專用夾具設(shè)計實例

第 十 六 章 專 用 夾 具 設(shè) 計 第 三 節(jié) 專 用 夾 具 設(shè) 計 實 例 第 十 六 章 專 用 夾 具 設(shè) 計 一 明 確 設(shè) 計 任 務(wù) ， 收 集 原 始 資 料二 擬 定 夾 具 結(jié) 構(gòu) 方 案第 三 節(jié) 專 用 夾 具 設(shè) 計 實 例 本節(jié)教學(xué)內(nèi)容 三 繪 制 夾 具 總 圖 及 制 定 技 術(shù) 要 求 通 過 夾 具 設(shè) 計 實 例 掌 握 專 用 夾 具 結(jié) 構(gòu) 方 案設(shè) 計 的 方 法 和 步 驟 。本節(jié)教學(xué)要求 第 三 節(jié) 專 用 夾 具 設(shè) 計 實 例 專 用 夾 具 結(jié) 構(gòu) 方 案 設(shè) 計 的 方 法 和 步 驟 。本節(jié)教學(xué)重點(diǎn) 第 三 節(jié) 專 用 夾 具 設(shè) 計 實 例 一 、 明 確 設(shè) 計 任 務(wù) ， 收 集 原 始 資 料二 、 確 定 夾 具 結(jié) 構(gòu) 方 案三 、 繪 制 夾 具 總 圖四 、 標(biāo) 注 總 圖 上 的 尺 寸 、 公 差 配 合 與 技 術(shù) 條 件五 、 夾 具 工 作 精 度 的 分 析 計 算第 三 節(jié) 專 用 夾 具 設(shè) 計 實 例 零 件 圖圖 J1一 、 明 確 設(shè) 計 任 務(wù) ， 收 集 原 始 資 料 第 三 節(jié) 專 用 夾 具 設(shè) 計 實 例 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 mm。（ 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） 銑 前 后 兩 端 面 X6130臥 銑（ 2） 銑 底 面 、 頂 面 X6130臥 銑（ 3） 銑 兩 側(cè) 面 X6130臥 銑（ 4） 銑 兩 臺 肩 面 X6130臥 銑（ 5） 鉆 、 鉸 孔 Z5135立 鉆（ 6） 銑 槽 X6130臥 銑2.收 集 原 始 資 料 、 明 確 零 件 的 加 工 工 藝 過 程 根 據(jù) 工 件 的 加 工 要 求 ， 該 工 序 必 須 限 制 工 件五 個 自 由 度 。 現(xiàn) 在 來 分 析 其 必 須 限 制 的 自 由 度 數(shù)目 及 基 準(zhǔn) 選 擇 的 合 理 性 。二 、 擬 定 夾 具 結(jié) 構(gòu) 方 案 1.確 定 定 位 方 案（ 1） 驗 證 基 準(zhǔn) 選 擇 的 合 理 性 自 由 度 分 析建 立 坐 標(biāo) 系圖 J2 為 保 證 槽 底 面 至 工 件 B面 的 垂 直 度 ， 應(yīng) 選 B面 作定 位 基 準(zhǔn) ， 限 制 工 件 、 。 為 保 證 工 序 尺 寸 62土 0.10mm， 應(yīng) 以 A面 定 位 ，限 制 工 件 、 。 為 保 證 槽 兩 側(cè) 面 對 mm孔 軸 線 的 對 稱 度 ，應(yīng) 選 孔 軸 線 定 位 ， 限 制 工 件 。 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 。 由 分 析 可 知 ， 要 使 定 位 基 準(zhǔn) 與 設(shè) 計 基 準(zhǔn) 相 重合 ， 所 選 定 位 基 準(zhǔn) 是 B面 、 mm孔 和 A面 。自 由 度 分 析 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 扳 、 支 承 釘 和 菱 形 定 位 銷 ， 如 圖 J8所 示 。（ 2） 選 擇 定 位 元 件圖 J8 定 位 平 面 B所 用 的 支 承 板 參 考 JBT8029.11999中 的 定 位 支 承 板 進(jìn) 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 T8029.21999中 選 取 。 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 d 。（ 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 其 中 l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 0.02 mm。 