连杆铣槽夹具设计

目 录 摘要 2 中文摘要 2 英文摘要 3 第一章 概述 4 1.1 夹具的特点 4 1.2 夹具的发展趋势 9 1.3 夹具的设计步骤 10 第二章 夹具的 具体 结构设计 15 2.1 工件 分析 15 2.2 工件的定位方案 的设计 16 2.3 工件的夹紧方案 的设计 17 2.4 刀具的对刀 方案 设计 21 2.5 夹具的安装方式及夹具体的结构型式 21 2.6 液压系统的设计与计算 24 第 三 章夹具 的相关计算和 精度校验 30 3.1 定位销的尺寸计算 30 3.2 夹紧力的计算 31 3.3加工误差的分析 33 第 四 章 夹具 的 安装 36 5.1 夹具的安装 顺序 36 5.2 夹具在操作时的注意事项 37 结束语 39 谢辞 41 参考文献 42 摘 要 随着机 械加工工业的 飞速 发展，对提高加工效率和改善劳动强度的要求已经越来越高，对于各式各样的结构复杂的工件，普通的机床夹具已经不能满足其加工要求。因此结合现状， 为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的 专用夹具便应运而生， 本次设计为 连杆铣槽专用夹具。它针对连杆的结构特点，采用了“一面两孔”的定位方案， 以支承板、圆柱销、削边销为定位元件 。 使工件安装方便，且能保证加工精度。压紧装置以杠杆原理为核心，双压板压紧工件，同时采用联动机构，左侧压板压紧之后右侧自动压紧。引用液压系统为夹紧动力源， 降低了工人的劳动强度。 采用三个工件平行加工方案，使加工三个工件的机动时间合为一个，提高了工作效率。 关键词 ：定位、夹紧、液压 Abstract With the machinery of the rapid development of processing industries, to enhance efficiency and improve the processing of labor intensity has been increasing demand for a wide range of complex structure of the workpiece, ordinary machine fixture has been unable to meet its processing requirements. So with the status quo, in order to meet a certain part of a process of processing the request of the specialized design and manufacture of special fixture will come into being, such as connecting rod mill slot dedicated fixture. It is aimed at connecting rod of the structural features and adopted the one-two targeted programmes to ensure that the workpiece be processed on the location accuracy, more convenient installation of the workpiece, assisted by a short working hours. At the same time adding a higher degree of automation of hydraulic clamping system, reducing the labor intensity of the workers. Three parts used in parallel processing programmes, to enable the processing of the three parts of a mobile time and improve work efficiency. In short, with the fixture for the use and further improvement can effectively shorten the process time to meet the evolving needs of production. Key words: positioning, clamping, hydraulic 第一章 概述 1.1 夹具的特点 机床夹具通常是指装夹工件用的装置 :至于装夹各种刀具用的装置 ,则一般称为“辅助工具 ” 。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围 ,一般可分为通用夹具 ,专用夹具和可调整式夹具等。 通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具 ,如车床上的卡盘 ,铣床上的回转工作台 ,分度头 ,顶尖座等。它们都一标准化了 ,具有一定的通用性 ,可以用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特 殊的调整。但是 ,在实际生产中 ,通用夹具常常不能够满足各种零件加工的需要 ；或者因为生产率低而必须把通用夹具进行适当的改进 ；或者由于工件的形状 ,加工的要求等的不同须专门设计制造一种专用夹具 ,以解决生产实际的需要。 