夾具設(shè)計(jì)論文王楊

1、  哈爾濱航空職工大學(xué) 畢 業(yè) 論 文哈爾濱航空職工大學(xué)2015年10月4組合夾具設(shè)計(jì) 專 業(yè) 組合夾具設(shè)計(jì) 班 號(hào) 學(xué) 號(hào) 姓 名 王 楊 指導(dǎo)教師 王延利 哈爾濱航空職工大學(xué) 2015年10月 摘要機(jī)械制造過(guò)程及檢測(cè)，檢驗(yàn)中，都要使用大量的夾具。夾具是能夠使產(chǎn)品按一定的技術(shù)要求準(zhǔn)確定位和牢固夾緊的工藝裝置，它的主要用于保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、輔助產(chǎn)品檢測(cè)、展示、運(yùn)輸?shù)取ｊP(guān)鍵詞：專用夾具；立式銑床；槽、斜度；目錄摘要1第1章 夾具組合11.1 課題研究?jī)?nèi)容11.2 夾具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向11.3 研究目的及意義 2第2章 夾具的分類及設(shè)計(jì)原則42.1 夾具概念4

2、2.2 機(jī)床夾具的分類42.3 銑床專用夾具設(shè)計(jì)原則6第3章 定位方案 63.1 定位方案73.2 加緊方案103.3 對(duì)刀方案103.4 夾具體與定位鍵 10第4章 銑槽組合夾具114.1 槽系列組合夾具概念114.2 組合夾具原件的分類和編號(hào)124.2 夾具設(shè)計(jì)12總結(jié)14參考文獻(xiàn)151緒 論 1.1本課題研究的內(nèi)容 本課題主要是根據(jù)國(guó)內(nèi)目前的機(jī)械制造行業(yè)的技術(shù)力量，結(jié)合現(xiàn)實(shí)工作中普通立式銑床在加工多樣化的批量產(chǎn)品中所遇到的困難與不足，進(jìn)行研究、分析，并尋找最優(yōu)良的銑床專業(yè)夾具。 1.2夾具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向 1.2.1夾具發(fā)展現(xiàn)

3、狀 夾具最早出現(xiàn)在18世紀(jì)后期。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。 據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)表明，目前的中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85%左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求與競(jìng)爭(zhēng)。然而，一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專業(yè)夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)以千計(jì)的專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)企業(yè)中，每隔2-3年就要更新50%-80%左右的專用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量?jī)H為10%-20%左右。特別是近年來(lái)，數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)機(jī)床夾具提出新

4、的要求： 1、能迅速、方便的促進(jìn)新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本；2、能裝夾一組具有相似特征的工件；3 、能適用于精密加工的高精密機(jī)床夾具；  1.2.2現(xiàn)代機(jī)床夾具發(fā)展方向 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化和柔性化等四個(gè)方面。 （1）標(biāo)準(zhǔn)化  機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個(gè)方面。目前我國(guó)已有夾具零件及部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T2148T225991以及各類通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)總成本。 

5、（2）精密化  隨著機(jī)械產(chǎn)品精度的日益提高，勢(shì)必相應(yīng)提高了對(duì)夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達(dá)±0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5m。 （3）高效化  高效化夾具主要用來(lái)減少工件加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。常見(jiàn)的高效化夾具有自動(dòng)化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動(dòng)虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾

6、緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動(dòng)線配置相應(yīng)的高效、自動(dòng)化夾具外，在數(shù)控機(jī)床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動(dòng)裝夾工件的夾具以及自動(dòng)更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機(jī)床的效率。 1.3研究的目的及意義 夾具是能夠使產(chǎn)品按一定的技術(shù)要求準(zhǔn)確定位和牢固夾緊的工藝裝置，它的主要用于保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、輔助產(chǎn)品檢測(cè)、展示、運(yùn)輸?shù)?。?yōu)良的專用機(jī)床夾具在保證工件各項(xiàng)加工精度要求、改善工人勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本、擴(kuò)大機(jī)床工藝范圍、有效的安全生產(chǎn)、縮短新產(chǎn)品試制周期等方面有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益。槽類、孔類工件是常見(jiàn)的工程結(jié)構(gòu)，提高槽類、孔

7、類工件銑床夾具設(shè)計(jì)能力對(duì)加工行業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 一個(gè)優(yōu)良的機(jī)床專用夾具必須具備以下幾個(gè)主要特征： （1）保證工件加工精度   對(duì)于專用夾具本身來(lái)講，要確保工件的加工精度，首先要正確地選擇定位基準(zhǔn)、定位方法和定位元件，必要時(shí)還需進(jìn)行精度分析；另外還要注意夾具中其他零部件的結(jié)構(gòu)對(duì)加工精度的影響，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。 （2）提高生產(chǎn)效率   專用夾具的復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)，應(yīng)盡量采用各種快速高效的裝夾機(jī)構(gòu)，保證操作簡(jiǎn)單、方便，縮短加工輔助時(shí)間，有效的提高生產(chǎn)效率。 （3）工藝