最 后確 定 菱 形 定 位 銷 圓 柱 部 分 的 直 徑 及 其 極 限 偏 差 ，又 則 菱 形 定 位 銷 和 定 位 孔 配 合 的 最 小 間 隙 Xmin為 （ 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 菱 形 定 位 銷 圓 柱 部 分 的 直 徑 為 mm 公 差 按 IT7選 取 ， 則 mm （ 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 槽 寬 mm的 定 位 誤 差 該 尺 寸 由 銑 刀 直 接 保 證 ， 不 存 在 定 位 誤 差 。 槽 底 至 工 件 底 面 位 置 尺 寸 62土 0.10mm的定 位 誤 差 平 面 定 位 時 ， 基 準(zhǔn) 位 移 誤 差 忽 略 不 計 ， Y=0 定 位 基 準(zhǔn) 與 設(shè) 計 基 準(zhǔn) 重 合 ， B=0 故 D= B+ Y=0（ 4） 分 析 計 算 定 位 誤 差 槽 兩 側(cè) 面 對 孔 軸 線 的 對 稱 度 0.2mm的 定 位 誤 差 工 件 以 14孔 軸 線 定 位 ， 定 位 基 準(zhǔn) 和 設(shè) 計 基準(zhǔn) 重 合 ， B=0。 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 。 Y約 為 對 稱 度 允 差 的 1 2， 應(yīng) 采 取 措 施 減 小該 項 誤 差 。 104.0)061.0(043.0 min XY （ 4） 分 析 計 算 定 位 誤 差 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 忽 略 不 計 ， Y=0。 故 D= B+ Y=0 （ 4） 分 析 計 算 定 位 誤 差 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 ， =0.011mm 0.097仍 接 近 加 工 允 差 的 1 2。d（ 5） 減 少 對 稱 度 定 位 誤 差 的 措 施097.0)054.0(043.0 min XY 在 提 高 菱 形 定 位 銷 圓 柱 部 分 精 度 的 基 礎(chǔ) 上 ， 將 14孔 的 精 度 提 高 到 IT8級 。 這 時 孔 的 尺 寸 為 ， 公 差 為 0.027mm， 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 。 081.0)054.0(027.0min XY（ 5） 減 少 對 稱 度 定 位 誤 差 的 措 施 如 圖 J9所 示 ， 加 工 時 ， 工 件 受 到 切 削 合力 ， 可 分 解 為 水 平 和 垂 直 方 向 的 切 削 分力 、 ， 切 向 銑 削 力 。 在 對 稱 銑 削 情 況 下 =（ 1-1.2） =（ 0.2-0.3） 2.確 定 夾 緊 方 式 ， 設(shè) 計 夾 緊 機(jī) 構(gòu)（ 1） 計 算 切 削 力 及 所 需 夾 緊 力FHF VF ZFVFZF 圖 J3作 用 于 工 件 上 的 切 削 力 切 向 銑 削 力 Fz為式 中 銑 削 力 ， N； 影 響 系 數(shù) ， 大 小 與 實 驗 條 件 有 關(guān) ； 銑 削 寬 度 ， mm； 每 齒 進(jìn) 給 量 ， ram 齒 ； 銑 刀 直 徑 ， mm； 銑 削 深 度 ， ram； 銑 刀 齒 數(shù) ； 修 正 系 數(shù) 。（ 1） 計 算 切 削 力 及 所 需 夾 緊 力 已 知 ， =3, =12, =0.15, =100, =12, =68.3,則 （ 為 材 料 強(qiáng) 度 ） 故 水 平 分 力 和 垂 直 分 力0.3bFZ 0.65K ( ) ( )0.3 0.9650.736 0.736 0.86 0.72 -0.86ZF 9.81 68.3 3 0.15 100 12 12 0.9651159N H ZF 1.1F 1275N V ZF 0.3F 348N b（ 1） 計 算 切 削 力 及 所 需 夾 緊 力 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 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）jF 理VJ H fF 348F F 1275 3595Na 0.15 理J JF KF 2.5 3595 8988N 需 理（ 1） 計 算 切 削 力 及 所 需 夾 緊 力 滿 足 夾 緊 力 水 平 作 用 要 求 的 夾 緊 裝 置 結(jié) 構(gòu) 方案 ， 可 以 有 圖 J4所 示 的 a） 和 b） 兩 種 。 