組合夾具設計論文

1、 畢 業(yè) 論 文 2組合夾具設計專 業(yè) 組合夾具設計班 號學 號 姓 名 指導教師 摘要機械制造過程及檢測，檢驗中，都要使用大量的夾具。夾具是能夠使產(chǎn)品按一定的技術要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝置，它的主要用于保證產(chǎn)品的加工質量、減輕勞動強度、輔助產(chǎn)品檢測、展示、運輸?shù)取ｊP鍵詞：專用夾具；立式銑床；槽、斜度；目錄摘要1第1章 夾具組合錯誤！未定義書簽。1.1課題研究內(nèi)容錯誤！未定義書簽。1.2夾具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向錯誤！未定義書簽。1.3研究目的及意義錯誤！未定義書簽。第2章夾具的分類及設計原則42.1夾具概念42.2機床夾具的分類42.3銑床專用夾具設計原則6第3章定位方案63.1定位方案7

2、3.2加緊方案103.3對刀方案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124.2夾具設計12總結14參考文獻151緒論1.1本課題研究的內(nèi)容本課題主要是根據(jù)國內(nèi)目前的機械制造行業(yè)的技術力量，結合現(xiàn)實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)狀夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期。隨著科學技術的不斷進步，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)有關部門統(tǒng)計表明，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

3、%左右。現(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，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(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，而夾具的實際磨損量僅為10%-20%左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術的應用，對機床夾具提出新的要求：1、能迅速、方便的促進新產(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床夾具；1.2.2現(xiàn)代機床夾具發(fā)展方向現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要

4、表現(xiàn)為標準化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。（1）標準化機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148T225991以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。（2）精密化隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達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減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高

5、效化夾具有自動化夾具、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，可保證卡爪在試驗轉速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。1.3研究的目的及意義夾具是能夠使產(chǎn)品按一定的技術要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝置，它的主要用于保證產(chǎn)品的加工質量、減輕勞動強度、輔助產(chǎn)品檢測、展示、運輸?shù)?。?yōu)良的專用機床夾具在保證工件各項加

6、工精度要求、改善工人勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本、擴大機床工藝范圍、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)濟效益。槽類、孔類工件是常見的工程結構，提高槽類、孔類工件銑床夾具設計能力對加工行業(yè)具有重要的現(xiàn)實意義。一個優(yōu)良的機床專用夾具必須具備以下幾個主要特征：（1）保證工件加工精度對于專用夾具本身來講，要確保工件的加工精度，首先要正確地選擇定位基準、定位方法和定位元件，必要時還需進行精度分析；另外還要注意夾具中其他零部件的結構對加工精度的影響，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。（2）提高生產(chǎn)效率專用夾具的復雜程度應與生產(chǎn)綱領相適應，應盡量采用各種快速高效的裝夾機構，保證操

7、作簡單、方便，縮短加工輔助時間，有效的提高生產(chǎn)效率。（3）工藝性好專用夾具的結構應力求簡單、合理，便于加工、檢驗、裝配及維修等。專用夾具的制造屬于單件生產(chǎn)，當最終精度由調(diào)整或修配來保證時，夾具應設計成可以調(diào)整或修配的結構。2夾具的分類及設計原則2.1夾具概念在機械制造工業(yè)中，為了達到保證產(chǎn)品質量，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)條件提高勞動生產(chǎn)率及降低勞動成本的目的，在工藝過程中，除機床等設備外，還大量使用著各種工藝裝備。它包括：夾具、模具、刀具、輔助工具及測量工具等。因此，廣義的說，夾具是一種保證產(chǎn)品質量并便利和加速工藝過程的一種工藝裝備。不同的夾具，其結構形式、工作情況、設計原則都不同。但就其數(shù)

8、量和在生產(chǎn)中所占的地位來說，應以“機床夾具”為首。所謂機床夾具，就是機床上所使用的一種輔助設備，用它來準確的確定工件與刀具的準確位置，即將工件的定位及加緊，以完成加工所需的相對運動。所以機床夾具是用以使工件準確定位和夾緊的機床附加裝置。2.2機床夾具的分類2.2.1機床夾具的分類機床夾具的種類很多，形狀千差萬別。為了設計、制造和管理的方便，往往按某一屬性進行分類。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、組合夾具和自動線夾具等五大類。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構、尺寸已規(guī)格化，且具有一定

9、通用性的夾具，如三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、臺虎鉗、萬能分度頭、中心架、電磁吸盤等。其特點是適用性強、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)準備周期，減少夾具品種，從而降低生產(chǎn)成本。其缺點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某一工件的某一工序的加工要求而專門設計和制造的夾具。其特點是針對性極強，沒有通用性。在產(chǎn)品相對穩(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。專用夾具的設計制造周期較長，隨著現(xiàn)代多品種及中、小批生產(chǎn)的發(fā)展，專用夾具在適應性和經(jīng)濟性等方

10、面已產(chǎn)生許多問題。（3）可調(diào)夾具可調(diào)夾具是針對通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。對不同類型和尺寸的工件，只需調(diào)整或更換原來夾具上的個別定位元件和夾緊元件便可使用。可調(diào)夾具在多品種、小批量生產(chǎn)中得到廣泛應用。（4）組合夾具組合夾具是一種模塊化的夾具，并已商品化。標準的模塊元件具有較高精度和耐磨性，可組裝成各種夾具，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)準備周期，元件能重復多次使用，并具有可減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點；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)濟的夾具。2.3銑床專用夾具的設計原則（1）由于銑削過程不是連續(xù)切削，且加工余量較大，