专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的 ,其功用主要有下列几个方面 : 1.保证工件被加工表面的位置精度 ,例如与其他表面间的距离精度 ,平行度 ,同轴度等。对于外行比较复杂 ,位置精度要求比较高的工件 ,使用通用夹具进行加工往往难以达到精度要求。 2.缩短了工序时间 ,从而提高了劳动生产率。 进行某一工序所需要的时间 ,其中主要包括加工工件所需要的机动时间和装卸工件等所需要的辅助时间两部分。采用专用夹具后 ,安装工件和转换工位的工作都可以大为简化 ,不再需要画线和找正 ,缩短了工序的辅助时间并且节省了画线这个工序 ,从而提高了劳动生产率 .在生产中由于采用了多工件平行加工的夹具 ,使同时加工的几个工件的机动时间将与加工一个工件的机动时间相同。采用回转式多工位连续加工夹具 ,可以在进行切削加工某个工件的同时 ,进行其它工件的装卸工作 ,从而使辅助时间与机动时间相重合。总之 ,随着专用夹具的采用和进一步改善 ,可以有效地缩 短工序时间 ,满足生产不断发展的需要。 3.采用专用夹具还能扩大机床的工艺范围。例如在普通车床上附加镗模夹具后 ,便可以代替镗床工作 ；装上专用夹具后可以车削成型表面等 ,以充分发挥通用机床的作用。 4.减轻劳动强度 ,保障安全生产。根据生产需要 ,采用一些气动 ,液压或其它机械化 ,自动化程度较高的专用夹具 ,对于减轻工人的劳动强度 ,保障生产安全和产品的稳质高产都有很大作用。加工大型工件时 ,例如加工车床床身上 ,下两面上的螺孔 ,需要把床身工件翻转几次进行加工 ,劳动强度大而且不安全。采用电动回转式钻床家具后 ,就能够达到提高生产 效率 ,减轻劳动强度 ,保障生产安全的目的。 专用夹具在生产上起着很大的作用 ,那么是不是在任何场合都要设计和采用呢 !这个问题就是具体问题具体的分析。上面说的关于专用夹具在生产中的作用 ,只是事物的一个方面。另一方面 ,由于夹具的设计 ,制造和所用的材料等须消耗一定的费用 ,增加了产品的成本。因之 ,在什么情况下采用什么样的夹具才是经济合算的 ,这是一个大问题 ,特别对于重大的 ,设计制造工作量大的专用夹具需与工人师傅等三结合共同研究解决。事物总是一分为二的 ,专用夹具也存在缺点 ,即专用夹具的专用性和产品多样性的矛盾。由于专用夹具 只适用于一个工件加工的某一个工序 ,因而随着产品品种的不断增多 ,夹具数量也不断上升 ,造成存放和管理上的困难 ；而当某产品不再进行生产时 ,原来的夹具一般都无法重新利用 ,造成浪费 .同时 ,专用夹具的设计生产时间周期长 ,与生产的迅速发展也有矛盾。但是在当前成批生产的机械工厂中 ,多数还是采用通用机床加上专用夹具进行工件的机械加工。 可调整夹具是为了扩大夹具的使用范围 ,弥补专用夹具只适用与一个工件的某一特定工序的缺点 ,正在逐步推广使用可调整式的夹具。可调整式夹具一般可分为标准化夹具 ,成组夹具和组合夹具等。 1.标准化夹具 :标准化夹具就是利用本厂已规格化了的部分或全部标准零件装配成的专用夹具。专用夹具中的大件 ,如夹具体 ,以及定位元件 ,夹紧件和机械夹紧用的气缸部件等 ,经过标准化 ,尺寸规格化后有利于工厂成批准备配件 ,成批加工 ,这样可使夹具的设计 ,制造工作加快 ,节省费用。另外 ,当产品更改 ,夹具不再使用时可以拆开 ,把标准零件保存起来 ,备以后使用。 2.成组夹具 :多品种 ,小批量生产的机械加工车间中 ,往往可以采用成组加工法。采用成组加工法 ,是把多种产品的零件按加工所用的机床和刀具 ,夹具等工艺装备的共性分组 ,同一组的零件能在同一台机床上用共 同的工艺装备和调整方法进行加工。例如分成轴类 ,套类 ,盘类 ,齿轮 ,杠杆 ,支架类等各种零件。成组夹具就是根据一组安装方法相类似的零件而设计的 ,只要稍作调整或更换夹具上的某些定位 ,夹紧件 ,就可以从加工某一工件转为加工另一工件。 3.组合夹具 :组合夹具是有一套专门设计制造 ,便于组装和拆卸的有各种不同的形状 ,不同尺寸规格并且有完全互换性和耐磨性的标准元件和合件所组成。利用这些元件和合件 ,根据加工工件的需要可以组装成车 ,磨 ,铣 ,刨 ,钻 ,镗等工序用的各种不同的机床夹具。夹具使用完毕 ,可以方便的拆开 ,洗净元件存放起来 ,留待 以后组装新夹具时再用。因之组合夹具是具有高度标准化和系列化元件的新型工艺装备。关于组合夹具的问题 ,其设计原理基本相同。 在实际生产中应用的夹具很多 ,分类方法也有很多种。通常还可按使用夹具的工序不同分为车床夹具 ,铣床夹具等 ；还可以根据在机床上运动的特点归并成以下几类 ： (1)车床类夹具 :包括车床 ,内外圆磨床 ,螺纹磨床用夹具 ,其特点是夹具与工件一起作旋转运动。 (2)铣床类夹具 :包括铣床 ,刨床 ,平面磨床等机床用夹具 ,其特点是 夹具固定字工作台上 ,只作纵向或横向往复运动或回转运动。 (3)钻 ,镗床类夹具 :用于在 钻床上钻 ,扩 ,铰等工序或在镗孔工序 ,其实就是夹具固定在机床上 ,刀具通过夹具上的导向装置进行送进运动。 上述的各种夹具都是固定在机床上的 ,但是在自动线加工中 ,有的夹具带着工件由生产线的输送装置 ,挨着每台机床逐步向前输送 ,这类夹具通常称为“随行夹具” 。自动线上的随行夹具除了完成工件的定位 ,支承和夹紧外 ,还带着工件沿自动线的加工机床进行定位 (相对于每台机床的刀具位置 ),夹紧 ,待加工完了再自动送至下一台机床加工 ,以便通过自动线的各台机床 ,完成工件的全部工序加工。