专用夹具设计实例1

（五）夹具工作精度的分析计算
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。
1.槽宽尺寸由铣刀直接保证，不必进行分析计算。 2.槽底至工件底面的位置尺寸（62±0.10）mm的分 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=0.023mm （其中65为工件高度，50为工件宽度）； 由调刀尺寸（59±0.02）mm的公差所引起的调 刀误差△T=0.04。夹具部分误差为
第三节 专用夹具设计实例
本节教学重点：
本 节 教 学 重 点 专用夹具结构方案设计的方法和步骤。
第三节 专用夹具设计实例
一、明确设计任务，收集原始资料 二、确定夹具结构方案 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 五、夹具工作精度的分析计算
第三节 专用夹具设计实例
一、明确设计任务，收集原始资料
第三节 专用夹具设计实例
思考题与习题 思 考 题 与 习 题
K FZ (
=0.15,
=100, =12,
b
0.736
)
0.3
b为材料强度） 0.65 （ ( )0.3 0.965 0.736
FZ 9.81 68.3 30.86 0.150.72 100 -0.86 12 12 0.965 1159N
故水平分力和垂直分力 FH 1.1FZ 1275N
J D1 D2 T 0 0.023 0.04 0.063mm
该误差远小于工件的加工允差，是可行的。
工件三视图
图S2
图J11
定位元件布置图
图J12
夹具体和耳座
夹 具 总 装 图
图J13
第三节 专用夹具设计实例
一、明确设计任务，收集设计的原始资料
明 确 设 计 任 务 ， 收 集 原 始 资 料
FJ需 KFJ 理 2.5 3595 8988N
（K为安全系数，取K=2.5）
（2）设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力
满足夹紧力水平作用要求的夹紧装置结构方 案，可以有图J4所示的a）和b）两种。 图J4a）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。 图J4b）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。
夹紧装置布置图
图J4 a）
夹紧装置布置图
图J4 b）
b）所示的夹紧机构所能产生的夹紧力 ，由图所示 的压板受力分析计算得 FQ ( l1 l2 )
FJ
式中 ——夹紧机构效率，取0.9； FQ ——螺栓的许用夹紧力，N。 选定 l1 l2 ，当螺杆螺纹公称直径为M12时， 查表可得 FQ 5620N 。 所以 FJ 2FQ 2 5620 0.9 10116 N 因 FJ ＞Fj理 ，故夹紧方案可行。
（4）分析计算定位误差
④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=0。 平面定位，基准位移误差忽略不计，△Y=0。 故 △D=△B+△Y=0
（5）减少对称度定位误差的措施 ①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， d =0.011mm
自由度分析
图J2
建立坐标系
自由度分析 ①为保证槽底面至工件B面的垂直度，应选B面作 定位基准，限制工件 、 。 ②为保证工序尺寸62土0.10mm，应以A面定位， 限制工件 、 。 ③为保证槽两侧面对 mm孔轴线的对称度， 应选孔轴线定位，限制工件 。 ④为了方便地控制刀具的走刀位置，还应限制工 件 。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 合，所选定位基准是B面、 mm孔和A面。
（3）夹具与刀具的联系尺寸
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。
①水平方向的调刀尺寸
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。 由手册查得所选用铣刀的宽度尺寸及其极 限偏差为 mm，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 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
机械制造技术
第十六章
专用夹具设计
机制教研室
第十六章
专用夹具设计
第三节 专用夹具设计实例
第三节 专用夹具设计实例
一
本 节 教 学 内 容 二 三
明确设计任务，收集原始资料
拟定夹具结构方案 绘制夹具总图及制定技术要求
第三节 专用夹具设计实例
本节教学要求：
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。
l1
（3）设计对刀元件、连接元件
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。 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。 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。
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。
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
如图J9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FZ 。 在对称铣削情况下 FV =（1-1.2） FZ =（0.2-0.3）
（2）选择定位元件 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，如图J8所示。
图J8
（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
