1、 沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书前 言全套图纸，加 153893706机 械 制 造 过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡 具 。从广义上说，在工 艺 过 程 中的任何工 序 ，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊 接 夹 具 、检验夹具、装配夹具、机 床 夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具 。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺 寸 、几何形状以及与其他表面的相互位 置 精 度 等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位） 、夹牢（夹紧） 。夹具种类按使用特点可分为：1）通用夹具通用夹具是指
2、已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。 2）专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。3）通用可调夹具和成组夹具其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相
3、似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 1加工对象不很明确，适用范围更广一些。4）组合夹具：组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。 国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂
4、里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔 34 年就要更新 5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔 性 制 造 系 统 （FMS）等新加工技术的应用。1 设计准备1.1 年生产纲领工件的年生产量是确定机床夹具总体方案的重要依据之一。如工件的年生产量很大，可采用多工件加工、机动夹紧或自动化程度较高的设计方案，采用此方案时，机床夹具的结构较复杂，制造成本较高；如工件的年生产量不大，可采用单件加工，手动夹紧的设计方案，以减小机床夹具的结构复杂程度及夹具的制作成本。如大批量夹具复杂，用全自动化的设备，小批
5、量生产用手动设备。零件的年生产纲领可按下式计算：%)1(baQnN式中： N 零件的年生产纲领， （件 / 年） ； Q产品的年生产纲领， （台 / 年） ； n每台产品中该零件的数量， （件 / 台） ； a%备品的百分率； b%废品的百分率 1。1.2 零件工艺分析了解工艺规程中本工序的加工内容，机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工零件数。这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的。根据零件图 1-1 可知，本道工序的内容是钻四个 13 的孔。沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 210 25 R1010?0.25R580H91.65R337.5
6、12.58012.5B B20R150.03A550-2M8-7H6.3255?0.02510?0.025140作作1-1 零件草图2 方案设计图 2-1 方案设计图3 定位元件及夹紧机构3.1工件以平面定位工件以平面为定位基准定位时，常用支承钉和支承板作为定位元件。3.1.1主要支承主要支承是指能起限制工件自由度作用的支承。（1）固定支承沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 3定位支承点位置固定不变的定位元件，包括支承钉和支承板。（2）可调支承在夹具中定位支承点的位置可调节的定位元件。可调支承的顶面位置可以在一定范围内调强，一旦凋定后，用螺母锁紧。溉整后它曲作用相当于一个固定支
7、承。采用可凋支承，可以适应定位面的尺寸在一定范围内的变化。（3）自位支承自位支承又称浮动支承，自位支承的位置可随定位基准面位置的变化而自动与之适应的；虽然它们与工件的定位基准面可能不止一点接触，但实质土只能起到一个定位支承点的作用。3.1.2辅助支承辅助支承是在夹具中不起限制自由度作用的支承。它主要是用于提高工件的支承刚度，防止工件因受力而产生变形。3.2工件以圆柱孔定位（1）定位心轴定位心轴主要用于车、铣、磨、齿轮加工等机床上加工套筒类和空心盘类工件的定位，它包括圆柱心轴和小锥度心轴。二种圆柱刚性心轴的典型结构。当为过盈配合心轴时。心轴前端有导向部分。过盈心轴限制了四个自由度。该心轴定心精度
8、高，并可由过盈传递切削力矩。当为间隙配合心轴时，当间隙较小时，它限制工件的四个自由度；当间隙较大时，只限制贯 X、Y 两个移动自由度，此时工件定位还应和较大的端面配合使用，用来限制 X、Y、Z、Y、Z 五个自由度。切削力矩靠端部螺旋夹紧产生的夹紧力传递。此种心轴定心精度不高，但装卸工件方便。（2）圆柱销圆柱销有长、短两种。短定位销一般限制 XY 二个移动自由庋。长定位销在配合较紧时，限制 X 移动、Y 移动和 X 旋转、Y 旋转四个自由度。定位销端部均有15倒角以便引导工件套入。（3）圆锥销固定的圆锥销限制 X 移动、Y 移动和 Z 移动三个自由度。3.3工件以外圆柱面定位工件以外圆为定位基准
9、时，可以在 v 形块、圆定位套、半圆定位套、锥面定位套和支承扳上定位。其中，用 V 形块定位最常见。常用的 v 形块的结构型式，的型式适于小沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 4型零件定位，C 适于中型以上零件的定位。V 形块上两斜面间的夹角一般选60、90和120，其中90应用最多。3.4工件以一面两孔定位所谓一面两孔是指定位基谁采用一个大平面和该平面上与之垂直的两个孔来进行定位。如果该平面上没有合适的孔，常把连接用的螺钉孔的精度提高或专门做出两个工艺孔以备定位用。工件以一面两孔定位所采用的定位元件是“一面两销” ，故亦称一面两销定位为了避免采用两短圆销所产生的过定位干涉，可
10、以将一个圆销削边。这样，可以既保证没有过定位，又不增大定位时工件的转角误差。 ，夹具上的支承面限制 z 移动、 x旋转和 y 旋转三个自由度，短圆销隈制 两个移动自由度，削边销限制 Z 旋转自由度，属完全定位。 3.5 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。3.6 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
