用2：1的比例。主视图应取操作者实际工作时的位置，以作为装配夹具时的依据并供使用时参考。总图中的视图应尽量少，但必须能够清楚地表示出夹具的工作原理和构造，表示各种装置或元件之间的位置关系等。3．夹具装配图的绘制绘制总图的顺序是：先用双点划线绘出工件的轮廓外形，并显示出加工余量；然后把工件视为透明体，按照工件的形状及位置依次绘出定位、导向、夹紧及其它元件或装置的具体结构；最后绘制夹具体，形成一个夹具整体。标注尺寸、技术条件编写零件明细表3．夹具装配图的绘制专用夹具设计的一般步骤•对夹具总图中的非标准件均应绘制零件图，零件图视图的选择应尽可能与零件在总图上的工作位置相—致。1、夹具装配图上应标注的几类尺寸①外形轮廓尺寸(A类尺寸)：长、宽、高(不包含被加工工件、定位键)，当夹具结构中有可动部分时，应包括可动部分处于极限位置时在空间所占的尺寸；②工件与定位元件的联系尺寸(B类尺寸)：把工件顺利装入夹具所涉及到的尺寸，与工件尺寸相关。1)工件与定位元件的配合尺寸：配合标注或只标定位元件的尺寸；2)定位元件之间的位置尺寸。确定夹具的主要尺寸、公差和技术要求钻夹具：位置尺寸钻套内径定位元件(对刀基准)→→→→→钻套→→→→→→刀具↑↑位置尺寸铣夹具：位置尺寸塞尺尺寸定位元件(对刀基准)→→→→→对刀块→→→→→刀具车床夹具无此类尺寸③夹具与刀具的联系尺寸(C类尺寸)：指定位元件与对刀元件之间的位置尺寸，与工件尺寸相关。车夹具：夹具与主轴端部圆柱配合的配合尺寸。铣夹具：定位键与T型槽的配合尺寸。④夹具与机床的联系尺寸(D类尺寸)：把夹具顺利装入机床所涉及到的尺寸，与机床尺寸相关。以上尺寸若以配合形式标注，要用双点划线画出主轴端部、T型槽形状。钻夹具无此类尺寸。⑤其它装配尺寸(E类尺寸)：不在上述几类尺寸之内的：1)夹具内部的配合尺寸；2)有相互位置要求的装配尺寸。铣床夹具尺寸标注示例钻床夹具尺寸标注示例举例说明设计过程设计一夹具用于加工连杆零件的小头孔，图a所示为工序简图。零件材料为45钢，毛坯为模锻件，年产量为500件，所用机床为立式钻床Z525。设计过程分析•第一，进行精度与批量分析。–本工序有一定位置精度要求，属于批量生产，使用夹具加工是适当的。但考虑到生产批量不是很大，因而夹具结构应尽可能的简单，以减小夹具制造成本（具体分析从略）设计过程分析第二：确定夹具结构方案①确定定位方案，选择定位元件。–本工序加工要求保证的位置精度主要是中心距尺寸120±0.05mm及平行度公差0.05mm。根据基准重合原则，应选Φ36H7孔为主要定位基准，即工序简图中所规定的定位基准是恰当的。为使夹具结构简单，选择间隙配合的刚性心轴加下端面的定位方式（若端面B与孔A垂直度误差较大，则端面处应加球面垫圈）。又为保证小头孔处壁厚均匀，采用活动V形块来确定工件的角向位置，参考图b。设计过程分析第二：确定夹具结构方案②确定导向装置。本工序小头孔加工的精度要求较高，一次装夹要完成钻—扩—粗铰—精铰４个工步，故采用快换钻套（机床上相应地采用快换夹头）；又考虑到要求结构简单且能保证精度，采用固定式钻模板，参考图c。设计过程分析第二：确定夹具结构方案③确定夹紧机构。理想的夹紧方式应使夹紧力作用在主要定位面上，本例中可采用可涨心轴、液塑心轴等，但这样做夹具结构较复杂，制造成本较高。为简化结构，确定采用螺纹夹紧，即在心轴上直接做出一段螺纹，并用螺母和开口垫圈锁紧，参考图c。设计过程分析第二：确定夹具结构方案④确定其他装置和夹具体。为了保证加工时工艺系统的刚度和减小加工时工件的变形，应在靠近工件的加工部位增加辅助支承。夹具体的设计应通盘考虑，使上述各部分通过夹具体能有机地联系起来，形成一个完整的夹具。此外，还应考虑夹具与机床的联接。因为是在立式钻床上使用，夹具安装在工作台上可直接用钻套找正并用压板固定，故只需在夹具体上留出压板压紧的位置即可。又考虑到夹具的刚度和安装的稳定性，夹具体底面设计成周边接触的形式，参考图e设计过程分析—绘图•第三，在绘制夹具草图的基础上绘制夹具总图，标注尺寸和技术要求，参考上图。•第四，对零件进行编号，填写明细表和标题栏，绘制零件图（从略）。夹具设计中的几个重要问题•在零件加工过程中，对于某一工序而言，是否要使用夹具，应使用什么类型的夹具（通用夹具、专用夹具、组合夹具等），以及在确定使用专用夹具的情况下应设计什么挡次的夹具，这些问题在夹具设计前必须加以认真的考虑。除了从保证加工质量的角度考虑外，还应作经济性分析，以确保所设计的夹具在经济上合理。夹具设计中的几个重要问题•–以相似性原理为基础的成组技术在设计、制造、管理等各方面均有广泛的应用，夹具设计也不例外。在夹具设计中应用成组技术的主要方法是根据夹具的名称、类别、所用机床、服务对象、结构形式、尺寸规格、精度等级等对夹具及夹具零部件进行分类编码，并将设计图纸及有关资料分类存放。当设计新夹具时，首先对已有的夹具进行检索，找出编码相同或相近的夹具，或对它进行小的修改，或取其部分结构，或供设计时参考。在设计夹具零部件时，亦可采用相同的方法，或直接将已有的夹具零部件拿来使用，或在原有图纸基础上作些小的改动。不论采用哪种方式，均可大大减小设计工作量，加快设计进度。夹具设计中的几个重要问题3、尺寸的形位公差要求：•夹具上有关尺寸公差和形位公差通常取工件上相应公差的1/5～1/2。当生产批量较大时，考虑夹具的磨损，应取较小值；当工件本身精度较高，为使夹具制造不十分困难，可取较大值。当工件上相应的公差为自由公差时，夹具上有关尺寸公差常取±0.1mm或±0.05mm，角度公差（包括位置公差）常取±10′或±5′。确定夹具公差带时，还应注意保证夹具的平均尺寸与工件上相应的平均尺寸一致，即保证夹具上有关尺寸的公差带刚好落在工件上相应尺寸公差带的中间。（1）直接与工件的加工尺寸公差有关在确定这类公差时，一般可取夹具的公差为工件相应加工尺寸公差的（1/3～1/5）。在具体选取时，必须结合工件的加