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1、设计专用夹具 1.明确设计任务，收集原始资料2.拟定夹具结构方案3.绘制夹具总图及制定技术要求4.夹具工作精度的分析计算 目录 1. 明确设计任务，收集原始资料 1 1.1 熟悉工件零件图以及本工序的加工要求 1 1.2 收集原始资料、明确零件的加工工艺过程 1 2. 拟定夹具结构方案 2 2.1 确定定位方案 2 定位基准选择 2 确定定位方案 2 选择定位元件 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 4 2.2 分析计算定位误差 4 2.3 减少对称度定位误差的措施 6 2.4 确定夹紧方式，设计夹紧机构 7 计算切削力及所需夹紧力 7
2、 2.5 设计夹紧机构并验算机构产生的夹紧力 8 2.6 设计对刀元件、连接元件 9 2.7 设计夹具体 10 3. 绘制夹具总图及制定技术要求 10 3.1 绘制夹具总图 10 根据工件在几个视图上的投影关系，分别画出其轮廓线，如工件三视图所示。 11 安排定位元件，如定位元件布置图所示。 11 3.2 标注总图上的尺寸、公差配合与技术条件 13 标注尺寸、公差与配合 13 标注尺寸、公差与配合 13 3.3工件与定位元件间的联系尺寸 13 夹具与刀具的联系尺寸 14 夹具与刀具的联系尺寸 14 3.4 夹具与机床连接部分的联系尺寸 15 3.5 制订技术条件
3、16 4. 夹具工作精度的分析计算 17 4.1 影响加工精度的因素分析 17 4.2 保证加工精度的条件 17 4.3 夹具加工精度的分析计算 17 4.3.0 槽宽尺寸 17 4.3.1 槽底至工件底面的位置尺寸（62±0.10）mm的分析计算。 18 4.3.2 槽两侧面对孔轴线的对称度允差0.2mm的分析计算 18 1. 明确设计任务，收集原始资料 零件图 1.1 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12+0.27 mm。 （2）槽底至工件底面
4、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。 1.2 收集原始资料、明确零件的加工工艺过程 （1）铣前后两端面 X6130卧铣 （2）铣底面、顶面 X6130卧铣 （3）铣两侧面 X6130卧铣 （4）铣两台肩面 X6130卧铣 （5）钻、铰孔 Z5135立钻 （6）铣槽 X6130卧铣 2. 拟定夹具结构方案 2.1 确定定位方案 定位基准选择 根据工件的加
5、工要求，确定必须限制的自由度数目，并选择定位基准。 确定定位方案 自由度分析 建立坐标系 ① 保证槽底面至工件B面的垂直度，应限制工件 、，选B面作定位基准 。 ② 保证工序尺寸62土0.10mm，应限制工件 、，选A面为定位基准。 ③ 为保证槽两侧面对mm孔轴线的对称度，应限制工件，选孔轴线为定位基准 。 ④ 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。 定位基准选择 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孔轴线和A面。 选择定位元件 本道工序工件的定位面是后平
6、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，如下图所示。 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 L=L±TL /2。其中L取工件相应尺寸的平均尺寸，公差取相应尺寸LD=23±0.08 mm 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，
7、 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） 菱形定位销圆柱部分的直径为 公差按IT7选取，则
8、 2.2 分析计算定位误差 ① 宽12+0.27mm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 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约为对称
9、度允差的1／2，应采取措施减小该项误差。 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△Y=0。故 △D=△B+△Y=0 2.3 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 。 0.097mm仍接近加工允差0.2mm的1／2。 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， 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
10、要求。 2.4 确定夹紧方式，设计夹紧机构 计算切削力及所需夹紧力 如下图所示，加工时，工件受到切向铣削力 Fc和径向切削力Fcn，两者的切削合力为F′，可分解为水平和垂直方向的切削分力Ff 、Ffn，。 在对称铣削情况下Ff=（1.0~1.2）Fc ;Ffn=（0.2~0.3）Fc 切向铣削力Fc为 式中 Fc ——铣削力，N； CFc——影响系数，大小与实验条件有关； ae——铣削宽度，mm； fz——每齿进给量，mm／齿； d0——铣刀直径，mm； ap—
11、—铣削深度，mm； Z——铣刀齿数； KFc——修正系数。 已知： CFc=68.3，ae=3mm， fz=0.15mm／齿， d0=100mm，ap=12mm，Z=12； 故水平分力和垂直分力 Ff=1.1Fc =1275N; Ffn=0.3Fc =348N 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 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K=2
12、5） 2.5 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，可以有夹紧装置布置图所示的a）和b）两种。 图a）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。 夹紧装置布置图 图b）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b）所示的夹紧机构所能产生的夹紧力 ，由下图所示的压板受力分析计算得 式中 η——夹紧机构效率，取0.9； FQ——螺栓的许用夹紧力，N。 铰链压板受力分析 选定l1=l2
13、 ，当螺杆螺纹公称直径为M12时，查表可得FQ=5620N。 FJ=2FQη=2×5620×0.9=10116N 因 FJ＞FJ需（=8988N） ，故夹紧方案可行。 2.6 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。 2.7 设计夹具体 夹具选用灰铸铁的铸造夹具体。基本厚度
14、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。 3. 绘制夹具总图及制定技术要求 3.1 绘制夹具总图 夹具总图及其绘制步骤如下: 根据工件在几个视图上的投影关系，分别画出其轮廓线，如工件三视图所示。 工件三视图 安排定位元件，如定位元件布置图所示。 定位元件布置图 布置夹紧装置，如夹紧装置布置图所示。 夹紧装置布置图 布置对刀元件、连接元件；设计夹具体并完成夹具总图，如夹具总装图所示。 夹具总装图 3.2 标注总图上的尺寸、公差配合与技术条件 标注尺寸、公差与配合
