專用夾具設(shè)計

1、夾具設(shè)計一般是在零件的機械加工工藝過程制訂之后按照某一工序 的具體要求進(jìn)行的。制訂工藝過程，應(yīng)充分考慮夾具實現(xiàn)的可能性， 而設(shè)計夾具時，如確有必要也可以對工藝過程提出修改意見。夾具的 設(shè)計質(zhì)量的高低，應(yīng)以能否穩(wěn)定地保證工件的加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率高， 成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、維護(hù)容易等為其衡量指 標(biāo)。第一節(jié) 專用夾具設(shè)計的基本要求一個優(yōu)良的機床夾具必須滿足下列基本要求：(1)保證工件的加工精度保證加工精度的關(guān)鍵，首先在于正確地選 定定位基準(zhǔn)、定位方法和定位元件，必要時還需進(jìn)行定位誤差分析， 還要注意夾具中其他零部件的結(jié)構(gòu)對加工精度的影響， 確保夾具能滿 足工件的加工精度要求。(2)

2、提高生產(chǎn)效率專用夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，應(yīng)盡 量采用各種快速高效的裝夾機構(gòu)，保證操作方便，縮短輔助時間，提 高生產(chǎn)效率。(3)工藝性能好專用夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、合理，便于制造、裝 配、調(diào)整、檢驗、維修等。專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)，當(dāng)最終精度由調(diào)整或修配保證時，夾 具上應(yīng)設(shè)置調(diào)整和修配結(jié)構(gòu)。(4)使用性能好專用夾具的操作應(yīng)簡便、省力、安全可靠。在客觀 條件允許且又經(jīng)濟(jì)適用的前提下，應(yīng)盡可能采用氣動、液壓等機械化 夾緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。專用夾具還應(yīng)排屑方便。必要時可設(shè)置排屑結(jié)構(gòu)，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具， 防止切屑 的積聚帶來大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。(5)經(jīng)

3、濟(jì)性好專用夾具應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，力求結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，以降低夾具的制造成本。因此，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)生 產(chǎn)綱領(lǐng)對夾具方案進(jìn)行必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析， 以提高夾具在生產(chǎn)中的 經(jīng)濟(jì)效益。第二節(jié) 專用夾具設(shè)計的規(guī)范化程序一、夾具設(shè)計規(guī)范化概述1.夾具設(shè)計規(guī)范化的意義研究夾具設(shè)計規(guī)范化程序的主要目的在于：(1)保證設(shè)計質(zhì)量，提高設(shè)計效率夾具設(shè)計質(zhì)量主要表現(xiàn)在：1)設(shè)計方案與生產(chǎn)綱領(lǐng)的適應(yīng)性；2)高位設(shè)計與定位副設(shè)置的相容性；3)夾緊設(shè)計技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)性；4)精度控制項目的完備性以及各控制項目公差數(shù)值規(guī)定的合理性；5)夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的工藝性；6)夾具制造成本的經(jīng)濟(jì)性。有了規(guī)范的設(shè)計程序，可以指導(dǎo)

4、設(shè)計人員有步驟、有計劃、有條理地 進(jìn)行工作，提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期。(2)有利于計算機輔助設(shè)計有了規(guī)范化的設(shè)計程序，就可以利用計 算機進(jìn)行輔助設(shè)計，實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計，減輕設(shè)計人員的負(fù)擔(dān)。利用計算 機進(jìn)行輔助設(shè)計，除了進(jìn)行精度設(shè)計之外，還可以尋找最佳夾緊狀態(tài),利用有限元法對零件的強度、剛度進(jìn)行設(shè)計計算，實現(xiàn)包括繪圖在內(nèi) 的設(shè)計過程的全部計算機控制。(3)有利于初學(xué)者盡快掌握夾具設(shè)計的方法近年來，關(guān)于夾具設(shè)計 的理論研究和實踐經(jīng)驗總結(jié)已日見完備， 在此基礎(chǔ)上總結(jié)出來的夾具 規(guī)范化設(shè)計程序，使初級夾具設(shè)計人員的設(shè)計工作提高到了一個新的 科學(xué)化水平。2.夾具設(shè)計精度的設(shè)計原則要保證設(shè)計的夾具制造成本低