8、性好   專用夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、合理，便于加工、檢驗(yàn)、裝配及維修等。 專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)，當(dāng)最終精度由調(diào)整或修配來(lái)保證時(shí)，夾具應(yīng)設(shè)計(jì)成可以調(diào)整或修配的結(jié)構(gòu)。 2  夾具的分類及設(shè)計(jì)原則 2.1夾具概念 在機(jī)械制造工業(yè)中，為了達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)條件提高勞動(dòng)生產(chǎn)率及降低勞動(dòng)成本的目的，在工藝過(guò)程中，除機(jī)床等設(shè)備外，還大量使用著各種工藝裝備。它包括：夾具、模具、刀具、輔助工具及測(cè)量工具等。因此，廣義的說(shuō)，夾具是一種保證產(chǎn)品質(zhì)量并便利和加速工藝過(guò)程的一種工藝裝備。不同的夾具，

9、其結(jié)構(gòu)形式、工作情況、設(shè)計(jì)原則都不同。但就其數(shù)量和在生產(chǎn)中所占的地位來(lái)說(shuō)，應(yīng)以“機(jī)床夾具”為首。 所謂機(jī)床夾具，就是機(jī)床上所使用的一種輔助設(shè)備，用它來(lái)準(zhǔn)確的確定工件與刀具的準(zhǔn)確位置，即將工件的定位及加緊，以完成加工所需的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。所以機(jī)床夾具是用以使工件準(zhǔn)確定位和夾緊的機(jī)床附加裝置。 2.2機(jī)床夾具的分類 2.2.1 機(jī)床夾具的分類 機(jī)床夾具的種類很多，形狀千差萬(wàn)別。為了設(shè)計(jì)、制造和管理的方便，往往按某一屬性進(jìn)行分類。 第一，按夾具的通用特性分類 按這一分類方法，常用的夾具有通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具和自動(dòng)線夾具

10、等五大類。它反映夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，因此是選擇夾具的主要依據(jù)。 （1）通用夾具  通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化，且具有一定通用性的夾具，如三爪自定心卡盤、四爪單動(dòng)卡盤、臺(tái)虎鉗、萬(wàn)能分度頭、中心架、電磁吸盤等。其特點(diǎn)是適用性強(qiáng)、不需調(diào)整或稍加調(diào)整即可裝夾一定形狀范圍內(nèi)的各種工件。采用這類夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，減少夾具品種，從而降低生產(chǎn)成本。其缺點(diǎn)是夾具的加工精度不高，生產(chǎn)率也較低，且較難裝夾形狀復(fù)雜的工件，故適用于單件小批量生產(chǎn)中。 （2）專用夾具  專用夾具是針對(duì)某一工件的某一工序的加工要求而專門設(shè)計(jì)和制造的夾具。其特

11、點(diǎn)是針對(duì)性極強(qiáng)，沒(méi)有通用性。在產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。專用夾具的設(shè)計(jì)制造周期較長(zhǎng)，隨著現(xiàn)代多品種及中、小批生產(chǎn)的發(fā)展，專用夾具在適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性等方面已產(chǎn)生許多問(wèn)題。 （3）可調(diào)夾具  可調(diào)夾具是針對(duì)通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來(lái)的一類新型夾具。對(duì)不同類型和尺寸的工件，只需調(diào)整或更換原來(lái)夾具上的個(gè)別定位元件和夾緊元件便可使用?？烧{(diào)夾具在多品種、小批量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。 （4）組合夾具  組合夾具是一種模塊化的夾具，并已商品化。標(biāo)準(zhǔn)的模塊元件具有較高精度和耐磨性，可組裝成各種夾

12、具，夾具用畢即可拆卸，留待組裝新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，元件能重復(fù)多次使用，并具有可減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點(diǎn)；因此組合夾具在單件、中小批多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工中，是一種較經(jīng)濟(jì)的夾具。2.3銑床專用夾具的設(shè)計(jì)原則 （1）由于銑削過(guò)程不是連續(xù)切削，且加工余量較大，所以不但所需的切削力較大，而且切削力的大小及方向隨時(shí)都可能在變化， 致使在銑削過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)。因此銑床夾具要有足夠的夾緊力，夾具結(jié)構(gòu)要有足夠的剛性。 （2） 為了提高銑床夾具的剛性，工件待加工的表面應(yīng)盡量不超出工作臺(tái)，在確保夾具有足夠排屑空間的前提下，盡最降低夾具的高度，一般夾具高與

