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1、机制教研室机制教研室第十六章第十六章 专用夹具设计专用夹具设计机械制造技术机械制造技术第三节第三节 专用夹具设计实例专用夹具设计实例 第十六章第十六章 专用夹具设计专用夹具设计一一明确设计任务，收集原始资料明确设计任务，收集原始资料二二拟定夹具结构方案拟定夹具结构方案第三节第三节 专用夹具设计实例专用夹具设计实例 本本节节教教学学内内容容三三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本节教学要本节教学要求：求：通过夹具设计实例掌握专用夹具结构方案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。设计的方法和步骤。本本节节教教学学要要求求第三节第三节 专用夹具设计实例专用夹具设计实
2、例 专用夹具结构方案设计的方法和步骤。专用夹具结构方案设计的方法和步骤。本本节节教教学学重重点点本节教学重点：本节教学重点：第三节第三节 专用夹具设计实例专用夹具设计实例 一、明确设计任务，收集原始资料一、明确设计任务，收集原始资料二、确定夹具结构方案二、确定夹具结构方案三、绘制夹具总图三、绘制夹具总图四、标注总图上的尺寸、公差配合与技术条件四、标注总图上的尺寸、公差配合与技术条件五、夹具工作精度的分析计算五、夹具工作精度的分析计算第三节第三节 专用夹具设计实例专用夹具设计实例 零件图零件图图图J1J1一、明确设计任务，收集原始资料一、明确设计任务，收集原始资料第三节第三节 专用夹具设计实例专
3、用夹具设计实例 该零件中批生产，材料为该零件中批生产，材料为45钢。钢。该铣槽工序在该铣槽工序在X6130卧铣上用三面刃铣刀加工。卧铣上用三面刃铣刀加工。本工序加工要求为本工序加工要求为（1）槽宽）槽宽 mm。（2）槽底至工件底面的位置尺寸）槽底至工件底面的位置尺寸 62。（3）槽两侧面对孔轴线的对称度。）槽两侧面对孔轴线的对称度。（4）槽底面对工件）槽底面对工件B面的垂直度。面的垂直度。1.熟悉工件零件图以及本工序的加工要求熟悉工件零件图以及本工序的加工要求（1 1）铣前后两端面）铣前后两端面 X6130X6130卧铣卧铣（2 2）铣底面、顶面）铣底面、顶面 X6130X6130卧铣卧铣（3
4、 3）铣两侧面）铣两侧面 X6130X6130卧铣卧铣（4 4）铣两台肩面）铣两台肩面 X6130X6130卧铣卧铣（5 5）钻、铰孔）钻、铰孔 Z5135Z5135立钻立钻（6 6）铣槽）铣槽 X6130X6130卧铣卧铣2.收集原始资料、明确零件的加工工艺过程收集原始资料、明确零件的加工工艺过程 根据工件的加工要求，该工序必须限制工件根据工件的加工要求，该工序必须限制工件五个自由度。现在来分析其必须限制的自由度数五个自由度。现在来分析其必须限制的自由度数目及基准选择的合理性。目及基准选择的合理性。二、拟定夹具结构方案二、拟定夹具结构方案 1.确定定位方案确定定位方案（1）验证基准选择的合理
5、性）验证基准选择的合理性 自由度分析自由度分析建立坐标系建立坐标系图图J2J2为保证槽底面至工件为保证槽底面至工件B面的垂直度，应选面的垂直度，应选B面作面作定位基准，限制工件定位基准，限制工件 、。为保证工序尺寸为保证工序尺寸62土，应以土，应以A面定位，限制工面定位，限制工件件 、。为保证槽两侧面对为保证槽两侧面对 mm孔轴线的对称度，孔轴线的对称度，应选孔轴线定位，限制工件应选孔轴线定位，限制工件 。为了方便地控制刀具的走刀位置，还应限制工为了方便地控制刀具的走刀位置，还应限制工件件 。因而工件的六个自由度都被限制。因而工件的六个自由度都被限制。由分析可知，要使定位基准与设计基准相重由分
6、析可知，要使定位基准与设计基准相重合，所选定位基准是合，所选定位基准是B面、面、mm孔和孔和A面。面。自由度分析自由度分析 本道工序工件的定位面是后平面本道工序工件的定位面是后平面B、底平面、底平面A和和 mm孔。夹具上相应的定位元件选为孔。夹具上相应的定位元件选为支承扳、支承钉和菱形定位销，如图支承扳、支承钉和菱形定位销，如图J8所示。所示。（2）选择定位元件）选择定位元件图图J8J8 定位平面定位平面B所用的支承板参考所用的支承板参考JBT8029.11999中的定位支承板进行设计。中的定位支承板进行设计。定位平面定位平面A的定位支承钉以及菱形定位销按的定位支承钉以及菱形定位销按实际需要在
