xx新編畢業設計論文----_機床夾具的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 夾緊裝置的組成由以下三部分組成。 （ 1）動力源裝置 它是產生夾緊作用力的裝置。分為手動夾緊和機動夾緊兩種。手動夾緊的力源來自人力，用時比較費時費力。為了改善勞動條件和提高生產率，目前在大批量生產中均采用機動夾緊。機動夾緊的力源來自氣動、液壓、氣液聯 動、電磁、真空等動力夾緊裝置。 （ 2）傳力機構 它是介于動力源和夾緊元件之間傳遞動力的機構。傳力機構的作用是：改變作用力的方向；改變作用力的大小；具有一定的自鎖性能，以便在夾緊力一旦消失后，仍能保證整個夾緊系統處于可靠的夾緊狀態，這一點在手動夾緊時尤為重。 （ 3）夾緊元件 它是直接與工件接觸完成夾緊作用的最終20 執行元件。 夾緊裝置的設計原則 在夾緊工件的過程中，夾緊作用的效果會直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產效率。因此，設計夾緊裝置應遵循以下原則： （ 1）工件不移動原則 夾緊過程中， 應不改變工件定位后所占據的正確位置。 （ 2）工件不變形原則 夾緊力的大小要適當，既要保證夾緊可靠，又應使工件在夾緊力的作用下不致產生加工精度所不允許的變形。 （ 3）工件不振動原則 對剛性較差的工件，或者進行斷續切削，以及不宜采用氣缸直接壓緊的情況，應提高支承元件和夾緊元件的剛性，并使夾緊部位靠近加工表面，以避免工件和夾緊系統的振動。 （ 4）安全可靠原則 夾緊傳力機構應有足夠的夾緊行程，手動夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。 （ 5）經濟實用原則 夾緊裝置的自動化和復雜程度應與生產綱領相適應，在保證生產 效率的前提下，其結構應力求簡單，便于制造、維修，工藝性能好；操作方便、省力，使用性能好。 確定夾緊力的基本原則 夾緊力三要素 設計夾緊裝置時，夾緊力的確定包括夾緊力的方向、作用點21 和大小三個要素。 夾緊力的方向與工件定位的基本配置情況，以及工件所受外力的作用方向等有關。選擇時必須遵守以下準則： （ 1）夾緊力的方向應有助于定位穩定，且主夾緊力應朝向主要定位基面。 （ 2）夾緊力的方向應有利于減小夾緊力，以減小工件的變形、減輕勞動強度。 （ 3）夾緊力的方向應是工件剛性較好的方向。 由于工件在不同方向上剛度是不等的。不同的受力表面也因其接觸面積大小而變形各異。尤其在夾壓薄壁零件時，更需注意使夾緊力的方向指向工件剛性最好的方向。 夾緊力作用點是指夾緊件與工件接觸的一小塊面積。選擇作用點的問題是指在夾緊方向已定的情況下確定夾緊力作用點的位置和數目。夾緊力作用點的選擇是達到最佳夾緊狀態的首要因素。合理選擇夾緊力作用點必須遵守以下準則： （ 1）夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內，應盡可能使夾緊點與支承點對應，使夾緊力作用在支承上。如夾緊力作用在支承面范圍之外，會使工件 傾斜或移動，夾緊時將破壞工件的定位。 （ 2）夾緊力的作用點應選在工件剛性較好的部位。這對剛22 度較差的工件尤其重要，如將作用點由中間的單點改成兩旁的兩點夾緊，可使變形大為減小，并且夾緊更加可靠。 （ 3）夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面，以防止工件產生振動和變形，提高定位的穩定性和可靠性。 夾緊力的大小，對于保證定位穩定、夾緊可靠，確定夾緊裝置的結構尺寸，都有著密切的關系。夾緊力的大小要適當。夾緊力過小則夾緊不牢靠，在加工過程中工件可能發生位移而破壞定位，其結果輕則影響加工質量，重則造成工件報廢 甚至發生安全事故。夾緊力過大會使工件變形，也會對加工質量不利。 理論上，夾緊力的大小應與作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而實際上，夾緊力的大小還與工藝系統的剛度、夾緊機構的傳遞效率等因素有關，計算是很復雜的。因此，實際設計中常采用估算法、類比法和試驗法確定所需的夾緊力。 當采用估算法確定夾緊力的大小時，為簡化計算，通常將夾具和工件看成一個剛性系統。