機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與制造第六章-機(jī)床夾具

1、 表-中，橫向、三項(xiàng)目為已知條件，、三項(xiàng)目為訓(xùn)練答案。訓(xùn)練時(shí)可用紙擋去后三項(xiàng)目之一，確定項(xiàng)目各工件的有關(guān)答案表6-1根據(jù)加工要求確定限制工件自由度及選擇定位原件 鉆連桿蓋（圖6-1）四個(gè)定位銷孔時(shí)的定位方式如圖6-2a所示，定位元件的設(shè)計(jì)步驟如下：（1）確定雙銷的中心距 雙銷中心距的基本尺寸d應(yīng)等于工件雙定位孔中心距的平均尺寸，其公差一般取(/)，故取590.02mm。（2）確定圓柱銷直徑及公差 因連桿蓋第一定位孔徑D1為 mm，故取d1D1min12mm，公差帶取g6，即銷直徑為 g6（3）確定削邊銷的各尺寸 1) 查表2-2:d212mm， 則B=d1-2=10mm,b=3mm,b1=4m

2、m 2) 因第二定位孔徑D2= mm，按式(2-5)并以b代替b1計(jì)算得0.06mm 3) 計(jì)算削邊銷最大直徑d2max=D2min-X2min=12mm-0.06mm=11.94mm。 4) 確定削邊銷公差等級，一般取h6，其公差值為0.011mm，所以削邊銷直徑為。（4）分析定位誤差 現(xiàn)分析如下： 1）加工尺寸31.50.2mm的定位誤差, mm 2）加工尺寸100.15mm的定位誤差。雙向轉(zhuǎn)角誤差 為916 圖6-1連桿蓋工序圖圖6-2連桿蓋的定位方式與定位誤差 圖6-3為在撥叉上鉆8.4mm孔的工序圖。加工要求是:8.4孔為自由公差，表面粗糙度a為6.3m；其相對于15.81F8孔軸線

3、的對稱度公差為0.2mm；相對于 mm槽的對稱平面距離為3.10.1mm。本工序所用設(shè)備為525立式鉆床。試設(shè)計(jì)其定位裝置。圖6-3撥叉工序簡圖 設(shè)計(jì)步驟： （1）確定所需限制的自由度 為保證所鉆，工件除可不限制外必須限制五個(gè)自由度。（2）選擇定位基準(zhǔn)及各基面上的支承點(diǎn)分布 在A、B、C面上定位元件的布置有三種方案。 1）是用C面定位，此時(shí)因工序基準(zhǔn)為 mm槽的對稱平面（該面至B面的距離尺寸為 mm ），故存在基準(zhǔn)不符誤差B10.05mm0.105mm20.26mm，已超過尺寸3.1mm的加工公差0.2mm，顯然此方案不能采用。 2）以槽面A、B之一定位，則B0.05mm； 3）以A、B的對稱

4、平面定位，則基準(zhǔn)重合B3=0 ，此方案最佳。（3）選擇定位元件結(jié)構(gòu) 1)15.81mm孔采用長圓柱銷定位，其配合選為 2) mm槽面的定位方案有兩種（圖6-4）：一是在其中一個(gè)槽面上布置一個(gè)防轉(zhuǎn)銷（圖6-4a）；二是利用槽兩側(cè)面布置一個(gè)大削邊銷（圖6-4b），與長圓柱銷構(gòu)成雙銷定位。從定位穩(wěn)定及有利于夾緊考慮，以第二方案較好。 3)工件沿軸的位置可采用如圖6-5所示的圓偏心輪定心夾緊裝置實(shí)現(xiàn)以A、B的對稱面定位。若考慮A或B面定位，為了裝卸工件方便，要采用可伸縮的定位銷。這將增加夾具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。圖6-4鉆撥叉小孔的定位方案 圖6-5鉆撥叉小孔的定位裝置（4）分析定位誤差 1）影響對稱度的定位

