第7章_专用夹具设计案例x.doc

第7章 专用夹具设计案例
本章通过设计实例，重点介绍专用夹具的设计过程。
7.1 专用钻床夹具的设计
根据第6章的介绍，专用夹具的设计过程包括：
1、准备阶段
2、设计阶段
3、绘图阶段
4、标注尺寸、技术要求
5、编写零件明细表
6、绘制非标准夹具零件图
下面以某麦稻联合收割机中的一零件为例，介绍钻床专用夹具的设计过程。
7.1.1准备阶段
该零件的零件图见图7.1。
生产类型：中批生产。
毛坯类型：棒料：φ110X15
零件的加工工艺流程见表7.1。
现要求设计第30道工序的专用钻床夹具。
第30道工序的机械加工工艺卡片见表7.2。
机床：Z5125 刀具：φ7钻头（W18Cr4V）
7.1.2设计阶段
1.根据零件图和工艺过程确定零件定位夹紧方案
根据零件特点，按照工艺过程要求，确定工件定位夹紧方案，设计夹具的总体结构。结果见图7-2所示。

图 7-2 根据夹紧方案设计的夹具总体结构

图 7.1 零件图
表7.1 零件的加工工艺流程
陕西国防学院
机械加工工艺过程卡片
产品型号

零件图号
4LG1-1.4-02

产品名称

零件名称
轴承盖
共

页
第

页
材 料 牌 号
A3
毛 坯 种 类
棒料
毛坯外形尺寸
φ110X25
每毛坯件数
1
每 台 件 数
2
备 注

工
序
号
工 名

序 称
工 序 内 容
车

间
工

段
设 备
工 艺 装 备
工 时
准终
单件
01
备料
棒料 φ110X25

05
车
车左端面、φ45外圆、钻φ36内孔。

CA6140

10
车
车右端面、φ104外圆、车φ72内孔。

CA6140

15
检
检验

20
车
车φ45外圆。

CA6140

25
车
车右端面、车φ72内孔。

CA6140

设 计（日 期）
校 对（日期）
审 核（日期）
标准化（日期）
会 签（日期）

标记
处数
更改文件号
签 字
日 期
标记
处数
更改文件号
签 字
日 期
标记
处数
更改文件号
签 字
日 期
标记
处数
更改文件号
签 字
日 期

（续）
陕西国防学院
机械加工工艺过程卡片
产品型号

零件图号
4LG1-1.4-02

产品名称

零件名称
轴承盖
共

页
第

页
材 料 牌 号
A3
毛 坯 种 类
棒料
毛坯外形尺寸
φ110X25
每毛坯件数
1
每 台 件 数
2
备 注

工
序
号
工 名

序 称
工 序 内 容
车

间
工

段
设 备
工 艺 装 备
工 时
准终
单件
30
钳
钻3-φ7通孔。

Z5125

35
铣
铣R16圆弧槽。

X6132

40
检
检验入库

设 计（日 期）
校 对（日期）
审 核（日期）
标准化（日期）
会 签（日期）

标记
处数
更改文件号
签 字
日 期
标记
处数
更改文件号
签 字
日 期
标记
处数
更改文件号
签 字
日 期
标记
处数
更改文件号
签 字
日 期

表 7.2 第30道工序机械加工工艺卡片
陕西国防学院
机械加工工序卡片
产品型号

零件图号
4LG1-1.4-02

产品名称

零件名称
轴承盖
共

页
第

页

车间
工序号
工序名称
材 料 牌 号

30
钳
A3
毛 坯 种 类
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每 台 件 数
棒料
φ110X15
1
2
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数

Z5125

1
夹具编号
夹具名称
切削液
专用夹具
ZYJJ-03
冷却液
工位器具编号
工位器具名称
工序工时 (分)
准终
单件

工步号
工 步 内 容
工 艺 装 备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时
r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助