15、 夹具在长、宽、高三个方向的外形轮廓尺寸分别为212mm、158mm和115mm。 标注尺寸、公差与配合 3.3 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。 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。 夹具与刀具的联系尺寸 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。 ①水平方向的调刀尺寸 由手册查得所选用铣刀的宽度尺寸及
16、其极限偏差为12+0.018mm，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 由手册查得所选用铣刀的宽度尺寸及其极限偏差为12+0.018mm，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 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
17、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。 3.4 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。 φ12H7／n6，φ10F8／h7，φ10M8／h7，φ10H7／n6，φ6F8／H 7，φ6M8／h7
18、φ5H7／n6等。 3.5 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. 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
19、理性。 4.1 影响加工精度的因素分析 用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多。与夹具有关的因素有定位误差△D、对刀误差△T、夹具在机床上的安装误差△A和夹具误差△Z。在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差△G。 上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，而形成总的加工误差△J ，即为由夹具引起的总的加工误差。 （1）定位误差△D （2）对刀误差△T 因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。 （3）夹具的安装误差△A 因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差
20、称为夹具的安装误差。 （4）夹具误差△Z 因夹具上定位元件、对刀或导向元件及安装基面三者间（包括导向元件与导向元件之间）的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。 （5）加工方法误差△G 因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。 因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的三分之一。计算时可设 △G=Tg/3 4.2 保证加工精度的条件 工件在夹具中加工时，总加工误差△J为上述各项加工误差之和。由于上述误差均为独立随
21、机变量，应用概率法叠加。因此保证加工精度的条件是 即由夹具引起的工件总加工误差△J应不大于工件的相应公差Tg。 为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量JC。因此将上式改为或 当JC≥0时，夹具能满足工件的加工要求。JC值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值Tj确定得是否合理。 4.3 夹具加工精度的分析计算 4.3.0 槽宽尺寸 由铣刀直接保证，不必进行分析计算。 4.3.1 槽底至工件底面的位置尺寸（62±0.10）mm的分析计算。 1）定位误差 其定位基准和设
22、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=0.03/65×50=0.023mm （其中65为工件高度，50为工件宽度）； 2）对刀误差 由调刀尺寸（59±0.02）mm的公差所引起的对刀误差△T=0.04。 3）由夹具引起的总加工误差 △J= △ D1+ △ D2+ △ T=0+0.023+0.04=0.063mm 该误差远小于工件的加工允差0.2mm，是可行的。 4.3.2 槽两侧面对孔轴线的对称度允差0
23、2mm的分析计算 1）定位误差 定位基准与设计基准相重合，无基准不重合误差，△B=0。 基准位移误差由前面的计算可知 △Y=0.081mm 所以△D=△B+△Y=0+0.081=0.081 2）夹具误差△Z 夹具限位基面Q（由两个定位支承板表面所决定）与两定位键侧面的垂直度，导致对称度误差。 图中表示了Q面朝一个方向倾斜时所产生的槽对称轴线对φ14mm孔轴线的对称度误差为△Z1 /2，Q面还可能朝相反的方向倾斜。故全部该项误差为2×（ △Z1 /2）=△Z1。 由垂直度误差引起的工件对称度误差 在图中，
24、△OAB和△ECD相似，。（ △Z1 /2）/OB=CD/DE。 OB（工件宽度）=50mm， DE（两定位支承板的最远点距离）=96mm，CD（两定位支承板最远距离间的垂直度误差） =（96/100）×0.02≈0.019mm。 由垂直度误差引起的工件对称度误差,故△Z1 = （0.019/96）×50 × 2≈0.020mm 3） 夹具安装误差△A 定位键与工作台T形槽配合间隙也会引起对称度误差。 已知定位键与T形槽选用的配合为14H7（+0.018）／h6（-0.011）配合的最大间隙Xmax=0.029mm。两定位键的最大跨距L=150mm。 定位键与T形槽配合间隙
25、引起的对称度误差 4）定位键与工作台T形槽配合间隙也会引起对称度误差△A。 若两者配合时出现图所示的实线或虚线的两种接触情况，由于工件厚度为50mm，则 △A=（0.029/150）×50×2≈0.019mm 定位键与T形槽配合间隙引起的对称度误差 5）由夹具引起的总加工误差 影响对称度的夹具部分的总误差△J为 工件对称度的允差为0.20mm，除夹具误差外，留给工艺系统其他因素的误差为0.20-0.120=0.08mm，是可行的。 （4）槽底面对工件B面的垂直度允差0.10mm 其定位基准与设计基准重合，且工件以平面定位，所以△D=0。 夹具定位工作面Q对夹具体底面的垂直度允差100：0.02，将引起工件槽底面对B面的垂直度误差△J1（因为加工表面与工作台平面平行）。 由于工件宽度仅50mm，故 △J1 =（0.02/100）×50=0.01mm。 夹具部分误差，仅占加工允差的很少部分，余留的加工允差部分远大于工艺系统其他因素引起的误差。 通过对夹具结构的选择、设计和夹具工作精度的分析计算，证明该夹具能稳定可靠地保证工件的加工技术要求，且结构简单、操作方便。从而说明该夹具结构设计是可行的。
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