支架夾具設(shè)計(jì)說明資料

1、院（系）別 專 業(yè) 級(jí) 別 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)老師專業(yè)課程綜合設(shè)計(jì)支架鉆孔加工專用夾具設(shè)計(jì)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院機(jī)械制造及其自動(dòng)化2009 級(jí)0911116036沈華坤黃國(guó)欽華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院2012年10月第一章夾具設(shè)計(jì)任務(wù)1.1.1零件（產(chǎn)品）結(jié)構(gòu)分析及零件圖11.2支架鉆孔工序的重點(diǎn)技術(shù)要求分析 2第二章 撥叉夾具設(shè)計(jì)方案的確定 32.1基準(zhǔn)面的選擇（夾具體方案的確定）32.2定位方式及定位元件的選擇32.3夾緊方案及夾緊元件選擇32.4夾具結(jié)構(gòu)4.第三章主要零件設(shè)計(jì)及計(jì)算說明63.1夾緊力計(jì)算6.3.2其他零件設(shè)計(jì)計(jì)算.8.第四章 夾具定位誤差計(jì)算 14第五章 夾具的裝配要求及使用說

2、明 .15參考文獻(xiàn)附錄第一章 夾具設(shè)計(jì)任務(wù)1.1零件（產(chǎn)品）結(jié)構(gòu)分析及零件圖1、零件的二維圖如圖1.1所示圖1.1 支架CAD圖2、零件的三維圖如圖1.2所示圖1.2支架三維圖1.2支架鉆孔工序六的重點(diǎn)技術(shù)要求分析1、支架鉆孔工序圖六如圖1.3所示2、工裝及切削要素?cái)?shù)據(jù)表如表1.1所示表1.1工裝及切削要素?cái)?shù)據(jù)表如表工步工步內(nèi)工藝裝備主軸轉(zhuǎn)速切削速 度進(jìn)給量切削深 度進(jìn)給次 數(shù)工步工時(shí)號(hào)容r/minm/minmm/rmm機(jī)動(dòng)輔助01鉆與$ 18垂 直的孔$ 10 至 $ 9.8X525臥式銃床54517.10.44.910.1802粗鉸與$ 18垂 直的孔$ 10錐柄麻花鉆*9.8680210

3、.30.110.153、工序的重點(diǎn)技術(shù)要求分析由工件的零件圖和三維立體圖可以看出， 鉆與18垂直的孔0至9.8的重 點(diǎn)是保證兩通孔的垂直度要求。故夾具體應(yīng)圍繞保證其垂直度的精度來(lái)設(shè)計(jì)，同 時(shí)也要保證其表面粗糙度及位置精度。第二章支架夾具設(shè)計(jì)方案的確定2.1基準(zhǔn)面的選擇（夾具體方案的確疋）因采用臥式鉆床，故待加平面處于水平位置。若設(shè) 18垂直的孔的凸臺(tái)面 分別為前面和后面，則使后面面為定位基準(zhǔn)面。以基準(zhǔn)面上的直徑為20的兩孔以及基準(zhǔn)面定位。夾緊件由工件前面向定位基準(zhǔn)面夾緊。 采用快速螺旋夾緊機(jī) 構(gòu)。2.2定位方式及定位元件的選擇如圖2.1為工件在夾具中的定位方式簡(jiǎn)圖.圖2.1定位方式簡(jiǎn)圖在夾具中

4、，工件以圓孔表面定位時(shí)，需要限制6個(gè)自由度，所選鉆孔的軸線 要與18孔軸線垂直，所以應(yīng)該以該軸線為定位基準(zhǔn)。使用短定位銷加一個(gè)側(cè)面 限制了 5個(gè)自由度，為確保與底面的平行度再在底面加一個(gè)可調(diào)節(jié)支承，限制住第六個(gè)自由度。在大批量生產(chǎn)中，由于定位銷磨損較快，為保證工序加工精度需 定期維修更換，此時(shí)常采用便于更換的可換式定位銷。總而言之，圖中是通過一個(gè)短銷加上一個(gè)側(cè)面限制五個(gè)自由度，在通過可調(diào) 節(jié)輔助支撐限制一個(gè)自由度，從而達(dá)到完全定位2.3夾緊方案及夾緊元件選擇2.3.1夾緊方案機(jī)械零件是由若干要素組成的，每個(gè)要素之間都有一定的尺寸和位置公差要 求用來(lái)確定生產(chǎn)對(duì)象上幾何要素間幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)

