第11章-夾具設(shè)計(jì)

第十一章夾具設(shè)計(jì)本章的重點(diǎn)是分析討論夾具的結(jié)構(gòu)方案的確定和設(shè)計(jì)、夾具的誤差、精度分析、夾具總圖上尺寸、公差與配合和技術(shù)條件的標(biāo)注。一、夾具設(shè)計(jì)的基本要求

夾具在機(jī)械加工中起著重要的作用，它直接影響機(jī)械加工的質(zhì)量、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、生產(chǎn)率和加工成本。因此對(duì)設(shè)計(jì)的夾具，提出以下幾點(diǎn)基本要求：（1）能穩(wěn)定可靠地保證工件的加工技術(shù)要求。若工件達(dá)不到加工技術(shù)要求，成為廢品，則夾具設(shè)計(jì)是失敗的，該夾具不能用于生產(chǎn)；（2）操作簡單，便于工件安裝（即定位和夾緊），以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省工件安裝時(shí)間，降低輔助工時(shí)，保證高的生產(chǎn)效率；（3）具有良好的工藝性，以便于制造，降低夾具制造成本，從而降低分?jǐn)傇诠ぜ系募庸こ杀尽５谝还?jié)夾具設(shè)計(jì)步驟和基本要求

為保證上述基本要求，夾具的生產(chǎn)過程應(yīng)按下面框圖所表示程序進(jìn)行：夾具生產(chǎn)任務(wù)書夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用、制造部門會(huì)簽夾具制造夾具驗(yàn)收生產(chǎn)使用二、夾具的設(shè)計(jì)步驟

當(dāng)接到夾具設(shè)計(jì)任務(wù)書后，按下面六個(gè)步驟，逐步設(shè)計(jì)：1．明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集研究設(shè)計(jì)的原始資料。2．確定夾具結(jié)構(gòu)方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖。3．繪制夾具總圖。繪制夾具總圖時(shí)，注意以下幾點(diǎn)：（1）繪制夾具總圖，盡量按1：1繪制，以保證直觀性；（2）主視圖盡量符合操作者的正面位置；（3）工件輪廊用雙點(diǎn)畫線繪制，并視為假想透明體，不影響其它元件的繪制；（4）繪圖順序?yàn)椋汗ぜㄎ辉龑?dǎo)元件→夾緊裝置→其它裝置→夾具體。4．標(biāo)注總圖上的尺寸、公差與配合和技術(shù)條件，夾具總圖結(jié)構(gòu)繪制完成后，需標(biāo)注五類尺寸和四類技術(shù)條件（后面詳述）。5．編寫零件明細(xì)表，明細(xì)表應(yīng)包括：零件序號(hào)、名稱、代號(hào)（指標(biāo)準(zhǔn)件代號(hào)或通用件代號(hào)）、數(shù)量、材料、熱處理、重量。6．繪制總圖中非標(biāo)準(zhǔn)件的零件圖。三、夾具總圖上尺寸、公差與配合和技術(shù)條件的標(biāo)注

（一）夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注的五類尺寸：1．夾具外形輪廓尺寸；2．工件與定位元件間的聯(lián)系尺寸；3．夾具與刀具的聯(lián)系尺寸；4．夾具與機(jī)床的聯(lián)接部分尺寸；5．夾具內(nèi)部的配合尺寸。（二）夾具總圖上應(yīng)標(biāo)注的四類技術(shù)條件1．定位元件之間的相互位置要求；2．定位元件與連接元件或夾具體底面的相互位置要求；3．引導(dǎo)元件與連接元件或夾具體底面的位置要求；4．引導(dǎo)元件與定位元件之間的相互位置要求。