7、实际需要在JBT8029.21999中选取。中选取。确定支承钉定位表面到菱形定位销中心的名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义尺寸及其极限偏差 ld=ld。（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）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 其中其中l取工件相应尺寸的平均尺寸，公差取相取工件相应尺寸的平均尺寸，公差取相应尺寸公差的应尺寸公差的14，则有，则有 ld=23 mm。最后确定。最后确定菱形定位销圆柱部分的直径及其极限偏差，又菱形定位销圆柱部分的直径及其极限偏差，又 则菱形定位销和定位孔配合的最小间隙则菱形定位销和定位孔配合
8、的最小间隙Xmin为为（其中，查阅手册（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）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菱形定位销圆柱部分的直径为菱形定位销圆柱部分的直径为 mm 公差按公差按IT7选取，则选取，则 mm （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）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 槽宽槽宽 mm的定位误差的定位误差 该尺寸由铣刀直接保证，不存在定位误差。该尺寸由铣刀直接保证，不存在定位误差。槽底至工件底面位置尺寸槽底至工件底面位置尺寸62土的定位误差土的定位误差
9、平面定位时，基准位移误差忽略不计，平面定位时，基准位移误差忽略不计，Y=0 定位基准与设计基准重合，定位基准与设计基准重合，B=0 故故D=B+Y=0（4）分析计算定位误差）分析计算定位误差 槽两侧面对槽两侧面对 孔轴线的对称度的定位孔轴线的对称度的定位误差误差 工件以工件以14孔轴线定位，定位基准和设计基孔轴线定位，定位基准和设计基准重合，准重合，B=0。菱形定位销圆柱部分直径菱形定位销圆柱部分直径 和定位孔和定位孔 配合时产生的最大间隙将直接影响对称度要求。配合时产生的最大间隙将直接影响对称度要求。Y约为对称度允差的约为对称度允差的12，应采取措施减小，应采取措施减小该项误差。该项误差。（
10、4）分析计算定位误差）分析计算定位误差 槽底面对工件槽底面对工件B B面的垂直度的定位误差面的垂直度的定位误差 定位基准与设计基准重合，定位基准与设计基准重合，B B=0=0。平面定位，基准位移误差忽略不计，平面定位，基准位移误差忽略不计，Y Y=0=0。故故 D D=B B+Y Y=0=0 （4）分析计算定位误差）分析计算定位误差提高菱形定位销圆柱部分的制造精度，将菱形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定位销圆柱部分精度提高到IT6IT6级，级，仍接近加工允差的仍接近加工允差的1 12 2。（5）减少对称度定位误差的措施）减少对称度定位误差的措施在提高菱形定位销
11、圆柱部分精度的基础上，将在提高菱形定位销圆柱部分精度的基础上，将1414孔的精度提高到孔的精度提高到IT8IT8级。级。这时孔的尺寸为这时孔的尺寸为 ，公差为，公差为，有约的加工精度预留量，可以保证对称度加有约的加工精度预留量，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。工要求。通过钻、铰加工仍能保证孔的加工要求。（5）减少对称度定位误差的措施）减少对称度定位误差的措施 如如图图J9所示，加工时，工件受到切削合所示，加工时，工件受到切削合力力 ，可分解为水平和垂直方向的切削分力，可分解为水平和垂直方向的切削分力 、，切向铣削力，切向铣削力 。在对称铣削情况下在对称铣削情况下 =
12、（）（）=（）（）2.2.确定夹紧方式，设计夹紧机构确定夹紧方式，设计夹紧机构（1 1）计算切削力及所需夹紧力）计算切削力及所需夹紧力图图J3J3作用于工件上的切削力作用于工件上的切削力切向铣削力切向铣削力Fz为为式中式中 铣削力，铣削力，N；影响系数，大小与实验条件有关；影响系数，大小与实验条件有关；铣削宽度，铣削宽度，mm；每齿进给量，每齿进给量，ram齿；齿；铣刀直径，铣刀直径，mm；铣削深度，铣削深度，ram；铣刀齿数；铣刀齿数；修正系数。修正系数。（1 1）计算切削力及所需夹紧力）计算切削力及所需夹紧力已知，=3,=12,=0.15,=100,=12,=68.3,则 （为材料强度）故
