16[1].4专用夹具设计实例

机制教研室第十六章专用夹具设计机械制造技术第四节专用夹具设计实例第十六章专用夹具设计一明确设计任务，收集原始资料二拟定夹具结构方案第四节专用夹具设计实例本节教学内容三绘制夹具总图及制定技术要求夹具工作精度的分析计算四本节教学要求：通过夹具设计实例掌握专用夹具结构方案设计的方法和步骤。本节教学要求第四节专用夹具设计实例专用夹具结构方案设计的方法和步骤。本节教学重点本节教学重点：第四节专用夹具设计实例零件图一、明确设计任务，收集原始资料明确设计任务，收集原始资料第四节专用夹具设计实例该零件中批生产，材料为45钢。该铣槽工序在X6130卧铣上用三面刃铣刀加工。本工序加工要求为（1）槽宽12+0.27mm。（2）槽底至工件底面的位置尺寸62±0.01mm。（3）槽两侧面对孔轴线的对称度0.2mm。（4）槽底面对工件B面的垂直度0.10mm。1.熟悉工件零件图以及本工序的加工要求明确设计任务，收集原始资料（1）铣前后两端面X6130卧铣（2）铣底面、顶面X6130卧铣（3）铣两侧面X6130卧铣（4）铣两台肩面X6130卧铣（5）钻、铰孔Z5135立钻（6）铣槽X6130卧铣2.收集原始资料、明确零件的加工工艺过程明确设计任务，收集原始资料根据工件的加工要求，该工序必须限制工件五个自由度。现在来分析其必须限制的自由度数目及基准选择的合理性。二、拟定夹具结构方案1.确定定位方案（1）验证基准选择的合理性拟定夹具结构方案自由度分析建立坐标系拟定夹具结构方案1.确定定位方案①为保证槽底面至工件B面的垂直度，应限制工件、，选B面作定位基准。自由度分析拟定夹具结构方案1.确定定位方案043.0014②为保证工序尺寸62土0.10mm，应限制工件、，选A面为定位基准。自由度分析拟定夹具结构方案1.确定定位方案自由度分析拟定夹具结构方案③为保证槽两侧面对mm孔轴线的对称度，应限制工件，选孔轴线定位基准。1.确定定位方案043.0014④为了方便地控制刀具的走刀位置，还应限制工件。因而工件的六个自由度都被限制。自由度分析拟定夹具结构方案1.确定定位方案定位基准选择拟定夹具结构方案1.确定定位方案由分析可知，要使定位基准与设计基准相重合，所选定位基准是B面、mm孔轴线和A面。043.0014本道工序工件的定位面是后平面B、底平面A和mm孔。夹具上相应的定位元件选为支承扳、支承钉和菱形定位销，如下图所示。（2）选择定位元件拟定夹具结构方案043.0014定位平面B所用的支承板参考JB／T8029.1—1999中的定位支承板进行设计。定位平面A的定位支承钉以及菱形定位销按实际需要在JB／T8029.2—1999中选取。确定支承钉定位表面到菱形定位销中心的名义尺寸及其极限偏差ld=l±δd。（3）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差拟定夹具结构方案（其中，查阅手册b=3）（3）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差拟定夹具结构方案其中l取工件相应尺寸的平均尺寸，公差取相应尺寸公差的1／4，则有ld=23±0.02mm。最后确定菱形定位销圆柱部分的直径及其极限偏差，则菱形定位销和定位孔配合的最小间隙Xmin为10.0204.016.02dDlla43.014310.022minminDabX公差按IT7选取，则（3）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差拟定夹具结构方案菱形定位销圆柱部分的直径为mmXDd957.13043.014minminmaxmmd043.0061.014①槽宽12+0.27mm的定位误差该尺寸由铣刀直接保证，不存在定位误差。（4）分析计算定位误差拟定夹具结构方案平面定位时，基准位移误差忽略不计，△Y=0（4）分析计算定位误差拟定夹具结构方案②槽底至工件底面位置尺寸62土0.10mm的定位误差定位基准与设计基准重合，△B=0故△D=△B+△Y=0③槽两侧面对孔轴线的对称度0.2mm的定位误差拟定夹具结构方案工件以φ14孔轴线定位，定位基准和设计基准重合，△B=0。