箱體夾具設計

箱體夾具設計,箱體,夾具,設計 目錄 第一章 概述………………………………………………………… 4 1.1設計夾具的意義…………………………………………… 4 1.2 夾具的發(fā)展史……………………………………………… 9 1.3 機床夾具的作用…………………………………………… 10 1.4 機床夾具的分類…………………………………………… 10 第二章 夾具的具體結構設計……………………………………… 15 2.1 工件分析…………………………………………………… 15 2.2 工件的定位方案的設計…………………………………… 16 2.3 工件的夾緊方案的設計…………………………………… 17 2.4 刀具的對刀方案設計……………………………………… 21 2.5 夾具的安裝方式及夾具體的結構型式…………………… 21 2.6液壓系統(tǒng)的設計與計算…………………………………… 24 第三章夾具的相關計算和精度校驗……………………………… 30 3.1定位銷的尺寸計算………………………………………… 30 3.2夾緊力的計算……………………………………………… 31 3.3加工誤差的分析…………………………………………… 33 第四章 夾具的安裝…………………………………………………36 5.1 夾具的安裝順序……………………………………………36 5.2 夾具在操作時的注意事項…………………………………37 結束語……………………………………………………………… 39 謝辭………………………………………………………………… 41 參考文獻…………………………………………………………… 42 第一章 概述 1.1設計夾具的意義 隨著科學技術的發(fā)展，各種新材料、新工藝和新技術不斷涌現(xiàn)，機械制造工藝正向著高質(zhì)量、高生產(chǎn)率和低成本方向發(fā)展。各種新工藝的出現(xiàn)，已突破傳統(tǒng)的依靠機械能、切削力進行切削加工的范疇，可以加工各種難加工材料、復雜的型面和某些具有特殊要求的零件。數(shù)控機床的問世，提高了更新頻率的小批量零件和形狀復雜的零件加工的生產(chǎn)率及加工精度。特別是計算方法和計算機技術的迅速發(fā)展，極大地推動了機械加工工藝的進步，使工藝過程的自動化達到了一個新的階段。 “工欲善其事，必先利其器?！? 工具是人類文明進步的標志。自20世紀末期以來，現(xiàn)代制造技術與機械制造工藝自動化都有了長足的發(fā)展。但工具（含夾具、刀具、量具與輔具等）在不斷的革新中，其功能仍然十分顯著。機床夾具對零件加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有著直接的影響。因此，無論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，夾具都是重要的工藝裝備。 1.2夾具的發(fā)展史 夾具在其發(fā)展的200多年歷史中，大致經(jīng)歷了三個階段：第一階段，夾具在工件加工、制造的各工序中作為基本的夾持裝置，發(fā)揮著夾固工件的最基本功用。隨著軍工生產(chǎn)及內(nèi)燃機，汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，夾具逐漸在規(guī)模生產(chǎn)中發(fā)揮出其高效率及穩(wěn)定加工質(zhì)量的優(yōu)越性，各類定位、夾緊裝置的結構也日趨完善，夾具逐步發(fā)展成為機床—工件—工藝裝備工藝系統(tǒng)中相當重要的組成部分。