根據工件所受切削力、夾緊力（大型工件應考慮重力、慣性力等）的作用情況，找出加工過程中對夾緊最不利的狀態，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力，最后再乘以安全系數作 為實際所需夾緊力，即 Fwk = KFw 式中 Fwk—— 實際所需夾緊力，單位為 N； Fw—— 在一定條件下，由靜力平衡算出的理論夾緊23 力，單位為 N； K—— 安全系數，粗略計算時，粗加工取 K＝ ～ 3，精加工取 K＝ ～ 2。 夾緊力三要素的確定，實際是一個綜合性問題。必須全面考慮工件結構特點、工藝方法、定位元件的結構和布置等多種因素，才能最后確定并具體設 計出較為理想的夾緊裝置。 減小夾緊變形的措施 有時一個工件很難找出合適的夾緊點。如較長的套筒在車床上鏜內孔和高支座在鏜床上鏜孔，以及一些薄壁零件的夾持等，均不易找到合適的夾緊點。這時可以采取以下措施減少夾緊變形。 若高支座可采用增加一個輔助支承點及輔助夾緊力，就可以使工件獲得滿意的夾緊狀態。 用一塊活動壓板將夾緊力的著力點分散成兩個或四個，從而改變著力點的位置，減少著力點的壓力，獲得減少夾緊變形的效果。 在壓板下增加墊環， 使夾緊力通過剛性好的墊環均勻地作用在薄壁工件上，避免工件局部壓陷。 加工薄壁套筒時，采用加寬卡爪，如果夾緊力較大，仍有可能發生較大的變形。因此，在精加工時，除減小夾緊力外，夾具的夾緊設計，應保證工件能產生均勻的對稱變形，以便獲得變形量的統計平均值，通過調整刀具適當消除部分24 變形量，也可以達到所要求的加工精度。 對于一些極薄的特形工件，靠精密沖壓加工仍達不到所要求的精度而需要進行機械加工時，上述各種措施通常難以滿足需要，可以采用一種凍結式夾具。這類夾具是將極薄的特形工件定位于 一個隨行的型腔里，然后澆灌低熔點金屬，待其固結后一起加工，加工完成后，再加熱熔解取出工件。低熔點金屬的澆灌及熔解分離，都是在生產線上進行的。 夾緊機構是指能實現以一定的夾緊力夾緊工件選定夾緊點的功能的完整結構。它主要包括與工件接觸的壓板、支承件和施力機構。對夾緊機構通常有如下要求。 由于工件上各夾緊點之間總是存在位置誤差，為了使壓板可靠地夾緊工件或使用一塊壓板實現多點夾緊，一般要求夾緊機構和支承件等要有浮動自位的功能。要使壓板及支承件等產生浮動，可用球面墊圈、球面支承 及間隙聯接銷不實現。 為了實現幾個方向的夾緊力同時作用或順序作用，并使操作簡便，設計中廣泛采用各種聯動機構。 為了減小動力源的作用力，在夾緊機構中常采用增力機構。最常用的增力機構有：螺旋、杠桿、斜面、鉸鏈及其組合 。 鉸鏈增力機構常和杠桿機構組合使用，稱為鉸鏈杠桿機構。它是氣動夾具中常用的一種增力機構。其優點是增力比較大，而25 摩擦損失較小。 當去掉動力源的作用力之后，仍能保持對工件的夾緊狀態，稱為夾緊機構的自鎖。自鎖是夾緊機構的一種十分重要并且十分必要的特性。常用的自鎖 機構有螺旋、斜面及偏心機構 。 26 3 銑床夾具設計 圖 31 所示拔叉零件，要求設計銑槽工序用的銑床夾具。根據工藝規程，在銑槽之前其它各表面均已加工好，本工序的加工要求是：槽寬 14H11mm，槽深 7mm，槽的中心平面與Ф 26H7 孔軸線的垂直度公差為 ，槽側面與 E 面的距離 12 177。 ，槽底面與 B 面平行。 撥插零件圖 3— 1 27 六點定位原理 當工件在不受任何條件約束時，其位置是任意的不確定的 。設工件為一理想的鋼體，并以一個空間直角坐標作為參照來觀察鋼體的位置變動。由理論力學可知，在空間處于自由狀態的鋼體，具有六個自由度，即沿著 X、 Y、 Z 三個坐標軸的移動和繞著這三個坐標軸的轉動，如圖所示。用 X、 Y、 Z 和 X、 Y、 Z 分別表示沿三個坐標軸的移動和繞著這三個坐標軸轉動的自由度。 六個自由度是工件在空間位置不確定的最高程度。定位的任務，就是要限制工件的自由度。在夾具中，用分別適當的與工件接觸的六個支撐點，來限制工件六個自由度的原理，稱為六點定位原理。 應用定位原理幾種情況 （ 1）完全定位 工件 的六個自由度全部被限制，它在夾具中只有唯一的位置，稱為完全定位。 （ 2）部分定位 工件定位時，并非所有情況下都必須使工件完全定位。在滿足加工要求的條件下，少于六個支撐點的定位稱為部分定位。 在滿足加工要求的前提下，采用部分定位可簡化定位裝置，在生產中應用很多。