随行夹具主要适用于采用组合机床自动线加工 ,但又无良好的 输送基面和定位基面的工件 ,以便将这种畸形工件先装夹于基面完整的随行夹具上 ,然后在通过自动线进行加工。对一些有色金属等软件性材料的工件 ,虽然具有良好的输送基面 ,但为了保护工件的基面不受划伤 ,有时也采用随行夹具。 通用可调夹具 ,若产品中有若干零件具有相似性 ,有选用通用可调整夹具的可能 ,应进一步探索 ,应用下面三方面分析判断 ： (1)工件结构要素的相似性 ,主要是被加工表面形式和部位的相似 ,工序内容和技术要求基本相似 ；能有相似或相同的定位基准和定位方式。 (2)有可能采用功能相同的定位方式和夹紧方式 (包括夹紧动力源 )。 (3)工件尺寸要素相似 ,如定位基准和外廓尺寸的近似程度 ,看能否使用 ,可调夹具结构紧凑 ,布局协调的夹具。 综上所述 ,机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展 ,机床夹具的改进和创造已成为广大机械工人和技术人员在技术革新中的一项重要任务。 1.2 夹具的发展趋势 工业设计是人类社会发展和科学技术进步的产物，从英国莫里斯的 “ 工艺美术运动 ” ，到德国的包豪斯设计革命以及美国的广泛传播与推广，工业设计经过了酝酿，探索，形成，发展百余年的历史 沧桑。时至今日，工业设计已成为一门独立的专业学科，并且有一套完整的研究体系。 1980 年国际工业设计协会理事会（ ICSID）给工业作了明确定义： “ 就批量生产的工业产品而言，凭借训练，技术知识，经验及视觉感受，而预示材料 、 结构 、 构造 、 形态 、 色彩 、 表面加工，装饰以新的品质和规格，叫做工业设计。根据当时的具体情况，工业设计师应在上述工业产品全部侧面或其中几个方面进行工作，而且需要工业 设计师对包装 、 宣传 、 展示，市场开发等问题的解决付出自己的技术知识和经验以及视觉评价能力时，这也属于工业设计的范畴 ” 。 材料 、 结构 、 工 艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的 “ 功能 ” 作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的 “ 功能 ” 。 任何设计都是时代的产物，它的不同的面貌，不同的特征反映着不同历史时期的科学技术水平。技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某 个环节的变革，便会引起整个机体的变化。 1.3 夹具的设计步骤 按在夹具中的作用 ,地位结构特点 ,组成夹具的元件可以划分为以下几类 : (1)定位元件及定位装置； (2)夹紧元件及定位装置 (或者称夹紧机构 )； (3)夹具体 ； (4)对刀 ,引导元件及装置 (包括刀具导向元件 ,对刀装置及靠模装置等 )； (5)动力装置； (6)分度 ,对定装置； (7)其它的元件及装置 (包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉 ,销钉 ,键和各种手柄等 )； 每个夹具不一定所有的各类元件都具备 ,如手动夹具就没有动力装置 ,一般 的车床夹具不一定有刀具导向元件及分度装置。反之 ,按照加工等方面的要求 ,有些夹具上还需要设有其它装置及机构 ,例如在有的自动化夹具中必须有上下料装置。 在专用夹具设计中，除要考虑工件的定位、夹紧和夹具结构外，还需要进行夹具总图上尺寸公差及技术要求的标注，工件在夹具中的加工的精度分析，夹具的经济分析等。 1.对专用夹具的基本要求 （ 1）保证工件的加工精度 专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。 （ 2）提高生产率 专用夹具的复杂程度要与工件的 生产纲领相适应。应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的快速高效定位与夹紧装置，以缩短辅助时间，提高生产效率。 （ 3）工艺性好 专用夹具的结构应简单、合理、便于加工、装配、检验和维修。 专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置修配结构，如适当的调整间隙、可修磨的垫片等。 （ 4）使用性好 专用夹具的操作应简单、省力、安全可靠，排屑方便，必要时应设置排屑结构。 （ 5）经济性好 除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案惊醒必要的经济分析，以提 高夹具在生产中的经济效益。 2.专用夹具设计步骤 （ 1）明确设计任务与收集设计资料 夹具设计的第一步是在以知生产纲领的前提下，研究工件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。了解工件的结构特点、材料；本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床刀具、量具等。 其次是根据设计任务收集有关资料，如机床的技术参数，夹紧零部件的国家标准、部颁标准和厂定标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计图样，并了解该厂的工状制造水平，以供参考。 （ 2）拟订夹具 结构方案，绘制夹具草图。 1）确定工件的定位方案，设计定位装置。 2）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。 