（三）五類尺寸、四類技術(shù)條件的分類五類尺寸、四類技術(shù)條件根據(jù)是否與本工序加工要求相關(guān)而分為兩類，其精度值大小和取法不同。

（四）夾具調(diào)刀尺寸的標(biāo)注當(dāng)夾具設(shè)計(jì)完成，按要求標(biāo)注尺寸后，對(duì)有些夾具如銑夾具，往往還要標(biāo)注調(diào)刀尺寸，即刀具相對(duì)調(diào)刀基準(zhǔn)的尺寸，它與工件加工尺寸直接相關(guān)，也是夾具總圖上關(guān)鍵尺寸要求。夾具總體設(shè)計(jì)中最后完成的主要元件是夾具體。夾具體是夾具的基礎(chǔ)件。組成夾具的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置都要安裝在夾具體上。在加工過程中，它還要承受切削力、夾緊、慣性力及由此而產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊。所以，夾具體是夾具中一個(gè)設(shè)計(jì)、制造勞動(dòng)量大、耗費(fèi)材料多，加工要求高的零部件。在夾具成本中所占比重較大，制造周期也長，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)給以足夠的重視。第二節(jié)夾具體設(shè)計(jì)一、夾具體的毛坯結(jié)構(gòu)

實(shí)際生產(chǎn)中所用夾具體常用的有三種結(jié)構(gòu)：1．鑄造結(jié)構(gòu)：見圖11-6a，具體的優(yōu)點(diǎn)是：（1）可鑄出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀；（2）鑄件抗壓強(qiáng)度大、抗振性好，特別適用于加工時(shí)振動(dòng)大、切削負(fù)荷大的場合；（3）鑄件易于加工，價(jià)格低廉，成本低。但鑄件生產(chǎn)周期長，因存在鑄造內(nèi)應(yīng)力，易引起變形，影響夾具精度的保持性，因此，夾具體必須進(jìn)行時(shí)效處理。2．焊接結(jié)構(gòu)：見圖11-6b，其優(yōu)點(diǎn)是：（1）容易制造，周期短；（2）采用鋼板、型材，如結(jié)構(gòu)合理，布置得當(dāng)，可減輕重量。但焊接結(jié)構(gòu)夾具體在焊接過程中的熱變形和殘余應(yīng)力對(duì)夾具精度會(huì)有不利影響，因此，焊完后要進(jìn)行退火處理；另外，為提高剛性需加加強(qiáng)筋。圖11-6夾具體的三種結(jié)構(gòu)3．裝配結(jié)構(gòu)見圖11-6c，裝配夾具體是選用夾具專用標(biāo)準(zhǔn)毛坯件或標(biāo)準(zhǔn)零件，根據(jù)使用要求組裝而成，可得到精確的外形和空間位置尺寸。標(biāo)準(zhǔn)毛坯和標(biāo)準(zhǔn)零件可組織專業(yè)化生產(chǎn)，這樣不但可以大大縮短夾具體的生產(chǎn)周期，還可降低生產(chǎn)成本。要使裝配夾具體在生產(chǎn)中得到廣泛使用，必須實(shí)行夾具零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。圖11-7組成夾具的標(biāo)準(zhǔn)零件二、對(duì)夾具體的基本要求1．有一定的形狀和尺寸：夾具的外形，取決于安裝在夾具上的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置的形狀及它們之間的布置位置。2．有足夠的強(qiáng)度和剛度：目的是減小在加工過程中因受到切削力、夾緊力等而發(fā)生變形或振動(dòng)。當(dāng)剛度不夠時(shí)，可增設(shè)加強(qiáng)筋或用框形結(jié)構(gòu)。若用加強(qiáng)筋，其壁厚取0.7～0.9倍壁厚，高度不大于壁厚5倍。3．有良好的結(jié)構(gòu)工藝性：以便于制造、裝配，并減少加工工時(shí)。如夾具體上大平面上要局部加工，可鑄出3-5mm凸臺(tái)；各加工表面，最好在同一平面內(nèi)或在同一回轉(zhuǎn)表面上，以便于加工；盡量減少加工表面面積。另外，對(duì)于切削量大的工件所使用夾具，要注意應(yīng)能方便排屑，清理切屑，以免影響安裝精度；對(duì)于大而重的夾具體，要考慮起吊裝置，加吊環(huán)螺釘或起重螺拴。加工工件如圖11-12所示殼體零件?，F(xiàn)設(shè)計(jì)加工φ145mm大孔所使用的車床夾具。圖11-12殼體第三節(jié)車床夾具設(shè)計(jì)示例