圖 J4a） 所 示 為 螺 旋 杠 桿 壓 板 夾 緊 機(jī) 構(gòu) ， 夾 緊時 從 夾 具 體 背 面 擰 緊 夾 緊 螺 母 。 圖 J4b） 所 示 為 鉸 鏈 壓 板 機(jī) 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(jī) 構(gòu) 并 驗 算 機(jī) 構(gòu) 產(chǎn) 生 的 夾 緊 力 圖 J4 a）夾 緊 裝 置 布 置 圖 夾 緊 裝 置 布 置 圖 圖 J4 b） b） 所 示 的 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 所 能 產(chǎn) 生 的 夾 緊 力 ， 由 圖 所 示的 壓 板 受 力 分 析 計 算 得 式 中 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 效 率 ， 取 0.9； 螺 栓 的 許 用 夾 緊 力 ， N。 選 定 ， 當(dāng) 螺 桿 螺 紋 公 稱 直 徑 為 M12時 ，查 表 可 得 。所 以 因 ， 故 夾 緊 方 案 可 行 。Q 1 2J 1F (l l )F l QF1 2l lQF 5620NJ QF 2F 2 5620 0.9 10116N JF jF 理 根 據(jù) 工 件 加 工 表 面 形 狀 ， 對 刀 元 件 可 選 用機(jī) 床 夾 具 零 件 及 部 件 中 的 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 。 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(jī) 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 。 基 本 厚 度選 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(jī) 構(gòu) 、 裝 置 之 間的 相 對 位 置 。（ 4） 設(shè) 計 夾 具 體 夾 具 總 圖 及 其 繪 制 步 驟 如 下 ：（ 1） 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 J11工 件 三 視 圖 所 示 。（ 2） 安 排 定 位 元 件 ， 如 J12定 位 元 件 布 置 圖 所示 。（ 3） 布 置 夾 緊 裝 置 ， 如 J10夾 緊 裝 置 布 置 圖 所示 。（ 4） 布 置 對 刀 元 件 、 連 接 元 件 ； 設(shè) 計 夾 具 體 并完 成 夾 具 總 圖 ， 如 J13夾 具 總 裝 圖 所 示 。（ 三 ） 繪 制 夾 具 總 圖 菱 形 定 位 銷 軸 線 的 位 置 尺 寸 （ 23 0.02） mm，菱 形 定 位 銷 定 位 圓 柱 部 分 直 徑 尺 寸 mm。（ 四 ） 標(biāo) 注 總 圖 上 的 尺 寸 、 公 差 配 合 與 技 術(shù) 條 件1.標(biāo) 注 尺 寸 、 公 差 與 配 合（ 1） 夾 具 外 形 輪 廓 尺 寸 夾 具 在 長 、 寬 、 高 三 個 方 向 的 外 形 輪 廓 尺 寸分 別 為 212mm、 158mm和 115mm（ 夾 具 總 裝 圖 J13 ）（ 2） 工 件 與 定 位 元 件 間 的 聯(lián) 系 尺 寸 該 夾 具 的 夾 具 與 刀 具 之 間 的 聯(lián) 系 尺 寸 就 是調(diào) 刀 尺 寸 ， 該 調(diào) 刀 尺 寸 又 分 為 水 平 與 垂 直 兩 個方 向 的 尺 寸 。 （ 3） 夾 具 與 刀 具 的 聯(lián) 系 尺 寸 水 平 方 向 的 調(diào) 刀 尺 寸 為 菱 形 定 位 銷 中 心 至對 刀 元 件 尺 面 之 間 的 距 離 。 由 手 冊 查 得 所 選 用 銑 刀 的 寬 度 尺 寸 及 其 極限 偏 差 為 mm， 其 平 均 尺 寸 為 12.09mm。