3）确定其它装置及元件的结构形式，如对刀、导向装置等。 4）确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。 5）绘制夹具草图。 （ 3）进行必要的分析计算 工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析，且计算定位误差。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。 （ 4）审查方案与改进设计 夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他 们的意见，对夹具方案作进一步修改。 （ 5） 绘制夹具装配总图 夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。绘图比例尽量采用 1： 1。主视图按夹具面对操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。 夹具总图的绘制次序如下： 1.用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中工件可看作透明体，不遮挡后面的线条。 2.依次绘出定位装置、夹紧装置、其他装置及夹具体。 3标准必要的尺寸、公差和技术要求。 4编制夹具明细表及标题栏。 （ 6） 绘制夹具零件图 夹具中的 非标准零件均要画零件图，并按夹具总图要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。 第二章 夹具的 具体 结构设计 2.1 工件分析 下图所示为连杆的铣槽工序简图。工序要求铣工件中间的一个 通 槽，槽宽 45 1.00mm，深 10 4.00mm，表面粗糙度值aR为6.3 m。先行工序以加工好的表面可作为本工序用 的定位基准，即 厚度为 16 1.00mm 的两个端面和直径皆为 13H8 的两个孔，此两基准孔中心距为 77 0.1mm，槽宽由刀具直接保证，槽深和位置要用夹具保证。本次设计要求一次性加工 3 个工件，每次安装的基准都用两个孔和一个端面，并在上端面上进行夹紧。 图 2-1 铣槽工序简图 2.2 工件的定位方案 在加工箱体、支架类零件时，常用工件的一面两孔作为定位基准，以使基准统一。此时，常采用一面两销 的定位方式。这中定位方式简单、可靠、夹紧方便。有时工件上没有合适的小孔时，常把紧固螺钉孔的精度提高或专门做出两个工艺孔来，以备一面两孔之用。 根据连杆铣槽的工序尺寸，形状和位置精度要求，工件定位时需限制六个自由度。工件的定位基准和夹紧位置虽然在工序图上已经规定，但在拟定定位、夹紧方案时，仍然应对其进行分析研究，考查定位基准的学则是否能满足工件位置精度的要求，夹具的结构能否实现。在铣连杆槽时，工件在槽深方向的工序基准是和槽相连的端面，若以次端面为平面定位基准，可以达到与工序基准相重合。但是由于要在此 面上开槽，那么夹具的定位面就势必要设计成朝下的，这就会给工件的定位夹紧带来麻烦，夹具的结构也较复杂。如果选择与所加工槽相对的另一 端面为定位基准，则会引起基准不重合误差，起大小等于工件两端面间 的尺寸公差 0.1mm。考虑到槽深的公差较大（为0.4mm），还可以保证精度要求的。而这样又可以使定位夹紧可靠，操作方便，所以应当选择工件底面为定位基准。采用平面为定位元件。 在保证角度方面，以两孔为定位基准，可以做到基准重合，而且操作方便。为了避免发生不比样的过定位现象，采用一个圆柱销和一个菱形销做定位元件。工件以一面两 孔为定位基准。而定位元件采用一面两销，分别限制了工件的六个自由度，属于完全定位。如图 2-2： 图 2-2 定位简图 2.3 工件的夹紧方案 设计 一、 对 夹紧装置的基本要求 机械加工过程中，为保持工件定位时所确定的正确位置，防止工件在切削力、惯性力、离心力及重力等作用下发生位移和振动，机床夹具应设有夹紧装置，将工件压紧夹牢。夹紧装置是否合理、可靠及安全，对工件加工的精度、生产率和工人的劳动条件有着重大的影响，为此提出下列基本要求： 1）夹紧过程中，不能改变工件定位后 占据的正确位置。 2）夹紧力的大小要适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。 3）夹紧装置的自动化和复杂程度应富裕生产类型相适应，在保证生产效率的前提下，其结构要力求简单，便于制造和维修。 4）夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。 5）夹紧装置应具有良好的自锁性能，以保证源动力暴动或消失后，仍能保持夹紧状态。 夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位，不致因工时受切削力，重力或伴生离心力，惯性力，热应力等的作用产生移动或振动。 夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个 重要的而不可以缺少的组成部分，除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置，才可以设有夹紧装置。夹紧装置设计的优劣，对于提高夹紧的精度和加工作效率，减轻劳动强度都有很大的影响。分析各类夹具的基本功能要求可以将夹紧装置概括为两类：第一类是性能要求，主要指定位唯一性、定位稳定性 ,夹紧稳定性及总体约束；第二类要求是夹具的结构刚性、成本及易操作性、易于维修等要求。