第2章 工件的裝夾與夾具設(shè)計

第2章工件的裝夾與夾具設(shè)計

2.1概述2.1.1夾具的基本概念夾具的含義

夾具是指在機床上用以裝夾工件的一種裝置。夾具的功用

(1)保證加工質(zhì)量，使工件相對于機床或刀具保持正確位置。(2)提高生產(chǎn)率，降低成本。(3)擴大了機床的工藝范圍。(4)減輕了工人勞動強度，保證生產(chǎn)安全。2.1.1

夾具的基本概念夾具的組成圖2-42銑軸端槽夾具1—V型塊2—支撐套3—手柄4—定向鍵5—夾具體6—對刀塊1236411）定位元件及裝置；6）其他元件及裝置（防護、防錯、分度…）。5）夾具體；4）連接元件；3）對刀及導(dǎo)向元件；2）夾緊元件及裝置；夾具的分類1）通用夾具：三爪、四爪卡盤，平口鉗等。2）專用夾具：為某一工件特定工序?qū)ｉT設(shè)計的夾具。3）通用可調(diào)整夾具及成組夾具：夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調(diào)整，以適應(yīng)不同零件的加工。4）組合夾具：由一套預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件組合而成。根據(jù)工件的工藝要求，組裝成各種專用夾具。使用后，元件可拆開、洗凈后存放，待需要時重新組裝。適用于新產(chǎn)品試制和單件小批生產(chǎn)。5）隨行夾具：在自動線或柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。◆按夾具使用范圍劃分2.1.1

夾具的基本概念2.1.1

夾具的基本概念三爪卡盤四爪卡盤萬向平口鉗回轉(zhuǎn)工作臺分度頭圖2-2通用夾具圖2-3組合夾具實例2.1.1機床夾具可分為鉆床夾具、銑床夾具、車床夾具、磨床夾具等?！舭词褂脵C床劃分可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、真空夾具、電動夾具等。◆按夾緊力源劃分2.1.1夾具的基本概念夾具的分類氣動虎鉗液壓夾具圖2-4夾具

獲得加工表面之間位置精度有兩種情況，一種是零件比較簡單，可以在一次安裝中，將有相互位置要求的幾個表面同時加工出來。因此，其位置精度主要取決于機床部件之間的位置精度和運動精度，一般可獲得較高的位置精度。另一種是零件比較復(fù)雜，有相互位置要求的表面不能在一次安裝中連續(xù)加工。這時，由于需要多次安裝，因此，其加工表面的位置精度還與安裝精度有關(guān)。常用的保證位置精度的安裝方法有：直接找正安裝法、劃線找正安裝法和機床夾具安裝法。2.1.2工件裝夾2.1.2工件裝夾直接找正裝夾裝夾的含義

裝夾又稱安裝，包括定位和夾緊兩項內(nèi)容。定位

—使工件在機床或夾具上占有正確位置。夾緊

—對工件施加一定的外力，使其已確定的位置在加工過程中保持不變。工件裝夾方法是指用測量工具在機床或通用夾具上直接找正工件，使其加工表面相對于刀具獲得正確位置的安裝方法。2.1.2工件裝夾

圖2-5直接找正安裝精度高，效率低，對工人技術(shù)水平高。如:在普通車床上加工階梯軸，若待加工的圓柱面要求與已加工的圓柱面同軸，就可在卡盤中用劃針找正己加工圓柱面與機床主軸回轉(zhuǎn)軸線同軸后進行加工。找正誤差與工人的技術(shù)水平和細(xì)心程度有關(guān)。直接找正法示例a）磨內(nèi)孔時工件的找正b）刨槽時工件的找正對形狀復(fù)雜，加工面多的零件，直接找正較為困難，如對孔系的加工，常用劃針在毛坯上按零件圖要求先劃線，畫出中心線、對稱線或各加工表面的加工位置，然后，按其劃線找正工件在機床上的正確位置。這種方法稱為劃線找正安裝法。劃線找正裝夾毛坯孔加工線找正線圖2-6劃線找正安裝精度不高，效率低，多用于形狀復(fù)雜的鑄件。特點:劃線找正的誤差較大，因為線寬約有0.2-0.5mm，且劃線時也會有誤差。劃線時雖能兼顧各表面的加工余量、壁厚和裝配要求等因素，但由此也增加了劃線時間，又需技術(shù)水平高的劃線工。這種安裝法也僅在單件小批量生產(chǎn)中使用劃線找正裝夾是先將機床夾具以正確位置安裝于機床上，工件按定位原理在夾具上定位并夾緊。夾具裝夾2.1.2工件裝夾圖2-7工件在夾具上裝夾（滾齒夾具）夾具裝夾精度和效率均高，廣泛采用。特點:1)當(dāng)工件以精基準(zhǔn)在夾具上定位時，工件的重復(fù)定位誤差可以小至0.01--0.02mm。重復(fù)定位誤差穩(wěn)定且小，易于保證加工精度；2）用夾具安裝的，裝卸方便，大大地減輕工人勞動強度。節(jié)省輔助時間，能大大地提高生產(chǎn)率，操作技術(shù)要求低，但夾具設(shè)計、制造周期長，費用高，只有在大批、大量生產(chǎn)中才得以廣泛使用。夾具裝夾第2章工件的裝夾與夾具設(shè)計

