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1、 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：Z51
2、25 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
3、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
4、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
5、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
6、 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
7、 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
8、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
9、 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。
10、 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
11、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
12、 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
13、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；e 1 =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
14、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
15、 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
16、 （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
17、 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
18、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
19、 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
20、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）
21、 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+0.054-0.0
22、1/2）=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
23、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
24、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
25、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
26、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
27、 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
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