本设计目录中功能项包括夹紧对象特征项、加工信息特征及夹紧要求特征。 夹紧对象特征项目：包括夹紧对象类型、材料、形状、体积、数量、物理 特性、磁性、导电性、刚性等信息。 加工信息特征项：加工类型、机加工、装配、检测、焊接等、加工参数、切削参数、运动参数、几何参数等。 夹紧要求特征项：主要指性能要求，包括定位要求、定位基准选择，如特征点、特征面。夹紧力大小、夹紧方向、夹紧行程、夹紧松开速率，自锁性等。 元件功能分析：夹紧功能主要包括四种元功能：定位功能、传动功能、执行功能和分度功能等辅助功能。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分为平面定位元件、圆孔定位元件、外圆定位元件。传动功能由中间递力机构完成，该机构一般有三个作用；改变作用力的 力一向、大小和自锁作用。目前常用的有以下机构：斜楔机构、螺旋机构、圆偏心机构、杠杆铰链机构、连杆机构、联动机构、对中机构、定心机构等。 设计夹紧装置时 ,应满足下述主要要求： 1.夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位 ,为此，必须正确选择夹紧力的方向及着力点。 2.夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。 3.夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操作方便省力，安全。 4.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。 二、夹紧力的确定 确定夹紧力的方向 、作用点和大小时，应依据工件的结构特点、加工要求，并结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和不止方式来确定。 夹紧力的方向 夹紧力的方向应有住与定位正顶，且主夹紧力应朝向主要限位基面。如图 2-3 所示：夹紧力 JF 直接朝向限位基面 支承板上面。 图 2-3 夹紧力 FJ 夹紧力的作用点 夹紧力的方向确定后，应根据下述原则确定作用点的位置： 1） 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。 2） 夹紧力的作用点应落在工件刚性好的方向和部位。 3） 夹紧力的作用点应 靠近工件的加工表面。 根据工件定位方案， 可以 考虑夹紧力的作用点及方向采用装配图中所示的方法 （图 2-3） 较好。工件以一面两孔 的定位方式 在支承板、圆柱销和菱形销上定位，按下液压系统 启动 按钮，启动液压缸 以 使其工作，当液压活塞杆在压力 油的作用 自 下 向上 伸 出时，顶起压紧板的外 端向上运动，通过活节螺栓带动浮动杠杆 绕铰链顺时针旋转 ， 右端螺栓向下移动，使单副压板均匀地同时夹紧 工件 两端。 该夹具 有三副压板， 可同时加工 三 个工件。 2.4 对刀具的对刀或导引方案 对刀元件主要由对刀块和塞尺组成，用以确定夹具和刀具的相对位置，对刀元件 的结构形式取决于加工表面的形状。本夹具采用侧装对刀块。 用对刀块调整刀具与 工件待加工面 的相对位置，适用于加工精度不超过 IT8 级，本方案采用 侧装 对刀块，用螺钉，销钉固定在夹具体上。 使用对刀元件对刀时，在刀具和对刀块之间用塞尺进行调整，以免损坏切削刃或造成对刀块过早磨损。本次设计采用平塞尺，其基本尺寸 s为 5mm，公差按 h6 制造。 标准对刀块的材料为 20 钢，渗碳深度为 0.8-1.2mm，淬火硬度为 55-60HRC。 标准塞尺的材料为 T8，淬火硬度为 55-60HRC。 2.5 夹具在机床上的安装方式以及夹具体的结构型式 一、夹具在机床上的安装，一般有两种形式，一种是安装在机床工作台上（如铣床、镗床、钻床等）；另一种是安装在机床的回转主轴上（如车床、磨床等）。 本夹具通过定向键与机床工作台 T 形槽的配合使夹具上的定 位元件表面对工作台的送进方向具有正确的相对位置。定向键与夹具体上键槽的配合选择为67hH，两个定向键间距为 435mm。夹具安装时，为了避免定向键与 T 型槽间配合间隙对安装精度的影响，在精度要求较高时，可以将键紧靠在工作台 T 型槽精加工的一侧， 使夹具上定位元件的工作表面相对于工作台的进给方向具有正确的位置。夹具体与机床的安装方式如下图所示。定向键的材料多为 45钢，淬火至 43-48HRC。 图 2-4 耳座 铣床夹具与工作台的连接部分称为耳座，因连接要牢固稳定，故夹具上耳座两边的表面要加工平整，为此常在该处做一凸台，以便于加工，为提高铣床夹具在机床上安装的稳固性，除要求夹具体具有足够的强度和刚度外，还应使 被加工 表面尽量靠近工作台面，以降低夹具的重心。因此，夹具体的高宽比限制在 1-1.25 之间。 二、夹具体是将夹具 上的各种装置和元件连接成一个整体的基础件。它通常是夹具上体积最大和结构最复杂的零件。设计夹具体是应注意以下几点： 1.应有良好的加工精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要平面，如安装定位元件的表面、安装对刀或到乡元件的表面以及夹具体的安装基面（与机床相连接的表面）等，应具有较高的尺寸、形状和相互位置精度，并使其精度保持良好的稳定性。为此，夹具体毛坯应作响应的时效或退火处理，必要时，在粗加工后，还应进行二次时效处理。 2.