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1、机制教研室,第十六章 专用夹具设计,机械制造技术,第四节 专用夹具设计实例,第十六章 专用夹具设计,一,明确设计任务，收集原始资料,二,拟定夹具结构方案,第四节 专用夹具设计实例,本节教学内容,三,绘制夹具总图及制定技术要求,夹具工作精度的分析计算,四,本节教学要求：,通过夹具设计实例掌握专用夹具结构方案设计的方法和步骤。,本节教学要求,第四节 专用夹具设计实例,专用夹具结构方案设计的方法和步骤。,本节教学重点,本节教学重点：,第四节 专用夹具设计实例,零件图,一、明确设计任务，收集原始资料,明确设计任务，收集原始资料,第四节 专用夹具设计实例,该零件中批生产，材料为45钢。 该铣槽工序在X6
2、130卧铣上用三面刃铣刀加工。 本工序加工要求为（1）槽宽12+0.27 mm。（2）槽底至工件底面的位置尺寸 620.01mm 。（3）槽两侧面对孔轴线的对称度0.2mm。（4）槽底面对工件B面的垂直度0.10mm。,1.熟悉工件零件图以及本工序的加工要求,明确设计任务，收集原始资料,（1）铣前后两端面 X6130卧铣（2）铣底面、顶面 X6130卧铣（3）铣两侧面 X6130卧铣（4）铣两台肩面 X6130卧铣（5）钻、铰孔 Z5135立钻（6）铣槽 X6130卧铣,2.收集原始资料、明确零件的加工工艺过程,明确设计任务，收集原始资料,根据工件的加工要求，该工序必须限制工件五个自由度。现在
3、来分析其必须限制的自由度数目及基准选择的合理性。,二、拟定夹具结构方案,1.确定定位方案,（1）验证基准选择的合理性,拟定夹具结构方案,自由度分析,建立坐标系,拟定夹具结构方案,1.确定定位方案,为保证槽底面至工件B面的垂直度，应限制工件 、 ，选B面作定位基准 。,自由度分析,拟定夹具结构方案,1.确定定位方案,为保证工序尺寸62土0.10mm，应限制工件 、，选A面为定位基准。,自由度分析,拟定夹具结构方案,1.确定定位方案,自由度分析,拟定夹具结构方案,为保证槽两侧面对 mm孔轴线的对称度，应限制工件 ，选孔轴线定位基准 。,1.确定定位方案,为了方便地控制刀具的走刀位置，还应限制工件
4、。因而工件的六个自由度都被限制。,自由度分析,拟定夹具结构方案,1.确定定位方案,定位基准选择,拟定夹具结构方案,1.确定定位方案,由分析可知，要使定位基准与设计基准相重合，所选定位基准是B面、 mm孔轴线和A面。,本道工序工件的定位面是后平面B、底平面A和 mm孔。夹具上相应的定位元件选为支承扳、支承钉和菱形定位销，如下图所示。,（2）选择定位元件,拟定夹具结构方案,定位平面B所用的支承板参考JBT8029.11999中的定位支承板进行设计。 定位平面A的定位支承钉以及菱形定位销按实际需要在JBT8029.21999中选取。 确定支承钉定位表面到菱形定位销中心的名义尺寸及其极限偏差 ld=l
5、d 。,（3）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差,拟定夹具结构方案,（其中，查阅手册b=3）,（3）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差,拟定夹具结构方案,其中l取工件相应尺寸的平均尺寸，公差取相应尺寸公差的14，则有 ld=230.02 mm。最后确定菱形定位销圆柱部分的直径及其极限偏差，,则菱形定位销和定位孔配合的最小间隙Xmin为,公差按IT7选取，则,（3）确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差,拟定夹具结构方案,菱形定位销圆柱部分的直径为,槽宽12+0.27mm的定位误差 该尺寸由铣刀直接保证，不存在定位误差。,（4）
6、分析计算定位误差,拟定夹具结构方案,平面定位时，基准位移误差忽略不计，Y=0,（4）分析计算定位误差,拟定夹具结构方案,槽底至工件底面位置尺寸62土0.10mm的定位误差,定位基准与设计基准重合，B=0,故D=B+Y=0,槽两侧面对 孔轴线的对称度0.2mm的定位误差,拟定夹具结构方案,工件以14孔轴线定位，定位基准和设计基准重合，B=0。,（4）分析计算定位误差,菱形定位销圆柱部分直径 和定位孔 配合时产生的最大间隙将直接影响对称度要求。,拟定夹具结构方案,Y约为对称度允差的12，应采取措施减小该项误差。,（4）分析计算定位误差,槽底面对工件B面的垂直度的定位误差 定位基准与设计基准重合，B