2.2工件的定位2.2.1定位原理

圖2-8六點定位原理XZY

六點定位原理要確定其空間位置，就需要限制其6個自由度。將6個支承抽象為6個“點”，6個點限制了工件的6個自由度，這就是六點定位原理。任何一個物體在空間直角坐標(biāo)系中都有6個自由度——用

表示。Z移動，X、Y軸旋轉(zhuǎn)自由度X移動，Z軸轉(zhuǎn)動自由度Y移動自由度工件的6個自由度均被限制，稱為完全定位。工件6個自由度中有1個或幾個自由度未被限制，稱為不完全定位。完全定位與不完全定位不完全定位主要有兩種情況：①工件本身相對于某個點、線是完全對稱的，則工件繞此點、線旋轉(zhuǎn)的自由度不需限制。例如球體繞過球心軸線的轉(zhuǎn)動，圓柱體繞自身軸線的轉(zhuǎn)動等。②工件加工要求不需要限制某一個或某幾個自由度。如加工平板上表面，要求保證平板厚度及與下平面的平行度，則只需限制3個自由度就夠了。2.2.1定位原理

2.2.1定位原理

完全定位與不完全定位圖2-9工件應(yīng)限制的自由度ZYXa）限制3個自由度ZYXb）限制5個自由度ZYXc）限制6個自由度ZYXd）限制2個自由度限制4個自由度限制2個自由度

e）ZYX限制4個自由度f）ZYX限制5個自由度欠定位工件加工時必須限制的自由度未被完全限制，稱為欠定位。欠定位不能保證工件的正確安裝，是不允許的。圖2-10欠定位示例XZYa）B2.2.1定位原理

B欠定位b）B正確定位過定位過定位—工件某一個自由度（或某幾個自由度）被重復(fù)約束，稱為過定位。過定位是否允許，要視具體情況而定：

1）如果工件的定位面經(jīng)過機械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，則過定位是允許的。有時還是必要的，合理的過定位不僅不會影響加工精度，還會起到加強工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用。

2）反之，如果工件的定位面是毛坯面，或雖經(jīng)過機械加工，但加工精度不高，這時過定位一般是不允許的，因為它可能造成定位不準(zhǔn)確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生定位干涉等情況。2.2.1定位原理

過定位分析圖2-12過定位示例a）ZYXYc）非過定位ZYXY2.2.1定位原理

b）ZYYX

過定位分析圖2-13過定位示例XYa)過定位ZYb)合理定位ZYXY2.2.1定位原理

刀柄主軸拉桿漲套過定位應(yīng)用圖2-14HSK刀柄與傳統(tǒng)刀柄結(jié)構(gòu)HSK刀柄傳統(tǒng)刀柄1:107:24間隙主軸拉桿刀柄2.2.2定位原理

定位端面配合錐面

過定位討論如圖示，齒輪坯以內(nèi)孔和一小端面定位，車削外圓和大端面。加工后檢測發(fā)現(xiàn)大端面與內(nèi)孔垂直度超差。試分析原因，提出改進意見。4A0.02A間隙配合剛性心軸圖2-15過定位示例2.2.2定位原理

