专用夹具设计实例

第 十 六 章 专 用 夹 具 设 计 第 三 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 三 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 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 三 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 第 三 节 专 用 夹 具 设 计 实 例 一 、 明 确 设 计 任 务 ， 收 集 原 始 资 料二 、 确 定 夹 具 结 构 方 案三 、 绘 制 夹 具 总 图四 、 标 注 总 图 上 的 尺 寸 、 公 差 配 合 与 技 术 条 件五 、 夹 具 工 作 精 度 的 分 析 计 算第 三 节 专 用 夹 具 设 计 实 例 零 件 图图 J1一 、 明 确 设 计 任 务 ， 收 集 原 始 资 料 第 三 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 mm。（ 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 （ 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 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 自 由 度 分 析建 立 坐 标 系图 J2 为 保 证 槽 底 面 至 工 件 B面 的 垂 直 度 ， 应 选 B面 作定 位 基 准 ， 限 制 工 件 、 。 为 保 证 工 序 尺 寸 62土 0.10mm， 应 以 A面 定 位 ，限 制 工 件 、 。 为 保 证 槽 两 侧 面 对 mm孔 轴 线 的 对 称 度 ，应 选 孔 轴 线 定 位 ， 限 制 工 件 。 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 。 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 和 A面 。自 由 度 分 析 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 图 J8所 示 。（ 2） 选 择 定 位 元 件图 J8 定 位 平 面 B所 用 的 支 承 板 参 考 JBT8029.11999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 T8029.21999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 d 。（ 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 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 0.02 mm。 最 后确 定 菱 形 定 位 销 圆 柱 部 分 的 直 径 及 其 极 限 偏 差 ，又 则 菱 形 定 位 销 和 定 位 孔 配 合 的 最 小 间 隙 Xmin为 （ 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 菱 形 定 位 销 圆 柱 部 分 的 直 径 为 mm 公 差 按 IT7选 取 ， 则 mm （ 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 槽 宽 mm的 定 位 误 差 该 尺 寸 由 铣 刀 直 接 保 证 ， 不 存 在 定 位 误 差 。 槽 底 至 工 件 底 面 位 置 尺 寸 62土 0.10mm的定 位 误 差 平 面 定 位 时 ， 基 准 位 移 误 差 忽 略 不 计 ， Y=0 定 位 基 准 与 设 计 基 准 重 合 ， B=0 故 D= B+ Y=0（ 4） 分 析 计 算 定 位 误 差 槽 两 侧 面 对 孔 轴 线 的 对 称 度 0.2mm的 定 位 误 差 工 件 以 14孔 轴 线 定 位 ， 定 位 基 准 和 设 计 基准 重 合 ， B=0。 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 。 Y约 为 对 称 度 允 差 的 1 2， 应 采 取 措 施 减 小该 项 误 差 。 104.0)061.0(043.0 min XY （ 4） 分 析 计 算 定 位 误 差 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 忽 略 不 计 ， Y=0。 故 D= B+ Y=0 （ 4） 分 析 计 算 定 位 误 差 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 ， =0.011mm 0.097仍 接 近 加 工 允 差 的 1 2。d（ 5） 减 少 对 称 度 定 位 误 差 的 措 施097.0)054.0(043.0 min XY 在 提 高 菱 形 定 位 销 圆 柱 部 分 精 度 的 基 础 上 ， 将 14孔 的 精 度 提 高 到 IT8级 。 这 时 孔 的 尺 寸 为 ， 公 差 为 0.027mm， 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 。 081.0)054.0(027.0min XY（ 5） 减 少 对 称 度 定 位 误 差 的 措 施 如 图 J9所 示 ， 加 工 时 ， 工 件 受 到 切 削 合力 ， 可 分 解 为 水 平 和 垂 直 方 向 的 切 削 分力 、 ， 切 向 铣 削 力 。 在 对 称 铣 削 情 况 下 =（ 1-1.2） =（ 0.2-0.3） 2.确 定 夹 紧 方 式 ， 设 计 夹 紧 机 构（ 1） 计 算 切 削 力 及 所 需 夹 紧 力FHF VF ZFVFZF 图 J3作 用 于 工 件 上 的 切 削 力 切 向 铣 削 力 Fz为式 中 铣 削 力 ， N； 影 响 系 数 ， 大 小 与 实 验 条 件 有 关 ； 铣 削 宽 度 ， mm； 每 齿 进 给 量 ， ram 齿 ； 铣 刀 直 径 ， mm； 铣 削 深 度 ， ram； 铣 刀 齿 数 ； 修 正 系 数 。