11、；（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。3.7 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；沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 5（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
12、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 2。4 总体设计4.1 支承块夹具的基本组成（1）定位元件及定位装置：采用铰链式钻模板、一个夹具底座；（2）夹紧元件及夹紧装置：采用快换式开口压板；（3）导向元件：选用钻套；（4）对刀元件及定向元件：采用两个定向键；（5）夹具体：采用两个固定支座、一个支承板。4.2 总体夹具装配图左支撑座夹具装配图如图 4-1 所示。沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 6图 4-1 左支撑座夹具装配图5 零件设计5.1 定位元件及定位装置零件的设计 用于确定工件正确位置的元件或装置。采用铰链式钻模板、一个夹具底座如图 5-1所示。沈阳理
13、工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 7（a） 铰链式钻模板(b)夹具底座图 5-1 定位元件5.2 加紧元件及夹紧装置 用于固定元件已获得的正确位置的元件或装置。采用快换式开口压板如图 5-2 所示。沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 8图 5-2 快换式开口压板5.3 导向及对刀元件 用于确定工件与刀具相互位置的元件。选用钻套如图 5-3 所示。图 5-3 钻套6 定位误差设计6.1 定位误差沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 9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
14、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。6.2 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
15、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。 6.3 定位误差的计算夹具以 80H9( )孔及其大端端面为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺087. 寸公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。孔与面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由互换性与技术测量可知：取 m（中等级）即 ：尺寸偏差为 、2.
16、0153.7由机床夹具设计手册可得：沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 101、定位误差：定位尺寸公差 ，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与m2.0加工方向一致。即：故 WD2、夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即： 0j3、磨损造成的加工误差： 通常不超过Mj5.04、夹具相对刀具位置误差：钻套孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一取。即 mAD06.误差总和： mwj 5.02.从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 11结 论综上所述，本设计得出以下结论：(1)本夹具以孔、削定位，螺栓连接，定
17、位精度高，刚性好，品种少，一边与计算机编程，特别适合数控机床和加工中心的切削受力大，精度要求高的加工方式。缺点是：可调省察，不适宜普通机床使用。(2)本夹具他吸取了槽系、孔系组合夹具的精华，克服了二者的缺陷，并集成了通用夹具的夹紧功能以及平板、弯板、正弦台、分度头、回转盘、端齿分度盘的基础结构功能和五轴机床的空间角度功能。该夹具两销一面的刚性地位结构，稳定性可与专业夹具媲美。计算机模拟组装设计提升了传统行业的管理水平.。(3)本夹具功能全，应用广，转型快，精度高，刚性强，反应快，元件组装灵活性好，可调性好。沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 12致 谢 本次论文设计是在我的指导
18、老师申奎东的关怀和悉心的指导下完成的。他严谨的治学精神，严肃的科学态度，精益求精的工作作风，深深的感染了我。在指导老师的指导和关心下，我才有信心更好的完成此次论文设计。机械制造装备课程设计是学完了机械制造工艺学基础和大部分专业课，并进行了成产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次课程设计过程中我遇到了不少的困难，在在老师的帮助下和在图书馆查阅资料，最终解决了困难。而且这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺学问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力和独立解决问题的能力，为设计及未来从事的
19、工作打下了良好的基础。沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书 13参考文献1 周宏甫主编，机械制造技术基础M，北京：高等教育出版社，2007。2 张龙勋主编，机械制造工艺学课程设计指导书及习题M, 北京：机械工业出版社，2007。3 郑修本、冯冠大主编，机械制造工艺学M，北京：机械工业出版社，1991。4 许晓旸主编，专用机床设备设计M，重庆：重庆大学出版社，2003。5 徐嘉元、曾家驹主编，机械制造工艺学M，北京：机械工业出版社，2007。6 孟少龙主编，机械加工工艺手册第 1 卷M，北京：机械工业出版社，1991。7 王凡主编，实用机械制造工艺设计手册M，北京：机械工业出版社，2008。8 马贤智主编，机械加工余量与公差手册M，北京：中国标准出版社，1994。9 余光国、马俊、张兴发主编，机床夹具设计M，重庆：重庆大学出版社，1995。10 李庆寿主编，机械制造工艺装备设计适用手册M，银州：宁夏人民出版社，1991。11 吴拓主编，机械制造工艺与机床夹具M，北京：机械工业出版社，2006。12 王光斗、王春福主编，机床夹具设计手册M，上海科学技术出版社，2000。