圖2-15a過定位引起夾緊變形2.2.2定位原理

橡膠墊圖2-15b過定位處理分析2.2.2定位原理

討論分析圖示定位方案：①各方案限制的自由度；②有無欠定位或過定位；③對不合理的定位方案提出改進意見。

b）XZYXc）XZYXa）YXZ圖2-16過定位分析2.2.2定位原理

a）過定位YXZa2）合理定位YXZa1）合理定位YXZ圖2-16a過定位示例分析2.2.2定位原理

b）過定位XZYXb1）XZYXXZb2）合理定位YXXZb3）YX圖2-16b過定位示例分析2.2.2定位原理

有過定位，提高V形塊的制造與導(dǎo)向精度，可解決此問題有過定位，提高相關(guān)精度，可解決此問題c2）YXXZ圖2-16c過定位示例分析2.2.2定位原理

c）XZYX有過定位，提高V形塊的制造與導(dǎo)向精度，可解決此問題合理定位圖2-17工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承釘、支承板、夾具支承件和夾具體的凸臺及平面等。ZXY2.2.3定位方法與定位元件

工件以平面定位ZXYZXYZXYZXYZXY2.2.3定位方法與定位元件

圖2-18支承釘與支承板a)支承釘b)支承板固定支承2.2.3定位方法與定位元件

可調(diào)支承圖2-19可調(diào)支承2.2.3定位方法與定位元件

圖2-20自位支承自位支承圖2-21工件以圓孔定位工件以圓孔定位多屬于定心定位，常用的定位元件有定位銷和心軸。定位銷有圓柱銷、圓錐銷、菱形銷等形式；心軸有剛性心軸、彈性心軸之分。XYZXYZXYZXYZXYZXYZ2.2.3定位方法與定位元件

工件以圓孔定位2.2.3定位方法與定位元件

定位銷圖2-22常用的定位銷2.2.3定位方法與定位元件

剛性心軸圖2-23剛性心軸2.2.3定位方法與定位元件

工件以外圓定位常用于外圓表面的定位元件有：定位套、V型塊等。圖2-24定位套2.2.3定位方法與定位元件

圖2-25V形塊除平面、圓孔、外圓柱面外，工件有時還可能以其它表面（如圓錐面、漸開線齒面、曲面等）定位。圖2-26工件以錐孔定位2.2.3定位方法與定位元件

工件以其他表面定位限制5個自由度在多個表面同時參與定位情況下，各定位表面所起作用有主次之分。定位點數(shù)最多的表面為主要定位面、位點數(shù)次多的表面為次定位基準(zhǔn)面。2.2.3定位方法與定位元件

定位表面的組合XZY圖2-27工件在兩頂尖上定位在分析多個表面定位情況下各表面限制的自由度時，分清主次定位面很重要。主要定位基準(zhǔn)，限制X、Y、Z自由度次基準(zhǔn)，與主基準(zhǔn)一起限制X、Y自由度基準(zhǔn)概念2.2.4基準(zhǔn)零件是由若干表面組成，各表面之間都有一定的尺寸和相互位置要求。用以確定零件上點、線、面間的相互位置關(guān)系所依據(jù)的點、線、面稱為基準(zhǔn)按作用不同分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)設(shè)計基準(zhǔn)設(shè)計圖樣上所采用的基準(zhǔn)工藝基準(zhǔn)在工藝中采用的基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)按用途不同，又分為工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)、對刀基準(zhǔn)加工時使工件在機床或夾具中占據(jù)正確位置所用的基準(zhǔn)工藝基準(zhǔn)零件檢驗時，用以測量已加工表面尺寸及位置的基準(zhǔn)裝配時用以確定零件在部件或產(chǎn)品中位置的基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)測量基準(zhǔn)裝配基準(zhǔn)工序基準(zhǔn)工序圖上用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸、形狀、位置調(diào)整刀具與機床的相對位置的基準(zhǔn)對刀基準(zhǔn)未經(jīng)機械加工定位基準(zhǔn)經(jīng)過機械加工工藝需要專門設(shè)計粗基準(zhǔn)精基準(zhǔn)附加基準(zhǔn)2.2.5定位誤差

定位誤差的概念如圖2-28在軸上銑鍵槽，采用V型塊定位，鍵槽銑刀按規(guī)定尺寸H調(diào)整好位置，分析其定位誤差。圖2-28定位誤差HOAO2O1ΔDW定位誤差是由于工件在夾具上（或機床上）定位不準(zhǔn)確而引起的加工誤差。實際加工時，由于工件直徑存在公差，會使軸心位置發(fā)生變化，進而使工序尺寸H也發(fā)生變化。定位誤差1）由于工件定位表面或夾具定位元件制作不準(zhǔn)確引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)位置誤差。2）由于工件的工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差，稱為基準(zhǔn)不重合誤差。圖2-29所示工件以底面定位銑臺階面，要求保證尺寸a。2.2.5定位誤差