5、誤差為此值小于工件相應(yīng)尺寸公差0.2mm的1/3。 2）影響所鉆孔是否在平面上的角度誤差為工件在任意方向偏轉(zhuǎn)時(shí)，總轉(zhuǎn)角誤差為625。此值遠(yuǎn)小于自由公差( ) 綜上分析，本例采用圓偏心輪夾緊裝置，由于它兼有定心和夾緊作用，故能保證槽面與偏心輪接觸良好，基準(zhǔn)位移誤差較小，由于B=0，故很小，且操作方便、迅速，結(jié)構(gòu)也不太復(fù)雜，故采用此方案較合理。 圖-6為轉(zhuǎn)向搖臂工件鉆14mm鎖緊孔的工序簡圖。試設(shè)計(jì)用于立鉆上鉆孔的夾具，產(chǎn)量為中批生產(chǎn)。 （1）工件加工工藝分析工件在鉆削鎖緊孔以前，除5mm開口槽尚未加工外，其他需加工面均已加工到規(guī)定的尺寸精度要求，故可按工序圖中所規(guī)定的定位夾緊點(diǎn)設(shè)計(jì)各夾具元件。精

6、度要求： 1)鎖緊孔中心與31H7孔中心距20.250，與定位端面A的距離為160.1mm； 2）鎖緊孔軸線與31H7孔軸線的垂直度0.10mm。圖6-6轉(zhuǎn)向搖臂工序簡圖 由于工件兩孔孔心距1500.5mm公差較大，考慮到盡可能減少轉(zhuǎn)角誤差，同時(shí)為保證工件的順利裝卸，故將削邊銷設(shè)計(jì)成能在孔心距方向作適當(dāng)調(diào)整的結(jié)構(gòu)，還可滿足工件孔心距尺寸不同的工件加工。所設(shè)計(jì)的定位導(dǎo)向元件的結(jié)構(gòu)見圖6-7 （2）定位元件及導(dǎo)向元件設(shè)計(jì) 按工序圖及對零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，此工件只能用A面及31H7、20H7 兩孔定位，即夾具用一面雙銷限位以限制工件的六個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)完全定位。又因鎖緊孔與31H7孔有尺寸及位置精度要

7、求，故在31H7孔內(nèi)設(shè)置圓柱銷31F7，而在小端錐孔內(nèi)設(shè)置削邊銷。 （3）夾緊元件的設(shè)計(jì) 根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)及規(guī)定的夾緊方向，可有以下兩種夾緊方案： 1)如圖6-8b所示，這種方案夾緊動作慢，且開口墊圈取下容易遺失。 2)如圖6-8a所示，此方案夾緊動作迅速可靠，開口墊圈也不會丟失，故本采用此方案。如果將斜楔改為偏心輪夾緊當(dāng)然也可以，但其自鎖性稍差，且操作上不便。圖6-7定位導(dǎo)向元件設(shè)計(jì)1削邊銷 2圓柱銷 3鉆模板 4鉆套圖6-9夾緊元件設(shè)計(jì) （4）鉆套、鉆模板及夾具體設(shè)計(jì) 鎖緊孔只需一次鉆削，故選用固定式鉆套，其尺寸公差按JB8045.41999確定。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鉆頭的上偏差為0，下偏差為-0.0

8、14mm，故鉆套孔徑取14F8，即 鉆模板選用固定式(圖6-7)?？紤]到鎖緊孔心與定位基面A之間尺寸公差較大，且A、C兩端面間的尺寸32為自由公差，為保證鎖緊孔心的位置精度，故在鉆模板上設(shè)計(jì)導(dǎo)向面(見AA剖視)，使其位置能沿31H7孔軸線作適當(dāng)調(diào)整，以便配鉆螺釘孔，精確固緊鉆模板。 夾具體的設(shè)計(jì)主要考慮零件的外形及將上述各主要元件聯(lián)成一個(gè)整體。這些主要元件設(shè)計(jì)完畢后，即可畫出夾具的裝配草圖（圖-9）。圖6-9 轉(zhuǎn)向搖臂鎖孔鉆夾具（5）工序精度分析 1)影響工序尺寸160.10mm的各項(xiàng)誤差 由于基準(zhǔn)重合，又采用平面A定位，故D=0。 夾具安裝底面對定位端面A的垂直度所引起的夾具安裝誤差，對工序