5、，線，面稱為基準(zhǔn)。 輸出軸的軸線在設(shè)計(jì)中就是一個(gè)精基準(zhǔn)。通過零件圖的分析得知，輸出軸的定位基準(zhǔn)有兩端面及中心孔， 而設(shè)計(jì)的夾 具是用來(lái)鉆端面10的通孔的，因此采用一個(gè)套環(huán)和套筒，共限制5個(gè)自由度，定位面為30軸頸外圓及階梯軸端面，定位基準(zhǔn)即為軸心線，夾緊元件為一個(gè)浮 動(dòng)壓塊，靠齒輪齒條機(jī)構(gòu)及壓緊彈簧產(chǎn)生夾緊力。2.3.2夾緊元件選擇一般夾緊裝置由下面兩個(gè)基本部分組成。1）動(dòng)力源即產(chǎn)生原始作用力的部分。如果用人的體力對(duì)工件進(jìn)行夾緊，稱為手動(dòng)夾緊； 如果用氣動(dòng)、液壓、氣液聯(lián)合、電動(dòng)以及機(jī)床的運(yùn)動(dòng)等動(dòng)力裝置來(lái)代替人力進(jìn)行 夾緊，則稱為機(jī)動(dòng)夾緊。2）夾緊機(jī)構(gòu)即接受和傳遞原始作用力，使之變?yōu)閵A緊力，并執(zhí)

6、行夾緊任務(wù)的部分。它包 括中間遞力機(jī)構(gòu)和夾緊元件。中間遞力機(jī)構(gòu)把來(lái)自人力或動(dòng)力裝置的力傳遞給夾 緊元件，再由夾緊元件直接與工件接觸，最終完成夾緊任務(wù)。根據(jù)動(dòng)力源的不同和工件夾緊的實(shí)際需要， 一般中間遞力機(jī)構(gòu)在傳遞夾緊力 的過程中，可以起到以下作用：a改變作用力的方向；b改變作用力的大?。籧具有一定的自鎖性能，以保證夾緊可靠，在手動(dòng)夾緊時(shí)尤為重要。本次設(shè)計(jì)采用手動(dòng)夾緊方式。2.4夾具結(jié)構(gòu)從前面提到的夾緊裝置組成中可以看出，不論采用何種力源（手動(dòng)或機(jī)動(dòng)） 形式，一切外加的作用力要轉(zhuǎn)化為夾緊力均需通過夾緊機(jī)構(gòu)。因此，夾緊機(jī)構(gòu)是夾緊裝置中的一個(gè)很重要的組成部分。夾緊機(jī)構(gòu)可分為斜楔夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)

7、、偏心夾緊機(jī)構(gòu)、定心對(duì)中夾 緊機(jī)構(gòu)等。斜楔夾緊機(jī)構(gòu)中最基本的形式之一，螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 、偏心夾緊機(jī)構(gòu) 及定心對(duì)中夾緊機(jī)構(gòu)等都是斜楔夾緊機(jī)構(gòu)的變型。斜楔夾緊機(jī)構(gòu)主要是利用其斜楔面移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來(lái)夾緊工件的，亦即一般所謂的楔緊作用。斜楔的斜度一般為 1:10，其斜度的大小主要是根據(jù)滿足 斜楔的自鎖條件來(lái)確定。一般對(duì)夾具的夾緊機(jī)構(gòu)，都要求具有自鎖性能。所謂自鎖，也就是當(dāng)外加的 作用力Q一旦消失或撤除后，夾緊機(jī)構(gòu)在純摩擦力的作用下，仍應(yīng)保持其處于夾 緊狀態(tài)而不松開。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)中所用的螺旋，實(shí)際上相當(dāng)于把斜楔繞在圓柱體上因它的夾緊 作用原理與斜楔時(shí)一樣的。不過這里是通過轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋，使繞在圓柱體上的斜楔