043.0014（4）分析计算定位误差菱形定位销圆柱部分直径和定位孔配合时产生的最大间隙将直接影响对称度要求。104.0)061.0(043.0maxXY拟定夹具结构方案△Y约为对称度允差的1／2，应采取措施减小该项误差。043.0061.014043.0014（4）分析计算定位误差④槽底面对工件B面的垂直度的定位误差定位基准与设计基准重合，△B=0。平面定位，基准位移误差△Y=0。故△D=△B+△Y=0（4）分析计算定位误差拟定夹具结构方案0.097mm仍接近加工允差0.2mm的1／2。（5）减少对称度定位误差的措施097.0)054.0(043.0maxXY拟定夹具结构方案①提高菱形定位销圆柱部分的制造精度，将菱形定位销圆柱部分精度提高到IT6级。043.0054.014这时孔的尺寸为，公差为0.027mm，②在提高菱形定位销圆柱部分精度的基础上，将φ14孔的精度提高到IT8级。081.0)054.0(027.0maxXY（5）减少对称度定位误差的措施拟定夹具结构方案027.0014有约0.12mm的加工精度预留量，可以保证对称度加工要求。通过钻、铰加工仍能保证孔的加工要求。在对称铣削情况下FH=（0.2~0.3）FcFV=（1.0~1.2）Fc2.确定夹紧方式，设计夹紧机构（1）计算切削力及所需夹紧力拟定夹具结构方案如下图所示，加工时，工件受到切削合力F′，可分解为水平和垂直方向的切削分力FH、FV，切向铣削力Fc。式中Fc——铣削力，N；CFc——影响系数，大小与实验条件有关；ae——铣削宽度，mm；fz——每齿进给量，mm／齿；d0——铣刀直径，mm；ap——铣削深度，mm；Z——铣刀齿数；KFc——修正系数。切向铣削力Fc为（1）计算切削力及所需夹紧力拟定夹具结构方案ccFpzeFcZKadfaCF86.0072.086.081.9（1）计算切削力及所需夹紧力拟定夹具结构方案已知：CFc=68.3，ae=3mm，fz=0.15mm／齿，d0=100mm，ap=12mm，Z=12；故水平分力和垂直分力NFc1159965.0121210015.033.6881.986.072.086.0965.0736.065.0736.03.03.0bFcKFH=0.3Fc=348N;FV=1.1Fc=1275N由于工件主定位面是B面，故选择夹紧力的作用方向为水平方向作用于B面上。当夹紧力水平作用于工件上时，所需要的计算夹紧力FJ理为（1）计算切削力及所需夹紧力拟定夹具结构方案实际所需夹紧力与计算夹紧力之间的关系为（K为安全系数，取K=2.5）NfFFFzVHJ359515.03481275理NKFFJJ898835955.2理需满足夹紧力水平作用要求的夹紧装置结构方案，可以有夹紧装置布置图所示的a）和b）两种。图a）所示为螺旋杠杆压板夹紧机构，夹紧时从夹具体背面拧紧夹紧螺母。（2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力拟定夹具结构方案拟定夹具结构方案a）夹紧装置布置图图b）所示为铰链压板机构，当铰链压板转开时，装卸工件及清理切屑都很方便，这种结构较好。（2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力拟定夹具结构方案拟定夹具结构方案b）夹紧装置布置图式中η——夹紧机构效率，取0.9；FQ——螺栓的许用夹紧力，N。拟定夹具结构方案（2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力图b）所示的夹紧机构所能产生的夹紧力，由下图所示的压板受力分析计算得铰链压板受力分析Q12J1Fh(ll)Fl选定l1=l2，当螺杆螺纹公称直径为M12时，查表可得FQ=5620N。FJ=2FQη=2×5620×0.9=10116N因FJ＞FJ需（=8988N），故夹紧方案可行。