定位誤差的來源ba圖2-29由于基準(zhǔn)不重合引起的定位誤差定位基準(zhǔn)工序基準(zhǔn)ΔDW基準(zhǔn)不重合誤差2.2.5定位誤差

定位誤差計算工件的定位誤差實質(zhì)上就是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量。用幾何方法計算定位誤差通常要畫出工件的定位簡圖，并在圖中夸張地畫出工件變動的極限位置；然后運用幾何知識，求出工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動量，即可求出定位誤差。1)用幾何方法計算定位誤差當(dāng)工件孔徑為最大，定位銷的直徑為最小時，孔處在左右兩個極限位置。【解】2.2.5定位誤差

【例2-1】圖2-30所示為孔與銷間隙配合的情況，銷垂直放置，若工件的工序基準(zhǔn)為孔心，試確定其定位誤差。式中ΔDW—定位誤差；

Dmax—工件定位孔最大直徑;

dmin—夾具定位銷最小直徑。圖2-30孔與銷間隙配合時的定位誤差DmaxdminO定位誤差均為：O2ΔDWO12.2.5定位誤差

當(dāng)工件孔與夾具定位銷保持固定邊接觸時(或銷子水平放置），定位誤差為孔徑公差的一半。此時，定位誤差是由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合所造成的，屬于基準(zhǔn)不重合誤差，與定位銷直徑無關(guān)。圖2-31孔與銷間隙配合固定邊接觸時定位誤差OO1DminDmaxΔDWO2定位誤差為：2.2.5定位誤差

2.用微分方法計算定位誤差【例2-2】工件在V型塊上定位銑鍵槽，計算定位誤差。要求保證的工序尺寸和工序要求：①槽底至工件外圓中心的距離H；②鍵槽對工件外圓中心的對稱度。圖2-32外圓表面在V型塊上的定位誤差HBαOAOA=Sin(α/2)OB=Sin(α/2)d對上式求全微分，得到：d(OA)=Sin(α/2)1

d(d)－4Sin2(α/2)dcos(α/2)

d(α)對于第1項要求，寫出O點至加工尺寸方向上某一固定點如V型塊兩斜面交點A的距離：以微小增量代替微分，并將尺寸誤差視為微小增量，且考慮到尺寸誤差可正可負(fù)，各項誤差均取絕對值，得到工序尺寸H的定位誤差：2.2.5定位誤差

（2-8）式中Td

—工件外圓直徑公差；

Tα—V型塊兩斜面夾角角度公差。若忽略V型塊兩斜面夾角的角度公差，可以得到用V型塊對外圓表面的定位誤差為：（2-9）若忽略V型塊兩斜面夾角的角度公差，可以得到用V型塊對外圓表面的定位誤差為：2.2.5定位誤差

工件工序基準(zhǔn)為外圓下母線時，由右圖得：圖2-33外圓表面在V型塊上的定位誤差b）H1BOAC2.2.5定位誤差

若工件工序基準(zhǔn)為外圓上母線時，由右圖得：圖2-33外圓表面在V型塊上的定位誤差c）H2BdOAC若忽略V型塊兩斜面夾角的角度公差，可以得到用V型塊對外圓表面的定位誤差為：

關(guān)于鍵槽對工件外圓中心的對稱度要求。圖2-32外圓表面在V型塊上的定位誤差HBαOA2.2.5定位誤差

若忽略工件的圓度誤差和V型塊角度偏差，可以認(rèn)為工序基準(zhǔn)在水平方向上的位置變動量為零，即定位誤差為零。2.2.5定位誤差

3.組合定位誤差【例2-3】一面兩銷定位誤差分析計算。圖2-34一面兩銷的定位誤差2.2.5定位誤差

直線位移誤差圖2-35兩銷定位的直線位移誤差O1O2O11O21O12O22極端情況為：工件內(nèi)孔1的直徑尺寸最大、定位銷1直徑尺寸最小，極端位置為最左、最右兩種情況。ΔO1ΔO1=Dmax－dmin式中ΔO1——定位誤差；