這是夾具發(fā)展的第二階段。這一階段，夾具發(fā)展的主要特點是高效率。在現(xiàn)代化生產(chǎn)的今天，各類高效率，自動化夾具在高效，高精度及適應性方面，已有了相當大的提高。隨著電子技術，數(shù)控技術的發(fā)展，現(xiàn)代夾具的自動化和高適應性，已經(jīng)使夾具與機床逐漸融為一體，使得中，小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)效率逐步趨近于專業(yè)化的大批量生產(chǎn)的水平。這是夾具發(fā)展的第三個階段，這一階段，夾具的主要特點是高精度，高適應性。可以預見，夾具在不一個階段的主要發(fā)展趨勢將是逐步提高智能化水平。 1.3 機床夾具的作用 （1）保證加工精度 用機床夾具裝夾工件，能準確確定工件與刀具、機床之間的相對位 置關系，可以保證加工精度。 （2）提高生產(chǎn)效率 機床夾具能快速地將工件定位和夾緊，可以減少輔助時間，提高生 產(chǎn)效率。 （3）減輕勞動強度 機床夾具采用機械、氣動、液動夾緊裝置，可以減輕工人的勞動強 度。 （4）擴大機床的工藝范圍 利用機床夾具，能擴大機床的加工范圍，例如，在車床或鉆 床上使用鏜?？梢源骁M床鏜孔，使車床、鉆床具有鏜床的功能。 1.4 機床夾具的分類 1．按夾具的應用范圍分類 （1）通用夾具 通用夾具是指結構已經(jīng)標準化，且有較大適用范圍的夾具，例如，車床 用的三爪卡盤和四爪卡盤，銑床用的平口鉗及分度頭等。 （2）專用機床夾具 專用機床夾具是針對某一工件的某道工序專門設計制造的夾具。專 用機床夾具適于在產(chǎn)品相對穩(wěn)定、產(chǎn)量較大的場合應用。 （3）組合夾具 組合夾具是用一套預先制造好的標準元件和合件組裝而成的夾具。組合 夾具結構靈活多變，設計和組裝周期短，夾具零部件能長期重復使用，適于在多品種單件小 批生產(chǎn)或新產(chǎn)品試制等場合應用。 （4）成組夾具 成組夾具是在采用成組加工時，為每個零件組設計制造的夾具，當改換 加工同組內(nèi)另一種零件時，只需調(diào)整或更換夾具上的個別元件，即可進行加工。成組夾具適 于在多品種、中小批生產(chǎn)中應用。 （5）隨行夾具 它是一種在自動線上使用的移動式夾具，在工件進入自動線加工之前， 先將工件裝在夾具中，然后夾具連同被加工工件一起沿著自動線依次從一個工位移到下一個 工位，直到工件在退出自動線加工時，才將工件從夾具中卸下。隨行夾具是一種始終隨工件 一起沿著自動線移動的夾具。 2．按使用機床類型分類 機床類型不同，夾具結構各異，由此可將夾具分為車床夾具、鉆床夾具、銑床夾具、鏜 床夾具、磨床夾具和組合機床夾具等類型。 3．按夾具動力源分類 按夾具所用夾緊動力源，可將夾具分為手動夾緊夾具、氣動夾緊夾具、液壓夾緊夾具、 氣液聯(lián)動夾緊夾具、電磁夾具、真空夾具等。 專用機床夾具的組成 夾具一般由下列元件或裝置組成: （1）定位元件 定位元件是用來確定工件正確位置的元件。被加工工件的定位基面與夾 具定位元件直接接觸或相配合。 （2）夾緊裝置 夾緊裝置是使工件在外力作用下仍能保持其正確定位位置的裝置。 （3）對刀元件、導向元件 對刀元件、導向元件是指夾具中用于確定（或引導）刀具相 對于夾具定位元件具有正確位置關系的元件，例如鉆套、鏜套、對刀塊等。 （4）連接元件 夾具連接元件是指用于確定夾具在機床上具有正確位置并與之連接的元 件，例如安裝在銑床夾具底面上的定位鍵等。 （5）其它元件及裝置 根據(jù)加工要求，有些夾具尚需設置分度轉位裝置、靠模裝置、工 件抬起裝置和輔助支承等裝置。 （6）夾具體 夾具體是用于連接夾具元件和有關裝置使之成為一個整體的基礎件，夾具 通過夾具體與機床連接。 定位元件、夾緊裝置和夾具體是夾具的基本組成部分，其它部分可根據(jù)需要設置。 第二章 夾具的具體結構設計 2.1工件分析 下圖所示為箱體的鏜孔工序簡圖。工序要求鏜47H7、80H7同軸孔系及兩端都為47H7孔系（兩組孔系互為90），兩組孔系中心距。47H7、80H7同軸孔系同軸度為0.02，表面粗糙度值為6.3m。兩端都為47H7孔系同軸度為兩端都為47H7孔系0.04，表面粗糙度值為6.3m。 先行工序以加工好的表面可作為本工序用的定位基準，即N端面和直徑皆為φ30H8的孔及M端面為定位基準。本次設計要一次性加工1個工件，在底面上進行夾緊。 圖2-1 鏜孔工序簡圖 2.2工件的定位方案 在加工箱體零件時，常用工件的面及孔作為定位基準，以使基準統(tǒng)一。此時，由M面、N面及和φ30H8相配的銷定位。這中定位方式簡單、可靠、夾緊方便。 根據(jù)箱體的結構、工序尺寸、形狀和位置精度要求，工件定位時需限制六個自由度。工件的定位基準和夾緊位置在工序圖上已經(jīng)規(guī)定，但在擬定定位、夾緊方案時，仍然應對其進行分析研究，考查定位基準的學則是否能滿足工件位置精度的要求，夾具的結構能否實現(xiàn)。在鏜孔箱體時，工件端面M在φ30H8孔的另一側，若以次端面為平面定位基準，可以達到與工序基準相重合，但是定位銷須設計成活動的銷，夾具的結構也較復雜。如果選擇與M面相對的另一端面為定位基準，則會引起基準不重合誤差?？紤]到孔系的定位公差較小，應該優(yōu)先保證定位誤差。夾具結構雖然有點復雜，但只要能保證加工工件的質(zhì)量要求，還是可以采用的。 在保證尺寸方面，以端面M和N為定位基準，可以做到基準重合，為了避免發(fā)生不過定位現(xiàn)象，采用一個削邊圓柱銷做定位元件。工件以兩面和一削邊銷為定位基準，限制了工件的六個自由度，屬于完全定位。 2.3工件的夾緊方案設計 一、對夾緊裝置的基本要求 機械加工過程中，為保持工件定位時所確定的正確位置，防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力等作用下發(fā)生位移和振動，機床夾具應設有夾緊裝置，將工件壓緊夾牢。夾緊裝置是否合理、可靠及安全，對工件加工的精度、生產(chǎn)率和工人的勞動條件有著重大的影響，為此提出下列基本要求： 1）夾緊過程中，不能改變工件定位后占據(jù)的正確位置。 2）夾緊力的大小要適當，既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變、振動小，又要使工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形。 3）夾緊裝置的自動化和復雜程度應富裕生產(chǎn)類型相適應，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結構要力求簡單，便于制造和維修。 4）夾緊裝置的操作應當方便、安全、省力。 5）夾緊裝置應具有良好的自鎖性能，以保證源動力暴動或消失后，仍能保持夾緊狀態(tài)。夾緊的目的是保證工件在夾具中的定位，不致因工時受切削力，重力或伴生離心力，慣性力，熱應力等的作用產(chǎn)生移動或振動。 夾緊裝置是夾具完成夾緊作用的一個重要的而不可以缺少的組成部分，除非工件在加工過程中所受到的各種力不會使它離開定位時所需確定的位置，才可以設有夾緊裝置。夾緊裝置設計的優(yōu)劣，對于提高夾緊的精度和加工作效率，減輕勞動強度都有很大的影響。