应具有足够的强度和刚度 加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力，为包乘夹具体不产生不允许 的变形和震动，夹具体应有足够的强度和刚度。因此需选择合适的材料，适当的壁厚。焊接和铸造夹具体常设置加强筋。在不影响工件装卸的情况下，采用框形结构的夹具体具有较高的强度和刚度。 3.有良好的制造工艺性和使用性 按照单间生产的工艺特点，夹具体的结构应力求简单，制造工艺性要好。 对于加工时产生大量切屑的夹具体来说，在夹具体上应考虑排屑结构，在夹具结构上也应考虑足够的排屑空间，以便于清除落在定位元件上的少量切屑，确保定位的可靠。 当夹具的重量较大是，应在夹具体上设置供起吊用的装置（如吊环螺钉等）。 4.应保证夹具安 装在机床上稳定可靠 夹具在机床上的安装，一般都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应的表面的接触或配合来实现的。当采用机床工作台安装夹具时，其夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大。夹具体底面中部一般应挖空，四周与机床工作台接触，以保证安装稳定可靠，为了找正夹具在机床上位置常在夹具体的侧面设置一窄长的找正基准面。 2.6 液压系统的设计与计算 1.明确设计要求 按夹具设计要求，需要液压缸在夹具体左侧顶起压板，压板绕球头螺栓逆时针旋转，压紧工件。液压缸沿铅垂方向直线运动，行程 30mm，无同步或联锁要求。工作 平稳可靠。 2.确定执行元件 执行元件是液压系统的输出部分，必须满足机器设备的运动功能、性能要求及结构、安装上的限制。根据所要求的负载运动形态，选用不同的执行元件配置，见表 运动形态 执行元件 直线运动 液压缸 液压马达 +齿轮齿条机构 液压马达 +螺旋机构 旋转运动 液压马达 摆动 摆动液压马达 液压缸 +齿轮结构 液压马达 +连杆机构 根据设计要求，运动形态为直线运动且没有位移精度要求，故选用液压缸为执行元件。 3对液压系统的执行元件进行工况分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的 速度和负载的变化规律。通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值列表表示，必要时还应作出速度、负载随时间（或位移）变化的曲线图（称速度循环图和负载循环图）。 在一般情况下，液压缸承受的负载由六部分组成，即工作负载、导轨摩擦负载、惯性负载、重力负载、密封负载和背压负载，前五项构成了液压系统所要克服的机械总负载。 a.工作负载 对不同的机器有不同的工作负载。对于金属切削机床来说，沿液压缸轴线方向上的切削力即为工作负载；对液压机来说，工件的压制抗力即为工作负载。工作负载与液压缸运动方向相反时为正值，反之为负值。 工作负载既可以为恒值，也可以为变值。 本液压系统属于液压机范畴，工件的压制抗力为工作负载，负载值恒定。 b.导轨摩擦负载 导轨摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力，其值与运动部件的导轨形式、放置情况及运动状态有关。 c.惯性负载 惯性负载是运动部件在启动加速或制动时的惯性力。 d.重力负载 垂直或倾斜放置的运动部件，在没有平衡饿情况下，其自重也成为一种负载。倾斜放置时，只计算重力在运动方向上的分力。液压缸上行时重力取正值，反之取负值。 e.密封负载 密封负载是指密封装置的摩擦力，其值与密封装置 的类型和尺寸、液压缸的制造质量和油液的工作压力有关，密封负载一般用液压缸的机械效率加以考虑，常取 0.90-0.97。 f.背压负载 背压负载在计算时暂不考虑。 4.执行元件主要参数的确定 1）确定执行元件的工作压力 工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据，它的大小影响执行元件的尺寸和成本，乃至整个系统的性能。应根据实际情况选取适当的工作压力。执行元件工作压力可以根据总负载值或主机设备类型选取，见表 4-1、 4-2 表 4-1负载和工作压力之间的关系 负载 F/kN 50 3.0-4.0 4.0-5.0 5.0 表 4-2 各类液压设备常用的工作压力 设备类型 精加工机床 半精加工机床 粗加工或重型机床 工作压力p/MPa 0.8-2 3-5 5-10 农业机械、小型工程机 液压机、重型机械、大中械、工程机械辅助机构 型挖掘机、起重运输机械 10-16 20-32 由此可估算：工作压力为 1.2p/Mpa，负载为 6F/kN 2）液压缸主要结构尺寸的确定 液压缸内径 D D= = 80mm 活塞杆直径 d 活塞杆直径 d 可根据工作压力或设备类型选取，如表 液压缸工作压力与活塞杆直径 工作压力 5 5-7 7 直径 （ 0.5-0.55） D （ 0.6-0.7） D 0.7D 故 pF 146310*2.1*10*6*4活塞杆直径 d=0.55D=0.55*80=44mm 5.液压系统原理图的拟订 液压系统原理图是表示液压系统的组成和工作原理的图样。拟定液压系统原理图是设计液压系统的关键一步，它对系统的性能及设计方案的合理性、经济性具有决定性的影响。 在拟定液压系 统原理图时，应根据各类主机的工作特点和性能要求，首先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路。本液压系统属于压力机范畴，调压回路为主要回路。该系统有三个液压缸同时工作，考虑到其两两无必然关系，故辅助回路采用互不干扰回路。 