装夹
钻头φ7（W18Cr4V）、
专用夹具（ZYJJ-03）
φ7塞规、游标卡尺（0~125：0.02）
孔距综合量具（ZYLJ-01）

1
钻3-φ7孔。
315
6.92
手动进给
3.5
1

2
去毛刺。

设 计（日 期）
校 对（日期）
审 核（日期）
标准化（日期）
会 签（日期）
标记
处数
更改文件号
签 字
日 期
标记
处数
更改 件号
签 字
日 期

2.定位方案设计
（1）在本设计方案中，工序尺寸为φ85±0.27、φ7，工序基准为孔的中心线。要满足加工要求理论应限制的自由度为：。
（2）根据工序基准选择φ72孔中心线及工件大端面为定位基准，结合第2章的内容，确定内孔采用φ72的孔轴配合定位，工件大端面用平面定位。通过定位实际限制了工件的五个自由度。定位元件布置如图7-3所示。

图 7-3 布置定位元件
（3）定位误差分析
对尺寸φ85±0.27而言，工序尺寸为42.5±0.135。
Δjb：
定位基准为φ72孔中心线，工序基准为φ72孔中心线，基准重合。
故Δjb=0；
Δdb：
工件以φ72圆孔定位，为任意边接触。
Δdb=ΔD+Δd+Δmin
ΔD=0.046 Δd=0.019 Δmin=0.010
Δdb=0.075
Δdw=Δjb+Δdb =0+0.075=0.075
ΔT=0.27 ΔT/3=0.090
Δdw=0.075＜ΔT/3=0.090
对φ7而言，因为是钻孔加工，属定尺寸刀具加工，故其由刀具保证。
经校核，该定位方案可行。
3.布置导引元件
（1）确定钻套形式
根据零件的加工特点，钻套形式选用固定钻套，钻套以H7/n6（绝大部分有微小过盈）固定在钻模板上。
（2）确定对刀位置尺寸：
对尺寸φ85±0.27确定对刀尺寸
工序尺寸：42.5±0.135。
对刀尺寸：基本尺寸与工序尺寸相同（42.5），公差取1/3IT，即0.27/3=0.09。
故对刀尺寸为42.5±0.045。
（3）计算钻套导孔尺寸：
导孔的基本尺寸：取刀具刃部基本直径，即φ7。F7下偏差为0.013，基本尺寸为φ7的孔IT7的公差为0.015，因此上偏差为0.028。
导孔偏差：上偏差=刀具刃部上偏差+F7上偏差，即上偏差=0+0.028=+0.028
下偏差=刀具刃部上偏差+F7下偏差，即下偏差=0+0.013=+0.013.
故导孔尺寸为φ7
（4）计算对刀误差：
△jd=

其中：=0.09；e1=0，e2=0，X2=0.028+0.022=0.05，
X3=(B+h+0.5H)=0.05/10（16+7+0.5X10）=0.14
△jd=0.16
（5）确定夹具精度误差
由于钻床夹具没有位置误差，=0。所以夹具精度误差
==0.177≤2/3T=0.27X2/3=0.18
根据总体结构设计，选择合理的导引元件。布置导引元件见图7-4所示。

图 7-4 布置导引元件
4.布置夹紧装置
根据总体结构设计，结合钻床夹具的特点和第3章的内容，选择合理的夹紧装置。布置夹紧装置见图
7-5所示。
5.设计夹具体，完成夹具总装图
根据总体结构设计，结合前面钻床夹具的各部分结构，选择结构合理的夹具体。夹具总装图见图7-6所示。
7.1.3绘图阶段
绘制夹具总装图时，一般绘图比例都选择为1：1。主视图尽量选择为夹具在机床上工作时与操作者正对的位置。被加工零件用双点划线画出外轮廓和主要表面（定位面、夹紧面、加工面），可视为透明体，可对其剖视表示，其加工余量用网纹线表示。

图 7-5 布置夹紧装置

图 7-6 夹具总图
7.1.4标注尺寸和技术要求
1.尺寸标注
A类尺寸：φ160、106。
B类尺寸：φ72H8/g6。
C类尺寸：φ85±0.09、φ7、42.5±0.045。
D类尺寸：钻夹具无此类尺寸。
E类尺寸：φ20H7/g6、φ30H7/g6、φ12H7/n6。
2.技术要求
夹具总装图上的技术条件包括：装配过程中的注意项目；装配后应满足的位置精度要求；操作要求等。本夹具装配后应满足的位置精度要求主要有：
（1）H1：心轴大定位面与定位心轴轴线的垂直度≯φ0.02：100mm。
（2）H2：心轴大定位面与夹具体底面的平行度度≯0.02：100mm。
（3）H4：钻套轴线与夹具体底面的垂直度≯φ0.05：100mm。
（4）H5：钻套轴线所在圆φ85的中心线与定位心轴轴线的同轴度≯φ0.02。
（5）H6：各钻套线与定位心轴轴线的位置度≯φ0.05。
7.1.5编写零件明细表
按照国家机械制图标准的规定，对夹具总装图中的各个零件进行编号，并在标题栏上方画出零件明细表及填写具体信息。如图7-7所示。
7.1.6绘制非标准夹具零件图
根据夹具总装图，拆画非标准零件的零件图。标准零件按照国标要求标注出具体的规格型号。非标准零件的零件图如图7-8、图7-9和图7-10所示。