13、寬之比為 1：1.25。  （3）對(duì)于以鑄、鍛件毛坯面定位的銑夾具，應(yīng)以毛坯圖作為設(shè)計(jì)夾具的依據(jù)，以免對(duì)工件毛坯余量尺寸和形狀誤差、分型面或澆 冒口等問(wèn)題因考慮不周而影響夾具的合理性和可靠性。  3  拔叉部件銑直槽夾具設(shè)計(jì) 圖3-1所示拔叉零件， 要求設(shè)計(jì)銑槽工序用的銑床夾具。根據(jù)工藝規(guī)程，在銑槽之前其它各表面均已加工好，本工序的加工要求是：槽寬14H11mm，槽深7mm，槽的中心平面與26H7孔軸線的垂直度公差為0.08mm，槽側(cè)面與E面的距離12 ±0.2mm，槽底面與B面平行。

14、  3.1定位方案 3.1.1六點(diǎn)定位原理 當(dāng)工件在不受任何條件約束時(shí)，其位置是任意的不確定的。設(shè)工件為一理想的鋼體，并以一個(gè)空間直角坐標(biāo)作為參照來(lái)觀察鋼體的位置變動(dòng)。由理論力學(xué)可知，在空間處于自由狀態(tài)的鋼體，具有六個(gè)自由度，即沿著X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)和繞著這三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3-1拔叉零件圖所示。用X、Y、Z分別表示沿三個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)和繞著這三個(gè)坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。 六個(gè)自由度是工件在空間位置不確定的最高程度。定位的任務(wù)，就是要限制工件的自由度。在夾具中，用分別適當(dāng)?shù)呐c工件接觸的六個(gè)支撐點(diǎn)，來(lái)限制工件六個(gè)自由度的原理，稱為六點(diǎn)定位原

15、理。3.1.2應(yīng)用定位原理幾種情況 （1）完全定位  工件的六個(gè)自由度全部被限制，它在夾具中只有唯一的位置，稱為完全定位。 （2）部分定位 工件定位時(shí)，并非所有情況下都必須使工件完全定位。在滿足加工要求的條件下，少于六個(gè)支撐點(diǎn)的定位稱為部分定位。 在滿足加工要求的前提下，采用部分定位可簡(jiǎn)化定位裝置，在生產(chǎn)中應(yīng)用很多。如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平面只需限制三個(gè)自由度。 （3）過(guò)定位（重復(fù)定位）  一般情況下，應(yīng)該避免使用過(guò)定位。 通常，過(guò)定位的結(jié)果將使工件的定位精度受到影響，定位不確定可使工件（或

16、定位件）產(chǎn)生變形，所以在一般情況下，過(guò)定位是應(yīng)該避免的。 過(guò)定位亦可合理應(yīng)用 雖然工件在夾具中定位，通常要避免產(chǎn)生“過(guò)定位”，但是在某些條件下，合理地采用“過(guò)定位”，反而可以獲得良好的效果。這對(duì)剛性弱而精度高的航空、儀表類工件更為顯著。  3.1.3確定要限制的自由度 按照加工要求，銑通槽時(shí)應(yīng)限制五個(gè)自由度，即沿x軸移動(dòng)的自由度不需要限制，但若在此方向設(shè)置一止推支撐，則可起到承受部分銑削力的作用，故可采用完全定位。 3.1.4定位方案選擇 有三中定位方案可供選擇： 方案I：工件已E面作為主要定位面，用支承板1和短銷

17、2（與工件26H7孔配合）限制工件五個(gè)自由度，另設(shè)置一防轉(zhuǎn)擋銷實(shí)現(xiàn)六點(diǎn)定位。為了提高工件的裝夾剛度，在C處加一輔助支承。 方案II：工件以26H7孔作為主要定位基面，用長(zhǎng)銷3和支承釘4限制工件五個(gè)自由度，另設(shè)置一防轉(zhuǎn)擋銷實(shí)現(xiàn)六點(diǎn)定位。在C處也加一支承。 方案III：工件以26H7孔為主要定位基面，用長(zhǎng)銷3和長(zhǎng)條支承板5限制兩個(gè)自由度，限制工件六個(gè)自由度，其中繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度被重復(fù)限制了，另設(shè)置一防擋銷。在C處也加一輔助支承。比較以上三種方案，方案I中工件繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度由E面限制，定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，不利于保證槽的中心平面與26H7孔軸線的垂直度。方案II中雖然定