第三章 夹具精度的校验 3.1 定位销尺寸计算 （ 1）确定两定位销的中心距 两定位销的中心距的基本尺寸应该等于工件两定位孔中心距的平均尺寸，其公差一般取 TdL=（31-51） TDL 因 DL=77 1.0 mm 取dL=77 0.03mm 确定圆柱销直径 圆柱销直径的基本尺寸取与之配合的工件孔的最小极限尺寸，其公差一般取 g6 或 h7。 因连杆两定位孔的尺寸为 13H8=13 mm ， 取圆柱销的直径 d =13h7=13 mm 。 （ 3）确定菱形销的尺寸 b 查表 2-1， b=4mm。 表 2-1 削边销尺寸 D2 3-6 6-8 8-20 b 2 3 4 B D2 -0.5 D2 -1 D2 -2 （ 4）计算菱形销的最小间隙 b=4mm Dmin2=13mm TLD=0.2mm TLd=0.06mm 按 Xmin2=min2)(DTTb LdLD 计算得 Xmin2=0.08mm （ 5）确定削边销基本尺寸2d及公差 1）按公式max2d=min2D-min2X算出菱形销的最大直径 max2d=（ 13-0.08） mm =12.92mm 2）确定菱形销的公差等级，一般取 IT7 或 IT6 因 IT7=0.018mm 故2d = 1308.0098.0mm 3.2 夹紧力的计算 计算夹紧力时，通常是把夹具体和工件看成是一个刚性系统。根据工件所受的切削力、夹紧力（大型工件应考虑工件重力、惯性力）的作用状况，找出加工中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，再乘以安全系数作为实际夹紧力。即 式中 实际所需夹紧力（ N） F 理论夹紧力（ N） FKFK KF K 安全系数 在精加工时， K取 1.5。 在一面两孔定位中，理论夹紧力的计算公式为 式中 P 为机床切削力 P0 为圆柱销所受部分切削力 为工件与限位基面之间的摩擦力 由表 3-1得： =0.15。 表 3-1 摩擦系数的选用 摩擦条件 工件为加工过的平面 0.15 工件为未加工过的毛坯表面，固定支承为球面 0.2-0.25 夹紧元件和支承表面有齿纹，并在较大相互作用力下工作 0.7 为防止圆柱销受力而造成不必要的定位误差，而令 P0为 0。则 选取铣床的背吃刀量 =3mm，每转进给量 f=0.5mm/r。因待加工工件为钢材，故单位切削力 P=2000 则铣床的切削力 =2000*3*0.5 =3000（ N） )( 0PPF 15.0PF papR PfaF 故 F=3000/0.15=20（ KN） FK=20*1.5=30（ KN） 结论 本夹具所需实际夹紧力为 30KN。 3.3 夹具加工误差的分析 使用夹具加工时产生的误差有下列四个方面： 1与工件定位有关的误差 定位误差 D 2与夹具在机床上安装有关的误差 安装误差 A 3与刀具调整有关的误差 T 4与加工过程有关的误差 G D+ T+ A+ G k 上式即为定位误差不等式。 A： 定位误差 基准重合： B =0 D= Y= D+ d+xmin D=0.015（ mm） B： 夹具在铣床上安装的不准确并不影响加工槽的位置尺寸，所以 A 可不考虑。 C：加工方法有关误差 对刀块的制造 与 对刀调整误差铣刀的跳动，机床工作台的倾斜等因素所引起的加工方法误差，可根据生产经验并参照经济加工精度进行确定。今取 0.05mm. 综上所述： = D+ A+ T+ G =0.065mm k =0.1mm 此夹具满足加工要求。 2对槽深精度的分析计算 影响槽尺寸精度（ 10 2.00mm）的主要因素有： A：基准重合 B=0 D= Y= D+ d+xmin D=0.015（ mm） B：夹具安装误差 由于夹具定位面 N 和夹具底面 M 间的平行度误差等，会引起工件倾斜，使加工槽的底面和其端面不平行，因而会影响槽深的尺寸精度。夹具技术要求的 第一条规定为不大于 100： 0.03，那么在工件约 105mm 范围内的影响值将约 0.03mm. C:加工方法有关的误差 对刀块的制造和对刀调整误差，铣刀的跳动，机床工作台的倾斜等因素所引起的加工方法误差，可根据生产经验并参照经济加工精度进行确定，今取 0.1mm. 综上 ： = D+ A+ T+ G =0.125mmk=0.2m 因此，此夹具满足加工要求。 第 四 章 夹具的安装 4.1 安装顺序 当夹具的各个零件生产出来后，就要对它进行安装。安装夹具看起来是非常简单的事情，但是不同的人安装同样的夹具，其安装的夹具误差都不一样。 (从瑞士 手表的安装准确度，其秒针走时误差一年相隔一秒与一星期相隔一秒的例子得启示 )公司有专人安装夹具的队伍，在某些程度上提高了安装精度。在安装夹具的过程中要注意一些 事项： (1)先以平衡的方式把 支承板和夹具体以两个定位削（其中一个为削边销） 定位，接着依次上固定螺钉。 (2) 支承板 留有 0.2 到 0.3mm 的加工 余量，在安装上去后，等检验精度的时候再磨削部分余量至达到要求。按照磨损规则是尽量的初次磨削最少的余量，可以使使用时间加长 ,减少成本。 (3)安装夹具体右侧的调节支撑 和两侧的 定位键 。 (4)安装杠杆板和螺栓，因夹 具体长度限制，杠杆板和螺栓不能同时放入夹具体内腔，应先将杠杆板由夹具体侧孔放入夹具体内的正确位置，螺栓由底面直接 插入对应的螺栓孔，依次放入垫圈、压缩弹簧、垫圈、压紧板、弹簧垫圈，后拧紧螺母。（注意：螺母只要稍稍旋入螺栓即可，否则杠杆板会绕铰链旋转，导致另一侧的螺栓安装困难，理论上应先安装长螺栓，即靠近液压缸一侧的螺栓。） (5)安装液压缸，将液压缸的安装板放入夹具体左侧凹槽中，使缸底与夹具体底板接触，在夹具体上配钻安装孔。