5、，規(guī)定零件的精度要求時應(yīng)遵循以下原則：(1)對一般精度的夾具1)應(yīng)使主要組成零件具有相應(yīng)終加工方法的平均經(jīng)濟(jì)精度；2)應(yīng)按獲得夾具精度的工藝方法所達(dá)到的平均經(jīng)濟(jì)精度，規(guī)定基礎(chǔ)件夾具體加工孔的形位公差。對一般精度或精度要求低的夾具，組成零件的加工精度按此規(guī)定，既 達(dá)到了制造成本低，又使夾具具有較大精度裕度，能使設(shè)計的夾具獲 得最佳的經(jīng)濟(jì)效果。(2)對精密夾具除遵循一般精度夾具的兩項原則外，對某個關(guān)鍵零件，還應(yīng)規(guī)定與偶件配作或配研等，以達(dá)到無間隙滑動等。二、夾具設(shè)計的規(guī)范程序工藝人員在編制零件的工藝規(guī)程時，便會提出相應(yīng)的夾具設(shè)計任務(wù)書，經(jīng)有關(guān)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后下達(dá)給夾具設(shè)計人員。 夾具設(shè)計人員根據(jù)任務(wù)書

6、提出的任務(wù)進(jìn)行夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計?，F(xiàn)將夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范化程序具體分述如下 1.明確設(shè)計要求，認(rèn)真調(diào)查研究，收集設(shè)計資料(1)仔細(xì)研究零件工作圖、毛坯圖及其技術(shù)條件。(2) 了解零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、投產(chǎn)批量以及生產(chǎn)組織等有關(guān)信息。(3) 了解工件的工藝規(guī)程和本工序的具體技術(shù)要求，了解工件的定位、夾緊方案，了解本工序的加工余量和切削用量的選擇。(4) 了解所使用量具的精度等級、刀具和輔助工具等的型號、規(guī)格。(5) 了解本企業(yè)制造和使用夾具的生產(chǎn)條件和技術(shù)現(xiàn)狀。(6) 了解所使用機床的主要技術(shù)參數(shù)、性能、規(guī)格、精度以及與夾具連接部分結(jié)構(gòu)的聯(lián)系尺寸等。(7) 準(zhǔn)備好設(shè)計夾具用的各種標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)定、典型夾具圖冊

7、和有關(guān)夾具的設(shè)計指導(dǎo)資料等。(8) 收集國內(nèi)外有關(guān)設(shè)計、制造同類型夾具的資料，吸取其中先進(jìn)而又能結(jié)合本企業(yè)實際情況的合理部分。2 .確定夾具的結(jié)構(gòu)方案在廣泛收集和研究有關(guān)資料的基礎(chǔ)上， 著手?jǐn)M定夾具的結(jié)構(gòu)方案，主要包括：(1)根據(jù)工藝的定位原理，確定工件的定位方式，選擇定位元件。(2)確定工件的夾緊方案和設(shè)計夾緊機構(gòu)。(3)確定夾具的其它組成部分，如分度裝置、對刀塊或引導(dǎo)元件、微調(diào)機構(gòu)等。(4)協(xié)調(diào)各元件、裝置的布局，確定夾具體的總體結(jié)構(gòu)和尺寸。在確定方案的過程中，會有各種方案供選擇，但應(yīng)從保證精度和降低 成本的角度出發(fā)，選擇一個與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)的最佳方案。3 .繪制夾具總圖繪制夾具總圖通常按

8、以下步驟進(jìn)行：(1)遵循國家制圖標(biāo)準(zhǔn)，繪圖比例應(yīng)盡可能選取 1：1,根據(jù)工件的 大小時，也可用較大或較小的比例；通常選取操作位置為主視圖，以 便使所繪制的夾具總圖具有良好的直觀性； 視圖剖面應(yīng)盡可能少，但 必須能夠清楚地表達(dá)夾具各部分的結(jié)構(gòu)。(2)用雙點劃線繪出工件輪廓外形、定位基準(zhǔn)和加工表面。將工件 輪廓線視為 透明體”，并用網(wǎng)紋線表示出加工余量。(3)根據(jù)工件定位基準(zhǔn)的類型和主次，選擇合適的定位元件，合理 布置定位點，以滿足定位設(shè)計的相容性。(4)根據(jù)定位對夾緊的要求，按照夾緊五原則選擇最佳夾緊狀態(tài)及 技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的夾緊系統(tǒng)，畫出夾緊工件的狀態(tài)。對空行和較大的夾 緊機構(gòu)，還應(yīng)用雙點劃線畫出