D1max——工件定位孔最大直徑；

d1min——夾具定位銷最小直徑。2.2.5定位誤差角位移誤差圖2-36兩銷定位的角位移誤差O1O2極端情況為：工件內(nèi)孔1、2的直徑尺寸最大、定位銷1、2直徑尺寸最小，極端偏擺為上、下最大轉(zhuǎn)角兩種情況。O11O21O12O22Δdw-ΔdwO12O22O'12O'22O2O1LO1O2O12O22ΔdwO12O22O'12O'22O2O1L角位移誤差2.2.5定位誤差第2章工件的裝夾與夾具設(shè)計

2.3工件的夾緊2.3.1夾緊裝置的組成及基本要求組成（1）力源裝置.人力、氣動、液動、電動等。（2）中間傳力機構(gòu)（3）夾緊元件作用1）改變作用力的方向；2）改變作用力的大?。?）使夾緊實現(xiàn)自鎖。1）夾緊時不破壞工件定位后的正確位置；2）夾緊力大小要適當(dāng)；并能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié),工件在夾緊后的變形和受壓表面的損傷不應(yīng)超出允許的范圍；

3）應(yīng)有足夠的夾緊行程；4）手動時要有自鎖性能：5）夾緊動作要迅速、可靠；6）結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造與維修。基本要求牢、準(zhǔn)、快2.3.2.夾緊力的確定必須合理確定夾緊力的三要素：大小、方向和作用點

(1)夾緊力方向的確定

1）主要夾緊力方向應(yīng)垂直于主要定位面

2）夾緊力的作用方向應(yīng)使所需夾緊力最小

3）夾緊力的作用方向應(yīng)使工件變形盡可能小

(２)夾緊力作用點的確定

1）夾緊力應(yīng)作用在剛度較好部位

2）夾緊力作用點應(yīng)正對支承元件或位于支承元件

形成的支承面內(nèi)3）夾緊力作用點應(yīng)盡可能靠近加工表面(３)夾緊力大小的估算

夾緊力的大小根據(jù)切削力、工件重力的大小、方向和相互位置關(guān)系具體計算，并乘以安全系數(shù)K，一般精加工K=1.5～2，粗加工K=

2.5～3。2.3.3.常用夾緊機構(gòu)（1）斜楔夾緊機構(gòu)利用斜面移動所產(chǎn)生的壓力夾緊工件。以斜楔為研究對象，夾緊時根據(jù)靜力平衡原理，有

FQ=F1+FRXF1=FJtanΦ1FRX=FJtan(α＋Φ2)FJ=FQ/[tanΦ1＋tan(α＋Φ2)]設(shè)Φ1=Φ2=Φ，當(dāng)α≤10°，可用下式近似計算FJ=FQ/(

tanα＋2Φ)夾緊力FQ去除，斜楔受到F1、FRX作用，要能自鎖，必須滿足下式

F1＞FRXF1=FJtanΦ1FRX=FJtan(α－Φ2)tanΦ1＞tan(α－Φ2)即Φ1＞(α－Φ2)或α＜Φ1＋Φ2一般Φ1=Φ2=Φ=5～7°，故當(dāng)α＜10～14°時自鎖，一般取α=6～8°斜楔夾緊的特點：

1）有增力作用，擴力比i=FJ/FQ

，約等于3；2）夾緊行程小,h/s=tanα，故h遠小于s；3）結(jié)構(gòu)簡單，但操作不方便。主要用于機動夾緊，且毛坯質(zhì)量較高的場合。（2）偏心夾緊機構(gòu)常見的偏心輪—壓板夾緊機構(gòu)1）圓偏心夾緊原理及其幾何特性

偏心夾緊實質(zhì)是一種斜楔夾緊，但各點升角不等，m、n處升角為0，P處升角最大。

2）圓偏心夾緊的自鎖條件

P點夾緊時能自鎖，則可保證其余各點均可自鎖自鎖條件αp≤

Φ1＋Φ2

tanαp=2e/D≈αp為安全起見取Φ1=02e/D≤Φ2≈μ2,取μ2=0.1~0.15,D/e≥14～20自鎖,D/e叫偏心輪的偏心特性，表示偏心輪的工作可靠性3）圓偏心夾緊的夾緊力