然后绞孔、攻螺纹，最后 用螺钉将 液压缸 固定在夹具体左侧凹槽中 。 (6)安装 T 型槽快换螺栓 ，将夹具体固定在铣床工作台上。 4.2 夹具在操作时应注意的事项 现代化生产要想有好的经济效益，必须提高劳动生产率而影响生产率的因素很多 ,金属加工中一个重要的影响因素就是工件在夹具上的装夹。夹具设计依据的原则是简捷、实用、快速、可靠 。 这里的“快速”指的就是快速装夹。根据工件的种类、结构特征的不同，可采用不同的形式。合理的装夹形式不但能达到快速、高效的目的而且能减轻工人的劳动强度，一般夹具设计出来成为产品后 ,就有一个装夹模式。 装夹模式在快速装夹的过程中，应该注意一些事项 : (1)按下液压系统关闭按钮，将两侧的 夹紧板向外抽出，将工件对准定位销放入夹具中。 (2)将夹紧板推如夹紧位置，启动液压系统夹紧按钮，将工件夹紧。 (3)工件加工过程中不要手去接触铁屑，让其自动排屑 .按规定是每间隔 1 小时有工人清除铁屑。 (4)取工件时是先 按下液压系统停止按钮，将夹紧板抽出，然后取下工件。 (5)定位 销 有明显的磨损后，更换新定位柱或调整定位 销 (原则上该公司每隔一段时间就检验一次精度，不需要操作工负责 ) 。 小结 :在实际工作中，应多读些典型机床夹具总图，多调试一些夹具，多了解一些夹具结构方案，从中多学习一些结构工艺性方面的知识 ，使设计能力有所提高。 结 束 语 为期两个多月的毕业设计已经接近尾声 ，在 这两个多月的设计过程 中 ，真是感慨万千。它使我从中学到了以前在课堂上根本就学不到的东西！ 在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。使我真正感受到了知识的重要性。 这次设计将我以前学过的机械制造工艺学、公差与配合、机械制图、机械基础等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线 、 巩固所学的作用。 在毕业设计中 掌握 了如何利用 AUTOCAD 和一些计算机软件，因为学 的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。但 现在已经 可以熟练的运用了。 CAD制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。因此，这次毕业设计真正将以前所学的联系到实际应用中来了。 在这次毕业设计中，还有一个重要的 成果 就是关于专用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过 。 因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在 朱 老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这 之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。 在这次毕业设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，而且设计一个零件，需要花好长时间。亲自上阵后我才知道，做每件是都不是简简单单就能完成的，是要付出大量代价的。因此， 我们也要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。 谢 辞 首先感谢我的指导老师 王淑珍 讲师，在设计过程中， 王 老师帮我指出了设计中的许多不足，细心帮我解答了许多疑难问题。感谢朱老师的悉心指教！ 在三 年的学习和生活期间，始终得到 洛阳理工 学院 机械系各位老师的无私帮助，在此表示 感谢 ! 在课题 的研究过程中，得到了本班同学刘志刚的大力支持，在此表示由衷的感谢 !也感谢这三 年中给了我珍贵友谊和帮助的同学们 ! 同时 感谢所有关心和帮助过我的人 ! 最后，在本文结束之际，向所有为我的 设计 提出宝 贵意见的评阅专家们表示衷心的感谢和崇高的敬意 ! 谢谢 ! 2008 年 6 月 5 日 参 考 文 献 1刘守勇 ,陈殿学 ， 刘彦竹，机械制造工艺与机床夹具 ,机械工业 出版社 ,1999.10 2徐嘉元 ,曾家驹 ， 机械制造工艺学 ， 机械工业 出版社 ,2007.1 3文斌 主编 ， 管接头和管件选用手册 ， 机械工业 出版社 ,2006.1 4王光斗 ,王春福 ,张继信等，机床夹具设计手册，上海科学技术出版社，1980.1 5邓昭铭，张莹， 机械设计基础， 高等教 育出版社，第二版， 2000.7 6陈于萍 ， 周兆龙 ， 何小龙，互换性与测量技术基础，第二版， 2007.2 7王孝达主编，金属工艺学，高等教育出版社， 1997.7 8刘小年 ,陈婷 ,崔建军 ,机械 制图 ,第二版，机械工业 出版社 ， 2004.5 9丁树模 ,周 骥平 主编 ,液压传动 ,第二版， 2006.1 10范厚军主编 ，紧固件手册，江西科学技术出版社， 2004.1 11刘承启主编，新编铣工计算手册，机械工业出版社， 2001.5 12孙靖民，米成秋主编，机械结构优化设计，哈尔滨工业大学出版社1986.5 13汪琪，李钧主编，机械设计计算，中国致公出版社 ， 1998.5 14成大先主编，机械设计手册，化学工业出版社， 2004.1 15王昆，何小柏，汪信远主编，机械设计基础课程设计，高等教育出版社， 2006.9