8、高 度發(fā)生變化來(lái)夾緊工件的。本次工件夾緊便采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。第三章主要零件設(shè)計(jì)及計(jì)算說明3.1夾緊力計(jì)算夾緊力的大小對(duì)于保證定位穩(wěn)定、 加緊可靠，確定夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，都 有很大關(guān)系。夾緊力過小，則加緊不穩(wěn)固，在加工過程中工件仍會(huì)發(fā)生位移而破 壞定位。結(jié)果，輕則影響加工質(zhì)量，重則造成安全事故。夾緊力過大，則沒有必 要，反而增加加緊變形，對(duì)加工質(zhì)量不利。此外，夾緊裝置的結(jié)構(gòu)尺寸也不必要 的加大了。所以，夾緊力的大小必須恰當(dāng)。夾緊力大小的確定：計(jì)算夾緊力時(shí)，通常將夾具和工件看成一個(gè)剛性系統(tǒng)， 然后根據(jù)工件受切削 力、夾緊力（大工件還應(yīng)考慮重力，運(yùn)動(dòng)的工件還需考慮慣性）后處于靜力平衡 條件，求出理

9、論夾緊力，為了安全起見再乘以安全系數(shù)K。W = KW式中：W 計(jì)算出的理論夾緊力；W實(shí)際夾緊力；K安全系數(shù)安全系數(shù) K=K1X K2X K3X K4XK5XK6XK7K1基本安全系數(shù)1.33K2-加工性質(zhì)系數(shù)1K3-刀具鈍化系數(shù)1K4斷續(xù)刀削系數(shù)1K5-夾緊力的穩(wěn)定性1K6-手動(dòng)夾緊時(shí)的手柄位置1K7接觸情況1所以 K=K1X K2X K3X K4XK5XK6XK7=1.33理論夾緊力的計(jì)算:T 二Wrtan(-)式中：w理論夾緊力T 理論夾緊轉(zhuǎn)矩R 螺紋的平均半徑書螺紋升角n 螺紋線數(shù)螺紋摩擦角fl摩擦因數(shù)T計(jì)算力臂所以查表得w=637綜上所述實(shí)際夾緊力 w=12953N而此時(shí)只需在扳手上施

10、加不到 100N的力便 可產(chǎn)生此效果，且再加上鉆削時(shí)切削力與夾緊力方向一致，故可認(rèn)為此設(shè)計(jì)是合 理的。在夾緊力工件時(shí)各種不同接觸面之間的摩擦系數(shù) J可見表。表3.1各種不同接觸表面之間的摩擦系數(shù)J接觸表面的形式摩擦系數(shù)卩接觸表面均為加工過的光滑表面0.15 0.25工件表面為毛坯，夾具的支承面為球面0.20.3夾具定位或夾緊兀件的淬硬表面在沿主切削力方向有齒紋0.3夾具定位或夾緊兀件的淬硬表面在垂直于主切削力的方向有齒紋0.4夾具定位或夾緊兀件的淬硬表面有相互垂直齒紋0.40.5夾具定位或夾緊兀件的淬硬表面有網(wǎng)狀齒紋0.70.8為了減小夾緊力，可以在正對(duì)切削力F的作用方向，設(shè)置一支承元件。這種

11、 支承不用作定位，而是用來(lái)防止工件在加工中移動(dòng)。在鉆床上對(duì)工件鉆孔時(shí)，為了減小夾緊力，應(yīng)力求使主要定位基準(zhǔn)面處于水 平位置，使夾緊力、重力和切削力同向，都垂直作用在主要定位基準(zhǔn)面上。2）夾緊力的作用點(diǎn)夾緊力的作用點(diǎn)是指夾緊元件與工件相接觸的一小塊面積。選擇作用點(diǎn)的問題是在夾緊力方向已定的情況下才提出來(lái)的。選擇夾緊力作用點(diǎn)位置和數(shù)目時(shí)， 應(yīng)考慮工件定位可靠，防止夾緊變形，確保工序的加工精度。a夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)能保持工件定位穩(wěn)定，而不致引起工件發(fā)生位移和偏 轉(zhuǎn)。當(dāng)夾緊力雖然朝向主要定位基面，但作用點(diǎn)卻在支承范圍以外時(shí)，夾緊力與 支反力構(gòu)成力矩，夾緊時(shí)工件將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使定位基面與支承元件脫離，以至破

12、 壞原有定位。應(yīng)使夾緊力作用在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。b夾緊力的作用點(diǎn)，應(yīng)使被夾緊工件的夾緊變形盡可能小。對(duì)于箱體、殼體、桿叉類工件，要特別注意選擇力的作用點(diǎn)問題。在使用夾具時(shí)，為盡量減少工件的夾緊變形，可采用增大工件受力面積的措 施。采用具有較大弧面的夾爪來(lái)防止薄壁套筒變形；可在壓板下增加墊圈，使夾緊力均勻地作用在薄壁夾緊力的大小必須適當(dāng)。當(dāng)夾緊力過小，工件可能在加工過程中移動(dòng)而破壞 定位，不僅影響質(zhì)量，還能造成事故；夾緊力過大，不但會(huì)使工件和夾具產(chǎn)生變 形，對(duì)加工質(zhì)量不利，而且造成人力、物力的浪費(fèi)。3.2其他零件設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1鉆套的選擇與設(shè)計(jì)夾具在機(jī)床上安裝完畢，在進(jìn)行加工之前，尚需進(jìn)行夾具的對(duì)刀