18、位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，槽的中心平面與26H7孔軸線的垂直度要求保證，但這種定位方式不利于工件的夾緊。由于輔助支承是在工件夾緊后才起作用，而施加夾緊力P時(shí)，支承釘4的面積太小，工件極易歪斜變形，夾緊也不可靠。方案III中雖是過(guò)定位，但若在工件加工工藝方案中，安排26H7孔與E面在一次裝夾中加工，使26H7孔與E面有較高的垂直度，則過(guò)定位的影響甚小。在對(duì)工件施加夾緊力P時(shí)，工件的變形也很小，且定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。綜上所述，方案III較好。計(jì)算定位誤差: 除槽寬14H11由銑刀保證外，本夾具要保證槽側(cè)面與E面的距離及槽的中心平面與25H7孔軸線的垂直度，其它要求未注公差，因此只需計(jì)算上

19、述兩項(xiàng)加工要求的定位誤：  3.2夾緊方案 根據(jù)工件夾緊的原則，除施加夾緊力外，還應(yīng)在靠近加工面處增加一夾緊力，用螺母與開口墊圈夾壓在工件圓柱的左端面，而對(duì)著支撐板的夾緊機(jī)構(gòu)可采用鉤形壓板，使結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便。 3.3對(duì)刀方案 加工槽的銑刀需兩個(gè)方向?qū)Φ?，故?yīng)采用直角對(duì)刀塊。3.4夾具體與定位鍵 為保證工件在工作臺(tái)上安裝穩(wěn)定，應(yīng)按照夾具體的高寬比不大于1.25的原則確定其寬度，并在兩端設(shè)置耳座，以便固定。 為了使夾具在機(jī)床工作臺(tái)的位置準(zhǔn)確及保證槽的中心平面與26H7孔軸線垂直度要求，夾具體底面應(yīng)設(shè)置定位鍵，定位鍵的側(cè)面應(yīng)與

20、長(zhǎng)銷的軸心線垂直。4  銑槽組合夾具 4.1槽系列組合夾具概念 組合夾具的應(yīng)用范圍十分的廣泛。它最適合于品種多、產(chǎn)品變化快、新產(chǎn)品試制和單件小批生產(chǎn)等場(chǎng)合，在批量生產(chǎn)也可以利用組合夾具代替臨時(shí)短缺的專用夾具，以滿足生產(chǎn)要求。用組合夾具元件可以組裝成各類機(jī)床夾具。數(shù)控機(jī)床和柔性制造單元的出現(xiàn)，更加推動(dòng)了組合夾具技術(shù)的進(jìn)步，擴(kuò)大了組合夾具的應(yīng)用范圍。 使用組合夾具，工件輪廓尺寸在一定范圍內(nèi)不受形狀的限制。我國(guó)的槽系列組合夾具可以滿足普通機(jī)械制造廠的大部分零件的加工，其中6mm、8mm槽系列組合夾具主要適用于儀表制造行業(yè)的小型零件的加工。適用于各系列

21、組合夾具的工件范圍見(jiàn)表4.1。表4-1  各系列組合夾具的適用范圍 組合夾具元件的系列   可加工工件的最大外輪廓尺寸（mm）        6mm系列，8mm系列            500×250×250      12mm系列    

22、;        1500×1000×500          16mm系列  2500×2500×1000 應(yīng)當(dāng)指出，由于組合夾具有很大的機(jī)動(dòng)性和靈活性，表4-1中所介紹的可加工工件的最大輪廓尺寸，僅是一般情況下的參考數(shù)據(jù)，通過(guò)熟練的組合技術(shù)，可用小尺寸系列的元件組裝成更大尺寸工件的組合夾具。此外，不同系列的組合夾具元件還可以通過(guò)過(guò)渡元件共同組裝在一套組合夾具上，以達(dá)到縮小組

23、合夾具尺寸和減輕組合夾具重量的目的。 4.2組合夾具元件的分類和編號(hào) 我國(guó)目前生產(chǎn)和使用的組合夾具多是槽系列的組合夾具，其元件間以鍵和鍵槽定位。用孔和圓銷定位的組合夾具稱為孔系列組合夾具，目前生產(chǎn)中亦有應(yīng)用。下面主要介紹槽系列組合夾具元件。 根據(jù)連接螺栓直徑、支承截面尺寸和定位鍵槽尺寸，槽系列組合夾具分為三種： 1. 16mm槽系列組合夾具，又稱大型組合夾具，用“D”表示。 2. 12mm槽系列組合夾具，又稱中型組合夾具，用“Z”表示  3 .8mm和6mm槽系列組合夾具，又稱小型夾具，用“X”表示。 組合夾具元件的分類，主要根據(jù)元件的結(jié)構(gòu)、形狀和用途而劃分的。按其用途不同，可分為八大類，參見(jiàn)表4.2。另有一類是組合夾具組裝工具和輔具。分別用表4-2表示。 4.3夾具設(shè)計(jì) 毛坯為鑄造件，且對(duì)毛坯的結(jié)構(gòu)工藝