13、水平分力和垂直分力（1 1）计算切削力及所需夹紧力）计算切削力及所需夹紧力 由于工件主定位面是由于工件主定位面是B面，故选择夹紧力的面，故选择夹紧力的作用方向为水平方向作用于作用方向为水平方向作用于B面上。当夹紧力水面上。当夹紧力水平作用于工件上时，所需要的计算夹紧力平作用于工件上时，所需要的计算夹紧力 为为 实际所需夹紧力与计算夹紧力之间的关系为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，取为安全系数，取K）（1 1）计算切削力及所需夹紧力）计算切削力及所需夹紧力 满足夹紧力水平作用要求的夹紧装置结构方满足夹紧力水平作用要求的夹紧装置结构方案，可以有图案，可以有图J4所示的所示的
14、a）和）和b）两种。）两种。图图J4a）所示为螺旋杠杆压板夹紧机构，夹紧）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。时从夹具体背面拧紧夹紧螺母。图图J4b）所示为铰链压板机构，当铰链压板转）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，这种结构开时，装卸工件及清理切屑都很方便，这种结构较好。较好。（2 2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力图图J4 aJ4 a）夹紧装置布置图夹紧装置布置图夹紧装置布置图夹紧装置布置图图图J4 bJ4 b）b）所示的夹紧机构所能产生的夹紧力）所示的夹紧机构所能产生的夹紧力 ，由图所示，由图
15、所示的压板受力分析计算得的压板受力分析计算得 式中式中 夹紧机构效率，取；夹紧机构效率，取；螺栓的许用夹紧力，螺栓的许用夹紧力，N。选定选定 ，当螺杆螺纹公称直径为，当螺杆螺纹公称直径为M12时，时，查表可得查表可得 。所以所以 因因 ，故夹紧方案可行。，故夹紧方案可行。根据工件加工表面形状，对刀元件可选用根据工件加工表面形状，对刀元件可选用机床夹具零件及部件中的标准的直角对刀块。机床夹具零件及部件中的标准的直角对刀块。它的直角对刀面应和工件被加工槽形相对应它的直角对刀面应和工件被加工槽形相对应（间距等于（间距等于3mm塞尺厚度），并把它安装在夹塞尺厚度），并把它安装在夹具体的竖直板上。具体的
16、竖直板上。根据所选根据所选X6130型铣床型铣床T形槽的宽度，选用形槽的宽度，选用宽度宽度B=14mm，公差带为，公差带为h6的的A型两个定位键来型两个定位键来确定夹具在机床上的位置。确定夹具在机床上的位置。（3 3）设计对刀元件、连接元件）设计对刀元件、连接元件 夹具选用灰铸铁的铸造夹具体。基本厚度夹具选用灰铸铁的铸造夹具体。基本厚度选为选为22mm22mm，并要在夹具体底部两端设计出，并要在夹具体底部两端设计出U U形槽形槽耳座，用于耳座，用于T T形槽用螺栓紧固夹具。形槽用螺栓紧固夹具。布置好夹具上各种元件、机构、装置之间布置好夹具上各种元件、机构、装置之间的相对位置。的相对位置。（4
17、4）设计夹具体）设计夹具体 夹具总图及其绘制步骤如下：夹具总图及其绘制步骤如下：（1）根据工件在几个视图上的投影关系，分别）根据工件在几个视图上的投影关系，分别画出其轮廓线，如画出其轮廓线，如J11工件三视图工件三视图所示。所示。（2）安排定位元件，如）安排定位元件，如J12定位元件布置图定位元件布置图所所示。示。（3）布置夹紧装置，如）布置夹紧装置，如J10夹紧装置布置图夹紧装置布置图所所示。示。（4）布置对刀元件、连接元件；设计夹具体并）布置对刀元件、连接元件；设计夹具体并完成夹具总图，如完成夹具总图，如J13夹具总装图夹具总装图所示。所示。（三）绘制夹具总图（三）绘制夹具总图 菱形定位销
18、轴线的位置尺寸（）菱形定位销轴线的位置尺寸（）mmmm，菱形定位，菱形定位销定位圆柱部分直径尺寸销定位圆柱部分直径尺寸 mmmm。（四）标注总图上的尺寸、公差配合与技术条件（四）标注总图上的尺寸、公差配合与技术条件1.标注尺寸、公差与配合标注尺寸、公差与配合（1）夹具外形轮廓尺寸）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夹具在长、宽、高三个方向的外形轮廓尺寸分别为分别为212mm212mm、158mm158mm和和115mm115mm（夹具总装图夹具总装图J13J13 ）（2）工件与定位元件间的联系尺寸）工件与定位元件间的联系尺寸 该夹具的夹具与刀具之间的联系尺寸就是该夹具的夹