分析各類夾具的基本功能要求可以將夾緊裝置概括為兩類：第一類是性能要求，主要指定位唯一性、定位穩(wěn)定性,夾緊穩(wěn)定性及總體約束；第二類要求是夾具的結構剛性、成本及易操作性、易于維修等要求。本設計目錄中功能項包括夾緊對象特征項、加工信息特征及夾緊要求特征。 夾緊對象特征項目：包括夾緊對象類型、材料、形狀、體積、數(shù)量、物理特性、磁性、導電性、剛性等信息。 加工信息特征項：加工類型、機加工、裝配、檢測、焊接等、加工參數(shù)、切削參數(shù)、運動參數(shù)、幾何參數(shù)等。 夾緊要求特征項：主要指性能要求，包括定位要求、定位基準選擇，如特征點、特征面。夾緊力大小、夾緊方向、夾緊行程、夾緊松開速率，自鎖性等。 元件功能分析：夾緊功能主要包括四種元功能：定位功能、傳動功能、執(zhí)行功能和分度功能等輔助功能。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分為平面定位元件、圓孔定位元件、外圓定位元件。傳動功能由中間遞力機構完成，該機構一般有三個作用；改變作用力的力一向、大小和自鎖作用。目前常用的有以下機構：斜楔機構、螺旋機構、圓偏心機構、杠桿鉸鏈機構、連桿機構、聯(lián)動機構、對中機構、定心機構等。 設計夾緊裝置時,應滿足下述主要要求： 1.夾緊裝置在對工件夾緊時，不應破壞工件的定位,為此，必須正確選擇夾緊力的方向及著力點。 2.夾緊力的大小應該可靠，適當，要保證工件在夾緊后的變形和受壓表面的損傷不致超出允許的范圍。 3.夾緊裝置結構簡單合理，夾緊動作要迅速，操作方便省力，安全。 4.夾緊力或夾緊行程在一定范圍內(nèi)可進行調(diào)整和補償。 二、夾緊力的確定 確定夾緊力的方向、作用點和大小時，應依據(jù)工件的結構特點、加工要求，并結合工件加工中的受力狀況及定位元件的結構和不止方式來確定。 夾緊力的方向 夾緊力的方向應有住與定位正頂，且主夾緊力應朝向主要限位基面。如圖2-3所示：夾緊力直接朝向限位基面—支承板上面。 圖2-3 夾緊力F 夾緊力的作用點 夾緊力的方向確定后，應根據(jù)下述原則確定作用點的位置： 1）夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內(nèi)。 2）夾緊力的作用點應落在工件剛性好的方向和部位。 3）夾緊力的作用點應靠近工件的加工表面。 根據(jù)工件定位方案，可以考慮夾緊力的作用點及方向采用裝配圖中所示的方法（圖2-3）。工件以兩面定位方式在支承板上，然后通過一活動削邊插銷插入，限制工件六個自由度，右旋壓緊螺釘即可夾緊，左旋壓緊螺釘即可擰松。 2.4 對刀具的對刀或導引方案 對刀元件主要由鏜套、襯套及支座組成，用以確定夾具和刀具的相對位置，用，螺釘，銷釘將支座及鏜套固定在夾具體上。 鏜套的材料為20鋼，滲碳深度為0.8-1.2mm，淬火硬度為55-60HRC。 襯套尺的材料為T8，淬火硬度為55-60HRC。 2.5夾具在機床上的安裝方式以及夾具體的結構型式 一、夾具在機床上的安裝，一般有兩種形式，一種是安裝在機床工作臺上（如銑床、鏜床、鉆床等）；另一種是安裝在機床的回轉主軸上（如車床、磨床等）。本夾具安裝在在機床工作臺上，通過螺釘與機床工作臺T形槽夾緊。 圖2-4 耳座 鏜床夾具與工作臺的連接部分稱為耳座，因連接要牢固穩(wěn)定，故夾具上耳座兩邊的表面要加工平整，為此常在該處做一凸臺，以便于加工，為提高銑床夾具在機床上安裝的穩(wěn)固性，除要求夾具體具有足夠的強度和剛度外，還應使被加工表面盡量靠近工作臺面，以降低夾具的重心。