13、，使刀具相 對(duì)夾具定位元件處于正確位置。在鉆床夾具中，通常用鉆套實(shí)現(xiàn)刀具的對(duì)準(zhǔn)，如圖7所示，加工中只要鉆頭 對(duì)準(zhǔn)鉆套，所鉆孔的位置就能達(dá)到工序要求。 當(dāng)然，鉆套和鏜套還有增強(qiáng)刀具剛 度的作用。圖3.1鉆套對(duì)刀1-定位元件；2-工件；3-鉆模板；4-固定襯套；5-快換鉆套1）鉆套的四種形式a固定鉆套圖8（a）為固定鉆套的兩種結(jié)構(gòu)，A型為無(wú)肩的，B型為帶肩的。帶肩的主要 用于鉆模板較薄時(shí)，用以保持鉆套必要的導(dǎo)引長(zhǎng)度。鉆套外圓以H7,n6或H7r6配合直接壓入夾具體或鉆模板孔中。 這種鉆套的缺點(diǎn)是磨損后不易更換，因此主 要用于中小批生產(chǎn)用的鉆床夾具上或用來(lái)加工孔距小和孔距精度要求較高的孔。 為防止切

14、屑進(jìn)入鉆套內(nèi)，鉆套的上下端應(yīng)以突出鉆模板為宜，一般不能低于鉆模 板。b可換鉆套可換鉆套的實(shí)際功用仍和固定鉆套一樣，可供鉆、擴(kuò)、鉸孔工序使用，在批 量較大時(shí)，磨損后可迅速更換?？蓳Q鉆套的結(jié)構(gòu)如圖 8（b）所示，它的凸緣銑有臺(tái) 肩，防轉(zhuǎn)螺釘?shù)念^部與此臺(tái)肩有一定間隙以防止可換鉆套轉(zhuǎn)動(dòng)。擰去螺釘便可取出可換鉆套。為了避免鉆模板的磨損，鉆套不直接壓配在夾具體或鉆模板上， 而 是以H7g6或H6g5的配合裝進(jìn)襯套的內(nèi)孔中，并用防轉(zhuǎn)螺釘防止在加工過程 中刀具、切屑與鉆套內(nèi)孔的摩擦力使鉆套產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，或推倒時(shí)隨刀具抬起。襯套外圓與夾具體或鉆模板的配合采用 H 7n6或H 7 r6。c快換鉆套快換鉆套是供一個(gè)孔須

15、經(jīng)多個(gè)加工工步（如鉆、擴(kuò)、鉸、锪孔和攻絲等）所 用的。由于在加工過程中，需依次更換、取出鉆套，以適應(yīng)不同加工刀具的需要， 所以采用快換鉆套。圖 8（c）是標(biāo)準(zhǔn)快換鉆套結(jié)構(gòu)。它除在其凸緣銑有臺(tái)肩以供防轉(zhuǎn)螺釘壓住外，同時(shí)還銑出一削邊平面。當(dāng)此削邊平面轉(zhuǎn)至鉆套螺釘位置時(shí), 便可向上快速取出鉆套。為防止直接磨損鉆模板或夾具體，也必須配有襯套。圖8各類鉆套1-可換鉆套；2-襯套；3-防轉(zhuǎn)螺釘d特殊鉆套特殊鉆套是根據(jù)具體加工情況自行設(shè)計(jì)的，以補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)鉆套性能的不足，在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)加工情況選擇長(zhǎng)型快換鉆套。2）鉆套導(dǎo)引孔尺寸和公差的確定根據(jù)待加工孔的尺寸d = 4.5mm，選擇快換鉆套的尺寸。其結(jié)構(gòu)見圖