定位平面B所用的支承板参考JB／ T8029.1—1999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JB／T8029.2—1999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±δd 。
图J1
零件图
1.熟悉工件零件图以及本工序的加工要求
该零件中批生产，材料为45钢。 该铣槽工序在X6130卧铣上用三面刃铣刀加工。 本工序加工要求为 （1）槽宽 mm。 （2）槽底至工件底面的位置尺寸 62±0.01mm 。 （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。
（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 （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（夹具总装图J13 ） （2）工件与定位元件间的联系尺寸
菱形定位销轴线的位置尺寸（23±0.02）mm， 菱形定位销定位圆柱部分直径尺寸 mm。
作用于工件上的切削力
图J3
（1）计算切削力及所需夹紧力
切向铣削力Fz为 式中 ——铣削力，N； ——影响系数，大小与实验条件有关； ——铣削宽度，mm； ——每齿进给量，ram／齿； ——铣刀直径，mm； ——铣削深度，ram； ——铣刀齿数； ——修正系数。
（1）计算切削力及所需夹紧力
已知， =3, =12, =68.3,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
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1／4，则有 ld=23±0.02 mm。最后 确定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Xmin为
（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
FV 0.3FZ 348N
（1）计算切削力及所需夹紧力
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
FV 348 FJ 理 FH 1275 3595N af 0.15
实际所需夹紧力与计算夹紧力之间的关系为
①水平方向的调刀尺寸
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φ14mm孔轴线的对称度0.2mm）的1 ／5，就得到水平方向调刀尺寸的基本尺寸 及其极限偏差为（9.045±0.02）mm。
②垂直方向的调刀尺寸
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。 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（62±0.10）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。 根据与调刀尺寸（9.045±0.02）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0.02）mm。
（4）设计夹具体 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。
（三）绘制夹具总图 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 画出其轮廓线，如J11工件三视图所示。 （2）安排定位元件，如J12定位元件布置图所 示。 （3）布置夹紧装置，如J10夹紧装置布置图所 示。 （4）布置对刀元件、连接元件；设计夹具体并 完成夹具总图，如J13夹具总装图所示。
（4）夹具与机床连接部分的联系尺寸
定向键与工作台T型槽的配合尺寸14H7／h6。
（5）夹具内部的配合尺寸 φ12H7／n6，φ10F8／h7，φ10M8／h7， φ10H7／n6，φ6F8／H 7，φ6M8／h7， φ5H7／n6等。
2.制订技术条件
（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φ14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。
（4）分析计算定位误差 ③槽两侧面对 孔轴线的对称度0.2mm 的定位误差 工件以φ14孔轴线定位，定位基准和设计基 准重合，△B=0。 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。 Y X min 0.043 (0.061 ) 0.104 △Y约为对称度允差的1／2，应采取措施减小 该项误差。
0.097仍接近加工允差的1／2。
Y X min 0.043 (0.054) 0.097
（5）减少对称度定位误差的措施 ②在提高菱形定位销圆柱部分精度的基础上，将 φ14孔的精度提高到IT8级。 这时孔的尺寸为 ，公差为0.027mm，
Y X min 0.027 (0.054) 0.081
2.收集原始资料、明确零件的加工工艺过程
（1）铣前后两端面 （2）铣底面、顶面 （3）铣两侧面 （4）铣两台肩面 （5）钻、铰孔 （6）铣槽
X6130卧铣 X6130卧铣 X6130卧铣 X6130卧铣 Z5135立钻 X6130卧铣
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 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 目及基准选择的合理性。
菱形定位销圆柱部分的直径为
mm 公差按IT7选取，则 mm
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（4）分析计算定位误差
①槽宽 mm的定位误差 该尺寸由铣刀直接保证，不存在定位误差。 ②槽底至工件底面位置尺寸62土0.10mm的 定位误差 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，△B=0 故△D=△B+△Y=0