7、=0。 平面定位，基准位移误差Y=0。 故 D=B+Y=0,（4）分析计算定位误差,拟定夹具结构方案,0.097mm仍接近加工允差0.2mm的12。,（5）减少对称度定位误差的措施,拟定夹具结构方案,提高菱形定位销圆柱部分的制造精度，将菱形定位销圆柱部分精度提高到IT6级 。,这时孔的尺寸为 ，公差为0.027mm，,在提高菱形定位销圆柱部分精度的基础上，将14孔的精度提高到IT8级。,（5）减少对称度定位误差的措施,拟定夹具结构方案,有约0.12mm的加工精度预留量，可以保证对称度加工要求。通过钻、铰加工仍能保证孔的加工要求。,在对称铣削情况下FH=（0.20.3）Fc FV=（1.01.2
8、）Fc,2.确定夹紧方式，设计夹紧机构,（1）计算切削力及所需夹紧力,拟定夹具结构方案,如下图所示，加工时，工件受到切削合力F，可分解为水平和垂直方向的切削分力FH 、FV，切向铣削力 Fc 。,式中 Fc 铣削力，N； CFc影响系数，大小与实验条件有关； ae铣削宽度，mm； fz每齿进给量，mm齿； d0铣刀直径，mm； ap铣削深度，mm； Z铣刀齿数； KFc修正系数。,切向铣削力Fc为,（1）计算切削力及所需夹紧力,拟定夹具结构方案,（1）计算切削力及所需夹紧力,拟定夹具结构方案,已知： CFc=68.3，ae=3mm， fz=0.15mm齿， d0=100mm，ap=12mm，Z
9、=12；,故水平分力和垂直分力,FH=0.3Fc =348N ; FV=1.1Fc =1275N,由于工件主定位面是B面，故选择夹紧力的作用方向为水平方向作用于B面上。当夹紧力水平作用于工件上时，所需要的计算夹紧力FJ理 为,（1）计算切削力及所需夹紧力,拟定夹具结构方案,实际所需夹紧力与计算夹紧力之间的关系为,（K为安全系数，取K=2.5）,满足夹紧力水平作用要求的夹紧装置结构方案，可以有夹紧装置布置图所示的a）和b）两种。 图a）所示为螺旋杠杆压板夹紧机构，夹紧时从夹具体背面拧紧夹紧螺母。,（2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力,拟定夹具结构方案,拟定夹具结构方案,a）,夹紧装置布置图,
10、图b）所示为铰链压板机构，当铰链压板转开时，装卸工件及清理切屑都很方便，这种结构较好。,（2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力,拟定夹具结构方案,拟定夹具结构方案,b）,夹紧装置布置图,式中 夹紧机构效率，取0.9； FQ螺栓的许用夹紧力，N。,拟定夹具结构方案,（2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力,图b）所示的夹紧机构所能产生的夹紧力 ，由下图所示的压板受力分析计算得,铰链压板受力分析,选定l1=l2 ，当螺杆螺纹公称直径为M12时，查表可得FQ=5620N。 FJ=2FQ=256200.9=10116N 因 FJFJ需（=8988N） ，故夹紧方案可行。,拟定夹具结构方案,（2）设计
11、夹紧机构并验算机构产生的夹紧力,根据工件加工表面形状，对刀元件可选用标准的直角对刀块。它的直角对刀面应和工件被加工槽形相对应（间距等于3mm塞尺厚度），并把它安装在夹具体的竖直板上。,（3）设计对刀元件、连接元件,拟定夹具结构方案,根据所选X6130型铣床T形槽的宽度，选用宽度B=14mm，公差带为h6的A型两个定位键来确定夹具在机床上的位置。,（3）设计对刀元件、连接元件,拟定夹具结构方案,夹具选用灰铸铁的铸造夹具体。基本厚度选为22mm，并要在夹具体底部两端设计出U形槽耳座，用于T形槽用螺栓紧固夹具。 布置好夹具上各种元件、机构、装置之间的相对位置。,（4）设计夹具体,拟定夹具结构方案,（
12、1）根据工件在几个视图上的投影关系，分别画出其轮廓线，如工件三视图所示。,三、绘制夹具总图及制定技术要求,绘制夹具总图及制定技术要求,1. 绘制夹具总图,夹具总图及其绘制步骤如下:,工件三视图,（2）安排定位元件，如定位元件布置图所示。,绘制夹具总图及制定技术要求,1. 绘制夹具总图,定位元件布置图,（3）布置夹紧装置，如夹紧装置布置图所示。,绘制夹具总图及制定技术要求,1. 绘制夹具总图,夹紧装置布置图,（4）布置对刀元件、连接元件；设计夹具体并完成夹具总图，如夹具总装图所示。,绘制夹具总图及制定技术要求,1. 绘制夹具总图,夹具总装图,绘制夹具总图及制定技术要求,2.标注总图上的尺寸、公差
