xx新编毕业设计论文----_机床夹具的设计

xx新编毕业设计论文----_机床夹具的设计内容摘要：

夹紧装置的组成由以下三部分组成。 （ 1）动力源装置 它是产生夹紧作用力的装置。 分为手动夹紧和机动夹紧两种。 手动夹紧的力源来自人力，用时比较费时费力。 为了改善劳动条件和提高生产率，目前在大批量生产中均采用机动夹紧。 机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联 动、电磁、真空等动力夹紧装置。 （ 2）传力机构 它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。 传力机构的作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤为重。 （ 3）夹紧元件 它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终20 执行元件。 夹紧装置的设计原则 在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。 因此，设计夹紧装置应遵循以下原则： （ 1）工件不移动原则 夹紧过程中， 应不改变工件定位后所占据的正确位置。 （ 2）工件不变形原则 夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。 （ 3）工件不振动原则 对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。 （ 4）安全可靠原则 夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。 （ 5）经济实用原则 夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产 效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。 确定夹紧力的基本原则 夹紧力三要素 设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点21 和大小三个要素。 夹紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。 选择时必须遵守以下准则： （ 1）夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。 （ 2）夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。 （ 3）夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。 由于工件在不同方向上刚度是不等的。 不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。 尤其在夹压薄壁零件时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。 夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。 选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。 夹紧力作用点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素。 合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则： （ 1）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。 如夹紧力作用在支承面范围之外，会使工件 倾斜或移动，夹紧时将破坏工件的定位。 （ 2）夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位。 这对刚22 度较差的工件尤其重要，如将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，并且夹紧更加可靠。 （ 3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和可靠性。 夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密切的关系。 夹紧力的大小要适当。 夹紧力过小则夹紧不牢靠，在加工过程中工件可能发生位移而破坏定位，其结果轻则影响加工质量，重则造成工件报废 甚至发生安全事故。 