3）圓偏心夾緊的夾緊力

M=Pl=Q1ρ或Q1＝Pl/ρ

因為αp很小，Q1≈Q1cosαp=FQ

根據(jù)斜楔夾緊原理，得P點產(chǎn)生的夾緊力為Q＝FJ＝Pl/〔ρ(tanΦ1+tan（αp＋Φ2））〕

一般取l=(2～2.5)D，ρ≈D/2

擴力比約為12～134）圓偏心的夾緊行程確定夾緊行程hPE需考慮如下因素：夾緊工件尺寸公差、裝卸間隙、夾緊變形及磨損貯備量等

hPE≥T+Δ間+Δ貯偏心距e為e=hPE/(cosγP-cosγE)若取P點左右各45°圓弧作為工作段，則

e=hPE/(cos45°

-cos135°)=hPE/1.1414

圓偏心輪夾緊力小，行程小，自鎖性不太好，用于切削力小，無振動，工件尺寸公差不大的場合。（3）螺旋夾緊機構(gòu)螺旋夾緊特點：1）結(jié)構(gòu)簡單，自鎖性好，夾緊可靠；2）擴力比約為80,遠比斜楔夾緊力大；3）夾緊行程不受限制；4）夾緊動作慢，輔助時間長，效率低（4）其它夾緊機構(gòu)1）螺旋壓板夾緊機構(gòu)2）螺旋定心夾緊機構(gòu)3）聯(lián)動夾緊機構(gòu)4）多件夾緊機構(gòu)（5）夾緊動力裝置氣動、液壓、電磁、真空等氣—液壓組合夾緊2.3.4夾具的連接元件、對刀裝置和引導(dǎo)元件(1).連接元件(2).對刀裝置(3).引導(dǎo)元件2.3.5常見機床夾具（1）鉆床夾具

（2）銑床夾具（3）車床夾具（4）成組夾具（5）組合夾具（6）隨行夾具.北汽福田汽車股份有限公司蒙派克工廠右舵輕客（左右舵車型切換）車身總成裝焊線改造的設(shè)計、加工制造、安裝調(diào)試與現(xiàn)場服務(wù)。2.3.6汽車焊接夾具示例.河北長安汽車股份有限公司SC6393車身左右側(cè)圍裝焊夾具改造的設(shè)計、加工制造、安裝調(diào)試與現(xiàn)場服務(wù)。.北京汽車制造廠有限公司007皮卡左右側(cè)圍焊接總成焊裝線的設(shè)計、加工制造、安裝調(diào)試與現(xiàn)場服務(wù)。

.長安汽車(集團)重慶長安跨越車輛有限公司CY5車身焊接夾具的設(shè)計、加工制造與安裝調(diào)試與現(xiàn)場服務(wù).鄭州日產(chǎn)汽車股份有限公司D22車架焊接總成裝焊線的設(shè)計、加工制造、安裝調(diào)試與現(xiàn)場服務(wù).北汽福田南海汽車廠皮卡系列三種車架焊接總成裝焊線的設(shè)計、加工制造、安裝調(diào)試與現(xiàn)場服務(wù).北京汽車制造廠有限責(zé)任公司S12副車架焊接總成裝焊夾具的設(shè)計、加工制造、安裝調(diào)試與現(xiàn)場.奇瑞汽車有限公司P11（SUV）車架焊裝線改造項目設(shè)計、制造、安裝調(diào)試。.北京汽車制造廠有限責(zé)任公司007項目車架焊接總成裝焊線的設(shè)計、制造、安裝調(diào)試。第2章工件的裝夾與夾具設(shè)計

2.4夾具設(shè)計2.4.1夾具設(shè)計的步驟

1)收集和研究有關(guān)資料（1）生產(chǎn)批量；（2）零件圖及工序圖；（3）零件工藝規(guī)程；（4）夾具典型結(jié)構(gòu)及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2)確定夾具的結(jié)構(gòu)方案(1)確定工件的定位方式和定位元件，進行定位誤差計算；(2)確定工件的夾緊方式，選擇合適的夾緊裝置；(3)選擇刀具的對準(zhǔn)及引導(dǎo)元件；(4)確定其它元件或裝置的結(jié)構(gòu)形式；(5)協(xié)調(diào)各元件、裝置的布局，確定夾具體的總體結(jié)構(gòu)。(6)夾具工作精度的分析計算2.4.1夾具設(shè)計的步驟

3)繪制夾具總圖4)確定并標(biāo)注有關(guān)尺寸、配合及技術(shù)條件(1)應(yīng)標(biāo)注的尺寸及配合①工件與定位元件的聯(lián)系尺寸；②夾具與刀具的聯(lián)系尺寸；③夾具與機床的聯(lián)系尺寸；④夾具內(nèi)部的配合尺寸；⑤夾具的外廓尺寸。