11、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都可能在變化，致使在銑削過程中產(chǎn)生振動。因此銑床夾具要有足夠的夾緊力，夾具結構要有足夠的剛性。（2）為了提高銑床夾具的剛性，工件待加工的表面應盡量不超出工作臺，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，一般夾具高與寬之比為1：1.25。（3）對于以鑄、鍛件毛坯面定位的銑夾具，應以毛坯圖作為設計夾具的依據(jù)，以免對工件毛坯余量尺寸和形狀誤差、分型面或澆冒口等問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計圖3-1所示拔叉零件， 要求設計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

12、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，槽側面與E面的距離120.2mm，槽底面與B面平行。3.1定位方案3.1.1六點定位原理當工件在不受任何條件約束時，其位置是任意的不確定的。設工件為一理想的鋼體，并以一個空間直角坐標作為參照來觀察鋼體的位置變動。由理論力學可知，在空間處于自由狀態(tài)的鋼體，具有六個自由度，即沿著X、Y、Z三個坐標軸的移動和繞著這三個坐標軸的轉動，如圖3-1拔叉零件圖所示。用X、Y、Z分別表示沿三個坐標軸的移動和繞著這三個坐標軸轉動的自由度。六個自由度是工件在空間位置不確定的最高程度。定位的任務，就是要限制工件的自由度。在

13、夾具中，用分別適當?shù)呐c工件接觸的六個支撐點，來限制工件六個自由度的原理，稱為六點定位原理。3.1.2應用定位原理幾種情況（1）完全定位工件的六個自由度全部被限制，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，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，少于六個支撐點的定位稱為部分定位。在滿足加工要求的前提下，采用部分定位可簡化定位裝置，在生產(chǎn)中應用很多。如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平面只需限制三個自由度。（3）過定位（重復定位）一般情況下，應該避免使用過定位。通常，過定位的結果將使工件的定位精度受到影響，定位不確定可使工件（或定位件）產(chǎn)生變形，所以在一般情況下

14、，過定位是應該避免的。過定位亦可合理應用雖然工件在夾具中定位，通常要避免產(chǎn)生“過定位”，但是在某些條件下，合理地采用“過定位”，反而可以獲得良好的效果。這對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，銑通槽時應限制五個自由度，即沿x軸移動的自由度不需要限制，但若在此方向設置一止推支撐，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2（與工件26H7孔配合）限制工件五個自由度，另設置一防轉擋銷實現(xiàn)六點定位。為了提高工件的裝夾剛度，在C處加一輔助支承。方案II：

15、工件以26H7孔作為主要定位基面，用長銷3和支承釘4限制工件五個自由度，另設置一防轉擋銷實現(xiàn)六點定位。在C處也加一支承。方案III：工件以26H7孔為主要定位基面，用長銷3和長條支承板5限制兩個自由度，限制工件六個自由度，其中繞z軸轉動的自由度被重復限制了，另設置一防擋銷。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軸轉動的自由度由E面限制，定位基準與設計基準不重合，不利于保證槽的中心平面與26H7孔軸線的垂直度。方案II中雖然定位基準與設計基準重合，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，

16、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，則過定位的影響甚小。在對工件施加夾緊力P時，工件的變形也很小，且定位基準與設計基準重合。綜上所述，方案III較好。計算定位誤差:除槽寬14H11由銑刀保證外，本夾具要保證槽側面與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，因此只需計算上述兩項加工要求的定位誤：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，而對著支撐板的夾緊機

17、構可采用鉤形壓板，使結構緊湊，操作方便。3.3對刀方案加工槽的銑刀需兩個方向對刀，故應采用直角對刀塊。3.4夾具體與定位鍵為保證工件在工作臺上安裝穩(wěn)定，應按照夾具體的高寬比不大于1.25的原則確定其寬度，并在兩端設置耳座，以便固定。為了使夾具在機床工作臺的位置準確及保證槽的中心平面與26H7孔軸線垂直度要求，夾具體底面應設置定位鍵，定位鍵的側面應與長銷的軸心線垂直。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)等場合，在批量生產(chǎn)也可以利用組合夾具代替臨時短缺的專用夾具，以滿足生產(chǎn)要求。用組合夾具元件可以組裝成各類機床夾

18、具。數(shù)控機床和柔性制造單元的出現(xiàn)，更加推動了組合夾具技術的進步，擴大了組合夾具的應用范圍。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。我國的槽系列組合夾具可以滿足普通機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。適用于各系列組合夾具的工件范圍見表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 50025025012mm系列 1500100050016mm系列 250025001000應當指出，由于組合夾具有很大的機動性和靈活性，表4-1中所介紹的可加工工件的最

19、大輪廓尺寸，僅是一般情況下的參考數(shù)據(jù)，通過熟練的組合技術，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過渡元件共同組裝在一套組合夾具上，以達到縮小組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我國目前生產(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)元件的結構、形狀和用途而劃分的。按其用途不同，可分為八大類，參見表4.2。另有一類是組合夾具組裝工具和輔具。分別用