铣床夹具课程设计说明书.doc

课 程 设 计 设计题目 铣床夹具设计班 级 机制3113 设计小组 第5小组指导老师 袁帮谊、王甫目录前言1第1章 设计准备工作21.1熟悉加工零件图21.2加工零件图分析2第2章 结构方案设计42.1 定位方案设计42.1.1确定定位方案42.1.2 选择定位元件，设计定位装置52.2 夹紧方案设计62.2.1 确定夹紧方案62.2.2 夹紧装置设计62.3 夹具体设计8第3章 夹具装配图的绘制103.1 夹具总装图上应标注的尺寸及公差103.2 夹具总装图应标注的技术条件10第4章误差设计.124.1 误差分析.124.1.1定位误差.124.1.2产生定位误差的原因.124.2定位误差的计算.12谢 辞16 前 言 由机械加工生产实践可以知道，任何机械加工都不能离开夹具。不论是使用 通用夹具，还是使用专用夹具，总是需要先将工件定位夹紧后，才能进行加工。 所以，夹具是现代机械加工行业中不可缺少的的重要工艺装备之一。使用夹具可 以提高工件的加工精度并保证零件的互换性，提高劳动生产率，同时可以降低劳 动强度，改善工人的劳动条件。使用夹具还可以扩大现有机床的应用范围，充分 利用现有的设备资源。先进的夹具技术，可以获得巨大的经济效果。 夹具的种类很多。其中，使用范围最广泛的是通用夹具，如车床上用的三爪 卡盘和铣床上用的平口虎钳等，这类夹具的规格尺寸已标准化，由专业厂进行生 产。而用于批量生产、专门为工件的某个加工工序服务的专用夹具，则必须由各 制造厂自行设计制造。由于专用夹具的设计制造在很大程度上影响加工质量、生 产效率、劳动条件和生产成本，因此，它是各机械制造厂新产品投资、老产品改 进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作， 也是每一个从事机械加工工艺的 技术人员必须掌握的基础知识。 2、 机床夹具分析1. 夹具的组成 夹具的使用对象虽不相同，夹具的结构和功用也不大一样，但是从不同的夹 具结构中可以概括出一般夹具所共有的结构组成。归纳起来，夹具可视为既独立 又相互联系的六部分组成。定位装置是由定位元件组合而成的，其主要作用是确 定工件在夹具中的确定位置。夹紧装置一般是由力源、中间传力机构及夹紧元件 组成， 其作用是保持工件由定位所取得的确定位置并抵抗动态下系统所受的外力 及其影响，使加工得以顺利实现。安装元件是指与机床装夹面组成安装副并使工 件在夹具中取得的确定位置，从而确保工件对机床取得正确位置的元件。导向对 刀元件，一般专指钻套、锉套(对刀件)等元件，其作用是在确保其对定位元件位 置精度的前提下， 直接或间接的引导刀具实现加工并在加工过程中保持工件与刀 具间的确定位置。其他装置或元件是为了满足设计给定条件(包括被加工工件的 工序精度要求、批量、夹具制造部门的设备状况及工艺水平)及使用方便，夹具 上还酌情设置分度装置、送料装置及顶出装置等。夹具体是指按夹具结构及总装 技术要求，连接、支承其它装置(或元件)并保持总装精度的基础元件。 夹具的组成随设计给定条件而变化。一般夹紧装置及夹具体构成。而对于专 用夹具而言，则必须另加导向或对刀元件，其余装置或元件则可按需要确定。2. 夹具的功能 (1)工件通过夹具进行安装，一是要保证定位准确，二是要保证夹具紧要求。 保证工件加工表面的位置精度，且精度稳定。1(2)使用夹具来安装工件，应能减少划线、找正、对刀等辅助时间，用气动、 液动夹紧装置可进一步减少辅助时间，提高生产效率。 (3)减轻操作工人的劳动强度，保证生产安全。 3. 夹具的基本要求 夹具设计的原则是经济和通用，它可以概括为“好用、好造、好修”这 6 个 字， 其中好用是主要的， 但必须以不脱离生产现场的实际制造和维修水平为前提。 第1章 设计准备工作1.1熟悉加工零件图 零件图应该无遗漏的给出加工零件的全部信息，包括几何形状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形状公差和表面粗糙度要求、材料和热处理要求、其它特殊技术要求等。 该加工零件如下图：图1-1被加工零件为轴套类零件；零件图如课本P246题图6.25所示；零件的主要加工面为20、6、10的孔，30外圆面及端面，铣28H11槽，其他各面均以加工好，仅需加工28H11槽，所以该零件结构定义为简单，夹具设计选用经济实用型方案。1.2加工零件图分析该工序为加工槽28H11，深度为35，该槽的公差等级为11级，精度要求较高。夹具的主要任务是保证槽的对称度。使用机床夹具后，这种精度主要靠夹具和机床来保证，不在依赖与工人的技术水平。所设计的夹具应有以下基本要求：1) 保证工件精度要求 这是夹具设计的最基本要求，其关键是正确地定位方案、夹紧方案、刀具导向方式及合理确定夹具刀具技术要求。必要时应进行误差分析与计算。