9、尺寸160.1mm的影響很小，故A=0。 夾具上定位端面A到鉆套座孔之間的尺寸公差，按工件相應(yīng)公差的選取，即160.02mm。 鉆套內(nèi)外表面的同軸度誤差小于0.005mm。 鉆頭的引偏誤差（見圖6-10）總誤差按概率法相加為：圖6-10于導(dǎo)向裝置有關(guān)的加工誤差L鉆模板底孔至定位元件的尺寸公差x3鉆頭引偏量H鉆模板厚度S鉆模板與工件之間隙B工件厚度x2鉆頭與鉆套的最大配合間隙 分析定位誤差：因定位基準(zhǔn)與工序基都是31H7孔，故B=0。故D=y=xmax即定位基準(zhǔn)孔31H7和限位圓柱銷31f7之間的最大間隙xmax=0.025mm+0.050mm0.075mm。 限位銷軸心與鉆套座孔中心的距離公差

10、，按工件相應(yīng)尺寸公差的1/5選取，即為(20.250.02)mm。 鉆套的內(nèi)外表面的同軸度誤差小于0.005mm。 鉆頭的引偏量前已計(jì)算，T=0.165mm?？傉`差按概率法相加為= 綜上分析，所設(shè)計(jì)的各主要元件能滿足工件的加工精度要求。2)影響工序尺寸 的各項(xiàng)誤差 圖-11為一撥叉零件圖，需要設(shè)計(jì)在搖臂鉆床上加工12H7和25H7兩孔的鉆模。工件質(zhì)量為20N（約2kg），產(chǎn)量為中批生產(chǎn)。為使所設(shè)計(jì)的鉆模能保證加工要求和獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，需要研究解決下列問題。圖6-11拔叉零件圖 （1）工件的加工工藝分析 該工件的結(jié)構(gòu)形狀比較不規(guī)則，臂部剛性較差，待加工的兩孔直徑精度高和表面粗糙度細(xì)，故工

11、藝規(guī)程中分鉆、擴(kuò)、粗鉸、精鉸四個(gè)工步進(jìn)行加工。并要依靠所設(shè)計(jì)的鉆模來保證兩孔的位置精度如下： 1）待加工孔12H7和已加工孔10H8的距離尺寸為1000.5mm； 2）兩待加工孔心距為 。 3）孔25H7與端面A的垂直度為0.1/100。 4）待加工兩孔軸線平行度為0.16mm。 5）孔壁表面粗糙度須均勻且達(dá)到圖示要求。 （2）定位方案與定位元件的設(shè)計(jì) 在進(jìn)入本工序加工前，平面A、B、C和10H8孔均已加工達(dá)到要求，故為定位基準(zhǔn)的選擇提供了有利條件。由于待加工兩孔的位置精度在三個(gè)坐標(biāo)方向都有要求，應(yīng)按完全定位方式來限制工件自由度。故有下列三種定位方案： 方案1 以平面、25mm孔外廓的半圓周、

12、12孔外廓的一側(cè)為定位基準(zhǔn)，以限制工件的六個(gè)自由度，而加工從A、B面鉆孔。優(yōu)點(diǎn)是工件安裝穩(wěn)定，但違背了基準(zhǔn)重合原則，使孔心距1000.5mm不易保證。且鉆模板不在一個(gè)平面上，夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 方案2 以平面A、B、工件外廓的一側(cè)和銷孔10為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)完全定位。優(yōu)點(diǎn)是工件安裝穩(wěn)定，且定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。但突出的問題是：平面A和B形成臺階式的定位基準(zhǔn)。由于高度尺寸120mm和28mm的公差較大將影響平面與之間的尺寸變化，會造成工件傾斜，使孔與端面的垂直度誤差增大。另外，以外廓的一側(cè)定位來限制工件的轉(zhuǎn)動自由度也不易保證加工孔壁的均勻性。 方案3 以平面A、銷孔10及25外廓的半圓周進(jìn)行定位，滿足完全