因此，夾具體的高寬比限制在1-1.25之間。 二、夾具體是將夾具上的各種裝置和元件連接成一個整體的基礎件。它通常是夾具上體積最大和結構最復雜的零件。設計夾具體是應注意以下幾點： 1.應有良好的加工精度和尺寸穩(wěn)定性 夾具體上的重要平面，如安裝定位元件的表面、安裝對刀或定位元件的表面以及夾具體的安裝基面（與機床相連接的表面）等，應具有較高的尺寸、形狀和相互位置精度，并使其精度保持良好的穩(wěn)定性。為此，夾具體毛坯應作響應的時效或退火處理，必要時，在粗加工后，還應進行二次時效處理。 2.應具有足夠的強度和剛度 加工過程中，夾具體要承受較大的切削力和夾緊力，為包乘夾具體不產(chǎn)生不允許的變形和震動，夾具體應有足夠的強度和剛度。因此需選擇合適的材料，適當?shù)谋诤瘛：附雍丸T造夾具體常設置加強筋。在不影響工件裝卸的情況下，采用框形結構的夾具體具有較高的強度和剛度。 3.有良好的制造工藝性和使用性 按照單間生產(chǎn)的工藝特點，夾具體的結構應力求簡單，制造工藝性要好。 對于加工時產(chǎn)生大量切屑的夾具體來說，在夾具體上應考慮排屑結構，在夾具結構上也應考慮足夠的排屑空間，以便于清除落在定位元件上的少量切屑，確保定位的可靠。 當夾具的重量較大是，應在夾具體上設置供起吊用的裝置（如吊環(huán)螺釘?shù)龋? 4.應保證夾具安裝在機床上穩(wěn)定可靠 夾具在機床上的安裝，一般都是通過夾具體上的安裝基面與機床上相應的表面的接觸或配合來實現(xiàn)的。當采用機床工作臺安裝夾具時，其夾具的重心應盡量低，重心越高則支承面應越大。夾具體底面中部一般應挖空，四周與機床工作臺接觸，以保證安裝穩(wěn)定可靠，為了找正夾具在機床上位置常在夾具體的側面設置一窄長的找正基準面。 第三章 夾具精度的校驗 3.1定位銷尺寸計算 （1）確定削邊定位銷的尺寸b 查表2-1，b=4mm。 表2-1 削邊銷尺寸 D >3-6 >6-8 >8-20 >20-40 b 2 3 4 5 B D-0.5 D-1 D-2 D-4 （4）計算菱形銷的最小間隙 b=5mm D=30mm TL=0.2mm TL=0.06mm 按X= 計算得 X=0.05mm （5）確定削邊銷基本尺寸及公差 1）按公式=-算出菱形銷的最大直徑 =（30-0.05）mm =29.95mm 2）確定菱形銷的公差等級，一般取IT7或IT6 因IT7=0.028mm 故 =Φ13mm 3.2夾緊力的計算 計算夾緊力時，通常是把夾具體和工件看成是一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件所受的切削力、夾緊力（大型工件應考慮工件重力、慣性力）的作用狀況，找出加工中對夾緊最不利的狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力，再乘以安全系數(shù)作為實際夾緊力。即 式中 實際所需夾緊力（N） F 理論夾緊力（N） K 安全系數(shù) 在精加工時，K取1.5。 在一面兩孔定位中，理論夾緊力的計算公式為 式中 P為機床切削力 P0為圓柱銷所受部分切削力 μ為工件與限位基面之間的摩擦力 由表3-1得： μ=0.15。 表3-1 摩擦系數(shù)的選用 摩擦條件 μ 工件為加工過的平面 0.15 工件為未加工過的毛坯表面，固定支承為球面 0.2-0.25 夾緊元件和支承表面有齒紋，并在較大相互作用力下工作 0.7 為防止圓柱銷受力而造成不必要的定位誤差，而令P0為0。則 選取鏜床的背吃刀量 =2mm，每轉進給量f=0.5mm/r。