16、9，具體尺寸參數(shù)見表4。長(zhǎng)型快換鉆套技術(shù)條件：a 材料：dv 26mmT10A; d 26mm 20;b 熱處理：T10A HRC5A 64; 20 滲碳深度 0.8 1.2mm;HRC58- 645表4長(zhǎng)型快換鉆套尺寸dDDi （滾花前）D2Hhh1h2基本尺寸極限偏差F7基本尺寸極限偏差m6極限偏差k603+0.016+0.0068+0.015+0.006+0.010+0.0011512104083834+0.022+0.010101246181515551218續(xù)表dh3r2mm1abCt5配鉆套螺釘基本尺寸031011.514.24.20.52500.008M5341446141813

17、5.55.53）鉆套高度和鉆套與工件距離a鉆套高度鉆套高度由孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具耐用度、工件表面形狀 等因素決定。一般材料強(qiáng)度高，鉆頭剛度低（鉆頭懸伸長(zhǎng)度直徑與直徑之比大于 15）和在斜面上鉆孔時(shí)，采用長(zhǎng)鉆套。鉆一般的螺釘孔、銷子孔，工件孔距精度在0.25mm或是自由尺寸公差時(shí)，鉆套的高度取H =（1.52）d，鉆套內(nèi)徑采用基軸制F8的公差。加工IT6、IT7級(jí)精度，孔徑在12mn以上的孔或加工加工工件孔距精度要求在一0.10一0.15mm時(shí)，鉆套的高度取H = （2.53.5）d。鉆套內(nèi)徑采用基軸制G7的公差。加工IT7、IT8級(jí)精度的孔和孔距精度要求在-0.060.10時(shí)，

18、鉆套的高度取 H =(1.251.5)Jh L) o參見表5可知具體選擇方法。表5鉆套高度和鉆套端部與工件表面的距離1*Iq. -加工條件鉆套咼度加工材料鉆套與工件間的距離一般孔、銷 孔，孑L距公差為0.25H =(1.5 2)d鑄鐵h =(0.30.7) dH7以上的 孔，孑L距公 差為 0.1 0.15H =(2.5 3.5)d鋼青銅 鋁合金h=(0.7 1.5)dH8以下的 孔，孑L距公 差為 0.06 0.10H =(1.25 1.5)Uh + L)b鉆套與工件表面的距離鉆套與工件間留有一定的距離h，如表2-4的簡(jiǎn)圖。如果h太大，會(huì)增大鉆 頭的傾斜量，使鉆套不能很好的導(dǎo)向。h過小，切屑

19、排出困難（特別使鋼件）， 不僅會(huì)增大工件加工表面的粗糙度，有時(shí)還可能將鉆頭折斷。h值可按表5選取材料越硬，貝U式中的系數(shù)應(yīng)取小值，鉆頭直徑越小，也即鉆頭剛性越差，式 中的系數(shù)取最大值，以免切屑堵塞而使鉆頭折斷。但是下面幾種特殊情況需另考慮：a在斜面上鉆孔（或鉆斜孔）時(shí)，鉆頭最易引偏，為保證起鉆良好，h應(yīng)盡 可能小一些(h :- 0.3d )。b孔的位置精度要求高時(shí)，可取h=0,以保證鉆套有較好的導(dǎo)引作用，而讓 切屑從鉆頭的螺旋槽中排出。這樣，排屑條件反比只留很小h值的要好，但此時(shí) 鉆套磨損嚴(yán)重。c鉆深孔(孔的長(zhǎng)徑比B d 5)時(shí)，要求排屑暢快，可取 h= 1.5d.此外，各種鉆套內(nèi)孔合外圓的同

20、軸度不應(yīng)大于0.005mm。因此鉆套與工件表面的距離h取h= 1.5d。第四章夾具定位誤差計(jì)算定位誤差主要有兩個(gè)方面，一個(gè)是基準(zhǔn)不重合誤差，一個(gè)是基準(zhǔn)位移誤差。 工件以75外圓的圓柱面為定位面，在套筒上定位，此時(shí)定位基準(zhǔn)就是外圓軸 線，由零件圖可知 20孔設(shè)計(jì)基準(zhǔn)也是外圓軸線。確定定位誤差：由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，故基準(zhǔn)不重合誤差為0,基 準(zhǔn)位移誤差jw 二 d 二 d = 0.02 0.03 0.003 二 0.053mm所以心軸與內(nèi)孔的定位誤差為dwi 二：jb 二 jw = 0 0.053 二 0.053mm再由于鉆模套與地面存在垂直度誤差，為0.005mm故綜上所述dW2 二 dw1 J0.053 0.005 二 0.05