菱 形 定 位 銷 中 心 至 工 件 上 槽 左 側(cè) 面 的 距 離 為12.09/2=6.045mm 再 加 上 3mm的 塞 尺 厚 度 ， 故 水 平 方 向 調(diào) 刀 尺寸 的 基 本 尺 寸 為 6.045+3=9.045mm 水 平 方 向 的 調(diào) 刀 尺 寸 由 于 調(diào) 刀 誤 差 T對 工 件 尺 寸 公 差 有直 接 影 響 ， 故 取 工 件 相 應(yīng) 要 求 公 差 （ 槽 兩側(cè) 面 對 14mm孔 軸 線 的 對 稱 度 0.2mm） 的 1 5， 就 得 到 水 平 方 向 調(diào) 刀 尺 寸 的 基 本 尺 寸及 其 極 限 偏 差 為 （ 9.045 0.02） mm。 水 平 方 向 的 調(diào) 刀 尺 寸 垂 直 方 向 的 調(diào) 刀 尺 寸 為 定 位 元 件 工 作 面 P面至 對 刀 元 件 S面 之 間 的 位 置 尺 寸 。 工 件 上 相 應(yīng) 的 尺 寸 為 工 件 槽 底 至 工 件 底 面之 間 的 位 置 尺 寸 （ 62 0.10） mm， 減 去 3mm的塞 尺 厚 度 ， 就 得 到 垂 直 方 向 調(diào) 刀 尺 寸 的 基 本 尺寸 為 （ 62-3） mm=59 mm。 根 據(jù) 與 調(diào) 刀 尺 寸 （ 9.045 0.02） mm相 同 的公 差 ， 取 垂 直 方 向 調(diào) 刀 尺 寸 的 基 本 尺 寸 及 其 極限 偏 差 為 （ 59士 0.02） mm。 垂 直 方 向 的 調(diào) 刀 尺 寸 定 向 鍵 與 工 作 臺 T型 槽 的 配 合 尺 寸 14H7 h6。（ 4） 夾 具 與 機(jī) 床 連 接 部 分 的 聯(lián) 系 尺 寸 12H7 n6， 10F8 h7， 10M8 h7， 10H7 n6， 6F8 H 7， 6M8 h7， 5H7 n6等 。（ 5） 夾 具 內(nèi) 部 的 配 合 尺 寸 （ 1） 由 于 工 件 上 有 槽 底 至 工 件 B面 的 垂 直 度 要求 0.10mm， 夾 具 上 應(yīng) 標(biāo) 注 定 位 表 面 Q對 夾 具 體底 面 的 垂 直 度 允 差 100： 0.02（ mm） 。（ 2） 由 于 工 件 上 槽 兩 側(cè) 面 對 14孔 軸 線 對 稱 度的 要 求 ， 夾 具 上 應(yīng) 標(biāo) 注 定 位 表 面 Q對 定 位 鍵 側(cè)面 的 垂 直 度 允 差 100： 0.02（ mm） 。（ 3） 兩 定 位 支 承 釘 的 等 高 允 差 不 大 于 0.02mm。2.制 訂 技 術(shù) 條 件 在 完 成 夾 具 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 的 全 部 工 作 之 后 ， 還需 對 夾 具 工 作 精 度 進(jìn) 行 分 析 計 算 ， 即 分 析 計 算各 項 加 工 要 求 的 夾 具 部 分 誤 差 J， 并 將 它 與 加工 允 差 進(jìn) 行 比 較 ， 從 而 判 斷 該 夾 具 能 否 可 靠 地保 證 各 項 加 工 要 求 ， 以 證 明 所 設(shè) 計 夾 具 方 案 的合 理 性 。（ 五 ） 夾 具 工 作 精 度 的 分 析 計 算 1.槽 寬 尺 寸 由 銑 刀 直 接 保 證 ， 不 必 進(jìn) 行 分 析 計 算 。2.槽 底 至 工 件 底 面 的 位 置 尺 寸 （ 62 0.10） mm的 分析 計 算 。 其 定 位 基 準(zhǔn) 和 設(shè) 計 基 準(zhǔn) 重 合 ， B=0， 平 面定 位 時 Y=0， 故 D1=0； 但 工 件 夾 緊 力 的 作 用 面 是 B面 ， 其 對 底 面 的 垂直 度 允 差 造 成 的 影 響 為 D2=0.03/6550=0.023mm （ 其 中 65為 工 件 高 度 ， 50為 工 件 寬 度 ） ； 由 調(diào) 刀 尺 寸 （ 59 0.02） mm的 公 差 所 引 起 的 調(diào)刀 誤 差 T=0.04。 夾 具 部 分 誤 差 為 該 誤 差 遠(yuǎn) 小 于 工 件 的 加 工 允 差 ， 是 可 行 的 。J D1 D2 T 0 0.023 0.04 0.063mm 工 件 三 視 圖 圖 S2 圖 J11 定 位 元 件 布 置 圖 圖 J12 夾 具 體 和 耳 座 圖 J13夾具總裝圖 明確設(shè)計任務(wù)，收集原始資料 一 、 明 確 設(shè) 計 任 務(wù) ， 收 集 設(shè) 計 的 原 始 資 料第 三 節(jié) 專 用 夾 具 設(shè) 計 實 例 思考題與習(xí)題 第 三 節(jié) 專 用 夾 具 設(shè) 計 實 例