图 7-7 夹具总装图

图 7-8 夹具体

图 7-9 定位心轴

图 7-10 钻模板

7.2 专用铣床床夹具的设计
下面仍以某麦稻联合收割机中的一零件为例（图7.1），介绍铣床专用夹具的设计过程。
7.2.1准备阶段
该零件的零件图见图7.1。
生产类型：中批生产。
毛坯类型：棒料：φ110X15
零件的加工工艺流程见表7.1。
现要求设计第35道工序的专用铣床夹具。
第35道工序的机械加工工艺卡片见表7.3。
机床：X6132 刀具：φ32立铣刀（W18Cr4V）
7.2.2设计阶段
1.根据零件图和工艺过程确定零件定位夹紧方案
根据零件特点，按照工艺过程要求，确定工件定位夹紧方案，设计夹具的总体结构。结果见图7-11所示。

图 7-11 根据定位夹紧方案设计夹具总体结构
2.定位方案设计
（1）在本设计方案中，工序尺寸为36±0.19、R16，工序基准为孔的中心线。要满足加工要求理论应限制的自由度为：。
（2）根据工序基准选择φ72孔中心线及工件大端面为定位基准，结合第2章的内容，确定内孔采用φ72的孔轴配合定位，平面定位用工件大端面，防转用φ7孔（菱形销）。通过一面两销定位实际限制了工件的六个自由度。定位元件布置如图7-12所示。
（3）确定两销结构尺寸：
布置销位：圆柱销布置在大孔φ72中，菱形销布置在圆柱孔与缺口连线一侧的φ7孔中。
确定销间距：L±△J=42.5±1/5X0.27=42.5±0.054。
确定圆柱销直径：d1 = D1g6 =φ72g6=φ72。
确定菱形销直径：查表2.1得：b=3

表7.3 第35道工序的机械加工工艺卡片
陕西国防学院
机械加工工序卡片
产品型号

零件图号
4LG1-1.4-02

产品名称

零件名称
轴承盖
共

页
第

页

车间
工序号
工序名称
材 料 牌 号

35
铣
A3
毛 坯 种 类
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每 台 件 数
棒料
φ110X15
1
2
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数

X6132

1
夹具编号
夹具名称
切削液
专用夹具
ZYJJ-04

工位器具编号
工位器具名称
工序工时 (分)
准终
单件

工步号
工 步 内 容
工 艺 装 备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时
r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助

装夹
立铣刀φ32、
专用夹具（ZYJJ-04）
圆弧R规（R15~25）、
游标卡尺（0~125：0.02）

1
铣缺口。
375
37.68
手动进给

1

2
去毛刺。

设 计（日 期）
校 对（日期）
审 核（日期）
标准化（日期）
会 签（日期）
标记
处数
更改文件号
签 字
日 期
标记
处数
更改 件号
签 字
日 期

△2=（2b/ D2）(△k +△j－△1/2) =（2×3/7）×（0.27+0.054-0.01/2）=0.27
d2=( D2－△2)h6=（7-0.27）h6=6.73h6=7