夹紧力过大会使工件变形，也会对加工质量不利。 理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，计算是很复杂的。 因此，实际设计中常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。 当采用估算法确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。 根据工件所受切削力、夹紧力（大型工件应考虑重力、惯性力等）的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数作 为实际所需夹紧力，即 Fwk = KFw 式中 Fwk—— 实际所需夹紧力，单位为 N； Fw—— 在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧23 力，单位为 N； K—— 安全系数，粗略计算时，粗加工取 K＝ ～ 3，精加工取 K＝ ～ 2。 夹紧力三要素的确定，实际是一个综合性问题。 必须全面考虑工件结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设 计出较为理想的夹紧装置。 减小夹紧变形的措施 有时一个工件很难找出合适的夹紧点。 如较长的套筒在车床上镗内孔和高支座在镗床上镗孔，以及一些薄壁零件的夹持等，均不易找到合适的夹紧点。 这时可以采取以下措施减少夹紧变形。 若高支座可采用增加一个辅助支承点及辅助夹紧力，就可以使工件获得满意的夹紧状态。 用一块活动压板将夹紧力的着力点分散成两个或四个，从而改变着力点的位置，减少着力点的压力，获得减少夹紧变形的效果。 在压板下增加垫环， 使夹紧力通过刚性好的垫环均匀地作用在薄壁工件上，避免工件局部压陷。 加工薄壁套筒时，采用加宽卡爪，如果夹紧力较大，仍有可能发生较大的变形。 因此，在精加工时，除减小夹紧力外，夹具的夹紧设计，应保证工件能产生均匀的对称变形，以便获得变形量的统计平均值，通过调整刀具适当消除部分24 变形量，也可以达到所要求的加工精度。 对于一些极薄的特形工件，靠精密冲压加工仍达不到所要求的精度而需要进行机械加工时，上述各种措施通常难以满足需要，可以采用一种冻结式夹具。 这类夹具是将极薄的特形工件定位于 一个随行的型腔里，然后浇灌低熔点金属，待其固结后一起加工，加工完成后，再加热熔解取出工件。 低熔点金属的浇灌及熔解分离，都是在生产线上进行的。 夹紧机构是指能实现以一定的夹紧力夹紧工件选定夹紧点的功能的完整结构。 它主要包括与工件接触的压板、支承件和施力机构。 对夹紧机构通常有如下要求。 由于工件上各夹紧点之间总是存在位置误差，为了使压板可靠地夹紧工件或使用一块压板实现多点夹紧，一般要求夹紧机构和支承件等要有浮动自位的功能。 要使压板及支承件等产生浮动，可用球面垫圈、球面支承 及间隙联接销不实现。 为了实现几个方向的夹紧力同时作用或顺序作用，并使操作简便，设计中广泛采用各种联动机构。 为了减小动力源的作用力，在夹紧机构中常采用增力机构。 最常用的增力机构有：螺旋、杠杆、斜面、铰链及其组合。 铰链增力机构常和杠杆机构组合使用，称为铰链杠杆机构。 它是气动夹具中常用的一种增力机构。 其优点是增力比较大，而25 摩擦损失较小。 当去掉动力源的作用力之后，仍能保持对工件的夹紧状态，称为夹紧机构的自锁。 自锁是夹紧机构的一种十分重要并且十分必要的特性。 常用的自锁 机构有螺旋、斜面及偏心机构。 26 3 铣床夹具设计 图 31 所示拔叉零件，要求设计铣槽工序用的铣床夹具。 根据工艺规程，在铣槽之前其它各表面均已加工好，本工序的加工要求是：槽宽 14H11mm，槽深 7mm，槽的中心平面与Ф 26H7 孔轴线的垂直度公差为 ，槽侧面与 E 面的距离 12 177。 ，槽底面与 B 面平行。 拨插零件图 3— 1 27 六点定位原理 当工件在不受任何条件约束时，其位置是任意的不确定的。 设工件为一理想的钢体，并以一个空间直角坐标作为参照来观察钢体的位置变动。 由理论力学可知，在空间处于自由状态的钢体，具有六个自由度，即沿着 X、 Y、 Z 三个坐标轴的移动和绕着这三个坐标轴的转动，如图所示。 用 X、 Y、 Z 和 X、 Y、 Z 分别表示沿三个坐标轴的移动和绕着这三个坐标轴转动的自由度。 六个自由度是工件在空间位置不确定的最高程度。 定位的任务，就是要限制工件的自由度。 在夹具中，用分别适当的与工件接触的六个支撑点，来限制工件六个自由度的原理，称为六点定位原理。 应用定位原理几种情况 （ 1）完全定位 工件 的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。 （ 2）部分定位 工件定位时，并非所有情况下都必须使工件完全定位。 在满足加工要求的条件下，少于六个支撑点的定位称为部分定位。 在满足加工要求的前提下，采用部分定位可简化定位装置，在生产中应用很多。 如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。 28 （ 3）过定位（重复定位） 几个定位支撑点重复限制一个自由度，称为过定位。 1） 一般情况下，应该避免使用过定位。 通常，过定位的结果将使工件的定位精度受到影响，定位不确定可使工件（或定位件）产生变形，所 以在一般情况下，过定位是应该避免的。 2） 过定位亦可合理应用 虽然工件在夹具中定位，通常要避免产生“过定位”，但是在某些条件下，合理地采用“过定位”，反而可以获得良好的效果。 这对刚性弱而精度高的航空、仪表类工件更为显著。 工件本身刚性和支承刚性的加强，是提高加工质量和生产率的有效措施，生产中常有应用。 大家都熟知车削长轴时的安装情况，长轴工件的一端装入三爪卡盘中，另一端用尾架尖支撑。 这就是个“过定位”的定位方式。 只要事先能对工件上诸定位基准和 车床 （夹具）有关的形位误差从严控制，过定位的弊端就可以免除。 由于工件 的支撑刚性得以加强，尾架的扶持有助于实现稳定，可靠的定位，所以工件安装方便，加工质量和效率也大为提高。 确定要限制的自由度 按照加工要求，铣通槽时应限制五个自由度，即沿 x 轴移动的自由度不需要限制，但若在此方向设置一止推支撑，则可起到承受部分铣削力的作用，故可采用完全定位。 29 定位方案选择 如图 所示，有三中定位方案可供选择： 方案 I：工件已 E 面作为主要定位面，用支承板 1 和短销 2（与工件Ф 26H7 孔配合）限制工件五个自由度，另设置一防转挡销实现六点定 位。 为了提高工件的装夹刚度，在 C 处加一辅助支承。 方案 II：工件以Ф 26H7 孔作为主要定位基面，用长销 3 和支承钉 4 限制工件五个自由度，另设置一防转挡销实现六点定位。 在 C 处也加一 支承。 方案 III：工件以Ф 26H7 孔为主要定位基面，用长销 3 和长条支承板 5 限制两个自由度，限制工件六个自由度，其中绕 z 轴转动的自由度被重复限制了，另设置一防挡销。 在 C 处也加一辅助支承。 图 铣床定位方案 1支撑板 2短销 3长销 4支撑钉 5长条支撑板 比较以上三种方案，方案 I 中工件绕 x 轴转动的自由度由 E30 面限制，定位基准与设计基准不重合，不利于保证槽的中心平面与Ф 26H7 孔轴线的垂直度。 方案 II 中虽然定位基准与设计基准重合，槽的中心平面与Ф 26H7 孔轴线的垂直度要求保证，但这种定位方式不利于工件的夹紧。 由于辅助支承是在工件夹紧后才起作用，而是施加夹紧力 P 时，支承钉 4 的面积太小，工件极易歪斜变形，夹紧也不可靠。 方案 III 中虽是过定位，但若在工件加工工艺方案 中，安排Ф 26H7 孔与 E 面在一次装夹中加工，使Ф 26H7 孔与 E 面有较高的垂直度，则过定位的影响甚小。 在对工件施加夹紧力 P 时，工件的变形也很小，且定位基准与设计基准重合。 综上所述，方案 III 较好。 对于防转挡销位置的设置，也是三种不同的方案。 当挡销放在位置 1 时，由于 B 面与Ф 26H7 孔的距离较进（ 230 ），尺寸公差又大，定位精度低。 挡销放在位置 2 时，虽然距Ф 26H7孔轴线较远，但由于工件定位是毛面，因而定位精度也较低。 而当挡销放在位置 3 时，距Ф 26H7 孔轴线较远， 工件定位面的精度较高（Ф 55H12），定位精度较高，且能承受切削力所引起的转矩。 因此，防转挡销应放在位置 3 较好。 计算定位误差 除槽宽 14H11 由铣刀保证外，本夹具要保证槽侧面与 E 面的距离及槽的中心平面与Ф 25H7 孔轴线的 垂直度，其它要求未注公差，因此只需计算上述两项加工要求的定位误： （ 1）加工尺寸 12177。 的定位误差 采用 （ c）31 所示定位方案时， E 面既是工序基准，又是定位基准，故基准不重合误差为零。 有由于 E 面与长条支承板始终保持接触，故基准位移误差为零。 因此，加工尺寸 12177。 没有定位误差。 （ 2）槽的中心平面与Ф 26H7 孔轴线垂直度的定位误差 长销与工件的配合去Ф 26H7 g6，则 Ф 26g6=Ф （ mm） Ф 26H7=Ф 25+ 0（ mm） 由于定位基准与设计基准重合，故基准不重合误差为零。 基准位移误差 △ y=2*8tan△ a=2*8*=（ mm） 由于定位误差△ D=△ y=‹（ mm），故此定位方案可行。 根据工件夹紧的原则，除 施加夹紧力外，还应在靠近加工面处增加一夹紧。