如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平面只需限制三個自由度。 28 （ 3）過定位（重復定位） 幾個定位支撐點重復限制一個自由度，稱為過定位。 1） 一般情況下，應該避免使用過定位。 通常，過定位的結果將使工件的定位精度受到影響，定位不確定可使工件（或定位件）產生變形，所 以在一般情況下，過定位是應該避免的。 2） 過定位亦可合理應用 雖然工件在夾具中定位，通常要避免產生“過定位”，但是在某些條件下，合理地采用“過定位”，反而可以獲得良好的效果。這對剛性弱而精度高的航空、儀表類工件更為顯著。 工件本身剛性和支承剛性的加強，是提高加工質量和生產率的有效措施，生產中常有應用。大家都熟知車削長軸時的安裝情況，長軸工件的一端裝入三爪卡盤中，另一端用尾架尖支撐。這就是個“過定位”的定位方式。只要事先能對工件上諸定位基準和 車床 （夾具）有關的形位誤差從嚴控制，過定位的弊端就可以免除。由于工件 的支撐剛性得以加強，尾架的扶持有助于實現穩定，可靠的定位，所以工件安裝方便，加工質量和效率也大為提高。 確定要限制的自由度 按照加工要求，銑通槽時應限制五個自由度，即沿 x 軸移動的自由度不需要限制，但若在此方向設置一止推支撐，則可起到承受部分銑削力的作用，故可采用完全定位。 29 定位方案選擇 如圖 所示，有三中定位方案可供選擇： 方案 I：工件已 E 面作為主要定位面，用支承板 1 和短銷 2（與工件Ф 26H7 孔配合）限制工件五個自由度，另設置一防轉擋銷實現六點定 位。為了提高工件的裝夾剛度，在 C 處加一輔助支承。 方案 II：工件以Ф 26H7 孔作為主要定位基面，用長銷 3 和支承釘 4 限制工件五個自由度，另設置一防轉擋銷實現六點定位。在 C 處也加一 支承。 方案 III：工件以Ф 26H7 孔為主要定位基面，用長銷 3 和長條支承板 5 限制兩個自由度，限制工件六個自由度，其中繞 z 軸轉動的自由度被重復限制了，另設置一防擋銷。在 C 處也加一輔助支承。 圖 銑床定位方案 1支撐板 2短銷 3長銷 4支撐釘 5長條支撐板 比較以上三種方案，方案 I 中工件繞 x 軸轉動的自由度由 E30 面限制，定位基準與設計基準不重合，不利于保證槽的中心平面與Ф 26H7 孔軸線的垂直度。方案 II 中雖然定位基準與設計基準重合，槽的中心平面與Ф 26H7 孔軸線的垂直度要求保證，但這種定位方式不利于工件的夾緊。由于輔助支承是在工件夾緊后才起作用，而是施加夾緊力 P 時，支承釘 4 的面積太小，工件極易歪斜變形，夾緊也不可靠。方案 III 中雖是過定位，但若在工件加工工藝方案 中，安排Ф 26H7 孔與 E 面在一次裝夾中加工，使Ф 26H7 孔與 E 面有較高的垂直度，則過定位的影響甚小。在對工件施加夾緊力 P 時，工件的變形也很小，且定位基準與設計基準重合。綜上所述，方案 III 較好。 對于防轉擋銷位置的設置，也是三種不同的方案。當擋銷放在位置 1 時，由于 B 面與Ф 26H7 孔的距離較進（ 230 ），尺寸公差又大，定位精度低。擋銷放在位置 2 時，雖然距Ф 26H7孔軸線較遠，但由于工件定位是毛面，因而定位精度也較低。而當擋銷放在位置 3 時，距Ф 26H7 孔軸線較遠， 工件定位面的精度較高（Ф 55H12），定位精度較高，且能承受切削力所引起的轉矩。因此，防轉擋銷應放在位置 3 較好 。 計算定位誤差 除槽寬 14H11 由銑刀保證外，本夾具要保證槽側面與 E 面的距離及槽的中心平面與Ф 25H7 孔軸線的 垂直度，其它要求未注公差，因此只需計算上述兩項加工要求的定位誤： （ 1）加工尺寸 12177。 的定位誤差 采用 （ c）31 所示定位方案時， E 面既是工序基準，又是定位基準，故基準不重合誤差為零。有由于 E 面與長條支承板始終保持接觸，故基準位移誤差為零。因此，加工尺寸 12177。 沒有定位誤差。 （ 2）槽的中心平面與Ф 26H7 孔軸線垂直度的定位誤差 長銷與工件的配合去Ф 26H7 g6，則 Ф 26g6=Ф （ mm） Ф 26H7=Ф 25+ 0（ mm） 由于定位基準與設計基準重合，故基準不重合誤差為零。 基準位移誤差 △ y=2*8tan△ a=2*8*=（ mm） 由于定位誤差△ D=△ y=?（ mm），故此定位方案可行。 根據工件夾緊的原則，除 施加夾緊力外，還應在靠近加工面處增加一夾緊