9、放松位置，以表示出和其他部分的關(guān)系。(5)圍繞工件的幾個視圖依次繪出對刀、導(dǎo)向元件以及定向鍵等。(6)最后繪制出夾具體及連接元件，把夾具的各組成元件和裝置連成一體。(7)確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸 夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注的有以下五類尺寸：1)夾具的輪廓尺寸：即夾具的長、寬、高尺寸。若夾具上有可動部 分，應(yīng)包括可動部分極限位置所占的空間尺寸。2)工件與定位元件的聯(lián)系尺寸：常指工件以孔在心軸或定位銷上(或工件以外圓在內(nèi)孔中）定位時，工件定位表面與夾具上定位元件間的 配合尺寸。3）夾具與刀具的聯(lián)系尺寸：用來確定夾具上對刀、導(dǎo)引元件位置的 尺寸。對于銃、刨床夾具，是指對刀元件與定位元件的位置尺寸；對 于鉆、鏈床夾具

10、，則是指鉆（鏈）套與定位元件間的位置尺寸，鉆（鏈） 套之間的位置尺寸，以及鉆（鏈）套與刀具導(dǎo)向部分的配合尺寸等。4）夾具內(nèi)部的配合尺寸：它們與工件、機床、刀具無關(guān)，主要是為 了保證夾具裝置后能滿足規(guī)定的使用要求。5）夾具與機床的聯(lián)系尺寸：用于確定夾具在機床上正確位置的尺寸。對于車、磨床夾具，主要是指夾具與主軸端的配合尺寸；對于銃、刨床夾具，則是指夾具上的定向鍵與機床工作臺上的T型梢的配合尺寸。標(biāo)注尺寸時，常以夾具上的定位元件作為相互位置尺寸的基準(zhǔn)。上述尺寸公差的確定可分為兩種情況處理：一是夾具上定位元件之間，對刀、導(dǎo)引元件之間的尺寸公差，直接對工件上相應(yīng)的加工尺寸 發(fā)生影響，因此可根據(jù)工件的加

11、工尺寸公差確定， 一般可取工件加工 尺寸公差的1/31/5 ;二是定位元件與夾具體的配合尺寸公差，夾緊 裝置各組成零件間的配合尺寸公差等，則應(yīng)根據(jù)其功用和裝配要求， 按一般公差與配合原則決定。（8）規(guī)定總圖上應(yīng)控制的精度項目，標(biāo)注相關(guān)的技術(shù)條件 夾具的安 裝基面、定向鍵側(cè)面以及與其相垂直的平面（稱為三基面體系）是夾 具的安裝基準(zhǔn)，也是夾具的測量基準(zhǔn)，因而應(yīng)該以此作為夾具的精度 控制基準(zhǔn)來標(biāo)注技術(shù)條件。在夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)條件（位置精度要求）有如下幾個方面：1）定位元件之間或定位元件與夾具體底面間的位置要求，其作用是保證工件加工面與工件定位基準(zhǔn)面間的位置精度。2）定位元件與連接元件（或找正基

12、面）間的位置要求。3）對刀元件與連接元件（或找正基面）間的位置要求。4）定位元件與導(dǎo)引元件的位置要求。5）夾具在機床上安裝時位置精度要求。上述技術(shù)條件是保證工件相應(yīng)的加工要求所必需的，其數(shù)量應(yīng)取工件相應(yīng)技術(shù)要求所規(guī)定數(shù)值的1/31/5。當(dāng)工件沒注明要求時，夾具上 的那些主要元件間的位置公差，可以按經(jīng)驗取為（100 : 0.02） （100 :0.05） mm,或在全長上不大于 0.030.05mm。（9）編制零件明細(xì)表夾具總圖上還應(yīng)畫出零件明細(xì)表和標(biāo)題欄，寫明夾具名稱及零件明細(xì)表上所規(guī)定的內(nèi)容。4 .夾具精度校核在夾具設(shè)計中，當(dāng)結(jié)構(gòu)方案擬定之后，應(yīng)該對夾具的方案進(jìn)行精度分 析和估算；在夾具總圖