2) 夹具结构方案应与生产纲领相适应 在大批量生产时应尽量采用快速、高效夹具结构，如多件夹紧、联动结构等，以缩短辅助时间；对于中、小批量生产，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单、制造方便，以降低夹具制造成本。3) 操作方便、安全、省力 如采用气动、液压等夹紧装置，以降低工人强度，并可好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合工人操作习惯，必要时应有安全防护装置，以确保使用安全。4) 便于排屑 切屑积集在夹具中，会破坏工件的正确定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形；切屑的清理又会增加辅助时间。切屑积集严重时，还会损伤刀具甚至引发工伤事故。故排屑问题在夹具设计中必须给以充分注意，在设计高效机床和自动线夹具是尤为重要。5) 有良好的结构工艺性 设计的夹具要便于制造、检验、装配、调整、维修等。第2章 结构方案设计2.1 定位方案设计2.1.1确定定位方案定位是指确定工件在机床（工作台）上或夹具占有正确的位置的过程，通常可以理解为工件相对于切削刀具或磨具的一定位置，以保证加工尺寸和形位精度的要求。确定定位方案应注意以下问题：1) 按照工件要求确定工件必须限制的自由度，决不允许欠定位。 2) 当发生重复定位时应根据其对加工是否产生有害影响，判断其属于可用重复定位还是属于不可用重复定位。不可用重复定位也是不允许的。3) 大型、重型零件等不易搬运的工件采用孔销配合等定位方式时，可采用预定位来降低人的劳动强度，提高生产效率。在考虑到以上问题的基础上，根据零件的具体情况提出以下定位方案 方案：定位方案及装置：大平面一销定位，利用大平面限制3个自由度，销限制2个自由度，6孔内放菱形销限制1个自由度，完全定位。2.1.2 选择定位元件，设计定位装置定位销2.2 夹紧方案设计2.2.1 确定夹紧方案在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。工件定位后，必须采用一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上。从而使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动,以保证加工精度,避免机床、刀具的损坏和发生人身安全事故。因此为了确定比较合理的夹紧方案，按如下步骤设计夹紧方案（应该注意的问题）：1) 根据工件的形状、大小、加工要求、定位装置的结构和布置情况等，确定夹紧点与作用方向。2) 分析工件的受力情况，运用类比、试验或估算等方法，确定所需夹紧力的大小。3) 按所需夹紧力，并根据生产批量，选择或设计夹紧装置。4) 在设计时，尽可能采用已有的、可靠的夹紧方式，这样可以免除复杂的设计计算，加快设计过程。在考虑到以上问题的基础上确定夹紧方案，夹紧方案的确定，其实就是夹紧力的确定。夹紧力的确定就是确定夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。在进行这项工作时，必须结合定位装置的结构形式和布置方式，并分析工件的结构特点、加工要求及其他作用于工件上的外力情况，在此基础上确定夹紧力的方向、作用点和大小。2.2.2 夹紧装置设计1.夹紧的目的：使工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏同时保证加工精度。 2 .夹紧力的方向的确定： 1）夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。 2）夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。 3）夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。 3 .夹紧力的作用点的选择： 1)夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应,或在支承点确定的区域内,以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。 2)夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的部位。 3)夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位,以提高工件切削部位的刚度和抗振性。 4)夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。4. 选择夹紧机构 设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则: 1)夹紧必须保证定位准确可靠,而不能破坏定位。 2)工件和夹具的变形必须在允许的范围内。 