因待加工工件為鋼材，故單位切削力P=2000 則鏜床的切削力 =2000*2*0.5 =2000（N） 故 F=2000/0.15=13（KN） FK=13*1.5=19.5（KN） 結論 本夾具所需實際夾緊力為30KN。 3.3夾具加工誤差的分析 使用夾具加工時產(chǎn)生的誤差有下列四個方面： 1．與工件定位有關的誤差 定位誤差△D 2．與夾具在機床上安裝有關的誤差 安裝誤差△A 3．與刀具調(diào)整有關的誤差△T 4．與加工過程有關的誤差△G △D+△T+△A+△G≤δk 上式即為定位誤差不等式。 A：定位誤差 基準重合：=0 D=Y=D+d+ D=0.015（mm） B：夾具在銑床上安裝的不準確并不影響加工槽的位置尺寸，所以A可不考慮。 C：加工方法有關誤差 對刀塊的制造與對刀調(diào)整誤差銑刀的跳動，機床工作臺的傾斜等因素所引起的加工方法誤差，可根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗并參照經(jīng)濟加工精度進行確定。今取0.05mm. 綜上所述： =D+A+T+G =0.065mm﹤=0.1mm 此夾具滿足加工要求。 第四章 夾具的安裝 4.1 安裝順序 當夾具的各個零件生產(chǎn)出來后，就要對它進行安裝。安裝夾具看起來是非常簡單的事情，但是不同的人安裝同樣的夾具，其安裝的夾具誤差都不一樣。(從瑞士手表的安裝準確度，其秒針走時誤差一年相隔一秒與一星期相隔一秒的例子得啟示)公司有專人安裝夾具的隊伍，在某些程度上提高了安裝精度。在安裝夾具的過程中要注意一些事項： (1)先把各個襯套壓入支座內(nèi)，再安上鏜套，組裝成部分; (2)以平衡的方式把壓板和夾具體以兩個定位削定位，接著依次上安上螺釘。 (3)把組裝好的支座部件安上夾具體。 (4)安裝T型槽快換螺栓，將夾具體固定在鏜床工作臺上。 4.2夾具在操作時應注意的事項 現(xiàn)代化生產(chǎn)要想有好的經(jīng)濟效益，必須提高勞動生產(chǎn)率而影響生產(chǎn)率的因素很多,金屬加工中一個重要的影響因素就是工件在夾具上的裝夾。夾具設計依據(jù)的原則是簡捷、實用、快速、可靠。這里的“快速”指的就是快速裝夾。根據(jù)工件的種類、結構特征的不同，可采用不同的形式。合理的裝夾形式不但能達到快速、高效的目的而且能減輕工人的勞動強度，一般夾具設計出來成為產(chǎn)品后,就有一個裝夾模式。 裝夾模式在快速裝夾的過程中，應該注意一些事項: (1)拔出削邊定位插銷，向上擰開壓緊螺釘，將工件放上定位平面。 （2）插入削邊定位插銷，調(diào)整工件位置，使工件定位孔也插銷配合并定位。 (3)將壓緊螺擰緊，夾緊工件。 (4)工件加工過程中不要手去接觸鐵屑，讓其自動排屑.按規(guī)定是每間隔1小時有工人清除鐵屑。 (5)取工件時是先擰松螺釘，拔出削邊定位插銷，然后取下工件。 (6)定位銷有明顯的磨損后，更換新定位柱或調(diào)整定位銷 (原則上該公司每隔一段時間就檢驗一次精度，不需要操作工負責) 。 參 考 文 獻 [1]劉守勇,陳殿學，劉彥竹，機械制造工藝與機床夾具 ,機械工業(yè)出版社,1999.10 [2]徐嘉元,曾家駒，機械制造工藝學，機械工業(yè)出版社,2007.1 [3]文斌主編，管接頭和管件選用手冊，機械工業(yè)出版社,2006.1 [4]王光斗,王春福,張繼信等，機床夾具設計手冊，上?？茖W技術出版社，1980.1 [5]鄧昭銘，張瑩，機械設計基礎，高等教育出版社，第二版，2000.7 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