(2)應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)條件①定位元件之間或定位元件與夾具體底面間的位置要求；②定位元件與連接元件間的位置要求；③對刀元件與連接元件間的位置要求；④定位元件與導(dǎo)引元件的位置要求。例1（1）熟悉工件零件圖以及本工序的加工要求該零件中批生產(chǎn)，材料為45鋼。該銑槽工序在X6130臥銑上用三面刃銑刀加工。本工序加工要求為（1）槽寬12+0.27mm。（2）槽底至工件底面的位置尺寸62±0.01mm。（3）槽兩側(cè)面對孔軸線的對稱度0.2mm。（4）槽底面對工件B面的垂直度0.10mm。（1）熟悉工件零件圖以及本工序的加工要求1）自由度分析建立坐標(biāo)系（2）確定定位方案①為保證槽底面至工件B面的垂直度0.10mm

，應(yīng)限制工件、，選B面作定位基準(zhǔn)

。1）自由度分析（2）確定定位方案②為保證工序尺寸62土0.10mm，應(yīng)限制工件、，選A面為定位基準(zhǔn)。1）自由度分析（2）確定定位方案③為保證槽兩側(cè)面對mm孔軸線的對稱度，應(yīng)限制工件，選孔軸線定位基準(zhǔn)。1）自由度分析（2）確定定位方案④為了方便地控制刀具的走刀位置，還應(yīng)限制工件。因而工件的六個自由度都被限制。1）自由度分析（2）確定定位方案本道工序工件的定位面是后平面B、底平面A和mm孔。夾具上相應(yīng)的定位元件選為支承板、支承釘和菱形定位銷。2）選擇定位元件旋轉(zhuǎn)：Z、X移動:Y旋轉(zhuǎn)：Y移動:Z旋轉(zhuǎn)：移動:X（2）確定定位方案

定位平面B所用的支承板參考JB／T8029.1—1999中的定位支承板進行設(shè)計。定位平面A的定位支承釘以及菱形定位銷按實際需要在JB／T8029.2—1999中選取。

（3）確定定位元件尺寸、極限偏差和定位元件間位置尺寸及其極限偏差（3）確定定位元件尺寸、極限偏差和定位元件間位置尺寸及其極限偏差確定支承釘定位表面到菱形定位銷中心的名義尺寸及其極限偏差Ld=L±δd。其中l(wèi)取工件相應(yīng)尺寸的平均尺寸，公差取相應(yīng)尺寸公差的1／4，則有

Ld=23±0.02mm。（其中，查閱手冊b=3）（3）確定定位元件尺寸、極限偏差和定位元件間位置尺寸及其極限偏差最后確定菱形定位銷圓柱部分的直徑及其極限偏差，則菱形定位銷和定位孔配合的最小間隙Xmin為公差按IT7選取，則（3）確定定位元件尺寸、極限偏差和定位元件間位置尺寸及其極限偏差菱形定位銷圓柱部分的直徑為

①槽寬12+0.27mm的定位誤差

該尺寸由銑刀直接保證，不存在定位誤差。（4）分析計算定位誤差平面定位時，基準(zhǔn)位移誤差忽略不計，△Y=0（4）分析計算定位誤差②槽底至工件底面位置尺寸62土0.10mm的定位誤差定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，△B=0故△D=△B+△Y=0③槽兩側(cè)面對孔軸線的對稱度0.2mm的定位誤差工件以φ14孔軸線定位，定位基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)重合，△B=0。（4）分析計算定位誤差菱形定位銷圓柱部分直徑和定位孔配合時產(chǎn)生的最大間隙將直接影響對稱度要求?！鱕約為對稱度允差的1／2，應(yīng)采取措施減小該項誤差。（4）分析計算定位誤差0.097mm仍接近加工允差0.2mm的1／2。減少對稱度定位誤差的措施①提高菱形定位銷圓柱部分的制造精度，將菱形定位銷圓柱部分精度提高到IT6級。這時孔的尺寸為，公差為0.027mm②在提高菱形定位銷圓柱部分精度的基礎(chǔ)上，將φ14孔的精度提高到IT8級。減少對稱度定位誤差的措施有約0.12mm的加工精度預(yù)留量，可以保證對稱度加工要求。通過鉆、鉸加工仍能保證孔的加工要求。

④槽底面對工件B面的垂直度的定位誤差定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合，△B=0。平面定位，基準(zhǔn)位移誤差△Y=0。故△D=△B+△Y=0（4）分析計算定位誤差在對稱銑削情況下FH=（0.2~0.3）Fc