（ 1） 计 算 切 削 力 及 所 需 夹 紧 力 已 知 ， =3, =12, =0.15, =100, =12, =68.3,则 （ 为 材 料 强 度 ） 故 水 平 分 力 和 垂 直 分 力0.3bFZ 0.65K ( ) ( )0.3 0.9650.736 0.736 0.86 0.72 -0.86ZF 9.81 68.3 3 0.15 100 12 12 0.9651159N H ZF 1.1F 1275N V ZF 0.3F 348N b（ 1） 计 算 切 削 力 及 所 需 夹 紧 力 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 为 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）jF 理VJ H fF 348F F 1275 3595Na 0.15 理J JF KF 2.5 3595 8988N 需 理（ 1） 计 算 切 削 力 及 所 需 夹 紧 力 满 足 夹 紧 力 水 平 作 用 要 求 的 夹 紧 装 置 结 构 方案 ， 可 以 有 图 J4所 示 的 a） 和 b） 两 种 。 图 J4a） 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 。 图 J4b） 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 图 J4 a）夹 紧 装 置 布 置 图 夹 紧 装 置 布 置 图 图 J4 b） b） 所 示 的 夹 紧 机 构 所 能 产 生 的 夹 紧 力 ， 由 图 所 示的 压 板 受 力 分 析 计 算 得 式 中 夹 紧 机 构 效 率 ， 取 0.9； 螺 栓 的 许 用 夹 紧 力 ， N。 选 定 ， 当 螺 杆 螺 纹 公 称 直 径 为 M12时 ，查 表 可 得 。所 以 因 ， 故 夹 紧 方 案 可 行 。Q 1 2J 1F (l l )F l QF1 2l lQF 5620NJ QF 2F 2 5620 0.9 10116N JF jF 理 根 据 工 件 加 工 表 面 形 状 ， 对 刀 元 件 可 选 用机 床 夹 具 零 件 及 部 件 中 的 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 。 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 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 夹 具 总 图 及 其 绘 制 步 骤 如 下 ：（ 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 J11工 件 三 视 图 所 示 。（ 2） 安 排 定 位 元 件 ， 如 J12定 位 元 件 布 置 图 所示 。（ 3） 布 置 夹 紧 装 置 ， 如 J10夹 紧 装 置 布 置 图 所示 。（ 4） 布 置 对 刀 元 件 、 连 接 元 件 ； 设 计 夹 具 体 并完 成 夹 具 总 图 ， 如 J13夹 具 总 装 图 所 示 。（ 三 ） 绘 制 夹 具 总 图 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。（ 四 ） 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（ 夹 具 总 装 图 J13 ）（ 2） 工 件 与 定 位 元 件 间 的 联 系 尺 寸 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 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 。 由 手 册 查 得 所 选 用 铣 刀 的 宽 度 尺 寸 及 其 极限 偏 差 为 mm， 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=6.045mm 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 水 平 方 向 的 调 刀 尺 寸 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 14mm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。 水 平 方 向 的 调 刀 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 。 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=59 mm。 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。 垂 直 方 向 的 调 刀 尺 寸 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 12H7 n6， 10F8 h7， 10M8 h7， 10H7 n6， 6F8 H 7， 6M8 h7， 5H7 n6等 。（ 5） 夹 具 内 部 的 配 合 尺 寸 （ 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（ mm） 。（ 2） 由 于 工 件 上 槽 两 侧 面 对 14孔 轴 线 对 称 度的 要 求 ， 夹 具 上 应 标 注 定 位 表 面 Q对 定 位 键 侧面 的 垂 直 度 允 差 100： 0.02（ mm） 。（ 3） 两 定 位 支 承 钉 的 等 高 允 差 不 大 于 0.02mm。2.制 订 技 术 条 件 在 完 成 夹 具 结 构 设 计 的 全 部 工 作 之 后 ， 还需 对 夹 具 工 作 精 度 进 行 分 析 计 算 ， 即 分 析 计 算各 项 加 工 要 求 的 夹 具 部 分 误 差 J， 并 将 它 与 加工 允 差 进 行 比 较 ， 从 而 判 断 该 夹 具 能 否 可 靠 地保 证 各 项 加 工 要 求 ， 以 证 明 所 设 计 夹 具 方 案 的合 理 性 。（ 五 ） 夹 具 工 作 精 度 的 分 析 计 算 1.槽 宽 尺 寸 由 铣 刀 直 接 保 证 ， 不 必 进 行 分 析 计 算 。2.槽 底 至 工 件 底 面 的 位 置 尺 寸 （ 62 0.10） mm的 分析 计 算 。 其 定 位 基 准 和 设 计 基 准 重 合 ， B=0， 平 面定 位 时 Y=0， 故 D1=0； 但 工 件 夹 紧 力 的 作 用 面 是 B面 ， 其 对 底 面 的 垂直 度 允 差 造 成 的 影 响 为 D2=0.03/6550=0.023mm （ 其 中 65为 工 件 高 度 ， 50为 工 件 宽 度 ） ； 由 调 刀 尺 寸 （ 59 0.02） mm的 公 差 所 引 起 的 调刀 误 差 T=0.04。 夹 具 部 分 误 差 为 该 误 差 远 小 于 工 件 的 加 工 允 差 ， 是 可 行 的 。J D1 D2 T 0 0.023 0.04 0.063mm 工 件 三 视 图 图 S2 图 J11 定 位 元 件 布 置 图 图 J12 夹 具 体 和 耳 座 图 J13夹具总装图 明确设计任务，收集原始资料 一 、 明 确 设 计 任 务 ， 收 集 设 计 的 原 始 资 料第 三 节 专 用 夹 具 设 计 实 例 思考题与习题 第 三 节 专 用 夹 具 设 计 实 例