拟定夹具结构方案（2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力Q12J1F(ll)Fl根据工件加工表面形状，对刀元件可选用标准的直角对刀块。它的直角对刀面应和工件被加工槽形相对应（间距等于3mm塞尺厚度），并把它安装在夹具体的竖直板上。（3）设计对刀元件、连接元件拟定夹具结构方案根据所选X6130型铣床T形槽的宽度，选用宽度B=14mm，公差带为h6的A型两个定位键来确定夹具在机床上的位置。（3）设计对刀元件、连接元件拟定夹具结构方案夹具选用灰铸铁的铸造夹具体。基本厚度选为22mm，并要在夹具体底部两端设计出U形槽耳座，用于T形槽用螺栓紧固夹具。布置好夹具上各种元件、机构、装置之间的相对位置。（4）设计夹具体拟定夹具结构方案（1）根据工件在几个视图上的投影关系，分别画出其轮廓线，如工件三视图所示。三、绘制夹具总图及制定技术要求绘制夹具总图及制定技术要求1.绘制夹具总图夹具总图及其绘制步骤如下:工件三视图（2）安排定位元件，如定位元件布置图所示。绘制夹具总图及制定技术要求1.绘制夹具总图定位元件布置图（3）布置夹紧装置，如夹紧装置布置图所示。绘制夹具总图及制定技术要求1.绘制夹具总图夹紧装置布置图（4）布置对刀元件、连接元件；设计夹具体并完成夹具总图，如夹具总装图所示。绘制夹具总图及制定技术要求1.绘制夹具总图夹具总装图绘制夹具总图及制定技术要求2.标注总图上的尺寸、公差配合与技术条件（1）标注尺寸、公差与配合1）夹具外形轮廓尺寸夹具在长、宽、高三个方向的外形轮廓尺寸分别为212mm、158mm和115mm。绘制夹具总图及制定技术要求（1）标注尺寸、公差与配合菱形定位销轴线的位置尺寸（23±0.02）mm，菱形定位销定位圆柱部分直径尺寸mm。2）工件与定位元件间的联系尺寸绘制夹具总图及制定技术要求该夹具的夹具与刀具之间的联系尺寸就是调刀尺寸，该调刀尺寸又分为水平与垂直两个方向的尺寸。3）夹具与刀具的联系尺寸绘制夹具总图及制定技术要求（1）标注尺寸、公差与配合水平方向的调刀尺寸为菱形定位销中心至对刀元件尺面之间的距离。①水平方向的调刀尺寸绘制夹具总图及制定技术要求3）夹具与刀具的联系尺寸由手册查得所选用铣刀的宽度尺寸及其极限偏差为12+0.018mm，其平均尺寸为12.09mm。菱形定位销中心至工件上槽左侧面的距离为12.09/2=6.045mm①水平方向的调刀尺寸绘制夹具总图及制定技术要求3）夹具与刀具的联系尺寸再加上3mm的塞尺厚度，故水平方向调刀尺寸的基本尺寸为6.045+3=9.045mm由于调刀误差△T对工件尺寸公差有直接影响，故取工件相应要求公差（槽两侧面对φ14mm孔轴线的对称度0.2mm）的1／5，就得到水平方向调刀尺寸的基本尺寸及其极限偏差为（9.045±0.02）mm。①水平方向的调刀尺寸绘制夹具总图及制定技术要求3）夹具与刀具的联系尺寸垂直方向的调刀尺寸为定位元件工作面P面至对刀元件S面之间的位置尺寸。②垂直方向的调刀尺寸绘制夹具总图及制定技术要求3）夹具与刀具的联系尺寸工件上相应的尺寸为工件槽底至工件底面之间的位置尺寸（62±0.10）mm，减去3mm的塞尺厚度，就得到垂直方向调刀尺寸的基本尺寸为（62-3）mm=59mm。②垂直方向的调刀尺寸绘制夹具总图及制定技术要求3）夹具与刀具的联系尺寸②垂直方向的调刀尺寸绘制夹具总图及制定技术要求3）夹具与刀具的联系尺寸根据与调刀尺寸（9.045±0.02）mm相同的公差，取垂直方向调刀尺寸的基本尺寸及其极限偏差为（59士0.02）mm。定向键与工作台T型槽的配合尺寸14H7／h6。4）夹具与机床连接部分的联系尺寸绘制夹具总图及制定技术要求φ12H7／n6，φ10F8／h7，φ10M8／h7，φ10H7／n6，φ6F8／H7，φ6M8／h7，φ5H7／n6等。5）夹具内部的配合尺寸绘制夹具总图及制定技术要求（1）由于工件上有槽底至工件B面的垂直度要求0.10mm，夹具上应标注定位表面Q对夹具体底面的垂直度允差100：0.02（m