一、明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集原始資料

1．熟悉工件零件圖，加工工藝、本工序加工要求：該零件為鑄鋼殼體件；材料ZG45，中批量生產(chǎn)；工件加工工藝。①鑄造；②清理；③退火；④銑底平面；⑤銑緊固螺釘孔4個(gè)凸臺(tái)平面；⑥鉆鉸螺釘過孔4-φ11H8（作下道工序安裝基準(zhǔn)）；⑦車φ145H10孔和兩個(gè)端面（設(shè)計(jì)本工序的車床夾具）。2．工件技術(shù)要求及所使用設(shè)備。本工序加工要求：①φ145H10（φmm），粗糙度Ra3.2；②孔中心線距底面距離116±0.3mm；③車兩端面尺寸90h11（90mm）；④兩端面對(duì)工件中心對(duì)稱45±0.2mm。設(shè)備C630，（利用過渡盤與夾具聯(lián)接，利用錐度心軸，保證車夾具回轉(zhuǎn)中心與機(jī)床主軸同軸）。刀具：使用硬質(zhì)合金鏜刀和端面車刀。二、確定夾具定位方法和機(jī)構(gòu)方案（1）定位方法：根據(jù)零件本工序的加工要求，零件定位時(shí)，應(yīng)消除5個(gè)自由度。從零件該工序的工序卡知：零件定位面為底面和兩φ11mm孔。相應(yīng)的定位元件，采取一面、一圓柱銷，一棱形銷，消除6個(gè)自由度，能滿足加工要求。（2）夾具機(jī)構(gòu)：為便于安裝工件，加工φ145mm孔，采用彎板式車夾具。為保證兩端面對(duì)稱，夾具安裝工件的中心線距車床（或夾具）端面為90±0.03mm，夾具的定位平面距車床中心距離116±0.10mm；為保證夾具回轉(zhuǎn)中心與機(jī)床主軸同心，利用錐度心軸，錐部用5號(hào)莫氏錐，裝入主軸錐孔內(nèi)，圓柱部與夾具體φ35H7孔相配，安裝夾具后，把過度盤與夾具用螺釘緊固。夾緊工件采用兩對(duì)勾形壓板和杠桿，轉(zhuǎn)動(dòng)壓緊螺母，即可夾緊工件。為安全起見，安裝防護(hù)罩。三、繪制夾具總圖

按比例繪制總圖，其步驟：（1）雙點(diǎn)劃線繪零件圖外形輪廓；（2）繪制定位元件；（3）繪制夾緊裝置；（4）繪制夾具體，為保證平衡回轉(zhuǎn)，裝可調(diào)配重塊；（5）繪制夾具與機(jī)床連接部分的過渡盤。圖11-13角鐵式車床夾具四、標(biāo)注尺寸和技術(shù)要求