13、配合与技术条件,（1）标注尺寸、公差与配合,1）夹具外形轮廓尺寸,夹具在长、宽、高三个方向的外形轮廓尺寸分别为212mm、158mm和115mm。,绘制夹具总图及制定技术要求,（1）标注尺寸、公差与配合,菱形定位销轴线的位置尺寸（230.02）mm，菱形定位销定位圆柱部分直径尺寸 mm。,2）工件与定位元件间的联系尺寸,绘制夹具总图及制定技术要求,该夹具的夹具与刀具之间的联系尺寸就是调刀尺寸，该调刀尺寸又分为水平与垂直两个方向的尺寸。,3）夹具与刀具的联系尺寸,绘制夹具总图及制定技术要求,（1）标注尺寸、公差与配合,水平方向的调刀尺寸为菱形定位销中心至对刀元件尺面之间的距离。,水平方向的调刀尺
14、寸,绘制夹具总图及制定技术要求,3）夹具与刀具的联系尺寸,由手册查得所选用铣刀的宽度尺寸及其极限偏差为12+0.018mm，其平均尺寸为12.09mm。菱形定位销中心至工件上槽左侧面的距离为12.09/2=6.045mm,水平方向的调刀尺寸,绘制夹具总图及制定技术要求,3）夹具与刀具的联系尺寸,再加上3mm的塞尺厚度，故水平方向调刀尺寸的基本尺寸为6.045+3=9.045mm,由于调刀误差T对工件尺寸公差有直接影响，故取工件相应要求公差（槽两侧面对14mm孔轴线的对称度0.2mm）的15，就得到水平方向调刀尺寸的基本尺寸及其极限偏差为（9.0450.02）mm。,水平方向的调刀尺寸,绘制夹具
15、总图及制定技术要求,3）夹具与刀具的联系尺寸,垂直方向的调刀尺寸为定位元件工作面P面至对刀元件S面之间的位置尺寸。,垂直方向的调刀尺寸,绘制夹具总图及制定技术要求,3）夹具与刀具的联系尺寸,工件上相应的尺寸为工件槽底至工件底面之间的位置尺寸（620.10）mm，减去3mm的塞尺厚度，就得到垂直方向调刀尺寸的基本尺寸为（62-3）mm=59 mm。,垂直方向的调刀尺寸,绘制夹具总图及制定技术要求,3）夹具与刀具的联系尺寸,垂直方向的调刀尺寸,绘制夹具总图及制定技术要求,3）夹具与刀具的联系尺寸,根据与调刀尺寸（9.0450.02）mm相同的公差，取垂直方向调刀尺寸的基本尺寸及其极限偏差为（59士
16、0.02）mm。,定向键与工作台T型槽的配合尺寸14H7h6。,4）夹具与机床连接部分的联系尺寸,绘制夹具总图及制定技术要求,12H7n6，10F8h7，10M8h7， 10H7n6，6F8H 7，6M8h7， 5H7n6等。,5）夹具内部的配合尺寸,绘制夹具总图及制定技术要求,（1）由于工件上有槽底至工件B面的垂直度要求0.10mm，夹具上应标注定位表面Q对夹具体底面的垂直度允差 100：0.02（mm）。（2）由于工件上槽两侧面对14孔轴线对称度的要求，夹具上应标注定位表面Q对定位键侧面的垂直度允差100：0.02（mm）。（3）两定位支承钉的等高允差不大于0.02mm。,（2）制订技术条
17、件,绘制夹具总图及制定技术要求,在完成夹具结构设计的全部工作之后，还需对夹具工作精度进行分析计算，即分析计算各项加工要求的夹具部分误差J，并将它与加工允差进行比较，从而判断该夹具能否可靠地保证各项加工要求，以证明所设计夹具方案的合理性。,夹具工作精度的分析计算,四、夹具工作精度的分析计算,用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多。 与夹具有关的因素有定位误差D、对刀误差T、夹具在机床上的安装误差A和夹具误差Z。在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差G。 上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，而形成总的加工误差J ，即为由夹具引起的总的
18、加工误差。,四、夹具工作精度的分析计算,夹具工作精度的分析计算,1.影响加工精度的因素分析,夹具工作精度的分析计算,1.影响加工精度的因素分析,（1）定位误差D,（2）对刀误差T,因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。,（3）夹具的安装误差A,因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。,夹具工作精度的分析计算,1.影响加工精度的因素分析,（4）夹具误差Z,因夹具上定位元件、对刀或导向元件及安装基面三者间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。,夹具工作精度的分析计算,1.影响加工精度的因素分析,（5）加工方