3)夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构 4)必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。 5)夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。 6)夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。 选用转角气缸夹紧机构来对被加工工件进行夹紧。转角气缸夹紧机构的特点： 结构简单，加紧可靠施力范围大。 自锁性能好。 扩力比80以上，行程S不受限制。 有效降低工人劳动强度。在考虑到以上要求的基础上，根据加工零件的具体情况和夹紧方案分析设计出夹紧装置如下图： 夹紧结构示意图2.2.3 夹具体设计本夹具体采用机械切削加工制造: 优点:1)可以制造出比较复杂的结构形状。 2)易于加工,价格低廉,可降低夹具成本。 铸造的生产周期长,而且因铸造时的内应力缘故,易引起变形,从而影响夹具体精度的持久性，而且夹具批量少不符合铸造条件。与焊接结构相比,机械切削可以制造出形状比较复杂的结构。因此,本夹具采用机械切削制造比较合适。基于以上分析，设计出本夹具的夹具体如下图所示：所设计夹具的夹具体图2-9第3章 夹具装配图的绘制夹具装配图的绘制，是在夹具结构方案草图经过老师审定之后进行的。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。主视图应按操作者的视线方向绘制，总装配图应将夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。在完整地表达出夹具工作原理和构造的基础上，视图的数量尽可能少。应先用细双点画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的位置上,然后依次绘出定位装置、夹紧装置、其它装置和夹具体。在夹具总装配图上工件可以看做透明体，不遮挡后面的线条。3.1 夹具总装图上应标注的尺寸及公差1) 夹具的最大轮廓尺寸为156mm 120mm20mm。2) 槽的宽度为28H11，及对称度为0.12。3.2 夹具总装图应标注的技术条件1) 定位销的上平面对夹具体底面B平度度误差不大于0.02mm。2) 定位销对夹具体的垂直度误差不大于0.03mm。 基于以上分析绘制出夹具总装配图如下图所示：第4章 误差设计4.1误差分析 4.1.1定位误差 工件的加工误差是指工件加工后在尺寸形状和位置三个方面偏离理想工件的大小它是由三部分因素产生的 1工件在夹具中的定位、夹紧误差。 2夹具带着工件安装在机床上夹具相对机床主轴或刀具或运动导轨的位置误差也称对定误差。 3加工过程中误差如机床几何精度工艺系统的受力、受热变形、切削振动等原因引起的误差。 其中定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起爱的加工误差。 4.1.2产生定位误差的原因 1.基准不重合来带的定位误差 夹具定位基准与工序基准不重合两基准之间的位置误差会反映到被加工表面的位置上去所产生定位误差称之为基准转换误差。 2.间隙引起的定位误差 在使用心轴、销、定位套定位时定位面与定位元件间的间隙可使工件定心不准产生定位误差。 3.与夹具有关的因素产生的定位误差 1）定位基准面与定位元件表面的形状误差。 2）导向元件、对刀元件与定位元件间的位置误差以及其形状误差导致产生的导向误差和对刀误差。 3）夹具在机床上的安装误差即对定误差导致工件相对刀具主轴或运动方向产生的位置误差。 4）夹紧力使工件与定位元件间的位置误差以及定位元件、对刀元件、导向元件、定向元件等元件的磨损。 4.2定位误差的计算 定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动所引起的加工误差。设计的夹具要从分考虑此定位方案的定位误差的大小是否在允许的范围内。一般定位误差应控制在工件允许误差的1/51/3之内。定位误差D。由于对称度的工序基准是50的轴线，定位基准是20H7的轴线，故B=0.027.工件以平面定位，Y=0。因此，定位误差D=0.027。谢 辞 通过这一个多月的努力,这次课程设计终于告一段落。首先要感谢我 们的几位指导老师。正是因为有他们的不断付出与指导，我们的夹具设计才能得以圆满结束。在这一个多月的时间里我学到了不少的专业知识也认识到了许多问题，刚开始在设计的过程中我们没有考虑到机床加工的困难问题以及成本问题而导致我们设计的夹具在理论上是可以实现的而在实际加工过程中是很难加工完成的。所以在各位老师的耐心指导下我们不断的修改于完善，最终才才得以完成。在加工过程中我们也遇到了这样与哪样的困难，但是经过组员的探讨和共同努力，我们克服了种种困难，最终一件成功的夹具展现在我们的眼前。最后还要感谢的就是我们这组的组长，正是有了他优秀的领导能力以及团结合作能力我们才能够圆满完成任务。