1．標(biāo)注尺寸：（1）外形尺寸φ420mm，長度285mm；（2）安裝工件的定位板平面距夾具回轉(zhuǎn)中心116±0.10mm；夾具安裝工件的對(duì)稱中心距夾具端面尺寸90±0.03mm。定位圓柱銷軸心距夾具安裝工件的檢驗(yàn)孔中心距離70±0.015mm，定位圓柱銷軸心距夾具回轉(zhuǎn)中心距25±0.015mm。（3）夾具與機(jī)床聯(lián)接部分尺寸用5號(hào)莫氏錐和φ35H7/n7圓柱配合保證。（4）夾具內(nèi)部配合尺寸：勾形壓板φ20mm與襯套配合尺寸φ20H8/f8；襯套與夾具體配合尺寸φ30H8/h8。（5）因刀具和夾具回轉(zhuǎn)中心位置操作時(shí)可任意調(diào)整、不標(biāo)。2．技術(shù)要求：（1）定位元件之間的位置要求。定位板平面與夾具回轉(zhuǎn)軸線平行，平行度為100:0.01。（2）檢測表面與機(jī)床主軸端面全跳動(dòng)為0.01mm。設(shè)計(jì)車夾具時(shí)，幾個(gè)注意要點(diǎn)：（1）必須保證車床夾具回轉(zhuǎn)中心與機(jī)床主軸同軸，為保證同軸度，必須在車床和夾具上確定合適的安裝基面，常用的有兩種方法。①車床主軸錐孔為安裝基面，利用錐度心軸（錐部與圓柱部分同軸）安裝到主軸錐孔內(nèi)，夾具利用圓孔安裝在圓柱上；②利用安裝在車床主軸上的過渡盤，車出止口（與車床主軸同軸），作為安裝基面，車床夾具上的止口與之相配。（2）車床夾具要帶著工件一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)夾具體和工件重心偏向一邊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大離心力，產(chǎn)生振動(dòng)，損壞車床主軸軸承。所以必須加配重，以保證平衡。可作成固定配重，也可作成可調(diào)節(jié)配重。（3）車夾具在加工過程中要受到離心力、切削力、重力的作用，其合力的大小和方向又是變化的，所以，夾緊裝置必須有足夠夾緊力和良好的自鎖性，以保證夾緊安全可靠。但不能破壞工件定位精度，常用螺旋夾緊。（4）對(duì)車床夾具總體要求車床夾具是一般都是在懸臂狀態(tài)下工作的，為保證加工過程的穩(wěn)定定性，夾具結(jié)構(gòu)力求簡單緊湊，輕便且安全，懸伸盡量小，重心靠近主軸前軸承；為保證安全，夾具各元件不允許伸出夾具體直徑之外等。設(shè)計(jì)圖11-14所示工件銑槽工序的專用夾具。零件材料為45號(hào)鋼。圖11-14塊狀零件圖第四節(jié)銑床夾具設(shè)計(jì)實(shí)例此銑槽夾具的設(shè)計(jì)過程如下：一、明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集原始資料二、確定夾具結(jié)構(gòu)方案1．確定定位方案，設(shè)計(jì)定位元件2．確定夾緊方式，設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)三、繪制夾具總圖四、標(biāo)注總圖上的尺寸、公差與配合和技術(shù)條件五、夾具工作精度的分析計(jì)算

圖11-24a所示為陀螺馬達(dá)殼體零件。端面A和兩個(gè)凸耳平面B和φ10N7孔已加工，現(xiàn)加工4-φ3.5mm孔，設(shè)計(jì)鉆床夾具。第五節(jié)鉆床夾具設(shè)計(jì)實(shí)例圖11-24夾具精度分析舉例1．工藝過程①精鑄；②車：端面A和止口φ51H9；③銑：銑兩凸耳平面B，保證18±0.1mm；④車：鉆鏜φ10N7孔；⑤鉆：4-φ3.5mm孔，設(shè)計(jì)鉆夾具。2．零件加工要求分析及定位分析3．定位基準(zhǔn)及定位元件：根據(jù)零件加工工藝及本工序加工要求，定位表面為A端面和φ10N7孔及小平面B。相應(yīng)的定位元件為環(huán)形支承平面、圓柱銷、防轉(zhuǎn)銷。共消除6個(gè)自由度，屬完全定位。一、明確設(shè)計(jì)任務(wù)

根據(jù)零件形狀、定位基準(zhǔn)，定位元件布置、結(jié)構(gòu)如圖11-24b所示。因?yàn)榱慵趚方向，兩面都有孔，故用翻轉(zhuǎn)式鉆摸，上下都有四個(gè)支承釘，組成鉆模在鉆床工作臺(tái)的支持面。為方便、均勻夾緊零件，采用鉸鏈壓板，浮動(dòng)壓塊、旋轉(zhuǎn)螺母夾緊工件。二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按第一節(jié)中繪制夾具總圖的注意事項(xiàng)和步驟。1．首先繪制各視圖的假想工件輪廓圖。2．繪制定位元件；3．繪制導(dǎo)向元件鉆套；4．繪制夾緊裝置；5．夾具體。三、繪制夾具總裝圖

標(biāo)注尺寸：1．鉆套孔徑；2．鉆套孔中心線距定位端面11.4±0.02mm；3．鉆套外徑與夾具體采用φ10H7/n6；4．支承釘與夾具體采用φ15H7/n6；5．定位心軸與夾具體配合采用φ10H7/n6。技術(shù)條件：1．夾具體的圓柱支承端面在同一平面內(nèi)，高度差≤0.02mm；2．四個(gè)鉆套中心線與定位端面平行度≤0.02mm；3．鉆套中心線與底面垂直度