图 7-12 布置定位元件
（4）计算定位误差
在本设计方案中，工序尺寸为36±0.19、R16及圆弧槽中心线对两孔中心连线的对称性要求。
1）尺寸36±0.19
定位基准为φ72孔中心线，工序基准为φ72孔中心线，基准重合。故Δjb=0；
工件以φ72圆孔定位，为任意边接触。
故Δdb=ΔD+Δd+Δmin
ΔD=0.046 Δd=0.019 Δmin=0.010
Δdb=0.075
Δdw=Δjb+Δdb =0+0.075=0.075
ΔT=0.38 ΔT/3=0.126
Δdw=0.075＜ΔT/3=0.126
2）尺寸 R16
对R16而言，因为是铣缺口加工，属定尺寸刀具加工，故其由刀具保证。
3）圆弧槽中心线对两孔中心连线的对称性
圆弧槽圆弧槽中心线对两孔中心连线的对称性分析。由于该零件属农机产品零件，对称性要求不高，且属于未注尺寸系列，在本方案设计中未对误差进行分析计算。
经校核，该定位方案可行。
3.布置对刀元件
本道工序主要保证被加工圆弧槽在两销连线方向上的对称度。故采用一个侧装平面对刀块对刀，具体布置对刀元件见图7-14所示。
（1）R16的对刀尺寸确定
对刀基准：φ72g6的轴线。
假设塞尺厚度2mm，圆弧槽半径16=16.135±0.135
故对刀尺寸为：（16.135+2）±0.135/5=18
（2）对刀误差△jd：
△jd≈+
其中：=0.054，=0
△jd=+=0.054+0=0.054

图 7-14 布置对刀元件
4.布置夹紧装置
根据总体结构设计，结合铣床夹具的特点和第3章的内容，采用开口垫圈+螺母的快速夹紧装置，布置夹紧装置见图7-15所示。
因工件刚性较好，夹紧产生的加工误差较小可忽略不记，故Δdj =0
5.布置连接元件
为保证被加工圆弧在两销连线方向上的对称性要求，铣床夹具底面布置两个标准A型定位键。定位键与机床工作台T型槽采用18 H7/h6配合，保证夹具位置精度要求。
（1）夹具位置误差计算
1） 定位键间隙造成水平面内夹具位置误差：
参考教材例4.1，因键与T型槽（18 H7/h6）最大配合间隙Δmax = 0.018+0.011=0.029
两定位键间距212mm，工件圆弧槽中心与距离42mm。
夹具位置误差为：Δjw=0.029
在安装夹具时，尽量使两定位键同侧接触机床T形槽，减小夹具位置误差。
2）夹具精度误差
==0.097≤2/3 T（T=0.27X2/3=0.18）
满足加工要求，夹具设计方案可行。

图 7-15 布置夹紧元件
6.设计夹具体，完成夹具总装图
根据总体结构设计，结合各部分结构，选择结构合理的夹具体。夹具总装图见图7-16所示。
7.2.3绘图阶段
绘制夹具总装图时，一般绘图比例都选择为1：1。主视图尽量选择为夹具在机床上工作时与操作者正对的位置。被加工零件用双点划线画出外轮廓和主要表面（定位面、夹紧面、加工面），可视为透明体，可对其剖视表示，其加工余量用网纹线表示。
7.2.4标注尺寸和技术要求
1.尺寸标注
A类尺寸：282、160、90。
B类尺寸：φ72H8/g6、42.5±0.054。
C类尺寸： 18

图 7-16 夹具总图
D类尺寸：18K7/h6、18 H7/h6。
E类尺寸：φ5H7/h6、φ8H7/h6、φ20H7/g6。
2.技术要求
夹具总装图上的技术条件包括：装配过程中的注意项目；装配后应满足的位置精度要求；操作要求等。本夹具装配后应满足的位置精度要求主要有：
（1）H1：心轴大定位面与定位心轴轴线的垂直度≯φ0.02：100mm。
定位心轴轴线与菱形销轴线的平行度≯0.02：100mm。
（2）H2：心轴大定位面与夹具体底面的平行度≯0.02：100mm。
定位心轴轴线和菱形销轴线的连线与定位键侧面的平行度≯0.03：100mm。
（3）H3：对刀块工作面与定位键侧面的平行度≯0.03：100mm。
对刀块工作面与夹具体底面的垂直度≯φ0.03：100mm。
7.2.5编写零件明细表
按照国家机械制图标准的规定，对夹具总装图中的各个零件进行编号，并在标题栏上方画出零件明细表及填写具体信息。如图7-17所示。
7.2.6绘制非标准夹具零件图
根据夹具总装图，拆画非标准零件的零件图。标准零件按照国标要求标注出具体的规格型号。非标准零件的零件图如图7-18、图7-19和图7-20所示。

图 7-17 夹具总装图

图 7-18 夹具体

图 7-19 菱形销

图 7-20 定位心轴