19、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调刀尺寸，该调刀尺寸又分为水平与垂直两个方向的尺寸。方向的尺寸。（3）夹具与刀具的联系尺寸）夹具与刀具的联系尺寸 水平方向的调刀尺寸为菱形定位销中心至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。对刀元件尺面之间的距离。由手册查得所选用铣刀的宽度尺寸及其极由手册查得所选用铣刀的宽度尺寸及其极限偏差为限偏差为 mmmm，其平均尺寸为。菱形定位，其平均尺寸为。菱形定位销中心至工件上槽左侧面的距离为销中心至工件上槽左侧面的距离为 再加上再加上3mm3mm的塞尺厚度，故水平方向调刀尺的塞尺厚度，故水平方向调刀尺寸的基本尺寸
20、为寸的基本尺寸为水平方向的调刀尺寸水平方向的调刀尺寸 由于调刀误差由于调刀误差T对工件尺寸公差有直对工件尺寸公差有直接影响，故取工件相应要求公差（槽两侧接影响，故取工件相应要求公差（槽两侧面对面对14mm孔轴线的对称度）的孔轴线的对称度）的15，就，就得到水平方向调刀尺寸的基本尺寸及其极得到水平方向调刀尺寸的基本尺寸及其极限偏差为（）限偏差为（）mm。水平方向的调刀尺寸水平方向的调刀尺寸 垂直方向的调刀尺寸为定位元件工作面垂直方向的调刀尺寸为定位元件工作面P面面至对刀元件至对刀元件S面之间的位置尺寸。面之间的位置尺寸。工件上相应的尺寸为工件槽底至工件底面工件上相应的尺寸为工件槽底至工件底面之间
21、的位置尺寸（）之间的位置尺寸（）mm，减去，减去3mm的塞尺厚的塞尺厚度，就得到垂直方向调刀尺寸的基本尺寸为度，就得到垂直方向调刀尺寸的基本尺寸为（62-3）mm=59 mm。根据与调刀尺寸（）根据与调刀尺寸（）mm相同的公差，取垂相同的公差，取垂直方向调刀尺寸的基本尺寸及其极限偏差为直方向调刀尺寸的基本尺寸及其极限偏差为（59士）士）mm。垂直方向的调刀尺寸垂直方向的调刀尺寸定向键与工作台定向键与工作台T T型槽的配合尺寸型槽的配合尺寸14H714H7h6h6。（4）夹具与机床连接部分的联系尺寸）夹具与机床连接部分的联系尺寸 12H712H7n6n6，10F810F8h7h7，10M810M
22、8h7h7，10H710H7n6n6，6F86F8H 7H 7，6M86M8h7h7，5H75H7n6n6等。等。（5）夹具内部的配合尺寸）夹具内部的配合尺寸（1）由于工件上有槽底至工件）由于工件上有槽底至工件B面的垂直度要面的垂直度要求，夹具上应标注定位表面求，夹具上应标注定位表面Q对夹具体底面的垂对夹具体底面的垂直度允差直度允差 100：（：（mm）。）。（2）由于工件上槽两侧面对）由于工件上槽两侧面对14孔轴线对称度孔轴线对称度的要求，夹具上应标注定位表面的要求，夹具上应标注定位表面Q对定位键侧面对定位键侧面的垂直度允差的垂直度允差100：（：（mm）。）。（3）两定位支承钉的等高允差不
23、大于。）两定位支承钉的等高允差不大于。2.2.制订技术条件制订技术条件 在完成夹具结构设计的全部工作之后，还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各项加工要求的夹具部分误差J，并将它与加，并将它与加工允差进行比较，从而判断该夹具能否可靠地工允差进行比较，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保证各项加工要求，以证明所设计夹具方案的合理性。合理性。（五）夹具工作精度的分析计算（五）夹具工作精度的分析计算1.槽宽尺寸由铣刀直接保证，不必进行分析计算。槽宽尺寸由铣刀直接保
24、证，不必进行分析计算。2.槽底至工件底面的位置尺寸（）槽底至工件底面的位置尺寸（）mm的分析计算。的分析计算。其定位基准和设计基准重合，其定位基准和设计基准重合，B=0，平面定位时，平面定位时Y=0，故故D1=0；但工件夹紧力的作用面是但工件夹紧力的作用面是B面，其对底面的垂面，其对底面的垂直度允差造成的影响为直度允差造成的影响为D2（其中（其中65为工件高度，为工件高度，50为工件宽度）；为工件宽度）；由调刀尺寸（）由调刀尺寸（）mm的公差所引起的调刀误差的公差所引起的调刀误差T。夹具部分误差为。夹具部分误差为 该误差远小于工件的加工允差，是可行的。该误差远小于工件的加工允差，是可行的。工件三视图图图S2S2图图J11J11定位元件布置图图图J12J12夹具体和耳座图图J13J13夹夹具具总总装装图图明明确确设设计计任任务，务，收收集集原原始始资资料料一、明确设计任务，收集设计的原始资料一、明确设计任务，收集设计的原始资料第三节第三节 专用夹具设计实例专用夹具设计实例 思考题与习题思考题与习题思考题与习题思考题与习题思思考考题题与与习习题题第三节第三节 专用夹具设计实例专用夹具设计实例