13、定位要求，做到基準(zhǔn)重合。若采用自動定心夾緊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)25孔外廓的定位夾緊，還可保證孔壁均勻。但此方案的安裝穩(wěn)定性較差，須使用輔助支承來承受鉆削12孔時(shí)的軸向分力，夾具結(jié)構(gòu)比方案2復(fù)雜。 從保證加工要求和夾具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性兩方面來分析比較。 方案1可不予考慮。 方案2夾具結(jié)構(gòu)比方案2簡單，但定位誤差大，難以保證加工要求。 方案3雖然夾具結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，但對中批生產(chǎn)來說，所增加的夾具成本，分?jǐn)偟矫總€(gè)工件是很少的。因此選定方案3來設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)方案3的設(shè)計(jì)，選用定位元件時(shí)又有兩種可能性（圖6-12）：1) 用夾具支承平面，短削邊銷，固定V形塊定位（圖6-12a）。 2) 用夾具支承平面、短圓柱銷和活動V形塊

14、定位（圖6-12b）。 如圖-12c所示，定位元件選用帶肩短圓柱銷4和帶肩短套5，兩限位件的肩平面A應(yīng)一起磨平，并和兩鉆套軸線保持垂直。在工件的平面B上，設(shè)計(jì)輔助支承3，以增加安裝剛度，防止工件受力后發(fā)生傾斜或變形（1為帶肩鉆套，2為襯套）。圖6-12撥叉的定位元件設(shè)計(jì) （3）夾緊方案及夾緊裝置的設(shè)計(jì) 根據(jù)夾緊力應(yīng)朝向主要定位基準(zhǔn)，并使其作用點(diǎn)落在工件剛性較好的部位之原則，可選用如表3-6中第二種螺旋壓板機(jī)構(gòu)，使夾緊力W作用在靠近25H7的加強(qiáng)筋上（圖6-12c）。在12孔附近由于使用自位式輔助支承3來承受鉆孔的軸向分力，且孔徑較小，因此不需施加夾緊力。對于鉆削時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，依靠支承點(diǎn)在中央

15、的螺旋壓板機(jī)構(gòu)7（圖6-13）的夾緊力所產(chǎn)生的摩擦阻力矩來平衡； （4）導(dǎo)向元件、夾具體及鉆模整體設(shè)計(jì) 由于兩待加工孔均須依次進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸，故鉆套1、2必須選用加長的快換鉆套，其內(nèi)外徑配合公差帶按表5-1選取，結(jié)構(gòu)尺寸可查閱有關(guān)國標(biāo)。上述各種元件的結(jié)構(gòu)和布置，基本上決定了夾具體8和鉆模整體結(jié)構(gòu)形成框架式，剛性較好，如圖6-13所示。 （5）確定夾具總圖的技術(shù)要求（見表6-2）夾具總圖上須標(biāo)注夾具外形的最大輪廓尺寸365mm160mm210mm，工件輪廓線及加工部位網(wǎng)狀線以及重要配合和形位公差要求等。必要時(shí)可用誤差不等式對鉆孔精度進(jìn)行分析。圖6-13鉆撥叉雙孔鉆模表6-2雙孔鉆模的技術(shù)要求序號

16、 工件加工要求按工件相應(yīng)的尺寸公差的比例 夾具上相應(yīng)技術(shù)要求mm1孔心距1/3k兩鉆套孔心距2孔心距1/5k定位套和定位銷相距3雙孔軸線平行度0.16/全長1/5k兩鉆套軸線平行度0.03/全長425H7軸線與端面A的垂直度0.1/1001/5k鉆套與限位面A的垂直度以及限位面A與底面B的平行度0.02/100 圖6-14（見文后插頁）右下角為車床尾座頂尖套筒上加工鍵槽12H9和油槽R3的工序圖，試設(shè)計(jì)大批生產(chǎn)時(shí)在同一道工序中銑兩條槽的直線送進(jìn)、雙工位夾具。(1)工件加工工藝分析 根據(jù)工藝規(guī)程銑雙槽之前，其他表面均已加工好，本工序的加工要求是： 1）鍵槽寬12H9由鍵槽銑刀保證。槽兩側(cè)對稱平面