FV=（1.0~1.2）Fc

(5)確定夾緊方式，設(shè)計夾緊機構(gòu)1）計算切削力及所需夾緊力

如下圖所示，加工時，工件受到切削合力F′，可分解為水平和垂直方向的切削分力FH、FV，切向銑削力Fc。式中Fc——銑削力，N；CFc——影響系數(shù)，大小與實驗條件有關(guān)；ae——銑削寬度，mm；fz——每齒進給量，mm／齒；d0——銑刀直徑，mm；ap——銑削深度，mm；Z——銑刀齒數(shù)；KFc——修正系數(shù)。切向銑削力Fc為1）計算切削力及所需夾緊力(5)確定夾緊方式，設(shè)計夾緊機構(gòu)1）計算切削力及所需夾緊力已知：CFc=68.3，ae=3mm，fz=0.15mm／齒，d0=100mm，ap=12mm，Z=12；故水平分力和垂直分力FH=0.3Fc=348N;FV=1.1,Fc=1275N(5)確定夾緊方式，設(shè)計夾緊機構(gòu)由于工件主定位面是B面，故選擇夾緊力的作用方向為水平方向作用于B面上。當(dāng)夾緊力水平作用于工件上時，所需要的計算夾緊力F應(yīng)為：實際所需夾緊力與計算夾緊力之間的關(guān)系為（K為安全系數(shù)，取K=2.5）1）計算切削力及所需夾緊力(5)確定夾緊方式，設(shè)計夾緊機構(gòu)

方案A:為螺旋杠桿壓板夾緊機構(gòu)，夾緊時從夾具體背面擰緊夾緊螺母。2）設(shè)計夾緊機構(gòu)并驗算機構(gòu)產(chǎn)生的夾緊力a）方案B.鉸鏈壓板機構(gòu)，當(dāng)鉸鏈壓板轉(zhuǎn)開時，裝卸工件及清理切屑都很方便，這種結(jié)構(gòu)較好。2）設(shè)計夾緊機構(gòu)并驗算機構(gòu)產(chǎn)生的夾緊力b）式中η——夾緊機構(gòu)效率，取0.9；FQ——螺栓的許用夾緊力，N。2）設(shè)計夾緊機構(gòu)并驗算機構(gòu)產(chǎn)生的夾緊力圖b）所示的夾緊機構(gòu)所能產(chǎn)生的夾緊力，由下圖所示的壓板受力分析計算得鉸鏈壓板受力分析選定L1=L2，當(dāng)螺桿螺紋公稱直徑為M12時，查表可得FQ=5620N。FJ=2FQη=2×5620×0.9=10116N因FJ＞FJ需（=8988N），故夾緊方案可行。2）設(shè)計夾緊機構(gòu)并驗算機構(gòu)產(chǎn)生的夾緊力根據(jù)工件加工表面形狀，對刀元件可選用標(biāo)準(zhǔn)的直角對刀塊。它的直角對刀面應(yīng)和工件被加工槽形相對應(yīng)（間距等于3mm塞尺厚度），并把它安裝在夾具體的豎直板上。3）設(shè)計對刀元件、連接元件根據(jù)所選X6130型銑床T形槽的寬度，選用寬度B=14mm，公差帶為h6的A型兩個定位鍵來確定夾具在機床上的位置。3）設(shè)計對刀元件、連接元件夾具選用灰鑄鐵的鑄造夾具體?；竞穸冗x為22mm，并要在夾具體底部兩端設(shè)計出U形槽耳座，用于T形槽用螺栓緊固夾具。布置好夾具上各種元件、機構(gòu)、裝置之間的相對位置。4）設(shè)計夾具體根據(jù)工件在幾個視圖上的投影關(guān)系，分別畫出其輪廓線，如工件三視圖所示。(6)、繪制夾具總圖及制定技術(shù)要求1).繪制夾具總圖夾具總圖及其繪制步驟如下:工件三視圖安排定位元件，如定位元件布置圖所示。1)繪制夾具總圖定位元件布置圖布置夾緊裝置，如夾緊裝置布置圖所示。1)繪制夾具總圖夾緊裝置布置圖布置對刀元件、連接元件；設(shè)計夾具體并完成夾具總圖。1).繪制夾具總圖2).標(biāo)注總圖上的尺寸、公差配合與技術(shù)條件標(biāo)注尺寸、公差與配合夾