19、法误差G,因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。 因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的三分之一。计算时可设,G=Tg/3,夹具工作精度的分析计算,2. 保证加工精度的条件,工件在夹具中加工时，总加工误差J为上述各项加工误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证加工精度的条件是,即由夹具引起的工件总加工误差J应不大于工件的相应公差Tg。,夹具工作精度的分析计算,2. 保证加工精度的条件,为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留
20、出一定的精度储备量JC。因此将上式改为,或,当JC0时，夹具能满足工件的加工要求。JC值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值Tj确定得是否合理。,夹具工作精度的分析计算,3. 夹具加工精度的分析计算,（1）槽宽尺寸,由铣刀直接保证，不必进行分析计算。,其定位基准和设计基准重合，B=0，平面定位时Y=0， 故D1=0； 但工件夹紧力的作用面是B面，其对底面的垂直度允差造成的影响为 D2=0.03/6550=0.023/100mm （其中65为工件高度，50为工件宽度）；,夹具工作精度的分析计算,3. 夹具加工精度的分析计算,（2）槽底至工件底面的位置尺寸（620.10）mm的分
21、析计算。,1）定位误差,J= D1+ D2+ T=0+0.023+0.04=0.063mm,夹具工作精度的分析计算,3. 夹具加工精度的分析计算,由调刀尺寸（590.02）mm的公差所引起的对刀误差T=0.04。,2）对刀误差,3）由夹具引起的总加工误差,该误差远小于工件的加工允差0.2mm，是可行的。,定位基准与设计基准相重合，无基准不重合误差，B=0。 基准位移误差由前面的计算可知 Y=0.081mm所以D=B+Y=0+0.081=0.081,夹具工作精度的分析计算,3. 夹具加工精度的分析计算,（3）槽两侧面对孔轴线的对称度允差0.2mm的分析计算,1）定位误差,图中表示了Q面朝一个方向
22、倾斜时所产生的槽对称轴线对14mm孔轴线的对称度误差为Z1 /2，Q面还可能朝相反的方向倾斜。故全部该项误差为2（ Z1 /2）=Z1。,夹具工作精度的分析计算,由垂直度误差引起的工件对称度误差,夹具限位基面Q（由两个定位支承板表面所决定）与两定位键侧面的垂直度，导致对称度误差。,3. 夹具加工精度的分析计算,2）夹具误差Z,DE（两定位支承板的最远点距离）=96mm，CD（两定位支承板最远距离间的垂直度误差） =（96/100）0.020.019mm。,夹具工作精度的分析计算,由垂直度误差引起的工件对称度误差,在图中，OAB和ECD相似，。（ Z1 /2）/OB=CD/DE。 OB（工件宽度
23、）=50mm，,故Z1 = （0.019/96）50 20.020mm,3. 夹具加工精度的分析计算,已知定位键与T形槽选用的配合为14H7（+0.018）h6（-0.011）配合的最大间隙Xmax=0.029mm。两定位键的最大跨距L=150mm。,夹具工作精度的分析计算,定位键与T形槽配合间隙引起的对称度误差,3） 夹具安装误差A定位键与工作台T形槽配合间隙也会引起对称度误差。,3. 夹具加工精度的分析计算,若两者配合时出现图所示的实线或虚线的两种接触情况，由于工件厚度为50mm，则 A=（0.029/150）5020.019mm,夹具工作精度的分析计算,定位键与T形槽配合间隙引起的对称度
24、误差,4）定位键与工作台T形槽配合间隙也会引起对称度误差A。,3. 夹具加工精度的分析计算,工件对称度的允差为0.20mm，除夹具误差外，留给工艺系统其他因素的误差为0.20-0.120=0.08mm，是可行的。,夹具工作精度的分析计算,影响对称度的夹具部分的总误差J为,3. 夹具加工精度的分析计算,5）由夹具引起的总加工误差,夹具定位工作面Q对夹具体底面的垂直度允差100：0.02，将引起工件槽底面对B面的垂直度误差J1（因为加工表面与工作台平面平行）。 由于工件宽度仅50mm，故 J1 =（0.02/100）50=0.01mm。,夹具工作精度的分析计算,（4）槽底面对工件B面的垂直度允差0.10mm,其定位基准与设计基准重合，且工件以平面定位，所以D=0。,3. 夹具加工精度的分析计算,夹具工作精度的分析计算,通过对夹具结构的选择、设计和夹具工作精度的分析计算，证明该夹具能稳定可靠地保证工件的加工技术要求，且结构简单、操作方便。从而说明该夹具结构设计是可行的。,夹具部分误差，仅占加工允差的很少部分，余留的加工允差部分远大于工艺系统其他因素引起的误差。,3. 夹具加工精度的分析计算,思考题与习题,思考题与习题,第四节 专用夹具设计实例,The End,