17、對70.8h6軸線的對稱度0.10mm，平行度0.08mm。槽深控制尺寸64.8mm，槽長600.4mm。 2）油槽半徑R3，由圓弧銑刀保證，其圓心應(yīng)在70.8的圓柱面上。油槽長170mm。 3）雙槽的對稱平面應(yīng)在同一平面內(nèi)。 （2）定位方案及定位元件的設(shè)計(jì) 若先銑鍵槽（工位），后銑油槽（工位），按加工要求，工位應(yīng)限制除外的五個(gè)自由度，而工位應(yīng)限制六個(gè)自由度。圖6-15 頂尖套筒銑雙槽定位方案 方案1 工件以70.8h6外圓面在兩個(gè)互相垂直的平面上定位，端面加止推支承銷（圖-15a）。 方案2 工件以70.8h6外圓面在兩組雙V形塊811上定位。（圖6-16） 比較以上兩種方案，方案1使加工尺

18、寸64.8mm的D=0，方案2使對稱度的D=0。由于尺寸648為自由公差，加工要求低，而對稱度公差較小，故選用方案2較可靠，從承受切削力角度來看也如此。圖6-16兩止推銷錯開的位置示意圖 （3）夾緊方案及夾緊裝置的設(shè)計(jì) 根據(jù)夾緊力方向和作用點(diǎn)確定的原則，要使工件在雙V形塊上同時(shí)夾緊，必須設(shè)計(jì)如圖6-17所示的鉸鏈?zhǔn)礁踊⌒螇喊?，其弧形的曲率半徑R應(yīng)大于工件外徑之半（如取為40mm），使夾緊時(shí)壓板與工件外圓面為一段短窄的圓弧面接觸。 夾緊裝置若采用手動夾緊，工件裝卸時(shí)間較多，不能適應(yīng)大批生產(chǎn)的要求。若用氣動夾緊，則夾具體積太大，不便安裝在銑床工作臺上。因此，宜用液壓作驅(qū)動力，如圖6-14所示，

19、液壓缸5使活塞向下推動活塞桿4產(chǎn)生足夠的原始作用力，通過平衡板2和雙拉桿3，同時(shí)使雙壓板6向下移動，從而將工件夾緊。由于聯(lián)動夾緊裝置的3、4、5各環(huán)節(jié)均采用活動聯(lián)接，這可保證工件上各夾緊點(diǎn)獲得均勻的夾緊力。圖6-17夾緊力和夾緊點(diǎn)的分析（4）導(dǎo)向?qū)Φ斗桨讣皧A具總體設(shè)計(jì) 1) 對刀方案：鍵槽銑刀需在兩個(gè)方向?qū)Φ?，故采用直角對刀塊7（圖6-14）配以5mm塞尺對好銑刀位置后，再按1250.03mm的距離調(diào)整圓弧銑刀的位置。 2) 夾具體及其在機(jī)床上的安裝：當(dāng)進(jìn)行夾具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高銑床夾具在機(jī)床上安裝的穩(wěn)固性，應(yīng)盡量降低夾具的重心，并防止變形和振動，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)耳座；夾具體的高寬比應(yīng)限

20、制在HB11.25范圍內(nèi)（本例為1-17）。為了保證槽的對稱度要求，夾具體底面應(yīng)設(shè)置安裝矩形定向鍵的溝槽，兩者配合為 。兩定向鍵側(cè)面應(yīng)與V形塊的對稱平面平行。定向鍵與定位文件之間無尺寸聯(lián)系。（5）夾具總圖上的尺寸、公差和技術(shù)要求 圖6-14為直線送進(jìn)式雙工位銑雙槽夾具總圖，圖中必須標(biāo)注以下尺寸： 1) 夾具最大輪廓尺寸為570mm270mm230mm。 2) 影響工件定位精度的尺寸和公差為兩組雙V形塊811的定位高度640.02和610.02；兩止推支承銷13、14的距離1120.1；定位銷12與工件加工的鍵槽的配合尺寸12h8。 3) 影響夾具在機(jī)床上安裝精度的尺寸、公差為定向鍵與銑床工作臺