13、設(shè)計完成后，還應(yīng)該根據(jù)夾具有關(guān)元件的配合 性質(zhì)及技術(shù)要求，再進(jìn)行一次復(fù)核。這是確保產(chǎn)品加工質(zhì)量而必須進(jìn) 行的誤差分析。5 .繪制夾具零件工作圖夾具總圖繪制完畢后，對夾具上的非標(biāo)準(zhǔn)件要繪制零件工作圖， 并規(guī) 定相應(yīng)在的技術(shù)要求。零件工作圖應(yīng)嚴(yán)格遵照所規(guī)定的比例繪制。 視 圖、投影應(yīng)完整，尺寸要標(biāo)注齊全，所標(biāo)注的公差及技術(shù)條件應(yīng)符合 總圖要求，加工精度及表面光潔度應(yīng)選擇合理。在夾具設(shè)計圖紙全部完畢后，還有待于精心制造和實踐和使用來驗證 設(shè)計的科學(xué)性。經(jīng)試用后，有時還可能要對原設(shè)計作必要的修改。因 此，要獲得一項完善的優(yōu)秀的夾具設(shè)計，設(shè)計人員通常應(yīng)參與夾具的 制造、裝配，鑒定和使用的全過程。6 .設(shè)

14、計質(zhì)量評估夾具設(shè)計質(zhì)量評估，就是對夾具的磨損公差的大小和過程誤差的留量這兩項指標(biāo)進(jìn)行考核，以確保夾具的加工質(zhì)量穩(wěn)定和使用壽命。第三節(jié)夾具設(shè)計實例圖5-1所示為殼體零件簡圖，該零件為中批生產(chǎn)?，F(xiàn)要求設(shè)計該零件 在車床上加工0 145H10孔和兩端面工序時所使用的夾具。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-71 ）圖5-1殼體零件簡圖一、工件明確設(shè)計要求要求設(shè)計一車床夾具，加工殼體零件。該零件的技術(shù)要求為：0 145H10 孔的中心與殼體底面的距離尺寸為 116i0.3mm; 0 145H10孔的兩端 面距尺寸為90h13mm ; 0145H10孔的左端面距對稱中心 45±0.2m

15、m。二、工件裝夾方案的確定工件定位方案的確定，首先應(yīng)考慮滿足加工要求。按基準(zhǔn)重合原則，選用底平面和兩個0 11H8孔為定位基準(zhǔn)，定位方案如圖 5-2所示。支承板限制工件的x、y、z三個自由度，圓柱銷限制工件的 x、y二 個自由度，菱形銷限制工件的z自由度。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-72）圖5-2殼體零件定位方案工件夾緊方案的確定，可取四個夾緊點夾緊工件，采用鉤形壓板聯(lián)動夾緊機構(gòu)，如圖 5-3所示。采用兩對鉤形 壓板通過杠桿將工件在兩處夾緊，其結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。鉤形壓板 選用：B M8X10GB/T2197。固定式定位銷分別選用：A 11f7 X0GB/T2203 ; B 10.942h6 >GB/T2203。（沿用吳拓主編機械制造工程（第2版）之圖4-73）圖5-3殼件零件裝夾方案由于兩端面需經(jīng)過兩次裝夾進(jìn)行加工，為控制尺寸90h13和45±0.2mm 故設(shè)置測量板如圖 5-3所示，取 L=90±0.03mm ,用以控制工件兩端面的對稱度。 另設(shè)置的0 16H7工 藝孔用以保證測量板及其定位銷的位置。三、其它元件的選擇和設(shè)計夾具的設(shè)計除了考慮工件的定位和夾緊之外，還要考慮夾具如何在機 床上定位，以及夾具體的設(shè)計等問題。夾具體采用焊接結(jié)構(gòu)，并用兩個肋板提高夾具體的剛度，具結(jié)構(gòu)緊湊、 制造周期