21、T形槽的配合尺寸12h8。 4) 各主要元件的位置精度有：工位的雙V形塊心軸軸線對夾具底面A的平行度0.05mm；工位與工位的兩組雙V形塊的距離尺寸1250.03mm；其心軸軸線間的平行度0.03mm，對定向鍵側(cè)面的平行度0.03mm。對刀塊的位置尺寸110.015mm及24.40.015mm及塞尺厚度尺寸5h6。 5) 夾具總圖上除用形位公差符號標(biāo)明上述位置精度外，還應(yīng)用文字標(biāo)注的技術(shù)要求是：鍵槽銑刀與油槽銑刀的直徑應(yīng)相等。（6）工序精度分析 1)鍵槽側(cè)面對70.8h6軸線的對稱度精度 定位誤差D。對稱度的工序基準(zhǔn)是70.8軸線，定位基準(zhǔn)也是該軸線，故B0。又因V形塊的對中性，Y0。于是D0

22、。 安裝誤差。定向鍵在工作臺T形槽中可能有兩種位置：當(dāng)兩鍵處于圖6-18a位置時(shí)，=0；而處于圖6-18b位置時(shí)，產(chǎn)生最大間隙xmax，因槽 ，鍵 故式中，282mm為一次進(jìn)給的長度。 對刀誤差。對稱度的對刀誤差等于塞尺厚度的公差因 故0.009mm。 夾具制造誤差。影響對稱度的有：工位的V形塊心軸軸線對定向鍵側(cè)面B的平行度0.03mm；對刀塊水平位置尺寸110.015mm的公差。 故0.03mm0.03mm0.06mm。 加工方法誤差取0.1mm1/30.033mm。圖6-18頂尖套筒銑雙槽夾具的安裝誤差2）鍵槽側(cè)面B對70.8h6軸線的平行度誤差分析如下： 定位誤差D。由于同組雙V形塊一般

23、都在裝配后一起磨平V形面，它們的相互位置誤差極小，可看作為一長V形塊，故D=0。 安裝誤差A(yù)。與上面分析相同。 對刀誤差T。由于平行度不受塞尺厚度的影響，故T=0。 夾具制造誤差Z。影響平行度的制造誤差是工位的V形塊心軸軸線與定向鍵側(cè)面B的平行度0.03mm，故Z=0.03mm。 加工方法誤差取G=0.08mm1/30.027mm。從表6-3可知，頂尖套筒銑雙槽夾具不僅可以保證加工要求，還有一定的精度儲備（Jc）。表6-3銑雙槽夾具的總誤差(單位：mm)代號對稱度0.1平行度0.08JC0.1-0.079=0.0210.08-0.055=0.025（1）工件加工工藝分析根據(jù)工藝規(guī)程，在加工三階

24、梯孔前，工件的頂面和底面、28H7孔和28孔均已加工好。本工序的車削要求有：三階梯孔的孔心距為250.1mm，三孔軸線與底面B的垂直度0.1mm，兩小孔8H7對中間階梯孔2的位置度0.2mm。（2）定位裝置的設(shè)計(jì)根據(jù)加工要求和基準(zhǔn)重合原則，應(yīng)選擇工件的底面B及28H7雙孔定位，夾具采用“一面雙銷”限位，定位孔與定位銷的主要尺寸如圖-20所示。 圖-19所示的液壓泵蓋，中批生產(chǎn)，本工序要加工三個(gè)階梯孔，試設(shè)計(jì)車削三孔夾具。 1) 計(jì)算定位孔、銷的中心距尺寸：定位銷心距公差Ld 取(1/31/5)LD，銷心距Ld99.360.02mm。2) 取圓柱銷直徑為 3) 查表2-2得削邊銷尺寸1mm。根據(jù)式（2-4）知補(bǔ)償值再按式（2-5b）求第二定位孔的最小間隙 故削邊銷最大直徑 削邊銷直徑。公差取IT6=